(57)【要約】【課題】光取出し効率の向上や光損失の低下を実現する複層導光デバイスを提供する。【解決手段】光源からの光線を受光して内部に複数の光路を形成する複層導光デバイスに関する。本体は第１導光層と第２導光層を備え、微細構造層が形成される。前記第１導光層は第１屈折率n１と第１臨界角(θＣ１)を持っており、前記第２導光層は第２屈折率n２を持っており、第１導光層と第２導光層との境界面は第１界面の臨界角(θＣ１２)を持っている。n１<n２且つ０＜｜θｃ１２−θｃ１｜≦３５°の条件を満たす。また、第３屈折率n３を持つ第３導光層を更に備え、第２導光層と第３導光層との境界面に第２界面の臨界角(θＣ２３)を持っている複層導光デバイスにおいて、n１<n２<n３且つθＣ２３>θＣ１２且つ０＜｜θｃ１２−θｃ１｜≦３５°の条件を満たす。【選択図】図２
2011222481.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光線を受光して内部に複数の光路を形成する複層導光デバイスであって、
少なくとも第１屈折率n１を持つ第１導光層と、第２屈折率n２を持つ第２導光層で構成され、前記第１屈折率n１は前記第２屈折率n２より小さいものである本体と、
光源からの光線を前記本体の一端面に受光して入射させ、入射した光線は前記第１導光層と第２導光層に入射し、反対向きに偏向する第１光路と第２光路を形成する入光面と、
前記本体の第１導光層の表面であって、前記入光面から入射した光線を出射させ、前記入光面との間に所定の角度をなす出光面と、
前記出光面と反対側になるように前記第２導光層の前記第１導光層と対向する面の反対面に形成され、前記第１光路の光線を受光し第３光路を形成する微細構造層と、を備え、
前記各層には法線が定義されており、
前記第２光路の光線が第１導光層と第２導光層の界面を通過する際、前記第１導光層の法線に対して第１界面の臨界角(θＣ１２)を持っており、前記第１界面の臨界角を、
【数１】
2011222481.tif 000025
で表し、
前記第２光路の光線が第１導光層の出光面を通過する際、前記第１導光層の法線に対して第１臨界角(θＣ１)を持っており、前記第１臨界角を、
【数２】
2011222481.tif 000026
で表したとき、
前記第１臨界角(θＣ１)と第１界面の臨界角(θＣ１２)は、次式の条件を満たし、
【数３】
2011222481.tif 000027
前記出光面は、前記第２光路と第３光路を通る光線を受光して出射させることを特徴とする、複層導光デバイス。
【請求項２】
前記微細構造層を含む第２導光層の平均厚さは、前記第１導光層の厚さよりも厚く、前記第１導光層の厚さ（t１）と第２導光層の厚さ（t２）の比（t１／t２）が０.０１乃至１の範囲内であることを特徴とする、請求項１に記載の複層導光デバイス。
【請求項３】
前記第１屈折率と第２屈折率の差が０.０４乃至０.１４の範囲内であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の複層導光デバイス。
【請求項４】
光源からの光線を受光して内部に複数の光路を形成する複層導光デバイスであって、
少なくとも第１屈折率n１を持つ第１導光層と、第２屈折率n２を持つ第２導光層と、第３屈折率n３を持つ第３導光層とで構成され、前記第１屈折率n１は前記第２屈折率n２より小さく、第２屈折率n２は第３屈折率n３より小さいものである本体と、
光源からの光線を前記本体の一端面に受光して入射させ、入射した光線は前記第１導光層、第２導光層と第３導光層に入射し、反対向きに偏向する第１光路と第２光路を形成する入光面と、
前記本体の第１導光層の表面であって、前記入光面から入射した光線を出射させ、前記入光面との間に所定の角度をなす出光面と、
前記出光面と反対側になるように前記第３導光層の前記第２導光層と対向する面の反対面に形成され、前記第１光路の光線を受光し第３光路を形成する微細構造層と、を備え、
前記各層には法線が定義されており、
前記第２光路の光線が第２導光層と第３導光層の界面を通過する際、前記第３導光層の法線に対して第２界面の臨界角(θＣ２３)を持っており、前記第２界面の臨界角を、
【数４】
2011222481.tif 000028
で表し、
前記第２光路の光線が第１導光層と第２導光層の界面を通過する際、前記第２導光層の法線に対して第１界面の臨界角(θＣ１２)を持っており、前記第１界面の臨界角を、
