JP2007109689A - 発光素子、発光素子の製造方法及び画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エテンデューを低減でき、かつ高い偏光変換効率で光を供給することが可能な発
光素子等を提供すること。
【解決手段】基準面ＳＳ上に設けられ、光を供給する発光部１０１と、発光部１０１の出
射側に設けられた構造体１０２と、を有し、構造体１０２は、第１の振動方向の偏光光を
透過させ、第１の振動方向に略直交する第２の振動方向の偏光光を反射する反射型偏光板
１０８と、反射型偏光板１０８からの光を透過させ、基準面ＳＳに略平行な二次元方向に
つき屈折率が周期的に変化するように形成された光学部１０９と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光素子、発光素子の製造方法及び画像表示装置、特に、発光ダイオード素
子（以下、適宜「ＬＥＤ」という。）等の固体発光素子の技術に関する。

画像表示装置であるプロジェクタには、画像信号に応じて光源部からの光を変調する空
間光変調装置として、例えば、液晶型空間光変調装置が用いられている。液晶型空間光変
調装置は、入射光の偏光状態を変換することで変調を行う。液晶型空間光変調装置を用い
る場合、光源部からの光を特定の振動方向の偏光光に変換して供給することで、光源部か
らの光を効率良く利用できる。特定の振動方向の偏光光を供給するための技術は、例えば
、特許文献１及び２に提案されている。

特開平５−７２４１７号公報 特開２０００−２２１４９９号公報

光源部と空間光変調装置とを含めた光学系において、光束が存在する空間的な広がりを
、発光面積と放射角の積（エテンデュー、Ｇｅｏｍｅｔｒｉｃａｌ Ｅｘｔｅｎｔ）とし
て表すことができる。空間光変調装置は、有効に変調可能な光の光線角度に限りがある（
例えば、光軸に対して±１６度以内。）。空間光変調装置にて光源部からの光を効率良く
利用可能とするためには、光源部のエテンデューを、空間光変調装置のエテンデューより
小さくする必要がある。特許文献１には、光束幅を縮小させた光を偏光変換素子へ入射さ
せる技術が提案されている。かかる技術では、偏光変換素子の出射面における光束幅を光
源幅と同等にすることが可能である一方、入射光の光束を収縮させる際に、角度が２倍に
なることによりエテンデューを略２倍に増大させてしまう。

また、近年、プロジェクタの光源として固体発光素子を用いることが提案されている。
固体発光素子である発光ダイオード（以下、「ＬＥＤ」という。）は、超小型、超軽量、
長寿命であるという特徴を有する。現在開発されているＬＥＤをプロジェクタに用いる場
合、明るい画像を得るためには、複数のＬＥＤを用いる必要がある。多くのＬＥＤを用い
たとしても、空間光変調装置へ入射する光束の空間的な広がりが増大するほど、光源部か
らの光を有効に用いることが困難となる。よって、ＬＥＤの発光部に直接光学素子を設け
る等により出射光の光線角度を制御することで、各ＬＥＤについてエテンデューの低減を
図ることが考えられている。

特許文献２の図１に示される構成において、発光部に光学素子を設ける場合、反射型偏
光板で反射された光は、光学素子を透過した後発光部へ戻ることとなる。偏光変換のため
に反射型偏光板から光学素子へ入射した光は、光学素子で散乱されることとなるため、効
率的な再利用を行うことが困難となる。このように、従来の技術では、エテンデューを低
減でき、かつ高い偏光変換効率で光を供給することが困難であるという問題を生じる。本
発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、エテンデューを低減でき、かつ高い偏
光変換効率で光を供給することが可能な発光素子、その発光素子の製造方法、及び画像表
示装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明によれば、基準面上に設けられ
、光を供給する発光部と、発光部の出射側に設けられた構造体と、を有し、構造体は、第
１の振動方向の偏光光を透過させ、第１の振動方向に略直交する第２の振動方向の偏光光
を反射する反射型偏光板と、反射型偏光板からの光を透過させ、基準面に略平行な二次元
方向につき屈折率が周期的に変化するように形成された光学部と、を有することを特徴と
する発光素子を提供することができる。

発光部から反射型偏光板へ入射した第１の振動方向の偏光光は、反射型偏光板を透過す
る。発光部から反射型偏光板へ入射した第２の振動方向の偏光光は、反射型偏光板で反射
する。反射型偏光板で反射した第２の振動方向の偏光光は、例えば反射部や位相板を用い
ることにより、第１の振動方向の偏光光に変換された後、反射型偏光板へ入射させること
ができる。光学部は、反射型偏光板からの光を透過させることにより、光軸に略平行な方
向へ進行する光を増加させる。光軸に略平行な方向へ進行する光を増加させることにより
、エテンデューの低減を図ることができる。また、偏光変換された光を光学部へ入射させ
る構成とすることで、偏光変換のために発光部の方向へ進行する光を散乱させる事態を回
避でき、光利用効率の低下を低減することができる。光学部を設けることで、発光部から
の光の外部取り出し効率を高めることも可能である。さらに、発光部と構造体とを一体と
して構成できることから、各部の界面における光の損失を低減でき、光利用効率を高める
こともできる。これにより、エテンデューを低減でき、かつ高い偏光変換効率で光を供給
することが可能な発光素子を得られる。

