JP3801509B2

JP3801509B2 - 多層光学フィルムを使用したライトガイド

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Publication number: JP3801509B2
Application number: JP2002015119A
Authority: JP
Inventors: エイ．ホワイトヘッド、ローン
Original assignee: ザ・ユニバーシティ・オブ・ブリティッシュ・コロンビア
Priority date: 1996-03-22
Filing date: 2002-01-24
Publication date: 2006-07-26
Anticipated expiration: 2017-02-26
Also published as: CN1157616C; WO1997036199A1; JPH11505039A; KR100328406B1; NO984321D0; USRE37594E1; DE69713747D1; DE69713747T2; JP3309992B2; NO984321L; JP2002250818A; EP0888566B1; KR20000004931A; CN1218556A; BR9708325A; EP0888566A1; CA2244185A1; CA2244185C; US5661839A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、拡散光の効率的かつ均一な照射を実現するうえで、非常に高い反射率を有する多層光学フィルムを使用したライトガイドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術において、光源から離れた1箇所以上の領域に光を制御照射するために光を伝送する機能を有する様々なライトガイドが進歩してきた。米国特許第４，７５０，７９８号にはこのような従来技術によるライトガイドの一例が示されている。
【０００３】
この従来技術によるライトガイドは非常に高い反射率を有する内面を備えており、ライトガイドの一端から入った光線はライトガイドの他端に進みながらライトガイドの内壁で反射する。照明用の多くの使用例においては、ライトガイドは光を制御して「漏らす」ように構成され、単位長さ当たりのライトガイドからの光の放射量は、ライトガイドの全長、あるいはライトガイドの個々の光放射部分の全長にわたって許容可能な程度に均一である。
【０００４】
従来技術により照明器具から光を抽出する効率的な手段も開発されている。米国特許第５，３３９，３８２号は従来技術を示す。
米国特許第４，９８４，１４４号（コブ（Ｃｏｂｂ，Ｊｒ）等）には、３Ｍ社（スリーエム・インコーポレイティッド）（３Ｍ，Ｉｎｃ）より「光学照明フィルム」（ＯｐｔｉｃａｌＬｉｇｈｔｉｎｇＦｉｌｍ）として製造番号２３００または２３０１にて市販されているプリズム状屈折光学照明フィルム（これより「プリズム光ガイド壁材料」と呼ぶ）が開示されている。こうした従来技術によるライトガイドの共通の目的は、点光源からの光を一定の面積の領域に拡散させ、この領域を効率的かつ一様に照射することにある。一般的に云えば、この目的はグレアを最小限に抑えながら光をガイドに沿って分配し、光がガイドから放射される効率を最大限に高めることにある。プリズムライトガイド壁材料から形成されたライトガイドは光を広い面積にわたって均一に散乱させて照射することが可能であり、照射のレベルと比較してグレアは低い。こうしたガイドは比較的容易にして安価に製造され、実用上の目的を果たしている。
【０００５】
従来技術によるこうしたライトガイドの一般的な構成においては、管状導波路は通常プリズムライトガイド壁材料から形成される。導波路内部には抽出機構が設けられている。光源から導波路に入る光線は、通常は壁材料によって内部で反射しながら導波路を伝播していく。しかし、抽出機構に入射した光線の内のあるものはプリズムライトガイド壁材料を透過して外に放射されるように反射する。しかし、こうした構成のライトガイドはガイドから拡散光を抽出するうえで比較的効率が悪い。これは光線は通常、ガイドの望ましい光の放射部分から放射される前にプリズムライトガイド壁材料の外側の反射カバーで何回も反射することによる。現在市販されている材料から形成されているライトガイドでは、こうした反射の1回毎に約５〜１０％の吸収損失が生じる。結果的には光の約２５％がガイドから放射される代りに吸収によって失われる。言い換えれば、プリズムライトガイド壁材料から形成された従来技術によるライトガイドの抽出効率は約７５％程度でしかない。
