JP2023035174A - 発光装置、およびディスプレイ - Google Patents

Abstract

【課題】近接場光の効果を利用してある偏光成分の割合が他の偏光成分の割合よりも多い偏光を出射する発光装置を提供する。
【解決手段】発光装置は、半導体積層部を含み、第１偏光成分および第２偏光成分を含む所定の波長の光を発する少なくとも１つの発光素子と、前記少なくとも１つの発光素子と接触する少なくとも１つの偏光制御部材と、を備え、前記少なくとも１つの偏光制御部材は、前記少なくとも１つの発光素子側から順に第１構造体と、第２構造体と、を有し、前記第１構造体は、前記所定の波長の光を受けて近接場光を生成し、前記第２構造体は、前記近接場光および前記所定の波長の光を受けて前記第２偏光成分の割合が前記第１偏光成分の割合よりも多い光を発する。
【選択図】図２Ａ

Description

本開示は、発光装置、およびディスプレイに関する。

偏光子を用いることにより、例えば、無偏光の光から一方向に偏光する光を得ることができる。特許文献１は、近接場光を利用して無偏光をそのような偏光に変換することが可能な偏光変換板を開示している。

特開２０１２－１８９６５１号公報

ある偏光成分の割合が他の偏光成分の割合よりも多い偏光を出射する新規な発光装置が求められている。

本開示の発光装置は、一実施形態において、半導体積層部を含み、第１偏光成分および第２偏光成分を含む所定の波長の光を発する少なくとも１つの発光素子と、前記少なくとも１つの発光素子と接触する少なくとも１つの偏光制御部材と、を備え、前記少なくとも１つの偏光制御部材は、前記少なくとも１つの発光素子側から順に第１構造体と、第２構造体と、を有し、前記第１構造体は、前記所定の波長の光を受けて近接場光を生成し、前記第２構造体は、前記近接場光および前記所定の波長の光を受けて前記第２偏光成分の割合が前記第１偏光成分の割合よりも多い光を発する。

また、本開示に係る一実施形態の発光装置は、半導体積層部を含み、第１偏光成分および第２偏光成分を含む所定の波長の光を発する少なくとも１つの発光素子と、発光素子と接触する少なくとも１つの偏光制御部材と、を備える。偏光制御部材は、発光素子側から順に第１構造体および第２構造体と、を有する。第１構造体および第２構造体の、発光素子の発光面に対して垂直な高さ方向の長さ、高さ方向に対して垂直な縦方向の長さおよび、高さ方向と前記縦方向のいずれにも垂直な横方向の長さは、所定の波長よりも短い。第１構造体と前記第２構造体との距離は、所定の波長の長さよりも短く、第２構造体の縦方向の長さに対する横方向の長さの比が１より大きい。

本開示の実施形態によれば、近接場光を利用して、ある偏光成分の割合が他の偏光成分の割合よりも多い偏光を出射する新規な発光装置を提供することができる。

図１Ａは、本開示の実施形態による発光装置の構成例を模式的に示す斜視図である。 図１Ｂは、図１Ａに示す複数の発光素子に含まれる３種類の発光素子の配置の例を模式的に示す上面図である。 図１Ｃは、図１Ａに示す複数の偏光制御部材に含まれる３種類の偏光制御部材の配置の例を模式的に示す上面図である。 図１Ｄは、本実施形態による発光装置から白色の偏光が出射される様子を模式的に示すＹ方向から見たときの側面図である。 図２Ａは、本実施形態における発光素子および偏光制御部材の例を模式的に示す斜視図である。 図２Ｂは、図２Ａに示す一組の第１構造体および第２構造体を模式的に示す斜視図である。 図２Ｃは、図２Ｂに示す構成の上面図である。 図３Ａは、一組の第１構造体および第２構造体を模式的に示す斜視図である。 図３Ｂは、図３Ａに示す構成の上面図である。 図４Ａは、本実施形態における発光装置の構成例１を模式的に示すＹ方向から見たときの側面図である。 図４Ｂは、本実施形態における発光装置の構成例２を模式的に示すＹ方向から見たときの側面図である。 図４Ｃは、本実施形態における発光装置の構成例３を模式的に示すＹ方向から見たときの側面図である。 図４Ｄは、本実施形態における発光装置の構成例４を模式的に示すＹ方向から見たときの側面図である。 図５Ａは、本実施形態によるディスプレイの構成例を模式的に示す斜視図である。 図５Ｂは、図５Ａに示すディスプレイの分解斜視図である。 図５Ｃは、本実施形態による虚像表示装置の構成例を模式的に示す斜視図である。 図６Ａは、本実施形態による発光装置の製造方法における工程の例を説明するための図である。 図６Ｂは、本実施形態による発光装置の製造方法における工程の例を説明するための図である。 図６Ｃは、本実施形態による発光装置の製造方法における工程の例を説明するための図である。 図６Ｄは、本実施形態による発光装置の製造方法における工程の例を説明するための図である。 図７Ａは、計算例１における偏光制御部材に無偏光が入射する場合の、透過光の第１および第２偏光成分におけるエネルギー変換効率を示すグラフである。 図７Ｂは、計算例２における偏光制御部材に無偏光が入射する場合の、透過光の第１および第２偏光成分におけるエネルギー変換効率を示すグラフである。 図７Ｃは、計算例３における偏光制御部材に無偏光が入射する場合の、透過光の第１および第２偏光成分におけるエネルギー変換効率を示すグラフである。

以下、図面を参照しながら、本開示の実施形態による発光装置を詳細に説明する。複数の図面に表れる同一符号の部分は同一または同等の部分を示す。

さらに以下は、本開示の技術思想を具体化するために例示しているのであって、本開示を以下に限定しない。また、構成要素の寸法、材質、形状、その相対的配置などの記載は、本開示の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、例示することを意図している。各図面が示す部材の大きさや位置関係などは、理解を容易にするなどのために誇張している場合がある。

本明細書または特許請求の範囲において、三角形や四角形などの多角形に関しては、多角形の隅（すなわち、辺の端）および／または辺の中間部分に角丸め、面取り、角取り、丸取りなどの加工が施された形状も含めて、多角形と呼ぶ。

図面では、参考のために、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸が示されている。本明細書では、Ｚ軸の矢印の方向を「上方」と称する。このことは、発光装置の使用時における向きを制限しない。

また、本明細書または特許請求の範囲において、ある構成要素に関し、これに該当する構成要素が複数あり、それぞれを区別して表現する場合に、その構成要素の頭に“第１”、“第２”と付記して区別することがある。本明細書と特許請求の範囲とで区別する対象や観点が異なる場合、本明細書と特許請求の範囲との間で、同一の付記が、同一の対象を指さない場合がある。

（実施形態）
本開示に係る一実施形態の発光装置は、半導体積層部を含み、第１偏光成分および第２偏光成分を含む所定の波長の光を発する少なくとも１つの発光素子と、発光素子と接触する少なくとも１つの偏光制御部材と、を備える。偏光制御部材は、発光素子側から順に第１構造体と、第２構造体と、を有する。第１構造体は、所定の波長の光を受けて近接場光を生成する。第２構造体は、近接場光および所定の波長の光を受けて第２偏光成分の割合が前記第１偏光成分の割合よりも多い光を発する。

また、本開示に係る一実施形態の発光装置は、半導体積層部を含み、第１偏光成分および第２偏光成分を含む所定の波長の光を発する少なくとも１つの発光素子と、発光素子と接触する少なくとも１つの偏光制御部材と、を備える。偏光制御部材は、発光素子側から順に第１構造体および第２構造体と、を有する。第１構造体および第２構造体の、発光素子の発光面に対して垂直な高さ方向の長さ、高さ方向に対して垂直な縦方向の長さおよび、高さ方向と前記縦方向のいずれにも垂直な横方向の長さは、所定の波長よりも短い。第１構造体と前記第２構造体との距離は、所定の波長の長さよりも短く、第２構造体の縦方向の長さに対する横方向の長さの比が１より大きい。以上のように構成された本開示に係る実施形態の発光装置は、第２偏光成分の割合が第１偏光成分の割合よりも多い光を発することができる。

＜発光装置の基本的な構成例＞
まず、図１Ａから図１Ｄを参照して、本開示の実施形態による複数の発光装置を含む光源装置の基本的な構成例を説明する。本実施形態による発光装置は、近接場光を利用して、互いに直交する２つの偏光成分のうち、一方の偏光成分の割合が他方の偏光成分の割合よりも多い偏光を出射する。本実施形態では、複数の発光装置を含む光源装置は、例えば白色バックライトであり得る。白色バックライトは、例えば液晶パネルに取り付けられ得る。本実施形態による発光装置は、白色バックライトに限られず、例えば単色の偏光光源にも適用され得る。

図１Ａは、本開示の実施形態による発光装置を含む光源装置の構成例を模式的に示す斜視図である。図１Ａに示す発光装置１００は、発光面１０ｓを有する発光素子１０と、発光面１０ｓにそれぞれ接触する偏光制御部材２０とを備える。発光面１０ｓから出射された光は、偏光制御部材２０を通過して外部に出射される。本明細書において、「２つの物体が接触する」とは、両者が接合材を介さずに直接接合している場合だけでなく、両者の間に接合材が存在する場合も意味する。図１Ａに示す例において、各発光面１０ｓに対して垂直な高さ方向はＺ方向に対して平行であり、高さ方向に対して垂直な縦方向はＹ方向に対して平行であり、高さ方向および縦方向のいずれに対しても垂直な横方向はＸ方向に対して平行である。

