CN102576784B - 发光元件和设置有该发光元件的投影显示装置 - Google Patents

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Abstract

公开了一种发光元件，其中亮度和方向性是高的并且出射光的偏振态受到控制。该发光元件具有基板(3)，和被设置在基板(3)上并且出射光的发光部(10)，其中在平行于基板(3)的第一方向(x)上的偏振分量的光强度高于在其它方向上的偏振分量的光强度。发光部(10)具有：产生光的活性层(12)；和多个结构体(14a)，多个结构体(14a)相对于活性层(12)被设置在发光部(10)的出射侧上并且沿着平行于活性层(12)的平面二维地置放。在平行于活性层(12)的截面上，每一个结构体(15a)的宽度(w1)，所述宽度在第一方向(x)上，和每一个结构体(15a)的宽度(w2)，所述宽度在与第一方向(x)垂直交叉的第二方向(y)上，是相互不同的。结构体(14a)以第一节距(p1)在第一方向(x)以规则间隔置放，并且以不同于第一节距(p1)的第二节距(p2)在第二方向(y)上以规则间隔置放。

Description

发光元件和设置有该发光元件的投影显示装置
技术领域
本发明涉及一种发光元件和一种包括这种发光元件的投影显示设备。
背景技术
近年来，已经提出了一种投影显示设备(LED投影仪)，其中发光二极管(LED)被用作用于光源的发光元件。
例如，用于使用诸如液晶面板的光调制元件显示图像的LED投影仪要求发光元件作为其光源在受控的偏振态下出射光，因为液晶面板是依赖于偏振的。在受控的偏振态下的光指的是其中在特定方向的偏振分量的光强度高于在其它方向的偏振分量的光强度的光。
控制偏振态的一种方式是使用偏振器。例如，专利文献1公开了一种发光元件，该发光元件包括：具有发光层的半导体多层膜；和被置放在半导体多层膜上的偏振控制层(偏振器)，用于控制由发光层产生和出射的光的偏振。
专利文献2公开了一种发光元件，该发光元件包括发光部，该发光部用于产生其中在特定方向的偏振分量的光强度高于在其它方向的偏振分量的光强度的光，该发光部具有包括半导体的活性层(activelayer)，在该活性层中，主面(principal surface)是非极性面(nonpolarsurface)或者半极性面(semipolar surface)。利用这种构造，能够控制出射光的偏振态而无需偏振器。
要求LED投影仪以高亮度显示图像。从被用作光源的发光元件的光出射面提取光的效率是实现高亮度光源的有效方式。
用于将光投影到光调制元件上的光学系统存在由光源的面积和发散角度确定的光学扩展量(etendue)的限制。为了利用从光源出射的光作为投影光，光源的面积和发散角度的乘积的数值需要等于或者小于显示元件的面积和由投影透镜的F数确定的接收角度(立体角)的乘积的数值。因此，为了实现有效地利用从光源出射的光的高亮度LED投影仪，有必要增加光源的方向性以降低光学扩展量(etendue)。
作为如上所述用于增加对来自光源的光的光提取效率和方向性的方法，在发光元件的光出射面上设置光子晶体是已知的(例如见专利文献3)。
专利文献4提出一项除了增加光的光提取效率和方向性之外还利用偏振器控制出射光的偏振的技术。具体地，在专利文献4中公开的发光元件包括被置放在用于供应光的发光部的光出射侧上的反射型偏振板(偏振器)和光学部件(光子晶体)，该反射型偏振板透射特定偏振分量并且反射垂直于该特定偏振分量的偏振分量，该光学部件透射来自反射型偏振板的光并且具有在基本平行于基准面的二维方向上周期改变的折射率。
引用列表
专利文献
专利文献1：JP2008-60534A
专利文献2：JP2009-111012A
专利文献3：JP2006-310737A
专利文献4：JP2007-109689A
发明内容
所要解决的问题
然而，在于专利文献1中公开的发光元件中，具有除了特定偏振分量之外的偏振分量的光被偏振器阻断。因此，穿过偏振器的光的量与入射在偏振器上的光的量的比例最大是50％。另外，在专利文献2中公开的发光元件产生带有期望的偏振分量以及带有其它偏振分量的光，并且所产生的光不能被LED投影仪利用。