【数５】
2011222481.tif 000029
で表し、
前記第２光路の光線が第１導光層の出光面を通過する際、前記第１導光層の法線に対して第１臨界角(θＣ１)を持っており、前記第１臨界角を、
【数６】
2011222481.tif 000030
で表したとき、
前記第１臨界角と第１界面の臨界角と第２界面の臨界角は、
θＣ２３>θＣ１２の条件と、次式の条件を満たし、
【数７】
2011222481.tif 000031
前記出光面は、前記第２光路と第３光路を通る光線を受光して出射させることを特徴とする、複層導光デバイス。
【請求項５】
前記第２導光層の平均厚さは前記第１導光層の厚さよりも厚く、前記微細構造層を含む第３導光層の平均厚さは第２導光層の平均厚さ未満であり、
前記第１導光層の厚さ（t１）と第２導光層の厚さ（t２）の比（t１／t２）が０.０１乃至１の範囲内であることを特徴とする、請求項４に記載の複層導光デバイス。
【請求項６】
前記第２屈折率と第１屈折率の差は０.０４乃至０.１４の範囲内であり、前記第３屈折率と第２屈折率の差は０.０２乃至０.１の範囲内であることを特徴とする、請求項４又は５に記載の複層導光デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複層導光（MULTI-LAYER LIGHT GUIDE）デバイスに関し、特に、２層又は２層以上の導光材を用いた複層導光デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
導光板は、入射された光に反射が起きることを利用して、光を導光板の一端へ導くという仕組みのものである。特に、導光板の側方にある特定の構造から生じた様々な角度の拡散光を導光板の正面に向けて反射するように導く。導光板は屈折率が大きいほど導光性が優れている。また、正面へ向かう光線以外の残りの方向へ向かう光線は、導光板の底部に設けられた反射板により再度導光板に導かれる。
【０００３】
従来技術の導光板として、特許文献１には、図１に示すような層構造の導光板を持つ、くさび状に構成された導光デバイスが開示されている。
【０００４】
図１に示したくさび状の導光デバイス１０は、くさび状層１３と、光透過層１８と、切り子面を有する構造層１７とを相互に貼り付けてなるものであり、光源１２（一般的に管状の発光装置）の光は側方からくさび状導光デバイス１０に入射する。
【０００５】
くさび状導光デバイス１０の材料は、全反射が起きる臨界角θＣを有している。光線は、まず、くさび状導光デバイス１０のくさび状層１３に入射し、光路１４を形成する。その後、光透過層１８を通って構造層１７に入射し、構造層１７の表面により全反射され、再び光透過層１８を透過する。このように、光ビームはくさび状導光デバイス１０の内部で屈折や反射を繰り返し、その後、出光面であるくさび状導光デバイス１０の表面から出射されて出射光１９となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】ＵＳ５,５９４,８３０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述のような層構造を有する導光板は、各層がそれぞれ違う材料により構成されているため、各層間の境界面において屈折率や臨界角が変化する。これにより、特定の角度の光線が全反射されて出光面から出射することができなくなり、光損失(light loss)を招くことになるという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、２層又は２層以上の導光材を用いた複層導光デバイスであって、光取出し効率の向上や光損失の低下を実現する複層導光デバイスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一実施形態にかかる複層導光デバイスは、本体を備え、前記本体は少なくとも第１屈折率n１を持つ第１導光層と、第２屈折率n２を持つ第２導光層で構成される。前記第１屈折率n１は、前記第２屈折率n２より小さい。
【００１０】
前記本体の一端面は入光面となり、光源からの光線は、この入光面から前記第１導光層と第２導光層に入射される。
【００１１】
前記本体の長手方向の正面、即ち前記第１導光層の表面は出光面となり、入射された光ビームは、ここから出射する。
【００１２】
