JPWO2004099833A1 - ホログラム光学素子及びそれを用いた面光源装置 - Google Patents

Abstract

薄型で光透過率の高く、取扱い性に優れるホログラム光学素子及びそれを用いた面光源装置を提供する。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。透過型回折格子で、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度の範囲に含まれるホログラム光学素子。

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ホログラム光学素子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１に示した。ただし、ホログラム光学格子１０のところが従来はプリズムシートとなっていた。導光板１２から斜めに出射された光はプリズムシート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。
図２は回折格子への入射角θｉと出射角θｏを図示したものであるが、ここではプリズムシートに置き換えて説明する。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，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）及び特表平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）参照）や、白色光を分光するという用途（特開平９−１１３７３０号公報（第１−５頁、代表図）及び特開平１０−３０１１１０号公報（第１−２頁、第６８図）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）及び特開平７−４９４９０号公報（第１−２頁、代表図）参照）。ホログラム光学素子の設計方法については、例えば、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。
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ホログラム光学素子及びそれを用いた面光源装置を提供する。

上記目的を達成するため、本発明は、面光源から出射される白色光が垂直方向に曲がるよう、色分散、偏波分散が小さく、回折効率の高いホログラム光学素子及びそれを用いた面光源装置を提供する。
本発明に係るホログラム光学素子は、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。
前記ホログラム光学素子は、透過型回折格子であって、０．４６≦λ１≦０．５０μｍ、０．５３≦λ２≦０．５７μｍ、０．６０≦λ３≦０．６４μｍ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ことが好ましい。ここで、λ１＝０．４８μｍ、λ２＝０．５５μｍ、λ３＝０．６２μｍが好ましい。
前記ホログラム光学素子は、０．４６≦λ１≦０．５０μｍ、０．５３≦λ２≦０．５７μｍ、０．６０≦λ３≦０．６４μ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、・・・・）である透過型回折格子において、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）を満たすことが好ましい。ここで、λ１＝０．４８μｍ、λ２＝０．５５μｍ、λ３＝０．６２μｍが好ましい。
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）
前記ホログラム光学素子は、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°以下であることが好ましい。
前記ホログラム光学素子は、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。
前記ホログラム光学素子は、透過型回折格子であって、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が、ｈ＝α×ｄ／（ｎ−１）（但し、０．４≦α≦１．０、ｄは回折格子の平均周期）であることが好ましい。
前記ホログラム光学素子は、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が好ましい。
前記ホログラム光学素子は、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って、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ことが好ましい。
前記ホログラム光学素子は、フィルムまたは板状であることが好ましい。
前記ホログラム光学素子は、偏光分離、色分離、または反射防止機能を有する膜がホログラム光学素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表裏にあることが好ましい。
前記ホログラム光学素子は、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、前記ホログラム光学素子を面光源の光出射面上に配置したものである。
前記面光源装置は、ホログラム光学素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ことが好ましい。
前記面光源装置は、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。
前記面光源装置は、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。
前記面光源装置は、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ことが好ましい。
前記面光源装置は、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。
前記面光源装置は、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。
前記面光源装置は、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。
前記面光源装置は、ホログラム光学素子への光入射角度がブリュースター角の近傍となるようにして、ホログラム光学素子からの出射光について特定方向の偏光が強められていることが好ましい。

図１は、液晶ディスプレイの構成を示す図である。
図２は、ホログラム光学素子（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。
図３は、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。
図４は、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。
図５は、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。
図６は、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。
図７は、面光源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。
図８は、液晶ディスプレイの構成を示す図である。
図９は、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。
図１０は、液晶ディスプレイの構成を示す図である。
図１１は、導光板の断面図である。
図１２は、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。
図１３は、ホログラム光学素子（回折格子）の回折角と回折効率の関係を示したグラフである。
図１４は、ホログラム光学素子（回折格子）の回折角と回折効率の関係を示したグラフである。
図１５は、ホログラム光学素子（回折格子）の第１の具体例を示す図である。
図１６は、ホログラム光学素子（回折格子）の第２の具体例を示す図である。

