(57)【要約】  本発明に係る光転向膜３６は、入射してくる光を方向転換して出射する膜であり、（ａ）光が入射する入射面及び（ｂ）実質的に平坦な出射面３８を備える。入射面は、二次元アレイ状に配列された複数個の屋根形プリズム構造２６を有する。光転向膜３６に屋根形プリズム構造２６のアレイが形成されているため、別体の底部プリズムを有する構造物を設ける必要がない。
2008515024.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を方向転換させる光転向膜であって、
（ａ）光が入射する入射面と、（ｂ）実質的に平坦な出射面と、を備え、
入射面が、二次元アレイ状に配列された複数個の屋根形プリズム構造を有する光転向膜。
【請求項２】
請求項１記載の光転向膜であって、光転向膜出射面法線に対する屋根形プリズム構造の屋根部ファセットの傾斜角が２５〜６０°の範囲内である光転向膜。
【請求項３】
請求項１記載の光転向膜であって、光転向膜出射面法線に対する屋根形プリズム構造の屋根部ファセットの傾斜角が３５〜４５°の範囲内である光転向膜。
【請求項４】
請求項１記載の光転向膜であって、各屋根形プリズム構造の屋根部ファセット交差角が５０〜１００°の範囲内である光転向膜。
【請求項５】
請求項１記載の光転向膜であって、各屋根形プリズム構造の屋根部ファセット交差角が６０〜８０°の範囲内である光転向膜。
【請求項６】
請求項１記載の光転向膜であって、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリアミド、ポリカーボネート、セルロースエステル、ポリスチレン、ポリビニル樹脂、ポリスルホンアミド、ポリエーテル、ポリイミド、ポリ弗化ビニリデン、ポリウレタン、ポリフェニレンスルフィド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリアセタール、ポリスルホナート、ポリエステルイオノマー、ポリオレフィンイオノマー、コポリマ及びポリマ混合物のうち何れかを含む素材により形成された光転向膜。
【請求項７】
第１方向沿いに光を平行化し第１方向に対して実質的に直交する第２方向沿いに光を方向転換させる光転向膜であって、
二次元アレイ状に配列された複数個の屋根形プリズム構造を備え、
各屋根形プリズム構造が、
（ｉ）光転向膜出射面に対し実質的に平行な出射ファセットと、
（ｉｉ）光が入射する入射ファセットであって出射ファセットに対し実質的に垂直な入射ファセットと、
（ｉｉｉ）約６０〜約８０°の範囲内のピーク角で交差してリッジを形成する複数個の屋根部ファセットと、
を有し、
出射ファセット法線に対する屋根部ファセットの傾斜角がリッジ角に等しく出射面法線に対し約２５〜６０°の範囲内である光転向膜。
【請求項８】
請求項７記載の光転向膜であって、出射ファセット法線に対する屋根部ファセットの傾斜角即ちリッジ角が法線に対して約３５〜４５°の範囲内である光転向膜。
【請求項９】
請求項７記載の光転向膜であって、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリアミド、ポリカーボネート、セルロースエステル、ポリスチレン、ポリビニル樹脂、ポリスルホンアミド、ポリエーテル、ポリイミド、ポリ弗化ビニリデン、ポリウレタン、ポリフェニレンスルフィド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリアセタール、ポリスルホナート、ポリエステルイオノマー、ポリオレフィンイオノマー、コポリマ及びポリマ混合物のうち何れかを含む素材により形成された光転向膜。
【請求項１０】
面発光する照明システムであって、
（ａ）光源と、
（ｂ）（ｉ）光源からの光が入射するエッジ、（ｉｉ）光を方向転換する反射面、並びに（ｉｉｉ）方向転換された光を出射する出射面を有し、反射面に入射した光をその反射面によって出射面方向に方向転換する光導波板と、
（ｃ）光導波板出射面と光学結合された転向膜であって二次元アレイ状に配列された複数個の屋根形プリズム構造を有する転向膜と、
を備える照明システム。
【請求項１１】
請求項１０記載の照明システムであって、転向膜出射面法線に対する屋根形プリズム構造の屋根部ファセットの傾斜角が２５〜６０°の範囲内である照明システム。
【請求項１２】
請求項１０記載の照明システムであって、転向膜出射面法線に対する屋根形プリズム構造の屋根部ファセットの傾斜角が３５〜４５°の範囲内である照明システム。
