(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
偏光を発する偏光光源と、
前記偏光光源から発せられた偏光が入射される光入射面と、光を出射する光出射面とを有し、リターデーションが前記偏光の波長の４分の１以下の低複屈折性を有する光透過性樹脂でなる導光板と、
を備え、
前記光透過性樹脂が、正の複屈折性物質と負の複屈折性物質との混合体であることを特徴とする面発光装置。
【請求項２】
偏光を発する偏光光源と、
前記偏光光源から発せられた偏光が入射される光入射面と、光を出射する光出射面とを有し、リターデーションが前記偏光の波長の４分の１以下の低複屈折性を有する光透過性樹脂でなる導光板と、
を備え、
前記光透過性樹脂が、前記正の複屈折性物質と前記負の複屈折性物質との共重合体であることを特徴とする面発光装置。
【請求項３】
前記正の複屈折性材料が、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）、ポリビニリデンフルオライドトリフルオロエチレン（ＶＤＦ・ＴｒＦＥ−５８）、ポリエチレンオキサイド（ＰＥＯ）から選ばれ、
前記負の複屈折性物質が、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）であることを特徴とする請求項１に記載の面発光装置。
【請求項４】
前記正の複屈折性材料が、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）、ポリビニリデンフルオライドトリフルオロエチレン（ＶＤＦ・ＴｒＦＥ−５８）、ポリエチレンオキサイド（ＰＥＯ）から選ばれ、
前記負の複屈折性物質が、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）であることを特徴とする請求項２に記載の面発光装置。
【請求項５】
前記光透過性樹脂が、棒状の分子形状で分極率に異方性を有する低分子有機物が添加されたポリマーであることを特徴とする請求項１に記載の面発光装置。
【請求項６】
偏光を発する偏光光源と、
前記偏光光源から発せられた偏光が入射される光入射面と、光を出射する光出射面とを有し、リターデーションが前記偏光の波長の４分の１以下の低複屈折性を有する光透過性樹脂でなる導光板と、
を備え、
前記光透過性樹脂が、無機複屈折性結晶微粒子が添加されたポリマーであることを特徴とする面発光装置。
【請求項７】
前記偏光光源が、非極性面または半極性面を主面とするＩＩＩ族窒化物半導体により構成され、
第１導電型の第１半導体層と、該第１半導体層上に形成された発光層と、前記発光層上に形成された第２導電型の第２半導体層と、を備えたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の面発光装置。
【請求項８】
前記偏光光源が、
偏光を発する発光素子と、
前記発光素子が搭載された実装ベースと、
前記光透過性樹脂でなり、且つ前記発光素子を覆う封止部と、
を備えることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の面発光装置。
【請求項９】
前記光透過性樹脂の固有複屈折率が、絶対値で３×１０−３以下であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の面発光装置。
【請求項１０】
偏光を発する発光素子と、
前記発光素子が搭載された実装ベースと、
リターデーションが前記偏光の波長の４分の１以下の低複屈折性を有する光透過性樹脂でなり、且つ前記発光素子を覆う封止部と、
を備え、
前記光透過性樹脂が、正の複屈折性物質と負の複屈折性物質との混合体であることを特徴とする偏光光源。
【請求項１１】
偏光を発する発光素子と、
前記発光素子が搭載された実装ベースと、
リターデーションが前記偏光の波長の４分の１以下の低複屈折性を有する光透過性樹脂でなり、且つ前記発光素子を覆う封止部と、
を備え、
前記光透過性樹脂が、前記正の複屈折性物質と前記負の複屈折性物質との共重合体であることを特徴とする偏光光源。
【請求項１２】
前記正の複屈折性物質が、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）、ポリビニリデンフルオライドトリフルオロエチレン（ＶＤＦ・ＴｒＦＥ−５８）、ポリエチレンオキサイド（ＰＥＯ）から選ばれ、
前記負の複屈折性物質が、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）であることを特徴とする請求項１０に記載の偏光光源。
【請求項１３】
前記正の複屈折性物質が、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）、ポリビニリデンフルオライドトリフルオロエチレン（ＶＤＦ・ＴｒＦＥ−５８）、ポリエチレンオキサイド（ＰＥＯ）から選ばれ、
前記負の複屈折性物質が、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）であることを特徴とする請求項１１に記載の偏光光源。
【請求項１４】
前記光透過性樹脂が、棒状の分子形状で分極率に異方性を有する低分子有機物が添加されたポリマーであることを特徴とする請求項１０に記載の偏光光源。
