JP2014157247A - 光学フィルム及び面光源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 表示品質の低下を防止し、高輝度及び薄型化を実現することが可能な光学フィルムを提供する。
【解決手段】 互いに対向する第１及び第２主面を有する透光性のベースフィルム２と、第１主面に配置され、互いに隣接して一方向に延伸する複数のホログラム光学素子４を有する第１光学素子層と、第２主面に不規則に隙間なく敷き詰めて配置された複数の凹凸素子６を有する第２光学素子層とを備える。第２光学素子層の表面の算術平均粗さＲａ（μｍ）と複数の凹凸素子の平均間隔Ｓｍ（μｍ）との積Ｒａ×Ｓｍが、０．３μｍ²以上、５μｍ²以下の範囲である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、入射光を偏向する光学フィルム及び面光源装置に関する。

液晶ディスプレイは、コンピュータの表示部や家電製品の制御パネルの表示部のほか、携帯電話の表示部に用いられ、より一層の低消費電力化と軽量化、薄型化が求められている。液晶ディスプレイは自発光デバイスではないので、外部光源または周囲の外光を利用する必要がある。外部光源としては、液晶パネルの背面に面光源を設置するバックライト方式が代表例である。バックライト方式の場合、面光源からの出射光を観察者の正面方向へ出射させることが必要になる。

代表的なバックライト方式においては、導光板から斜めに出射された光は、光学フィルムで垂直方向に曲げられる。光学フィルムから出射された光は、拡散体で色分散が小さくなるよう拡散され、画像を表示する液晶パネルを照射する。光学フィルムとしては、従来はプリズムシートが用いられている。導光板の形状や導光板と液晶の間に設けたプリズムシートの形状を最適化して、正面の輝度が高くなるよう設計されている。

導光板から出射される光の出射角は導光板の設計に依存するが、プリズムシートに対する入射角θｉが２０度〜７０度くらいになることが多い。そこで、プリズムシートの役割は、この光を効率よく出射角θｏが０度の方向、つまり垂直方向に曲げることである。そのためには、空気層とプリズムシートとの界面反射であるフレネル反射を小さくし、かつ、なるべく多くの光が垂直方向に進むようにする必要がある。また、出射光が角度分布を持つ場合には、入射角θｉが、多少変動しても、垂直方向への輝度が減少しないような光曲げ特性を持たせることで、光曲げ角が一定であるよりも正面方向への輝度を高く出来る。さらに、光源は白色光であるので、波長による曲げ角度依存性を小さくして、分光をできるだけ抑制する必要がある。分光は、液晶のカラー表示の色再現性を劣化させるなど、表示品質を落とす。

従来のプリズムシートは、屈折、全反射を利用して幾何光学的に出射光を曲げている。これに対して、波動光学に基づく回折・干渉現象を利用した光学部材（ホログラム光学素子）は幾何光学的効果を利用した素子に比べて、薄型にできるという利点や集光や拡散などの複数の機能を一つの素子で実現できるという利点がある。ただし、分光や高次の回折を伴うため白色光を曲げるという用途ではなく、むしろ、白色光を拡散して視野角を広げるという用途（特許文献１〜５参照）や、白色光を分光するという用途（特許文献６及び７参照）で使われてきた。また、白色光を拡散するという効果を利用して、ドットマトリクスの表示欠陥を見えないようにすることにも使われてきた（特許文献８〜１２参照）。ホログラム光学素子の設計方法については、例えば、非特許文献１に記載されている。

上述のように幾何光学的に出射光を曲げる方法では、凹凸の高さが大きいためシートの膜厚が厚くなり薄型化に寄与しにくくなる。また、従来のプリズムシートでは個々のプリズムが、光を曲げる機能を果たしているため、プリズム欠陥や異物があるとそのプリズムを通過する光は、異常光線となり輝点などの表示異常を引き起こしてしまう。表示装置は、欠陥や異物に非常に敏感であり表示異常を引き起こしてしまうため商品の品質を低下させてしまう。このためプリズム欠陥や異物がないように取扱いや製造に非常に気をつける必要があった。

一方、ホログラム光学素子は、１）入射光が垂直に回折する回折次数以外の回折光が発生する、２）当該回折次数の回折効率が低くなる、３）波長分散が大きいといった問題があった。例えば、周期が小さいと垂直に回折する次数がなかったり、波長分散が大きくなったりする。深さが適当でないと、当該回折次数の回折効率が低くなる。

特に波長分散については、ホログラム光学素子にて出射される光が分光して虹色に着色して見える不具合が発生する。この不具合は従来の幾何光学に基づく屈折・全反射現象を利用したプリズムシートには現れない独特の不具合であり、画質の低下を招く場合がある。そのため、光学フィルムの裏面に突起を形成し、かつその上部に拡散性を有するフィルムを設けることで虹色に着色するのを防止する手法が用いられるが、拡散性を有するフィルム分の部材点数の増加による輝度の低下やコスト増加、更には構成厚みの増加により薄型化しにくくなるといった問題がある。

このような波長分散による表示品質の低下の課題を解決するため、ビーズを分散させた樹脂を光学フィルムの表面に形成し、拡散層とする技術が提案されている（特許文献１３及び１４参照）。しかしながら、樹脂中にビーズを均一に分散させ、かつ突起の高さを高精度に制御することは困難である。また、光学フィルムとビーズの樹脂は異なる組成である事が多く、光学フィルムに反りを発生させることがある。この反りを矯正するために支持基材の膜厚を厚くする事で抑制する事は可能だが、薄型化しにくくなるため好ましくない。また、樹脂中に分散したビーズは光の拡散体となるため、輝度が低下する問題もある。更には、表面に突出したビーズからなる凸部と平面部のバランスが悪いと、ぎらつきが生じて画質の低下を招く場合もある。

また、ホログラム光学素子を有する光学フィルムを用いた場合における波長分散による表示品質の低下の課題を解決するための手法として、凹凸形状を光学フィルムの表面に形成することも考えられる（特許文献１５参照）。しかしながら、光学密着防止や防眩性を目的とした拡散層が液晶パネルに付与されている場合、その凹凸形状の深さ・間隔が粗かったり過度に不均一であったりすると画質がざらついて見え表示品質を損なう。拡散層が形成されていない液晶パネルを使用しても良いが、適用範囲が限られてしまうため著しく汎用性を低下させてしまう。

特開平７−１１４０１５号公報 特開平９−３２５２１８号公報 特表平１０−５０６５００号公報 特開平１１−２９６０５４号公報 特開２０００−３９５１５号公報 特開平９−１１３７３０号公報 特開平１０−３０１１１０号公報 特開平５−３０７１７４号公報 特開平６−５９２５７号公報 特開平６−２９４９５５号公報 特開平７−２８０４７号公報 特開平７−４９４９０号公報 特開２００７−２４９２２０号公報 特許第００３９６８１５５号公報 特許第３６０７７５９号公報

ビクトール・ソイファー（Ｖｉｃｔｏｒ Ｓｏｉｆｅｒ），ビクトール・コトラール（Ｖｉｃｔｏｒ Ｋｏｔｌｙａｒ），レオニード・ドスコロヴィッチ（Ｌｅｏｎｉｄ Ｄｏｓｋｏｌｏｖｉｃｈ）著："アイテラティブ メソッド フォー ディフラクティブ オプティカル エレメンツ コンピュテーション（Ｉｔｅｒａｔｉｖｅ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｌｅｍｅｎｔｓ Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ）"，（米国），テイラー アンド フランシス（Ｔａｙｌｏｒ ＆ Ｆｒａｎｃｉｓ）、１９９７年、ｐ．１−１０

