(57)【要約】【課題】視野角特性に優れた液晶表示装置を提供する。【解決手段】本発明の液晶表示装置は、液晶パネルと、照明装置と、光制御部材と、を備える。照明装置は、複数の発光素子と、複数の発光素子と液晶パネルとの間において複数の発光素子の各々に対応する位置に設けられ、発光素子からの射出光を集光して液晶パネルに入射させる複数の集光部材と、を備える。集光部材は、錐台状の形状であり、光入射端面と、光入射端面の面積よりも大きい面積を有する光射出端面と、光入射端面と前記光射出端面とに接する傾斜面と、を有し、発光素子からの射出光を少なくとも液晶パネルの画面水平方向において集光する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の垂直配向膜を有する第１の基板と、第２の垂直配向膜を有する第２の基板と、前記第１の垂直配向膜と前記第２の垂直配向膜との間に挟持された負の誘電異方性を有する液晶層と、前記液晶層の光入射側に配置された第１の偏光板と、前記液晶層の光射出側に配置された第２の偏光板と、を含む液晶パネルと、
前記液晶パネルの光入射側に配置され、前記液晶パネルに向けて光を射出する照明装置と、
前記液晶パネルの光射出側に配置され、前記液晶パネルから射出された光を前記液晶パネルの法線方向から見た方位角方向および極角方向に拡散させて配光分布を制御する光制御部材と、を備え、
前記照明装置は、
前記液晶パネルの法線方向から見て前記液晶パネルと重なる位置に設けられ、前記液晶パネルに向けて光を射出する複数の発光素子と、
前記複数の発光素子と前記液晶パネルとの間において前記複数の発光素子の各々に対応する位置に設けられ、前記発光素子から射出された光を集光して前記液晶パネルに入射させる複数の集光部材と、を備え、
前記集光部材は、錐台状の形状であり、光入射端面と、前記光入射端面の面積よりも大きい面積を有する光射出端面と、前記光入射端面と前記光射出端面とに接する傾斜面と、を有し、前記発光素子から射出された光を少なくとも前記液晶パネルの画面水平方向において集光する、液晶表示装置。
【請求項２】
前記集光部材は、光透過性を有する材料から構成されている、請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項３】
前記集光部材の光軸方向から見た平面視において、前記光入射端面の形状が円であり、前記光射出端面の形状が楕円であり、
前記円の半径をｒａ、前記楕円の前記画面水平方向における半径をｒｘ、前記楕円の画面垂直方向における半径をｒｙとしたとき、ｒａ＜ｒｙ＜ｒｘを満たす、請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項４】
前記発光素子の光軸方向から見た平面視において、前記発光素子の光射出面の形状が最大半径をｒｂとする円であり、ｒｂ＜ｒａを満たす、請求項３に記載の液晶表示装置。
【請求項５】
前記光制御部材は、光透過性を有する基材と、前記基材の第１面に形成された光拡散部と、前記基材の第１面のうちの前記光拡散部の形成領域以外の領域に形成された遮光部と、を備え、
前記光拡散部は、前記基材側に位置する光射出端面と、前記基材側と反対側に位置して前記光射出端面の面積よりも大きい面積を有する光入射端面と、前記光射出端面と前記光入射端面との間に位置する光反射面と、を有し、
前記光拡散部の前記光入射端面から前記光射出端面までの高さが前記遮光部の高さよりも高く、
前記光拡散部の非形成領域における前記光拡散部の間隙に、前記光拡散部の屈折率よりも低い屈折率を有する物質が存在している、請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項６】
前記光制御部材の光拡散特性が、前記液晶パネルの法線方向から見て２軸以上の線対称性を有する、請求項５に記載の液晶表示装置。
【請求項７】
前記基材の法線方向から見た前記遮光部の平面形状が、長軸と短軸とを有する異方性形状であり、
前記遮光部の前記長軸の延在方向が前記画面の垂直方向に略一致し、前記短軸の延在方向が前記画面の水平方向に略一致する、請求項６に記載の液晶表示装置。
【請求項８】
前記遮光部の前記長軸の延在方向および前記短軸の延在方向が、前記第１の偏光板の偏光軸の延在方向および前記第２の偏光板の偏光軸の延在方向と略一致する、請求項７に記載の液晶表示装置。
【請求項９】
前記遮光部の前記長軸の延在方向と前記楕円の長軸の延在方向とが略直交する、請求項８に記載の液晶表示装置。
【請求項１０】
前記集光部材の前記光入射端面は、少なくとも一部に曲面を含む凹面である、請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項１１】
前記集光部材の前記傾斜面は、前記集光部材の光軸に対する傾斜角が前記光入射端面から前記光射出端面に向けて順次大きくなる方向に変化している、請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項１２】
前記照明装置は、前記複数の集光部材の光射出側に位置する拡散板をさらに備える、請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項１３】
前記複数の発光素子が略等間隔に配置され、隣り合う前記発光素子の間の距離が、前記発光素子と前記拡散板との間の距離よりも小さい、請求項１２に記載の液晶表示装置。
【請求項１４】
隣り合う前記発光素子の間の距離をＬ、前記発光素子と前記拡散板との間の距離をＤとしたとき、Ｌ／Ｄ≦０．７を満たす、請求項１３に記載の液晶表示装置。
【請求項１５】
前記拡散板は、光拡散特性に異方性を有し、
前記拡散板の拡散性が小さい方向が前記液晶パネルの画面水平方向に略一致する、請求項１２に記載の液晶表示装置。
【請求項１６】
前記第１の偏光板の吸収軸と前記第２の偏光板の吸収軸とが互いに直交し、
前記液晶パネルは、前記液晶層の液晶分子のダイレクタが前記第１の偏光板の吸収軸および前記第２の偏光板の吸収軸と交差する４つの方位を向く４つのドメインを有する複数の画素を備える、請求項１に記載の液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話機等をはじめとする携帯型電子機器、もしくはテレビジョン、パーソナルコンピューター等のディスプレイとして、液晶表示装置が広く用いられている。一般に、液晶表示装置は、表示画面を正面から見たときに優れた表示特性を発揮する。一方、表示画面を斜め方向から見たときにはコントラストが低下し、視認性が悪くなりやすい。あるいは、階調表示において明るさが逆転する階調反転等が起こる場合がある。このため、良好な視認性が得られ、画面を観察可能な視野角範囲を広げるための様々な手法が提案されている。
【０００３】
例えば特許文献１には、ＭＶＡ（Multi-domain Vertical Alignment）モードの液晶パネルと、液晶パネルから射出された光を液晶パネルの方位角方向および極角方向に拡散させて光の射出方向を制御する光制御部材と、を備えた液晶表示装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−１１９６５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
例えば家庭用のディスプレイにおいては、画面の正面から水平方向の所定の極角範囲内において良好な視野角特性が求められる。しかしながら、特許文献１に記載のように、ＭＶＡモードの液晶パネルと光制御部材とを単に組み合わせただけでは視野角特性の改善に限界があった。特に画面の水平方向における所望の極角範囲での視野角特性を改善することが難しい、という課題があった。
【０００６】
本発明の一つの態様は、上記の課題を解決するためになされたものであり、視野角特性に優れた液晶表示装置を提供することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するために、本発明の一つの態様の液晶表示装置は、第１の垂直配向膜を有する第１の基板と、第２の垂直配向膜を有する第２の基板と、前記第１の垂直配向膜と前記第２の垂直配向膜との間に挟持された負の誘電異方性を有する液晶層と、前記液晶層の光入射側に配置された第１の偏光板と、前記液晶層の光射出側に配置された第２の偏光板と、を含む液晶パネルと、前記液晶パネルの光入射側に配置され、前記液晶パネルに向けて光を射出する照明装置と、前記液晶パネルの光射出側に配置され、前記液晶パネルから射出された光を前記液晶パネルの法線方向から見た方位角方向および極角方向に拡散させて配光分布を制御する光制御部材と、を備え、前記照明装置は、前記液晶パネルの法線方向から見て前記液晶パネルと重なる位置に設けられ、前記液晶パネルに向けて光を射出する複数の発光素子と、前記複数の発光素子と前記液晶パネルとの間において前記複数の発光素子の各々に対応する位置に設けられ、前記発光素子から射出された光を集光して前記液晶パネルに入射させる複数の集光部材と、を備え、前記集光部材は、錐台状の形状であり、光入射端面と、前記光入射端面の面積よりも大きい面積を有する光射出端面と、前記光入射端面と前記光射出端面とに接する傾斜面と、を有し、前記発光素子から射出された光を少なくとも前記液晶パネルの画面の水平方向において集光する。
