(57)【要約】【課題】            光学特性が制御された光を効率的に利用できる発光装置を提供すること。【解決手段】        偏光状態が制御された光を照射する発光装置10であって、光を発する発光素子１と、光のうち予め定められた基準方向と平行な偏光軸の偏光Ａを透過し、当該基準方向と垂直な偏光軸の偏光Ｂを反射する偏光子２と、偏光Ｂの偏光軸を変えて偏光子２側に反射させる偏光軸変換機構と、を具備する。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
偏光状態が制御された光を照射する発光装置であって、
光を発する発光素子と、
前記光のうち予め定められた基準方向と平行な偏光軸の偏光Ａを透過し、当該基準方向と垂直な偏光軸の偏光Ｂを反射する偏光子と、
前記偏光Ｂの偏光軸を変えて前記偏光子側に反射させる偏光軸変換機構と、
を具備することを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記偏光軸変換機構は、前記偏光Ｂを円偏光又は楕円偏光に変換する第１相差素子と、光を前記位相差素子側に反射するミラーと、からなることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
【請求項３】
前記偏光軸変換機構は、光を前記偏光子側に反射する回転体状のミラーからなることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
【請求項４】
前記発光素子と前記偏光子の間に、光を長波長の光に変換する蛍光物質を有する蛍光部を具備することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の発光装置。
【請求項５】
前記偏光子は金属からなるワイヤグリッドからなり、
前記ワイヤグリッドは、当該ワイヤグリッドの熱を放熱する放熱部と接続されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の発光装置。
【請求項６】
前記放熱部は、前記ワイヤグリッドを前記発光素子に所定の間隔を空けて保持する保持部を兼ねており、
前記ワイヤグリッドは、当該ワイヤグリッドを構成するワイヤが前記保持部に直接接触するように配置されることを特徴とする請求項５記載の発光装置。
【請求項７】
前記偏光子を透過した偏光Ａを円偏光又は楕円偏光に変換する第２位相差素子を具備することを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の発光装置。
【請求項８】
前記第２位相差素子は、前記偏光子部を透過した偏光Ａを右円偏光又は右楕円偏光に変換するものであることを特徴とする請求項７記載の発光装置。
【請求項９】
前記第２位相差素子は、前記偏光子部を透過した偏光Ｂを左円偏光又は左楕円偏光に変換するものであることを特徴とする請求項７記載の発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学特性が制御された発光装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光（電磁波）の偏光は化学反応や生体反応に大きく影響することが知られており、様々な分野で応用されている。例えば、紫外線の線偏光は、液晶の下地となる樹脂を配向させる技術として利用されている。また、植物の成長や成熟を起こす生体内の反応に寄与する化学物質は円偏光の右旋回、左旋回の一方のみを吸収する。したがって、いずれか一方の回転の光のみを照射する照明で植物を栽培すると、成長の促進や抑制を制御することができ、生産者にとって望ましい性質を持った作物を栽培することが可能である（特許文献１、特許文献２）。またこれらの円偏光の光源は、薬品の合成などにも応用することが可能である（特許文献３）。
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−４９
【特許文献２】特開２０１６−１６５３０４