また、本発明の好ましい態様によれば、発光部と反射型偏光板との間に設けられた位相
板を有することが望ましい。例えば、位相板としてλ／４位相板を用いると、位相板に入
射した直線偏光は、円偏光に変換される。位相板で円偏光に変換された光は、例えば反射
部で反射した後再び位相板に入射することで、振動方向が変換される。λ／４位相板に２
回光を通過させることによって、光の振動方向を９０度回転させることができる。λ／４
位相板を２回通過させることにより、第２の振動方向の偏光光を第１の振動方向の偏光光
に変換することができる。これにより、第２の振動方向の偏光光の再利用を可能にし、発
光部からの光を効率良く利用することができる。

また、本発明の好ましい態様によれば、反射型偏光板は、第２の振動方向に略平行に形
成されたワイヤと、ワイヤ同士の間に設けられた透明層と、を有することが望ましい。ワ
イヤ同士の間に透明層を設けることにより、空気の層を介さず、反射型偏光板からの光を
直接光学部へ入射させることができる。反射型偏光板からの光を直接光学部へ入射させる
ことで、透明層内部での放射分布特性を維持したまま光学部へ光を伝播することができる
。これにより、反射型偏光板及び光学部の間での光の損失を低減することができる。また
、ワイヤ同士の間に透明層を形成することで、反射型偏光板の上にて凸部を容易に形成す
ることができる。

また、本発明の好ましい態様としては、反射型偏光板から発光部の方向へ進行する光を
反射型偏光板の方向へ反射する反射部を有することが望ましい。反射型偏光板で反射した
第２の振動方向の偏光光は、反射部で反射した後、再び反射型偏光板の方向へ進行する。
これにより、第２の振動方向の偏光光の再利用を可能にし、発光部からの光を効率良く利
用することができる。

また、本発明の好ましい態様としては、光学部は、略円柱形状を有する複数の凸部を備
えることが望ましい。光学部は、複数の凸部を設けることにより、二次元方向について、
光学部を構成する部材と空気との、互いに異なる屈折率の媒質を有する。これにより、基
準面に略平行な二次元方向につき屈折率が変化する構成とすることができる。

また、本発明の好ましい態様としては、凸部は、一の凸部、及び、一の凸部に隣接する
他の２つの凸部により、基準面に略平行な面において三角形をなすような位置に配置され
ることが望ましい。光学部は、三角形をなすように凸部を配置することで、凸部を稠密に
配置することが可能となる。これにより、光軸に略平行な方向へ進行する光を増加させ、
かつ良好な放射特性を得ることができる。

また、本発明の好ましい態様としては、凸部は、凸部が備える円柱形状の高さを、円柱
形状の直径で除した比が、２以上３以下であることが望ましい。これにより、光軸に略平
行な方向へ進行する光を増加させ、かつ良好な放射特性を得ることができる。

また、本発明の好ましい態様としては、凸部は、円柱形状の高さを円柱形状の直径で除
した比が略２．５であることが望ましい。これにより、光軸に略平行な方向へ進行する光
をさらに増加させ、さらに良好な放射特性を得ることができる。

また、本発明の好ましい態様としては、光学部は、凸部が備える円柱形状の直径を、複
数の凸部を並列させるピッチで除した比が、０．６５以上０．８５以下となるように構成
されることが望ましい。これにより、光軸に略平行な方向へ進行する光を増加させ、かつ
良好な放射特性を得ることができる。

また、本発明の好ましい態様としては、光学部は、複数の凸部を並列させるピッチが、
５００ナノメートル以上２０００ナノメートル以下となるように構成されることが望まし
い。これにより、光軸に略平行な方向へ進行する光を増加させ、かつ良好な放射特性を得
ることができる。

さらに、本発明によれば、発光部からの光を供給する発光素子の製造方法であって、第
１の振動方向の偏光光を透過させ、第１の振動方向に略直交する第２の振動方向の偏光光
を反射する反射型偏光板を形成する反射型偏光板形成工程と、反射型偏光板の上に、二次
元方向につき屈折率が周期的に変化する光学部を形成することにより、反射型偏光板及び
光学部を備える構造体を形成する構造体形成工程と、二次元方向に略平行な基準面上に設
けられた発光部の上に構造体を積層する構造体積層工程と、を含むことを特徴とする発光
素子の製造方法を提供することができる。これにより、エテンデューを低減でき、かつ高
い偏光変換効率で光を供給することが可能な発光素子を製造することができる。また、別
途形成された発光部の上に構造体を積層するため、簡易な手順を用いることができ、かつ
発光部の破損を防ぐことができる。これにより、歩留まりの向上や、コストの低減を図る
ことができる。

さらに、本発明によれば、発光部からの光を供給する発光素子の製造方法であって、基
準面上に設けられた発光部の上に、第１の振動方向の偏光光を透過させ、第１の方向に略
直交する第２の振動方向の偏光光を反射する反射型偏光板を形成する反射型偏光板形成工
程と、反射型偏光板の上に、基準面に略平行な二次元方向につき屈折率が周期的に変化す
る光学部を形成する光学部形成工程と、を含むことを特徴とする発光素子の製造方法を提
供することができる。これにより、エテンデューを低減でき、かつ高い偏光変換効率で光
を供給することが可能な発光素子を製造することができる。また、各部材を積層すること
で簡易な手順により発光素子を形成することができる。

