(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液晶表示装置に配置されて入射面の法線方向に対して半値角度が０°〜１５°の範囲内で入射した光を所定の範囲に拡散して出射する回折構造体であって、
前記液晶表示装置が鉛直に立てられた姿勢で、正面、水平面内方向、及び垂直面内方向にのみ輝度分布を生じる回折構造を有する、
液晶表示装置用回折構造体。
【請求項２】
前記回折構造が計算機ホログラム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用回折構造体。
【請求項３】
透光性を有して積層された第一層及び第二層を有し、
前記第一層と前記第二層との界面に前記回折構造が具備されており、
前記界面を挟んだ前記第一層側と前記第二層側とでは屈折率差を有する、
請求項１又は２に記載の液晶表示装置用回折構造体。
【請求項４】
前記第一層又は前記第二層のうち、前記回折構造により光が拡散された後の光が透過する層には光拡散剤が分散されていることを特徴とする請求項３に記載の液晶表示装置用回折構造体。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の液晶表示装置用回折構造体と、該液晶表示装置用回折構造体に積層されたＰＶＡ層と、を有する偏光板。
【請求項６】
前記回折構造体の入射面の法線方向に対して半値角度が０°〜１５°の範囲内の光を生成する面光源装置と、該面光源装置の観察者側に配置される液晶パネルと、を有し、
前記液晶パネルは、液晶層、該液晶層の前記面光源装置側に配置される下偏光板、及び前記液晶層の前記観察者側に配置される上偏光板を備え、
前記上偏光板は請求項５に記載の偏光板である、
液晶表示装置。
【請求項７】
前記上偏光板は、前記液晶層側にＰＶＡ層、該ＰＶＡ層の観察者側に回折構造体の順であることを特徴とする請求項６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、入射した光を拡散して出射することができる回折構造体、該回折構造体を用いた偏光板、及び液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶テレビ等の液晶表示装置には、液晶パネルと、該液晶パネルに対して背面側から照明する面光源装置が備えられている。液晶パネルのうちの液晶層には表示すべき映像の情報は含まれているが、液晶層自身が発光するものではないので、面光源装置からの光を透過させることにより観察者が視認可能な映像を提供することができる。
液晶層はその性質上、該液晶層の法線方向からの入射光（光源光）に対しては、出射光のコントラスト、及び効率（透過率）は優れている。しかしながら、当該法線方向に対して斜めからの入射光（光源光）については位相がずれ、偏光がずれるので、これを遮断する必要があり、その分、面光源装置からの光の利用効率が低下する。また、このような斜めからの入射光に対する位相のずれを補償するために位相差フィルムを配置することもある。
【０００３】
このような問題に対して、光の利用効率を向上させることや、位相差フィルムを不要とするため、面光源装置からの出射光を液晶パネルのパネル面法線方向にできるだけ收束（平行光束化）させるように、当該面光源装置の光学系について工夫がされている。これにより面光源装置からの光を効率よく利用することができ、位相差フィルムを必要としない形態も可能となる。
【０００４】
ところが、液晶パネルのパネル面法線方向に近づけられた光源光が液晶パネルを透過して観察者側に出射されると、液晶表示装置の正面では非常に明るい映像を観察することができるが、正面からはずれた角度で液晶表示装置を見ると暗くなり、いわゆる視野角が非常に狭くなってしまう。
そこで、液晶表示パネルの出光面側（画像観察者側）に、該液晶表示パネルから出射した映像情報を含む光の視野角を広げるために、光を拡散する部材が用いられる。
光を拡散する部材としてはシート状透明材料の内部に該透明材料とは屈折率が異なる粒子を分散し、屈折率差による全反射や屈折を利用するものがある。また、特許文献１に記載のように、光学部材の少なくとも一面にホログラム表面拡散パターンが形成され、回折を利用して光を拡散するものもある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公報第２００５／０７８４８３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
透明材料の内部に屈折率が異なる粒子を分散して屈折等を利用する光拡散部材では、外光による後方散乱が生じてコントラストが低下してしまう問題があった。また像の鮮明度が低下するいわゆる像ボケが生じる傾向にあった。分散させる粒子の量を減らせばこのような問題は解決するが、光を拡散させる性能自体が低下してしまう。また、プリズムのような屈折や全反射を利用して光を拡散させる手段もあるが、プリズムの高さが数十〜数百μｍとなり、層が厚くなる等の問題もあった。
一方、特許文献１のように光学部材の少なくとも一面にホログラム表面拡散パターンが形成されて回折を利用する光拡散部材では、上記のような問題を解決することができる。ところが、液晶表示装置では観察者との関係により独特の光拡散特性が求められているところ、特許文献１に記載のような従来のホログラム表面拡散パターンではそれが十分に検討されていなかった。
【０００７】
そこで本発明は、上記の問題に鑑み、液晶表示装置の液晶層よりも観察者側に配置されることにより、該液晶表示装置としての特性に適合した視野角拡大特性を発揮するとともに、外光によるコントラスト低下及び像のボケを防止する液晶表示装置用回折構造体（「回折構造体」と記載することがある。）を提供することを課題とする。また、当該回折構造体を用いた偏光板、及び液晶表示装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以下、本発明について説明する。なお、本発明の理解を容易にするために添付図面の参照符号を括弧書きにて付記するが、それにより本発明が図示の形態のみに限定されるものではない。
【０００９】
請求項１に記載の発明は、液晶表示装置（１００）に配置されて入射面の法線方向に対して半値角度が０°〜１５°の範囲内で入射した光を所定の範囲に拡散して出射する回折構造体（１０、２０）であって、液晶表示装置が鉛直に立てられた姿勢で、正面、水平面内方向、及び垂直面内方向にのみ輝度分布を生じる回折構造（１０ａ）を有する、液晶表示装置用回折構造体である。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の液晶表示装置用回折構造体（１０、２０）において、回折構造（１０ａ）が計算機ホログラムであることを特徴とする。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の液晶表示装置用回折構造体（１０、２０）において、透光性を有して積層された第一層（１１）及び第二層（１２）を有し、第一層と第二層との界面に回折構造（１０ａ）が具備されており、界面を挟んだ第一層側と第二層側とでは屈折率差を有する。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の液晶表示装置用回折構造体（２０）において、第一層（１１）又は第二層（２２）のうち、回折構造（１０ａ）により光が拡散された後の光が透過する層には光拡散剤（２２ｂ）が分散されていることを特徴とする。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の液晶表示装置用回折構造体（１０、２０）と、該回折構造体に積層されたＰＶＡ層（１０３）と、を有する偏光板（１０２）である。
【００１５】
請求項６に記載の発明は、回折構造体の入射面の法線方向に対して半値角度が０°〜１５°の範囲内の光を生成する面光源装置（１１０）と、該面光源装置の観察者側に配置される液晶パネル（１０１）と、を有し、液晶パネルは、液晶層（１０６）、該液晶層の面光源装置側に配置される下偏光板（１０５）、及び液晶層の観察者側に配置される上偏光板（１０２）を備え、上偏光板は請求項５に記載の偏光板である、液晶表示装置（１００）である。