【請求項１５】
偏光を発する発光素子と、
前記発光素子が搭載された実装ベースと、
リターデーションが前記偏光の波長の４分の１以下の低複屈折性を有する光透過性樹脂でなり、且つ前記発光素子を覆う封止部と、
を備え、
前記光透過性樹脂が、無機複屈折性結晶微粒子が添加されたポリマーであることを特徴とする偏光光源。
【請求項１６】
前記発光素子が、非極性面または半極性面を主面とするIII族窒化物半導体により構成され、
第１導電型の第１半導体層と、該第１半導体層上に形成された発光層と、前記発光層上に形成された第２導電型の第２半導体層と、を備えたことを特徴とする請求項１０〜１５のいずれか１項に記載の偏光光源。
【請求項１７】
前記光透過性樹脂の固有複屈折率が、絶対値で３×１０−３以下であることを特徴とする請求項１０〜１６のいずれか１項に記載の偏光光源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は発光装置に関し、特に偏光を発する面発光装置及び偏光光源に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、偏光を発する発光素子が開発されている（例えば、非特許文献１参照）。このような発光素子を備えた偏光光源を液晶表示装置やフロント型プロジェクタの光源として用いることで、液晶表示装置やフロント型プロジェクタの光利用効率を向上できる。すなわち、これら液晶表示装置などは液晶セルを挟むように偏光板を備えているため、発光装置から偏光が出射されれば、液晶セルの手前に位置する偏光板を通過できる光成分が大きくなり、したがって液晶セルを通過できる光量が大きくなるからである。
【０００３】
以下、図１２を参照して説明する。図１２に示すように、液晶表示装置１００の面発光装置１１０としては、偏光を発する偏光光源１１１と、この偏光光源１１１から出射される偏光１５０が入射され、入射した偏光１５０を内部で分散させて出射面１１２ａから均一に光１６０を出射させる樹脂製の導光板１１２とを備えるバックライトが提案されている。なお、図１２において、符号１２０，１４０は液晶セル１３０を挟むように設けられた偏光板である。
【非特許文献１】タケウチ（T. Takeuti）他著、「ジャパニーズ  ジャーナル  オブ  アプライド  フィジクス、第３９巻（Japanese Journal of Applied Physics vol.39）」、２０００年、４１３頁−４１６頁。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
通常、図１２に示す樹脂製の導光板１１２は、アクリルなどの樹脂を射出成形等の手法により所定の形状に成形して製造されている。このような成型時には、樹脂内で分子の配向が起こる。また、成型した後に樹脂を熱硬化させる場合にも、樹脂分子に配向が生じたり残留応力が発生したりする。樹脂分子の配向や残留応力の発生は、導光板内部に複屈折性を発現させる。導光板を構成する樹脂に複屈折性が発現すると、偏光光源で発生した偏光が導光板を通過することで偏光特性が乱れてランダム偏光に近づいてしまう。したがって、図１２に模式的に示すような、導光板１１２から放射される光１６０は、実際には偏光特性を保つことができず、偏光１５０を発する偏光光源１１１を用いた利点を活かしきれない。因みに、ランダム偏光を偏光板に通した場合、偏光板を通過した光強度は約３５％まで減衰する。
【０００５】
また、導光板１１２における上記問題点以外にも、パッケージとしての偏光光源１１１も同様の問題点を有している。すなわち、導光板１１２の製造と同様に、上記偏光光源１１１の製造に際しても、図示しない発光素子を封止するエポキシ樹脂、シリコーン樹脂等の封止樹脂の熱硬化時に、樹脂分子に配向が生じたり残留応力が発生したりする。樹脂分子の配向や残留応力の発生は、封止樹脂内部に複屈折性を発現させる。このように、封止樹脂に複屈折性が発現すると、発光素子で発生した偏光が封止樹脂を通過することで偏光特性が乱れてしまう。したがって、パッケージとしての偏光光源１１１から放射される偏光の偏光特性を保つことができず、偏光を発する発光素子を用いた利点を活かしきれない。
【０００６】
したがって、図１２に示すように、導光板１１２から出射された光１６０は、偏光板１２０を通過できない光成分が多くなり、光量の小さい光１７０が液晶セル１３０を通過する。そして、検光子としての偏光板１４０を通過できる光成分はさらに少なくなる。このため、液晶表示装置１００における表示の輝度は低く、コントラストも低下したものとなる。
【０００７】
上記問題点を鑑み、本発明は、出力する偏光の偏光特性の乱れを抑制できる面発光装置及び偏光光源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】
【０００８】
本発明の一態様によれば、偏光を発する偏光光源と、前記偏光光源から発せられた偏光が入射される光入射面と、光を出射する光出射面とを有し、リターデーションが前記偏光の波長の４分の１以下の低複屈折性を有する光透過性樹脂でなる導光板とを備え、前記光透過性樹脂が、正の複屈折性物質と負の複屈折性物質との混合体である面発光装置を提供できる。
【０００９】
