JP2005260211A - 光源装置用基台、光源装置用基台の製造方法、光源装置及びプロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】高い点光源性で、高効率に明るい光を得られる光源装置に好適な光源装置用基台、この基台の製造方法、この基台を有する光源装置、及びこの光源装置を備えるプロジェクタを提供することを提供すること。
【解決手段】光源装置１００が備える固体発光チップ１０１を載置するための平面部１１０と、平面部１１０の周辺近傍に形成されている斜面部１１１とを有するシリコンからなる光源装置用基台１０２であって、平面部１１０と斜面部１１１とは略５５°、さらに好ましくは５４．７°の角度をなすことを特徴とする光源装置用基台１０２を提供できる。例えば、固体発光チップ１０１は、ＩｎＧａＮ系のＬＥＤフリップチップである。また、斜面部１１１は、異方性エッチングにより容易に所定の角度θを形成できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光源装置用基台、特に固体発光チップを備える光源装置のための基台、この基台の製造方法、この基台を有する光源装置、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。

近年、光源装置、特に固体発光素子を備える光源装置の研究・開発が進んでいる。固体発光素子の代表例として発光ダイオード（以下、「ＬＥＤ」という。）が挙げられる。そして、ＬＥＤの高出力化のための研究・開発が進んでいる（例えば、非特許文献１参照）。ＬＥＤでは、発光光を効率良く用いることが望ましい。

ジェラルド ハーバーズ（Gerard Herbers）、マッティクス コーパー(Matthijs Keuper)、スティーブ パオリーニ(Steve Paolini)著、「ハイ パワーＬＥＤ イルミネーターズ フォー データ アンド ビデオ プロジェクターズ(Highpower LED illuminators for data and video projectors)」、（日本国）、アイ デー ダブリュー'０２ プロシーディングス オブ ザ ナインス インターナショナルディスプレイ ワークショップス(IDW'02 Proceedings of The Ninth International Display Workshops)、December4-6,2002

従来技術のＬＥＤは、半導体層に挟まれた活性層からあらゆる方向へ光が放出される。これに対して、ＬＥＤを備える光源装置は、所定の照明方向へ光を供給することが多い。このため、ＬＥＤの活性層から、照明方向とは異なる方向へ射出する光は、有効に利用されない。この結果、光量の損失を生じてしまうため問題である。また、空間光変調装置を備える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との積（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。従って、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、光源からの光束を有効に用いることが困難となる。従って、プロジェクタに用いる光源装置では、エテンデューを考慮したうえで、高効率化が求められる。このため、他の光学素子を用いてＬＥＤの活性層から照明方向とは異なる方向へ射出する光を照明方向へ導く構成では、エテンデューが大きくなってしまい問題である。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、高い点光源性で、高効率に明るい光を得られる光源装置に好適な光源装置用基台、この基台の製造方法、この基台を有する光源装置、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、光源装置が備える固体発光チップを載置するための平面部と、平面部の周辺近傍に形成されている斜面部とを有するシリコンからなる光源装置用基台であって、平面部と斜面部とは略５５°の角度をなすことを特徴とする光源装置用基台を提供できる。例えばＬＥＤ等の固体発光チップは、平面形状の活性層から光を射出する。活性層からの光は、あらゆる方向へ放射される。このため、照明する方向とは異なる方向へ進行する光は有効に用いることができない。本発明では、平面部には、固体発光チップが載置される。固体発光チップは、照明方向に光を射出する射出面と、射出面に略直交する側面とを有する。固体発光チップの側面から射出した光は、平面部の周辺近傍に形成されている斜面部に入射する。斜面部に入射した光は、斜面部により、照明方向へ反射される。これにより、高効率に明るい光を得られる。また、斜面部は、平面部の周辺近傍に形成されている。このため、固体発光チップの側面と斜面部との間隔を小さくできる。この結果、固体発光チップの側面から射出した光は、他の光学素子、例えばミラーを別途設けるときに比較して、小さな領域から照明方向へ導かれる。従って、エテンデューを増加させることなく、高い点光源性の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、斜面部が固体発光チップの周囲を取り囲んでいることが望ましい。これにより、固体発光チップからの光をさらに効率良く照明方向へ導くことができる。

