JP2005216917A - 光源装置及びプロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】高輝度で、高い点光源性の光源装置及びこの光源装置を備えるプロジェクタを提供すること。
【解決手段】所定の波長領域の光であるＧ光を照明方向ＩＬへ供給する第１の固体発光素子である第１ＬＥＤ１０１Ａと、第１ＬＥＤ１０１Ａに積層して設けられ、所定の波長領域の光であるＧ光を照明方向ＩＬへ供給する第２の固体発光素子である第２ＬＥＤ１０１Ｂと、の少なくとも２つの固体発光素子を有し、第２ＬＥＤ１０１Ｂは、第１ＬＥＤ１０１Ａからの所定の波長領域の光であるＧ光を照明方向ＩＬへ透過する透明層である透明支持基板２０６を有している。これにより、高輝度で、高い点光源性の光源装置１００を得ることができる。また、この光源装置１００を備えるプロジェクタは、明るく高品質な投写像を得ることができる。
【選択図】 図２−１

Description

本発明は、光源装置、特に固体発光素子を有する光源装置、及びこの光源装置を備えるプロジェクタに関するものである。

発光ダイオード（以下、「ＬＥＤ」という。）等の固体発光素子が光源装置の光源部として用いられている。そして、ＬＥＤ等の固体発光素子の発光効率は目覚しく向上している。

固体発光素子、例えばＬＥＤをプロジェクタの光源装置として用いることができる。プロジェクタは、明るく高品質な投写像を得るために、高輝度で高い点光源性の光源装置を必要とする。ＬＥＤを用いる光源装置からの光量を増加させる構成として、複数のＬＥＤをアレイ化して配置することが考えられる。これにより、ＬＥＤの数量に比例して光量を増加できる。ここで、プロジェクタにおいては、光源装置と空間光変調装置とを含めた光学系において、有効に扱える光束が存在する空間的な広がりを面積と立体角の積（エテンデュー、Ｇｅｏｍｅｔｒｉｃａｌ Ｅｘｔｅｎｔ）として表すことができる。この面積と立体角の積は、光学系において保存される。

光源の空間的な広がりが大きくなると、空間光変調装置に入射する光束が存在する空間的な広がりが大きくなる。これに対して、空間光変調装置で取り込むことができる角度は限られているため、光源装置からの光束を有効に用いることが困難となる。複数のＬＥＤをアレイ化して光量を増やす場合、光源装置の発光領域の面積（空間的な広がり）も大きくなる。従って、プロジェクタにおいて、単に複数のＬＥＤをアレイ化して光量を増加させようとしても、エテンデューが保存されるため、光源装置からの全ての光束を有効に用いることが困難となってしまう。この結果、点光源性が低下し、また光量も増加させることができないので問題である。特に、いわゆるＩｎＧａＮ系ＬＥＤは、積層することで光量を増加させることが構造上極めて困難であり問題である。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、高輝度で、高い点光源性の光源装置及びこの光源装置を備えるプロジェクタを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、第１の本発明によれば、所定の波長領域の光を照明方向へ供給する第１の固体発光素子と、第１の固体発光素子に積層して設けられ、所定の波長領域の光を照明方向へ供給する第２の固体発光素子と、の少なくとも２つの固体発光素子を有し、第２の固体発光素子は、第１の固体発光素子からの所定の波長領域の光を照明方向へ透過する透明層を有することを特徴とする光源装置を提供できる。

本発明によれば、第１の固体発光素子は、照明方向へ所定の波長領域の光を供給する。また、第２の固体発光素子も、照明方向へ所定の波長領域の光を供給する。そして、第１の固体発光素子と第２の固体発光素子とは積層して設けられている。ここで、第２の固体発光素子は、第１の固体発光素子からの所定の波長領域の光を照明方向へ透過する透明層を有している。これにより、第１の固体発光素子から供給された光は、第２の固体発光素子の透明層を透過して、照明方向へ射出される。このため、第１の固体発光素子から供給された光は、第２の固体発光素子で遮光されることがない。この結果、第１の固体発光素子と第２の固体発光素子との少なくとも２つの固体発光素子からの光は、同一の照明方向へ重畳して進行する。従って、光源装置の発光領域の面積を増大させることなく高い点光源性を得ること、及び光量を増やし高輝度な光を得ることができる。

また、本発明の好ましい態様によれば、第１の固体発光素子は、所定の波長領域の光を反射する基板と、第１の電極を有し、基板上に形成された第１半導体層と、第２の電極を有する第２半導体層と、第１半導体層と第２半導体層との間に形成された活性層とを有し、基板は、活性層からの所定の波長領域の光を第２の固体発光素子側へ反射することが望ましい。第１の固体発光素子の活性層から供給される光は、第２の固体発光素子側の方向と基板側の方向との２つの方向へ供給される。２つの方向へ供給された光のうち、第２の固体発光素子側の方向へ進行する光は、上述したように第２の固体発光素子の透明層を透過して照明方向へ射出される。これに対して、基板側の方向へ進行する光は、基板で反射して、第１の固体発光素子と、透明層を介して第２の固体発光素子とを透過する。そして、第２の固体発光素子を透過した光は、照明方向へ射出される。この結果、有効に光を用いることができ、高輝度な光を得ることができる。

