JP5713002B2

JP5713002B2 - 発光素子および該発光素子を用いた画像表示装置

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Publication number: JP5713002B2
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Inventors: 片山　龍一; 龍一片山
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Description

本発明は、直線偏光を出射する発光素子および該発光素子を用いた画像表示装置に関する。

発光素子として発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いた画像表示装置が提案されている。この種の画像表示装置は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各色の光を出射する複数のＬＥＤと、複数のＬＥＤからの光が入射する照明光学系と、照明光学系からの光が入射する液晶表示板を有するライトバルブと、ライトバルブからの各色の光を合成する色合成プリズムと、色合成プリズムからの光を投写面上に投写するための投写光学系と、を備えて構成されている。

上記の構成の画像表示装置においては、投写画像の輝度を高めるために、発光素子から投写光学系までの光路において光損失が可能な限り生じないようにすることが求められている。

上記の構成要素のうち、液晶表示板および色合成プリズムは偏光依存性を有するものであるため、光学系の高効率化のためには、発光素子は直線偏光を出射するものであることが望ましい。

また、非特許文献１に記載されているように、光学系の効率には、発光素子の面積と放射角との積で決まるエテンデュー（Ｅｔｅｎｄｕｅ）による制約がある。つまり、発光素子の面積と放射角との積の値を、ライトバルブの入射面の面積と、照明光学系のＦナンバーで決まる取り込み角との積の値以下にしなければ、発光素子からの光が投写光として利用されない。

そのため、ＬＥＤを用いた画像表示装置においては、発光素子からの出射光のエテンデューを低減するために、発光素子の面積を大きくすることなく発光素子の輝度を高めることが懸案となっている。

また、上記の構成の画像表示装置においては、投写画像の輝度むらを抑制するために、スクリーン上における光強度分布を可能な限り均一にすることが求められている。

特許文献１（特開２００９−１１１０１２号公報）には、偏光比の大きな光を出射することを目的とし、非極性面を結晶成長主面とした半導体発光素子が開示されている。

特許文献２（特開２００７−１０９６８９号公報）には、エテンデューを低減し、かつ高い偏光変換効率で直線偏光を出射することを目的とし、基準面上に設けられて光を出射する発光部と、発光部の出射面側に設けられたλ／４位相板と、λ／４位相板の出射面側に設けられた、第１の振動方向の偏光光を透過させ、第１の振動方向に直交する第２の振動方向の偏光光を反射する反射型偏光板と、反射型偏光板の出射面側に設けられた、基準面に平行な面内の２方向に屈折率が周期的に変化する光学部と、を有する発光素子が開示されている。

この発光素子においては、反射型偏光板で反射された光は、発光部の出射面と反対の側に設けられた反射電極で反射され、λ／４位相板を往復することにより振動方向が９０°変化して反射型偏光板へ再入射し、反射型偏光板を透過する。

また、本出願人は特願２００９−２４３３６７号において、効率が高く、高輝度化が可能な直線偏光を出射する発光素子を実現することを目的とした発明を提案している。

特願２００９−２４３３６７号にて提案した発光素子は、光を発生させる活性層と、活性層で発生した光のうち、第１の方向の偏光成分を透過させ、それ以外の偏光成分を反射する第１の領域と、第１の方向と直交する第２の方向の偏光成分を透過させ、それ以外の偏光成分を反射する第２の領域と、を備える偏光子層と、第１の領域および第２の領域から出射した光を入射させ、同じ偏光状態の光として出射させる第３の領域および第４の領域を備える波長板層と、第１の領域および第２の領域で反射された光を反射する反射層と、を有する。

上記の発光素子においては、活性層で発生した光のうち、偏光子層の第１の領域へ入射した第１の方向の偏光成分、第２の領域へ入射した第２の方向の偏光成分は偏光子層を透過し、偏光子層の第１の領域へ入射した第２の方向の偏光成分、第２の領域へ入射した第１の方向の偏光成分は偏光子層で反射される。偏光子層で反射された光は反射層で反射され、再び偏光子層へ入射する。このときの入射位置は前回と異なっており、前回と異なる領域へ入射した光は偏光子層を透過し、前回と同じ領域へ入射した光は再び偏光子層で反射される。この動作を繰り返すことにより、活性層で発生した光は最終的に全て偏光子層を透過する。偏光子層の第１の領域、第２の領域を透過した光は、それぞれ波長板層の第３の領域、第４の領域を透過し、偏光方向が同一となる。

特開２００９−１１１０１２号公報特開２００７−１０９６８９号公報特開２００１−５１１２２号公報

SID 06 DIGEST, 2006, pp.1808-1811, 61.1, Photonic Lattice LEDs for RPTV Light Engines, Christian Hoepfner

特許文献１に記載の半導体発光素子は、非極性面を結晶成長主面とすることにより偏光比の大きな光を出射するものである。しかし、通常の極性面を主面とする基板から非極性面を主面とする基板を切り出して用いる必要があるため、基板の面積を大きくすることができず、生産性が悪いという問題点がある。

特許文献２に記載の発光素子は、反射型偏光板およびλ／４位相板を用いることにより直線偏光を出射するものである。しかし、反射型偏光板で反射された光、反射電極で反射された光は、反射型偏光板と反射電極との間にある発光部の出射面で一部が反射されるため、多重反射に伴う光の減衰を考えると偏光変換の効率が低く、高輝度化が困難であるという問題点がある。

特願２００９−２４３３６７号において提案されている発光素子は、偏光子層、波長板層および反射層を用いることにより直線偏光を出射するものである。しかし、波長板層における光学軸に垂直な偏光成分、光学軸に平行な偏光成分の透過率および両者の間の位相差は入射角に依存し、その入射角依存性は光学軸に垂直な面内と光学軸に平行な面内とで異なるため、発光素子から出射してライトバルブへ入射する光の配光特性は光学軸に垂直な面内と光学軸に平行な面内とで異なり、配光特性が非対称性のものとなる。その結果、画像表示装置に用いた場合、スクリーン上における光強度分布が不均一になり投写画像に輝度むらとして見えてしまうことがある。

本発明は上述したような従来の技術が有する問題点に鑑みてなされたものであって、効率が高く、高輝度化が可能であると共に、配光特性の対称性が良い直線偏光を出射する発光素子を実現することを目的とする。

本発明の発光素子は、光を発生する活性層を備える発光素子であって、
前記活性層で発生した光のうち、第１の方向の偏光成分を透過させ、それ以外の偏光成分を反射する第１の領域と、前記第１の方向と直交する第２の方向の偏光成分を透過させ、それ以外の偏光成分を反射する第２の領域と、を備える偏光子層と、
前記第１の領域から出射した光を入射させる第３の領域および第５の領域と、前記第２の領域から出射した光を入射させる第４の領域および第６の領域とを備え、前記第３の領域〜前記第６の領域へ入射した光を偏光方向が同一の光として出射させる１／２波長板層と、
前記第１の領域および前記第２の領域で反射された光を反射する反射層と、を有し、前記反射層の上に前記活性層が形成され、前記活性層の上に前記偏光子層が形成され、前記偏光子層の上に前記１／２波長板層が形成され、
前記１／２波長板層は、高屈折率層と低屈折率層とを交互に積層した誘電体から成り、前記第３の領域から前記第６の領域のうち少なくとも２つの領域において、所定の方向に周期的な凹凸構造を持って形成され、
前記第３の領域と前記第５の領域、または、前記第４の領域と前記第６の領域の少なくとも一方は、前記凹凸構造の長手方向である光学軸の方向が互いに直交していることを特徴とする。