さらに、本発明によれば、上記の発光素子を備える光源部と、光源部からの光を画像信
号に応じて変調する空間光変調装置と、を有することを特徴とする画像表示装置を提供す
ることができる。上記の発光素子を備えることにより、エテンデューを低減でき、かつ高
い偏光変換効率で光を供給することができる。これにより、高い光利用効率で明るい画像
を表示することが可能な画像表示装置を得られる。

以下に図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。

図１は、本発明の実施例１に係る発光素子であるＬＥＤ１００の概略構成を示す。ＬＥ
Ｄ１００は、発光部１０１と構造体１０２とを有する。ＬＥＤ１００は、主に発光部１０
１の表面から光を放出する面発光光源である。発光部１０１は、基準面ＳＳ上に設けられ
、光を供給する。基準面ＳＳは、光軸であるＺ軸に直交する平面であって、ＸＹ平面であ
る。発光部１０１は、活性層１０４及び透明基板１０５を有する。ＬＥＤ１００は、出射
側とは反対側に反射電極１０３を配置して発光部１０１を実装する、いわゆるフリップチ
ップ構造をなしている。透明基板１０５は、透明部材、例えばサファイア部材により構成
される平行平板である。

反射電極１０３は、後述する反射型偏光板１０８から発光部１０１の方向へ進行する光
を反射型偏光板１０８の方向へ反射する反射部である。発光部１０１の上には、λ／４位
相板１０６、基板１０７及び構造体１０２が設けられている。反射電極１０３は、高反射
性の金属部材、例えば銀部材により構成されている。銀部材を用いると、発光部１０１の
全面に対して反射電極１０３を形成する場合に、９０％以上の反射率を得ることができる
。また、反射電極１０３を銀部材で構成すると、反射電極１０３を短冊形状に形成する場
合であっても、７０％以上の反射率を容易に確保することが可能である。λ／４位相板１
０６は、発光部１０１と、後述する反射型偏光板１０８との間に設けられている。基板１
０７は、透明部材により構成された平行平板である。構造体１０２は、発光部１０１から
見て出射側に設けられている。構造体１０２は、発光部１０１の側から、反射型偏光板１
０８、光学部１０９が順次積層されて構成されている。

図２は、構造体１０２の斜視構成を示す。光学部１０９は、反射型偏光板１０８からの
光を透過させる。光学部１０９は、複数の凸部１１０により構成されている。各凸部１１
０は、直径ｄ、及び高さｈの円柱形状を有する。凸部１１０は、透明なシリコン樹脂部材
により構成されている。シリコン樹脂部材としては、例えば、シロキサン結合（−Ｓｉ−
Ｏ−）の側鎖にアルキル基等が結合した分子構造を有するポリマーを用いることができる
。

図３は、ＸＹ平面上における凸部１１０の配置を示す。光学部１０９は、複数の凸部１
１０をピッチｐで並列させることにより構成されている。凸部１１０は、一の凸部１１０
ａ、及び、一の凸部１１０ａに隣接する他の２つの凸部１１０ｂ、１１０ｃにより、基準
面ＳＳに略平行なＸＹ面において正三角形をなすような位置に配置される。１つの凸部１
１０ｂに着目すると、１つの凸部１１０ｂの周りには６つの凸部１１０が形成されている
。このように、ＸＹ面上にて三角格子をなすように凸部１１０を配置することにより、光
学部１０９は、凸部１１０を稠密に配置することが可能となる。

光学部１０９は、複数の凸部１１０を設けることにより、ＸＹ方向について、シリコン
樹脂部材と空気との、屈折率が異なる２種類の媒質を有する構成をなしている。光学部１
０９は、反射型偏光板１０８上に複数の凸部１１０を規則的に配置することにより、基準
面ＳＳに略平行な二次元方向であるＸＹ方向につき屈折率が周期的に変化するように形成
されている。なお、複数の凸部１１０は、三角格子をなすように配列する構成に限らず、
所定のピッチで周期構造をなすように配列する構成であれば良い。

図４は、反射型偏光板１０８の斜視構成を示す。反射型偏光板１０８は、基板１０７の
上に、金属、例えばアルミニウムで構成されるワイヤ１１１を格子状に設けたワイヤグリ
ッド型偏光板である。ワイヤグリッド型偏光板は、振動方向がワイヤに略垂直である偏光
光を透過し、振動方向がワイヤに略平行である偏光光を反射する。反射型偏光板１０８は
、第２の振動方向に略平行に形成されている。これにより、反射型偏光板１０８は、第１
の振動方向の偏光光を透過させ、第１の振動方向に略直交する第２の振動方向の偏光光を
反射する。第１の振動方向の偏光光は、例えば、ｐ偏光光である。第２の振動方向の偏光
光は、例えば、ｓ偏光光である。また、反射型偏光板１０８は、ワイヤ１１１同士の間に
設けられた透明層１１２を有する。透明層１１２は、光学部１０９と同程度の屈折率を有
する透明部材によって形成することができる。

図５は、ＬＥＤ１００の要部断面構成を示す。発光部１０１は、ｐ偏光光及びｓ偏光光
を含む光を供給する。発光部１０１の活性層１０４から供給された光は、透明基板１０５
、λ／４位相板１０６、基板１０７を透過した後、反射型偏光板１０８へ入射する。活性
層１０４から反射電極１０３の方向へ供給された光は、反射電極１０３で反射した後、反
射型偏光板１０８の方向へ進行する。反射型偏光板１０８へ入射した光のうち、第１の振
動方向の偏光光であるｐ偏光光Ｌ１は、反射型偏光板１０８を透過した後、光学部１０９
へ入射する。反射型偏光板１０８から光学部１０９へ入射した光は、光学部１０９を透過
した後、照明対象物の方向へ進行する。