【０００８】
本発明の一つの態様の液晶表示装置において、前記集光部材は、光透過性を有する材料から構成されていてもよい。
【０００９】
本発明の一つの態様の液晶表示装置においては、前記集光部材の光軸方向から見た平面視において、前記光入射端面の形状が円であり、前記光射出端面の形状が楕円であり、前記円の半径をｒａ、前記楕円の前記画面の水平方向における半径をｒｘ、前記楕円の前記画面の垂直方向における半径をｒｙとしたとき、ｒａ＜ｒｙ＜ｒｘを満たしてもよい。
【００１０】
本発明の一つの態様の液晶表示装置においては、前記発光素子の光軸方向から見た平面視において、前記発光素子の光射出面の形状が最大半径をｒｂとする円であり、ｒｂ＜ｒａを満たしてもよい。
【００１１】
本発明の一つの態様の液晶表示装置において、前記光制御部材は、光透過性を有する基材と、前記基材の第１面に形成された光拡散部と、前記基材の第１面のうちの前記光拡散部の形成領域以外の領域に形成された遮光部と、を備え、前記光拡散部は、前記基材側に位置する光射出端面と、前記基材側と反対側に位置して前記光射出端面の面積よりも大きい面積を有する光入射端面と、前記光射出端面と前記光入射端面との間に位置する光反射面と、を有し、前記光拡散部の前記光入射端面から前記光射出端面までの高さが前記遮光部の高さよりも高く、前記光拡散部の非形成領域における前記光拡散部の間隙に、前記光拡散部の屈折率よりも低い屈折率を有する物質が存在していてもよい。
【００１２】
本発明の一つの態様の液晶表示装置において、前記光制御部材の光拡散特性は、前記液晶パネルの法線方向から見て２軸以上の線対称性を有していてもよい。
【００１３】
本発明の一つの態様の液晶表示装置において、前記基材の法線方向から見た前記遮光部の平面形状は、長軸と短軸とを有する異方性形状であり、前記遮光部の前記長軸の延在方向は前記画面の垂直方向に略一致し、前記短軸の延在方向は前記画面の水平方向に略一致していてもよい。
【００１４】
本発明の一つの態様の液晶表示装置において、前記遮光部の前記長軸の延在方向および前記短軸の延在方向は、前記第１の偏光板の偏光軸の延在方向および前記第２の偏光板の偏光軸の延在方向と略一致していてもよい。
【００１５】
本発明の一つの態様の液晶表示装置において、前記遮光部の前記長軸の延在方向と前記楕円の長軸の延在方向とは略直交していてもよい。
【００１６】
本発明の一つの態様の液晶表示装置において、前記集光部材の前記光入射端面は、少なくとも一部に曲面を含む凹面であってもよい。
【００１７】
本発明の一つの態様の液晶表示装置において、前記集光部材の前記傾斜面は、前記集光部材の光軸に対する傾斜角が前記光入射端面から前記光射出端面に向けて順次大きくなる方向に変化していてもよい。
【００１８】
本発明の一つの態様の液晶表示装置において、前記照明装置は、前記複数の集光部材の光射出側に位置する拡散板をさらに備えていてもよい。
【００１９】
本発明の一つの態様の液晶表示装置において、前記複数の発光素子は略等間隔に配置され、隣り合う前記発光素子の間の距離は、前記発光素子と前記拡散板との間の距離よりも小さくてもよい。
【００２０】
本発明の一つの態様の液晶表示装置において、隣り合う前記発光素子の間の距離をＬ、前記発光素子と前記拡散板との間の距離をＤとしたとき、Ｌ／Ｄ≦０．７を満たしてもよい。
【００２１】
本発明の一つの態様の液晶表示装置において、前記拡散板は、光拡散特性に異方性を有し、前記拡散板の拡散性が小さい方向が前記液晶パネルの画面の水平方向に略一致していてもよい。
【００２２】
本発明の一つの態様の液晶表示装置において、前記第１の偏光板の吸収軸と前記第２の偏光板の吸収軸とは互いに直交し、前記液晶パネルは、前記液晶層の液晶分子のダイレクタが前記第１の偏光板の吸収軸および前記第２の偏光板の吸収軸と交差する４つの方位を向く４つのドメインを有する複数の画素を備えていてもよい。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の一つの態様によれば、視野角特性に優れた液晶表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】第１実施形態の液晶表示装置の断面図である。
【図２】液晶パネルの断面図である。
【図３】液晶表示装置の一つの画素の電気的構成を示す模式図である。
【図４】光制御部材の模式図である。
【図５】バックライトに備えられた集光部材の平面図である。
【図６】図５のVIII−VIII線に沿う集光部材の断面図である。
【図７】極角と方位角の定義を説明するための図である。
【図８】液晶表示装置の画面と方位角との関係を示す図である。
【図９】日本の家庭における画像歪みの満足限と、画像歪みの満足限の範囲で画像が有効視野に収まる距離から視認したときの視野角と、を示す図である。
【図１０】光制御部材における透過光及び反射光の光路を示す模式図である。
【図１１】バックライトからの射出光の光束分布を示す図である。
【図１２】発光ダイオードからの射出光の配光分布を示す図である。
【図１３】集光部材からの射出光の配光分布を示す図である。
【図１４】発光ダイオードおよび集光部材からの射出光の極角と輝度比との関係を示すグラフである。
【図１５】バックライトに備えられた拡散板の平面図である。
【図１６Ａ】第１変形例の拡散板の画面垂直方向における断面図である。
【図１６Ｂ】第１変形例の拡散板の画面水平方向における断面図である。
【図１７Ａ】第２変形例の拡散板の画面垂直方向における断面図である。
【図１７Ｂ】第２変形例の拡散板の画面水平方向における断面図である。
【図１８Ａ】第３変形例の拡散板の画面垂直方向における断面図である。
【図１８Ｂ】第３変形例の拡散板の画面水平方向における断面図である。
【図１９】第２実施形態の液晶表示装置に用いる集光部材の断面図である。
【図２０】第１実施形態の集光部材からの射出光の配光分布を示す図である。
【図２１】凹部の形状を変えた集光部材からの射出光の配光分布を示す図である。
【図２２】発光ダイオードもしくは集光部材からの射出光の極角と輝度比との関係を示すグラフである。
【図２３】第３実施形態の液晶表示装置に用いる集光部材の断面図である。
【図２４】発光ダイオードもしくは集光部材からの射出光の極角と輝度比との関係を示すグラフである。
【図２５】第１〜第３実施形態の液晶表示装置の一適用例である薄型テレビを示す外観図である。
【図２６】第１〜第３実施形態の液晶表示装置の一適用例であるスマートフォンを示す外観図である。
【図２７】第１〜第３実施形態の液晶表示装置の一適用例であるノートパソコンを示す外観図である。
【図２８Ａ】液晶表示装置を構成するカラーフィルターの色配置の一例を示す図である。
【図２８Ｂ】液晶表示装置を構成するカラーフィルターの色配置の他の例を示す図である。
【図２８Ｃ】液晶表示装置を構成するカラーフィルターの色配置の他の例を示す図である。
【図２８Ｄ】液晶表示装置を構成するカラーフィルターの色配置の他の例を示す図である。
【図２８Ｅ】液晶表示装置を構成するカラーフィルターの色配置の他の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について、図１〜図１８Ｂを用いて説明する。
本実施形態では、透過型の液晶パネルを備えた液晶表示装置の例を挙げて説明する。
なお、以下の全ての図面においては、各構成要素を見やすくするため、構成要素によって寸法の縮尺を異ならせて示すことがある。
【００２６】
図１は、第１実施形態の液晶表示装置の断面図である。
図１に示すように、液晶表示装置１は、液晶パネル２と、バックライト８（照明装置）と、光制御部材９と、を備えている。液晶パネル２は、第１偏光板３と、第１位相差フィルム４（位相差板）と、液晶セル５と、第２位相差フィルム６（位相差板）と、第２偏光板７と、を備えている。図１では、液晶セル５を模式的に図示しているが、その詳細な構造については後述する。
【００２７】
観察者は、光制御部材９を介して液晶表示装置１の表示画像を見る。以下の説明では、光制御部材９が配置された側を視認側と称する。バックライト８が配置された側を背面側と称する。また、以下の説明において、Ｘ軸は、液晶表示装置１の画面の水平方向と定義する。Ｙ軸は、液晶表示装置１の画面の垂直方向と定義する。Ｚ軸は、液晶表示装置１の厚さ方向と定義する。
【００２８】
液晶表示装置１は、バックライト８から射出された光を液晶パネル２で変調し、変調した光によって所定の画像や文字等を表示する。また、液晶パネル２から射出された光が光制御部材９を透過すると、光制御部材９から射出される光の配光分布が光制御部材９に入射する前の配光分布よりも広がった状態となる。これにより、観察者は広い視野角を持って表示を視認することができる。