また、本発明の好ましい態様によれば、第１の固体発光素子は、所定の波長領域の光を反射するミラー部と、第１の電極を有し、ミラー部上に形成された第１半導体層と、第２の電極を有する第２半導体層と、第１半導体層と第２半導体層との間に形成された活性層と、活性層からの光を透過する透過層とを有し、ミラー部は、活性層から射出し透明層を透過する所定の波長領域の光を第２の固体発光素子側へ反射することが望ましい。第１の固体発光素子の活性層から供給される光は、第２の固体発光素子側の方向とミラー部側の方向との２つの方向へ供給される。２つの方向へ供給された光のうち、第２の固体発光素子側の方向へ進行する光は、上述したように第２の固体発光素子の透明層を透過して照明方向へ射出される。これに対して、ミラー部側の方向へ進行する光は、第１の固体発光素子の透明層を介してミラー部で反射する。ミラー部で反射した光は、再度第１の固体発光素子の透明層を透過し、さらに、第２の固体発光素子の透明層を透過する。そして、第２の固体発光素子を透過した光は、照明方向へ射出される。この結果、有効に光を用いることができ、高輝度な光を得ることができる。

また、本発明の好ましい態様によれば、第２の固体発光素子の照明方向側に設けられ、第２の固体発光素子からの所定の波長領域の光と、第１の固体発光素子から供給され第２の固体発光素子を透過する所定の波長領域の光とを、照明方向へ屈折させて射出するレンズをさらに有することが望ましい。一般的に、固体発光素子、例えばＬＥＤの第１の半導体層、第２の半導体層、活性層は、それぞれ平板形状である。このため、活性層から射出される光は、半導体層と空気面との界面で全反射してしまうことがある。この全反射により、光の利用効率が低下してしまう。これに対して、本態様では、半導体層の屈折率とレンズの屈折率とを略等しくしておくこと、即ちインデックス・マッチングすることにより、活性層で発生した光を効率良く照明方向へ導くことができる。

また、第２の本発明によれば、上述の光源装置と、光源装置からの光を画像信号に応じて変調して射出する空間光変調装置と、変調された光を投写する投写レンズとを有することを特徴とするプロジェクタを提供できる。本プロジェクタは、高い点光源性で、高輝度な光を供給する光源装置を有している。このため、明るく、良好な投写像を得ることができる。

以下に、本発明に係る光源装置及びこれを備えるプロジェクタの実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではない。

図１は、実施例１に係る光源装置１００の概略構成を示す。平板状の金属実装基台１０６の照明方向ＩＬ側の面に、第１の固体発光素子である第１ＬＥＤ１０１Ａと、第２の固体発光素子である第２ＬＥＤ１０１Ｂとが積層して設けられている。第１ＬＥＤ１０１Ａと第２ＬＥＤ１０１Ｂとの詳細な構成は図３を用いて後述する。金属実装基台１０６内には、断面形状が矩形である管状の冷却液流動部１０７が形成されている。冷却液流動部１０７内には、冷却液が循環する。これにより、金属実装基台１０６を冷却できる。また、実装基台１０６は、後述するように電極リード部の機能を兼用している。第１ＬＥＤ１０１Ａ、第２ＬＥＤ１０１Ｂともに、ＩｎＧａＮ系ＬＥＤであり、所定の波長領域の光、例えば緑色光（以下、「Ｇ光」という。）を供給する。

積層された第１ＬＥＤ１０１Ａと第２ＬＥＤ１０１Ｂと略同じ厚さｈのフレキシブル基板１０５上に銅箔リード線１０２が対向する２方向へ延在するように形成されている。銅箔リード線１０２の端部には、駆動端子１０４が形成されている。金属実装基台１０６の周辺部には、積層されたＬＥＤ１０１Ａ、１０１Ｂの方向へ斜面１０８ａを向けた光反射部１０８が設けられている。そして、透明樹脂部１０９ａが、光反射部１０８と略同じ高さで、第１ＬＥＤ１０１Ｂの表面を覆うように設けられている。透明樹脂部１０９ａのさらに照明方向ＩＬ側には正の屈折力を有するレンズ１０９が固着されている。

レンズ１０９は、第１ＬＥＤ１０１ＡからのＧ光と、第２ＬＥＤ１０１ＢからのＧ光を、照明方向ＩＬへ屈折させて射出する。図２−１を用いて後述するように、第２ＬＥＤ１０１Ｂのｎ−ＧａＮ層２０４は、平板形状である。このため、活性層２０３から射出される光は、ｎ−ＧａＮ層２０４と空気面との界面で全反射してしまうことがある。この全反射により、光の利用効率が低下してしまう。これに対して、本実施例では、ｎ−ＧａＮ層２０４の屈折率と透明樹脂部１０９ａの屈折率とを略等しくしておくこと、即ちインデックス・マッチングすることにより、活性層２０３で発生した光を効率良く照明方向ＩＬへ導くことができる。さらに、透明樹脂部１０９ａの屈折率と、レンズ１０９の屈折率とを略等しくしておくことで、呼効率良くＧ光を光源装置１００外へ取り出すことができる。好ましくは、半球状のレンズ１０９の焦点位置に第１ＬＥＤ１０１Ａ、第２ＬＥＤ１０１Ｂを設けておくことが望ましい。

