JP2002535690A - 光拡散に適した光学シート - Google Patents

光拡散に適した光学シート

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JP2002535690A
JP2002535690A JP2000593970A JP2000593970A JP2002535690A JP 2002535690 A JP2002535690 A JP 2002535690A JP 2000593970 A JP2000593970 A JP 2000593970A JP 2000593970 A JP2000593970 A JP 2000593970A JP 2002535690 A JP2002535690 A JP 2002535690A
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prisms
sheet
optical sheet
prism
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JP2000593970A
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マイケル・シー・リー
チャールズ・エイ・マーティラ
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ミネソタ マイニング アンド マニュファクチャリング カンパニー
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Abstract

(57)【要約】 光を拡散させるための光学シート（２５）は、実質的に平滑な表面（２７）とプリズム（３０，３１）を有する構造面（２８）とを有する。拡散される光のビームは、平滑面からフィルムを通って偏光する。プリズム（屈折プリズムと呼ぶ）のいくつかは垂直に入射した光をプリズムのファセットで屈折することのみによってフィルムを離れる光として偏光させる一方、他のもの（反射プリズムと呼ぶ）は垂直に入射した光を内部の総内部反射によって光がフィルムを離れる前に偏光する。複数の反射プリズム（３０）は垂直に入射した光を異なった角度で透過するために選択され、複数の屈折プリズム（３１）は垂直に入射する光を異なった角度で偏光するために選択され、好ましくはそれらは規則性なく配置され、連続する反射プリズムは少なくとも１つの屈折プリズムによって分離される。他の実施形態においては、構造面は、垂直に入射した光を異なった角度で透過するために選択された複数の反射プリズムの規則性のない配置を構成しており、又は垂直に入射した光を異なった角度で透過するために選択された複数の屈折プリズムの規則性のない配置を構成している。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は、光を拡散するときに用いるのに適した光学シート、例えばフィルム
などに関する。
【０００２】 人工的又は自然な光を用いて照明される領域について、いかに光を十分にかつ
むらなく照明するかについては頻繁に直面する問題である。例えば、照明される
領域が建物内の床領域であるような場合、通常、建物の使用者が光源からのまぶ
しさの問題を生ぜず使用できるいくつかの場所に、他よりも明るくならないよう
に床領域を分割する。
【０００３】 透明材料のシートで形成される簡単な拡散体はしばしば光を拡散するために用
いられる、がそれらは高価ではないものの、光を効率よく透過せず、必要な場所
を直接照らすように制御することができない。
【０００４】 米国特許ＵＳ−Ａ−５ ５５１ ０４２は、自然の太陽光を建物の屋内の照明
としてうまく利用するために天窓又は屋根窓に用いる光学フィルムを開示してい
る。このフィルムは、太陽光に向けて窓に構造面（複数の凹のフレネルレンズを
形成する）を持たせるように配置され、建物の床領域の幾分むらのないまぶしさ
を抑えた照明を実現させるものである。
【０００５】 太陽光を分散させるためのプリズムレンズプレートの他の構造については、米
国特許ＵＳ−Ａ−２８ ０１９，５８６ ２２０，７２０ ３８６及び８１８
２０８に開示されている。
【０００６】 構造フィルム及びシート材料は、人工光源からの光を分散させるために照明機
器へ使用することが開示されている。例えば、米国特許ＵＡ−Ａ−５ １５０
９６６，５ ０２９ ０６０及び４ ７５５ ９２１には光束中にカタディオプ
トリックフレネルレンズを用いる旨が開示されており、それぞれの場合にレンズ
は透明な材料で構成されたレンズはプリズム構造を構成する構造面を有している
。ＵＡ−Ａ−１ ６１２ ８０４及びＧＢ−４−７６２ ７６９は、光源から離
れた表面に、光をある方向に分散させるための複数のプリズムを備えた、屈折体
を備えた照明機器を開示している。
【０００７】 例えば、パーソナルコンピューターや計算機などに用いられる液晶ディスプレ
イのバックライト光学ディスプレイの分野では、ディスプレイからほぼ垂直に出
射する光の量を増加させて見せるようにディスプレイを通過する光の通路を切り
替えるために構造された光学シート材料を用いることはよく知られている。この
