JP4747627B2 - 回折型集光フィルム及びそれを用いた面光源装置 - Google Patents

Description

本発明は、斜め方向から入射した白色光を垂直方向に曲げて出射する回折型集光フィルム及びそれを用いた面光源装置に関するもので、特に液晶ディスプレイのバックライトに用いることにより観察者の正面方向への輝度を向上することができる。

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。

このようなバックライト方式の代表的な構成を図３３に示した。光源９０から導光板１２に入射し、斜めに出射された光１４はプリズムシート９１で垂直方向に曲げられ、拡散体３２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３０を照射する。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９１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。

辺入光型バックライトの入光部付近は輝度ムラが大きく、液晶表示装置の照明に用いた場合は表示品質が低下する。このため、入光部からある特定の距離までを非表示領域として確保する必要があり、液晶表示装置の小形化に当たって障害となっている。従来のプリズムシートでは高輝度化と輝度ムラ低減の両立は難しいため、例えばプリズムを形成していない面に拡散形状を設けることで、輝度を犠牲にして輝度ムラの低減が図られている。

導光板から出射される光の出射角θoは導光板の設計に依存する。また、入射角θiが２０°〜７０°くらいになることが多い。そこで、プリズムシート９１の役割はこの光を効率よくθoが０°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０°の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。

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。

このような波動光学に基づく回折・干渉現象を利用した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。
特開平７−１１４０１５号公報（第１−２頁、代表図） 特開平９−３２５２１８号公報（第１−２頁、代表図） 特表平１０−５０６５００号公報（第１−４頁、第１−５図） 特開平１１−２９６０５４号公報（第１−２頁、第２−５図） 特開２０００−３９５１５号公報（第１−２頁、第１−２図） 特開平９−１１３７３０号公報（第１−５頁、代表図） 特開平１０−３０１１１０号公報（第１−２頁、第６８図） 特開平５−３０７１７４号公報（第１−２頁、代表図） 特開平６−５９２５７号公報（第１−２頁、代表図） 特開平６−２９４９５５号公報（第１−２頁、代表図） 特開平７−２８０４７号公報（第１−２頁、代表図） 特開平７−４９４９０号公報（第１−２頁、代表図） 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

薄型で光透過率と集光性が高く、取扱い性に優れる回折型集光フィルム及びそれを用いた面光源装置を提供する。

本発明の目的は、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・干渉現象を利用したホログラム光学素子を用いることで、光曲げフィルムの高透過率と薄型化を同時に実現した回折型集光フィルム及びそれを用いた面光源装置を提供する。

本発明に係る回折型集光フィルムは、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ものである。同時に、入射光角度の変化に対して出射光角度変化を小さく抑えることで、従来の光学素子では不可能だった高い集光性を実現するものである。

すなわち、本発明に係る透過型回折格子は、フィルム状又は板状の回折格子であって、該回折格子は、入射光が入射する入射面と、入射光を透過して出射する出射面とを有し、前記入射面は、互いに平行な断面が鋸歯形状となる微細な格子を有し、該回折格子は、一方から前記回折格子に入射した光のCIE色座標のｘ＝0.310、ｙ＝0.316である白色光を入射した場合の、出射光のCIE色座標xが0.31≦x≦0.37かつ色座標yが0.3≦y≦0.42の範囲にある、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、一方の斜面の法線がフィルムまたは板の上面の法線となす角α_Fが70度以上89.5度以下であり、かつ他方の斜面の法線がフィルムまたは板の上面の法線となす角α_Bが、入射光がフィルムまたは板の上面の法線となす角θ_iに対してθ_i /2.69−5≦78−α_B≦θ_i /2.26+5である。
α_Fが73°以上81°以下であることが好ましい。
ピッチが10μm以下であることが好ましい。
ピッチが1μm以上5μm以下であることが好ましい。
格子断面形状をNレベル(N=4, 5, 6, 7, 8,・・・)の階段状に近似した格子断面形状を持つことが好ましい。
格子溝が円弧状に形成されていることが好ましい。

ｍ1,ｍ2＝１，２，３・・・としたとき、平均の周期ｄがｍ1×（６．０±２．０）μｍ、平均の深さｈがｍ2×（５．０±１．０）μｍである鋸歯形状、あるいはこの鋸歯形状をＮレベル（Ｎ＝４，５，６，７，８，・・・）で近似した表面形状を持つことが好ましい。

偏光分離、色分離、または反射防止機能を有する膜が透過型回折格子に隣接して配置されているか、または、ホログラム光学素子の表裏にあることが好ましい。

偏光分離、色分離、反射防止機能が周期０．６μｍ以下で、深さ０．５μｍ以下のレリーフ形状を有する格子によって付与されることが好ましい。

本発明に係る面光源装置は、前記透過型回折格子を面光源の光出射面上に配置したことを特徴とする。

透過型回折格子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°から７０°の角度範囲に光が出射され、ホログラム光学素子を透過型回折格子を設置した場合には、面光源からの全出射光の６０％以上が、面光源の光出射面の法線方向に対して−１０°から＋１０°の角度範囲に出射されることが好ましい。

