(57)【要約】【課題】液晶表示パネルとプリズムシートとの関係で発生するモアレを解消するとともに、正面輝度の低下を抑制する。【解決手段】信号線基板１１と対向基板１２との間に液晶が挟持され、前記信号線基板には下偏光板１４が接着され、前記対向基板には上偏光板１３が接着されている。バックライトは光源２０、導光板２１、下拡散シート２２、下プリズムシート２３、上プリズムシート２４とから構成されている。プリズムシート２３、２４と信号線基板１１あるいは対向基板１２との関係で生ずるモアレを下偏光基板１４に接着された蠅の目レンズアレイ３０によって解消する。蠅の目レンズアレイ３０を用いることによって、画面の輝度を低下させることなく、モアレを解消することが出来る。【選択図】図１
2009192610.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号線基板と対向基板との間に液晶が挟持され、前記信号線基板には下偏光板が接着され、前記対向基板には上偏光板が接着された液晶表示パネルを有する液晶表示装置であって、
前記液晶表示パネルの背面にはバックライトが設置され、前記バックライトは光源と断面形状が繰返し構造の光学シートを含む光学部品を有し、
前記下偏光板には蠅の目レンズアレイが接着されおり、前記蠅の目レンズアレイは稠密構造となっていることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記蠅の目レンズアレイのレンズピッチは液晶表示パネルの画素ピッチの１／４以下であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項３】
前記蠅の目レンズアレイの各レンズの外形は矩形であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項４】
前記蠅の目レンズアレイの各レンズの外形は六角形であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項５】
前記断面形状が繰返し構造の光学シートとして、上プリズムシートと下プリズムシートが存在しており、前記上プリズムシートと前記蠅の目レンズアレイとの間には間隙ｄが存在していることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項６】
前記蠅の目レンズアレイのレンズピッチをＬｐとし、前記蠅の目レンズアレイの高低差を２Ｈとし、前記蠅の目レンズアレイと前記上プリズムシートの間隙ｄとし、液晶パネルの画素ピッチをｐとしたとき、２Ｈ＞０．４７×（ｐ／ｄ）×Ｌｐの関係になることを特徴とする請求項５に記載の液晶表示装置。
【請求項７】
前記蠅の目レンズアレイのレンズピッチはランダムピッチとなっていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項８】
前記のハエの目レンズアレイにおけるレンズの形成されている部分は全体の面積の９０％以上を有することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項９】
前記のハエの目レンズアレイにおけるレンズの形成されている部分は全体の面積の９５％以上を有することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項１０】
前記のハエの目レンズアレイは隙間無くレンズが形成されていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項１１】
信号線基板と対向基板との間に液晶が挟持され、前記信号線基板には下偏光板が接着され、前記対向基板には上偏光板が接着された液晶表示パネルを有する液晶表示装置であって、
前記液晶表示パネルの背面にはバックライトが設置され、前記バックライトは光源と断面形状が繰返し構造の光学シートを含む光学部品を有し、
前記上偏光板には蠅の目レンズアレイが接着されおり、前記蠅の目レンズアレイは稠密構造となっていることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項１２】
前記蠅の目レンズアレイのレンズピッチは液晶表示パネルの画素ピッチの１／４以下であることを特徴とする請求項１１に記載の液晶表示装置。
【請求項１３】
前記蠅の目レンズアレイの各レンズの外形は矩形であることを特徴とする請求項１１に記載の液晶表示装置。
【請求項１４】
前記蠅の目レンズアレイの各レンズの外形は六角形であることを特徴とする請求項１１に記載の液晶表示装置。
【請求項１５】
前記蠅の目レンズアレイの高低差を２Ｈとし、レンズピッチをＬｐとした時、２Ｈ／Ｌｐ＜０．３２であることを特徴とする請求項１１に記載の液晶表示装置。
【請求項１６】
前記蠅の目レンズアレイのレンズピッチはランダムピッチとなっていることを特徴とする請求項１１に記載の液晶表示装置。
【請求項１７】
前記のハエの目レンズアレイにおけるレンズの形成されている部分は全体の面積の９０％以上を有することを特徴とする請求項１１に記載の液晶表示装置。
【請求項１８】
前記のハエの目レンズアレイにおけるレンズの形成されている部分は全体の面積の９５％以上を有することを特徴とする請求項１１に記載の液晶表示装置。
【請求項１９】
前記のハエの目レンズアレイは隙間無くレンズが形成されていることを特徴とする請求項１１に記載の液晶表示装置。
【請求項２０】
信号線基板と対向基板との間に液晶が挟持され、前記信号線基板には下偏光板が接着され、前記対向基板には上偏光板が接着された液晶表示パネルを有する液晶表示装置であって、
前記液晶表示パネルの背面にはバックライトが設置され、前記バックライトは光源と断面形状が繰返し構造の光学シートを含む光学部品を有し、
前記液晶表示パネルの上偏光板の上には、面板が設置され、前記面板の前記液晶表示パネル側には蠅の目レンズアレイが設置されていることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２１】
前記蠅の目レンズアレイのピッチは前記液晶表示パネルの画素ピッチの１／４以下であることを特徴とする請求項２０に記載の液晶表示装置。
【請求項２２】