また、本発明の好ましい態様によれば、斜面部には、固体発光チップからの光を反射する反射面が形成されていることが望ましい。これにより、固体発光チップを含む光源装置からの光を、効率良く照明方向へ反射させて導くことができる。

また、第２の本発明によれば、平板状のシリコン基板をエッチングして斜面部を形成するエッチング工程と、シリコン基板に所定の電極パターンをパタ−ニングする電極パターン形成工程と、斜面部に反射面を形成する反射面形成工程とを含むことを特徴とする光源装置用基台の製造方法を提供できる。例えばシリコン単結晶のエッチングは、等方性エッチングと、異方性エッチングとの２つに大別される。等方性エッチングでは、シリコンの結晶面の方向とは無関係に全方向に同じ速度でエッチングが進行する。これに対して、異方性エッチングでは、結晶面の方向によりエッチング速度が大きく異なる。このため、エッチングされた領域は結晶面に沿った、極めて正確な角度を持った平滑面として現われる。異方性エッチングでは、一般的に、単結晶シリコンをアルカリ溶液やアンモニウム水酸化溶液でエッチングする。例えば、ＫＯＨ（水酸化カリウム）で単結晶シリコンの（１００）面をエッチングすると、５４．７°の角度を持った（１１１）面が現われる。本発明では、シリコン基板の（１００）面を、エッチング、特に異方性エッチングすることにより、（１１１）面を形成する。そして、（１１１）面を斜面部として利用する。次に、固体発光チップを駆動するための電極パターンを形成する。さらに、斜面部に反射面を形成する。これにより、平面部に対して所定角度を有する斜面部を形成できる。この結果、上述したような光源装置用基台を極めて容易に製造できる。

また、第３の発明によれば、所定の波長領域の光を供給する固体発光チップと、固体発光チップを載置するための光源装置用基台とを有し、光源装置用基台は、平面部と、平面部の周辺近傍に所定の角度をなす斜面部とを有し、斜面部には、所定の波長領域の光を反射する反射面が形成されていることを特徴とする光源装置を提供できる。本発明では、斜面部により、固体発光チップの側面方向へ射出する光を、例えば照明方向へ導くことができる。これにより、高効率に明るい光を得られる。また、斜面部は、平面部の周辺近傍に形成されている。このため、固体発光チップの側面と斜面部との間隔を小さくできる。この結果、固体発光チップの側面から射出した光は、他の光学素子、例えばミラーを別途設けるときに比較して、小さな領域から照明方向へ導かれる。従って、エテンデューを増加させることなく、高い点光源性の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、反射面は、固体発光チップを駆動するための電極パターンの機能を兼用していることが望ましい。これにより、部品点数が低減し、製造容易な光源装置を得られる。

また、本発明の好ましい態様によれば、光源装置用基台はシリコンで構成され、所定の角度は略５５°であることが望ましい。上述したように、シリコンで構成された光源装置用基台を異方性エッチングすることにより、正確に所定の角度を有する斜面を容易に得ることができる。シリコンの異方性エッチングにより形成される（１１１）面を斜面とする場合、所定の角度は略５５°、例えば５４．７°である。

また、本発明の好ましい態様によれば、固体発光チップからの光を照明方向へ導くためのレンズをさらに有することが望ましい。固体発光チップを構成する部材の屈折率と、レンズを構成する部材の屈折率とを略等しくすること、いわゆるインデックス・マッチングを行う。これにより、固体発光チップからの光を効率良く照明方向へ導くことができる。