以下に、添付図面を参照しながら本発明に係るホログラム光学素子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。
第１の実施の形態のホログラム光学素子は、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。
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、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。
第１の実施の形態のホログラム光学素子としては、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のタイプは表面レリーフ型でも体積位相型でもよく、フィルムの片面にあっても両面にあっても、または、重ねられていてもよい。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。
第２の実施の形態のホログラム光学素子は、透過型回折格子である第１の実施の形態のホログラム光学素子において、０．４６≦λ１≦０．５０μｍ（青色光）、０．５３≦λ２≦０．５７μｍ（緑色光）、０．６０≦λ３≦０．６４μ（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。このようなホログラム光学素子は、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。
第３の実施の形態のホログラム光学素子は、透過型回折格子である第１又は第２の実施の形態のホログラム光学素子において、０．４６≦λ１≦０．５０μｍ（青色光）、０．５３≦λ２≦０．５７μｍ（緑色光）、０．６０≦λ３≦０．６４μ（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）を満たすものである。
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第３の実施の形態のホログラム光学素子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３には回折次数と回折角度の関係を示した。ホログラム光学素子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４の実施の形態のホログラム光学素子は、第１ないし第３の実施の形態のいずれかのホログラム光学素子において、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°以下であるものである。
第５の実施の形態のホログラム光学素子は、第４の実施の形態のホログラム光学素子において、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。
第４又は第５の実施の形態のホログラム光学素子は、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、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、直線からのずれ量（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。
第６の実施の形態のホログラム光学素子は、透過型回折格子である第４または第５の実施の形態のホログラム光学素子において、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が、ｈ＝α×ｄ／（ｎ−１）（但し、０．４≦α≦１．０、ｄは回折格子の平均周期）であるものである。
前記関係式によって、第６の実施の形態のホログラム光学素子における、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）の格子溝の深さの好ましい範囲が示されている。
回折格子の深さと周期および鋸歯の位置ずれの関係を図５に示した。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α×ｄ／（ｎ−１）（但し、０．４＜α＜１．０）の条件のとき、効率が高い。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。たとえば周期が５μｍでｕ／ｄが２０％のときは５．５μｍが最適な深さの一つである。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７の実施の形態のホログラム光学素子は、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ホログラム光学素子において、格子溝が円弧状に形成されているものである。
このホログラム光学素子は、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８の実施の形態のホログラム光学素子は、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７の実施の形態のいずれかのホログラム光学素子において、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は、第８の実施の形態のホログラム光学素子における、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８の実施の形態のいずれのホログラム光学素子においても、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２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９の実施の形態のホログラム光学素子は、第１ないし第８のいずれかのホログラム光学素子において、ホログラム光学素子がフィルムまたは板状であるものである。
このように、ホログラム光学素子の形状はフィルムまたは板状である方が、立方体や球であるよりもかさばらないですむ。
第１０の実施の形態のホログラム光学素子は、第１ないし第９のいずれかのホログラム光学素子において、偏光分離、色分離、または反射防止機能を有する膜がホログラム光学素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ものである。
第１１の実施の形態のホログラム光学素子は、第１０の実施の形態のホログラム光学素子において、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ホログラム光学素子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１２の実施の形態は、第１ないし第１１の実施の形態のいずれかのホログラム光学素子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。
本実施の形態のホログラム光学素子は図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１２の実施の形態のように、ホログラム光学素子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、ホログラム光学素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。