目的に用いられるシート材料の例としてはＵＡ−Ａ−５ ４６７ ２０８及び５
７７１ ３２８に開示されている。
【０００８】 本発明は、自然光及び人工光にも適用でき制御された方法で光を分散させる問
題に関連し、後者の場合には通常の白熱灯や蛍光灯の光源だけでなく、さらに発
光ダイオード（ＬＥＤｓ）などの最近発達してきた光源にも使用できるものであ
る。
【０００９】 本発明は、シートの第１面は、プリズムが配列し、シートの第２面が実質的平
滑面である場合に第２面を通ってフィルムに入射し前記プリズムの配列を通過し
て離れる垂直に入射する光のビームが後者によって拡散するように構成された構
造面である、光を拡散するために適した光学シートであって、 （ａ）垂直に入射した光を異なった角度で偏光するために選択された複数の反射
プリズムと、垂直に入射した光を異なった角度で偏光するために選択され、連続
した反射プリズムを少なくとも１つの屈折プリズムによって分離する複数の屈折
プリズム、又は （ｂ）垂直に入射した光を異なった角度で偏光するために選択された規則性なく
配列された複数の反射プリズム、又は （ｃ）垂直に入射した光を異なった角度で偏光するために選択された規則性なく
配列された複数の屈折プリズムを備え、 それぞれの屈折プリズムは、プリズムのファセットによる屈折によって第１面
を通ってフィルムを離れる光として垂直に入射する光のみを偏光し、それぞれの
反射プリズムは、プリズム内の総内部反射によって第１面を通ってフィルムを離
れる前に垂直に入射する光を偏光する、光学シートを提供する。
【００１０】 本発明は、さらに、シートの第１面は、プリズムが配列した構造面であり、シ
ートの第２面が実質的平滑であり、第２面を通ってフィルムに入射しプリズムの
配列を通過して離れる直角に入射する光のビーム光が後者によって拡散する、光
を拡散するために適した光学シートであって、 前記配列は、垂直に入射する光を異なった角度に偏光するために選択された、
規則性なく配置された複数の反射プリズムと、連続する反射プリズムが少なくと
も１つの屈折プリズムで分離されており、 それぞれの屈折プリズムはプリズムのファセットによる屈折によって第１面を
通ってフィルムを離れる光として垂直に入射する光のみを偏光し、それぞれの反
射プリズムは、プリズム内の総内部反射によって第１面を通ってフィルムを離れ
る前に垂直に入射する光を偏光する、光学シートを提供する。
【００１１】 典型的には、本発明の光学シートの構造面は垂直に入射する光を特定の角度で
偏光するために選択された反射及び／又は屈折プリズムを備えている。
【００１２】 「光」の語句は、電気磁気学的スペクトルの紫外線、可視光線及び／又は赤外
線の範囲における電気磁気的な放射にもあてはまる。
【００１３】 「プリズム」の語句は、ここでは通常、２つの端部が等しく平行な直線の形態
であり、側方が平行四辺形である構造のものもあてはまる。そのもっともシンプ
ルな場合、プリズムは３角形の断面を有する。しかしながら、ここでの使用に際
しては、３側以上の断面を持つものまで拡大され、また、限られた場合には、い
くつかの側が曲面で形成されている複数の断面を有する構造も含まれる。屈折プ
リズムの場合には頂角が１８０゜の三角形状プリズム（プリズムがないに等しい
）の限られた場合をも含んで用いられる。
【００１４】 ここでは、「規則性なく」の語句は、光を異なった角度で偏光するための複数
のプリズムを用いたとき、プリズムの配列に何らかの規則又はパターンが識別で
きないことを意味する。
【００１５】 例としてのみ用いられる本発明の実施の形態について、添付する図面を引用し
て説明する。
【００１６】 図１は光を偏光させるために用いられる光学シート１を示している。シートは
ほぼ平滑な表面２と図の平面に対して垂直に平行に伸びる複数の同一のプリズム
４を備えた構造面３を有している。プリズム４は屈折プリズム（もしくはＴセル
）として作用し、図１には２つのみが示されている。入射光５は平滑表面２を通
ってシート１に入射し、通常はその後Ｔセル４によって屈折され、結果としてシ
ート１を出る際には角度的に偏光する。
【００１７】 この種類のプリズムは透過光を効果的に小さな偏光角（又は出射角）（０から
３０゜の範囲）をもたせるために効果的な構造をしている。出射角は光５、通常
は平滑面２に入射した光５が光学シートによって偏光された角度θである。プリ
ズム４は等しく対称的な三角形断面をしているので、それらは一方又は通常平滑
面２に対して同じ角度を通じて偏光する。光は平滑面２方向に逆反射し構造面３
を通じて出射しないため、プリズム４のファセットから内部反射した３０゜より
大きい出射角は、シート１の効果的な透過が減少する。
【００１８】 図２は偏光に用いられる光学シート６の第２例を示している。このケースはシ
ートは実質的な平滑面７と図の平面に対して垂直に平行に伸びる複数の同一のプ
リズム８を備えた構造面を備えている。プリズム８は反射プリズム（又はＲセル
）として作用し、図２には２つのみ示されている。Ｒセル８は出射角ψを５から
９０゜の範囲で達成することができ、特に２０゜以上の出射角を達成するために適
している。それぞれのプリズム８はファセット９とファセット１０を備えている