本発明の他の態様によれば、偏光を発する発光素子と、前記発光素子が搭載された実装ベースと、リターデーションが前記偏光の波長の４分の１以下の低複屈折性を有する光透過性樹脂でなり、且つ前記発光素子を覆う封止部とを備え、前記光透過性樹脂が、正の複屈折性物質と負の複屈折性物質との混合体である偏光光源を提供できる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、出力する偏光の偏光特性の乱れを抑制できる面発光装置及び偏光光源を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態に係る面発光装置及び偏光光源の詳細を図面に基づいて説明する。
【００１２】
本発明の実施の形態は、発光素子にＬＥＤ（light emitting diode）を用い、面実装構造を有する偏光光源と、樹脂製の導光板とを有する面発光装置に本発明を適用したものである。
【００１３】
［面発光装置の構成］
図１に示すように、面発光装置１０は、偏光光源１と導光板１１とを備えて大略構成されている。図１に示すように、面発光装置１０は液晶表示装置４０のバックライトとして組み込むことができる。液晶表示装置４０は、面発光装置１０と、偏光子としての偏光板４１と、一対のガラス基板間に液晶が封入されてなる液晶セル４２と、検光子としての偏光板４３とを備えている。この液晶セル４２は、アクティブマトリクスＬＣＤ（liquid crystal display）でもパッシブマトリクスＬＣＤのいずれでもよい。また、液晶セル４２の他の構成要素としては、カラーフィルタや位相差板を備えた構成でもよい。
【００１４】
導光板１１は、リターデーションが光源波長の４分の１以下の複屈折性を有する低複屈折性光透過性材料で形成された樹脂板である。図１に示すように、導光板１１において、一方の側面が偏光光源１と対向する光入射面１１ａである。光入射面１１ａに偏光２０が入射される。また、導光板１１の表側面が偏光６０を均一に出射する光出射面１１ｂである。図１に示したＬは導光長である。
【００１５】
なお、「リターデーション」とは、光が物質中を進む際に生じる２つの偏光成分の位相ずれをいい、一般的に以下の式（１）又は式（２）で表される：
リターデーション＝２πｄΔｎ／λ  ・・・（１）
リターデーション＝ｄΔｎ          ・・・（２）
Δｎは物質の配向複屈折率（固有屈折率ではない）、ｄは光が透過する物質の厚さ、λは光の真空中における波長である。上記のように、光が透過する距離である厚さｄが厚いほど、リターデーションは大きくなる。低複屈折性光透過性材料の詳細については後述する。
【００１６】
なお、面発光装置１０は、周知のバックライトシステムと同様に、導光板１１の光入射面１１ａと偏光光源１とを取り囲んで光の洩れを防止するランプリフレクタ（図示省略する）や導光板１１の裏側面に配置される反射シート（図示省略する）等を備えていてもよい。また、導光板１１と偏光板４１の間に、光学フィルムを備えてもよい。
【００１７】
［偏光光源の構成］
図２に示すように、偏光光源１は、偏光を発する発光素子２と、この発光素子２が実装された実装ベース３と、発光素子２を覆う封止部４とを備えている。なお、封止部４が、リターデーションが発光素子２の発する偏光２０の波長の４分の１以下である低複屈折性光透過性材料の封止樹脂であることが好ましい。
【００１８】
実装ベース３は、面実装構造のパッケージ基板であり、リフレクタ３０Ｒを兼ねた断面凹型形状の実装面３０を備えている。実装ベース３の実装面３０の底面上に発光素子２が実装されている。また、実装ベース３における発光素子２の側面周囲には、凹部の内周側面でなるリフレクタ３０Ｒが構成されている。
【００１９】
［発光素子の構成］
発光素子２は、偏光２０を発するＬＥＤである。ここで、「偏光」とは直線偏光成分が均等（ランダム）ではなく偏りがあるものを意味するが、本実施の形態においては１００％の直線偏光である必要はない。したがって、偏光２０の偏光方向とは最も直線偏光成分の大きい方向である。
【００２０】
発光素子２は、例えば図３に示すように、偏光２０を発生する発光部２２０と、発光部２２０を搭載した基板である出力部２１０とを備えている。
【００２１】
発光部２２０は、ＧａＮ結晶の非極性面（non-polar plane）又は半極性面（semi-polar plane）を結晶成長表面として使用し、第１導電型の第１半導体層２２１、活性層２２２及び第２導電型の第２半導体層２２３のそれぞれを、順次、結晶成長表面の法線方向に積層して形成されている。例えば、結晶成長表面が非極性面であるｍ面とすると、発光素子２はｍ面を主面とするIII族窒化物半導体により構成される。III族窒化物半導体には、例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）等がある。代表的なIII族窒化物半導体はＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）により表される。ＧａＮ半導体は、窒素を含む六方晶化合物半導体の中でもよく知られたIII−Ｖ族化合物半導体である。
【００２２】
発光素子２の発光波長（発光強度のピークとなる波長）は、活性層２２２のIn組成を変化させることにより調整できる。本実施形態の発光素子２は、青色発光で、発光波長を４００ｎｍである。但し、これに限るものではなく、例えば緑色発光で発光波長を５３０ｎｍ程度としてもよく、またはその他の波長としてもよい。