ここで、ワイヤ１１１同士の間に透明層１１２を設けることにより、空気の層を介さず
、反射型偏光板１０８からの光を直接光学部１０９へ入射させることができる。反射型偏
光板１０８からの光を直接光学部１０９へ入射させることで、透明層１１２内部での放射
分布特性を維持したまま光学部１０９へ光を伝播することができる。これにより、反射型
偏光板１０８及び光学部１０９の間での光の損失を低減することができる。

反射型偏光板１０８へ入射した光のうち、第２の振動方向の偏光光であるｓ偏光光Ｌ２
は、反射型偏光板１０８で反射した後、基板１０７及びλ／４位相板１０６を透過する。
このときｓ偏光光は、λ／４位相板１０６を透過することで円偏光に変換される。ＬＥＤ
１０２に入射した円偏光Ｌ２は、透明基板１０５及び活性層１０４を透過した後、反射電
極１０３で反射する。反射電極１０３で反射した円偏光Ｌ２は、λ／４位相板１０６にて
ｐ偏光光に変換される。このように、λ／４位相板１０６に２回光を通過させることによ
り、光の振動方向を９０度回転させることができる。ｐ偏光光に変換された光Ｌ２は、反
射型偏光板１０８及び光学部１０９を透過した後、照明対象物の方向へ進行する。

図６は、本実施例との比較例として、入射光の偏光変換を行うための従来の構成を示す
。ダウンコリメータ６０１は、入射光の光束幅を略２分の１に縮小させる。ダウンコリメ
ータ６０１に設けられた凸面レンズ６０２は、入射光を集光させる。凹面レンズ６０３は
、凸面レンズ６０２からの光を平行化して出射させる。ダウンコリメータ６０１から偏光
変換素子６０５へ入射した光のうち、例えばｐ偏光光は、偏光膜６０６を透過し、偏光変
換素子６０５から出射する。また、偏光変換素子６０５へ入射した光のうち、例えばｓ偏
光光は、偏光膜６０６で反射することにより、反射膜６０７の方向へ進行する。反射膜６
０７の方向へ進行したｓ偏光光は、反射膜６０７で反射した後、λ／２位相板６０８へ入
射する。λ／２位相板６０８へ入射したｓ偏光光は、ｐ偏光光に変換された後、偏光変換
素子６０５から出射する。

図６に示す構成の場合、偏光変換素子６０５にて光束幅は略２倍に拡大される。このた
め、ダウンコリメータ６０１にて光束幅を略２分の１に縮小させることにより、偏光変換
素子６０５の出射面における光束幅を、光源幅と同等にすることが可能である。ここで、
光軸に略平行な平行光Ｌ３に対する光線角度がθ１である光Ｌ４について考える。ダウン
コリメータ６０１を通過することにより、光Ｌ４の光線角度は、θ１の略２倍のθ２に変
換されてしまう。光Ｌ４の光線角度θ２は、偏光変換素子６０５を透過してもなお保存さ
れることとなる。結果として、かかる構成の場合、エテンデューを略２倍に増大させてし
まう。

図７は、本実施例との他の比較例として、エテンデューを低減させるための構成に、偏
光変換のための構成を組み合わせた構成を示す。図７に示す構成では、発光部１０１の出
射面に直接光学部１０９が設けられている。発光部１０１の出射面に直接光学部１０９を
設けることで、出射光の光線角度を制御し、エテンデューの低減を図ることが可能となる
。また、偏光変換のための反射型偏光板７０１は、光学部１０９の出射側に配置されてい
る。光学部１０９による光線角度の制御を可能とするために、光学部１０９と反射型偏光
板７０１とを離して配置されている。

光学部１０９を透過した光のうち、例えばｐ偏光光は、反射型偏光板７０１を透過する
。光学部１０９を透過した光のうち、例えばｓ偏光光は、反射型偏光板７０１で反射した
後、光学部１０９の方向へ進行する。反射型偏光板７０１から光学部１０９へ入射した光
は、光学部１０９で散乱されてしまう。偏光変換のために発光部１０１の方向へ進行した
光は、光学部１０９での散乱により、効率的な再利用を行うことが困難となる。

図５に戻って、光学部１０９は、反射型偏光板１０８からの光を透過させることにより
、光軸に略平行な方向であるＺ軸方向へ進行する光を増加させる。光軸に略平行な方向へ
進行する光を増加させることにより、エテンデューの低減を図ることができる。また、偏
光変換された光を光学部１０９へ入射させる構成とすることで、偏光変換のために発光部
１０１の方向へ進行する光を散乱させる事態を回避でき、光利用効率の低下を低減するこ
とができる。光学部１０９を設けることで、発光部１０１からの光の外部取り出し効率を
高めることも可能である。さらに、発光部１０１と構造体１０２とを一体として構成でき
ることから、各部の界面における光の損失を低減でき、光利用効率を高めることもできる
。これにより、エテンデューを低減でき、かつ高い偏光変換効率で光を供給することがで
きるという効果を奏する。本発明の発光素子であるＬＥＤ１００は、特定の振動方向の偏
光光を変調する液晶型空間光変調装置と組み合わせて用いる場合に有用である。

