JP2019192888A - Light-emitting device and projector - Google Patents

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Abstract

To provide an optical device that can efficiently illuminate an object to be illuminated.SOLUTION: A light-emitting device 100 comprises a plurality of light-emitting units 2 having a light-emitting element 20 and a lens 50 provided corresponding to the light-emitting element 20. The light-emitting element 20 has a luminescent layer 24 that is provided between a first semiconductor layer 22 and a second semiconductor layer 26 and can generate light upon injection of current, a first electrode 30 that is electrically connected to the first semiconductor layer 22; and a second electrode 32 that is in contact with the second semiconductor layer 26. In plan view viewed from a lamination direction of the first semiconductor layer 22 and luminescent layer 24, the second electrode 32 overlaps the luminescent layer 24; in plan view viewed from the lamination direction, the plurality of light-emitting units 2 are arranged at a pitch p in a first direction; the size d in the first direction of a contact area of the second semiconductor layer 26 and second electrode 32 and the pitch p satisfy the relationships of d/p≤0.5, d≥2 μm, and p≤12 μm.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、発光装置およびプロジェクターに関する。   The present invention relates to a light emitting device and a projector.

プロジェクターの光源として、従来から広く利用されてきた水銀ランプは、次第に暗くなり突然切れるという寿命の問題や、水銀規制という問題があって、徐々にLED(Light Emitting Diode)などの固体光源に移行している。   Mercury lamps, which have been widely used as light sources for projectors, have a life problem that they gradually become darker and suddenly cut off, and there is a problem with mercury regulation. ing.

例えば特許文献1には、複数のLEDチップを備えたLEDランプを、LED基板上に配列ピッチ4mmで2次元に300(15×20)個配列し、マイクロレンズアレイによってLEDランプの出力光を平行光とするプロジェクターが記載されている。   For example, in Patent Document 1, 300 (15 × 20) LED lamps having a plurality of LED chips are arranged two-dimensionally on an LED substrate with an arrangement pitch of 4 mm, and the output light of the LED lamp is parallelized by a microlens array. A light projector is described.

特開2006−317935号公報JP 2006-317935 A

上記のようなプロジェクターの光源(発光装置)は、スクリーンなどの照明対象を、効率よく照明することが望まれている。   The light source (light emitting device) of the projector as described above is desired to efficiently illuminate an illumination target such as a screen.

本発明に係る発光装置の一態様は、
発光素子と、前記発光素子に対応して設けられたレンズと、を有する複数の発光ユニットを有し、
前記発光素子は、
第1半導体層と、
前記第1半導体層と導電型の異なる第2半導体層と、
前記第1半導体層と前記第2半導体層との間に設けられ、電流が注入されることで光を発生させることが可能な発光層と、
前記第1半導体層と電気的に接続された第1電極と、
前記第2半導体層と接触された第2電極と、
を有し、
前記第1半導体層および前記発光層の積層方向から見た平面視において、前記第2電極は、前記発光層と重なり、
前記積層方向から見た平面視において、複数の前記発光ユニットは、第1方向にピッチpで配置され、
前記第2半導体層と前記第2電極との接触領域の前記第1方向の大きさd、および前記ピッチpは、
d/p≦0.5、d≧2μm、かつ、p≦12μm
の関係を満たす。
One aspect of the light emitting device according to the present invention is:
A plurality of light emitting units having a light emitting element and a lens provided corresponding to the light emitting element;
The light emitting element is
A first semiconductor layer;
A second semiconductor layer having a conductivity type different from that of the first semiconductor layer;
A light emitting layer provided between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer and capable of generating light by injecting a current;
A first electrode electrically connected to the first semiconductor layer;
A second electrode in contact with the second semiconductor layer;
Have
In a plan view seen from the stacking direction of the first semiconductor layer and the light emitting layer, the second electrode overlaps the light emitting layer,
In a plan view seen from the stacking direction, the plurality of light emitting units are arranged at a pitch p in the first direction,
The size d in the first direction of the contact region between the second semiconductor layer and the second electrode, and the pitch p are:
d / p ≦ 0.5, d ≧ 2 μm, and p ≦ 12 μm
Satisfy the relationship.

前記発光装置の一態様において、
前記大きさdおよび前記ピッチpは、
0.4≦d/p≦0.5
の関係を満たしてもよい。
In one aspect of the light emitting device,
The size d and the pitch p are:
0.4 ≦ d / p ≦ 0.5
May be satisfied.

前記発光装置の一態様において、
前記大きさdおよび前記ピッチpは、
d/p≦0.3
の関係を満たしてもよい。
In one aspect of the light emitting device,
The size d and the pitch p are:
d / p ≦ 0.3
May be satisfied.

前記発光装置の一態様において、
複数の前記発光素子のうち第1発光素子は、複数の前記発光素子のうち第2発光素子と隣り合い、
前記第1発光素子から出射された光は、複数の前記レンズのうち、前記第2発光素子に対応して設けられた前記レンズにおいて、全反射しなくてもよい。
In one aspect of the light emitting device,
The first light emitting element among the plurality of light emitting elements is adjacent to the second light emitting element among the plurality of light emitting elements,
The light emitted from the first light emitting element may not be totally reflected by the lens provided corresponding to the second light emitting element among the plurality of lenses.

前記発光装置の一態様において、
本発明に係るプロジェクターの一態様は、
前記発光装置の一態様と、
前記発光装置から出射された光を投射する投射装置と、
を有する。
In one aspect of the light emitting device,
One aspect of the projector according to the present invention is as follows:
An aspect of the light emitting device;
A projection device for projecting light emitted from the light emitting device;
Have

第1実施形態に係る発光装置を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the light-emitting device which concerns on 1st Embodiment. 第1実施形態に係る発光装置を模式的に示す平面図。The top view which shows typically the light-emitting device which concerns on 1st Embodiment. 第1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。Sectional drawing which shows typically the manufacturing process of the light-emitting device which concerns on 1st Embodiment. 第2実施形態に係る発光装置を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the light-emitting device which concerns on 2nd Embodiment. 第2実施形態に係る発光装置を模式的に示す平面図。The top view which shows typically the light-emitting device which concerns on 2nd Embodiment. 第3実施形態に係る発光装置を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the light-emitting device which concerns on 3rd Embodiment. 参考例に係る発光装置を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the light-emitting device which concerns on a reference example. 第3実施形態に係る発光装置を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the light-emitting device which concerns on 3rd Embodiment. レンズの曲率半径の最小値を示すグラフ。The graph which shows the minimum value of the curvature radius of a lens. レンズの曲率半径の最小値を示すグラフ。The graph which shows the minimum value of the curvature radius of a lens. 投射効率を示すグラフ。The graph which shows projection efficiency. 投射効率を示すグラフ。The graph which shows projection efficiency. 投射効率を示すグラフ。The graph which shows projection efficiency. 第3実施形態の変形例に係る発光装置を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the light-emitting device which concerns on the modification of 3rd Embodiment. 参考例に係る発光装置を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the light-emitting device which concerns on a reference example. 第3実施形態の変形例に係る発光装置を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the light-emitting device which concerns on the modification of 3rd Embodiment. 第3実施形態の変形例に係る発光装置を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the light-emitting device which concerns on the modification of 3rd Embodiment. 第3実施形態の変形例に係る発光装置を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the light-emitting device which concerns on the modification of 3rd Embodiment. 第4実施形態に係るプロジェクターを模式的に示す図。FIG. 10 is a diagram schematically illustrating a projector according to a fourth embodiment. 第4実施形態の第1変形例に係るプロジェクターを模式的に示す図。The figure which shows typically the projector which concerns on the 1st modification of 4th Embodiment. 第4実施形態の第2変形例に係るプロジェクターを模式的に示す図。The figure which shows typically the projector which concerns on the 2nd modification of 4th Embodiment. 接触領域の大きさと、投射効率と、の関係を示すグラフ。The graph which shows the relationship between the magnitude | size of a contact area | region, and projection efficiency. 接触領域の大きさと、投射光束と、の関係を示すグラフ。The graph which shows the relationship between the magnitude | size of a contact area, and a projection light beam. 電流密度と光パワー密度との関係を示すグラフ。The graph which shows the relationship between an electric current density and optical power density. 接触領域の大きさと、電流密度および総電流量と、の関係を示すグラフ。The graph which shows the relationship between the magnitude | size of a contact area | region, and a current density and total electric current amount. 接触領域の大きさと、投射光束と、の関係を示すグラフ。The graph which shows the relationship between the magnitude | size of a contact area, and a projection light beam. 接触領域の大きさと、効率と、の関係を示すグラフ。The graph which shows the relationship between the magnitude | size of a contact area, and efficiency. ピッチの対する接触領域の大きさの比と、投射光束と、の関係を示すグラフ。The graph which shows the relationship between the ratio of the magnitude | size of the contact area with respect to a pitch, and a projection light beam. ピッチの対する接触領域の大きさの比と、効率と、の関係を示すグラフ。The graph which shows the relationship between the ratio of the size of the contact area to the pitch, and the efficiency.

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また、以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The embodiments described below do not unduly limit the contents of the present invention described in the claims. In addition, not all of the configurations described below are essential constituent requirements of the present invention.

1. 第1実施形態
1.1. 発光装置
まず、第1実施形態に係る発光装置について、図面を参照しながら説明する。図1は、第1実施形態に係る発光装置100を模式的に示す断面図である。図2は、第1実施形態に係る発光装置100を模式的に示す平面図である。なお、図1は、図2のI−I線断面図である。また、図1および図2では、互い直交する3軸として、X軸、Y軸、およびZ軸を図示している。
1. 1. First embodiment 1.1. First, the light emitting device according to the first embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a light emitting device 100 according to the first embodiment. FIG. 2 is a plan view schematically showing the light emitting device 100 according to the first embodiment. 1 is a cross-sectional view taken along the line II of FIG. 1 and 2 illustrate the X axis, the Y axis, and the Z axis as three axes orthogonal to each other.

発光装置100は、図1および図2に示すように、例えば、基板10と、発光素子20と、絶縁層40と、レンズ50と、を有している。なお、便宜上、図2では、発光素子20の第2電極32および絶縁層40の図示を省略している。   As illustrated in FIGS. 1 and 2, the light emitting device 100 includes, for example, a substrate 10, a light emitting element 20, an insulating layer 40, and a lens 50. For convenience, the second electrode 32 and the insulating layer 40 of the light emitting element 20 are not shown in FIG.

基板10は、例えば、サファイア基板である。基板10は、例えば、発光素子20の発光層24で発生した光を透過させることができる。   The substrate 10 is, for example, a sapphire substrate. For example, the substrate 10 can transmit light generated in the light emitting layer 24 of the light emitting element 20.

発光素子20は、基板10上に設けられている。発光素子20は、複数設けられている。複数の発光素子20は、図2に示すように、発光素子20の第1半導体層22および発光層24の積層方向(図示の例ではZ軸方向)から見た平面視において(以下、単に「平面視において」ともいう)、マトリックス状に設けられている。複数の発光素子20は、第1方向(例えばX軸方向)、および第1方向と直交する第2方向(例えばY軸方向)にピッチpで配置されている。発光素子20の数は、特に限定されないが、例えば、10000個(X軸方向に100個、Y軸方向に100個並んだ、100×100個)程度である。発光素子20は、例えば、LEDである。なお、図示の例では、複数の発光素子20は、第1方向、および第1方向と直交する第2方向にピッチpで配列された正方配列であるが、複数の発光素子20は、第1方向、および第1方向と60℃傾いた第2方向にピッチpで配列された六方配列であってもよい。   The light emitting element 20 is provided on the substrate 10. A plurality of light emitting elements 20 are provided. As shown in FIG. 2, the plurality of light emitting elements 20 are in a plan view as viewed from the stacking direction (Z-axis direction in the illustrated example) of the first semiconductor layer 22 and the light emitting layer 24 of the light emitting element 20 (hereinafter simply “ In a plan view, it is also provided in a matrix. The plurality of light emitting elements 20 are arranged at a pitch p in the first direction (for example, the X-axis direction) and in the second direction (for example, the Y-axis direction) orthogonal to the first direction. The number of light-emitting elements 20 is not particularly limited, but is, for example, about 10,000 (100 × 100 in the X-axis direction and 100 in the Y-axis direction). The light emitting element 20 is, for example, an LED. In the illustrated example, the plurality of light emitting elements 20 are arranged in a square arrangement with a pitch p in the first direction and the second direction orthogonal to the first direction. It may be a hexagonal arrangement arranged at a pitch p in the direction and the second direction inclined by 60 ° C. with respect to the first direction.