本発明の画像表示装置は、上記構成の発光素子を用いている。

本発明の発光素子においては、偏光子層の第１の領域を透過した第１の方向の偏光成分は波長板層の第３の領域、第５の領域を透過し、偏光子層の第２の領域を透過した第２の方向の偏光成分は波長板層の第４の領域、第６の領域を透過する。波長板層の第３の領域ないし第６の領域を透過した光は偏光方向が同一となる。偏光子層を透過した光はその後反射することなく波長板層を透過するため、効率が高く、高輝度化が可能となる。

波長板層における光学軸に垂直な偏光成分、光学軸に平行な偏光成分の透過率および両者の間の位相差は入射角に依存し、その入射角依存性は光学軸に垂直な面内と光学軸に平行な面内とで異なる。

しかし、波長板層の第３の領域と第５の領域または第４の領域と第６の領域は光学軸の方向が互いに直交しているため、第３の領域ないし第６の領域のそれぞれを透過してライトバルブへ入射する光を重ね合わせたものの配光特性は光学軸に垂直な面内と光学軸に平行な面内とで同じである。すなわち配光特性の対称性が良い。その結果、画像表示装置に用いた場合、スクリーン上における光強度分布が均一になり投写画像に輝度むらが発生しない。

本発明による発光素子の一実施形態の構成を示す断面図である。図１中の偏光子層１０８の一つの構成例を示す斜視図である。図１中の１／２波長板層１０９の一つの構成例を示す斜視図である。図１中の１／２波長板層１０９の他の構成例を示す斜視図である。図１中の偏光子層１０８の他の構成例を示す斜視図である。図１中の１／２波長板層１０９の他の構成例を示す斜視図である。図１中の１／２波長板層１０９の他の構成例を示す斜視図である。１／２波長板層における入射光の角度と透過率との関係の計算例を示す図である。１／２波長板層における入射光の角度と位相差との関係の計算例を示す図である。発光素子から出射してライトバルブへ入射する光の配光特性の計算例を示す図である。発光素子を用いた光源ユニットの構成を示す図である。光源ユニットの出射面上における光強度分布の計算例を示す図である。本発明による発光素子を用いた画像表示装置の一実施形態の構成を示すブロック図である。本発明による発光素子を用いた画像表示装置の他の実施形態の構成を示すブロック図である。本発明による発光素子を用いた画像表示装置の他の実施形態の構成を示すブロック図である。図１３に示した画像表示装置の駆動系の構成を示す図である。図１４に示した画像表示装置の駆動系の構成を示す図である。図１５に示した画像表示装置の駆動系の構成を示す図である。従来の発光素子における１／２波長板層の一つの構成例を示す斜視図である。

以下、本発明の具体的な実施形態について、図面を参照して説明する。

図１は、本発明による発光素子１００の一実施形態の構成を示す断面図である。なお、発光素子１００においては、実際の各層の厚さが非常に薄く、また各層の厚さの違いが大きいため、各層の比率が正確な図を描くことが困難である。このため、図では各層が実際の比率通りに描かれておらず、各層が模式的に示されている。

サブマウント１０１上にＰ型電極１０２および反射層１０３が形成されている。反射層１０３上にはＰ型半導体層１０４が形成されている。Ｐ型半導体層１０４上には活性層１０５が形成されている。活性層１０５上にはＮ型半導体層１０６が形成されている。Ｎ型半導体層１０６上にはＮ型電極１０７および偏光子層１０８が形成されている。偏光子層１０８上には１／２波長板層１０９が形成されている。

サブマウント１０１の材料としては、例えばＳｉが用いられる。Ｐ型電極１０２の材料としては、例えばＮｉ／Ａｕ／Ｔｉ／Ａｕが用いられる。反射層１０３の材料としては、例えばＡｇが用いられる。Ｐ型半導体層１０４の材料としては、例えばＭｇがドープされたＧａＮが用いられる。

活性層１０５としては、例えばＧａＮを材料とする層とＩｎＧａＮを材料とする層とが交互に積層された多重量子井戸の構成が用いられる。Ｎ型半導体層１０６の材料としては、例えばＳｉがドープされたＧａＮが用いられる。Ｎ型電極１０７の材料としては、例えばＴｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕが用いられる。

発光素子１００の作製方法について説明する。まず、基板上に、Ｎ型半導体層１０６、活性層１０５、Ｐ型半導体層１０４、反射層１０３を順に形成する。次に、サブマウント１０１上に反射層１０３を貼り合わせ、基板を除去する。

次に、Ｎ型半導体層１０６上に偏光子層１０８を形成する。次に、１／２波長板層１０９を別プロセスにより作製し、偏光子層１０８上に貼り合わせる。最後に、Ｐ型電極１０２、Ｎ型電極１０７を形成する。

本実施形態の概略動作について説明する。Ｐ型電極１０２とＮ型電極１０７との間に電圧を加え、これらの間に電流を流すことにより、活性層１０５において光が発生する。活性層１０５において発生した光には、様々な方向へ向かう成分が含まれる。

活性層１０５において発生し、Ｎ型半導体層１０６の側へ向かう光は、Ｎ型半導体層１０６を透過し、偏光子層１０８へ入射する。活性層１０５において発生し、Ｐ型半導体層１０４の側へ向かう光は、Ｐ型半導体層１０４を透過し、反射層１０３で反射され、Ｐ型半導体層１０４、活性層１０５、Ｎ型半導体層１０６を透過し、偏光子層１０８へ入射する。

偏光子層１０８は第１の領域および第２の領域を備えている。第１の領域は、入射光のうち、第１の方向の偏光成分を透過させ、それ以外の偏光成分を反射する。第２の領域は、入射光のうち、第１の方向と直交する第２の方向の偏光成分を透過させ、それ以外の偏光成分を反射する。すなわち、偏光子層１０８へ入射した光のうち、第１の領域へ入射した第１の方向の偏光成分、第２の領域へ入射した第２の方向の偏光成分は偏光子層１０８を透過し、第１の領域へ入射した第２の方向の偏光成分、第２の領域へ入射した第１の方向の偏光成分は偏光子層１０８で反射される。

偏光子層１０８で反射された光は、Ｎ型半導体層１０６、活性層１０５、Ｐ型半導体層１０４を透過し、反射層１０３で反射され、Ｐ型半導体層１０４、活性層１０５、Ｎ型半導体層１０６を透過し、再び偏光子層１０８へ入射する。このときの入射位置は前回と異なっており、再び偏光子層１０８へ入射した光のうち、第１の領域へ入射した第１の方向の偏光成分、第２の領域へ入射した第２の方向の偏光成分は偏光子層１０８を透過し、第１の領域へ入射した第２の方向の偏光成分、第２の領域へ入射した第１の方向の偏光成分は再び偏光子層１０８で反射される。この動作を繰り返すことにより、活性層１０５において発生した光は最終的に全て偏光子層１０８を透過する。