【特許文献３】特開２００１−１３１０９３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来から、光（電磁波）の光学特性を制御するために、ヨウ素を含浸した樹脂からなる吸収性の偏光子が用いられている。しかし、吸収性の偏光子を使用すると、半分以上の光が吸収され光源が暗くなる。また、樹脂であるため、ディスプレイと異なり高温で長時間使用する照明では、劣化や火災の可能性があり使用条件が制限される。一方、ワイヤグリッド偏光子は、耐熱性・耐環境性が高い、Ｐ偏光の吸収がなく透過度が高い、広範囲の波長域で機能する、色度再現性が高い、薄型化が可能等の利点があり、液晶ディスプレイの偏光子、フォトリソグラフィの偏光照明、光配向用のＵＶ偏光照明などに利用されている。
【０００５】
このようなワイヤグリッド偏光子は、反射したＳ偏光を再利用することができれば透過率を上げることができる。しかしながら、反射したＳ偏光を対向するミラーで単に反射させるだけでは偏光の方向が変わらないため、ワイヤグリッド偏光子を透過させることができない。
【０００６】
そこで本発明は、光学特性が制御された光を効率的に利用できる発光装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の発光装置は、偏光状態が制御された光を照射するものであって、光を発する発光素子と、前記光のうち予め定められた基準方向と平行な偏光軸の偏光Ａを透過し、当該基準方向と垂直な偏光軸の偏光Ｂを反射する偏光子と、前記偏光Ｂの偏光軸を変えて前記偏光子側に反射させる偏光軸変換機構と、を具備することを特徴とする。
【０００８】
この場合、前記偏光軸変換機構は、前記偏光Ｂを円偏光又は楕円偏光に変換する第１相差素子と、光を前記位相差素子側に反射するミラーと、からなる。また、前記偏光軸変換機構は、光を前記偏光子側に反射する回転体状のミラーからなるものでも良い。
【０００９】
また、前記発光素子と前記偏光子の間に、光を長波長の光に変換する蛍光物質を有する蛍光部を具備しても良い。
【００１０】
また、前記偏光子は金属からなるワイヤグリッドからなり、前記ワイヤグリッドは、当該ワイヤグリッドの熱を放熱する放熱部と接続されていても良い。この場合、前記放熱部は、前記ワイヤグリッドを前記発光素子に所定の間隔を空けて保持する保持部を兼ねており、前記ワイヤグリッドは、当該ワイヤグリッドを構成するワイヤが前記保持部に直接接触するように配置しても良い。
【００１１】
また、前記偏光子を透過した偏光Ａを円偏光又は楕円偏光に変換する第２位相差素子を具備しても良い。この場合、前記第２位相差素子は、前記偏光子部を透過した偏光Ａを右円偏光又は右楕円偏光に変換するものであるか、あるいは、前記偏光子部を透過した偏光Ｂを左円偏光又は左楕円偏光に変換するものであれば良い。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の発光装置は、光学特性が制御された光を効率的に利用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の発光装置を示す概略平面図である。
【図２】図１のＸ−Ｘ矢印方向から見た本発明の発光装置を示す概略断面図である。
【図３】図１のＹ−Ｙ矢印方向から見た本発明の発光装置を示す概略断面図である。
【図４】本発明の発光装置を示す概略平面図である。
【図５】本発明の別の発光装置を示す概略断面図である。
【図６】シミュレーションに用いた桶状のミラーを有する発光装置を説明する図である。
【図７】シミュレーションに用いた回転体状のミラーを有する発光装置を説明する図である。
【図８】ミラーが回転体状である本発明の発光装置を示す概略断面図である。
【図９】本発明に係る偏光子を示す概略平面図である。
【図１０】第２の位相差素子を有する本発明の発光装置を示す概略断面図である。
【図１１】第２の位相差素子を有する本発明の別の発光装置を示す概略断面図である。
【図１２】蛍光部を有する本発明の発光装置を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、本発明の発光装置10について説明する。本発明の発光装置10は、図１〜３に示すように、発光素子１と、偏光子２と、偏光軸変換機構とで主に構成される。
【００１５】
発光素子１は、光（電磁波）を発するものであればどのようなものでも良いが、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）や有機エレクトロルミネッセンス（ＯＥＬ）等が該当する。なお、発光素子１が発する光の波長λには、一定の幅があっても良い。また、発光素子１が発する光は可視光に限られるものではなく、紫外線や赤外線等であっても良い。当該発光素子１は、電極11、電極12に接続されている。