また、第４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、上述の光源装置を備えているため、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用基台、この基台を備える光源装置、この光源装置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、本発明の実施例１に係る光源装置１００の概略構成を示す。固体発光チップ１０１は、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。固体発光チップ１０１は、サファイア基板に形成されたＩｎＧａＮ系のＬＥＤフリップチップである。光源装置用基台であるシリコン基台１０２には、電極１０３等の電気配線がパターニングされている。また、シリコン基台１０２には、光源装置１００が備える固体発光チップ１０１を載置するための平面部１１０と、平面部１１０の周辺近傍に形成されている斜面部１１１とが形成されている。そして、平面部１１０と斜面部１１１とは所定の角度θが略５５°、好ましくは５４．７°の角度をなすように構成されている。斜面部１１１には、所定の波長領域の光であるＧ光を反射するアルミニウムの反射面１１２が形成されている。反射面１１２は、固体発光チップ１０１を駆動するための電極１０３の機能を兼用している。シリコン基台の製造方法については後述する。固体発光チップ１０１は、シリコン基台１０２上に銀ペースト又は半田１３０により固着されている。シリコン基台１０２は、銅又は鉄で構成されているヒートシンク１０５上に固着されている。ヒートシンク１０５は、固体発光チップ１０１で発生した熱を放熱する機能を有する。さらに、ヒートシンク１０５は、電極リード部１０６と共に、プラスチックからなるパッケージモールド１０７にインサートモールドにより固定されている。そして、シリコン基台１０２の電極１０３と電極リード部１０６とは、ワイヤボンディング１０４で電気的に接続されている。２つの電極リード部１０６に所定の電圧を印加することで、固体発光チップ１０１を駆動できる。また、固体発光チップ１０１の照明方向ＩＬ側には、硝子又は透明樹脂からなるレンズ１０８が設けられている。レンズ１０８は、照明方向ＩＬに凸面を向けた正の屈折力を有するレンズである。レンズ１０８は、固体発光チップ１０１からのＧ光を屈折させて照明方向ＩＬへ導く。ここで、固体発光チップ１０１を構成する部材の屈折率と、レンズ１０８を構成する部材の屈折率とを略等しくすること、いわゆるインデックス・マッチングを行うことが望ましい。これにより、固体発光チップ１０１からのＧ光を効率良く照明方向へ導くことができる。

固体発光チップ１０１は、平面形状の活性層１０１ａから光を射出する。固体発光チップは、照明方向ＩＬに光を射出する射出面１０１ｂと、射出面１０１ｂに略直交する側面１０１ｃとを有する。活性層１０１ａからの光は、あらゆる方向へ放射される。活性層１０１ａから照明方向ＩＬに向かって進行する光Ｌ１は、そのまま、レンズ１０８を透過して射出する。固体発光チップ１０１の側面１０１ｃから射出した光Ｌ２は、平面部１１０の周辺近傍に形成されている斜面部１１１に入射する。斜面部１１１に入射した光Ｌ２は、斜面部１１１に形成されている反射面１１２により、照明方向ＩＬへの方向へ反射される。これにより、高効率に明るい光を得られる。また、斜面部１１１は、平面部１１０の周辺近傍に形成されている。このため、固体発光チップ１０１の側面１０１ｃと、斜面部１１１に形成された反射面１１２との間隔を小さくできる。この結果、固体発光チップ１０１の側面１０１ｃから射出した光Ｌ２は、他の光学素子、例えばミラーを別途設けるときに比較して、小さな領域から照明方向ＩＬへ導かれる。従って、エテンデューを増加させることなく、高い点光源性の光を得ることができる。また、放熱特性、静電破壊性能は従来技術のレベルを維持することができる。

また、反射面１１２は、アルミニウムで形成されている。このため、高反射率の金属反射面として、さらに効率良く光を照明方向ＩＬへ導くことができる。さらに、反射面１１２は、固体発光チップ１０１を駆動するための電極１０３の機能を兼用している。これにより、部品点数が低減し、製造容易な光源装置１００を得られる。照明方向ＩＬから見た電極１０３の構成を図２−１に示す。図１で説明した電極１０３は、正電極１０３ｐと負電極１０３ｍとからなる。そして、正電極１０３ｐは、固体発光チップ１０１の一方の側に電気的に接続される。これに対して、負電極１０３ｍは、固体発光チップ１０１の他方の側に電気的に接続される。そして、２つの電極１０３ｐ、１０３ｍ間に所定の駆動電圧を印加する。また、上述のように、斜面部１１１に対応する反射面１１２は、電極１０３ｐ、１０３ｍの機能を兼用する。

