(57)【要約】【課題】反射面における反射率を減少することができる発光装置を提供する。特に、濡れた路面においてギラギラした反射光の発生を減少することができる発光装置を提供する。【解決手段】発光装置１において、偏向光２０を発する発光素子２と、発光素子２から発せられた偏向光２０を反射する反射面４への入射面２１Ｆに対して、偏向光２０（入射光２１）の偏光方向を±４５度未満に設定する発光素子取付モジュール３とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
偏光特性を持つ光を発する発光素子と、
前記発光素子から発せられた光を反射する反射面への入射面に対して、入射光の偏光方向を±４５度未満に設定する発光素子取付モジュールと、
を備えたことを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記発光素子から発せられる入射光の偏光方向が前記入射面に対して平行に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
【請求項３】
前記発光素子は、非極性面又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、この第１半導体層上の発光層及びこの発光層上の第２導電型の第２半導体層を備えたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の発光装置。
【請求項４】
前記発光装置は車両のテールランプに組み込まれる発光装置であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の発光装置。
【請求項５】
前記発光装置は車両のヘッドライトに組み込まれる発光装置であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の発光装置。
【請求項６】
前記反射面は表示装置の画面であり、前記発光装置は前記表示装置の画面を照明する照明装置又はそれに組み込まれる発光装置であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の発光装置。
【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、発光素子から発せられ反射面において反射される光の反射率を制御することができる発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば液晶ディスプレイのバックライト等には発光素子から入射される光の伝搬方向を変更して出力する光学素子（導光板）が使用されている。この導光板から出力された光は偏光板を介して液晶パネルに入力され、液晶ディスプレイに画像を表示することができる。導光板に入射された光（以下、単に「入射光」という。）は導光板の内部において散乱された後、光を取り出す発光面全体において散乱された光を均一に発光させることができる。すなわち、導光板の内部において入射光を反射する反射面の表面に反射パターンが形成されており、入射光が反射パターンによって方向付けされて導光板の内部を伝搬し、導光板の内部を伝搬した光は発光面から出力される。
【０００３】
近年、出力光を偏向光とする発光素子が採用される傾向にある。この種の発光素子を液晶バックライトやプロジェクタの光源として使用すれば、偏光板においてカットされる光の成分が少なくなり、発光効率を向上することができるものであると、下記非特許文献1に記載されているように期待がなされている。
【非特許文献１】タケウチ（T. Takeuchi）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】
最近、自動車等の車両のヘッドライト、テールランプ等の照明装置に発光ダイオード（LED）が使用される傾向にある。発光ダイオードはバッテリの低消費電力化に優れており、又寿命が長い特徴がある。一般的に使用される発光ダイオードは無偏光照明装置である。このような照明装置から発せられる光は、雨天時、雨天後等の濡れた路面において、ギラギラした反射を生じる。ヘッドライトにおいては対向車両の運転手が、テールランプにおいては後続車両の運転手が、いずれも車線の視認性を損うという不具合があった。
【０００５】
本発明は上記課題を解決するためになされたものである。従って、本発明は、反射面における反射率を減少することができる発光装置を提供することである。特に、本発明は、濡れた路面においてギラギラした反射光の発生を減少することができる発光装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の第１の特徴は、発光装置において、偏光特性を持つ光を発する発光素子と、発光素子から発せられた光を反射する反射面への入射面に対して、入射光のＰ波の偏光方向を±４５度未満に設定する発光素子取付モジュールとを備える。特に、発光素子から発せられる入射光のＰ波の偏光方向が入射面に対して平行に設定されていることが好ましい。更に、第１の特徴に係る発光装置において、発光素子は、非極性面又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、この第１半導体層上の発光層及びこの発光層上の第２導電型の第２半導体層を備えていることが好ましい。
【０００７】