【００１６】
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の液晶表示装置（１００）において、上偏光板（１０２）は、液晶層（１０６）側にＰＶＡ層（１０３）、該ＰＶＡ層の観察者側に回折構造体（１０、２０）の順であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、液晶表示装置の特性に適合した視野角拡大特性を発揮できる構成を有するとともに、外光によるコントラスト低下及び像のボケを防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第一の実施形態を説明する図で、回折構造体１０の構成を模式的に示す断面図である。
【図２】第一の例における回折構造の光拡散特性を説明する図である。
【図３】第一の例における回折構造の光拡散特性を説明する他の図である。
【図４】第二の例における回折構造の光拡散特性を説明する図である。
【図５】第二の例における他の回折構造の光拡散特性を説明する図である。
【図６】第三の例における回折構造の光拡散特性を説明する図である。
【図７】第四の例における回折構造の光拡散特性を説明する図である。
【図８】第二の実施形態を説明する図で、回折構造体２０の構成を模式的に示す断面図である。
【図９】計算機ホログラムの形状を得るための流れを説明する図である。
【図１０】回折構造体１０を用いた液晶表示装置１００を説明する斜視図である。
【図１１】面光源装置の一断面（図１０のＸＩ−ＸＩに沿った断面）を示す分解図である。
【図１２】面光源装置の他の断面（図１０のＸＩＩ−ＸＩＩに沿った断面）を示す分解図である。
【図１３】図１２の一部を拡大した図である。
【図１４】図１１の一部を拡大した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の上記した作用及び利得は、次に説明する発明を実施するための形態から明らかにされる。以下、本発明を図面に示す実施形態に基づき説明する。ただし、本発明はこれら実施形態に限定されるものではない。
【００２０】
図１は第一実施形態を説明する図で、回折構造体１０の構成を模式的に示す断面図である。回折構造体１０は、第一層１１及び第二層１２を有し、第一層１１と第二層１２との界面に凹凸による回折構造１０ａが形成されている。本実施形態の回折構造１０ａはいわゆるレリーフ型ホログラムである。このように、本実施形態では回折構造体が具備する回折構造をレリーフ型ホログラムとした。しかしながら本発明はこれに限定されることなく、回折を利用して光を拡散させる機能を発揮することができれば他の回折構造を有する回折構造体としてもよい。他の回折構造としては、回折格子（グレーティング）、フレネルレンズ等の回折光学素子（ＤＯＥ等）、体積型ホログラム、又は、任意のパターンが連続的に配置され、回折現象を発現する構造等を挙げることができる。
【００２１】
第一層１１は、透光性を有する基材層の一方の面上にレリーフ型ホログラム形状１０ａ（回折構造１０ａ）を有する層が積層されて形成されている。基材層となる材料は、透明性、及び平滑性が高いものが好ましく、例えばポリエチレンテレフタレートフィルム、ポリエチレンフィルム、ポリプロピレンフィルム、ポリ塩化ビニルフィルム、アクリルフィルム、トリアセチルセルロースフィルム、セルロースアセテートブチレートフィルム等を挙げることができる。基材層の厚さは１μｍ〜１ｍｍが好ましく、より好ましくは１０μｍ〜１００μｍである。
また、ホログラム形状１０ａを有する層は、生産性の観点から、硬化前にホログラム形状とし、何らかの手段でこれを硬化させることで形状を固定できる材料であることが好ましい。例えば、ポリエステル（メタ）アクリレート、ウレタン（メタ）アクリレート、エポキシ（メタ）アクリレート、ポリエーテル（メタ）アクリレート、ポリオール（メタ）アクリレート、メラミン（メタ）アクリレート、トリアジン（メタ）アクリレート等の（メタ）アクリレート系化合物、不飽和ポリエステル系化合物、メラミン系化合物、エポキシ系化合物等からなるラジカル重合性プレポリマー、１，６−ヘキサンジオールジ（メタ）アクリレート、トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ（メタ）アクリレート等のラジカル重合性不飽和単量体等の中から選択した１種乃至２種以上からなる組成物からなる電離放射線硬化性樹脂を挙げることができる。ここで「（メタ）アクリレート」とは、アクリレート又メタクリレートを意味する。
硬化に用いる電離放射線としては、紫外線、Ｘ線、可視光線等の電磁波、或いは電子線、イオン線等の荷電粒子線が用いられる。特に、電離放射線として紫外線を採用する場合、該電離放射線硬化性樹脂は紫外線硬化性樹脂と呼ばれる。
その他、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、スチレン樹脂等の熱可塑性樹脂、エポキシ樹脂、熱硬化性ウレタン樹脂、熱硬化性ポリエステル樹脂等の熱可塑性樹脂を用いることもできる。
またホログラム形状１０ａを有する層は第二層１２より高い屈折率の材料で構成されている。
【００２２】
第二層１２は、第一層１１のうち、ホログラム形状１０ａを有する側の面に積層され、第一層１１との界面にホログラム形状１０ａが形成される。また、第二層１２は第一層１１のホログラム形状１０ａを有する層より低い屈折率の材料で構成されている。
第二層１２を構成する材料は透明性が高く、ホログラム形状１０ａに追随させるため、硬化前に第一層１１に塗布する等して積層してから硬化させることができるものが好ましい。例えば、ポリエステル（メタ）アクリレート、ウレタン（メタ）アクリレート、エポキシ（メタ）アクリレート、ポリエーテル（メタ）アクリレート、ポリオール（メタ）アクリレート、メラミン（メタ）アクリレート、トリアジン（メタ）アクリレート等の（メタ）アクリレート系化合物、不飽和ポリエステル系化合物、メラミン系化合物、エポキシ系化合物等からなるラジカル重合性プレポリマー、１，６−ヘキサンジオールジ（メタ）アクリレート、トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ（メタ）アクリレート等のラジカル重合性不飽和単量体等の中から選択した１種乃至２種以上からなる組成物からなる電離放射線硬化性樹脂を挙げることができる。
硬化に用いる電離放射線としては、紫外線、Ｘ線、可視光線等の電磁波、或いは電子線、イオン線等の荷電粒子線が用いられる。特に、電離放射線として紫外線を採用する場合、該電離放射線硬化性樹脂は紫外線硬化性樹脂と呼ばれる。
その他、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、スチレン樹脂等の熱可塑性樹脂、エポキシ樹脂、熱硬化性ウレタン樹脂、熱硬化性ポリエステル樹脂等の熱可塑性樹脂を用いることもできる。
なお、第二層１２は第一層１１のホログラム形状１０ａを有する層より低い屈折率の粘着剤により構成してもよい。粘着剤としてはアクリル樹脂系、シリコン樹脂系のものを適用することができる。該粘着剤の屈折率を低くする為に該粘着剤中に弗素系樹脂、弗化マグネシウム微粒子等の低屈折率材料を添加しても良い。第一層１１と第二層１２との屈折率差を実現する為の手段としては、第一層１１中に、酸化ジルコニウム、酸化亜鉛、酸化タングステン等の高屈折率材料からなる微粒子を添加することもできる。これら、低屈折率材料及び高屈折率材料の微粒子の平均粒子径は、可視光線波長域に於ける十分な透明性を確保する為に、可視光線の最短波長（３８０ｎｍ）以下、好ましくは、１０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲とする。第一層１１と第二層１２の屈折率差を十分大きくする場合は、両層の一方に高屈折率材料を添加し、かつ他方に低屈折率材料を添加することが好ましい。
ここで、第一層１１のホログラム形状を有する層と、第二層１２との屈折率差は特に限定されることはないが、０．１以上であることが好ましい。
【００２３】