【００１６】
偏光子２は、発光素子１が発した光のうち予め定められた基準方向と平行な偏光軸の偏光Ａを透過し、当該基準方向と垂直な偏光軸の偏光Ｂを反射するものである。偏光子２としては、上記説明のような反射型のものであればどのようなものでも良いが、例えば、基部21と、当該基部21上に形成され凹凸構造からなる偏光子部22とで構成することができる。
【００１７】
基部21は、偏光子部22を支持すると共に、光を透過可能な誘電体からなる。誘電体としては、発光素子１が発する光の少なくとも一部を透過可能なものであればどのようなものでも良いが、例えば、石英、無アルカリガラス等の無機化合物を用いることができる。また、樹脂を用いても良い。基部21の形状はどのようなものでも良いが、例えば、図２に示すように、平行な第１の面および第２の面を有する基板状に形成できる。
【００１８】
偏光子部22は、基部21上に形成された凸部と凹部で構成される凹凸構造からなり、予め定められた基準方向と平行な偏光軸の偏光Ａを透過し、当該基準方向と垂直な偏光軸の偏光Ｂを反射するものである。偏光子２としては、ワイヤグリッドのように、従来から知られているものを用いれば良い。例えば、基部21の一方の表面上にラインアンドスペース状に互いに平行に形成された複数の金属線（偏光子部22）を配置して偏光子２とすることができる。また、当該凸部は、複数の材料によって複層構造となっていても良い。また、偏光子２は、凹凸構造のピッチが狭いほど、アスペクト比が高いほど、広い波長域、特に短波長域に亘り高い消光比が得られる点で好ましい。例えば、波長３８０〜８００ｎｍの可視光域において良好な消光比が必要な場合、凹凸構造のピッチは５０ｎｍ〜３００ｎｍ、凸部の幅は２５ｎｍ〜２００ｎｍ、凸部のアスペクト比は１以上が好ましい。
【００１９】
また、凹凸構造の凸部に用いる材料としては、波長λの光によって電子が励起するものが好ましい。例えば、バンドギャップが小さい金属又は金属酸化物が良く、具体的には、酸化クロム（Ｃｒ２Ｏ３）、五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、酸化チタン（ＴｉＯ２）等を用いることができる。
【００２０】
なお、偏光子２は、金属線（凸部）同士の間（凹部）まで基部21の誘電体を充填したものでも良い。これにより、強度を高めたり、金属部の腐食を防止したりすることができる。また、逆に真空にしたものでも良い。
【００２１】
偏光軸変換機構は、偏光子２で反射された偏光Ｂの偏光軸を変えて偏光子２側に反射させるためのものである。これにより、反射した光の偏光成分において偏光子２を透過できる偏光Ａを増加させることができるので、発光素子１が発した光を有効に利用することができる。
【００２２】
偏光軸変換機構としては、例えば、図２、図３に示すように、偏光Ｂを円偏光又は楕円偏光に変換する第１相差素子31と、光を第１位相差素子31側に反射するミラー32と、で構成すれば良い。
【００２３】
これにより、偏光子２によって反射された偏光Ｂは第１位相差素子31を通過すると円偏光（又は楕円偏光）の光βに変換される。続いて当該光βがミラー32で反射されると、反射前とは逆回転の円偏光（又は楕円偏光）である光αになる。この光αが再度第１位相差素子31を通過すると、光βとは逆回転であるために、偏光Ｂとは偏光軸の角度が異なる線偏光となる。この光は再び偏光子２で偏光Ａが透過し偏光Ｂが反射される。これを繰り返すことにより、発光素子１から照射された光は、偏光Ａとして効率良く取り出すことができる。特に、光に対して第１位相差素子31で付与される位相差が１／４波長である場合には、ミラー32によって第１位相差素子31に光を１回再通過させることにより、当該光をほぼ偏光Ａに変換し偏光子２を透過させることができる。したがって、光の吸収による損失を最小限に抑えることができる。
【００２４】
