JP2021021877A - 発光装置およびプロジェクター - Google Patents

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Abstract

【課題】等方的な配光角の光を射出することができる発光装置を提供する。【解決手段】フォトニック結晶構造体で構成される共振部を有する共振器を有し、前記共振部は、複数の共振方向における長さが全て等しく、前記共振部は、第１軸に沿って列をなし、前記列は、第２軸に沿って並び、前記第２軸の最も一方側に位置する前記列において、前記第１軸の最も一方側に位置する前記共振部と、前記第２軸の最も他方側に位置する前記列において、前記第１軸の最も一方側に位置する前記共振部と、の間の距離と、前記第２軸の最も一方側に位置する前記列において、前記第１軸の最も一方側に位置する前記共振部と、前記第１軸の最も他方側に位置する前記共振部と、の間の距離とは、異なり、前記複数の共振方向は、前記第１軸および前記第２軸に沿った方向を含み、平面視において、前記共振部の前記第１軸に沿った長さと、前記共振部の前記第２軸に沿った長さとは、等しい。【選択図】図２

Description

本発明は、発光装置およびプロジェクターに関する。
半導体レーザー素子を光源として用いたプロジェクターが実用化されている。
例えば特許文献１には、赤色光源装置と、青色光源装置と、励起光源装置からの射出光によって励起される蛍光発光装置による緑色光源装置と、を備えたプロジェクターが記載されている。
特開２０１３−１９０５９１号公報
上記のようなプロジェクターの光源として、等方的な配光角の光を射出する発光装置が求められている。等方的な配光角の光を射出する発光装置であれば、断面形状が円形で、一様な強度分布の光を得ることができるため、例えば蛍光体を励起する場合、効率よく蛍光体を励起することができる。
本発明に係る発光装置の一態様は、
フォトニック結晶構造体で構成される共振部を有する共振器をｐ個有し、
前記共振部において共振する光は、複数の共振方向に共振し、
前記共振部は、前記複数の共振方向における長さが全て等しく、
前記共振部は、第１軸に沿ってｑ個並んで列をなし、
前記列は、第２軸に沿ってｒ個並び、
ｐ＝ｑ×ｒであり、
ｒ個の前記列のうちで前記第２軸の最も一方側に位置する前記列において、前記第１軸の最も一方側に位置する前記共振部と、ｒ個の前記列のうちで前記第２軸の最も他方側に位置する前記列において、前記第１軸の最も一方側に位置する前記共振部と、の間の距離と、
ｒ個の前記列のうちで前記第２軸の最も一方側に位置する前記列において、前記第１軸の最も一方側に位置する前記共振部と、前記第１軸の最も他方側に位置する前記共振部と、の間の距離とは、異なり、
前記複数の共振方向は、前記第１軸に沿った方向および前記第２軸に沿った方向を含み、
前記第１軸および前記第２軸を含む平面と直交する第３軸に沿った方向から見た平面視において、前記共振部の前記第１軸に沿った長さと、前記共振部の前記第２軸に沿った長さとは、等しい。
前記発光装置の一態様において、
前記フォトニック結晶構造体のナノ構造体は、正方格子状に配列され、
前記第１軸および前記第２軸は、互いに直交し、
前記複数の共振方向は、前記第１軸に沿った方向および前記第２軸に沿った方向であってもよい。
前記発光装置の一態様において、
前記フォトニック結晶構造体のナノ構造体は、正三角格子状に配列され、
前記第２軸は、前記第１軸に対して１２０°傾き、
前記複数の共振方向は、前記第１軸に沿った方向、前記第２軸に沿った方向、および前記第１軸に対して６０°傾く第４軸に沿った方向であってもよい。
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を有する。
前記プロジェクターの一態様において、
前記発光装置から射出された光を集光する集光光学系と、
前記集光光学系から射出された光によって励起される蛍光体と、