ホログラム光学素子に加えさらに拡散体を用いることが好ましい。
拡散体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ホログラム拡散体であることが好ましい。
ホログラム拡散体が導光板の光出射面に一体成形されていることが好ましい。
ホログラム光学素子の光出射面上に反射防止膜を配置したことが好ましい。
偏光または波長選択を目的としたフィルムを同時に配置することが好ましい。

導光板の一側端面に接して光源が配置された面光源であって、導光板の裏面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好ましい。

本発明による回折型集光フィルムは、入射角変化に対して出射角変化が小さいため、高い集光性を実現できる。また、出射特性に対する入射光分布の影響が小さいため、本光学素子と組み合わせて用いられる導光板の特性に依らず高い正面輝度が得られる。

以下に、添付図面を参照しながら本発明に係る回折型集光フィルム及びそれを用いた面光源装置の実施の形態について説明する。なお、本発明の形態はこれに制限されない。

本発明による回折型集光フィルムは、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ものである。一般に、回折格子を含むホログラム光学素子は、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たり、異物が存在しても出射光への影響は少ない。すなわ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を用いることで、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。このホログラム光学素子の設計方法については、例えば、前記ビクトール・ソイファー他の文献に記載されている。

ホログラム光学素子として、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。単色の光を通常の回折格子に通すと、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、回折格子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・干渉現象を利用した光学部材全般である。また、回折型集光フィルムとは、前記ホログラム光学素子特有の効果を用いて光の偏向及び集光機能を実現する光学部材を指す。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・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。

上記の回折型集光フィルムの中で、透過型回折格子である第１の実施の形態の回折型集光フィルムにおいては、0.46≦λ1≦0.50μｍ（青色光）、0.53≦λ2≦0.57μｍ（緑色光）、0.60≦λ3≦0.64μｍ（赤色光）の範囲にあるλ1、λ2、λ3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度の範囲に含まれるものである。このような回折特性は、回折型集光フィルムにおける波長による回折角度の違いの許容できる範囲を具体的に規定するものである。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。

透過型回折格子であるところの、第１の実施の形態の回折型集光フィルムにおいて、0.46≦λ1≦0.50μｍ（青色光）、0.53≦λ2≦0.57μｍ（緑色光）、0.60≦λ3≦0.64μｍ（赤色光）の範囲にあるλ1、λ2、λ3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次数が(m+m0)、m、(m−m0)、(但し、m0=1、2、・・・・)であり、mが式（１）及び式（２）を満たす範囲にあり、平均周期ｄが式（３）を満たす。

m×{λ2×(1−sinδ／sinθi)−λ1}≦m0×λ1
≦m×{λ2×(1＋sinδ／sinθi)−λ1} ‥（１）
m×{λ3−λ2×(1＋sinδ／sinθi)}≦m0×λ3
≦m×{λ3−λ2×(1−sinδ／sinθi)} ‥（２）
（ただしδは、０≦δ≦５(度)の範囲）
d＝m×λ2／sinθi (3)
これらの式によって、分光を抑えて白色光を垂直方向に曲げる回折型集光フィルムのより具体的な形が示される。λ1=0.48μｍ、λ2=0.55μｍ、λ3=0.62μｍの３波長の光を角度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 ‥（４）
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、
d＝m×λ2／sinθi ‥（５）
であることが必要である。

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(deg)の範囲の定数として、
−δ≦θ1、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、
m×{λ2×(1−sinδ／sinθi)−λ1}≦m0×λ1
≦m×{λ2×(1＋sinδ／sinθi)−λ1} ‥（９）
m×{λ3−λ2×(1＋sinδ／sinθi)}≦m0×λ3
≦m×{λ3−λ2×(1−sinδ／sinθi)} ‥（１０）
が導かれる。

式（５）、（９）、（１０）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。たとえば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（９）、（１０）から
７．６９≦m≦８．０８ （１１）
となるので、これ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（５）より、約４．８５μｍとすればよい。格子の断面形状は、λ1=0.48μｍにたいしては９次の、λ2=0.55μｍにたいしては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１には回折次数と回折角度の関係を示した。回折型集光フィルム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。