。通常平滑面７から入射した光はファセット９，１０の１つにあたるまでは偏光
されることなくシート６を通過し、総内部反射によって出射光１２は偏光され、
反対側のファセット１０，９を通って出射する。プリズム８は等しく対称的な三
角形断面をしているので、すべて一方又は通常平滑面７に対して同じ角度を持っ
て偏光する。図２に示すＲセル配置にはいくつかの不利益も存在する。特に、垂
直で平行な入射光と６０゜以上の出射角、すなわち１のＲセルを通ってシートを
出射する光１２の部分は、隣接したＲセルによってさえぎられシート６の効果的
な透過を減少させる。問題は図３に示すように、１のプリズムのファセットの低
い部分にあたる光１１が、ファセット１０を通過してシートから出射した後で、
隣接したプリズムにさえぎられることである。もし、入射光１１が平行でなく又
は垂直にシートに入射しない場合は、効果はさらに低い出射角においても現れる
。
【００１９】 図４は図３と同じであるが、Ｔセル１３が２つのＲセル１４の間に位置してい
る状態を示している。Ｔセル１３の存在によりＲセル１４がより離れて位置して
いるので、Ｒセルのファセット１６の低い部分にあたった光１５は、他のファセ
ット１７を通って出射し、隣接するＲセル１４によってさえぎられることがない
。図４のＴセルに３０゜より小さい出射角θを与えるように選択することにより
、このタイプの構造１３，１４をそなえたシートは比較的効果的に伝送すること
ができる。Ｔセル１３に入射した光は、角度θをもって偏光され、Ｒセル１４に
入射した光はより大きい角度ψを持って偏光される。
【００２０】 一般的に、平行な光束は図１、２及び４に示したいずれのシートの平滑面に垂
直に入射したとき、構造面上のそれぞれのプリズムはプリズムのファセットの角
度によって決定される角度（例えば、図２においてはプリズムファセット９，１
０の傾きによる）に置ける２つの出力光となる。シートを横切るファセットの角
度が異なるプリズムを配列したこの構造表面を用いることにより、異なる角度を
持った出力光が混合する。言い換えれば、シートからの現れる光の角度的分布は
プリズムの配列におけるファセットの角度の変化によって容易に予測することが
できる。したがって、シートから出射する光の特定角度分布をなすためのシート
の構造面における必要なファセットのスペクトルを決定することができる。数学
的に導くことができるスペクトルをあわせるためのＴセル及び／又はＲセルのセ
ットは、この場合特別の条件を有すると考えられる（すなわち、シートの材料の
反射率及び入射光の入射角などのファクターなど）。もし、入射ビームが平行で
あり、垂直にシートの平滑面に入射し、ほんの狭い広がり（６０゜未満）の出射
光が必要とされるのであれば（シートの平滑面に対してどちらかの方向に約３０
゜の偏光することに相当する。）、必要な出射光の角度分布はシートの構造面の
Ｔセル又はＲセルのみをもちいて達成することができる。Ｒセル及びＴセルの混
合も用いることができる。もし、ほんの約１２０゜の角度を持ったビームの広が
りを必要とするのであれば（シートの平滑面に対してどちらかの方向に約６０゜
の偏光することに相当する。）、必要な出射光の角度分布はシートの構造面のＲ
セルのみをもちいて達成することができるが、Ｒセル及びＴセルの混合も用いる
ことができる。さらに、もし入射ビームが平行でなく、シートに垂直に入射しな
い場合、又は広い角度を持った拡散を必要とするのであれば、一般的にＲセルと
Ｔセルの混合が必要不可欠である（図４に示したようにＴセルはＲセルと離して
用いられる）。この場合、小さい角度の光の拡散はＴセルに影響し、大きい角度
の光の拡散はＲセルによる。セルのセットが必要であるとき、後述するように、
それらを異なる方法でシートの表面を配列させることができる。
【００２１】 本発明のシートの構造面に用いられる、セルが１種類のみ（すなわち、Ｔセル
又はＲセルのみ）のもっともシンプルな場合は、プリズムはファセット角度の必
要なスペクトルをシートの表面に規則性なく配置されることで達成される（が、
配列自身が必要なシート領域に必要な頻度で繰り返され、又は他のプリズムの配
列と組み合わされて用いられる）。異なった角度で偏光する規則性のないプリズ
ムの配列を用いることによって、シートを通過する光の焦点はさだまらない。；
光が太陽光である場合は特に重要であるが、太陽光の焦点は安全性（特に火災）
の危険の要素となるホットスポットを発生させる。光源の反対側からシートを見
ている観察者（すなわち、シートの構造面側の観察者）の観点からは、プリズム
の規則性のない配列はまぶしさを減少させるのにも役立つ。
【００２２】 図５は、拡大した状態のこのタイプのシート２０の光の拡散を示している。シ
ートは平滑面２１と複数の反射プリズム（２４ａ，２４ｂ，２４ｃ）を配列した
構造面２２を有し、プリズムはシートから出射する光を特定の角度分布とするた
めに選択された異なった角度で光を偏光させる（破線は光線を示す。）。配列２
３のプリズム２４はシート２０に規則性なく配列している。図５は、特定の製造
プロセスで、間にはすべて同じ深さのくぼみを有し同じ高さのプリズム２４を最
適に備えたシート２０を示している。したがって、プリズム２４は異なった幅を
