(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ屈折率の異なる薄膜の積層体から形成され、バックライトから出射された光を選択透過させるためのバンドパスフィルタと、
偏光板と、
前記偏光板側から入射した光が前記バンドパスフィルタによって反射され、前記偏光板側から出射することを防止するように、前記バンドパスフィルタと前記偏光板との間に配置された１／４波長板とを備え、
前記バンドパスフィルタは、無機酸化物、誘電体又は金属酸化物からなるそれぞれ屈折率の異なる薄膜を、真空蒸着、電子ビーム共蒸着又はスパッタリングによって積層することにより形成され、前記偏光板と前記１／４波長板との間に、異軸に配置された１／２波長板をさらに備えることを特徴とする光学素子。
【請求項２】
それぞれ屈折率の異なる薄膜の積層体から形成され、バックライトから出射された光を選択透過させるためのバンドパスフィルタと、
偏光板と、
前記偏光板側から入射した光が前記バンドパスフィルタによって反射され、前記偏光板側から出射することを防止するように、前記バンドパスフィルタと前記偏光板との間に配置された１／４波長板とを備え、
前記バンドパスフィルタは、それぞれ屈折率の異なる樹脂組成物からなる薄膜を積層することにより形成され、前記偏光板と前記１／４波長板との間に、異軸に配置された１／２波長板をさらに備えることを特徴とする光学素子。
【請求項３】
視野角特性が改善するように前記１／４波長板及び／又は前記１／２波長板の厚み方向の屈折率を制御したことを特徴とする請求項１又は２に記載の光学素子。
【請求項４】
前記１／４波長板の位相差を前記バンドパスフィルタの反射色相に相当する値に設定したことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光学素子。
【請求項５】
前記１／４波長板及び／又は前記１／２波長板を液晶ポリマー材料から形成したことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の光学素子。
【請求項６】
前記光学素子を構成する各部材をそれぞれ粘着剤又は接着剤によって貼着し、空気界面を除去したことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の光学素子。
【請求項７】
前記樹脂組成物は、多層押出しした後、１軸延伸又は２軸延伸により薄層化されることを特徴とする請求項２に記載の光学素子。
【請求項８】
前記バンドパスフィルタは、請求項１又は２に記載のバンドパスフィルタの積層体を鱗片状に粉砕し、当該粉砕片を樹脂中に包埋することにより形成したことを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の光学素子。
【請求項９】
前記バンドパスフィルタと前記バックライトとの間に配置された拡散板をさらに備えることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の光学素子。
【請求項１０】
前記拡散板の前記バックライトに面する側の表面が凹凸形状を有することを特徴とする請求項９に記載の光学素子。
【請求項１１】
前記バンドパスフィルタは、基材及び当該基材上に積層された薄膜積層体から形成され、前記基材は、光の入射面及び出射面の面内位相差が３０ｎｍ以下とされていることを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載の光学素子。
【請求項１２】
前記バンドパスフィルタは、選択透過波長が複数設定されていると共に、各波長の光について所定の割合で反射が生じる入射角度がそれぞれ一致するように設定されていることを特徴とする請求項１から１１のいずれかに記載の光学素子。
【請求項１３】
請求項１から１２のいずれかに記載の光学素子と、３波長冷陰極管を光源とし、前記光学素子に対して面状に光を出射するバックライトとを備えることを特徴とする面光源装置。
【請求項１４】
請求項１から１２のいずれかに記載の光学素子と、発光ダイオードを光源とし、前記光学素子に対して、発光波長が１種以上の面状の光を出射するバックライトとを備えることを特徴とする面光源装置。
【請求項１５】
前記バンドパスフィルタの選択透過波長が複数設定されており、各選択透過波長における透過率に応じて前記バックライトの光源の発光スペクトル強度を調整することにより、前記バンドパスフィルタからの出射光が視感度的にニュートラル化されていることを特徴とする請求項１３又は１４に記載の面光源装置。
【請求項１６】
請求項１から１２のいずれかに記載の光学素子と、エレクトロルミネッセンス素子を光源とし、前記光学素子に対して面状に光を出射するバックライトとを備えることを特徴とする面光源装置。
【請求項１７】
液晶セルと、該液晶セルを照明するための請求項１３から１６のいずれかに記載の面光源装置とを備えることを特徴とする液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置に使用するのに好適な正面指向性に優れた面光源装置を形成し得るバンドパスフィルタ型の光学素子に関し、特に、液晶セル側からバンドパスフィルタ表面に到達した光の反射光が視認されることを防止し、液晶表示装置の表示品位の低下を抑制し得る光学素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置に使用されるＥＬ（エレクトロルミネッセンス素子）バックライト、ＣＣＦＬ（冷陰極蛍光管）バックライト、ＬＥＤ（発光ダイオード）バックライト等の面光源装置は、特定の波長にピークを有するのが通常である。
【０００３】
従って、バックライトから出射された特定ピーク波長の光を、垂直入射時に透過させる一方、斜め入射時に反射するバンドパスフィルタ（干渉フィルタ）をバックライトの出射面側に配置すれば、垂直入射光は透過するが斜め方向からの入射光は透過せずに反射されることになり、平行光化が可能になる。
【０００４】