なお、本発明において、「上」とは、発光素子20の第1半導体層22および発光層24の積層方向において、発光素子20の発光層24からみて基板10から遠ざかる方向のことであり、「下」とは、積層方向において、発光層24からみて基板10に近づく方向のことである。図示の例では、「上」は、+Z軸方向側であり、「下」は、−Z軸方向側である。   In the present invention, “up” refers to a direction away from the substrate 10 when viewed from the light emitting layer 24 of the light emitting element 20 in the stacking direction of the first semiconductor layer 22 and the light emitting layer 24 of the light emitting element 20. “Lower” means a direction approaching the substrate 10 when viewed from the light emitting layer 24 in the stacking direction. In the illustrated example, “upper” is the + Z-axis direction side, and “lower” is the −Z-axis direction side.

発光素子20は、図1に示すように、例えば、第1半導体層22と、発光層24と、第2半導体層26と、第1電極30と、第2電極32と、を有している。   As illustrated in FIG. 1, the light emitting element 20 includes, for example, a first semiconductor layer 22, a light emitting layer 24, a second semiconductor layer 26, a first electrode 30, and a second electrode 32. .

第1半導体層22は、基板10上に設けられている。第1半導体層22は、基板10と発光層24との間に設けられている。第1半導体層22の厚さは、例えば、5μm程度である。第1半導体層22は、例えば、Siがドープされたn型のGaN層である。図示の例では、隣り合う発光素子20において、第1半導体層22は、連続しており、複数の発光素子20において、第1半導体層22は、1つの共通した層である。   The first semiconductor layer 22 is provided on the substrate 10. The first semiconductor layer 22 is provided between the substrate 10 and the light emitting layer 24. The thickness of the first semiconductor layer 22 is, for example, about 5 μm. The first semiconductor layer 22 is, for example, an n-type GaN layer doped with Si. In the illustrated example, in the adjacent light emitting elements 20, the first semiconductor layer 22 is continuous, and in the plurality of light emitting elements 20, the first semiconductor layer 22 is one common layer.

第1半導体層22の一部、発光層24、第2半導体層26は、例えば、柱状部28を構成している。複数の発光素子20において、柱状部28は、互いに分離して設けられている。図2に示す例では、柱状部28の形状は、平面視において、正方形である。   A part of the first semiconductor layer 22, the light emitting layer 24, and the second semiconductor layer 26 constitute, for example, a columnar portion 28. In the plurality of light emitting elements 20, the columnar portions 28 are provided separately from each other. In the example shown in FIG. 2, the columnar portion 28 has a square shape in plan view.

発光層24は、図1に示すように、第1半導体層22上に設けられている。発光層24は、第1半導体層22と第2半導体層26との間に設けられている。発光層24は、例えば、厚さ2.5nm程度のInGaN層と、厚さ12nm程度のGaN層と、を交互に5ペア積層させた多重量子井戸(MQW)構造を有している。発光層24は、電流が注入されることで光を発生させることが可能な層である。   As shown in FIG. 1, the light emitting layer 24 is provided on the first semiconductor layer 22. The light emitting layer 24 is provided between the first semiconductor layer 22 and the second semiconductor layer 26. The light emitting layer 24 has, for example, a multiple quantum well (MQW) structure in which five pairs of InGaN layers having a thickness of about 2.5 nm and GaN layers having a thickness of about 12 nm are alternately stacked. The light emitting layer 24 is a layer capable of generating light when current is injected.

第2半導体層26は、発光層24上に設けられている。第2半導体層26の厚さは、例えば、150nm程度である。第2半導体層26は、第1半導体層22と導電型の異なる層である。第2半導体層26は、例えば、Mgがドープされたp型のGaN層である。   The second semiconductor layer 26 is provided on the light emitting layer 24. The thickness of the second semiconductor layer 26 is, for example, about 150 nm. The second semiconductor layer 26 is a layer having a different conductivity type from the first semiconductor layer 22. The second semiconductor layer 26 is, for example, a p-type GaN layer doped with Mg.

発光装置100では、p型の第2半導体層26、不純物がドーピングされていない発光層24、およびn型の第1半導体層22により、pinダイオードが構成される。半導体層22,26は、発光層24よりもバンドギャップが大きい層である。発光装置100では、第1電極30と第2電極32との間に、pinダイオードの順バイアス電圧を印加すると(電流を注入すると)、発光層24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。   In the light emitting device 100, the p-type second semiconductor layer 26, the light emitting layer 24 not doped with impurities, and the n-type first semiconductor layer 22 constitute a pin diode. The semiconductor layers 22 and 26 are layers having a larger band gap than the light emitting layer 24. In the light emitting device 100, when a forward bias voltage of a pin diode is applied between the first electrode 30 and the second electrode 32 (current is injected), recombination of electrons and holes occurs in the light emitting layer 24. This recombination causes light emission.

発光層24で発生した光(−Z軸方向側に向かう光)は、基板10を透過して出射される。発光層24で発生した光(+Z軸方向側に向かう光)は、例えば、第2電極32において反射される。なお、図1では、発光層24で発生して基板10を透過する光(光線)を矢印で示している。   Light generated in the light emitting layer 24 (light traveling toward the −Z axis direction) is transmitted through the substrate 10 and emitted. The light generated in the light emitting layer 24 (light directed toward the + Z axis direction) is reflected by the second electrode 32, for example. In FIG. 1, light (light rays) generated in the light emitting layer 24 and transmitted through the substrate 10 is indicated by arrows.

第1電極30は、第1半導体層22上に設けられている。図示の例では、第1電極30は、第1半導体層22と接触されている。第1電極30は、第1半導体層22とオーミックコンタクトしていてもよい。第1電極30は、第1半導体層22と電気的に接続されている。   The first electrode 30 is provided on the first semiconductor layer 22. In the illustrated example, the first electrode 30 is in contact with the first semiconductor layer 22. The first electrode 30 may be in ohmic contact with the first semiconductor layer 22. The first electrode 30 is electrically connected to the first semiconductor layer 22.

第1電極30は、発光層24に電流を注入するための一方の電極である。第1電極30としては、例えば、第1半導体層22側から、Ti層、Al層の順序で積層したものなどを用いる。図2に示す例では、隣り合う発光素子20において、第1電極30は、連続しており、複数の発光素子20において、第1電極30は、1つの共通した電極として格子状に設けられている。第1電極30は、柱状部28と離間し、柱状部28を囲むように設けられている。   The first electrode 30 is one electrode for injecting current into the light emitting layer 24. As the first electrode 30, for example, an electrode in which a Ti layer and an Al layer are stacked in this order from the first semiconductor layer 22 side is used. In the example shown in FIG. 2, in the adjacent light emitting elements 20, the first electrodes 30 are continuous, and in the plurality of light emitting elements 20, the first electrodes 30 are provided in a grid pattern as one common electrode. Yes. The first electrode 30 is provided so as to be separated from the columnar portion 28 and surround the columnar portion 28.

第2電極32は、図1に示すように、第2半導体層26上に設けられている。第2電極32は、第2半導体層26と接触されている。第2電極32は、第2半導体層26とオーミックコンタクトしていてもよい。第2電極32は、平面視において、発光層24と重なっている。第2電極32は、第2半導体層26と電気的に接続されている。図示の例では、第2電極32は、絶縁層40上にも設けられている。   As shown in FIG. 1, the second electrode 32 is provided on the second semiconductor layer 26. The second electrode 32 is in contact with the second semiconductor layer 26. The second electrode 32 may be in ohmic contact with the second semiconductor layer 26. The second electrode 32 overlaps the light emitting layer 24 in plan view. The second electrode 32 is electrically connected to the second semiconductor layer 26. In the illustrated example, the second electrode 32 is also provided on the insulating layer 40.

第2電極32は、発光層24に電流を注入するための他方の電極である。第2電極32の材質は、例えば、AgとPdとCuとの合金であるAPC合金など、発光層24で発生した光に対して高い反射率を有する導電体ある。図示の例では、隣り合う発光素子20において、第2電極32は、連続しており、複数の発光素子20において、第2電極32は、1つの共通した電極である。   The second electrode 32 is the other electrode for injecting current into the light emitting layer 24. The material of the second electrode 32 is a conductor having a high reflectance with respect to light generated in the light emitting layer 24, such as an APC alloy that is an alloy of Ag, Pd, and Cu. In the illustrated example, in the adjacent light emitting elements 20, the second electrode 32 is continuous, and in the plurality of light emitting elements 20, the second electrode 32 is one common electrode.

第2電極32と第2半導体層26との接触領域34は、図2に示すように、正方形である。接触領域34は、第2電極32と第2半導体層26との接触面である。複数の接触領域34は、平面視において、マトリックス状に設けられている。複数の接触領域34は、
例えば、X軸方向およびY軸方向にピッチpで配置されている。
The contact area 34 between the second electrode 32 and the second semiconductor layer 26 is a square as shown in FIG. The contact region 34 is a contact surface between the second electrode 32 and the second semiconductor layer 26. The plurality of contact regions 34 are provided in a matrix shape in plan view. The plurality of contact areas 34 are
For example, they are arranged at a pitch p in the X-axis direction and the Y-axis direction.

絶縁層40は、図1に示すように、柱状部28の周囲であって、第1半導体層22上および第1電極30上に設けられている。絶縁層40は、第1電極30と第2電極32との間を、電気的に分離している。絶縁層40は、例えば、酸化シリコン層(例えばSiO層)である。 As shown in FIG. 1, the insulating layer 40 is provided on the first semiconductor layer 22 and the first electrode 30 around the columnar portion 28. The insulating layer 40 electrically separates the first electrode 30 and the second electrode 32. The insulating layer 40 is, for example, a silicon oxide layer (for example, a SiO 2 layer).

レンズ50は、基板10の下に設けられている。レンズ50は、例えば、基板10の下面に接着されている。図示の例では、レンズ50は、基板10側の入射面51aが平坦面であり、基板10とは反対側の出射面51bが曲面である凸レンズである。レンズ50は、複数設けられている。複数のレンズ50は、レンズアレイ52を構成している。レンズアレイ52は、例えば、マイクロレンズアレイ(MLA)である。   The lens 50 is provided under the substrate 10. The lens 50 is bonded to the lower surface of the substrate 10, for example. In the illustrated example, the lens 50 is a convex lens in which the incident surface 51a on the substrate 10 side is a flat surface and the exit surface 51b on the opposite side to the substrate 10 is a curved surface. A plurality of lenses 50 are provided. The plurality of lenses 50 constitute a lens array 52. The lens array 52 is, for example, a microlens array (MLA).

レンズ50は、発光素子20に対応して設けられている。すなわち、1つの発光素子20から出射された光は、1つのレンズ50に入射する。図示の例では、Z軸方向からみて、1のレンズ50の外縁の内側に、1つの発光素子20の柱状部28が配置されている。レンズ50の材質は、例えば、ガラスである。レンズ50は、発光素子20からランバーシアンに放射された光の放射角を狭めることができる。   The lens 50 is provided corresponding to the light emitting element 20. That is, light emitted from one light emitting element 20 enters one lens 50. In the illustrated example, the columnar portion 28 of one light emitting element 20 is disposed inside the outer edge of one lens 50 as viewed from the Z-axis direction. The material of the lens 50 is, for example, glass. The lens 50 can narrow the emission angle of the light emitted from the light emitting element 20 to Lambertian.

レンズ50の中心の位置は、平面視において、例えば、接触領域34の中心の位置と同じである。複数のレンズ50は、平面視において、マトリックス状に設けられている。複数のレンズ50は、平面視において、例えば、X軸方向およびY軸方向にピッチpで配置されている。   The center position of the lens 50 is the same as, for example, the center position of the contact area 34 in plan view. The plurality of lenses 50 are provided in a matrix in a plan view. The plurality of lenses 50 are arranged at a pitch p in the X-axis direction and the Y-axis direction, for example, in plan view.