【００２９】
以下、液晶パネル２の具体的な構成について説明する。
ここでは、アクティブマトリクス方式の透過型液晶パネルを一例に挙げて説明する。ただし、本実施形態に適用可能な液晶パネル２はアクティブマトリクス方式の透過型液晶パネルに限るものではない。本実施形態に適用可能な液晶パネル２は、例えば半透過型（透過・反射兼用型）液晶パネルであってもよい。さらには、各画素がスイッチング用薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor, 以下、ＴＦＴと略記する）を備えていない単純マトリクス方式の液晶パネルであってもよい。
【００３０】
図２は、液晶パネル２の断面図である。
図２に示すように、液晶セル５は、ＴＦＴ基板１０と、カラーフィルター基板１２と、液晶層１１と、を備える。ＴＦＴ基板１０は、スイッチング素子基板として機能する。カラーフィルター基板１２は、ＴＦＴ基板１０に対向して配置されている。液晶層１１は、ＴＦＴ基板１０とカラーフィルター基板１２との間に挟持されている。
【００３１】
液晶層１１は、ＴＦＴ基板１０と、カラーフィルター基板１２と、ＴＦＴ基板１０およびカラーフィルター基板１２の周縁部を囲む枠状のシール部材（図示せず）と、によって囲まれた空間内に封入されている。シール部材は、ＴＦＴ基板１０とカラーフィルター基板１２とを所定の間隔をおいて貼り合わせる。
【００３２】
液晶パネル２は、例えばＭＶＡ（Multi-domain Vertical Alignment, 垂直配向）モードで表示を行う。液晶層１１には誘電率異方性が負の液晶が用いられる。ＴＦＴ基板１０とカラーフィルター基板１２との間には、スペーサー１３が配置されている。スペーサー１３は球状あるいは柱状である。スペーサー１３は、ＴＦＴ基板１０とカラーフィルター基板１２との間の間隔を一定に保持する。
【００３３】
図示はしないが、ＴＦＴ基板１０には、表示の基本単位となる複数の画素がマトリクス状に配置されている。ＴＦＴ基板１０には、複数の信号線が、互いに平行に延在するように形成されている。ＴＦＴ基板１０には、複数の走査線が、互いに平行に延在するように形成されている。複数の走査線と複数の信号線とは、互いに直交している。ＴＦＴ基板１０上には、複数の信号線と複数の走査線とが格子状に形成されている。隣接する信号線と隣接する走査線とによって区画された矩形状の領域が一つの画素となる。信号線は、ＴＦＴ１９のソース電極１７に接続されている。走査線は、ＴＦＴ１９のゲート電極１６に接続されている。
【００３４】
ＴＦＴ基板１０を構成する透明基板１４の液晶層１１側の面には、半導体層１５、ゲート電極１６、ソース電極１７、ドレイン電極１８等を有するＴＦＴ１９が形成されている。透明基板１４としては、例えばガラス基板を用いることができる。
【００３５】
透明基板１４上には、半導体層１５が形成されている。半導体層１５の材料としては、例えばＣＧＳ（Continuous Grain Silicon：連続粒界シリコン）、ＬＰＳ（Low-temperature Poly-Silicon：低温多結晶シリコン）、α−Ｓｉ（Amorphous Silicon：非結晶シリコン）等の半導体材料が用いられる。
【００３６】
透明基板１４上には、半導体層１５を覆うようにゲート絶縁膜２０が形成されている。ゲート絶縁膜２０の材料としては、例えばシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、もしくはこれらの積層膜等が用いられる。  
【００３７】
ゲート絶縁膜２０上には、半導体層１５と対向するようにゲート電極１６が形成されている。ゲート電極１６の材料としては、例えばＷ（タングステン）／ＴａＮ（窒化タンタル）の積層膜、Ｍｏ（モリブデン）、Ｔｉ（チタン）、Ａｌ（アルミニウム）等が用いられる。
【００３８】
ゲート絶縁膜２０上には、ゲート電極１６を覆うように第１層間絶縁膜２１が形成されている。第１層間絶縁膜２１の材料としては、例えばシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、もしくはこれらの積層膜等が用いられる。
【００３９】
第１層間絶縁膜２１上には、ソース電極１７およびドレイン電極１８が形成されている。第１層間絶縁膜２１とゲート絶縁膜２０とには、コンタクトホール２２およびコンタクトホール２３が、第１層間絶縁膜２１とゲート絶縁膜２０とを貫通して形成されている。ソース電極１７は、コンタクトホール２２を介して半導体層１５のソース領域に接続されている。ドレイン電極１８は、コンタクトホール２３を介して半導体層１５のドレイン領域に接続されている。ソース電極１７およびドレイン電極１８の材料としては、上述のゲート電極１６と同様の導電性材料が用いられる。
【００４０】
第１層間絶縁膜２１上には、ソース電極１７およびドレイン電極１８を覆うように第２層間絶縁膜２４が形成されている。第２層間絶縁膜２４の材料としては、上述の第１層間絶縁膜２１と同様の材料、もしくは有機絶縁性材料が用いられる。
【００４１】
第２層間絶縁膜２４上には、画素電極２５が形成されている。第２層間絶縁膜２４には、コンタクトホール２６が第２層間絶縁膜２４を貫通して形成されている。画素電極２５は、コンタクトホール２６を介してドレイン電極１８に接続されている。画素電極２５は、ドレイン電極１８を中継用電極として半導体層１５のドレイン領域に接続されている。画素電極２５の材料としては、例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide、インジウム錫酸化物）、ＩＺＯ（Indium Zinc Oxide、インジウム亜鉛酸化物）等の透明導電性材料が用いられる。
【００４２】
この構成により、走査線を通じて走査信号が供給され、ＴＦＴ１９がオン状態となったときに、信号線を通じてソース電極１７に供給された画像信号が、半導体層１５、ドレイン電極１８を経て画素電極２５に供給される。なお、ＴＦＴ１９の形態は、図２に示したトップゲート型ＴＦＴに限らず、ボトムゲート型ＴＦＴであってもよい。
【００４３】
画素電極２５を覆うように第２層間絶縁膜２４上の全面に第１の垂直配向膜２７が形成されている。第１の垂直配向膜２７は、液晶層１１を構成する液晶分子を垂直配向させる配向規制力を有している。第１の垂直配向膜２７は、いわゆる垂直配向膜である。本実施形態では、光配向技術を用いて第１の垂直配向膜２７に配向処理を施している。つまり、本実施形態では第１の垂直配向膜２７として光配向膜を用いている。
【００４４】
カラーフィルター基板１２を構成する透明基板２９の液晶層１１側の面には、ブラックマトリクス３０、カラーフィルター３１、平坦化層３２、対向電極３３、第２の垂直配向膜３４が順次形成されている。
【００４５】
ブラックマトリクス３０は、画素間領域において光の透過を遮断する。ブラックマトリクス３０は、例えば、Ｃｒ（クロム）やＣｒ／酸化Ｃｒの多層膜等の金属材料、もしくはカーボン粒子を感光性樹脂に分散させたフォトレジスト等で形成されている。
【００４６】
カラーフィルター３１には、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の各色の色素が含まれている。ＴＦＴ基板１０上の一つの画素電極２５に、Ｒ，Ｇ，Ｂのいずれか一つのカラーフィルター３１が対向して配置されている。なお、カラーフィルター３１は、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色以上の多色構成としても良い。
【００４７】
平坦化層３２は、ブラックマトリクス３０およびカラーフィルター３１を覆う絶縁膜で構成されている。平坦化層３２は、ブラックマトリクス３０およびカラーフィルター３１によってできる段差を緩和して平坦化する。
【００４８】
平坦化層３２上には対向電極３３が形成されている。対向電極３３の材料としては、画素電極２５と同様の透明導電性材料が用いられる。
【００４９】
対向電極３３上の全面に第２の垂直配向膜３４が形成されている。第２の垂直配向膜３４は、液晶層１１を構成する液晶分子を垂直配向させる配向規制力を有している。第２の垂直配向膜３４は、いわゆる垂直配向膜である。本実施形態では、光配向技術を用いて第２の垂直配向膜３４に配向処理を施している。つまり、本実施形態では第２の垂直配向膜３４として光配向膜を用いている。
【００５０】
図１に戻り、バックライト８は、複数の発光ダイオード（Light Emitting Diode,ＬＥＤ）３５と、反射シート３６と、複数の集光部材３７と、拡散板３８と、光学シート群３９と、を備えている。複数のＬＥＤ３５は、反射シート３６の上面に光射出面を液晶パネル２の側に向けて配置されている。反射シート３６は、複数のＬＥＤ３５から射出された光を液晶パネル２に向けて反射させる。このように、本実施形態のバックライト８は、いわゆる直下型バックライトと呼ばれるものである。光学シート群３９は、例えば２枚のプリズムシート、散乱シート等を含む。本実施形態のＬＥＤ３５は、特許請求の範囲の発光素子に対応する。