前記第２導光層の前記第１導光層と対向する面の反対面、即ち第２導光層の表面側には、微細構造層が形成される。微細構造層まで導かれた光線は、屈折や反射を繰り返した後、複層導光デバイスの出光面から外部へ出射される。
【００１３】
前記各層には法線が定義されている。
【００１４】
光線が第１導光層と第２導光層の界面を通過する場合、第１導光層と第２導光層との境界面における第１界面の臨界角(θＣ１２)は、次式となる。
【００１５】
【数１】
2011222481.tif 000003
【００１６】
光線が第１導光層の出光面を通過する場合、前記第１導光層の法線に対する第１臨界角(θＣ１)は、次式となる。
【００１７】
【数２】
2011222481.tif 000004
【００１８】
このとき、前記第１臨界角と第１界面の臨界角は、次式の条件を満たす。
【００１９】
【数３】
2011222481.tif 000005
【００２０】
本発明の他の一実施形態にかかる複層導光デバイスは、本体を備え、前記本体は、第１屈折率n１を有する第１導光層と、第２屈折率n２を有する第２導光層と、第３屈折率n３を有する第３導光層とで構成される。
【００２１】
前記第１屈折率n１は、前記第２屈折率n２より小さく、前記第２屈折率n２は、第３屈折率n３より小さい。また、光源からの光線は、前記第１導光層と第２導光層と第３導光層に入射する。
【００２２】
前記第３導光層の前記第２導光層と対向する面の反対面、即ち第３導光層の表面側には、微細構造層が形成される。複層導光デバイスの本体において、前記微細構造層は光線の出光面と反対側に配置されることになる。
【００２３】
光線が第２導光層と第３導光層の界面を通過する場合、第２導光層と第３導光層との境界面における第２界面の臨界角(θＣ２３)は、次式となる。
【００２４】
【数４】
2011222481.tif 000006
【００２５】
光線が第１導光層と第２導光層の界面を通過する場合、第１導光層と第２導光層との境界面における第１界面の臨界角(θＣ１２)は、次式となる。
【００２６】
【数５】
2011222481.tif 000007
【００２７】
光線が第１導光層の出光面を通過する際、前記第１導光層の法線に対する第１臨界角(θＣ１)は、次式となる。
【００２８】
【数６】
2011222481.tif 000008
【００２９】
このとき、前記第１臨界角と第１界面の臨界角と第２界面の臨界角は、
θＣ２３>θＣ１２の条件と、次式の条件とを満たす。
【００３０】
【数７】
2011222481.tif 000009
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、２層又は２層以上の導光材を用いた複層導光デバイスにおいて、各層を屈折率の大小関係に基づいて順番に配置する、つまり、屈折率が最も大きい層から、屈折率が最も小さい層までを順に配列するように構成することにより、光取出し効率の向上や光損失の低下を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】従来技術の複層導光デバイスの概要図である。
【図２】本発明の第１実施形態の複層導光デバイスの断面図である。
【図３】第１実施形態の複層導光デバイスにおいて各臨界角と境界面との関係、並びに光ビームの光路の変化を示す概要図である。
【図４】本発明の第２実施形態の複層導光デバイスの断面図である。
【図５】第２実施形態の複層導光デバイスにおいて各臨界角と境界面との関係、並びに光ビームの光路の変化を示す概要図である。
【図６】（Ａ）〜（Ｃ）は、相違した厚さを有する２層導光デバイスの概要図である。
【図７】（Ａ）〜（Ｃ）は、相違した厚さを有する３層導光デバイスの概要図である。
【図８】各層のシート材の厚さの比と光取出し効率との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、図面を参照して、本発明に係る複層導光デバイスの実施形態について詳細に説明する。
【００３４】
本実施形態にかかる複層導光デバイスは、少なくとも２層の構造を有し、各層は互いに材料が異なると共に、屈折率(refractive index)も互いに異なる。各層の使用材料を限定することにより、光損失(light loss)を低減すると同時に出光面の光取出し効率(efficiency)を約１０〜２０％程向上させることができる。
【００３５】
［第１実施形態］