発光素子20およびレンズ50は、複数の発光ユニット2を構成している。すなわち、発光装置100は、発光素子20と、発光素子20に対応して設けられたレンズ50と、を有する複数の発光ユニット2を有している。複数の発光ユニット2は、平面視において、例えば、X軸方向およびY軸方向にピッチpで配置されている。   The light emitting element 20 and the lens 50 constitute a plurality of light emitting units 2. That is, the light emitting device 100 includes a plurality of light emitting units 2 including the light emitting element 20 and the lens 50 provided corresponding to the light emitting element 20. The plurality of light emitting units 2 are arranged at a pitch p in the X-axis direction and the Y-axis direction, for example, in plan view.

第2半導体層26と第2電極32との接触領域34のX軸方向の大きさd、および発光ユニット2のX軸方向のピッチpは、下記式(1),(2),(3)の関係を満たす。   The size d in the X-axis direction of the contact region 34 between the second semiconductor layer 26 and the second electrode 32 and the pitch p in the X-axis direction of the light emitting unit 2 are expressed by the following equations (1), (2), (3). Satisfy the relationship.

d/p≦0.5 ・・・(1)
d≧2μm ・・・(2)
p≦12μm ・・・(3)
d / p ≦ 0.5 (1)
d ≧ 2 μm (2)
p ≦ 12μm (3)

式(1),(2),(3)より、大きさdは、2μm以上6μm以下であり、ピッチpは、4μm以上12μm以下である。   From equations (1), (2), and (3), the size d is 2 μm or more and 6 μm or less, and the pitch p is 4 μm or more and 12 μm or less.

大きさdおよびピッチpは、下記式(4)を満たしてもよいし、または、下記式(5)を満たしてもよい。   The size d and the pitch p may satisfy the following formula (4), or may satisfy the following formula (5).

0.4≦d/p≦0.5 ・・・(4)
d/p≦0.3 ・・・(5)
0.4 ≦ d / p ≦ 0.5 (4)
d / p ≦ 0.3 (5)

発光装置100は、例えば、以下の特徴を有する。   For example, the light emitting device 100 has the following characteristics.

発光装置100では、第2半導体層26と第2電極32との接触領域34のX軸方向の大きさd、および発光ユニット2のX軸方向のピッチpは、d/p≦0.5、d≧2μm、かつ、p≦12μmの関係を満たす。そのため、発光装置100では、上記範囲外の発
光装置に比べて、スクリーンなどの照明対象を、効率よく照明することができる(詳細は後述する「実験例」参照)。その結果、発光装置100では、省電力化を図ることができる。
In the light emitting device 100, the size d in the X axis direction of the contact region 34 between the second semiconductor layer 26 and the second electrode 32 and the pitch p in the X axis direction of the light emitting unit 2 are d / p ≦ 0.5, The relationship d ≧ 2 μm and p ≦ 12 μm is satisfied. Therefore, the light emitting device 100 can efficiently illuminate an illumination target such as a screen as compared with a light emitting device outside the above range (see “Experimental Example” described later for details). As a result, in the light emitting device 100, power saving can be achieved.

発光装置100では、大きさdおよびピッチpは、0.4≦d/p≦0.5の関係を満たしてもよい。このような発光装置100では、上記範囲外の発光装置に比べて、高輝度化を図ることができる(詳細は後述する「実験例」参照)。   In the light emitting device 100, the size d and the pitch p may satisfy a relationship of 0.4 ≦ d / p ≦ 0.5. Such a light emitting device 100 can achieve higher luminance than a light emitting device outside the above range (see “Experimental examples” described later for details).

発光装置100では、大きさdおよびピッチpは、d/p≦0.3の関係を満たしてもよい。このような発光装置100では、上記範囲外の発光装置に比べて、照明対象を、より効率よく照明することができる(詳細は後述する「実験例」参照)。   In the light emitting device 100, the size d and the pitch p may satisfy the relationship d / p ≦ 0.3. In such a light-emitting device 100, it is possible to illuminate an illumination target more efficiently than a light-emitting device outside the above range (for details, refer to “Experimental Example” described later).

なお、上記では、青色光を出射するGaN系の発光素子20について説明したが、GaP系やGaAs系などの半導体層を用いることにより、発光素子は、緑色光や赤色光を出射することができる。   In the above description, the GaN-based light-emitting element 20 that emits blue light has been described. However, by using a semiconductor layer such as a GaP-based or GaAs-based material, the light-emitting element can emit green light or red light. .

また、上記では、第1半導体層22がn型の半導体層であり、第2半導体層26がp型の半導体層である場合について説明したが、第1半導体層22がp型の半導体層であり、第2半導体層26がn型の半導体層であってもよい。   In the above description, the first semiconductor layer 22 is an n-type semiconductor layer and the second semiconductor layer 26 is a p-type semiconductor layer. However, the first semiconductor layer 22 is a p-type semiconductor layer. In addition, the second semiconductor layer 26 may be an n-type semiconductor layer.

また、図示はしないが、第2電極32の+Z軸方向側には、ヒートシンクが設けられていてもよい。ヒートシンクは、第2電極32に接着されていてもよい。ヒートシンクの材質は、銅、アルミニウムなどである。ヒートシンクは、発光素子20において発生した熱を、効率よく放熱することができる。   Further, although not shown, a heat sink may be provided on the + Z axis direction side of the second electrode 32. The heat sink may be bonded to the second electrode 32. The material of the heat sink is copper, aluminum or the like. The heat sink can efficiently dissipate heat generated in the light emitting element 20.

1.2. 発光装置の製造方法
次に、第1実施形態に係る発光装置100の製造方法について、図面を参照しながら説明する。図3は、第1実施形態に係る発光装置100の製造工程を模式的に示す断面図である。
1.2. Method for Manufacturing Light-Emitting Device Next, a method for manufacturing the light-emitting device 100 according to the first embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing the manufacturing process of the light emitting device 100 according to the first embodiment.

図3に示すように、基板10上に、第1半導体層22、発光層24、および第2半導体層26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)法などが挙げられる。   As shown in FIG. 3, the first semiconductor layer 22, the light emitting layer 24, and the second semiconductor layer 26 are epitaxially grown in this order on the substrate 10. Examples of the epitaxial growth method include MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) method, MBE (Molecular Beam Epitaxy) method, and the like.

図1に示すように、第2半導体層26、発光層24、および第1半導体層22をパターニングして、柱状部28を形成する。パターニングは、例えば、フォトリソグラフィーおよびエッチングによって行われる。   As shown in FIG. 1, the second semiconductor layer 26, the light emitting layer 24, and the first semiconductor layer 22 are patterned to form columnar portions 28. The patterning is performed by, for example, photolithography and etching.

次に、第1電極30を第1半導体層22上に形成する。第1電極30は、例えば、真空蒸着法などにより形成される。   Next, the first electrode 30 is formed on the first semiconductor layer 22. The first electrode 30 is formed by, for example, a vacuum evaporation method.

次に、半導体層22,26上および第1電極30上に、絶縁層40を形成する。絶縁層40は、例えば、スピンコート法、CVD(Chemical Vapor Deposition)法などによって形成される。次に、絶縁層40をパターニングして第2半導体層26を露出させる。   Next, the insulating layer 40 is formed on the semiconductor layers 22 and 26 and the first electrode 30. The insulating layer 40 is formed by, for example, a spin coating method, a CVD (Chemical Vapor Deposition) method, or the like. Next, the insulating layer 40 is patterned to expose the second semiconductor layer 26.

次に、第2半導体層26上および絶縁層40上に、第2電極32を形成する。第2電極32は、例えば、真空蒸着法などにより形成される。   Next, the second electrode 32 is formed on the second semiconductor layer 26 and the insulating layer 40. The second electrode 32 is formed by, for example, a vacuum evaporation method.

次に、例えば接着剤によって、基板10の下面に、レンズアレイ52を接着させる。   Next, the lens array 52 is bonded to the lower surface of the substrate 10 with an adhesive, for example.

以上の工程により、発光装置100を製造することができる。   Through the above steps, the light emitting device 100 can be manufactured.

なお、上記では、半導体層22,26および発光層24をエピタキシャル成長させた後に、半導体層22,26および発光層24をパターニングして、柱状部28を形成する例について説明したが、まず、マスク層(図示せず)を形成し、次に、該マスク層をマスクとして、半導体層22,26および発光層24をエピタキシャル成長させて柱状部28を形成してもよい。   In the above description, an example in which the semiconductor layers 22 and 26 and the light emitting layer 24 are epitaxially grown and then the semiconductor layers 22 and 26 and the light emitting layer 24 are patterned to form the columnar portion 28 has been described. (Not shown) may be formed, and then the columnar portion 28 may be formed by epitaxially growing the semiconductor layers 22 and 26 and the light emitting layer 24 using the mask layer as a mask.

2. 第2実施形態
2.1. 発光装置
次に、第2実施形態に係る発光装置について、図面を参照しながら説明する。図4は、第2実施形態に係る発光装置200を模式的に示す断面図である。図5は、第2実施形態に係る発光装置200を模式的に示す平面図である。なお、図4は、図5のIV−IV線断面図である。また、図4および図5では、互い直交する3軸として、X軸、Y軸、およびZ軸を図示している。
2. Second Embodiment 2.1. Next, a light emitting device according to a second embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing the light emitting device 200 according to the second embodiment. FIG. 5 is a plan view schematically showing the light emitting device 200 according to the second embodiment. 4 is a cross-sectional view taken along line IV-IV in FIG. 4 and 5 illustrate the X axis, the Y axis, and the Z axis as three axes orthogonal to each other.

以下、第2実施形態に係る発光装置200において、上述した第1実施形態に係る発光装置100の例と異なる点について説明し、同様の点については説明を省略する。   Hereinafter, the light emitting device 200 according to the second embodiment will be described with respect to differences from the above-described example of the light emitting device 100 according to the first embodiment, and description of similar points will be omitted.

発光装置200は、図4に示すように、基板60と発光素子20との間に、駆動回路基板64が設けられている点において、上述した発光装置100と異なる。発光装置200は、図4および図5に示すように、例えば、基板60と、ヒートシンク62と、駆動回路基板64と、絶縁層70と、第1貫通ビア80と、第2貫通ビア82と、パッド84と、配線86と、を有している。   As shown in FIG. 4, the light emitting device 200 is different from the above-described light emitting device 100 in that a drive circuit substrate 64 is provided between the substrate 60 and the light emitting element 20. 4 and 5, the light emitting device 200 includes, for example, a substrate 60, a heat sink 62, a drive circuit substrate 64, an insulating layer 70, a first through via 80, a second through via 82, A pad 84 and a wiring 86 are provided.

発光装置200では、基板60は、例えば、シリコン基板である。   In the light emitting device 200, the substrate 60 is, for example, a silicon substrate.

ヒートシンク62は、基板60の下に設けられている。ヒートシンク62は、例えば、基板60の下面に接着されている。ヒートシンク62の材質は、銅、アルミニウムなどである。ヒートシンク62は、発光素子20において発生した熱を、効率よく放熱することができる。   The heat sink 62 is provided under the substrate 60. The heat sink 62 is bonded to the lower surface of the substrate 60, for example. The material of the heat sink 62 is copper, aluminum, or the like. The heat sink 62 can efficiently dissipate heat generated in the light emitting element 20.

駆動回路基板64は、基板60上に設けられている。駆動回路基板64には、発光素子20を駆動させるための駆動回路が搭載されている。駆動回路は、例えば、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)などによって実現される。駆動回路は、例えば、入力された画像情報に基づいて、発光素子20を駆動させることができる。そのため、1つの発光素子20は、1つの画素を形成することができる。発光装置200は、例えば、自発光イメージャーである。   The drive circuit board 64 is provided on the board 60. A drive circuit for driving the light emitting element 20 is mounted on the drive circuit board 64. The drive circuit is realized by, for example, a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor). For example, the drive circuit can drive the light emitting element 20 based on the input image information. Therefore, one light emitting element 20 can form one pixel. The light emitting device 200 is, for example, a self light emitting imager.