本実施形態ではこのように第二層１２を設けたが、本発明では必ずしも第二層を設ける必要はなく、少なくとも第一層１１が設けられていればよい。ただし、凹凸形状により回折構造を形成する場合には、当該第二層により次のような効果を奏するものとなる。
すなわち、第二層１２を設けることにより、ホログラム形状１０ａが第一層１１と第二層１２との界面に配置され、回折構造体１０の表面にあらわれない。これにより、回折構造体１０の表面は平滑面となり、他の部材に回折構造体１０を積層させる際にもホログラム形状１０ａが存在することに配慮する必要がない。また、当該平滑面を利用して液晶表示装置の画面表層を光沢のある面とすることも可能である。さらに、ホログラム形状１０ａの一方と他方は必ず第一層１１及び第二層１２であり、回折構造体１０をどのような層に積層させたとしてもホログラム形状１０ａを挟む一方と他方の材料が変化することがない。従って、回折構造体１０がどのような層に積層されたかによらず同様の回折を得ることが可能である。
【００２４】
次に本実施形態に具備されるホログラム形状１０ａについて説明する。ホログラム形状１０ａは、第一層１１側からの入射光を第二層１２側に所定の範囲に拡散させるように出射可能な形状とされている。具体的には、回折構造体１０を液晶表示装置１００（図１０参照）に配置し、矩形である回折構造体１０の４つの辺のうち２つの辺を水平に、他の２つの辺を鉛直である姿勢（鉛直の姿勢）としたときに、該回折構造体１０は、正面、水平面内となる方向及び垂直面内となる方向の視野角にのみ輝度分布が生じるように光を拡散させる。
従って液晶表示装置１００では、観察者が画面を見る際には正面、水平面内、垂直面内の視野角で映像や画像を観察することができればよく、観察者にとって重要でない斜め方向面内の視野角に対して映像光の出射を抑制することができる。従って、不要な光の出射を抑制することができるので、光源からの光の利用効率を向上させることができる。また、回折を利用することにより光を拡散させるので、光散乱材等の屈折を利用する視野角拡大部材の場合に問題となっていた外光の後方散乱に起因するコントラスト低下、及び像の鮮明度が低下するいわゆる像ボケを防止することができる。
【００２５】
ここで、回折構造体１０への入射光は、該回折構造体１０の入射面法線に対して略平行であることを想定できる。具体的には、後述する液晶表示装置１００のように、面光源装置１１０において光の方向が該法線方向に強く偏向されると共に、収束、平行化されて、回折構造体１０の当該法線方向に略平行である光が該回折構造体１０に入射するような場合である。このときの「略平行」とは、回折構造体１０の入射面の法線方向に対して、半値角度が０°〜１５°の範囲内の光を意味する。従って、回折構造体１０への入射光が、半値角度で±１°〜±１５°の広がりを有するものであっても上記した所望の光の拡散ができることが好ましい。
【００２６】
このようなホログラム形状１０ａは、上記のような機能を発揮するものであれば特に限定されることはないが、その中でも計算機ホログラムであることが好ましい。計算機ホログラムによれば出射光の拡散範囲や拡散の態様を任意に設定することができ、所望の光拡散特性を得ることができる。以下、本実施形態におけるホログラム形状１０ａについて、計算機ホログラムによるものを複数の例を挙げて説明する。
【００２７】
初めに第一の例にかかるホログラム形状１０ａによる光拡散特性を説明する。図２は当該第一の例にかかるホログラム形状１０ａによる光拡散特性を説明する図である。図２（ａ）〜図２（ｃ）は、回折構造体１０の視野角と輝度との関係を示す図である。より詳しくは、回折構造体１０を液晶表示装置１００（図１０参照）に配置し、矩形である回折構造体１０の４つの辺のうち２つの辺を水平に、他の２つの辺を鉛直である姿勢（鉛直の姿勢）として立てたときにおける視野角と輝度との関係を示した図である。図２（ａ）は水平面内における視野角と輝度との関係、図２（ｂ）は垂直面内における視野角と輝度との関係、及び図２（ｃ）は斜め４５°の面内における視野角と輝度との関係である。当該第一の例のホログラム形状１０ａによれば、第一層１１側から入射した光を回折して拡散するに際して、視野角０°付近（すなわち正面方向）において、高い輝度を有して光を出射することがわかる。それに加えて、水平方向面内及び垂直方向面内では視野角±３０°〜±４０°において輝度を有している。一方、斜め４５°の面内では、視野角０°付近以外ではこのような輝度を有していない。従って、第一の例によれば、正面方向、水平面内の±３０°〜±４０°、及び垂直面内の±３０°〜±４０°において明るい映像光を観察することができる。
【００２８】
このような光拡散特性を得るためには、視野角０°付近の輝度は回折の０次光を利用し、水平面内の±３０°〜±４０°、及び垂直面内の±３０°〜±４０°の輝度は回折の１次光を利用することができる。従って計算機ホログラムの形状を得るに際しては１次光が所望の角度に回折するように構成すればよい。図３に説明のための図を示した。図３は、上記した光拡散特性のうち、１次光に関するものを表したグラフである。横軸が水平面内視野角、縦軸が垂直面内視野角である。図３に斜線で示した部分が１次光により輝度が得られるべき角度範囲である。従って、上記説明した光拡散特性は図３のように表すこともできる。そして図３に表した図に基づいてフーリエ変換により最終的にホログラム形状を得るための元となる図を得て、これに対してフーリエ変換等を施すことにより、最終的に上記した光拡散特性を具備する計算機ホログラムのホログラム形状を得ることができる。図３を用いてどのように具体的なホログラム形状１０ａを得るかについては後で説明する。
【００２９】
ここで、０次光の輝度の大きさ（視野角０°における輝度）に対する１次光の輝度の大きさ（視野角±３０°〜４０°における輝度）の割合は特に限定されることはないが、１次光の輝度の大きさは０次光の輝度の大きさに対して０．１倍以上であることが好ましい。
【００３０】
また、第一の例では、水平面内視野角±３０°〜±４０°における輝度と、垂直面内視野角±３０°〜±４０°における輝度と、は同じとなるように構成されているが（図２（ａ）、図２（ｂ）参照）、垂直面内視野角±３０°〜±４０°の輝度よりも水平面内視野角±３０°〜±４０°の輝度を大きくしてもよい。これによれば回折構造体１０を例えば据え置き型の液晶表示装置に配置した場合には、水平面内輝度分布が特に重要であることから、これに見合った光拡散特性とすることが可能である。
【００３１】
次に、第二の例にかかるホログラム形状１０ａによる光拡散特性を説明する。図４、図５には当該第二の例にかかるホログラム形状１０ａを説明する図のうち、図３に相当する図を示した。図４、図５のうち、図４に示した例は、水平面内視野角及び垂直面内視野角において複数の角度範囲で輝度が高くなる例である。より具体的には、０次光により正面で輝度が高いことに加え、１次光により水平面内及び垂直面内の±３０°〜±４０°、±６０°〜±７０°の範囲で輝度が高くなる。
一方、図５に示した例では、水平面内視野角及び垂直面内視野角において上記第一の例よりも広い角度範囲で輝度が高くなる例である。より具体的には、０次光により正面で輝度が高いことに加え、１次光により水平面内及び垂直面内の±３０°〜±７０°の範囲で輝度が高くなる。
このように第二の例では、水平面内及び垂直面内においてより広い範囲で光を拡散するホログラム形状が形成され、液晶表示装置に適用した場合にはこれに応じた広い視野角を得ることが可能となる。
【００３２】
次に第三の例にかかるホログラム形状１０ａによる光拡散特性を説明する。図６には当該第三の例にかかるホログラム形状１０ａを説明する図のうち、図３に相当する図を示した。図６に示した例では、第一の例で説明した視野角に加え、−１０°〜＋１０°の範囲も輝度が高くなる。すなわち正面から水平面内±４５°、及び正面から垂直面内の±４５°まで連続的に光を拡散するようにホログラム形状１０ａが形成されている。従って液晶表示装置に適用した場合には、これに応じて正面から水平面内±４５°及び正面から垂直面内±４５°の範囲で連続的に映像を観察可能となる。
【００３３】