次に、図２−１、２−２に基づいて、積層されている２つのＬＥＤ１０１Ａ、１０１Ｂの構成を説明する。図２−１は、第１ＬＥＤ１０１Ａと第２ＬＥＤ１０１Ｂとの概略構成を示す。図２−１において、第１ＬＥＤ１０１Ａの上に積層されて第２ＬＥＤ１０１Ｂが形成されている。２つのＬＥＤ１０１Ａ、１０１Ｂは、上述したようにＩｎＧａＮ系ＬＥＤである。

まず、第１の固体発光素子である第１ＬＥＤ１０１Ａについて述べる。第１ＬＥＤ１０１Ａは、第１半導体層であるｐ−ＧａＮ層３０２と、第２半導体層であるｎ−ＧａＮ層３０４と、ｐ−ＧａＮ層３０２とｎ−ＧａＮ層３０４との間に形成された活性層３０３とを有する。ｐ−ＧａＮ層３０２側には、Ｐｔ電極３０１を介してＡｕ電極３００が形成されている。Ｐｔ電極３０１とＡｕ電極３００とで基板を構成する。また、ｎ−ＧａＮ層３０４端部には、第２の電極である上電極３０５が形成されている。そして、上電極３０５とＡｕ電極３００との間に所定の電圧を印加する。これにより、活性層３０３から、所定の波長領域の光であるＧ光が供給される。また、Ｐｔ電極３０１とＡｕ電極３００とで構成される基板は、Ｇ光を第２ＬＥＤ１０１Ｂ側へ反射する。

次に、第２の固体発光素子である第２ＬＥＤ１０１Ｂについて述べる。第２ＬＥＤ１０１Ｂは、第１ＬＥＤ１０１Ａに対して照明方向ＩＬ側に積層して設けられている。第２ＬＥＤ１０１Ｂにおける、第１半導体層ｐ−ＧａＮ２０２と、第２半導体層ｎ−ＧａＮ２０４と、活性層２０３と、第２の電極である上電極２０５との構成は、第１ＬＥＤ１０１Ａと同一である。活性層２０３のｐ−ＧａＮ層２０２と反対側の周辺部には、Ｐｔ電極２０１とＡｕ電極２００が形成されている。活性層２０３は、所定の波長領域の光であるＧ光を供給する。そして、活性層２０３のｐ−ＧａＮ層２０２と反対側の中央部には、透明層である透明支持基板２０６が形成されている。透明支持基板２０６は、例えば、石英、硝子、又は耐熱性樹脂で構成されている。そして、透明支持基板２０６は、所定の波長領域の光であるＧ光を透過する。なお、第１ＬＥＤ１０１Ａと第２ＬＥＤ１０１Ｂとの間に生ずる隙間の空間は、熱伝導性が良好で、インデックス・マッチングがとれている部材を充填しておくことが望ましい。

上述の構成により、第１ＬＥＤ１０１Ａの活性層３０３から供給されたＧ光のうち光Ｌ２は、第２ＬＥＤ１０１Ｂの透明支持基板２０６を透過して、照明方向ＩＬへ射出される。第１ＬＥＤ１０１Ａの活性層３０３から供給されたＧ光のうち光Ｌ２は、第２ＬＥＤ１０１Ｂの透明支持基板２０６を透過して、照明方向ＩＬへ射出される。このため、第１ＬＥＤ１０１Ａから供給された光Ｌ２は、第２ＬＥＤ１０１Ｂで遮光されることがない。また、第２ＬＥＤ１０１Ｂの活性層２０３からの光Ｌ１は、そのまま照明方向ＩＬへ射出される。この結果、第１ＬＥＤ１０１Ａからの光Ｌ２と、第２ＬＥＤ１０１Ｂからの光Ｌ１との少なくとも２つの固体発光素子からの光は、同一の照明方向ＩＬへ重畳して進行する。従って、発光領域の面積を増大させることなく高い点光源性を得ること、及び光量を増やし高輝度な光を得ることができる。

また、第１ＬＥＤ１０１Ａの活性層３０３から供給される光は、照明方向ＩＬである第２ＬＥＤ１０１Ｂ側の方向と、基板を構成するＰｔ電極３０１とＡｕ電極３００の方向との２つの方向へ供給される。２つの方向へ供給された光のうち、第２ＬＥＤ１０１Ｂ側の方向へ進行する光Ｌ２は、上述したように第２ＬＥＤ１０１Ｂの透明支持基板２０６を透過して照明方向ＩＬへ射出される。これに対して、Ｐｔ電極３０１側の方向へ進行する光Ｌ４は、Ｐｔ電極３０１で反射して、第１ＬＥＤ１０１Ａと、透明支持基板２０６を介して第２ＬＥＤ１０１Ｂとを透過して、照明方向ＩＬへ射出される。この結果、有効に光を用いることができ、高輝度な光を得ることができる。