【０００６】
ヨーロッパ特許公開第３５５７２７Ａ２号は従来技術を示す。
プリズムライトガイド壁材料から形成されたライトガイドの抽出効率は、ガイドから光を抽出するための別の方法を用いることで向上させることが可能である。特にプリズムライトガイド壁材料の内部に抽出機構を設ける代りに、ガイドから光を抽出する部分の壁材料に多数の孔を形成するか、あるいはその部分の壁材料を改変する。こうした構成において、ライトガイドから放射される光線の放射の前の反射回数は減少し、全体的な抽出効率は高くなる。通常、抽出される光の内、吸収によって失われるものは約５％に過ぎず、抽出効率は約９５％であり、これは上述の例における７５％という値と比較して非常に好ましい。更なる利点として、幅の狭い高層建築物の照明を行う場合のように、ライトガイドから放射される光が高い指向性を有することが望ましい場合において、こうした指向性がこの抽出のための別方法を用いることにより容易に得られるという点がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
抽出のためのこの別方法は、上述のような利点にも関わらず、二つの理由により普及しなかった。第一に、この方法に基づいて構成されたライトガイドは一般的にあまり外観がよくないとみなされていることである。例えば光放射面において光強度の分布が不均一であり、位置によっては明るすぎるように見える。第二に、この別の抽出方法を使用したライトガイドの設計、製造がより困難である点である。こうした設計にもとづいて量産化が図られる場合には、高価なプリズムライトガイド壁材料のかなりの量が不可避的に破壊されるという繰り返し手順が行われる。こうした構成の製造は複雑なパターン化技術を必要とし、プリズムライトガイド壁材料の表面における抽出効果の最適分布が得られなければならない。
【０００８】
本発明は、新たに発見された多層光学フィルム材料の性質を利用して上記の課題を解決する。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、（ａ）多重層からなる光の非放射部分と、（ｂ）プリズムライトガイド壁材料からなる光の放射部分と、（ｃ）光の非放射部分の内側で光の放射部分に対して反対側に当たる位置に配置され、光をほぼ吸収しない光の散乱手段と、（ｄ）前記光の非放射部分を囲繞し、これに接着された不透明なカバーと、（ｅ）前記光の放射部分を保護する透明なカバーとをライトガイドの断面において含むライトガイドを提供する。前記多重層を構成するそれぞれの層が、隣接する層の屈折率とは異なる選択された屈折率を有し、多重層が全体として長軸方向において高い鏡面反射率を有する。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、（ａ）第１と第２の光をほぼ吸収しない高分子材料の層からなる光の非放射部分と、（ｂ）プリズムライトガイド壁材料からなる光の放射部分と、（ｃ）光の非放射部分の内側で光の放射部分に対して反対側に当たる位置に配置され、光をほぼ吸収しない光の散乱手段と、（ｄ）前記光の非放射部分を囲繞し、これに接着された不透明なカバーと、（ｅ）前記光の放射部分を保護する透明なカバーとをライトガイドの断面において含むライトガイドを提供する。前記第１及び第２の高分子材料は多重層が全体として長軸方向において高い反射率を有するようにその組成が異なるものである。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、（ａ）多重層からなる光の非放射部分と、（ｂ）プリズムライトガイド壁材料からなる光の放射部分と、（ｃ）光の非放射部分の内側で光の放射部分に対して反対側に当たる位置に配置され、光をほぼ吸収しない光の散乱手段と、（ｄ）前記光の非放射部分を囲繞し、これに接着された不透明なカバーと、（ｅ）前記光の放射部分を保護する透明なカバーとをライトガイドの断面において含むライトガイドを提供する。多重層を構成するそれぞれの層は、応力により生じる複屈折能を有し、多重層が層の１軸から２軸方向の範囲において複屈折能を有し、多重層全体としては、長軸方向において高い鏡面反射率を有する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図1は、プリズムライトガイド壁材料から形成された従来技術に基づく一般的なライトガイド１０の概略断面図である。