【請求項１３】
請求項１０記載の照明システムであって、各屋根形プリズム構造の屋根部ファセット交差角が６０〜８０°の範囲内である照明システム。
【請求項１４】
請求項１０記載の照明システムであって、転向膜が、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリアミド、ポリカーボネート、セルロースエステル、ポリスチレン、ポリビニル樹脂、ポリスルホンアミド、ポリエーテル、ポリイミド、ポリ弗化ビニリデン、ポリウレタン、ポリフェニレンスルフィド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリアセタール、ポリスルホナート、ポリエステルイオノマー、ポリオレフィンイオノマー、コポリマ及びポリマ混合物のうち何れかを含む素材により形成された照明システム。
【請求項１５】
（ａ）画像形成用の表示デバイスと、（ｂ）表示デバイスに光を供給する照明システムと、を備え、
照明システムが、（ｉ）光源と、（ｉｉ）光導波板と、（ｉｉｉ）光導波板出射面と光学結合された転向膜と、を有し、
光導波板が、（１）光源からの光が入射するエッジと、（２）光を方向転換する反射面と、（３）方向転換された光を出射する出射面を有し、反射面に入射した光をその反射面によって出射面方向に方向転換する光導波板であり、
転向膜入射面が、二次元アレイ状に配列された複数個の屋根形プリズム構造を有する表示装置。
【請求項１６】
請求項１１記載の表示装置であって、表示デバイスが液晶ディスプレイを構成する表示装置。
【請求項１７】
請求項１５記載の表示装置であって、転向膜出射面法線に対する屋根形プリズム構造の屋根部ファセットの傾斜角が２５〜６０°の範囲内である表示装置。
【請求項１８】
請求項１５記載の表示装置であって、転向膜出射面法線に対する屋根形プリズム構造の屋根部ファセットの傾斜角が３５〜４５°の範囲内である表示装置。
【請求項１９】
請求項１５記載の表示装置であって、各屋根形プリズム構造の屋根部ファセット交差角が６０〜８０°の範囲内である表示装置。
【請求項２０】
請求項１５記載の表示装置であって、転向膜が、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリアミド、ポリカーボネート、セルロースエステル、ポリスチレン、ポリビニル樹脂、ポリスルホンアミド、ポリエーテル、ポリイミド、ポリ弗化ビニリデン、ポリウレタン、ポリフェニレンスルフィド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリアセタール、ポリスルホナート、ポリエステルイオノマー、ポリオレフィンイオノマー、コポリマ及びポリマ混合物のうち何れかを含む素材により形成された表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大まかには二次元面の輝度を高める表示装置用照明機材に関し、より詳細には屋根形プリズム構造アレイを用い光導波板出射光を方向転換（リダイレクト）させる二次元転向膜(turning film)に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置は陰極線管モニタに代わる小型軽量な表示装置であるが、その明るさ（より厳密には輝度）が不足で液晶表示装置を好適に利用できない分野がまだ数多く残っている。従来からラップトップコンピュータ用表示装置にて使用されている透過型液晶はバックライト型表示装置の一種であり、外向き即ち液晶方向に光を発する発光面を液晶背面に配置した構成を有している。発光面自体の照明特性は本質的にランベルト的であり、そうした発光面から発せられる照明光はほぼ同じ輝度で広い角度範囲に拡がってしまう。そのため、明るさ改善膜を設けて面発光ランベルト分布光の一部を表示面直交方向に方向転換させ、視軸方向(on-axis)輝度及び近視軸方向(near-axis)輝度を向上させる手法が、数多く提案されている。液晶表示装置用又は他種バックライト型表示装置用に提案されている明るさ改善策乃至輝度改善策の中には、例えば次のようなものがある。
【０００３】
特許文献１（発明者：西尾他）には、２個のレンチキュラレンズ面を交差配置し、光角度範囲調整に用いた液晶表示装置が記載されている。
【０００４】