第１の実施の形態の回折型集光フィルムは、透過型回折格子であって、一方の斜面の法線がフィルムまたは板の上面の法線となす角α_Fが70度以上89.5度以下であり、かつ他方の斜面の法線がフィルムまたは板の上面の法線となす角α_Bが、前記の入射角θ_iに対してθ_i /2−5≦90−α_B≦θ_i /2+5であるものである。α_Bが回折型集光フィルムの集光効果に与える影響は小さいが、α_Bによって任意の入射角の光線を望む方向に出射するよう偏向制御する事ができる。上記角度範囲にα_Bを設定することによって、当該回折型集光フィルムを用いた面光源装置の出射光の方向を出射面に対して垂直に制御することができる。一方、α_Fが大きいほど回折型集光フィルムの集光効果は高くなるため、70度以上であることが好ましい。ただし、実際の金型加工及び成形時の離型性の制約から、89.5度を超えるものを作製することは極めて困難であるため、α_Fは89.5度以下であることが好ましい。

第２の実施の形態の回折型集光フィルムは、前記回折型集光フィルムのα_Fが73度以上81度以下であるものである。α_Fが73度以上の場合、第１の実施の形態の回折型集光フィルムよりさらに高い集光性が得られる点で好ましい。同時に、α_Fが81度以下であれば、良好な金型加工性及び成形時の離型性が得られ、光学素子作製が容易である点で好ましい。

第３の実施の形態の回折型集光フィルムは、前記回折型集光フィルムのピッチｄが10μm以下のものである。ここで、ピッチｄは鋸歯形状の頂点から隣接する鋸歯形状の頂点までの距離を表す。ピッチは厳密に一定値である必要はないが、ピッチの標準偏差が平均値の4%を越えてばらつくと、回折効率が劣化すると共に、ピッチのばらつきがムラとして視認されるようになり、好ましくない。従って、ピッチの標準偏差は平均値の4%を越えないことが好ましい。また、ピッチが10μmを越えると、後述する集光効果が得られず、正面輝度が低いため、ピッチは10μm以下であることが好ましい。

第４の実施の形態の回折型集光フィルムは、前記回折型集光フィルムのピッチが1μm以上5μm以下のものである。後述するように、ピッチが5μm以下になると顕著な集光効果が得られ、当該回折型集光フィルムを用いた面光源装置の正面輝度が大きく向上する。一方で、ピッチが1μm未満のものでは、回折格子特有の分光効果が顕著になるため、白色光源用の光学部材としては適当ではない。

第５の実施の形態の回折型集光フィルムは、第４の実施の形態の回折型集光フィルムにおいて、格子断面形状をNレベル(N=4, 5, 6, 7, 8,・・・)の階段状に近似した格子断面形状を持つものである。回折型集光フィルムを作製する一般的な方法の１つとして、図２に示すような多重露光による方法が知られている。図２では、感光性樹脂に2回の露光とエッチングを施すことにより、N=4の階段状に近似した格子形状を得ている。図中には、ベースフィルム１００、感光性ネガ型樹脂組成物層１０１、フォトマスク１０２、開口部１０３、遮光部１０４、露光部１０５が示されている。

回折型集光フィルムを作製する方法の一つとして、特開2004-37518または図３に示すような、少なくとも一種類以上の重合可能なペンタエリスリトールアクリレート等のモノマーを含有する感光性ネガ型樹脂組成物層に、活性光線を照射し、感光性ネガ型樹脂組成物層に活性光線の曝露量の４階調以上の潜像を形成する工程、エッチング操作を行うことなく後加熱する工程により得られる表面凹凸による方法がある。図では、感光性樹脂に3回の露光を施すことにより、N=4の階段状に近似した格子形状を得ている。図中には、ベースフィルム１１１、感光性ネガ型樹脂組成物層１１２、フォトマスク１１３、遮光部１１４、開口部１１５が示されている。

第４又は第５の実施の形態の回折型集光フィルムは、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（回折型集光フィルム）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、理想的な鋸歯形状から図４に示したようにずれてもかまわない。この時、直線２６からのずれ２４のずれ量（図４の２８）の最大値が０．２μｍ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。

ここで使われる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る。転写された樹脂は熱またはＵＶ光で硬化する。本発明で用いる深い溝を持つ鋳型を作る方法としては、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で掘る方法やＸ線放射光で露光・現像する方法、グレースケールマスクのパターンを露光・現像する方法、バイトを用いて機械加工法で作製する方法が挙げられる。転写される材質は使用条件に応じて、光透過性の良いアクリル系の光硬化樹脂が望ましい。

第６の実施の形態の回折型集光フィルムは、透過型回折格子である第１ないし第５の実施の形態のいずれかの回折型集光フィルムにおいて、格子溝が円弧状に形成されているものである。

この回折型集光フィルムは、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５に示した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。