次に第四の例にかかるホログラム形状１０ａによる光拡散特性を説明する。図７に説明のための図を示した。図７の上段は、本例における水平面内輝度分布を示したものである。ここで、視野角０°に最大輝度を有する輝度分布が０次光によるもの、視野角０°でない角度に最大輝度を有する輝度分布は１次光によるものである。図７の下段は、このような輝度分布を実現するためのホログラム形状１０ａを得るための図で、図３に相当する図である。図７からわかるように、本例では、１次光の最大輝度となる視野角が、０次光の半値角（最大輝度に対して輝度が半分になる視野角の位置）よりも外側の視野角となるように構成されている。
このような光拡散特性を有するホログラム形状によれば、０次光と１次光との連続性を向上させることができる。従って液晶表示装置にこれを適用する場合には、正面から水平面内、及び正面から垂直面内に向けて連続的に映像を観察可能となる。
図７及び上記説明では水平面内視野角についてのみ説明したが、垂直面内視野角についても同様である。
【００３４】
以上説明した各例では、回折構造体１０に入射する光が水平面内方向と垂直面内方向とで同様の広がりを有しているものとして説明した。しかしながら、回折構造体１０を液晶表示装置に用いた場合においては、回折構造体１０に入射する光が必ずしも水平面内方向と垂直面内方向とで同様の広がりを有しているとは限らない。このように入射光が方向によって異なる広がりを有している場合（例えば楕円状）には、このまま上記した回折構造体１０を適用すると、水平面内と垂直面内とで、光を拡散する範囲が異なってしまう場合もある。これに対しては、予め当該入射光の特性を考慮して、水平面内と垂直面内とで同様の光拡散範囲を可能とするようにホログラム形状１０ａを補正しておくこともできる。また、このような水平面内と垂直面内とで光を拡散する範囲が異なることを利用し、所望の光拡散特性を得ることができるようにホログラム形状を形成しておくこともできる。
【００３５】
また、以上説明した各例は例示であり、上記の他にも所望の光拡散特性を得るためのホログラム形状を形成することが可能である。本実施形態では回折における０次光と１次光のみを考慮したが、２次光以上の高次光が考慮されてもよい。
【００３６】
次に、第二実施形態について説明する。図８は第二実施形態を説明する図で、回折構造体２０の構成を模式的に示す断面図である。回折構造体２０は、第一層１１及び第二層２２を有し、第一層１１と第二層２２との界面に凹凸による回折構造１０ａ（ホログラム形状１０ａ）が形成されている。ここで回折構造はいわゆるレリーフ型ホログラムである。本実施形態では第二層２２の形態が、回折構造体１０の第二層１２とは異なるのみであり、他の構成については同様であることから、ここでは第二層２２についてのみ説明し、他の部材については同じ符号を付すとともに、説明を省略する。
【００３７】
第二層２２は、第一層１１のうち、ホログラム形状１０ａを有する側の面に積層され、第一層１１との界面にホログラム形状が形成される。また、第二層２２は、透光性を有する主部２２ａ内に光散乱材２２ｂが分散されて構成されている。光散乱材２２ｂは、主部２２ａ内を進む光に対し、反射や屈折等によって、当該光の進行方向を変化させる作用を及ぼす。
より具体的には、主部２２ａは、第一層１１のホログラム形状１０ａを有する層より低い屈折率の材料で構成されている。主部２２ａを構成する材料は透明性が高く、ホログラム形状に追随させるため硬化前に第一層１１に塗布する等して積層してから硬化させることができるものが好ましい。例えば前記で列記した電離放射線硬化性樹脂等を挙げることができる。
一方、光散乱材２２ｂの光散乱機能は、例えば、主部２２ａをなす材料とは異なる屈折率を有した材料とすることにより発揮可能である。その他、光に対して反射作用を及ぼし得る材料であってもよい。これには例えば、平均粒径が０．５μｍ〜１００μｍ程度であるシリカ（二酸化珪素）、アルミナ（酸化アルミニウム）、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、シリコーン樹脂等の透明物質からなる粒子を用いることができる。
【００３８】
回折構造体２０によれば、上記した回折構造体１０で説明した効果に加えて次のような効果がある。すなわち、第二層２２に光散乱材２２ｂを含めることにより、ホログラム形状１０ａにおける回折に起因して波長分散が生じた場合であっても、これを第二層２２の光散乱機能により、混ぜ合わせることができる。従って、観察角度によって色彩が変化して見えてしまう不具合を解消することが可能となる。また、回折構造体１０により強く指向性が付与された回折散乱光に対して光散乱材によりその指向性を緩和し、０次光と１次光、又は１次光同士の光の拡散の連続性を向上させることができる。
【００３９】
以上説明した計算機ホログラムは、上記した各光学的機能を有する複数の微小な単位計算機ホログラムが並べられて複合化されたもの、又は単位計算機ホログラムが複眼状に配列されたものである。例えば、単位計算機ホログラムを正方形で形成して、複数の該正方形の単位計算機ホログラムを縦横格子状に密に配列したものや、縦又は横を一列置きに半ピッチずらせていわゆる千鳥状に配列したものを挙げることができる。また、単位計算機ホログラムを隙間なく密に配置するのではなく、所定の間隙を有してまばらに配置したり、所定のパターンに基づいて配置する態様も考えられる。もちろん単位計算機ホログラムの形状は正方形に限られることもなく、長方形やその他の多角形を含めて任意の形状で形成してもよい。さらに、１つの計算機ホログラムに含まれる単位計算機ホログラムの形状や配列形態は必ずしも一定である必要はなく、場所により変えられてもよい。
【００４０】
次に、回折構造体１０の製造方法について一例を説明する。回折構造体１０は、回折構造の具体的形状を得る工程、得られた回折構造に基づいて型を作製する工程、当該型を用いて回折構造を第一層に形成する工程、及び第二層を形成する工程を含んで製造される。以下各工程について説明する。
【００４１】
回折構造の具体的形状を得る工程は、上記した光学的機能を有する形状を得ることができれば公知の方法を用いることができる。ここでは、回折構造体１０の好ましい態様として説明した計算機ホログラムのホログラム形状を得る方法について説明する。計算機ホログラム自体は公知であるので、当該計算機ホログラム形状を得るための方法についても公知の方法（例えば特許第４６２０２２０号）を適用することが可能である。ここではそのうちの一例を説明する。
【００４２】
一般に計算機ホログラムを求めるには次のようにする。すなわち、あるホログラムを想定し、それからの再生距離がホログラムの大きさにくらべて十分大きく、ホログラム面の法線に平行な光を照明した場合、再生像面で得られる回折光は、ホログラム面での振幅分布、及び位相分布のフーリエ変換で表される（フラウンホーファー回折）。そこで、再生像面に所定の回折光を与えるために、ホログラム面と再生像面との間で束縛条件を加えながら、フーリエ変換と逆フーリエ変換を交互に繰り返し、ホログラム面に配置する計算機ホログラムを求める方法が知られている（Ｇｅｒｃｈｂｅｒｇ−Ｓａｘｔｏｎ反復計算法）。
【００４３】
そこで、Ｇｅｒｃｈｂｅｒｇ−Ｓａｘｔｏｎ反復計算法を利用して、背後からホログラム面の法線に平行な光を照明した場合に所定の観察域へのみ光を回折する計算機ホログラムを得ることを考える。ここではわかりやすさのため、ホログラム面での振幅分布をＡＨＯＬＯ、ホログラム面での位相分布をφＨＯＬＯ 、再生像面での振幅分布をＡＩＭＧ 、再生像面での位相分布をφＩＭＧで表現する。図９に流れを示した。
ここで、計算機ホログラムの具体的形状を得るに際しては、上記説明した図３、図４、図５、図６の角度分布をもとに振幅分布を作成して計算することにより算出することができる。
【００４４】
過程Ｓ１で計算機ホログラムが形成される面領域（ｘ０≦ｘ≦ｘ１、ｙ０≦ｙ≦ｙ１）において、初期値としてＡＨＯＬＤに１を、φＨＯＬＤにランダムな値を与える。
過程Ｓ２で、その初期化した値に所定のフーリエ変換を施し、ＡＩＭＧ、φＩＭＧを得る。
過程Ｓ３で、ＡＩＭＧが所定の領域内でほぼ一定値になり、その所定領域外でほぼ０になったと判断された場合は、過程Ｓ１で初期化したＡＨＯＬＤとφＨＯＬＤが所望の計算機ホログラムとなる。
【００４５】
一方、過程Ｓ３でこのような条件が満足されないと判断された場合は、過程Ｓ４で束縛条件が付与される。具体的には、上記の所定領域内ではＡＩＭＧが例えば１にされ、その他では０にされ、φＩＭＧはそのままに維持される。