特許文献２（発明者：荻野他）には、フレネルレンズシートとレンチキュラレンズシートを併用し、所望の光発散／収束度及び輝度が得られるようにしたリアプロジェクション型表示装置が記載されている。
【０００５】
特許文献３（発明者：Allen et al.）には、表示装置乃至照明設備用の明るさ改善膜が記載されている。この文献に記載の明るさ改善膜は、照明光源に面する側の表面が滑らかで、それとは逆側の表面（構造形成面）に設けた一群の照明光転向用構造物例えば三角プリズムによって、視軸外れ方向(off-axis)の光を屈折させ光角度範囲をある程度狭くする補正を施す膜である。この明るさ改善膜によれば視軸外れ方向光を好適に方向転換させることができるが、膜表面に垂直に入射した光は構造形成面を透過できずに入射面方向に反射されてしまう。
【０００６】
特許文献４（発明者：Abileah et al.）には、プリズムシートを用い反射型液晶表示装置の明るさ、コントラスト比及び色均一性を向上させる構成が何種類か記載されている。そのうち一つは、特許文献３記載の明るさ改善膜に類する明るさ改善膜をその構造形成面が反射光源側を向くよう配置し、輝度を向上させると同時に外光の影響を抑止するものである。但し、この部材は反射型表示装置用のものであるのでプリズムシート位置が看者と液晶表面の間になる。これは、透過型液晶システムにおけるプリズムシート位置が光源と液晶の間であるのと異なっている。
【０００７】
特許文献５（発明者：Parker et al.）には、液晶表示装置用光転向膜にて使用される種々の表面構造の一つとして、プリズムが例示されている。
【０００８】
特許文献６（発明者：樋口他）には、各面上にプリズム構造が延設された透明プリズムシートを用いバックライト伝搬性及び輝度を向上させた液晶表示装置が、記載されている。この構成は、先に注記した特許文献３と同様に大半の視軸方向光が透過できず反射される構成であるが、光源に対するプリズムシートの向きが特許文献３とは逆になっている。また、この構成ではランベルト光源を使用していない。この構成を使用できるのは小型例えば携帯型の表示装置だけである。
【０００９】
特許文献７（発明者：Gardiner et al.）には、一対の光転向膜により光を方向転換する液晶表示装置が記載されている。その光転向膜には、互いにその寸法が異なる複数個のプリズムによるアレイが設けられている。
【００１０】
特許文献８（発明者：Fong et al.）には、先端鈍化プリズム構造を片面配設した明るさ改善膜が記載されている。
【００１１】
特許文献９（発明者：Tang）には、全体として三角形だがそのファセット（切り子面）に丸みのある複数個のプリズム構造を有する明るさ改善膜が、記載されている。
【００１２】
特許文献１０（発明者：O'Neill et al.）には、従来型の膜に比べカットオフ角を「ソフト」にすることによって視角変化に伴う輝度変化を緩和した明るさ改善膜が、記載されている。
【００１３】
特許文献１１（発明者：Hou et al.）には、マイクロプリズムアレイを用い非ランベルト光源からの光をリサイクルする照明システムが記載されている。
【００１４】
特許文献１２（発明者：Beeson et al.）には、発熱が問題になることがありまた光出射が多少不均一でも許容されるタイプの照明装置にて使用され、光方向転換用マイクロプリズムアレイを光源と接触させて光を方向転換させるようにしたバックライト装置が、記載されている。
【００１５】
このように、上記各特許文献に記載のものを含め、浅い視角についての明るさ向上に役立つ手法が従来から幾つか提案されているが、それらにはなお問題が残っている。例えば上掲手法のうち幾つかは、最良視認方向である表示面直交方向への光方向転換よりは、光の角度範囲分布を所望角度範囲内に変化させること（所望角度範囲内への光リディストリビューション）の方に、より役立つものである。また、従来型明るさ改善膜の転換可能方向には方向依存性があり、光をうまく方向転換させうるのはある一方向についてだけである。例えば、表示面幅方向に沿って光路を変える（光を方向転換する）ように明るさ改善膜を配置すると、それと直交する方向即ち表示面長さ方向にその膜で光を方向転換させることはほとんど或いは全くできない。そのため、表示面上の複数方向、典型的には水平方向及び垂直方向双方に光を方向転換可能にするには、ある方向に沿って光を方向転換させるシートを配置した上に、それとは直交する方向に沿って光を方向転換させる別のシートを、重ねねばならない。こうしたやり方は必然的に折衷的性格を帯びるものであり、それら相直交する二方向に対して斜め方向の光については最適にはならない。