次に、良好な放射特性を得るための光学部１０９の構成について説明する。光学部１０
９の各凸部１１０は、図２を用いて説明した円柱形状の高さｈが１３８０ｎｍ、円柱形状
の直径ｄが５５０ｎｍとなるように形成されている。円柱形状の高さｈを直径ｄで除した
比をアスペクト比と呼ぶこととすると、かかる凸部１１０のアスペクト比は、略２．５と
なる。また、光学部１０９は、図３を用いて説明したピッチｐが７００ｎｍとなるように
各凸部１１０を配置している。光学部１０９は、凸部１１０が備える円柱形状の直径ｄを
ピッチｐで除した比が略０．７９である。

図８は、本実施例の比較例として、発光部１０１に透明基板１０５を積層した構成のＬ
ＥＤの放射分布特性Ｃ’を示す。円グラフ中、Ｃ’を付した曲線がグラフ中心から離れる
ほど、その角度方向に進行する光が多いことを示している。発光部１０１上に透明基板１
０５を積層させた構成のＬＥＤは、水平方向に扁平するような放射分布特性で発光光を供
給することがわかる。例えば、プロジェクタの光源部のように、照明対象の方向である光
軸方向へ効率良く光を供給することが求められる場合であっても、かかるＬＥＤでは、所
定の照明方向へ効率良く光を供給することは困難である。

図９は、図８にて説明した放射分布特性Ｃ’と、本実施例のＬＥＤ１００の放射分布特
性Ｃとを表したものである。発光部１０１に透明基板１０５を積層した構成のＬＥＤと比
較すると、本実施例のＬＥＤ１００は、光軸方向における輝度が約３．５倍に増加してい
る。光軸方向を基準とする±３０度の角度範囲における光の絶対光量については、約２．
１倍に増加させることが可能である。また、ＬＥＤ１００の全光量に対して、光軸方向を
基準とする±３０度の角度範囲に出射する光の光量の割合は、４７％となる。このように
、本実施例の構成によると、光軸に略平行な方向へ進行する光を増加させ、かつ良好な放
射特性を得ることができる。

なお、光学部１０９を構成する凸部１１０の高さｈ、直径ｄ、ピッチｐの各値は、上記
のものに限られない。例えば、凸部１１０のアスペクト比が略２．５となるように、凸部
１１０の高さｈ及び直径ｄを適宜設定することができる。また、凸部１１０の直径ｄをピ
ッチｐで除した比が略０．７９となるように、凸部１１０の直径ｄ及びピッチｐを適宜設
定することができる。さらに、ピッチｐは、５００ｎｍ以上２０００ｎｍ以下のいずれか
の値とすることが可能である。

光学部１０９は、凸部１１０のアスペクト比を略２．５とする構成に限られない。凸部
１１０のアスペクト比は、２以上３以下であれば良い。これにより、光軸に略平行な方向
へ進行する光を増加させ、かつ良好な放射特性を得ることができる。また、凸部１１０の
直径ｄをピッチｐで除した比は略０．７９とする場合に限られず、０．６５以上０．８５
以下であれば良い。これにより、光軸に略平行な方向へ進行する光を増加させ、かつ良好
な放射特性を得ることができる。

本実施例において、光学部１０９を構成する凸部１１０の高さｈ、直径ｄ、ピッチｐの
最適値は、光が５２５ｎｍの波長を持つＧ光であるものとして算出している。Ｇ光以外の
Ｒ光、Ｂ光についても、本実施例で説明した範囲の数値を用いて凸部１１０を構成するこ
とにより、光軸に略平行な方向へ進行する光を増加させ、かつ良好な放射特性を得ること
が可能である。

図１０は、本発明の実施例２に係る発光素子の製造方法の手順を説明するものである。
本実施例の製造方法により、上記実施例１のＬＥＤ１００を製造することができる。まず
、反射型偏光板形成工程である工程ａにおいて、反射型偏光板１０８を形成する。反射型
偏光板１０８の形成は、基板１０７上にワイヤ１１１を形成することにより行う。ワイヤ
１１１の形成には、例えば、フォトリソグラフィ技術を用いることができる。フォトリソ
グラフィは、金属層の上にレジスト層を形成し、ワイヤ１１１の形状に合わせてレジスト
層のパターニングを行う。そして、パターニングが施されたレジスト層と金属層とをエッ
チングすることにより、ワイヤ１１１を形成することができる。

この他、ワイヤ１１１の形成には、金型を用いたプレス加工をナノスケールに応用した
いわゆるナノインプリント法を用いても良い。ナノインプリント法は、微細な凹凸のある
型を被加工材料に押しつけて成型する加工技術であって、数十ナノメートル幅のパターン
形成を可能とするものである。プレスによりパターン形成することから、電子ビームを用
いたナノスケールの加工技術に比べ、容易かつ安価に成型できるという特長がある。

次に、工程ｂにおいて、基板１０７及びワイヤ１１１の上に透明層１００１を形成する
。透明層１００１は、ゾルゲルガラスのワイヤ１１１間への埋め込み、積層、及び平坦化
を行うことにより形成することができる。透明層１００１は、ワイヤ１１１の上端から透
明層１００１の表面までの厚みが、凸部１１０の高さと一致するように形成される。

