JP2015043339A - 発光装置、照明装置、およびプロジェクター - Google Patents

Abstract

【課題】被照明領域における光強度の均一化を図ることができる発光装置を提供する。
【解決手段】発光装置１０００では、発光素子１００は、第１ロッドインテグレーター２０に入射する第１光および第２光と、第２ロッドインテグレーター３０に入射する第３光および第４光と、を出射し、第１ロッドインテグレーター２０は、第１光および第２光が入射する第１入射面２２と、第１光および第２光の伝播方向を変える第１屈曲部２３と、第１光と第２光とが混合された光を所定の領域に向けて射出する第１射出面２４と、を有し、第２ロッドインテグレーターは、第３光および第４光が入射する第２入射面３２と、第３光および第４光の伝播方向を変える第２屈曲部３３と、第３光と第４光とが混合された光を所定の領域に向けて射出する第２射出面３４と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光装置、照明装置、およびプロジェクターに関する。

チップの両端面から光を出射する発光素子を有する発光装置の場合、例えば、両端面からの光を同じ方向に向けるためにミラーを用いる場合がある。このような光の進行方向を変えるミラーを用いた発光装置の例として、例えば特許文献１には、両端面から水平方向に光を出射する発光素子の支持部材に、水平方向に対して４５度傾斜した２つの反射面を設けて、両端面からの光を同じ方向に向ける構成が開示されている。すなわち、特許文献１の例では、支持部材に設けられた２つの反射面が光の進行方向を変えるミラーとして機能している。

特開２００９−２４６４０７号公報

このような発光素子では、高出力化を図るために、チップの両端面の各々に複数の出射面を設けることがある。このように複数の出射面を有する発光素子では、各出射面から出射される光の強度が異なる場合がある。したがって、両端面に複数の出射面を有する発光素子について、各出射面から出射された光を同じ方向に向けるために、特許文献１に記載の４５度傾斜した反射面を用いても、各出射面から出射される光の強度が異なるため、被照明領域における光強度が不均一になってしまうという問題があった。

本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、被照明領域における光強度の均一化を図ることができる発光装置を提供することにある。

また、本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、上記発光装置を有する照明装置を提供することにある。

また、本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、上記照明装置を有するプロジェクターを提供することにある。

本発明に係る発光装置は、
支持基板と、
前記支持基板に支持された第１ロッドインテグレーターおよび第２ロッドインテグレーターと、
前記支持基板に支持され、前記第１ロッドインテグレーターと前記第２ロッドインテグレーターとの間に配置された発光素子と、を含み、
前記発光素子は、
前記第１ロッドインテグレーターに入射する第１光および第２光と、
前記第２ロッドインテグレーターに入射する第３光および第４光と、を出射し、
前記第１ロッドインテグレーターは、
前記第１光および前記第２光が入射する第１入射面と、
前記第１光および前記第２光の伝播方向を変える第１屈曲部と、
前記第１光と前記第２光とが混合された光を所定の領域に向けて射出する第１射出面と、を有し、
前記第２ロッドインテグレーターは、
前記第３光および前記第４光が入射する第２入射面と、
前記第３光および前記第４光の伝播方向を変える第２屈曲部と、
前記第３光と前記第４光とが混合された光を前記所定の領域に向けて射出する第２射出面と、を有する。

このような発光装置によれば、第１ロッドインテグレーターは、発光素子から出射された第１光と第２光を混合して所定の領域に向けて射出し、第２ロッドインテグレーターは、発光素子から出射された第３光と第４光を混合して所定の領域に向けて射出することができる。したがって、このような発光装置によれば、被照明領域における光強度の均一化を図ることができる。

さらに、ロッドインテグレーターを用いているため、被照明領域における光強度を均一化するための他の光学系を用いた場合と比べて、高精度な調芯が不要となる。

本発明に係る発光装置において、
前記第１光の光路上および前記第２光の光路上に配置された第１シリンドリカルレンズと、
前記第３光の光路上および前記第４光の光路上に配置された第２シリンドリカルレンズと、をさらに含むことができる。

このような発光装置によれば、第１ロッドインテグレーターに入射する光の放射角を狭めることができるため、第１ロッドインテグレーターから射出される光の放射角を狭めることができる。同様に、第２ロッドインテグレーターに入射する光の放射角を狭めることができるため、第２ロッドインテグレーターから射出される光の放射角を狭めることができる。

本発明に係る発光装置において、
前記第１射出面から射出された光の光路上に配置された第１シリンドリカルレンズと、
前記第２射出面から射出された光の光路上に配置された第２シリンドリカルレンズと、をさらに含むことができる。

このような発光装置によれば、第１ロッドインテグレーターから射出される光の放射角および第２ロッドインテグレーターから射出される光の放射角を狭めることができる。

本発明に係る発光装置において、
前記第１射出面から射出された光を第１偏光光に変換する第１偏光変換素子と、
前記第２射出面から射出された光を第２偏光光に変換する第２偏光変換素子と、をさらに含み、
前記第１偏光光の偏光方向と前記第２偏光光の偏光方向とは、同じ方向であることができる。

このような発光装置によれば、被照明領域に偏光光を照射することができる。

本発明に係る発光装置において、
前記発光素子は、スーパールミネッセントダイオードであることができる。

このような発光装置によれば、例えば、プロジェクターなどの画像投射装置や、画像表示装置の光源として用いた場合に、スペックルノイズを低減することができる。

本発明に係る発光装置において、
前記第１射出面と前記第２射出面とは、同じ方向を向くことができる。

このような発光装置によれば、第１ロッドインテグレーターから射出される光と第２ロッドインテグレーターから射出される光を、同じ方向に進行させることができる。

本発明に係る照明装置は、
本発明に係る発光装置と、
前記発光装置の前記第１ロッドインテグレーターの前記第１射出面から射出された光を発散させる第１レンズと、
前記発光装置の前記第２ロッドインテグレーターの前記第２射出面から射出された光を発散させる第２レンズと、
前記第１レンズから射出された光と前記第２レンズから射出された光を重畳させる第３レンズと、
前記第３レンズによって重畳された光を集光する第４レンズと、を含む。