図１Ａに示す例において、複数の発光素子１０は周期的に配列されているが、不規則に配列されていてもよい。このとき、複数の発光素子１０の発光面１０ｓと接触する偏光制御部材２０も不規則になる。図１Ａに示す例において、複数の発光素子１０および複数の偏光制御部材２０は間隔をあけて配列されているが、隙間なく配列されていてもよい。図１Ａに示す例において、発光素子１０の個数は４５個であるが、少なくとも１個配置されていればよく、例えば、１０^２個以上１０^５個以下のオーダであってよい。各発光素子１０のＸ方向における長さは、特に限られず、例えば５０μｍ以上１ｃｍ以下であり得る。各発光素子１０のＹ方向における長さについても同様である。各偏光制御部材２０のＸ方向およびＹ方向における長さは、それぞれ、各発光素子１０のＸ方向およびＹ方向における長さにほぼ等しい。また、偏光制御部材２０の個数は、発光素子１０の個数に等しくすることができる。図１Ａに示す例において、複数の発光面１０ｓはすべてＸＹ平面に対して平行な平面であるが、一部またはすべての発光面１０ｓが曲面であってもよい。

本実施形態における複数の発光素子１０は、例えば、赤色光、緑色光、および青色光をそれぞれ出射する３種類の発光素子を含み得る。各発光素子が発する光は、第１偏光成分および第１偏光成分と直交する第２偏光成分を含み、全体として無偏光な状態をなす。本明細書において、「無偏光」とは、互いに直交する２つの偏光成分における各エネルギーが厳密に全エネルギーの５０％である場合だけでなく、一方の偏光成分におけるエネルギーが全エネルギーの４９％以上５０％未満であり、他方の偏光成分におけるエネルギーが全エネルギーのその残りである場合も意味する。

図１Ｂは、図１Ａに示す複数の発光素子１０に含まれる３種類の発光素子の配置の一例を模式的に示す上面図である。図１Ｂにおいて、複数の発光素子１０以外の構成要素の記載は省略されている。図１Ｂに示す破線によって区切られた各列は、赤色光、緑色光、および青色光を発する発光素子の配列を表す。「Ｒ」によって表される第１の列は、Ｙ方向に沿って並び、無偏光な赤色光を出射する複数の第１発光素子１０ａを含む。同様に、「Ｇ」によって表される第２の列は、Ｙ方向に沿って並び、無偏光な緑色光を出射する複数の第２発光素子１０ｂを含む。同様に「Ｂ」によって表される第３の列は、Ｙ方向に沿って並び、無偏光な青色光を出射する複数の第３発光素子１０ｃを含む。第１、第２、および第３の列がＸ方向に沿ってこの順に繰り返し並んでいる。図１Ｂに示す例において、各列に含まれるＹ方向に沿って並ぶ発光素子の数は５個であるが、白色バックライトとして用いる場合は、例えば１０以上１０^２以下のオーダである。

本実施形態における複数の偏光制御部材２０は、例えば、３種類の発光素子にそれぞれ対応する３種類の偏光制御部材を含み得る。図１Ｃは、図１Ａに示す複数の偏光制御部材２０に含まれる３種類の偏光制御部材の配置の例を模式的に示す上面図である。図１Ｃに示す第１偏光制御部材２０ａ、第２偏光制御部材２０ｂ、および第３偏光制御部材２０ｃの直下には、それぞれ、図１Ｂに示す第１発光素子１０ａ、第２発光素子１０ｂ、および第３発光素子１０ｃが位置する。

第１偏光制御部材２０ａは、第１発光素子１０ａから出射された無偏光な所定の波長の光を受けて第２偏光成分が第１偏光成分よりも多い当該所定の波長の光を出射することができる。第２偏光制御部材２０ｂおよび第３偏光制御部材２０ｃも同様である。

各偏光制御部材は、その直下の発光素子に接触している。これにより各偏光制御部材は、その直下の発光素子から出射された無偏光の光を効率的に受け、無偏光の光から第２偏光成分の割合が第１偏光成分の割合よりも高い光を取り出すことができる。

また、各偏光制御部材は、その直下の発光素子と接触することで、素子毎に偏光制御部材を作り分けることができる。

以下の説明において、「第２偏光成分の割合が第１偏光成分の割合よりも高い」とは、互いに直交する２つの偏光方向のうち、一方の偏光方向におけるエネルギーが無偏光のエネルギーの５０％を超え、他方の偏光方向におけるエネルギーが無偏光のエネルギーの５０％未満である偏光を意味する。第１偏光制御部材２０ａ、第２偏光制御部材２０ｂ、および第３偏光制御部材２０ｃの具体的な構成については後述する。

本明細書において、「所定の波長」とは、各発光素子が発する光の強度がピーク波長の強度に対して半分になる２つの波長のうち、短い側の波長以上長い側の波長以下である。それ以外の波長について、無偏光から偏光への変換における近接場光の寄与は無視できるほど小さい。本明細書において、赤色光は、例えば６０５ｎｍ以上７５０ｎｍ以下の範囲内、好ましくは６１０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の範囲内にピーク波長を有し得る。また、黄色光は、例えば５７５ｎｍ以上６０５ｎｍ未満の範囲内にピーク波長を有し得る。また、緑色光は、例えば４９５ｎｍ以上５７５ｎｍ未満の範囲内、好ましくは５１０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の範囲内にピーク波長を有し得る。また、青色光は、例えば４２０ｎｍ以上４９５ｎｍ未満の範囲内、好ましくは４４０ｎｍ以上４７５ｎｍ以下の範囲内にピーク波長を有し得る。また、紫色光は、例えば、３８０ｎｍ以上４２０ｎｍ未満の範囲にピーク波長を有し得る。また、紫外光は、例えば２００ｎｍ以上３８０ｎｍ未満の範囲内にピーク波長を有し得る。各発光素子が発する光についての上記の長い側の波長と短い側の波長との差、すなわち半値全幅は、例えば１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下であり得る。本明細書において、第１発光素子１０ａ、第２発光素子１０ｂ、および第３発光素子１０ｃから出射される光の所定の波長を、それぞれ「第１の波長」、「第２の波長」、および「第３の波長」とも称する。これらの波長は互いに異なる。

図１Ｄは、本実施形態による光源装置から白色光２０Ｌが出射される様子を模式的に示すＹ方向から見たときの側面図である。例えば、図１Ｄに示すように、第１偏光制御部材２０ａ、第２偏光制御部材２０ｂ、および第３偏光制御部材２０ｃからそれぞれ赤色光２０Ｌ_ａ、緑色光２０Ｌ_ｂ、および青色光２０Ｌ_ｃがＺ方向に向けて出射される。図１Ｄに示す実線、破線、および一点鎖線によって囲まれた領域は、それぞれ赤色光２０Ｌ_ａ、緑色光２０Ｌ_ｂ、および青色光２０Ｌ_ｃを表す。それぞれの光は第２偏光成分の割合が第１偏光成分の割合より大きい。赤色光２０Ｌ_ａ、緑色光２０Ｌ_ｂ、および青色光２０Ｌ_ｃはそれぞれＺ方向に進行するにつれてＸ方向に広がる。その結果、偏光制御部材２０の上方において、赤色光２０Ｌ_ａ、緑色光２０Ｌ_ｂ、および青色光２０Ｌ_ｃが混合した白色光２０Ｌを得ることができる。本実施形態による発光装置１００を複数の領域に分割し、白色光２０Ｌの強度を領域ごとに調整することにより、ローカルディミングを実現してもよい。

なお、複数の発光素子１０は、用途に応じて、所定の波長を有する光を出射する一種類の発光素子を含んでいてもよいし、互いに異なる所定の波長を有する光を出射する複数種類の発光素子を含んでいてもよい。複数種類の発光素子は３種類の発光素子に限られず、２種類の発光素子でもよいし４種類以上の発光素子でもよい。一種類または複数種類の発光素子から出射される光は、必ずしも無偏光である必要はない。

＜発光装置の具体的な構成例＞
まず、図２Ａから図２Ｃを参照して、本開示に係る実施形態の発光装置について説明する。図２Ａは、本実施形態における発光素子１０および偏光制御部材２０の例を模式的に示す斜視図である。

図２Ａに示す発光装置１００は、発光素子１０と、発光素子１０と接触する偏光制御部材２０とを備える。偏光制御部材２０は、第１構造体２２ａと第２構造体２２ｂとを含む。発光素子１０は第１偏光成分および第２偏光成分を含む所定の波長の光を発する。この光のうち、一部が第１構造体２２ａを通過し、他の一部が第１構造体２２ａに入射して近接場光を生成する。第１構造体２２ａを通過した光および第１構造体２２ａで生成された近接場光が第２構造体で作用することにより、発光素子１０から発せられた光に対して、一方の偏光成分が他方の偏光成分の割合よりも多い光が第２構造体２２ｂから発せられる。以下、各部材について説明する。