前記蠅の目レンズアレイは前記面板に直接形成されていることを特徴とする請求項２０に記載の液晶表示装置。
【請求項２３】
信号線基板と対向基板との間に液晶が挟持され、前記信号線基板には下偏光板が接着され、前記対向基板には上偏光板が接着された液晶表示パネルを有する液晶表示装置であって、
前記液晶表示パネルの背面にはバックライトが設置され、前記バックライトは光源と断面形状が繰返し構造の光学シートを含む光学部品を有し、
前記液晶表示パネルの上偏光板の上には、面板が設置され、前記面板の外側には蠅の目レンズアレイが設置されていることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２４】
前記蠅の目レンズアレイのピッチは前記液晶表示パネルの画素ピッチの１／４以下であることを特徴とする請求項２３に記載の液晶表示装置。
【請求項２５】
前記蠅の目レンズアレイは前記面板に直接形成されていることを特徴とする請求項２３に記載の液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は表示装置に係り、モアレを解消し、かつ、輝度を向上した液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置は、薄型、軽量であることから、コンピュータモニタ、携帯端末、携帯電話、ＴＶ等に用途が拡大している。液晶表示パネルは自ら発光しないために、バックライトが必要である。バックライトは種々の光源と光学部品とから構成されている。携帯電話等は電池で駆動するために、バックライトにおける消費電力が問題である。
【０００３】
光源からの光を効率よく利用するために、断面形状が山状の繰返し構造の光学シートであるプリズムシートを使用してバックライトからの光を画面方向に集束している。これによってバックライトの光利用効率を高め、バックライトにおける消費電力を低減している。このプリズムシートは断面が３角形のマイクロプリズムを特定ピッチによって多数配列したものである。したがって、プリズムシートを通過した光は、明るい線と暗い線が細かいピッチで配列したものとなる。一方、液晶表示パネルには走査線、データ信号線等が一定ピッチで存在しているために、プリズムシートを通過した光との間で干渉を生ずる。
【０００４】
このような、プリズムシートと液晶表示パネルとの干渉が生ずると、画面にモアレが発生し、画像品質を著しく損ねる。このモアレを対策するために、例えば、「特許文献１」には、プリズムシートにおけるプリズムの延在方向と、液晶表示パネルに形成されている走査線あるいはデータ信号線との間に、わずかに角度を設ける技術が記載されている。
【０００５】
【特許文献１】ＵＳＰ５２８０３７１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載の技術では、プリズムシートにおけるプリズムの延在方向の角度の設定が必要である。また、特許文献１に記載の技術では、モアレは低減することは出来るが、無くすことは出来ない。したがって、モアレを低減するためのいわゆる拡散シートは必要である。後に述べるように、拡散シートが存在すると、画面の正面輝度が低下する。
【０００７】
図１７は、バックライトを有する従来の液晶表示装置の要部断面図である。図１７においては、液晶表示パネルを収納するモールド、駆動ＩＣ等は省略されている。図１７において、バックライトは、光源２０、導光板２１および種々の光学シートから構成されている。光源２０は導光板２１のサイドに設置されている。表示装置の厚さを小さくするためである。光源２０としては、ＬＥＤ、ＣＣＦＬ等を使用することが出来る。
【０００８】
導光板２１は、サイドから入射する光を液晶表示パネル方向に向ける働きを有する。導光板２１に下には、光を液晶表示パネル側に向けるための反射シートが設置されるが、図１７では反射シートは省略している。後に説明する図１、図１３、図１５、図１６等においても同様である。導光板２１から、液晶表示パネル方向に向けられた光は、下拡散シート２２、下プリズムシート２３、上プリズムシート２４、上拡散シート２５を順に通過して液晶表示パネルに入射する。図１８は、これらの部品の配置、および形状を示す分解斜視図である。
【０００９】
導光板２１から液晶表示パネル方向に出射する光は、光強度のむらを有している。下拡散シート２２は導光板２１から出射した光を均一にする役割を有する。図１８における下プリズムシート２３は、マイクロプリズムによって導光板２１からの光のうち、画面の上下方向（ａ方向）に広がろうとする光を、液晶表示パネルの法線方向に集束する役割を有する。上プリズムシート２４は、マイクロプリズムによって導光板２１からの光のうち、画面の左右方向（ｂ方向）に広がろうとする光を、液晶表示パネルの法線方向に集束する役割を有する。上拡散シート２５は、プリズムシートからの光を拡散することによって、プリズムシートからの出た周期的に強度が変化する光と、液晶表示パネルの走査線、あるいはデータ信号線等による透過率の周期的な変化との干渉によるモアレを低減する役割を有する。
【００１０】
すなわち、モアレ低減には、上拡散シート２５の役割が大きい。上拡散シート２５を使用した場合、モアレは低減することは出来るが、バックライトからの光を拡散させるために、画面の正面輝度が低下する。モアレをより低減しようとすると、上拡散シート２５におけるバックライトの拡散量を増やさなければならず、正面輝度がさらに低下するというジレンマを生ずる。
【００１１】
本発明の目的は、正面輝度の低下を防止しつつ、モアレを解消する構成を得ることである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
液晶表示パネルとプリズムシートとの間に形成されるモアレを解消するための、本発明による具体的な手段は下記のとおりである。
【００１３】
（１）信号線基板と対向基板との間に液晶が挟持され、前記信号線基板には下偏光板が接着され、前記対向基板には上偏光板が接着された液晶表示パネルを有する液晶表示装置であって、前記液晶表示パネルの背面にはバックライトが設置され、前記バックライトは光源と断面形状が繰返し構造の光学シートを含む光学部品を有し、前記下偏光板には蠅の目レンズアレイが接着されおり、前記蠅の目レンズアレイは稠密構造となっていることを特徴とする液晶表示装置。
