(57)【要約】  底面が三角形の、ピラミッド型光学屈折エレメントを含む薄膜について開示する。隣り合ったエレメントの底面は、互いに180度回転している。このような薄膜が、電磁波の入射に対して光屈折におけるある特性を持っているという知見を得た。前記特性は、所望のパターンの薄膜によって、出力光を任意の方向にできる。例えば、前記パターンが一様な場合、点光源からの電磁波（例えば、可視光）を一様な光（電磁波）または拡散光（電磁波）にできる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれが三角形の底面を有していて、隣り合う前記底面は互いに180度回転している、複数のピラミッド型光学屈折エレメントを含む薄膜であって、
前記ピラミッド型光学屈折エレメントが、所望の光屈折になるように選択された頂上角を、それぞれ有することを特徴とする薄膜。
【請求項２】
隣り合う列の前記エレメントの底面が互いに180度回転しているように、複数の前記底面が隣り合う列に割り振られていることを特徴とする、請求項1記載の薄膜。
【請求項３】
前記複数のピラミッド型エレメントが、それぞれ同じ大きさであることを特徴とする、請求項1〜2のいずれかに記載の薄膜。
【請求項４】
前記底面の辺の大きさが1〜200μｍの範囲、好ましくは5〜40μｍ、さらに好ましくは約10μｍであることを特徴とする、請求項1〜3のいずれかに記載の薄膜。
【請求項５】
前記底面が正三角形であることを特徴とする、請求項1〜4のいずれかに記載の薄膜。
【請求項６】
前記複数のピラミッド型エレメントが、所望の光屈折パターンになるように選択された高さを有することを特徴とする、請求項1〜5のいずれかに記載の薄膜。
【請求項７】
前記頂上角が30°〜80°であることを特徴とする、請求項1〜6のいずれかに記載の薄膜。
【請求項８】
前記頂上角が約60°であることを特徴とする、請求項1〜7のいずれかに記載の薄膜。
【請求項９】
前記複数のピラミッド型エレメントの高さが約7.5μｍであることを特徴とする、請求項1〜8のいずれかに記載の薄膜。
【請求項１０】
請求項1〜9のいずれかに記載された薄膜と前記薄膜に光を照射する光源とを含む照明システムであって、前記薄膜と前記光源との距離は可変であることを特徴とする照明システム。
【請求項１１】
前記複数のピラミッド型エレメントの底面が、光源の方に向いているか、または、光源から離れる方向に向いていることを特徴とする、請求項10記載の照明システム。
【請求項１２】
前記複数のピラミッド型エレメントのそれぞれの高さが、所望の光分布になるように選択されていることを特徴とする、請求項10〜11のいずれかに記載の照明システム。
【請求項１３】
前記複数のピラミッド型エレメントのそれぞれの頂上角が、所望の光分布になるように選択されていることを特徴とする、請求項10〜12のいずれかに記載の照明システム。
【請求項１４】
前記薄膜が、可視光、赤外線、紫外線などの電磁波に対して所望の屈折パターンを与えるように用いられることを特徴とする、請求項1〜9のいずれかに記載の薄膜の使用方法。
【請求項１５】
前記薄膜が、LCD画面などのディスプレイ画面に取付けられて用いられることを特徴とする、請求項14記載の薄膜の使用方法。
【請求項１６】
前記薄膜が、ソーラー・パネルおよび／または太陽電池に取付けられて用いられることを特徴とする、請求項14〜15のいずれかに記載の薄膜の使用方法。
【請求項１７】
請求項1〜9のいずれかに記載の薄膜を有するディスプレイ画面。
【請求項１８】
請求項1〜9のいずれかに記載の薄膜を有するソーラー・システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、底面が三角形の、ピラミッド型光学屈折エレメントを含む薄膜(foil)に関する。
【０００２】
さらに、この発明は、このような薄膜及び光源からなる照明システム及びこのような薄膜の使用方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