１／２波長板層１０９は第３の領域ないし第６の領域を備えている。１／２波長板層１０９の第３の領域および第５の領域は偏光子層１０８の第１の領域に対応するように設けられており、１／２波長板層１０９の第４の領域および第６の領域は偏光子層１０８の第２の領域に対応するように設けられている。第３の領域、第５の領域は、入射光に対して所定の偏光回転角を与えて出射させる。第４の領域、第６の領域は、入射光に対して第３の領域で与えられる偏光回転角にそれぞれ９０度、２７０度を加えた偏光回転角を与えて出射させる。このため、１／２波長板層１０９の第３の領域ないし第６の領域を透過した光は偏光方向が同一となる。

以下に、偏光子層１０８、１／２波長板層１０９の具体的構成について説明する。

図２は、図１中の偏光子層１０８の一つの構成例を示す斜視図である。

図２に示す例では、Ｎ型半導体層２０１の上に、複数の金属ナノワイヤ２０２から成る偏光子層が形成されている。金属ナノワイヤ２０２の材料としては、例えばＡｌが用いられる。偏光子層は、縞状に隣接配置された第１の領域２０３および第２の領域２０４を備えている。第１の領域２０３、第２の領域２０４における金属ナノワイヤ２０２の長手方向は、それぞれ図中のＹ軸方向、Ｘ軸方向である。この偏光子は、入射光のうち、金属ナノワイヤ２０２の長手方向に垂直な偏光成分を透過させ、金属ナノワイヤ２０２の長手方向に平行な偏光成分を反射する。このとき、第１の領域２０３へ入射した光はＸ軸方向の偏光成分が透過してＹ軸方向の偏光成分が反射され、第２の領域２０４へ入射した光はＹ軸方向の偏光成分が透過してＸ軸方向の偏光成分が反射される。

図３は、図１中の１／２波長板層１０９の一つの構成例を示す斜視図である。

図３に示す例では、基板３０１の上に、高屈折率層と低屈折率層とを交互に積層した誘電体３０２から成る１／２波長板層が形成されている。基板３０１の材料としては、例えば石英が用いられる。誘電体３０２の高屈折率層、低屈折率層の材料としては、それぞれ例えばＮｂ_２Ｏ_５、ＳｉＯ_２が用いられる。１／２波長板層は、縞状に隣接配置された第１の領域３０３、第２の領域３０４、第３の領域３０５、第４の領域３０６を備えている。１／２波長板層の第１の領域３０３および第３の領域３０５は、図２に示す偏光子層の第１の領域２０３に対応するように設けられており、１／２波長板層の第２の領域３０４および第４の領域３０６は、図２に示す偏光子層の第２の領域２０４に対応するように設けられている。

第１の領域３０３および第３の領域３０５は、Ｘ−Ｙ平面内に周期的な凹凸構造を持たず、１／２波長板として作用しない。一方、第２の領域３０４および第４の領域３０６は、特開２００１−５１１２２号公報に開示されているように、Ｘ−Ｙ平面内の所定の方向に対しては周期的な凹凸構造を持ち、所定の方向と直交する方向に対しては周期的な凹凸構造を持たず、１／２波長板として作用する。第２の領域３０４、第４の領域３０６における凹凸構造の長手方向（光学軸の方向）は、それぞれ図中のＸ軸に対して４５度、１３５度の角度を成している。この１／２波長板は、入射光に対し、光学軸に垂直な偏光成分と光学軸に平行な偏光成分との間に１８０度の位相差を与える。

このとき、第１の領域３０３、第３の領域３０５へ入射した偏光方向がＸ軸方向である直線偏光は、第１の領域３０３、第３の領域３０５において偏光回転角を与えられず、偏光方向がＸ軸方向である直線偏光のままで第１の領域３０３、第３の領域３０５から出射する。第２の領域３０４へ入射した偏光方向がＹ軸方向である直線偏光は、第２の領域３０４において９０度の偏光回転角を与えられ、偏光方向がＸ軸方向である直線偏光として第２の領域３０４から出射する。第４の領域３０６へ入射した偏光方向がＹ軸方向である直線偏光は、第４の領域３０６において２７０度の偏光回転角を与えられ、偏光方向がＸ軸方向である直線偏光として第４の領域３０６から出射する。これにより、第１の領域３０３〜第４の領域３０６を透過した光は偏光方向が同一となる。

図４は、図１中の１／２波長板層１０９の他の構成例を示す斜視図である。

図４に示す例では、基板４０１の上に、高屈折率層と低屈折率層とを交互に積層した誘電体４０２から成る１／２波長板層が形成されている。基板４０１の材料としては、例えば石英が用いられる。誘電体４０２の高屈折率層、低屈折率層の材料としては、それぞれ例えばＮｂ_２Ｏ_５、ＳｉＯ_２が用いられる。１／２波長板層は、縞状に隣接配置された第１の領域４０３、第２の領域４０４、第３の領域４０５、第４の領域４０６を備えている。１／２波長板層の第１の領域４０３および第３の領域４０５は、図２に示す偏光子層の第１の領域２０３に対応するように設けられており、１／２波長板層の第２の領域４０４および第４の領域４０６は、図２に示す偏光子層の第２の領域２０４に対応するように設けられている。

第１の領域４０３〜第４の領域４０６は、特開２００１−５１１２２号公報に開示されているように、Ｘ−Ｙ平面内の所定の方向に対しては周期的な凹凸構造を持ち、所定の方向と直交する方向に対しては周期的な凹凸構造を持たず、１／２波長板として作用する。第１の領域４０３、第２の領域４０４、第３の領域４０５、第４の領域４０６における凹凸構造の長手方向（光学軸の方向）は、それぞれ図中のＸ軸に対して２２．５度、６７．５度、１１２．５度、１５７．５度の角度を成している。この１／２波長板は、入射光に対し、光学軸に垂直な偏光成分と光学軸に平行な偏光成分との間に１８０度の位相差を与える。

このとき、第１の領域４０３へ入射した偏光方向がＸ軸方向である直線偏光は、第１の領域４０３において４５度の偏光回転角を与えられ、偏光方向がＸ軸に対して４５度の角度を成す直線偏光として第１の領域４０３から出射する。第３の領域４０５へ入射した偏光方向がＸ軸方向である直線偏光は、第３の領域４０５において２２５度の偏光回転角を与えられ、偏光方向がＸ軸に対して２２５度（４５度）の角度を成す直線偏光として第３の領域４０５から出射する。第２の領域４０４へ入射した偏光方向がＹ軸方向である直線偏光は、第２の領域４０４において１３５度の偏光回転角を与えられ、偏光方向がＸ軸に対して２２５度（４５度）の角度を成す直線偏光として第２の領域４０４から出射する。第４の領域４０６へ入射した偏光方向がＹ軸方向である直線偏光は、第４の領域４０６において３１５度の偏光回転角を与えられ、偏光方向がＸ軸に対して４０５度（４５度）の角度を成す直線偏光として第４の領域４０６から出射する。これにより、第１の領域４０３〜第４の領域４０６を透過した光は偏光方向が同一となる。