上部の、通常は不透明な部分１２を備える外側のカバーと下部の透明な部分１４とがライトガイド１０の内部の構成要素を保護している。白色の反射フィルム１６が不透明なカバー部分１２のすぐ内側に配置され、反射フィルム１６が配置されていなければ不透明なカバー部分１２に入射することになる、ライトガイド１０を伝播する光を反射する。プリズムライトガイド壁材料から形成された管状導波路１８がフィルム１６の内側に配置され、光源（図示されていない）から照射された光をライトガイド１０の長軸に沿って案内する。白色の抽出フィルム２０が導波路１８内部の上部付近に設けられている。抽出フィルム２０上に入射する光線は抽出フィルム２０により散乱し、導波路１８を透過し、更に透明なカバー部分１４を透過して放射される。
【００１３】
一般的には、抽出フィルム２０の幅はライトガイド１０に沿った距離によって異なり、これにより導波路１８の内部の光の量がライトガイド１０に沿った距離によって大幅に変化するのに関わらず、ライトガイド１０に沿った光の放射量は比較的一様に保たれる。当業者によれば、光の望ましい均一な放射を得るうえで、特定のライトガイドに合わせて抽出フィルム２０の幅を変化させることは容易に実施することが可能である。
【００１４】
図１に示されたライトガイドの構成要素の大きさは、ライトガイド１０の望ましい長さ、光源の性質、望ましい光の放射パターンといった構成上の条件を満たすために用例によって大幅に異なりうる。ライトガイドの断面形状は円形である必要はなく、楕円や長方形などの様々な形状が広く用いられている。
【００１５】
以下に示す一般的な記述によりプリズムライトガイド壁材料から形成された全てのライトガイドが特徴づけられる。図1はこれを説明するためのものである。導波路１８の一端から入る光は、他端に向かって案内され、端部ミラー（図示されていない）において反射し、光源に向かう。光の大部分は、端部ミラーにおいて反射し光源に向けて戻る間に、抽出フィルム２０の散乱効果によりライトガイド１０から放射される。より詳しくは、個々の光線は抽出フィルム２０に入射するまで導波路１８により内部で反射を繰り返す。抽出フィルム２０に入射する光の大部分は導波路１８が透明である方向に散乱し、導波路１８を透過する。上に説明されたように、この種のライトガイドは、ライトガイド１０から放射されるまでに光線が白色反射フィルム１６で何度も反射を繰り返すことにより生じる吸収損失のために、光を抽出するうえでは比較的に非効率的である。
【００１６】
図２には上述の従来技術に基づく、プリズムライトガイド壁材料から形成されたライトガイドの抽出効率を向上させるための構成が示されている。ライトガイド１０における場合のように、ライトガイド２２（図2）は、上部の不透明部分２４と下部の透明部分２６とを備える外部保護カバーと、白色の反射フィルム２８と、プリズムライトガイド壁材料から形成された管状導波管３０とを有する。ライトガイド２２から光が抽出される導波管３０の部分には複数の光抽出孔３２が設けられている。ライトガイド２２から孔３２を通じて放射される光線は、通常放射されるまでの内部反射の回数が少なく、上に説明されたように、ライトガイド２２の抽出効率はライトガイド１０の抽出効率よりも高い。
多層光学フィルム
多層光学フィルムを備えたライトガイドの構成によって得られる利点の、当業者による理解を助けるためにここでそうした構成を有するフィルムを簡単に説明する。こうしたフィルムの長所、特徴及び製造方法が国際特許公開第９５／１７３０３号に開示されている。多層光学フィルムは、例えば非常に効率の高いミラー及び／または偏光子として有用である。以下に多層光学フィルムの性質と特徴を簡単に説明し、更に本発明に基づく多層光学フィルムを使用したライトガイドの実施例を説明する。
【００１７】
図3には多重層１００の内の2層が示され、それぞれの層の3次元の屈折率が示されている。それぞれの層の屈折率は、層１０２に対してはη₁X、η₁Y、η₁Z、層１０４に対してはη₂X、η₂Y、η₂Zとして示されている。2層のフィルム層のお互いに対する屈折率と、フィルム多重層の他の層に対する屈折率との間の関係により、任意の方位角方向から任意の入射角で入射する光に対する多重層の屈折能が決定される。国際特許公開第９５／１７３０３号に開示された原理及び構成に関する考察は、広範な条件及び応用において望ましい光学作用を有する多重層を構成するうえで適用することが可能である。多重層を構成する個々の層の屈折率は望ましい光学的性質を得るために調整することが可能である。
【００１８】