このような照明装置によれば、本発明に係る発光装置を有しているため、被照明領域における光強度の均一化を図ることができる。さらに、第３レンズによって、２つの射出面から射出された光を重畳させることができるため、より被照明領域における光強度の均一化を図ることができる。

本発明に係るプロジェクターは、
本発明に係る照明装置と、
前記照明装置から出射された光を画像情報に応じて変調する光変調装置と、
前記光変調装置によって形成された画像を投射する投射装置と、を含む。

このようなプロジェクターによれば、本発明に係る照明装置を有しているため、照度むらの少ない画像を投射することができる。

本実施形態に係る発光装置を模式的に示す斜視図。 本実施形態に係る発光装置を模式的に示す平面図。 本実施形態に係る発光装置を模式的に示す断面図。 本実施形態に係る発光装置を模式的に示す断面図。 本実施形態に係る発光装置の製造工程を模式的に示す断面図。 本実施形態に係る発光装置の製造工程を模式的に示す断面図。 本実施形態に係る発光装置の製造工程を模式的に示す断面図。 本実施形態の第１変形例に係る発光装置を模式的に示す断面図。 本実施形態の第２変形例に係る発光装置を模式的に示す断面図。 本実施形態の第３変形例に係る発光装置を模式的に示す断面図。 本実施形態の第４変形例に係る発光装置を模式的に示す断面図。 本実施形態に係る照明装置を模式的に示す図。 本実施形態に係るプロジェクターを模式的に示す図。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。

１． 発光装置
まず、本実施形態に係る発光装置１０００について、図面を参照しながら説明する。図１は、発光装置１０００を模式的に示す斜視図である。図２は、発光装置１０００を模式的に示す平面図である。図３および図４は、発光装置１０００を模式的に示す断面図である。なお、図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図であり、図４は、図２のＩＶ−ＩＶ線断面図である。また、図１および図３では、便宜上、発光素子１００を簡略化して示している。

発光装置１０００は、図１〜図４に示すように、支持基板１０と、第１ロッドインテグレーター２０と、第２ロッドインテグレーター３０と、発光素子１００と、を含む。発光装置１０００は、さらに、サブマウント１５０を含むことができる。なお、ここでは、発光素子１００がＩｎＧａＡｌＰ系（赤色）のスーパールミネッセントダイオード（Super Luminescent Diode、以下「ＳＬＤ」ともいう）である場合について説明する。ＳＬＤは、半導体レーザーと異なり、端面反射による共振器の形成を抑えることにより、レーザー発振を防止することができる。そのため、プロジェクターなどの画像投射装置や、画像表示装置の光源として用いた場合に、スペックルノイズを低減することができる。

支持基板１０は、サブマウント１５０を介して、間接的に発光素子１００を支持することができる。支持基板１０は、サブマウント１５０を介さずに、直接的に発光素子１００を支持してもよい。支持基板１０は、さらに、第１ロッドインテグレーター２０および第２ロッドインテグレーター３０を支持することができる。支持基板１０としては、例えば、板状の部材（直方体形状の部材）を用いることができる。

サブマウント１５０は、支持基板１０に支持されている。サブマウント１５０としては、例えば、板状の部材を用いることができる。サブマウント１５０は、直接的に発光素子１００を支持することができる。

支持基板１０の熱伝導率は、サブマウント１５０の熱伝導率よりも高く、サブマウント１５０の熱伝導率は、発光素子１００の熱伝導率よりも高い。支持基板１０およびサブマウント１５０の各々の熱伝導率は、例えば、１４０Ｗ／ｍＫ以上である。サブマウント１５０の熱膨張率は、発光素子１００の熱膨張率に近いことが望ましい。サブマウント１５０を用いることにより、支持基板１０と発光素子１００との熱膨張率の差によって生じる応力を緩和し、信頼性を向上させることができる。支持基板１０は、例えば、Ｃｕ、Ａｌ、Ｍｏ、Ｗ、Ｓｉ、Ｃ、Ｂｅ、Ａｕや、これらの化合物（例えば、ＡｌＮ、ＢｅＯなど）や合金（例えばＣｕＭｏなど）などからなる。また、これらの例示を組み合わせたもの、例えば銅（Ｃｕ）層とモリブデン（Ｍｏ）層の多層構造などから、支持基板１０を構成することもできる。サブマウント１５０は、例えば、ＡｌＮ、ＣｕＷ、ＳｉＣ、ＢｅＯ、ＣｕＭｏ、銅（Ｃｕ）層とモリブデン（Ｍｏ）層の多層構造（ＣＭＣ）などからなる。

支持基板１０には、図２および図４に示すように、円柱状の貫通孔１３７が形成されている。この貫通孔１３７内には、絶縁部材１３６に側面を覆われた円柱状の端子１３４が設けられている。絶縁部材１３６は、例えば、樹脂、セラミックス（例えばＡｌＮ等）などからなる。端子１３４は、例えば銅（Ｃｕ）などからなる。

端子１３４は、例えば、ワイヤーボンディング等の接続部材１３２により、発光素子１００の第２電極１１２と接続されている。接続部材１３２は、出射光Ｌ₁（Ｌ_1-1〜Ｌ_1-4），Ｌ₂（Ｌ_2-1〜Ｌ_2-4）の光路を遮らないように設けられている。また、発光素子１００の第１電極１１４は、例えば、めっきバンプ等（図示せず）により、サブマウント１５０と接続されている。サブマウント１５０は、支持基板１０と接続されている。端子１３４と支持基板１０とに異なる電位を与えることにより、第１電極１１４と第２電極１１２との間に電圧を印加することができる。

発光素子１００は、サブマウント１５０を介して、支持基板１０に支持されている。発光素子１００は、第１ロッドインテグレーター２０と第２ロッドインテグレーター３０との間に配置されている。

発光素子１００は、図４に示すように、クラッド層（以下「第１クラッド層」という）１０８と、その上に形成された活性層１０６と、その上に形成されたクラッド層（以下「第２クラッド層」という）１０４と、を有する。発光素子１００は、さらに、基板１０２と、コンタクト層１１０と、電極（以下「第１電極」という）１１４と、電極（以下「第２電極」という）１１２と、絶縁部１１６と、を有することができる。