【００１６】
即ち、上記各特許文献に記載されているように、これまでに提案された明るさ改善装置においては基材頂面上に光屈折型表面構造が形成されている。形成される屈折型表面構造の種類は幾通りかある。その中には、単体のプリズム性突起構造を複数個行列配置したものも細長いプリズム性突起構造を複数個並べたものもある。またその頂点が光源側を向くよう各プリズムを配置したものも光源とは逆側に向くよう配置したものもある。これらの明るさ改善装置には大部分、その転換可能方向に方向依存性があり、実用上、複数枚のシートを用いることが必要である。
【００１７】
また、既存の携帯型装置用バックライト系には、二次元面の一辺に配置したＣＣＦＬ（冷陰極蛍光ランプ）球等の小型光源（エッジ光源）からの光を方向転換させ、その二次元面全体に均等に行き渡らせなければならない、という問題がある。従来から、この機能は、光導波板の表面にドットパターンを印刷し或いは光導波板の表面をエッチングしておき、更にその光導波板を散光膜と併用することによってエッジ光源からの光を散光させ、均一なバックライト照明光を生成する手法で、実現されている。ここに、Ｃｌａｒｅｘ，Ｉｎｃ．から入手可能なＨＳＯＴ（高輝度光散乱導光体）光導波板等を伴う転向膜を用いれば、この種の均一バックライト照明を散光膜なしでまた製造時のドット印刷なしで実現することができる。ＨＳＯＴ光導波板等の転向膜は、プリズム構造アレイを様々に組み合わせて光導波板出射光を方向転換させ、二次元面直交方向に向ける仕組みである。
【００１８】
図１に光導波板１０の全体機能を示す。光源１２からの光は入射面１８から光導波板１０内に入りその中を進んでいく。図示の通り光導波板１０は通常は楔状であるので、光導波板１０内伝搬中にいずれ内部全反射条件が成り立たなくなる。内部全反射条件が成り立たなくなると光は大抵は反射面４２によって反射され、出射面１６を通り光導波板１０を出ていく。光導波板１０を出射した光は転向膜２２により方向転換され、行く手にある光ゲートデバイス２０、例えば液晶等の二次元バックライト対象部材を照明する。
【００１９】
二次元面に沿って光を分散（ディストリビュート）させるため、光導波板１０及びその関連部材は、通常、光を方向転換させるだけでなく、ある程度まで平行化（コリメート）してビーム角の発散を抑えるように構成される。例えば、「発散角ローテータシステム及び光ビーム平行化方法」（Divergent Angle Rotator System and Method for Collimating Light Beams）と題する特許文献１３（発明者：Tai）には、１個又は複数個の光源から発せられた光を細長いマイクロプリズムのアレイを用いて方向転換及び平行化する光導波板が、記載されている。この文献に記載のデバイスは、光導波板の光出射面上に設けられた第１の細長いプリズム構造群と、それとは逆側の面上に設けられた第２の細長いプリズム構造群とを備え、第１のプリズム構造群と第２のプリズム構造群の延設方向を相直交する方向にして、前者を平行化にまた後者を平行化及び内部全反射に用いる構成である。この構成における光導波板１０上でのプリズム構造交差配置の例を図２に示す。出射面１６上には当該出射面１６と直交する視軸Ｖの方向に光を方向転換する光転向膜２２が、底部には光転向膜２２上プリズム延設方向及び視軸Ｖの方向に直交する方向に沿い光を平行化する底部プリズム２４が、それぞれ設けられている。これらによって抑えられるため、光導波板１０からの出射光における視軸外れ角はあまり大きくならない。このように頂面上及び底面上のプリズム構造間に直交関係があるため、出射光の平行度をある程度制御することができる。
【００２０】
また、図２に示した構成は基本構造であり様々に変形できる。例えば、「バックライト式表示装置用光導波路」（Light Guide for use with Backlit Display）と題する特許文献１４（発明者：Whitney et al.）には、光均一化に特化させた光導波路が記載されている。その光導波路においては、転向膜２２の出射面１６上に複数個の構造物をランダムに分散配置させて、より均一な出射光が得られるようにしている。また、「可変角プリズム付光学膜」（Optical Film with Variable Angle Prisms）と題する特許文献１５（発明者：Gardiner et al.）には、光転向膜を用いて知覚可能リップルの個数を減らす構成が記載されている。