持たなければならず、ファセット角度は異なっていることが必要とされる。しか
しながら、他の製造プロセスによってシートに配列されたプリズム２４が異なっ
た高さ及び／又は異なった深さの間のくぼみを有する場合には必要不可欠ではな
い。いくつかの場合には、連続するプリズム２４は、たとえば、同一の屈折プリ
ズムなどにより互いに隙間を設けられてもよい。必要に応じてシートの必要な領
域にのみ、配列２３をシート上に連続して設けてもよい。あるいは、配列２３を
他の種類のプリズムの配列と組み合わせてもよい。
【００２３】 本発明のシートの構造面にＴセルとＲセルの混合を使用した場合、プリズムは
ファセット角の連続体は、少なくとも１つの屈折プリズムによって隙間を設けら
れた連続する反射プリズムをシート表面に配列されることが必要とされる（プリ
ズムの配列は必要に応じて必要なシートの領域において設けられてもよく、ある
いは他のプリズムの配列と組み合わされてもよい）。しかしながら、図４に示し
た一般的規則を持ってＴセルとＲセルを配列した光学シートの例を示す図６及び
図７を参照して以下に述べるように、その問題において、ＴセルとＲセルはシー
トの用途に応じて互いに規則性なく配列される。
【００２４】 図６のシート２５（拡大して示されている）は平滑面２７と光拡散性質（破線
で表現された光線を示す）を有する構造面２８を有している。構造面は、それぞ
れＴセル（３１ａ，３１ｂ，３１ｃ）によって分離された互いに近接したＲセル
（３０ａ，３０ｂ，３０ｃ）を含むプリズムの配列２９を有している。プリズム
の配列２９は、シートから出射する光を特定角度分布させるために選択された異
なった角度を通じて偏光させる；典型的には、Ｔセル３１は３０゜未満の異なっ
た角度で光を偏光するために用いられ、Ｒセルは約２０゜以上の異なった角度の
偏光に用いられる。しかしながら、最も重要なことは、配列２９中のプリズムは
規則性なく配列していることである。製造上の理由によって、Ｒセル３０はすべ
て同じ高さであり（したがって、幅が異なっている）、一方、Ｔセル３１はすべ
て同じ幅である（したがって、高さが異なっている）。配列２９はシート２５に
、必要に応じてシートの所望の領域に、連続して設けられている。あるいは、配
列２９は１又はそれ以上の他の種類、例えば、図５に示したタイプのものなどの
プリズム配列と組み合わせてもよい。
【００２５】 図６のＴセルとＲセルの混合が用いられたシートは、広い角度で光を効果的に
透過及び拡散させる機能を有する。異なる角度で偏光するプリズムの規則性のな
い配列を用いることによって、シートを透過する光の焦点は定まらない。；すで
に説明したように、光が太陽光である場合は特に重要であるが、太陽光の焦点は
安全性（特に火災）の危険の要素となるホットスポットを発生させる。光源の反
対側からシートを見ている観察者（すなわち、シートの構造面側の観察者）の観
点からは、プリズムの規則性のない配列はまぶしさを減少させるのにも役立つ。
【００２６】 図７のシート３４は図６のシート２５と異なり、プリズム配列３４ＡのＲセル
２とＴセル３３は規則的に配列しており、すなわち、図の左側から右側ほど出射
角が大きくなっている。製造上の理由から、図６のシート２５に示したように、
Ｒセル３２は同じ高さであり（したがって、幅が異なっている。）、一方、Ｔセ
ル３３はすべて同じ幅である（すなわち、高さが異なっている）。したがって、
Ｒセル３２ａは幅が最も狭く、Ｒセル３２ｋは図中では幅がもっとも大きい。一
方、Ｔセル３３ａは最も低くＴセル３３ｊは最も高い。より効果的なデザインは
それぞれのＴセル３３の幅は隣り合うＲセル３２にしたがって調整することがで
きることに注意すべきである。加えて、出射角が６０゜未満（すなわち平行でな
い光に対して小さい角度）のＲセル３２に対しては、隣り合うＴセル３３を有す
る必要がない。しかしながら、大きい出射角を有するＲセル３２（例えば、Ｒセ
ル３２ｋ）はより大きいＴセル３３を必要とする。
【００２７】 図７のシート３４は光を効果的に透過及び拡散することができるが、ホットス
ポットの危険の増加及びまぶしさのレベルの増加を有している。しかしながら、
これらの因子は実質的には存在しない情況、例えば、温室に入射する自然光を拡
散するために用いるなどが存在する。
【００２８】 図６及び図７の双方において、Ｔセル（３１，３３）は完全に平坦、すなわち
高さを有さず、１８０゜の頂角に相当するものであってもよい。
【００２９】 図８から１０は本発明にしたがった光学シートに使用可能なプリズムの３つの
変形例を示している。図８は、シートの表面に対してほぼ垂直のファセット３６
を有し、垂直の光を０から約３０゜の角度で１方向に偏光させるのに適する不均
斉構造のＴセルを示している。図９は、シートの表面に対してほぼ垂直のファセ
ット３６を有し、入射光４０の総内部反射のための構造を中間表面に備えた第１
ファセットの角度を有するもう１つのファセット３９を備えた不均斉構造のＲセ
ルを示している。不均斉Ｒセル３７も出射光４１に示したように垂直から一方向
に光を偏光するのに適しており、この場合は、約２０から４５゜の範囲の角度で
通過する。図１０は、１のファセット４３はシート表面にほぼ垂直であり反対の
２つのファセット４４，４５であって上部ファセット４４は下部ファセット４５