さらに、第２ＬＥＤ１０１Ｂの活性層２０３からも、第１ＬＥＤ１０１Ａ側へ光Ｌ３が射出される。光Ｌ３は、透明支持基板２０６を透過して、第１ＬＥＤ１０１Ａへ入射する。第１ＬＥＤ１０１Ａを透過した光Ｌ３は、Ｐｔ電極３０１で反射される。Ｐｔ電極３０１で反射された光Ｌ３は、再び、第１ＬＥＤ１０１Ａと、透明支持基板２０６を介して第２ＬＥＤ１０１Ｂとを透過する。そして、第２ＬＥＤ１０１Ｂから照明方向ＩＬへ射出される。この結果、照明方向ＩＬへは、光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４が射出されるため、高輝度な光を得ることができる。

図２−２は、第２ＬＥＤ１０１Ｂを照明方向ＩＬから見た構成を示す。上電極２０５は、矩形状のｎ−ＧａＮ層２０４の対向する辺近傍の周辺部に形成されている。図３は、光源装置１００全体を照明方向ＩＬから見た構成を示す。上述したように、レンズ１０９は、第２ＬＥＤ１０１Ｂを略焦点とする半球状である。

図４−１は、第１ＬＥＤ１０１Ａと第２ＬＥＤ１０１Ｂとを駆動する際の、電圧印加の概念を示す。電源部１０００の負側電極は、第２ＬＥＤ１０１Ｂの上電極２０５に接続されている。また、電源部１０００の正側電極は、第１ＬＥＤ１０１ＡのＡｕ電極３００に接続されている。そして、光源装置１００の点灯のＯＮ又はＯＦＦは、スイッチ１００１の開閉により行う。具体的には、図４−２に示すように、上電極２０５には、電源部１０００の負側電極に接続している銅箔リード線１０２が固着されている。第１ＬＥＤ１０１ＡのＡｕ電極３００には、電源部１０００の正側電極に接続している電極リード部の機能を兼用する金属実装基台１０６が固着されている。そして、第１ＬＥＤ１０１Ａと第２ＬＥＤ１０１Ｂとは、電気的に接続されている。これにより、第１ＬＥＤ１０１Ａと第２ＬＥＤ１０１Ｂとに所定の電圧を印加できる。なお、積層するＬＥＤの数を３つ以上にするとき、印加電圧はＬＥＤの数に比例して大きくなるのに対して、電流は単一のＬＥＤを駆動するときと略同一で良い。

次に、図５−１から図５−７に基づいて、第１ＬＥＤ１０１Ａの製造手順を説明する。図５−１において、サファイア基板３０６上にｎ−ＧａＮ層３０４と、ｐ−ＧａＮ層３０２と、両層に挟まれた活性層３０３とを形成する。図５−２において、ｐ−ＧａＮ層３０２上にオーミックコンタクトをとるためのＰｔ電極３０１を形成する。オーミックコンタクトとは、ｐ−ＧａＮ層３０２へ電流を注入しやすくするための構成をいう。図５−３において、Ｐｔ電極３０１上にＡｕ電極３００をメッキ処理により形成する。図５−４において、サファイア基板３０６側からレーザ光を照射する。ここで、いわゆるレーザリフトオフと呼ばれる方法により、ｎ−ＧａＮ層３０４からサファイア基板３０６を分離する。レーザリフトオフに関しては、例えば、電子情報通信学会技術研究報告（信学技法 Ｖｏｌ.１０３ Ｎｏ.３４１、ｐ４９−５３、ＥＤ２００３−１４１）に詳しく述べられている。図５−５は、サファイア基板３０６を取り去った後の構成を示す。図５−６において、ｎ−ＧａＮ層３０４上の所定の位置に、オーミックコンタクトをとるためのＴｉ電極と、その上にＡｕ電極とを形成する。図５−６では、簡単のため、Ｔｉ電極とＡｕ電極とを合わせて上電極３０５として示す。最後に、図５−７において、クラッキング工程により、複数の第１ＬＥＤ１０１Ａが製造された１枚の基板を所定位置で切断して分割することで、個別の第１ＬＥＤ１０１Ａを得ることができる。

次に、図６−１から図６−８に基づいて、第２ＬＥＤ１０１Ｂの製造手順を説明する。図６−１において、サファイア基板２０７上にｎ−ＧａＮ層２０４と、ｐ−ＧａＮ層２０２と、両層に挟まれた活性層２０３とを形成する。図６−２において、ｐ−ＧａＮ層２０２上の所定位置に、石英、硝子又は耐熱性樹脂からなる透明支持基板２０６を光学的透明接着剤で固着する。透明支持基板２０６は、後続する手順において基板の機械的強度を保つために十分な厚さであることが望ましい。例えば、透明支持基板２０６の厚さは、数１０μｍ程度である。図６−３において、ｐ−ＧａＮ層２０２上にオーミックコンタクトをとるためのＰｔ電極２０１を形成する。Ｐｔ電極２０１は、ｐ−ＧａＮ層３０２へ電流を注入しやすくする機能を有する。図６−４において、Ｐｔ電極２０１上にＡｕ電極２００をメッキ処理により形成する。図６−５において、サファイア基板２０７側からレーザ光を照射して、レーザリフトオフにより、ｎ−ＧａＮ層２０４からサファイア基板２０７を分離する。図６−６は、サファイア基板２０７を取り去った後の構成を示す。図６−７において、ｎ−ＧａＮ層２０４上の所定の位置に、オーミックコンタクトをとるためのＴｉ電極と、その上にＡｕ電極とを形成する。図６−７では、簡単のため、Ｔｉ電極とＡｕ電極とを合わせて上電極２０５として示す。最後に、図６−８において、クラッキング工程により、複数の第２ＬＥＤ１０１Ｂが製造された１枚の基板を所定位置で切断して分割することで、個別の第２ＬＥＤ１０１Ｂを得ることができる。

