JP2013222646A - 照明装置、電子機器及び投射型表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発光素子からの発光を有効利用して、高い発光輝度（照度）が得られる照明装置、この照明装置を備えた電子機器及び投射型表示装置を提供すること。
【解決手段】照明装置１００は、固体光源としてのＬＥＤ１０１と、ＬＥＤ１０１からの発光により励起される蛍光体１０３とを有する発光素子１１０と、発光素子１１０からの射出光のうち所定の領域に照射されない非有効光を発光素子１１０に向けて反射させる再帰反射性を有する反射部材１０５とを備え、発光素子１１０は、反射部材１０５から再帰反射した光が入射する側の表面に、入射した光を効率的に取り込む表面処理が施されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光素子を用いた照明装置、照明装置を備えた電子機器及び投射型表示装置に関する。

光源と光源からの光で励起される蛍光体とを有する発光素子を用いた照明装置では、光源から発せられる光を効率的に取り出す工夫が施されている。例えば、特許文献１には、固体発光素子から射出された光のうち光学系に入射しない光を固体発光素子に反射させ、反射された光源からの光で蛍光体を励起させる反射部を備えた照明装置が開示されている。
上記反射部の具体的な構成例として、アルミニウムなどの金属膜や蛍光体を励起させる励起光の成分を反射するダイクロイックミラーが挙げられている。また、固体発光素子を覆って保護する中空半球状のカバー部材の表面に該反射部を設けたり、該カバー部材の外表面に密接して設けられたドーム部材の表面に該反射部を設けたりする例が示されている。

また、例えば、特許文献２には、光源からの光束が入射した際に拡散反射することで、拡散反射光の一部の光束が所望の照射領域を照射するための２次光源となりうる照明部と、光源からの光束のうち所望の照射領域に到達する光束を概ね遮蔽しないような位置に配置された光源と別体の反射部材とを備え、該反射部材の一部は該照明部が発する光束のうち該所望の照射領域に到達しない光束の一部を再び２次光源へ戻す特性を有する照明系が開示されている。該反射部材の一部の例として、再帰反射特性を有する部材が挙げられている。再帰反射特性とは、入射した光を入射した経路に向けて再び反射させる特性を言う。

国際公開第２００８−１２９９４５号パンフレット 特開２００５−８６３９１号公報

しかしながら、上記特許文献１では、光源としてＬＥＤを用いているが、ＬＥＤは完全な点光源ではなく、ＬＥＤから発せられた光が上記反射部へ入射した角度により、入射した光のすべてを再び光源（ＬＥＤ）に向けて反射できるとは限らない。
そこで、上記特許文献２に示されている再帰反射特性を有する部材を上記反射部として用いることが考えられるが、再帰反射した光が再び入射する光源（ＬＥＤ）の輝度面の表面状態によって、再帰反射した光を有効に利用できないおそれがあるという課題がある。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

［適用例１］本適用例に係る照明装置は、固体光源と前記固体光源からの発光により励起される蛍光体とを有する発光素子と、前記発光素子からの射出光のうち所定の領域に照射されない非有効光を前記発光素子に向けて反射させる再帰反射性を有する反射部材と、を備え、前記発光素子は、前記反射部材から再帰反射した光が入射する側の表面に、入射した光を効率的に取り込む表面処理が施されていることを特徴とする。

この構成によれば、発光素子からの射出光を有効に利用できるとともに、反射部材からの再帰反射光を効率よく発光素子に取り込むことができるため、蛍光体の励起効率が上昇し、高い発光輝度（照度）を有する照明装置を提供することができる。

［適用例２］上記適用例に係る照明装置において、前記表面処理が反射防止処理であることを特徴とする。
この構成によれば、発光素子の表面で再帰反射光が反射し難くなり、再帰反射光を効率よく発光素子に取り込むことができる。反射防止処理としては、蛍光体よりも屈折率が大きい透光性薄膜を表面にコーティングする方法が挙げられる。

［適用例３］上記適用例に係る照明装置において、前記表面処理が前記表面に微細な凹凸を形成する処理であるとしてもよい。
この構成によれば、発光素子の表面で再帰反射光が反射し難くなり、多くの再帰反射光が凹凸で屈折して発光素子に取り込まれる。

［適用例４］上記適用例に係る照明装置において、前記固体光源と前記蛍光体との間に、前記固体光源からの発光を透過し、前記蛍光体の蛍光を反射する誘電体多層膜を有することが好ましい。
この構成によれば、固体光源に向かう蛍光を誘電体多層膜によって反射させ、再び発光素子からの光の射出方向に向けて射出させることができる。つまり、発光素子から蛍光を効率よく取り出すことができる。ゆえに、より高い発光輝度（照度）の照明装置を実現できる。

［適用例５］上記適用例に係る照明装置において、前記反射部材は、複数の再帰反射体が配置された反射面を有し、前記反射面における前記再帰反射体の配置ピッチが５μｍ以上１００μｍ以下であることが好ましい。
この構成によれば、可視光の代表波長を例えば５００ｎｍとすると、再帰反射体の配置ピッチが代表波長の１０倍以上、２００倍以下となる。再帰反射体の配置ピッチがおよそ１０倍よりも小さいと光の干渉が生じ易く、およそ２００倍よりも大きくなると単位面積当たりの再帰反射率が低下してしまう。つまり、再帰反射体の配置ピッチを５μｍ以上１００μｍ以下とすることで、光の波長が３８０ｎｍ〜７８０ｎｍの可視光波長範囲の光を効率よく再帰反射させることができる。

［適用例６］上記適用例に係る照明装置において、前記発光素子からの射出光を前記所定の領域に照射させる光学系を備え、前記反射部材は、前記発光素子と前記光学系との間において、前記光学系に入射する光を妨げない位置に設けられ、再帰反射した光が前記発光素子に入射するように、前記発光素子と前記光学系とに係る光軸に対して前記発光素子側に傾斜して設けられていることを特徴とする。
この構成によれば、光学系に入射しない非有効光が反射部材の反射面の法線に対して浅い角度で入射することになり、再帰反射率が向上する。つまり、発光素子からの射出光をより有効に利用できる。

