JP2007041087A - 光学素子及びこれを用いた偏光面光源並びにこれを用いた表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 入射光を介して励起発光した光を所定の振動面を有する直線偏光として高効率に出射し得る光学素子等を提供する。
【解決手段】 光学素子１００は、透光性樹脂１と、透光性樹脂に分散分布され透光性樹脂とは複屈折性の相違する微小領域部２と、透光性樹脂及び／又は微小領域部中に含有され外部から入射した光によって励起発光する発光性材料３とを具備して板状に形成された発光導光体１０を備え、発光導光体の対向する平坦面１０１，１０２の少なくとも何れか一方に、縦断面視において平坦面に対して傾斜する傾斜部２０１を有する凹凸構造２０が形成されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光学素子及びこれを用いた偏光面光源並びにこれを用いた表示装置に関し、特に、入射光を介して励起発光した光を所定の振動面を有する直線偏光として高効率に出射し得る光学素子及びこれを用いた偏光面光源並びにこれを用いた表示装置に関する。

液晶表示装置は、その原理上、液晶セルに偏光を入射させる必要がある。このため、従来は、バックライトの出射面側に偏光子を配置することにより偏光を得て、当該偏光を液晶セルに入射させる構成を専ら採用してきた。しかしながら、例えば、偏光子として吸収型偏光子（ヨウ素や二色性染料を用いて、Ｓ偏光及びＰ偏光のうち一方の偏光を吸収し、他方の偏光を透過させる偏光子）を用いる限り、バックライトから出射した光の利用効率は５０％以下とならざるを得なかった。

このため、バックライトの出射面側に、コレステリック液晶からなる円偏光分離膜（特許文献１参照）や、屈折率異方性を有する多層薄膜積層体からなる直線偏光分離膜（特許文献２参照）を配置することにより、上記吸収型偏光子を用いる場合には吸収損失となって失われていた方向の偏光を再利用し、光の利用効率を高める提案がなされている。

一方、バックライトを構成する導光体（光源から出射した光を液晶セルに導くための板状の透光性材料）自体に微細なプリズム構造等を設けることにより偏光分離機能を付与し、これにより効率良く偏光を得る提案もなされている（特許文献３、４参照）。

しかしながら、バックライトを構成する導光体自体に偏光分離機能を付与する場合、導光体内部に伝搬する光の強度が光源近傍と遠方とでは異なるため、導光体の光出射面の全面から均一な強度の光を出射するためには、偏光分離機能を有する微細なプリズム構造のパターンを厳密に設計する必要がある。例えば、出射される偏光の強度が導光体の光出射面の全面で均一になるように、光源の近傍では微細構造の分布状態を粗にし、光源の遠方では微細構造の分布状態を密にするが如くである。

上記のようなプリズム構造の設計は極めて手間が掛かる他、プリズム構造を形成するために必要な部材の互換性に乏しいという問題がある。すなわち、プリズム構造の設計は、導光体の寸法や光源の配置（サイドライト型、直下型）に応じて個別に行う必要があり手間が掛かる他、転写成形やマスク露光成形などによってプリズム構造を作製する場合、プリズム構造の分布状態に応じて個別に型を用意する必要があった。

そこで、上記のような問題点を解決するべく、本発明の発明者らは、導光体と発光性材料とを一体化し、入射光を介して励起発光した光を、表裏面の少なくとも一方から所定の振動面を有する直線偏光として出射し得る光学素子等を開発した（特許文献５参照）。

しかしながら、特許文献５に記載の光学素子において、出射される直線偏光の偏光度を向上させるために微小領域部の含有量を増して微小領域部での散乱性を高めると、光学素子内に閉じこめられる光が必要以上に多くなる結果、光の出射効率が低下するという問題があった。
特開平９−３０４７７０号公報 米国特許第６０２５８９７号明細書 特開２００５−５０４４１２号公報 米国特許第５７２９３１１号明細書 特開２００４−２０５９５３号公報