この第１の特徴に係る発光装置は車両のテールランプ又は車両のヘッドライトに組み込まれる。また、第１の特徴に係る発光装置において反射面は表示装置の画面であり、発光装置は表示装置の画面を照明する照明装置又はそれに組み込まれる発光装置である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、反射面における反射率を減少することができる発光装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、現実のものとは異なる。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。また、以下に示す実施の形態はこの発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の技術的思想は各構成部品の配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の技術的思想は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。
【００１０】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態は、自動車等の車両のテールランプ及びヘッドライトに組み込まれる発光装置に本発明を適用した例を説明するものである。
【００１１】
［発光装置のシステム構成］
図１に示すように、第１の実施の形態に係る発光装置１は、偏光特性を持つ光（以下、単に「偏向光」という。）２０を発する発光素子２と、発光素子２０から発せられた偏向光２０を入射光２１として反射する反射面４への入射面２１Ｆに対して、入射光２１の偏光方向を±４５度未満に設定する発光素子取付モジュール３とを備えている。
【００１２】
［発光素子の構成］
第１の実施の形態に係る発光素子２は、例えば、図２に示すように、偏向光２０を発生する発光部２２０と、この発光部２２０を搭載し発光部２０から発せられる偏向光２０を出力する出力部（基板）２１０とを備えている。ここで、「偏向光」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、第１の実施の形態においては１００％の直線偏光である必要はない。従って、偏向光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。
【００１３】
発光部２２０は、GaN結晶の非極性（ノンポーラ）面又は半極性（セミポーラ）面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。
【００１４】
活性層２２２には、第１半導体層２２１から第１導電型の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から偏向光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。
【００１５】
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、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から取り出される光においては強い偏光状態を実現することができる。例えば、ｍ面を主面として活性層２２２が構成される場合、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向光２０を活性層２２２から発生させることができる。非極性面及び半極性面の詳細な説明は後述する。
【００１６】
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形成される。すなわち、図２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。第１の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１０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面を結晶成長面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の主面と同一である。
【００１７】
発光素子２は、更に第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を備える。同図２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が配設される。第１の半導体層２２１と第１電極２１１との間は電気的に接続されている。第２電極２１２は第２半導体層２２３上に配設される。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。
【００１８】
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２１１にオーミック接続され、第２電極２１２は第２半導体層２３３にオーミック接続される。なお、第１半導体層２２１と第１電極２１１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。
【００１９】
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（主面若しくは表面）に対向する面（裏面）は出力面２１０Ａである。活性層２２２から発せられた偏向光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。第１の実施の形態に係る発光素子２は、発光素子取付モジュール３の電極（図示しない。）にバンプ電極を介して電気的に接続され、フリップチップ方式により実装されている。
【００２０】
［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３及び図４に示すように六方晶系の結晶構造により近似することができる。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ので、極性面（polar plane）と呼ばれている。