在另一方面，在专利文献3中公开的发光元件未被构造为出射其偏振态受到控制的光。进而，在专利文献4中公开的发光元件中，没有考虑取决于穿过反射型偏振板的光的偏振态布置光子晶体。具体地，在专利文献4中公开的发光元件中，因为未对特定偏振分量的光优化光子晶体的结构，所以难以从具有高亮度和高方向性的光源高效率地出射特定偏振分量的光。
本发明的目的在于提供一种将解决以上问题并且具有高亮度和高方向性并且在受控的偏振态下出射光的发光元件。本发明目的还在于提供一种包括这种发光元件的投影显示设备。
问题的解决方案
为了实现以上目的，根据本发明的发光元件包括基板和被置放在基板上用于出射光的发光部，在所述光中，在基本平行于所述基板的第一方向上的偏振分量的光强度高于在其它方向上的偏振分量的光强度。该发光部包括用于出射光的活性层和多个结构体，多个结构体相对于活性层被置放在发光部的光出射侧上并且沿着基本平行于活性层的面二维地排列。在平行于活性层的截面中，结构体中的每一个均具有沿着第一方向的宽度和沿着垂直于第一方向的第二方向的宽度，沿着第一方向的宽度和沿着第二方向的宽度是相互不同的。结构体沿着第一方向以第一节距(pitch)周期地排列并且沿着第二方向以不同于第一节距的第二节距周期地排列。
根据本发明的投影显示设备包括：包括上述发光元件的光源、用于取决于图像信号调制从光源出射的光的光调制元件，和用于投影由光调制元件调制的光的投影光学系统。
本发明的效果
根据本发明，提供了一种具有高亮度和高方向性并且在受控的偏振态下出射光的发光元件。
附图简要说明：
图1A是根据本发明第一实施例的发光元件的示意截面视图；
图1B是示出根据本发明第一实施例的发光元件的光子晶体的示意透视图；
图1C是示出图1B所示光子晶体的示意平面视图；
图2A是示出根据本发明用于优化光子晶体的光子晶体模型的示意截面视图；
图2B是示出TM偏振光和TE偏振光的概念图，该图示出了在光子晶体的偏振方向和栅格方向(grid direction)之间的关系；
图3A是示出相对于图2A所示光子晶体的节距的、TM偏振光的提取效率计算结果的曲线图；
图3B是示出相对于图2A所示光子晶体的节距的、TE偏振光的提取效率计算结果的曲线图；
图4A是示出相对于图2A所示光子晶体的占空比的、TM偏振光的提取效率计算结果的曲线图；
图4B是示出相对于图2A所示光子晶体的占空比的、TE偏振光的提取效率计算结果的曲线图；
图5A是示出根据本发明第一实施例的发光元件的光子晶体的修改的示意透视图；
图5B是图5A所示光子晶体的示意平面视图；
图6A是示出根据本发明第一实施例的发光元件的光子晶体的另一修改的示意透视图；
图6B是图6A所示光子晶体的示意平面视图；
图7A是示出根据本发明第一实施例的发光元件的光子晶体的又一个修改的示意透视图；
图7B是图7A所示光子晶体的示意平面视图；
图8A是示出相对于图2A所示光子晶体的占空比的、TM偏振光的提取效率计算结果的曲线图；
图8B是示出相对于图2A所示光子晶体的占空比的、TE偏振光的提取效率计算结果的曲线图；
图9是根据本发明第二实施例的发光元件的示意截面视图；并且
图10是示出根据一个实施例的投影显示设备的布置的示意设计图，该投影显示设备包括本发明的发光元件。
具体实施方式
将在下面参考附图描述本发明的实施例。
首先将在下面参考图1A到8描述根据本发明第一实施例的发光元件。
图1A到1C示意地示出根据本实施例的发光元件。图1A是根据本实施例的发光元件的示意截面视图，示出沿着垂直于基板的方向的截面。图1B和1C分别是在根据本实施例的发光元件上的光子晶体(多个结构体)的示意透视图和示意平面视图。如在图1A到1C中所示，平行于基板的平面，即，平行于发光元件的光出射面的平面，将被称作xy平面，并且垂直于基板的方向将被称作z方向。
根据本实施例的发光元件1包括基板3、被置放在基板3上的反射层4、被置放在反射层4上的正电极5和发光部10，以及被置放在发光部10的光出射面上的正电极6。