本発明は、斯かる従来技術の問題点を解決するべくなされたものであり、入射光を介して励起発光した光を所定の振動面を有する直線偏光として高効率に出射し得る光学素子及びこれを用いた偏光面光源並びにこれを用いた表示装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するべく、本発明は、特許請求の範囲の請求項１に記載の如く、透光性樹脂と、前記透光性樹脂に分散分布され前記透光性樹脂とは複屈折性の相違する微小領域部と、前記透光性樹脂及び／又は前記微小領域部中に含有され外部から入射した光によって励起発光する発光性材料とを具備して板状に形成された発光導光体を備え、前記発光導光体の対向する平坦面の少なくとも何れか一方に、縦断面視において前記平坦面に対して傾斜する傾斜部を有する凹凸構造が形成されていることを特徴とする光学素子を提供するものである。

請求項１に係る発明によれば、側面又は表裏面から発光導光体内部に入射した光（励起光）によって発光性材料が励起発光し、当該励起発光した光は、発光導光体と空気との屈折率差に応じて空気界面で全反射され、発光導光体内で伝送される。斯かる伝送光の内、微小領域部と透光性樹脂との屈折率差が最大値（Δｎ１）を示す前記微小領域部の軸方向（Δｎ１方向）に平行な振動面を有する直線偏光成分が選択的に強く散乱されることになる。斯かる散乱光の内、全反射角よりも小さい角度で散乱した光は、発光導光体から外部（空気）に出射することになる。

一方、前記Δｎ１方向の散乱において全反射角よりも大きい角度で散乱した光、微小領域部に衝突しなかった光、及び、Δｎ１方向以外の振動面を有する光は、発光導光体内に閉じ込められて全反射を繰り返しつつ伝送され、発光導光体内の複屈折位相差等により偏光状態も解消され、Δｎ１方向条件を満足して（Δｎ１方向に平行な振動面を有する直線偏光となって）出射する機会を待つことになる。

ここで、請求項１に係る発明によれば、発光導光体の対向する平坦面の少なくとも何れか一方に、縦断面視において前記平坦面に対して傾斜する傾斜部を有する凹凸構造が形成される。これにより、前記Δｎ１方向条件を満足する光の内、前記平坦面との関係では全反射角よりも大きい角度で散乱した光であっても、凹凸構造の傾斜部に到達することによって全反射条件が崩れ（当該散乱光と平坦面との成す角度よりも、当該散乱光と傾斜部との成す角度の方が小さくなる）、外部に出射する光が生じることになる。従って、発光導光体内に閉じこめられる光が過度に多くなることがなく、直線偏光を高効率に出射することが可能である。

なお、本発明における「透光性樹脂」とは、少なくとも外部から入射した光（励起光）及び発光性材料が励起発光した光の波長に対して透明性を有する樹脂を意味する。また、本発明における「傾斜部を有する凹凸構造」としては、縦断面が三角形状や台形状である複数の凸条が配置された構造の他、四角錐状の凸部がマトリックス状に配置された構造等を例示することができる。

ここで、前記傾斜部の傾斜角が小さすぎると、前記Δｎ１方向条件を満足する光について、全反射条件が崩れる割合が低下する一方、前記傾斜部の傾斜角が大きすぎると、後方散乱の増大による正面出射光の減少や、臨界角による閉じこめ光の増大により、かえって光利用効率が低下してしまうという問題が生じる。従って、好ましくは、特許請求の範囲の請求項２に記載の如く、前記傾斜部の平均傾斜角は、３０°以上６０°以下に設定される。なお、本発明における「平均傾斜角」とは、各傾斜部と平坦面との成す角度の総和を傾斜部の数で除算した値を意味する。

前記凹凸構造は、例えば、特許請求の範囲の請求項３に記載の如く、重合性樹脂を前記発光導光体の平坦面に塗布し、当該塗布した樹脂に金型の形状を転写して形成される。

或いは、特許請求の範囲の請求項４に記載の如く、重合性樹脂に金型の形状を転写して形成され、前記発光導光体の平坦面に貼り合わせた凹凸構造体からなる凹凸構造とすることも可能である。なお、発光導光体と凹凸構造体との貼り合わせに際しては、両者の間に空隙が存在しないように貼り合わせる必要がある。これは、両者の間に空隙が存在すると、発光導光体と空隙（屈折率＝１．０）との屈折率差に応じた臨界角が生じ、凹凸構造体を貼り合わせた発光導光体の平坦面で光が全反射し、発光導光体内に閉じ込められてしまうからである。