【００１４】
（２）前記蠅の目レンズアレイのレンズピッチは液晶表示パネルの画素ピッチの１／４以下であることを特徴とする（１）に記載の液晶表示装置。
【００１５】
（３）前記蠅の目レンズアレイの各レンズの外形は矩形であることを特徴とする（１）に記載の液晶表示装置。
【００１６】
（４）前記蠅の目レンズアレイの各レンズの外形は六角形であることを特徴とする（１）に記載の液晶表示装置。
【００１７】
（５）前記断面形状が繰返し構造の光学シートとして、上プリズムシートと下プリズムシートが存在しており、前記上プリズムシートと前記蠅の目レンズアレイとの間には間隙ｄが存在していることを特徴とする（１）に記載の液晶表示装置。
【００１８】
（６）前記蠅の目レンズアレイのレンズピッチをＬｐとし、前記蠅の目レンズアレイの高低差を２Ｈとし、前記蠅の目レンズアレイと前記上プリズムシートの間隙ｄとし、液晶パネルの画素ピッチをｐとしたとき、２Ｈ＞０．４７×（ｐ／ｄ）×Ｌｐの関係になることを特徴とする（５）に記載の液晶表示装置。
【００１９】
（７）前記蠅の目レンズアレイのレンズピッチはランダムピッチとなっていることを特徴とする（１）に記載の液晶表示装置。
【００２０】
（８）前記のハエの目レンズアレイにおけるレンズの形成されている部分は全体の面積の９０％以上を有することを特徴とする（１）に記載の液晶表示装置。
【００２１】
（９）前記のハエの目レンズアレイにおけるレンズの形成されている部分は全体の面積の９５％以上を有することを特徴とする（１）に記載の液晶表示装置。
【００２２】
（１０）前記のハエの目レンズアレイは隙間無くレンズが形成されていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【００２３】
（１１）信号線基板と対向基板との間に液晶が挟持され、前記信号線基板には下偏光板が接着され、前記対向基板には上偏光板が接着された液晶表示パネルを有する液晶表示装置であって、前記液晶表示パネルの背面にはバックライトが設置され、前記バックライトは光源と断面形状が繰返し構造の光学シートを含む光学部品を有し、前記上偏光板には蠅の目レンズアレイが接着されおり、前記蠅の目レンズアレイは稠密構造となっていることを特徴とする液晶表示装置。
【００２４】
（１２）前記蠅の目レンズアレイのレンズピッチは液晶表示パネルの画素ピッチの１／４以下であることを特徴とする（１１）に記載の液晶表示装置。
【００２５】
（１３）前記蠅の目レンズアレイの各レンズの外形は矩形であることを特徴とする（１１）に記載の液晶表示装置。
【００２６】
（１４）前記蠅の目レンズアレイの各レンズの外形は六角形であることを特徴とする（１１）に記載の液晶表示装置。
【００２７】
（１５）前記蠅の目レンズアレイの高低差を２Ｈとし、レンズピッチをＬｐとした時、２Ｈ／Ｌｐ＜０．３２であることを特徴とする（１１）に記載の液晶表示装置。
【００２８】
（１６）前記蠅の目レンズアレイのレンズピッチはランダムピッチとなっていることを特徴とする（１１）に記載の液晶表示装置。
【００２９】
（１７）前記のハエの目レンズアレイにおけるレンズの形成されている部分は全体の面積の９０％以上を有することを特徴とする（１１）に記載の液晶表示装置。
【００３０】
（１８）前記のハエの目レンズアレイにおけるレンズの形成されている部分は全体の面積の９５％以上を有することを特徴とする（１１）に記載の液晶表示装置。
【００３１】
１９）前記のハエの目レンズアレイは隙間無くレンズが形成されていることを特徴とする（１１）に記載の液晶表示装置。
【００３２】
（２０）信号線基板と対向基板との間に液晶が挟持され、前記信号線基板には下偏光板が接着され、前記対向基板には上偏光板が接着された液晶表示パネルを有する液晶表示装置であって、前記液晶表示パネルの背面にはバックライトが設置され、前記バックライトは光源と断面形状が繰返し構造の光学シートを含む光学部品を有し、前記液晶表示パネルの上偏光板の上には、面板が設置され、前記面板の前記液晶表示パネル側には蠅の目レンズアレイが設置されていることを特徴とする液晶表示装置。
【００３３】
（２１）前記蠅の目レンズアレイのピッチは前記液晶表示パネルの画素ピッチの１／４以下であることを特徴とする（２０）に記載の液晶表示装置。
【００３４】
（２２）前記蠅の目レンズアレイは前記面板に直接形成されていることを特徴とする（２０）に記載の液晶表示装置。
【００３５】
（２３）信号線基板と対向基板との間に液晶が挟持され、前記信号線基板には下偏光板が接着され、前記対向基板には上偏光板が接着された液晶表示パネルを有する液晶表示装置であって、前記液晶表示パネルの背面にはバックライトが設置され、前記バックライトは光源と断面形状が繰返し構造の光学シートを含む光学部品を有し、前記液晶表示パネルの上偏光板の上には、面板が設置され、前記面板の外側には蠅の目レンズアレイが設置されていることを特徴とする液晶表示装置。
【００３６】
（２４）前記蠅の目レンズアレイのピッチは前記液晶表示パネルの画素ピッチの１／４以下であることを特徴とする（２３）に記載の液晶表示装置。
【００３７】
（２５）前記蠅の目レンズアレイは前記面板に直接形成されていることを特徴とする（２３）に記載の液晶表示装置。
【発明の効果】
【００３８】
本発明によれば、液晶表示パネルと断面形状が繰返し構造の光学シート（例えば、プリズムシート）とで形成されるモアレを蠅の目レンズアレイによって解消するので、モアレ解消のために正面輝度の劣化を防ぐことが出来る。
【００３９】
本発明の蠅の目レンズアレイのレンズピッチは、液晶表示パネルに形成されている画素ピッチの１／４以下とするので、蠅の目レンズアレイ自体と液晶表示パネルあるいは断面形状が繰返し構造の光学シートとの間のモアレを生ずることが無い。
【００４０】
また、本発明においては、蠅の目レンズアレイの各マイクロレンズのレンズ強度を特定範囲に設定することによって液晶表示装置の正面輝度の低下を防止することが出来る。
【００４１】