次に、図７−１から図７−７に基づいて、第１ＬＥＤ１０１Ａと第２ＬＥＤ１０１Ｂとを金属実装基台１０６上に実装して光源装置１００を製造する手順を説明する。図７−１において、平板状の金属実装基台１０６の内部に、断面が矩形形状の冷却液流動部１０７を形成する。第１ＬＥＤ１０１Ａ、第２ＬＥＤ１０１Ｂは、共に、点灯により発熱量が大きくなる。高効率でＬＥＤを発光させるためには、発熱によるＬＥＤの温度上昇を抑えることが必要となる。このため、冷却液流動部１０７内に冷媒を流動させて、第１ＬＥＤ１０１Ａが直接実装される金属実装基台１０６を冷却する。冷媒としては液体、気体の何れでも良い。金属実装基台１０６は、下部電極リード部の機能を兼用している。これにより、第１ＬＥＤ１０１Ａ、第２ＬＥＤ１０１Ｂからの発熱の放熱性を向上できる。特に、積層された第２ＬＥＤ１０１Ｂは、直下の第１ＬＥＤ１０１Ａと金属電極により結線されているため、熱伝導が効率良く行われる。このため、金属実装基台１０６から効率的に排熱（冷却）できる。図７−２において、金属実装基台１０６上の中央部に、第１ＬＥＤ１０１ＡのＡｕ電極３００側を直接固着する。図７−３において、第１ＬＥＤ１０１Ａ上に積層して第２ＬＥＤ１０１Ｂを直接固着する。そして、第１ＬＥＤ１０１Ａの上電極３０５と、第２ＬＥＤ１０１ＢのＡｕ電極２００とを電気的に接続するために結線する。図７−４において、銅箔リード線１０２が形成されているフレキシブル基板１０５を金属実装基台１０６上に固着する。フレキシブル基板１０５は、例えばポリイミドフィルムから構成されている。フレキシブル基板１０５の厚さは、第１ＬＥＤ１０１Ａと第２ＬＥＤ１０１Ｂとを積層した高さと略一致させておく。そして、銅箔リード線１０２と、第２ＬＥＤ１０１Ｂの上電極２０５とを電気的に接続するために結線する。最後に、銅箔リード線１０２の端部に、駆動端子１０４を形成する。

図７−５において、フレキシブル基板１０５の周辺部に、光反射部１０８を形成する。光反射部１０８は、所定の波長領域の光であるＧ光を反射する斜面１０８ａを有する。図７−６において、第２ＬＥＤ１０１Ｂとインデックス・マッチングするような透明樹脂部１０９ａを形成する。透明樹脂部１０９ａは、例えば、シリコン系ジェルを用いることができる。これにより、活性層２０３、３０３で発生したＧ光は、第２ＬＥＤ１０１Ｂのｎ−ＧａＮ層２０４で全反射する光量が減少する。この結果、Ｇ光を効率良く照明方向ＩＬへ導くことができる。図７−７において、透明樹脂部１０９ａ上にレンズ１０９を固定する。レンズ１０９は正の屈折力を有する凸単レンズである。これにより、第１ＬＥＤ１０１Ａ、第２ＬＥＤ１０１ＢからのＧ光を屈折させて照明方向ＩＬへ射出できる。なお、レンズ１０９の焦点位置と、第１ＬＥＤ１０１Ａ、第２ＬＥＤ１０１Ｂの位置とを略一致させておくことが望ましい。以上説明した手順で、光源装置１００を製造できる。なお、上述した製造手順は、工程の基本となる手順を説明したものである。従って、各手順の前後関係を適宜変更しても良い。

図８、図９に基づいて、フレキシブル基板１０５と、積層した２つのＬＥＤ１０１Ａ、１０１Ｂの高さとの整合をとるための変形例を説明する。図８は、第１の変形例の概略構成を示す。フレキシブル基板１０５の厚さは、積層された２つのＬＥＤ１０１Ａ、１０１Ｂの高さよりも小さい。このため、フレキシブル基板１０５上にスペーサ６０１を介して銅箔リード線６０２を形成する。そして、銅箔リード線６０２と第２ＬＥＤ１０１Ｂの上電極２０５とを電気的に接続するために結線する。また、図９は、第２の変形例の概略構成を示す。金属実装基台１０６に所定の深さの掘り込み部７０１を形成しておく。第１ＬＥＤ１０１Ａは、掘り込み部７０１に固着して実装する。掘り込み部７０１の深さ量は、フレキシブル基板１０５上の銅箔リード線１０２と、第２ＬＥＤ１０１Ｂの上電極２０５とが容易に結線できる量に設定しておく。