第７の実施の形態の回折型集光フィルムは、入射角θiが６０°±１５°の可視領域の白色光を垂直方向に曲げるために使用する透過型回折格子である第１ないし第６の実施の形態のいずれかの回折型集光フィルムにおいて、ｍ1,ｍ2＝１，２，３・・・としたとき、平均の周期ｄがｍ1×（６．０±２．０）μｍ、平均の深さｈがｍ2×（５．０±１．０）μｍである鋸歯形状、あるいはこの鋸歯形状をＮレベル（Ｎ＝４，５，６，７，８，・・・）で近似した表面形状を持つものである。

上記関係式によって、第８の実施の形態の回折型集光フィルムにおける、特に入射角θiが６０°±１５°の範囲にある場合に好適な透過型回折格子の周期、格子溝深さ、断面形状が示されている。

第１から第７の実施の形態のいずれの回折型集光フィルムにおいても、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。

回折格子への入射角と出射角の関係を図６に示した。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、回折格子入射面の法線方向と入射光のなす角度、つまり入射角θiは２０〜７０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°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°以下のとき小さい。前記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、回折格子の作製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作製されても良い。さらに、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。

第８の実施の形態の回折型集光フィルムは、第１ないし第７のいずれかの回折型集光フィルムにおいて、偏光分離、色分離、または反射防止機能を有する膜が回折型集光フィルムに隣接して配置されているか、または、回折型集光フィルムの表裏いずれかにあるものである。

第９の実施の形態の回折型集光フィルムは、第８の実施の形態の回折型集光フィルムにおいて、偏光分離、色分離、反射防止機能が周期０．６μｍ以下で、深さ０．５μｍ以下のレリーフ形状を有する格子によって付与されるものである。

このように、面光源から出射される白色光を垂直方向に曲げるために使用される回折型集光フィルムと偏光分離や色分離や反射防止の機能を組み合わせることで、光の利用効率を上げることができる。

偏光分離、色分離、反射防止機能は、微細な周期構造を作ることで実現できる。

第１０の実施の形態は、第１ないし第9の実施の形態のいずれかの回折型集光フィルムを面光源の光出射面上に配置したことを特徴とする面光源装置である。

本実施の形態の回折型集光フィルムは図７のように面光源から斜めに出た光を垂直方向に曲げる。第１０の実施の形態のように、回折型集光フィルム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。

第１１の実施の形態は、第１０の実施の形態の面光源装置において、回折型集光フィルム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°から７０°の角度範囲に光が出射され、回折型集光フィルム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°から＋１０°の角度範囲に出射されるものである。

回折型集光フィルムの格子断面形状が鋸歯形状である透過型回折格子の場合には、面光源からの出射光が、図８の１８に示すように、フィルム上面とα_Fの角をなす斜面の側から、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・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。

第１１の実施の形態のように、−１０°から＋１０°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により、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。

第１２の実施の形態は、第１０または第１１の実施の形態の面光源装置において、回折型集光フィルムに加えさらに拡散体を用いるものである。

人の目にはわずかな色分散でも認識されるので、このように拡散体を入れてもよい。拡散体と回折型集光フィルムの組み合わせ方としては、本発明者らの特開２００３−２２２７２７号公報の方法を使用することができる。回折型集光フィルムと拡散体の配置・組み合わせは、一枚のフィルムの両面でもよく、回折格子２枚と拡散体１枚でもよい。図９のように導光板１２、回折型集光フィルム１０、拡散体３２の順に配置しても、図１０のように導光板１２、拡散体３２、回折型集光フィルム１０の順に配置しても良い。また、導光板、拡散体、回折型集光フィルム、拡散体の構成でもよい。拡散体の拡散は表面の凹凸によるものでも、フィルム内部の屈折率分布によるものでもよい。

第１３の実施の形態は、第１２の実施の形態の面光源装置において、ホログラム拡散体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ものである。

このように、拡散体としては、拡散角度が規定でき、かつ拡散効率の高い、ホログラム拡散体が好ましい。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１１のように拡散体による光の散乱方向を単位ベクトル（Ｓｘ、Ｓy、Ｓｚ）で定義する。また、Ｓｘ、Ｓｙの最大値はそれぞれ、sin(θ1)、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。このようなホログラム拡散体の製法としては、特開２００２−７１９５９号公報の実施例に記載の方法を採用することができる。ホログラム拡散体は表面レリーフ型でも体積位相型でもよい。また、ホログラム拡散体の拡散特性は場所により異なっていてもかまわない。

第１４の実施の形態は、第１５の実施の形態の面光源装置において、ホログラム拡散体が導光板の光出射面に一体成型されているものである。

導光板、ホログラム拡散体、回折型集光フィルムの順に配置して用いる場合には、このように、ホログラム拡散体を導光板の光出射面に一体成型することにより、フレネル損を低減することができる。