基板１０２としては、例えば、第１導電型（例えばｎ型）のＧａＡｓ基板などを用いることができる。

第２クラッド層１０４は、基板１０２下に形成されている。第２クラッド層１０４としては、例えば、ｎ型のＡｌＧａＩｎＰ層などを用いることができる。なお、図示はしないが、基板１０２と第２クラッド層１０４との間に、バッファー層が形成されていてもよい。バッファー層としては、例えば、ｎ型のＧａＡｓ層、ＩｎＧａＰ層などを用いることができる。

活性層１０６は、第２クラッド層１０４下に形成されている。活性層１０６は、例えば、発光素子１００において支持基板１０側に設けられている。活性層１０６は、第２クラッド層１０４と第１クラッド層１０８とに挟まれている。活性層１０６は、例えば、ＩｎＧａＰウェル層とＩｎＧａＡｌＰバリア層とから構成される量子井戸構造を３つ重ねた多重量子井戸（ＭＱＷ）構造を有する。

活性層１０６の形状は、例えば直方体（立方体である場合を含む）などである。活性層１０６は、図２に示すように、第１ロッドインテグレーター２０側の第１面１０５および第２ロッドインテグレーター３０側の第２面１０７を有する。第１面１０５と第２面１０７とは、互いに対向しており、図示の例では平行である。第１面１０５および第２面１０７は、活性層１０６の面のうち第２クラッド層１０４または第１クラッド層１０８に接していない面である。第１面１０５および第２面１０７は、活性層１０６の側面ともいえる。

活性層１０６の一部の領域は、活性層１０６の電流経路となる利得領域１６０を構成している。利得領域１６０には、光を生じさせることができ、この光は、利得領域１６０内で利得を受けることができる。利得領域１６０の平面形状は、例えば、平行四辺形である。利得領域１６０は、図２に示すように、複数設けられている。これにより、発光素子１００の高出力化を図ることができる。利得領域１６０は、第１面１０５から第２面１０７まで、直線状に、第１面１０５の垂線Ｐに対して傾いた方向に向かって設けられている。これにより、利得領域１６０に生じる光のレーザー発振を抑制または防止することができる。

なお、図示はしないが、利得領域１６０は、第１面１０５から第２面１０７まで、直線状に、第１面１０５の垂線Ｐと平行となる方向に向かって設けられていてもよい。この場合には、共振器が構成され、レーザー光を発することができる。すなわち、発光素子１００は、例えば、半導体レーザーであってもよい。

利得領域１６０は、第１面１０５に設けられた出射面１６２と、第２面１０７に設けられた出射面１６４と、を有する。第１面１０５には、少なくとも２つの出射面（第１出射面１６２ａ、第２出射面１６２ｂ）が設けられ、第２面１０７には、少なくとも２つの出射面（第３出射面１６４ａ、第４出射面１６４ｂ）が設けられる。図示の例では、４つの利得領域１６０が設けられているため、第１面１０５および第２面１０７には、それぞれ４つの出射面１６２，１６４が設けられている。

第１クラッド層１０８は、図４に示すように、活性層１０６下に形成されている。第１クラッド層１０８としては、例えば、第２導電型（例えばｐ型）のＡｌＧａＩｎＰ層などを用いることができる。

例えば、ｐ型の第１クラッド層１０８、不純物がドーピングされていない活性層１０６、およびｎ型の第２クラッド層１０４により、ｐｉｎダイオードが構成される。第１クラッド層１０８および第２クラッド層１０４の各々は、活性層１０６よりも禁制帯幅が大きく、屈折率が小さい層である。活性層１０６は、光を増幅する機能を有する。第１クラッド層１０８および第２クラッド層１０４は、活性層１０６を挟んで、注入キャリア（電子および正孔）並びに光を閉じ込める機能を有する。

コンタクト層１１０は、第１クラッド層１０８下に形成されている。コンタクト層１１０としては、第１電極１１４とオーミックコンタクトする層を用いることができる。コンタクト層１１０は、例えば第２導電型の半導体からなる。コンタクト層１１０としては、例えばｐ型ＧａＡｓ層などを用いることができる。

絶縁部１１６は、利得領域１６０の下方以外のコンタクト層１１０下に形成されている。すなわち、絶縁部１１６は利得領域１６０の下方に開口を有し、該開口ではコンタクト層１１０の表面が露出している。絶縁部１１６としては、例えば、ＳｉＮ層、ＳｉＯ₂層、ポリイミド層などを用いることができる。

第１電極１１４は、露出しているコンタクト層１１０下および絶縁部１１６下に形成されている。第１電極１１４は、コンタクト層１１０を介して、第１クラッド層１０８と電気的に接続されている。第１電極１１４は、発光素子１００を駆動するための一方の電極である。第１電極１１４としては、例えば、コンタクト層１１０側からＣｒ層、ＡｕＺｎ層、Ａｕ層の順序で積層したものなどを用いることができる。第１電極１１４とコンタクト層１１０との接触面は、例えば、利得領域１６０と同じ平面形状を有している。図示の例では、第１電極１１４とコンタクト層１１０との接触面の平面形状によって、電極１１２，１１４間の電流経路が決定され、その結果、利得領域１６０の平面形状が決定される。

第２電極１１２は、基板１０２の上の全面に形成されている。第２電極１１２は、該第２電極１１２とオーミックコンタクトする層（図示の例では基板１０２）と接していることができる。第２電極１１２は、基板１０２を介して、第２クラッド層１０４と電気的に接続されている。第２電極１１２は、発光素子１００を駆動するための他方の電極である。第２電極１１２としては、例えば、基板１０２側からＣｒ層、ＡｕＧｅ層、Ｎｉ層、Ａｕ層の順序で積層したものなどを用いることができる。なお、第２クラッド層１０４と基板１０２との間に、第２コンタクト層（図示せず）を設け、ドライエッチングなどにより該第２コンタクト層の第２クラッド層１０４側を露出させ、第２電極１１２を第２コンタクト層下に設けることもできる。これにより、片面電極構造を得ることができる。第２コンタクト層としては、例えばｎ型ＧａＡｓ層などを用いることができる。