さらに、本発明は蠅の目レンズアレイとしてマイクロレンズが稠密に配列している構造をとるので、画面全体にわたってモアレの発生を防止することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
以下の実施例に基づいて本発明を詳細に開示する。
【実施例１】
【００４３】
図１は実施例１の液晶表示装置の断面図である。図１において、液晶表示装置は液晶表示パネルとバックライトとから構成されている。液晶表示パネルは画素電極、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）、信号線（例えば走査線、データ信号線）等が形成された信号線基板１１と、カラーフィルタ等が形成された対向基板１２とから構成されている。信号線基板１１と対向基板１２の間には液晶が挟持され、画素電極等に印加されるデータ信号に応じて液晶の向きが変化し、画像が形成される。本実施例では薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を使用した液晶表示装置を用いて説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。薄膜トランジスタを用いた液晶表示装置の場合、信号線基板をＴＦＴ基板と言う。
【００４４】
信号線基板１１の下には下偏光板１４が、対向基板１２の上には上偏光板１３が接着している。液晶は、偏光光に対して制御をするために、下偏光板１４および上偏光板１３が必要である。本実施例では、下偏光板１４の下に、蠅の目レンズアレイ３０が接着されている。蠅の目レンズアレイ３０については後で説明する。
【００４５】
図１において、バックライトは、上拡散シート２５が無い他は図１７で説明した構成と同様であり、各光学部品の役割も図１７で説明したと同様である。従来技術における上拡散シート２５はモアレを低減する役割を有する。しかし、本実施例においては、上拡散シート２５は存在せず、代わりに、蠅の目レンズアレイ３０が液晶表示パネルの下偏光板１４に接着している。図１において、下偏光板１４に貼り付けられた蠅の目レンズアレイ３０と上プリズムシート２４との距離ｄは例えば、１ｍｍである。
【００４６】
図２は光学シートの配置を示す斜視図である。図２において、導光板２１から出射した光は、下側から下拡散シート２２、下プリズムシート２３、上プリズムシート２４、蠅の目レンズアレイ３０の順に通過する。下拡散シート２２下プリズムシート２３、上プリズムシート２４の役割は図１８で説明したと同様である。図２において、下プリズムシート２３はａ方向に広がる光を液晶表示パネルの方向に集束し、上プリズムシート２４はｂ方向に広がる光を液晶表示パネルの方向に集束する。図２において、上プリズムシート２４を通過した光は蠅の目レンズアレイ３０に入射する。蠅の目レンズアレイ３０はマイクロ凸レンズが規則的に２次元的に配列したものである。
【００４７】
従来技術においては、上拡散シート２５によってプリズムシートと液晶表示パネルとの干渉によるモアレを解消している。本発明では、上拡散シート２５ではなく、蠅の目レンズアレイ３０によってモアレを解消するものである。図２において、下拡散シート２２、下プリズムシート２３、上プリズムシート２４は重ねて配置されるが、蠅の目レンズアレイ３０は上プリズムシート２４とは間隔を持って設置される。
【００４８】
図１に示す本実施例おいては、蠅の目レンズアレイ３０は上プリズムシート２４から画面の法線方向に入射する光を蠅の目レンズアレイ３０に形成されたマイクロレンズ３１によって屈折させることによって、プリズムシートから出射する光の周期的な規則性を乱してモアレを解消する。即ち、蠅の目レンズアレイ３０は、光の進行方向をある範囲で変化させてモアレを解消する。
【００４９】
従来技術のように拡散シートによってモアレを抑制する原理は、拡散シートによって光を散乱させることによる。拡散シートによる光の散乱は、あらゆる方向に向かう。すなわち、拡散シートによる散乱光は、画面に対して横方向にも、画面と逆方向にも向かう。したがって、拡散シートによってモアレを解消しようとすると、正面輝度が低下することになる。
【００５０】
これに対して、蠅の目レンズアレイ３０による光の屈折は、拡散シートによる光の散乱とは異なり、光を屈折するが、光の方向は依然として画面の法線方向とは大きく異ならない。したがって、画面の正面輝度の低下はほとんど無いか、あってもわずかである。すなわち、本発明によれば、正面輝度を低下させることなく、モアレを解消、ないし、低減することが出来る。
【００５１】
蠅の目レンズアレイ３０には色々な種類がある。図３はその一例である。図３の蠅の目レンズアレイ３０は、各マイクロレンズ３１の外形が球面形状で、このマイクロレンズ３１が縦、横方向に規則的に並んでいる。図３に示すような蠅の目レンズアレイ３０には、マイクロレンズ３１とマイクロレンズ３１の間の隙間３２が存在する。この隙間３２の部分では、光が直進するために、モアレを解消することにはならない。したがって、図３に示すような蠅の目レンズアレイ３０では、モアレの解消は不十分である。
【００５２】
図４に示す蠅の目レンズアレイ３０は、各マイクロレンズ３１の外形が円形であり、各マイクロレンズ３１は正三角形に配列されている。このような配置であれば、マイクロレンズ３１とマイクロレンズ３１の隙間３２は、図３の場合よりも小さくすることが出来る。しかし、依然として隙間３２は残り完全ではない。
【００５３】
図５に示す蠅の目レンズアレイ３０は、各マイクロレンズ３１の外形を異ならせ、小さなマイクロレンズ３１によって隙間３２を充填し、隙間３２をできるだけ小さくしたものである。しかし、このような蠅の目レンズアレイ３０は製作が難しい。
【００５４】
レンズの形成されていない平坦部を通して直進した光の成分が多い場合には、この直進成分によって投影されたプリズムシートの周期構造と液晶画素の周期構造とのモアレが起こり、視認されてしまう。このモアレの視認性を十分小さくするためには、拡散シートを除去せずに残す必要がある。
【００５５】
本発明の効果を最大限活かし、拡散シートを除去するには、レンズシート全体に占めるレンズアレイの占有面積を９０％以上、好ましくは９５％以上とし、モアレのコントラストを十分小さくする必要がある。
【００５６】