第１５の実施の形態は、第１０ないし第１４のいずれかの実施の形態の面光源装置において、回折型集光フィルムの光出射面上に反射防止膜を配置したものである。

面光源から出た光は、レリーフ形状を持ったフィルムで曲げられ、フィルムの反対側から垂直に出射するが、そのさい空気とフィルムの界面を通るたびに約４％がフレネル反射する。それを防ぐには、このように反射防止膜（無反射膜）を備えればよい。反射防止機能は、誘電体多層膜で覆うことで実現できる。誘電体多層膜による反射防止膜の作り方は、例えば、藤原史郎編、池田英生・石黒浩三・横田英嗣著「光学薄膜 第２版」共立出版、１９８４年、ｐ． ９８−１０９に記載されている。また、この機能は、周期の小さな格子を設けることでも実現できる。この周期は０．２８±０．０８μｍ、深さは０．２２±０．１μｍであることが望ましい。また、フィルムと空気の界面を少なくしてフレネル損を最小限にするためには、光を曲げるレリーフ形状と周期の小さな格子は同じフィルムの表裏にあるのが好ましい。さらに、このフィルムは複数重ねても良い。また、導光板の出射光の出る表面には、拡散体や反射防止膜があるのが好ましい。

図１２は、本実施の形態にかかる導光板４８を用いたバックライト構造を示しており、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。バックライトは、図の下から反射板５６、導光板４８、ホログラム拡散体４６、回折型集光フィルム（光曲げ用回折格子）１０からなり、導光板４８とホログラム拡散板４６は一体成形されている。導光板４８の入光端面５２側には、ＬＥＤ光源５４が設けられている。この構成により、ＬＥＤ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、導光板の裏面５０に形成した反射グルーブに何度か全反射した後、出射面に形成したホログラム拡散体４６から出射させる。回折型集光フィルム１０により光を垂直方向に回折させ、図示しない液晶面に対して略均一な輝度の分布光束を伝達するものである。

図１３に、回折型集光フィルムを除いた場合の上記バックライトの出射光分布を示す。光源には、並列接続した日亜化学製白色ＬＥＤ（NSCW335T）を４個用い、これに６０ｍＡの直流電流を加えた。測定には、ハイランド社製RISA COLOR/CD7を用いた。

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た。厚み０．８ｍｍ、裏面の反射グルーブは図１４に示す構造で、周期は液晶パネルの画素とのモアレを防止するため１２０〜１５０μｍの範囲でランダムとなっている。また出射面に形成したホログラム拡散体４６は、入光端面５２に平行な方向に６０度（光強度が半分になる拡散角度が６０度）、入光端面５２に垂直な方向に１度の拡散特性とした。

回折型集光フィルム１０を形成するための光硬化型樹脂としては、アクリル樹脂系の紫外線硬化樹脂、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。

次に、回折型集光フィルム１０の製造装置８８及び製造方法について説明する。図１５に示したように、回折型集光フィルム１０の製造装置８８において、金型ロール８２には、光硬化型樹脂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、紫外線照射装置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、光硬化型樹脂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た。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た。光硬化型樹脂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）を用いた。

製造時には、光硬化型樹脂７０を樹脂タンク６４から圧力制御装置６６、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、光硬化型樹脂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に塗布した光硬化型樹脂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、光硬化型樹脂７０に透明ベースフィルム７４を密着させている。光硬化型樹脂７０に透明ベースフィルム７４が密着した状態で紫外線照射装置８６に到達すると、紫外線照射装置８６から発した紫外線により光硬化型樹脂７０が硬化するとともに、透明ベースフィルム７４に接着し、一体のフィルムとした後、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。これにより、長尺のフィルムシート７６を連続的に得ることができる。

このようにして製造したフィルムシート７６を所定の寸法に裁断して回折型集光フィルム１０を得る。なお、回折型集光フィルム（回折格子）は射出成形や熱プレス工法で作製することもできる。その場合は、ポリメチルメタクリレートなどのアクリル系熱可塑性樹脂、ポリカーボネート、ポリシクロオレフィンなどの熱可塑性樹脂を用いることができる。

尚、本実施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（ＰＥＴ）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、光硬化型樹脂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。紫外線照射装置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／分で製作した。送り速度は、光硬化型樹脂７０の硬化特性、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Ｗ（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。

このように作製した面光源装置は、充分な正面方向輝度を有しており、モアレによるムラや分光による色づきも見られず液晶表示装置用のバックライトとして優れた特性を示した。以下の測定では、図１３に示す角度分布を持つ光を回折型集光フィルムに入射させ、ハイランド社製RISA COLOR/CD7を用いて出射光強度の角度依存性を調べた。

図１６に、ピッチ5μm、α_Bが54°の回折格子においてα_Fを変化させた場合の出射光ピーク強度を示した。α_Fが大きいほど出射光強度は大きくなり、α_Fが81°の場合はα_Fが70°の場合よりも20%高いピーク強度が得られる。また、図１７に示したように、α_Fを変化させてもピーク角度はほとんど影響されない。すなわち、α_Fを大きくするほど高い正面輝度が得らる。集光性を高めるためには、α_Fの大きさは73度以上が好ましい。