を有してもよい。
第１実施形態に係る発光装置を模式的に示す平面図。 第１実施形態に係る発光装置を模式的に示す平面図。 第１実施形態に係る発光装置を模式的に示す断面図。 第１実施形態に係る発光装置から射出される光を説明するための図。 第２実施形態に係る発光装置を模式的に示す平面図。 第２実施形態に係る発光装置を模式的に示す平面図。 第３実施形態に係るプロジェクターの光源モジュールを模式的に示す平面図。 第３実施形態に係るプロジェクターの光源モジュールを模式的に示す断面図。 第３実施形態に係るプロジェクターを模式的に示す図。 第３実施形態の変形例に係るプロジェクターを模式的に示す図。 第３実施形態の変形例に係るプロジェクターの集光光学系から射出された光を説明するための図。 第３実施形態の変形例に係るプロジェクターの集光光学系から射出された光を説明するための図。 第３実施形態の変形例に係るプロジェクターの蛍光体を模式的に示す図。
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。
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本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では、互いに交わる３つの軸として、第１軸Ａ１、第２軸Ａ２、および第３軸Ａ３を図示している。図示の例では、第１軸Ａ１、第２軸Ａ２、および第３軸Ａ３は、互いに直交している。
発光装置１００は、図１に示すように、共振部１０を有する共振器１２を有している。発光装置１００は、ｐ個の共振器１２を有している。すなわち、発光装置１００は、ｐ個の共振部１０を有している。図示の例では、発光装置１００は、６４個の共振部１０を有している。共振部１０は、光が共振する部分である。
共振部１０は、第１軸Ａ１に沿ってｑ個並んで列１１をなしている。図示の例では、共振部１０は、第１軸Ａ１に沿って１６個並んで列１１をなしている。列１１は、第２軸Ａ２に沿ってｒ個並んでいる。図示の例では、列１１は、第２軸Ａ２に沿って４個並んでいる。なお、ｐ＝ｑ×ｒである。図示の例では、ｐ個の共振部１０は、第１軸Ａ１に沿った方向、および第２軸Ａ２に沿った方向にマトリックス状に配列されている。ｐ個の共振部１０の形状および大きさは、例えば、互いに同じである。
列１１ａは、ｒ個の列１１のうちで、第２軸Ａ２の最も一方側（図示の例では＋Ａ２軸方向）に位置する列１１である。共振部１０ａは、列１１ａにおいて、第１軸Ａ１の最も一方側（図示の例では＋Ａ１軸方向）に位置する共振部１０である。共振部１０ｂは、列１１ａにおいて、第１軸Ａ１の最も他方側（図示の例では−Ａ１軸方向）に位置する共振部１０である。
列１１ｂは、ｒ個の列１１のうちで、第２軸Ａ２の最も他方側（図示の例では−Ａ２軸方向）に位置する列１１である。共振部１０ｃは、列１１ｂにおいて、第１軸Ａ１の最も一方側（図示の例では＋Ａ１軸方向）に位置する共振部１０である。
共振部１０ａと共振部１０ｃとの間の距離Ｄ１と、共振部１０ａと共振部１０ｂとの間の距離Ｄ２とは、異なる。第１軸Ａ１および第２軸Ａ２を含む平面と直交する第３軸Ａ３に沿った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）、共振部１０ａの中心と共振部１０ｃの中心との間の距離と、共振部１０ａの中心と共振部１０ｂの中心との間の距離とは、異なる。図示の例では、共振部１０ａと共振部１０ｃとの間の距離Ｄ１は、共振部１０ａと共振部１０ｂとの間の距離Ｄ２よりも小さい。
ここで、図２は、第１本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。図３は、第１本実施形態に係る発光装置１００を模式的に示す図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。