バックライト８のその他の構成要素については、後で詳しく説明する。
【００５１】
バックライト８と液晶セル５との間には、第１偏光板３が設けられている。第１偏光板３は、偏光子として機能する。液晶セル５と光制御部材９との間には、第２偏光板７が設けられている。第２偏光板７は、検光子として機能する。第１偏光板３の透過軸と第２偏光板７の透過軸とは、クロスニコルの配置となっている。
【００５２】
第１偏光板３と液晶セル５との間には、第１偏光板３を透過した光の位相差を補償するための第１位相差フィルム４が設けられている。第２偏光板７と液晶セル５との間には、液晶セル５を透過した光の位相差を補償するための第２位相差フィルム６が設けられている。
【００５３】
図３は、液晶表示装置１の一画素の電気的構成を模式的に示す図である。
図３に示すように、画素５０は、ＴＦＴ１９および補助容量５１に接続されている。ＴＦＴ１９のゲ−ト電極は、走査線５２に接続されている。ソース電極は、信号線５３に接続されている。補助容量５１は、補助容量配線５５に接続されている。補助容量５１は、画素電極２５に電気的に接続された補助容量電極と、補助容量配線５５に電気的に接続された補助容量対向電極と、これらの間に設けられた絶縁層（不図示）によって形成されている。
【００５４】
図３では、液晶パネル２の法線方向から見た液晶分子５４を円錐状に記載している。円錐の頂点は、液晶分子５４の背面側（ＴＦＴ基板側）の端部を意味する。円錐の底面は、液晶分子５４の視認側（カラーフィルター基板１２側）の端部を示している。本実施形態において、液晶分子５４のダイレクタとは、液晶分子５４の背面側の端部から、視認側の端部へ向かう方向と定義する。
【００５５】
画素５０は、４つのドメイン５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄを有する４ドメインＶＡを採用している。電圧印加時において、第１ドメイン５０ａに含まれる液晶分子５４と、第２ドメイン５０ｂに含まれる液晶分子５４と、第３ドメイン５０ｃに含まれる液晶分子５４と、第４ドメイン５０ｄに含まれる液晶分子５４とは、互いに方位角が９０°異なる方向に倒れる。すなわち、本実施形態の液晶パネル２は、液晶層１１の液晶分子５４のダイレクタが第１偏光板３の吸収軸および第２偏光板７の吸収軸と交差する４つの方位を向く４つのドメイン５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄを有する複数の画素５０を備える。
【００５６】
次に、光制御部材９について詳細に説明する。
図４は、光制御部材９の模式図である。図４において、左側下段は光制御部材９の平面図である。右側下段は、左側下段の平面図のＡ−Ａ線に沿った断面図である。左側上段は、左側下段の平面図のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
【００５７】
図４に示すように、光制御部材９は、基材４１と、複数の遮光部４２と、光拡散部４３と、複数の中空部４４と、を備えている。複数の遮光部４２は、基材４１の第１面４１ａ（視認側と反対側の面）に形成されている。光拡散部４３は、基材４１の第１面４１ａのうち、遮光部４２の形成領域以外の領域に形成されている。
【００５８】
光制御部材９は、図１に示すように、光拡散部４３を第２偏光板７に向け、基材４１を視認側に向けて第２偏光板７上に配置される。光制御部材９は、接着剤層４５を介して第２偏光板７に固定される。
【００５９】
基材４１には、例えばトリアセチルセルロース（ＴＡＣ）フィルム、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエーテルサルホン（ＰＥＳ）フィルム等、光透過性を有する透明樹脂製の基材が好ましく用いられる。
【００６０】
基材４１は、製造プロセスにおいて、後で遮光部４２や光拡散部４３の材料を塗布する際の下地となる。基材４１は、製造プロセス中の熱処理工程における耐熱性と機械的強度とを備える必要がある。そのため、基材４１には、樹脂製の基材の他、ガラス製の基材等を用いてもよい。ただし、基材４１の厚さは耐熱性や機械的強度を損なわない程度に薄い方が好ましい。その理由は、基材４１の厚さが厚くなる程、表示のボヤケが生じる虞があるからである。また、基材４１の全光線透過率は、ＪＩＳ  Ｋ７３６１−１の規定で９０％以上が好ましい。全光線透過率が９０％以上であると、十分な透明性が得られる。本実施形態では、一例として厚さが１００μｍの透明樹脂製基材が用いられる。
【００６１】
図４に示すように、遮光部４２は、基材４１の第１面４１ａの法線方向から見てランダムに配置されている。遮光部４２は、一例として、ブラックレジスト、黒色インク等の光吸収性および感光性を有する有機材料で構成されている。その他、Ｃｒ（クロム）やＣｒ／酸化Ｃｒの多層膜等の金属膜で構成されていてもよい。
【００６２】
光拡散部４３は、例えばアクリル樹脂やエポキシ樹脂等の光透過性および感光性を有する有機材料で構成されている。また、光拡散部４３の全光線透過率は、ＪＩＳ  Ｋ７３６１−１の規定で９０％以上であることが好ましい。全光線透過率が９０％以上であると、十分な透明性が得られる。
【００６３】
光拡散部４３は、光射出端面４３ａと、光入射端面４３ｂと、反射面４３ｃと、を有する。光射出端面４３ａは、基材４１に接する面であり、光が射出される面である。光入射端面４３ｂは、光射出端面４３ａと対向する面であり、光が入射する面である。反射面４３ｃは、光拡散部４３のテーパ状の側面であり、光拡散部４３の内部を進行する光が反射する面である。光入射端面４３ｂの面積は、光射出端面４３ａの面積よりも大きい。
【００６４】
光拡散部４３は、光制御部材９において光の透過に寄与する部分である。光拡散部４３に入射した光のうち、光Ｌ１は、反射面４３ｃで反射されることなく光射出端面４３ａから射出される。光拡散部４３に入射した光のうち、光Ｌ２は、光拡散部４３の反射面４３ｃで全反射しつつ、光拡散部４３の内部に略閉じこめられた状態で進み、光射出端面４３ａから射出される。
【００６５】
光拡散部４３の反射面４３ｃの傾斜角度θｃ（光入射端面４３ｂと反射面４３ｃとのなす角度）は、一例として８５°程度である。ただし、光拡散部４３の反射面４３ｃの傾斜角度θｃは、光Ｌ２を光制御部材９から射出させる際に、光Ｌ２を十分に拡散することが可能な角度であれば、特に限定されない。本実施形態では、光拡散部４３の反射面４３ｃの傾斜角度θｃは、反射面４３ｃの全ての箇所において一定である。
【００６６】
光拡散部４３の光入射端面４３ｂから光射出端面４３ａまでの高さは、遮光部４２の厚さよりも大きく設定されている。本実施形態の場合、遮光部４２の厚さは、一例として１５０ｎｍ程度である。光拡散部４３の光入射端面４３ｂから光射出端面４３ａまでの高さは、一例として２０μｍ程度である。
【００６７】
光拡散部４３の非形成領域における光拡散部４３の間隙、すなわち、光拡散部４３の反射面４３ｃと遮光部４２とにより囲まれた空間は、中空部４４となっている。中空部４４には、光拡散部４３の屈折率よりも低い屈折率を有する物質が存在している。本実施形態では、光拡散部４３の屈折率よりも低い屈折率を有する物質として、中空部４４には空気が存在している。
【００６８】
また、基材４１の屈折率と光拡散部４３の屈折率とは、略同等であることが望ましい。その理由は、以下の通りである。例えば、基材４１の屈折率と光拡散部４３の屈折率とが大きく異なる場合を考える。この場合、光入射端面４３ｂから入射した光が光拡散部４３から射出する際に、光拡散部４３と基材４１との界面で不要な光の屈折や反射が生じることがある。この場合、所望の視野角が得られない、射出光の光量が減少する、等の不具合が生じる虞があるからである。
【００６９】
本実施形態の場合、複数の中空部４４（光拡散部４３の外部）には空気が介在している。そのため、光拡散部４３が例えば透明アクリル樹脂で形成されているとすると、光拡散部４３の反射面４３ｃは透明アクリル樹脂と空気との界面となる。ここで、中空部４４が他の低屈折率材料で充填されていてもよい。しかしながら、光拡散部４３の内部と外部との界面の屈折率差は、外部にいかなる低屈折率材料が存在する場合よりも空気が存在する場合が最大となる。したがって、Snellの法則より、本実施形態の構成においては臨界角が最も小さくなり、光拡散部４３の反射面４３ｃで光が全反射できる入射角範囲が最も広くなる。その結果、光の損失がより抑えられ、高い輝度を得ることができる。
【００７０】