发光部10具有半导体层，该半导体层包括被置放在反射层4的上表面上的p型半导体层11、被置放在p型半导体层11上用于产生光的活性层12，和被置放在活性层12上的n型半导体层13a。p型半导体层11由掺杂有镁的GaN制成。活性层12由交替的InGaN和GaN层组成并且具有量子阱结构。n型半导体层13a由掺杂有硅的导电GaN制成。每一个半导体层11、12、13a均形成在反射层4上从而其主面是非极性面或者半极性面。主面被定义为平行于xy平面的平面。活性层12因此能够产生其中在特定方向的偏振分量具有高的光强度的光。具有高的光强度的偏振分量的方向将在下文中被称作“偏振方向”。根据本实施例，活性层12被如此布置，使得从活性层12出射的光的偏振方向是x方向(第一方向)。
根据本实施例，光子晶体14a被置放在发光部10的光出射面，即，n型半导体层13a的上表面上，从而增加其偏振方向是x方向的光的提取效率和方向性。
如在图1B中所示，光子晶体14a包括从n型半导体层13a的表面突出并且沿着x方向和y方向二维且周期排列的多个凸部15a。如在图1C中所示，如从z方向观察地，凸部15a中的每一个均被成形为在垂直于由处于n型半导体13a之下的活性层12产生的光的偏振方向(x方向)的方向(y方向)上延伸。换言之，凸部15a中的每一个均具有沿着作为出射光的偏振方向的x方向(第一方向)的宽度w1和沿着垂直于x方向的y方向(第二方向)的宽度w2，宽度w1小于宽度w2。进而，根据本实施例，由于将在以后描述的原因，光子晶体14a的占空比在x方向和y方向这两者上均是0.5。具体地，沿着x方向的宽度w1与沿着x方向的节距p1(第一节距)的比率r1＝w1/p1，和沿着y方向的宽度w2与沿着y方向的节距p2(第二节距)的比率r2＝w2/p2这两者均是0.5。
在根据本实施例的光子晶体14a中，如此构造的凸部15a沿着由活性层12产生的光的偏振方向(x方向)和垂直于此的方向(y方向)周期地排列。如在图1C中所示，沿着x方向和y方向的节距p1、p2是相互不同的并且满足关系：p2＞p1。如果关系：p2＞p1得以满足，则当通过光子晶体从发光元件提取由活性层产生的光时，能够增加光的光提取效率和方向性。这是本发明的发明人已经基于在下面示出的计算结果得出的新发现，并且用作本发明的必要特征。
将在下面参考图2A至3B描述根据FDTD(Finite-DifferenceTime-Domain：时域有限差分)方法的计算，该方法被执行用于建立光子晶体的最佳节距以增加光的光提取效率和方向性。
图2A是示出对于计算所使用的光子晶体的模型的示意截面视图，其为沿着如从x方向或者y方向观察的截面。根据该模型，从被置放在GaN中的光源出射的光通过被置放在光出射面上的光子晶体而被提取到空气中。图2B是示出TM偏振光和TE偏振光的概念图，该图示出了在光子晶体的偏振方向和栅格方向之间的关系。
已经关于图1B和1C所示二维光子晶体沿着两个方向，即，平行于偏振方向的栅格方向(x方向)和垂直于偏振方向的栅格方向(y方向)计算了光提取效率。
实际上，已经使用了图2A所示一维光子晶体的模型，并且已经计算了当从光子晶体出射其各自的偏振方向相互垂直的TM偏振光和TE偏振光(见图2B)时的光提取效率。在TM偏振光的偏振分量和一维光子晶体的栅格方向之间的关系等价于在其偏振方向是x方向的光和在二维光子晶体(见图1B和1C)中沿着x方向排列的凸部之间的关系。在另一方面，在TE偏振光的偏振分量和一维光子晶体的栅格方向之间的关系等价于在其偏振方向是x方向的光和在二维光子晶体中沿着y方向排列的凸部之间的关系。因此，对于图2A所示一维光子晶体，计算TM偏振光的提取效率提供了相对于沿着图1C所示x方向的节距p1的光提取效率，并且计算TM偏振光的提取效率提供了相对于沿着二维光子晶体的y方向的节距p2的光提取效率。
为了考虑方向性，光提取效率代表从垂直于光出射面的方向在±30°内出射的光的量与由光源产生的光的总量的比例。已经在光子晶体(凸部)具有占空比为0.5的矩形截面形状的假设下进行了计算。另外，已经通过改变晶体(凸部)的高度d相对于出射光在真空中的波长λ归一化的节距pi计算了对于从GaN的光子晶体向空气中出射的光的光提取效率。
图3A和3B示出相对于如此获得的光子晶体的周期(节距)的光提取效率的计算结果。图3A示出对于TM偏振光的计算结果，并且图3B示出对于TE偏振光的计算结果。