［適用例７］上記適用例に係る照明装置において、前記光学系は、前記光軸上において前記発光素子側から順に配置された第１集光レンズと、前記第１集光レンズよりも開口径が大きい第２集光レンズとを少なくとも含み、前記反射部材は、前記発光素子と前記第１集光レンズとの間に設けられ再帰反射光を前記発光素子に入射させる第１反射部材と、前記第１集光レンズと前記第２集光レンズとの間に設けられ再帰反射光を前記第１集光レンズに入射させる第２反射部材とを含むことが好ましい。
この構成によれば、少なくとも２つの集光レンズを組み合わせて、発光素子からの射出光を所定の領域に集光させる場合、第２集光レンズで取り込むことができない光も有効に利用して、高い発光輝度（照度）が得られる照明装置を実現できる。

［適用例８］上記適用例に係る照明装置において、前記光学系を通過した光を偏光に変換する偏光変換手段をさらに備えたことを特徴とする。
この構成によれば、偏光変換手段によって変換された高い発光輝度（照度）を有する照明光としての偏光を実現できる。

［適用例９］上記適用例に係る照明装置において、前記反射部材は、前記光学系と前記偏光変換手段との間において、前記光学系を通過した光のうち前記偏光変換手段で利用されない非有効光を前記光学系に向けて再帰反射させる第３反射部材を含むとしてもよい。
この構成によれば、偏光変換手段で利用されない非有効光を第３反射部材を設けることにより利用して、高い発光輝度（照度）の照明光としての偏光を得ることができる。

［適用例１０］本適用例に係る電子機器は、上記適用例の照明装置を備えたことを特徴とする。
この構成によれば、従来よりも明るい照明装置を備えた電子機器を提供することができる。

［適用例１１］本適用例に係る投射型表示装置は、上記適用例の照明装置と、前記照明装置から射出された光を画像情報に基づいて変調する光変調手段と、前記光変調手段から射出された表示光を投射する投射光学系と、を備えたことを特徴とする。
この構成によれば、明るく見栄えがよい投射型表示装置を提供することができる。

第１実施形態の照明装置の構成を示す概略図。 （ａ）及び（ｂ）は反射部材の構成例を示す概略断面図。 発光素子における蛍光体の構成例を示す概略断面図。 発光素子における蛍光体の構成例を示す概略断面図。 発光素子の他の構成例を示す概略断面図。 第２実施形態の照明装置の構成を示す概略斜視図。 第２実施形態の照明装置の構造を示す概略断面図。 （ａ）及び（ｂ）は電子機器としての投射型表示装置の構成を示す概略図。 （ａ）は光変調手段としての液晶ライトバルブの構成を示す概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＨ−Ｈ’線で切った概略断面図。 偏光変換手段としての偏光ビームスプリッターの構成と機能を説明する図。

以下、本発明を具体化した実施形態について図面に従って説明する。なお、使用する図面は、説明する部分が認識可能な状態となるように、適宜拡大または縮小して表示している。

（第１実施形態）
＜照明装置＞
まず、本実施形態の照明装置の構成について、図１を参照して説明する。図１は照明装置の構成を示す概略図である。図１に示すように、本実施形態の照明装置１００は、発光素子１１０と、発光素子１１０からの射出光を所定の領域に照射するために発光素子１１０に対向して設けられた光学系としての第１集光レンズ１２０とを備えている。発光素子１１０は、固体光源としての発光ダイオード（以降、ＬＥＤ；Light Emitting Diodeと呼ぶ）１０１と該ＬＥＤ１０１からの発光によって励起される蛍光体１０３とを有している。
本実施形態では、ＬＥＤ１０１は青色発光し、蛍光体１０３はＬＥＤ１０１の青色発光を受光して励起され黄色の蛍光を発するものである。すなわち、発光素子１１０からは、青色発光と黄色の蛍光とが混じり合った擬似白色発光（以降、白色光と呼ぶ）が得られるものである。ＬＥＤ１０１と蛍光体１０３とは直接、接してしていても良いし、その間に別の媒介物質を介しても良い。
ＬＥＤ１０１は基材１０２に設けられている。基材１０２はＬＥＤ１０１の駆動（点灯）に伴って生ずる発熱を外部に放熱させるヒートシンクとしての機能を備えている。

青色発光を受光して励起され黄色の蛍光が得られる蛍光体１０３としては、例えばセリウムで賦活したイットリウム−アルミニウム−ガーネット（ＹＡＧ：Ｃｅ）系蛍光体やバリウム−シリコン化合物（BOS；Barium ortho Silicate）系蛍光体などを挙げることができる。

第１集光レンズ１２０は、平坦な光の入射面１２０ａと、入射面１２０ａに対して凸のレンズ部１２０ｂとを有している。入射面１２０ａが発光素子１１０と対向するように配置され、入射面１２０ａに入射した光はレンズ部１２０ｂによって集光される。

第１集光レンズ１２０の入射面１２０ａにおける外縁に接し、外縁を周回して囲むように反射部材１０５が設けられている。反射部材１０５は反射面１０５ｒがＬＥＤ１０１側に向くように、発光素子１１０と第１集光レンズ１２０とに係る光軸に対して発光素子１１０側に傾斜して配置されている。