【００２１】
図３Ａ及び図３Ｂに、従来型転向膜により光を方向転換するプリズム６０の全体機能を示す。これらの図は、互いにほぼ直交する二通りの方向から示したものである。入射点Ｐ１にてプリズム６０に入射した光はプリズム６０内で屈折し、底部ファセット６２上の点Ｐ２にて内部全反射し、そして点Ｐ３にてプリズム６０から出射される。重要なことは、このプリズム６０で方向転換機能を提供できるのは一方向だけ、即ち図３Ａ及び図３Ｂ中の座標系によればＹ方向だけだということである。これと直交する方向即ち図３Ａ及び図３Ｂ中のＸ方向については、プリズム６０は実質的に集光機能を持たないので、Ｘ方向沿いの発散は大きくなる。上掲の特許文献１３及び１４にて述べられているようにまた先に図２に示したように、従来の転向膜にて２個の別々のプリズム群を直交配置し光ビームの方向転換を行うのは、こうした理由による。それらのプリズム群のうち一組は光を平行化しもう一組は光ビームを方向転換する。この構成は確かに作動可能な構成であるけれども、ご理解頂けるようにコストが嵩みサイズが大きくなるという問題点を有している。従って、単一の光学部品で平行化及び光ビーム方向転換双方を実施できる照明手段を提供すること、就中その照明手段によって視軸方向輝度を向上させることが、望まれている。電子ディスプレイの外寸をよりコンパクトにし且つその明るさを向上させよとの要求はますます強まっており、反面で既存のバックライト散光送給法では劇的な改善がほとんど見込めないことから、光を二次元面沿いに方向転換させうる新規な方法、とりわけバックライトを使用する分野によく適した方法を探し出すことが、早急に必要とされている。
【００２２】
【特許文献１】米国特許第５５９２３３２号明細書
【特許文献２】米国特許第５６１１６１１号明細書
【特許文献３】米国特許第６１１１６９６号明細書
【特許文献４】米国特許第５６２９７８４号明細書
【特許文献５】米国特許出願公開第２００１／００５３０７５号明細書
【特許文献６】米国特許第５８８７９６４号明細書
【特許文献７】米国特許第６３５６３９１号明細書
【特許文献８】米国特許第６２８００６３号明細書
【特許文献９】米国特許第６２７７４７１号明細書
【特許文献１０】米国特許第５９１７６６４号明細書
【特許文献１１】米国特許第５８３９８２３号明細書
【特許文献１２】米国特許第５３９６３５０号明細書
【特許文献１３】米国特許第５８５４８７２号明細書
【特許文献１４】米国特許第６５７６８８７号明細書
【特許文献１５】米国特許第６７０７６１１号明細書
【特許文献１６】米国特許第６６６７９９７号明細書
【特許文献１７】米国特許出願公開第２００３／０００７０６７号明細書
【特許文献１８】米国特許第５９０７４３８号明細書
【特許文献１９】特開２００３−３３７３００号公報
【特許文献２０】米国特許出願公開第２００３／０２１８１２５号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
本発明の目的は、従来のやり方より簡便で単一部材で方向転換及び平行化双方を実行できる二次元バックライト方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
本発明は、このような目的を達成すべく、光を方向転換するための転向膜に屋根形プリズム（ルーフプリズム）構造の二次元アレイを設けたものである。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、単一のアレイ構造によって光の平行化及び方向転換双方が実現される。
【００２６】
従って、本発明によれば、単一部材によって光平行化機能及び光方向転換機能を同時実現できるため、従来型明るさ改善膜を用いた表示装置に比べ小型な表示装置を実現することができる。
【００２７】
本発明によれば、更に、視軸方向の明るさが、従来型光転向膜を用いた場合に得られるレベルよりも高レベルになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明の実施形態を示す図面を参照しつつ、本発明の実施形態について詳細に説明する。本件技術分野における習熟者（いわゆる当業者）であれば、下記説明及び別紙図面を併読することにより、上述のものもそれ以外のものも含め、本発明の目的、特徴的構成及び効果を理解できるであろう。