また、特許請求の範囲の請求項５に記載の如く、熱可塑性樹脂を前記発光導光体の平坦面に塗布し、当該塗布した樹脂に金型の形状を転写して形成した凹凸構造としてもよい。

或いは、特許請求の範囲の請求項６に記載の如く、熱可塑性樹脂に金型の形状を転写して形成され、前記発光導光体の平坦面に貼り合わせた凹凸構造体からなる凹凸構造とすることも可能である。なお、前述したのと同様に、発光導光体と凹凸構造体との貼り合わせに際しては、両者の間に空隙が存在しないように貼り合わせる必要がある。

なお、前記凹凸構造を構成する材料の屈折率が透光性樹脂の屈折率よりも小さすぎると、凹凸構造と発光導光体（透光性樹脂）との界面で光の全反射が生じ、発光導光体内に閉じ込められる光が増加してしまう。従って、好ましくは、特許請求の範囲の請求項７に記載の如く、前記凹凸構造を構成する材料の屈折率は、前記透光性樹脂の屈折率以上に設定される。斯かる好ましい構成により、凹凸構造と発光導光体（透光性樹脂）との界面で光の全反射が生じず、Δｎ１方向条件を満足する光が傾斜部に到達することになる。

また、前記凹凸構造は、特許請求の範囲の請求項８に記載の如く、前記発光導光体の平坦面に金型の形状を転写して形成してもよい。すなわち、押し出し加工や切削加工等によって発光導光体の一部に金型の形状を転写して形成することも可能である。

ここで、微小領域部で散乱する光の分布は、微小領域部の長軸方向に沿って狭くなる一方、微小領域部の長軸方向に直交する方向に沿って広くなる。これは、散乱光の拡がりの大小は、微小領域部と透光性樹脂との屈折率の差、微小領域部と透光性樹脂との界面の曲率、及び微小領域部の分布密度によって決定されるからである。そして、微小領域部の長軸方向に沿った前記界面の曲率は大きいため、光を曲げようとする力が弱く、散乱光の拡がりは狭くなる。一方、微小領域部の短軸方向に沿った前記界面の曲率は小さいため、光を曲げようとする力が強く、散乱光の拡がりは広くなるのである。このため、発光導光体と空気との界面で全反射条件を満足して発光導光体内に閉じこめられる光の割合は、微小領域部の長軸方向に直交する方向に沿って大きくなる。従って、微小領域部の長軸方向に直交する方向に散乱した光を外部へ効率良く出射するには、特許請求の範囲の請求項９に記載の如く、前記微小領域部の長軸方向に略一致する方向に延びると共に、前記傾斜部が前記微小領域部の長軸方向に略直交する方向に傾斜するように設けられた複数の凸条を具備する凹凸構造とすることが好ましい。

なお、本発明は、特許請求の範囲の請求項１０に記載の如く、請求項１から９のいずれかに記載の光学素子と、前記光学素子が具備する発光性材料を励起し得る波長の光を出射する励起光源とを備えることを特徴とする偏光面光源としても提供される。

さらに、本発明は、特許請求の範囲の請求項１１に記載の如く、請求項１０に記載の偏光面光源を備えることを特徴とする表示装置としても提供される。

本発明によれば、入射光を介して励起発光した光を所定の振動面を有する直線偏光として高効率に出射することが可能である。

以下、添付図面を参照しつつ、本発明の一実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る光学素子の概略構成を示す模式図であり、図１（ａ）は縦断面図を、図１（ｂ）は斜視図を示す。図１に示すように、本実施形態に係る光学素子１００は、透光性樹脂１と、透光性樹脂１に分散分布され透光性樹脂１とは複屈折性の相違する微小領域部２と、透光性樹脂１及び／又は微小領域部２中に含有され（図１では、透光性樹脂１及び微小領域部２の双方に含有されている例を図示している）外部から入射した光によって励起発光する発光性材料３とを具備して板状（フィルム状、シート状又はプレート状）に形成された発光導光体１０を備えている。そして、発光導光体１０の対向する平坦面１０１、１０２の少なくとも何れか一方（図１では、平坦面１０１に形成されている例を図示している）に、縦断面視において平坦面１０１に対して傾斜する傾斜部２０１を有する凹凸構造２０が形成されている。