反射部材１０５は再帰反射性を有するものであって、反射面１０５ｒに入射した光は入射した経路に沿った方向に反射される。反射部材１０５の詳しい構成については後述するが、このような反射部材１０５を備えた照明装置１００は、発光素子１１０から射出される射出光（白色光）を第１集光レンズ１２０で集光して所定の領域に照射させる。また、発光素子１１０から第１集光レンズ１２０の入射面１２０ａに入射しない非有効光を反射部材１０５によりＬＥＤ１０１に向けて反射させる。ＬＥＤ１０１から発せられた光は蛍光体１０３を透過して射出され、射出された光の一部が反射部材１０５によって反射され再び蛍光体１０３を透過する。したがって、発光素子１１０からの射出光（白色光）を有効に利用して蛍光体１０３の励起効率を上げることができるため、高い発光輝度（照度）が得られる。
このような照明装置１００は、後述する投射型表示装置（液晶プロジェクター）の光変調手段（液晶ライトバルブ）を照明する照明装置として好適に用いることができる。

次に、反射部材１０５の構成例について図２を参照して説明する。図２（ａ）及び（ｂ）は反射部材の構成例を示す概略断面図である。

図２（ａ）に示すように、再帰反射性を有する反射部材の構成例としての反射部材１０５Ａ（１０５）は、基材１０６と、基材１０６の一方の表面に配置された複数の再帰反射体としての球状レンズ１０８とを有している。球状レンズ１０８は、表面の一部が露出するように支持部材１０７によって基材１０６に固定されている。

基材１０６は、シート状であって、例えば樹脂製のフィルムやステンレスなどの金属板、あるいはこれらを組み合わせて用いることができる。支持部材１０７は球状レンズ１０８を基材１０６に固定可能な例えば樹脂や接着剤を用いることができる。基材１０６や支持部材１０７が透光性を有していても構わないが、その場合、支持部材１０７と球状レンズ１０８との界面に入射した光が全反射するように、球状レンズ１０８の屈折率よりも低い屈折率を有した部材を用いることが好ましい。

球状レンズ１０８が複数配置された側が反射部材１０５Ａの反射面１０５ｒを構成する。球状レンズ１０８に入射した光は、球状レンズ１０８内で屈折し、基材１０６あるいは支持部材１０７との界面において反射して、入射光の入射経路に沿った方向に射出される（再帰反射される）。

入射光の入射経路に沿った方向に再帰反射させる再帰反射体の構成は、球状レンズ１０８に限らない。図２（ｂ）はプリズム１０９が採用された反射部材１０５Ｂ（１０５）を示している。プリズム１０９は、４つの傾斜面１０９ａ，１０９ｂ，１０９ｃ，１０９ｄにより構成される複数のキュービックコーナーを有するものである。キュービックコーナーは光の入射側から見ると平面視で正四角形であり、傾斜面１０９ａ，１０９ｂ，１０９ｃ，１０９ｄはそれぞれ三角形であって１つの頂点を共有している。つまり、キュービックコーナーは正四角錐の窪んだ反射面１０５ｒを構成している。キュービックコーナーは図２（ｂ）に示すように互いに接するように配置されていてもよいし、間隔を空けて配置されていてもよい。例えば、キュービックコーナーの傾斜面１０９ｂに入射した光は、傾斜面１０９ｂに入射した角度に応じて反射して、他の傾斜面１０９ａ，１０９ｃ，１０９ｄのうちの１つの傾斜面に入射する。図２（ｂ）では対向する傾斜面１０９ａに入射した例を示している。プリズム１０９が接する基材１０６の表面に対して傾斜面１０９ａ，１０９ｂ，１０９ｃ，１０９ｄはそれぞれ同じ大きさの角度で傾斜しているため、傾斜面１０９ｂで反射して傾斜面１０９ａに入射した光は、傾斜面１０９ｂに入射した光の入射経路に沿った方向に射出される（再帰反射される）。他の傾斜面においても同様な再帰反射が起きる。以降、キュービックコーナーを、傾斜面１０９ａの符号を流用してキュービックコーナー１０９ａと呼ぶ。

本実施形態の照明装置１００は、発光素子１１０から発せられる白色光を効率よく所定の領域に照射できるように、反射部材１０５（１０５Ａ，１０５Ｂ）における再帰反射体（球状レンズ１０８やキュービックコーナー１０９ａ）の配置ピッチを５μｍ以上１００μｍ以下としている。可視光の代表波長を例えば５００ｎｍとすると、再帰反射体の配置ピッチは、代表波長の１０倍以上、２００倍以下となる。再帰反射体の配置ピッチが代表波長のおよそ１０倍（５μｍ）よりも小さいと光の干渉が生じ易く、光の干渉が生ずると再帰反射光に輝度ムラが発生する。また、再帰反射体の配置ピッチが代表波長のおよそ２００倍（１００μｍ）よりも大きくなると再帰反射率が低下する。つまり、再帰反射体の配置ピッチを５μｍ以上１００μｍ以下とすることで、可視光波長範囲（３８０ｎｍ〜７８０ｎｍ）の光を効率よく再帰反射させることができる。

本実施形態では、反射部材１０５によって再帰反射された光（以降、再帰反射光と呼ぶこともある）を効率よく蛍光体１０３に取り込むための工夫が施されている。図３及び図４は発光素子における蛍光体の構成例を示す概略断面図である。

図３に示すように、構成例の１つである発光素子１１０Ａは、再帰反射光の入射側に反射防止処理が施されている。詳しくは、発光素子１１０Ａは、蛍光部材１０３ｓの表面に反射防止膜１０３ｍが形成された蛍光体１０３Ａを有している。反射防止膜１０３ｍは、例えば蛍光部材１０３ｓよりも屈折率が大きい透光性の金属酸化膜などを所定の厚みで積層したものである。これにより、反射防止膜１０３ｍの表面で反射する反射光の割合が低減され、可視光（入射光）の透過率が著しく高められる。なお、発光素子１１０Ａの表面がカバー部材で構成され、ＬＥＤ１０１とカバー部材との間に蛍光部材１０３ｓが配置される場合には、このカバー部材の表面に反射防止膜１０３ｍを施してもよい。カバー部材を介して再帰反射光を効率的に蛍光部材１０３ｓへ取り込むことができる。