本発明は、表示品質の低下を防止し、高輝度及び薄型化を実現することが可能な光学フィルム及び面光源装置を提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するため、本発明の第１の態様は、互いに対向する第１及び第２主面を有する透光性のベースフィルムと、第１主面に配置され、互いに隣接して一方向に延伸する複数のホログラム光学素子を有する第１光学素子層と、第２主面に不規則に隙間なく敷き詰めて配置された複数の凹凸素子を有する第２光学素子層とを備える光学フィルムであって、第２光学素子層の表面の算術平均粗さＲａ（μｍ）と複数の凹凸素子の平均間隔Ｓｍ（μｍ）との積Ｒａ×Ｓｍが、０．３μｍ²以上、５μｍ²以下の範囲であることを要旨とする。

本発明の第２の態様は、光源と、光源と対向する端面を入射面、入射面に直交する一対の主面のそれぞれを反射面及び出射面とし、反射面に配置され、光源から入射面を通して入射した光を出射面に向かうように反射する反射素子を有する導光板と、出射面に面して第１光学素子層が配置された本発明の第１の態様による光学フィルムとを備える面光源装置であることを要旨とする。

本発明によれば、表示品質の低下を防止し、高輝度及び薄型化を実現することが可能な光学フィルム及び面光源装置を提供することが出来る。

本発明の実施の形態に係る面光源装置を用いた液晶ディスプレイの構成の一例を示す図である。 本発明の実施の形態に係る光学フィルムにおける入射角θｉと出射角θｏを説明する図である。 回折された光の回折次数と回折角の関係を示す図である。 ホログラム光学素子（回折格子）の鋸歯形状からのずれを示す図である。 ホログラム光学素子（回折格子）の鋸歯の形状を説明する図である。 扇形の溝を持つホログラム光学素子（回折格子）を示す図である。 導光板から斜めに出射した光をホログラム光学素子（回折格子）が垂直方向に曲げることを説明する図である。 凹凸素子の、拡散特性の規定方法および測定方法を示す説明図である。 本発明の実施の形態に係る面光源装置を用いた液晶ディスプレイの構成の他の例を示す図である。 図９に記載の液晶パネルに付与される光学密着防止層の表面写真である。 図９に記載の導光板の断面図である。 ホログラム光学素子（回折格子）の製造装置を概略的に示した断面図である。 本発明の実施の形態に係る面光源装置の評価結果の一例を示す表である。

次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意するべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においてもお互いの寸法関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。

又、以下に示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の技術的思想は、請求項の範囲において種々の変更を加えることができる。

本発明の実施の形態に係る液晶表示装置は、図１に示すように、導光板１２、光学フィルム１０、拡散板３２、及び液晶パネル３０を備える。導光板１２、光学フィルム１０、及び拡散板３２などが、面光源装置を構成する。光学フィルム１０は、ベースフィルム２、ベースフィルム２の第１主面に配置された複数のホログラム光学素子４を有する第１光学素子層、第１主面に対向する第２主面に配置された複数の微細な凹凸素子６を有する第２光学素子層を備える。光学フィルム１０は、第１主面側の第１光学素子層が導光板１２と面し、第２主面側の第２光学素子層が拡散板３２と面するように配置される。導光板１２で面状に発光した光が、光学フィルム１０に入射する。光学フィルム１０へ入射した光１４は、光学フィルム１０により垂直方向に曲げられる。光学フィルム１０から出射した光１６は、拡散板３２で色分散が小さくなるように拡散され、画像を表示する液晶パネル３０を照射する。液晶パネル３０から垂直な光３４が出射される。

光学フィルム１０は、図１及び図２に示すように、入射光１４は、光学フィルム１０の第１及び第２光学素子層が対向する方向、即ち垂直方向に対して入射角θｉでホログラム光学素子４が配置された第１光学素子層に入射する。出射光１６は、垂直方向に対して出射角θｏで凹凸素子６が配置された第２光学素子層から出射する。例えば、ホログラム光学素子４は、平均の深さｈ、及び平均の周期ｄの格子溝を有する。凹凸素子６は、深さ（算術平均粗さ）Ｒａ、及び平均間隔Ｓｍの凹凸を有する。

ホログラム光学素子４は、光の曲げ角度の波長依存性が小さく、斜め方向から入射した白色光の分光を抑えて垂直方向に曲げて出射する。ホログラム光学素子４は、多数の凹凸形状を透過した回折光の多重干渉により出射光を制御しているので、ひとつの凹凸形状が欠損しても、また異物が存在しても出射光への影響は少ない。即ち、冗長性に優れるという特徴がある。したがって、取扱いや加工が、従来のプリズムシートより楽になる。また、ホログラム光学素子４を用いることで、光を曲げるだけでなく、集光の機能など他の光制御機能を付加することも可能である。ホログラム光学素子４の設計方法については、例えば、非特許文献１などに記載されている。ホログラム光学素子４として、回折格子を例にとれば、一般に格子断面形状を鋸歯形状とすることが回折効率を高くするのに有効である。さらに形状を最適化すれば、白色光を分光や拡散を抑えて曲げることが可能である。単色の光を通常のホログラム光学素子に通すと、１次光、２次光といった複数の回折が生じ、それぞれの回折角に光が伝播するので光の曲げ効率が落ちるという問題がある。また、白色光を回折で曲げようとすると、一般には波長によって、回折角が異なるので色の分散という問題が生じる。しかし、ホログラム光学素子４を適切に設計することで分散や光曲げ効率の低下を抑えることが出来る。ここで、「ホログラム光学素子」とは、波動光学に基づく回折及び干渉現象を利用した光学部材全般である。また、「白色光」とは、青緑赤の３原色を含む光を意味し、「垂直方向に曲げる」とは、回折及び干渉効果をもつ光学部材の面に斜めから入射した光を、面の法線方向に向きを変えて出射させることを意味している。

ホログラム光学素子４としては、ＣＧＨ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｇｅｎｅｒａｔｅｄ Ｈｏｌｏｇｒａｍ）のように、多数のピクセルを含むものであっても良い。ホログラム光学素子４のタイプは表面レリーフ型でも体積位相型でもよい。さらに、透過型でも反射型でもよい。幾何光学的な原理に基づくプリズムと組み合わせても良い。

凹凸素子６は、平坦部を有することなく不規則に隙間なく形成されている事が望ましい。平坦部を含んでいる場合、ホログラム光学素子４を介して出射される光は指向性が強く、平坦部と凹凸部の散乱光の度合いに差異が生じ、画面にギラツキが発生して画質の低下を招く場合があるため好ましくない。また、凹凸素子６の深さ（算術平均粗さＲａ）が深く粗い場合、又は凹凸の平均間隔が広い場合、いずれにおいても、光学密着防止や防眩性を目的とした拡散層が液晶パネルに付与されている場合は、画質がざらついて見え表示品質を損なう場合があるため好ましくない。また、凹凸素子６の深さ（算術平均粗さＲａ）が低い場合は、拡散性が不足するため、ホログラム光学素子４を有する光学フィルム１０を用いた場合、波長分散による表示品質の低下（分光模様）が発生するため好ましくない。そのため、第２光学素子層表面の算術平均粗さＲａ（μｍ）と、凹凸素子６の平均間隔Ｓｍ（μｍ）との積（Ｒａ×Ｓｍ）が、０．３μｍ²〜５μｍ²の範囲が好ましく、０．３μｍ²〜３μｍ²の範囲であることがより好ましい。また、凹凸素子６の平均間隔としては、２０μｍ以下が望ましい。