一方で、上述の方法で光学素子を作製する場合、α_Fが小さい方が金型の製作および金型からの成型品の剥離が容易である。

図１８は、ピッチ5μm、α_Fが70°の回折格子においてα_Bを変化させた場合の出射光ピーク強度である。α_Fの場合と異なり、α_Bが65°より大きくなるとピーク強度は大きく低下するが、65°以下ではほとんどα_B依存性は見られない。図１９に見られるように、出射光のピーク角度はα_Bによって大きく変化する。従って、α_Bは出射光ピークが望ましい方向に来るように選ぶべきである。α_Bの変化量δα_Bに対して出射光角度の変化量δθ_oは次式の関係を満たす。

δθ_o= −2.69δα_B (12)
式(12)によれば、例えば出射光ピーク位置を+5°変化させたい場合、α_Bを1.86°小さくすれば良いことが分かる。

図２０、２１、２２に、α_Fが73.6°α_Bが55.4°の同一形状の回折格子に於いてピッチを変化させた場合の出射光強度の角度分布を示した。図から明らかなように、回折格子のピッチが小さいほど、より尖鋭でピーク強度の高い出射光分布が得られる。ピーク輝度と積分強度をピッチに対してプロットしたものが図２３である。ピッチを変化させても、出射光の総量、すなわち積分強度はほとんど変化しないが、図２４に示したようにピークの半値幅が小さくなる、言い換えればより集光性が高くなるため、正面のピーク輝度が向上している。また、ピーク角度はほとんど変化していないことから、ピッチを変えた際に出射方向への影響を考慮する必要はない事が分かる。従って、集光度を高め、バックライトの正面輝度を向上させるためには、回折格子のピッチは小さいほど好ましい。

しかしながら、回折格子のピッチが小さくなると分光の問題が顕著になる。分光の大きさは、光源に対して観測方向を変えた場合の、色座標の変化量として評価できる。図２５から図２８に、プリズムシートと回折格子の色座標分布を示した。ピッチが6μmと8μmの場合は、図２５に示したプリズムシートの色座標分布の範囲とほぼ同程度である。ピッチが4μmになると分布範囲はプリズムシートよりやや大きくなる。実用的には、回折格子のピッチは2μm以上であることが望ましい。

上述の、4μmピッチ回折格子で見られた高い集光性は、入射光角度の変化に対して出射光角度変化が小さいという回折格子特有の性質に起因するものである。これを図２９を用いて説明する。図２９は、プリズムシートと、ピッチ4、6、および8μm、α_Fが73.6°α_Bが55.4°の回折格子に対して白色のコリメート光(半値幅3.9°)をそれぞれ入射させた場合の、入射光角度に対する出射角の依存性である。光源には日亜化学社製白色ＬＥＤ（NSCW335T）を１灯用い、１５ｍＡの直流電流を加えてこれを発光させた。光源から出た光は凸レンズとスリットにより平行光に変換した。白四角で示した下向きプリズムを用いた光学フィルム（プリズムシート）の場合、入射光の角度変化と出射光の角度変化は等しく、集光性は全くない。これは、プリズムシートがプリズム面での全反射により光の偏向を行っていることによる。一方、回折格子では、特に入射角が大きい場合に入射角変化に対する出射角変化が小さくなる。この傾向は、回折格子のピッチが小さいほど顕著に見られる。すなわち、ピッチが4μmの回折格子で見られた高い集光性は、入射角によらず出射光を特定の角度付近に出射する回折格子の特性によるもので、プリズムシートでは実現できない長所である。

一方、回折格子は平行光に対しては拡散効果を示す。図３０は、図２９と同じ測定装置を用いて、入射面の法線に対して70°の角度で白色のコリメート光（半値幅3.9°）をプリズムシートとピッチ4μm、α_Fが73.6°α_Bが55.4°の回折格子に入射させた場合の、出射光強度の出射角度分布である。プリズムシートは屈折と全反射で光を偏向させているため、出射光の指向性は入射光とほぼ等しい(半値幅4.3°)。回折格子の場合は回折光が生じるため、出射光のピーク幅が広がっている(半値幅11.3°)。図３１は、出射光ピークの半値幅を入射光の入射面法線に対する角度でプロットしたものである。入射光の角度によらず、回折格子はプリズムシートよりも平行光に対する高い拡散性能を示すことがわかる。