発光性材料３は、透光性樹脂１及び微小領域部２のいずれか一方、又は、両方に均一に溶解又は分散されていることが好ましい。発光性材料３によって光の散乱が生じることは望ましくないため、溶解する材料であることがより好ましい。また、発光性材料３を分散する場合には、不必要な光の散乱を抑制するという観点から、その分散サイズはできる限り小さい方が好ましい。発光性材料３は、例えば、発光導光体１０の形成の際に、透光性樹脂１や微小領域部２を形成する材料に予め発光材料３を必要に応じて他の添加剤と共に配合しておく方法など、適宜な方法によって溶解又は分散させることができる。

発光性材料３としては、紫外光又は可視光を吸収して、可視光領域の波長の光を励起発光する適宜な材料の１種又は２種以上を用いることができ、特に制限はない。より具体的には、励起１重項からの発光である蛍光や３重項からの発光である燐光などを放射する有機染料や無機顔料等からなる蛍光材料や蓄光材料を用いることができる。

発光導光体１０は、例えばポリマー類や液晶類等の透明性に優れる適宜な材料の１種又は２種以上を、延伸処理等による適宜な配向処理によって複屈折性の相違する領域が形成される組合せで用いて配向フィルムを得る方法など、適宜な方法で形成することができる。前述したように、発光材料３は、小さなサイズで分散されていることが望ましいため、前記組み合わせる材料の少なくとも一方は、分散される発光材料３と相溶性良く混和するものであることが好ましい。

前記材料の組合せ例としては、ポリマー類と液晶類の組合せ、等方性ポリマーと異方性ポリマーの組合せ、異方性ポリマ一同士の組合せなどが挙げられる。なお、微小領域部２の分散分布性などの点より、相分離する組合せとすることが好ましく、組み合せる材料の相溶性によって分散分布性を制御することができる。例えば、非相溶性の材料を溶媒によって溶液化する方法や、非相溶性の材料を加熱溶融下に混合する方法など、適宜な方法によって相分離させることができる。

前記材料の組合せで延伸処理によって配向処理する場合、ポリマー類と液晶類の組合せ及び等方性ポリマーと異方性ポリマーの組合せでは、任意の延伸温度や延伸倍率によって、異方性ポリマ一同士の組合せでは、延伸条件を適宜に制御することによって、それぞれ目的とする発光導光体１０を形成することができる。なお、異方性ポリマーは、延伸方向の屈折率変化の特性に基づいて正負に分類されるが、本実施形態では、正負いずれの異方性ポリマーをも用いることができ、正同士の組合せ、負同士の組合せ及び正負の組合せのいずれをも使用することが可能である。

前記ポリマー類の例としては、ポリエチレンテレフタレートやポリエチレンナフタレートの如きエステル系ポリマー、ポリスチレンやアクリロニトリル・スチレン共重合体（ＡＳポリマー類）の如きスチレン系ポリマー、ポリエチレン、ポリプロピレン、シクロ系乃至ノルボルネン構造を有するポリオレフィン、エチレン・プロピレン共重合体の如きオレフィン系ポリマー、ポリメチルメタクリレートの如きアクリル系ポリマー、二酢酸セルロースや三酢酸セルロースの如きセルロース系ポリマー、ナイロンや芳香族ポリアミドの如きアミド系ポリマーが挙げられる。

また、カーボネート系ポリマー、塩化ビニル系ポリマー、イミド系ポリマー、スルホン系ポリマー、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンスルフィド、ビニルアルコール系ポリマー、塩化ビニリデン系ポリマー、ビニルブチラール系ポリマー、アリレート系ポリマー、ポリオキシメチレン、シリコーン系ポリマー、ウレタン系ポリマー、エーテル系ポリマー、酢酸ビニル系ポリマー、前記ポリマーの混合物、或いは、フェノール系、メラミン系、アクリル系、ウレタン系、ウレタンアクリル系、エポキシ系、シリコーン系等の熱硬化型又は紫外線硬化型のポリマー類なども前記透明なポリマー類の例として挙げられる。