図２は、本発明の第１実施形態の複層導光デバイスの断面図である。図２に示すように、複層導光デバイスの本体は、第１屈折率n１を持つ第１導光層２１と、第２屈折率n２を持つ第２導光層２２とを備える。光源２０から発せられた光線は、複層導光デバイスの入光面２０１を通過して第１導光層２１と第２導光層２２に入射される。前記光線は、上向きに偏向した光と下向きに偏向した光に大別される。
【００３６】
前記複層導光デバイスの表面、即ち第１導光層２１の表面は、光線の出光面２０２である。
【００３７】
複層導光デバイスへ入射された光線は、その内部で屈折や反射を繰り返した後、前記出光面２０２から出射される。また、入光面２０１と出光面２０２とは、所定の角度をなす。本実施形態においては、互いに直交するように構成されているが、非直交でもよく、必要に応じて適宜設計することができる。
【００３８】
前記第２導光層２２の前記第１導光層２１と対向する面の反対面には、連続的な多層共押出成形により微細構造層２３が形成されている。この微細構造層２３の外側には、更に反射面２５が設けられている。前記微細構造層２３と反射面２５は、複層導光デバイスの同一の側（例えば図２においては、図面の下方）に配置されている。前記複層導光デバイスにおいて、前記出光面を表面とすると、前記微細構造層２３と反射面２５は前記出光面の反対側、つまり前記複層導光デバイスの裏面の側に配置されている。
【００３９】
前記微細構造層２３に到達した光線は、入射角の角度によって、全反射するか、若しくは微細構造層２３を透過して反射面２５により光散乱や反射を起こし、複層導光デバイスの内部に再度入射する。
【００４０】
前記複層導光デバイスは、少なくとも二つのシート状の光透過材料からなる層が相互に積層されており、各層は屈折率の大小関係に基づいて順番に配置されている。即ち、第１導光層２１の屈折率である第１屈折率n１は、第２導光層２２の屈折率である第２屈折率n２より小さい(n１<n２)。よって、出光面を形成する層は、屈折率が最も小さい。
【００４１】
図３は、複層導光デバイスにおける各臨界角と境界面との関係、並びに光線が複層導光デバイス内を通る時の光路の変化を示す。
【００４２】
複層導光デバイスの内部に入射された光線は、複数の光路を形成する。複層導光デバイスの各層に対する光線の入射角と臨界角(Critical Angle)は、光の進行方向と各層の境界面の垂線、即ち法線との間の角として定義される。
【００４３】
図３に示すように、本実施形態の複層導光デバイスの本体は、第１屈折率n１を有する第１導光層２１と、第２屈折率n２を有する第２導光層２２とを備えている。
【００４４】
そして、前記第２導光層２２の前記第１導光層２１と対向する面の反対面、即ち前記第１導光層２１と接触していない面には、微細構造層２３が形成されている。
【００４５】
図３は、複層導光デバイスの本体の左端から入光面を透過して入射する光ビームを例示している。入射された光線は、光路３０１を形成し、第１導光層２１と第２導光層２２に入射される。
【００４６】
第１導光層２１と複層導光デバイスの外部との境界面には、臨界角（以下この臨界角を第１臨界角θＣ１とする。）が存在し、光線が第１導光層２１の表面から出射されるとき、第１導光層２１から外部への入射角が前記第１臨界角θＣ１を超えると全反射が起こる。
【００４７】
同様に、第２導光層２２にも臨界角が存在し、以下この臨界角を第２臨界角θＣ２とする。
【００４８】
また、第１導光層２１と第２導光層２２との境界面では、境界の効果により第１界面の臨界角θＣ１２が存在する。つまり、光路３０１が２層の境界面に入射すると全反射又は屈折が生じる。
【００４９】
図３は、光路３０１が第２導光層２２から第１導光層２１に入射される際、境界面で屈折して偏向し、その後、第１導光層２１を透過した後、その表面から出射される場合を例示している。偏向の角度は、θＣ１２-θＣ１で表される。第１界面の臨界角θＣ１２は，下記の数式（１）で表すことができる。
【００５０】
【数８】
2011222481.tif 000010
【００５１】
本実施形態において、第１界面の臨界角θＣ１２と第１臨界角θＣ１との差を３５度以下にすることで、好ましい光取出し効果が得られ、光損失を最大限に抑えることができる。
【００５２】