図４の左側下段に示すように、本実施形態の光制御部材９は、複数の遮光部４２が、基材４１の一面に点在して設けられている。基材４１の法線方向から見た遮光部４２の平面形状は、長軸と短軸とを有する異方性形状であり、一例として楕円形である。それぞれの遮光部４２の平面形状をなす楕円は、楕円の長軸方向が概ね画面の垂直方向（Ｙ軸方向）に略一致し、楕円の短軸方向が概ね画面の水平方向（Ｘ軸方向）に略一致している。したがって、遮光部４２の長軸の延在方向Ｄｙおよび短軸の延在方向Ｄｘは、第１偏光板３の偏光軸の延在方向Ｐ１および第２偏光板７の偏光軸の延在方向Ｐ２と略一致している。
【００７１】
以上の構成により、光拡散部４３の反射面４３ｃの向きを考えると、光拡散部４３の反射面４３ｃのうち、Ｘ軸方向に面した反射面４３ｃの割合はＹ軸方向に面した反射面４３ｃの割合よりも多い。そのため、Ｘ軸方向に面した反射面４３ｃで反射してＹ軸方向に拡散する光Ｌｙは、Ｙ軸方向に面した反射面４３ｃで反射してＸ軸方向に拡散する光Ｌｘよりも多くなる。
【００７２】
このように、遮光部４２の平面形状を楕円形等の異方性形状とし、長軸方向を画面垂直方向に一致させ、短軸方向を画面水平方向に一致させることで、水平方向の拡散性を高めることができる。これにより、液晶表示装置１における画面水平方向の色度視野角の改善に大きな効果を得ることができる。
【００７３】
図４の左側上段および右側下段に示すように、個々の遮光部４２の下方に相当する空間が円錐台状の中空部４４となる。すなわち、光制御部材９は、複数の中空部４４を有している。複数の中空部４２以外の部分には、光拡散部４１が一体に連なって設けられている。この構成によれば、光制御部材９の機械的強度を高めることができる。
【００７４】
遮光部４２の平面形状は、楕円形の他、多角形、半円等の形状が含まれていてもよい。遮光部４２の平面形状は、２軸以上の線対称性を有する形状であることが好ましい。２軸以上の線対称性を有する形状とは、少なくとも２つ以上の線分に対して線対称な形状を指す。
【００７５】
例えば、２つの線分に対して線対称な形状として、長方形が挙げられる。本実施形態の場合、長辺方向が概ね画面の垂直方向（Ｙ軸方向）に略一致し、短辺方向が概ね画面の水平方向（Ｘ軸方向）に略一致した長方形状の遮光部が用いられることが好ましい。また、長方形の他、画面の垂直方向（Ｙ軸方向）に長く延在するストライプ状の遮光部であってもよい。このように遮光部４２の平面形状が２軸以上の線対称性を有する形状を有する場合、光制御部材９の光散乱特性は、液晶パネル２の法線方向から見て、２軸以上の線対称性を有する。また、遮光部４０の一部が重なって形成されていてもよい。
【００７６】
以下、バックライト８に備えられた集光部材３７について説明する。
図１に示すように、複数の集光部材３７の各々は、複数のＬＥＤ３５と液晶パネル２との間の空間において、複数のＬＥＤ３５の各々に対応する位置に設けられている。集光部材３７は、ＬＥＤ３５から射出された光を集光して液晶パネル２に入射させる。液晶パネル２の法線方向から見て、複数のＬＥＤ３５は、互いに所定の間隔をおいて格子状に配置されている。隣り合う２つのＬＥＤ３５の間の間隔は、略等しい。また、画面水平方向に隣り合う２つのＬＥＤ３５の間の間隔と、画面垂直方向に隣り合う２つのＬＥＤ３５の間の間隔と、は等しくてもよいし、異なっていてもよい。
【００７７】
図５は、集光部材３７の平面図である。図６は、図５のVIII−VIII線に沿う集光部材３７の断面図である。
図５および図６に示すように、集光部材３７は、錐台状の形状であり、光入射端面３７ａと、光射出端面３７ｂと、傾斜面３７ｃと、を有する。光入射端面３７ａは、ＬＥＤ３５に対向する平坦な面である。光射出端面３７ｂは、ＬＥＤ３５とは反対側に位置し、光入射端面３７ａと平行な面である。光射出端面３７ｂは、光入射端面３７ａの面積よりも大きい面積を有する。傾斜面３７ｃは、光入射端面３７ａと光射出端面３７ｂとに接し、光入射端面３７ａおよび光射出端面３７ｂに対して傾斜した面である。
【００７８】
図１および図６には図示していないが、集光部材３７の光入射端面３７ａに、光入射端面３７ａから下方に突出する脚部が設けられている。集光部材３７は、集光部材３７の光入射端面３７ａがＬＥＤ３５から所定間隔をおいて位置するように、脚部によって反射シート３６上に支持される。ただし、集光部材３７の支持構造については上記の形態に限定されず、例えば、集光部材３７とは別個の支持部材を用いて集光部材３７が支持されていてもよい。
【００７９】
集光部材３７は、光透過性を有する材料から構成されている。集光部材３７の材料は、光透過性の他、耐熱性を有することが好ましく、例えばポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）等の材料が用いられる。光入射端面３７ａから入射した光Ｌ３は、集光部材３７の内部を進行する間に傾斜面３７ｃで全反射し、進行方向を変えて光射出端面３７ｂから射出される。集光部材３７は、ＬＥＤ３５から射出された光Ｌ３を少なくとも液晶パネル２の画面水平方向において集光する。
【００８０】
図５に示すように、集光部材３７の光軸Ｃ方向から見た平面視において、集光部材３７の光入射端面３７ａの形状は円（真円）であり、集光部材３７の光射出端面３７ｂの形状は楕円である。集光部材３７は、光射出端面３７ｂの平面形状である楕円の長軸方向が画面水平方向（Ｘ軸方向）を向き、楕円の短軸方向が画面垂直方向（Ｙ軸方向）を向くように配置されている。したがって、集光部材３７の光射出端面３７ｂの長軸方向は、光制御部材９の遮光部４２の長軸方向と略直交する。集光部材３７の光射出端面３７ｂの短軸方向は、光制御部材９の遮光部４２の短軸方向と略直交する。
【００８１】
集光部材３７の光軸Ｃ方向から見た平面視において、ＬＥＤ３５の光射出面３５ａの形状は円（真円）である。また、集光部材３７の光入射端面３７ａの平面形状である円の中心、光射出端面３７ｂの平面形状である楕円の中心、およびＬＥＤ３５の光射出面３５ａの平面形状である円の中心の位置は、全て一致している。
【００８２】
集光部材３７の光入射端面３７ａの平面形状である円の半径をｒａ、集光部材３７の光射出端面３７ｂの平面形状である楕円の長軸方向（画面水平方向）における半径をｒｘ、楕円の短軸方向（画面垂直方向）における半径をｒｙとしたとき、ｒａ＜ｒｙ＜ｒｘを満たしている。すなわち、集光部材３７の光射出端面３７ｂの長軸半径ｒｘおよび短軸半径ｒｙは、集光部材３７の光入射端面３７ａの半径ｒａよりも大きい。これにより、集光部材３７の傾斜面３７ｃは、下方側（反射シート３６に接する側）から上方（反射シート３６から離れる側）に向けて逆テーパ形状を呈する。
【００８３】
ＬＥＤ３５の光射出面３５ａの平面形状である円の半径をｒｂとしたとき、ｒｂ＜ｒａを満たしている。すなわち、集光部材３７の光入射端面３７ａの半径は、ＬＥＤ３５の光射出面３５ａの半径よりも大きい。これにより、ＬＥＤ３５から射出された光を集光部材３７に多く入射させることができ、光の利用効率を高めることができる。また、集光部材３７の高さ（Ｚ軸方向の寸法）は、用いられるＬＥＤ３５、光学シート群３９、要求される集光の程度などによって適宜設定されるため、特に限定されない。
【００８４】
ここで、以下の説明で用いる液晶表示装置１の極角と方位角について説明する。
図７は、極角と方位角の定義を説明するための図である。
図７に示すように、液晶表示装置１の画面の法線方向Ｅに対する観察者の視線方向Ｆのなす角度を極角θと定義する。また、Ｘ軸の正方向を基準（０°）とし、Ｘ軸の正方向に対して観察者の視線方向Ｆを画面上に射影したときの線分Ｇの延在方向のなす角度を方位角φと定義する。
【００８５】
図８は、液晶表示装置１の画面と方位角との関係を示す図である。
図８に示すように、液晶表示装置１の画面において、水平方向（Ｘ軸の正方向および負方向）を方位角φ：０°−１８０°方向とする。垂直方向（Ｙ軸方向の正方向および負方向）を方位角φ：９０°−２７０°方向とする。本実施形態において、第１偏光板３の透過軸は、方位角φ：９０°−２７０°方向に設定され、第２偏光板７の透過軸は、方位角φ：０°−１８０°方向に設定されている。
【００８６】
次に、液晶表示装置１として、上下左右に求められる視角範囲について述べる。
人間の眼は、横長かつ水平に左右２つ並んでいることから、左右の視野は広く、上下の視野は狭いという特性を有する。例えば、ＪＥＩＴＡ「フラットパネルディスプレイの人間工学シンポジウム２００３」における資料「テレビ視聴に関する人間工学ガイドライン策定へ向けてガイドライン標準化の是非とその施策（日本人間工学会、久武雄三）」には、視野角の主な調査研究結果とＩＳＯ規格要求値とが示されている。
【００８７】
図９は、画面の法線方向から見た視角を示している。破線で囲む範囲は、一般的な日本の家庭における画像歪みの満足限を示す。一点鎖線で囲む範囲は、画像歪みの満足限の範囲で画像が有効視野に収まる距離から観察したときの視野角を示す。
図９に示すように、人間の左右方位における視野角は４２°程度である。また、下方位における視野角が３５°であるのに対し、上方位における視野角は２０°よりも少し小さい。よって、液晶表示装置を家庭用のテレビとして用いる場合には、上方よりも下方の視野角特性が重要となる。さらに、画像歪みが満足できるという観点から、最低限満足すべき視角範囲は、画面水平方向において３３°である。