次に、図２−２に基づいて実施例２に係るシリコン基台１０２の製造手順を説明する。まず、シリコン基板であるシリコン基台１０２の表面に、ＳｉＯ₂等の酸化膜１２０を形成する。酸化膜１２０に開口部をパターニングする。そして、エッチング工程において、平板状のシリコン基板をエッチングして斜面部１１１を形成する。本実施例では、異方性エッチングを行う。異方性エッチングでは、結晶面の方向によりエッチング速度が大きく異なる。このため、エッチングされた領域は結晶面に沿った、極めて正確な角度を持った平滑面として現われる。異方性エッチングでは、シリコン基台１０２を、アルカリ溶液やアンモニウム水酸化溶液でエッチングする。例えば、ＫＯＨ（水酸化カリウム）で単結晶シリコンの（１００）面をエッチングすると、５４．７°の角度を持った（１１１）面が現われる。本実施例では、シリコン基板の（１００）面を、エッチング、特に異方性エッチングすることにより、（１１１）面を形成する。そして、（１１１）面を斜面部１１１として利用する。また、（１００）面は平面部１１０として利用する。ここで、エッチンスする深さは、固体発光チップ１０１の厚さ以上であることが望ましい。次に、電極パターン形成工程において、シリコン基台１０２に所定の電極パターンである電極１０３ｐ、１０３ｍ（図２−１）をパタ−ニングする。最後に、反射面形成工程において、斜面部１１１に反射面１１２を形成する。なお、上述したように、アルミニウムの電極１０３ｐ、１０３ｍは、反射面１１２の機能を兼用している。この場合、電極パターン形成工程と、反射面形成工程とは一つの工程で良い。最後に、固体発光チップ１０１を平面部１１０上に載置してフリップチップ実装する。このような製造手順により、光源装置用基台を高精度で、かつ容易に製造できる。

図３は、実施例１の変形例に係る光源装置２００の概略構成を示す。固体発光チップ１０１を支持するシリコン基台１０２と、ヒートシンク１０５と、パッケージモールド１０７との構成は、上記実施例１と同一であるため、重複する説明は省略する。本実施例では、レンズ１０８の代わりに光ガイド１１３を用いている点が実施例１と異なる。

光ガイド１１３は、固体発光チップ１０１からのＧ光を内面で繰り返し反射させて照明方向ＩＬへ射出する。光ガイド１１３は、硝子又は透明プラスチック等で構成されている。光ガイド１１３の入射端面１１３ｂは、固体発光チップ１０１の射出面１０１ｂよりも大きい。さらに、光ガイド１１３は、射出端面１１３ｃが入射端面１１３ｂよりも大きなテーパ形状である。

光ガイド１１３は、光ガイド支持部であるサポート１０９に光学的透明接着剤で固着されている。サポート１０９は、プラスチック、金属、又はセラミック等で構成されている。そして、サポート１０９は、接着部１０８を介してパッケージモールド１０７に固着されている。固体発光チップ１０１の射出面１０１ｂと、光ガイド１１３の入射端面１１３ｂとは所定の間隔ｈを隔てて設けられている。

これにより、固体発光チップ１０１からの光Ｌ１は、光ガイド１１３内を直進しながら、射出端面１１３ｃから照明方向ＩＬへ射出する。また、固体発光チップ１０１からの光Ｌ２、Ｌ３は、光ガイド１１３内を繰り返し反射しながら射出端面１１３ｃから照明方向ＩＬへ射出する。光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３は重畳されるため、高効率で強度分布が均一な光を得ることができる。また、別途インテグレ−タ光学系を必要としないため、小型な光源装置２００を実現できる。さらに、固体発光チップ１０１の射出面１０１ｂと光ガイド１１３の入射端面１１３ｂとは、所定の間隔ｈを隔てて設けられている。このため、固体発光チップ１０１で発生した熱が、光ガイド１１３へ伝播することを低減できる。

所定の間隔ｈの空間内には光学的透明柔軟材である透明シリコンジェル２１０が充填されている。透明シリコンジェル２１０の屈折率は、光ガイド１１３を構成する硝子の屈折率と略同じであることが望ましい。本実施例では、透明シリコンジェル２１０の屈折率は略１．５である。固体発光チップ１０１と光ガイド１１３との間の間隔が空間のときは、固体発光チップ１０１からの光が、例えば空気との界面で全反射してしまい光利用効率が低下してしまう。本実施例では、透明シリコンジェル２１０によりインデックス・マッチングをしている。さらに好ましくは、透明シリコンジェル２１０の屈折率は、固体発光チップ１０１の射出面１０１ｂを構成する部材ともインデックス・マッチングさせることが望ましい。これにより、固体発光チップ１０１からのＧ光は、光ガイド１１３の入射端面１１３ｂ等の界面で全反射することがないため、高効率に光を用いることができる。