再帰反射光（入射光）の透過率を高める工夫としては、図４に示すように、発光素子１１０Ｂの表面に微細な凹凸を有することでも実現できる。詳しくは、発光素子１１０Ｂは、蛍光部材１０３ｓの表面に微細な凹凸１０３ａｇを有する蛍光体１０３Ｂを有している。凹凸１０３ａｇは蛍光部材１０３ｓ自体の表面を荒らすことによって形成してもよいし、凹凸１０３ａｇを形成する透光性の粒子などを含んだ樹脂をコーティングもしくは別に設けた凹凸１０３ａｇを転写する方法を採用することもできる。凹凸１０３ａｇに入射した再帰反射光（入射光）は凹凸１０３ａｇにより屈折して反射し難いので、蛍光体１０３Ｂに効率よく取り込まれる。

蛍光体１０３（１０３Ａあるいは１０３Ｂ）は、ＬＥＤ１０１から射出された光によって励起されるだけでなく、反射部材１０５（１０５Ａあるいは１０５Ｂ）による再帰反射光を受光して励起される。したがって、蛍光体１０３（１０３Ａあるいは１０３Ｂ）から高い励起効率で蛍光が射出される。

高い励起効率で射出された蛍光をさらに効率よく利用するための工夫が考えられる。図５は発光素子の他の構成例を示す概略断面図である。例えば、図５に示すように、発光素子１１０Ｃは、ＬＥＤ１０１と蛍光体１０３Ａとの間に介挿された誘電体多層膜１０４を有する。誘電体多層膜１０４は、ＬＥＤ１０１から射出された光を透過する一方で、蛍光体１０３から発する蛍光を反射する特性を有している。このような誘電体多層膜１０４を介挿することで蛍光の利用効率が高まる。

本実施形態の発光素子１１０（１１０Ａ，１１０Ｂ，１１０Ｃ）では、発明を分かり易く説明するため、ＬＥＤ１０１と蛍光体１０３（１０３Ａ，１０３Ｂ）とを分離して図示したが、これに限定されるものではない。実際には、ＬＥＤ１０１を密封して保護する透光性のカバー部材を蛍光体１０３（１０３Ａ，１０３Ｂ）として構成してもよいし、ＬＥＤ１０１と蛍光体１０３とを覆って封止するようにさらにカバー部材（樹脂、ガラス）を設けてもよい。

上記第１実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（１）照明装置１００は第１集光レンズ１２０の入射面１２０ａに入射しない非有効光をＬＥＤ１０１に向けて再帰反射させる反射部材１０５を備えている。また、再帰反射光を効率よく蛍光体１０３（１０３Ａ，１０３Ｂ）に取り込む工夫が施されている。したがって、従来よりも高い発光輝度（照度）を有する照明装置１００を提供することができる。
（２）反射部材１０５は、第１集光レンズ１２０の入射面１２０ａの外縁に接して周回するように設けられていると共に、反射面１０５ｒが発光素子１１０に向くように光軸に対して発光素子１１０側に傾斜して設けられている。したがって、非有効光を効率よく再帰反射させることができる。
（３）再帰反射体（球状レンズ１０８、キュービックコーナー１０９ａ）は、反射面１０５ｒにおいて、その配置ピッチが５μｍ以上１００μｍ以下の範囲で複数配置されている。したがって、可視光波長範囲の光を効率よく再帰反射させることができる。

（第２実施形態）
＜他の照明装置＞
次に第２実施形態の照明装置について、図６及び図７を参照して説明する。図６は第２実施形態の照明装置の構成を示す概略斜視図、図７は第２実施形態の照明装置の構造を示す概略断面図である。

図６に示すように、本実施形態の照明装置２００は、発光素子２０１と、発光素子２０１からの発光（白色光）を第１の方向に反射させる四半球状の第１反射板２０４と、第１反射板２０４によって反射した光を第１の方向とは異なる第２の方向に反射させる第２反射板２０６とを備えている。

図７に示すように、発光素子２０１は、上記第１実施形態の発光素子１１０と同様に固体光源としてのＬＥＤ（図示省略）と、蛍光体２０３とを含んでいる。前述したように、蛍光体２０３はＬＥＤを密封するカバー部材として設けられていてもよいし、カバー部材によって封止されてもよい。発光素子２０１の外側の表面に入射光を効率よく取り込むための例えば反射防止処理が施されている。
ＬＥＤは基材２０２に設けられている。基材２０２はＬＥＤの駆動（点灯）に伴って生ずる発熱を外部に放熱させるヒートシンクとしての機能あるいは外部のヒートシンクに熱を伝えるためのヒートスプレッダーとしての機能を備えている。

四半球状の第１反射板２０４は、発光素子２０１を覆うように円弧状の一方の端が基材２０２の一方の端部に取り付けられている。同じく円弧の他方の端は、基材２０２との間で開口部を構成している。

第１反射板２０４の発光素子２０１に面する反射面２０４ａにおいて、上記他方の端に沿った部分に反射部材２０５ａが設けられ、上記一方の端に沿った部分に反射部材２０５ｂが設けられている。反射部材２０５ａ，２０５ｂは再帰反射性を有している。

第２反射板２０６は、断面が放物線状の反射面２０６ａと、反射面２０６ａの一方の端が反射面２０６ａ側に折れ曲がった屈曲部２０６ｂとを有している。反射面２０６ａが発光素子２０１側に向くように屈曲部２０６ｂが基材２０２の他方の端部に取り付けられている。