図５は、図１中の偏光子層１０８の他の構成例を示す斜視図である。

図５に示す例では、Ｎ型半導体層５０１の上に、複数の金属ナノワイヤ５０２から成る偏光子層が形成されている。金属ナノワイヤ５０２の材料としては、例えばＡｌが用いられる。偏光子層は、千鳥状に隣接配置された第１の領域５０３および第２の領域５０４を備えている。第１の領域５０３、第２の領域５０４における金属ナノワイヤ５０２の長手方向は、それぞれ図中のＹ軸方向、Ｘ軸方向である。この偏光子は、入射光のうち、金属ナノワイヤ５０２の長手方向に垂直な偏光成分を透過させ、金属ナノワイヤ５０２の長手方向に平行な偏光成分を反射する。このとき、第１の領域５０３へ入射した光はＸ軸方向の偏光成分が透過してＹ軸方向の偏光成分が反射され、第２の領域５０４へ入射した光はＹ軸方向の偏光成分が透過してＸ軸方向の偏光成分が反射される。

図６は、図１中の１／２波長板層１０９の他の構成例を示す斜視図である。

図６に示す例では、基板６０１の上に、高屈折率層と低屈折率層とを交互に積層した誘電体６０２から成る１／２波長板層が形成されている。基板６０１の材料としては、例えば石英が用いられる。誘電体６０２の高屈折率層、低屈折率層の材料としては、それぞれ例えばＮｂ_２Ｏ_５、ＳｉＯ_２が用いられる。１／２波長板層は、千鳥状に隣接配置された第１の領域６０３、第２の領域６０４、第３の領域６０５、第４の領域６０６を備えている。１／２波長板層の第１の領域６０３および第３の領域６０５は、図５に示す偏光子層の第１の領域５０３に対応するように設けられており、１／２波長板層の第２の領域６０４および第４の領域６０６は、図５に示す偏光子層の第２の領域５０４に対応するように設けられている。

第１の領域６０３および第３の領域６０５は、Ｘ−Ｙ平面内に周期的な凹凸構造を持たず、１／２波長板として作用しない。一方、第２の領域６０４および第４の領域６０６は、特開２００１−５１１２２号公報に開示されているように、Ｘ−Ｙ平面内の所定の方向に対しては周期的な凹凸構造を持ち、所定の方向と直交する方向に対しては周期的な凹凸構造を持たず、１／２波長板として作用する。第２の領域６０４、第４の領域６０６における凹凸構造の長手方向（光学軸の方向）は、それぞれ図中のＸ軸に対して４５度、１３５度の角度を成している。この１／２波長板は、入射光に対し、光学軸に垂直な偏光成分と光学軸に平行な偏光成分との間に１８０度の位相差を与える。

このとき、第１の領域６０３、第３の領域６０５へ入射した偏光方向がＸ軸方向である直線偏光は、第１の領域６０３、第３の領域６０５において偏光回転角を与えられず、偏光方向がＸ軸方向である直線偏光のままで第１の領域６０３、第３の領域６０５から出射する。第２の領域６０４へ入射した偏光方向がＹ軸方向である直線偏光は、第２の領域６０４において９０度の偏光回転角を与えられ、偏光方向がＸ軸方向である直線偏光として第２の領域６０４から出射する。第４の領域６０６へ入射した偏光方向がＹ軸方向である直線偏光は、第４の領域６０６において２７０度の偏光回転角を与えられ、偏光方向がＸ軸方向である直線偏光として第４の領域６０６から出射する。これにより、第１の領域６０３〜第４の領域６０６を透過した光は偏光方向が同一となる。

図７は、図１中の１／２波長板層１０９の他の構成例を示す斜視図である。

図７に示す例では、基板７０１の上に、高屈折率層と低屈折率層とを交互に積層した誘電体７０２から成る１／２波長板層が形成されている。基板７０１の材料としては、例えば石英が用いられる。誘電体７０２の高屈折率層、低屈折率層の材料としては、それぞれ例えばＮｂ_２Ｏ_５、ＳｉＯ_２が用いられる。１／２波長板層は、千鳥状に隣接配置された第１の領域７０３、第２の領域７０４、第３の領域７０５、第４の領域７０６を備えている。１／２波長板層の第１の領域７０３および第３の領域７０５は、図５に示す偏光子層の第１の領域５０３に対応するように設けられており、１／２波長板層の第２の領域７０４および第４の領域７０６は、図５に示す偏光子層の第２の領域５０４に対応するように設けられている。

第１の領域７０３〜第４の領域７０６は、特開２００１−５１１２２号公報に開示されているように、Ｘ−Ｙ平面内の所定の方向に対しては周期的な凹凸構造を持ち、所定の方向と直交する方向に対しては周期的な凹凸構造を持たず、１／２波長板として作用する。第１の領域７０３、第２の領域７０４、第３の領域７０５、第４の領域７０６における凹凸構造の長手方向（光学軸の方向）は、それぞれ図中のＸ軸に対して２２．５度、６７．５度、１１２．５度、１５７．５度の角度を成している。この１／２波長板は、入射光に対し、光学軸に垂直な偏光成分と光学軸に平行な偏光成分との間に１８０度の位相差を与える。

このとき、第１の領域７０３へ入射した偏光方向がＸ軸方向である直線偏光は、第１の領域７０３において４５度の偏光回転角を与えられ、偏光方向がＸ軸に対して４５度の角度を成す直線偏光として第１の領域７０３から出射する。第３の領域７０５へ入射した偏光方向がＸ軸方向である直線偏光は、第３の領域７０５において２２５度の偏光回転角を与えられ、偏光方向がＸ軸に対して２２５度（４５度）の角度を成す直線偏光として第３の領域７０５から出射する。第２の領域７０４へ入射した偏光方向がＹ軸方向である直線偏光は、第２の領域７０４において１３５度の偏光回転角を与えられ、偏光方向がＸ軸に対して２２５度（４５度）の角度を成す直線偏光として第２の領域７０４から出射する。第４の領域７０６へ入射した偏光方向がＹ軸方向である直線偏光は、第４の領域７０６において３１５度の偏光回転角を与えられ、偏光方向がＸ軸に対して４０５度（４５度）の角度を成す直線偏光として第４の領域７０６から出射する。これにより、第１の領域７０３〜第４の領域７０６を透過した光は偏光方向が同一となる。

図２ないし図４に示したように、偏光子層１０８の第１の領域および第２の領域、１／２波長板層１０９の第１の領域〜第４の領域を縞状に隣接配置した場合には、偏光子層１０８と１／２波長板層との間のＸ−Ｙ平面内の位置合わせを容易に行うことができる。

図５ないし図７に示したように、偏光子層１０８の第１の領域および第２の領域、１／２波長板層１０９の第１の領域〜第４の領域を千鳥状に隣接配置した場合には、発光素子１００の出射面上における光強度分布の不均一性がスクリーン上における光強度分布の不均一性に与える影響を低減することができる。