前記第１屈折率n１は、第２屈折率n２より小さいことより、第１臨界角θＣ１は第２臨界角θＣ２より大きいという関係が確認される。この関係により、上向きに偏向した光線は、出光面へ進行して出射され、全反射が発生することを低減し、出光面からの光取出し効率を向上することができる。
【００５３】
一方、下向きに偏向した光線は、その一部が微細構造層２３に到達し、微細構造により全反射が妨げられて微細構造層２３を透過し、反射面２５により反射されて出光面の方向に進行する。微細構造層２３に到達しなかった光線は、全反射されて入射角と等しい反射角で出光面の方向に進むことになる。
【００５４】
入光面から複層導光デバイスの本体に入射された光線は、下向きに偏向した第１光路と上向きに偏向した第２光路を形成する。すなわち第１光路と第２光路は互いに反対向きに偏向する。そのうち、下向きに偏向した第１光路を成す光線は、微細構造層２３に到達し、第３光路を形成する。
【００５５】
各光路を通る光線が各層又は境界面に進入するとき、その進行方向は臨界角との関係によって屈折又は全反射される。
【００５６】
例を挙げて具体的に説明すると、上向きに偏向した第２光路を成す光線は、第１導光層２１と第２導光層２２との境界面を通る際、第１導光層２１の法線に対して角度を持って入射される。この際、光線は、入射角と第１界面の臨界角(θＣ１２)との関係によって屈折又は全反射される。そして、前記角度を第１界面の臨界角(θＣ１２)以下にすることで、光線に屈折を発生させることができる。
【００５７】
また、前記第２光路が第１導光層２１の出光面を通過するとき、第１導光層２１の法線に対して、第１臨界角(θＣ１) よりも小さい、もしくは等しい角度を持つことにより、光線を屈折して出射させることができる。前記第１臨界角は、下記の数式（２）で表すことができる。
【００５８】
【数９】
2011222481.tif 000011
【００５９】
また、前記第１臨界角(θＣ１)と第１界面の臨界角(θＣ１２)は、下記の数式（３）を満たすことが好ましい。
【００６０】
【数１０】
2011222481.tif 000012
【００６１】
なお、前記微細構造層２３に入射された第３光路を通る光線は、屈折や反射を繰り返した後、前記第２光路と同様に出光面から出射される。
【００６２】
本実施形態にかかる複層導光デバイスによれば、複層導光デバイスの内部に進入した光線は、複数の光路の何れを通っても有効に出光面から出射される。本実施形態に示すように、構造が２層である場合、第１導光層２１の屈折率(n１)と第２導光層２２の屈折率(n２)が、
n１<n２
という条件を満たすことが好ましい。
【００６３】
また、第１屈折率n１と第２屈折率n２の差が０.０４乃至０.１４の範囲内となるように設計されると共に、２層の境界面に形成された第１界面の臨界角(θＣ１２)と第１導光層の第１臨界角(θＣ１)が、上記数式（３）の条件、すなわち０＜｜θｃ１２−θｃ１｜≦３５°の条件、を満たすことが好ましい。
【００６４】
［第２実施形態］
図４は、本発明の第２実施形態にかかる複層導光デバイスの断面図である。本実施形態の複層導光デバイスは、３層の構造を有する点で上記第１実施形態と異なっている。
【００６５】
図４に示すように、第２実施形態にかかる複層導光デバイスは、本体に微細構造層を備える。
【００６６】
本体は、第１屈折率n１を有する第１導光層４１と、第２屈折率n２を有する第２導光層４２と、第３屈折率n３を有する第３導光層４３とを備える。
【００６７】
各層間の屈折率などは所定の関係を有する。各層には法線が定義される。
【００６８】
光源４０から発せられた光線は、複層導光デバイスの入光面４０１を通過して第１導光層４１、第２導光層４２及び第３導光層４３に入射する。前記光線は、下向きに偏向した光と上向きに偏向した光に大別され、下向きに偏向した光線は、微細構造層４４により屈折や反射を繰り返した後、出光面４０２から出射される。微細構造層４４を透過した光線は、複層導光デバイスの本体の外側に配置した反射面４５により光散乱や反射を起こし、複層導光デバイスの本体に再度入り、出光面から出射するように構成されることが好ましい。
【００６９】
前記出光面４０２は、複層導光デバイスの表面、即ち第１導光層４１の表面である。
【００７０】
前記微細構造層４４は、前記第３導光層４３の第２導光層４２と対向する面の反対面、即ち前記第２導光層４２と接触していない面に、連続的な多層共押出成形の工程により形成されている。
【００７１】