発光素子１００では、第１電極１１４と第２電極１１２との間に、ｐｉｎダイオードの順バイアス電圧を印加すると、活性層１０６の利得領域１６０において電子と正孔との再結合が起こる。この再結合により発光が生じる。この生じた光を起点として、連鎖的に誘導放出が起こり、利得領域１６０内を光が進行し、その間に光強度が増幅され、出射面１６２から出射光Ｌ₁（Ｌ_1-1〜Ｌ_1-4）が出射され、出射面１６４から出射光Ｌ₂（Ｌ_2-1〜Ｌ_2-4）が出射される。出射光Ｌ₁，Ｌ₂は、例えば、光の屈折により、第１面１０５の垂線Ｐに対する利得領域１６０の傾きよりも、さらに傾いた方向に出射される。出射光Ｌ₁，Ｌ₂は、例えば、支持基板１０の上面１２と平行な方向（水平方向）に進行する。出射光Ｌ₁の進行方向と出射光Ｌ₂の進行方向とは、互いに反対方向である。

第１ロッドインテグレーター２０は、支持基板１０に支持されている。第１ロッドインテグレーター２０は、図１および図３に示すように、第１入射面２２と、第１屈曲部２３と、第１射出面２４と、を有している。第１ロッドインテグレーター２０は、例えば、断面が矩形をした、ガラス製の角柱状のプリズムである。また、第１ロッドインテグレーター２０は、反射コーティングが施されたガラス板を、その反射面が内側となるように矩形状に組み合わせた中空ロッドであってもよい。

第１ロッドインテグレーター２０の第１入射面２２には、少なくとも第１出射面１６２ａから出射された出射光（第１光）Ｌ_1-1、および第２出射面１６２ｂから出射された出射光（第２光）Ｌ_1-2が入射する。第１入射面２２に入射した出射光Ｌ_1-1および出射光Ｌ_1-2は、第１ロッドインテグレーター２０の内面で全反射を繰り返すことによって混合されて光強度が均一化され、第１射出面２４から射出される。図示の例では、第１入射面２２には、出射光Ｌ_1-1〜Ｌ_1-4が入射する。第１入射面２２に入射した出射光Ｌ_1-1〜Ｌ_1-4は、第１ロッドインテグレーター２０の内面で全反射を繰り返すことによって混合されて光強度が均一化され、第１射出面２４から射出される。

第１ロッドインテグレーター２０は、図１および図３に示すように、第１屈曲部２３を有している。これにより、第１ロッドインテグレーター２０内を伝播する光の伝播方向を変えることができる。図示の例では、第１屈曲部２３は、９０度屈曲している。そのため、第１入射面２２の向く方向（第１入射面２２の垂線方向）と、第１射出面２４の向く方向（第１射出面２４の垂線方向）とがなす角度は、９０度である。したがって、発光素子１００の出射面１６２から出射されて水平方向に進行する出射光Ｌ₁は、第１ロッドインテグレーター２０によって進行方向が変えられて、鉛直方向（支持基板１０の上面１２の垂線方向）に進行する混合光Ｍ₁として射出される。

第２ロッドインテグレーター３０は、支持基板１０に支持されている。第２ロッドインテグレーター３０は、図３に示すように、第２入射面３２と、第２屈曲部３３と、第２射出面３４と、を有している。第２ロッドインテグレーター３０は、例えば、断面が矩形をした、ガラス製の角柱状のプリズムである。また、第２ロッドインテグレーター３０は、反射コーティングが施されたガラス板を、その反射面が内側となるように矩形状に組み合わせた中空ロッドであってもよい。

第２ロッドインテグレーター３０の第２入射面３２には、少なくとも第３出射面１６４ａから出射された出射光（第３光）Ｌ_2-1、および第４出射面１６４ｂから出射された出射光（第４光）Ｌ_2-2が入射する。第２入射面３２に入射した出射光Ｌ_2-1および出射光Ｌ_2-2は、第２ロッドインテグレーター３０の内面で全反射を繰り返すことによって混合されて光強度が均一化され、第２射出面３４から射出される。図示の例では、第２入射面３２には、出射光Ｌ_2-1〜Ｌ_2-4が入射する。第２入射面３２に入射した出射光Ｌ_2-1〜Ｌ_2-4は、第２ロッドインテグレーター３０の内面で全反射を繰り返すことによって混合されて光強度が均一化され、第２射出面３４から射出される。

第２ロッドインテグレーター３０は、図１および図３に示すように、第２屈曲部３３を有している。これにより、第２ロッドインテグレーター３０内を伝播する光の伝播方向を変えることができる。図示の例では、第２屈曲部３３は、９０度屈曲している。そのため、第２入射面３２の向く方向（第２入射面３２の垂線方向）と、第２射出面３４の向く方向（第２射出面３４の垂線方向）とがなす角度は、９０度である。したがって、発光素子１００の出射面１６４から出射されて水平方向に進行する出射光Ｌ₂は、第２ロッドインテグレーター３０によって進行方向が変えられて、鉛直方向に進行する混合光Ｍ₂として射出される。

第１ロッドインテグレーター２０の第１射出面２４および第２ロッドインテグレーター３０の第２射出面３４は、所定の領域（被照明領域）に向けて混合光Ｍ₁，Ｍ₂を射出する。ここで、射出面が光を所定の領域に向けて射出する場合とは、射出面が光を直接所定の領域に向けて進行させる場合と、射出面が光を光学系（図示しない）を介して、所定の領域に向けて進行させる場合と、を含むものとする。また、被照明領域は、発光装置１０００をプロジェクターの光源として用いた場合、例えば、ライトバルブの入射面であることができる。第１ロッドインテグレーター２０の第１射出面２４と第２ロッドインテグレーター３０の第２射出面３４とは、図示の例では、同じ方向（上面１２の垂直上向き）を向いている。すなわち、第１射出面２４から射出される混合光Ｍ₁と、第２射出面３４から射出される混合光Ｍ₂とは、同じ方向に向かって進行する。なお、射出面２４，３４の向く方向は、被照明領域に向けて射出できれば、特に限定されない。例えば、第１射出面２４と第２射出面３４とは、異なる方向を向いていてもよい。