【００２３】
活性層２２２には、第１半導体層２２１から第１導電型キャリアが供給され、第２半導体層２２３から第２導電型のキャリアが供給される。第１導電型がｎ型であり、第２導電型がｐ型である場合、活性層２２２において第１半導体層２２１から供給される電子と、第２半導体層２２３から供給される正孔との再結合がなされ、活性層２２２から偏光２０が発せられる。なお、活性層２２２には、例えば、井戸層（ウェル層）を井戸層よりもバンドギャップの大きなバリア層（層障壁層）でサンドイッチ状に挟んだ量子井戸（quantum well）構造を採用することができる。また、量子井戸構造には井戸層が１つではなく多重化された量子井戸構造が含まれ、更に活性層２２２を多重量子井戸（ＭＱＷ）構造とする量子井戸構造が含まれる。
【００２４】
通常、ＧａＮ結晶の極性面であるｃ面を結晶成長表面とするIII族窒化物半導体からなる活性層から取り出される光はランダム偏光（無偏光）状態である。一方、ｃ面以外のａ面（図４参照）、ｍ面等の非極性面又は半極性面を結晶成長表面とするIII族窒化物半導体を用いて形成した活性層２２２においては、強い偏光状態の光が発生する。例えば、ｍ面を主面として活性層２２２が構成される場合は、ｍ面に平行な偏光成分、より具体的にはａ軸方向の偏光成分を多く含む偏光２０が活性層２２２から発生する。非極性面及び半極性面の詳細な説明は後述する。
【００２５】
発光部２２０は、出力部２１０の結晶成長面上に結晶成長により成長させることにより形成される。すなわち、図３に示すように、発光素子２は出力部２１０を含み、この出力部２１０と、この出力部２１０上の第１半導体層２２１と、この第１半導体層２２１上の活性層２２２と、この活性層２２２上の第２半導体層２２３と、を備えている。
【００２６】
本実施の形態において、出力部２１０は例えばＧａＮ単結晶基板により構成されている。出力部２１０の結晶成長表面となる主面が非極性面であるｍ面を主面とした場合、この主面上に結晶成長により発光部２２０を形成することができる。つまり、発光部２２０はｍ面を結晶成長主面とするＧａＮにより構成され、発光素子２はｍ面を結晶成長主面として成長させたIII族窒化物半導体により構成される。出力部２１０の主面は発光部２２０の結晶成長表面と同一である。
【００２７】
発光素子２は、さらに第１半導体層２２１に動作電圧を供給する第１電極２１１と、第２半導体層２２３に動作電圧を供給する第２電極２１２とを備える。図３に示すように、第２半導体層２２３、活性層２２２及び第１半導体層２２１の一部の領域がメサエッチングにより除去されて第１半導体層２２１が露出された表面上に、第１電極２１１が配設されている。第１半導体層２２１と第１電極２１１との間は電気的に接続されている。第２半導体層２２３と第２電極２１２との間は電気的に接続されている。
【００２８】
第１電極２１１には例えばアルミニウム（Ａｌ）が使用され、第２電極２１２には例えばパラジウム（Ｐｄ）−金（Ａｕ）合金が使用される。第１電極２１１は第１半導体層２２１にオーミック接続され、第２電極２１２は第２半導体層２２３にオーミック接続されている。なお、第１半導体層２２１と第１電極２１１との間に第１導電型のコンタクト層を介在させてもよい。また、第２半導体層２２３と第２電極２１２との間に第２導電型のコンタクト層を介在させてもよい。
【００２９】
発光素子２において、出力部２１０の第１半導体層２２１に接する結晶成長表面（主面）に対向する面（裏面）は出力面２１０Ａである。活性層２２２から発せられた偏光２０は、出力光として出力面２１０Ａから発光素子２の外部に出力される。なお、発光素子２は第２半導体層２２３側から光を取り出すこともできる。本実施の形態では、実装ベース３の実装面３０上にバンプ電極（図示略）を介して電気的に接続され、フリップチップ方式により発光素子２が実装ベース３に実装されている。
【００３０】
［発光素子の結晶構造］
発光素子２を構成するIII族窒化物半導体のユニットセルの結晶構造は、図４及び図５に示すように、六方晶系の結晶構造に近似する。六方晶系の結晶構造において、ｃ軸は六角柱の軸方向に沿う結晶軸である。このｃ軸を法線とする面（六角柱の頂面）はｃ面｛０００１｝である。ｃ面に平行な２つの面においてIII族窒化物半導体の結晶を劈開すると、＋ｃ軸側の面（＋ｃ面）はIII族原子を並べた結晶面になる。−ｃ軸側の面（−ｃ面）は窒素原子を並べた結晶面となる。このため、ｃ面は、＋ｃ軸側と−ｃ軸側とにおいて異なる性質を示すため極性面と呼ばれている。
【００３１】
図５に示すように、１つのIII族原子に対して４つの窒素原子が結合されている。４つの窒素原子はIII族原子を中央に配置した正四面体の４つの頂点に位置している。これらの４つの窒素原子のうち、１つの窒素原子はIII族原子に対して＋ｃ軸方向に位置し、他の３つの窒素原子はIII族原子に対して−ｃ軸側に位置している。このような結晶構造を有するため、III族窒化物半導体において分極方向はｃ軸に沿っている。
【００３２】
六方晶系の結晶構造においては、六角柱の側面のそれぞれはｍ面｛１−１００｝である。隣り合わない一対の稜線を通る面はａ面｛１１−２０｝である。ｍ面ならびにａ面は、ｃ面に対して直角な結晶面であり、分極方向に対して直交しているため、極性のない平面すなわち非極性面である。さらに、ｃ面に対して傾斜している（ｃ面に平行でもなく、直角でもない）結晶面は、分極方向に対して斜めに交差しているので、若干の極性のある平面すなわち半極性面である。半極性面の具体例は、図６（Ａ）に示す｛０１−１１｝面、図６（Ｂ）に示す｛０１−１３｝面等である。