図６は本実施例における蠅の目レンズアレイ３０の形状の例である。図６において、各マイクロレンズ３１の外形は矩形である。図６では、各マイクロレンズ３１の外形は、画面水平方向から４５度傾いた正方形である。このように、マイクロレンズ３１の外形を矩形とすることによって、蠅の目レンズアレイ３０内で、各マイクロレンズ３１を隙間３２無く稠密に配列することが出来る。もちろん、矩形といっても、蠅の目レンズアレイ３０の製作条件から、コーナー部が多少丸みを持つ場合があることは当然である。
【００５７】
図６において、ｕ方向およびｖ方向のレンズピッチはＬｐである。一方、画面の横方向（ｘ方向）ピッチおよび縦方向（ｙ方向）ピッチは√２・Ｌｐである。蠅の目レンズアレイ３０のレンズピッチはモアレに対して重要な影響を有する。すなわち、蠅の目レンズアレイ３０はマイクロレンズ３１が規則的に配列しているために、マイクロレンズ３１の周期が液晶表示パネルの画素の周期に近いと蠅の目レンズアレイ３０と液晶表示パネルとの間でモアレが発生することになる。これを防止するためには、蠅の目レンズアレイ３０のレンズピッチＬｐを液晶表示パネルの画素ピッチの１／４以下とする必要がある。ここで、画素ピッチとはＲ、Ｇ、Ｂ３色のトリオピッチをいう。例えば、本実施例では画素ピッチは０．２４６ｍｍである。
【００５８】
図７は、図６に示す蠅の目レンズアレイ３０のマイクロレンズ３１の断面形状である。図７（ａ）は図６のｕ、ｖ方向の断面図であり、図７（ｂ）は図６のｘ、ｙ方向の断面図である。マイクロレンズ３１の曲面は色々な形状をとることが出来る。例えば、レンズの曲面を２次曲線によって形成すると、マイクロレンズ３１の曲面は（式１）のように表すことが出来る。
【００５９】
【数１】
2009192610.tif 000003
【００６０】
また、ｘ、ｙ方向の断面を表す場合は（式２）によって表すことが出来る。
【００６１】
【数２】
2009192610.tif 000004
【００６２】
（式１）および（式２）において、ｚはマイクロレンズ３１の頂点から落ち込む量である。
【００６３】
一方、マイクロレンズ３１の断面を球面に形成する場合は、マイクロレンズ３１の曲面は次のように表すことが出来る。すなわち、ｕ、ｖ方向の断面は、（式３）によって表すことが出来る。
【００６４】
【数３】
2009192610.tif 000005
【００６５】
また、ｘ、ｙ方向の断面を表す場合は（式４）によって表すことが出来る。
【００６６】
【数４】
2009192610.tif 000006
【００６７】
（式３）および（式４）において、ｚはマイクロレンズ３１の頂点から落ち込む量である。
【００６８】
図７（ａ）において、ｕ、ｖ方向のレンズ高さはＨである。また、図７（ｂ）において、ｘ、ｙ方向のレンズ高さはＱであり、Ｑをレンズの高低差と定義する。レンズの高低差Ｑはレンズ曲面が２次曲面であれば、２Ｈである。レンズ曲面が球面であれば、Ｑの値は（式５）によって表すことが出来る。
【００６９】
【数５】
2009192610.tif 000007
【００７０】
しかし、（式５）で表される値は、レンズ高さとピッチの比が十分小さい場合には実際には２Ｈとほぼ同等であり、この比が大きい球面の場合には高低差Ｑは２Ｈより小さくなる。なお、この比が大きくなると２次曲線の方が光学的には優れている。以後、レンズ高低差Ｑとして、２Ｈの値を用い、これに対する数値の目安を与えることにする。
【００７１】
レンズ強度はレンズピッチＬｐとレンズ高さＨの比Ｈ／Ｌｐによって評価することが出来る。図１に示すような構成では、蠅の目レンズアレイ３０に入射する光はプリズムシートによって、画面の垂直方向に向かう光となっている。したがって、蠅の目レンズアレイ３０によって光を大きく屈折させると、液晶表示パネルに入射する光は、画面垂直方向から傾いた光となり、正面輝度を下げてしまうことになる。
したがって、モアレを解消し、かつ、正面輝度を低下させないようなマイクロレンズ３１のアスペクト比Ｈ／Ｌｐを評価する必要がある。
【００７２】
図８は、人の目の瞳に入射する光束で、液晶表示パネルの小さな領域のほぼ同じ場所を通過する光を示す。この光は、逆に導光板２１の方向にトレースした場合に、プリズムシート上では、広がった分布の仮想的な輝度分布を示す。この輝度分布は、目の瞳の方向から入射させ、仮想的なプリズムシート上の位置で輝度分布を測定することによって得られる。これをＰＳＦ（Point Spread Function）と呼ぶ。画素ピッチが、プリズムアレイのピッチよりも十分大きければ、このＰＳＦの１／ｅ直径が画素ピッチと同等以上であれば、モアレの視認性は小さくなる。
【００７３】
図９および図１０は、２５μｍ×２５μｍの細い平行光線をレンズアレイに入射した時に、レンズアレイから１ｍｍはなれたところでのＰＳＦを求めた結果である。図９はｕ、ｖ方向、図１０はｘ、ｙ方向のＰＳＦである。
【００７４】
図９において、縦軸は相対照度、横軸はｕ、ｖ方向の座標である。レンズピッチＬｐは２５μｍであり、レンズ材料の屈折率ｎは１．４９である。図９においては、レンズピッチＬｐが２５μｍに対してレンズ高さＨを１μｍから５μｍまで、１μｍおきに変化させて評価している。図９において、ＰＳＦの１／ｅ直径が画素ピッチである０．２４６ｍｍよりも大きくなるレンズ高さＨは１．５μｍである。したがって、レンズ高低差２Ｈは３．０μｍである。
【００７５】
図１０は、マイクロレンズ３１のｘ、ｙ方向のＰＳＦである。図１０において、縦軸は相対照度、横軸はｘ、ｙ方向の座標である。その他のパラメータは図９と同様である。図１０に示すＰＳＦ分布は図９に示すＰＳＦ分布とは多少異なる。しかし、ＰＳＦの１／ｅ直径が画素ピッチである０．２４６ｍｍよりも大きくなるレンズ高さＨは１．５μｍ程度であり、図９の場合と大差無い。
【００７６】
図９および、図１０の結果から、モアレの視認性が小さくなるマイクロレンズ３１のアスペクト比を求めると、２Ｈ／Ｌｐ＞０．１２となる。これは図１におけるｄの値を１ｍｍとした場合であり、ｄの値（単位ｍｍ）が大きくなるとそれに反比例して、レンズ高低差２Ｈが小さくなる。また、画素ピッチｐは０．２４６ｍｍとした場合であり、ｐの値が大きくなれば、それに比例して２Ｈが大きくなる。したがって、図１のような構成では、モアレの視認性が小さくなるマイクロレンズ３１のアスペクトは、２Ｈ＞０．４７×（ｐ／ｄ）×Ｌｐとすれば良い。