発光装置１０００の一例として、発光素子１００がＩｎＧａＡｌＰ系の場合について説明したが、発光素子１００は、発光利得領域が形成可能なあらゆる材料系を用いることができる。半導体材料であれば、例えば、ＡｌＧａＮ系、ＩｎＧａＮ系、ＧａＡｓ系、ＩｎＧａＡｓ系、ＧａＩｎＮＡｓ系、ＺｎＣｄＳｅ系などの半導体材料を用いることができる。

また、発光装置１０００の一例として、発光素子１００が利得導波型である場合について説明したが、発光素子１００は、屈折率導波型であってもよい。

以上のような発光装置１０００は、例えば、プロジェクター、ディスプレイ、照明装置、計測装置などの光源に適用されることができる。

発光装置１０００は、例えば、以下の特徴を有する。

発光装置１０００によれば、第１ロッドインテグレーター２０は、発光素子１００から出射された出射光Ｌ_1-1と出射光Ｌ_1-2を混合して射出し、第２ロッドインテグレーター３０は、発光素子１００から出射された光Ｌ_2-1と光Ｌ_2-2を混合して射出することができる。したがって、発光装置１０００によれば、被照明領域における光強度の均一化を図ることができる。

さらに、ロッドインテグレーター２０，３０を用いているため、被照明領域における光強度を均一化するための他の光学系を用いた場合と比べて、高精度な調芯が不要となり、発光装置の製造工程を容易化できる。

発光装置１０００では、第１ロッドインテグレーター２０の第１射出面２４と第２ロッドインテグレーター３０の第２射出面３４とは、同じ方向を向いている。したがって、混合光Ｍ₁の進行方向と混合光Ｍ₂の進行方向を同じ方向にすることができる。これにより、例えば、プロジェクターなどの画像投射装置や、画像表示装置の光源として用いた場合に、混合光Ｍ₁，Ｍ₂を同じ方向に進行させるための光学系が不要となり、画像投射装置や、画像表示装置の光学系の構成を簡素化することができる。

発光装置１０００では、発光素子１００は、ＳＬＤであることができる。そのため、例えば、プロジェクターなどの画像投射装置や、画像表示装置の光源として用いた場合に、スペックルノイズを低減することができる。

２． 発光装置の製造方法
次に、本実施形態に係る発光装置１０００の製造方法について、図面を参照しながら説明する。図５〜図７は、発光装置１０００の製造工程を模式的に示す断面図である。

図５に示すように、基板１０２上に、第２クラッド層１０４、活性層１０６、第１クラッド層１０８、およびコンタクト層１１０を、この順でエピタキシャル成長させる。エピタキシャル成長させる方法としては、例えば、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法、ＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy）法などを用いることができる。

図６に示すように、コンタクト層１１０上に、開口部を有する絶縁部１１６を形成する。絶縁部１１６は、例えば、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法などにより形成される。開口部は、例えば、絶縁部をフォトリソグラフィー技術およびエッチング技術によりパターニングし、コンタクト層１１０が露出するように形成される。

次に、露出したコンタクト層１１０および絶縁部１１６上に第１電極１１４を形成する。次に、基板１０２の下面下に第２電極１１２を形成する。第１電極１１４および第２電極１１２は、例えば、真空蒸着法により形成される。なお、第１電極１１４および第２電極１１２の形成順序は、特に限定されない。以上の工程により、発光素子１００を得ることができる。

図７に示すように、公知の方法により支持基板１０に貫通孔１３７を設ける。次に、貫通孔１３７の内側の側面を覆うように絶縁部材１３６を形成する。絶縁部材１３６は、貫通孔１３７を塞がないように形成される。絶縁部材１３６は、例えばＣＶＤ法などにより成膜される。次に、絶縁部材１３６の内側に棒状の端子１３４を挿入する。なお、棒状の端子１３４の周囲に絶縁部材１３６を形成したものを、貫通孔１３７に挿入する方法を用いることもできる。

図４に示すように、まず、発光素子１００をサブマウント１５０に実装し、次に、発光素子１００が実装されたサブマウント１５０を支持基板１０に実装する。発光素子１００は、活性層１０６側を支持基板１０側に向けて（ジャンクションダウン）、実装されている。すなわち、発光素子１００をフリップチップ実装することができる。

次に、端子１３４と、発光素子１００の第２電極１１２とを、接続部材１３２により接続する。本工程は、例えばワイヤーボンディングなどにより行われる。

図１〜図３に示すように、ロッドインテグレーター２０，３０を支持基板１０に配置する。ロッドインテグレーター２０，３０は、ロッドインテグレーター２０，３０の間に発光素子１００が位置するように配置される。ロッドインテグレーター２０，３０は、出射光Ｌ₁，Ｌ₂に対する光軸調整を行いながら配置される。ロッドインテグレーターは、被照明領域における光強度を均一化するための他の光学系と比べて、高精度な調芯が不要である。したがって、ロッドインテグレーターを用いることで、製造工程を容易化できる。ロッドインテグレーター２０，３０は、例えば、接着剤により支持基板１０に固定される。

以上の工程により、発光装置１０００を製造することができる。

３． 発光装置の変形例
次に、本実施形態の変形例に係る発光装置について、図面を参照しながら説明する。以下、本実施形態の変形例に係る発光装置において、本実施形態に係る発光装置１０００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。

（１）まず、本実施形態の第１変形例に係る発光装置２０００について、説明する。図８は、発光装置２０００を模式的に示す断面図である。なお、図８では、便宜上、発光素子１００を簡略化して示している。

発光装置２０００は、図８に示すように、第１シリンドリカルレンズ２１０と、第２シリンドリカルレンズ２２０と、を含む。第１シリンドリカルレンズ２１０は、出射光Ｌ₁の光路上であって、発光素子１００と第１ロッドインテグレーター２０との間に配置されている。第２シリンドリカルレンズ２２０は、出射光Ｌ₂の光路上であって、発光素子１００と第２ロッドインテグレーター３０との間に配置されている。図示の例では、シリンドリカルレンズ２１０，２２０は、ロッドインテグレーター２０，３０の入射面２２，３２に接するように配置されている。