【００３３】
［導光板及び封止部の構成材料］
導光板１１及び封止部４は、光透過性を有し、かつリターデーションが光源波長の４分の１以下の低複屈折性を有する樹脂材料でなる。本実施の形態で用いる、低複屈折性を有する樹脂材料とは、ポリマーを射出成形や押出し成形を行って配向性が発現しても、複屈折特性は発現しない性質を持つものである。なお、ポリマーとしては、光散乱性の微粒子やボイドなどが混入していないことが好ましい。
【００３４】
本実施の形態において、リターデーションが光源波長の４分の１以下の低複屈折性を有する光透過性物質とは、正の複屈折性物質と負の複屈折性物質との混合体や共重合体である。
【００３５】
正の複屈折性物質としては、例えばポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）、ポリビニリデンフルオライドトリフルオロエチレン（ＶＤＦ・ＴｒＦＥ−５８）、ポリエチレンオキサイド（ＰＥＯ）などから選ばれるのが好ましい。
【００３６】
負の複屈折性物質としては、例えばポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）であることが好ましいが、その限りではない。なお、正および負の各複屈折性物質は、上記した物質のなかの１種類の物質でもよいし、複数の物質を組み合わせてもよい。
【００３７】
リターデーションが光源波長の４分の１以下の低複屈折性光透過性物質としては、棒状の分子形状で分極率に異方性を有する低分子有機物がポリマーに添加され、結果的にリターデーションが光源波長の４分の１以下の低複屈折性を有するものでもよい。或いは、ポリマーに無機複屈折性結晶微粒子が添加され、結果的にリターデーションが光源波長の４分の１以下の低複屈折性を有するものでもよい。
【００３８】
一般に、高分子樹脂材料に複屈折性が存在することは広く知られている。光学材料として通常使用される高分子樹脂材料の殆どすべてについて、そのポリマーを形成するモノマーが屈折率に関し光学的異方性を有している。そして、このモノマーの光学的異方性がポリマーの一定方向への配列つまり配向により発現することで高分子樹脂材料に複屈折性を生じる。
【００３９】
射出成形や押出し成形などの成形工程を経ると、その際に加わる外力により、ランダムであったポリマー結合鎖が配向し、この結果ポリマーは複屈折性を示すようになる。このため、光学材料として通常使用される高分子樹脂材料の殆どすべてが、複屈折性を有している。この複屈折は一般に、配向複屈折と呼ばれている。
【００４０】
さらに、高分子樹脂材料は、弾性変形時にも複屈折を発現することがある。この複屈折は一般に、光弾性複屈折と呼ばれている。
【００４１】
そこで、本実施の形態では、射出成形や押出し成形により内部に配向性が発現しても、あるいは弾性変形が生じても、また配向と弾性変形の両方が生じても、リターデーションが光源波長の４分の１以下の低複屈折性光透過性樹脂でなる導光板１１を形成する。また、このような低複屈折性光透過性樹脂を用いて発光素子２を封止して封止部４を形成する。
【００４２】
以下、導光板１１及び封止部４を構成する光透過性物質である光透過性樹脂について説明する。
【００４３】
○ブレンド法により調製した光透過性樹脂
固有複屈折率が正のポリマーと負のポリマーとを、適切なブレンド比で混合することにより、配向が生じたときに互いに複屈折が相殺し合い、巨視的に複屈折を発現させないようにする。ブレンドするポリマーの組み合わせは、例えば下表１の通りである。
【表１】
0005263771.tif 000002
【００４４】
表１に示すように、本実施の形態では、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）と、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）とを８０対２０の重量比でブレンドして作製したＰＭＭＡ／ＰＶＤＦ混合体を導光板１１や封止部４の構成樹脂として用いる。
【００４５】
また、表１に示すように、ＰＭＭＡと、ポリビニリデンフルオライドトリフルオロエチレン（ＶＤＦ・ＴｒＦＥ−５８）とを９０対１０の重量比でブレンドして作製したＰＭＭＡ／ＶＤＦ・ＴｒＦＥ−５８混合体を導光板１１や封止部４として用いてもよい。
【００４６】
さらに、上記表１に示すように、ＰＭＭＡと、ポリエチレンオキサイド（ＰＥＯ）とを６５対３５の重量比でブレンドして作製したＰＭＭＡ／ＰＥＯ混合体で導光板１１や封止部４を形成してもよい。
【００４７】
上記の「固有複屈折率」は、光学樹脂材料毎に配向複屈折の起こし易さを表す指標であり、ホモポリマー、コポリマー（共重合体）いずれを基材とする光学樹脂材料にも定義され得るものである。配向複屈折率をΔｎ、配向度をｆとすると、固有複屈折率Δｎ０は以下の式（３）及び式（４）のような関係にある：
Δｎ＝ｆ×Δｎ０  ・・・（３）
Δｎ０＝Δｎ／ｆ  ・・・（４）