奥行き知覚薄膜(depth perception foil)として知られている薄膜は、特許文献１に開示されている。前記薄膜は、互いに60度回転しているピラミッド型光学エレメントからなるレリーフ構造(relief structure)を有していて、イメージ表示システムの一部を構成する。イメージが画面に表示されたとき、同一ピクセルからの光が、ハニカム構造に配置されているいくつかの相補的なエレメントの複数のグループから発せられる。その結果、観測者の左目と右目が、異なった明るさの光を受ける。すると、表示されているイメージの奥行き知覚は、脳の光神経信号の到着時間の差に相当した結果として受け取る。左右の目で異なった光の強度を知覚するというこのような効果は、左右の目に対して、ピラミッド型エレメントの高さを少しずつ異ならせることで強調させることができる。
【０００４】
特許文献２には、三角形の底面が互いに隣接している、ピラミッド型屈折エレメントを含む薄膜が開示されている。薄膜の一方の面には前記エレメントが配置されている。他方の面は、光を受ける媒体上にばらばらの光パターンを形成するため、平らな面になっている。前記エレメントに照射された光は、複数ドット(dot)のパターンに分解され、前記パターンは写真材媒体によって受けられる。このようなスクリーンは、写真焼付けやフォト・リトグラフ工程の最終プリントの質を向上させる。そして、前記スクリーンは光のグラデーションの再現に有用な効果を有し、このような工程におけるレンズ・フィルターの必要性を減少させる。
【０００５】
クレーム1に最も近い先行技術が記載されている特許文献３には、三角形の底面を有するピラミッド型屈折エレメントを含む薄膜が記載されている。ピラミッド型エレメントは、底辺が10μｍ〜50μｍで、頂上角、いわゆる対頂角が102°〜116°の正三角錐（底面が正三角形の三角錐）である。このような光収集フィルムは、薄膜の平らな側からの入射光をピラミッド側で集めて、普通の薄膜に比べて近くに浮かび上がって見える。
【特許文献１】国際公開第０３／０２７７５５号パンフレット
【特許文献２】英国特許第１５４１２１５号明細書
【特許文献３】欧州特許出願公開第１１２２５５９号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、例えば光を拡散させる性能を有する薄膜を提供することである。
【０００７】
この目的を達成するために、本発明の薄膜は、それぞれ所望の光屈折になるように選択された頂上角(apex angle)を有する複数のピラミッド型エレメントにより特徴付けられる。
【０００８】
このような薄膜が、全体として、電磁波の入射に対して光屈折におけるある特性を持っているという知見を得た。前記特性は、所望のパターンの薄膜によって、出力光を任意の方向にできる。例えば、前記パターンが一様な場合、驚くべきことに、点光源からの電磁波を一様化または拡散化できる。
【０００９】
さらに、このような一様パターンは、よく知られている視野角問題を解決するのに有用である。この視野角問題は、フラットパネルのディスプレイ画面やLCD画面に表示されたイメージをある角度で見たときに発生する（一般に角度は制限されている）。この薄膜をディスプレイ画面に付けることで、この視野角の制限が取り除かれる。表示されたイメージが、任意の実用的な角度からより見やすくなる。
【００１０】
この点の逆のケースとして、例えば、この薄膜がソーラーパネル・システム上に配置された場合、効率を飛躍的に向上させることができるとの知見を得た。これは、ソーラーパネルへの太陽光の入射角によって発電量が変化することを減少させられるからである。このようなシステムは、現在用いれているある種のソーラーシステムに関連して、より多くの電気エネルギーや熱エネルギーを発生させるために、あらゆる入射角の直接太陽エネルギーや間接太陽エネルギーで用いられる。広範囲の角度で薄膜のピラミッド側の面にエネルギーを入射させた場合でも、このすべてのエネルギーは効果的に下層のエネルギー吸収物質に集中する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