と比べてシート表面の垂直方向からより大きい角度を有するＲセルの構造４２を
示している．ゆえに入射光４６は下部ファセット４５から反射され、上部ファセ
ット４４から反射された出射角度よりも小さい角度で出射する。Ｒセル４２は垂
直方向に対し約３０から９０゜の間の角度で一方向に光を偏光するのに適してい
る。
【００３０】 図８から１０におけるそれぞれのセル３５，３７，４２のファセット３６，３
８，４３の角度Ｂは、このファセットにあたる光の量を最小化するために、ほぼ
９０゜に等しくされるべきである。典型的には、角度Ｂは８９゜である。シート材
料の屈折率が１．４９２である場合、図８に示すＴセルに対し１０゜の出射角が
得られ、もう一方のファセット４６の角Ａは１９゜である。図１０に示すＲセル
３７に対しては出射角は５０゜及び３６．８゜、ファセット４５のＡ１は６１．５
゜であり、ファセット４４の角度Ａは５８゜であり、図１１に示したように、シー
トの表面に投影したファセット４４，４５の対比長さは１．７６６：１である。
【００３１】 図８から１０に示したような不均斉構造を有するシートに用いられる与えられ
た角度の分布を製造するためには、図６及び図７を参照して上述したＲセルの混
合のように、Ｔセル及びＲセルをはさんでファセット角の範囲が互いに混合され
る。
【００３２】 図１０のプリズムは、ファセット（４４，４５）からの入射光４６が反射入す
る傾斜のあるファセット（４４，４５）の数が増加することによって変調する。
限定的な場合には、少なくとも１つの傾斜のあるファセットは曲線を構成する。
傾斜した複数のファセット（図１０のファセット４４，４５など）は不均斉のプ
リズムに限定されず、均斉のプリズムにもまた適用することができる。
【００３３】 図１２は図５から７を参照して上述したタイプのシート４８の平面概略図であ
り、プリズム４９はシートに沿って線状に伸びている。このシートは一方向に光
を拡散させるのに効果的であり，プリズム４９の出射の方向に対する角度を有す
る。他のシート５０の平面該略図もず５から７を参照して上述したタイプのもの
であり、図１３に示すようにプリズム５１は曲線形を描いている。このシートは
いくつかのそれを通過する光に対し反対方向への均斉の拡散を加える。一般的に
は、プリズムは、含まれる形状の経路の構造、例えば、図１４に概略的に示すよ
うに同心円の集合のような形状又は図１５に示すように中心部分から放射的に伸
びる構造にすることもできる。もし、図１２に示す一般的なタイプの２つのシー
トが、互いに右角度で走る構造４９のプリズムを重ねた場合、結果的には２次元
における偏光の構造となる。後述するように、そのような構造は光の効果的に分
布を生じさせ、審美的な効果を有し、照明器具の表面を形成し、照明器具の最終
光学要素に用いられたとき、観察可能である。他の効果は、プリズム状の構造が
異なるパス（曲線のパスを含む）である２つのシートを用いることで、重ね合わ
せたとき、プリズム構造は相互に直行する。例えば、図１４に示すタイプのシー
トを図１５に示すタイプのシートに用いることができる。
【００３４】 本発明にしたがったシートはあらゆる適した厚みとし、適した材料で形成する
ことができる。例えば、柔軟なフィルムとして形成することも、硬いシートとし
ても形成することもできる。シートを形成する材料の例としては、アクリル及び
ポリカーボネート材料があげられる。より一般的には、シートに適した材料で光
学的にクリアーな材質であり、屈折率が高く、シートが用いられる情況に従い、
発光又は蛍光粒子や分散粒子のような他の材料と協働可能なものである。しかし
ながら、選択的にシートが半透明及び／又は望まない光の波長をフィルターする
ためにフィルター材料と協働するものであってもよい。シートの構造面上のプリ
ズムの構造は、適した方法で形成することができ、直接切断、押し型、キャステ
ィングなどが含まれる。プリズム構造の大きさはシートが用いられる光源の性質
により決定され、シートの外観及び製造プロセスも含まれる。典型的には、光源
がダイオードのように特に小さなものである場合は、Ｒセルは０．２から０．３
ｍｍの高さを持ち、０．１から０．１５ｍｍの幅を有する。さらに、プリズム構
造が上述したように従来からの平面なファセットを有する場合も、曲がったファ
セットを有する一般的なプリズム構造も同様に使用することができる。
【００３５】 ２枚の重ね合わされたシート５２，５３の特に小さい光源５５を用いた照明機
器５４への使用は図１６に概略的に示されている。照明機器５４の観察者５６は
互いに右方向に平行な光の線の２組が見られるであろう。シートが図６に示した
タイプのものである場合は、線の位置は観察者の見る位置によって変化し、観察
者の移動にしたがってきらきら光ったりもする。シート５２，５３の構造表面状
のプリズムを規則性なく配置した場合には，線の組は特別の位置からの観察者に
対してランダムにシート状に分散され、ほとんどまぶしさを生じない。図１７に
示すように、照明機器５７としていくつかの光源５８を用いた複数化した場合の
効果は、観察者が同じようにそれぞれの光源に対して平行な線の組が見える。特
に興味深い効果は、点光源が異なった色の場合（例えば、赤、青、及び緑）であ