絶縁層70は、駆動回路基板64上に設けられている。絶縁層70は、例えば、酸化シリコン層である。   The insulating layer 70 is provided on the drive circuit board 64. The insulating layer 70 is, for example, a silicon oxide layer.

第1貫通ビア80および第2貫通ビア82は、絶縁層70を貫通して設けられている。貫通ビア80,82の材質は、例えば、Tiなどである。第1貫通ビア80は、駆動回路基板64に搭載された駆動回路と、発光素子20の第2電極32と、を接続している。第2貫通ビア82は、駆動回路とパッド84とを接続している。   The first through via 80 and the second through via 82 are provided through the insulating layer 70. The material of the through vias 80 and 82 is, for example, Ti. The first through via 80 connects the drive circuit mounted on the drive circuit board 64 and the second electrode 32 of the light emitting element 20. The second through via 82 connects the drive circuit and the pad 84.

パッド84は、第2貫通ビア82上に設けられている。パッド84の材質は、例えば、金属である。   The pad 84 is provided on the second through via 82. The material of the pad 84 is metal, for example.

配線86は、パッド84と、発光素子20の第1電極30とを、接続している。配線86の材質は、例えば、金属である。   The wiring 86 connects the pad 84 and the first electrode 30 of the light emitting element 20. The material of the wiring 86 is, for example, metal.

発光素子20は、第1貫通ビア80上および絶縁層70上に設けられている。複数の発光素子20は、互いに離間している。図示の例では、第2電極32、第2半導体層26、発光層24、第1半導体層22、第1電極30は、この順で、第1貫通ビア80側から並んで設けられている。半導体層22,26、発光層24、および電極30,32は、平面視において、例えば、同じ形状(図5に示す例では正方形)を有している。   The light emitting element 20 is provided on the first through via 80 and the insulating layer 70. The plurality of light emitting elements 20 are separated from each other. In the illustrated example, the second electrode 32, the second semiconductor layer 26, the light emitting layer 24, the first semiconductor layer 22, and the first electrode 30 are provided side by side from the first through via 80 side in this order. The semiconductor layers 22 and 26, the light emitting layer 24, and the electrodes 30 and 32 have, for example, the same shape (square in the example shown in FIG. 5) in plan view.

第1電極30は、配線86、パッド84、および第2貫通ビア82を介して、駆動回路と電気的に接続されている。第1電極30の材質は、ITO(Indium Tin Oxide)などの透明電極である。発光層24で発生した光は、第1電極30を透過して、レンズ50に入射する。   The first electrode 30 is electrically connected to the drive circuit via the wiring 86, the pad 84, and the second through via 82. The material of the first electrode 30 is a transparent electrode such as ITO (Indium Tin Oxide). The light generated in the light emitting layer 24 passes through the first electrode 30 and enters the lens 50.

第2電極32は、第1貫通ビア80を介して、駆動回路と電気的に接続されている。第2電極32では、第2半導体層26側から、Al層、Ti層の順序で積層したものなどを用いる。第2電極32のTiと、第1貫通ビア80のTiと、を十分に平滑かつ清浄して加圧および加熱することにより、第2電極32と第1貫通ビア80とを金属接合させることができる。   The second electrode 32 is electrically connected to the drive circuit via the first through via 80. For the second electrode 32, an Al layer and a Ti layer stacked in this order from the second semiconductor layer 26 side are used. By sufficiently smoothing and cleaning Ti of the second electrode 32 and Ti of the first through via 80 and pressurizing and heating, the second electrode 32 and the first through via 80 can be metal-bonded. it can.

発光装置200では、平面視に置いて、第1電極30および第2電極32は、発光層24と重なっている。このような場合、接触領域34を形成する第2半導体層26は、n型の半導体層およびp型の半導体層のうち、電極との接触領域の面積が小さい方の半導体層であり、電極との接触領域の面積が同じ場合は、いずれか一方の半導体層である。図示の例では、第2半導体層26は、p型の半導体層であり、第2半導体層26と第2電極32との接触領域34の面積は、第1半導体層22と第1電極30との接触領域の面積と同じである。   In the light emitting device 200, the first electrode 30 and the second electrode 32 overlap the light emitting layer 24 in a plan view. In such a case, the second semiconductor layer 26 forming the contact region 34 is a semiconductor layer having a smaller area of the contact region between the n-type semiconductor layer and the p-type semiconductor layer. In the case where the contact areas have the same area, any one of the semiconductor layers is formed. In the illustrated example, the second semiconductor layer 26 is a p-type semiconductor layer, and the area of the contact region 34 between the second semiconductor layer 26 and the second electrode 32 is equal to the first semiconductor layer 22, the first electrode 30, and the like. It is the same as the area of the contact region.

発光装置200では、レンズアレイ52は、発光素子20の+Z軸方向側に設けられている。レンズアレイ52は、例えば、図示せぬ支持部材に接着されている。   In the light emitting device 200, the lens array 52 is provided on the + Z axis direction side of the light emitting element 20. The lens array 52 is bonded to a support member (not shown), for example.

2.2. 発光装置の製造方法
次に、第2実施形態に係る発光装置200の製造方法について、図面を参照しながら説明する。
2.2. Method for Manufacturing Light Emitting Device Next, a method for manufacturing the light emitting device 200 according to the second embodiment will be described with reference to the drawings.

以下、第2実施形態に係る発光装置200の製造方法において、上述した第1実施形態に係る発光装置100の製造方法の例と異なる点について説明し、同様の点については説明を省略または簡略する。   Hereinafter, in the method for manufacturing the light emitting device 200 according to the second embodiment, differences from the example of the method for manufacturing the light emitting device 100 according to the first embodiment described above will be described, and description of similar points will be omitted or simplified. .

図3に示すように、基板10上に、第1半導体層22、発光層24、および第2半導体層26を、この順でエピタキシャル成長させる。   As shown in FIG. 3, the first semiconductor layer 22, the light emitting layer 24, and the second semiconductor layer 26 are epitaxially grown in this order on the substrate 10.

次に、基板10を研磨およびプラズマエッチングすることにより、除去する。次に、図4に示すように、第1電極30および第2電極32を形成する。以上の工程により、発光素子20を形成することができる。なお、第2電極32は、基板10を除去する前に、形成されてもよい。   Next, the substrate 10 is removed by polishing and plasma etching. Next, as shown in FIG. 4, the first electrode 30 and the second electrode 32 are formed. Through the above steps, the light-emitting element 20 can be formed. Note that the second electrode 32 may be formed before the substrate 10 is removed.

次に、基板60、ヒートシンク62、駆動回路基板64、絶縁層70、および貫通ビア80,82を準備し、第2電極32側を第1貫通ビア80に向けて、発光素子20を第2
貫通ビア82に接続させる。
Next, the substrate 60, the heat sink 62, the drive circuit substrate 64, the insulating layer 70, and the through vias 80 and 82 are prepared, the second electrode 32 side is directed to the first through via 80, and the light emitting element 20 is secondly arranged.
The through via 82 is connected.

次に、パッド84を、第2貫通ビア82上に形成する。パッド84は、例えば、スパッタ法、めっき法などにより形成される。なお、パッド84は、発光素子20を第1貫通ビア80に接続させる前に、形成されてもよい。   Next, the pad 84 is formed on the second through via 82. The pad 84 is formed by, for example, a sputtering method or a plating method. The pad 84 may be formed before connecting the light emitting element 20 to the first through via 80.

次に、第1電極30上およびパッド84上に、絶縁層40を形成する。次に、絶縁層40をパターニングして、第1電極30およびパッド84を露出させる。   Next, the insulating layer 40 is formed on the first electrode 30 and the pad 84. Next, the insulating layer 40 is patterned to expose the first electrode 30 and the pad 84.

次に、第1電極30上およびパッド84上に、配線86を形成する。配線86は、例えば、スパッタ法、めっき法などにより形成される。   Next, a wiring 86 is formed on the first electrode 30 and the pad 84. The wiring 86 is formed by, for example, a sputtering method or a plating method.

次に、レンズアレイ52を配置する。なお、ヒートシンク62は、レンズアレイ52を配置した後に、基板60の裏面に接着させてもよい。   Next, the lens array 52 is disposed. The heat sink 62 may be adhered to the back surface of the substrate 60 after the lens array 52 is disposed.

以上の工程により、発光装置200を製造することができる。   The light emitting device 200 can be manufactured through the above steps.

3. 第3実施形態
3.1. 発光装置
次に、第3実施形態に係る発光装置について、図面を参照しながら説明する。図6は、第3実施形態に係る発光装置300を模式的に示す断面図である。なお、便宜上、図6では、発光素子20、レンズアレイ52、および基板60以外の部材の図示を省略している。また、図6では、発光素子20を簡略化して図示している。また、図6および後述する図7,8では、互い直交する3軸として、X軸、Y軸、およびZ軸を図示している。
3. Third Embodiment 3.1. Light Emitting Device Next, a light emitting device according to a third embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing a light emitting device 300 according to the third embodiment. For convenience, illustration of members other than the light emitting element 20, the lens array 52, and the substrate 60 is omitted in FIG. In FIG. 6, the light emitting element 20 is illustrated in a simplified manner. 6 and FIGS. 7 and 8 to be described later, the X axis, the Y axis, and the Z axis are illustrated as three axes orthogonal to each other.

以下、第3実施形態に係る発光装置300において、上述した第2実施形態に係る発光装置200の例と異なる点について説明し、同様の点については説明を省略する。   Hereinafter, in the light emitting device 300 according to the third embodiment, points that differ from the example of the light emitting device 200 according to the second embodiment described above will be described, and description of similar points will be omitted.

発光装置300では、図6に示すように、レンズ50の形状が上述した発光装置100と異なる。   In the light emitting device 300, as shown in FIG. 6, the shape of the lens 50 is different from that of the light emitting device 100 described above.

発光装置300では、発光素子20は、基板60上に設けられている。複数の発光素子20のうち第1発光素子20aは、複数の発光素子20のうち第2発光素子20bと隣り合っている。複数のレンズ50のうち第1レンズ50aは、第1発光素子20aに対応して設けられたレンズである。複数のレンズ50のうち第2レンズ50bは、第2発光素子20bに対応して設けられたレンズである。第1レンズ50aは、第2レンズ50bと隣り合っている。第1発光素子20aから出射された光は、第1レンズ50aおよび第2レンズ50bにおいて、全反射しない。   In the light emitting device 300, the light emitting element 20 is provided on the substrate 60. Among the plurality of light emitting elements 20, the first light emitting element 20 a is adjacent to the second light emitting element 20 b among the plurality of light emitting elements 20. Among the plurality of lenses 50, the first lens 50a is a lens provided corresponding to the first light emitting element 20a. Among the plurality of lenses 50, the second lens 50b is a lens provided corresponding to the second light emitting element 20b. The first lens 50a is adjacent to the second lens 50b. The light emitted from the first light emitting element 20a is not totally reflected by the first lens 50a and the second lens 50b.

例えば、図7に示す例では、光線L1は、照明対象の方向(目標方向)に放射角を狭めて進む光線であり、投射レンズによりスクリーンに投射される。光線L2は、目標方向とは異なる方向に拡がる光線であり、投射レンズに呑み込まれないため、投射表示に影響を与えない。光線L3は、レンズアレイ52内で全反射を繰り返す光線である。光線L3の一部は、発光素子20等によって形成される凹凸構造によって散乱され、表示とは無関係な位置をぼんやりと明るくするクロストークになる。   For example, in the example shown in FIG. 7, the light ray L1 is a light ray that travels with the radiation angle narrowed in the direction of the illumination target (target direction), and is projected onto the screen by the projection lens. The light beam L2 is a light beam that spreads in a direction different from the target direction and does not squeeze into the projection lens, and therefore does not affect the projection display. The light beam L <b> 3 is a light beam that repeats total reflection in the lens array 52. A part of the light beam L3 is scattered by the concavo-convex structure formed by the light emitting element 20 or the like, resulting in crosstalk that blurs brightly a position unrelated to display.