前記バンドパスフィルタによれば、従来の遮光板を利用した平行光化と異なり、非平行光線は吸収されず反射され、バックライト側に戻る特徴を有している。ここで、反射された斜め入射光は、バックライトに戻され、バンドパスフィルタに向かって再反射し、その再反射光の正面方向成分のみがバンドパスフィルタを透過することになる。従って、以上の動作が繰り返される所謂光リサイクル効果により、バンドパスフィルタを透過する正面方向（垂直方向）の光の輝度が高まり高効率で平行光を出射する面光源装置を得ることが可能となる。
【０００５】
ここで、バンドパスフィルタにおける光干渉の波長特性は入射角度によって変化する、つまり入射角度に応じてバンドパスフィルタで選択透過される波長が変化するため、前記平行光の平行度は、バンドパスフィルタの透過中心波長と透過波長幅（半値幅）とによって制御することができる。例えば、透過波長幅（半値幅）を狭く設定すれば、極めて狭い正面近傍にのみ透過光が集中し、平行度の高い面光源装置が得られる。
【０００６】
一方、バンドパスフィルタの透過波長幅（半値幅）を広く設定すると、従来から市販されている輝度向上用のプリズムシートを用いた場合程度の平行度にすることも可能である。ここで、プリズムシートの場合、原理上、空気界面における光の屈折を利用するために、バックライト或いは液晶セルと貼着することはできない。しかしながら、バンドパスフィルタを用いる場合には、プリズムシートとは異なり、空気界面が不要であるため、バックライト或いは液晶セルと貼着して一体化することも可能であり、これにより装置全体のハンドリングを容易にすることができるという特徴を有する。さらに、バンドパスフィルタは、表面が平滑であるため、ハードコート処理等を行なうことにより、表面の傷発生を防止することが可能であり、これによりハンドリングをより一層容易にすることができる。これに対し、表面での屈折を利用するプリズムシートでは、ハードコート処理等の傷発生防止処理を施すことが難しいため、バンドパスフィルタをバックライトの平行光化に利用する利点は大きいといえる。
【０００７】
このようなバンドパスフィルタを利用した光学素子としては、例えば、コレステリック液晶を用いて、特願２００１−６０００５号や特願２０００−２８１３８２号において提案されており、平行化（集光化）された面光源装置を得ることができる。
【０００８】
一方、バックライトの平行光化に用いるバンドパスフィルタとしては、前記コレステリック液晶を利用したものに限らず、例えば、それぞれ屈折率の異なる蒸着薄膜の積層や、それぞれ屈折率の異なる樹脂組成物からなる薄膜の積層から形成されるバンドパスフィルタを用いることも無論可能であり、これらのバンドパスをバックライトの出射面側に配置することにより、バックライトの平行光化と光利用効率の向上を図ることが可能である。
【０００９】
前記蒸着薄膜や樹脂組成物からなる薄膜の積層から形成されるバンドパスフィルタは、コレステリック液晶を利用したバンドパスフィルタに比べて、耐熱性や耐薬品性に優れた利点を有する場合があり、実用上の利用価値が高いものである。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、蒸着薄膜や樹脂組成物からなる薄膜の積層から形成されるバンドパスフィルタをバックライトの出射面側に配置した液晶表示装置において、液晶表示装置の表示面側（つまりバックライトが配置された方向とは逆方向）から入射した光がバンドパスフィルタの表面で反射し、戻り光となって視認され、液晶表示装置の表示品位を低下させるという問題があった。
【００１１】
より具体的には、図９に示すように、白表示の際に、液晶表示装置の表示面側から入射した外部光Ｌ１が、偏光板８、液晶セル４、偏光板３を介してバンドパスフィルタ１に到達し、バンドパスフィルタ１表面で反射して、戻り光Ｌ２として視認されることになる。従って、液晶表示装置の周囲の像を鏡面状に写し込んだり、偏光板８の表面にアンチグレア層が設けられている場合には、前記鏡面反射した像がアンチグレア層で拡散して広がったり、或いは、バンドパスフィルタ１の反射色が見えてしまう等の現象が生じ、液晶表示装置の表示品位を著しく低下させてしまうという問題があった。
【００１２】
本発明は、斯かる従来技術の問題を解決するべくなされたものであり、バンドパスフィルタ表面に到達した光の反射光が視認されることを防止し、液晶表示装置の表示品位の低下を抑制し得る光学素子を提供することを課題とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
斯かる課題を解決するべく、本発明は、請求項１に記載の如く、それぞれ屈折率の異なる薄膜の積層体から形成され、バックライトから出射された光を選択透過させるためのバンドパスフィルタと、偏光板と、前記偏光板側から入射した光が前記バンドパスフィルタによって反射され、前記偏光板側から出射することを防止するように、前記バンドパスフィルタと前記偏光板との間に配置された１／４波長板とを備え、前記バンドパスフィルタは、無機酸化物、誘電体又は金属酸化物からなるそれぞれ屈折率の異なる薄膜を、真空蒸着、電子ビーム共蒸着又はスパッタリングによって積層することにより形成され、前記偏光板と前記１／４波長板との間に、異軸に配置された１／２波長板をさらに備えることを特徴とする光学素子を提供するものである。
【００１４】
或いは、前記バンドパスフィルタは、請求項２に記載の如く、それぞれ屈折率の異なる樹脂組成物からなる薄膜を積層することによっても形成することができる。
【００１５】
この場合、前記樹脂組成物は、請求項７に記載の如く、多層押出しした後、１軸延伸又は２軸延伸により薄層化することが可能である。
【００１６】