また、光ガイド１１３は、少なくともサポート１０９と接する部分に反射面２０２が形成されている。反射面２０２はＧ光を反射するアルミニウム膜が形成されている。固体発光チップ１０１から供給されたＧ光は、様々な角度で光ガイド１１３へ入射する。例えば、光ガイド１１３に入射した光Ｌ３は、反射面１１２で反射される。さらに、光ガイド１１３は、外界の空気との界面である全反射面１１３ａで光Ｌ３を全反射させる。このため、反射膜１１２で反射された光Ｌ３は、さらに全反射を繰り返して光ガイド１１３を射出端面１１３ｃから射出する。この結果、固体発光チップ１０１からの光を高効率で用いることができる。

図４は、本発明の実施例３に係るプロジェクタ４００の概略構成を示す。プロジェクタ４００は、第１色光である赤色光（以下、「Ｒ光」という。）を供給する第１光源部４０１Ｒと、第２色光であるＧ光を供給する第２光源部４０１Ｇと、第３色光である青色光（以下、「Ｂ光」という。）を供給する第３光源部４０１Ｂとを有する。第１光源部４０１Ｒ、第２光源部４０１Ｇ及び第３光源部４０１Ｂ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４０１ＲからのＲ光は、レンズ４０２Ｒを介して偏光変換素子４０３Ｒに入射する。偏光変換素子４０３Ｒ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４１０Ｒに入射する。Ｒ光用空間光変調装置４１０Ｒ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４１０Ｒは、液晶パネル４１５Ｒと、第１偏光板４１６Ｒと、第２偏光板４１７Ｒとを有する。

第１偏光板４１６Ｒは、ｐ偏光光に変換されたＲ光を透過し、液晶パネル４１５Ｒに入射させる。液晶パネル４１５Ｒ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４１７Ｒは、液晶パネル４１５Ｒ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４１０Ｒは、第１光源部４０１ＲからのＲ光を変調する。Ｒ光用空間光変調装置４１０Ｒ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４１２に入射する。

第２光源部４０１ＧからのＧ光は、レンズ４０２Ｇを介して偏光変換素子４０３Ｇに入射する。偏光変換素子４０３Ｇ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４１０Ｇに入射する。Ｇ光用空間光変調装置４１０Ｇ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４１０Ｇは、液晶パネル４１５Ｇと、第１偏光板４１６Ｇと、第２偏光板４１７Ｇとを有する。

第１偏光板４１６Ｇは、ｓ偏光光に変換されたＧ光を透過し、液晶パネル４１５Ｇに入射させる。液晶パネル４１５Ｇ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４１７Ｇは、液晶パネル４１５Ｇ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４１０Ｇは、第２光源部４０１ＧからのＧ光を変調する。Ｇ光用空間光変調装置４１０Ｇ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４１２に入射する。

第３光源部４０１ＢからのＢ光は、レンズ４０２Ｂを介して偏光変換素子４０３Ｂに入射する。偏光変換素子４０３Ｂ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４１０Ｂに入射する。Ｂ光用空間光変調装置４１０Ｂ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４１０Ｂは、液晶パネル４１５Ｂと、第１偏光板４１６Ｂと、第２偏光板４１７Ｂとを有する。

第１偏光板４１６Ｂは、ｐ偏光光に変換されたＢ光を透過し、液晶パネル４１５Ｂに入射させる。液晶パネル４１５Ｂ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４１７Ｂは、液晶パネル４１５Ｂ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４１０Ｂは、第３光源部４０１ＢからのＢ光を変調する。Ｂ光用空間光変調装置４１０Ｂ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４１２に入射する。

クロスダイクロイックプリズム４１２は、２つのダイクロイック膜４１２ａ、４１２ｂを有する。２つのダイクロイック膜４１２ａ、４１２ｂは、Ｘ字型に直交して配置されている。ダイクロイック膜４１２ａ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４１２ｂ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４１２は、第１色光用空間光変調装置４１０Ｒと、第２色光用空間光変調装置４１０Ｇと、第３色光用空間光変調装置４１０Ｂ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４３０は、クロスダイクロイックプリズム４１２で合成された光をスクリーン４４０に投写する。プロジェクタ４００は、上述の光源装置を備えているため、小型で明るい投写像を得ることができる。本実施例では、いわゆるフロント・プロジェクション型のプロジェクタについて説明している。しかしながら、これに限られず、本発明は、リア・プロジェクション型のプロジェクタにも好適である。

