JP2007041087A - Optical element, polarized plane light source using the same and display apparatus using the same - Google Patents

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Kazutaka Hara
和孝 原
Junichi Inagaki
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical element or the like which can output emission light stimulated by incident light with high efficiency as linearly polarized light having a prescribed vibration plane. <P>SOLUTION: The optical element 100 has a luminous light transmission body 10 formed to a plate shape by comprising a light-transmissive resin 1, minute area portions 2 which are dispersed and distributed in the light-transmissive resin and have birefringence different from that of the light-transmissive resin and a luminous material 3 which is contained in the light-transmissive resin and/or in the minute area portions and which can output emission light stimulated by incident light from the outside. Rugged structure 20 having a ramp 201 inclined to a flat face when vertically cross-sectionally viewed is formed on at least one among facing flat faces 101, 102 of the luminous light transmission body. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

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。   The present invention relates to an optical element, a polarization plane light source using the optical element, and a display device using the optical element, and in particular, can efficiently emit light excited and emitted through incident light as linearly polarized light having a predetermined vibration surface. The present invention relates to an optical element, a polarization plane light source using the same, and a display device using the same.

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。   The liquid crystal display device needs to make polarized light incident on the liquid crystal cell in principle. For this reason, conventionally, a configuration in which polarized light is obtained by disposing a polarizer on the exit surface side of the backlight and the polarized light is incident on the liquid crystal cell has been exclusively employed. However, as long as an absorptive polarizer (a polarizer that absorbs one of S-polarized light and P-polarized light and transmits the other polarized light using iodine or a dichroic dye) is used as a polarizer, for example. The utilization efficiency of the light emitted from the light has to be 50% or less.

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。   For this reason, a circularly polarized light separating film made of cholesteric liquid crystal (see Patent Document 1) or a linearly polarized light separating film made of a multilayer thin film having refractive index anisotropy (see Patent Document 2) is formed on the light exit surface side of the backlight. By using the absorption polarizer, there has been a proposal that reuses polarized light in a direction lost as an absorption loss when using the above-described absorption polarizer, thereby increasing the light utilization efficiency.

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)。   On the other hand, the light guide (the plate-like translucent material for guiding the light emitted from the light source) to the liquid crystal cell itself is provided with a fine prism structure to provide a polarization separation function. (See Patent Documents 3 and 4).

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。   However, when the polarization separating function is given to the light guide itself constituting the backlight, the intensity of light propagating inside the light guide is different between the vicinity of the light source and the distance from the light source. In order to emit light with uniform intensity, it is necessary to strictly design a pattern of a fine prism structure having a polarization separation function. For example, in order to make the intensity of the emitted polarized light uniform over the entire light exit surface of the light guide, the fine structure distribution is rough in the vicinity of the light source and the fine structure distribution is dense in the distance from the light source. It seems to be.

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。   The design of the prism structure as described above is extremely troublesome, and there is a problem that the compatibility of members necessary for forming the prism structure is poor. In other words, the prism structure must be designed individually according to the dimensions of the light guide and the arrangement of the light source (side light type, direct type). When manufacturing, it was necessary to prepare a mold individually according to the distribution state of the prism structure.

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)。   Accordingly, in order to solve the above-described problems, the inventors of the present invention integrate the light guide and the luminescent material, and emit light excited and emitted through incident light from at least one of the front and back surfaces. An optical element that can be emitted as linearly polarized light having a predetermined vibration surface has been developed (see Patent Document 5).

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
However, in the optical element described in Patent Document 5, if the content of the minute region portion is increased to improve the degree of polarization of the linearly polarized light that is emitted and the scattering property in the minute region portion is increased, the optical element is confined within the optical element. As a result, the light output efficiency is reduced as a result, resulting in a decrease in light emission efficiency.
JP-A-9-304770 US Pat. No. 6,025,977 Japanese Patent Laid-Open No. 2005-50412 US Pat. No. 5,729,311 JP 2004-205953 A

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。   The present invention has been made to solve such problems of the prior art, and an optical element capable of emitting light excited and emitted via incident light as linearly polarized light having a predetermined vibration surface with high efficiency, and the optical element It is an object of the present invention to provide a polarization plane light source using a light source and a display device using the same.