図6に示す発光装置300では、上記のようなクロストークを低減することができる。なお、図7は、参考例に係る発光装置を模式的に示す断面図である。   In the light emitting device 300 illustrated in FIG. 6, the above-described crosstalk can be reduced. FIG. 7 is a cross-sectional view schematically showing a light emitting device according to a reference example.

ここで、図8は、図6の拡大図である。レンズアレイ52と基板60との間の屈折率を
、レンズアレイ52の屈折率をn、レンズアレイ52の外側(+Z軸方向側)の屈折率をnとすると、n<n>nである。nとnとの大小関係が逆転すると(n>nとなると)、発光素子20から出射された光の一部がnとnとの界面(入射面51a)で全反射してクロストークになるため、n<nである。レンズアレイ52と基板60との間、およびレンズアレイ52の外側は、空気であってもよい。
Here, FIG. 8 is an enlarged view of FIG. When the refractive index between the lens array 52 and the substrate 60 is n 1 , the refractive index of the lens array 52 is n 2 , and the refractive index on the outside (+ Z-axis direction side) of the lens array 52 is n 3 , n 1 <n 2> is n 3. When the magnitude relationship between n 1 and n 2 is reversed (when n 1 > n 2 ), part of the light emitted from the light emitting element 20 is totally reflected at the interface (incident surface 51a) between n 1 and n 2. Thus, n 1 <n 2 because crosstalk occurs. Air may be between the lens array 52 and the substrate 60 and outside the lens array 52.

第2レンズ50bは、出射面51bの頂点である点Cを境に領域Aと領域Bとに分けられる。点Cにおいて、第2レンズ50bの出射面51bと入射面51aとは平行であるため、点Cを通る光は、第2レンズ50bによって進行方向を曲げられない。一方、領域Aを通る光は、狭まる方向に曲げられ、領域Bを通る光は、拡がる方向に曲げられる。ここで、問題になるのは、全反射する可能性がある領域Bを通る光である。特に、点D(第1レンズ50aと第2レンズ50bとの境)は、一般的な曲率半径Rにおいて、光の入射角θが最も大きくなる点である。点Dにおいて全反射しなければ、領域B全域で全反射しない。 The second lens 50b is divided into a region A and a region B with a point C that is the vertex of the emission surface 51b as a boundary. At point C, the exit surface 51b and the entrance surface 51a of the second lens 50b are parallel to each other, so that the light passing through the point C cannot be bent in the traveling direction by the second lens 50b. On the other hand, light passing through the region A is bent in a narrowing direction, and light passing through the region B is bent in a spreading direction. Here, the problem is the light passing through the region B that may be totally reflected. In particular, the point D (the boundary between the first lens 50a and second lens 50b), in a typical radius of curvature R, the incidence angle theta 3 of light is that the highest increase. If it is not totally reflected at the point D, it is not totally reflected in the entire region B.

点Dで全反射しない条件は、以下のとおりである。点Dにおける第2レンズ50bの傾斜角をαとし、第1発光素子20aの最も+X軸方向側から点Dに至る光の入射角をθ、θとすると、スネルの法則より、下記式(6)であるから、下記式(7)を導き出せる。 The conditions for not totally reflecting at the point D are as follows. Assuming that the inclination angle of the second lens 50b at the point D is α and the incident angles of light from the most light emitting element 20a to the point D from the + X-axis direction side are θ 1 and θ 2 , Since it is (6), the following formula (7) can be derived.

Figure 2019192888
Figure 2019192888

点Dで全反射しない条件は、スネルの法則より、下記式(8)となり、θ=θ+αであるから、下記式(9)が導き出せる。そして、式(6)および式(9)より下記式(10)を導き出せる。 The condition that the total reflection does not occur at the point D is represented by the following formula (8) according to Snell's law. Since θ 3 = θ 2 + α, the following formula (9) can be derived. Then, the following equation (10) can be derived from the equations (6) and (9).

Figure 2019192888
Figure 2019192888

式(10)を満たすように、αを設定すれば、領域B全域で全反射しない。なお、θは、発光素子20とレンズアレイ52との間の距離d、レンズアレイ52の厚さd、発光素子20およびレンズ50のピッチ(発光ユニット2のピッチ)p、および発光素子
20の平面視における大きさによって決まる。
If α is set so as to satisfy Expression (10), total reflection does not occur in the entire region B. Θ 1 is the distance d 1 between the light emitting element 20 and the lens array 52, the thickness d 2 of the lens array 52, the pitch (pitch of the light emitting unit 2) p of the light emitting element 20 and the lens 50, and the light emitting element. It depends on the size of 20 in plan view.

式(10)において、dおよびdを変化させながらαの最大値αMAXを求め、下記式(11)から曲率半径Rの最小値RMINを求めた。 In equation (10), the maximum value α MAX of α was determined while changing d 1 and d 2 , and the minimum value R MIN of the radius of curvature R was determined from the following equation (11).

Figure 2019192888
Figure 2019192888

図9および図10は、距離d,dと、曲率半径Rの最小値RMINと、の関係を示すグラフである。図9および図10では、n=1(空気)およびn=1(空気)とした。また、図9では、n=1.68(高屈折率ガラス)とし、図10では、n=1.46(石英ガラス)とした。また、図9および図10では、p=10μm、LEDの大きさ(平面視における大きさ)を4μm角とした。 9 and 10 are graphs showing the relationship between the distances d 1 and d 2 and the minimum value R MIN of the radius of curvature R. 9 and 10, n 1 = 1 (air) and n 3 = 1 (air). In FIG. 9, n 2 = 1.68 (high refractive index glass), and in FIG. 10, n 2 = 1.46 (quartz glass). In FIGS. 9 and 10, p = 10 μm, and the LED size (size in plan view) is 4 μm square.

図9,10において、領域Hでは、RMINは5μm以上10μm未満である。領域Iでは、RMINは10μm以上15μm未満である。領域Jでは、RMINは15μm以上20μm未満である。領域Kでは、RMINは20μm以上25μm未満である。領域Lでは、RMINは25μm以上30μm未満である。領域Mでは、RMINは30μm以上35μm未満である。領域Nでは、RMINは35μm以上40μm未満である。領域Oでは、RMINは40μm以上45μm未満である。領域Pでは、RMINは45μm以上50μm未満である。 9 and 10, in the region H, R MIN is not less than 5 μm and less than 10 μm. In the region I, R MIN is not less than 10 μm and less than 15 μm. In the region J, R MIN is not less than 15 μm and less than 20 μm. In the region K, R MIN is 20 μm or more and less than 25 μm. In the region L, R MIN is 25 μm or more and less than 30 μm. In the region M, R MIN is 30 μm or more and less than 35 μm. In the region N, R MIN is not less than 35 μm and less than 40 μm. In the region O, R MIN is 40 μm or more and less than 45 μm. In the region P, R MIN is less than 50μm more than 45 [mu] m.

図9および図10に示すように、距離d,dが大きいほど、RMINが小さくなった。 As shown in FIGS. 9 and 10, R MIN was smaller as the distances d 1 and d 2 were larger.

上記各RMINにおいては、隣接レンズへのクロストークが生じない。また、曲率半径Rが小さいほど集光効率が高く投射効率が高くなるので、図9および図10は、それぞれの距離d,dにおける最大投射効率が得られる条件でもある。そこで、上記の条件で、F(F-number)=1.5の投射レンズを用いて投射効率を測定した。図11および図12は、距離d,dと、投射効率と、の関係を示すグラフである。 In each RMIN described above, crosstalk to the adjacent lens does not occur. Further, the smaller the radius of curvature R, the higher the light collection efficiency and the higher the projection efficiency. Therefore, FIG. 9 and FIG. 10 are also the conditions for obtaining the maximum projection efficiency at the respective distances d 1 and d 2 . Therefore, the projection efficiency was measured using a projection lens with F (F-number) = 1.5 under the above conditions. 11 and 12 are graphs showing the relationship between the distances d 1 and d 2 and the projection efficiency.

図11,12において、領域Qでは、投射効率は11.6%以上14.5%未満である。領域Sでは、投射効率は14.5%以上17.4%未満である。領域Tでは、投射効率は17.4%以上20.3%未満である。領域Uでは、投射効率は20.3%以上23.2%未満である。   11 and 12, in region Q, the projection efficiency is 11.6% or more and less than 14.5%. In the region S, the projection efficiency is 14.5% or more and less than 17.4%. In the region T, the projection efficiency is 17.4% or more and less than 20.3%. In the region U, the projection efficiency is 20.3% or more and less than 23.2%.

図11および図12において、投射効率の等高線は、概ね左上から右下に走っているため、d+dの値で一元的に議論できるとする。図13は、図11の場合(n=1.68)および図12の場合(n=1.46)において、d+dと投射効率との関係を示すグラフである。投射効率は、発光素子20から射出された光の光量に対する、照明対象(例えばスクリーン)に到達した光の光量である。 In FIG. 11 and FIG. 12, since the contour line of the projection efficiency runs from the upper left to the lower right, it can be argued that the value of d 1 + d 2 can be centrally discussed. FIG. 13 is a graph showing the relationship between d 1 + d 2 and the projection efficiency in the case of FIG. 11 (n 2 = 1.68) and the case of FIG. 12 (n 2 = 1.46). The projection efficiency is the amount of light reaching the illumination target (for example, a screen) with respect to the amount of light emitted from the light emitting element 20.

図13より、nの値に関わりなく、d+dが10μm以上16μm以下のときに投射効率が高い。これは、p=10μmのときの最適値であり、幾何学的な比例関係が成り立つことから、d+dの最適値は、pの1.0倍以上1.6倍以下であるといえる。 From FIG. 13, regardless of the value of n 2 , the projection efficiency is high when d 1 + d 2 is 10 μm or more and 16 μm or less. This is an optimum value when p = 10 μm, and a geometric proportional relationship is established. Therefore, it can be said that the optimum value of d 1 + d 2 is 1.0 to 1.6 times p. .

+dを大きくすると、曲率半径の最小値RMINが小さくなって、光の放射角が狭まり、多くの光を投射レンズに呑み込むことができる。しかしながら、d+dが大きすぎると、発光素子20からレンズアレイ52までの距離が大きくなって、投射レンズが取り込める光量が減ってくる。そのため、d+dは、上記のような最適値を有する。 When d 1 + d 2 is increased, the minimum value R MIN of the radius of curvature is decreased, the light emission angle is narrowed, and a large amount of light can be swallowed into the projection lens. However, if d 1 + d 2 is too large, the distance from the light emitting element 20 to the lens array 52 increases, and the amount of light that can be captured by the projection lens decreases. Therefore, d 1 + d 2 has the optimum value as described above.

なお、図8に示すように、レンズアレイ52と点Dとの間の距離をdとし、平面視における発光素子20の大きさをwとすると、下記式(12)を導き出せる。さらに、式(6)より下記式(13)が導き出せる。そして、式(12)および式(13)より、下記式(14)を導き出せる。 As shown in FIG. 8, the distance between the lens array 52 and the point D and d 3, the size of the light emitting element 20 in a plan view when the w, derivable following equation (12). Furthermore, the following formula (13) can be derived from the formula (6). And from the formula (12) and the formula (13), the following formula (14) can be derived.

Figure 2019192888
Figure 2019192888

発光装置300では、複数の発光素子20のうち第1発光素子20aは、複数の発光素子20のうち第2発光素子20bと隣り合い、第1発光素子20aから出射された光は、複数のレンズ50のうち、第2発光素子20bに対応して設けられた第2レンズ50bにおいて、全反射しない。そのため、発光装置300では、発光素子20から出射された光のクロストークを低減することができる。   In the light emitting device 300, the first light emitting element 20 a among the plurality of light emitting elements 20 is adjacent to the second light emitting element 20 b among the plurality of light emitting elements 20, and the light emitted from the first light emitting element 20 a is a plurality of lenses. 50, the second lens 50b provided corresponding to the second light emitting element 20b is not totally reflected. Therefore, in the light emitting device 300, crosstalk of light emitted from the light emitting element 20 can be reduced.

なお、上述した発光装置100,200において、第1発光素子20aから出射された光は、第2レンズ50bにおいて、全反射しなくてもよい。   In the light emitting devices 100 and 200 described above, the light emitted from the first light emitting element 20a may not be totally reflected by the second lens 50b.