ホログラム光学素子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の１８に示す鋸歯の歯の向きの歯の長い方の辺に沿った方向とおおむね平行になるようにして、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１３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１４の実施の形態は、第１２または第１３の実施の形態の面光源装置において、ホログラム光学素子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。拡散体とホログラム光学素子の組み合わせ方としては、本発明者らの特願２００２−２３７９７号公報の方法を使用することができる。ホログラム光学素子と拡散体の配置・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１のように導光板１２、ホログラム光学素子１０、拡散体３２の順に配置しても、図８のように導光板１２、拡散体３２、ホログラム光学素子１０の順に配置しても良い。また、導光板、拡散体、ホログラム光学素子、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１５の実施の形態は、第１４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９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１６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、ホログラム光学素子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１７の実施の形態は、第１２ないし第１６のいずれかの実施の形態の面光源装置において、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。
第１８の実施の形態は、第１２ないし第１７の実施の形態のいずれかの面光源装置において、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ものである。
このように偏光または波長選択を目的としたフィルムを設けることで、光の利用効率を上げることができる。たとえば、導光板の面光源から出た光が、入射角６０°近傍でフィルムに入射するとき周期０．６μｍ以下で、深さ０．５μｍ以下のレリーフ形状が存在すると、特定の波長及び偏光を持った光だけが、８０％以上の効率で反射され、残りの光は８０％以上の効率で透過する。このとき、波長や入射角度で最適なレリーフ形状を選択する。ここで反射された光を再利用すれば、光の利用効率を上げることができる。たとえば、周期０．６μｍ以下で、深さ０．５μｍ以下のレリーフ形状をカラーフィルタの赤緑青のマトリクスにあわせて、周期や深さを設計し、光を垂直方向に曲げるフィルムと組み合わせ、かつ、マトリクスの位置を合わせることで、偏光フィルムやカラーフィルタでロスしていた光の利用効率を上げた液晶表示装置ができる。なぜなら、偏光フィルムでは二つの偏光のうち一つ、つまり、光量の５０％を失い、カラーフィルタでは３原色のうち２つ、つまり、光量の６７％を失っているが、ある偏光のある色だけを透過し、戻り光を再利用することができれば、光の利用効率を大幅に増大させることが可能となるからである。また、光を曲げるレリーフ形状とサブミクロン周期の小さな格子は、空気とフィルムの界面でのフレネル反射を少なくするために、同じフィルムの表裏にあるのが好ましい。さらに、サブミクロン周期の小さな格子の層は複数重ねても良い。また、面光源における発光層となる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。
第１９の実施の形態は、第１２ないし第１８の実施の形態のいずれかの面光源装置において、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ものである。
図１０で左の端面から入射した光は導光板の裏面５０で反射され、次に、導光板表面の拡散体４６で拡散され、さらに回折格子などのホログラム光学素子（光曲げフィルム）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、導光板の裏面からの反射角度と導光板表面での拡散角度およびホログラム光学素子（光曲げフィルム）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。
第２０の実施の形態は、第１２ないし第１９の実施の形態のいずれかの面光源装置において、ホログラム光学素子への光入射角度がブリュースター角の近傍となるようにして、ホログラム光学素子からの出射光について特定方向の偏光が強められているものである。
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θ_Ｂは式（１２）で、定義される。
ｔａｎ（θ_Ｂ）＝ ｎ１／ｎ０ ‥（１２）
ブリュースター角で光が入射すると、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１０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、ホログラム光学素子（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。ホログラム光学素子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。
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１１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。
ホログラム光学素子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。ホログラム光学素子の回折格子の形状は図５において、ｈ＝６．２μｍ、ｄ＝５μｍ、ｕ＝１μｍとした。
次に、ホログラム光学素子１０の製造装置８８及び製造方法について説明する。図１２に示したように、ホログラム光学素子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ホログラム光学素子１０を得る。なお、ホログラム光学素子（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。
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。このホログラム光学素子（回折格子）の光学特性を図１３および１４に示した。図１３は、波長４８８ｎｍのレーザー光の入射角度を５０、６０，７０°、偏光角を０°（Ｐ偏光）と９０°（Ｓ偏光）に設定して、計６種類の実験を行ったものである。凡例の“５０−０”は入射角５０°、偏光角０°を意味している。一方、図１４は波長を６３３ｎｍにして同様の実験を行ったものである。ともに、６０°入射のときには、垂直方向の０°に回折され、出射されている。一方、７０°入射のときには、そのまま、１０°ずれるのではなく、やや垂直方向に分布が偏る。つまり、より正面方向に光が回折される。この効果を利用すれば、正面方向での輝度を上げることができる。
図１５は、透過型回折格子であるホログラム光学素子の第１の具体例を示す断面図である。
この第１の具体例は、前記第２、第４及び第８の実施の形態のホログラム光学素子に該当するものである。このホログラム素子１０は、屈折率１．４８の光硬化アクリル樹脂からなり、周期ｄ＝５μｍの鋸歯状の格子を有する。このホログラム光学素子に図の方向で入射角６７度の入射光（平行光に近い充分にコリメートされた光）を与えたとき、次の表１のような結果が得られた。