発光装置１００は、図２および図３に示すように、例えば、基板１０２と、基板１０２に設けられた積層体１０３と、第１電極１２２と、第２電極１２４と、を有している。積層体１０３は、反射層１０４と、バッファー層１０６と、フォトニック結晶構造体１０８と、半導体層１２０と、を有している。なお、便宜上、図１では、発光装置１００を簡略化して図示している。また、図２では、フォトニック結晶構造体１０８の柱状部１１０以外の部材の図示を省略している。
基板１０２は、例えば、Ｓｉ基板、ＧａＮ基板、サファイア基板などである。
反射層１０４は、基板１０２上に設けられている。反射層１０４は、例えば、ＤＢＲ（distribution Bragg reflector）層である。反射層１０４は、例えば、ＡｌＧａＮ層とＧａＮ層とを交互に積層させたもの、ＡｌＩｎＮ層とＧａＮ層とを交互に積層させたものなどである。反射層１０４は、フォトニック結晶構造体１０８の柱状部１１０の発光層１１４で発生する光を、第２電極１２４側に向けて反射させる。
なお、本明細書では、積層体１０３の積層方向（以下、単に「積層方向」ともいう）において、発光層１１４を基準とした場合、発光層１１４から半導体層１１６に向かう方向を「上」とし、発光層１１４から半導体層１１２に向かう方向を「下」として説明する。また、「積層体の積層方向」とは、半導体層１１２と発光層１１４との積層方向をいう。
バッファー層１０６は、反射層１０４上に設けられている。バッファー層１０６は、半導体からなる層であり、例えば、Ｓｉがドープされたｎ型のＧａＮ層などである。図示の例では、バッファー層１０６上には、柱状部１１０を成長させるためのマスク層１２８が設けられている。マスク層１２８は、例えば、酸化シリコン層、窒化シリコン層などである。
フォトニック結晶構造体１０８は、バッファー層１０６上に設けられている。フォトニック結晶構造体１０８は、例えば、柱状部１１０と、光伝搬層１１８と、を有している。
フォトニック結晶構造体１０８は、フォトニック結晶の効果を発現することができ、フォトニック結晶構造体１０８の発光層１１４が発する光を、基板１０２の面内方向に閉じ込め、積層方向に射出させる。ここで、「基板１０２の面内方向」とは、積層方向と直交する方向のことである。
柱状部１１０は、バッファー層１０６上に設けられている。柱状部１１０の平面形状は、正六角形等の多角形、円などである。図２に示す例では、柱状部１１０の平面形状は、正六角形である。柱状部１１０の径は、例えば、ｎｍオーダーであり、具体的には１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下である。柱状部１１０は、フォトニック結晶構造体１０８を構成するナノ構造体である。柱状部１１０の積層方向の大きさは、例えば、０．１μｍ以上５μｍ以下である。
なお、「径」とは、柱状部１１０の平面形状が円の場合は、直径であり、柱状部１１０の平面形状が円ではない形状の場合は、最小包含円の直径である。例えば、柱状部１１０の径は、柱状部１１０の平面形状が多角形の場合、該多角形を内部に含む最小の円の直径であり、柱状部１１０の平面形状が楕円の場合、該楕円を内部に含む最小の円の直径である。また、「柱状部１１０の中心」とは、柱状部１１０の平面形状が円の場合は、該円の中心であり、柱状部１１０の平面形状が円ではない形状の場合は、最小包含円の中心である。例えば、柱状部１１０の中心は、柱状部１１０の平面形状が多角形の場合、該多角形を内部に含む最小の円の中心であり、柱状部１１０の平面形状が楕円の場合、該楕円を内部に含む最小の円の中心である。
柱状部１１０は、複数設けられている。隣り合う柱状部１１０の間隔は、例えば、１ｎｍ以上５００ｎｍ以下である。柱状部１１０は、所定の方向に所定のピッチで周期的に配置されている。