薄膜、一般的にはこのような構造が配置されている透明な薄膜は、比較的簡単な技術的手段により作られる。
【００１２】
本発明の薄膜の別の具体例は、複数のエレメントが同一の大きさであることを特徴とする。実際には、各エレメントの底辺の寸法は、1〜200μｍ、好ましくは5〜40μｍ、さらに好ましくは10μｍである。さらに、より簡単な方法として各底面の大きさを等しくする。
【００１３】
さらに本発明の薄膜の別の具体例は、各エレメントが、所望の光屈折パターンになるように選択された高さを有することを特徴とする。
【００１４】
薄膜上の各ピラミッド型エレメントの高さを変えることで、屈折パターンや、光源（電磁波源）を用いた場合の光分布を変化させられることがわかった。例えば、各ピラミッドの高さを等しくすることで、一様拡散光が発生する。
【００１５】
さらに、ピラミッド型エレメントの頂上角を30°から80°の間で変化させることで、入射波の光屈折と出射波の拡散が影響を受けることがわかった。
【００１６】
本発明の薄膜とこの薄膜に光を照射する光源とからなる照明システムは、薄膜と光源との距離が可変であることで特徴付けられる。
【００１７】
さらに、前述の観点に関係なく、薄膜と光源との距離を変化させることで、光の屈折パターンを変化させられ得る。
【００１８】
ピラミッド型エレメントは光源方向に向けてもいいし、その逆でもいい。これは、この薄膜の用途による。
【００１９】
所望の光分布になるようにピラミッド型エレメントの高さを選択するか、所望の光分布になるように頂上角を選択するか、またはこれらの組み合わせによって、所望の出力光を出す照明システムが得られる。
【００２０】
実際に、この薄膜は、電磁波、可視光やマグネトロン内などのマイクロ波に、所望の屈折パターンを付与するための、屈折薄膜として利用され得る。これに関連して、白熱灯、TLチューブ(TL tube)やそれに類するもの、または光反射体のような光源（一般には点光源）からの電磁波に所望の強度パターンを与えるような、分布もしくは分散が考えられ得る。さらに、この薄膜は、無反射効果や放射防止効果を有する。さらに、この薄膜は、照明設備や光を受けたり伝えたりする物体、例えば、信号機、標識、窓、照明用コーブ(lighting cove)、天窓やそれに類するもの、のような照明システムの前面や照明システム上に配置される。また、自動車や飛行機や船舶などの乗り物の計器の見やすさを改善するためにこの薄膜が用いられることも考えるべきである。さらに、例えば、分光器、LCD画面、プラズマ画面、カメラ、ビデオカメラやそれに類するもののような光学機器への、この薄膜の科学的な利用も考えられる。ランプシェード(lampshade)、カーテン、日よけ、劇場の舞台、壁照明、部分照明用スクリーン・ユニット、おもちゃ、からくりなどへのさらなる応用の可能性もある。
【００２１】
熱放射の場合、薄膜がその周波数範囲で有効かによるが、所望の（一般的には一様分布の）熱パターンを形成することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明および本発明の利点は、より詳細には、各部に番号が付されている図面を参照することで、説明される。
【００２３】
図1は、電磁波を屈折するエレメント１を高密度で配置した第1の配置の可能性を表している。これらのエレメントは、一般に前記電磁波を伝える薄膜２の上か中に配置されている。下層の薄膜層上に浮かび上がらせた構造(relief structure)を与えているようなエレメント１は、CRT画面やプラズマ画面やLCD画面のような画面に組み込まれ得る。しかし、同様にこれらの画面上に着脱自在に薄膜を配置する可能性もあり得る。それぞれのエレメント１は、三角形の底面３を有している。そして、隣り合うエレメント１の底面３は、互いに１８０度回転している。
【００２４】
図２は、行と列からなる配列になっている、エレメント１の別の配置の可能性を表している。隣り合っている行および／または列のエレメント１は互いに１８０度回転している。