一方、前記液晶類の例としては、シアノビフェニル系、シアノフェニルシクロヘキサン系、シアノフェニルエステル系、安息香酸フェニルエステル系、フェニルピリミジン系、これらの混合物の如き、室温又は高温でネマチック相やスメクチック相を呈する低分子液晶や架橋性液晶モノマーの他、室温又は高温でネマチック相やスメクチック相を呈する液晶ポリマーなどが挙げられる。前記架橋性液晶モノマーは、通常、配向処理した後、熱や光等による適宜な方法で架橋処理されてポリマーとされる。

耐熱性や耐久性等に優れる発光導光体１０を得るという観点では、ガラス転移温度が好ましくは５０℃以上、より好ましくは８０℃以上、特に好ましくは１２０℃以上のポリマ一類と、架橋性液晶モノマー又は液晶ポリマーとの組合せを用いることが好ましい。前記液晶ポリマーとしては、主鎖型や側鎖型等の適宜なものを用いることができ、その種類について特に限定はない。粒径分布の均一性に優れる微小領域部２の形成性、熱的安定性、フィルムへの成形性、配向処理の容易性などの点より、液晶ポリマーとして、重合度が好ましくは８以上、より好ましくは１０以上、特に好ましくは１５〜５０００のものを用いるのが好ましい。

液晶ポリマーを用いた発光導光体１０は、例えばポリマ一類の１種又は２種以上と、微小領域部２を形成するための液晶ポリマーの１種又は２種以上を混合して、液晶ポリマーが微小領域を占める状態で分散含有されたポリマーフィルムを形成し、適宜な方法で配向処理し、複屈折性が相違する領域を形成する方法などによって形成することができる。

前述のように、本実施形態に係る光学素子１００は、発光導光体１０の平坦面１０１に、縦断面視において平坦面１０１に対して傾斜する（好ましくは、平均傾斜角が３０°以上６０°以下に設定される）傾斜部２０１を有する凹凸構造２０が形成されている。これにより、微小領域部２で散乱した光の内、平坦面１０１との関係では全反射角よりも大きい角度で散乱した光であっても、凹凸構造２０の傾斜部２０１に到達することによって全反射条件が崩れ（当該散乱光と平坦面１０１との成す角度よりも、当該散乱光と傾斜部２０１との成す角度の方が小さくなる）、外部に出射する光が生じることになる。従って、発光導光体１０内に閉じこめられる光が過度に多くなることがなく、直線偏光を高効率に出射することが可能である。

特に、本実施形態に係る凹凸構造２０は、好ましい態様として、微小領域部２の長軸方向（図１（ｂ）のＹ方向）に略一致する方向に延びると共に、傾斜部２０１が微小領域部２の長軸方向に略直交する方向（図１（ｂ）のＸ方向）に傾斜するように設けられた複数の凸条を具備する構造とされている。これにより、微小領域部２の長軸方向に直交する方向に散乱した光の分布が広範囲に亘るとしても、この散乱光を外部へ効率良く出射することが可能である。

凹凸構造２０としては、重合性樹脂に金型の形状を転写して形成され、発光導光体１０の平坦面１０１に接着層４を介して貼り合わせた凹凸構造体を採用することが可能である。或いは、熱可塑性樹脂に金型の形状を転写して形成され、発光導光体１０の平坦面１０１に貼り合わせた凹凸構造体を採用することも可能である。何れの場合であっても、発光導光体１０と凹凸構造体との貼り合わせに際しては、両者の間に空隙が存在しないように貼り合わせる必要がある。これは、両者の間に空隙が存在すると、発光導光体１０と空隙（屈折率＝１．０）との屈折率差に応じた臨界角が生じ、凹凸構造体を貼り合わせた発光導光体１０の平坦面１０１で光が全反射し、発光導光体１０内に閉じ込められてしまうからである。

なお、前記重合性樹脂としては、例えば、光重合によって硬化する樹脂を例示することができる。光重合は、光によって活性分子を発生させて重合を進行させる重合方式であり、ラジカルを発生させるラジカル重合と、カチオンを発生させるカチオン重合などがある。また、前記重合性樹脂としては、熱重合によって硬化する樹脂を用いても良い。熱重合は、熱によって活性分子を発生させて重合を進行させる重合方式であり、この熱重合にもラジカルを発生させるラジカル重合と、カチオンを発生させるカチオン重合などがある。上記ラジカル重合型（光重合又は熱重合）の重合性樹脂としては、ウレタンアクリレート系、エポキシアクリレート系、エステルアクリレート系、アクリレート系等の重合性樹脂を例示することができる。また、カチオン重合型（光重合又は熱重合）の重合性樹脂としては、エポキシ系、ビニルエーテル系、オキセタン系エポキシ樹脂等の重合性樹脂を例示することができる。また、前記熱可塑性樹脂としては、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、ＰＣ（ポリカーボネート）、アートン／ゼオノアのような脂環式化合物を例示することができる。