発光素子２０１から射出された発光のうち、基材２０２と第１反射板２０４とにより構成される開口部を通過した光は、直接に第２反射板２０６の反射面２０６ａに入射して第２の方向に反射される。この反射光を１回反射光と呼ぶ。
基材２０２に設けられた発光素子２０１から法線方向に射出された光は、第１反射板２０４の反射面２０４ａで反射し、基材２０２の他方の端部に掛かる屈曲部２０６ｂで再び反射して、第２反射板２０６の反射面２０６ａに入射し第２の方向に反射される。この反射光を３回反射光と呼ぶ。
上記法線方向に対して角度を有して第１反射板２０４側に射出された光は、反射面２０４ａにより反射して、第２反射板２０６の反射面２０６ａに入射し第２の方向に反射される。この反射光を２回反射光と呼ぶ。
言い換えれば、発光素子２０１から射出された発光は、第１反射板２０４と第２反射板２０６とによって、１回反射光〜３回反射光として第２の方向に照射される。なお、第２の方向とは、第２反射板２０６における反射面２０６ａが発光素子２０１に対して向いている方向を言うものであって、１回反射光〜３回反射光のそれぞれにおいて厳密に同一の方向を示すものではない。１回反射光〜３回反射光が射出されることにより照明される所定の領域の方向を示すものである。また、照明装置２００から射出される照明光は１回〜３回反射光だけでなく、第１反射板２０４と第２反射板２０６との間で複雑に反射して射出されるものも含まれる。

発光素子２０１から射出された発光のうち、上記所定の領域を照明しない非有効光の少なくとも一部が入射するように、反射部材２０５ａ，２０５ｂが第１反射板２０４の反射面２０４ａに設けられている。反射部材２０５ａ，２０５ｂは上記第１実施形態の反射部材１０５と同様に再帰反射性を有しているので、反射部材２０５ａ，２０５ｂに入射した非有効光の少なくとも一部は、蛍光体２０３を含む発光素子２０１に向けて反射される。蛍光体２０３は、発光素子２０１の固体光源（ＬＥＤ）からの発光に加えて、反射部材２０５ａ，２０５ｂからの再帰反射光によっても励起されるので、蛍光を発する励起効率が向上する。
なお、反射部材２０５ａ，２０５ｂにおける再帰反射体の配置ピッチは、上記第１実施形態と同様に５μｍ以上１００μｍ以下となっている。
このような照明装置２００は、例えば、車両のヘッドランプ、テールランプ、サイドランプ、携帯型ランプなどに好適に用いることができる。

上記第２実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（１）照明装置２００は、発光素子２０１からの発光が、第１反射板２０４と第２反射板２０６とによって、第２の方向に射出され所定の領域を照明する。該所定の領域に照射されない非有効光の少なくとも一部が第１反射板２０４の反射面２０４ａに設けられた反射部材２０５ａ，２０５ｂによって発光素子２０１に向かって再帰反射する。また、再帰反射光を効率よく蛍光体２０３に取り込む工夫が施されている。したがって、発光素子２０１に含まれる蛍光体２０３の励起効率が向上し、高い発光輝度（照度）の照明装置２００を提供することができる。
（２）反射部材２０５ａ，２０５ｂにおける再帰反射体の配置ピッチが５μｍ以上１００μｍ以下となっているので、可視光波長範囲の光を効率よく再帰反射させることができる。

（第３実施形態）
＜電子機器＞
次に、本実施形態の電子機器について図８〜図１０を参照して説明する。図８（ａ）及び（ｂ）は電子機器としての投射型表示装置の構成を示す概略図である。詳しくは図８（ａ）が概略側断面図、図８（ｂ）が上面から見た概略断面図である。図９（ａ）は光変調手段としての液晶ライトバルブの構成を示す概略平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＨ−Ｈ’線で切った概略断面図である。図１０は偏光変換手段としての偏光ビームスプリッターの構成と機能を説明する図である。

図８（ａ）及び（ｂ）に示すように、本実施形態の電子機器としての投射型表示装置１０００は、照明装置１００と、光変調手段としての液晶ライトバルブ５００と、投射光学系としての投射レンズ６０１とを備えている。液晶ライトバルブ５００は、照明装置１００から射出された照明光を画像情報に基づいて変調し表示光に変換する。変換された表示光が液晶ライトバルブ５００から射出され投射レンズ６０１によって例えばスクリーンなどに映し出される。

本実施形態における照明装置１００は、上記第１実施形態において説明した発光素子１１０、第１集光レンズ１２０、反射部材１０５の各構成に加えて、第２集光レンズ３００と、偏光変換手段としての偏光ビームスプリッター４００と、液晶ライトバルブ５００に外部からの光が入射しないように、第１集光レンズ１２０及び第２集光レンズ３００並びに偏光ビームスプリッター４００を収納する遮光ボックス１５０とを含んで構成されている。

発光素子１１０における固体光源としてのＬＥＤ１０１、第１集光レンズ１２０、第２集光レンズ３００、偏光ビームスプリッター４００、液晶ライトバルブ５００、投射レンズ６０１は、同一光学軸（光軸）上に配置されている。なお、発光素子１１０における蛍光体１０３（図１参照）は図示を省略したが、ＬＥＤ１０１と第１集光レンズ１２０との間に配置されている。

第２集光レンズ３００は、第１集光レンズ１２０の入射面１２０ａに比べて開口径が大きい平坦な入射面３０１と入射面３０１に対して凸のレンズ部３０２とを有する。また、第２集光レンズ３００は光軸方向から見たときに真円ではなく上下がそれぞれ切断された切断面３０３を有している。当該切断面３０３が上記遮光ボックス１５０と接している。

第２集光レンズ３００は光の入射面３０１が第１集光レンズ１２０のレンズ部１２０ｂと対向するように光軸上に配置されている。また、発光素子１１０から射出され第１集光レンズ１２０によって集光された光のうち、第２集光レンズ３００の入射面３０１に入射しない非有効光を第１集光レンズ１２０のレンズ部１２０ｂに向けて再帰反射させる反射部材３０５を有している。本実施形態では、反射部材１０５が本発明の第１反射部材に相当し、反射部材３０５が本発明の第２反射部材に相当するものである。