本実施形態では、第１導光層４１の屈折率である第１屈折率n１は、第２導光層４２の屈折率である第２屈折率n２より小さく、第２導光層４２の屈折率である第２屈折率n２は、第３導光層４３の屈折率である第３屈折率n３より小さくなるように構成されている(n１<n２<n３)。即ち、出光面を形成する層は、屈折率が最も小さい。
【００７２】
図４、５には、光源４０からの光線が複層導光デバイス本体の左端から入光面を透過して入射するものを例示している。入射した光線は、下向きに偏向した第１光路と上向きに偏向した第２光路を形成する。そのうち、下向きに偏向した第１光路を通る光線が微細構造層４４まで伝導され、第３光路を形成する。
【００７３】
第１導光層４１と第２導光層４２との境界面では、第１界面の臨界角θＣ１２が存在する。前記上向きに偏向した第２光路を通る光線が、第１導光層４１と第２導光層４２との境界面を通過する際、入射角が前記第１界面の臨界角θＣ１２よりも小さいか等しいと、光線は、屈折が発生して出射することになる。このように、本発明によると、ほとんどの入射光を屈折させて出射することができ、光損失を低減することができる。
【００７４】
前記第１界面の臨界角θＣ１２は，下記数式（４）で表すことができる。
【００７５】
【数１１】
2011222481.tif 000013
【００７６】
同様に、第２導光層４２と第３導光層４３との境界面では、第２界面の臨界角θＣ２３が存在する。前記第２光路を通る光線が第２導光層４２と第３導光層４３との境界面を通過する際、入射角が前記第２界面の臨界角θＣ２３よりも小さいか等しいと、光線は、屈折が発生して出射することになる。
【００７７】
前記第２界面の臨界角θＣ２３は，下記数式（５）で表すことができる。
【００７８】
【数１２】
2011222481.tif 000014
【００７９】
第１導光層４１には、第１臨界角θＣ１が存在する。前記第２光路を通る光線が第１導光層４１の出光面を通過する際、入射角が前記第１臨界角θＣ１よりも小さいか等しいと、光線は、透過して出光面から出射することができる。
【００８０】
前記第１臨界角θＣ１は、下記数式（６）で表すことができる。
【００８１】
【数１３】
2011222481.tif 000015
【００８２】
本実施形態の複層導光デバイスによると、第１界面の臨界角θＣ１２は第２界面の臨界角θＣ２３より小さく、第１界面の臨界角θＣ１２と第１臨界角θＣ１との差は３５度以下である。つまり、下記の数式（７）で表す関係を満たす。
【００８３】
【数１４】
2011222481.tif 000016
【００８４】
図５には、複層導光デバイス本体の左端から入光面を透過して入射する光線の光路を例示している。入射した光線は、下向きに偏向した光路と上向きに偏向した光路を形成する。以下、上向きに偏向した光路を光路５０１で示し、下向きに偏向した光路を光路５０２で示して説明する。
【００８５】
上向きに偏向した光路５０１を通る光線は、第１導光層４１と第２導光層４２との境界面を通過する。第１導光層４１と第２導光層４２との境界面では、第１界面の臨界角θＣ１２が存在する。屈折された光線は、第１導光層４１の表面の方向へ進行する。第１導光層４１は、第１臨界角θＣ１が存在するので、前記屈折された光線が第１導光層４１の出光面を通過する際、入射角が前記第１臨界角θＣ１よりも小さいか等しいと、光線は、透過して出光面から出射することができる。
【００８６】
また、下向きに偏向した光路５０２を通る光線は、第２導光層４２と第３導光層４３との境界面により屈折された後、微細構造層４４に到達して、微細構造層４４の表面を透過し屈折して反射面４５に到達し、反射面４５の反射により、再度微細構造層４４を透過して複層導光デバイスの内部に入射する。再度複層導光デバイスの内部に入った光線は、各境界面で屈折や反射を繰り返した後、出光面から出射する。
【００８７】
また、光路５０３を通る光線は、微細構造層４４に到達することなく第３導光層４３までで止まる。ここでは、光線が第３導光層４３の表面で全反射し、第２界面の臨界角θＣ２３が存在する第２導光層４２と第３導光層４３との間の境界面を通り、屈折してから第２導光層４２に入るものが例示されている。
【実施例】
【００８８】
以下、本発明を実施例に基づき更に具体的に説明するが、本発明は下記の実施例により制限されるものではない。
【００８９】
表１に例示された材料を用いて、２層の複層導光デバイスと３層の複層導光デバイスを作製した。なお、材料を適宜混合して屈折率を調整した。