次に過程Ｓ５で束縛条件が付与された後の条件で所定の逆フーリエ変換が施される。
逆フーリエ変換で得られたホログラム面での値は、過程Ｓ６で束縛条件が付与され、ＡＨＯＬＤは１に、φＨＯＬＤは多値化（元の関数をデジタルな階段状の関数に近似（量子化））される。ただし、φＨＯＬＤが連続的な値を持ってもよい場合は、この多値化は必ずしも必要ない。
【００４６】
そして、過程Ｓ２にもどり、その値にフーリエ変換が施される。以降は上記と同様の処理がおこなわれ、過程Ｓ３の条件が満足されるまで（収束するまで）繰り返されて最終的な所望の計算機ホログラムを得ることができる。
【００４７】
次に、得られたホログラム形状に基づいて型を作製する工程について説明する。ホログラム形状１０ａ（回折構造１０ａ）を第一層１１に形成させるためには、得られた計算機ホログラム形状を第一層１１となるべき材料に転写可能な凹凸形状を有する型が必要である。ここではその型を作製する工程について説明する。このような型の作製も公知の方法を用いることができるが、以下に一例を説明する。
【００４８】
まず、合成石英等の基板上に表面低反射クロム薄膜を積層したフォトマスクブランク板のクロム薄膜上に、ドライエッチング耐性のあるレジスト層を薄膜状に形成する。ドライエッチング用レジストとしては、一例として、日本ゼオン株式会社製のＺＥＰ７０００等を使用することができ、レジストの積層は、スピンナー等を用いた回転塗付によって行なう。
このレジスト層に対し、パターン露光を行なうが、パターン露光は、板状のパターン、レーザー描画装置によるレーザービームの走査、又は電子線描画装置による電子線の走査によりおこなうことができる。
この露光によりレジスト樹脂が硬化した易溶化部分と、未露光部分と、が形成されるので、現像液を噴霧して行なうスプレー現像等によって、溶剤現像して易溶化部分を除去し、レジストパターンを形成する。
【００４９】
形成されたレジストパターンを利用して、ドライエッチングにより、レジストで被覆されていない部分のクロム薄膜を除去し、除去した部分において、下層の石英基板を露出させる。次いで、露出した石英基板に対して、同様にドライエッチングを施して、石英基板をエッチングし、エッチングの進行により生じた凹部と、クロム薄膜およびレジスト薄膜とが下から順に被覆している石英基板の元の部分からなる凸部とを形成する。この後、レジスト薄膜を溶解等により除去し、石英基板がエッチングされて生じた凹部と、頂部にクロム薄膜が積層した部分からなる凸部とを有する石英基板を得る。
【００５０】
以上の方法のみでは、凸部と凹部の、２値的（高低の２段、深さとしては、元の石英基板の表面に加えて、もうひとつのレベルの面が生じる。）のものしか得られないが、上記で得られたものに対し、さらにレジストの形成→パターン露光→レジストの現像→クロム薄膜のドライエッチング→石英基板のドライエッチング→レジスト除去からなる、フォトエッチングの工程を繰り返すことにより、１回目のフォトエッチングにより生じた凹部、および凸部に対してさらにフォトエッチングを施すことができる。これを複数回繰り返すことにより、複数の高低差を有する凹凸を精度よく得ることが可能である。このようにして、所定の段数を得た後、クロム薄膜をウェットエッチングにより除去し、石英基板表面に所定の段数の深さの凹凸が形成された計算機ホログラムの型を得ることができる。
【００５１】
次に、作製した計算機ホログラムの型を用いて第一層１１を作製する工程について説明する。当該型を使用して計算機ホログラムを複製する方法としては、例えば当該型を、加熱により軟化する樹脂層に押し付ける方法、インジェクション法、又はキャスティング法等を利用することできる。これら方法に使用する樹脂としては、熱可塑性、熱硬化性のいずれも使用できる。工業的には、好ましくは紫外線硬化性樹脂を含む未硬化樹脂組成物を型の凹凸が形成された面に接触させ、樹脂組成物の反対側に第一層１１の基材層となるフィルムをラミネートして、樹脂組成物を型とプラスチックフィルムとの間に挟んだ状態とする。かかる状態から、紫外線を照射する等して樹脂組成物を硬化させ、しかる後に該フィルム及び硬化してかつホログラム形状が賦形された該紫外線硬化性樹脂組成物層とを型から離型すると、第一層１１が形成される。すなわち、透光性を有する基材層の一方の面上にホログラム形状１０ａを有する層が積層された第一層１１である。
【００５２】
次に、第一層１１上に第二層１２を積層する工程について説明する。第二層１２は、上記例示したような硬化する前の熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、又は紫外線硬化樹脂等をスキージを用いて第一層１１上に塗工し、用いた材料に対応した硬化方法により硬化させて形成する方法を用いることが可能である。また、第二層１２として粘着剤を用いる場合には、第一層１１上に粘着剤を塗布する方法を用いることができる。
【００５３】
以上のような方法により回折構造体１０を製造することができる。
【００５４】
次に、上記した回折構造体１０を用いた液晶表示装置１００について説明する。図１０は表示装置１００のうち、液晶パネル１０１、及び面光源装置１１０に注目して示した分解斜視図である。図１０及び適宜示す図により液晶表示装置１００について説明する。
【００５５】
表示装置１００は、液晶パネル１０１、及び面光源装置１１０を備えている。また、表示装置１００には、説明は省略するが、その他これが表示装置として動作するために必要とされる通常の機器を具備している。
図１０では紙面上が観察者側となる。
【００５６】
液晶パネル１０１は、観察者側に配置された上偏光板１０２、面光源装置１１０側に配置された下偏光板１０５、及び上偏光板１０２と下偏光板１０５との間に配置された液晶層１０６と、を有している。
【００５７】
上偏光板１０２は、ＰＶＡ層１０３、回折構造体１０、及び反射防止層１０４（ＡＲ層１０４）が積層されて構成されている。
ＰＶＡ層１０３は、ＰＶＡ（ポリヴィニルアルコール）の層にヨウ素を含浸した上で延伸してなる物であり、液晶層１０６に積層され、入射した光を直交する二つの偏光成分（例えば、Ｐ波およびＳ波等）に分解し、一方の方向（透過軸と平行な方向）の偏光成分（例えば、Ｐ波）を透過させ、当該一方の方向に直交する他方の方向（吸収軸と平行な方向）の偏光成分（例えば、Ｓ波）を吸収する機能を有する層であり、実質的に偏光作用を発現する偏光板本体（いわゆる「偏光子」）に相当する。当該ＰＶＡ層１０３は公知のものを適用することができる。
回折構造体１０は、ＰＶＡ層１０３に積層される上記第一実施形態で説明したものであり、入射した光を拡散して出射する機能を有している。
ＡＲ層１０４は、回折構造体１０に積層されて液晶パネル１０１の最も観察者側に配置される層であり、光の反射を防止する機能を有する。これにより、液晶パネル１０１の表面へのいわゆる写り込みを防止することができる。このようなＡＲ層は公知のものを用いることができる。
【００５８】
下偏光板１０５にも、ＰＶＡ層が含まれており、入射した光を直交する二つの偏光成分（例えばＰ波およびＳ波等）に分解し、一方の方向（透過軸と平行な方向）の偏光成分（例えば、Ｐ波）を透過させ、当該一方の方向に直交する他方の方向（吸収軸と平行な方向）の偏光成分（例えば、Ｓ波）を吸収する機能を有する。
【００５９】
液晶層１０６は、１対の硝子板間に液晶材料が封入されてなる。そして、画素を形成する単位セルが複数配置され、単位セル毎に、電界印加がなされ得るようになっており、電界印加された単位セル内の液晶分子の配向方向が変化する。面光源装置１１０側（すなわち入光側）に配置された下偏光板１０５を透過した特定方向の偏光成分（本実施形態においては、Ｐ波）は、電界印加された単位セルを通過する際にその偏光方向を９０°回転させ、その一方で、電界印加されていない単位セルを通過する際にその偏光方向を維持する。このため、単位セルへの電界印加の有無によって、下偏光板１０５を透過した特定方向の偏光成分（Ｐ波）が、下偏光板１０５の出光側に配置された上偏光板１０２のＰＶＡ層１０３（偏光子）をさらに透過するか、又は、ＰＶＡ層１０３で吸収されて遮断されるか、を制御することができる。
【００６０】