【００８８】
図１０は、光制御部材９における透過光Ｌ１および反射光Ｌ２の光路のシミュレーションを行った結果を示す模式図である。
図１０に示すように、透過光Ｌ１を想定すると、光拡散部４３の光入射端面４３ａに対して入射角θin＝３３°で入射した光Ｌ１は、側面４３ｃで反射することなく、光射出端面４３ｂを経て、基材４１の上面から射出角θout＝３３°で射出される。一方、反射光Ｌ２を想定すると、光拡散部４３の光入射端面４３ａに対して入射角θin＝１７°で入射した光Ｌ２は、側面４３ｃで反射した後、基材４１の上面から射出角θout＝３３°で射出される。このシミュレーションにおいて、光拡散部４３のテーパ角（光入射端面４３ａと側面４３ｃとのなす角度）を８５°に設定し、光拡散部４３の屈折率を１．６に設定した。なお、基材４１は平行平板であり、光は基材４１に入射する際の屈折角の分だけ基材４１から射出する際に屈折することで相殺され、進行方向が変わらない。そのため、基材４１の屈折率は不問とした。
【００８９】
図１０のシミュレーション結果を考慮すると、液晶パネル２から射出された光のうち、入射角３３°で光制御部材９の光拡散部４３に入射する光が多い程、視野角特性が低下する。すなわち、相対的に小さい入射角で光制御部材９に入射する光は、液晶パネル２を法線方向に近い角度で透過してきた光であるため、視野角特性に優れている。その一方、入射角３３°というように、相対的に大きい入射角で光制御部材９に入射する光は、液晶パネル２を法線方向から傾いた角度で透過してきた光であるため、視野角特性に劣る。したがって、光制御部材９から射出される光全体としてみると、相対的に大きい入射角で光制御部材９に入射する光が多い程、視野角特性が低下する。
【００９０】
図１１は、バックライト８からの射出光の光束分布を示す図である。図１１の横軸は極角［°］であり、縦軸は光束［相対値］である。
本発明者らは、上記の知見に基づき、バックライト８から射出される光のうち、水平方向において広角側に射出される一部の光を狭角側に集光し、正面輝度を上げることにより、視野角特性を改善できると考えた。具体的には、本発明者らは、図１１に示すように、破線で示す従来の光束分布に対して、極角３３°付近に射出される光を減らし、極角１７°付近に射出される光を増やすことにより、液晶パネル２を法線方向に近い角度で透過した光を光制御部材９で拡散させることができ、視野角特性を向上できると考えた。
【００９１】
そこで、本発明者らは、バックライト８に用いる集光部材３７による集光効果のシミュレーションを行った。以下、シミュレーションの結果について説明する。
図１２は、ＬＥＤ３５から射出される光の配光分布を示す図である。図１３は、集光部材３７から射出される光の配光分布を示す図である。
【００９２】
図１２に示すように、ＬＥＤ３５から射出された光Ｌ０は、極角０°から６０°程度までの広い範囲のランバート型の配光分布を有する。これに対して、図１３に示すように、ＬＥＤ３５から射出された光ＬＳは、集光部材３７を透過する。ＬＥＤ３５から射出された光Ｌ０のうち、相対的に大きい入射角で集光部材３７に入射した光は、傾斜面３７ｃで反射し、光の進行方向が光入射端面３７ａの法線方向に近くなる側に変化する。このように、ＬＥＤ３５の光射出側に集光部材３７が設けられることによって、ＬＥＤ３５から広角方向に射出される光を狭角方向に集光することができる。
【００９３】
図１４は、ＬＥＤ３５および集光部材３７からの射出光の極角と輝度比との関係を示すグラフである。
図１４の横軸は極角［°］を示し、縦軸は輝度比［−］である。輝度比は、ＬＥＤ３５から極角０°方向に射出される光の輝度を１としたときの輝度の比である。
破線のグラフＡは、ＬＥＤ３５からの射出光の輝度比分布を示す。実線のグラフＢは、画面水平方向（方位角０°−１８０°方向）に沿う集光部材３７からの射出光の輝度比分布を示す。１点鎖線のグラフＣは、画面垂直方向（方位角９０°−２７０°方向）に沿う集光部材３７からの射出光の輝度比分布を示す。
【００９４】
図１４に示すように、集光部材３７からの射出光は、画面水平方向、画面垂直方向のいずれにおいても、ＬＥＤ３５からの射出光に比べて、極角３３°付近の輝度比が大きく低下している。したがって、ＬＥＤ３５からの射出光は、集光部材３７を透過することにより、極角０°方向（正面方向）に集光されることがわかった。
【００９５】
上述したように、本実施形態の液晶表示装置１によれば、バックライト８の複数のＬＥＤ３５の各々に対応して集光部材３７が設けられたことにより、個々のＬＥＤ３５から広角方向に射出された光が集光部材３７により狭角方向（正面方向）に集光される。そのため、バックライト８から射出された光が液晶パネル２を透過し、光制御部材９に入射する際に、視野角特性が悪い光の割合が減り、全体として視野角特性を向上することができる。これにより、画像歪みが少なく、色再現性および視野角特性に優れた液晶表示装置１を実現することができる。
【００９６】
本実施形態の液晶表示装置１においては、直下型のバックライト８が用いられ、さらにＬＥＤ３５からの射出光が集光部材３７によって集光されているため、画面内での明るさムラが生じやすい、という課題を有している。この課題に対しては、隣り合うＬＥＤ３５間の距離を短くする、もしくはＬＥＤ３５から拡散板３８までの距離を長くすることにより対応が可能である。
【００９７】
図１に示すように、複数のＬＥＤ３５が略等間隔に配置されていることを前提とし、隣り合うＬＥＤ３５間の距離をＲとし、ＬＥＤ３５と拡散板３８との間の距離をＤとする。上記の課題を解決するためには、隣り合うＬＥＤ３５間の距離Ｒは、ＬＥＤ３５と拡散板３８との間の距離Ｄよりも小さいことが少なくとも望ましい。すなわち、本実施形態のバックライト８は、Ｒ／Ｄ＜１の条件を満たすことが少なくとも望ましい。
【００９８】
さらに、本発明者らは、隣り合うＬＥＤ３５間の距離とＬＥＤ３５から拡散板３８までの距離との比について検討した。
Ｒ／Ｄの値として、最初に、現状の直下型バックライトの一例であるＲ／Ｄ＝３．３について検討した。Ｒ／Ｄ＝３．３とした場合、本実施形態のバックライト８は集光部材３７を備えているため、本実施形態のバックライト８による輝度ムラは、現状の一般的な直下型バックライトの輝度ムラよりも大きくなる。
【００９９】
次に、Ｒ／Ｄ＜１の範囲を満たす種々のＲ／Ｄの値について検討した。その結果、Ｒ／Ｄ≦０．７の範囲内でＲ／Ｄの値を設定することにより、本実施形態のバックライト８による輝度ムラは、現状の一般的な直下型バックライトの輝度ムラと同等以下となることが確認された。さらに、集光部材３７からの射出光を拡散板３８、プリズムシート等の光学シート群３９を通すことにより、液晶パネル２に入射する時点の明暗の差をさらに小さくすることができる。すなわち、本実施形態のバックライト８は、Ｒ／Ｄ≦０．７の条件を満たすことがさらに望ましい。
【０１００】
また、本実施形態のバックライト８は、複数の集光部材３７の光射出側に位置する拡散板３８をさらに備えている。図１５は、拡散板３８の平面図である。
図１５に示すように、拡散板３８は、基材３８１と、基材３８１の内部に分散された複数の拡散材３８２と、を備えている。複数の拡散材３８２の配置密度は、画面水平方向と画面垂直方向とで異なる。具体的には、画面水平方向における拡散材３８２の配置密度は、画面垂直方向における拡散材３８２の配置密度よりも小さい。そのため、拡散板３８は、画面水平方向と画面垂直方向とで光の拡散性に異方性を有する。画面水平方向における光の拡散性は、画面垂直方向における光の拡散性よりも小さい。これにより、拡散板３８における光の拡散性が大きい方向は、光制御部材９の遮光部４２の長軸方向と平行になる。
【０１０１】
本実施形態の液晶表示装置１においては、バックライト８が集光部材３７を備えたことにより、バックライト８からの射出光を少なくとも画面水平方向に集光させている。そのため、上述したように、拡散板３８は、画面水平方向における光の拡散性が画面垂直方向における光の拡散性よりも小さいことが好ましい。これにより、液晶表示装置１の視野角特性を効果的に改善しつつ、画面内の明るさムラを低減することができる。
【０１０２】
本実施形態の液晶表示装置１に用いられる拡散板は、拡散異方性を有するものであればよく、拡散異方性を付与する手段として、複数の拡散材の配置密度が画面水平方向と画面垂直方向とで異なる形態の図１５の拡散板３８に限られるものではない。
例えば、以下の第１〜第３変形例の拡散板が用いられてもよい。
【０１０３】
図１６Ａは、第１変形例の拡散板５６の画面垂直方向における断面図である。図１６Ｂは、第１変形例の拡散板５６の画面水平方向における断面図である。
図１６Ａおよび図１６Ｂに示すように、拡散板５６は、基材５６１と、楕円球状の複数の拡散材５６２と、を備える。複数の拡散材５６２は、個々の拡散材５６２の画面垂直方向（Ｙ軸方向）の断面形状が円形となり、画面水平方向（Ｘ軸方向）の断面形状が楕円形となるように配向している。