3.2. 発光装置の製造方法
次に、第3実施形態に係る発光装置300の製造方法について、説明する。第3実施形態に係る発光装置300の製造方法は、上述した第2実施形態に係る発光装置200の製造方法と、基本的に同様である。したがって、その詳細な説明を省略する。
3.2. Method for Manufacturing Light-Emitting Device Next, a method for manufacturing the light-emitting device 300 according to the third embodiment will be described. The manufacturing method of the light emitting device 300 according to the third embodiment is basically the same as the manufacturing method of the light emitting device 200 according to the second embodiment described above. Therefore, the detailed description is abbreviate | omitted.

3.3. 発光装置の変形例
次に、第3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。図14は、第3実施形態に係る発光装置310を模式的に示す断面図である。なお、図14および後述する図15〜図18では、互いに直交する3軸として、X軸、Y軸、およびZ軸を図示している。
3.3. Modification of Light Emitting Device Next, a light emitting device according to a modification of the third embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 14 is a cross-sectional view schematically showing a light emitting device 310 according to the third embodiment. 14 and FIGS. 15 to 18 described later, the X axis, the Y axis, and the Z axis are illustrated as three axes orthogonal to each other.

以下、第3実施形態の変形例に係る発光装置310において、上述した第3実施形態に係る発光装置300の例と異なる点について説明し、同様の点については説明を省略する。   Hereinafter, the light emitting device 310 according to the modification of the third embodiment will be described with respect to differences from the above-described example of the light emitting device 300 according to the third embodiment, and description of similar points will be omitted.

上述した発光装置300では、図6に示すように、レンズ50の入射面51aは平坦な面であり、出射面51bは曲面であった。これに対し、発光装置310では、図14に示
すように、レンズ50の入射面51aおよび出射面51bともに、曲面である。発光装置310では、レンズ50は、両凸レンズである。
In the light-emitting device 300 described above, as shown in FIG. 6, the entrance surface 51a of the lens 50 is a flat surface, and the exit surface 51b is a curved surface. On the other hand, in the light emitting device 310, as shown in FIG. 14, both the entrance surface 51a and the exit surface 51b of the lens 50 are curved surfaces. In the light emitting device 310, the lens 50 is a biconvex lens.

発光装置310では、例えば図6で示した光線L3(全反射光線)を除去することができる。複数のレンズ50のうち第3レンズ50cは、第2レンズ50bの−X軸方向側において、第2レンズ50bと隣り合うレンズである。複数の発光素子20のうち第3発光素子20cは、第2発光素子20bの−X軸方向側において、第2発光素子20bと隣り合うレンズである。第3レンズ50cは、第3発光素子20cに対応して設けられている。   In the light emitting device 310, for example, the light beam L3 (total reflection light beam) shown in FIG. 6 can be removed. Among the plurality of lenses 50, the third lens 50c is a lens adjacent to the second lens 50b on the −X axis direction side of the second lens 50b. Of the plurality of light emitting elements 20, the third light emitting element 20c is a lens adjacent to the second light emitting element 20b on the −X axis direction side of the second light emitting element 20b. The third lens 50c is provided corresponding to the third light emitting element 20c.

ここで、図15は、参考例に係る発光装置を模式的に示す断面図である。第3レンズ50cで全反射する光線は、図15に示すように、領域Eに当たる光である。   Here, FIG. 15 is a cross-sectional view schematically showing a light emitting device according to a reference example. The light rays totally reflected by the third lens 50c are light hitting the region E as shown in FIG.

第1発光素子20aから出射され、第2レンズ50bの入射面51aすれずれに進む光線は、第2レンズ50bで屈折して光線L4として進むか、第3レンズ50cで屈折して光線L5として進むか、そのいずれかである。このような光線において、領域Fを通って領域E領域に進む光は、幾何学的に存在しない。したがって、両凸レンズでは、第3レンズ50cで全反射する光線が極めて少なくなる。   The light beam emitted from the first light emitting element 20a and traveling to the incident surface 51a of the second lens 50b is refracted by the second lens 50b and travels as the light beam L4, or refracted by the third lens 50c and travels as the light beam L5. Or one of them. In such a ray, the light traveling through the region F to the region E does not exist geometrically. Therefore, in the biconvex lens, the amount of light totally reflected by the third lens 50c is extremely small.

上記のような両凸レンズでクロストークになる光は、光線L6、光線L7、光線L8である。光線L6は、第1レンズ50aで全反射する光線である。光線L7は、第2レンズ50bで全反射する光線である。光線L8は、第2レンズ50bからいったん出射された後、第3レンズ50cに再入射する光線である。   The light that becomes crosstalk by the biconvex lens as described above is a light beam L6, a light beam L7, and a light beam L8. The light ray L6 is a light ray that is totally reflected by the first lens 50a. The light ray L7 is a light ray that is totally reflected by the second lens 50b. The light beam L8 is a light beam that is once emitted from the second lens 50b and then reenters the third lens 50c.

光線L6,L7は、第1レンズ50aの領域Gに入射する光線であるから、領域Gに幾何学的に入射しないような構造にすれば、クロストークを低減することができる。   Since the light beams L6 and L7 are light beams that enter the region G of the first lens 50a, crosstalk can be reduced if a structure that does not geometrically enter the region G is employed.

発光装置310では、図16に示すように、発光素子20の−X軸方向側の端から第1レンズ50aの入射面51aに接線を引いたときに、接点の外に領域Gが確保できるように、入射面51aの曲率半径R、距離d、およびピッチpが規定されている。 In the light emitting device 310, as shown in FIG. 16, when a tangent line is drawn from the end of the light emitting element 20 on the −X axis direction side to the incident surface 51a of the first lens 50a, a region G can be secured outside the contact. Further, the radius of curvature R 1 , the distance d 1 , and the pitch p of the incident surface 51a are defined.

一方、図15の光線L8は、第2レンズ50bで曲がり過ぎるために、第3レンズ50cに再入射している。そのため、出射面51bの曲率半径R2を、曲率半径R1よりも小さくする方法が有効である。直観的には、曲率半径R2を大きくしないといけないように思われるが、光は、元々レンズ50に対して深い角度で入射しているので、曲率半径R2を小さくすることが正しい。   On the other hand, the light beam L8 in FIG. 15 re-enters the third lens 50c because the second lens 50b bends too much. Therefore, it is effective to make the curvature radius R2 of the emission surface 51b smaller than the curvature radius R1. Intuitively, it seems that the radius of curvature R2 must be increased. However, since light originally enters the lens 50 at a deep angle, it is correct to decrease the radius of curvature R2.

図17および図18は、発光装置310を模式的に示す断面図である。なお、図17は、R1=R2=80μmの場合を示している。図18は、R1=80μm、R2=70μmの場合を示している。   17 and 18 are cross-sectional views schematically showing the light emitting device 310. FIG. FIG. 17 shows a case where R1 = R2 = 80 μm. FIG. 18 shows a case where R1 = 80 μm and R2 = 70 μm.

図17では、光線L8は、第3レンズ50cに再入射している。一方、図18では、光線L8は、第2レンズ50bで曲がり過ぎないため、第3レンズ50cに再入射しない。   In FIG. 17, the light beam L8 is incident on the third lens 50c again. On the other hand, in FIG. 18, the light beam L8 does not bend too much by the second lens 50b, and therefore does not re-enter the third lens 50c.

4. 第4実施形態
4.1. プロジェクター
次に、第4実施形態に係るプロジェクターについて、図面を参照しながら説明する。図19は、第4実施形態に係るプロジェクター400を模式的に示す図である。
4). Fourth embodiment 4.1. Projector Next, a projector according to a fourth embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 19 is a diagram schematically illustrating a projector 400 according to the fourth embodiment.

本発明に係るプロジェクターは、本発明に係る発光装置を有している。以下では、本発
明に係る発光装置として発光装置100を有するプロジェクター400について説明する。
The projector according to the present invention includes the light emitting device according to the present invention. Below, the projector 400 which has the light-emitting device 100 as a light-emitting device based on this invention is demonstrated.

プロジェクター400は、筐体(図示せず)と、筐体内に備えられている赤色光、緑色光、青色光をそれぞれ出射する赤色光源100R、緑色光源100G、青色光源100Bと、を有している。赤色光源100R、緑色光源100G、および青色光源100Bの各々は、発光装置100である。なお、便宜上、図19では、プロジェクター400を構成する筐体の図示を省略している。また、図19では、光源100R,100G,100Bを簡略化して図示している。   The projector 400 includes a housing (not shown), and a red light source 100R, a green light source 100G, and a blue light source 100B that respectively emit red light, green light, and blue light provided in the housing. . Each of the red light source 100R, the green light source 100G, and the blue light source 100B is the light emitting device 100. For convenience, FIG. 19 omits the illustration of the casing constituting the projector 400. In FIG. 19, the light sources 100R, 100G, and 100B are shown in a simplified manner.

プロジェクター400は、さらに、筐体内に備えられている透過型の液晶ライトバルブ(光変調装置)402R,402G,402B、および投射レンズ(投射装置)406を有している。プロジェクター400は、LCD(Liquid Crystal Display)プロジェクターである。   The projector 400 further includes transmissive liquid crystal light valves (light modulation devices) 402R, 402G, and 402B and a projection lens (projection device) 406 provided in the housing. The projector 400 is an LCD (Liquid Crystal Display) projector.

光源100R,100G,100Bから出射された光は、各液晶ライトバルブ402R,402G,402Bに入射する。各液晶ライトバルブ402R,402G,402Bは、入射した光をそれぞれ画像情報に応じて変調させる。そして、投射レンズ406は、液晶ライトバルブ402R,402G,402Bによって形成された像(画像)を拡大してスクリーン(表示面)408に投射する。すなわち、投射レンズ406は、光源100R,100G,100Bから出射された光を、スクリーンに投射する。   Light emitted from the light sources 100R, 100G, and 100B is incident on the liquid crystal light valves 402R, 402G, and 402B. Each of the liquid crystal light valves 402R, 402G, and 402B modulates incident light according to image information. The projection lens 406 enlarges and projects the image (image) formed by the liquid crystal light valves 402R, 402G, and 402B onto the screen (display surface) 408. That is, the projection lens 406 projects the light emitted from the light sources 100R, 100G, and 100B onto the screen.

また、プロジェクター400は、液晶ライトバルブ402R,402G,402Bから出射された光を合成して投射レンズ406に導くクロスダイクロイックプリズム(色光合成手段)404を、有することができる。   Further, the projector 400 can include a cross dichroic prism (color light combining unit) 404 that combines the light emitted from the liquid crystal light valves 402R, 402G, and 402B and guides the light to the projection lens 406.

各液晶ライトバルブ402R,402G,402B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404に入射する。クロスダイクロイックプリズム404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406によりスクリーン408上に投射され、拡大された画像が表示される。   The three color lights modulated by the respective liquid crystal light valves 402R, 402G, and 402B are incident on the cross dichroic prism 404. The cross dichroic prism 404 is formed by bonding four right-angle prisms, and a dielectric multilayer film that reflects red light and a dielectric multilayer film that reflects blue light are arranged in a cross shape on the inner surface thereof. These dielectric multilayer films combine the three color lights to form light representing a color image. The synthesized light is projected onto the screen 408 by the projection lens 406, which is a projection optical system, and an enlarged image is displayed.

4.2. プロジェクターの変形例
4.2.1. 第1変形例
次に、第4実施形態の第1変形例に係るプロジェクターについて、図面を参照しながら説明する。図20は、第4実施形態の第1変形例に係るプロジェクター410を模式的に示す断面図である。なお、便宜上、図20では、光源100R,100G,100Bを簡略化して図示している。また、図20では、スクリーン408の図示を省略している。
4.2. Modification Example of Projector 4.2.1. First Modification Next, a projector according to a first modification of the fourth embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 20 is a cross-sectional view schematically showing a projector 410 according to a first modification of the fourth embodiment. For convenience, in FIG. 20, the light sources 100R, 100G, and 100B are shown in a simplified manner. In FIG. 20, the screen 408 is not shown.