このようにして液晶パネル１０１では、面光源装置１１０からの光の透過又は遮断を単位セル（画素）毎に制御し、映像を表現することができるように構成されている。
【００６１】
次に面光源装置１１０について説明する。図１１には、図１０にＸＩ−ＸＩで示した線に沿った面光源装置１１０の断面図、図１２にはＸＩＩ−ＸＩＩで示した線に沿った断面図を示した。
面光源装置１１０は、液晶パネル１０１のうち、観察者側とは反対側に配置され、液晶パネル１０１に面状の光を出射する照明装置である。図１０〜図１２からわかるように、面光源装置１１０は、エッジライト型の面光源装置として構成され、導光板１１１と、光源１１５と、光学シート１２０と、反射シート１２５と、を有している。
【００６２】
導光板１１１は、図１０〜図１２からわかるように、基部１１２と、単位光学要素部１１３とを有している。基部１１２は、平板状の部材であり、透光性を有する主部１１２ａ内に光散乱材（光拡散性粒子）１１２ｂが分散されて構成されている。光散乱材１１２ｂは、主部１１２ａ内を進む光に対し、反射や屈折等によって、当該光の進路方向を変化させる作用を及ぼす。このような光散乱材１１２ｂの光拡散機能（光散乱機能）は、例えば、主部１１２ａをなす材料とは異なる屈折率を有した光散乱材１１２ｂを用いることにより可能となる。その他、光に対して反射作用を及ぼし得る材料であってもよい。
【００６３】
単位光学要素部１１３は、図１０〜図１２からわかるように、基部１１２の面のうち光学シート１２０側の面に形成される部位であり、複数の単位光学要素１１３ａが並列されている。単位光学要素１１３ａは、図１２に現れる断面を維持して紙面奥手前方向に延びる柱状の要素であり、その延在する方向は、単位光学要素１１３ａが配列される方向と直交する方向である。
【００６４】
図１３は図１２の単位光学要素１１３ａの部分に注目した拡大図を示した。図１３からわかるように、単位光学要素１１３ａは、基部１１２の一方の面上に底辺を有し、基部１１２から突出する凸状の三角柱形状である。図示の主切断面形状（単位光学要素の延在方向と直交する断面における形状）においては三角形形状を有している。本実施形態の単位光学要素１１３ａでは、底辺に対向する頂点が主切断面形状としては曲線状とされている。
【００６５】
また、単位光学要素１１３ａの当該主切断面形状は、次の条件Ａおよび条件Ｂのうちの少なくとも一方を満たすようになっていることが好ましい。
条件Ａ：主切断面三角形形状の頂角以外の角、すなわち、主切断面三角形形状の基部１１２上に位置する底角の角度θ１、θ２が、２５°以上４５°以下である。
条件Ｂ：単位光学要素１１３ａの底辺の長さＷａに対する、単位光学要素１１３ａの高さＨａの比（Ｈａ／Ｗａ）が、０．２以上０．５以下である。
条件Ａおよび条件Ｂの少なくとも一方が満たされる場合、後述するように、導光板１１１から出光する光のうち、単位光学要素１１３ａが配列される方向（図１２の紙面左右方向）に沿った成分について極めて効果的に集光作用が及ぼされる。
【００６６】
また、本実施形態では、単位光学要素１１３ａは図１２、図１３に現れる断面（単位光学要素１１３ａが配列される方向に沿った断面であるが、各単位光学要素１１３ａの主切断面にも合致する。）において、二等辺三角形としている。これによれば、正面方向輝度を効果的に上昇させること、および、単位光学要素１１３ａの配列方向に沿った面内での輝度の角度分布に対称性を付与することができる。従って、当該断面における断面三角形形状の二つの底角θ１、θ２は等しいことが好ましい。
【００６７】
なお、本件明細書における「三角形形状」とは、厳密な意味での三角形形状のみでなく、製造技術における限界や成型時の誤差等を含む略三角形形状を含むものであっても、本発明の奏するべき光学的機能と同等の機能を確保し得る範囲内であれば、「三角形形状」に包含される。また同様に、本明細書において用いる、その他の形状や幾何学的条件を特定する用語、例えば、「平行」、「直交」、「楕円」、「円」等の用語も、厳密な意味に縛られることなく、同様の光学的機能を期待し得る程度の誤差を含めて解釈することとする。
【００６８】
以上のような構成を有する導光板１１１の寸法は、一例として、以下のように設定され得る。まず、単位光学要素１１３ａの具体例として、導光板１１１の板面に沿った幅Ｗａ（図１３参照）を２０μｍ以上５００μｍ以下とすることができ、導光板１１１の板面への法線方向ｎｄに沿った単位光学要素１１３ａの高さＨａ（図１３参照）を４μｍ以上２５０μｍ以下とすることができる。また、単位光学要素１１３ａの断面形状が三角形形状からなる場合には、頂角θ３（図１３参照）の角度を９０°以上１２５°以下とすることができる。
一方、基部１１２の厚さは、０．５ｍｍ〜６ｍｍとすることができる。
【００６９】
以上のような構成からなる導光板１１１は、押し出し成型により、または、基材上に単位光学要素１１３ａを賦型することにより、製造することができる。導光板１１１の基部１１２の主部１１２ａ及び単位光学要素１１３ａをなす材料としては、種々の材料を使用することができる。ただし、表示装置に組み込まれる光学シート用の材料として広く使用され、優れた機械的特性、光学特性、安定性および加工性等を有するとともに安価に入手可能な材料、例えば、アクリル、スチレン、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、アクリロニトリル等の一以上を主成分とする透明樹脂や、エポキシ（メタ）アクリレートやウレタン（メタ）アクリレート系の反応性樹脂（電離放射線硬化型樹脂等）が好適に使用され得る。一方、光散乱材１１２ｂは、一例として、平均粒径が０．５μｍ〜１００μｍ程度であるシリカ（二酸化珪素）、アルミナ（酸化アルミニウム）、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、シリコーン樹脂等の透明物質からなる粒子を用いることができる。
【００７０】
なお、押し出し成型で製造された導光板１１１においては、基部１１２と、単位光学要素部１１３と、が一体的に形成され得る。また、押し出し成型によって導光板１１１を製造する場合、単位光学要素部１１３が、基部１１２の主部１１２ａをなす材料と同一の樹脂材料であってもよい。
【００７１】
図１０〜図１２に戻って、光源１１５について説明する。光源１１５は、導光板１１１の基部１１２の板状の対向する２組の側面のうち、単位光学要素１１３ａが延在する長手方向（延在方向）両端となる一組の側面のそれぞれに配置される。光源の種類は特に限定されるものではないが、線状の冷陰極管等の蛍光灯、点状のＬＥＤ（発光ダイオード）、又は白熱電球等の種々の態様で構成され得る。本実施形態では光源１１５は複数のＬＥＤにからなり、不図示の制御装置により各ＬＥＤの出力、すなわち、各ＬＥＤの点灯および消灯、及び／又は、各ＬＥＤの点灯時の明るさを、他のＬＥＤの出力から独立して調節し得るように構成されている。
【００７２】
次に光学シート１２０について説明する。図１０〜図１２からわかるように、光学シート１２０は、シート状に形成された本体部１２１と、本体部１２１の面のうち、導光板１１１に対向する面、つまり入光側面に設けられた単位プリズム部１２２と、を有している。
【００７３】
この光学シート１２０は、後述するように、入光側から入射した光の進行方向を変化させて出光側から出射させ、正面方向（出光面の法線方向）の輝度を集中的に向上させる機能（集光機能）を有している。この集光機能は、主として、光学シート１２０のうち、単位プリズム部１２２によって発揮される。
【００７４】
図１０〜図１２に示すように、本体部１２１は、単位プリズム部１２２を支持する平板状のシート状部材として機能する。そして、本体部１２１の面のうち、導光板１１１に対面する側とは反対側の面が出光側面となる。本実施形態において、本体部１２１の出光側面は、平坦（平ら）で平滑な面として形成されている。ただし、出光側面は平滑面であることに限定されることはなく、微小な凹凸が付された面（いわゆるマット面）であってもよく、必要に応じた表面形態を適用することが可能である。
【００７５】