【００２９】
なお、本発明の構成要件については、別紙特許請求の範囲に明示及び明定してある。以下の図面参照説明は、本発明についてより理解を深めて頂くための説明である。
【００３０】
また、本願明細書における説明は、特に本発明に係る装置の構成部材及び本発明に係る装置と直接連携する部材についてのものである。本願中に仔細な図示や説明のない部材については、いわゆる当業者にとり周知の様々な形態を採りうるものと理解されたい。
【００３１】
ダックプリズムとも称される屋根形プリズムは、入射光を直角に偏向させうる部材として様々な分野で使用されている。とりわけ、小型であることが望まれる光学装置例えば双眼鏡にて、広く使用されている。例えば、「光学モジュール及びその製造方法」（Optical Module and Method of Making the Same）と題する特許文献１６（発明者：那須他）には、屋根形プリズムが組み込まれた半導体レーザモジュールが記載されている。また、「結像素子アレイおよび光書込ユニットおよび画像形成装置」（Imaging Device Array、Optical Writing Unit and Image Forming Apparatus）と題する特許文献１７（発明者：増田他）、「結像素子」（Imaging Device）と題する特許文献１８（発明者：藤田他）、並びに「結像光学系、光書き込みユニットおよび画像形成装置」と題する特許文献１９（発明者：増田他）には、屋根形プリズムのリニアアレイを使用した光学書込装置例が記載されている。更に、「屋根形ミラー／屋根形プロズムアレイスケールを用いたセンサ及びそのセンサを備えた装置」（Sensor Using Roof Mirror/Roof Prism Array Scale and Apparatus Equipped with the Sensor）と題する特許文献２０（発明者：井垣他）には、センサ方向に光を向けるために屋根形プリズム構造二次元アレイを用いたセンサが記載されている。
【００３２】
即ち、上記各特許文献に示されているように、屋根形プリズムのリニアアレイや二次元アレイを用いて光を方向転換し、対応する特定用途画像記録部材アレイ乃至光検知部材アレイをサポートする構成が、既に知られている。しかしながら、恐らくはその表面構造がやや複雑であることから、屋根形プリズムアレイをバックライト照明システムにて用いうることは、これまで看過されてきた。以下説明するように、屋根形プリズムアレイは、図１及び図２に示した光導波板１０の付随部材を簡素化するだけでなく、バックライト照明システムの構成部材点数を減らすのにも役立つものである。更に、屋根形プリズムアレイによってもたらされる視軸方向輝度向上効果はこれまでにない高水準のものである。
【００３３】
先に「背景技術」の欄に記したように、図３Ａ及び図３Ｂに示した従来構造プリズム６０には光を方向転換する能力が備わっている。これに対するに、図４Ａ及び図４Ｂに示す屋根形プリズム構造２６の動作は、点Ｐ１にて入射ファセット５２上に入射した光を屋根形プリズム構造２６内で屈折させ、屋根部ファセット３０により反射させ、そして出射ファセット５６から出射する、というものである。本発明における屋根形プリズム構造２６の機能を理解するには、図３Ａ及び図３Ｂに示した従来型プリズム６０の動作と、図４Ａ及び図４Ｂに示す屋根形プリズム構造２６の動作とを比較、対照することが役立つであろう。まず、各図に示したＸＹＺ座標系によれば、従来型プリズム６０ではＹ方向沿いで光線方向が転換されるだけで、Ｘ方向沿いでは集光が行われない。そのため、従来構造プリズム６０を用いて転向膜利用装置を構成する場合、別途、光をＸ方向沿いで平行化する機構を設け使用しなければならない。これに対して、本発明に係る屋根形プリズム構造２６ならば、Ｙ軸沿いで光が平行化されＹ軸に対する光の発散角が小さくなるだけでなく、Ｚ軸方向への光の方向転換も行われる。本発明における屋根形プリズム構造２６にはこのような双機能性があるため、それを利用して補助平行化膜が不要な転向膜を実現することができる。
【００３４】
屋根形プリズム構造２６の動作を決定づけるとりわけ重要なパラメタとしては、例えば次に示す屈折率、リッジ角α及びピーク角βがある。
【００３５】
（ｉ）一般に、屋根形プリズム構造２６を形成する素材の屈折率は、１．４以上でなければならない。
【００３６】