請求項１または２に係る発明によれば、偏光板側から入射した光（偏光板を透過した光は直線偏光となる）が、１／４波長板を透過することによって円偏光になり、バンドパスフィルタの表面に到達することになる。バンドパスフィルタで反射した光は、円偏光の回転方向が逆転し、再び１／４波長板を透過することによって、前記入射光とは偏光面が直交する直線偏光になる。従って、前記反射光は、その偏光面が直交しているために前記偏光板を透過しないことになる。従って、請求項１または２に係る光学素子をバックライトの出射面側に配置した液晶表示装置は、光学素子のバンドパスフィルタによって、正面指向性を高めることができると共に、表示面側（偏光板側）から入射した光の戻り光が視認されるのを防止し、表示品位の低下を抑制することが可能である。また、請求項１または２に係る発明によれば、一般的な顔料や染料等で形成される半吸収半透過材料を使用して戻り光を防止するような場合と異なり、光学素子を透過する光の透過光量等に対する影響は、１／４波長板による僅かな吸収以外には生じないという優れた利点を有する。また、バンドパスフィルタは、本質的に光吸収の無いフィルタであるため、バックライトの輝度を高めても、光の吸収熱がバンドパスフィルタを介して液晶セルに伝達することなく、当該バンドパスフィルタで遮断することができるという利点も有する。前記光学素子は、前記偏光板と前記１／４波長板との間に、異軸に配置された１／２波長板をさらに備える。
【００１７】
なお、前記１／４波長板としては、複屈折異方性を有する樹脂フィルムを延伸することによって形成したものの他、液晶ポリマーを薄膜塗工して形成したものや結晶材料を切断して形成したものを使用することができる。また、前記１／４波長板は、特定の単波長の光に対して最適化したものの他、１／２波長板との積層により広帯域にしたものや、厚み方向に位相差を制御した位相差板などが用いられる。
【００１９】
狭帯域１／４波長板では特定の１波長の光に対してのみ１／４波長板としての機能を奏し、前記特定波長よりも長波長側や短波長側の光に対してはズレが生じて１／４波長板としての機能を徐々に失ってしまう。従って、特に、バンドパスフィルタが複数波長の光を透過させる特性を有する場合（この場合、バンドパスフィルタの反射色相はニュートラルになる）、前記狭帯域１／４波長板では、特定の光に対してのみしか１／４波長板としての機能を奏さず、表示面側（偏光板側）から入射した光の戻り光が視認されるのを効果的に防止し難いことになる。請求項１及び２に係る発明によれば、偏光板と１／４波長板との間に、さらに１／２波長板を備えることにより、一般的に知られているように、可視光全域で機能を奏し得る広帯域１／４波長板（１／４波長板及び１／２波長板の組み合わせ）が得られるため、バンドパスフィルタの反射色相がニュートラルの場合であっても、戻り光が視認されるのを効果的に防止可能である。
【００２０】
好ましくは、請求項３に記載の如く、視野角特性が改善するように前記１／４波長板及び／又は前記１／２波長板の厚み方向の屈折率が制御される。
【００２１】
１／４波長板や１／２波長板が、通常の位相差板である場合、面内方向にのみ位相差を生じるため、垂直入射光に対しては設計通りの機能を奏するが、斜め方向からの入射光は透過長が増加することから位相差値が変化することになる。請求項３に係る発明によれば、視野角特性が改善するように１／４波長板及び／又は１／２波長板の厚み方向の屈折率が制御、つまり厚み方向に位相差を生じるように制御され、斜め方向からの入射光に対しても、垂直入射光に対する位相差と同じ位相差を付与することが可能である。なお、厚み方向の位相差値は、厚み方向の延伸、ニ軸延伸、或いは、液晶材料を配向させる（厚み方向に位相差を生じるように分子設計する）こと等により制御することが可能である。
【００２２】
好ましくは、請求項４に記載の如く、前記１／４波長板の位相差は、前記バンドパスフィルタの反射色相に相当する値に設定される。
【００２３】
バンドパスフィルタが単波長の光を透過させる特性を有する場合、バンドパスフィルタの反射色相は、前記短波長の光と補色関係になる。請求項４に係る発明によれば、１／４波長板の位相差が、バンドパスフィルタの反射色相に相当する値に設定（設定値は、反射色相がバンドパスフィルタの透過波長と補色関係にあることから容易に算出される）されるため、当該反射色相の光が戻り光として視認されるのを効果的に防止することが可能である。
【００２４】
なお、前記１／４波長板及び／又は前記１／２波長板は、請求項５に記載の如く、例えば、液晶ポリマー材料から形成することができる。
【００２５】
好ましくは、請求項６に記載の如く、前記光学素子は、前記光学素子を構成する各部材（バンドパスフィルタ、１／４波長板（１／２波長板も含まれる）、偏光板）をそれぞれ粘着剤又は接着剤によって貼着し、空気界面を除去するように形成される。
【００２６】
本発明に係る光学素子は、各部材（バンドパスフィルタ、１／４波長板（１／２波長板も含まれる場合がある）、偏光板）を互いに離間して配置しても機能するものの、光学素子全体のハンドリングや空気界面での反射損失を考慮すれば、粘着剤や接着剤等によって貼着し一体化することが望ましい。例えば、バンドパスフィルタ、１／４波長板、偏光板のそれぞれを互いに離間して配置する場合、空気界面が４面存在することになり、反射損失が約４（％）×４（面）＝１６％発生すると共に、空気界面での反射光の存在により表示品位が若干低下することになるが、請求項６に係る発明のように各部材を貼着した場合には、反射損失が実質的に０％となり、光透過率と表示品位とがそれぞれ向上するという効果を奏する。
【００２７】
また、前記バンドパスフィルタは、請求項８に記載の如く、請求項１又は２に記載のバンドパスフィルタの積層体を鱗片状に粉砕し、当該粉砕片を樹脂中に包埋することにより形成してもよい。
【００２８】
好ましくは、前記光学素子は、請求項９に記載の如く、前記バンドパスフィルタと前記バックライトとの間に配置された拡散板をさらに備える。
【００２９】
請求項９に係る発明によれば、バンドパスフィルタに斜め入射し、反射された光が拡散板によって散乱し、当該散乱光の一部（バンドパスフィルタに対して垂直に入射する成分）を再利用できるので、バックライトから出射した光の利用効率を高めることができる。
【００３０】
好ましくは、請求項１０に記載の如く、前記拡散板の前記バックライトに面する側の表面が凹凸形状を有するように形成される。
【００３１】
拡散板とバックライトとを近接して配置する場合、拡散板とバックライトとの間隙における光の干渉によりニュートンリングが生じるおそれがある。請求項１０に係る発明によれば、前記拡散板の前記バックライトに面する側の表面が凹凸形状を有するように形成されるため、ニュートンリングの発生が抑制され、バックライトの質を維持することが可能である。