凹凸素子６の形成方法は特に限定されるものではないが、凹凸形状の高再現性を勘案すれば、金型に形成された微細な凹凸形状を光学材料表面に転写させることにより形成すれば良い。例えば、このような金型をプレス加工により熱成型のプラスチックフィルムに型押しするなどして形成すればよい。あるいは、この金型へ放射線硬化樹脂を塗布硬化して脱型することで所望の凹凸素子６を形成すれば良い。高転写性、作業の簡便性等を考慮すれば、後者の放射線硬化樹脂を金型へ塗布硬化して脱型する手法がより好ましい。ここで使用する放射線硬化樹脂は、光学的透明性を有するものが好ましく、製造の容易性の点から紫外線、電子線、熱により硬化できる樹脂が好ましい。最も好ましくは、紫外線で硬化できるものである。例えば、ウレタンアクリレート、エポキシアクリレート、ポリエステルアクリレート、ポリオールアクリレート、ポリエーテルアクリレート、及びメラミンアクリレートなどのアクリル系樹脂、ポリエステル樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリウレタン、並びにシリコーン樹脂などの各種の樹脂を用いることができるが、特に限定されるものではない。また、必要に応じて光安定剤、紫外線吸収剤、帯電防止剤、難燃剤、酸化防止剤、及び屈折率調整剤などを適宜用いることができる。

凹凸素子６を有する第２光学素子層を形成するための金型の製造方法としては、各種の加工法を用いることができるが、特に限定されるものではない。例えば、エンボス加工、サンドブラスト加工、熱プレスによる金型成型加工、及び化学処理による加工などを用いることができる。また、石英基板上に電子線レジストを塗布し電子線描写したのち反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）で掘る方法、Ｘ線放射光で露光及び現像する方法、グレースケールマスクのパターンを露光及び現像する方法、及びバイトで彫る機械加工などを用いてもよい。製造の容易性、各種凹凸形状の仕様に対応するための設計の簡便性、形状再現性、更には平坦部を有することなく隙間無く凹凸形状を形成するためには、サンドブラスト加工がより好ましい。サンドブラスト加工に用いる研削材は、特に限定されるものではなく、ガラスビーズ、ジルコニア粒子、スチールグリッド、アルミナ粒子、及びシリカ粒子等を用いれば良く、所望の形状仕様に合わせて単一又は混合して調整すれば良い。

ベースフィルム２に用いる透光性の樹脂は、特に限定されるものではない。例えば、透光性樹脂として、ポリエチレンテレフタレートなどのポリエステル系樹脂、トリアセチルセルロース、及びポリプロピレンなどのポリオレフィン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、並びに塩化ビニル樹脂などのシート又はフィルムが好ましい。

なお、ホログラム光学素子４は、格子の断面が鋸歯形状であって、歯の先端をはさむ二辺の長さが１０％以上異なり、夾角が６０°以下であることが望ましい。また、ホログラム光学素子４は、回折格子が屈折率ｎの材料から形成されており、格子溝の平均の深さｈと平均周期ｄとの関係が、

ｈ＝α×ｄ／（ｎ−１） 但し、０．４≦α≦１ （１）

であることが望ましい。

式（１）の関係により、白色光を垂直方向に曲げるために使用される透過型回折格子であるホログラム光学素子４の格子溝の深さｈの好ましい範囲が示される。回折格子の深さｈと周期ｄ、及び鋸歯の位置ずれｕの関係を、図５に示す。回折格子の格子溝の平均の深さｈは深すぎても浅すぎても、垂直方向に光が届く効率は落ちる。このように、回折格子の屈折率をｎとしたとき格子溝の平均の深さｈが式（１）の条件を満たすとき、効率が高くなる。このとき、最適な深さｈは、周期ｄと鋸歯の山の位置ずれｕに依存する。例えば、周期ｄが５μｍでｕ／ｄが２０％のときは、５．５μｍが最適な深さｈの一つである。このように深溝で面積の広い回折格子を量産するには、鋳型から転写して作ればよい。転写された樹脂は、熱又はＵＶ光で硬化する。深い溝を持つ鋳型は、基板上に電子線用レジストを塗布し、電子線描画したのちＲＩＥで掘る方法で作製することができる。また、Ｘ線放射光で露光及び現像する方法、グレースケールマスクのパターンを露光及び現像する方法、及びバイトを用いて機械加工法などで鋳型を作製してもよい。転写される材質は使用条件に応じるが、例えば光透過性の良いアクリル系の光硬化樹脂が望ましい。

上記の透過型回折格子であるホログラム光学素子４において、青色光、緑色光及び赤色光の３波長λ１、λ２、λ３の平行光に近い充分にコリメートされた光を２０度から７５度の範囲内の入射角θｉで入射させた時、各波長の回折効率が最大となる回折角度が、−５度から＋５度の範囲に含まれることが望ましい。

具体的に、波長λ１が０．４６μｍ〜０．５μｍ、波長λ２が０．５３μｍ〜０．５７μｍ、及び波長λ３が０．６μｍ〜０．６４μｍ、例えば、λ１＝０．４８μｍ、λ２＝０．５５μｍ、λ３＝０．６２μｍの平行光に近い十分コリメートされた青緑赤３波長の光を、２０度〜７５度の範囲内の入射角θｉで入射させた時、各波長の回折効率が最大となる回折角度が±５度の範囲になるようにする。このようなホログラム光学素子４では、透過型回折格子における波長による回折角度の違いの許容できる範囲が具体的に規定される。青色、緑色、赤色の３原色に対応するλ１＝０．４８μｍ、λ２＝０．５５μｍ、λ３＝０．６２μｍの３波長の平行光に近い充分にコリメートされた光を角度θｉで入射させた時、各波長の回折効率が最大となる回折角度が、−５度から＋５度（０度が回折格子出射面の法線方向）の範囲に含まれるようにすれば、この３波長以外の波長成分を含む白色光についても、分光を抑えて垂直方向に曲げることができる。