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。   In order to solve the above-described problems, the present invention provides a translucent resin and a dispersion-distributed distribution of the translucent resin and the birefringent resin as described in claim 1. A light-emitting light guide formed in the shape of a plate comprising different micro-region portions and a light-emitting material that is contained in the translucent resin and / or the micro-region portion and is excited and emitted by light incident from the outside And an uneven structure having an inclined portion inclined with respect to the flat surface in a longitudinal sectional view is formed on at least one of the opposing flat surfaces of the light-emitting light guide. Is to provide.

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。   According to the first aspect of the present invention, the luminescent material is excited by light (excitation light) incident on the inside of the light emitting light guide from the side surface or the front and back surfaces, and the excited light is emitted from the light emitting light guide and the air. Is totally reflected at the air interface according to the difference in refractive index between the light and the light, and is transmitted within the light-emitting light guide. Of such transmitted light, a linearly polarized light component having a vibration plane parallel to the axial direction (Δn1 direction) of the minute region portion where the difference in refractive index between the minute region portion and the translucent resin has a maximum value (Δn1) is obtained. It will be selectively scattered strongly. Of such scattered light, light scattered at an angle smaller than the total reflection angle is emitted from the light-emitting light guide to the outside (air).

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。   On the other hand, the light scattered at an angle larger than the total reflection angle in the scattering in the Δn1 direction, the light that did not collide with the minute region portion, and the light having a vibration surface other than the Δn1 direction are confined in the light emitting light guide. The light is transmitted while repeating total reflection, and the polarization state is canceled by the birefringence phase difference in the light-emitting light guide, and satisfies the Δn1 direction condition (outputs as linearly polarized light having a vibration surface parallel to the Δn1 direction). Will wait for the opportunity to do.

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。   According to the first aspect of the present invention, the concavo-convex structure having the inclined portion that is inclined with respect to the flat surface in the longitudinal sectional view is formed on at least one of the opposing flat surfaces of the light-emitting light guide. The Thereby, even in the light satisfying the Δn1 direction condition, even if the light is scattered at an angle larger than the total reflection angle in relation to the flat surface, the total reflection condition is reached by reaching the inclined portion of the concavo-convex structure. Is broken (the angle formed by the scattered light and the inclined portion is smaller than the angle formed by the scattered light and the flat surface), and light is emitted to the outside. Accordingly, it is possible to emit linearly polarized light with high efficiency without excessively confining light within the light-emitting light guide.

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。   The “translucent resin” in the present invention means a resin having transparency with respect to wavelengths of at least light incident from the outside (excitation light) and light emitted from the luminescent material. In addition, as the “concave / convex structure having inclined portions” in the present invention, in addition to a structure in which a plurality of ridges having a triangular or trapezoidal longitudinal section are arranged, quadrangular pyramid-shaped convex portions are arranged in a matrix. The structure etc. can be illustrated.

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。   Here, if the inclination angle of the inclined portion is too small, the ratio of breaking the total reflection condition is reduced for light satisfying the Δn1 direction condition, whereas if the inclination angle of the inclined portion is too large, the backscattering is increased. There is a problem that the light utilization efficiency is lowered due to the decrease of the front emission light due to the increase of the confinement light due to the critical angle. Therefore, preferably, as described in claim 2 of the claims, the average inclination angle of the inclined portion is set to 30 ° or more and 60 ° or less. The “average inclination angle” in the present invention means a value obtained by dividing the sum of the angles formed by each inclined portion and the flat surface by the number of inclined portions.

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。   The concavo-convex structure is formed, for example, by applying a polymerizable resin to the flat surface of the light-emitting light guide and transferring the shape of the mold to the applied resin as described in claim 3. Is done.

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。   Alternatively, as described in claim 4 of the present invention, a concavo-convex structure comprising a concavo-convex structure formed by transferring the shape of a mold to a polymerizable resin and bonded to a flat surface of the light-emitting light guide. It is also possible to do. Note that when the light-emitting light guide and the concavo-convex structure are bonded together, it is necessary to bond the light-emitting light guide and the concavo-convex structure so that no gap exists between them. This is because when there is a gap between the two, a critical angle corresponding to the refractive index difference between the light-emitting light guide and the gap (refractive index = 1.0) is generated, and the light-emitting light guide is bonded to the concavo-convex structure. This is because light is totally reflected on the flat surface of the light and is trapped in the light-emitting light guide.