【００７７】
図６および図７に示すような蠅の目レンズアレイ３０の製作は次のようにして行うことが出来る。すなわち、半導体プロセス等で用いる電子線描画装置によって、レンズアレイの原盤を作成し、それに銀鏡反応等によって金属薄膜を形成し、この薄膜に、Ｎｉ等を数ｍｍ鍍金し、金属を剥離して、それを電鋳金型として用いる方法がある。
【００７８】
一方、レンズアレイの原盤を機械加工によって形成する方法としては、例えば、２００６年度精密機械光学会春季学術講演会講演論文集ｐｐ．１０４３−１０４４「ダイヤモンド切削による微小レンズアレイ金型の超精密加工」等に記載されているような例がある。図１１はレンズアレイの原盤を機械加工によって形成する場合の模式図である。図１１（ａ）はレンズアレイの原盤を加工中の側面図、図１１（ｂ）はダイヤモンドバイト７３の正面図である。
【００７９】
図１１（ａ）において、ダイヤモンドバイト７３は上下駆動部分７２に取り付けられている。上下駆動部分７２に取りつけられたダイヤモンドバイト７３は、ピエゾアクチュエータ７１によって加工のための信号によって図１１（ａ）の矢印Ａのように上下し、必要な加工を行う。一方レンズアレイ原盤８０は矢印Ｂ方向に移動する。また、ダイヤモンドバイト７３の先端は、図１１（ｂ）に示すように、マイクロレンズ３１の曲面に合わせて円弧または２次曲線に形成されている。すなわち、図１１（ｂ）に示すダイヤモンドバイト７３先端の形状は、切削軌跡の一部とほぼ同じ円弧または２次曲線の形状となっている。したがって、ダイヤモンドバイト７３を上下運動させながら、レンズアレイ原盤が移動すると、所望のレンズ原盤が形成されることになる。図１１において、ダイヤモンドバイト７３の逃げ角θは２５度であり、切削接線の傾きが２０以下であれば加工可能である。
【００８０】
図１１に示す加工方法の特徴は、ダイヤモンドバイト７３の上下運動にピエゾアクチュエータ７１を用いているために、わずかな上下運動を電気信号によって高速に行うことが出来る点である。図１１の加工方法によれば、１μｍ程度の穴加工も可能である。
【００８１】
以上はマイクロレンズ３１の外形が、正方形である場合について説明したが、マイクロレンズ３１の外形が正方形からずれた菱形、あるいは長方形の場合であっても、本質的には同様な理論を適用することが出来る。
【００８２】
図１２は、本実施例における蠅の目レンズアレイ３０の他の実施形態である。図１２に示す実施形態は、蠅の目レンズアレイ３０のマイクロレンズ３１の外形を六角形とすることによってマイクロレンズ３１を稠密に配列するものである。この場合のレンズの断面形状は、図７に示すように、２次曲面あるいは球面に形成することも出来る。また、マイクロレンズ３１のピッチも画素ピッチの１／４以下とすることによって、蠅の目レンズアレイ３０と液晶表示パネルの干渉によるモアレを防止することが出来る。その他、モアレを低減するためのマイクロレンズ３１のアスペクト比Ｈ／Ｌｐは特定の値の範囲とする必要があることは、本実施例におけるマイクロレンズ３１の外形が矩形の場合と同様である。
【００８３】
図１２は、マイクロレンズ３１の外形が正六角形の場合であるが、外形は正六角形の場合に限らず、モアレ対策の要請によって、マイクロレンズ３１の外形が横長の六角形であっても、縦長の六角形であっても同様な理論を適用することが出来る。
【００８４】
偏光板は、実際に偏光作用を有する基材と、基材を保護するために、基材をサンドイッチする保護シートから構成されている。本実施例における構成においては、この偏光板の保護シートにマイクロレンズアレイを加工して、保護シートに蠅の目レンズアレイ３０の役割を持たせてもよい。この場合は、蠅の目レンズアレイ３０の接着工程等を省略することが出来る。
【００８５】
以上のように、本実施例によれば、拡散シートの替わりに蠅の目レンズアレイ３０を使用することによって、正面輝度を実質的に低下させることなく、モアレを対策することが出来る。
【実施例２】
【００８６】
図１３は本発明の第２の実施例を示す断面図である。図１３におけるバックライトは、光源２０、導光板２１、下拡散シート２２、下プリズムシート２３、上プリズムシート２４までは実施例１の図１と同様である。また、液晶表示パネルに下偏光板１４と上偏光板１３が接着していることも図１と同様である。実施例１の図１と異なるところは、蠅の目レンズアレイ３０が下偏光板１４ではなく、上偏光板１３に接着していることである。
【００８７】
本実施例においても、従来例でバックライトに用いられていた上拡散シート２５は存在しない。従来例における拡散シートによるモアレ低減効果の役割を、本実施例では、上偏光板１３に接着した蠅の目レンズアレイ３０が担っている。すなわち、蠅の目レンズアレイ３０に形成された小さなピッチを有するレンズアレイによって、液晶表示パネルを通過したモアレを生じさせる規則的な明暗を解消する。本実施例における蠅の目レンズアレイ３０の他の効果は、アインチグレアの効果を有することである。すなわち、蠅の目レンズアレイ３０の表面には細かい凹凸が存在するために、外光が鏡面反射することを防止することが出来る。
【００８８】
本実施例においても、蠅の目レンズアレイ３０におけるレンズピッチＬｐは画素ピッチの１／４以下とすることが望ましい。本実施例においては、蠅の目レンズアレイ３０に入射する光はすでに液晶表示パネルあるいは、蠅の目レンズアレイ３０の法線方向に向かう光となっている。したがって、蠅の目レンズアレイ３０のレンズのアスペクト比Ｈ／Ｌｐを大きくすると、光が屈折して、正面輝度が低下することになる。
【００８９】
また、蠅の目レンズアレイ３０のレンズのアスペクト比Ｈ／Ｌｐが大きい場合、液晶表示パネルを通過してきた光が、レンズ面において全反射する場合がある。図１４は蠅の目レンズアレイ３０のレンズのアスペクト比Ｈ／Ｌｐと、直進光が蠅の目レンズアレイ３０を透過する割合の関係を示す。図１４において、横軸はレンズのアスペクト比Ｈ／Ｌｐで、縦軸は、蠅の目レンズアレイ３０の裏側から蠅の目レンズアレイ３０に直角に入射した光が、蠅の目レンズアレイ３０を通過する割合を示す。
【００９０】