ここで、配向度ｆはポリマー主鎖の配向の程度を表す指標で、ポリマーが完全に一方に配向した状態をｆ＝１で表す。また、無配向の場合にはｆ＝０であり、通常は、配向度ｆは0.3よりも小さい値をとる。このときの配向複屈折の大きさ（正又は負の符号が付く）が固有複屈折率Δｎ０に対応する。
【００４８】
一方、光弾性複屈折率ΔｎＥは、主応力差σ（印加された応力を、直交する二つの主応力に分解したときの両者の差）と、物質に固有の光弾性係数Ｃとすると、次式（５）のような関係にある：
ΔｎＥ＝Ｃ・σ  ・・・（５）
○ランダム共重合法により生成した光透過性樹脂
固有複屈折率が正のポリマーのモノマーと、負のポリマーのモノマーとを適切な比率で共重合させて、１つのポリマー鎖内で分極率異方性を打ち消すようにする。このような共重合により生成された新規のポリマーは複屈折性を持たないため、配向が生じても複屈折は発現しない。共重合させるモノマーの組み合わせは、例えば下表２のようなものがある。
【表２】
0005263771.tif 000003
【００４９】
表２に示すように、負の複屈折率を持つモノマーとしては、メチルメタクリレート（ＭＭＡ）、スチレン、ブチルメタクリレート（ＢＭＡ）、シクロヘキシルメタクリレート（ＣＨＭＡ）等を挙げることができる。
【００５０】
また、表２に示すように、正の複屈折率を持つモノマーとしては、トリフルオロエチルメタクリレート（３ＦＭＡ）、トリハイドロパーフルオロプロピル（４ＦＭＡ）、ベンジルメタクリレート（ＢｚＭＡ）等を挙げることができる。
【００５１】
上記のような負の複屈折率を持つモノマーと正の複屈折率を持つモノマーとを共重合させて生成した新規ポリマーを用いて、導光板１１や封止部４を形成してもよい。
【００５２】
○異方性低分子ドープ法により生成した光透過性樹脂
棒状の分子形状と分極率の異方性を持つ低分子有機物をポリマーに添加することにより、ポリマーの複屈折を相殺する。ここで、ポリマーの複屈折異方性と正負反対の複屈折異方性を有する低分子を用いる。具体的には、負の配向複屈折率を持つＰＭＭＡに対して、トランススチルベン（trans-stilbene）、ジフェニルアセチレン（diphenylacetylene）、ビフェニル（biphenyl）、カルバゾール（calbazole）等を数mol％添加する方法が取られる。このような異方性低分子ドープ法により生成した光透過性樹脂で導光板１１や封止部４を形成してもよい。
【００５３】
上記各方法により調製された光透過性樹脂は、射出成形や押出し成形により内部に配向性が発現しても複屈折特性は発現しないように設計される。あるいは弾性変形が生じても複屈折特性が発現しないようにも設計できるし、配向と弾性変形の両方が生じても複屈折特性が発現しないようにも設計できる。このため、導光板１１や封止部４を成形する場合に、様々な成形方法を採用することが可能になる。
【００５４】
通常の樹脂、例えばＰＭＭＡの固有複屈折率は−４．３×１０-3程度である。一方、本実施の形態で使用される光透過性物質の固有複屈折率Δｎ０は、絶対値で３×１０-3以下である。式（３）に示したように配向複屈折率Δｎは配向度ｆに依存するが、固有複屈折率Δｎ０が絶対値で３×１０-3以下である場合、製造方法に依存する配向度ｆに関わらず、配向複屈折率Δｎを小さくすることができる。前述の異方性低分子ドープ法の場合は、ポリマーに棒状の分子形状と分極率の異方性を持つ低分子有機物を添加して複屈折を相殺する方法であるため、厳密な意味でのポリマー分子鎖そのものの固有複屈折率Δｎ０は添加前のものと同一である。しかし、前記低分子有機物は、ポリマー分子鎖とともに配向するため、ポリマー分子鎖の配向度ｆ＝１の時のポリマーと前記低分子有機物との混合物の示す複屈折が固有複屈折率Δｎ０に相当すると考えてよい。このような定義に立てば、異方性低分子ドープ法によるポリマーにおいても、固有複屈折率Δｎ０が絶対値で３×１０-3以下である場合、製造方法に依存する配向度ｆに関わらず、配向複屈折率Δｎを小さくすることができる。
【００５５】
例えばＭＭＡ／ＢｚＭＡ共重合体、ＭＭＡ／３ＦＭＡ共重合体では、組成比を調整することにより、配向複屈折率Δｎは複屈折測定装置の測定範囲内で実質的にゼロ、即ち測定限界以下である。なお、公知の一般的に利用可能な測定方法によるリターデーションの測定下限は０．１ｎｍ程度である。式（２）の関係から、測定されたリターデーションを試料の厚さ（試料中を光が伝搬した距離）で割ることにより、複屈折率が求められる。したがって、求められる複屈折率の下限は試料の厚さに依存する。厚さ５０μｍ程度のフィルム（光が透過する物質の厚さｄ＝５０μｍ）を用いて評価した場合の複屈折率は２×１０-6程度が下限である。
【００５６】
上記のような光透過性樹脂を導光板１１や封止部４に使用することにより、本実施の形態では、式（２）で表されるリターデーションは波長の４分の１以下であった。導光板１１の導光長は１００ｍｍで、導光長方向に光を透過させた時のリターデーションは約５０ｎｍであった。この場合、配向複屈折率Δｎは５×１０-7程度である。この導光板においては波長４００ｎｍの光に対し、配向複屈折率Δｎは１×１０-6程度まで許容できる。封止部４のリターデーションは５ｎｍ程度であった。封止部の厚さが１ｍｍであることから、配向複屈折率Δｎは５×１０-6程度である。この封止部においては、波長４００ｎｍの光に対し、配向複屈折率Δｎは１×１０-4程度まで許容できる。
【００５７】
[偏光光源の製造方法]