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。   Further, as described in claim 5 of the present invention, an uneven structure formed by applying a thermoplastic resin to the flat surface of the light-emitting light guide and transferring the shape of the mold to the applied resin. Good.

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。   Alternatively, as described in claim 6, a concavo-convex structure comprising a concavo-convex structure formed by transferring the shape of a mold to a thermoplastic resin and bonded to a flat surface of the light-emitting light guide. It is also possible to do. As described above, when the light emitting light guide and the concavo-convex structure are bonded together, it is necessary to bond them so that there is no gap between them.

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。   If the refractive index of the material constituting the concavo-convex structure is too smaller than the refractive index of the translucent resin, total reflection of light occurs at the interface between the concavo-convex structure and the light-emitting light guide (translucent resin), The light confined in the light emitting light guide is increased. Therefore, preferably, as described in claim 7 of the claims, the refractive index of the material constituting the concavo-convex structure is set to be equal to or higher than the refractive index of the translucent resin. With such a preferable configuration, total reflection of light does not occur at the interface between the concavo-convex structure and the light-emitting light guide (translucent resin), and light satisfying the Δn1 direction condition reaches the inclined portion.

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。   The uneven structure may be formed by transferring the shape of a mold onto the flat surface of the light-emitting light guide, as described in claim 8. That is, the shape of the mold can be transferred to a part of the light-emitting light guide by extrusion or cutting.

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。   Here, the distribution of light scattered in the minute region portion becomes narrower along the major axis direction of the minute region portion, and becomes wider along the direction orthogonal to the major axis direction of the minute region portion. The magnitude of the spread of the scattered light is determined by the difference in refractive index between the microregion and the translucent resin, the curvature of the interface between the microregion and the translucent resin, and the distribution density of the microregion. This is because that. And since the curvature of the said interface along the major axis direction of a micro area | region part is large, the force which is going to bend light is weak, and the spread of scattered light becomes narrow. On the other hand, since the curvature of the interface along the minor axis direction of the minute region is small, the force for bending the light is strong, and the spread of the scattered light becomes wide. For this reason, the ratio of the light that satisfies the total reflection condition at the interface between the light-emitting light guide and the air and is confined in the light-emitting light guide increases along the direction orthogonal to the major axis direction of the minute region portion. Therefore, in order to efficiently emit the light scattered in the direction orthogonal to the long axis direction of the minute region portion to the outside, as described in claim 9 of the scope of claims, substantially in the major axis direction of the minute region portion. It is preferable to have a concavo-convex structure including a plurality of ridges provided so as to extend in a matching direction and the inclined portion is inclined in a direction substantially orthogonal to the major axis direction of the minute region portion.

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。   The present invention provides a light having a wavelength capable of exciting the optical element according to any one of claims 1 to 9 and a luminescent material included in the optical element, as described in claim 10. It is provided as a polarization plane light source characterized by comprising an excitation light source that emits light.

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。   Furthermore, the present invention is also provided as a display device comprising the polarization plane light source according to claim 10 as described in claim 11.

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。   According to the present invention, light excited and emitted through incident light can be emitted with high efficiency as linearly polarized light having a predetermined vibration surface.

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。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
1A and 1B are schematic views showing a schematic configuration of an optical element according to an embodiment of the present invention. FIG. 1A is a longitudinal sectional view, and FIG. 1B is a perspective view. As shown in FIG. 1, an optical element 100 according to the present embodiment includes a translucent resin 1 and a minute region 2 that is distributed and distributed in the translucent resin 1 and has a different birefringence from the translucent resin 1. And contained in the translucent resin 1 and / or the minute region 2 (in FIG. 1, an example contained in both the translucent resin 1 and the minute region 2 is illustrated). The light-emitting light guide 10 is formed in a plate shape (film shape, sheet shape, or plate shape) including the luminescent material 3 that emits light by excitation. Then, at least one of the opposing flat surfaces 101 and 102 of the light-emitting light guide 10 (in FIG. 1, an example formed on the flat surface 101 is illustrated), the flat surface 101 in the longitudinal sectional view is illustrated. The concavo-convex structure 20 having the inclined portion 201 inclined with respect to the surface is formed.