如能够从图3A和3B看到地，在TM偏振光和TE偏振光之间，在光提取效率具有局部最大值处的光子晶体的节距范围存在差异(对应于图中的阴影区域)。对于图3A所示TM偏振光，沿着平行于偏振分量的方向从节距0.4λ到0.8λ的范围对于最大光提取效率是最佳的。因此，相对于其偏振方向是x方向的光沿着二维光子晶体的x方向被优化的节距p1处于0.4λ＜p1＜0.8λ的范围中。类似地，对于图3B所示TE偏振光，相对于其偏振方向是x方向的光沿着二维光子晶体的y方向被优化的节距p2处于0.8λ＜p2＜1.2λ的范围中。因此，在沿着光子晶体的各方向的节距p1、p2和出射光在真空中的波长λ之间的关系满足：
0.4＜(p1/λ)＜0.8＜(p2/λ)＜1.2    (1)
使用图2A所示一维光子晶体的模型，已经通过从0.1到0.9改变光子晶体的凸部的宽度wi与节距pi的比率(占空比ri＝wi/pi)计算了TM偏振光和TE偏振光的提取效率。分别对于TM偏振光和TE偏振光，光子晶体的节距pi已经被设为0.6λ和1.0λ，并且对于TM偏振光和TE偏振光这两者，高度d已经被设为0.15μm。为了考虑方向性，光提取效率代表从垂直于光出射面的方向在±30°内出射的光的量与由光源产生的光的总量的比例。
图4A和4B示出相对于如此获得的占空比ri的提取效率计算结果。图4A示出对于TM偏振光的计算结果，并且图4B示出对于TE偏振光的计算结果。
如能够从图4A和4B理解地，光提取效率随着占空比改变。对于TM偏振光和TE偏振光这两者，用于最大化光提取效率的最佳占空比均是0.5。随着占空比从最佳数值增加或者降低，光提取效率降低。因此，为了实现高的光提取效率，沿着光子晶体的各方向的占空比r1和占空比r2可以是0.5。
其周期结构满足关系(1)的光子晶体不限于图1B和1C所示结构，而是可以具有图5A和5B所示结构。图5A和5B分别是示出根据本实施例的发光元件的光子晶体的修改的示意透视和平面视图。
图5A和5B所示光子晶体14b被构造为图1B和1C所示凸部15a的两个正方形栅格的组合。如此布置的光子晶体14b的凸部15b在n型半导体层13b的表面上具有增加的比例。结果，图5A和5B所示光子晶体14b也具有能够增强光提取效率的优点。
在图1B和1C所示光子晶体14a和图5A和5B所示光子晶体14b中，如从z方向观察的，凸部15a、15b中的每一个均具有椭圆形形状。然而，凸部不限于这种形状，而是可以具有另一形状，诸如，例如在y方向上伸长的矩形形状，只要在沿着x方向的宽度和沿着y方向的宽度相互不同。凸部可以具有又一种几何形状，诸如其较长对角线沿着y方向延伸的菱形形状。
在图3A和3B中，仅仅示出对于其凸部具有正高度d的光子晶体的计算结果。然而，将对于其凸部具有负高度d，即，具有凹部的光子晶体获得类似的计算结果。因此，根据本实施例的光子晶体可以具有被形成为在n型半导体层的表面中打开的凹部。
图6A和7A是这种光子晶体的示意透视图，并且图6B和7B是图6A和7A所示光子晶体的示意平面视图。图6A和6B示出对应于图1B和1C所示光子晶体14a的光子晶体14c，并且图7A和7B示出对应于图5A和5B所示光子晶体14b的光子晶体14d。在图1B和1C所示光子晶体14a和图5A和5B所示光子晶体14b中，凸部15a、15b具有沿着x方向和y方向的各自的宽度w1、w2。在图6A到7B所示光子晶体14c、14d中，凹部15c、15d具有沿着x方向和y方向的各自的宽度w1、w2。
图8A和8B示出使用图2A所示一维光子晶体的模型通过从0.1到0.9改变光子晶体的凹部的宽度wi与节距pi的比率(占空比ri)的、TM偏振光(图8A)和TE偏振光(图8B)的提取效率计算结果。如在图8A和8B中所示，关于由占空比0.5代表的对称轴线，计算出的效率与图4A和4B所示计算出的效率具有双边对称关系。因此，当光子晶体包括凹部时，如当光子晶体包括凸部时那样，沿着光子晶体的各方向的占空比r1和占空比r2可以是0.5从而实现高的光提取效率。
在图6A至7B所示光子晶体中，如在图1B和1C所示光子晶体和图5A和5B所示光子晶体中那样，如从z方向观察的凹部还可以具有矩形或者菱形形状。
如上所述，根据本实施例的发光元件包括在发光部的光出射面上形成的光子晶体，光子晶体使得它的周期性取决于从活性层出射的光的偏振态而被优化。因此，能够增大来自发光部的光的提取效率和方向性。
将在下面描述根据本发明第二实施例的发光元件。