【００９０】
【表１】
2011222481.tif 000017
【００９１】
［試験例］
前記材料で構成された複層導光デバイスの光取出し効率や光損失を測定した。
【００９２】
（１）
２層の複層導光デバイスと３層の複層導光デバイスに対して、光透過率を測定した。その結果を表２に示す。
【００９３】
【表２】
2011222481.tif 000018
【００９４】
表２には、光透過率について、２層の複層導光デバイスと３層の複層導光デバイスを比較した結果が示されている。
【００９５】
表２から分かるように、第１導光層と第２導光層をそれぞれ屈折率が１.５２(第１導光層)と１.５８(第２導光層)である材料から構成された２層の複層導光デバイスにおいては、入射角が６５度である場合、９８.６％の光透過率が得られ、入射角が７０度である場合、９４.７％の光透過率が得られた。しかしながら、入射角が７４度であると、光透過率は４４％まで下がった。一方、各層をそれぞれの屈折率が１.５２と１.５５と１.５８である材料から構成された３層の複層導光デバイスにおいては、より良好な光透過率が得られた。
【００９６】
（２）
２層の複層導光デバイスと３層の複層導光デバイスについて、各層の屈折率の関係が光取出し率に及ぼす影響を検討した。その結果を表３に示す。なお、表中、光取出し率が高いものに＊を付した。
【００９７】
【表３】
2011222481.tif 000019
【００９８】
表３には、各層の屈折率の関係が示されている。
【００９９】
表３から分かるように、屈折率が１.５２と１.５８(層数=２)である場合(n１<n２)、光取出し効率は７０.５％であり、光損失率は２９.５％である。一方、３層である場合、３層を順に屈折率が１.５２-１.５５-１.５８となるように配置した場合(n１<n２<n３)、より好ましい光取出し効率が得られ、光損失がより少ないことが確認された。
【０１００】
（３）
全体厚さが３.０ｍｍになるように各層の厚さが１.５ｍｍ-１.５ｍｍのシート材を２層積層して、２層の複層導光デバイスを作製した。各層の屈折率や光取出し効率を表４に示す。なお、表中、光取出し率が高いものに＊を付した。
【０１０１】
【表４】
2011222481.tif 000020
【０１０２】
表４には、２層の複層導光デバイスにおける各層の臨界角の関係が示されている。屈折率は何れもn１<n２の条件を満たしている。光取出し効率は、導光板から取出した光のルーメン数に基づいて算出した。
【０１０３】
試験の結果から、θＣ１２-θＣ１が３５°程度又は以下である場合、すなわち下記数式の条件を満たす場合、好ましい効果が得られることが確認された。
【０１０４】
【数１５】
2011222481.tif 000021
【０１０５】
（４）
全体厚さが３.０ｍｍになるように各層の厚さが１.０ｍｍ-１.０ｍｍ-１.０ｍｍのシート材を３層積層して、３層の複層導光デバイスを作製した。各層の屈折率や光取出し効率を表５に示す。なお、表中、光取出し率が高いものに＊を付した。
【０１０６】
【表５】
2011222481.tif 000022
【０１０７】
表５には、３層の複層導光デバイスにおける各層の臨界角の関係が示されている。屈折率は何れもn１<n２<n３の条件を満たしている。光取出し効率は、導光板から取出した光のルーメン数に基づいて算出した。
【０１０８】
試験の結果から、θＣ１２-θＣ１が３５°程度又は以下である場合、好ましい光取出し効率と低光損失率が得られることが確認された。
【０１０９】
また、表４、５から分かるように、第２屈折率と第１屈折率の差を０.０４乃至０.１４の範囲内にし、第３屈折率と第２屈折率の差を０.０２乃至０.１の範囲内にすることで、好ましい光取出し効率が得られることが確認された。
【０１１０】
（５）
表６に示すように各層のシート材の厚さを変動させて、全体厚さが３.０ｍｍになるようシート材を２層積層して、２層の複層導光デバイスを作製した。各層の屈折率や光取出し効率を表６に示す。なお、表中、光取出し率が高いものに＊を付した。
【０１１１】
【表６】
2011222481.tif 000023
【０１１２】
表６には、各層の厚さの変動と光取出し効率との関係が示されている。光取出し効率は、導光板から取出した光のルーメン数に基づいて算出した。
【０１１３】
表６から分かるように、第１導光層と第２導光層との厚さの比を０.０１乃至１の範囲内にすることで、より好ましい光取出し効率が得られている。