【００３２】
好ましくは、前記バンドパスフィルタは、請求項１１に記載の如く、基材及び当該基材上に積層された薄膜積層体から形成され、前記基材は、光の入射面及び出射面の面内位相差が３０ｎｍ以下とされる。特に、後述するように、バンドパスフィルタとバックライトとの間に、いわゆる反射偏光子を配置して、バンドパスフィルタの透過光量増大を図る場合、請求項１１に係るバンドパスフィルタの基材は、位相差が小さく好適である。なお、前記面内位相差は、より好ましくは２０ｎｍ以下とされ、さらに好ましくは１０ｎｍ以下とされる。
【００３３】
好ましくは、前記バンドパスフィルタは、請求項１２に記載の如く、選択透過波長が複数設定されていると共に、各波長の光について所定の割合で反射が生じる入射角度がそれぞれ一致するように設定される。
【００３４】
請求項１２に係る発明によれば、当該光学素子を液晶表示装置に適用することにより、液晶表示装置における視野角による色調変化を抑制することが可能である。
【００３５】
なお、本発明は、請求項１３に記載の如く、前記光学素子と、３波長冷陰極管を光源とし、前記光学素子に対して面状に光を出射するバックライトとを備えることを特徴とする面光源装置としても提供される。
【００３６】
また、本発明は、請求項１４に記載の如く、前記光学素子と、発光ダイオードを光源とし、前記光学素子に対して、発光波長が１種以上の面状の光を出射するバックライトとを備えることを特徴とする面光源装置としても提供される。
【００３７】
好ましくは、請求項１５に記載の如く、前記バンドパスフィルタの選択透過波長が複数設定されており、各選択透過波長における透過率に応じて前記バックライトの光源の発光スペクトル強度を調整することにより、前記バンドパスフィルタからの出射光が視感度的にニュートラル化される。つまり、換言すれば、バンドパスフィルタからの出射光を目視した場合に、白色に視認されるように調整される。
【００３８】
また、本発明は、請求項１６に記載の如く、前記光学素子と、エレクトロルミネッセンス素子を光源とし、前記光学素子に対して面状に光を出射するバックライトとを備えることを特徴とする面光源装置としても提供される。
【００３９】
さらに、本発明は、請求項１７に記載の如く、液晶セルと、該液晶セルを照明するための請求項１３から１６のいずれかに記載の面光源装置とを備えることを特徴とする液晶表示装置としても提供される。
【００４０】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しつつ、本発明の一実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る光学素子を備えた液晶表示装置の概略構成を示す縦断面図である。図１に示すように、本実施形態に係る液晶表示装置１０は、バックライト６と、液晶セル７と、バックライト６から出射された光を液晶セル７に導く光学素子１１とを備えており、バックライト６及び光学素子１１によって、液晶セル７を照明する面光源装置１２としての機能を奏している。
【００４１】
光学素子１１は、バックライト６から出射した光を選択透過させるためのバンドパスフィルタ（干渉フィルタ）１と、１／４波長板２と、偏光板３とを備えている。さらに、本実施形態に係る光学素子１１は、好ましい態様として、偏光板３と１／４波長板２との間に配置された１／２波長板４と、バンドパスフィルタ１とバックライト６との間に配置された拡散板５とを備えている。なお、本実施形態では、光学素子１１全体のハンドリングや空気界面での反射損失を考慮し、各部材（拡散板５、バンドパスフィルタ１、１／４波長板２、１／２波長板４、偏光板３）は、粘着剤や接着剤等によって貼着し一体化されている。
【００４２】
バックライト６は、例えば、３波長冷陰極管の他、発光ダイオード、エレクトロルミネッセンス素子等を光源とし、光学素子に対して面状に光を出射するように構成されている。なお、バックライト６としては、図１に示すようないわゆる直下型の他、光源を側方に配置し、導光体を介して面状に出射するように構成したいわゆるサイドライト型とすることも可能である。
【００４３】
光学素子１１を構成する１／４波長板２及び１／２波長板４としては、複屈折異方性を有する樹脂フィルムを延伸することによって形成したものの他、液晶ポリマーを薄膜塗工して形成したものや結晶材料を切断して形成したものを使用することができる。
【００４４】
ここで、本実施形態に係る光学素子１１には、バンドパスフィルタ１と偏光板３との間に１／４波長板２が配置されていることにより、偏光板３側から入射した光の戻り光が視認されるのを防止し、表示品位の低下を抑制することが可能とされている。つまり、図２に示すように、偏光板３側から入射した光Ｌ１（偏光板３を透過した光は直線偏光となる）が、１／４波長板２を透過することによって円偏光になり、バンドパスフィルタ１の表面に到達することになる。バンドパスフィルタ１で反射した光Ｌ２は、円偏光の回転方向が逆転し、再び１／４波長板２を透過することによって、入射光Ｌ１とは偏光面が直交する直線偏光になる。従って、反射光Ｌ２は、その偏光面が直交しているために偏光板３を透過しないことになる。このようにして、戻り光が視認されるのを防止することが可能である。
【００４５】
また、本実施形態では、偏光板３と１／４波長板２との間に１／２波長板４が配置されてるが、この場合には、図３に示すように、１／４波長板２と１／２波長板４との組み合わせによって、可視光全域で１／４波長板としての機能を奏し得る広帯域１／４波長板１３が形成される。従って、例えば、バンドパスフィルタ１が複数波長の光を透過させる特性を有する場合（この場合、バンドパスフィルタ１の反射色相はニュートラルになる）であっても、広帯域の波長を有する戻り光が視認されるのを効果的に防止可能である。
【００４６】