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。   It is preferable that the luminescent material 3 is uniformly dissolved or dispersed in one or both of the translucent resin 1 and the minute region 2. Since it is not desirable that light is scattered by the luminescent material 3, it is more preferable that the material be soluble. Further, when the luminescent material 3 is dispersed, the dispersion size is preferably as small as possible from the viewpoint of suppressing unnecessary light scattering. For example, when the light-emitting light guide 10 is formed, the light-emitting material 3 is preliminarily blended with other additives as necessary in the material for forming the translucent resin 1 or the minute region 2. It can be dissolved or dispersed by an appropriate method, such as a method of keeping it.

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。   As the luminescent material 3, one or more suitable materials that absorb ultraviolet light or visible light and excite and emit light having a wavelength in the visible light region can be used, and there is no particular limitation. More specifically, a fluorescent material or a phosphorescent material made of an organic dye or an inorganic pigment that emits fluorescent light emitted from excited singlet, phosphorescent light emitted from triplet, or the like can be used.

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。   In the light-emitting light guide 10, for example, regions having different birefringence are formed by appropriately orienting one or two or more kinds of suitable materials having excellent transparency such as polymers and liquid crystals. It can be formed by an appropriate method such as a method for obtaining an oriented film by using the combination. As described above, since the light emitting material 3 is desirably dispersed in a small size, it is preferable that at least one of the combined materials is miscible with the light emitting material 3 to be dispersed.

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。   Examples of combinations of the materials include combinations of polymers and liquid crystals, combinations of isotropic polymers and anisotropic polymers, combinations of anisotropic polymers, and the like. In addition, from the viewpoint of dispersion distribution of the minute region 2, it is preferable to use a combination that is phase-separated, and the dispersion distribution can be controlled by the compatibility of the materials to be combined. For example, phase separation can be performed by an appropriate method such as a method of dissolving an incompatible material with a solvent or a method of mixing an incompatible material while being heated and melted.

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。   When the orientation treatment is performed by a stretching treatment using a combination of the above materials, a combination of polymers and liquid crystals and a combination of an isotropic polymer and an anisotropic polymer can be used together with an anisotropic polymer depending on an arbitrary stretching temperature and a stretching ratio. In combination, the target light-emitting light guide 10 can be formed by appropriately controlling the stretching conditions. The anisotropic polymer is classified as positive or negative based on the characteristics of the change in refractive index in the stretching direction, but in this embodiment, any positive or negative anisotropic polymer can be used, a combination of positive and negative, Both negative combinations and positive and negative combinations can be used.

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。   Examples of the polymers include ester polymers such as polyethylene terephthalate and polyethylene naphthalate, styrene polymers such as polystyrene and acrylonitrile / styrene copolymers (AS polymers), polyethylene, polypropylene, and cyclo or norbornene structures. Examples include polyolefins, olefin polymers such as ethylene / propylene copolymers, acrylic polymers such as polymethyl methacrylate, cellulose polymers such as cellulose diacetate and cellulose triacetate, and amide polymers such as nylon and aromatic polyamide.

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。   Also, carbonate polymer, vinyl chloride polymer, imide polymer, sulfone polymer, polyether sulfone, polyether ether ketone, polyphenylene sulfide, vinyl alcohol polymer, vinylidene chloride polymer, vinyl butyral polymer, arylate polymer, Polyoxymethylene, silicone-based polymer, urethane-based polymer, ether-based polymer, vinyl acetate-based polymer, mixture of the above polymers, phenol-based, melamine-based, acrylic-based, urethane-based, urethane-acrylic-based, epoxy-based, silicone-based, etc. Examples of the transparent polymers include thermosetting or ultraviolet curable polymers.

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。   On the other hand, examples of the liquid crystals include a nematic phase and a smectic phase at room temperature or high temperature, such as cyanobiphenyl, cyanophenylcyclohexane, cyanophenyl ester, benzoic acid phenyl ester, phenylpyrimidine, and mixtures thereof. In addition to the low-molecular liquid crystal and the cross-linkable liquid crystal monomer, a liquid crystal polymer exhibiting a nematic phase or a smectic phase at room temperature or high temperature may be used. The crosslinkable liquid crystal monomer is usually subjected to an alignment treatment and then subjected to a crosslinking treatment by an appropriate method using heat, light, or the like to obtain a polymer.