【００２１】
図４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ので、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。
【００２２】
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面並びに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（non-polar plane）である。更に、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（semi-polar plane）である。半極性面の具体例は、図５（Ａ）に示す｛１０−１１｝面、図５（Ｂ）に示す｛１０−１３｝面等である。
【００２３】
［偏向光の反射特性］
第１の実施の形態に係る発光装置１の発光素子２から発せられる偏向光２０は、図１に示すように、Ｐ波２１ｐ及びＳ波２１ｓの２種類の偏向方向を持つ入射光２１として反射面４に入射され、反射面４の表面において反射される。入射光２１の入射光軸と反射面４の面法線とを含む面を入射面２１Ｆとし、図１に仮想的に示すと、Ｐ波２１ｐは入射光２１の偏向の入射面２１Ｆに対する平行成分であり、Ｓ波２１ｓは入射光２１の偏向の入射面２１Ｆに対する垂直成分である。
【００２４】
発光装置１において、発光素子取付モジュール３により、発光素子２から発せられる偏向光２０の入射光２１は、図６に示すように、Ｐ波２１ｐの偏向方向を入射面２１Ｆに対して平行に設定している。つまり、入射光２１のＰ波２１ｐは反射面４に対して垂直方向に振動する。
【００２５】
入射光２１の反射面４に対する入射角度と反射率との関係を図７に示す。図中、横軸は入射光軸と反射面４の面法線とがなす入射角θである。縦軸は反射率Ｒである。ここで、屈折率ｎtは例えば１．５２である。入射光２１の反射率Ｒは下記式により表される。
【００２６】
Ｒ ＝ （ 反射率Ｒｐ ＋ 反射率Ｒｓ ） ／ ２
反射率Ｒｐは入射光２１のＰ波２１ｐが反射面４に入射したときの反射率である。反射率Ｒｓは入射光２１のＳ波２１ｓが反射面４に入射したときの反射率である。入射角θが約３０度から約９０度の範囲内において、入射光２１の反射率Ｒに比べて、Ｓ波２１ｓの反射率Ｒｐは大きい。これに対して、同角度範囲内において、入射光２１の反射率Ｒに比べて、Ｐ波２１ｐの反射率Ｒｐは小さい。
【００２７】
第１の実施の形態に係る発光装置１においては、発光素子２から発せられる偏向光２０のＰ波２１ｐの反射率Ｒｐが小さくなる性質を利用し、図８に示すように、自動車等の車両６のテールランプ６１に発光装置１を組み込むことにより、この発光装置１から発せられる偏向光２０の反射面４における反射率を減少することができる。特に、反射面４、具体的には路面４１に水４２が存在するいわゆる濡れた路面４１においてギラギラした反射を減少することができるので、後続車両７の運転手８の車線に対する視認性を向上することができる。
【００２８】
また、第１の実施の形態に係る発光装置１においては、車両６のヘッドライト６２にも組み込むことができる。この場合には、同様に濡れた路面４１においてギラギラした反射を減少することができるので、対向車両の運転手（図示しない。）の車線に対する視認性を向上することができる。この結果、雨天走行時等の安全性を向上することができる発光装置１を実現することができる。
【００２９】
図９に示すように、入射光２１の偏向方向が入射面２１Ｆに対して若干傾きを生じる場合であっても、第１の実施の形態に係る発光装置１は、Ｐ波２１ｐの反射率Ｒｐを減少することができる。偏向方向に傾きを持つＰ波２１ｐにおいては、入射面２１Ｆに対して平行なＰ波成分２１ｐ１と入射面２１Ｆに対して垂直なＳ波成分２１ｓ１とに分解することができる。後者のＳ波成分２１ｓ１はギラギラを生じる反射成分である。このＳ波成分２１ｓ１に対して、Ｐ波成分２１ｐ１が大きければＰ波成分２１ｐ１が支配的になり、反射率Ｒｐを減少することができる。具体的には、入射面２１Ｆに対して入射光２１の偏光方向が±４５度未満の傾き｜θA｜に設定されていれば、自然光に比べてＰ波２１ｐの反射率Ｒｐを減少することができる。
【００３０】
更に、前述の図７に示すように、入射光２１のＰ波２１ｐの反射率Ｒｐがゼロになる入射角θBが存在する。つまり、濡れた路面４１において、ギラギラした反射が実効的に生じることがない。第１の実施の形態において、反射率Ｒｐを実質的にゼロにすることができる入射角θBは５３度から６０度の範囲内である。また、第１の実施の形態においては、入射光２１のＰ波２１ｐの入射角θが４５度から７５度の範囲内であれば、入射光２１そのものの反射率Ｒに対して半減することができ、大幅に反射率を減少することができる。従って、第１の実施の形態において、発光素子２から発せられる入射光２１の偏光方向を入射面２１Ｆに対して平行に設定することにより、濡れた路面４１においてギラギラした反射を大幅に減少することができる。
【００３１】
［発光素子取付モジュールの構成］
図１０（Ａ）に示すように、発光素子取付モジュール３において、発光素子２は、それから発せられる入射光２１の偏向方向を反射面４への入射面２１Ｆに対して平行（又は反射面４に対して垂直）に調整し、かつＰ波２１ｐの入射角θを反射率Ｒｐゼロに調整して、本体内部に組み付けられる。なお、第１の実施の形態においては、前述のように、入射光２１の偏向方向が反射面４への入射面２１Ｆに対して±４５度未満の傾きに調整して、発光素子取付モジュール３の本体内部に発光素子２を組み付けることができる。