蠅の目レンズアレイ３０の材料の屈折率ｎは１．４９である。図１４において、蠅の目レンズアレイ３０に入射する直進光は、界面において、屈折率の違いから反射を生ずる。そのため、たとえレンズアレイが無く平板の光学シート３０であったとしても、入射光のうち、９２．５％しかこの光学シート３０から射出しない。図１４においては、入射光の９２．５％を１００としてノーマライズしている。
【００９１】
図１４において、マイクロレンズ３１のアスペクト比が小さい場合は、レンズによる全反射は生じない。マイクロレンズ３１のアスペクト比Ｈ／Ｌｐが０．１６を超えると、レンズ面において全反射をする光が生じ、アスペクト比Ｈ／Ｌｐが増加するにしたがって、透過率が低下する。なお、アスペクト比Ｈ／Ｌｐが０．３２付近から透過率は若干増加するが、これはマイクロレンズ３１内で光が多重反射して、一部が観測面側に出射するためである。
【００９２】
以上のような評価の結果、蠅の目レンズアレイ３０におけるマイクロレンズ３１のアスペクト比Ｈ／Ｌｐは、Ｈ／Ｌｐ＜０．１６以下であることが望ましい。また、レンズの高低差２Ｈで評価すれば、２Ｈ／Ｌｐ＜０．３２であることが望ましい。
【００９３】
なお、本実施例においても、蠅の目レンズアレイ３０の各マイクロレンズ３１の外形は、稠密構造をとることができれば、矩形であっても六角形状であってもよいことはいうまでも無い。
【００９４】
以上のように、本実施例によれば、蠅の目レンズアレイ３０を用いることによって、正面輝度の低下を抑制しつつ、モアレを解消することが出来る。本実施例では、これに加えて、液晶表示パネル画面のアンチグレア効果を得ることが出来る。
【実施例３】
【００９５】
携帯電話等に使用される液晶表示パネルは薄く、機械的に弱いために、液晶表示パネルの表面に保護のための透明な面板４０が設置されている。この透明な面板４０は液晶表示パネルと空間をおいて設置される場合もあるし、液晶表示パネルに貼り付けられる場合もある。面板４０の材料は、アクリル樹脂、ポリカーボネイト、ガラス等が使用される。
【００９６】
図１５は本発明の第３の実施例を示す断面図である。図１５におけるバックライトは、光源２０、導光板２１、下拡散シート２２、下プリズムシート２３、上プリズムシート２４までは実施例１の図１と同様である。また、液晶表示パネルに下偏光板１４と上偏光板１３が接着していることも図１と同様である。実施例１の図１と異なるところは、蠅の目レンズアレイ３０が下偏光板１４ではなく、面板４０に接着していることである。
【００９７】
本実施例においても、従来例でバックライトに用いられていた上拡散シート２５は存在しない。従来例における拡散シートによるモアレ低減効果の役割を、本実施例では、面板４０に接着した蠅の目レンズアレイ３０が担っている。すなわち、蠅の目レンズアレイ３０に形成された小さなピッチを有するレンズアレイによって、液晶表示パネルを通過したモアレを生じさせる規則的な明暗を解消する。本実施例においても、蠅の目レンズアレイ３０は、アインチグレアの効果を有する。すなわち、蠅の目レンズアレイ３０の表面には細かい凹凸が存在するために、外光が鏡面反射することを防止することが出来る。
【００９８】
本実施例においても、蠅の目レンズアレイ３０におけるレンズピッチＬｐは画素ピッチの１／４以下とすることが望ましい。本実施例において、蠅の目レンズアレイ３０に入射する光はすでに液晶表示パネルあるいは、蠅の目レンズアレイ３０の法線方向に向かう光となっている。したがって、蠅の目レンズアレイ３０のレンズのアスペクト比Ｈ／Ｌｐを大きくすると、光が屈折して、正面輝度が低下することになる。
【００９９】
これは実施例２において説明したと同様の現象である。したがって、本実施例においても、マイクロレンズ３１のアスペクト比Ｈ／ＬｐはＨ／Ｌｐ＜０．１６とすることが望ましい。また、レンズの高低差２Ｈで評価すれば、２Ｈ／Ｌｐ＜０．３２であることが望ましい。
【０１００】
図１５は、蠅の目レンズアレイ３０を面板４０の下側に設置している。しかし、蠅の目レンズアレイ３０を面板４０の上側に設置しても本実施例と同様の効果を得ることが出来る。また、蠅の目レンズアレイ３０を面板４０の上側に設置することによって、アンチグレアの効果をより上げることが出来る。この場合の蠅の目レンズアレイ３０のアスペクト比Ｈ／Ｌｐは蠅の目レンズアレイ３０が面板４０の下側に設置されている場合と同じに考えることが出来る。
【実施例４】
【０１０１】
図１６は本発明の第４の実施例を示す断面図である。本実施例は、図１５に示す第３の実施例と似た構成となっている。図１６が図１５と異なる点は、図１５においては、蠅の目レンズアレイ３０を別途形成して、面板４０に接着しているのに対し、図１６に示す本実施例においては、面板４０に直接蠅の目レンズアレイ３０を形成している点である。したがって、部品点数を低減でき、製造コストを低下させることが出来る。
【０１０２】
面板４０に、アクリルあるいはポリカーボネート等の樹脂を用いれば、実施例１で説明したような、レンズアレイ原盤８０によって、面板４０の表面に蠅の目レンズアレイ３０を形成することが出来る。本実施例におけるマイクロレンズ３１のレンズピッチＬｐ、マイクロレンズ３１のアスペクト比Ｈ／Ｌｐ等は、実施例２と同様に考えることが出来る。すなわち、本実施例においても、マイクロレンズ３１のアスペクト比Ｈ／ＬｐはＨ／Ｌｐ＜０．１６とすることが望ましい。また、レンズの高低差２Ｈで評価すれば、２Ｈ／Ｌｐ＜０．３２であることが望ましい。
【０１０３】
図１６は、面板４０の内側に蠅の目レンズアレイ３０を形成しているが、面板４０の外側に蠅の目レンズアレイ３０を形成してもモアレ低減の効果を得ることが出来る。また、面板４０の外側に蠅の目レンズアレイ３０を形成すれば、画面のアンチグレア効果をより大きくすることが出来る。この場合の蠅の目レンズアレイ３０のアスペクト比Ｈ／Ｌｐは蠅の目レンズアレイ３０が面板４０の下側に形成されている場合と同じに考えることが出来る。
【実施例５】
【０１０４】
実施例１〜実施例４においては、蠅の目レンズアレイ３０のレンズピッチは一定であるとして説明した。一定ピッチの蠅の目レンズアレイ３０を用いる場合は、蠅の目レンズアレイ３０自体とプリズムシートあるいは液晶表示パネルとの干渉によるモアレが発生する恐れがある。実施例１〜実施例４においては、これを防止するために、蠅の目レンズアレイ３０のレンズピッチを液晶表示パネルの画素ピッチの１／４以下としている。