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。   From the viewpoint of obtaining a light-emitting light guide 10 having excellent heat resistance and durability, a glass transition temperature is preferably 50 ° C. or higher, more preferably 80 ° C. or higher, particularly preferably 120 ° C. or higher, and a crosslinkable liquid crystal. It is preferable to use a combination with a monomer or a liquid crystal polymer. As the liquid crystal polymer, an appropriate one such as a main chain type or a side chain type can be used, and the type thereof is not particularly limited. The degree of polymerization of the liquid crystal polymer is preferably 8 or more from the viewpoints of the formability of the microregions 2 having excellent uniformity in particle size distribution, thermal stability, moldability to film, and ease of alignment treatment. It is preferable to use 10 or more, particularly preferably 15 to 5000.

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。   The light-emitting light guide 10 using the liquid crystal polymer is, for example, a mixture of one or more types of polymers and one or more types of liquid crystal polymers for forming the microregions 2. It can be formed by a method of forming a polymer film dispersed and contained in a state of occupying a minute region, performing an orientation treatment by an appropriate method, and forming a region having different birefringence.

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。   As described above, the optical element 100 according to this embodiment is inclined with respect to the flat surface 101 of the light-emitting light guide 10 with respect to the flat surface 101 in the longitudinal sectional view (preferably, the average inclination angle is 30 ° or more and 60 °. The concavo-convex structure 20 having the inclined portion 201 (set to be not more than °) is formed. As a result, among the light scattered by the minute region portion 2, even the light scattered at an angle larger than the total reflection angle in relation to the flat surface 101, reaches the inclined portion 201 of the concavo-convex structure 20 as a whole. The reflection condition is broken (the angle formed between the scattered light and the inclined portion 201 is smaller than the angle formed between the scattered light and the flat surface 101), and light is emitted to the outside. Therefore, the light confined in the light-emitting light guide 10 is not excessively increased, and linearly polarized light can be emitted with high efficiency.

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。   In particular, the concavo-convex structure 20 according to the present embodiment, as a preferred mode, extends in a direction substantially coincident with the major axis direction of the minute region 2 (Y direction in FIG. 1B), and the inclined portion 201 has a minute region. It is set as the structure which comprises the some protruding item | line provided so that it may incline in the direction (X direction of FIG.1 (b)) substantially orthogonal to 2 major axis directions. Thereby, even if the distribution of the light scattered in the direction orthogonal to the major axis direction of the minute region portion 2 covers a wide range, the scattered light can be efficiently emitted to the outside.

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。   As the concavo-convex structure 20, it is possible to adopt a concavo-convex structure formed by transferring the shape of a mold to a polymerizable resin and bonded to the flat surface 101 of the light-emitting light guide 10 via the adhesive layer 4. is there. Alternatively, it is also possible to adopt a concavo-convex structure formed by transferring the shape of a mold to a thermoplastic resin and bonded to the flat surface 101 of the light-emitting light guide 10. In any case, when the light-emitting light guide 10 and the concavo-convex structure are bonded, it is necessary to bond them so that there is no gap between them. This is because if there is a gap between the two, a critical angle corresponding to the difference in refractive index between the light-emitting light guide 10 and the gap (refractive index = 1.0) is generated, and the light-emitting light guide is formed by bonding the concavo-convex structure. This is because light is totally reflected by the flat surface 101 of the body 10 and is confined in the light emitting light guide 10.

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。   In addition, as said polymeric resin, resin hardened | cured by photopolymerization can be illustrated, for example. Photopolymerization is a polymerization method in which active molecules are generated by light to advance the polymerization, and includes radical polymerization that generates radicals and cationic polymerization that generates cations. Further, as the polymerizable resin, a resin curable by thermal polymerization may be used. Thermal polymerization is a polymerization method in which active molecules are generated by heat to advance the polymerization. This thermal polymerization includes radical polymerization that generates radicals and cationic polymerization that generates cations. Examples of the radical polymerization type (photopolymerization or thermal polymerization) polymerizable resin include urethane acrylate-based, epoxy acrylate-based, ester acrylate-based, and acrylate-based polymerizable resins. Examples of the cationic polymerization (photopolymerization or thermal polymerization) polymerizable resin include polymerizable resins such as epoxy-based, vinyl ether-based, and oxetane-based epoxy resins. Examples of the thermoplastic resin include alicyclic compounds such as PMMA (polymethyl methacrylate), PC (polycarbonate), and Arton / Zeonoa.