また、ホログラム光学素子４は、透過型回折格子であり、０．４６≦λ１≦０．５０μｍ（青色光）、０．５３≦λ２≦０．５７μｍ（緑色光）、及び０．６０≦λ３≦０．６４μ（赤色光）の波長範囲の３波長の平行光に近い充分にコリメートされた光、例えばλ１＝０．４８μｍ、λ２＝０．５５μｍ、λ３＝０．６２μｍの３波長の光を２０度〜７５度の範囲内の入射角θｉで入射させた時、各波長の回折効率が最大となる回折次数が（ｍ＋ｍ０）、ｍ、（ｍ−ｍ０）、（但し、ｍ０＝１、２、・・・・）であることが望ましい。ここで、回折次数ｍは式（２）及び式（３）を満たす範囲にあり、平均周期ｄが式（４）を満たす。

m×{λ2×(1−sinδ/sinθi)−λ1}≦m0×λ1≦m×{λ2×(1+sinδ/sinθi)−λ1} （２）

m×{λ3−λ2×(1+sinδ/sinθi) }≦m0×λ3≦m×{λ3−λ2×(1−sinδ/sinθi)} （３）

d = m×λ2/sinθi （４）

但し、δは、０≦δ≦５（度）の範囲である。

式（２）、（３）、（４）によって、分光を抑えて白色光を垂直方向に曲げるホログラム光学素子４のより具体的な形が示される。λ１＝０．４８μｍ、λ２＝０．５５μｍ、及びλ３＝０．６２μｍの３波長の光を２０度〜７５度の範囲内の入射角θｉで入射させた時、各波長の回折効率が最大となる回折次数が（ｍ＋ｍ０）、ｍ、（ｍ−ｍ０）、（ｍ０＝１、２、・・・・）である平均周期ｄの透過型回折格子を考える。この時、λ２＝０．５５μｍに対するｍ次の回折角をθ２とすると、式（４）が成り立つ。

d×(sinθi+ sinθ2) = m×λ2 （５）

したがって、λ２の波長の光を垂直方向、すなわちθ２＝０、に曲げるには、平均周期ｄは式（４）を満足する必要がある。

この時、λ１に対する（ｍ＋ｍ０）次の回折角をθ１、λ３に対する（ｍ−ｍ０）次の回折角をθ３とすると、

d×(sinθi+sinθ1) = m×λ2×(1+sinθ1/sinθi } = (m+m0) ×λ1 （６）

d×(sinθi+sinθ3) = m×λ2×(1+sinθ3/sinθi } = (m−m0) ×λ3 （７）

分光を抑えるためには、δを、０≦δ≦５（度）の範囲の定数として、

−δ≦θi, θ3≦δ （８）

であることが必要である。式（６）、（７）、（８）から、ｍが満たすべき式として、式（２）及び式（３）が導かれる。

このように式（１）、（２）、（３）を満たせば、波長λ１、λ２、λ３の光は±δ度以内の範囲に回折されることになる。例えば、θｉ＝６５度、ｍ０＝１、δ＝１度として、適合する透過型回折格子を求めてみる。この場合、式（１）、（２）から、

7.69≦m≦8.08 （９）

となる。式（９）を満たす整数としては、ｍ＝８しかない。したがって、平均周期ｄは式（３）より、約４．８５μｍとすればよい。格子の断面形状は、λ１＝０．４８μｍに対しては９次の、λ２＝０．５５μｍに対しては８次の、λ３＝０．６２μｍに対しては７次の回折効率が最大となるように適宜選べばよい。

図３に、回折次数と回折角度の関係を示す。ホログラム光学素子４からの出射光の中で入射光と同じ方向に伝播するのが０次光である。これより出射面の法線方向に近づく方向に出るのが正の次数の回折光であり、反対側が負の次数の回折光である。したがって、出射面の法線方向に出射される光は必ず正の次数の回折光となる。

また、格子の断面が鋸歯形状を有するホログラム光学素子４において、格子断面形状をＮレベル（Ｎ＝４，５，６，７，８，・・・）の階段状で近似した形状にしてもよい。上述のホログラム光学素子４は、白色光を垂直方向に曲げるために使用される透過型回折格子（ホログラム光学素子）の格子断面形状にとって好ましい形状を有している。先端のとがった鋸歯形状あるいは、それをＮレベルの階段状に近似した形状にすることで、効率よく垂直方向に曲げることができる。

なお、格子断面形状は、図４に示すように、断面が直線である傾斜面２６を有する理想的な鋸歯形状からずれてもかまわない。この時、曲線状にずれた傾斜面２４は、直線からのずれ量２８の最大値が１μｍ以下であることが好ましい。条件によっては、鋸歯形状から少しずれたところで回折効率が最大になる場合もある。最適な格子形状は、入射角度、波長、周期、深さ、屈折率によって異なる。周期的回折格子の回折効率の厳密解を求める方法で、格子形状を試行錯誤で変えて数値計算すれば、最適な形状の一つが得られる。

また、ホログラム光学素子４は、入射角θｉが６０度±１５度の可視領域の白色光を垂直方向に曲げるために、平均の周期ｄがｍ１×（６±２）μｍ、平均の深さｈがｍ２×（５±１）μｍである鋸歯形状の透過型回折格子を用いることが望ましい。ここで、ｍ１及びｍ２は、１以上の正の整数である。あるいは、この鋸歯形状をＮレベル（Ｎ＝４，５，６，７，８，・・・）で近似して形成した表面形状としてもよい。周期ｄと深さｈの関係式によって、ホログラム光学素子４において、特に入射角θｉが６０度±１５度の範囲にある場合に、好適な透過型回折格子の周期ｄ、格子溝深さｈ、及び断面形状が示されている。

また、ホログラム光学素子４は、入射角θｉが６０度±１５度の可視領域の白色光を垂直方向に曲げるために、平均の周期ｄがｍ１×（１０±２）μｍ、平均の深さｈがｍ２×（１１±１）μｍである鋸歯形状の透過型回折格子を用いてもよい。あるいは、この鋸歯形状をＮレベル（Ｎ＝４，５，６，７，８，・・・）で近似して形成した表面形状としてもよい。この場合も、ホログラム光学素子４において、特に入射角θｉが６０度±１５度の範囲にある場合に好適な透過型回折格子の周期ｄ、格子溝深さｈ、及び断面形状となる。

また、ホログラム光学素子４として、図６（ａ）に示すように、透過型回折格子の格子溝を円弧状に形成してもよい。ホログラム光学素子４は、導光板のコーナー部にＬＥＤを設置する方式のバックライトに適した回折格子の格子溝配置を有している。格子溝を円弧状にすることで、コーナー部のＬＥＤから伝播する光を効率良く垂直方向に曲げることができ、正面方向の輝度を高くすることができる。図６（ｂ）に示すように、格子断面は鋸歯形状とし、ある一点を中心とする同心円状に格子溝を形成するのが好ましい。円弧状の格子溝は必ずしも連続した溝である必要はない。

また、ホログラム光学素子４において、透過型回折格子の溝の向きは、入射光に対して、垂直でも平行でも良い。また、縦横に切ってあっても良い。例えば、液晶表示に使われる導光板のように面状に発光する面光源から、赤緑青の３原色を含む白色光が出射される。そのとき、面光源装置の設計の都合上、図２に示した入射角θｉは２０度〜７０度の範囲になることが多い。このとき、回折格子を通過した白色光が±１０度の範囲内の垂直方向、つまり観察者から見て正面方向に、６０％以上の光が集まれば、垂直方向に曲げられたと言える。また、回折角の波長依存性は、差が１０度以下のとき小さい。