また、本発明に係る凹凸構造としては、図２（ａ）に示すように、重合性樹脂、或いは、熱可塑性樹脂を発光導光体１０の平坦面１０１に塗布し、当該塗布した樹脂に金型の形状を転写して形成した凹凸構造２０Ａを採用することも可能である。

なお、凹凸構造２０又は２０Ａを構成する材料の屈折率が透光性樹脂２の屈折率よりも小さすぎると、凹凸構造２０又は２０Ａと発光導光体１０（透光性樹脂２）との界面で光の全反射が生じ、発光導光体１０内に閉じ込められる光が増加してしまう。従って、凹凸構造２０又は２０Ａを構成する材料の屈折率は、透光性樹脂２の屈折率以上に設定する（透光性樹脂２の屈折率以上の屈折率を有する材料を選択する）ことが好ましい。斯かる好ましい構成により、凹凸構造２０又は２０Ａと発光導光体１０（透光性樹脂２）との界面で光の全反射が生じず、微小領域部２で散乱した光が傾斜部２０１に到達することになる。

さらに、本発明に係る凹凸構造としては、図２（ｂ）に示すように、発光導光体１０の平坦面に金型の形状を転写して形成した凹凸構造２０Ｂとすることも可能である。すなわち、押し出し加工や切削加工等によって発光導光体１０の一部に金型の形状を転写して形成した凹凸構造２０Ｂを採用することも可能である。

本実施形態に係る光学素子１００は、当該光学素子１００が具備する発光性材料３を励起し得る波長の光を出射する励起光源と組み合わせることにより、偏光面光源を形成することが可能である。励起光源と光学素子１００との配置は特に制限はないが、光学素子１００に効果的に励起光が入射されることが望ましい。斯かる観点より、励起光源を光学素子１００の側面に配置した構成や、励起光源がエレクトロルミネッセンス素子のような面光源であり、その上部に光学素子１００の平坦面１０２が対向するように配置した構成とするのが好ましい。

以上に説明した本実施形態に係る光学素子１００及び当該光学素子１００を適用した偏光面光源は、励起光源より入射した光を用いて、光学素子１００から直線偏光として出射し得るため、例えば、液晶表示装置など直線偏光を利用する種々の表示装置に好適に用いることが可能である。

以下、実施例及び比較例を示すことにより、本発明の特徴をより一層明らかにする。

＜実施例１＞（図１に示す光学素子の構成に対応）
（１）発光導光体の作製
ノルボルネン系樹脂（ＪＳＲ社製、アートン、ガラス転移温度１８２℃）９５０部（重量部、以下同じ）、下記の化学式で表される液晶ポリマー（ガラス転移温度８０℃、ネマチック液晶化温度１００〜２９０℃）５０部、３−（２−ベンゾチアゾリル）−７−ジエチルアミノクマリン（クマリン５４０）２部を溶解させた２０重量％ジクロロメタン溶液を用いてキャスト法により厚み１００μｍのフィルムを形成し、それを１８０℃で３倍に延伸処理したのち急冷して発光導光体を形成した。

前記発光導光体は、ノルボルネン系樹脂からなる透明フィルム中に液晶ポリマーが延伸方向に長軸な状態でほぼ同じ形状のドメイン状に分散したものであり、屈折率差Δｎ１が０．２３で、Δｎ１方向に直交する軸方向の屈折率差をΔｎ２及びΔｎ３とした場合、Δｎ２及びΔｎ３がそれぞれ０．０２９であった。なお、斯かる屈折率差の測定に際しては、ノルボルネン系樹脂を単独で上記と同条件により延伸処理したものと、前記液晶ポリマーを単独で配向膜上に塗布し配向固定したものとについて、それぞれアッベ屈折率計により屈折率を測定し、それらの差を前記Δｎ１、Δｎ２及びΔｎ３として算出した。クマリンは、ノルボルネン系樹脂に溶解した形で存在していた。また、微小領域部（液晶ポリマーのドメイン）の平均径を偏光顕微鏡観察による位相差に基づく着色によって測定したところ、Δｎ１方向の長さが約５μｍであった。