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。   Moreover, as the uneven structure according to the present invention, as shown in FIG. 2A, a polymerizable resin or a thermoplastic resin is applied to the flat surface 101 of the light-emitting light guide 10, and gold is applied to the applied resin. It is also possible to employ a concavo-convex structure 20A formed by transferring the shape of a mold.

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。   In addition, when the refractive index of the material which comprises the uneven structure 20 or 20A is too smaller than the refractive index of the translucent resin 2, the interface of the uneven structure 20 or 20A and the light emission light guide 10 (translucent resin 2). Thus, total reflection of light occurs, and the light confined in the light emitting light guide 10 increases. Therefore, the refractive index of the material constituting the concavo-convex structure 20 or 20A may be set to be equal to or higher than the refractive index of the translucent resin 2 (a material having a refractive index higher than that of the translucent resin 2 is selected). preferable. With such a preferable configuration, total reflection of light does not occur at the interface between the concavo-convex structure 20 or 20 </ b> A and the light-emitting light guide 10 (translucent resin 2), and the light scattered in the minute region 2 reaches the inclined portion 201. Will do.

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。   Furthermore, as the concavo-convex structure according to the present invention, as shown in FIG. 2B, a concavo-convex structure 20B formed by transferring the shape of a mold to the flat surface of the light-emitting light guide 10 can be used. . That is, it is also possible to employ a concavo-convex structure 20B formed by transferring the shape of a mold to a part of the light-emitting light guide 10 by extrusion or cutting.

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。   The optical element 100 according to the present embodiment can form a polarization plane light source by combining with an excitation light source that emits light having a wavelength capable of exciting the luminescent material 3 included in the optical element 100. The arrangement of the excitation light source and the optical element 100 is not particularly limited, but it is desirable that the excitation light is effectively incident on the optical element 100. From this point of view, the configuration in which the excitation light source is arranged on the side surface of the optical element 100, or the excitation light source is a surface light source such as an electroluminescence element, and the flat surface 102 of the optical element 100 is arranged on the upper part thereof. A configuration is preferable.

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。   The optical element 100 according to the present embodiment described above and the polarization plane light source to which the optical element 100 is applied can emit light as linearly polarized light from the optical element 100 using light incident from the excitation light source. It can be suitably used for various display devices that use linearly polarized light such as display devices.

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。   Hereinafter, the features of the present invention will be further clarified by showing examples and comparative examples.

<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。

Figure 2007041087
<Example 1> (corresponding to the configuration of the optical element shown in FIG. 1)
(1) Preparation of light-emitting light guide 950 parts (parts by weight, same applies hereinafter) of norbornene-based resin (manufactured by JSR, Arton, glass transition temperature 182 ° C.), liquid crystal polymer represented by the following chemical formula (glass transition temperature 80 ° C. Film having a thickness of 100 μm by a casting method using a 20 wt% dichloromethane solution in which 50 parts of nematic liquid crystallizing temperature 100 to 290 ° C. and 2 parts of 3- (2-benzothiazolyl) -7-diethylaminocoumarin (coumarin 540) are dissolved. The film was stretched 3 times at 180 ° C. and then rapidly cooled to form a light-emitting light guide.
Figure 2007041087

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。   The light-emitting light guide is a transparent film made of norbornene-based resin in which a liquid crystal polymer is dispersed in a domain shape having substantially the same shape in the state of being elongated in the stretching direction, and the refractive index difference Δn1 is 0.23. When the refractive index difference in the axial direction orthogonal to the Δn1 direction is Δn2 and Δn3, Δn2 and Δn3 were 0.029, respectively. In measuring the refractive index difference, the norbornene-based resin alone was stretched under the same conditions as described above, and the liquid crystal polymer alone was applied onto the alignment film and aligned and fixed. The refractive index was measured with a refractometer, and the difference between them was calculated as Δn1, Δn2, and Δn3. Coumarin was present in a form dissolved in norbornene resin. Further, when the average diameter of the minute region (the domain of the liquid crystal polymer) was measured by coloring based on the phase difference by observation with a polarizing microscope, the length in the Δn1 direction was about 5 μm.