【００２５】
電磁波は所望の周波数を有することができる。この周波数は、例えば、可視光周波数や熱放射周波数（赤外光）の範囲でも良い。薄膜２は電磁波を伝えることができるが、それは必須ではない。しかしながら実際には、この薄膜は、ポリエチレンやポリプロピレンのような光伝導プラスチックで作られる。このエレメント１は薄膜２上に配置することもできるし、この薄膜を削ることでも形成できる。これを達成するための良く知られた技術として、レーザーまたはX線技術、I-beam技術、高精度ダイヤモンド・カッティングなどがある。
【００２６】
図３は、頂上角Ｔを含むピラミッド型光屈折エレメント１の詳細を示している。この頂上角Ｔは、図示されている平面図の底面３の中心上方に位置している。すべてのエレメント１の寸法は同一でもいいし、行や列ごとに異ならせても良い。一般に、所望の周波数範囲で屈折を得るために、底面３の辺４の寸法は、1〜200μｍの範囲、好ましくは5〜40μｍ、さらに好ましくは10μｍ程度である。当該周波数範囲に対して、コスト的側面に関する技術も同様に重要な要素を占める。単純な具体例として、底面３が正三角形で、側面の三角形の各角度も60度で、各辺の長さが10μｍの場合、ピラミッドは、実際上有用な7.5μｍ程度の高さになる。薄膜上で電磁波強度が均質で一様な屈折パターンを有するようにするには、三角形の底辺３は正三角形にすべきである。
【００２７】
図4は、光源５の概略図である。この光源５は、例えば白熱電球や低エネルギーのランプのような点光源でもよい。この図はまた、光源が、周りに薄膜２が配置されていて図面に垂直方向にのびているTLチューブ(TL tube)のような線光源であることを表している断面図である。この場合、薄膜２はランプシェード(lampshade)を形成してるか、ランプシェード(lampshade)に組み込まれる。ピラミッド型エレメントの屈折効果によって、光源の存在は外からは見えず、ただ拡散しているように見えるだけではなく、照明光は途中に障害物が無いかのごとく伝わる。寸法、側面のそれぞれの角度、形状、高さ、および素材に関する様々な可能性のほかに、所望の光屈折パターンに関連する頂上角の大きさや薄膜２と光源５との距離を変化させることが、所望の屈折パターンを得たり照明の屈折をコントロールするためには重要である。光学エレメント１の高さの偏差が、光の分布の変化を引き起こす。これにより光の分布をコントロールすることも可能である。薄膜２と光源５との距離を変化させた場合、光学エレメント１の頂上角を最適化することで同じ光の分布を得ることができる。また、前記距離が一定の場合は、前記頂上角を30°から80°の範囲で変化させることで、様々なエネルギー（光）分布を得ることができる。好ましい例として、前記頂上角と、ピラミッドの側面及び底面の各角の角度が約60°で、各辺の大きさが10μｍであれば、ピラミッドの高さは約7.5μｍである。
【００２８】
この薄膜が太陽光システムまたは太陽熱システムの表面に適用された場合、最適な効果を得るために、このようなシステムを太陽の方向に向ける必要がなくなる。なぜなら、薄膜の構造によって、太陽光の入射角に無関係に出力エネルギーが得られるからである。電卓や時計などの太陽電池にも同様に適用できる。
【００２９】
この薄膜が、偏光を非偏光の普通の光に変換することもわかった。
前述の様々な可能性のあらゆる組み合わせついては、当業者であれば自明なことである。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】この発明の光学屈折エレメントの第1の配置の可能性を表す概略図。
【図２】前記エレメントが縦横配列である第2の配置の可能性を表す概略図。
【図３】図1などの薄膜上のピラミッド型光学屈折エレメントの詳細図。
【図４】TLチューブなどの線光源と組み合わせて図1または２の薄膜を用いる図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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