図１０、図１１に基づいて、第２ＬＥＤ１０１Ｂの上電極の形状、配置の変形例を説明する。図１０は、上電極２０５の第１の変形例を照明方向ＩＬから見た構成を示す。略正方形状の上電極２０５が、矩形状のｎ−ＧａＮ層２０４の４つの隅部の近傍に形成されている。図１１は、上電極２０５の第２の変形例を照明方向ＩＬから見た構成を示す。３角形形状の上電極２０５が、ｎ−ＧａＮ層２０４の４つの隅部に形成されている。上電極２０５のこれらの形状、配置は、第１ＬＥＤ１０１Ａの上電極３０５についても同様である。また、上電極２０５の形状、配置はこれに限られるものではなく、以下の条件（１）、（２）を満足するものであれば良い。
（１）ＬＥＤを安定的に積層できること。
（２）電流が活性層に均一かつ効率良く流れること。

本実施例では、第１ＬＥＤ１０１Ａの上に第２ＬＥＤ１０１Ｂを積層した構成に基づいて説明している。しかしながら、本発明はこれに限られることなく、３つ以上のＬＥＤを積層することも容易にできる。例えば、図１２に示すように、第１ＬＥＤ１０１Ａの上に３つの第２ＬＥＤ１０１Ｂを積層することができる。これにより、高い点光源性で、光量を実施例１に比較して、さらに増加させることができる。

図１３は、積層するＬＥＤのさらに他の変形例を示す。本変形例では、下側の第１ＬＥＤ１０１Ａの代わりに、第２ＬＥＤ１０１Ｂとミラー部１２００とを用いる。実施例１と同一の部分には、同一の符号を付し、重複する説明は省略する。上側の第２ＬＥＤ１０１Ｂからの光Ｌ１は、そのまま照明方向ＩＬへ射出される。下側の第２ＬＥＤ１０１Ｂからの光Ｌ２は、上側の第２ＬＥＤ１０１Ｂの透明支持基板２０６を透過して、照明方向ＩＬへ射出する。この結果、光Ｌ１と、光Ｌ２とは、同一の照明方向ＩＬへ重畳して進行する。

上側の第２ＬＥＤ１０１Ｂの活性層２０３からは、照明方向ＩＬと反対側にも光Ｌ３が射出される。光Ｌ３は、透明支持基板２０６を透過して、下側の第２ＬＥＤ１０１Ｂへ入射する。下側の第２ＬＥＤ１０１Ｂを透過した光Ｌ３は、ミラー部１２００で反射される。ミラー部１２００で反射された光Ｌ３は、再び、積層された２つの第２ＬＥＤ１０１Ｂを透過して照明方向ＩＬへ射出される。

さらに、下側の第２ＬＥＤ１０１Ｂの活性層２０３から、照明方向ＩＬと反対側へ供給される光Ｌ４は、ミラー部１２００で反射する。ミラー部１２００で反射された光Ｌ４は、再び、積層された２つの第２ＬＥＤ１０１Ｂを透過して照明方向ＩＬへ射出される。この結果、照明方向ＩＬへは、４つの光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４が射出される。従って、有効に光を用いることができ、高輝度な光を得ることができる。

図１４は、本発明の実施例２に係るプロジェクタ１４００の概略構成を示す。プロジェクタ１４００は、第１色光であるＲ光を供給する第１光源部１４０１Ｒと、第２色光であるＧ光を供給する第２光源部１４０１Ｇと、第３色光であるＢ光を供給する第３光源部１４０１Ｂとを有する。第１光源部１４０１Ｒ、第２光源部１４０１Ｇ及び第３光源部１４０１Ｂは、それぞれ上記実施例１で述べた光源装置１００を用いるＬＥＤ素子である。

第１光源部１４０１ＲからのＲ光は、偏光変換素子１４０３Ｒに入射する。偏光変換素子１４０３Ｒは、Ｒ光を特定の振動方向を有する偏光光、例えばｐ偏光光に変換する。偏光変換されたＲ光は、第１色光用空間光変調装置であるＲ光用空間光変調装置１４１０Ｒに入射する。Ｒ光用空間光変調装置１４１０Ｒは、Ｒ光を画像信号に応じて変調する透過型の液晶表示装置である。Ｒ光用空間光変調装置１４１０Ｒは、液晶パネル１４１５Ｒと、第１偏光板１４１６Ｒと、第２偏光板１４１７Ｒとを有する。

第１偏光板１４１６Ｒは、ｐ偏光光に変換されたＲ光を透過し、液晶パネル１４１５Ｒに入射させる。液晶パネル１４１５Ｒは、ｐ偏光光を画像信号に応じて変調し、ｓ偏光光に変換する。第２偏光板１４１７Ｒは、液晶パネル１４１５Ｒでｓ偏光光に変換されたＲ光を射出する。このようにして、Ｒ光用空間光変調装置１４１０Ｒは、第１光源部１４０１ＲからのＲ光を変調する。Ｒ光用空間光変調装置１４１０Ｒでｓ偏光光に変換されたＲ光は、クロスダイクロイックプリズム１４１２に入射する。