る。この場合には、照明機器は照明された領域には白い光を与える一方、照明機
器に向かって観察している観察者にはここの光源の色で直行した平行な線が見ら
れる。
【００３６】 本発明にしたがった光学シートは特に発光ダイオード（LEDｓ）、レーザー（
特にレーザーダイオード）、や小さい白熱灯などの小さい光源を用いる照明機器
に使用する場合が特に適当である。しかしながら、金属ハロイドランプやハロゲ
ンランプなどをを含む他の光源や、大きい白熱電球や一般的な蛍光灯などのより
通常の光源などにも用いられる。大きい高原を用いた場合は、照明機器に向かっ
て観察している観察者への光学シートの効果は、光源の形状が同様に広がり、見
にくくする。図１２に示したような線状に伸びるプリズムを有するシートを細長
い光源に用い、図１４に示す円形のパスを有するプリズムを円形の光源に用いる
と効果的である。
【００３７】 本発明の光学シートを用いた他の照明機器は図１８から２０に示されている。
図１８の照明機器６０は例えば、一般的な蛍光灯などの細長い光源６１を用いる
。観察者から見える側の照明機器の表面に図１２に示す線状のプリズム構造を有
する本発明の光学シート６２を形成する。シートは光源の長さ方向に伸び、照明
する領域のうち観察者から見える光源を隠すために曲げられる。プリズム構造は
光源に沿って平行に伸び、シートの外側表面に存在する（すなわち、表面は光源
に対してそむいている。）。シート６２は光源６０からの照明される領域へ光を
拡散し、照明機器を見ている観察者にとっては光源の形状で拡散する効果を有し
、よって照明の一般的な外見を向上させる。
【００３８】 図１９及び２０は他の細長い照明機器６４を示しているが、細長い光源ではな
く１つの特に小さい光源（例えば、LEDｓ）を用いたものを示している。それは
、光源６６を含む円筒状のハウジング６５（図１９参照）を構成する。光源６６
（図２０には示されていない）はハウジング６５の長さ方向に沿って間隔（例え
ば、３から５ｃｍ）を空けて配置されており、６６Ａとして示すように個々に設
けられてもよいし、６６Ｂに示すように集合として設けられてもよい（両方であ
ってもよい）。光はハウジング６５の長さ方向に延びる幅を有する窓６７（図２
０）を通して出射し、その端はハウジング内の光源６６からの光を反射させる材
料６８（図１９では省略）によって覆われたハウジングの外側曲表面の残りであ
る。典型的には、反射材料（反映又は散乱のように反射させる）はハウジングの
周面の６５から７５％をカバーし、その一端又は両端を同じ材料でカバーする。
フィルムを含む適当な反射材料としては、米国ミネソタ州セントポールのミネソ
タ・マイニング・アンド・マニュファクチュアリング・カンパニーの商品名「オ
プティカル・ライティング・フィルム」や「シルバールクス・フィルム」などが
使用でき、ＵＳ−Ａ−５ ８８２ ７７４や５ ９７６ ６８６に開示されてい
る。しかしながら、他の反射材料、例えば、白く塗ったものも使用することがで
きる。ハウジングの窓６７は本発明の光学シート６７Ａ（図１９では省略）で覆
われており、プリズムが管の周りに伸びるように配置されているので、光源６６
からの光を管の長さ方向に沿って拡散させる機能を有する。図６又は図７で示さ
れる種類の好ましい光学シート６７Ａは図１９では省略されている。
【００３９】 もし必要であるならば、光源からの光を３６０゜で出射させるために反射材料
６８は照明機器６４から省略し、光学シート材料６７Ａをハウジング６５の全周
囲に配置させることもできる。
【００４０】 ハウジング６５は図２０に示したように光源６６を覆う剛質の光学的にクリア
なプラスチック（例えば、アクリル）材料であり、簡便には内部に光源を配置さ
せた中空の光学的にクリアなパイプである。光の連続的制御のため光源から外に
伸びる電力供給が設けられている。例えば、光源がＬＥＤｓである場合、異なっ
た色の集合体とすると、個々のＬＥＤｓの制御によって異なる光効果を変化させ
ることができる。ＬＥＤｓにはバッテリーパック又は低電圧直流トランス（図示
なし）を経由して電力を供給する。
【００４１】 光源６６がＬＥＤｓである図１９及び図２０に示したタイプの照明機器は特に
丈夫であり（特にＬＥＤｓが剛質なプラスチックハウジング６５に被覆されてい
るとき）、少なくとも寿命を除くエネルギー効果と一般的な蛍光灯の熱発生の低
下という効果を有する。ＬＥＤｓの光を伸ばし曲げるためにハウジングが可撓性
のある材料で形成される用に適用される。ＬＥＤｓを光源６６として使用するこ
とは効果的ではあるが、電気発光材料、光射出ポリマー、レーザーダイオード、
蛍光ランプハロゲンランプなどを含む他の光源も使用することができる。
【００４２】 光の配列についての変形において、本発明の光学シートを光ファイバーによっ
て射出された光の拡散に用いることができる。これは図２１に概略的に示されて
おり、光源（図示なし）からその一端に光の供給を受けた光ファイバ７０を示し
ている。ファイバの片側上の光抽出要素７１は、光をその反対方向に直接的にコ
ントロールされてファイバーから射出させる。本発明の光学シート７２はファイ
バに平行に細長いプリズムが位置するようにファイバの片側に配置し、必要な角
度分布によって出射光が拡散する。