(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。
(2) Production of concavo-convex structure MMA for metal mold processed by a ruling engine (a mold in which a plurality of concave grooves having a vertical cross section of 90 ° apex angle is formed with a pitch of 100 μm) (Methacrylic acid): AA (acrylic acid): TMPTA (trimethylolpropane triacrylate) = 4: 1: 1 A mixture of 5 parts of photoinitiator Irgacure 184 was applied to the mixture. By irradiating this with ultraviolet rays, a concavo-convex structure cured by polymerization (a concavo-convex structure in which a plurality of ridges having a vertical cross section of a triangular shape with an apex angle of 90 ° formed at a pitch of 100 μm) was produced.

(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。
(3) Production of optical element Nitto Denko's No. 1 surface of the light-emitting light guide and the flat surface side of the concavo-convex structure were formed. Bonding was performed using 7 adhesives to produce an optical element. In addition, when bonding both together, both were arrange | positioned so that the ridgeline (direction where a protruding line | wire extends) of a concavo-convex structure may correspond with the extending | stretching axis | shaft of a light-emitting light guide.

(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。
(4) Evaluation of optical characteristics The optical element of Example 1 produced as described above exhibits about 20% higher emission luminance and lowers polarization characteristics as compared with a light-emitting light guide having no uneven structure. I was not able to admit. In the measurement of emission luminance, Philips black light (20 W) was used as an excitation light source, and Topcon BM-7 was used as a luminance meter. The same applies to Example 2, Comparative Example, and Reference Example described later.

<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。

Figure 2007041087
<Example 2> (corresponding to the configuration of the optical element shown in FIG. 1)
(1) Production of light-emitting light guide (A) Material for producing light-emitting light guide A liquid crystal polymer used in Example 1 as Arton G grade manufactured by JSR as a light-transmitting resin and as a material for producing a microscopic region Were used as light-emitting materials (organometallic complexes), respectively, as rare earth complex nanoparticles (particle diameter 2 to 4 nm) represented by the following chemical formula.
Figure 2007041087

(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。
(B) Preparation of arton solution The above arton was dissolved in cyclopentanone to prepare a 25 wt% solution. Only 5 parts by weight of the liquid crystal polymer and 2 parts by weight of the organometallic complex were added to and mixed with 100 parts by weight of the solid content of the Arton solution. Mixing was performed at 6000 rpm × 20 minutes using a homomixer. The obtained mixture was allowed to stand for 24 hours while being kept at 35 ° C. to obtain a uniform arton solution without bubbles.

(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。
(C) Film formation The above arton solution was applied with a wet thickness of 1 mm using an applicator and dried while raising the temperature from 50 ° C to 140 ° C over 1 hour to obtain a dry substrate.

(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。
(D) Stretching The above dried base material was stretched 2.5 times at 170 ° C. and then rapidly cooled to prepare a light emitting light guide.

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。   The light-emitting light guide produced as described above had a refractive index difference Δn1 of 0.15, and Δn2 and Δn3 were each 0.01. In the measurement of the difference in refractive index, the Abbe refractive index for Arton alone was subjected to a stretching treatment under the same conditions as above, and the liquid crystal polymer was individually applied to the alignment film and fixed in orientation. The refractive index was measured by a meter, and the difference between them was calculated as Δn1, Δn2, and Δn3. The rare earth complex was present mainly dispersed in Arton. Further, when the average length of the minute region (liquid crystal polymer) was measured by coloring based on a phase difference by observation with a polarizing microscope, the length in the major axis direction was about 5 μm and the length in the minor axis direction was about 1.5 μm. there were.

(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。
(2) Production of concavo-convex structure A plurality of protrusions having a regular triangular cross-section of 20 μm on each side by transferring the shape to ZEONOR (thickness 0.5 mm) manufactured by Nippon Zeon using a precision die hot press. Strips were formed at a pitch of 100 μm to produce a concavo-convex structure. The precision mold has a plurality of concave grooves formed by precision engraving using a ruling engine.