図４に示されるような本発明に基づく多層光学フィルムの構成例は、少なくとも2種類の材料AとBの層が交互に積層した構成を有する積層構造１００を備える。これらの材料の内少なくとも1種類の材料、例えば材料Aは、応力によって生じる複屈折能を有するため、この材料の屈折率はフィルムが延伸される方向へ延伸される工程により変化する。延伸の前段階においては両方の材料が同じ屈折率を有する場合もある。多重層を例えばX方向に延伸した場合、延伸方向における材料Aの屈折率は増大する。この1軸（1方向の）延伸により延伸方向における層の間の屈折率の差（ΔηX）が生じる。層の間の屈折率の差により、延伸方向によって定義される平面（X-Z平面）内に偏光した光は反射する。Y方向における延伸が無い場合、Y方向においては屈折率の差は生じず（ΔηY＝０）、Y-Z平面内に偏光した光は透過する。したがって１方向への延伸により多層反射偏光子が形成されたことになる。
【００１９】
フィルムが２軸延伸される場合、すなわちX方向とY方向の両方に延伸される場合には、両方の方向において屈折率の差が生じる。したがってX-Z平面とY-Z平面の両平面内に偏光した光が反射する。したがって2軸延伸多重層は鏡として作用する。多重層を1軸から2軸方向にかけて延伸する場合、偏光方向の異なる平面偏光した入射光線に対し一定の幅を持った反射率を有するフィルムが形成される。したがって多重層を、望ましい最終的な用途に応じて、反射偏光子、鏡、あるいは半透鏡として有用に構成することが可能である。
【００２０】
垂直な入射光に対する高い反射率と同時に、高い軸外反射率（ｏｆｆ−ａｘｉｓｒｅｆｌｅｃｔｉｖｉｔｙ）を得るうえで、Z方向における屈折率の差（ΔηZ）の関係が非常に重要であることが明らかにされた。理想的には、鏡と偏光子の両方において、Z方向における屈折率が一致する（ΔηZ＝０が成り立つ）ことにより高い角外反射率（ｏｆｆ−ａｎｇｌｅｒｅｆｌｅｃｔｉｖｉｔｙ）が（鏡の場合における偏光と偏光子の場合における反射偏光の両方に対して）得られる。しかし、Z方向における屈折率の完全な一致が可能ではない偏光子に対しては、Y方向の屈折率の差を調整して角外反射率を最大にすることも可能である。この場合、Y方向の屈折率の差の符号がZ方向の屈折率の差の符号に等しいことが望ましい。
【００２１】
本発明において使用される多層光学フィルムは入射光線に対して比較的低い吸収性を示すのと同時に、上記のように垂直な入射光線と（垂直）軸を外れた入射光線の両方に対して高い反射率を示す。本発明に基づいて構成された多層光学フィルムにおいてはブルースター角（層の任意の境界面において入射光線が全く反射されなくなる入射角）は非常に大きいかあるいは存在しない。これに対し、公知の多層高分子フィルムにおいては層の境界面におけるブルースター角は比較的小さく、光は透過しかつ／または好ましくない虹色が生じる。しかし本発明に基づく多層光学フィルムによれば、p偏向した光に対する反射率が入射角と共に減少するか、あるいは入射角とは独立しているか、あるいは入射角が垂線から遠ざかるのに伴って増大するような鏡や偏光子を構成することが可能である。その結果、広い帯域幅と広い角度にわたってｓ偏光した光とｐ偏光した光の両方に対して高い反射率を有する多重層が実現される。
【００２２】
図4を再び参照すると、多重層１００は数十、数百あるいは数千の層により構成することが可能であり、それぞれの層は多数の異なる材料の内の任意の材料により形成することが可能である。特定の多重層に使用される材料の選択を決定する特徴は多重層に望まれる光学的性能による。多重層には、多重層の層の数と同じだけの異なる材料を使用することが可能である。製造を容易にするうえで好ましい薄フィルム多重層は数種類の異なる材料のみを使用する。
【００２３】
示された好ましい多重層は屈折率の低いフィルムと高いフィルムとを組み合わせた層からなり、屈折率の低いフィルムと高いフィルムとの個々の組み合わせは全体として、多重層が反射するべき帯域の中心波長の１／２の光学的厚さを有する。こうしたフィルムの多重層は一般的に４分の１波長多重層（ｑｕａｒｔｅｒｗａｖｅｓｔａｃｋｓ）と呼ばれる。可視領域と近赤外領域の波長に対して使用される多層光学フィルムにおいては、４分の１波長多重層の構成により多重層の個々の層は平均の厚さが０．５ミクロン以下となっている。
【００２４】