第１位相差素子31は、図２、図３に示すように、ミラー32と偏光子２の間に配置される。当該第１位相差素子31としては、偏光Ｂを円偏光又は楕円偏光に変換するものであればどのようなものでも良い。例えば、基部311と、当該基部311上に形成され凹凸構造からなる位相差素子部312とで構成され、当該凹凸構造を通過した光に位相差を与えるものを用いることができる。凹凸構造は、例えば、波長λより小さい幅の凸部および凹部を有するラインアンドスペース状に形成される。なお、偏光子２で反射された偏光Ｂを第１位相差素子31で円偏光又は楕円偏光に変換するには、偏光子部22のラインアンドスペースの方向と位相差素子部312のラインアンドスペースの方向が４５度の角度となるように配置すれば良い。
【００２５】
また、位相差素子部312の凹凸構造は基部311と同一の物質で一体に形成しても良いし、基部311とは異なる物質で形成しても良い。位相差素子部312の凸部に用いる材料としては、石英や無アルカリガラス等の無機化合物や、銀、金、アルミニウム、ニッケル、銅等の金属、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）等の金属酸化物、樹脂等を用いることができる。また、当該材料としては、波長λの光によって電子が励起しないものの方が好ましく、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）等の金属酸化物が該当する。
【００２６】
また、上述したように、当該第１位相差素子31は、透過した光に１／４波長の位相差を付与するものが好ましい。ただし、第１位相差素子31が凹凸構造からなるものである場合、凹凸構造のアスペクト比によっては、第１位相差素子31の加工が難しい場合もある。そこで、第１位相差素子31で付与される位相差を１／４ｎ波長にしても良い（ｎは２以上の自然数）。この場合、光を総て偏光Ａに変換するためにはミラー32によって第１位相差素子31へ再照射させる回数がｎ回必要となるが、第１位相差素子31の凹凸構造のアスペクト比は、位相差を１／４波長与える凹凸構造に比べて１／ｎに小さくすることができ、加工が容易となる。例えば、第１位相差素子31で付与される位相差を１／８波長にすると、ミラー32によって第１位相差素子31へ再照射させる回数は２回必要になるが、凹凸構造のアスペクト比は、位相差を１／４波長与える凹凸構造に比べて半分にすることができる。なお、第１位相差素子31で付与される位相差の誤差は、１／４波長又は１／４ｎ波長に対してプラスマイナス１０％以下が良く、更に好ましくは５％以下が良い。
【００２７】
第１位相差素子31の特性としては、変換後の楕円率が０．６以上、好ましくは０．７以上である方が良い。ここで楕円率とは、光の軌跡を光の進行方向に垂直な面に投影した際に、その楕円の長軸の長さａと短軸の長さｂの比ｂ／ａを意味する。この楕円率の絶対値が０．７以上であると、透過波は３ｄＢ以内の円偏光とみなせる。
【００２８】
ミラー32は、光を第１位相差素子31側に反射するためのものである。ミラー32としては、光を第１位相差素子31側に反射できればどのようなものでも良く、例えば平板状のものや樋状のもの等、従来から知られているものを用いれば良い。
【００２９】
また、図４、図５に示すように、ミラー33を、偏光子２側に拡開した回転体状に形成することもできる。この場合、ミラー33に反射した光は位相が変化するため、第１位相差素子31を省略することもできる。すなわち、偏光軸変換機構は、ミラー33のみで構成することが可能である。回転体としては放物回転体、楕円回転体等があるが、均等な光がでる楕円回転体がより望ましい。
【００３０】
次に、ミラーの形状の違いと、位相差素子の有無による光の透過率の違いをシミュレーションした。ミラーの形状は、断面が放物線である桶状のミラー32（図６参照）と、断面が放物線の回転体であるミラー33（図７参照）を想定した。この場合、放物線はどちらも同じ形状とした。発光素子１は、どちらも放物線の焦点の位置（放物線の底部から10.2ｍｍの位置）に配置し、偏光子２は、ミラー32、ミラー33の開口部に配置した。ミラー32、ミラー33の放物線の開口部の大きさは124.5ｍｍとした。また、ミラー32の長手方向の大きさは500ｍｍとした。また、発光素子１の直径は５ｍｍとした。発光装置が第１位相差素子31を有する場合には、第１位相差素子31は放物線の焦点の位置から３ｍｍの場所に配置した。偏光子２は、基部がＳｉＯ２、偏光子部がアルミニウムからなるものを想定した。また、偏光子部は、凸部の高さが180ｎｍ、幅が30ｎｍ、ピッチが100ｎｍのラインアンドスペース状とした。第１位相差素子は、透過した光に１／４波長の位相差を付与するものとした。桶状のミラー32における第１位相差素子31の有無による透過率を表１に、回転体状のミラー33における第１位相差素子31の有無による透過率を表２に示す。