また、波長分散の他に偏波分散についても考慮する必要がある。最も垂直に近い次数の回折効率について、回折効率の大きい偏波をＡ、小さい偏波をＢとすると、（Ａ−Ｂ）／Ａが２０％以下であるとき偏波依存性が小さいといえる。偏波依存性が５％以上のときには、液晶表示装置で回折効率の高い方の偏波を用いるようにするのが望ましい。回折格子は光を曲げる機能だけでなく、集光や拡散の機能を付加してもよく、また、回折格子が形成される面は平面だけでなく、光学的な機能を付加するために曲面の上に形成されても良い。更に、回折格子は、プリズムシートと一緒に用いられても良い。たとえば、ｘｙｚ空間を考えたとき、回折格子でｘ方向に光を曲げ、ｙ方向にはプリズムシートで曲げるということも考えられる。

実施の形態に係る面光源装置では、図１に示したように、複数のホログラム光学素子４を有する第１光学素子層が面光源である導光板１２の光出射面上に配置され、それに対する複数の凹凸素子６を有する第２光学素子層から光が出射される。ホログラム光学素子４は、図７に示すように、面光源の導光板１２から斜めに出た光１４を垂直方向に曲げる。このように、ホログラム光学素子４を使うことで面光源から出射される白色光を効率よく曲げることができ、正面方向の輝度が高く、分光による色づきの小さい面光源装置が得られる。

また、実施の形態に係る面光源装置において、ホログラム光学素子４を配置しない場合には、面光源の光出射面の法線方向に対して２０度から７０度の角度範囲に光が出射される。そして、ホログラム光学素子４を設置した場合には、面光源からの全出射光の６０％以上、好ましくは７０％以上が、面光源の光出射面の法線方向に対して−１０度から＋１０度の角度範囲に出射されるものである。

ホログラム光学素子４の格子断面形状が鋸歯形状の透過型回折格子の場合には、面光源からの出射光が、図５に示すように、鋸歯形状の歯の長い方の辺に沿った方向１８とおおむね平行になるように回折格子に入射させた方が回折効率が高くなり好ましい。また、一般に光が膜の斜めから入射及び出射すると、フレネル損失が増大する。したがって、鋸歯形状を有する格子面を面光源側に向ける方が、逆向きに設置する場合よりもフレネル損失を低減できる。また、板状の回折格子であれば出射光は面に垂直に出ることになり、これによっても、フレネル損失は低減する。

また、実施の形態に係る面光源装置において、−１０度から＋１０度の角度範囲に６０％以上、好ましくは７０％以上の光を出射させることが望ましい。図１に示した液晶表示装置の正面方向輝度を高められ、かつ分光が少なく高品位の表示を可能にするバックライト用の面光源装置が実現できる。

実施の形態に係る面光源装置において、複数の凹凸素子６が入射光を空間内の特定角度範囲内に限定して拡散することが望ましい。凹凸素子６を拡散体としても用いる場合、拡散角度が規定でき、かつ拡散効率の高い、微細な凹凸が好ましい。光がｚ方向に伝播するとき、回折格子の溝と平行な向きをｘとする。図８のように、光学フィルム３８に光３６が入射して透過した光４２は、凹凸素子により拡散する。拡散透過光は、例えば輝度計４０で輝度が測定される。拡散透過光４２の散乱方向を方向ベクトルＳ（Ｓｘ、Ｓｙ、Ｓｚ）で定義する。ここで、Ｓｘは、上下の散乱角θ１の指標で、Ｓｙは、左右の散乱角θ２の指標である。拡散透過光の広がりを示す領域４４は、Ｓｘの範囲が−ｓｉｎθ１＜Ｓｘ＜ｓｉｎθ１で、Ｓｙの範囲が−ｓｉｎθ２＜Ｓｘ＜ｓｉｎθ２である。でまた、Ｓｘ及びＳｙの最大値はそれぞれ、Ｓｘ×ｓｉｎ（θ１）、及びＳｙ×ｓｉｎ（θ２）で定義する。この場合、色分散はｙ方向に生じるので、θ１の範囲をなるべく小さくして、θ２の範囲を色分散を消すのに最低限必要な角度に設定する。また、凹凸素子の拡散特性は場所により異なっていてもかまわない。

また、実施の形態に係る面光源装置は、図９に示すように、導光板４８の一側端面５２に接してＬＥＤなどの光源５４が配置された面光源である。導光板４８の裏面５０には、板中を伝播する光の向きと略垂直な複数の溝が形成されていることが望ましい。図９で左の端面５２から入射した光は導光板４８の裏面５０で反射され、次に、導光板４８表面の拡散体４６で拡散される。更に、導光板４８から出射した光は、光学フィルム１０に形成された回折格子などのホログラム光学素子４で曲げられて、垂直方向へと出射する。このような配置において、導光板４８の裏面からの反射角度と導光板４８表面での拡散角度、及び光学フィルム１０のホログラム光学素子４の曲げ角度を最適に調整することで、垂直方向での輝度を高くすることができる。

また、実施の形態に係る面光源装置において、ホログラム光学素子４への光入射角度をブリュースター角の近傍、例えばブリュースター角の±１０度の範囲となるようにすることが望ましい。光入射角度をブリュースター角の近傍とすることにより、ホログラム光学素子４からの出射光について特定方向の偏光を強めることができる。ｎ１、ｎ０をそれぞれ、フィルムと空気の屈折率とすると、フィルムに入射する場合のブリュースター角θＢは次式で、定義される。

tan(θB) = n1/n0 （１０）

ブリュースター角θＢで光が入射すると、電場ベクトルの振動方向が入射面に垂直な成分は完全に透過するので、こちらの偏光（Ｐ偏光）を選べば、界面での透過率を１００％にできる。また、ホログラム光学素子４も偏波依存性がある。たいてい、平面に対して透過率の高い偏光と、ホログラム光学素子で透過率の高い偏光とは向きが一致する。したがって、このようにホログラム光学素子４への光入射角度をブリュースター角の近傍になるようにすることにより、面光源装置からの出射光はＰ偏光強度が強められたものになる。この場合Ｐ偏光を用いる液晶パネルと組み合わせることにより、より正面方向の輝度を高めることができる。

図９は、実施の形態に係る光学フィルム１０を用いたバックライト構造の面光源装置を示しており、このバックライト構造は、携帯電話等の小型液晶表示装置用のものである。面光源装置は、図９の下から反射板５６、導光板４８、及び光学フィルム１０を備える。光学フィルム１０は、第１主面及び第２種面に、それぞれ複数のホログラム光学素子４及び複数の凹凸素子６を有し、ホログラム光学素子４が導光板４８の出射面側に配置されている。導光板４８の入光端面５２側には、ＬＥＤなどの光源５４が設けられている。この構成により、光源５４から発せられた光を導光板４８の入光端面５２から入射させ、導光板４８の裏面５０に形成した反射溝に何度か全反射させた後、導光板４８から出射させる。光学フィルム１０のホログラム光学素子４により光を垂直方向に回折させ、凹凸素子６により適宜拡散させることで、液晶パネル５８に対して略均一な輝度の分布光束を伝達する。なお、実施の形態に係る液晶パネル５８の光学フィルム１０側の面には、図１０のような光学密着防止層を有している。また、導光板４８は、ポリカーボネートを用いて、射出成型法により作製している。導光板４８の厚さは０．５５ｍｍである。裏面５０の反射溝は、図１１に示すように、反射溝の長辺及び短辺が導光板４８の法線となす角度が、それぞれ８８．６度及び５度となる構造である。反射溝の周期は液晶パネル５８の画素とのモアレを防止するため５０μｍ〜７０μｍの範囲となっている。