光学素子１１を構成する拡散板５は、バンドパスフィルタ１に斜め入射し、反射された光が拡散板５によって散乱し、当該散乱光の一部（バンドパスフィルタ１に対して垂直に入射する成分）を再利用し、バックライト６から出射した光の利用効率を高めるべく設けられている。拡散板５としては、表面に凹凸形状を形成し光を拡散する機能を奏するようにしたものの他、屈折率が異なる微粒子を樹脂中に包埋する方法等によっても形成することができる。ここで、特に拡散板５とバックライト６とを近接して配置する場合、拡散板５とバックライト６との間隙における光の干渉によりニュートンリングが生じるおそれがある。本実施形態に係る拡散板５は、バックライト６に面する側の表面が凹凸形状を有するように形成されているため、前記ニュートンリングの発生が抑制され、バックライト６の質を維持することが可能である。
【００４７】
光学素子１１を構成するバンドパスフィルタ１は、それぞれ屈折率が異なると共に、透過させる光の波長の１〜１／８程度の厚みで設計制御された薄膜を透明基材上に２層以上積層することにより形成される。これにより、各層間での反射及び干渉の繰り返しが生じ、設計された特定波長を反射又は透過させる特性を有する。
【００４８】
次に、本実施形態で適用可能なバンドパスフィルタ１の例を説明する。
【００４９】
（１）蒸着材料からなる薄膜を積層する場合
高屈折率材料として、ＴｉＯ2、ＺｒＯ2、ＺｎＳ等の金属酸化物や誘電体を、低屈折率材料として、ＳｉＯ2、ＭｇＦ2、Ｎａ3ＡｌＦ6、ＣａＦ2等の金属酸化物や誘電体をそれぞれ使用し、これら屈折率のそれぞれ異なる材料を透明基材上に蒸着によって積層することによりバンドパスフィルタ１を形成することができる。
【００５０】
（２）樹脂組成物からなる薄膜を積層する場合
例えば、ポリエチレンナフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ビニルカルバゾール、臭素化アクリレートに代表されるハロゲン化樹脂組成物や、高屈折率無機材料超微粒子包埋樹脂組成物等の高屈折率樹脂材料と、３フッ素エチルアクリレート等に代表されるフッ素樹脂材料や、ポリメチルメタアクリレートに代表されるアクリル樹脂等の低屈折率樹脂材料とを使用し、これら屈折率のそれぞれ異なる材料を透明基材上に積層することによりバンドパスフィルタ１を形成することができる。
【００５１】
なお、前記（１）、（２）で得られる薄膜の積層体を鱗片状に粉砕し、当該粉砕片を樹脂中に包埋することによりバンドパスフィルタを形成することも可能である。また、前記（１）、（２）で使用する透明基材の材料については特に限定はないが、一般的には、ポリマーやガラス材料が使用される。ポリマーの例としては、２酢酸セルロースや３酢酸セルロース等のセルロース系ポリマー、ポリエチレンテレフタレートやポリエチレンナフタレート等のポリエステル系ポリマー、ポリオレフィン系やポリカーボネート系のポリマー等が用いられる。
【００５２】
なお、バンドパスフィルタ１とバックライト６（本実施形態では拡散板５）との間に、いわゆる反射偏光子（液晶セル７のバックライト側に配置された偏光板の偏光面と直交する偏光面を有する光を反射する）を配置し、バンドパスフィルタ１の透過光量を増大させる場合には、前記透明基材として、位相差の少ない３酢酸セルロース、無延伸ポリカーボネート、無延伸ポリエチレンテレフタレート、又は、ノルボルネン系樹脂等のフィルムを用いるのが好ましい。
【００５３】
次に、バンドパスフィルタ１における選択透過波長の設定について、詳細に説明する。
【００５４】
本実施形態に係るバンドパスフィルタ１は、バックライト６の発光スペクトルにおけるピーク波長に相当する波長で最大透過率を示す（最大透過率を示す波長を最大透過波長という）一方、当該最大透過波長より長波長側にカット率５０％以上の反射波長（反射率が５０％以上となる波長）を有するように設定されている。
【００５５】
ここで、反射波長と最大透過波長との差に応じて、後述するように、バンドパスフィルタ１を透過する光の平行度が異なることになり、前記差を目的に応じて任意に設定することができる。
【００５６】
つまり、バンドパスフィルタ１への光の入射角θに応じたカット率５０％以上の反射波長は、以下の式（１）により近似的に導かれる。
λ２＝λ１×（１−（ｎ０／ｎｅ）2×ｓｉｎ2θ）1/2    ・・・（１）
ここで、λ１は垂直入射光を５０％以上反射する反射波長の値を、λ２は入射角θの光を５０％以上反射する反射波長の値を、ｎ０は外部媒体の屈折率（空気界面の場合には１．０）を、ｎｅはバンドパスフィルタ１の有効屈折率を、θは入射角をそれぞれ示す。
【００５７】
上記式（１）より、例えば、バックライト６の発光スペクトルにおけるピーク波長５４５ｎｍに対し、反射波長λ１＝５５５ｎｍ、バンドパスフィルタ１の有効屈折率をｎｅ＝２．０とし、空気界面を残して配置すれば、反射波長λ２＝５４５ｎｍとなる入射角θは、およそ約±２２度となる。つまり、入射角θが約±２２度の範囲内であれば、５０％以上の透過率を得ることができる（逆に入射角θが約±２２度の範囲外であれば、λ２＜５４５ｎｍとなり、当該λ２より長波長側となる前記バックライト６のピーク波長５４５ｎｍの光は、バンドパスフィルタ１を５０％以上透過しないということになる）。同様にして、反射波長λ１＝５４７ｎｍとすると、反射波長λ２＝５４５ｎｍとなる入射角θは約±１０度となり、反射波長λ１＝５４５．５ｎｍとすると、反射波長λ２＝５４５ｎｍとなる入射角θは約±５度程度となる。
【００５８】
このようにして、バンドパスフィルタ１の最大透過波長（バックライト６の発光スペクトルにおけるピーク波長）と、反射波長λ１とを設定することにより、バンドパスフィルタ１を透過する光の平行度を自由に制御することができる。
【００５９】
なお、バックライト６の発光スペクトルにおけるピーク波長が複数存在する場合には、各波長に対して同様の設定を行なえばよい。例えば、３波長冷陰極管を光源とするバックライト６の場合、青色光について４３５ｎｍ、緑色光について５４５ｎｍ、赤色光について６１０ｎｍのピーク波長を有することが多く、各ピーク波長に対応してバンドパスフィルタ１の反射波長λ１の設定を行えば良い。具体的には、上記例の場合、反射波長λ１を、青色光について４３６．６ｎｍ、緑色光について５４７ｎｍ、赤色光について６１２．３ｎｍにそれぞれ設定すれば、色に関わらず入射角θは約±１０度になる。つまり、色に関わらず、正面より±１０度の範囲内にバンドパスフィルタ１を透過する光の平行度を制御することが可能である。