反射フィルム（鏡）が必要とされる構成においては、それぞれの偏光の光の望ましい平均透過率と入射面は通常は反射フィルムの用途によって異なる。多層ミラーフィルムを製造する方法の一つに、屈折率の低い材料と高い材料の組み合わせの内、屈折率の高い方の材料として複屈折能を有する材料を使用した多重層を2軸延伸する方法がある。高効率の反射フィルムにおいては、可視光線のスペクトル領域（４００〜７００ｎｍ）の光が垂直に入射する場合、それぞれの延伸方向に沿った平均透過率は、好ましくは２０％未満（反射率８０％以上）、更に好ましくは１０％未満（反射率９０％以上）、更に好ましくは５％未満（反射率９５％以上）、更に好ましくは２％未満（反射率９８％以上）、更に好ましくは１％未満（反射率９９％以上）である。
【００２５】
更に、用途によっては非対称反射フィルムの使用が望ましい。この場合、例えば可視光線のスペクトル領域（４００〜７００ｎｍ）または可視光線のスペクトル領域と近赤外線のスペクトル領域とにわたった帯域（４００〜８５０ｎｍ）において一つの延伸方向に沿った平均透過率は好ましくは例えば５０％未満であることが好ましく、かつ別の延伸方向に沿った平均透過率は例えば２０％未満であることが好ましい。
【００２６】
多層光学フィルムはまた、反射偏光子として機能するように構成することも可能である。多層反射偏光子を製造する方法の一つとして、多重層を1軸延伸する方法がある。こうして得られる反射偏光子は、広い範囲の入射角において、偏光面が（延伸方向の）1軸に平行である光に対して高い反射率を有し、同時に偏光面が（延伸しない方向の）他の軸に平行である光に対しては反射率が低く、透過性が高い。それぞれのフィルムの3つの屈折率、ηＸ、ηＹ、ηＺを調整することにより、望ましい偏光能が得られる。
【００２７】
多くの使用例において、理想的な反射偏光子は、全ての入射角に対して１つの軸（いわゆる消光軸）の方向に高い反射率を有し、他の軸（いわゆる透過軸）の方向には反射性を全く有さない。偏光子の透過軸に関しては、用いられる帯域幅および角度の範囲にわたり、透過軸の方向に偏光した光の透過率が最大になることが一般的に望ましい。
【００２８】
可視光線のスペクトル領域（４００〜７００ｎｍで帯域幅３００ｎｍ）における、偏光子による垂直入射光の透過軸への平均透過率は、好ましくは少なくとも５０％、更に好ましくは少なくとも７０％、更に好ましくは少なくとも８５％、更に好ましくは少なくとも９０％である。４００〜７００ｎｍの領域で、法線に対して６０度の入射角（p偏光した光の場合には透過軸に対して）で入射する光の偏向子による平均透過率は好ましくは少なくとも５０％、更に好ましくは少なくとも７０％、更に好ましくは少なくとも８０％、更に好ましくは少なくとも９０％である。
【００２９】
可視光線のスペクトル領域（４００〜７００ｎｍで帯域幅３００ｎｍ）における、消光軸の方向に偏光した光が垂直入射する場合の多層反射偏光子による平均透過率は好ましくは５０％未満、更に好ましくは３０％未満、更に好ましくは１５％未満、更に好ましくは５％未満である。４００〜７００ｎｍの領域で、法線に対して６０度の入射角（p偏光した光の場合には透過軸に対して）で入射する消光軸の方向に偏向した光の偏向子による平均透過率は好ましくは５０％未満、更に好ましくは３０％未満、更に好ましくは１５％未満、更に好ましくは５％未満である。
【００３０】
使用例によっては、垂直以外の角度で入射する、偏光面が透過軸に平行であるｐ偏光した光に対して高い反射率を有することが好ましい場合もある。透過軸の方向に偏光した光の平均反射率は、法線から最低２０度の入射角で光が入射する場合に２０％より大きくなければならない。
【００３１】
更に、ここでは反射偏光フィルムと非対称反射フィルムとは別々に考察されているが、入射する光のほぼ全てを反射するために2個以上のこうしたフィルムを備えた構成も可能である（ただしフィルムは入射光を反射するうえでお互いに対して適切に配置されなければならない）ことは理解されるであろう。こうした構成は、多層光学フィルムが本発明に基づくバックライトシステムのリフレクターとして使用されている場合に特に望ましい。
【００３２】
透過軸の方向に反射能が生じる場合、垂直以外の角度で光が入射する場合における偏光子の効率は低下する可能性がある。透過軸に沿った反射率が波長によって異なる場合、透過光に色が現れる場合がある。この色を測定する方法の一つに、特定の波長領域において選択された角度における透過率の2乗平均（RMS）値を求める方法がある。CRMSとして表される、実効色率（％ RMS ｃｏｌｏｕｒ）は次式により求められる。すなわち、
【００３３】
【数１】