（発光素子１０）
発光素子１０は、半導体積層部１２および透光性部材１４と、を含み、第１偏光成分および第２偏光成分を含む所定の波長の光を発する。発光素子１０として、例えば、紫外光、紫色光、青色光、緑色光、黄色光、赤色光、または赤外光を発する発光素子を用途に応じて適宜選択して利用することができる。発光素子１０は、例えば、ＩＩＩ―Ｖ族化合物半導体およびシリコン半導体を用いて構成することができる。ＩＩＩ―Ｖ族化合物半導体としては、例えば、窒化物半導体、ＧａＡｓ系半導体およびＩｎＰ系を用いることができる。発光素子１０は、基板と、基板上に設けられた半導体積層部を含むことができる。当該半導体積層部は、ｎ型半導体層を含むｎ側半導体層と、活性層と、ｐ型半導体層を含むｐ側半導体層と、をこの順に含むことができる。シリコン半導体を利用する場合は、ｎ型不純物を含むシリコン基板と、シリコン基板上に設けられたｎ型不純物を含むｎ型シリコン半導体層と、ｐ型不純物を含むｐ型シリコン半導体層とをこの順に備える。ｎ型半導体層とｐ型半導体層との間にはｐｎ接合が形成されている。シリコン基板のｎ型不純物濃度はｎ型シリコン半導体層のｎ型不純物濃度よりも高い。シリコンは、ドレスト光子援用アニールを行うことで、ドレスト光子およびドレスト光子フォノンを利用して発光することができる。ドレスト光子フォノン援用アニールを行う際に照射するレーザ光の波長を適宜選択することで、シリコンのバンドギャップのエネルギーよりも小さいエネルギーに対応する波長の光を発することができる。当該波長は、例えば、１３００ｎｍ以上である。

（偏光制御部材２０）
少なくとも１つの偏光制御部材２０が、発光素子と接触する。これにより、発光素子からの光を効率的に第２偏光成分の割合が第１偏光成分の割合よりも大きい光に変換することができる。

偏光制御部材２０は、複数の第１構造体２２ａと、複数の第２構造体２２ｂとを含むことができる。偏光制御部材２０は、さらに、複数の第１構造体２２ａの側面および上面を覆う誘電体層２４を備えることができる。このとき、第２構造体２２ｂは誘電体層２４の上に配置される。第１構造体２２ａおよび第２構造体２２ｂは、発光素子１０の側からＺ方向に沿ってこの順に並ぶ。第１構造体２２ａおよび第２構造体２２ｂは１つの組として１対１で対応させることができる。これにより、発光素子からの光を効率的に第１偏光成分または第２偏光成分に変換することができる。第１構造体２２ａおよび第２構造体２２ｂは、例えばＡｕ、Ａｌ、Ａｇ、およびＣｕからなる群から選択される少なくとも１つの金属から形成され得る。

図２Ａに示す例において、複数組の第１構造体２２ａおよび第２構造体２２ｂのＸ方向における配列ピッチとＹ方向における配列ピッチは任意に設定することができる。第１構造体２２aおよび第２構造体２２ｂのピッチは、例えば、波長６５０ｎｍにおいて、Ｘ方向で５３０ｎｍ以上８００ｎｍ以下、Ｙ方向で３２０ｎｍ以上４８０ｎｍ以下とすることができる。これにより、第１構造体による光の吸収を低減し、所望の偏光成分を外部へ取り出す効率を高めることができる。図２Ａに示す例において、偏光制御部材２０に含まれる第１構造体２２ａおよび第２構造体２２ｂの組の数は１２であるがこれに限られない。第１構造体による光の吸収を低減し、所望の偏光成分を外部に取り出すことができるように、偏光制御部材２０は適当な組の数を設けることができる。なお、複数の第１構造体２２ａおよび複数の第２構造体２２ｂは、必ずしも周期的に配列される必要はなく、不規則に配置されてもよい。

（誘電体層２４）
誘電体層２４は第１構造体２２ａの側面および上面を覆い、また、第２構造体２２ｂを誘電体層２４の上面によって支持する。誘電体層２４は、第１構造体２２ａと第２構造体２２ｂとのＺ方向における配置関係を維持することができる。さらに誘電体層２４は発光素子１０と接触し、第１構造体２２ａおよび第２構造体２２ｂを保持する。誘電体層２４の屈折率は、発光素子の屈折率よりも小さくすることができる。誘電体層２４が有するバンドギャップのエネルギーは、発光素子１０から出射される光の所定の波長に対応するエネルギーよりも高くすることができる。したがって、発光素子１０から出射される光が誘電体層２４において吸収されることを抑制できる。誘電体層２４は、例えばＳｉＯ_２、樹脂、窒化ガリウム、窒化アルミニウムまたは酸化アルミニウムから形成され得る。

（第１構造体２２ａおよび第２構造体２２ｂ）
図２Ｂは、図２Ａに示す一組の第１構造体２２ａおよび第２構造体２２ｂを模式的に示す斜視図である。図２Ｃは、図２Ｂに示す構成の上面図である。図２Ｂおよび図２Ｃにおいて、一組の第１構造体２２ａおよび第２構造体２２ｂ以外の構成要素の記載は省略されている。

第１構造体２２ａは、図２Ｂに示すように、ＸＹ平面において中空の正方形の形状を有し、Ｚ方向において厚さを有する。第１構造体２２ａは、中空部分によって入射光の一部を効率よく透過させることができるので、所望の偏光成分を含む入射光が第１構造体２２ａに吸収および／または反射されて損失することを低減することができる。第１構造体２２ａは、図２Ｃに示すように、ＸＹ平面において第１構造体２２ａの中空部分の中心点を対称点として４回対称性を有することができる。第２構造体２２ｂは、図２Ｂに示すように、ＸＹ平面においてＹ方向に沿って離れて位置する第１部分２２ｂ_１および第２部分２２ｂ_２を含む。第１部分２２ｂ_１および第２部分２２ｂ_２の各々は、Ｚ方向において厚さを有する。図２Ｃに示すように、第１部分２２ｂ_１および第２部分２２ｂ_２のうち、長い方の突出部分はＸ方向に沿って互いに反対の方向に突出しており、短い方の突出部分はＹ方向に沿って互いに反対の方向に突出している。第２構造体２２ｂは、図２Ｃに示すように、ＸＹ平面において第１構造体２２ａの中空部分の中心点を対称点として２回対称性を有することができる。図２Ｃに示すように、第１構造体２２ａおよび第２構造体２２ｂは、Ｚ方向から見て、すなわち上面視で互いに重なる部分を有することができる。具体的には、第２構造体２２ｂに含まれる第１部分２２ｂ_１および第２部分２２ｂ_２の各々の一部が、上面視で、第１構造体２２ａの一部に重なる。

第１構造体２２ａおよび第２構造体２２ｂの、発光素子１０の発光面１０ｓに対して垂直な高さ方向の長さ、高さ方向に対して垂直な縦方向の長さ、および高さ方向と縦方向のいずれにも垂直な横方向の長さは、所定の波長よりも短く、第１構造体２２ａと第２構造体２２ｂとの距離は、所定の波長の長さよりも短く、第２構造体２２ｂの縦方向の長さに対する横方向の長さの比は、１より大きい。すなわち、偏光制御部材２０に含まれる第１構造体２２ａおよび第２構造体２２ｂの各々のＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向における最大の長さはいずれも、偏光制御部材２０に対応する発光素子１０から出射される光の所定の波長の長さよりも短い。また、偏光制御部材２０に含まれる第１構造体２２ａと第２構造体２２ｂとのＺ方向における隙間の距離は、偏光制御部材２０に対応する発光素子１０から出射される光の所定の波長よりも短い。本明細書において、２つの物体の隙間の距離を「配置間隔」と称する。第２構造体２２ｂのＸ方向における最大の長さに対するＹ方向における最大の長さの比は１よりも大きい。これにより、第２構造体２２ｂは、第１構造体２２ａで生成された近接場光を受け、所望の偏光成分を有する光を放射することができる。なお、図２Ｂに示す例において、第２構造体２２ｂのＹ方向における最大の長さは、第１部分２２ｂ_１のＹ方向における長さＬ_ｂ２、第２部分２２ｂ_２のＹ方向における長さＬ_ｂ２、および両者の配置間隔ｄ_ｂの合計である。

（原理）
以下に、一組の第１構造体２２ａおよび第２構造体２２ｂが入射光を受けてどのような光を出射するかを簡単に説明する。

まず、第１構造体２２ａは、第１偏光成分および第２偏光成分を含む所定の波長の入射光の一部を受けて近接場光を生成する。

また、第２構造体２２ｂは、第１構造体２２ａに当たらずに照射される入射光、第１構造体２２ａを通過及び／又は散乱した入射光、および近接場光を受ける。なお、これらの入射光をあわせて以後、伝搬光ともよぶ。

第２構造体２２ｂが伝搬光を受けることによって発生する誘電分極による電場に基づき、第２構造体２２ｂから第１の光が放出される。第１の光は、第１構造体２２aと第２構造体２２ｂとの間隔に応じて位相遅れを生じる光を含む。同様に、第２構造体２２ｂが近接場光を受けることによって発生する誘電分極に基づき、第２構造体２２ｂから第２の光が放出される。第２の光は近接場光に起因するので第１の光のような位相遅れは生じない。一方で、第２構造体２２ｂに含まれる第１部分２２ｂ_１および第２部分２２ｂ_２の形状および長さに応じて、第２の光に含まれる第１偏光成分と第２偏光成分の割合が変化する。第１偏光成分および第２偏光成分とは、発光面内方向における偏光成分と定義され、例えば、第１偏光成分はＸ偏光であり、第２偏光成分はＹ偏光である。これら、第１の光と第２の光とが重畳された透過光が、第２構造体２２ｂからＺ方向に向けて出射される。図２Ｃに示すように、第２構造体２２ｂに含まれる第１部分２２ｂ_１および第２部分２２ｂ_２のＹ方向の長さがＸ方向の長さよりも短いことで、近接場光における第２偏光成分の割合を大きくすることができる。これにより、第１の光と第２の光とが重畳した透過光における第２偏光成分の割合を第１偏光成分の割合よりも大きくすることができる。