【００３１】
【表１】
2018116857.tif 000003
【００３２】
【表２】
2018116857.tif 000004
【００３３】
表１に示すように、桶状のミラー32を用いる場合は、第１位相差素子がないと透過率が下がるが、表２に示すように、回転体状のミラー33を用いる場合には、第１位相差素子がなくても透過率がそれほど下がらないことがわかる。
【００３４】
また、偏光子２が金属からなるワイヤグリッドからなる場合、当該ワイヤグリッドは、熱を放熱可能な放熱部５と連結部51を介して接続しても良い。これにより、偏光子２の熱を放熱することができる。また、図３に示すように、発光素子１と偏光子２を所定の間隔を空けて保持する保持部を放熱部５として利用することも可能である。また、上述したように、ミラーが回転体状に形成される場合には、位相差素子31が不要である。この場合には、図８に示すように、偏光子２を、その偏光子部22を構成するワイヤが放熱部５に直接接触するように配置すれば良い。また、この際、偏光子２（ワイヤグリッド）は、図９（a）のように各ワイヤが分離しているものよりも、図９（ｂ）のように各ワイヤの端部が連結された構造である方が、連結部51と確実に接続させることができる点で好ましい。
【００３５】
また、従来から植物の成長は、光の質によって大きく異なり、例えば、右円偏光を照射して栽培すると成長が促進され、左円偏光を照射して栽培すると成長が抑制されることが知られている。したがって、発光装置は、図１０、図１１に示すように、偏光子２を透過した偏光Ａを円偏光又は楕円偏光に変換する第２位相差素子６を更に有していても良い。これにより、第２位相差素子６は、偏光子２を透過した偏光Ａを右円偏光又は右楕円偏光、あるいは、左円偏光又は左楕円偏光に変換することができる。
【００３６】
第２位相差素子６は、図１０、図１１（ａ）に示すように、偏光子２上に第２位相差素子６を支持する第２の基部61を設け、当該基部61上に、上述した第１位相差素子部３と同様の凹凸構造62を形成すれば良い。基部61は、光を透過可能な誘電体からなる。誘電体としては、所望の光を透過可能なものであればどのようなものでも良いが、例えば、石英、無アルカリガラス等の無機化合物を用いることができる。また、樹脂を用いても良い。基部61の形状は、偏光子２を通過した光を第２位相差素子６へ導けるものであればどのようなものでも良いが、例えば、基板状に形成される。なお、当該基部61は、偏光子２の表面を覆い偏光子２の凹凸構造を保護する保護部としても機能する。また、図１１（ｂ）に示すように、偏光子２の基部21と第２位相差素子６の基部61を一体として形成することも可能である。また、第２位相差素子６は、延伸による高分子の配向によって生じる複屈折を利用した位相差フィルムであっても良い。
【００３７】
また、本発明の発光装置は、図１２に示すように、発光素子１と偏光子２の間に、光を長波長の光に変換する蛍光物質を有する蛍光部４を有していても良い。これにより、発光素子１が発する光の波長を変えたり、波長域を広げたりすることができる。蛍光物質としては、従来から知られている物を用いれば良い。また、蛍光部４の表面に透明樹脂層41を更に有していても良い。
【符号の説明】
【００３８】
１  発光素子
２  偏光子
４  蛍光部
５  放熱部
６  第２位相差素子
10  発光装置
31  第１位相差素子
32  ミラー
33  ミラー
【図１】
2018116857.tif 000005
【図２】
2018116857.tif 000006
【図３】
2018116857.tif 000007
【図４】
2018116857.tif 000008
【図５】
2018116857.tif 000009
【図６】
2018116857.tif 000010
【図７】
2018116857.tif 000011
【図８】
2018116857.tif 000012
【図９】
2018116857.tif 000013
【図１０】
2018116857.tif 000014
【図１１】
2018116857.tif 000015
【図１２】
2018116857.tif 000016