図１６は、透過型回折格子であるホログラム光学素子の第２の具体例を示す断面図である。
この第２の具体例は、前記第２及び第８の実施の形態のホログラム光学素子に該当するものである。このホログラム素子１０は、屈折率１．４８の光硬化アクリル樹脂からなり、周期ｄ＝５μｍの鋸歯状の格子を有する。このホログラム光学素子に図の方向で入射角６７度の入射光（平行光に近い充分にコリメートされた光）を与えたとき、次の表２のような結果が得られた。

この第２の具体例において、０．４８μｍの９次と１０次はほぼ回折効率等しく、０．６２μｍの７次と８次もほぼ等しい。
これら透過型回折格子であるホログラム光学素子の第１及び第２の具体例を前記実施の形態における導光板と組合わせたバックライトは、充分な正面方向輝度が得られ、分光による色づきも見られなかった。
以上説明したように、本発明の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、高透過率と薄型化を同時に実現することができる。このホログラム光学素子を面光源装置に用いることで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効率的に曲げて出射することができ、正面方向での輝度を上げることができる。

Claims (20)

1. 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。
2. 透過型回折格子であって、０．４６≦λ１≦０．５０μｍ、０．５３≦λ２≦０．５７μｍ、０．６０≦λ３≦０．６４μｍの範囲にあるλ１、λ２、λ３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の範囲第１項に記載のホログラム光学素子。
3. ０．４６≦λ１≦０．５０μｍ、０．５３≦λ２≦０．５７μｍ、０．６０≦λ３≦０．６４μｍの範囲にあるλ１、λ２、λ３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、・・・・）である透過型回折格子において、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）を満たすことを特徴とする請求の範囲第１項または第２項に記載のホログラム光学素子。
   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）
4. 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°以下であることを特徴とする請求の範囲第１項ないし第３項のいずれかに記載のホログラム光学素子。
5. 請求の範囲第４項に記載のホログラム光学素子における格子断面形状を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を特徴とする請求の範囲第４項に記載のホログラム光学素子。
6. 透過型回折格子であって、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が、ｈ＝α×ｄ／（ｎ−１）（但し、０．４≦α≦１．０、ｄは回折格子の平均周期）である請求の範囲第４項または第５項に記載のホログラム光学素子。
7. 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の範囲第１項ないし第６項のいずれかに記載のホログラム光学素子。
8. 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って、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ことを特徴とする請求の範囲第１項ないし第７項のいずれかに記載のホログラム光学素子。
9. ホログラム光学素子がフィルムまたは板状であることを特徴とする請求の範囲第１項ないし第８項のいずれかに記載のホログラム光学素子。
10. 偏光分離、色分離、または反射防止機能を有する膜がホログラム光学素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表裏にあることを特徴とする請求の範囲第１項ないし第９項のいずれかに記載のホログラム光学素子。
11. 請求の範囲第１０項に記載の偏光分離、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を特徴とするホログラム光学素子。
12. 請求の範囲第１項ないし第１１項のいずれかに記載のホログラム光学素子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。
13. 請求の範囲第１２項に記載の面光源装置において、ホログラム光学素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を特徴とする請求の範囲第１２項に記載の面光源装置。
14. ホログラム光学素子に加えさらに拡散体を用いることを特徴とする請求の範囲第１２項または第１３項に記載の面光源装置。
15. 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の範囲第１４項に記載の面光源装置。
16. 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ことを特徴とする請求の範囲第１５項に記載の面光源装置。
17. 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を特徴とする請求の範囲第１２項ないし第１６項のいずれかに記載の面光源装置。
18. 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の範囲第１２項ないし第１７項のいずれかに記載の面光源装置。
19. 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の範囲第１２項ないし第１８項のいずれかに記載の面光源装置。
20. ホログラム光学素子への光入射角度がブリュースター角の近傍となるようにして、ホログラム光学素子からの出射光について特定方向の偏光が強められていることを特徴とする請求の範囲第１２項ないし第１９項のいずれかに記載の面光源装置。

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