【００６０】
また、バンドパスフィルタ１における各波長毎の最大透過率は、膜質の設計によって変更することができるが、透過光の色調を整えるには、バックライト６を形成する光源の各色の蛍光体の配合量を調整したり、或いは、前記各波長毎の最大透過率に適合したバックライト６としたり、或いは、バックライト６を形成する光源（複数の発光ダイオード）の各発光ダイオードへの供給電力を調整することにより、前記各波長毎の最大透過率に適合したバックライト６の発光スペクトル強度にすることが可能である。
【００６１】
【実施例】
以下、実施例及び比較例を示すことにより、本発明の特徴をより一層明らかにする。
【００６２】
（実施例１）
ＺｒＯ2／ＳｉＯ2からなる誘電体の薄膜を２０層積層し、図４（ａ）に示すように、最大透過率を示す中心波長を５４５ｎｍ、半値幅を約１０ｎｍとしたバンドパスフィルタを作製した。被着体となる基材としては、厚み０．４ｍｍのガラス板を用いた。
【００６３】
前記バンドパスフィルタに対して、波長５４５ｎｍに最大発光輝線スペクトルを有する３波長冷陰極管を光源とするバックライトを配置した。斯かるバックライトは、緑色の着色を有し、図４（ｂ）に示すように、出射光が正面より±１４度の範囲内に集光される特性を有するものであった。
【００６４】
本実施例のバンドパスフィルタは、波長５４５ｎｍ近傍以外の光を反射することになる。従って、このバンドパスフィルタを、液晶セルのバックライト側に取り付けた偏光板とバックライトとの間に配置した場合、白表示を行うと、液晶表示装置の表示面側から入射した外部光が液晶セルを透過してバンドパスフィルタに到達し、バンドパスフィルタ表面で反射して、この反射光が視認される恐れがある。そこで、バンドパスフィルタと偏光板との間に反射防止のための１／４波長板を配置するが、本実施例では、波長５４５ｎｍ近傍以外の可視光全域で反射防止を図る必要がある。従って、本実施例では、広帯域１／４波長板（１／４波長板及び１／２波長板の組み合わせ）を用いた。
【００６５】
より具体的には、図１０に示すような軸角度の関係（図１０に図示された１／２波長板及び１／４波長板の長辺方向が、各波長板の延伸軸に相当する）で、バンドパスフィルタと偏光板との間に、位相差値１４０ｎｍの１／４波長板と、位相差値２７０ｎｍの１／２波長板とを積層して配置した。ここで、位相差板（１／４波長板及び１／２波長板）としては、日東電工社製ＮＲＦフィルム（位相差値１４０ｎｍ、２７０ｎｍ）を用い、偏光板としては、日東電工社製ＳＥＧ１４６５ＤＵを用いた。なお、図１０において、バンドパスフィルタ自体は偏光特性を有さないため、特に貼り合せ角は規定されない。さらに、図１０に示す位相差値及び貼り合わせ角は一例であって、この値に限るものではない。
【００６６】
上記構成の光学素子によれば、偏光板側から入射した外部光（偏光板を透過した光は直線偏光となる）が、広帯域１／４波長板を透過することによって円偏光になり、バンドパスフィルタの表面に到達することになる。バンドパスフィルタで反射した光は、円偏光の回転方向が逆転し、再び広帯域１／４波長板を透過することによって、前記入射光とは偏光面が直交する直線偏光になる。従って、前記反射光は、その偏光面が直交しているために前記偏光板によって吸収され、視認されるのが防止されることになる。特に、本実施例では、広帯域化した１／４波長板を用いた構成であるため、強い入射光による反射光が視認されることはなく、強い外部光の入射する窓際や、屋内照明の蛍光灯像が写り込むような使用環境下であっても、それらの反射光が着色して視認されることはなかった。
【００６７】
（実施例２）
ＺｒＯ2／ＳｉＯ2からなる誘電体の薄膜を２０層積層し、図５（ａ）に示すように、半値波長を５８０ｎｍとした短波長透過型バンドパスフィルタ（ダイクロイックカラーフィルタ）を作製した。被着体となる基材としては、厚み０．４ｍｍのガラス板を用いた。
【００６８】
前記ダイクロイックカラーフィルタに対して、図５（ａ）に示すように、波長５４５ｎｍに最大発光輝線スペクトルを有する単色発光冷陰極管を光源とするバックライトを配置した。
【００６９】
本実施例のように、バックライトの発光スペクトルが単一の特定波長（５４５ｎｍ）に限定され、ダイクロイックカラーフィルタの反射帯域が長波長側に限定される場合には、ダイクロイックカラーフィルタの反射色が着色しているので、この反射色相（本実施例では赤系統の色調）を有する波長帯域を中心に反射防止すれば、十分に反射防止効果を得ることができる。斯かる観点から、本実施例では、ダイクロイックカラーフィルタと液晶セルのバックライト側に取り付けた偏光板との間に、１／４波長板としてポリカーボネート製単層位相差板（日東電工社製ＮＲＦフィルム、位相差値１５０ｎｍ）を配置した。この位相差値は、赤系着色を示す６００ｎｍ近傍の波長を有する光の反射防止効果を奏することになる。
【００７０】
なお、上記１／４波長板と偏光板とは、偏光板の吸収軸に対して１／４波長板の延伸軸を４５度傾けて積層すれば、反射防止効果を奏することができる。ここで、偏光板としては、日東電工社製ＳＥＧ１４６５ＤＵを用いた。
【００７１】
上記構成の光学素子からの出射光の分布は、図５（ｂ）に示すように、正面方向から±３０程度の範囲内に集光されると共に、偏光板側から入射した強い外部光に晒されても、液晶表示装置が白表示状態の際に、反射光に起因する着色を視認することはなかった。
【００７２】
（実施例３）
ＴｉＯ2／ＳｉＯ2の薄膜を蒸着によって２１層積層し、図６（ａ）に示すように、３波長輝線型冷陰極管の発光スペクトルの３波長に対して高い透過率を有し、その他の波長の光を反射するバンドパスフィルタ（干渉フィルタ）を作製した。被着体となる基材としては、ＰＥＴフィルム（東レ社製ルミラー、厚み７５μｍ）を用いた。
【００７３】
前記バンドパスフィルタを用いると、前記３波長輝線型冷陰極管を光源とするバックライトからの出射光は、垂直方向から±２０度程度で反射され、バックライト側に戻る集光特性を有した。