１／２波長板層における光学軸に垂直な偏光成分、光学軸に平行な偏光成分の透過率および両者の間の位相差について説明する。ここで、１／２波長板層の構成として図３に示す第２の領域３０４、第４の領域３０６の構成を考え、入射光の波長を４５０ｎｍ、高屈折率層、低屈折率層の材料をそれぞれＮｂ_２Ｏ_５、ＳｉＯ_２、厚さを各８４ｎｍ、層数を各１６層、Ｘ−Ｙ平面内の凹凸構造の周期を１６０ｎｍとした。この条件で、透過率および位相差の入射角依存性を計算した。

図８は、１／２波長板層における入射光の角度と透過率との関係の計算例を示す図であり、（ａ）は光学軸に垂直な面内で入射光の角度を変化させた場合、（ｂ）は光学軸に平行な面内で入射光の角度を変化させた場合の計算例である。図の横軸は入射光の角度、縦軸は光学軸に垂直な偏光成分と光学軸に平行な偏光成分との平均の透過率である。

入射光の角度が０度のときの透過率はほぼ１である。光学軸に垂直な面内においては、透過率は入射光の角度が５０度を超えると急激に低下する。これに対し、光学軸に平行な面内においては、透過率は入射光の角度が９０度に近づいてもあまり低下しない。

図９は、１／２波長板層における入射光の角度と位相差との関係の計算例を示す図であり、（ａ）は光学軸に垂直な面内で入射光の角度を変化させた場合、（ｂ）は光学軸に平行な面内で入射光の角度を変化させた場合の計算例である。図の横軸は入射光の角度、縦軸は光学軸に垂直な偏光成分と光学軸に平行な偏光成分との間の位相差である。

入射光の角度が０度のときの位相差はほぼ１８０度である。光学軸に垂直な面内においては、位相差は入射光の角度が３０度を超えると急激に変化し、入射光の角度が４５度の付近で３６０度に達する。これに対し、光学軸に平行な面内においては、位相差は入射光の角度が９０度に近づいても大きく変化せず、２７０度程度にとどまる。

透過率をＴ、位相差をδとすると、発光素子から出射し、１／２波長板層を透過してライトバルブへ入射する光の効率（以下「１／２波長板層の効率」と呼ぶ）はＴｓｉｎ^２（δ／２）で表される。入射光の角度が０度のときの効率はほぼ１である。光学軸に垂直な面内においては、効率は入射光の角度が増加するに従って低下し、入射光の角度が４５度の付近でほぼ０になる。これに対し、光学軸に平行な面内においては、効率は入射光の角度が９０度に近づいても大きく低下せず、０．５程度にとどまる。

通常、ＬＥＤからの出射光の光強度の角度依存性は、出射光の角度をθとするとｃｏｓθで表される。このとき、１／２波長板層を用いた発光素子からの出射光の光強度の角度依存性は、１／２波長板層の効率を考慮すると以下のようになる。光学軸に垂直な面内においては、光強度はθが４５度の付近でほぼ０になることから、ｃｏｓθではなくｃｏｓ２θで近似することができる。これに対し、光学軸に平行な面内においては、光強度はθが９０度に近づいてもｃｏｓθを大きく下回らないことから、ｃｏｓθで近似することができる。

以下に、特願２００９−２４３３６７号において提案されている発光素子を用いた場合と本発明の発光素子を用いた場合とで、配光特性の対称性およびスクリーン上における光強度分布に関して比較を行う。特願２００９−２４３３６７号において提案されている発光素子に用いる１／２波長板層としては図１９に示すものを考える。図１９に示す例では、基板１９０１の上に、誘電体１９０２から成る１／２波長板層が形成されている。１／２波長板層は、縞状に隣接配置された第１の領域１９０３および第２の領域１９０４を備えている。第１の領域１９０３は１／２波長板として作用せず、第２の領域１９０４は１／２波長板として作用する。第２の領域１９０４における光学軸の方向は、図中のＸ軸に対して４５度の角度を成している。ここでは、第２の領域１９０４を透過する光に着目する。一方、本発明の発光素子に用いる１／２波長板層としては図３に示すものを考える。ここでは、第２の領域３０４、第４の領域３０６を透過する光に着目する。

図１０は、発光素子から出射してライトバルブへ入射する光の配光特性の計算例を示す図であり、（ａ）は図１９に示す１／２波長板層を用いた場合、（ｂ）は図３に示す１／２波長板層を用いた場合の計算例である。図の水平方向、垂直方向はそれぞれＸ軸方向、Ｙ軸方向の断面内における光の角度に対応しており、表示範囲は−９０°≦θ_Ｘ≦＋９０°、−９０°≦θ_Ｙ≦＋９０°である。図には各々の光の角度に対応する光強度が等強度線が示されている。

図１９に示す１／２波長板層を用いた場合、図１０（ａ）に示すように、図中のθ_Ｘ軸に対して１３５度の角度を成す方向の断面内（光学軸に垂直な面内）における光強度はｃｏｓ２θで与えられ、図中のθ_Ｘ軸に対して４５度の角度を成す方向の断面内（光学軸に平行な面内）における光強度はｃｏｓθで与えられる。このため、θ_Ｘ＜０かつθ_Ｙ＜０の領域およびθ_Ｘ＞０かつθ_Ｙ＞０の領域では光強度が強く、θ_Ｘ＜０かつθ_Ｙ＞０の領域およびθ_Ｘ＞０かつθ_Ｙ＜０の領域では光強度が弱くなり、配光特性は対称性が悪いものになる。

一方、図３に示す１／２波長板層を用いた場合、第２の領域３０４を透過してライトバルブへ入射する光の配光特性は図１０（ａ）に示すものと同じであり、第４の領域３０６を透過してライトバルブへ入射する光の配光特性は図１０（ａ）に示すものをθ_Ｘ−θ_Ｙ平面内で９０度回転させたものになる。従って、両方の光を重ね合わせることにより、図１０（ｂ）に示すように、図中のθ_Ｘ軸に対して１３５度の角度を成す方向の断面内における光強度と図中のθ_Ｘ軸に対して４５度の角度を成す方向の断面内における光強度とが平均化される。このため、θ_Ｘ＜０かつθ_Ｙ＜０の領域、θ_Ｘ＞０かつθ_Ｙ＞０の領域、θ_Ｘ＜０かつθ_Ｙ＞０の領域、θ_Ｘ＞０かつθ_Ｙ＜０の領域で光強度が同じになり、配光特性は対称性が良いものになる。

図１１は、発光素子を用いた光源ユニットの構成を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。通常、画像表示装置においては、投写画像の輝度を高めるために、複数個の発光素子が用いられる。また、複数個の発光素子からの出射光を合成すると共に、スクリーン上における光強度分布の均一性を高めるために、ロッドインテグレータが用いられる。ここでは、４個の発光素子１１０１〜１１０４とロッドインテグレータ１１０５とを用いて光源ユニットが構成されている。