以下、第4実施形態の第1変形例に係るプロジェクター410において、上述した第4実施形態に係るプロジェクター400の例と異なる点について説明し、同様の点については説明を省略する。このことは、後述する第4実施形態の第2変形例に係るプロジェクターにおいて、同様である。   Hereinafter, in the projector 410 according to the first modification example of the fourth embodiment, differences from the example of the projector 400 according to the fourth embodiment described above will be described, and description of similar points will be omitted. This is the same in the projector according to the second modification of the fourth embodiment to be described later.

上述したプロジェクター400では、図19に示すように、光変調装置として、透過型の液晶ライトバルブを用いた。これに対し、プロジェクター410は、図20に示すように、光変調装置として、DMD(Digital Micromirror Device、登録商標)418を用いている。プロジェクター410は、DLP(Digital Light Processing、登録商標)プロ
ジェクターである。
In the projector 400 described above, as shown in FIG. 19, a transmissive liquid crystal light valve is used as the light modulation device. On the other hand, as shown in FIG. 20, the projector 410 uses a DMD (Digital Micromirror Device, registered trademark) 418 as a light modulation device. The projector 410 is a DLP (Digital Light Processing (registered trademark) projector.

プロジェクター410は、光源100R,100G,100Bと、ダイクロイックフィルター411,412と、レンズ413,414,415,416と、内部全反射プリズム(TIRプリズム)417と、DMD418と、投射レンズ406と、を有している。   The projector 410 includes light sources 100R, 100G, and 100B, dichroic filters 411 and 412, lenses 413, 414, 415, and 416, an internal total reflection prism (TIR prism) 417, a DMD 418, and a projection lens 406. is doing.

赤色光源100Rから出射された光は、ダイクロイックフィルター411で反射されて、レンズ413に入射する。緑色光源100Gから出射された光は、ダイクロイックフィルター412で反射された後、ダイクロイックフィルター411を透過して、レンズ413に入射する。青色光源100Bから出射された光は、ダイクロイックフィルター411,412を透過して、レンズ413に入射する。光源100R,100G,100Bから出射された光は、ダイクロイックフィルター411において合成される。   The light emitted from the red light source 100 </ b> R is reflected by the dichroic filter 411 and enters the lens 413. The light emitted from the green light source 100 </ b> G is reflected by the dichroic filter 412, passes through the dichroic filter 411, and enters the lens 413. The light emitted from the blue light source 100 </ b> B passes through the dichroic filters 411 and 412 and enters the lens 413. Light emitted from the light sources 100R, 100G, and 100B is combined in the dichroic filter 411.

レンズ413から出射された光は、レンズ414,415,416を介して、TIRプリズム417に入射する。レンズ414は、ロッドレンズ(インテグレーター)であり、レンズ414の内部で光が全反射を繰り返すことによって、レンズ414の出口で、照度分布をほぼ均一にすることができる。レンズ413,415,416は、例えば、集光レンズである。   The light emitted from the lens 413 enters the TIR prism 417 via the lenses 414, 415, and 416. The lens 414 is a rod lens (integrator), and light is repeatedly totally reflected inside the lens 414, whereby the illuminance distribution can be made substantially uniform at the exit of the lens 414. The lenses 413, 415, and 416 are, for example, condenser lenses.

TIRプリズム417に入射した光は、反射部417aで反射されて、DMD418に入射する。   The light incident on the TIR prism 417 is reflected by the reflecting portion 417a and enters the DMD 418.

DMD418は、入射した光を、画像情報に応じて変調し、反射させる。DMD418において反射した光は、TIRプリズム417を透過して、投射レンズ406に入射する。   The DMD 418 modulates incident light according to image information and reflects it. The light reflected by DMD 418 passes through TIR prism 417 and enters projection lens 406.

4.2.2. 第2変形例
次に、第4実施形態の第2変形例に係るプロジェクターについて、図面を参照しながら説明する。図21は、第4実施形態の第2変形例に係るプロジェクター420を模式的に示す断面図である。なお、便宜上、図21では、スクリーン408の図示を省略している。
4.2.2. Second Modification Next, a projector according to a second modification of the fourth embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 21 is a cross-sectional view schematically showing a projector 420 according to a second modification of the fourth embodiment. For convenience, the screen 408 is not shown in FIG.

上述したプロジェクター400では、図19に示すように、発光装置100である光源100R,100G,100Bを有していた。これに対し、プロジェクター420では、図21に示すように、発光装置200である光源200R,200G,200Bを有している。発光装置200は、画素を形成することができる自発光イメージャーであるため、プロジェクター420は、別途、光変調装置を有していない。そのため、小型化を図ることができる。なお、便宜上、図21では、光源200R,200G,200Bを簡略化して図示している。   The projector 400 described above has the light sources 100R, 100G, and 100B, which are the light emitting devices 100, as shown in FIG. On the other hand, the projector 420 includes light sources 200R, 200G, and 200B, which are light emitting devices 200, as shown in FIG. Since the light emitting device 200 is a self-luminous imager capable of forming pixels, the projector 420 does not have a separate light modulation device. Therefore, it is possible to reduce the size. For convenience, in FIG. 21, the light sources 200R, 200G, and 200B are illustrated in a simplified manner.

赤色光源200R、緑色光源200G、青色光源200Bは、それぞれ、赤色光、緑色光、青色光を出射する。さらに、プロジェクター420は、フィリップスプリズム422を有している。   The red light source 200R, the green light source 200G, and the blue light source 200B emit red light, green light, and blue light, respectively. Further, the projector 420 has a Philips prism 422.

光源200R,200G,200Bから出射された光は、フィリップスプリズム422において合成され、投射レンズ406に入射する。例えば、光源200R,200G,200Bから射出される光は、無偏光の光であるため、偏光依存が少ないフィリップスプリズム422が適している。   The light emitted from the light sources 200R, 200G, and 200B is combined in the Philips prism 422 and enters the projection lens 406. For example, since the light emitted from the light sources 200R, 200G, and 200B is non-polarized light, the Philips prism 422 with little polarization dependence is suitable.

なお、本発明に係る発光装置は、HMD(ヘッドマウントディスプレイ)やHUD(ヘ
ッドアップディスプレイ)といったプロジェクターを応用した機器にも、適用することができる。また、本発明に係る発光装置は、プロジェクターの他、自動車用のヘッドライトやスポットライトなど、指向性がある明るい光を必要とする機器に広く応用することができる。
Note that the light emitting device according to the present invention can also be applied to a device to which a projector such as an HMD (head mounted display) or a HUD (head up display) is applied. The light-emitting device according to the present invention can be widely applied to devices that require bright light with directivity, such as headlights and spotlights for automobiles, in addition to projectors.

5. 実験例
以下に実験例を示し、本発明をより具体的に説明する。なお、本発明は、以下の実験例によって何ら限定されるものではない。
5. Experimental Example An experimental example is shown below to describe the present invention more specifically. The present invention is not limited by the following experimental examples.

発光装置100に対応する発光装置と、F=1.5の投射レンズと、を有するモデルにおいて、モンテカルロ法による光線追跡により、シミュレーションを行った。なお、以下に示す図24については、シミュレーションではなく、実際に発光装置を作製して測定を行った実験結果である。   In a model having a light emitting device corresponding to the light emitting device 100 and a projection lens of F = 1.5, a simulation was performed by ray tracing by the Monte Carlo method. Note that FIG. 24 shown below is not a simulation but an experimental result obtained by actually manufacturing a light emitting device and performing measurement.

シミュレーションに用いたモデルの発光装置は、マトリックス状に配列された100000個(100個×100個)の発光ユニット(発光素子(LED)とレンズとからなる発光ユニット)を有している。また、当該モデルでは、第2半導体層と第2電極との接触領域(以下、単に「接触領域」ともいう)は、正方形である。   The model light-emitting device used for the simulation has 100,000 (100 × 100) light-emitting units (light-emitting units including light-emitting elements (LEDs) and lenses) arranged in a matrix. In the model, the contact region between the second semiconductor layer and the second electrode (hereinafter also simply referred to as “contact region”) is a square.

図22は、接触領域の大きさと、投射効率と、の関係を示すグラフである。LEDおよびレンズのピッチ(発光ユニットのピッチ)を、10μmとした。投射効率は、LEDから射出された光の強度に対する、スクリーンに到達した光の強度である。   FIG. 22 is a graph showing the relationship between the size of the contact area and the projection efficiency. The pitch between the LED and the lens (the pitch of the light emitting unit) was set to 10 μm. Projection efficiency is the intensity of light reaching the screen relative to the intensity of light emitted from the LED.

図22に示すように、接触領域の大きさを4μm角よりも小さくすると、投射効率は、40%以上であった。   As shown in FIG. 22, when the size of the contact area is smaller than 4 μm square, the projection efficiency is 40% or more.

次に、図23は、接触領域の大きさと、投射光束(スクリーンに投射された光束)と、の関係を示すグラフである。図23では、マイクロレンズアレイ(MLA)なしの場合であって、接触領域の大きさが10μm角の場合(すなわち、LEDの発光層が隙間なく連続して並んでいる場合)の投射光束を100として、規格化している。   Next, FIG. 23 is a graph showing the relationship between the size of the contact area and the projected light beam (light beam projected on the screen). In FIG. 23, the projection light flux is 100 when there is no micro lens array (MLA) and the size of the contact area is 10 μm square (that is, when the light emitting layers of the LEDs are continuously arranged without gaps). As standardized.

図23に示すように、MLAなしの場合では、投射光束は、接触領域の面積に比例して小さくなった。一方、MLAありの場合では、接触領域の大きさが4μm角になっても、90%を越える投射光束を維持することができた。接触領域の大きさが4μm角の場合、MLAなしと同程度の明るさを得るには、LEDの発光層に注入される電流は、1/6に減らすことができる。   As shown in FIG. 23, in the case without MLA, the projected light flux was reduced in proportion to the area of the contact region. On the other hand, in the case of MLA, even when the size of the contact area became 4 μm square, it was possible to maintain a projected light beam exceeding 90%. When the size of the contact area is 4 μm square, the current injected into the light emitting layer of the LED can be reduced to 1/6 in order to obtain the same brightness as without MLA.

次に、発光素子20としてLEDを用いた発光装置100に対応する実験として、LEDの接触領域の大きさを様々に変化させて、その特性の測定を行った。ただし、接触領域の形状は、正方形である。また、マトリックス状に並べたLEDでなく、孤立したLEDを用いた。図24は、LEDの発光層に注入される電流密度と、LEDの光パワー密度と、の関係を示すグラフである。接触領域の大きさを、100μm角から1μm角まで変化させた。   Next, as an experiment corresponding to the light emitting device 100 using an LED as the light emitting element 20, the size of the contact region of the LED was changed variously, and the characteristics were measured. However, the shape of the contact area is a square. In addition, isolated LEDs were used instead of LEDs arranged in a matrix. FIG. 24 is a graph showing the relationship between the current density injected into the light emitting layer of the LED and the light power density of the LED. The size of the contact area was changed from 100 μm square to 1 μm square.

図24に示すように、電流密度が大きくなるにつれて光パワー密度が大きくなる傾向にあるが、ある電流密度で飽和する。これは、LEDに大電力を投入すると、発光効率が低下するドループ(droop)現象のためである。   As shown in FIG. 24, the optical power density tends to increase as the current density increases, but saturates at a certain current density. This is due to a droop phenomenon in which the luminous efficiency decreases when a large amount of power is applied to the LED.

図24に示すように、接触領域の大きさが小さいほど、大きな光パワー密度に耐えられる。これは、接触領域の大きさが小さいほど、発光層の側面からの放熱によりジャンクシ
ョン温度が低下し、量子効率が維持できるからであると理解できる。しかし、接触領域の大きさが2μm角でドループ現象抑制効果は、飽和した。また、2μm角より小さい接触領域を有するLEDは、発光層をパターニングする際に、パターニングによって劣化する発光層の割合が高くなり、発光強度が低下する場合がある。したがって、接触領域の大きさは、2μm角以上であることが好ましい。
As shown in FIG. 24, the smaller the size of the contact area, the greater the optical power density can be withstood. This can be understood as the smaller the size of the contact region, the lower the junction temperature due to heat radiation from the side surface of the light emitting layer, and the higher the quantum efficiency. However, when the size of the contact area is 2 μm square, the droop phenomenon suppressing effect is saturated. Further, in the case of an LED having a contact area smaller than 2 μm square, when the light emitting layer is patterned, the ratio of the light emitting layer that deteriorates due to patterning increases, and the light emission intensity may decrease. Therefore, the size of the contact region is preferably 2 μm square or more.