【００７４】
本実施例のように、３波長の光を透過し、その他の波長帯域で光を反射させるバンドパスフィルタを用いる場合には、実施例１と同様に、反射防止機能を広帯域化して、可視光全域で反射防止を図る必要がある。斯かる観点より、本実施例でも、実施例１と同様に、バンドパスフィルタと液晶セルのバックライト側に取りつけられた偏光板との間に、反射防止のための広帯域１／４波長板を配置する構成とした。なお、実施例１と同様に、位相差板（１／４波長板及び１／２波長板）としては、日東電工社製ＮＲＦフィルム（位相差値１４０ｎｍ、２７０ｎｍ）を用い、偏光板としては、日東電工社製ＳＥＧ１４６５ＤＵを用いた。
【００７５】
上記構成の光学素子からの出射光の分布及び反射防止効果は、実施例１の場合と同等であり、正面方向から±３０度程度の集光性を有すると共に、偏光板側から入射した強い外部光に晒されても、液晶表示装置が白表示状態の際に、バンドパスフィルタでの反射光に起因する反射像を視認することはなかった。
【００７６】
（実施例４）
ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）／ポリメチルメタアクリレート（ＰＭＭＡ）の薄膜をフィードブロック法によって交互に厚み制御の下、２０層積層し、この積層体を２軸延伸した。延伸温度は約１４０℃とし、延伸倍率はＴＤ方向に約４倍、ＴＭ方向に約３倍とした。
【００７７】
以上のようにして得られた２０層積層フィルムの延伸品を５枚積層することにより、計１００層の積層品とし、波長６５０ｎｍ以上９００ｎｍ以下の帯域で反射特性を有する短波長透過型バンドバスフィルタ（ダイクロイックカラーフィルタ）として機能するように調整した。
【００７８】
以上のようにして作製されたダイクロイックカラーフィルタは、波長６３５ｎｍにおいて５０％以上の反射率を有するものであった。斯かるダイクロイックカラーフィルタに対して、発光スペクトルの中心波長が６３０ｎｍであるＡｌＧａＩｎＰ系の高輝度ＬＥＤを光源とするバックライトを配置した。また、用いる１／４波長板及び偏光板並びにそれらの配置は、実施例２と同一の条件とした。
【００７９】
上記構成の光学素子からの出射光の分布は、実施例２とほぼ同等であった。また、液晶表示装置が白表示状態の際に、ダイクロイックカラーフィルタでの反射光に起因する着色を視認することはなかった。
【００８０】
（実施例５）
低屈折率材料として屈折率が約１．４０のフッ素系アクリレート樹脂（日産化学社製ＬＲ２０２Ｂ）を、高屈折率材料として屈折率が約１．７１の無機高屈折率超微粒子含有アクリレート樹脂（ＪＳＲ製デソライト）をそれぞれ使用し、これらを基材（富士フィルム社製ＴＡＣフィルム（ＴＤ−ＴＡＣ））上に、多層薄膜塗工によって、１８層積層し、図７に示すような短波長透過型バンドパスフィルタ（ダイクロイックカラーフィルタ）を作製した。斯かるダイクロイックカラーフィルタの半値波長は約５８０ｎｍであった。
【００８１】
多層薄膜塗工は、マイクログラビアコーターを用い、９０℃×１分にて乾燥した後、紫外線重合（照度５０ｍＷ／ｃｍ2×１秒）によって硬化し、その硬化塗膜上に次の塗膜を上塗りすることを繰り返して実施した。このようにして得られたフィルタは、面内透過分光特性の均一性が不十分であったため、該当波長域に対して良好な特性を有する領域を選択して用いることにした。
【００８２】
前記ダイクロイックカラーフィルタに対して、波長５４５ｎｍに最大発光輝線スペクトルを有する３波長冷陰極管を光源とするバックライトを配置した。また、実施例２と同様に、１／４波長板及び偏光板を配置した。
【００８３】
上記構成の光学素子からの出射光の分布は、正面より±４０度の範囲内に集光されると共に、実施例２と同様の反射防止効果が得られ、液晶表示装置が白表示状態の際に、反射光に起因する着色を視認することはなかった。
【００８４】
（実施例６）
低屈折率材料として屈折率が約１．４０のフッ素系アクリレート樹脂（日産化学社製ＬＲ２０２Ｂ）を、高屈折率材料として屈折率が約１．７１の無機高屈折率超微粒子含有アクリレート樹脂（ＪＳＲ製デソライト）をそれぞれ使用し、これらを基材（富士フィルム社製ＴＡＣフィルム（ＴＤ−ＴＡＣ））上に、多層薄膜塗工によって、２１層積層し、図８に示すような短波長透過型バンドパスフィルタ（ダイクロイックカラーフィルタ）を作製した。斯かるダイクロイックカラーフィルタの透過波長は、４３５ｎｍ、５４５ｎｍ及び６１０ｎｍの３つの領域に存在し、一般的な冷陰極管の発光スペクトルにおけるＲＧＢ各色に対応するものとした。
【００８５】
多層薄膜塗工は、マイクログラビアコーターを用い、９０℃×１分にて乾燥した後、紫外線重合（照度５０ｍＷ／ｃｍ2×１秒）によって硬化し、その硬化塗膜上に次の塗膜を上塗りすることを繰り返して実施した。このようにして得られたフィルタは、面内透過分光特性の均一性が不十分であったため、該当波長域に対して良好な特性を有する領域を選択して用いることにした。
【００８６】
前記３波長対応のダイクロイックカラーフィルタに対して、前記各波長に輝線スペクトルを有する３波長冷陰極管を光源とするバックライトを配置した。また、実施例１と同様に、位相差板及び偏光板を配置した。
【００８７】
上記構成の光学素子からの出射光の分布は、正面より±３０度の範囲内に集光されると共に、実施例１と同等の反射防止効果が得られ、液晶表示装置が白表示状態の際に、ダイクロイックカラーフィルタでの反射光に起因する反射像を視認することはなかった。
【００８８】
（実施例７）
実施例３と同様にしてバンドパスフィルタを作製した。斯かるバンドパスフィルタに対して、実施例１と同様に、位相差板及び偏光板を配置したが、本実施例では、位相差板として、日東電工社製ＮＲＺフィルム（位相差値１４０ｎｍ及び２７０ｎｍ、Ｎｚ係数は両方とも０．５）を用いた。ＮＲＺフィルムは、厚み方向の位相差値変化を制御した位相差フィルムであるため、これを用いることにより、斜め方向からの入射光に対しても、垂直入射光に対する位相差と同等の位相差を付与することが可能である。従って、垂直方向から大きく外れた入射光に対しても十分な反射防止効果を奏することができる。
【００８９】