図５は、本発明の実施例４に係る光源装置５００の概略構成を示す。本実施例の光源装置５００は、複数の固体発光チップ１０１を有することを特徴とする。上記実施例１の光源装置１００と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。光源装置５００は、紙面の左右方向に３個、紙面の奥行き方向に３個の固体発光チップ１０１を、アレイ状に配置している。固体発光チップ１０１は、例えば、一辺ｔ１が０．３ミリメートルである正方形形状を有する。光源装置５００は、０．３ミリメートル四方の固体発光チップ１０１を９個用いることにより、１ミリメートル四方の固体発光チップ１０１を１つ備える光源装置と同等の発光面積を確保している。なお、本実施例では、光源装置５００のうち固体発光チップ１０１とその近傍の構成のみを図示することとし、その他の構成については図示を省略している。

固体発光チップ１０１は、活性層１０１ａと、活性層１０１ａを挟むように設けられた半導体層５０２と、出射側に設けられた透明基板５０１とを有する。半導体層５０２としては、例えば、窒化ガリウム系化合物を有する半導体部材を用いることができる。透明基板５０１としては、例えば、０．０７５ミリメートルの厚みを有するサファイア基板を用いることができる。

光源装置５００は、各固体発光チップ１０１に対応して９個のシリコン基台１０２が設けられている。１つの固体発光チップ１０１と１つのシリコン基台１０２とにより１つの発光素子５１０が形成されるとすると、光源装置５００は、９つの発光素子５１０を集積して構成されている。光源装置５００の各発光素子５１０は、上記実施例１の光源装置１００と同様に機能している。

ここで、９つの発光素子５１０により光源装置５００を構成する利点について、１つの固体発光チップ１０１を備える光源装置６００との比較により説明する。図６に示す光源装置６００は、一辺ｔ２が１ミリメートルである正方形形状の固体発光チップ１０１を有する。上述のように、０．３ミリメートル四方の固体発光チップ１０１を９個用いる光源装置５００は、１ミリメートル四方の固体発光チップ１０１を１つ備える光源装置６００と同等の発光面積を確保している。

ここで、光源装置６００において、活性層１０１ａのうち側面１０１ｃに近い位置Ｐ２から、遠いほうの側面１０１ｃの方向へ出射角度αで出射した光Ｌ５に着目する。光Ｌ５は、透明基板１０１の出射側界面における全反射と、電極１０３における反射とを繰り返して、反対側の側面１０１ｃに到達する。例えば、出射角度αが６０度であるとき、光Ｌ５は、電極１０３における反射を４回繰り返した後、側面１０１ｃから出射することとなる。

ここで、電極１０３の反射率が７０パーセントであるとする。光Ｌ５は、電極１０３における反射を４回繰り返すことにより、活性層１０１ａから出射したときに比べて光量が約２４パーセントにまで減少してしまう。このように、比較的高い反射率の電極１０３を用いた場合であっても、固体発光チップ１０１内部で伝導する光の反射回数が多くなることにより、活性層１０１ａから出射した光の損失量が多くなってしまう。

図５に戻って、光源装置５００においても、活性層１０１ａのうち側面１０１ｃに近い位置Ｐ１から、遠いほうの側面１０１ｃの方向へ出射角度αで出射した光Ｌ４に着目する。光源装置５００の固体発光素子チップ１０１は、光源装置６００の固体発光チップ１０１よりも側面１０１ｃ同士の間隔が小さい。例えば、出射角度αが６０度であるとき、位置Ｐ１から遠いほうの側面１０１ｃの方向へ進行した光Ｌ４は、電極１０３における反射を１回とすることができる。このため、光源装置５００は、固体発光チップ１０１内部で伝導する光の反射回数を少なくすることが可能となる。