（第１構造体２２ａおよび第２構造体２２ｂの配置関係）
前述の通り、第２構造体２２ｂは、第１構造体２２ａで生成された近接場光と第１構造体２２ａを通過した伝搬光とを受ける。したがって、第１構造体２２ａと第２構造体２２ｂとのＺ方向における配置間隔は、第１構造体２２ａにおいて生成された近接場光が第２構造体２２ｂと相互作用できる距離に設計される。そのような距離は、例えば入射光の波長以下であり得る。例えば、入射光が赤色光の場合、７５０ｎｍ以下である。また、入射光が緑色光の場合、５７５ｎｍ未満である。また、入射光が青色光の場合、４９５ｎｍ未満である。なお、第１構造体２２ａと第２構造体２２ｂとの配置間隔は、所定の間隔に対して±５０ｎｍずれる場合、第２偏光成分の透過率は、例えば、３％程度減少し得る。また、このとき、第２偏光成分の透過率が最も高い波長は、例えば±５ｎｍ程度変化し得る。第１構造体２２ａで生成された近接場光は、第２構造体２２ｂに含まれる第１部分２２ｂ_１および第２部分２２ｂ_２の各々のうち、上面視で第１構造体２２ａに重なる部分と効率的に相互作用する。第１構造体２２ａと第２構造体２２ｂとの距離が近いほど、第２構造体２２ｂは第１構造体２２ａで生成された近接場光を受けることができるからである。

（変形例）
次に、図３Ａおよび図３Ｂを参照して、偏光制御部材２０の変形例を説明する。変更点のみ説明する。

図３Ａは、一組の第１構造体２２ａおよび第２構造体２２ｂを模式的に示す斜視図である。図３Ｂは、図３Ａに示す構成の上面図である。図３Ａおよび図３Ｂにおいて、一組の第１構造体２２ａおよび第２構造体２２ｂ以外の構成要素の記載が省略されている。図３Ａおよび図３Ｂに示すように、第１構造体２２ａは、直方体の形状であり、中空構造を有しない。また、図３Ｂに示すように、第１構造体２２ａおよび第２構造体２２ｂは上面視で互いに重ならない。このような構成でも、第１構造体２２ａと第２構造体２２ｂとの距離を、発光素子が発する所定の波長の長さよりも短くすることで、第１構造体２２ａで生成された近接場光を第２構造体２２ｂに相互作用させることができる。第１構造体２２ａに貫通穴を設けないので、第１構造体２２ａの作製が容易になる。

第１構造体２２ａおよび第２構造体２２ｂの形状は、前述した例に限定されない。第１構造体２２ａは例えば円板形状または球体の形状を有してもよい。第１構造体２２ａは必ずしも４回対称性を有さなくてもよい。第２構造体２２ｂは、離れて位置する複数の部分を有する必要はなく、単一の構造体であってもよい。第２構造体２２ｂは必ずしも２回対称性を有さなくてもよい。

＜発光装置の具体的な構成例＞
次に、図４Ａから図４Ｄを参照して、本実施形態における発光装置１００の具体的な構成例１から４を説明する。

［発光装置の構成例１］
図４Ａは、本実施形態における複数の発光装置１００の構成例１を模式的に示すＹ方向から見たときの側面図である。発光装置１００は、複数の発光素子１０と複数の偏光制御部材２０とを含む。複数の発光素子１０は、所定の波長として第１の波長の光を発する第１発光素子１０ａ、所定の波長として第２の波長の光を発する第２発光素子１０ｂ、および所定の波長として第３の波長の光を発する第３発光素子１０ｃを含む。第１波長、第２波長、および第３波長は全て異なる波長である。複数の偏光制御部材２０は、第１偏光制御部材２０ａ、第２偏光制御部材２０ｂ、および第３偏光制御部材２０ｃを含む。第１発光素子１０ａは、無偏光な第１の波長の赤色光を発する第１半導体積層部１２ａ（図４Ａでは「Ｒ」と表示）と、第１半導体積層部１２ａの上に設けられる第１透光性部材１４ａとを含む。第２発光素子１０ｂは、無偏光な第２の波長の緑色光を発する第２半導体積層部１２ｂ（図４Ａでは「Ｇ」と表示）と、第２半導体積層部１２ｂの上に設けられる第２透光性部材１４ｂとを含む。第３発光素子１０ｃは、無偏光な第３の波長の青色光を発する第３半導体積層部１２ｃ（図４Ａでは「Ｂ」と表示）と、第３半導体積層部１２ｃの上に設けられる第３透光性部材１４ｃとを含む。第１透光性部材１４ａ、第２透光性部材１４ｂ、第３透光性部材１４ｃの上面は、それぞれ第１発光面１０ｓ_ａ、第２発光面１０ｓ_ｂ、および第３発光面１０ｓ_ｃである。第１発光素子１０ａから第３発光素子１０ｃは、いわゆるフリップチップ型のＬＥＤである。本明細書において、これらの発光素子を「半導体発光素子」とも称する。

第１半導体積層部１２ａから第３半導体積層部１２ｃの各々は、上から順に、ｎ型半導体層、活性層、およびｐ型半導体層が積層される。導電型の関係は逆であってもよい。第１半導体積層部１２ａから第３半導体積層部１２ｃの各々の下面には、ｐ型半導体層に電気的に接続された第１電極、およびｎ型半導体層に電気的に接続された第２電極が設けられている。第１電極と第２電極とに電圧を印加することにより、活性層から光が発せられる。

第１発光素子１０a、第２発光素子１０ｂおよび第３発光素子１０ｃについて、第１半導体積層部１２a、第２半導体積層部１２ｂおよび第３半導体積層部１２ｃは、例えばＧａＮ系、ＩｎＧａＮ系、およびＡｌＧａＮ系の半導体材料から形成され、第１透光性部材１４a、第２透光性部材１４ｂおよび第３透光性部材１４ｃは、例えばサファイヤから形成され得る。図４Ａに示す例において、第１半導体積層部１２ａから第３半導体積層部１２ｃは同じ厚さを有するが、異なる厚さを有していてもよい。同様に、第１透光性部材１４ａから第３透光性部材１４ｃは、同じ厚さを有するが、異なる厚さを有していてもよい。第１透光性部材１４ａから第３透光性部材１４ｃの各々は、異なる透光性材料から形成された複数の部分を含んでいてもよい。

第１透光性部材１４ａは、第１半導体積層部１２ａと第１偏光制御部材２０ａとの間に位置する。第１透光性部材１４ａの上面は、第１偏光制御部材２０ａの下面に接触する。同様に、第２透光性部材１４ｂは、第２半導体積層部１２ｂと第２偏光制御部材２０ｂとの間に位置する。第２透光性部材１４ｂの上面は、第２偏光制御部材２０ｂの下面に接触する。同様に、第３透光性部材１４ｃは、第３半導体積層部１２ｃと第３偏光制御部材２０ｃとの間に位置する。第３透光性部材１４ｃの上面は、第３偏光制御部材２０ｃの下面に接触する。

第１透光性部材１４ａの屈折率は、第１半導体積層部１２ａの屈折率よりも高く、かつ、第１偏光制御部材２０ａの屈折率よりも低くすることができる。したがって、屈折率が中間的な値をとるので、第１半導体積層部１２ａが発した光の一部が、第１半導体積層部１２ａと第１透光性部材１４ａとの界面、および第１透光性部材１４ａと第１偏光制御部材２０ａとの界面に斜め方向に入射しても、当該光の一部が全反射される割合を低減し、第１発光素子１０ａからの光取り出し効率を向上させることができる。第２半導体積層部１２ｂ、第２透光性部材１４ｂ、および第２偏光制御部材２０ｂの屈折率の関係についても同様である。第３半導体積層部１２ｃ、第３透光性部材１４ｃ、および第３偏光制御部材２０ｃの屈折率の関係についても同様である。

図４Ａに示すように、第１半導体積層部１２ａから発せられる光は、第１透光性部材１４ａおよび第１偏光制御部材２０ａを通過し、第２偏光成分の割合が第１成分の割合よりも大きい光を発することができる。他の半導体積層部から発せられる光も同様である。

第１偏光制御部材、第２偏光制御部材および第３偏光制御部材に含まれる、第１構造体および第２構造体の形状、サイズ、ならびに配置間隔の少なくとも１つが各偏光制御部材に照射される光の波長に合わせて異なる。これにより、各偏光制御部材は、それぞれ対応する半導体積層部から発せられる無偏光な所定の波長の光を受けて、効率よく第１偏光成分の一部を第２偏光成分に変換する。これにより、各発光装置１００は、第２偏光成分の割合が第１偏光成分の割合よりも大きい光を発することができる。