ただし、λ₁からλ₂までの積分範囲は波長領域または帯域幅であり、Ｔは透過軸の方向に沿った透過率であり、/Ｔは特定の波長領域における透過軸の方向に沿った透過率の平均値である。色の出現が低く抑えられた偏光子が望ましい用例においては、実効色率は、法線から少なくとも３０度の入射角、好ましくは法線から少なくとも４５度の入射角、更に好ましくは法線から少なくとも６０度の入射角で光が入射する場合に、１０％未満、好ましくは８％未満、更に好ましくは３．５％未満、更に好ましくは２％未満である。
【００３４】
反射偏光子において、特定の用途に応じた、透過軸の方向に沿った望ましい実効色率と、特定の帯域幅における消光軸の方向に沿った望ましい反射率とが組み合わされることが好ましい。可視領域（４００〜７００ｎｍまたは帯域幅３００ｎｍ）に帯域幅がある偏光子において、垂直入射の場合の消光軸に沿った平均透過率は好ましくは４０％未満、更に好ましくは２５％未満、更に好ましくは２５％未満、更に好ましくは１５％未満、更に好ましくは５％未満、更に好ましくは５％未満、更に好ましくは３％未満である。
材料の選定と加工
上述の国際特許公開第９５／１７３０３号に記載された構成に関する考察に基づけば、望ましい屈折率の関係を得るために選択された条件の下で加工が行われる場合、本発明に基づく多層反射フィルムまたは偏光子を形成するうえで広範な材料の使用が可能であることは当業者により了解されるであろう。望ましい屈折率の関係は様々な方法により実現することが可能である。こうした方法としては、フィルムの生成時、または生成後に延伸を行う方法（例として有機高分子材料の場合）、押し出し加工（例として液晶材料の場合）、またはコーティングなどがある。更に、2種類の材料は流動学的に似た性質（例えば溶融時の粘度）を有することが好ましく、これにより2種類の材料は共に押し出される。材料の選定及び加工条件に関する説明は上記の国際特許公開第９５／１７３０３号に記載されている。
多層光学フィルムを有するライトガイド
現在市販されているプリズムライトガイド壁材料は、材料の許容角度範囲内の角度で入射する光線に対して約９８％の反射率を有し、この角度範囲以外の角度で入射する光線に対しては透過率は非常に高くなる。これに対し、多層光学フィルム材料は、現在市販されているプリズムライトガイド壁材料の最も反射率の高いものよりも高い反射率を有し、任意の入射角においてこうした高い反射率が維持されるように形成することが可能である。したがって多層光学フィルムは、導波路から光が放射される必要がない場合、光をある場所から別の場所に案内するための管状導波路を構成するうえでプリズムライトガイド壁材料の代替材料として適当である。
【００３５】
多層光学フィルムはまた、光が効率的に抽出されるライトガイドを構成するうえで使用することも可能である。図５には本発明の一つの可能な実施例に基づく多層光学フィルムを備えたライトガイドが示されている。まず図５に基づいて考察する。ライトガイド３４は、図２の構成におけるプリズムライトガイド壁材料から形成された導波路３０が、多層光学フィルムから形成された管状導波路３６に置き換わっている点を除けば図２に示されたライトガイド２２と同様な構成である。反射率の高い多層光学フィルム３６を透過して不透明なカバー部分３８に向かう光は事実上存在しないため、白色の反射フィルム２８はライトガイド３４においては必要ではない。多層光学フィルムから形成された導波路３６の透明なカバー４１を通じて光が抽出される部分において光抽出孔４０が形成されている。
【００３６】
ライトガイド３４は高い抽出効率を有するが、ライトガイド２２における基本的な問題点の幾つかはライトガイド３４にも共通している。特に抽出孔４０がライトガイド３４の外観を損ねるという点がある。必要とされる大きさ及び／またはパターン（大きさやパターンはライトガイド３４に沿った距離により変化し、その変化はライトガイドのそれぞれの設計に固有である）を有する抽出孔４０を設計、加工することは困難である。図２に示された構成を用いたこれまでの経験に基づけば図５に示された構成も成功しているとはいえない。
【００３７】
図６には本発明の別の（そして好ましい）一実施例に基づく多層光学フィルムを使用したライトガイド４２が示されている。ここで図６に基づき考察する。ライトガイド４２は、プリズムライトガイド壁材料から形成された導波路１８がハイブリッド管状導波路４４に置き換わっている点を除けば図１に示されたライトガイド１０と同様な構成である。ハイブリッド管状導波路４４は、不透明なカバー部分４６に隣接した部分において多層光学フィルムから形成され、透明なカバー部分５０に隣接した部分においてはプリズムライトガイド壁材料から形成されている。白色の抽出フィルム５２が導波路４４の内部上方付近に配置され、プリズムライトガイド壁材料４８により、入射光線がライトガイド４２内部に反射するような角度の範囲の外側の角度でプリズムライトガイド壁材料４８に向けて光線が散乱する。この散乱光はプリズムライトガイド壁材料４８を透過し更に透明なカバー部分５０を透過して放射される。非常に反射率の高い多層光学フィルム４４を透過して不透明なカバー部分４６に向かう光は事実上存在しないため、ライトガイド４２において白色反射フィルムは必要ではない。