単位プリズム部１２２は、図１０〜図１２によく表れているように、複数の単位プリズム１２２ａが本体部１２１の入光側面に沿って並べられるように配置されている。より具体的には、単位プリズム１２２ａは、当該並べられる方向に直交する方向に、図１１に示した所定の主切断面形状を維持して延びるように形成された柱状の部材である。その延在する方向は、単位プリズム１２２ａが並べられる方向に直交する方向である他、上記した導光板１１１の単位光学要素１１３ａが延びる方向に対して９０度ずれた方向である。従って、単位プリズム１２２ａの延在方向と単位光学要素１１３ａの延在方向とは表示装置を正面から見た場合に直交する。
【００７６】
また、単位プリズム１２２ａの長手方向は、正面から観察した場合に、液晶パネル１０１の下偏光板１０５の透過軸と交差している。好ましくは、光学シート１２０の単位プリズム１２２ａの長手方向は、液晶パネル１０１の下偏光板１０５の透過軸に対して、表示装置の表示面と平行な面（光学シート１２０の本体部１２１のシート面と平行な面）上で４５°より大きく１３５°より小さい角度で交差している。なお、ここでいう角度は、単位プリズム１２２ａの長手方向と下偏光板１０５の透過軸とによってなされる角度のうちの、小さい方の角度、すなわち、１８０°以下の角度のことを意味している。とりわけ、本実施形態においては、光学シート１２０の単位プリズム１２２ａの長手方向は、液晶パネル１０１の下偏光板１０５の透過軸に対して直交し、光学シート１２０の単位プリズム１２２ａが並べられる方向は、液晶パネル１０１の下偏光板１０５の透過軸と平行になっていることが好ましい。
【００７７】
次に単位プリズム１２２ａの配列方向の断面形状について説明する。図１４は、図１１のうち、光学シート１２０の一部を拡大した図である。ここでｎｄは本体部１２１のシート面の法線方向を表わしている。
【００７８】
図１４からわかるように、本実施形態では、単位プリズム１２２ａは、本体部１２１の導光板１１１側の面が突出した二等辺三角形の断面を有している。つまり、本体部１２１のシート面と平行な方向の単位プリズム１２２ａの幅は、本体部１２１の法線方向ｎｄに沿って本体部１２１から離れるにつれて小さくなる。
【００７９】
また、本実施形態では、単位プリズム１２２ａの外輪郭は、本体部１２１の法線方向ｎｄと平行な軸を対称軸として、線対称となっており、断面が二等辺三角形である。これにより、光学シート１２０の出光面における輝度は、単位プリズム１２２ａの配列方向に平行な面において、正面方向を中心として対称的な輝度の角度分布を有するようになる。
【００８０】
ここで、単位プリズム１２２ａの寸法は特に限定されるものではないが、頂角θ４は６０°〜７０°（図１４参照）、底辺幅Ｗは５０μｍ程度（図１４参照）とすることにより適切な集光特性を得ることができることが多い。
【００８１】
以上のような構成からなる光学シート１２０は、押し出し成型により、又は、基材上に単位プリズム１２２ａを賦型することにより製造することができる。光学シート１２０をなす材料としては、種々の材料を使用することができる。ただし、表示装置に組み込まれる光学シート用の材料として広く使用され、優れた機械的特性、光学特性、安定性および加工性等を有するとともに安価に入手可能な材料、例えば、アクリル、スチレン、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、アクリロニトリル等の一以上を主成分とする透明樹脂や、エポキシ（メタ）アクリレートやウレタン（メタ）アクリレート系の反応性樹脂（電離放射線硬化型樹脂等）が好適に使用され得る。
【００８２】
本実施形態では上記のように断面形状が三角形である単位プリズムについて説明したが、これに限定されるものでなく、当該三角形の頂点部が短い上底となる台形、頂点の１つが導光板１１１側に対峙した五角形であってもよい。また斜面の形状が折れ線状や曲線であってもよい。
【００８３】
図１０〜図１２に戻って、面光源装置１１０の反射シート１２５について説明する。反射シート１２５は、導光板１１１の裏面から出射した光を反射して、再び導光板１１１内に光を入射させるための部材である。反射シート１２５は、金属等の高い反射率を有する材料からなるシート、高い反射率を有する材料からなる薄膜（例えば金属薄膜）を表面層として含んだシート等のいわゆる鏡面反射を可能とするものを好ましく適用することができる。これにより、光の収束性を向上させることが可能となり、エネルギー利用効率をよくすることができる。
【００８４】
次に、以上のような構成を備える表示装置１００の作用について、光路例を示しつつ説明する。ただし当該光路例は光路を概念的に示すものであり、屈折や反射の程度を厳密に表したものでない。
【００８５】
まず、図１１に示すように、光源１１５で発光された光は、導光板１１１の側面の入光面を介して導光板１１１内に入射する。図１１には、一例として、光源１１５から導光板１１１に入射した光Ｌ２１、Ｌ２２の光路例が示されている。
【００８６】
図１１に示すように、導光板１１１へ入射した光Ｌ２１、Ｌ２２は、導光板１１１の単位光学要素部１１３の面及びその反対側の裏面において、空気との屈折率差による全反射を繰り返し、単位光学要素１１３ａの延在方向へ進んでいく。
【００８７】
ただし、導光板１１１の基部１１２のうち主部１１２ａには光散乱材１１２ｂが分散されている。このため、図１１に示すように、導光板１１１内を進む光Ｌ２１、Ｌ２２は、光散乱材１１２ｂによって進行方向を不規則に変更され、全反射臨界角未満の入射角度で単位光学要素部１１３及びその反対側の面に入射することもある。この場合、当該光は、導光板１１１の単位光学要素部１１３及びその反対側の面から出射し得る。
【００８８】
単位光学要素部１１３から出射した光Ｌ２１、Ｌ２２は、導光板１１１の出光側に配置された光学シート１２０へと向かう。一方、単位光学要素部１１３とは反対側である裏面から出射した光は、導光板１１１の背面に配置された反射シート１２５で反射され、再び導光板１１１内に入射して導光板１１１内を進むことになる（図示は省略）。
【００８９】
導光板１１１内を進行する光と、導光板１１１内に分散された光散乱材１１２ｂと、の衝突は、導光板１１１内の導光方向に沿った各区域において生じる。このため、導光板１１１内を進んでいる光は、少しずつ、出光面から出射するようになる。これにより、導光板１１１の単位光学要素部１１３から出射する光の導光方向に沿った光量分布を均一化させることができる。
【００９０】
とりわけ、図示する導光板１１１の単位光学要素部１１３は複数の単位光学要素１１３ａによって構成され、各単位光学要素１１３ａの断面形状は、三角形または三角形の頂角を面取りしてなる形状となっている。すなわち、単位光学要素１１３ａは、導光板１１１の裏面に対して傾斜面１１３ａａ、１１３ａｂを有して構成されている（図１３参照）。従って、単位光学要素１１３ａを介して導光板１１１から出射する光Ｌ２１、Ｌ２２は、例えば図１３に光Ｌ４１で示したように、導光板１１１から出射するときに屈折する。この屈折は、単位光学要素１１３ａの配列方向において、シート面法線ｎｄに近づく（法線ｎｄとのなす角が小さくなる）屈折である。このような作用により、単位光学要素部１１３は、導光方向と直交する方向に沿った光の成分について、透過光の進行方向を正面方向側に絞り込むことができる。すなわち、単位光学要素部１１３は、導光方向と直交する方向に沿った光の成分に対して、集光作用を及ぼすようになる。
【００９１】
上述したように、以下の条件Ａおよび条件Ｂの少なくとも一方が満たされる場合、単位光学要素部１１３は、導光板１１１から出光する光に対し、極めて効果的に上記の集光作用を及ぼすようになる（図１３参照）。
条件Ａ：主切断面三角形形状の頂角以外の角、すなわち、主切断面三角形形状の基部１１２上に位置する底角の角度θ１、θ２が、２５°以上４５°以下である。
条件Ｂ：単位光学要素１１３ａの幅Ｗａに対する、単位光学要素１１３ａの基部高さＨａの比（Ｈａ／Ｗａ）が、０．２以上０．５以下である。
【００９２】
以上のようにして、導光板１１１から出射する光の出射角度は、導光板１１１の単位光学要素１１３ａの配列方向と平行な面において、正面方向を中心とした狭い角度範囲内に絞り込まれる。
【００９３】