【０１０５】
このような細かいピッチの蠅の目レンズアレイ３０の製作はコストがかかる場合がある。本実施例では、蠅の目レンズアレイ３０のピッチを一定ではなく、ランダムピッチとすることによって、マイクロレンズ３１のピッチを大きくして、蠅の目レンズアレイ３０の製作をより容易とするものである。
【０１０６】
レンズアレイのピッチをランダムに形成する方法の例は次のとおりである。すなわち、規則正しいレンズの中心位置を（Ｘｎ、Ｙｎ）（Ｎ＝１、２、・・・・、Ｎ）としたとき、その状態から、実際のレンズの中心位置を（ΔＸｎ、ΔＹｎ）（ｎ＝１、２、・・・・、Ｎ）ずらす。つまり、実際のレンズ中心位置を（Ｘｎ'、Ｙｎ'）とし、
（Ｘｎ'、Ｙｎ'）＝（Ｘｎ'＋ ΔＸｎ、Ｙｎ'＋ ΔＹｎ）（ｎ＝１、２、・・・・、Ｎ）とする。
【０１０７】
レンズのＸ方向ピッチをａ，Ｙ方向ピッチをｂとし、０から１の間で一様に分布したｘ、ｙの２系等の一様乱数の組を（Ｒｘｎ、Ｒｙｎ）（Ｎ＝１、２、・・・・、Ｎ）とし、ｋを１以下の小さい正の数、例えば０．３、とすれば、
ΔＸｎ＝ｋ・ａ・（−０．５＋Ｒｘｎ）
ΔＹｎ＝ｋ・ｂ・（−０．５＋Ｒｙｎ）
で表す。こうすれば、規則正しい中心位置から、レンズピッチの±０．５ｋ倍の範囲でレンズ位置がばらつく。その結果、レンズ位置の周期性は損なわれる。その結果、レンズアレイとＬＣＤ周期構造のモアレは低減される。
【０１０８】
本実施例の蠅の目レンズアレイ３０を製作するためのレンズアレイ原盤８０の製作方法は、実施例１で説明した、例えば、図１１に示すような方法を用いることが出来る。このようなランダムピッチを有する蠅の目レンズアレイ３０を用いた液晶表示装置は、実施例１〜実施例４で説明したような構成をとることが出来る。
【０１０９】
以上の実施例では、バックライトは導光板２１の側面に光源２０が設置されている構成であるとして説明した。しかし、本発明はこのようなサイドライト型バックライトのみでなく、直下型のバックライトの場合にも適用することが出来る。直下型の場合は、導光板２１ではなく、拡散板が使用される。
【０１１０】
さらに、上述の実施例ではバックライトにプリズムシートが付加されて光の指向性が高められた場合について説明した。また、上述の実施例ではプリズムシートと液晶の画素の周期構造の干渉によるモアレの低減について説明した。
【０１１１】
上述の各実施例に記載した本発明は、プリズムシートに限定されず、プリズムシートから変形した場合にも有効である。図１９にその変形例を示す。図１９（ａ）は通常のプリズムシートの断面であり、この場合は断面が直線の山形状をなし、頂点が尖っている。図１９（ｂ）は断面の辺が曲線であり、頂点が尖っている。図１９（ｃ）は断面の辺が曲線であり、頂点が丸まっている。
【０１１２】
一般的に、断面が山形状（凸状）の繰返し構造を持つ光学シートをバックライト部に用いた場合には光の指向性を高められる。しかしながらこのような場合、光学シートの周期構造と画素の周期構造の干渉によるモアレの発生が問題となる。本発明はプリズムシートに限らず、このような場合にもモアレ低減に有効である。
【図面の簡単な説明】
【０１１３】
【図１】実施例１の概略断面図である。
【図２】実施例１のバックライトの光学シートの分解斜視図である。
【図３】蠅の目レンズアレイの例である。
【図４】蠅の目レンズアレイの他の例である。
【図５】蠅の目レンズアレイのさらに他の例である。
【図６】本発明に使用される蠅の目レンズアレイの例である。
【図７】図６の蠅の目レンズアレイの断面形状である。
【図８】光線の軌跡を評価する模式図である。
【図９】蠅の目レンズアレイの辺と直角方向の光線の分布である。
【図１０】蠅の目レンズアレイの対角方向の光線の分布である。
【図１１】蠅の目レンズアレイのレンズアレイ原盤の製造方法である。
【図１２】本発明で使用される蠅の目レンズアレイの他の例である。
【図１３】実施例２の断面図である。
【図１４】アスペクト比Ｈ／Ｌｐと透過率の関係を示す図である。
【図１５】実施例３の断面図である。
【図１６】実施例４の断面図である。
【図１７】従来例の断面図である。
【図１８】従来例のバックライトの光学シートの分解斜視図である。
【図１９】バックライトの光学シートの断面図である。
【符号の説明】
【０１１４】
１１…信号線基板、１２…対向基板、  １３…上偏光板、  １４…下偏光板、  ２０…光源、  ２１…導光板、  ２２…下拡散シート、  ２３…下プリズムシート、  ２４…上プリズムシート、  ２５…上拡散シート、  ３０…蠅の目レンズアレイ  ３１…マイクロレンズ、  ３２…隙間、  ４０…面板、  ７１…ピエゾアクチュエータ、７２…上下駆動部分、７３…ダイヤモンドバイト  ８０…レンズアレイ原盤。
【図１】
2009192610.tif 000008
【図２】
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【図３】
2009192610.tif 000010
【図４】
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【図５】
2009192610.tif 000012
【図６】
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【図７】
2009192610.tif 000014
【図８】
2009192610.tif 000015
【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】
2009192610.tif 000021
【図１５】
2009192610.tif 000022
【図１６】
2009192610.tif 000023
【図１７】
2009192610.tif 000024
【図１８】
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【図１９】
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