反射部材３０５の構成は反射部材１０５と同じであり、反射面に複数の再帰反射体を有している。また、再帰反射体の配置ピッチは５μｍ以上１００μｍ以下である。図８（ｂ）に示すように、反射部材３０５は光軸方向から見たときに第２集光レンズ３００の左右の外縁に接して設けられている。なお、反射部材３０５は、入射面３０１に入射する光を妨げず、第１集光レンズ１２０と第２集光レンズ３００との間において、入射面３０１に入射しない非有効光の少なくとも一部を第１集光レンズ１２０のレンズ部１２０ｂに再帰反射させる位置に反射部材３０５を配置すればよい。

偏光変換手段としての偏光ビームスプリッター４００は、第２集光レンズ３００によって集光された光を偏光（Ｓ波）に変換するものである。詳しくは後述する。

次に、液晶ライトバルブ５００について図９を参照して説明する。図９（ａ）及び（ｂ）に示すように、本実施形態の液晶ライトバルブ５００は、対向配置された素子基板５１０及び対向基板５２０と、これら一対の基板によって挟持された液晶層５５０とを有する。素子基板５１０の基材５１０ｓ及び対向基板５２０の基材５２０ｓは、透明な例えば石英基板やガラス基板などが用いられている。

素子基板５１０は対向基板５２０よりも一回り大きく、両基板は、対向基板５２０の外周に沿って配置されたシール材５４０を介して貼り合わされ、その隙間に正または負の誘電異方性を有する液晶が封入されて液晶層５５０を構成している。シール材５４０は、例えば熱硬化性または紫外線硬化性のエポキシ樹脂などの接着剤が採用されている。シール材５４０には、一対の基板の間隔を一定に保持するためのスペーサー（図示省略）が混入されている。

シール材５４０の内側には、見切り部５２１が設けられている。見切り部５２１は、例えば遮光性の金属あるいは金属酸化物などからなり、見切り部５２１の内側が画素領域Ｅとなっている。画素領域Ｅには、マトリックス状にサブ画素Ｐが複数配置されている。サブ画素Ｐは、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）に対応して設けられており、Ｒ，Ｇ，Ｂに対応する３つのサブ画素Ｐによって１つの画素が構成される。本実施形態では同色のサブ画素Ｐが一列に配置されるストライプ方式が採用されている。
画素領域Ｅは、表示に寄与する有効な複数のサブ画素Ｐを囲むように配置された複数のダミー画素を含んでいるとしてもよい。なお、図９では図示省略したが、画素領域Ｅにおいても複数のサブ画素Ｐを平面的に区分する遮光部が素子基板５１０と対向基板５２０とにそれぞれ設けられている。

素子基板５１０の第１辺部に沿ったシール材５４０と該第１辺部との間にデータ線駆動回路５０１が設けられている。また、該第１辺部に対向する第２辺部に沿ったシール材５４０の内側に検査回路５０３が設けられている。さらに、第１辺部と直交し互いに対向する第３及び第４辺部に沿ったシール材５４０の内側に走査線駆動回路５０２が設けられている。上記第２辺部のシール材５４０の内側には、２つの走査線駆動回路５０２を繋ぐ複数の配線５０５が設けられている。これらデータ線駆動回路５０１、走査線駆動回路５０２に繋がる配線は、上記第１辺部に沿って配列した複数の外部接続用端子５０４に接続されている。
以降、第１辺部に沿った方向をＸ方向とし、第１辺部と直交し互いに対向する第３及び第４辺部に沿った方向をＹ方向として説明する。

図９（ｂ）に示すように、基材５１０ｓの液晶層５５０側の表面には、サブ画素Ｐごとに設けられた光透過性を有する画素電極５１５及びスイッチング素子としての薄膜トランジスター（ＴＦＴ；Thin Film Transistor、以下、ＴＦＴと称する）５３０と、信号配線（図示省略）と、複数の画素電極５１５を覆う配向膜５１８とが形成されている。
また、ＴＦＴ５３０における半導体層に光が入射して光リーク電流が流れ、不適切なスイッチング動作となることを防ぐ遮光構造が採用されている。すなわち、本実施形態における素子基板５１０は、基材５１０ｓと、画素電極５１５と、ＴＦＴ５３０と、信号配線と、配向膜５１８を少なくとも含むものである。

基材５２０ｓの液晶層５５０側の表面には、見切り部５２１と、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色に対応した着色層を有するカラーフィルター層５２２と、カラーフィルター層５２２を覆うように成膜された平坦化層５２３と、少なくとも画素領域Ｅに亘って平坦化層５２３を覆うように設けられた共通電極５２４と、共通電極５２４を覆う配向膜５２５とが設けられている。すなわち、本実施形態における対向基板５２０は、基材５２０ｓと、遮光性の見切り部５２１と、カラーフィルター層５２２と、平坦化層５２３と、共通電極５２４と、配向膜５２５とを少なくとも含むものである。

見切り部５２１は、図９（ａ）に示すように平面的に走査線駆動回路５０２、検査回路５０３と重なる位置に設けられている。これにより対向基板５２０側から入射する光を遮蔽して、これらの駆動回路を含む周辺回路の光による誤動作を防止する役目を果たしている。また、不必要な迷光が画素領域Ｅに入射しないように遮蔽して、画素領域Ｅの表示における高いコントラストを確保している。

平坦化層５２３は、例えば酸化シリコンなどの無機材料からなり、光透過性を有して見切り部５２１及びカラーフィルター層５２２を覆うように設けられている。つまり、平坦化層５２３は、見切り部５２１やカラーフィルター層５２２によって基材５２０ｓ上に生ずる凹凸を緩和している。このような平坦化層５２３の形成方法としては、例えばプラズマＣＶＤ法などを用いて成膜する方法が挙げられる。