【００４３】 高い効果と不明確な制御光の拡散は重要である場合に、本発明の光学シートは
特に人工又は自然の光を用いる照明システムに用いられる。例えば、照明コスト
はわずかで照明の程度が落とされる公開ホールなどの大きい建物に用いられる高
出力の照明機器に用いられる。本発明の光学シートをもちいたこのような情況で
の使用に適した照明機器は、ＰＣＴ出願番号....（代理人整理番号５４８５３Ｐ
ＣＴ１Ａ）に開示されている。同様に、光学シートはＬＥＤｓを用いた効果的な
、制御された、道路や歩道の選択された部分を照明する街灯に用いることもでき
る。昼間における用途としては、本発明の光学シートは太陽光パイプ端部からの
光を拡散すること及び、単純に天窓からまぶしく入射する光を床やその下の部分
に拡散するための制御に用いることができる。これらすべての用途において、シ
ートの表面に形成された適当なプリズムの選択はフィルムから出射する光を狭い
ビームから広い分布（ランベルト）の範囲の形状に変化させることができる。
【００４４】 上述したように、本発明の光学シートは光を拡散させる効果を有し、２枚のシ
ートを用い１枚を他の上に重ねて使用したときは特有の/装飾的な面をも持つ。
事実、光源がシートの構造面上に位置し、平滑面から見た場合は、その光のシー
トの透過の効果が弱まる情況が生じ、特有な／装飾的な面が存在する。互いの表
面それぞれにプリズム構造を有した１枚のシート材料を用いた場合でも、相互に
直行したプリズム構造の２枚の重なったシートと同様に現れる。
【００４５】 本発明の光学シートをシートの装飾的な情況に使用するよりも光を拡散させる
機能として用いることが重要であることは上述のパラグラフから理解されるべき
である。例えば、本発明の光学シートを反射裏材料として用い、自動車及び宇宙
装備用材料及び、遮蔽材料として、又は容易に装飾的目的として使用することも
できる。このように使用した場合、観察者は光源の側ではなく、図１６から２１
に示すように反対側のシートの側に位置している。これを特有の／装飾的に使用
した場合、光源とシートの間の相関的な動きが存在するとき、又は観察者の観察
の角度が変化するときは、本発明のシート材料は特に効果的である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の適用がない伝達構造を有する光学シートの例を示す図で
ある。
【図２】 本発明の適用がない総内部反射構造を有する光学シートの例を示
す図である。
【図３】 図２に示した総内部反射構造を有する減少した透過を示す図であ
る。
【図４】 図３に示した配置の改良を示す図である。
【図５】 本発明にしたがった光学シートの例を示す図である。
【図６】 本発明にしたがった光学シートの例を示す図である。
【図７】 本発明にしたがった光学シートの例を示す図である。
【図８】 不均斉Ｔセルの断面図である。
【図９】 不均斉Ｒセルの断面図である。
【図１０】 不均斉Ｒ２セルの断面図である。
【図１１】 図１０に示したタイプのプリズム構造を示す詳細断面図である
。
【図１２】 プリズム構造が線状の光学シートの平面該略図である。
【図１３】 プリズム構造が他のパスを有する光学シートの平面該略図であ
る。
【図１４】 プリズム構造が他のパスを有する光学シートの平面該略図であ
る。
【図１５】 プリズム構造が他のパスを有する光学シートの平面該略図であ
る。
【図１６】 光源に光学シートを重ねて用いた状態を示す図である。
【図１７】 ３つの光源に光学シートを用いた図１５と同様の図である。
【図１８】 本発明の光学シートと協働する照明器具を示す概略図である。
【図１９】 本発明の光学シートを備えた照明器具を示す図である。
【図２０】 光学シートの位置を示す図１９の照明器具のハウジングの横断
面拡大概略図である。
【図２１】 本発明の光学シートと組み合わせて用いる光ファイバーの横断
面該略図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ )，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ， ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ， ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，Ｃ Ｒ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ， ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，Ｋ Ｚ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ， ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，Ｓ Ｋ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ 【要約の続き】 配置を構成している。

Claims (18)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 シートの第１面は、プリズムが配列し、シートの第２面が実