次に、工程ｃにおいて、光学部１０９を形成する。工程ｃは、反射型偏光板１０８の上
に光学部１０９を形成することにより、反射型偏光板１０８及び光学部１０９を備える構
造体１０２を形成する構造体形成工程である。光学部１０９の形成は、ワイヤ１１１上の
透明層１００１から凸部１１０を形成することにより行う。透明層１００１から凸部１１
０の形成には、ワイヤ１１１の場合と同様に、フォトリソグラフィやナノインプリント法
を用いることができる。また、透明層１００１のうち凸部１１０同士の間の部分をそのま
ま残すことにより、ワイヤ１１１同士の間の透明層１１２を形成することができる。透明
層１１２を形成することで、反射型偏光板１０８上にて凸部１１０を容易に形成すること
ができる。工程ｄでは、基板１０７の下側に、λ／４位相板１０６を貼り合わせる。

次に、工程ｅでは、別途形成された発光部１０１の上に、工程ｄで形成されているλ／
４位相板１０６、基板１０７、及び構造体１０２を積層する。工程ｅは、発光部１０１の
上に構造体１０２を積層する構造体積層工程である。以上により、上記のＬＥＤ１００等
の発光素子を製造することができる。また、別途形成された発光部１０１の上に構造体１
０２を積層するため、簡易な手順を用いることを可能とし、かつ発光部１０１の破損を防
ぐことができる。これにより、歩留まりの向上や、コストの低減を図ることができる。

図１１−１及び図１１−２は、本実施例の変形例に係る発光素子の製造方法の手順を説
明するものである。図１１−１に示す工程ａでは、透明基板１０５の上に、活性層１０４
、反射電極１０３を順次積層した後、上下を逆にすることにより、図１１−１において上
方向に光を供給する発光部１０１を形成する。工程ｂでは、工程ａで形成された発光部１
０１の上に、λ／４位相板１０６、基板１０７を順次積層する。次に、工程ｃに示す反射
型偏光板形成工程では、λ／４位相板１０６、基板１０７を介して発光部１０１の上に、
反射型偏光板１０８を形成する。反射型偏光板１０８の形成は、基板１０７上にワイヤ１
１１を形成することにより行う。

次に、工程ｄでは、ワイヤ１１１同士の間の透明層１１２を形成する。透明層１１２の
形成は、ゾルゲルガラスのワイヤ１１１間への埋め込み、及び平坦化により行うことがで
きる。そして、図１１−２の工程ｅに示す光学部形成工程において、反射型偏光板１０８
の上に光学部１０９を形成する。以上により、上記のＬＥＤ１００等の発光素子を製造す
ることができる。また、各部材を積層することで簡易な手順により発光素子を形成するこ
とができる。

図１２は、本発明の実施例３に係る画像表示装置であるプロジェクタ１２００の概略構
成を示す。プロジェクタ１２００は、Ｒ光を供給する光源部１００Ｒと、Ｇ光を供給する
光源部１００Ｇと、Ｂ光を供給する光源部１００Ｂとを有する。光源部１００Ｒ、１００
Ｇ、１００Ｂは、上記実施例１のＬＥＤ１００と同様の構成を有する。光源部１００Ｒか
らのＲ光は、レンズＬＮを透過して、空間光変調装置１２１０Ｒに入射する。空間光変調
装置１２１０Ｒは、Ｒ光を画像信号に応じて変調する透過型の液晶表示装置である。空間
光変調装置１２１０Ｒは、液晶パネル１２１５Ｒと、第１偏光板１２１６Ｒと、第２偏光
板１２１７Ｒとを有する。

第１偏光板１２１６Ｒは、Ｒ光のうちのｐ偏光光を透過し、液晶パネル１２１５Ｒに入
射させる。光源部１００Ｒと第１偏光板１２１６Ｒとの間には、ｐ偏光光以外の振動方向
の偏光光、例えばｓ偏光光をｐ偏光光に変換する偏光変換素子を設けることとしても良い
。液晶パネル１２１５Ｒは、ｐ偏光光を画像信号に応じて変調し、ｓ偏光光に変換する。
第２偏光板１２１７Ｒは、液晶パネル１２１５Ｒでｓ偏光光に変換されたＲ光を出射する
。このようにして、空間光変調装置１２１０Ｒは、光源部１００ＲからのＲ光を画像信号
に応じて変調する。空間光変調装置１２１０Ｒでｓ偏光光に変換されたＲ光は、クロスダ
イクロイックプリズム１２１２に入射する。

光源部１００ＧからのＧ光は、レンズＬＮを透過して、空間光変調装置１２１０Ｇに入
射する。空間光変調装置１２１０Ｇは、Ｇ光を画像信号に応じて変調する透過型の液晶表
示装置である。空間光変調装置１２１０Ｇは、液晶パネル１２１５Ｇと、第１偏光板１２
１６Ｇと、第２偏光板１２１７Ｇを有する。第１偏光板１２１６Ｇは、Ｇ光のうちのｓ偏
光光を透過し、液晶パネル１２１５Ｇに入射させる。光源部１００Ｇと第１偏光板１２１
６Ｇとの間には、ｓ偏光光以外の振動方向の偏光光、例えばｐ偏光光をｓ偏光光に変換す
る偏光変換素子を設けることとしても良い。液晶パネル１２１５Ｇは、ｓ偏光光を画像信
号に応じて変調し、ｐ偏光光に変換する。第２偏光板１２１７Ｇは、液晶パネル１２１５
Ｇでｐ偏光光に変換されたＧ光を出射する。このようにして、空間光変調装置１２１０Ｇ
は、光源部１００ＧからのＧ光を画像信号に応じて変調する。空間光変調装置１２１０Ｇ
でｐ偏光光に変換されたＧ光は、Ｒ光とは異なる面からクロスダイクロイックプリズム１
２１２に入射する。