一般的に、ＳＬＤや半導体レーザー等の発光素子から出射される出射光は、放射角が大きい。特に、ＳＬＤや半導体レーザー等の発光素子から出射される出射光は、活性層の厚さ方向の放射角が、出射光の活性層の面内方向の放射角と比べて、大きい。図示の例では、活性層１０６の厚さ方向は、支持基板１０の上面１２の垂線方向であり、活性層１０６の面内方向は、支持基板１０の上面１２の面内方向である（図４参照）。発光装置２０００では、出射光Ｌ₁の光路上に配置された第１シリンドリカルレンズ２１０と、出射光Ｌ₂の光路上に配置された第２シリンドリカルレンズ２２０と、を有する。これにより、出射光Ｌ₁，Ｌ₂の活性層１０６の厚さ方向の放射角を狭めることができる。したがって、ロッドインテグレーター２０，３０から射出される混合光Ｍ₁，Ｍ₂の放射角を狭めることができる。

（２）次に、本実施形態の第２変形例に係る発光装置３０００について、説明する。図９は、発光装置３０００を模式的に示す断面図である。なお、図９では、便宜上、発光素子１００を簡略化して示している。以下、第２変形例に係る発光装置において、発光装置２０００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。

発光装置３０００は、図９に示すように、第１シリンドリカルレンズ２１０と、第２シリンドリカルレンズ２２０と、を含む。第１シリンドリカルレンズ２１０は、第１ロッドインテグレーター２０の第１射出面２４から射出された混合光Ｍ₁の光路上に配置されている。第２シリンドリカルレンズ２２０は、第２ロッドインテグレーター３０の第２射出面３４から射出された混合光Ｍ₂の光路上に配置されている。図示の例では、シリンドリカルレンズ２１０，２２０には、ロッドインテグレーター２０，３０の射出面２４，３４に接するように配置されている。

発光装置３０００では、混合光Ｍ₁の光路上に配置された第１シリンドリカルレンズ２１０と、混合光Ｍ₂の光路上に配置された第２シリンドリカルレンズ２２０を有する。これにより、ロッドインテグレーター２０，３０から射出される混合光Ｍ₁，Ｍ₂の放射角を狭めることができる。さらに、発光装置３０００では、ロッドインテグレーター２０，３０を通過した光を、シリンドリカルレンズ２１０，２２０に入射させるため、ロッドインテグレーター２０，３０に入射する光の入射角を狭めることなく、混合光Ｍ₁，Ｍ₂の放射角を狭めることができる。したがって、発光装置３０００では、発光装置２０００の例と比べて、ロッドインテグレーター２０，３０において、より効率よく光強度の均一化を図ることができる。

（３）次に、本実施形態の第３変形例に係る発光装置４０００について、説明する。図１０は、発光装置４０００を模式的に示す断面図である。なお、図１０では、便宜上、発光素子１００を簡略化して示している。

発光装置４０００は、図１０に示すように、第１偏光変換素子４１０と、第２偏光変換素子４２０と、を含む。第１偏光変換素子４１０は、第１ロッドインテグレーター２０の第１射出面２４から射出された混合光Ｍ₁の光路上に配置されている。第１偏光変換素子４１０には、混合光Ｍ₁が入射する。第２偏光変換素子４２０は、第２ロッドインテグレーター３０の第２射出面３４から射出された混合光Ｍ₂の光路上に配置されている。第２偏光変換素子４２０には、混合光Ｍ₂が入射する。図示の例では、偏光変換素子４１０，４２０には、ロッドインテグレーター２０，３０の射出面２４，３４に接するように配置されている。

第１偏光変換素子４１０は、第１偏光ビームスプリッター４１２と、第１ミラー４１４と、第１半波長板４１６と、を有している。第１偏光ビームスプリッター４１２は、混合光Ｍ₁のＰ偏光成分を透過させ、混合光Ｍ₁のＳ偏光成分を反射させることができる。第１ミラー４１４は、第１偏光ビームスプリッター４１２で反射された混合光Ｍ₁のＳ偏光成分を再度反射させて、第１半波長板４１６に入射させることができる。第１半波長板４１６は、混合光Ｍ₁のＳ偏光成分をＰ偏光成分に変換することができる。第１偏光変換素子４１０は、第１偏光ビームスプリッター４１２、第１ミラー４１４、および第１半波長板４１６を有するため、混合光Ｍ₁のＳ偏光成分をＰ偏光成分に変換することができ、例えば、混合光Ｍ₁をＰ偏光成分のみとすることができる。このように、第１偏光変換素子４１０は、混合光Ｍ₁を偏光光Ｐ₁に変換することができる。

第２偏光変換素子４２０は、第２偏光ビームスプリッター４２２と、第２ミラー４２４と、第２半波長板４２６と、を有している。第２偏光ビームスプリッター４２２は、混合光Ｍ₂のＰ偏光成分を透過させ、混合光Ｍ₂のＳ偏光成分を反射させることができる。第２ミラー４２４は、第２偏光ビームスプリッター４２２で反射された混合光Ｍ₂のＳ偏光成分を再度反射させて、第２半波長板４２６に入射させることができる。第２半波長板４２６は、混合光Ｍ₂のＳ偏光成分をＰ偏光成分に変換することができる。第２偏光変換素子４２０は、第２偏光ビームスプリッター４２２、第２ミラー４２４、および第２半波長板４２６を有するため、混合光Ｍ₂のＳ偏光成分をＰ偏光成分に変換することができ、例えば、混合光Ｍ₂をＰ偏光成分のみとすることができる。このように、第２偏光変換素子４２０は、混合光Ｍ₂を偏光光Ｐ₂に変換することができる。

発光装置４０００では、第１偏光変換素子４１０によって混合光Ｍ₁を偏光光Ｐ₁に変換し、第２偏光変換素子４２０によって混合光Ｍ₂を偏光光Ｐ₂に変換することができる。さらに、偏光変換素子４１０，４２０によって、偏光光Ｐ₁の偏光方向と偏光光Ｐ₂の偏光方向とを、同じ偏光方向とすることができる。したがって、発光装置４０００では、被照明領域に偏光光を照射することができる。

なお、ここでは、偏光変換素子４１０，４２０が混合光Ｍ₁，Ｍ₂のＳ偏光成分をＰ偏光成分に変換する場合について説明したが、偏光変換素子４１０，４２０は、混合光Ｍ₁，Ｍ₂のＰ偏光成分をＳ偏光成分に変換してもよい。