図４Ａに示すように、第１発光素子１０ａから第３発光素子１０ｃの間にある間隔により、各半導体積層部から発せられ、全反射の条件を満足して各透光性基板の側面に入射する光は、当該側面で反射されて各透光性基板の上面から出射される。その結果、各発光素子からの光取り出し効率を向上させることができる。

［発光装置の構成例２］
図４Ｂは、本実施形態における発光装置１００の構成例２を模式的に示すＹ方向から見たときの側面図である。発光装置１００は、少なくともひとつの発光素子１０と複数の偏光制御部材２０とを含む。発光素子１０は、紫色光または紫外光を発する第４半導体積層部１２ｄ（図４Ｂでは「ＵＶ」と表示）と、第４半導体積層部１２ｄの上面の第１領域に設けられた第１波長変換部材１６ａ（図４Ｂでは「Ｒ」と表示）と、第４半導体積層部１２ｄの上面の第２領域に設けられた第２波長変換部材１６ｂ（図４Ｂでは「Ｇ」と表示）と、第４半導体積層部１２ｄの上面の第３領域に設けられた第３波長変換部材１６ｃ（図４Ｂでは「Ｂ」と表示）と、を含む。複数の偏光制御部材２０は、第１偏光制御部材２０ａ、第２偏光制御部材２０ｂ、および第３偏光制御部材２０ｃを含む。第４半導体積層部１２ｄは、活性層が、ＡｌＮまたはＡｌＧａＮからなる障壁層と、ＡｌＧａＮまたはＧａＮからなる井戸層を含む量子井戸構造であること以外は、構成例１と同様である。活性層からは例えば、紫色光または紫外光が発せられる。第１波長変換部材１６ａ、第２波長変換部材１６ｂ、および第３波長変換部材１６ｃは、共通の第４半導体積層部１２ｄから発せられる紫色光または紫外光で照射される。第１波長変換部材１６ａは紫色光または紫外光を受けて赤色の無偏光な第１の波長の赤色光を発する。第２波長変換部材１６ｂは紫色光または紫外光を受けて緑色の無偏光な第２の波長の緑色光を発する。第３波長変換部材１６ｃは紫色光または紫外光を受けて無偏光な第３の波長の青色光を発する。第１波長変換部材１６ａ、第２波長変換部材１６ｂ、および第３波長変換部材１６ｃの上面は、それぞれ第１発光面１０ｓ_ａ、第２発光面１０ｓ_ｂ、および第３発光面１０ｓ_ｃである。

第１波長変換部材１６ａから第３波長変換部材１６ｃの各々は、蛍光体とバインダーまたは蛍光体の焼結体から形成される。バインダーは、例えば樹脂、酸化アルミニウムや窒化アルミニウムなどの無機材料であってよい。第１波長変換部材１６ａは、例えばＫ_２ＳｉＦ_６：Ｍｎであらわされる組成を有する蛍光体（以下、「ＫＳＦ蛍光体」とも称する）から形成された蛍光体を含み得る。第２波長変換部材１６ｂは、例えばＳｉ_６－ｚＡｌ_ｚＯ_ｚＮ_８－ｚ：Ｅｕ（０＜ｚ≦４．２）で表される組成を有する蛍光体（以下、「βサイアロン蛍光体」とも称する）または、Ｅｕが賦活されたＡｌＮセラミックスから形成された蛍光体を含む。第３波長変換部材１６ｃは、例えばＣａ_１０（ＰＯ_４）_６Ｃｌ_２：Ｅｕ（以下、「ＣＣＡ蛍光体」とも称する）から形成された蛍光体を含み得る。図４Ｂに示す例において、第１波長変換部材１６ａから第３波長変換部材１６ｃは同じ厚さを有するが、異なる厚さであってもよい。

第１波長変換部材１６ａは、第４半導体積層部１２ｄと第１偏光制御部材２０ａとの間に位置する。第１波長変換部材１６ａの上面は、第１偏光制御部材２０ａの下面に接触する。同様に、第２波長変換部材１６ｂは、第４半導体積層部１２ｄと第２偏光制御部材２０ｂとの間に位置する。第２波長変換部材１６ｂの上面は、第２偏光制御部材２０ｂの下面に接触する。同様に、第３波長変換部材１６ｃは、第４半導体積層部１２ｄと第３偏光制御部材２０ｃとの間に位置する。第３波長変換部材１６ｃの上面は、第３偏光制御部材２０ｃの下面に接触する。

第１波長変換部材１６ａから第３波長変換部材１６ｃの間にある間隔、および第１偏光制御部材２０ａから第３偏光制御部材２０ｃの間にある間隔は、以下のようにして設けてもよい。第４半導体積層部１２ｄの上に第１波長変換部材１６ａから第３波長変換部材１６ｃが隙間なく形成され、第１波長変換部材１６ａから第３波長変換部材１６ｃの上にそれぞれ第１偏光制御部材２０ａから第３偏光制御部材２０ｃが隙間なく形成される。その後、溝を形成することによって間隔が設けられる。

第１偏光制御部材、第２偏光制御部材および第３偏光制御部材に含まれる第１構造体および第２構造体の形状、サイズ、ならびに配置間隔の少なくとも１つが、各偏光制御部材に照射される光の波長に合わせて異なる。これにより、各偏光制御部材は、それぞれ対応する波長変換部材から発せられる無偏光な光を受けて、効率よく第１偏光成分の一部を第２偏光成分に変換する。これにより、各発光装置１００は、第２偏光成分の割合が第１偏光成分の割合よりも大きい光を発することができる。

［発光装置の構成例３］
図４Ｃは、本実施形態における発光装置１００の構成例３を模式的に示すＹ方向から見たときの側面図である。発光装置１００は、少なくともひとつの発光素子１０と複数の偏光制御部材２０とを含む。発光素子１０は、無偏光な青色光を発する第５半導体積層部１２ｅ（図４Ｃでは「Ｂ」と表示）と、第５半導体積層部１２ｅの上面の第１領域に設けられた第４波長変換部材１６ｄ（図４Ｃでは「Ｒ」と表示）と、第５半導体積層部１２ｅの上面の第２領域に設けられた第５波長変換部材１６ｅ（図４Ｃでは「Ｇ」と表示）と、第５半導体積層部１２ｅの上面の第３領域に設けられた第４透光性部材１４ｄと、を含む。複数の偏光制御部材２０は、第１偏光制御部材２０ａ、第２偏光制御部材２０ｂ、および第３偏光制御部材２０ｃを含む。第１偏光制御部材２０ａは第４波長変換部材１６ｄと接触する。第２偏光制御部材２０ｂは第５波長変換部材１６ｅと接触する。第３偏光制御部材２０ｃは第４透光性部材１４ｄと接触する。第５半導体積層部１２ｅは、活性層が、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮまたはＧａＮからなる障壁層と、ＧａＮまたはＩｎＧａＮからなる井戸層を含む量子井戸構造であること以外は、構成例１と同様である。活性層からは例えば、青色光が発せられる。第４波長変換部材１６ｄ、第５波長変換部材１６ｅ、および第４透光性部材１４ｄは、共通の第５半導体積層部１２ｅから発せられる無偏光な青色光で照射され、第４波長変換部材１６ｄは青色光を受けて無偏光な第１の波長の赤色光を発する。第５波長変換部材１６ｅは青色光を受けて無偏光な第２の波長の緑色光を発する。第４透光性部材１４ｄは無偏光な第３の波長の青色光を透過させる。第４波長変換部材１６ｄおよび第５波長変換部材１６ｅの上面は、それぞれ第１発光面１０ｓ_ａおよび第２発光面１０ｓ_ｂである。第４透光性部材１４ｄの上面は、第３発光面１０ｓ_ｃである。第４透光性部材１４ｄを設けることにより、第３偏光制御部材２０ｃと、第１偏光制御部材２０ａおよび第２偏光制御部材２０ｂとの高さを揃えることができる。その結果、発光素子１０の上に偏光制御部材２０を容易に設けることができる。

第４波長変換部材１６ｄは、例えばＫＳＦ蛍光体から形成された蛍光体と樹脂とを含み得る。第５波長変換部材１６ｅは、例えばβサイアロン蛍光体から形成された蛍光体と樹脂とを含み得る。第４透光性部材１４ｄは、例えばサファイヤ、ＳｉＯ_２または樹脂から形成され得る。