【０１０４】
図１７Ａは、第２変形例の拡散板５７の画面垂直方向における断面図である。図１７Ｂは、第２変形例の拡散板５７の画面水平方向における断面図である。
図１７Ａおよび図１７Ｂに示すように、拡散板５７は、基材５７１と、球状の複数の拡散材５７２と、複数のプリズム構造体５７３と、を備える。複数のプリズム構造体５７３は、三角柱状のプリズム構造体５７３が画面水平方向（Ｘ軸方向）に延在し、画面垂直方向（Ｙ軸方向）に複数並ぶように形成されている。
【０１０５】
図１８Ａは、第３変形例の拡散板５８の画面垂直方向における断面図である。図１８Ｂは、第３変形例の拡散板５８の画面水平方向における断面図である。
図１８Ａおよび図１８Ｂに示すように、拡散板５８は、基材５８１と、複数の凸状体５８２と、を備える。複数の凸状体５８２は、各凸状体５８２の長手方向が画面水平方向（Ｘ軸方向）に略一致し、各凸状体５８２の短手方向が画面垂直方向（Ｙ軸方向）に略一致するように形成されている。この種の拡散板５８として、例えば王子製紙社製のナノバックリングシートを用いることができる。
【０１０６】
［第２実施形態］
以下、本発明の第２実施形態について、図１９〜図２２を用いて説明する。
第２実施形態の液晶表示装置の基本構成は第１実施形態と同一であり、集光部材の構成が第１実施形態と異なる。そのため、第２実施形態では、集光部材についてのみ説明する。
図１９は、第２実施形態の液晶表示装置に用いる集光部材の断面図である。
図１９〜図２２において、第１実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
【０１０７】
図２０は、第１実施形態の集光部材３７からの射出光の配光分布を示す図である。
図２０に示すように、第１実施形態の集光部材３７において、光入射端面３７ａは、平坦な面であり、ＬＥＤ３５の光射出面３５ａに平行な面である。この場合、ＬＥＤ３５から射出された光のうち、相対的に大きい射出角で射出された一部の光Ｌ５は、光入射端面に対して大きい入射角で入射する。そのため、光Ｌ５は、光入射端面３７ａで反射し、集光部材３７の内部に入射することができない。光Ｌ５は液晶パネル２に入射せず、表示に寄与しないため、光利用効率を低下させる原因となる。
【０１０８】
これに対して、図１９に示すように、第２実施形態の集光部材６２の光入射端面６２ａには、内面がなだらかに湾曲した凹部６３が設けられている。また、集光部材６２の光軸Ｃ方向から見て、凹部６３の平面形状は円形である。凹部６３の平面形状をなす円の中心は、光入射端面６２ａ全体の平面形状をなす円の中心に一致している。この構成により、光入射端面６２ａは、全体が曲面状の凹面となっている。
その他の構成は第１実施形態と同様である。
【０１０９】
本実施形態の構成によれば、第１実施形態の集光部材３７において表示に寄与できない光Ｌ５と同じ射出角で射出された光Ｌ６についても、光入射端面６２ａが凹面となっていることにより、光入射端面６２ａに対する入射角が第１実施形態の光入射端面３７ａに対する入射角よりも小さくなる。その結果、光Ｌ６は、光入射端面６２ａから集光部材６２の内部に入射する。これにより、光Ｌ６は液晶パネル２に入射し、表示に寄与できるため、第１実施形態に比べて光利用効率を高めることができる。
【０１１０】
集光部材６２による集光効果を効果的に得るためには、凹部６３の平面形状である円の半径をｂ（ｍｍ）とし、凹部６３の最大深さをｈ（ｍｍ）としたとき、凹部６３の半径ｂに対する最大深さｈの比ｈ／ｂは、０＜ｈ／ｂ＜１であることが望ましい。具体的に、ｈ／ｂは、０．５程度であることが望ましい。図１９では、ｈ／ｂ＝０．５としたときの集光部材６２からの射出光の配光分布を示している。
【０１１１】
図２１は、凹部６６の半径ｂに対する最大深さｈの比を１（ｈ／ｂ＝１）としたときの集光部材６５からの射出光の配光分布を示す図である。
図２１に示すように、ｈ／ｂ＝１とした場合も、ＬＥＤ３５から広角側に射出された光が集光部材６５の内部に入射するため、光利用効率を高めることができる。ただし、図２１に示した集光部材６５においては、図１９に示したｈ／ｂ＝０．５の集光部材６２と比べて、広角に発散する方向に射出される光が僅かに多くなる。したがって、０＜ｈ／ｂ＜１であることが望ましい。
【０１１２】
本実施形態においても、バックライト８が集光部材６２，６５を備えたことにより、画像歪みが少なく、色再現性および視野角特性に優れた液晶表示装置を実現できる、という第１実施形態と同様の効果が得られる。
【０１１３】
図２２は、本発明者らのシミュレーション結果を示しており、第２実施形態の集光部材６２からの射出光の極角と輝度比との関係を示すグラフである。
図２２の横軸は極角［°］を示し、縦軸は輝度比［−］である。輝度比は、ＬＥＤ３５から極角０°方向に射出される光の輝度を１としたときの輝度の比である。
破線のグラフＡは、ＬＥＤ３５からの射出光の輝度比分布を示す。実線のグラフＢは、画面水平方向（方位角０°−１８０°方向）に沿う集光部材６２からの射出光の輝度比分布を示す。１点鎖線のグラフＣは、画面垂直方向（方位角９０°−２７０°方向）に沿う集光部材６２からの射出光の輝度比分布を示す。
【０１１４】
図２２に示すように、集光部材６２からの射出光は、画面水平方向、画面垂直方向のいずれにおいても、ＬＥＤ３５からの射出光に比べて、極角３３°付近の輝度比が大きく低下している。したがって、ＬＥＤ３５からの射出光は、集光部材６２を透過することにより、極角０°方向（正面方向）に集光されることがわかった。
【０１１５】
第２実施形態の場合、極角３３°での輝度比は、画面垂直方向において０．５程度にまで低減されているのに対し、画面水平方向においては０．３程度にまで低減されている。このように、特に集光状態を改善したい方位角方向である画面水平方向における集光効果が、画面垂直方向における集光効果に比べて大きく、視野角の改善にとって理想的であることがわかった。また、図２２に示す第２実施形態のグラフは、図１４に示す第１実施形態のグラフのような変曲点を持たず、形状がなだらかであることがわかった。そのため、観察者が極角を変化させながら画面を見たときに明るさの急激な変化が少なく、斜め方向からの表示品位を効果的に高めることができる。
【０１１６】
本実施形態では、集光部材６２，６５の光入射端面６２ａ，６５ａの全体が曲面状の凹面である例を示した。この構成に代えて、例えば集光部材の光入射端面のうち、中央部は平坦面であり、ＬＥＤから広角側に射出される光が入射する一部の領域のみが曲面状の凹面となっていてもよい。
【０１１７】
［第３実施形態］
以下、本発明の第３実施形態について、図２３〜図２４を用いて説明する。
第３実施形態の液晶表示装置の基本構成は第１実施形態と同一であり、集光部材の構成が第１実施形態と異なる。そのため、第３実施形態では、集光部材についてのみ説明する。
図２３は、第３実施形態の液晶表示装置に用いる集光部材の断面図である。
図２３〜図２４において、第１実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
【０１１８】
第１実施形態の集光部材３７の傾斜面３７ｃは、位置によらずに傾斜角が一定であった。これに対して、図２３に示すように、第３実施形態の集光部材７１の傾斜面７１ｃは、傾斜角が光入射端面７１ａから光射出端面７１ｂに向けて順次大きくなる方向に変化している。すなわち、集光部材３７の光軸Ｃを含む平面で切断した断面で見ると、傾斜面７１ｃの断面形状は、内側に凸となるように湾曲した曲線状である。
【０１１９】
傾斜面７１ｃ上の１点を通る接線Ｓ１，Ｓ２と光軸Ｃに平行な直線Ｖとのなす角度を傾斜面７１ｃの傾斜角αと定義する。このとき、傾斜面７１ｃが光入射端面７１ａと接する角部での傾斜面７１ｃの傾斜角α１は、例えば６°である。傾斜面７１ｃが光射出端面７１ｂと接する角部での傾斜角α２は、例えば１２°である。このように、傾斜面７１ｃの傾斜角αは光入射端面７１ａ側から光射出端面７１ｂ側に向けて、６°から１２°に増加している。
その他の構成は第１実施形態と同様である。
【０１２０】
上述したように、集光部材７１は、ＬＥＤ３５から種々の方向に射出される光のうち、極角３３°付近に射出される光を減らし、極角１７°付近に射出される光を増やすことが望ましい。そのためには、本実施形態のように、傾斜面７１ｃの傾斜角αを一定にするのではなく、適宜変化させることにより、射出光の配光分布を制御することが有効である。具体的には、傾斜面７１ｃの傾斜角αを６°〜１２°の範囲内で変化させることにより、極角３３°付近に射出される光を減らし、極角１７°付近に射出される光を増やすことができる。
【０１２１】
本実施形態においても、バックライト８が集光部材７１を備えたことにより、画像歪みが少なく、色再現性および視野角特性に優れた液晶表示装置を実現できる、という第１実施形態と同様の効果が得られる。
【０１２２】