回折格子の光拡散能力は、バックライトに組み込んだ場合に輝度ムラ低減という効果となって現れる。図３２は、図１２に示すバックライトユニットについて、ＬＥＤが配置された入光部からの距離に対して輝度ムラをプロットしたものである。測定にはハイランド社製ＲＩＳＡ ＣＯＬＯＲ／ＣＤ７を用い、バックライトユニットの出射面の法線方向から観測した。入光部から１５ｍｍ×１５ｍｍの範囲を０．１５ｍｍ×０．１５ｍｍの格子に区切り、入光部からの距離が等しい点について測定した輝度分布の標準偏差を算出して、これを輝度ムラとした。比較のために、図１２において回折型集光フィルムのかわりにプリズムシートを用いた場合についても測定した。

図３２に示すように、従来のプリズムシートに比べて、回折格子を用いた場合の輝度ムラは小さい。従って、回折型集光フィルムを用いることにより、入光部付近の「額縁領域」を縮小し、バックライトユニットを小型化することが可能になる。

以上のように、本発明の回折格子を面光源装置の集光フィルムとして用いることで、従来は困難であった高い正面輝度と小さな輝度ムラを同時に実現することが可能である。

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。 多重露光により4段階の階段状に近似した回折格子形状を作製する手法の説明図である。 露光により4段階の階段状に近似した回折格子形状を作製する手法の説明図である。 回折型集光フィルム（回折格子）の鋸歯形状からのずれを示す図である。 扇形の溝を持つ回折型集光フィルム（回折格子）を示す図である。 回折型集光フィルム（回折格子）における入射角θiと出射角θoを説明する図である。 面光源から斜めに出射した光を回折型集光フィルム（回折格子）が垂直方向に曲げることを説明する図である。 回折型集光フィルム（回折格子）の鋸歯の形状を説明する図である。 液晶ディスプレイの構成を示す図である。 液晶ディスプレイの構成を示す図である。 透過のホログラム拡散体の、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。 液晶ディスプレイの構成を示す図である。 図１４に示す導光板の端面に白色LED光源を配し、下面に銀蒸着反射シートを配した面光源装置の出射光の角度分布である。 導光板の断面図である。 回折型集光フィルム（回折格子）の製造装置を概略的に示した断面図である。 ピッチ5μm、α_Bが54°の回折格子においてα_Fを変化させた場合の出射光ピーク強度である。 ピッチ5μm、α_Bが54°の回折格子においてα_Fを変化させた場合の出射光ピーク角度である。 ピッチ5μm、α_Fが70°の回折格子においてα_Bを変化させた場合の出射光ピーク強度である。 ピッチ5μm、α_Fが70°の回折格子においてα_Bを変化させた場合の出射光ピーク角度である。 ピッチ4μm、α_Fが73.6°α_Bが55.4°の回折格子に図13で示す強度分布を持つ白色光を入射させた時の出射光の角度分布である。 ピッチ6μm、α_Fが73.6°α_Bが55.4°の回折格子に図13で示す強度分布を持つ白色光を入射させた時の出射光の角度分布である。 ピッチ8μm、α_Fが73.6°α_Bが55.4°の回折格子に図13で示す強度分布を持つ白色光を入射させた時の出射光の角度分布である。 α_Fが73.6°α_Bが55.4°の回折格子に図13で示す強度分布を持つ白色光を入射させた場合の、出射光ピーク輝度および積分強度の回折格子ピッチ依存性である。 α_Fが73.6°α_Bが55.4°の回折格子に図13で示す強度分布を持つ白色光を入射させた場合の、出射光ピーク角度およびピーク半値幅の回折格子ピッチ依存性である。 プリズムシートに図13で示す強度分布を持つ白色光を入射させた場合の、色度座標分布である。 ピッチ8μm、α_Fが73.6°α_Bが55.4°の回折格子に図13で示す強度分布を持つ白色光を入射させた場合の、色度座標分布である。 ピッチ6μm、α_Fが73.6°α_Bが55.4°の回折格子に図13で示す強度分布を持つ白色光を入射させた場合の、色度座標分布である。 ピッチ4μm、α_Fが73.6°α_Bが55.4°の回折格子に図13で示す強度分布を持つ白色光を入射させた場合の、色度座標分布である。 ピッチ4、6、および8μm、α_Fが73.6°α_Bが55.4°の回折格子と、プリズムシートに対して白色のコリメート光を入射させた場合の、入射光角度に対する出射角の依存性である。 プリズムシートと、ピッチ4μm、α_Fが73.6°α_Bが55.4°の回折格子に対して、入射面の法線に対して70度の角度をなし、溝方向に対して垂直な方向から白色のコリメート光を入射させた場合の、出射光強度の出射角度依存性である。 プリズムシートと、ピッチ4、6、および8μm、α_Fが73.6°α_Bが55.4°の回折格子に対して、溝方向に対して垂直な方向から白色のコリメート光を入射させた場合の、入射面の法線と入射光がなす角度に対する出射光のピーク半値幅依存性である。 プリズムシートと、ピッチ4μm、α_Fが73.6°α_Bが55.4°の回折格子を図13で示す強度分布を示す辺入光型バックライト上に設置した場合の、入光部からの距離に対する輝度ムラの変化である。 バックライト方式の液晶ディスプレイの代表的な構成を示す図である。