（２）凹凸構造体の作製
ルーリングエンジンによって加工作製した金属金型（縦断面が頂角９０°の三角形状である複数条の凹溝がピッチ１００μｍで形成された金型）に対して、ＭＭＡ（メタクリル酸）：ＡＡ（アクリル酸）：ＴＭＰＴＡ（トリメチロールプロパントリアクリレート）＝４：１：１混合物に光反応開始剤イルガキュア１８４を５部添加した配合液を塗布した。これに紫外線を照射することにより、重合によって硬化した凹凸構造体（縦断面が頂角９０°の三角形状である複数の凸条がピッチ１００μｍで形成された凹凸構造体）を作製した。

（３）光学素子の作製
上記発光導光体の一方の面と、上記凹凸構造体の平坦面側とを日東電工製Ｎｏ．７粘着剤を用いて貼り合わせ、光学素子を作製した。なお、両者を貼り合わせる際には、凹凸構造体の稜線（凸条の延びる方向）が発光導光体の延伸軸と一致するように両者を配置した。

（４）光学特性の評価
以上のようにして作製した実施例１の光学素子は、凹凸構造を有しない発光導光体に比べて、約２０％高い発光輝度を示すと共に、偏光特性の低下も認められなかった。なお、発光輝度の測定に際しては、励起光源としてフィリップス製ブラックライト（２０Ｗ）を用い、輝度計としてトプコン製ＢＭ−７を用いた。後述する実施例２、比較例及び参考例についても同様である。

＜実施例２＞（図１に示す光学素子の構成に対応）
（１）発光導光体の作製
（Ａ）発光導光体作製用の材料
透光性樹脂としてＪＳＲ社製のアートンＧグレードを、微小領域部作製用の材料として実施例１で用いた液晶ポリマーを、発光性材料（有機金属錯体）として下記の化学式で表される希土類錯体ナノ粒子（粒径２〜４ｎｍ）をそれぞれ用いた。

（Ｂ）アートン溶液の作製
上記のアートンをシクロペンタノンに溶解し、２５重量％溶液を作製した。斯かるアートン溶液の固形分１００重量部に対し、上記の液晶ポリマーを５重量部、上記の有機金属錯体を２重量部だけ添加し混合した。混合は、ホモミキサーを用いて６０００ｒｐｍ×２０分とした。得られた混合物は３５℃で保温した状態で２４時間放置し、気泡の無い均一なアートン溶液を得た。

（Ｃ）成膜
上記のアートン溶液をアプリケータによってウェット厚１ｍｍで塗工し、５０℃〜１４０℃まで１時間かけて昇温しながら乾燥させ、乾燥基材を得た。

（Ｄ）延伸
上記の乾燥基材を１７０℃で２．５倍に延伸した後、急冷して、発光導光体を作製した。

以上のようにして作製した発光導光体は、屈折率差Δｎ１が０．１５で、Δｎ２及びΔｎ３がそれぞれ０．０１であった。なお、斯かる屈折率差の測定に際しては、アートンを単独で上記と同条件により延伸処理したものと、前記液晶ポリマーを単独で配向膜上に塗布し配向固定したものとについて、それぞれアッベ屈折率計により屈折率を測定し、それらの差を前記Δｎ１、Δｎ２及びΔｎ３として算出した。希土類錯体は、主としてアートン中に分散して存在していた。また、微小領域部（液晶ポリマー）の平均長さを偏光顕微鏡観察による位相差に基づく着色によって測定したところ、長軸方向の長さが約５μｍ、短軸方向の長さが約１．５μｍであった。

（２）凹凸構造体の作製
日本ゼオン製ゼオノア（厚み０．５ｍｍ）に、精密金型の熱プレスを用いて形状転写することにより、各辺が２０μｍの正三角形の断面形状を有する複数の凸条を１００μｍピッチで形成し、凹凸構造体を作製した。なお、前記精密金型は、ルーリングエンジンを用いて精密刻線することにより複数条の凹溝が形成されたものである。