光源部１００ＢからのＢ光は、レンズＬＮを透過して、空間光変調装置１２１０Ｂに入
射する。空間光変調装置１２１０Ｂは、Ｂ光を画像信号に応じて変調する透過型の液晶表
示装置である。空間光変調装置１２１０Ｂは、液晶パネル１２１５Ｂと、第１偏光板１２
１６Ｂと、第２偏光板１２１７Ｂとを有する。第１偏光板１２１６Ｂは、Ｂ光のうちのｐ
偏光光を透過し、液晶パネル１２１５Ｂに入射させる。光源部１００Ｂと第１偏光板１２
１６Ｂとの間には、ｐ偏光光以外の振動方向の偏光光、例えばｓ偏光光をｐ偏光光に変換
する偏光変換素子を設けることとしても良い。液晶パネル１２１５Ｂは、ｐ偏光光を画像
信号に応じて変調し、ｓ偏光光に変換する。第２偏光板１２１７Ｂは、液晶パネル１２１
５Ｂでｓ偏光光に変換されたＢ光を射出する。このようにして、空間光変調装置１２１０
Ｂは、光源部１００ＢからのＢ光を画像信号に応じて変調する。空間光変調装置１２１０
Ｂでｓ偏光光に変換されたＢ光は、Ｒ光及びＧ光とは異なる面からクロスダイクロイック
プリズム１２１２に入射する。

色合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム１２１２は、２つのダイクロイック
膜１２１２ａ、１２１２ｂを有する。ダイクロイック膜１２１２ａ、１２１２ｂは、Ｘ字
型に直交して配置される。ダイクロイック膜１２１２ａは、ｓ偏光光であるＲ光を反射し
、ｐ偏光光であるＧ光を透過する。ダイクロイック膜１２１２ｂは、ｓ偏光光であるＢ光
を反射し、ｐ偏光光であるＧ光を透過する。このように、クロスダイクロイックプリズム
１２１２は、空間光変調装置１２１０Ｒ、１２１０Ｇ、１２１０Ｂでそれぞれ変調された
Ｒ光、Ｇ光及びＢ光を合成する。投写光学系１２３０は、クロスダイクロイックプリズム
１２１２で合成された光をスクリーン１２４０に投写する。

ダイクロイック膜１２１２ａ、１２１２ｂは、通常、ｓ偏光光の反射特性に優れる。こ
のため、本実施例のように、ダイクロイック膜１２１２ａ、１２１２ｂでそれぞれ反射す
べきＲ光及びＢ光は、ｓ偏光光となってクロスダイクロイックプリズム１２１２に入射す
るように設定される。また、ダイクロイック膜１２１２ａ、１２１２ｂを透過すべきＧ光
は、ｐ偏光光となってクロスダイクロイックプリズム１２１２に入射するように設定され
る。

本実施例では、各光源部１００Ｒ、１００Ｇ、１００Ｂは、レンズＬＮを通して各空間
光変調装置１２１０Ｒ、１２１０Ｇ、１２１０Ｂに光を入射させる構成としている。これ
に限られず、光源部１００Ｒ、１００Ｇ、１００Ｂの出射開口の大きさを空間光変調装置
１２１０Ｒ、１２１０Ｇ、１２１０Ｂに対応させ、各光源部１００Ｒ、１００Ｇ、１００
Ｂからの光を直接空間光変調装置１２１０Ｒ、１２１０Ｇ、１２１０Ｂに入射させる構成
としても良い。

光源部１００Ｒ、１００Ｇ、１００Ｂに上記のＬＥＤ１００を用いることにより、エテ
ンデューを低減でき、かつ高い偏光変換効率で光を供給することができる。これにより、
高い光利用効率で明るい画像を表示することができるという効果を奏する。なお、本実施
例のプロジェクタ１２００は、各光源部に単独のＬＥＤを用いる構成としているが、各光
源部に複数のＬＥＤを用いる構成としても良い。本発明のＬＥＤはエテンデューを低減可
能であるから、複数のＬＥＤからの光を効率良く利用することが可能である。複数のＬＥ
Ｄからの光を効率良く利用することで、さらに明るい画像を表示することができる。

上記のプロジェクタ１２００は、透過型液晶表示装置を用いる構成としているが、反射
型液晶表示装置やティルトミラーデバイスを用いても良い。また、本発明の発光素子は、
フロント投写型のプロジェクタの光源部に用いる場合に限らず、リアプロジェクタの光源
部に用いても良い。さらに、本発明の発光素子はＬＥＤに限らず、ＥＬ素子や半導体レー
ザ等の他の固体発光素子であっても良い。

以上のように、本発明に係る発光素子は、高い光利用効率で明るい光を供給する場合に
有用であり、特に、特定の振動方向の偏光光を利用する液晶型空間光変調装置と組み合わ
せて用いる場合に適している。