(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。
(3) Production of optical element One surface of the light-emitting light guide and the flat surface side of the concavo-convex structure were bonded together using a photopolymerization adhesive NOA-60 manufactured by Norland. The application thickness of the adhesive was 10 μm. Then, an ultraviolet ray of 1 J / cm 2 was irradiated from the concavo-convex structure side, the adhesive was cured, and an optical device was produced. In addition, when bonding both together, both were arrange | positioned so that the ridgeline (direction where a protruding line | wire extends) of a concavo-convex structure may correspond with the extending | stretching axis | shaft of a light-emitting light guide.

(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。
(4) Evaluation of optical characteristics The optical element of Example 2 produced as described above exhibits about 20% higher emission luminance and lowers polarization characteristics as compared with a light-emitting light guide having no uneven structure. I was not able to admit.

<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。
<Comparative example>
As a comparative example, an optical element consisting only of the light-emitting light guide of Example 1 was produced. The optical element of the comparative example showed about 20% lower emission luminance than the optical element of Example 1. The degree of polarization of the emitted light was not significantly different from Example 1.

<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。
<Reference example>
The light-emitting light guide and the concavo-convex structure of Example 1 are disposed and pasted so that the ridge line (the direction in which the ridges extend) of the concavo-convex structure forms an angle of 45 ° with respect to the extending axis of the light-emitting light guide. In addition, an optical element was produced. In the optical element of the reference example, although the light emission brightness which is not much different from that of the optical element of Example 1 was obtained, the degree of polarization decreased.

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。1A and 1B are schematic views showing a schematic configuration of an optical element according to an embodiment of the present invention. FIG. 1A is a longitudinal sectional view, and FIG. 1B is a perspective view. 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。FIG. 2 is a schematic diagram (longitudinal sectional view) showing a schematic configuration of an optical element according to another embodiment of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

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
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Translucent resin 2 ... Micro area | region 3 ... Luminescent material 4 ... Adhesive layer 10 ... Light-emitting light guide 20 ... Uneven structure 100 ... Optical element 101, 102 ... Flat surface 201 ... Inclined part

Claims (11)

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。
A translucent resin, a micro-region part distributed and distributed in the translucent resin and having different birefringence from the translucent resin, and the outer part contained in the translucent resin and / or the micro-region part A light-emitting light guide that is formed in a plate shape and includes a light-emitting material that is excited and emitted by light incident from
An optical element, wherein an uneven structure having an inclined portion inclined with respect to the flat surface in a longitudinal sectional view is formed on at least one of the opposing flat surfaces of the light-emitting light guide.
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。   2. The optical element according to claim 1, wherein an average inclination angle of the inclined portion is set to 30 ° or more and 60 ° or less. 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。   3. The uneven structure is formed by applying a polymerizable resin to a flat surface of the light-emitting light guide and transferring a shape of a mold to the applied resin. 4. Optical elements. 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。   3. The uneven structure according to claim 1, wherein the uneven structure is formed by transferring a shape of a mold to a polymerizable resin, and includes an uneven structure bonded to a flat surface of the light-emitting light guide. Optical element. 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。   The said concavo-convex structure is formed by applying a thermoplastic resin to the flat surface of the light-emitting light guide and transferring the shape of a mold to the applied resin. Optical elements. 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。   3. The uneven structure according to claim 1, wherein the uneven structure is formed by transferring a shape of a mold to a thermoplastic resin and is formed of an uneven structure bonded to a flat surface of the light emitting light guide. Optical element. 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。   7. The optical element according to claim 1, wherein a refractive index of a material constituting the concavo-convex structure is set to be equal to or higher than a refractive index of the translucent resin. 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。   The optical element according to claim 1, wherein the concavo-convex structure is formed by transferring a shape of a mold onto a flat surface of the light-emitting light guide. 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。   The concavo-convex structure extends in a direction substantially coinciding with the long axis direction of the minute region portion, and a plurality of protrusions provided so that the inclined portion is inclined in a direction substantially perpendicular to the long axis direction of the minute region portion. The optical element according to claim 1, further comprising a strip. 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。
An optical element according to any one of claims 1 to 9,
A polarization plane light source comprising: an excitation light source that emits light having a wavelength that can excite a light-emitting material included in the optical element.
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。   A display device comprising the polarization plane light source according to claim 10.
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