（ｉｉ）リッジ角αは、屋根部ファセット３０同士の交差により形成されるリッジ３１が出射ファセット５６の法線に対し有している傾斜角であり、出射ファセット５６に対する屋根形プリズム構造２６の高さが増せば増す程小さくなる。リッジ角αの推奨範囲は３５〜４５°である。
【００３７】
（ｉｉｉ）ピーク角βは、リッジ３１における屋根部ファセット３０同士の交差角であり、その推奨範囲は６０〜８０°である。
【００３８】
図５Ａ及び図５Ｂに、屋根形プリズム構造２６の全体的幾何学的形状を視覚的に解りやすく示す。これらの図に示すように、屋根形プリズム構造２６は、仮想的に、基部３２及び屋根部３４という二種類の要素プリズムをつなげた形状として捉えることができる。実際の屋根形プリズム構造２６はモールドその他の手法により単一片として形成するのであって、２個の要素プリズムに分けて形成するのではない。図５Ａ及び図５Ｂはあくまで視覚的把握を助けるための図面である。図示例における基部３２は直方体をその対角面で切断した形状であり、屋根部３４は２個の傾斜した屋根部ファセット３０を有する屋根形の形状である。
【００３９】
図６、図７及び図８に、本発明の種々の実施形態における転向膜３６の光入射側からの斜視外観を示す。これらの図に示すように、転向膜３６の入射面上には多数の屋根形プリズム構造２６が二次元アレイ状に配列されている。転向膜３６の出射面３８は実質的に平坦である。先に示した図４Ａ及び図４Ｂから読み取れるように、各屋根形プリズム構造２６の出射ファセット５６は転向膜３６の出射面３８に沿わせてあり、屋根部ファセット３０は内側即ち図１及び図２中の光導波板１０の方向を向いている。屋根部ファセット３０は光導波板１０に対して傾いており、その傾斜角は図４Ａ中のリッジ角αである。従って、リッジ角αは転向膜３６の法線に対する傾斜角でもある。
【００４０】
図８に示すように、屋根形プリズム構造２６のピッチＰは当該屋根形プリズム構造２６の幅Ｗとほぼ等しくしなければならない。ピッチＰの推奨範囲は２０〜１００μｍ、従って幅Ｗの推奨範囲も２０〜１００μｍである。隣り合っている２個の屋根形プリズム構造２６のピーク間の距離もほぼこれと同じ範囲内の値にする。屋根形プリズム構造２６の高さＨは２０〜２００μｍの範囲内にする。
【００４１】
上方斜視図である図９及び下方斜視図である図１０に、本発明に係る転向膜３６を用いた照明システム４０を備える表示装置６４を示す。この表示装置６４においては、前述の通り光が光導波板１０から転向膜３６へと出射されると、転向膜３６がその光を受光し、受光した光に平行化及び方向転換を施し、その出射面３８からその光を出射して、バックライト照明その他の機能に供する。屋根形プリズム構造２６のアレイを備えた転向膜３６を用いているため、図２に示した底部プリズム２４又はそれに類する構造を別途設ける必要はない。
【００４２】
製造方法
本発明に係る転向膜３６は、透明で可撓性のある素材から製造するのが望ましい。最も望ましいのはポリマ系素材である。適切なポリマ系素材、即ち高光透過率特性を有し、安価で且つマイクロレプリケーション（微細構造の反復形成）プロセスに供しうるポリマ系素材は数多くある。中でも好適に使用しうるのは、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリアミド、ポリカーボネート、セルロースエステル、ポリスチレン、ポリビニル樹脂、ポリスルホンアミド、ポリエーテル、ポリイミド、ポリ弗化ビニリデン、ポリウレタン、ポリフェニレンスルフィド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリアセタール、ポリスルホナート、ポリエステルイオノマー、ポリオレフィンイオノマー等の素材である。これらのポリマのコポリマや混合物も使用できる。また、屋根形プリズム構造２６のアレイは、押出膜注型(extrusion  film  casting)等、様々なモールド法で形成することができる。押出膜注型法では、ポリマ又はそのブレンドを熔融させ、スリットダイ、Ｔダイ、コートハンガダイ等といった適当な機構を通して押し出す。この押出によって所望形状に形成したウェブを低温注型ドラム上で素早く冷ましてガラス凝固温度以下に下げることで、ローラ形状と同じ形状の膜状ポリマ組成物を得ることができる。本発明に係る転向膜３６は、或いは、真空成形によって原型を形成し、紫外線硬化素材を用いレンズを射出成形してウェブを被覆し、そのレンズを硬化させた後にエンボス加工してポリマウェブを形成する手順によっても、製造することができる。