第２光源部１４０１ＧからのＧ光は、偏光変換素子１４０３Ｇに入射する。偏光変換素子１４０３Ｇは、Ｇ光を特定の振動方向を有する偏光光、例えばｓ偏光光に変換する。偏光変換されたＧ光は、第２色光用空間光変調装置であるＧ光用空間光変調装置１４１０Ｇに入射する。Ｇ光用空間光変調装置１４１０Ｇは、Ｇ光を画像信号に応じて変調する透過型の液晶表示装置である。Ｇ光用空間光変調装置１４１０Ｇは、液晶パネル１４１５Ｇと、第１偏光板１４１６Ｇと、第２偏光板１４１７Ｇとを有する。

第１偏光板１４１６Ｇは、ｓ偏光光に変換されたＧ光を透過し、液晶パネル１４１５Ｇに入射させる。液晶パネル１４１５Ｇは、ｓ偏光光を画像信号に応じて変調し、ｐ偏光光に変換する。第２偏光板１４１７Ｇは、液晶パネル１４１５Ｇでｐ偏光光に変換されたＧ光を射出する。このようにして、Ｇ光用空間光変調装置１４１０Ｇは、第２光源部１４０１ＧからのＧ光を変調する。Ｇ光用空間光変調装置１４１０Ｇでｐ偏光光に変換されたＧ光は、クロスダイクロイックプリズム１４１２に入射する。

第３光源部１４０１ＢからのＢ光は、偏光変換素子１４０３Ｂに入射する。偏光変換素子１４０３Ｂは、Ｂ光を特定の振動方向を有する偏光光、例えばｐ偏光光に変換する。偏光変換されたＢ光は、第３色光用空間光変調装置であるＢ光用空間光変調装置１４１０Ｂに入射する。Ｂ光用空間光変調装置１４１０Ｂは、Ｂ光を画像信号に応じて変調する透過型の液晶表示装置である。Ｂ光用空間光変調装置１４１０Ｂは、液晶パネル１４１５Ｂと、第１偏光板１４１６Ｂと、第２偏光板１４１７Ｂとを有する。

第１偏光板１４１６Ｂは、ｐ偏光光に変換されたＢ光を透過し、液晶パネル１４１５Ｂに入射させる。液晶パネル１４１５Ｂは、ｐ偏光光を画像信号に応じて変調し、ｓ偏光光に変換する。第２偏光板１４１７Ｂは、液晶パネル１４１５Ｂでｓ偏光光に変換されたＢ光を射出する。このようにして、Ｂ光用空間光変調装置１４１０Ｂは、第３光源部１４０１ＢからのＢ光を変調する。Ｂ光用空間光変調装置１４１０Ｂでｓ偏光光に変換されたＢ光は、クロスダイクロイックプリズム１４１２に入射する。

クロスダイクロイックプリズム１４１２は、２つのダイクロイック膜１４１２ａ、１４１２ｂを有する。２つのダイクロイック膜１４１２ａ、１４１２ｂは、Ｘ字型に直交して配置されている。ダイクロイック膜１４１２ａは、ｓ偏光光であるＲ光を反射し、ｐ偏光光であるＧ光を透過する。ダイクロイック膜１４１２ｂは、ｓ偏光光であるＢ光を反射し、ｐ偏光光であるＧ光を透過する。このように、クロスダイクロイックプリズム１４１２は、第１色光用空間光変調装置１４１０Ｒと、第２色光用空間光変調装置１４１０Ｇと、第３色光用空間光変調装置１４１０Ｂとでそれぞれ変調されたＲ光、Ｇ光及びＢ光を合成する。投写レンズ１４３０は、クロスダイクロイックプリズム１４１２で合成された光をスクリーン１４４０に投写する。

プロジェクタ１４００は、高い点光源性で、高輝度な光を供給する光源装置１００を用いている。このため、明るく、良好な投写像を得ることができる。ここで、上記実施例１で述べたフリップチップ法によるＩｎＧａＮ系のＬＥＤは、Ｇ光又はＢ光を供給する構成に適している。これに対して、Ｒ光を供給するＬＥＤは、ワイヤボンド法によるＡｌｌｎＧａＰ系のＬＥＤが好適である。ＡｌｌｎＧａＰ系のＬＥＤは、２つの電極が上下方向に分離している。このため、電極を上下方向、即ち金属実装基台に垂直な方向に結線しやすい位置に配置する。これにより、複数のＬＥＤを容易に積層することができる。なお、Ｒ光を供給する光源装置を、上記実施例１と同様の構成で実現しても良いことは言うまでもない。

上記各実施例では、ＬＥＤを例にして説明したが。本発明はこれに限られるものではない。他の固体発光素子、例えば、半導体レーザ、エレクトロ・ルミネセンス（ＥＬ）素子等にも適用できる。