導光板１１１から出射した光は、その後、光学シート１２０へ入射する。光学シート１２０の単位プリズム１２２ａは、導光板１１１の単位光学要素１１３ａと同様に、単位プリズム１２２ａの入光面での屈折によって透過光に対して集光作用を及ぼす。ただし、光学シート１２０でその進行方向を変化させられる光は、光学シート１２０のうち、単位プリズム１２２ａの配列方向と平行な面内の成分であり、導光板１１１で集光させられた成分とは異なる。すなわち、図１４にＬ５１で示したように、単位プリズム１２２ａに入射した光は、単位プリズム１２２ａと空気との屈折率差に基づいてその界面で全反射する。そのとき、単位プリズム１２２ａの斜辺はシート面法線ｎｄに対してθ４／２傾いているので、界面における反射光は入射光よりも法線ｎｄに近付けられる角度となる。
【００９４】
つまり、導光板１１１は、導光板１１１の単位光学要素１１３ａの配列方向と平行な面において、光の進行方向を正面方向を中心とした狭い角度範囲内に絞り込むようになる。その一方で、光学シート１２０では、光学シート１２０の単位プリズム１２２ａの配列方向と平行な面において、光の進行方向を正面方向を中心とした狭い角度範囲内に絞り込むようになる。したがって、光学シート１２０での光学的作用によって、導光板１１１で上昇されられた正面方向輝度を害すことなく、さらに、正面方向輝度を上昇させることができる。
【００９５】
ここで、液晶パネル１０１の下偏光板１０５は、一方の偏光成分である例えばＰ波のみを選択的に透過させ、他方の偏光成分である例えばＳ波を吸収してしまう。したがって、単位プリズム１２２ａの配列方向と交差する単位光学要素１１３ａの配列方向に沿った成分が導光板１１１によって十分に正面方向に集光されているとの前提に立つと、正面方向からの観察において、光学シート１２０の単位プリズム１２２ａの長手方向が、液晶パネル１０１の下偏光板１０５の透過軸に対して、４５°より大きく１３５°より小さい角度で交差していることが好ましく、とりわけ、単位プリズム１２２ａの配列方向が、下偏光板１０５の透過軸と平行になっていることが好ましい。このような構成によれば、液晶パネル１０１での光源光の利用効率をさらに上昇させることができる。
【００９６】
光学シート１２０の単位プリズム１２２ａ、導光板１１１の単位光学要素１１３ａは、導光方向に直交する光の成分を集光させることに強く特化して断面形状を決定され得る。このように設計された面光源装置１１０によれば、光の利用効率を大幅に向上させることが可能となる。
【００９７】
さらに、光路について説明する。上記のように面光源装置１１０を出射した光は、液晶パネル１０１の下偏光板１０５に入射する。下偏光板１０５は、入射光のうち、一方の偏光成分を透過させ、その他の偏光成分を吸収する。下偏光板１０５を透過した光は、画素毎への電界印加の状態に応じて、選択的に上偏光板１０２のＰＶＡ層１０３を透過するようになる。このようにして、下偏光板１０５、液晶層１０６、上偏光板１０２のＰＶＡ層１０３により面光源装置１１０からの光を画素毎に選択的に透過させることにより、液晶表示装置１００の観察者が、映像を観察することができるようになる。
【００９８】
上述したように、面光源装置１１０の出光面における正面方向輝度は、導光板１１１による集光作用及び光学シート１２０による集光作用により、高められている。すなわち、本実施形態における液晶表示装置１００においては、導光板１１１の単位光学要素１１３ａおよび光学シート１２０の単位プリズム１２２ａによって光の進行方向を正面方向を中心とした狭い角度範囲内に変化させる機能（集光機能）による光源光の利用効率の改善によって、正面方向輝度を極めて効果的に上昇させることができる。そしてこれにより位相差フィルムが不要となる。
【００９９】
さらに、ＰＶＡ層１０３を透過した光は映像光として回折構造体１０に入射する。回折構造体１０は上記したように、該回折構造体１０の法線方向に略平行な光を所望の角度範囲に広げることが可能である。従って、回折構造体１０に入射した映像光は視野角が広げられるように観察者側に出射される（図１０のＬ６１参照）。
【０１００】
ここで、上記したように映像光は面光源装置１１０により集光されているので、このように集光された映像光をそのまま出射すると視野角が比較的狭い。これに対して、回折構造体１０により視野角を拡大することができる。また、その際には、光散乱材等の屈折を利用することにより視野角を拡大する場合に問題となっていた外光の後方散乱に起因するコントラスト低下や像の鮮明度が低下するいわゆる像ボケを防止することができる。
また、液晶表示装置１００では、回折構造体１０の光拡散特性により、観察者が画面を見る際には正面、水平面内、垂直面内の視野角で映像や画像を観察することができればよく、観察者にとって重要でない斜め方向面内の視野角に対して映像光の出射を抑制することができる。従って、不要な光の出射を抑制することができるので、光源からの光の利用効率を向上させることができる。
さらに、回折構造体１０の回折構造１０ａ（ホログラム形状１０ａ）を計算機ホログラムとすれば、光の拡散範囲等を所望のものに調整することができる。
【０１０１】
なお、ここで説明した液晶表示装置１００の構成は例示であり、本発明の趣旨に反しない限りは構成を変更することも可能である。例えば、ここでは回折構造体１０を適用した液晶表示装置１００を説明したが、回折構造体１０のかわりに、回折構造体２０を適用してもよい。また、上偏光板１０２では液晶層１０６側にＰＶＡ層１０３、その観察者側に回折構造体１０を配置したが、これとは逆に液晶層側に回折構造体１０を配置し、その観察者側にＰＶＡ層を設けても良い。
【０１０２】
また、回折構造体１０を用いたときにおいて、回折に起因する波長分散を考慮して、当該波長分散を打ち消すようなさらなる機能層を設けてもよい。また、さらに他の機能を有する層を設けることもできる。例えばＡＲ層の代わりに防眩機能を有する層（ＡＧ層）を配置してもよい。
【０１０３】
さらに、面光源装置についても、上記した面光源装置１１０に限られることなく、液晶パネルの法線方向に対して略平行な光を効率良く出射することができれば他の形態であってもよい。例えば、本実施形態の面光源装置１１０では、導光板１１１において基部１１２の光学シート１２０側に単位光学要素部１１３を配置した例を説明した。しかしながらこれに限定されることなく、単位光学要素部が基部の反射シート側に設けられたり、基部の光学シート側及び反射シート側の両面に設けられたり、又は単位光学要素部が配置されずに基部のみより形成されてたりする形態であってもよい。また、導光板を配置することなく、光源からの光を斜めに傾斜するように直接光学シートに出射する形態を採用することもできる。
【符号の説明】
【０１０４】
１０      回折構造体
１０ａ    ホログラム形状（回折構造）
１１      第一層
１２      第二層
２０      回折構造体
２２      第二層
２２ａ    主部
２２ｂ    光散乱材
１００    液晶表示装置
１０１    液晶パネル
１０２    上偏光板
１０３    ＰＶＡ層（偏光子）
１０４    反射防止層
１０５    下偏光板
１０６    液晶層
１１０    面光源装置
１１１    導光板
１１２    基部
１１２ａ  主部
１１２ｂ  光散乱材
１１３    単位光学要素部
１１３ａ  単位光学要素
１１５    光源
１２０    光学シート
１２１    本体部
１２２    単位プリズム部
１２２ａ  単位プリズム
１２５    反射シート
【図１】
0006046335.tif 000002
【図２】
0006046335.tif 000003
【図３】
0006046335.tif 000004
【図４】
0006046335.tif 000005
【図５】
0006046335.tif 000006
【図６】
0006046335.tif 000007
【図７】
0006046335.tif 000008
【図８】
0006046335.tif 000009
【図９】
0006046335.tif 000010
【図１０】
0006046335.tif 000011
【図１１】
0006046335.tif 000012
【図１２】
0006046335.tif 000013
【図１３】
0006046335.tif 000014
【図１４】
0006046335.tif 000015