【００３２】
また、第１の実施の形態においては、図１０（Ｂ）に示すように、発光素子２は、それから発せられる入射光２１の偏向方向を反射面４への入射面２１Ｆに対して平行でなく、発光素子取付モジュール３に組み付けてもよい。この場合、テールランプ（ユニット）６１又はヘッドライト（ユニット）６２に発光素子取付モジュール３が組み付けられた際に、この発光素子取付モジュール３の発光素子２から発せられる入射光２１の偏向方向が反射面４への入射面２１Ｆに対して平行に調整される。
【００３３】
このように第１の実施の形態に係る発光装置１においては、反射面４における反射率Ｒを減少することができる発光装置１を提供することができる。特に、第１の実施の形態に係る発光装置１においては、濡れた路面４１においてギラギラした反射光の発生を減少することができる発光装置１を提供することができる。
【００３４】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態は、第１の実施の形態に係る発光装置１を室内照明装置に使用した例を説明するものである。
【００３５】
［発光装置のシステム構成］
図１１に示すように、第２の実施の形態に係る発光装置１は室内照明装置に利用されている。すなわち、発光装置１は、偏向光２０を発する発光素子２と、発光素子２０から発せられた偏向光２０を反射する反射面４への入射面２１Ｆ（図１参照。）に対して、入射光２１の偏光方向を±４５度未満好ましくは平行に設定する発光素子取付モジュール３とを備えている。
【００３６】
ここで、反射面４は、表示装置の画面であり、発光装置１は表示装置の画面を照明する室内照明装置として使用されている。表示装置には例えばブラウン管表示装置、液晶表示装置、プラズマ表示装置、有機エレクトロルミネッセンス表示装置等が含まれ、この表示装置はテレビジョンやパーソナルコンピュータのモニタとして使用されている。
【００３７】
つまり、第２の実施の形態に係る発光装置（室内照明装置）１は、発光素子２から発せられる入射光２１の偏向方向を反射面４への入射面２１Ｆに対して平行に調整している。また、発光装置１は、前述のように、入射光２１の偏向方向を反射面４への入射面２１Ｆに対して±４５度未満の傾きに調整している。結果的に、発光装置１から発せられる入射光２１の反射面４におけるＰ波２１ｐの反射率Ｒｐを減少することができるので、反射面４（表示装置の画面）においてギラギラの反射を減少することができる。従って、使用者９においては、室内照明装置からの反射が少ない表示装置の画面を見ることができる。
【００３８】
このように第２の実施の形態に係る発光装置１においては、反射面４における反射率Ｒを減少することができる発光装置１を提供することができる。特に、第２の実施の形態に係る発光装置１においては、表示装置の画面においてギラギラした反射光の発生を減少することができる発光装置１を提供することができる。なお、発光装置１は室内照明装置に使用される場合に限るものではなく、第２の実施の形態に係る発光装置１においては室外（野外）照明装置に使用することができる。
【００３９】
（その他の実施の形態）
上記のように、本発明は前述の第１の実施の形態及び第２の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものでない。例えば、雨等の悪天候によって反射面が濡れ、反射面においてギラギラした反射により視認性が劣化する道路標識、信号機等に向かって偏向光を発する発光装置に本発明を適用することができる。
【００４０】
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含む。従って、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る発光装置のシステム構成を説明する概念図である。
【図２】図１に示す発光装置の発光素子の構成を示す要部断面図である。
【図３】図２に示す発光素子の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４】図２に示す発光素子の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５】（Ａ）及び（Ｂ）はいずれも図２に示す発光素子の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６】図１に示す発光装置から発せられる偏向光の入射光と反射面との関係を示す図である。
【図７】図１に示す発光装置から発せられる偏向光の入射光の反射面への入射角度と反射面における反射率との関係を示す図である。
【図８】図１に示す発光装置のテールランプ及びヘッドランプへの応用例を説明する概念図である。
【図９】図１に示す発光装置から発せられる偏向光の入射光と反射面との関係を示す図である。
【図１０】（Ａ）及び（Ｂ）はいずれも図１に示す発光装置において発光素子を組み込む発光素子取付モジュールの構成を示す概略図である。
【図１１】本発明の第２の実施の形態に係る発光装置のシステム構成を説明する概念図である。
【符号の説明】
【００４２】
１…発光装置
２…発光素子
２０…偏向光
２１…入射光
２１ｐ…Ｐ波
２１ｓ…Ｓ波
２１Ｆ…入射面
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
３…発光素子取付モジュール
４…反射面（表示装置の画面）
４１…路面
４２…水
６、７…車両
６１…テールランプ
６２…ヘッドランプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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