共通電極５２４は、例えばＩＴＯなどの透明導電膜からなり、平坦化層５２３を覆うと共に、図９（ａ）に示すように対向基板５２０の四隅に設けられた上下導通部５０６により素子基板５１０側の配線に電気的に接続している。

画素電極５１５を覆う配向膜５１８及び共通電極５２４を覆う配向膜５２５は、液晶ライトバルブ５００の光学設計に基づいて選定される。例えば、ポリイミドなどの有機材料を成膜して、その表面をラビングすることにより、正の誘電異方性を有する液晶分子に対して略水平配向処理が施されたものや、ＳｉＯｘ（酸化シリコン）などの無機材料を気相成長法を用いて成膜して、負の誘電異方性を有する液晶分子に対して略垂直配向処理が施されたものが挙げられる。

このような液晶ライトバルブ５００は透過型であって、本実施形態ではサブ画素Ｐが非駆動時に暗表示となるノーマリーブラックモードの光学設計が採用される。光学設計に応じて、光の入射側に偏光ビームスプリッター４００（図８参照）が配置されると共に、光の射出側に偏光素子５６１（図８参照）が配置されて用いられる。そして、画像信号に基づいて液晶ライトバルブ５００を駆動すれば、照明光を光変調してフルカラーに対応した表示光を射出することができる。なお、偏光素子５６１は、所謂偏光板を用いてもよいし、偏光板と位相差板とを組み合わせたものを用いてもよい。

次に、偏光ビームスプリッター４００について、図１０を参照して説明する。図１０に示すように、偏光変換手段としての偏光ビームスプリッター４００は、誘電体多層膜４０２を挟んだプリズム４０１を組み合わせたプリズム集合体と位相差板４０３とを組み合わせたものである。

本実施形態では、偏光ビームスプリッター４００の機能を分かり易く説明するために、４つのプリズム４０１を１列に組み合わせたものを図示している。中央側で接する２つのプリズム４０１における誘電体多層膜４０２がなす角度は９０度となっている。図中で上部に位置するプリズム４０１とこれに接するプリズム４０１の誘電体多層膜４０２は平行になっている。同様に、図中で下部に位置するプリズム４０１とこれに接するプリズム４０１の誘電体多層膜４０２は平行になっている。
偏光ビームスプリッター４００に入射する照明光（すなわち、第２集光レンズ３００によって集光された光）は、電磁波としての振動面が互いに直交するＰ波とＳ波とを含んでいる。誘電体多層膜４０２はＰ波を透過しＳ波を反射するように構成されている。偏光ビームスプリッター４００の光の射出側には、中央側で接する２つのプリズム４０１に対応する位置に位相差板４０３が設けられている。位相差板４０３は例えば１／２λ板であって、誘電体多層膜４０２を透過したＰ波は位相差板４０３を透過することにより、振動面が９０度回転してＳ波に変換される。
一方で誘電体多層膜４０２によって反射されたＳ波は、平行して配置された誘電体多層膜４０２によって再び反射されて射出される。

つまり、偏光ビームスプリッター４００は入射した照明光に含まれるＰ波とＳ波とをＳ波に揃えて液晶ライトバルブ５００に入射させ有効に利用しようとするものである。

図中、上部と下部とに位置するプリズム４０１の照明光の入射側に位置する面４０１ａに照明光を入射させると該プリズム４０１の誘電体多層膜４０２はＰ波を透過してしまう。仮に該プリズム４０１の射出側に位相差板４０３を配置すると、上記透過したＰ波をＳ波に変換できるものの、該プリズム４０１の誘電体多層膜４０２で反射させたＳ波を位相差板４０３によってＰ波に変換してしまうので、結局、射出光がＳ波に揃わなくなる。したがって、上部と下部とに位置するプリズム４０１の照明光の入射側に位置する面４０１ａは通常遮光される。ゆえに、偏光ビームスプリッター４００によって利用されない非有効光が存在する。

そこで、照明光を有効利用する観点から、上部と下部とに位置するプリズム４０１の照明光の入射側に位置する面４０１ａに再帰反射性を有する反射部材４０５を装着することが好ましい。反射部材４０５は、本発明の第３反射部材に相当するものである。反射部材４０５によって再帰反射した照明光の一部は第２集光レンズ３００と第１集光レンズ１２０とを経由して発光素子１１０に到達する。つまり、発光素子１１０に含まれる蛍光体１０３を励起させることになる。ゆえに、照明装置１００としてより高い発光輝度（照度）を実現できる。なお、発光素子１１０から遠ざかる程、反射部材４０５の効果は低下するので、反射部材４０５を設けずに遮光部材に置き換えてもよい。

上記第３実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（１）投射型表示装置１０００は、固体光源としてＬＥＤ１０１を有する発光素子１１０と、発光素子１１０に含まれる蛍光体１０３の励起効率を向上させる反射部材１０５とを有する照明装置１００を備えているので、小型であるにも係らず明るい映像を投射することができる。また、第１集光レンズ１２０によって集光された光をさらに集光させる第２集光レンズ３００は上下に切断されているため、照明装置１００及び投射型表示装置１０００を上下方向においてより小型化にすることができる。
（２）加えて、第２集光レンズ３００の入射面３０１に入射しない非有効光を第１集光レンズ１２０に向けて再帰反射させる反射部材３０５を備えている。反射部材３０５からの再帰反射光は、第１集光レンズ１２０を介して発光素子１１０に入射する。したがって発光素子１１０の発光における利用効率が高まると共に、蛍光体１０３の励起効率が向上するので、より明るい映像を投射可能な投射型表示装置１０００を実現できる。

本発明は、上記した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨あるいは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う照明装置及び該照明装置を適用する電子機器もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。上記実施形態以外にも様々な変形例が考えられる。以下、変形例を挙げて説明する。