本発明の実施例１に係る発光素子であるＬＥＤの概略構成を示す図。 構造体の斜視構成を示す図。 ＸＹ平面上における凸部の配置を示す図。 反射型偏光板の斜視構成を示す図。 ＬＥＤの要部断面構成を示す図。 入射光の偏光変換を行うための従来の構成を示す図。 エテンデューを低減させる構成、偏光変換のための構成を組み合わせた図。 比較例の放射分布特性を示す図。 比較例、及び実施例１の放射分布特性を示す図。 本発明の実施例２に係る発光素子の製造方法の手順を説明する図。 実施例２の変形例に係る発光素子の製造方法の手順を説明する図。 実施例２の変形例に係る発光素子の製造方法の手順を説明する図。 実施例３に係るプロジェクタの概略構成を示す図。

符号の説明

１００ ＬＥＤ、１０１ 発光部、１０２ 構造体、１０３ 反射電極、１０４ 活性
層、１０５ 透明基板、１０６ λ／４位相板、１０７ 基板、１０８ 反射型偏光板、
１０９ 光学部、１１０、１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ 凸部、ＳＳ 基準面、１１１
ワイヤ、１１２ 透明層、６０１ ダウンコリメータ、６０２ 凸面レンズ、６０３
凹面レンズ、６０５ 偏光変換素子、６０６ 偏光膜、６０７ 反射膜、６０８ λ／２
位相板、７０１ 反射型偏光板、１００１ 透明層、１２００ プロジェクタ、１００Ｒ
、１００Ｇ、１００Ｂ 光源部、１２１０Ｒ、１２１０Ｇ、１２１０Ｂ 空間光変調装置
、１２１２ クロスダイクロイックプリズム、１２１２ａ、１２１２ｂ ダイクロイック
膜、１２１５Ｒ、１２１５Ｇ、１２１５Ｂ 液晶パネル、１２１６Ｒ、１２１６Ｇ、１２
１６Ｂ 第１偏光板、１２１７Ｒ、１２１７Ｇ、１２１７Ｂ 第２偏光板、１２３０ 投
写光学系、１２４０ スクリーン、ＬＮ レンズ

Claims (13)

1. 基準面上に設けられ、光を供給する発光部と、
   前記発光部の出射側に設けられた構造体と、を有し、
   前記構造体は、
   第１の振動方向の偏光光を透過させ、前記第１の振動方向に略直交する第２の振動方向
   の偏光光を反射する反射型偏光板と、
   前記反射型偏光板からの光を透過させ、前記基準面に略平行な二次元方向につき屈折率
   が周期的に変化するように形成された光学部と、を有することを特徴とする発光素子。
2. 前記発光部と前記反射型偏光板との間に設けられた位相板を有することを特徴とする請
   求項１に記載の発光素子。
3. 前記反射型偏光板は、前記第２の振動方向に略平行に形成されたワイヤと、前記ワイヤ
   同士の間に設けられた透明層と、を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の発光
   素子。
4. 前記反射型偏光板から前記発光部の方向へ進行する光を前記反射型偏光板の方向へ反射
   する反射部を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の発光素子。
5. 前記光学部は、略円柱形状を有する複数の凸部を備えることを特徴とする請求項１〜４
   のいずれか一項に記載の発光素子。
6. 前記凸部は、一の凸部、及び、前記一の凸部に隣接する他の２つの凸部により、前記基
   準面に略平行な面において三角形をなすような位置に配置されることを特徴とする請求項
   ５に記載の発光素子。
7. 前記凸部は、前記凸部が備える円柱形状の高さを、前記円柱形状の直径で除した比が、
   ２以上３以下であることを特徴とする請求項５又は６に記載の発光素子。
8. 前記凸部は、前記円柱形状の高さを前記円柱形状の直径で除した比が略２．５であるこ
   とを特徴とする請求項７に記載の発光素子。
9. 前記光学部は、前記凸部が備える円柱形状の直径を、複数の前記凸部を並列させるピッ
   チで除した比が、０．６５以上０．８５以下となるように構成されることを特徴とする請
   求項５〜８のいずれか一項に記載の発光素子。
10. 前記光学部は、複数の前記凸部を並列させるピッチが、５００ナノメートル以上２００
    ０ナノメートル以下となるように構成されることを特徴とする請求項５〜９のいずれか一
    項に記載の発光素子。
11. 発光部からの光を供給する発光素子の製造方法であって、
    第１の振動方向の偏光光を透過させ、前記第１の振動方向に略直交する第２の振動方向
    の偏光光を反射する反射型偏光板を形成する反射型偏光板形成工程と、
    前記反射型偏光板の上に、二次元方向につき屈折率が周期的に変化する光学部を形成す
    ることにより、前記反射型偏光板及び前記光学部を備える構造体を形成する構造体形成工
    程と、
    前記二次元方向に略平行な基準面上に設けられた前記発光部の上に前記構造体を積層す
    る構造体積層工程と、を含むことを特徴とする発光素子の製造方法。
12. 発光部からの光を供給する発光素子の製造方法であって、
    基準面上に設けられた前記発光部の上に、第１の振動方向の偏光光を透過させ、前記第
    １の方向に略直交する第２の振動方向の偏光光を反射する反射型偏光板を形成する反射型
    偏光板形成工程と、
    前記反射型偏光板の上に、前記基準面に略平行な二次元方向につき屈折率が周期的に変
    化する光学部を形成する光学部形成工程と、を含むことを特徴とする発光素子の製造方法
    。
13. 請求項１〜１０のいずれか一項に記載の発光素子を備える光源部と、
    前記光源部からの光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置と、を有することを特
    徴とする画像表示装置。

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