（４）次に、本実施形態の第４変形例に係る発光装置５０００について、説明する。図１１は、発光装置５０００を模式的に示す断面図である。

発光装置１０００の例では、図４に示すように、活性層１０６は、発光素子１００において支持基板１０側に設けられていた。これに対し、発光装置５０００では、図１１に示すように、活性層１０６は、発光素子１００において支持基板１０とは反対側に設けられている。発光装置５０００では、活性層１０６と支持基板１０との間に基板１０２が設けられている。第２電極１１２は、例えば、接続部材（図示せず）により、サブマウント１５０と接続されている。また、第１電極１１４は、例えば、接続部材１３２により、端子１３４と接続されている。

発光装置５０００によれば、活性層１０６と支持基板１０との間に基板１０２が設けられているため、発光装置１０００の例に比べて、少なくとも基板１０２の厚み分、活性層１０６は支持基板１０から離れた位置に設けられている。そのため、利得領域１６０から出射してロッドインテグレーターに入射する光量の低下を防ぐことができる。例えば、利得領域１６０からの出射光の放射角が大きいと、出射光が支持基板１０によって遮られ、ロッドインテグレーターに入射する光量が減少してしまう場合がある。発光装置５０００では、このような問題を回避することができる。

本変形例に限らず、本実施形態の発光装置においては、ロッドインテグレーター２０，３０を発光素子１００の出射面１６２，１６４に近づけることが望ましく、さらにはロッドインテグレーターと発光素子の出射面とが接触していることが望ましい。これにより、発光素子とロッドインテグレーターとの結合効率を高め、光利用効率の高い発光装置とすることができる。また、発光素子１００とロッドインテグレーター２０，３０との間の支持基板面上に反射膜を形成することにより、基板で遮られる光を反射膜によって反射させ、ロッドインテグレーターに導くような構成としてもよい。

４． 照明装置
次に、本実施形態に係る照明装置について、図面を参照しながら説明する。図１２は、本実施形態に係る照明装置６０００を模式的に示す図である。以下、本実施形態に係る照明装置において、本実施形態に係る発光装置１０００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。

照明装置６０００は、発光装置１０００と、第１ロッドインテグレーター２０の第１射出面２４から射出された光を発散させるための第１レンズ６１０と、第２ロッドインテグレーター３０の第２射出面３４から射出された光を発散させるための第２レンズ６１２と、第１レンズ６１０から射出された光と第２集光レンズ６１２から射出された光を重畳させるための第３レンズ６２０と、第３レンズ６２０によって重畳された光を集光するための第４レンズ６３０と、を含む。

照明装置６０００は、本発明に係る発光装置を有している。ここでは、本発明に係る発光装置として、発光装置１０００を有している場合について説明する。

第１レンズ６１０は、第１ロッドインテグレーター２０の第１射出面２４から射出された光を発散させるためのレンズである。具体的には、第１レンズ６１０は、第１射出面２４から射出された光を集束させた後、発散させる。第１レンズ６１０は、第１射出面２４から射出された光を発散させて、照明装置６０００が照明できる領域を所望の大きさ（例えばライトバルブの入射面の大きさ）まで広げることができる。第１レンズ６１０は、例えば、コンデンサーレンズである。

なお、図示の例では、第１レンズ６１０は、１枚のレンズであるが、複数のレンズを組み合わせて第１レンズとして用いてもよい。このことは、後述するレンズ６１２，６２０，６３０においても同様である。

第２レンズ６１２は、第２ロッドインテグレーター３０の第２射出面３４から射出された光を発散させるためのレンズである。具体的には、第２レンズ６１２は、第２射出面３４から射出された光を集束させた後、発散させる。第２レンズ６１２は、第２射出面３４から射出された光を発散させて、照明装置６０００が照明できる領域を所望の大きさ（例えばライトバルブの入射面の大きさ）まで広げることができる。第２レンズ６１２は、例えば、コンデンサーレンズである。

第３レンズ６２０は、第１レンズ６１０から射出された光と第２集光レンズ６１２から射出された光を重畳させるためのレンズである。第１レンズ６１０から射出された光、および第２集光レンズ６１２から射出された光は、第３レンズ６２０によって、第４レンズ６３０上に重畳される。

第４レンズ６３０は、第３レンズ６２０によって重畳された光を集光するためのレンズである。第４レンズ６３０は、図示の例では、第３レンズ６２０によって重畳された光を被照明領域（例えば、ライトバルブの入射面）６４０に集光する。すなわち、第３レンズ６２０によって重畳された光は、第４レンズ６３０によって、被照明領域６４０に集光される。

照明装置６０００では、発光装置１０００を有しているため、被照明領域６４０における光強度の均一化を図ることができる。

照明装置６０００では、第３レンズ６２０によって、２つの射出面２４，３４から射出された光を重畳させることができるため、より被照明領域６４０における光強度の均一化を図ることができる。例えば、第１射出面２４から射出された光の強度と、第２射出面３４から射出された光の強度とが異なる場合、第１射出面２４から射出された光と第２射出面３４から射出された光を重畳せずに被照明領域６４０を照射すると、被照明領域６４０における光強度にこの強度差に応じた分布が生じてしまう。照明装置６０００では、このような問題を回避することができる。

５． プロジェクター
次に、本実施形態に係るプロジェクター７０００について、図面を参照しながら説明する。図１３は、プロジェクター７０００を模式的に示す図である。なお、図１３では、便宜上、プロジェクター７０００を構成する筐体は省略している。

プロジェクター７０００において、赤色光、緑色光、青色光を出射する赤色光源（照明装置）６０００Ｒ，緑色光源（照明装置）６０００Ｇ、青色光源（照明装置）６０００Ｂは、本発明に係る照明装置（例えば照明装置６０００）である。