光学フィルム１０のホログラム光学素子４を形成するための光硬化型樹脂としては、アクリル樹脂系のＵＶ硬化型樹脂、例えば、ウレタンアクリレートや、エポキシアクリレートが用いられる。ホログラム光学素子４の回折格子の形状は図５において、ｈ＝１１μｍ、ｄ＝１０μｍ、及びｕ＝２μｍとしている。

次に、ホログラム光学素子４の製造装置８８及び製造方法について説明する。図１１に示すように、製造装置８８において、金型ロール８２には、ＵＶ硬化型樹脂７０を供給する供給ヘッド６８が対向して配置されており、金型ロール８２の回転方向下流には、メータリングロール７８、ニップロール８０、ＵＶ照射装置８６、離型ロール８４が、この順序で設けられている。

金型ロール８２には、その周面に回折格子溝が形成されており、ＵＶ硬化型樹脂７０の表面に回折格子溝を転写するようになっている。回折格子溝の形成は、ダイヤモンドバイトを製作し、金型ロール８２の表面にダイヤモンドバイトと精密加工機により溝加工を施している。この金型ロール８２は真鍮の材質で製作し、ダイヤモンドバイトで溝加工後、速やかにクロム無電解メッキを行い表面の酸化、光沢、機械強度保護を行っている。ＵＶ硬化型樹脂７０としては、本実施の形態では商品名サンラットＲ２０１（三洋化成工業株式会社製商品名）を用いている。

製造時には、ＵＶ硬化型樹脂７０を樹脂タンク６４から、圧力制御装置６６及び供給ヘッド６８を介して金型ロール８２に供給する。供給の際には、ＵＶ硬化型樹脂７０の供給圧力は圧力センサで検知しながら、圧力制御装置６６で制御し、金型ロール８２に塗布する圧力を調整している。金型ロール８２に塗布したＵＶ硬化型樹脂７０は、メータリングロール７８により膜厚を一定に調節している。メータリングロール７８には、ドクターブレード７２が設けられており、メータリングロール７８に付着した樹脂を掻き取り、金型ロール８２に塗布された樹脂の均斉度を安定化させている。

メータリングロール７８の下流にあるニップロール８０と金型ロール８２との間には、透明ベースフィルム（透光性フィルム）７４が供給されており、透明ベースフィルム７４をニップロール８０と金型ロール８２とで挟み込んで、ＵＶ硬化型樹脂７０に透明ベースフィルム７４を密着させている。ＵＶ硬化型樹脂７０に透明ベースフィルム７４が密着した状態でＵＶ照射装置８６に到達すると、ＵＶ照射装置８６から発した紫外線により、ＵＶ硬化型樹脂７０が硬化するとともに、透明ベースフィルム７４に接着し、一体のフィルムとする。その後、離型ロール８４により、金型ロール８２から一体のフィルムシート７６を剥離する。

なお、実施の形態における透明ベースフィルム７４としては、ポリエチレンテレフタレート（商品名Ａ４３００、東洋紡株式会社製）を用いたが、これに限らず、ポリカーボネートやアクリル樹脂、熱可塑性ウレタン等を用いることができる。また、ＵＶ硬化型樹脂７０としても、アクリル変性エポキシやアクリル変性ウレタン等の他の材料を選定することが可能である。ＵＶ照射装置８６の光源は、メタルハライドランプ（最大８ｋＷ）を用い、フィルムシート７６の送り速度は、３ｍ／分で製作している。送り速度は、ＵＶ硬化型樹脂７０の硬化特性、及び透明ベースフィルム７４の光吸収特性により変化するが、更にワット数の高いメタルハライドランプを用いることにより、送り速度を速めることが可能である。これにより、長尺のホログラム光学素子４を有するフィルムシート（以下フィルムＡと略記）を連続的に得ることができる。

(実施例１)
前述のようにして得られたフィルムＡのホログラム光学素子４の逆面に凹凸素子６を形成する。製造装置及び製造方法は、前述のホログラム光学素子を形成させたものの内、金型ロール８２を除き同一の手法、樹脂材料を用いて作製することができる。凹凸素子６を形成させるための金型ロールは、まず材質が鉄からなる母材に銅めっき加工を施す。その後、鏡面仕上げをして銅めっき厚さを２００μｍとなるよう調整した後、サンドブラスト法（不二製作所製ブラスター）により銅めっき表面に凹凸形状を形成する。凹凸形状の形成後、速やかにニッケル無電解メッキを行い表面の酸化、光沢、機械強度保護を行っている。この時のサンドブラスト条件としては下記のとおりであるが、研削材種類と番手、圧縮空気圧とブラストガン−金型間距離はこの限りではなく、適宜調整が可能である。

・研削材：ガラスビーズ（番手＃１２００）
・圧縮空気圧：０．１ＭＰａ
・ブラストガン−金型間距離：４０ｍｍ
このようにして製造した金型ロールを用いて、フィルムＡのホログラム光学素子４の逆面に凹凸素子６を形成した。凹凸素子６の算術平均粗さＲａは０．１３μｍ、凹凸の平均間隔Ｓｍは９．８μｍであり、Ｒａ×Ｓｍ＝１．２７μｍ²である。このようにして製造したフィルムを所定の寸法に裁断して光学フィルム１０を得ている。

（実施例２）
凹凸素子６を形成させるための金型ロールは、まず材質が鉄からなる母材に銅めっき加工を施す。その後、鏡面仕上げをして銅めっき厚さを２００μｍとなるよう調整した後、サンドブラスト法（不二製作所製ブラスター）により銅めっき表面に凹凸形状を形成する。凹凸形状の形成後、速やかにニッケル無電解メッキを行い表面の酸化、光沢、機械強度保護を行っている。この時のサンドブラスト条件としては下記のとおりであるが、研削材種類と番手、圧縮空気圧とブラストガン−金型間距離はこの限りではなく、適宜調整が可能である。

・研削材：ガラスビーズ（番手＃１２００）
・圧縮空気圧：０．２ＭＰａ
・ブラストガン−金型間距離：４０ｍｍ
このようにして製造した金型ロールを用いて、フィルムＡのホログラム光学素子４の逆面に凹凸素子６を形成させた。凹凸素子６の算術平均粗さＲａは０．２２μｍ、凹凸の平均間隔Ｓｍは９．７μｍであり、Ｒａ×Ｓｍ＝２．１３μｍ²である。凹凸素子６の製造以外は、実施例１と同様にして光学フィルム１０を得ている。

（実施例３）
凹凸素子６を形成させるための金型ロールは、材質が鉄からなる母材に銅めっき加工を施す。その後、鏡面仕上げをして銅めっき厚みを２００μｍとなるよう調整した後、サンドブラスト法（不二製作所製ブラスター）により銅めっき表面に凹凸形状を形成する。凹凸形状の形成後、速やかにニッケル無電解メッキを行い表面の酸化、光沢、機械強度保護を行う。この時のサンドブラスト条件としては下記のとおりであるが、研削材種類と番手、圧縮空気圧とブラストガン−金型間距離はこの限りではなく、適宜調整が可能である。