（３）光学素子の作製
上記発光導光体の一方の面と、上記凹凸構造体の平坦面側とをノーランド社製光重合接着剤ＮＯＡ−６０を用いて貼り合わせた。接着剤の塗布厚みは１０μｍとした。そして、凹凸構造体側から１Ｊ／ｃｍ^２の紫外線を照射し、接着剤を硬化させて一体品とし、光学素子を作製した。なお、両者を貼り合わせる際には、凹凸構造体の稜線（凸条の延びる方向）が発光導光体の延伸軸と一致するように両者を配置した。

（４）光学特性の評価
以上のようにして作製した実施例２の光学素子は、凹凸構造を有しない発光導光体に比べて、約２０％高い発光輝度を示すと共に、偏光特性の低下も認められなかった。

＜比較例＞
比較例として、実施例１の発光導光体のみからなる光学素子を作製した。比較例の光学素子は、実施例１の光学素子に比べて約２０％低い発光輝度を示した。発光した光の偏光度は、実施例１と大きな差がなかった。

＜参考例＞
実施例１の発光導光体と凹凸構造体とを、凹凸構造体の稜線（凸条の延びる方向）が発光導光体の延伸軸に対して４５°の角度を成すように配置し、貼り合わせて光学素子を作製した。参考例の光学素子は、実施例１の光学素子と大差の無い発光輝度が得られたものの、偏光度は低下した。

図１は、本発明の一実施形態に係る光学素子の概略構成を示す模式図であり、図１（ａ）は縦断面図を、図１（ｂ）は斜視図を示す。 図２は、本発明の他の実施形態に係る光学素子の概略構成を示す模式図（縦断面図）である。

符号の説明

１・・・透光性樹脂
２・・・微小領域部
３・・・発光性材料
４・・・接着層
１０・・・発光導光体
２０・・・凹凸構造
１００・・・光学素子
１０１，１０２・・・平坦面
２０１・・・傾斜部

Claims (11)

1. 透光性樹脂と、前記透光性樹脂に分散分布され前記透光性樹脂とは複屈折性の相違する微小領域部と、前記透光性樹脂及び／又は前記微小領域部中に含有され外部から入射した光によって励起発光する発光性材料とを具備して板状に形成された発光導光体を備え、
   前記発光導光体の対向する平坦面の少なくとも何れか一方に、縦断面視において前記平坦面に対して傾斜する傾斜部を有する凹凸構造が形成されていることを特徴とする光学素子。
2. 前記傾斜部の平均傾斜角は、３０°以上６０°以下に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
3. 前記凹凸構造は、重合性樹脂を前記発光導光体の平坦面に塗布し、当該塗布した樹脂に金型の形状を転写して形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学素子。
4. 前記凹凸構造は、重合性樹脂に金型の形状を転写して形成され、前記発光導光体の平坦面に貼り合わせた凹凸構造体からなることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学素子。
5. 前記凹凸構造は、熱可塑性樹脂を前記発光導光体の平坦面に塗布し、当該塗布した樹脂に金型の形状を転写して形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学素子。
6. 前記凹凸構造は、熱可塑性樹脂に金型の形状を転写して形成され、前記発光導光体の平坦面に貼り合わせた凹凸構造体からなることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学素子。
7. 前記凹凸構造を構成する材料の屈折率は、前記透光性樹脂の屈折率以上に設定されていることを特徴とする請求項１から６の何れかに記載の光学素子。
8. 前記凹凸構造は、前記発光導光体の平坦面に金型の形状を転写して形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学素子。
9. 前記凹凸構造は、前記微小領域部の長軸方向に略一致する方向に延びると共に、前記傾斜部が前記微小領域部の長軸方向に略直交する方向に傾斜するように設けられた複数の凸条を具備することを特徴とする請求項１から８の何れかに記載の光学素子。
10. 請求項１から９のいずれかに記載の光学素子と、
    前記光学素子が具備する発光性材料を励起し得る波長の光を出射する励起光源とを備えることを特徴とする偏光面光源。
11. 請求項１０に記載の偏光面光源を備えることを特徴とする表示装置。

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