ロッドインテグレータ１１０５のＸ−Ｙ平面内のサイズをＷ×Ｗ、長さをＬ、屈折率をｎとしたとき、Ｗ＝Ｌｔａｎφ（但しφ＝ｓｉｎ^−１（１／ｎ））であるとする。また、Ｘ−Ｙ平面内における４個の発光素子１１０１〜１１０４の中心は、ロッドインテグレータ１１０５の中心を原点としたとき、Ｘ＝±Ｗ／４、Ｙ＝±Ｗ／４の位置にあるとする。ロッドインテグレータ１１０５は、入射面上における任意の点から出射した光を出射面上で重ね合わせることにより、出射面上における光強度分布の均一性を高めるものである。そこで、入射面上における点の代表として４個の発光素子１１０１〜１１０４の中心を選び、４個の発光素子１１０１〜１１０４の中心から出射した光を出射面上で重ね合わせたときの、出射面上における光強度分布を計算した。

図１２は、光源ユニットの出射面上における光強度分布の計算例を示す図であり、（ａ）は図１９に示す１／２波長板層を用いた場合、（ｂ）は図３に示す１／２波長板層を用いた場合の計算例である。図の水平方向、垂直方向はそれぞれＸ軸方向、Ｙ軸方向における位置に対応しており、表示範囲は−Ｗ／２≦Ｘ≦＋Ｗ／２、−Ｗ／２≦Ｙ≦＋Ｗ／２である。図には各々の位置に対応する光強度が等強度線で示されている。

図１９に示す１／２波長板層を用いた場合、図１２（ａ）に示すように、図中のＸ軸に対して１３５度の角度を成す方向の断面内（光学軸に垂直な面内）における光強度は弱く、図中のＸ軸に対して４５度の角度を成す方向の断面内（光学軸に平行な面内）における光強度は強くなる。このため、Ｘ＜０かつＹ＜０の領域およびＸ＞０かつＹ＞０の領域では光強度が強く、Ｘ＜０かつＹ＞０の領域およびＸ＞０かつＹ＜０の領域では光強度が弱くなり、光強度分布は均一性が悪いものになる。

一方、図３に示す１／２波長板層を用いた場合、第２の領域３０４を透過した光の光源ユニットの出射面上における光強度分布は図１２（ａ）に示すものと同じであり、第４の領域３０６を透過した光の光源ユニットの出射面上における光強度分布は図１２（ａ）に示すものをＸ−Ｙ平面内で９０度回転させたものになる。従って、両方の光を重ね合わせることにより、図１２（ｂ）に示すように、図中のＸ軸に対して１３５度の角度を成す方向の断面内における光強度と図中のＸ軸に対して４５度の角度を成す方向の断面内における光強度とが平均化される。このため、Ｘ＜０かつＹ＜０の領域、Ｘ＞０かつＹ＞０の領域、Ｘ＜０かつＹ＞０の領域、Ｘ＞０かつＹ＜０の領域で光強度が同じになり、光強度分布は均一性が良いものになる。

画像表示装置においては、光源ユニットの出射面上における−３Ｗ／８≦Ｘ≦＋３Ｗ／８、−３Ｗ／８≦Ｙ≦＋３Ｗ／８の範囲が、集光レンズを介してライトバルブ上に結像され、さらに投写レンズを介してスクリーン上に結像されるものとする。このとき、スクリーン上における光強度の標準偏差σを光強度の平均μで割った値は、図１９に示す１／２波長板層を用いた場合は０．２４２となり、図３に示す１／２波長板層を用いた場合は０．０１４となる。σ／μの値が小さいほど、スクリーン上における光強度分布が均一になり投写画像の輝度むらが抑制される。

図１９に示す１／２波長板層を用いた場合、ここでは第２の領域１９０４を透過する光に着目して考えたが、実際には第１の領域１９０３を透過する光を含めて考える必要がある。第１の領域１９０３を透過した光の光源ユニットの出射面上における光強度分布はほぼ均一であるため、この光を含めて考えた場合、σ／μの値は０．２４２の約半分になる。

一方、図３に示す１／２波長板層を用いた場合、ここでは第２の領域３０４、第４の領域３０６を透過する光に着目して考えたが、実際には第１の領域３０３、第３の領域３０５を透過する光を含めて考える必要がある。第１の領域３０３、第３の領域３０５を透過した光の光源ユニットの出射面上における光強度分布はほぼ均一であるため、これらの光を含めて考えた場合、σ／μの値は０．０１４の約半分になる。

以上に述べたように、図１９に示す１／２波長板層を用いた特願２００９−２４３３６７号において提案されている発光素子は、配光特性の対称性により、画像表示装置に用いた場合、スクリーン上における光強度分布が不均一となり投写画像に輝度むらが発生することがある。これに対し、図３に示す１／２波長板層を用いた本発明の発光素子は、配光特性の対称性が良いため、画像表示装置に用いた場合、スクリーン上における光強度分布が均一になり投写画像に輝度むらが発生しない。

以上の説明は、本発明の発光素子として図３に示す１／２波長板層を用いた場合について行ったが、図４、図６、図７に示す１／２波長板層を用いた場合にも、１／２波長板層は光学軸の方向が互いに直交する２つの領域を備えているため、同様の効果が得られることは容易に理解できる。

図１３は、本発明による発光素子を用いた画像表示装置の一実施形態の構成を示すブロック図である。本実施形態の画像表示装置は、複数の画素から成る液晶表示素子１３０３Ｒ、１３０３Ｇ、１３０３Ｂを用いて画像を形成するものであり、各画素は配向方向を個別に制御可能な液晶分子を有している。

図１３に示される画像表示装置は、赤色光を発生する光源ユニット１３０１Ｒ、緑色光を発生する光源ユニット１３０１Ｇ、青色光を発生する光源ユニット１３０１Ｂ、を備えている。これらの光源ユニットは、図１１を用いて説明したように、それぞれ本発明による発光素子４個とロッドインテグレータとを用いて構成されている。

光源ユニット１３０１Ｒにおいて発生した赤色光は集光レンズ１３０２Ｒを介して赤色用画像を表示する液晶表示素子１３０３Ｒを照射し、これにより液晶表示素子１３０３Ｒにおいて生成された赤色画像光が色合成プリズム１３０４へ入射する。

光源ユニット１３０１Ｇにおいて発生した緑色光は集光レンズ１３０２Ｇを介して緑色用画像を表示する液晶表示素子１３０３Ｇを照射し、これにより液晶表示素子１３０３Ｇにおいて生成された緑色画像光が色合成プリズム１３０４へ入射する。

光源ユニット１３０１Ｂにおいて発生した青色光は集光レンズ１３０２Ｂを介して青色用画像を表示する液晶表示素子１３０３Ｂを照射し、これにより液晶表示素子１３０３Ｂにおいて生成された青色画像光が色合成プリズム１３０４へ入射する。

色合成プリズム１３０４へ入射した赤色画像光、緑色画像光、青色画像光は色合成プリズム１３０４において合成され、合成された画像光は投写レンズ１３０５を介してスクリーンへ投写される。

本実施形態の画像表示装置は、出射光の偏光状態が揃っていない光源ユニットを用いた、同様の構成の画像表示装置に比べ、液晶表示素子１３０３Ｒ、１３０３Ｇ、１３０３Ｂにおいて５０％の光損失が生じないため、輝度を２倍に高めることができる。

図１４は、本発明による発光素子を用いた画像表示装置の他の実施形態の構成を示すブロック図である。本実施形態の画像表示装置は、複数の画素から成るマイクロミラー１４０４を用いて画像を形成するものであり、各画素は角度を個別に制御可能なマイクロミラーを有している。