以上のように、本発明に係る光源装置は、特にＩｎＧａＮ系のＬＥＤに有用であり、プロジェクタに適している。

実施例１に係る光源装置の概略構成を示す図。 実施例１のＬＥＤの断面構成図。 実施例１のＬＥＤの正面構成図。 実施例１に係る光源装置の正面図。 実施例１のＬＥＤの駆動概念図。 実施例１のＬＥＤの駆動結線図。 実施例１の第１ＬＥＤの製造手順を示す図。 実施例１の第１ＬＥＤの製造手順を示す他の図。 実施例１の第１ＬＥＤの製造手順を示すさらに他の図。 実施例１の第１ＬＥＤの製造手順を示す図。 実施例１の第１ＬＥＤの製造手順を示す他の図。 実施例１の第１ＬＥＤの製造手順を示すさらに他の図。 実施例１の第１ＬＥＤの製造手順を示す図。 実施例１の第２ＬＥＤの製造手順を示す図。 実施例１の第２ＬＥＤの製造手順を示す他の図。 実施例１の第２ＬＥＤの製造手順を示すさらに他の図。 実施例１の第２ＬＥＤの製造手順を示す図。 実施例１の第２ＬＥＤの製造手順を示す他の図。 実施例１の第２ＬＥＤの製造手順を示すさらに他の図。 実施例１の第２ＬＥＤの製造手順を示す図。 実施例１の第２ＬＥＤの製造手順を示す他の図。 実施例１の金属実装基台への実装手順を示す図。 実施例１の金属実装基台への実装手順を示す他の図。 実施例１の金属実装基台への実装手順を示すさらに他の図。 実施例１の金属実装基台への実装手順を示す図。 実施例１の金属実装基台への実装手順を示す他の図。 実施例１の金属実装基台への実装手順を示すさらに他の図。 実施例１の金属実装基台への実装手順を示す図。 実施例１の金属実装基台への実装の第１変形例を示す図。 実施例１の金属実装基台への実装の第２変形例を示す図。 実施例１の上電極の第１変形例を示す図。 実施例１の上電極の第２変形例を示す図。 実施例１の積層の変形例を示す図。 実施例１の積層の他の変形例を示す図。 実施例２に係るプロジェクタの概略構成を示す図。

符号の説明

１０１Ａ 第１ＬＥＤ、１０１Ｂ 第２ＬＥＤ、１００ 光源装置、１０２ 銅箔リード線、１０４ 駆動端子、１０５ フレキシブル基板、１０６ 金属実装基台、１０７ 冷却液流動部、１０８ 光反射部、１０８ａ 斜面、１０９ レンズ、１０９ａ 透明樹脂部、２００ Ａｕ電極、２０１ Ｐｔ電極、２０２ ｐ−ＧａＮ層、２０３ 活性層、２０４ ｎ−ＧａＮ層、２０５ 上電極、２０６ 透明支持基板、２０７ サファイア基板、３００ Ａｕ電極、３０１ Ｐｔ電極、３０２ ｐ−ＧａＮ層、３０３ 活性層、３０４ ｎ−ＧａＮ層、３０５ 上電極、３０６ サファイア基板、６０１ スペーサ、６０２ 銅箔リード線、７０１ 掘り込み部、１０００ 電源部、１００１ スイッチ、１２００ ミラー部、１４００ プロジェクタ、１４０１Ｒ、１４０１Ｇ、１４０１Ｂ 各色用光源部、１４０３Ｒ、１４０３Ｇ、１４０３Ｂ 偏光変換素子、１４１０Ｒ、１４１０Ｇ、１４１０Ｂ 各色光用空間光変調装置、１４１２ クロスダイクロイックプリズム、１４１２ａ、１４１２ｂ ダイクロイック膜、１４１５Ｒ、１４１５Ｇ、１４１５Ｂ 液晶パネル、１４１６Ｒ、１４１６Ｇ、１４１６Ｂ、１４１７Ｒ、１４１７Ｇ、１４１７Ｂ 偏光板、１４３０ 投写レンズ、１４４０ スクリーン、ＩＬ 照明方向

Claims (5)

1. 所定の波長領域の光を照明方向へ供給する第１の固体発光素子と、
   前記第１の固体発光素子に積層して設けられ、前記所定の波長領域の光を前記照明方向へ供給する第２の固体発光素子と、の少なくとも２つの固体発光素子を有し、
   前記第２の固体発光素子は、前記第１の固体発光素子からの前記所定の波長領域の光を前記照明方向へ透過する透明層を有することを特徴とする光源装置。
2. 前記第１の固体発光素子は、
   前記所定の波長領域の光を反射する基板と、
   第１の電極を有し、前記基板上に形成された第１半導体層と、
   第２の電極を有する第２半導体層と、
   前記第１半導体層と前記第２半導体層との間に形成された活性層とを有し、
   前記基板は、前記活性層からの前記所定の波長領域の光を前記第２の固体発光素子側へ反射することを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
3. 前記第１の固体発光素子は、
   前記所定の波長領域の光を反射するミラー部と、
   第１の電極を有し、前記ミラー部上に形成された第１半導体層と、
   第２の電極を有する第２半導体層と、
   前記第１半導体層と前記第２半導体層との間に形成された活性層と、
   前記活性層からの光を透過する透過層とを有し、
   前記ミラー部は、前記活性層から射出し前記透明層を透過する前記所定の波長領域の光を前記第２の固体発光素子側へ反射することを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
4. さらに、前記第２の固体発光素子の前記照明方向側に設けられ、前記第２の固体発光素子からの前記所定の波長領域の光と、前記第１の固体発光素子から供給され前記第２の固体発光素子を透過する前記所定の波長領域の光とを、前記照明方向へ屈折させて射出するレンズをさらに有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の光源装置。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の光源装置と、
   前記光源装置からの光を画像信号に応じて変調して射出する空間光変調装置と、
   前記変調された光を投写する投写レンズとを有することを特徴とするプロジェクタ。

Images