・研削材：アルミナビーズ（番手＃６００）
・圧縮空気圧：０．３５ＭＰａ
・ブラストガン−金型間距離：４０ｍｍ
このようにして製造した金型ロールを用いて、フィルムＡのホログラム光学素子４の逆面に凹凸素子６を形成させた。凹凸素子６の算術平均粗さＲａは０．４０μｍ、凹凸の平均間隔Ｓｍは１０．０μｍであり、Ｒａ×Ｓｍ＝３．９９μｍ²である。凹凸素子６の製造以外は、実施例１と同様にして光学フィルム１０を得ている。

（比較例１）
凹凸素子６を形成させるための金型ロールは、まず材質が鉄からなる母材に銅めっき加工を施す。その後、鏡面仕上げをして銅めっき厚みを２００μｍとなるよう調整した後、サンドブラスト法（不二製作所製ブラスター）により銅めっき表面に凹凸形状を形成する。凹凸形状の形成後、速やかにクロム無電解メッキを行い表面の酸化、光沢、機械強度保護を行っている。この時のサンドブラスト条件としては下記のとおりである。

・研削材：ガラスビーズ（番手＃６００）
・圧縮空気圧：０．３５ＭＰａ
・ブラストガン−金型間距離：４０ｍｍ
このようにして製造した金型ロールを用いて、フィルムＡのホログラム光学素子４の逆面に凹凸素子６を形成させた。凹凸素子６の算術平均粗さＲａは０．５０μｍ、凹凸の平均間隔Ｓｍは２２．３μｍであり、Ｒａ×Ｓｍ＝１１．１６μｍ²である。凹凸素子６の製造以外は、実施例１と同様にして光学フィルム１０を得ている。

（比較例２）
凹凸素子６を形成させるための金型ロールは、まず材質が鉄からなる母材に銅めっき加工を施す。その後、鏡面仕上げをして銅めっき厚みを２００μｍとなるよう調整した後、サンドブラスト法（不二製作所製ブラスター）により銅めっき表面に凹凸形状を形成する。凹凸形状の形成後、速やかにニッケル無電解メッキを行い表面の酸化、光沢、機械強度保護を行っている。この時のサンドブラスト条件としては下記のとおりであるが、研削材種類と番手、圧縮空気圧とブラストガン−金型間距離はこの限りではなく、適宜調整が可能である。

・研削材：ガラスビーズ（番手＃６００）
・圧縮空気圧：０．３５ＭＰａ
・ブラストガン−金型間距離：４０ｍｍ
このようにして製造した金型ロールを用いて、フィルムＡのホログラム光学素子４の逆面に凹凸素子６を形成させた。凹凸素子６の算術平均粗さＲａは０．４２μｍ、凹凸の平均間隔Ｓｍは１６．９μｍであり、Ｒａ×Ｓｍ＝７．０９μｍ²である。凹凸素子６の製造以外は、実施例１と同様にして光学フィルム１０を得た。

（比較例３）
凹凸素子６を形成させるための金型ロールは、まず材質が鉄からなる母材に銅めっき加工を施す。その後、鏡面仕上げをして銅めっき厚みを２００μｍとなるよう調整した後、サンドブラスト法（不二製作所製ブラスター）により銅めっき表面に凹凸形状を形成する。凹凸形状の形成後、速やかにニッケル無電解メッキを行い表面の酸化、光沢、機械強度保護を行っている。この時のサンドブラスト条件としては下記のとおりであるが、研削材種類と番手、圧縮空気圧とブラストガン−金型間距離はこの限りではなく、適宜調整が可能である。

・研削材：アルミナビーズ（番手＃１０００）
・圧縮空気圧：０．１ＭＰａ
・ブラストガン−金型間距離：２００ｍｍ
このようにして製造した金型ロールを用いて、フィルムＡのホログラム光学素子４の逆面に凹凸素子６を形成させた。凹凸素子６の算術平均粗さＲａは０．０４μｍ、凹凸の平均間隔Ｓｍは３．７μｍであり、Ｒａ×Ｓｍ＝０．１５μｍ²である。凹凸素子６の製造以外は、実施例１と同様にして光学フィルム１０を得た。

（比較例４）
光学フィルム１０として、ＬＣＤバックライト用拡散フィルムである５０ＵＫ４（ＫＩＭＯＴＯ製）を用いる。拡散フィルムの拡散層とは逆面に、実施例１と同様にしてホログラム光学素子４を形成し、光学フィルム１０を得た。拡散層の算術平均粗さＲａは０．６８μｍ、凹凸の平均間隔Ｓｍは４３．６μｍであり、Ｒａ×Ｓｍ＝２９．６８μｍ²である。

（試験方法）
前述のようにして得られた各実施例および各比較例の光学フィルムについて、下記のとおり評価し、その結果を図１３にまとめて示す。

＜平面部の有無の評価＞
レーザー顕微鏡（ＶＫ−８５００、キーエンス社製）を用いて、２０００倍の倍率で縦７６．６μｍ×１４６．６μｍの範囲において、観察して評価した。評価基準は以下のとおりである。

・無：平坦部なし。

・有：凹凸の無い箇所が１割以上存在している。

＜算術平均粗さＲａ、凹凸の平均間隔Ｓｍの評価＞
ＪＩＳ Ｂ ０６０１（’９４）の表面粗さの定義と表示に示されている如く、レーザー顕微鏡（ＶＫ−８５００、キーエンス社製）を用いて、２０００倍の倍率で縦７６．６μｍ×１４６．６μｍの範囲を観察し、断面プロファイルの５回の測定回数の平均値を求めた。

＜表面形状の評価＞
レーザー顕微鏡（ＶＫ−８５００、キーエンス社製）を用いて、２０００倍の倍率で縦７６．６μｍ×１４６．６μｍの範囲において、３Ｄ画像を取り込んで評価した。

＜外観評価：ぎらつき感＞
図９に示したバックライト構成において、液晶パネル５８を除いた状態で点灯し、その外観を観察して評価した。評価基準は以下のとおりである。

・○：表示エリアにおいて、表示のちらつきなく良好。

・×：表示エリアにおいて、表示のちらつきが確認され、ぎらついた画質が認められる。

・××：表示エリアにおいて、表示のちらつきが著しく、ぎらぎらとした画質がはっきりと確認される。

＜外観評価：ざらつき感＞
図９に示したバックライト構成において点灯し、図１０に示した光学密着防止層を有する液晶パネル５８を介してその外観を観察して評価した。評価基準は以下のとおりである。

・○：表示エリアにおいて、発光状態が滑らかであり画質が良好である。

・×：表示エリアにおいて、発光状態にざらつきが認められ、ちらついて観察される。

・××：表示エリアにおいて、発光状態が著しくざらついており、画質が粗く観察される。

＜外観評価：分光模様＞
図９に示したバックライト構成において、液晶パネル５８を除いた状態で点灯し、その外観を観察して評価した。評価基準は以下のとおりである。

・○：分光模様なし。

・×：観察点を正面より反入光側へ４５度〜６０度傾けて表示エリアを観察すると、虹色 に分光して観察される。

図１３の表に示すように、実施例１〜３、及び比較例１〜３では、凹凸素子６が形成された面に平坦部は観察されなかった。Ｒａ×Ｓｍが１１．１６μｍ²である比較例１はぎらつき感及びざらつき感が不良となる。Ｒａ×Ｓｍが７．０９μｍ²である比較例２では、ぎらつき感は抑えられるが、ざらつき感が不良となる。Ｒａ×Ｓｍが０．１５μｍ²である比較例３では、ぎらつき感及びざらつき感は良であるが、分光模様が発生する。また、凹凸素子６用いない比較例４では、拡散層の平均間隔Ｓｍが大きく、Ｒａ×Ｓｍも２９．６８μｍ²と大きい。そのため、ぎらつき感及びざらつき感が不良となる。