図１４に示される画像表示装置は、赤色光を発生する光源ユニット１４０１Ｒ、緑色光を発生する光源ユニット１４０１Ｇ、青色光を発生する光源ユニット１４０１Ｂ、を備えている。これらの光源ユニットは、図１１を用いて説明したように、それぞれ本発明による発光素子４個とロッドインテグレータとを用いて構成されている。

光源ユニット１４０１Ｒにおいて発生した赤色光は集光レンズ１４０２Ｒを介して色合成プリズム１４０３へ入射する。光源ユニット１４０１Ｇにおいて発生した緑色光は集光レンズ１４０２Ｇを介して色合成プリズム１４０３へ入射する。光源ユニット１４０１Ｂにおいて発生した青色光は集光レンズ１４０２Ｂを介して色合成プリズム１４０３へ入射する。

光源ユニット１４０１Ｒ、光源ユニット１４０１Ｇ、光源ユニット１４０１Ｂは、各色の点灯状態が順番に切り替えられるように制御可能であり、色合成プリズム１４０３から赤色光、緑色光、青色光がマイクロミラー１４０４へ順番に照射される。

マイクロミラー１４０４は照射された光の色に応じた画像を順番に表示する。これにより、マイクロミラー１４０４において生成された赤色画像光、緑色画像光、青色画像光が投写レンズ１４０５を介してスクリーンへ順番に投写される。

色合成プリズム１４０３は、赤色光のＳ偏光成分を全て反射し、緑色光のＰ偏光成分を全て透過させ、青色光のＳ偏光成分を全て反射するが、赤色光のＰ偏光成分は一部しか反射せず、緑色光のＳ偏光成分は一部しか透過させず、青色光のＰ偏光成分は一部しか反射しない。

このため、光源ユニットからの出射光の偏光状態が揃っていない場合、赤色光、緑色光、青色光のいずれも、色合成プリズム１４０３において一方の偏光成分に対しては光損失が生じないが、他方の偏光成分に対しては光損失が生じる。

これに対し、光源ユニットからの出射光が直線偏光である場合、赤色光はＳ偏光、緑色光はＰ偏光、青色光はＳ偏光として色合成プリズム１４０３へ入射させれば、赤色光、緑色光、青色光のいずれも、色合成プリズム１４０３において光損失が生じない。

すなわち、本実施形態の画像表示装置は、出射光の偏光状態が揃っていない光源ユニットを用いた同様の構成の画像表示装置に比べ、色合成プリズム１４０３において光損失が生じないため、輝度を高めることができる。

図１５は、本発明による発光素子を用いた画像表示装置の他の実施形態の構成を示すブロック図である。本実施形態の画像表示装置は、複数の画素から成るマイクロミラー１５０５を用いて画像を形成するものであり、各画素は角度を個別に制御可能なマイクロミラーを有している。

図１５に示される画像表示装置は、赤色光を発生する光源ユニット１５０１ＲＰ、１５０１ＲＳ、緑色光を発生する光源ユニット１５０１ＧＰ、１５０１ＧＳ、青色光を発生する光源ユニット１５０１ＢＰ、１５０１ＢＳを備えている。これらの光源ユニットは、図１１を用いて説明したように、それぞれ本発明による発光素子４個とロッドインテグレータとを用いて構成されている。

光源ユニット１５０１ＲＰ、１５０１ＲＳにおいて発生した赤色光はそれぞれＰ偏光、Ｓ偏光として偏光ビームスプリッタ１５０２Ｒへ入射する。偏光ビームスプリッタ１５０２ＲはＰ偏光を透過させ、Ｓ偏光を反射する。従って、光源ユニット１５０１ＲＰ、１５０１ＲＳにおいて発生した赤色光は偏光ビームスプリッタ１５０２Ｒにおいて合成され、合成された赤色光は集光レンズ１５０３Ｒを介して色合成プリズム１５０４へ入射する。

光源ユニット１５０１ＧＰ、１５０１ＧＳにおいて発生した緑色光はそれぞれＰ偏光、Ｓ偏光として偏光ビームスプリッタ１５０２Ｇへ入射する。偏光ビームスプリッタ１５０２ＧはＰ偏光を透過させ、Ｓ偏光を反射する。従って、光源ユニット１５０１ＧＰ、１５０１ＧＳにおいて発生した緑色光は偏光ビームスプリッタ１５０２Ｇにおいて合成され、合成された緑色光は集光レンズ１５０３Ｇを介して色合成プリズム１５０４へ入射する。

光源ユニット１５０１ＢＰ、１５０１ＢＳにおいて発生した青色光はそれぞれＰ偏光、Ｓ偏光として偏光ビームスプリッタ１５０２Ｂへ入射する。偏光ビームスプリッタ１５０２ＢはＰ偏光を透過させ、Ｓ偏光を反射する。従って、光源ユニット１５０１ＢＰ、１５０１ＢＳにおいて発生した青色光は偏光ビームスプリッタ１５０２Ｂにおいて合成され、合成された青色光は集光レンズ１５０３Ｂを介して色合成プリズム１５０４へ入射する。

光源ユニット１５０１ＲＰ、１５０１ＲＳ、光源ユニット１５０１ＧＰ、１５０１ＧＳ、光源ユニット１５０１ＢＰ、１５０１ＢＳは、各色の点灯状態が順番に切り替えられるように制御可能であり、色合成プリズム１５０４から赤色光、緑色光、青色光がマイクロミラー１５０５へ順番に照射される。

マイクロミラー１５０５は照射された光の色に応じた画像を順番に表示する。これにより、マイクロミラー１５０５において生成された赤色画像光、緑色画像光、青色画像光が投写レンズ１５０６を介してスクリーンへ順番に投写される。

光源ユニットからの出射光の偏光状態が揃っていない場合、偏光ビームスプリッタにおいて５０％の光損失が生じるため、図１４に示す構成の画像表示装置に比べ、光源ユニットの数が２倍であるにも関わらず輝度を高めることができない。

これに対し、光源ユニットからの出射光が直線偏光である場合、偏光ビームスプリッタにおいて５０％の光損失が生じないため、図１４に示す構成の画像表示装置に比べ、光源ユニットの数が２倍であることにより輝度を２倍に高めることができる。

図１６は、図１３に示した画像表示装置の駆動系の構成を示す図である。

駆動回路１６０２Ｒ、１６０２Ｇ、１６０２Ｂは、それぞれ光源ユニット１３０１Ｒ、１３０１Ｇ、１３０１Ｂを駆動する。これにより、光源ユニット１３０１Ｒ、１３０１Ｇ、１３０１Ｂは、画像表示動作時には常に点灯した状態となる。なお、光源ユニット１３０１Ｒ、１３０１Ｇ、１３０１Ｂは、１つの駆動回路により駆動されるものとしても良い。

画像信号処理回路１６０１は、外部のＰＣ（パーソナルコンピュータ）や画像再生装置等から与えられる入力画像信号に応じて赤色用画像、緑色用画像、青色用画像を表示するための信号を生成し、それぞれの信号を駆動回路１６０３Ｒ、１６０３Ｇ、１６０３Ｂへ供給する。