次に、実施の形態に係る偏光光源１の製造方法の一例を、図７〜図９を参照して説明する。
【００５８】
図７に示すように、実装ベース３の実装面３０上にダイボンディング法により発光素子２を実装する。ここでは、図示しないが、実装ベース３に発光素子２が実装された段階で、発光素子２の第１電極２１１及び第２電極２１２を実装ベース３の実装面３０に配設された電極に電気的に接続させる。
【００５９】
次に、図８に示すように、既に説明した方法により調製された光透過性樹脂４１Ａをシリンジ６から滴下塗布する。図８に示すように、発光素子２は光透過性樹脂４１Ａにより封止される。
【００６０】
その後、滴下塗布された光透過性樹脂４１Ａを段階的に昇温させて光透過性樹脂４１Ａを硬化させ、図９に示すように封止部４の形成工程が終了する。
【００６１】
上記方法により調製された光透過性樹脂４１Ａは、射出成形や押出し成形により内部に配向性が発現しても複屈折特性は発現しない。このため、上述したシリンジ６から光透過性樹脂４１Ａを滴下塗布する方法以外に、射出成形や押出し成形等の各種の成形方法を適用することができる。これにより、従来の樹脂では出来なかった形状の封止をＬＥＤの偏光状態を保ったまま行う事ができる。更に、既存の成型装置を用いての封止が可能となるため新規の設備投資も必要なく、コストダウンにつながる。
【００６２】
上記のような製造方法により、偏光特性を有する発光素子２を封止した状態で、パッケージ全体で偏光特性を保つことができる。
【００６３】
本実施の形態によれば、封止部４が、リターデーションが偏光２０の波長の４分の１以下である低複屈折性光透過性樹脂で形成されている。このため、発光素子２から発せられる偏光２０の乱れを抑制した偏光光源１を実現できる。また、低複屈折性光透過性樹脂で導光板１１を形成したことにより、導光板１１の光出射面１１ｂから出射される偏光６０の乱れを抑制できる。
【００６４】
また、本実施の形態によれば、面発光装置１０を液晶表示装置４０のバックライト用光源として用いることにより、図１に示すように、液晶表示装置４０における面発光装置１０側に位置する偏光板４１を透過する偏光７０の光量を向上することができる。したがって、偏光板４３を通過できる偏光８０の光量も大きくすることができ、表示品質の高い液晶表示装置を実現できる。
【００６５】
さらに、本実施の形態によれば、面発光装置１０がパッケージ全体で偏光特性を保つことができるため、液晶表示装置４０の偏光板４１を省くことも可能である。このため、液晶表示装置４０の薄型化、省スペース化ならびに偏光板４１の省略によるコスト及び工程の削減も可能となる。特に、本実施の形態によれば、光利用効率が高くなるため、例えば携帯電話やＰＤＡ、ノートパソコンのような、液晶表示を備えたモバイル機器の消費電力を低下させ、１回の充電での駆動時間を大幅に延ばすことができる。
【００６６】
また、本実施の形態によれば、導光板１１から出射する偏光６０を究極的には完全偏光に近いものにできるため、透過光強度を約７０％にすることが可能となり、ランダム偏光を用いた場合の２倍の光を透過させることができる。このため、液晶表示装置の輝度を所定の値にする場合、リターデーションが光源波長の４分の１以下の低複屈折性を有する導光板１１を用いることにより、偏光光源１の輝度を半分にすることができる。したがって、本実施の形態によれば、消費電力を低減させる効果がある。逆に、同じ駆動電力で液晶表示装置を駆動すれば、約２倍のディスプレイ輝度を得ることが可能となる。このようなＬＣＤモジュールの利用例としては、携帯電話やＰＤＡ、ノートパソコン等の小型携帯型情報端末の液晶表示、フロントプロジェクタ等を挙げることができる。
【００６７】
図１０に示すように、偏光光源１を液晶表示装置背面の拡散板５０の直下に設置する直下型バックライト形式を採用すれば、偏光光源１を液晶表示装置のサイドに設置する従来の方法と異なり導光板が不要となる。このため、液晶表示装置のさらなる薄型化及び低コスト化が可能となる。
【００６８】
また、本実施の形態によれば、偏光光源１を偏光を利用したセンサの光源としても用いることができる。なお、半導体レーザも偏光を発するが、身近なセンサの光源として用いる場合は危険が伴い、被照射物を損傷することも懸念される。これに対して、本実施の形態に係る偏光光源１は、汎用性ならびに安全性の面に優れている。このようなセンサとしては、例えば、複屈折測定装置がある。この複屈折測定装置は、物体へ偏光を照射し、透過してきた光の偏光状態を測定することによって、その物質の屈折率特性を測定する装置である。
【００６９】
［偏光光源の変形例］
図１１は、本実施の形態における偏光光源１の変形例を示している。図１１に示した偏光光源１Ａは、砲弾型パッケージ構造を備える。図１１に示すように、本実施の形態の変形例に係る偏光光源１Ａは、実装ベース３００と、実装ベース３００上に実装され、偏光２０を発する発光素子２と、発光素子２を覆い、発光素子２から発せられる偏光２０を透過する光透過性樹脂でなる封止部４００とを備えている。
【００７０】