このような評価の結果、Ｒａ×Ｓｍとして、０．３μｍ²以上、５μｍ²以下の範囲が望ましく、０．３μｍ²〜３μｍ²の範囲であることがより望ましい。また、凹凸の平均間隔Ｓｍとしては、２０μｍ以下が望ましい。

以上説明したように、実施の形態では、多数の凹凸形状を透過した回折光の多重干渉により出射光を制御している。したがって、ひとつの凹凸形状が欠損したり、異物が存在しても出射光への影響は少なく、取扱いや加工が、従来のプリズムシートより容易になる。また、従来の屈折を利用したプリズムシートでなく、光の波動的性質に基づく回折及び干渉現象を利用したホログラム光学素子４を有する光学フィルム１０において、凹凸素子６を設けている。その結果、波長分散による着色（分光模様）や、ぎらつき及びざらつき等による表示品質の低下を防止し、高輝度と薄型化を同時に実現することができる。

（その他の実施の形態）
上記のように、本発明の実施の形態を記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者にはさまざまな代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係わる発明特定事項によってのみ定められるものである。

本発明の導光板及び面光源装置は、携帯電話機、ゲーム機器、電子手帳、カーナビゲーション、ノートＰＣ、ＴＶ等の液晶表示装置等に用いることができる。

２…ベースフィルム
４…ホログラム光学素子
６…凹凸素子
１０…光学フィルム
１２、４８…導光板
３０、５８…液晶パネル
３２…拡散板
５４…光源
５６…反射板

Claims (13)

1. 互いに対向する第１及び第２主面を有する透光性のベースフィルムと、
   前記第１主面に配置され、互いに隣接して一方向に延伸する複数のホログラム光学素子を有する第１光学素子層と、
   前記第２主面に不規則に隙間なく敷き詰めて配置された複数の凹凸素子を有する第２光学素子層
   とを備え、
   前記第２光学素子層の表面の算術平均粗さＲａ（μｍ）と前記複数の凹凸素子の平均間隔Ｓｍ（μｍ）との積Ｒａ×Ｓｍが、０．３μｍ²以上５μｍ²以下の範囲であることを特徴とする光学フィルム。
2. 前記複数のホログラム光学素子のそれぞれの断面が鋸歯形状であって、歯の先端をはさむ二辺の長さが１０％以上異なり、夾角が６０度以下である透過型回折格子であって、該回折格子が屈折率ｎの材料から形成されている場合、前記回折格子の格子溝の平均の深さｈが、ｈ＝α×ｄ／（ｎ−１） （但し、０．４≦α≦１．０、ｄは前記回折格子の平均周期）であり、０．４６μｍ≦λ１≦０．５０μｍ、０．５３μｍ≦λ２≦０．５７μｍ、０．６０μｍ≦λ３≦０．６４μｍの範囲にある３波長λ１、λ２、λ３の光を２０度≦θi≦７５度の範囲内の入射角θiで入射させた時、各波長λ１、λ２、λ３の回折効率が最大となる回折角度が、−５度から＋５度の範囲に含まれることを特徴とする請求項１に記載の光学フィルム。
3. 前記複数のホログラム光学素子は、０．４６μｍ≦λ１≦０．５μｍ、０．５３μｍ≦λ２≦０．５７μｍ、０．６μｍ≦λ３≦０．６４μｍの範囲にある３波長λ１、λ２、λ３の光を２０度≦θi≦７５度の範囲内の入射角θiで入射させた時、各波長λ１、λ２、λ３の回折効率が最大となる回折次数が（ｍ＋ｍ０）、（ｍ−ｍ０）、（但し、ｍ０＝１、２、・・・・）である透過型回折格子であり、ｍが、
   ｍ×｛λ２×（１−ｓｉｎδ／ｓｉｎθｉ）−λ１｝≦ｍ０×λ１≦ｍ×｛λ２×（１＋ｓｉｎδ／ｓｉｎθｉ）−λ１｝
   及び
   ｍ×｛λ３−λ２×（１＋ｓｉｎδ／ｓｉｎθｉ）｝≦ｍ０×λ３≦ｍ×｛λ３−λ２×（１−ｓｉｎδ／ｓｉｎθｉ）｝
   （ただしδは、０≦δ≦５（度）の範囲）
   を満たす範囲にあり、平均周期ｄが、
   ｄ＝ｍ×λ２／ｓｉｎθｉ
   を満たすことを特徴とする請求項１又は２に記載の光学フィルム。
4. 前記複数のホログラム光学素子のそれぞれにおける格子断面形状が、Ｎレベル（Ｎ＝４，５，６，７，８，・・・）の階段状に近似して形成された形状を持つことを特徴とする請求項２又は３に記載の光学フィルム。
5. 前記歯の先端をはさむ二辺の一方又は両方が、曲線形状を有することを特徴とする請求項２又は３に記載の光学フィルム。
6. 前記複数のホログラム光学素子は、入射角θｉが６０度±１５度の可視領域の白色光を垂直方向に曲げる透過型回折格子であって、該回折格子の平均の周期ｄが（６±２）μｍ、平均の深さｈが（５±１）μｍであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の光学フィルム。
7. 前記複数のホログラム光学素子は、入射角θｉが６０度±１５度の可視領域の白色光を垂直方向に曲げる透過型回折格子であって、平均の周期ｄが（１０±２）μｍ、平均の深さｈが（１１±１）μｍであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の光学フィルム。
8. 前記複数のホログラム光学素子のそれぞれが透過型回折格子であって、格子溝が円弧状に形成されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の光学フィルム。
9. 光源と、
   前記光源と対向する端面を入射面、前記入射面に直交する一対の主面のそれぞれを反射面及び出射面とし、前記反射面に配置され、前記光源から前記入射面を通して入射した光を前記出射面に向かうように反射する反射素子を有する導光板と、
   前記出射面に面して前記第１光学素子層が配置された請求項１〜８のいずれか１項に記載の光学フィルム
   とを備えることを特徴とする面光源装置。
10. 前記導光板が、前記出射面の法線方向に対して２０度〜７０度の角度範囲で前記光学フィルムに対して光を入射させ、前記光学フィルムが、前記導光板からの全入射光の６０％以上を、前記出射面の法線方向に対して−１０度〜＋１０度の角度範囲に出射することを特徴とする請求項９に記載の面光源装置。
11. 複数の凹凸素子が、前記導光板からの入射光を空間内の特定角度範囲内に限定して拡散することを特徴とする請求項９又は１０に記載の面光源装置。
12. 前記反射面に、前記導光板の中を伝播する光の向きと略垂直な複数の溝が形成されていることを特徴とする請求項９〜１１のいずれか１項に記載の面光源装置。
13. 前記光学フィルムへの光の入射角度が、ブリュースター角の±１０度の範囲であることを特徴とする請求項９〜１２のいずれか１項に記載の面光源装置。