【００３８】
ライトガイド４２はライトガイド１０の長所の全てを兼ね備え、更に抽出効率の低下の問題を大幅に緩和している。これは多層光学フィルム４４によってライトガイド４２に沿って反射する光の吸収損失が非常に小さいことによる。更なる利点として多層光学フィルム４４は不透明なカバー部分４６に対して接着することが可能な点がある。例えば、多層光学フィルム４４をの薄板状の金属基板に接着し、これを望ましいライトガイドの形状に形成することが可能である。この場合金属薄板は不透明なカバー部分４６を構成する。
【００３９】
多層光学フィルム技術のこうした使用における更なる利点として、多層光学フィルム４４の高い反射率によりライトガイド４２の最大側面比率が若干増大することがある。更に、多層光学フィルム４４の許容角度範囲が広いことにより光源の照準を合わせる精度はそれほど重要ではなくなる。
【００４０】
本発明に基づくライトガイドを使用した多層光学フィルムの重要な性質として、多層光学フィルムが長軸方向の鏡面反射能を有するリフレクターとして機能する点がある。ここで云うところの「長軸方向の鏡面反射能を有するリフレクター」とは入射光線と反射光線の単位方向ベクトルのZ成分がほぼ同じになるような材料のことである。ここにZ方向は材料の表面に平行であり、ライトガイドの長手方向である。
【００４１】
当業者によれば、長軸方向の鏡面反射能を有するリフレクターは必ずしも鏡面反射能を有するとは限らないが、鏡面反射能を有するリフレクターは必ず長軸方向の鏡面反射能を有することは理解されよう。鏡面反射能は持たないが長軸方向の鏡面反射能を有するリフレクターを使用することにより、光線がライトガイドを伝播していく際に光線の横方向の動きに対して横方向の散乱や他の変化が生じるという利点が得られる場合があるためこの区別は重要である。鏡面反射能を有するリフレクターは、入射光の、リフレクターの表面に対して垂直な単位方向ベクトルのみを逆向きに変化させることにより光線を反射し、入射光線の他の単位方向ベクトルは変化しない。長軸方向の鏡面反射能を有する材料による反射に際しては、反射材料の表面に平行な入射光線の単位方向ベクトルだけが変化せず、入射光線の他の単位方向ベクトルは散乱している可能性がある。
改良された光抽出材料
抽出フィルム２０、５２を形成する最新の材料は材料に対して入射する光の約５〜１０％を吸収する。特に光が最初に抽出フィルムにより散乱する場合吸収損失が生じ、この散乱光が直ちにライトガイドから放射されずにライトガイドの内部に反射し、再び抽出フィルムにより散乱する場合に更なる吸収損失が生じる。この更なる吸収損失の影響は、光源からの距離が遠くなるにつれ抽出フィルムの幅が非常に大きく形成されなくてはならないため顕著となる。
【００４２】
この問題は以前より存在したが、ライトガイドの全体的な効率に与える影響はそれほど大きくなく、ライトガイド自体を形成するうえで使用されるプリズムライトガイド壁材料による吸収損失が重要視されていたため、これまでのところ熱心に解決策は検討されてこなかった。しかし反射率の高い多層光学技術の導入に伴って、この問題は更に顕在化してきた。
【００４３】
抽出フィルム５２を形成するうえで、現在市販されている材料の最も高い品質のもの（吸収率約５％）を使用した場合、ライトガイド４２の抽出効率は約８５％である。抽出フィルム５２の反射率が９９．５％である場合、抽出効率は９５％にまで向上する。すなわち、非常に効率の高い抽出フィルムを多層光学フィルム技術と併せて使用することによりライトガイド１０（図１）の外観の良さとライトガイド２２（図２）の効率の高さを組み合わせることが可能である。
【００４４】
抽出フィルム５２は、反射率の高い多層光学フィルム４４の内面に対して取り付けることが可能であるため、それ自体が高い反射率を有する必要はない。抽出フィルム５２は入射光を散乱させることが可能でありさえすればよく、これは一定のキメの細かさを有する空気と高分子材料の境界面により実現される。高分子材料と取り付け用接着剤の吸収率が非常に低いことが必要十分条件である。抽出フィルム５２を形成するうえで使用される材料はまた、扱いが容易であり、手や電子切断装置を使用して容易に切断できることが望ましい。