图9是根据本实施例的发光元件的示意截面视图，示出沿着垂直于基板的方向的截面。
根据本实施例的发光元件1包括基板3、被置放在基板3上的反射层4、被置放在反射层4上的正电极5、被置放在反射层4上的发光部20，和被置放在发光部20的光出射面上的正电极6，其中发光部20包括半导体层21至23和偏振选择层26。
如第一实施例那样，发光部20包括被置放在反射层4的上表面上的p型半导体层21、被置放在p型半导体层21上用于产生光的活性层22，和被置放在活性层22上的n型半导体层23。
根据本实施例，发光部20还包括偏振选择层26，偏振选择层26包括线栅偏振器(wired grid polarizer)，其中偏振选择层26被置放在n型半导体层23的上表面上的光子晶体24上并且适于透射平行于x方向的偏振分量和反射其它偏振分量。除了偏振选择层26，本实施例具有与第一实施例相同的外观，包括光子晶体24的结构。
然而，根据本实施例，替代设置偏振选择层26，发光部20可以被构造为出射非偏振光而非其偏振方向是x方向的光。具体地，每一个半导体层21、22、23均可以形成在反射层4上从而其主面是极性面。无论如何，从发光部20出射的光均在沿着x方向偏振分量的提取效率和方向性已经被光子晶体24增加之后穿过偏振选择层26。因此，根据本实施例的发光元件2提供与第一实施例相同的优点。
根据本实施例，如第一实施例那样，光子晶体的凸部的结构和形状可以改变。
最后，将在下面描述根据一个实施例的LED投影仪作为投影显示设备，其包括根据本发明的发光元件。
图10是示出根据本实施例的LED投影仪的光学系统的布置的示意设计图。
对于各彩色光R(红色)、G(绿色)、B(蓝色)，根据本实施例的LED投影仪30包括光源31R、31G、31B，和用于取决于图像信息调制分别从光源31R、31G、31B出射的彩色光R、G、B的显示装置(光调制元件)33R、33G、33R。光源31G、31B包括根据本发明的发光元件。采用GaAs、AlGaAs、GaP、GaAs等作为半导体材料的发光元件被用于光源31R。根据本实施例，透射性液晶显示装置被用作显示装置。
根据本实施例的LED投影仪30还包括用于组合和出射被显示装置33R、33G、33B调制的彩色光R、G、B的交叉二向色棱镜(crossdichroic prism)34，和用于投影组合光以显示图像的投影透镜(投影光学系统)37。此外，用于将光施加于显示装置的透镜32R、32G、32B分别被设置在光源31R、31G、31B和显示装置33R、33G、33B之间。
交叉二向色棱镜34包括第一膜35，第一膜35被构造为反射红色光R的s偏振分量并且透射绿色光G的p偏振分量和蓝色光B的s偏振分量。交叉二向色棱镜34还包括第二膜36，第二膜36被构造为透射红色光R的s偏振分量和绿色光G的p偏振分量并且反射蓝色光B的s偏振分量。根据本发明的发光元件具有对特定方向上的偏振分量增加的提取效率和方向性。因此，通过布置光源G和光源B使得绿色光G的p偏振分量和蓝色光B的s偏振分量用作在特定方向上的偏振分量，能够增加LED投影仪30的光学系统的光使用效率。
LED投影仪的显示装置可以可替代地是反射性装置，诸如反射性液晶装置或者数字镜装置。
虽然已经参考实施例和示例具体地示出和描述了本发明，但是本发明不限于上述实施例和示例。本领域技术人员将会理解，在不偏离如由权利要求限定的本发明的范围的情况下，可以在其中进行在形式和细节方面的各种改变。
本申请基于在2009年10月23日提交的日本专利申请No.2009-244434，并且要求其优先权利益，其公开内容通过引用其整体而并入于此。
引用标号的解释
1，2  发光元件
3  基板
4  反射层
5  负电极
6  正电极
10，20  发光部
11，21  p型半导体层
12，22  活性层
13a-13d，23  n型半导体
14a-14d，24  光子晶体
15a，15b  凸部
15c，15d  凹部
26  偏振选择层
30  LED投影仪
31R，31G，31B  光源
32R，32G，32B  透镜
33R，33G，33B  显示装置
34  交叉二向色棱镜
35  第一膜
36  第二膜
37  投影透镜

Claims (9)