プロジェクター７０００は、光源６０００Ｒ，６０００Ｇ，６０００Ｂから出射された光をそれぞれ画像情報に応じて変調する透過型の液晶ライトバルブ（光変調装置）７０４Ｒ，７０４Ｇ，７０４Ｂと、液晶ライトバルブ７０４Ｒ，７０４Ｇ，７０４Ｂによって形成された像を拡大してスクリーン（表示面）７１０に投射する投射レンズ（投射装置）７０８と、を備えている。また、プロジェクター７０００は、液晶ライトバルブ７０４Ｒ，７０４Ｇ，７０４Ｂから出射された光を合成して投射レンズ７０８に導くクロスダイクロイックプリズム（色光合成手段）７０６を備えていることができる。

各液晶ライトバルブ７０４Ｒ，７０４Ｇ，７０４Ｂによって変調された３つの色光は、クロスダイクロイックプリズム７０６に入射する。このプリズムは４つの直角プリズムを貼り合わせて形成され、その内面に赤色光を反射する誘電体多層膜と青色光を反射する誘電体多層膜とが十字状に配置されている。これらの誘電体多層膜によって３つの色光が合成され、カラー画像を表す光が形成される。そして、合成された光は投射光学系である投射レンズ７０８によりスクリーン７１０上に投射され、拡大された画像が表示される。

プロジェクター７０００によれば、上述のように、被照明領域における光強度の均一化を図ることができる照明装置６０００を光源として用いることができる。そのため、プロジェクター７０００は、照度むらの少ない画像を投射することができる。

なお、上述の例では、光変調装置として透過型の液晶ライトバルブを用いたが、液晶以外のライトバルブを用いてもよいし、反射型のライトバルブを用いてもよい。このようなライトバルブとしては、例えば、反射型の液晶ライトバルブや、デジタルマイクロミラーデバイス（Digital Micromirror Device）が挙げられる。また、投射光学系の構成は、使用されるライトバルブの種類によって適宜変更される。

なお、上述した実施形態および変形例は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば、実施形態および各変形例を適宜組み合わせることも可能である。

上記のように、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できよう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。

１０ 支持基板、１２ 上面、２０ 第１ロッドインテグレーター、２２ 第１入射面、２３ 第１屈曲部、２４ 第１射出面、３０ 第２ロッドインテグレーター、３２ 第２入射面、３３ 第２屈曲部、３４ 第２射出面、１００ 発光素子、１０２ 基板、１０４ 第２クラッド層、１０５ 第１面、１０６ 活性層、１０７ 第２面、１０８ 第１クラッド層、１１０ コンタクト層、１１２ 第２電極、１１４ 第１電極、１１６ 絶縁部、１３２ 接続部材、１３４ 端子、１３６ 絶縁部材、１３７ 貫通孔、１５０ サブマウント、１６０ 利得領域、１６２ 出射面、１６４ 出射面、２１０ 第１シリンドリカルレンズ、２２０ 第２シリンドリカルレンズ、４１０ 第１偏光変換素子、４１２ 第１偏光ビームスプリッター、４１４ 第１ミラー、４１６ 第１半波長板、４２０ 第２偏光変換素子、４２２ 第２偏光ビームスプリッター、４２４ 第２ミラー、４２６ 第２半波長板、６１０ 第１レンズ、６１２ 第２レンズ、６２０ 第３レンズ、６３０ 第４レンズ、６４０ 被照明領域、７０４ 液晶ライトバルブ、７０６ クロスダイクロイックプリズム、７０８ 投射レンズ、７１０ スクリーン、１０００，２０００，３０００，４０００，５０００ 発光装置、６０００ 照明装置、７０００ プロジェクター。

Claims (8)

1. 支持基板と、
   前記支持基板に支持された第１ロッドインテグレーターおよび第２ロッドインテグレーターと、
   前記支持基板に支持され、前記第１ロッドインテグレーターと前記第２ロッドインテグレーターとの間に配置された発光素子と、を含み、
   前記発光素子は、
   前記第１ロッドインテグレーターに入射する第１光および第２光と、
   前記第２ロッドインテグレーターに入射する第３光および第４光と、を出射し、
   前記第１ロッドインテグレーターは、
   前記第１光および前記第２光が入射する第１入射面と、
   前記第１光および前記第２光の伝播方向を変える第１屈曲部と、
   前記第１光と前記第２光とが混合された光を所定の領域に向けて射出する第１射出面と、を有し、
   前記第２ロッドインテグレーターは、
   前記第３光および前記第４光が入射する第２入射面と、
   前記第３光および前記第４光の伝播方向を変える第２屈曲部と、
   前記第３光と前記第４光とが混合された光を前記所定の領域に向けて射出する第２射出面と、を有する、発光装置。
2. 請求項１において、
   前記第１光の光路上および前記第２光の光路上に配置された第１シリンドリカルレンズと、
   前記第３光の光路上および前記第４光の光路上に配置された第２シリンドリカルレンズと、をさらに含む、発光装置。
3. 請求項１において、
   前記第１射出面から射出された光の光路上に配置された第１シリンドリカルレンズと、
   前記第２射出面から射出された光の光路上に配置された第２シリンドリカルレンズと、をさらに含む、発光装置。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項において、
   前記第１射出面から射出された光を第１偏光光に変換する第１偏光変換素子と、
   前記第２射出面から射出された光を第２偏光光に変換する第２偏光変換素子と、をさらに含み、
   前記第１偏光光の偏光方向と前記第２偏光光の偏光方向とは、同じ方向である、発光装置。
5. 請求項１ないし４のいずれか１項において、
   前記発光素子は、スーパールミネッセントダイオードである、発光装置。
6. 請求項１ないし５のいずれか１項において、
   前記第１射出面と前記第２射出面とは、同じ方向を向く、発光装置。
7. 請求項１ないしの６いずれか１項に記載の発光装置と、
   前記発光装置の前記第１ロッドインテグレーターの前記第１射出面から射出された光を発散させる第１レンズと、
   前記発光装置の前記第２ロッドインテグレーターの前記第２射出面から射出された光を発散させる第２レンズと、
   前記第１レンズから射出された光と前記第２レンズから射出された光を重畳させる第３レンズと、
   前記第３レンズによって重畳された光を集光する第４レンズと、を含む、照明装置。
8. 請求項７に記載の照明装置と、
   前記照明装置から出射された光を画像情報に応じて変調する光変調装置と、
   前記光変調装置によって形成された画像を投射する投射装置と、を含む、プロジェクター。

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