前述の構成例３と同様に、各発光装置１００は、第２偏光成分の割合が第１偏光成分の割合よりも大きい光を発することができる。

［発光装置の構成例４］
図４Ｄは、本実施形態における発光装置１００の構成例４を模式的に示すＹ方向から見たときの側面図である。発光装置１００は、少なくともひとつの発光素子１０と複数の偏光制御部材２０とを含む。発光素子１０は、無偏光な青色光を発する共通の第５半導体積層部１２ｅ（図４Ｄでは「Ｂ」と表示）と、共通の第５半導体積層部１２ｅの上に設けられた共通の第６波長変換部材１６ｆ（図４Ｂでは「Ｒ、Ｇ」と表示）とを含む。複数の偏光制御部材２０は、第１偏光制御部材２０ａ、第２偏光制御部材２０ｂ、および第３偏光制御部材２０ｃを含む。第６波長変換部材１６ｆは、少なくとも、青色光を受けて第１の波長の赤色光を発する第１蛍光体と、青色光を受けて第２の波長の緑色光を発する第２蛍光体と、を含む。第６波長変換部材１６ｆは、第１および第２蛍光体によって波長変換されなかった、無偏光な第３の波長の青色光を透過させる。第１蛍光体は、例えば、ＫＳＦ蛍光体であってよく、また、第２蛍光体は、例えば、βサイアロンであってよい。第６波長変換部材１６ｆは、さらに青色光を受けて無偏光な黄色光を発する第３蛍光体を含んでもよい。第６波長変換部材１６ｆは、例えばＹＡＧ（Ｙｔｔｒｉｕｍ Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｇａｒｎｅｔ）系蛍光体を含み得る。ＹＡＧ系蛍光体は、（Ｙ，Ｇｄ）_３（Ａｌ，Ｇａ）_５Ｏ_１２：Ｃｅである。第６波長変換部材１６ｆの上面は、発光面１０ｓを含む。発光素子１０は、それぞれ、発光面１０ｓから、無偏光な青色光、無偏光な赤色光および無偏光な緑色光を出射する。

第６波長変換部材１６ｆは、第１偏光制御部材２０ａ、第２偏光制御部材２０ｂおよび第３偏光制御部材２０ｃと、第５半導体積層部１２ｅとの間に位置する。第６波長変換部材１６ｆの上面は、第１偏光制御部材２０ａから第３偏光制御部材２０ｃの各々の下面に接触する。

第１偏光制御部材２０ａは赤色光に対して効率よく第２偏光成分の割合を第１偏光成分の割合よりも高くすることができるように、第１偏光制御部材２０ａに含まれる第１構造体および第２構造体の形状、サイズ、ならびに配置間隔の少なくとも１つが決定される。また、第２偏光制御部材２０ｂは、緑色光に対して効率よく第２偏光成分の割合を第１偏光成分の割合よりも高くすることができるように、第２偏光制御部材２０ｂに含まれる第１構造体および第２構造体の形状、サイズ、ならびに配置間隔の少なくとも１つが決定される。また、第３偏光制御部材２０ｃは、青色光に対して効率よく第２偏光成分の割合を第１偏光成分の割合よりも高くすることができるように、第３偏光制御部材２０ｃに含まれる第１構造体および第２構造体の形状、サイズ、ならびに配置間隔の少なくとも１つが決定される。

＜ディスプレイの構成例＞
次に、図５Ａおよび図５Ｂを参照して、本実施形態によるディスプレイの構成例を説明する。図５Ａは、本実施形態によるディスプレイの構成例を模式的に示す斜視図である。図５Ａに示すディスプレイ２００は、複数の発光装置１００と、複数の発光装置１００の上に設けられた液晶パネル３０とを備える。複数の発光装置１００と液晶パネル３０との間には間隔があいていてもよいし、他の部材が位置してもよい。図５Ｂは、図５Ａに示すディスプレイの分解斜視図である。

本実施形態における液晶パネル３０は、図５Ｂに示すように、複数の発光装置１００の側から、第１偏光板３２ａ、第１透光性電極３４ａ、液晶層３６、第２透光性電極３４ｂ、カラーフィルタ３８、および第２偏光板３２ｂをこの順に含む。液晶パネル３０は、これら以外の構成要素を含んでいてもよい。図５Ｂに示す縦横の破線によって区切られた複数の領域は、複数の画素をそれぞれ表す。画素ピッチは、例えば１μｍ以上１ｍｍ以下であり得る。第１偏光板３２ａはＹ方向（すなわち第２偏光成分と平行な方向）に偏光した光を透過させ、第２偏光板３２ｂはＸ方向（すなわち、第１偏光成分と平行な方向）に偏光した光を透過させる。第１透光性電極３４ａと第２透光性電極３４ｂとに電圧を印加することにより、液晶層３６に含まれる液晶材料の配向方向が制御される。この配向制御は画素ごとに行われる。カラーフィルタ３８は、画素ごとに赤色、緑色、および青色のフィルタを含む。各偏光制御部材２０は、ＸＹ平面において１つの画素よりも広い。図５Ｂに示す例において、各偏光制御部材２０は、上面視で３行３列に配列された画素にほぼ重なる。行および列は、それぞれＸ方向およびＹ方向に対して平行である。

液晶パネル３０の下面は、複数の発光装置１００から出射された白色光で照射される。この白色光は、第２偏光成分の割合が第１偏光成分の割合よりも大きい。白色光は、液晶パネル３０に含まれる第１偏光板３２ａに入射する。第１偏光板３２ａは、白色光のうち、Ｙ方向に偏光する光を透過させ、Ｘ方向に偏光する光を吸収する。第１偏光板３２ａを通過したＹ方向に偏光する光の一部は、液晶層３６を介してＸ方向に偏光する光に変換されて第２偏光板３２ｂを透過し得る。画素ごとに電圧印加のオンおよびオフを切り替えることにより、光の透過および遮断を画素ごとに制御することができる。

本実施形態に係る発光装置１００は、図５Ａに示すように、いわゆる直下型のバックライトとして用いることができる。これにより、いわゆるエッジ型のバックライトと比較して、複数の発光装置１００において、第２偏光成分の割合が第１偏光成分の割合よりも大きい光を効果的に液晶へ導入し、透過させることができる。また、直下型のバックライトとして用いることにより、エッジ型のバックライトと比較して、ローカルディミング等の点灯制御がより精細に行え、ディスプレイの精細表示等に有利となる。

＜虚像表示装置の構成例＞
次に、図５Ｃを参照して、本実施形態による虚像表示装置の構成例を説明する。図５Ｃは、本実施形態による虚像表示装置３００の構成例を模式的に示す斜視図である。図５Ｃに示す虚像表示装置３００は、発光装置１００と、ＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ ｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ）４０と、コリメートレンズ５０と、ライトガイド６０とを備える。ＬＣＯＳ４０、コリメートレンズ５０、およびライトガイド６０は、少なくともひとつの発光装置１００から出射される光の光路上に位置する。ライトガイド６０は、導光部材６２と、光学部材６８とを含む。導光部材６２は第１反射部６４および第２反射部６６を有し、第２反射部６６は第１反射部６４と反対側の面である。両反射部は、一方の反射部を含むある平面と他方の反射部を含む他の平面とが交差するように配置されている。図５Ｃに示す矢印は光の経路表す。虚像表示装置３００のうち、発光装置１００以外の構成要素の詳細については、例えば特開２０２１－９４０４号公報に開示されている。

少なくとも１つの発光装置１００から出射される光は、ＬＣＯＳ４０を透過し、コリメートレンズ５０によってコリメートされてライトガイド６０に入射する。入射した光は、ライトガイド６０において、第１反射部６４で反射され、導光部材６２を通過し、第２反射部６６で反射されて、ライトガイド６０から出射される。ライトガイド６０から出射される光は、少なくとも１つの発光装置１００から出射される光の方向とは反対の方向に進み、ユーザ７０の目に入射する。その結果、ユーザ７０は、ＬＣＯＳ４０に表示された画像を視認することができる。光学部材６８は、平面視でテーパー状の外形を有し、導光部材６２の第２反射部６６に対向して設けられることで、第２反射部６６の光線透過性を高めることができる。また、光学部材６８はユーザ７０が観察する方向から来る光を透過させる。光学部材６８により、ユーザ７０が観察する方向と外界の実像の方向とが一致するので、外界の実像およびＬＣＯＳ４０に表示された画像の視認性を向上させることができる。導光部材６２は、加工性を考慮すると、例えば樹脂で成形することが好ましい。光学部材６８についても同様である。

虚像表示装置３００は、具体的には、ヘッドアップディスプレイまたはヘッドマウントディスプレイに利用することができる。この利用において、少なくともひとつの発光装置１００に含まれる発光素子１０に発光ダイオードを用いることができる。発光ダイオードは、レーザダイオードと比べてスペックルノイズが小さいので、表示された画像を視認しやすくすることができる。また、本実施形態による少なくともひとつの発光装置１００は、発光素子１０に発光ダイオードを用いても、偏光制御部材２０により、第２偏光成分の割合が第１偏光成分の割合よりも多い光を出射することができる。これにより、発光素子１０から発せられる光はＬＣＯＳ４０を効率よく透過し、その透過光によって画像をユーザ７０に表示することが可能になる。

＜発光装置の製造方法＞
以下に、図６Ａから図６Ｄを参照して、本実施形態による発光装置１００の製造方法の例を説明する。以下の説明において、本実施形態による発光装置１００に含まれる発光素子１０および偏光制御部材２０として、図２Ａに示す構成例を挙げる。

最初の工程において、図６Ａに示すように、発光素子１０の発光面に第１金属薄膜２２ｃが形成された発光素子を準備する。第１金属薄膜２２ｃは、発光素子１０の発光面１０ｓの上に、例えば、スパッタリングまた真空蒸着によって形成される。第１金属薄膜２２ｃは、Ａｕ、Ａｌ、Ａｇ、およびＣｕからなる群から選択される少なくとも１つの金属から形成され得る。