（変形例１）本発明の実施形態である照明装置１００は、発光素子１１０と、反射部材１０５とを少なくとも備えていればよく、第１集光レンズ１２０を備えることは必須ではない。例えば、第１集光レンズ１２０に変わる光学系としては、反射板やプリズムなどを挙げることができる。

（変形例２）発光素子１１０における固体光源はＬＥＤ１０１に限定されず、例えば固体光源として半導体レーザーなどを用いることもできる。

（変形例３）照明装置２００は、第１反射板２０４と第２反射板２０６とを備えることに限定されない。例えば、発光素子２０１からの発光を少なくとも１回反射させて所定の領域を照明する反射面が放物線状の反射板を備え、該反射面の少なくとも一部に再帰反射性の反射部材を設ける構成としてもよい。

（変形例４）照明装置１００が適用される投射型表示装置１０００は、液晶ライトバルブ５００が１つの単板方式に限定されない。例えば、照明装置１００からの発光をＲ，Ｇ，Ｂの各色に分光し、各色光に対応させた３つの液晶ライトバルブと、３つの液晶ライトバルブからの射出光を合成して表示光として投射する投射光学系を備えたものにも適用可能である。また、蛍光によってＲ，Ｇ，Ｂの全てまたは少なくともそのうちの１色を含む光を生成する構成としてもよい。
なお、所謂３板方式の投射型表示装置に用いられる液晶ライトバルブはカラーフィルター層５２２を必要としない。

（変形例５）投射型表示装置１０００における液晶ライトバルブ５００は、透過型に限定されない。画素電極が光反射性を有する反射型の液晶ライトバルブを採用することもできる。

（変形例６）投射型表示装置１０００における光変調手段は液晶方式に限定されない。例えば、画素ごとに設けられたミラーの角度を画像情報に基づいて可変することで入射光を変調するミラーデバイスであっても、本発明の照明装置１００を適用することができる。

（変形例７）照明装置１００を適用可能な電子機器は、投射型表示装置１０００に限定されない。例えば、投射型のＨＵＤ（ヘッドアップディスプレイ）や直視型のＨＭＤ（ヘッドマウントディスプレイ）、または電子ブック、パーソナルコンピューター、デジタルスチルカメラ、液晶テレビ、ビューファインダー型あるいはモニター直視型のビデオレコーダー、カーナビゲーションシステム、ＰＯＳなどの情報端末機器の表示部における照明装置として用いることができる。

（変形例８）液晶ライトバルブ５００は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）に加えて白（Ｗ）のサブ画素Ｐを有する構成としてもよい。サブ画素Ｐの配置もストライプ方式に限定されず、デルタ方式やモザイク方式としてもよい。あるいはタイル状の配置で構成してもよい。

１００…照明装置、１０１…固体光源としてのＬＥＤ、１０３…蛍光体、１０４…誘電体多層膜、１０５…反射部材（第１反射部材）、１０５ｒ…反射面、１０８…再帰反射体としての球状レンズ、１０９ａ…再帰反射体としてのキュービックコーナー、１１０…発光素子、１２０…第１集光レンズ、３００…第２集光レンズ、３０５…反射部材（第２反射部材）、４００…偏光変換手段としての偏光ビームスプリッター、４０５…反射部材（第３反射部材）、５００…光変調手段としての液晶ライトバルブ、６０１…投射光学系としての投射レンズ、１０００…投射型表示装置。

Claims (11)

1. 固体光源と前記固体光源からの発光により励起される蛍光体とを有する発光素子と、
   前記発光素子からの射出光のうち所定の領域に照射されない非有効光を前記発光素子に向けて反射させる再帰反射性を有する反射部材と、を備え、
   前記発光素子は、前記反射部材から再帰反射した光が入射する側の表面に、前記入射した光を効率的に取り込む表面処理が施されていることを特徴とする照明装置。
2. 前記表面処理が反射防止処理であることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
3. 前記表面処理が前記表面に微細な凹凸を形成する処理であることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
4. 前記固体光源と前記蛍光体との間に、前記固体光源からの発光を透過し、前記蛍光体の蛍光を反射する誘電体多層膜を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の照明装置。
5. 前記反射部材は、複数の再帰反射体が配置された反射面を有し、前記反射面における前記再帰反射体の配置ピッチが５μｍ以上１００μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の照明装置。
6. 前記発光素子からの射出光を前記所定の領域に照射させる光学系を備え、
   前記反射部材は、前記発光素子と前記光学系との間において、前記光学系に入射する光を妨げない位置に設けられ、再帰反射した光が前記発光素子に入射するように、前記発光素子と前記光学系とに係る光軸に対して前記発光素子側に傾斜して設けられていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の照明装置。
7. 前記光学系は、前記光軸上において前記発光素子側から順に配置された第１集光レンズと、前記第１集光レンズよりも開口径が大きい第２集光レンズとを少なくとも含み、
   前記反射部材は、前記発光素子と前記第１集光レンズとの間に設けられ再帰反射光を前記発光素子に入射させる第１反射部材と、前記第１集光レンズと前記第２集光レンズとの間に設けられ再帰反射光を前記第１集光レンズに入射させる第２反射部材とを含むことを特徴とする請求項６に記載の照明装置。
8. 前記光学系を通過した光を偏光に変換する偏光変換手段をさらに備えたことを特徴とする請求項６または７に記載の照明装置。
9. 前記反射部材は、前記光学系と前記偏光変換手段との間において、前記光学系を通過した光のうち前記偏光変換手段で利用されない非有効光を前記光学系に向けて再帰反射させる第３反射部材を含むことを特徴とする請求項８に記載の照明装置。
10. 請求項１乃至９のいずれか一項に記載の照明装置を備えたことを特徴とする電子機器。
11. 請求項６乃至９のいずれか一項に記載の照明装置と、
    前記照明装置から射出された光を画像情報に基づいて変調する光変調手段と、
    前記光変調手段から射出された表示光を投射する投射光学系と、を備えたことを特徴とする投射型表示装置。

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