1.一种发光二极管，包括基板和被置放在所述基板上用于出射光的发光部，在所述光中，在基本平行于所述基板的第一方向上的偏振分量的光强度高于在其它方向上的偏振分量的光强度，
其中所述发光部包括半导体层，所述半导体层包括第一半导体层、被置放在所述第一半导体层上用于产生光的活性层、和被置放在所述活性层上的第二半导体层，并且所述半导体层还包括多个结构体，所述多个结构体被均匀地置放在所述第二半导体层的整个上表面上并且沿着基本平行于所述活性层的面二维排列；
在平行于所述活性层的所述结构体的截面中，所述结构体中的每一个均具有沿着所述第一方向的宽度和沿着垂直于所述第一方向的第二方向的宽度，沿着所述第一方向的所述宽度和沿着所述第二方向的所述宽度是相互不同的；并且
所述结构体沿着所述第一方向以第一节距周期地排列并且沿着所述第二方向以不同于所述第一节距的第二节距周期地排列。
2.根据权利要求1所述的发光二极管，其中沿着所述第一方向的所述宽度与所述第一节距的比率是大约0.5，并且沿着所述第二方向的所述宽度与所述第二节距的比率是大约0.5。
3.根据权利要求1所述的发光二极管，其中当从所述发光部出射的光在真空中的波长由λ表示、所述第一节距由p1表示、所述第二节距由p2表示时，所述第一节距p1与所述波长λ的比率(p1/λ)和所述第二节距p2与所述波长λ的比率(p2/λ)满足以下关系：
0.4<(p1/λ)<0.8<(p2/λ)<1.2。
4.根据权利要求1所述的发光二极管，其中所述半导体层的每一层的主面是非极性面或者半极性面。
5.根据权利要求1所述的发光二极管，其中所述发光部进一步包括被置放在所述半导体层的光出射面上的偏振器，所述偏振器适于透射平行于所述第一方向的偏振分量并且反射在其它方向上的所述偏振分量。
6.根据权利要求1所述的发光二极管，其中所述结构体中的每一个均是形成在所述第二半导体层的所述上表面上的凸部。
7.根据权利要求1所述的发光二极管，其中所述结构体中的每一个均是形成在所述第二半导体层的所述上表面上的凹部。
8.根据权利要求1所述的发光二极管，其中所述半导体层包括III族氮化物。
9.一种投影显示设备，包括：包括根据权利要求1所述的发光二极管的光源、用于取决于图像信号调制从所述光源出射的光的光调制元件，和用于投影由所述光调制元件调制的光的投影光学系统。
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Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101436077B1 (ko) 2011-07-12 2014-09-17 마루분 가부시키가이샤 발광소자 및 그 제조방법
JP2013125102A (ja) * 2011-12-13 2013-06-24 Samsung Yokohama Research Institute Co Ltd 微細周期構造を用いた光学フィルタ、偏光素子及び光学シャッタ
TW201447377A (zh) * 2013-06-07 2014-12-16 Hon Hai Prec Ind Co Ltd 雷射合光裝置
CN105283968A (zh) * 2013-07-17 2016-01-27 丸文株式会社 半导体发光元件及其制造方法
CN105934833B (zh) 2014-03-06 2017-09-15 丸文株式会社 深紫外led及其制造方法
USD765754S1 (en) * 2014-06-26 2016-09-06 Emcore Corporation Wafer level focus lens assembly
CN104409646A (zh) * 2014-11-13 2015-03-11 合肥鑫晟光电科技有限公司 一种发光器件及其制备方法、显示装置
JP5999800B1 (ja) * 2015-01-16 2016-09-28 丸文株式会社 深紫外ｌｅｄ及びその製造方法
US9703028B2 (en) * 2015-04-03 2017-07-11 Moxtek, Inc. Wire grid polarizer with phosphonate protective coating