符号の説明

100 ベースフィルム
101 感光性樹脂
102 フォトマスク
103 フォトマスクの開口部
104 フォトマスクの遮光部
105 感光性樹脂の露光された部分
111 ベースフィルム
112 感光性ネガ型樹脂組成物層
113 フォトマスク
114 フォトマスクの遮光部
115 フォトマスクの開口部

Claims (16)

1. 光源と、導光板と、回折格子を含む面光源装置であって、
   該回折格子は、フィルム状又は板状の透過型回折格子であって、前記導光板の光出射面上に配置され、
   該回折格子は、入射光が入射する入射面と、入射光を透過して出射する出射面とを有し、
   前記入射面は、互いに平行な断面が鋸歯形状となる微細な格子を有し、
   該回折格子は、一方から前記回折格子に入射した光の
   CIE色座標のｘ＝0.310、ｙ＝0.316である白色光を入射した場合の、出射光のCIE色座標xが0.31≦x≦0.37かつ色座標yが0.3≦y≦0.42の範囲にある、入射光を垂直方向に曲げて出射する、
   入射光の角度変化よりも出射光の角度変化が小さくなる事による集光性を有する、
   一方の斜面の法線がフィルムまたは板の上面の法線となす角α_Fが70度以上89.5度以下であり、かつ他方の斜面の法線がフィルムまたは板の上面の法線となす角α_Bが、入射光がフィルムまたは板の上面の法線となす角θ_iに対してθ_i /2.69−5≦78−α_B≦θ_i /2.69+5であり、
   ０．４６≦λ１≦０．５０μｍ（青色光）、０．５３≦λ２≦０．５７μｍ（緑色光）、０．６０≦λ３≦０．６４μｍ（赤色光）の範囲にあるλ１、λ２、λ３の３波長の平行光を角度θiで入射させたとき、各波長の回折効率が最大となる回折次数を(m+m0)、m、(m−m0)とし、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とし、δを、０≦δ≦５(deg)の範囲の定数として、青色光及び赤色光がそれぞれフィルムまたは板の上面の法線となす角θ１及びθ３に対して−δ≦θ１、θ３≦δである面光源装置。
2. α_Fが73°以上81°以下である請求項1に記載の面光源装置。
3. ピッチが10μm以下である請求項1または2に記載の面光源装置。
4. ピッチが1μm以上5μm以下である請求項3に記載の面光源装置。
5. 格子断面形状をNレベル(N=4, 5, 6, 7, 8,・・・)の階段状に近似した格子断面形状を持つ請求項1から4のいずれかに記載の面光源装置。
6. 格子溝が円弧状に形成されている請求項1から5のいずれかに記載の面光源装置。
7. ｍ1,ｍ2＝１，２，３・・・としたとき、平均の周期ｄがｍ1×（６．０±２．０）μｍ、平均の深さｈがｍ2×（５．０±１．０）μｍである鋸歯形状、あるいはこの鋸歯形状をＮレベル（Ｎ＝４，５，６，７，８，・・・）で近似した表面形状を持つ請求項1から6のいずれかに記載の面光源装置。
8. 偏光分離、色分離、または反射防止機能を有する膜が透過型回折格子に隣接して配置されているか、または、ホログラム光学素子の表裏にある、請求項1から7のいずれかに記載の面光源装置。
9. 偏光分離、色分離、反射防止機能が周期０．６μｍ以下で、深さ０．５μｍ以下のレリーフ形状を有する格子によって付与される請求項8に記載の面光源装置。
10. 透過型回折格子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°から７０°の角度範囲に光が出射され、透過型回折格子を設置した場合には、面光源からの全出射光の６０％以上が、面光源の光出射面の法線方向に対して−１０°から＋１０°の角度範囲に出射される請求項９に記載の面光源装置。
11. ホログラム光学素子に加えさらに拡散体を用いる、請求項１０に記載の面光源装置。
12. 拡散体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ホログラム拡散体であることを特徴とする請求項１１に記載の面光源装置。
13. ホログラム拡散体が導光板の光出射面に一体成形されている、請求項１２に記載の面光源装置。
14. ホログラム光学素子の光出射面上に反射防止膜を配置した、請求項１０から１３のいずれかに記載の面光源装置。
15. 偏光または波長選択を目的としたフィルムを同時に配置することを特徴とする請求項１０ないし１４のいずれかに記載の面光源装置。
16. 導光板の一側端面に接して光源が配置された面光源であって、導光板の裏面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を特徴とする請求項１０ないし１５のいずれかに記載の面光源装置。

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