例えば、光源装置５００は、一辺ｔ１が０．３ミリメートルの固体発光チップ１０１を９個設けることで、一辺ｔ２が１ミリメートルである固体発光チップ１０１と比較して、光取出効率を例えば１．１２倍に向上させることができる。このように、光源装置５００は、１つの大型な固体発光チップ１０１を設ける構成よりも、小型な固体発光チップ１０１を備える複数の発光素子５１０を設ける構成とするほうが、高い光取出効率を得ることができる。これにより、照明方向へさらに明るい光を供給することができる。なお、本実施例の光源装置５００は、９個の発光素子５１０をアレイ状に配置する構成に限られない。光源装置５００は、電極１０３での反射を低減することが可能である小型な固体発光チップ１０１を複数設ける構成であれば良い。

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、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のシリコン基台の概略構成を示す図。 実施例２に係る製造方法のエッチング状態を示す図。 光源装置の変形例を示す図。 実施例３に係るプロジェクタの概略構成を示す図。 実施例４に係る光源装置の概略構成を示す図。 １つの固体発光チップを備える光源装置の構成を説明する図。

符号の説明

１００ 光源装置、１０１ａ 活性層、１０１ 固体発光チップ、１０１ｂ 射出面、１０１ｃ 側面、１０２ シリコン基台、１０３ 電極、１０４ ワイヤボンディング、１０５ ヒートシンク、１０６ 電極リード部、１０７ パッケージモールド、１０８ 接着部、１０９ サポート、１１０ 平面部、２１０ 透明シリコンジェル、１１１ 斜面部、１１２ 反射面、１１３ 光ガイド、１１３ｃ 射出端面、１１３ａ 全反射面、１１３ｂ 入射端面、２００ 光源装置、２０２ 反射面、４００ プロジェクタ、４０１Ｒ、４０１Ｇ、４０１Ｂ 各色光源部、４０２Ｒ、４０２Ｇ、４０２Ｂ レンズ、４０３Ｒ、４０３Ｇ、４０３Ｂ 偏光変換素子、４１０Ｒ、４１０Ｇ、４１０Ｂ 各色光用空間光変調装置、４１２ クロスダイクロイックプリズム、４１２ａ、４１２ｂ ダイクロイック膜、４１５Ｒ、４１５Ｇ、４１５Ｂ 液晶パネル、４１６Ｒ、４１６Ｇ、４１６Ｂ 偏光板、４１７Ｒ、４１７Ｇ、４１７Ｂ 偏光板、４３０ 投写レンズ、４４０ スクリーン、ｈ 間隔、ＩＬ 照明方向、５００ 光源装置、５０１ 透明基板、５０２ 半導体層、５１０ 発光素子、６００ 光源装置

Claims (9)

1. 光源装置が備える固体発光チップを載置するための平面部と、前記平面部の周辺近傍に形成されている斜面部とを有するシリコンからなる光源装置用基台であって、
   前記平面部と前記斜面部とは略５５°の角度をなすことを特徴とする光源装置用基台。
2. 前記斜面部が前記固体発光チップの周囲を取り囲んでいることを特徴とする請求項１に記載の光源装置用基台。
3. 前記斜面部には、前記固体発光チップからの光を反射する反射面が形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の光源装置用基台。
4. 平板状のシリコン基板をエッチングして斜面部を形成するエッチング工程と、
   前記シリコン基板に所定の電極パターンをパターニングする電極パターン形成工程と、
   前記斜面部に反射面を形成する反射面形成工程と、
   を含むことを特徴とする光源装置用基台の製造方法。
5. 所定の波長領域の光を供給する固体発光チップと、
   前記固体発光チップを載置するための光源装置用基台とを有し、
   前記光源装置用基台は、平面部と、前記平面部の周辺近傍に所定の角度をなす斜面部とを有し、
   前記斜面部には、前記所定の波長領域の光を反射する反射面が形成されていることを特徴とする光源装置。
6. 前記反射面は、前記固体発光チップを駆動するための電極パターンの機能を兼用していることを特徴とする請求項５に記載の光源装置。
7. 前記光源装置用基台はシリコンで構成され、前記所定の角度は略５５°であることを特徴とする請求項５に記載の光源装置。
8. 前記固体発光チップからの光を照明方向へ導くためのレンズをさらに有することを特徴とする請求項５に記載の光源装置。
9. 請求項５〜８の何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。

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