    質的平滑面である場合に第２面を通ってフィルムに入射し前記プリズムの配列を
    通過して離れる垂直に入射する光のビームが後者によって拡散するように構成さ
    れた構造面である、光を拡散するために適した光学シートであって、 （ａ）垂直に入射した光を異なった角度で偏光するために選択された複数の反射
    プリズムと、垂直に入射した光を異なった角度で偏光するために選択され、連続
    した反射プリズムを少なくとも１つの屈折プリズムによって分離する複数の屈折
    プリズム、又は （ｂ）垂直に入射した光を異なった角度で偏光するために選択された規則性なく
    配列された複数の反射プリズム、又は （ｃ）垂直に入射した光を異なった角度で偏光するために選択された規則性なく
    配列された複数の屈折プリズムを備え、 それぞれの屈折プリズムは、プリズムのファセットによる屈折によって第１面
    を通ってフィルムを離れる光として垂直に入射する光のみを偏光し、それぞれの
    反射プリズムは、プリズム内の総内部反射によって第１面を通ってフィルムを離
    れる前に垂直に入射する光を偏光する、光学シート。
  2. 【請求項２】 前記配列は反射プリズム及び屈折プリズムが交互に構成され
    ている請求項１に記載の光学シート。
  3. 【請求項３】 前記配列は、反射プリズム及び屈折プリズムが交互に規則性
    なく配列されて構成されている請求項２に記載の光学シート。
  4. 【請求項４】 フィルムの前記第２面は、実質的に平滑である、前記いずれ
    か１つの請求項に記載の光学シート。
  5. 【請求項５】 シートの第１面は、プリズムが配列した構造面であり、シー
    トの第２面が実質的に平滑であり、第２面を通ってフィルムに入射しプリズムの
    配列を通過して離れる垂直に入射する光のビーム光が後者によって拡散する、光
    を拡散するために適した光学シートであって、 前記配列は、垂直に入射する光を異なった角度に偏光するために選択された、
    規則性なく配置された複数の反射プリズムと、連続する反射プリズムが少なくと
    も１つの屈折プリズムで分離されており、 それぞれの屈折プリズムはプリズムのファセットによる屈折によって第１面を
    通ってフィルムを離れる光として垂直に入射する光のみを偏光し、それぞれの反
    射プリズムは、プリズム内の総内部反射によって第１面を通ってフィルムを離れ
    る前に垂直に入射する光を偏光する、光学シート。
  6. 【請求項６】 第１面はさらに同一のプリズムの配列で構成されている前記
    いずれか１つの請求項に記載の光学シート。
  7. 【請求項７】 少なくともいくつかのプリズムは断面が三角形である前記い
    ずれか１つの請求項に記載の光学シート。
  8. 【請求項８】 少なくともいくつかのプリズムは、シート平面への第１角で
    シートから投影する第１ファセットと第１ファセットから関連したシート外部へ
    、シート平面へ第１画よりも小さい角度で伸びる、前記いずれか１つの請求項に
    記載の光学シート。
  9. 【請求項９】 プリズムの幅及び/又は深さが構造面で異なる前記いずれか
    １つの請求項に記載の光学シート。
  10. 【請求項１０】 前記少なくともいくつかのプリズムが不均斉である請求項
    １に記載の光学シート。
  11. 【請求項１１】 前記不均斉プリズムはそれぞれシートの平面に対して略垂
    直の１つのファセットを有している請求項１０に記載の光学シート。
  12. 【請求項１２】 前記プリズムはシートを横切って直線状に伸びる前記いず
    れか１つの請求項に記載の光学シート。
  13. 【請求項１３】 前記プリズムはシートを横切って曲線状の経路で伸びる請
    求項１から１１のいずれか１つに記載の光学シート。
  14. 【請求項１４】 いずれか１つの請求項に記載の光学シートが少なくとも1
    つの光源と組み合わされて構成されている照明器具。
  15. 【請求項１５】 前記光源は、光源からの光がシートの第２面からシートを
    透過して伝わるように配置されている請求項１４に記載の光学シート。
  16. 【請求項１６】 さらに、請求項１から１３のいずれか１つに記載のシート
    を第２光学シートとして備え第１光学シートと重ね合わせ、光源からの光は両シ
    ートを透過し、２つのシートのプリズムは互いに実質的に右側方向に伸びるよう
    に第２シートが配置されている、請求項１５に記載の照明機器。
  17. 【請求項１７】 前記光源は発光ダイオード、レーザーダイオード、蛍光ラ
    ンプ又は、白熱灯である請求項１４から１６記載の照明機器。
  18. 【請求項１８】 複数の特に小さい光源を窓を通して光を射出するための細
    長いハウジングの内部に長さに沿って備え、前記窓は、シート通して光を透過拡
    散させるための請求項１から１３のいずれか１つに記載の光学シートを含む、照
    明機器。
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