次の工程において、図６Ｂに示すように、第１金属薄膜２２ｃを、電子線リソグラフィを用いてパターニングすることにより、発光素子１０の発光面１０ｓの上に複数の第１構造体２２ａが形成される。パターニングの例は以下の通りである。第１金属薄膜２２ｃの上にレジストが形成され、電子線リソグラフィによってレジストの不要な部分が除去される。第１金属薄膜２２ｃのうち、レジストの除去によって露出した部分が、エッチングによって除去される。このようなエッチングの技術を用いる代わりに、リフトオフ法を用いてパターニングをすることも可能である。また、電子線リソグラフィによるパターニング方法として、レジストを設けずに直接描画することもできる。電子線リソグラフィには、例えば可変矩形描画法または部分一括露光法などを利用することができる。特に部分一括露光法を利用することが好ましい。部分一括露光法では、くり返し利用されるパターンを成形絞り板に予め作りこんでおくことで、くり返しパターンの描画時間を短縮することができる。

次の工程において、図６Ｃに示すように、複数の第１構造体２２ａを覆う誘電体層２４が形成される。誘電体層２４は、例えばＳｉＯ_２、樹脂、窒化ガリウム、窒化アルミニウムまたは酸化アルミニウムから形成される。誘電体層２４は、例えば、スパッタリング、ＣＶＤなどによって形成することができる。

次の工程において、図６Ｄに示すように、誘電体層２４の上に第２金属薄膜２２ｄがスパッタリングによって形成される。第２金属薄膜２２ｄの材料については、第１金属薄膜２２ｃの材料と同じである。

次の工程において、第２金属薄膜２２ｄをパターニングすることにより、図２Ａに示すように、誘電体層２４の上に複数の第２構造体２２ｂが形成される。

上記の工程により、図２Ａに示す本実施形態による発光装置１００を製造することができる。

上記製造方法では、説明を簡略化するため個片化された状態の図面を用いて説明した。また、前述した製造方法によって発光素子部と偏光制御部とを含む発光素子部を形成したあとで、当該発光素子部を個片化して、発光素子１０と偏光制御部材２０とを含む発光装置を得ることができる。

＜計算例＞
以下に、図７Ａから図７Ｃを参照して、偏光制御部材２０が無偏光の光を偏光した光に変換する場合、第１および第２偏光成分における透過率を計算した計算例１から計算例３を説明する。各計算例において説明する透過率とは、第１偏光成分および第２偏光成分の電場を２乗したものであり、光の透過率に換算したものである。計算には、有限差分時間領域（Ｆｉｎｉｔｅ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ Ｔｉｍｅ Ｄｏｍａｉｎ；ＦＤＴＤ）法が用いられた。

［計算例１］
計算例１では、以下のようなモデルを設定した。偏光制御部材２０は、図２Ｂに示す第１構造体２２ａおよび第２構造体２２ｂを一組として、２次元的に配列された複数組の第１構造体２２ａおよび第２構造体２２ｂを有する。第１構造体２２ａおよび第２構造体２２ｂの材料として、Ａｕが選択された。第１構造体２２ａについて、正方形の一辺はＬ_ａ１＝２４０ｎｍであり、中空部分の正方形の一辺はＬ_ａ２＝１２０ｎｍであり、厚さはｔ_ａ＝６０ｎｍであった。第２構造体２２ｂについて、第１部分２２ｂ_１および第２部分２２ｂ_２の各々のうち、長い辺はＬ_ｂ１＝１５０ｎｍであり、短い辺はＬ_ｂ２＝１２０ｎｍであり、長い方の突出部分の幅はＬ_ｂ３＝６０ｎｍであり、短い方の突出部分の幅はＬ_ｂ４＝６０ｎｍであり、厚さはｔ_ｂ＝６０ｎｍであった。第２構造体２２ｂに含まれる第１部分２２ｂ_１と第２部分２２ｂ_２とのＹ方向における配置間隔はｄ_ｂ＝１８０ｎｍであった。第１構造体２２ａと第２構造体２２ｂとのＺ方向における配置間隔はｄ_ａｂ＝８０ｎｍであった。複数組の第１構造体２２ａおよび第２構造体２２ｂのＸ方向における配列ピッチは６６０ｎｍであり、Ｙ方向における配列ピッチは４００ｎｍであった。なお、計算例１を含め、これ以降の計算例において誘電体層２４は考慮されていない。誘電体層２４が計算に及ぼす影響は小さいからである。

ＦＤＴＤ計算の条件は、空間セルサイズは５ｎｍ、時間ステップは９．４×１０^－１８秒とした。Ｘ、Ｙ方向は周期境界条件、Ｚ方向は吸収境界条件（PML：Perfectly Matched Layer）とし、ＰＭＬ層数を１０とした。材料Ａｕ、Ａｌの誘電率分散は書籍”Handbook of Optical Constants of Solids”（Edward D. Palik著）から引用した。例えば、波長６５２ｎｍのときのＡｕの複素誘電率はεr=０．２９, εi=３．３１である。

［計算例２］
計算例２における偏光制御部材２０は、以下に示す点以外は計算例１と同様な条件でモデルを設定し、計算を実行した。第１構造体２２ａおよび第２構造体２２ｂの材料として、Ａｌが選択された。第１構造体２２ａについて、正方形の一辺はＬ_ａ１＝１６０ｎｍであり、中空部分の正方形の一辺はＬ_ａ２＝８０ｎｍであり、厚さはｔ_ａ＝４０ｎｍであった。第２構造体２２ｂについて、第１部分２２ｂ_１および第２部分２２ｂ_２の各々のうち、長い辺はＬ_ｂ１＝１００ｎｍであり、短い辺はＬ_ｂ２＝８０ｎｍであり、長い方の突出部分の幅はＬ_ｂ３＝４０ｎｍであり、短い方の突出部分の幅はＬ_ｂ４＝４０ｎｍであり、厚さはｔ_ｂ＝４０ｎｍであった。第２構造体２２ｂに含まれる第１部分２２ｂ_１と第２部分２２ｂ_２とのＹ方向における配置間隔はｄ_ｂ＝１２０ｎｍであった。第１構造体２２ａと第２構造体２２ｂとのＺ方向における配置間隔はｄ_ａｂ＝１２０ｎｍであった。複数組の第１構造体２２ａおよび第２構造体２２ｂのＸ方向における配列ピッチは４４０ｎｍであり、Ｙ方向における配列ピッチは２６６ｎｍであった。

［計算例３］
計算例３における偏光制御部材２０は、図３Ｂに示す第１構造体２２ａおよび第２構造体２２ｂを一組として、複数組の第１構造体２２ａおよび第２構造体２２ｂを有する。計算例３が計算例１とは異なる点は、第１構造体２２ａの形状である。中空構造を有しない第１構造体２２ａについて、正方形の一辺はＬ_ａ＝２０ｎｍであり、厚さはｔ_ａ＝６０ｎｍであった。計算例３におけるそれ以外の材料および構造パラメータについては、計算例１と同じあった。

［FDTD計算］
図７Ａは、計算例１における偏光制御部材２０に無偏光が入射する場合の、透過光の第１および第２偏光成分における透過率を示すグラフである。第１偏光成分はＸ偏光であり、第２偏光成分はＹ偏光である。他の計算例でも同様であり、以下ではＸ偏光およびＹ偏光とも表記する。実線はＹ偏光成分の透過率を表し、破線はＸ偏光成分の透過率を表す。図７Ａにおける実線は、入射光のうち、偏光方向が変換されずに透過したＸ偏光と、Ｙ偏光が変換されたＸ偏光と、が考慮されている。また、図７Ａにおける破線は、入射光のうち、変換されずに透過したＹ偏光と、Ｘ偏光が変換されたＹ偏光と、が考慮されている。このことは、特に説明しない場合は、計算例２および計算例３の結果においても同様である。入射する無偏光の第１および第２偏光成分の各々のエネルギーは５０％である。図７Ａに示す水平の一点鎖線は、透過率が５０％であることを表す。図７Ａに示す例において、波長３５０ｎｍ以下の範囲では計算精度が低いので、この範囲における透過率は無視する。

図７Ａに示すように、透過光のＸ偏光における透過率は、波長３５０ｎｍ以上８００ｎｍ以下の範囲において４０％未満であることが示唆された。これに対して、透過光のＹ偏光における透過率は、波長が６５２ｎｍ以上６５８ｎｍ以下の範囲において５０％を超えることが示唆された。透過光のＹ偏光における最高の透過率は、波長６５６ｎｍで５４％であることが示唆された。このとき、透過光のＸ偏光における透過率は２６％であることが示唆された。これは、波長６５６ｎｍの光のうち、Ｙ偏光成分のエネルギーが５４％透過し、Ｘ偏光の成分が２６％透過することを意味する。すなわち、Ｘ偏光成分の一部がＹ偏光成分に変換され、Ｙ偏光成分がＸ偏光成分よりも多くなることを意味する。したがって、発光素子１０から出射される無偏光の所定の波長が６５５ｎｍであれば、偏光制御部材２０から透過率が最も高い偏光を得ることができると考えられる。