図１１に示すように、実装ベース３００は、リード３１の一端に配設され、このリード３１に一体に構成されている。図１１に示した変形例において、リード３１はカソード電極として用いられている。実装ベース３００の基本構成は、図２に示した偏光光源１の実装ベース３と同様であり、リフレクタ３０Ｒを兼ねた断面凹型形状の実装面３０を備えている。実装ベース３００の実装面３０の底面上に発光素子２が実装され、この実装された発光素子２の側面周囲において実装ベース３００上にテーパ面として形成されたリフレクタ３０Ｒが構成されている。リード３１に近接した領域にはリード３２が配設されている。このリード３２はアノード電極として用いられ、リード３２の一端はワイヤを介して発光素子２に電気的に接続されている。
【００７１】
封止部４００は、リード３１の一端の実装ベース３００ならびにリード３２の一端を被覆し、発光素子２上、すなわち発光素子２から偏光２０を発する部分に半球形状のレンズ部４ａを有する。図１１に示した封止部４００は、図２に示した偏光光源１の封止部４と同様に、リターデーションが光源波長の４分の１以下の低複屈折性光透過性樹脂で形成されている。
【００７２】
なお、封止部４００の成形方法は、シリンジから滴下塗布する方法、ディスペンサを用いた成形方法、射出成形、押出し成形等の各種の成形方法を適用できる。
【００７３】
（その他の実施の形態）
上述した実施の形態の開示の一部をなす論述および図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。
【００７４】
例えば、上記実施の形態では、面発光装置１０は、導光板１１に１つの偏光光源１を組み付けた例を説明したが、導光板１１の周囲に複数配置する構成としてもよい。また、偏光光源１として、それぞれ赤色、緑色、青色の発光を行う偏光光源を用いて、液晶セル４２においてカラーフィルタを省略した構成としてもよい。
【００７５】
また、上記各実施の形態では、偏光光源１に設けた封止部４の構成樹脂が透明な光透過性樹脂だけでなく、赤色、緑色、青色、オレンジ色等の顔料などが光透過性樹脂に混入された構成としてもよい。
【００７６】
上記実施の形態では、偏光光源１の封止部４をリターデーションが光源波長の４分の１以下の低複屈折性光透過性樹脂で形成したが、偏光を出射できるものであれば、上記封止部４を有しない偏光光源を用いてもよい。このように封止部４を有しない偏光光源であっても、上記構成の導光板１１を備えることにより、液晶セル４２側へ通過する偏光の光量を大きくできる。したがって、本発明では、導光板において偏光の乱れを大幅に抑制できるため、多少偏光が乱された光を発する偏光光源を用いても光利用効率を向上できる。
【００７７】
また、これまで偏光を発する発光素子の例として非極性面のＬＥＤを用いてきたが、より高い偏光比を有するＬＤ（laser diode）を発光素子として用いることもできる。これにより、さらなる光利用効率向上が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明の実施の形態に係る面発光装置を備える液晶表示装置を示す模式図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る偏光光源の断面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る偏光光源に用いた発光素子の断面説明図である。
【図４】III族窒化物半導体の非極性面を説明する結晶構造図である。
【図５】III族窒化物半導体の原子配列を説明する結晶構造図である。
【図６】（Ａ）及び（Ｂ）は、III族窒化物半導体の半極性面を説明する結晶構造図である。
【図７】本発明の実施の形態に係る偏光光源の製造方法を説明するための工程断面図である（その１）。
【図８】本発明の実施の形態に係る偏光光源の製造方法を説明するための工程断面図である（その２）。
【図９】本発明の実施の形態に係る偏光光源の製造方法を説明するための工程断面図である（その３）。
【図１０】本発明の実施の形態に係る偏光光源を用いた面発光装置の他の例を示す模式図である。
【図１１】本発明の実施の形態に係る面発光装置における偏光光源の変形例を示す断面図である。
【図１２】従来技術の面発光装置を用いた液晶表示装置を示す模式図である。
【符号の説明】
【００７９】
１…偏光光源
２…発光素子
３、３００…実装ベース
４、４００…封止部
４ａ…レンズ部
１０…面発光装置
１１…導光板
１１ａ…光入射面
１１ｂ…光出射面
２０…偏光
３０…実装面
３０Ｒ…リフレクタ
３１、３２…リード
４０…液晶表示装置
４１Ａ…光透過性樹脂
４１…偏光板
４２…液晶セル
４３…偏光板
５０…拡散板
６０、７０、８０…偏光
２１０…出力部
２１０Ａ…出力面
２１１…第１電極
２１２…第２電極
２２０…発光部
２２１…第１半導体層
２２２…活性層
２２３…第２半導体層
【図１】
0005263771.tif 000004
【図２】
0005263771.tif 000005
【図３】
0005263771.tif 000006
【図４】
0005263771.tif 000007
【図５】
0005263771.tif 000008
【図６】
0005263771.tif 000009
【図７】
0005263771.tif 000010
【図８】
0005263771.tif 000011
【図９】
0005263771.tif 000012
【図１０】
0005263771.tif 000013
【図１１】
0005263771.tif 000014
【図１２】
0005263771.tif 000015