次に、図25は、接触領域の大きさと、電流密度および総電流量と、の関係を示すグラフである。図25において、「電流密度」は、ドループ現象が発生する限界の電流密度(図24において光パワー密度が最大になるときの電流密度)を示している。また、図25において、「総電流量」は、電流密度に接触領域の大きさを掛けたものである。   Next, FIG. 25 is a graph showing the relationship between the size of the contact area, the current density, and the total current amount. In FIG. 25, “current density” indicates a limit current density at which the droop phenomenon occurs (current density when the optical power density is maximum in FIG. 24). In FIG. 25, “total current amount” is obtained by multiplying the current density by the size of the contact area.

図25に示すように、接触領域が10μm角の場合は、電流密度が2500A/cmと低かった。これは、接触領域が10μm角の場合は、隣り合う接触領域同士が繋がって1mm角の接触領域となるためである。接触領域が1μm角の場合は、電流密度を28000A/cmまで上げることができた。総電流量は、接触領域が3μm角以下になると、10μm角の場合の25Aより小さくなり、1μm角では3Aまで減少した。 As shown in FIG. 25, when the contact area was 10 μm square, the current density was as low as 2500 A / cm 2 . This is because when the contact area is 10 μm square, adjacent contact areas are connected to form a 1 mm square contact area. When the contact area was 1 μm square, the current density could be increased to 28000 A / cm 2 . When the contact area was 3 μm square or less, the total current amount was smaller than 25 A in the case of 10 μm square and decreased to 3 A in the 1 μm square.

次に、図26は、図25のように接触領域の大きさに合わせて、電流密度を限界まで高くした場合の、接触領域の大きさと、投射光束と、の関係を示すグラフである。   Next, FIG. 26 is a graph showing the relationship between the size of the contact area and the projected light flux when the current density is increased to the limit according to the size of the contact area as shown in FIG.

図26に示すように、MLAありの場合、接触領域の大きさが1μm角以上9μm角以下にすると、10μm角の場合よりも投射光束が大きくなった(明るくなった)。特に、接触領域の大きさが4μm角以上5μm角以下の場合は、10μm角の場合の10倍近い投射光束が得られた。MLAありの場合は、MLAなしの場合よりも、投射光束が大きくなった。   As shown in FIG. 26, in the case of MLA, when the size of the contact area is 1 μm square or more and 9 μm square or less, the projected light beam becomes larger (brighter) than in the case of 10 μm square. In particular, when the size of the contact area is 4 μm square or more and 5 μm square or less, a projection light beam nearly 10 times as large as that of the 10 μm square is obtained. In the case with MLA, the projected light flux was larger than in the case without MLA.

次に、図27は、接触領域の大きさと、効率と、の関係を示すグラフである。図27において、「効率」は、図26の投射光束を、図25の総電流量で割ったものである。図27に示すように、接触領域が小さいほど効率が高くなった。   Next, FIG. 27 is a graph showing the relationship between the size of the contact area and the efficiency. In FIG. 27, “efficiency” is obtained by dividing the projected light flux of FIG. 26 by the total current amount of FIG. As shown in FIG. 27, the smaller the contact area, the higher the efficiency.

次に、図28は、LEDおよびレンズのピッチpに対する接触領域の大きさ(一辺の長さ)dの比(d/p)と、投射光束と、の関係を示すグラフである。   Next, FIG. 28 is a graph showing the relationship between the ratio (d / p) of the size (length of one side) d of the contact area to the pitch p of the LED and the lens, and the projected light flux.

図28に示すように、比(d/p)が0.4以上0.5以下の場合、投射光束が高くなった。また、ピッチpは小さいほど投射光束が高くなるが、12μmで飽和した。したがって、ピッチpは、12μm以下が好ましいといえる。   As shown in FIG. 28, when the ratio (d / p) is not less than 0.4 and not more than 0.5, the projected light flux becomes high. Further, the smaller the pitch p, the higher the projected luminous flux, but it was saturated at 12 μm. Therefore, it can be said that the pitch p is preferably 12 μm or less.

次に、図29は、比(d/p)と効率との関係を示すグラフである。図29に示すように、ピッチpが5μm以上12μm以下の場合では、比(d/p)が0.5で変曲点を有した。効率をよくするには、比(d/p)を0.1以上0.5以下とすることが好ましいことがわかった。特に、比(d/p)を0.1以上0.3以下とすることにより、より効率をよくできる。   Next, FIG. 29 is a graph showing the relationship between the ratio (d / p) and efficiency. As shown in FIG. 29, when the pitch p was 5 μm or more and 12 μm or less, the ratio (d / p) was 0.5 and there was an inflection point. In order to improve the efficiency, it was found that the ratio (d / p) is preferably 0.1 or more and 0.5 or less. In particular, the efficiency can be improved by setting the ratio (d / p) to 0.1 or more and 0.3 or less.

以上、図24より、接触領域の大きさを2μm角以上とし、図28より、ピッチpを12μm以下とし、図29より、比(d/p)を0.5以下とすることにより、照明対象を効率よく照明できることがわかった。   From FIG. 24, the size of the contact area is 2 μm square or more, the pitch p is 12 μm or less from FIG. 28, and the ratio (d / p) is 0.5 or less from FIG. It was found that can be illuminated efficiently.

本発明は、本願に記載の特徴や効果を有する範囲で一部の構成を省略したり、各実施形態や変形例を組み合わせたりしてもよい。   In the present invention, a part of the configuration may be omitted within a range having the characteristics and effects described in the present application, or each embodiment or modification may be combined.

本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成(例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成)を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。   The present invention includes configurations that are substantially the same as the configurations described in the embodiments (for example, configurations that have the same functions, methods, and results, or configurations that have the same objects and effects). In addition, the invention includes a configuration in which a non-essential part of the configuration described in the embodiment is replaced. In addition, the present invention includes a configuration that exhibits the same operational effects as the configuration described in the embodiment or a configuration that can achieve the same object. Further, the invention includes a configuration in which a known technique is added to the configuration described in the embodiment.

2…発光ユニット、10…基板、20…発光素子、20a…第1発光素子、20b…第2発光素子、20c…第3発光素子、22…第1半導体層、24…発光層、26…第2半導体層、28…柱状部、30…第1電極、32…第2電極、34…接触領域、40…絶縁層、50…レンズ、50a…第1レンズ、50b…第2レンズ、50c…第3レンズ、51a…入射面、51b…出射面、52…レンズアレイ、60…基板、62…ヒートシンク、64…駆動回路基板、70…絶縁層、80…第1貫通ビア、82…第2貫通ビア、84…パッド、86…配線、100…発光装置、100R…赤色光源、100G…緑色光源、100B…青色光源、200…発光装置、200R…赤色光源、200G…緑色光源、200B…青色光源、300,310…発光装置、400…プロジェクター、402R,402G,402B…液晶ライトバルブ、404…クロスダイクロイックプリズム、406…投射レンズ、408…スクリーン、410…プロジェクター、411,412…ダイクロイックフィルター、413,414,415,416…レンズ、417…TIRプリズム、417a…反射部、418…DMD、420…プロジェクター、422…フィリップスプリズム DESCRIPTION OF SYMBOLS 2 ... Light emitting unit, 10 ... Board | substrate, 20 ... Light emitting element, 20a ... 1st light emitting element, 20b ... 2nd light emitting element, 20c ... 3rd light emitting element, 22 ... 1st semiconductor layer, 24 ... Light emitting layer, 26 ... 1st 2 semiconductor layers, 28 ... columnar part, 30 ... first electrode, 32 ... second electrode, 34 ... contact region, 40 ... insulating layer, 50 ... lens, 50a ... first lens, 50b ... second lens, 50c ... first 3 lenses, 51a ... incident surface, 51b ... output surface, 52 ... lens array, 60 ... substrate, 62 ... heat sink, 64 ... drive circuit board, 70 ... insulating layer, 80 ... first through via, 82 ... second through via 84 ... Pad, 86 ... Wiring, 100 ... Light emitting device, 100R ... Red light source, 100G ... Green light source, 100B ... Blue light source, 200 ... Light emitting device, 200R ... Red light source, 200G ... Green light source, 200B ... Blue light source, 300 , 3 DESCRIPTION OF SYMBOLS 0 ... Light-emitting device, 400 ... Projector, 402R, 402G, 402B ... Liquid crystal light valve, 404 ... Cross dichroic prism, 406 ... Projection lens, 408 ... Screen, 410 ... Projector, 411, 412 ... Dichroic filter, 413, 414, 415 , 416 ... Lens, 417 ... TIR prism, 417a ... Reflector, 418 ... DMD, 420 ... Projector, 422 ... Philips prism

Claims (5)

発光素子と、前記発光素子に対応して設けられたレンズと、を有する複数の発光ユニットを有し、
前記発光素子は、
第1半導体層と、
前記第1半導体層と導電型の異なる第2半導体層と、
前記第1半導体層と前記第2半導体層との間に設けられ、電流が注入されることで光を発生させることが可能な発光層と、
前記第1半導体層と電気的に接続された第1電極と、
前記第2半導体層と接触された第2電極と、
を有し、
前記第1半導体層および前記発光層の積層方向から見た平面視において、前記第2電極は、前記発光層と重なり、
前記積層方向から見た平面視において、複数の前記発光ユニットは、第1方向にピッチpで配置され、
前記第2半導体層と前記第2電極との接触領域の前記第1方向の大きさd、および前記ピッチpは、
d/p≦0.5、d≧2μm、かつ、p≦12μm
の関係を満たす、発光装置。
A plurality of light emitting units having a light emitting element and a lens provided corresponding to the light emitting element;
The light emitting element is
A first semiconductor layer;
A second semiconductor layer having a conductivity type different from that of the first semiconductor layer;
A light emitting layer provided between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer and capable of generating light by injecting a current;
A first electrode electrically connected to the first semiconductor layer;
A second electrode in contact with the second semiconductor layer;
Have
In a plan view seen from the stacking direction of the first semiconductor layer and the light emitting layer, the second electrode overlaps the light emitting layer,
In a plan view seen from the stacking direction, the plurality of light emitting units are arranged at a pitch p in the first direction,
The size d in the first direction of the contact region between the second semiconductor layer and the second electrode, and the pitch p are:
d / p ≦ 0.5, d ≧ 2 μm, and p ≦ 12 μm
A light-emitting device that satisfies the above relationship.
請求項1において、
前記大きさdおよび前記ピッチpは、
0.4≦d/p≦0.5
の関係を満たす、発光装置。
In claim 1,
The size d and the pitch p are:
0.4 ≦ d / p ≦ 0.5
A light-emitting device that satisfies the above relationship.
請求項1において、
前記大きさdおよび前記ピッチpは、
d/p≦0.3
の関係を満たす、発光装置。
In claim 1,
The size d and the pitch p are:
d / p ≦ 0.3
A light-emitting device that satisfies the above relationship.
請求項1ないし3のいずれか1項において、
複数の前記発光素子のうち第1発光素子は、複数の前記発光素子のうち第2発光素子と隣り合い、
前記第1発光素子から出射された光は、複数の前記レンズのうち、前記第2発光素子に対応して設けられた前記レンズにおいて、全反射しない、発光装置。
In any one of Claims 1 thru | or 3,
The first light emitting element among the plurality of light emitting elements is adjacent to the second light emitting element among the plurality of light emitting elements,
The light emitted from the first light emitting element is not totally reflected by the lens provided corresponding to the second light emitting element among the plurality of lenses.
請求項1ないし4のいずれか1項に記載の発光装置と、
前記発光装置から出射された光を投射する投射装置と、
を有する、プロジェクター。
A light emitting device according to any one of claims 1 to 4,
A projection device for projecting light emitted from the light emitting device;
Having a projector.
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