【００４５】
一般的にはライトガイド４２の断面はライトガイドに沿ってほぼ一定である。ライトガイド４２の長さに沿って光は減少するため、抽出フィルム５２はライトガイド４２の光源からの距離が大きくなるほど幅が広くなるようにテーパーがつけられている。別手段または追加手段としてライトガイドの断面積自体にライトガイドに沿った距離に応じてテーパーをつけることも可能である。
【００４６】
本発明の重要な特徴にライトガイド４２が純反射率の高い光学空洞を備える点がある。特に光線がライトガイドの光放射部分に向けて入射する場合、光線の大部分が再放射される。これは従来のライトガイドの構成と比較した場合明らかな相違点である。この特徴は特殊なフィルムレンズ５４を光放射カバー部分５０の外側に配置して放射光を好ましく分配することにより利点とすることが可能である。レンズ５４の光吸収特性は低いことが好ましく、その光透過特性は波長、偏光、角度、あるいはこれらの組み合わせに応じて変化することが好ましい。この構成により反射光はライトガイド４２によって再利用され、従来技術によるライトガイドに見られるように吸収により失われる代りに再使用される。
【００４７】
上記の開示により当業者にとって明らかであるが、本発明の実施に際しその精神と範囲から逸脱することなく多くの変更、修正が可能である。したがって本発明の範囲は以下の請求項により定義される実体に基づいて解釈されなければならない。
【００４８】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、拡散光の効率的かつ均一な照射を実現するうえで、非常に高い反射率を有する多層光学フィルムを使用したライトガイドを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】プリズムライトガイド壁材料から形成され、光抽出機構を備える従来技術に基づくライトガイドの概略断面図。
【図２】プリズムライトガイド壁材料から形成され、壁材料の光が抽出される部分に多数の孔が形成された従来技術に基づくライトガイドの概略断面図。
【図３】多層光学フィルム材料の2層を拡大したものの概略斜視図。
【図４】少なくとも2種類の異なる材料の層を交互に重ねて形成された多層光学フィルム材料の複数の層を拡大したものの概略斜視図。
【図５】本発明に基づく多層光学フィルム材料から形成されたライトガイドの概略断面図。
【図６】本発明に基づく多層光学フィルム材料から形成された別のライトガイドの概略断面図。
【符号の説明】
４２…ライトガイド、４４…光の非放射部分、４８…光の放射部分。

Claims

（ａ）多重層からなる光の非放射部分と、前記多重層を構成するそれぞれの層が、隣接する層の屈折率とは異なる選択された屈折率を有し、多重層が全体として長軸方向において高い鏡面反射率を有することと、
（ｂ）プリズムライトガイド壁材料からなる光の放射部分と、
（ｃ）光の非放射部分の内側で光の放射部分に対して反対側に当たる位置に配置され、光をほぼ吸収しない光の散乱手段と、
（ｄ）前記光の非放射部分を囲繞し、これに接着された不透明なカバーと、
（ｅ）前記光の放射部分を保護する透明なカバーと
をライトガイドの断面において含むライトガイド。
（ａ）第１と第２の光をほぼ吸収しない高分子材料の層からなる光の非放射部分と、前記第１及び第２の高分子材料は多重層が全体として長軸方向において高い反射率を有するようにその組成が異なることと、
（ｂ）プリズムライトガイド壁材料からなる光の放射部分と、
（ｃ）光の非放射部分の内側で光の放射部分に対して反対側に当たる位置に配置され、光をほぼ吸収しない光の散乱手段と、
（ｄ）前記光の非放射部分を囲繞し、これに接着された不透明なカバーと、
（ｅ）前記光の放射部分を保護する透明なカバーと
をライトガイドの断面において含むライトガイド。
（ａ）多重層からなる光の非放射部分と、多重層を構成するそれぞれの層が、応力により生じる複屈折能を有し、多重層が層の１軸から２軸方向の範囲において複屈折能を有し、多重層全体としては、長軸方向において高い鏡面反射率を有することと、
（ｂ）プリズムライトガイド壁材料からなる光の放射部分と、
（ｃ）光の非放射部分の内側で光の放射部分に対して反対側に当たる位置に配置され、光をほぼ吸収しない光の散乱手段と、
（ｄ）前記光の非放射部分を囲繞し、これに接着された不透明なカバーと、
（ｅ）前記光の放射部分を保護する透明なカバーと
をライトガイドの断面において含むライトガイド。