駆動回路１６０３Ｒ、１６０３Ｇ、１６０３Ｂは、画像信号処理回路１６０１から供給された信号により、それぞれ液晶表示素子１３０３Ｒ、１３０３Ｇ、１３０３Ｂを駆動する。これにより、液晶表示素子１３０３Ｒ、１３０３Ｇ、１３０３Ｂはそれぞれ赤色用画像、緑色用画像、青色用画像を表示する。

図１７は、図１４に示した画像表示装置の駆動系の構成を示す図である。

画像信号処理回路１７０１は、外部のＰＣや画像再生装置等から与えられる入力画像信号に応じて赤色用画像、緑色用画像、青色用画像を表示するための信号を生成し、これらの信号を順番に駆動回路１７０３へ供給する。

また、画像信号処理回路１７０１は、赤色用画像を表示するための信号を駆動回路１７０３へ供給するのと同時に、赤色光を発生させるための信号を生成してこの信号を駆動回路１７０２Ｒへ供給し、緑色用画像を表示するための信号を駆動回路１７０３へ供給するのと同時に、緑色光を発生させるための信号を生成してこの信号を駆動回路１７０２Ｇへ供給し、青色用画像を表示するための信号を駆動回路１７０３へ供給するのと同時に、青色光を発生させるための信号を生成してこの信号を駆動回路１７０２Ｂへ供給する。

駆動回路１７０３は、画像信号処理回路１７０１から供給された信号により、マイクロミラー１４０４を駆動する。これにより、マイクロミラー１４０４は赤色用画像、緑色用画像、青色用画像を順番に表示する。

駆動回路１７０２Ｒ、１７０２Ｇ、１７０２Ｂは、画像信号処理回路１７０１から供給された信号により、それぞれ光源ユニット１４０１Ｒ、１４０１Ｇ、１４０１Ｂを駆動する。これにより、マイクロミラー１４０４が赤色用画像を表示している時には光源ユニット１４０１Ｒが点灯し、マイクロミラー１４０４が緑色用画像を表示している時には光源ユニット１４０１Ｇが点灯し、マイクロミラー１４０４が青色用画像を表示している時には光源ユニット１４０１Ｂが点灯する。

図１８は、図１５に示した画像表示装置の駆動系の構成を示す図である。

画像信号処理回路１８０１は、外部のＰＣや画像再生装置等から与えられる入力画像信号に応じて赤色用画像、緑色用画像、青色用画像を表示するための信号を生成し、これらの信号を順番に駆動回路１８０３へ供給する。

また、画像信号処理回路１８０１は、赤色用画像を表示するための信号を駆動回路１８０３へ供給するのと同時に、赤色光を発生させるための信号を生成してこの信号を駆動回路１８０２ＲＰ、１８０２ＲＳへ供給し、緑色用画像を表示するための信号を駆動回路１８０３へ供給するのと同時に、緑色光を発生させるための信号を生成してこの信号を駆動回路１８０２ＧＰ、１８０２ＧＳへ供給し、青色用画像を表示するための信号を駆動回路１８０３へ供給するのと同時に、青色光を発生させるための信号を生成してこの信号を駆動回路１８０２ＢＰ、１８０２ＢＳへ供給する。

駆動回路１８０３は、画像信号処理回路１８０１から供給された信号により、マイクロミラー１５０５を駆動する。これにより、マイクロミラー１５０５は赤色用画像、緑色用画像、青色用画像を順番に表示する。

駆動回路１８０２ＲＰ、１８０２ＲＳ、１８０２ＧＰ、１８０２ＧＳ、１８０２ＢＰ、１８０２ＢＳは、画像信号処理回路１８０１から供給された信号により、それぞれ光源ユニット１５０１ＲＰ、１５０１ＲＳ、１５０１ＧＰ、１５０１ＧＳ、１５０１ＢＰ、１５０１ＢＳを駆動する。これにより、マイクロミラー１５０５が赤色用画像を表示している時には光源ユニット１５０１ＲＰ、１５０１ＲＳが点灯し、マイクロミラー１５０５が緑色用画像を表示している時には光源ユニット１５０１ＧＰ、１５０１ＧＳが点灯し、マイクロミラー１５０５が青色用画像を表示している時には光源ユニット１５０１ＢＰ、１５０１ＢＳが点灯する。

この出願は２０１０年３月１１日に出願された日本出願特願２０１０−０５４４２８号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

１００発光素子
１０１サブマウント
１０２Ｐ型電極
１０３反射層
１０４Ｐ型半導体層
１０５活性層
１０６Ｎ型半導体層
１０７Ｎ型電極
１０８偏光子層
１０９１／２波長板層

Claims

光を発生する活性層を備える発光素子であって、
前記活性層で発生した光のうち、第１の方向の偏光成分を透過させ、それ以外の偏光成分を反射する第１の領域と、前記第１の方向と直交する第２の方向の偏光成分を透過させ、それ以外の偏光成分を反射する第２の領域と、を備える偏光子層と、
前記第１の領域から出射した光を入射させる第３の領域および第５の領域と、前記第２の領域から出射した光を入射させる第４の領域および第６の領域とを備え、前記第３の領域〜前記第６の領域へ入射した光を偏光方向が同一の光として出射させる１／２波長板層と、
前記第１の領域および前記第２の領域で反射された光を反射する反射層と、を有し、前記反射層の上に前記活性層が形成され、前記活性層の上に前記偏光子層が形成され、前記偏光子層の上に前記１／２波長板層が形成され、
前記１／２波長板層は、高屈折率層と低屈折率層とを交互に積層した誘電体から成り、前記第３の領域から前記第６の領域のうち少なくとも２つの領域において、所定の方向に周期的な凹凸構造を持って形成され、
前記第３の領域と前記第５の領域、または、前記第４の領域と前記第６の領域の少なくとも一方は、前記凹凸構造の長手方向である光学軸の方向が互いに直交していることを特徴とする発光素子。
請求項１記載の発光素子において、
前記第１の領域と前記第２の領域、および、前記第３の領域ないし前記第６の領域は、縞状に隣接配置されていることを特徴とする発光素子。
請求項１記載の発光素子において、
前記第１の領域と前記第２の領域、および、前記第３の領域ないし前記第６の領域は、千鳥状に隣接配置されていることを特徴とする発光素子。
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の発光素子において、
前記第３の領域および前記第５の領域は入射光に対して偏光回転角を与えずに出射させ、前記第４の領域は入射光に対して９０度の偏光回転角を与えて出射させ、前記第６の領域は入射光に対して２７０度の偏光回転角を与えて出射させることを特徴とする発光素子。
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の発光素子において、
前記第３の領域は入射光に対して所定の偏光回転角を与えて出射させ、前記第５の領域は入射光に対して前記第３の領域で与えられる偏光回転角に１８０度を加えた偏光回転角を与えて出射させ、前記第４の領域は入射光に対して前記第３の領域で与えられる偏光回転角に９０度を加えた偏光回転角を与えて出射させ、前記第６の領域は入射光に対して前記第３の領域で与えられる偏光回転角に２７０度を加えた偏光回転角を与えて出射させることを特徴とする発光素子。
請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の発光素子を用いた画像表示装置。