図２４は、本発明者らのシミュレーション結果を示しており、第３実施形態の集光部材７１からの射出光の極角と輝度比との関係を示すグラフである。
図２４の横軸は極角［°］を示し、縦軸は輝度比［−］である。輝度比は、ＬＥＤ３５から極角０°方向に射出される光の輝度を１としたときの輝度の比である。
破線のグラフＡは、ＬＥＤ３５からの射出光の輝度比分布を示す。実線のグラフＢは、画面水平方向（方位角０°−１８０°方向）に沿う集光部材７１からの射出光の輝度比分布を示す。
【０１２３】
図２４に示すように、集光部材７１からの射出光は、ＬＥＤ単品での射出光と比較して、極角２５°付近よりも広角側の輝度比が大きく低下している。例えば極角３３°での輝度比を見ると、０．９程度から０．３程度まで大きく低下している。また、集光部材７１からの射出光は、ＬＥＤ単品での射出光に対して、極角２５°よりも狭角側の輝度比が上昇している。例えば極角１７°での輝度比を見ると、１．２を超える値にまで上昇している。このように、本実施形態の集光部材７１によれば、液晶表示装置の視野角特性が大きく改善される見通しが得られた。
【０１２４】
［第４実施形態］
上述の第１実施形態〜第３実施形態の液晶表示装置は、各種電子機器に適用することができる。
以下、上述の第１実施形態〜第３実施形態の液晶表示装置１を備えた電子機器について、図２５〜図２７を用いて説明する。
【０１２５】
上述の第１実施形態〜第３実施形態の液晶表示装置１は、例えば、図２５に示す薄型テレビ２５０に適用できる。
図２５に示すように、薄型テレビ２５０は、表示部２５１、スピーカ２５２、キャビネット２５３およびスタンド２５４等を備えている。
表示部２５１として、上述の第１実施形態〜第３実施形態の液晶表示装置１を好適に適用できる。上述の第１実施形態〜第３実施形態の液晶表示装置１を薄型テレビ２５０の表示部２５１に適用することにより、視野角特性に優れた映像を表示することができる。
【０１２６】
上述の第１実施形態〜第３実施形態の液晶表示装置１は、例えば、図２６に示すスマートフォン２４０に適用できる。
図２６に示すように、スマートフォン２４０は、音声入力部２４１、音声出力部２４２、操作スイッチ２４４、表示部２４５、タッチパネル２４３および筐体２４６等を備えている。
表示部２４５として、上述の第１実施形態〜第３実施形態の液晶表示装置１を好適に適用できる。上述の第１実施形態〜第３実施形態の液晶表示装置１をスマートフォン２４０の表示部２４５に適用することによって、視野角特性に優れた映像を表示することができる。
【０１２７】
上述の第１実施形態〜第３実施形態の液晶表示装置１は、例えば、図２７に示すノートパソコン２７０に適用できる。
図２７に示すように、ノートパソコン２７０は、表示部２７１、キーボード２７２、タッチパッド２７３、メインスイッチ２７４、カメラ２７５、記録媒体スロット２７６および筐体２７７等を備えている。
表示部２７１として、上述の第１実施形態〜第３実施形態の液晶表示装置１を好適に適用できる。上述の第１実施形態〜第３実施形態の液晶表示装置１をノートパソコン２７０の表示部２７１に適用することによって、視野角特性に優れた映像を表示することができる。
【０１２８】
なお、本発明のいくつかの態様における技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の態様における趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば上記実施形態では、集光部材として、ＰＭＭＡ等の光透過性を有する材料から構成された中実の集光部材の例を挙げたが、この構成に代えて、例えば内部が中空の筒体で構成され、筒体の内面が反射面となっている集光部材が用いられてもよい。
【０１２９】
また、上記実施形態における光制御部材の基材の視認側に、反射防止構造、偏光フィルター層、帯電防止層、防眩処理層、防汚処理層のうちの少なくとも一つが設けられた構成であってもよい。この構成によれば、基材の視認側に設ける層の種類に応じて、外光反射を低減する機能、塵埃や汚れの付着を防止する機能、傷を防止する機能等を付加することができ、視野角特性の経時劣化を防ぐことができる。
【０１３０】
特に、反射防止構造の一例として、光制御部材の基材の視認側にアンチグレア層が設けられた構成であってもよい。アンチグレア層としては、例えば、光の干渉を用いて外光を打ち消す誘電体多層膜等が用いられる。
【０１３１】
反射防止構造の他の例として、光制御部材の基材の視認側に、いわゆるモスアイ構造が設けられた構成であってもよい。本発明において、モスアイ構造は、以下の構造や形状を含むものとする。モスアイ構造は、周期が可視光の波長以下の凹凸形状であり、いわゆる“蛾の目(Moth-eye)”構成の原理を利用した形状や構造である。凹凸の周期は、可視光（λ＝３８０ｎｍ〜７８０ｎｍ）の波長以下に制御されている。凹凸パターンを構成する凸部の２次元的な大きさは、１０ｎｍ以上、５００ｎｍ未満である。基材に入射する光に対する屈折率を凹凸の深さ方向に沿って入射媒体（空気）の屈折率から基材の屈折率まで連続的に変化させることによって反射を抑制する。
【０１３２】
また、液晶表示装置内の４つのドメインについては、各々のドメインの面積が異なっていてもよいし、液晶分子のダイレクタの方向は完全に９０°ずつ異なっていなくてもよい。また、本発明は、１つの画素内に少なくとも２つのドメインがある場合に適用されるものであり、３つ以上のドメインがあってもよい。その場合、視野角特性を改善したい方位角方向に合わせて、光制御部材の遮光層の長軸方向、短軸方向、および集光部材の光射出端面の長軸方向、短軸方向を配置すればよい。
【０１３３】
また、上記実施形態においては、図２８Ａに示すように、液晶パネル２の１個の画素ＰＸが長方形状の赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３個の副画素で構成され、これら３個の副画素が画面の垂直方向（矢印Ｖ方向）に長辺方向を向けて水平方向（矢印Ｈ方向）に配列されている例を示した。副画素の配置は、この例に限ることはない。例えば図２８Ｂに示すように、Ｒ，Ｇ，Ｂの３個の副画素が画面の水平方向（矢印Ｈ方向）に長辺方向を向けて垂直方向（矢印Ｖ方向）に配列されていてもよい。
【０１３４】
また、図２８Ｃに示すように、液晶パネル２の１個の画素が長方形状の赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）、黄（Ｙ）の４個の副画素で構成され、これら４個の副画素が画面の垂直方向（矢印Ｖ方向）に長辺方向を向けて水平方向（矢印Ｈ方向）に配列されていてもよい。
もしくは、図２８Ｄに示すように、Ｒ，Ｇ，Ｂ，Ｙの４個の副画素が画面の水平方向（矢印Ｈ方向）に長辺方向を向けて垂直方向（矢印Ｖ方向）に配列されていてもよい。
もしくは、図２８Ｅに示すように、液晶パネルの１個の画素が正方形状のＲ，Ｇ，Ｂ，Ｙの４個の副画素で構成され、画面の水平方向と垂直方向とに２行２列に配置されていてもよい。
【０１３５】
その他、液晶表示装置および光制御部材の各構成部材の材料、数、配置等に関する具体的な構成は上記実施形態に限ることなく、適宜変更が可能である。例えば上記実施形態では、液晶パネルの外側に偏光板や位相差板を配置する例を示したが、この構成に代えて、液晶パネルを構成する一対の基板の内側に偏光層や位相差層を形成しても良い。
【産業上の利用可能性】
【０１３６】
本発明は、液晶表示装置に利用が可能である。
【符号の説明】
【０１３７】
１…液晶表示装置、２…液晶パネル、３…第１偏光板、７…第２偏光板、８…バックライト（照明装置）、９…光制御部材、１０…ＴＦＴ基板（第１の基板）、１１…液晶層、１２…カラーフィルター基板（第２の基板）、２７…第１の垂直配向膜、３４…第２の垂直配向膜、３５…発光素子（ＬＥＤ）、３７，６２，６５，７１…集光部材、３７ａ…光入射端面、３７ｂ…光射出端面、３７ｃ…傾斜面、３８，５６，５７，５８…拡散板、４１…基材、４２…遮光部、４３…光拡散部、４４…中空部、５０…画素、５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄ…ドメイン。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８Ａ】
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【図２８Ｂ】
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【図２８Ｃ】
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【図２８Ｄ】
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【図２８Ｅ】
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