【０１１４】
図６は相違した厚さを有する２層導光デバイスの概要図である。図に示したものは、全体厚さが３.０ｍｍになるように厚さが相違したシート材を２層積層した状態のものである。各層の屈折率は１.５２-１.５８であり、各層の厚さをt１(第１導光層)-t２(第２導光層)で表しており、その単位はｍｍである。
【０１１５】
図６(Ａ)は、t１<０.０１*t２の関係である場合を示している。t１はt２より遥かに小さいので、全反射が発生し、望ましい光取出し効率が得られなかった。
【０１１６】
図６(Ｂ)は、０.０１*t２<t１<t２の関係である場合を示している。t１の厚さは０.０１*t２とt２の間になっている。表６の結果によると、t１とt２の厚さをそれぞれ０.０３ｍｍと２.９７ｍｍにした場合、光取出し効率は７１.１％に上がり、光取出し効率が優れたものとなった。
【０１１７】
図６(Ｃ)は、t１>t２の関係である場合を示している。この場合、光線は比較的長い距離を伝送するので、光線の入射角が大きくなり、全反射を発生させる機会が高くなり、光取出し効率が低減するおそれがある。
【０１１８】
表６の結果により検討した結果、微細構造層を含む第２導光層の平均厚さt２を第１導光層の厚さt１を超えるようにし、特に、第１導光層の厚さ（t１)と第２導光層の厚さ(t２)の比（t１／t２）を０.０１乃至１の範囲内にすることにより、より良好な光取出し効率を得ることができる。
【０１１９】
図７は、相違した厚さを有する３層導光デバイスの概要図である。
【０１２０】
図７(Ａ)は、t１<０.０１*t２の関係である場合を示している。また、第１導光層と第３導光層とは同じ厚さであり、第１導光層と第３導光層は、その厚さが第２導光層の厚さより遥かに小さくなっている。
【０１２１】
図７(Ｂ)は、０.０１*t２<t１<t２の関係である場合を示している。また、第１導光層と第３導光層とは同じ厚さ（t１）であり、その厚さ（t１）は０.０１*t２とt２の間になっている。
【０１２２】
図７(Ｃ)は、t１>t２の関係である場合を示している。また、第１導光層と第３導光層とはその厚さが第２導光層の厚さより大きい。
【０１２３】
３層である場合の厚さの変動による光取出し効率を表７に示す。なお、表中、光取出し率が高いものに＊を付した。
【０１２４】
【表７】
2011222481.tif 000024
【０１２５】
図８は、厚さの比（t１/t２）と光取出し効率との関係を示すグラフである。
【０１２６】
表７、図８のグラフによると、２層である場合、第２導光層の平均厚さt２を第１導光層の厚さt１以上にし、即ちt１/t２を１よりも小さいか等しくし、特に０.０１乃至１の範囲内にすることで、光取出し効率が７０％を超え、より良好な光取出し効率が得られることが確認された。また、３層である場合、第２導光層の平均厚さ(t２)を第１導光層の厚さ(t１)以上にし、即ちt１/t２を１よりも小さいか等しくすると、より良好な光取出し効率が得られることが確認された。
【０１２７】
ただし、図８のグラフと表７の結果によると、３層導光デバイスでは、第２導光層の平均厚さ(t２)が第１導光層の厚さ(t１)未満である場合にも、ある特定の比率においては、優れた光取出し効率(７０％を超えた)が発現されている。本実施例では、t１/t２の比率が０.０１乃至１.５である場合に、優れた光取出し効率が得られている。
【符号の説明】
【０１２８】
２０，４０        光源
２１，４１        第１導光層
２２，４２        第２導光層
４３              第３導光層
２３，４４        微細構造層
２５，４５        反射面
２０１，４０１    入光面
２０２，４０２    出光面
n１                第１屈折率
n２                第２屈折率
n３                第３屈折率
【図１】
2011222481.tif 000032
【図２】
2011222481.tif 000033
【図３】
2011222481.tif 000034
【図４】
2011222481.tif 000035
【図５】
2011222481.tif 000036
【図６】
2011222481.tif 000037
【図７】
2011222481.tif 000038
【図８】
2011222481.tif 000039