DE102015122627A1 (de) * 2015-05-28 2016-12-01 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optoelektronische Anordnung und Tiefenerfassungssystem
JP6230038B2 (ja) 2015-09-03 2017-11-15 丸文株式会社 深紫外ｌｅｄ及びその製造方法
KR101811819B1 (ko) 2016-03-30 2017-12-22 마루분 가부시키가이샤 심자외 led 및 그 제조 방법
JP7316610B6 (ja) 2018-01-26 2024-02-19 丸文株式会社 深紫外ｌｅｄ及びその製造方法
KR20200017017A (ko) * 2018-08-07 2020-02-18 삼성전자주식회사 구조광 프로젝터 및 이를 포함하는 전자 장치
JP7188690B2 (ja) * 2018-08-22 2022-12-13 セイコーエプソン株式会社 プロジェクター
CN111430516B (zh) * 2020-03-24 2021-10-22 纳晶科技股份有限公司 量子点发光装置以及显示装置
CN112882287A (zh) * 2021-01-15 2021-06-01 北海惠科光电技术有限公司 一种背光模组和显示设备

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7808011B2 (en) * 2004-03-19 2010-10-05 Koninklijke Philips Electronics N.V. Semiconductor light emitting devices including in-plane light emitting layers
JP2006267417A (ja) * 2005-03-23 2006-10-05 Victor Co Of Japan Ltd 投射表示装置
JP2006310737A (ja) 2005-03-29 2006-11-09 Seiko Epson Corp 発光素子、発光素子の製造方法及び画像表示装置
JP2007109689A (ja) 2005-10-11 2007-04-26 Seiko Epson Corp 発光素子、発光素子の製造方法及び画像表示装置
KR100818451B1 (ko) * 2006-07-03 2008-04-01 삼성전기주식회사 편광성을 갖는 반도체 발광 소자
JP2008053425A (ja) * 2006-08-24 2008-03-06 Matsushita Electric Ind Co Ltd 半導体発光装置
KR100809236B1 (ko) 2006-08-30 2008-03-05 삼성전기주식회사 편광 발광 다이오드
JP2008060433A (ja) 2006-09-01 2008-03-13 Rohm Co Ltd レーザアレイ
JP2008283037A (ja) * 2007-05-11 2008-11-20 Hitachi Cable Ltd 発光素子
JP2008311317A (ja) * 2007-06-12 2008-12-25 Eudyna Devices Inc 半導体発光素子
JP5104070B2 (ja) * 2007-06-29 2012-12-19 コニカミノルタホールディングス株式会社 ２次元フォトニック結晶面発光レーザ
JP2009111012A (ja) 2007-10-26 2009-05-21 Rohm Co Ltd 半導体発光素子
JP2009206448A (ja) * 2008-02-29 2009-09-10 Furukawa Electric Co Ltd:The 面発光半導体レーザ素子
JP2010219307A (ja) * 2009-03-17 2010-09-30 Seiko Epson Corp 光源装置、プロジェクター

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