【００４３】
輝度向上
図１１に、ある角度範囲について、バックライト式表示装置にて現用されている従来型明るさ改善膜並びに本発明に係る転向膜３６の相対輝度を示す。図中の輝度曲線４６、４８、５０及び５４のうち曲線４６及び４８は本発明に係る転向膜３６を出射面３８に対し直交配置したときの輝度特性を、また曲線５０及び５２は従来型明るさ改善膜の輝度特性を、それぞれ示している。この図から看取できるように、本発明に係る転向膜３６の視軸方向輝度は現用型明るさ改善膜に比べかなり高い利得を呈している。
【００４４】
このことから解るように、本発明に係る転向膜３６によれば、それ単品で平行化機能及び方向転換機能双方を実現できるだけでなく、従来型明るさ改善手法に比べ視軸方向の明るさを高められる。
【００４５】
以上、本発明について、その好適な実施形態を参照して詳細に説明したが、ご理解頂けるように、いわゆる当業者であれば、上述した本発明の技術的範囲から逸脱することなく即ち別紙特許請求の範囲により定義されている本発明の技術的範囲内で、この実施形態に様々な変形乃至改良を施すことができる。例えば、転向膜３６における屋根形プリズム構造２６の配置は様々な形態にすることができる。屋根形プリズム構造２６の寸法は広い範囲に亘り可変である。また、屋根形プリズム構造２６の配置乃至分布を不均一にし、光均一性を高めることもできよう。本発明に係る転向膜３６は、レーザ光源、発光ダイオード、ＣＣＦＬ光源等、様々な種類の光源と併用できる。転向膜３６は、散光器、偏光器等、均一性や明るさの改善に寄与する他種部材と併用することができる。転向膜３６は、液晶、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device）乃至ＤＬＰ（Digital Light Processing component）等の空間光変調器を含め、様々な種類の光ゲートデバイス２０に対してコンパチブルである。
【００４６】
このように、本発明によれば、屋根形プリズム構造のアレイを用いて光導波板からの光を集め方向転換する二次元光転向膜を形成する方法及び装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】相独立した平行化機構及び方向転換機構を有する従来型光導波板により提供される基本的方向転換機能を示す側面図である。
【図２】相独立した平行化機構及び方向転換機構を用いた従来型液晶照明装置の一例を示す斜視図である。
【図３Ａ】従来型転向膜におけるプリズム構造の動作概要を示す斜視図である。
【図３Ｂ】従来型転向膜におけるプリズム構造の動作概要を示す斜視図である。
【図４Ａ】本発明に係る転向膜における屋根形プリズム構造の動作概要を示す斜視図である。
【図４Ｂ】本発明に係る転向膜における屋根形プリズム構造の動作概要を示す斜視図である。
【図５Ａ】本発明における屋根形プリズム構造の幾何学的配置を示す斜視図である。
【図５Ｂ】本発明における屋根形プリズム構造の幾何学的配置を示す斜視図である。
【図６】本発明における転向膜上屋根形プリズム構造アレイ配置の一例を示す斜視図である。
【図７】本発明における転向膜上屋根形プリズム構造アレイ配置の別例を示す斜視図である。
【図８】本発明における転向膜上屋根形プリズム構造アレイ配置の一例を示す斜視図である。
【図９】本発明に係る転向膜と光導波板の併用状態を上側から示す斜視図である。
【図１０】本発明に係る転向膜を、併用する光導波板に対する向きが解るように下側から示す斜視図である。
【図１１】本発明に係る転向膜の輝度特性を従来型明るさ改善法による輝度と比較するグラフである。
【符号の説明】
【００４８】
１０  光導波板、１２  光源、１６，３８  出射面、１８  入射面、２０  光ゲートデバイス、２２，３６  転向膜、２４  底部プリズム、２６  屋根形プリズム構造、３０  屋根部ファセット、３１  リッジ、３２  基部、３４  屋根部、４０  照明システム、４２  反射面、４６，４８，５０，５４  輝度曲線、５２  入射ファセット、５６  出射ファセット、６０  プリズム、６２  底部ファセット、６４  表示装置。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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