図７Ｂは、計算例２における偏光制御部材２０に無偏光が入射する場合の、透過光のＸ偏光およびＹ偏光における透過率を示すグラフである。図７Ｂに示す例において、波長３００ｎｍ以下の範囲では計算精度が低いので、この範囲の透過率は無視する。図７Ｂに示すように、透過光のＸ偏光の透過率は、波長３００ｎｍ以上８００ｎｍ以下の範囲において４０％以下であった。これに対して、透過光のＹ偏光の透過率は、波長が３７６ｎｍ以上３９６ｎｍ以下の範囲および４２６ｎｍ以上４３５ｎｍ以下の範囲において５０％を超えることが示唆された。透過光のＹ偏光の最大の透過率は、波長４３１ｎｍで５７％であることが示唆された。このとき、透過光のＸ偏光の透過率は３０％であることが示唆された。これは、波長４３１ｎｍの光のうち、Ｙ偏光成分のエネルギーが５７％透過し、Ｘ偏光の成分が３０％透過することを意味する。すなわち、Ｘ偏光成分の一部がＹ偏光成分に変換され、Ｙ偏光成分がＸ偏光成分よりも多くなることを意味する。発光素子１０から出射される無偏光の波長が４３０ｎｍであれば、透過率が最も高い偏光を得ることができると考えられる。

図７Ｃは、計算例３における偏光制御部材２０に無偏光が入射する場合の、透過光のＸ偏光およびＹ偏光における透過率を示すグラフである。図７Ｃに示すように、透過光のＸ偏光における透過率は、波長３５０ｎｍ以上９５０ｎｍ以下の範囲において５０％未満であることが示唆された。これに対して、透過光のＹ偏光における透過率は、波長６６０ｎｍで５２％であり、５０％を超えることが示唆された。このとき、透過光のＸ偏光の透過率は３４％であることが示唆された。これは、波長６６０ｎｍの光のうち、Ｙ偏光成分のエネルギーが５２％透過し、Ｘ偏光の成分が３４％透過することを意味する。すなわち、Ｘ偏光成分の一部がＹ偏光成分に変換され、Ｙ偏光成分がＸ偏光成分よりも多くなることを意味する。発光素子１０から出射される無偏光の波長が６５５ｎｍであれば、偏光制御部材２０から透過率が最も高い偏光を得ることができると考えられる。

計算例１から計算例３において説明したように、透過率が最も高い波長は、一組の第１構造体２２ａおよび第２構造体２２ｂの材料、形状、サイズ、およびＺ方向における配置間隔に依存する。これらの構造パラメータを適切に設計することにより、透過率が最も高い波長と、発光素子１０から出射される光の所定の波長とを一致させることができる。

本開示の発光装置は、例えば、液晶パネル用の白色バックライト、ヘッドマウントディスプレイおよびヘッドアップディスプレイ用の偏光光源、または単色の偏光光源に適用することができる。

１０ 発光素子
１０ａ 第１発光素子
１０ｂ 第２発光素子
１０ｃ 第３発光素子
１０ｓ 発光面
１０ｓ_ａ 第１発光面
１０ｓ_ｂ 第２発光面
１０ｓ_ｃ 第３発光面
１２ 半導体積層部
１２ａ 第１半導体積層部
１２ｂ 第２半導体積層部
１２ｃ 第３半導体積層部
１２ｄ 第４半導体積層部
１２ｅ 第５半導体積層部
１４ 透光性部材
１４ａ 第１透光性部材
１４ｂ 第２透光性部材
１４ｃ 第３透光性部材
１４ｄ 第４透光性部材
１６ａ 第１波長変換部材
１６ｂ 第２波長変換部材
１６ｃ 第３波長変換部材
１６ｄ 第４波長変換部材
１６ｅ 第５波長変換部材
１６ｆ 第６波長変換部材
２０ 偏光制御部材
２０ａ 第１偏光制御部材
２０ｂ 第２偏光制御部材
２０ｃ 第３偏光制御部材
２０Ｌ 白色光
２０Ｌ_ａ 赤色光
２０Ｌ_ｂ 緑色光
２０Ｌ_ｃ 青色光
２２ａ 第１構造体
２２ｂ 第２構造体
２２ｂ_１ 第１部分
２２ｂ_２ 第２部分
３０ 液晶パネル
３２ａ 第１偏光板
３２ｂ 第２偏光板
３４ａ 第１透光性電極
３４ｂ 第２透光性電極
３６ 液晶層
３８ カラーフィルタ
４０ ＬＣＯＳ
５０ コリメートレンズ
６０ ライトガイド
６２ 導光部材
６４ 第１反射部
６６ 第２反射部
６８ 光学部材
１００ 発光装置
２００ ディスプレイ
３００ 虚像表示装置

Claims (14)

1. 半導体積層部を含み、第１偏光成分および第２偏光成分を含む所定の波長の光を発する少なくとも１つの発光素子と、
   前記少なくとも１つの発光素子と接触する少なくとも１つの偏光制御部材と、
   を備え、
   前記少なくとも１つの偏光制御部材は、前記少なくとも１つの発光素子側から順に第１構造体と、第２構造体と、を有し、
   前記第１構造体は、前記所定の波長の光を受けて近接場光を生成し、
   前記第２構造体は、前記近接場光および前記所定の波長の光を受けて前記第２偏光成分の割合が前記第１偏光成分の割合よりも多い光を発する、発光装置。
2. 半導体積層部を含み、第１偏光成分および第２偏光成分を含む所定の波長の光を発する少なくとも１つの発光素子と、
   前記少なくとも１つの発光素子と接触する少なくとも１つの偏光制御部材と、を備え、
   前記少なくとも１つの偏光制御部材は、前記発光素子側から順に第１構造体および第２構造体と、を有し、
   前記第１構造体および前記第２構造体の、前記発光素子の発光面に対して垂直な高さ方向の長さ、前記高さ方向に対して垂直な縦方向の長さおよび、前記高さ方向と前記縦方向のいずれにも垂直な横方向の長さは、前記所定の波長よりも短く、
   前記第１構造体と前記第２構造体との距離は、前記所定の波長の長さよりも短く、
   前記第２構造体の前記縦方向の長さに対する前記横方向の長さの比が１より大きい、発光装置。
3. 前記所定の波長は、前記少なくとも１つの発光素子が発する光のピーク波長の強度に対して半分の強度となる波長の短い側の波長以上長い側の波長以下である、請求項１または２に記載の発光装置。
4. 前記少なくとも１つの偏光制御部材は、第１構造体を覆う誘電体層を含み、前記誘電体層上に前記第２構造体を備える、請求項１から３のいずれか一項に記載の発光装置。
5. 前記少なくとも１つの発光素子は、基板を含み、
   前記基板は、前記半導体積層部と前記偏光制御部材との間に位置し、
   前記基板の屈折率は、前記半導体積層部の屈折率より高く、前記誘電体層の屈折率より低い、請求項４に記載の発光装置。
6. 上面視で、前記少なくとも１つの偏光制御部材に含まれる前記第１構造体および前記第２構造体は互いに重なる部分を有する、請求項１から５のいずれか一項に記載の発光装置。
7. 前記第１構造体および前記第２構造体は、金属から形成されている、請求項１から６のいずれか一項に記載の発光装置。
8. 前記少なくとも１つの偏光制御部材は、第１偏光制御部材と第２偏光制御部材とを含む、請求項１から７のいずれか一項に記載の発光装置。
9. 前記第１構造体および前記第２構造体の形状、サイズ、ならびに配置間隔の少なくとも１つは、前記第１偏光制御部材と前記第２偏光制御部材との間で異なる、請求項８に記載の発光装置。
10. 前記少なくとも１つの発光素子は、少なくとも１つの波長変換部材をさらに備え、
    前記少なくとも１つの波長変換部材は、前記少なくとも１つの偏光制御部材と接触し、
    前記波長変換部材は、前記半導体積層部からの光を受けて、前記所定の波長の光を発する、請求項１から９のいずれか一項に記載の発光装置。
11. 前記少なくとも１つの波長変換部材は、第１波長変換部材および第２波長変換部材と、を含み、
    前記第１波長変換部材は、前記第１偏光制御部材と接触し、
    前記第２波長変換部材は、前記第２偏光制御部材と接触し、
    前記第１波長変換部材は、前記半導体積層部からの光を受けて、所定の波長の光として第１波長の光を発し、
    前記第２波長変換部材は、前記半導体積層部からの光を受けて、所定の波長の光として第２波長の光を発する、請求項８または９を引用する請求項１０に記載の発光装置。
12. 前記少なくとも１つの偏光制御部材は、第３偏光制御部材をさらに備え、
    前記少なくとも１つの波長変換部材は、第３波長変換部材をさらに備え、
    前記第３波長変換部材は、前記第３偏光制御部材と接触し、
    前記第３波長変換部材は、前記半導体積層部からの光を受けて、前記所定の波長として第３波長の光を発し、
    前記第１波長、前記第２波長および前記第３波長は全て異なる波長である、請求項１１に記載の発光装置。
13. 前記少なくとも１つの発光素子は、
    前記所定の波長の光として第１波長の光を発する第１半導体発光素子と、
    前記所定の波長の光として第２波長の光を発する第２半導体発光素子と、
    前記所定の波長の光として第３波長の光を発する第３半導体発光素子と、
    を含み、
    前記少なくとも１つの偏光制御部材は、第３偏光制御部材をさらに備え、
    前記第１偏光制御部材は前記第１半導体発光素子と接触し、
    前記第２偏光制御部材は前記第２半導体発光素子と接触し、
    前記第３偏光制御部材は前記第３半導体発光素子と接触し、
    前記第１波長、前記第２波長および前記第３波長は全て異なる波長である、請求項８または９に記載の発光装置。
14. 請求項１から１３のいずれか一項に記載の発光装置と、液晶パネルと、を含む、ディスプレイ。

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