上記構成の光学素子によれば、窓際などの明るい斜め入射光が存在する環境下であっても、液晶表示装置が白表示状態の際に、バンドパスフィルタでの反射光に起因する反射像を視認することはなかった。
【００９０】
（実施例８）
実施例３と同様にしてバンドパスフィルタを作製した。斯かるバンドパスフィルタに対して、位相差板及び偏光板を配置したが、本実施例では、用いる位相差板を、液晶ポリマー（ＢＡＳＦ社製ＬＣ２４２）のスリットコーターによる精密塗工によって作製した。
【００９１】
具体的には、前記液晶ポリマーに対して、光反応開始剤（チバガイギ社製Ｉｒｇ１８４）を１重量％添加し、シクロペンタン溶液（２０重量％相当）とした。この溶液を基材上にワイヤーバーによって乾燥時の厚みが１．２μｍ相当になるように塗工し、９０℃×２分にて乾燥した後、紫外線照射（１０ｍＷ／ｃｍ2×２分）することで、位相差値が約１４０ｎｍの位相差板を作製した。同様にして、厚みが約２．５μｍ程度になるように塗工することで、位相差値が約２７０ｎｍの位相差板を作製した。これらの位相差板を実施例１と同様に積層すれば、広帯域１／４波長板として機能するため、可視光域での反射防止機能を有することになる。
【００９２】
本実施例では、液晶ポリマーを塗布する基材として、配向膜付きバンドパスフィルタ表面を用いた。配向膜は、バンドパスフィルタ表面にＰＶＡ（クラレ社製ポバール）２重量％水溶液をスピンコート塗布し、乾燥させた後に、綿製ラビング布によってラビング処理を施すことによって形成した。斯かるバンドパスフィルタの配向膜上に、前述した方法で、位相差値が１４０ｎｍ相当の液晶位相差板を形成し、さらにその上に、ＰＶＡ（クラレ社製ポバール）２重量％水溶液をスピンコート塗布し、乾燥させた後に、綿製ラビング布によってラビング処理を施した。ここで、ラビング方向は、実施例１で説明した図１０の配置と一致するように、１回目と２回目のラビング方向の成す角度が６２．５度となるようにした（図１０に示された位相差板の長辺方向がラビング方向に相当する）。斯かるラビング処理によって形成された配向膜上に、前述した方法で、位相差値が２７０ｎｍ相当の液晶位相差板を形成した。さらにこの上に、実施例１における図１０の配置と一致するように、偏光板を配置した。
【００９３】
本実施例に係る光学素子は、位相差板の総計厚みが約５μｍ以下に収まった。これは、ポリカーボネート製延伸フィルムで形成した１／４波長板の厚み（約５０μｍ）に比べ、１／１０以下の厚みにまで低減できることから、面光源装置の薄型化に寄与することが分かった。反射防止効果は、実施例３と同等であり、液晶表示装置が白表示状態の際に、バンドパスフィルタでの反射光に起因する反射像を視認することはなかった。
【００９４】
（比較例）
誘電体の薄膜を２０層積層して形成し、最大透過の中心波長を５４５ｎｍ、半値幅を１０ｎｍとしたバンドパスフィルタを使用し、光源波長５４５ｎｍに一つのピーク波長を有する３波長冷陰極管を光源とするバックライトから前記バンドパスフィルタに向けて光を照射した。上記バンドパスフィルタからの出射光の分布は、実施例１と同様に、正面より±１４度の範囲内に集光されたが、当該バンドパスフィルタ及びバックライトを面光源装置として使用した液晶表示装置は、白表示の際に、周囲の像がバンドパスフィルタに鏡像として写り込み、これが視認されて、表示品位を低下させた。
【００９５】
なお、以上に説明した実施例及び比較例において、反射波長帯域の測定には、大塚電子社製瞬間マルチ測光システムＭＣＰＤ２０００を、薄膜特性の評価には、日本分光社製分光エリプソＭ２２０を、透過反射の分光特性の評価には、日立製作所社製分光光度計Ｕ４１００を、偏光板の特性評価には、村上色彩社製ＤＯＴ３を、位相差値の測定には、Oji Scientific Instruments社製複屈折測定装置ＫＯＢＲＡ２１Ｄを、視野角特性（コントラスト、色調、輝度）の計測には、ＥＬＤＩＭ社製Ｅｚコントラストを、それぞれ用いた。
【００９６】
【発明の効果】
本発明に係る光学素子をバックライトの出射面側に配置した液晶表示装置は、光学素子のバンドパスフィルタによって、正面指向性を高めることができると共に、表示面側（偏光板側）から入射した光の戻り光が視認されるのを防止し、表示品位の低下を抑制することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は、本発明の一実施形態に係る光学素子を備えた液晶表示装置の概略構成を示す縦断面図である。
【図２】  図２は、図１に示す１／４波長板によって、戻り光の視認が防止されることを説明する説明図である。
【図３】  図３は、図１に示す１／４波長板と１／２波長板の組み合わせによっても、戻り光の視認が防止されることを説明する説明図である
【図４】  図４は、実施例１におけるバンドパスフィルタ及び光源の分光特性と、出射光の分布とを示す図である。
【図５】  図５は、実施例２におけるバンドパスフィルタ及び光源の分光特性と、出射光の分布とを示す図である。
【図６】  図６は、実施例３におけるバンドパスフィルタ及び光源の分光特性を示す図である。
【図７】  図７は、実施例５におけるバンドパスフィルタの透過分光特性を示す図である。
【図８】  図８は、実施例６におけるバンドパスフィルタの透過分光特性を示す図である。
【図９】  図９は、従来の液晶表示装置において、バンドパスフィルタ表面に到達した光の反射光が視認される状況を説明する図である。
【図１０】  図１０は、本発明の実施例１に係る偏光板、１／２波長板及び１／４波長板の積層状態の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
１…バンドパスフィルタ  ２…１／４波長板  ３…偏光板
４…１／２波長板  ５…拡散板  ６…バックライト
７…液晶セル  １０…液晶表示装置  １１…光学素子  １２…面光源装置
１３…広帯域１／４波長板
【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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