図２に示す例では、柱状部１１０は、正方格子状に配列されている。図示の例では、柱状部１１０は、第１軸Ａ１に沿って所定のピッチで配置され、第２軸Ａ２に沿って所定のピッチで配置されている。柱状部１１０の第１軸Ａ１に沿うピッチと、柱状部１１０の第２軸Ａ２に沿うピッチとは、等しい。ここでいう柱状部１１０の第１軸Ａ１に沿うピッチとは、第１軸Ａ１に沿って隣り合う柱状部１１０の中心間の距離である。柱状部１１０の第２軸Ａ２に沿うピッチとは、第２軸Ａ２に沿って隣り合う柱状部１１０の中心間の距離である。
柱状部１１０は、図３に示すように、半導体層１１２と、発光層１１４と、半導体層１１６と、を有している。
半導体層１１２は、バッファー層１０６上に設けられている。半導体層１１２は、例えば、Ｓｉがドープされたｎ型のＧａＮ層である。
発光層１１４は、半導体層１１２上に設けられている。発光層１１４は、半導体層１１２と半導体層１１６との間に設けられている。発光層１１４は、例えば、ＧａＮ層とＩｎＧａＮ層とから構成された量子井戸構造を有している。発光層１１４は、電流が注入されることで光を発することが可能な層である。
半導体層１１６は、発光層１１４上に設けられている。半導体層１１６は、半導体層１１２と導電型の異なる層である。半導体層１１６は、例えば、Ｍｇがドープされたｐ型のＧａＮ層である。半導体層１１２，１１６は、発光層１１４に光を閉じ込める機能を有するクラッド層である。
光伝搬層１１８は、隣り合う柱状部１１０の間に設けられている。図示の例では、光伝搬層１１８は、マスク層１２８上に設けられている。光伝搬層１１８の屈折率は、例えば、発光層１１４の屈折率よりも低い。光伝搬層１１８は、例えば、酸化シリコン層、酸化アルミニウム層、酸化チタン層などである。発光層１１４で発生した光は、光伝搬層１１８を伝搬することが可能である。
共振部１０は、フォトニック結晶構造体１０８で構成されている。ｐ個の共振部１０は、互いに離間している。図示の例では、隣り合う共振部１０の間に柱状部１１０は、設けられていない。ｐ個の共振部１０は、１つの基板１０２を共通の基板としている。隣り合う共振部１０において、一方の共振部１０において共振する光は、他方の共振部１０に至らない。隣り合う共振部１０の間の距離は、発光層１１４で発生する光の波長よりも大きい。これにより、隣り合う共振部１０において、一方の共振部１０において共振する光が、他方の共振部１０に至らないようにすることができる。
なお、図示はしないが、隣り合う共振部１０の間に光を吸収する光吸収部が設けられていてもよい。光吸収部は、共振部１０において共振する光よりも狭いバンドギャップを有する物質で構成されている。該物質としては、例えば、ＩｎＧａＮ、ＩｎＮが挙げられる。光吸収部は、例えば、柱状や壁状の結晶体である。これにより、隣り合う共振部１０において、一方の共振部１０において共振する光が、他方の共振部１０に至らないようにすることができる。
また、図示はしないが、隣り合う共振部１０の間に光を反射させる光反射部が設けられていてもよい。例えば、隣り合う共振部１０の間に、共振部１０を構成する柱状部１１０よりもピッチや径が小さい柱状部１１０を設けることにより、光反射部を形成することができる。これにより、隣り合う共振部１０において、一方の共振部１０において共振する光が、他方の共振部１０に至らないようにすることができる。
平面視において、共振部１０の第１軸Ａ１に沿った長さＬ１と、共振部１０の第２軸Ａ２に沿った長さＬ２とは、等しい。長さＬ１と長さＬ２とが等しいため、図４に示すように、共振部１０から射出された光において、第１軸Ａ１に沿った配光角θ１と、第２軸Ａ２に沿った配光角θ２とは、等しくなる。このように、共振部１０から射出された光の配光角により、長さＬｘと長さＬｙとが等しいか否かを確認することができる。
平面視において、共振部１０の形状は、例えば、正方形である。平面視において、１つの共振部１０を構成する複数の柱状部１１０のうち最外周に位置する柱状部１１０の中心を結ぶ直線によって形成される図形は、例えば、正方形である。該図形が正方形や正六角形であれば、共振部１０から射出された光は、図４に示すように、射出軸αに対して、配光角が回転対称形となる。図示の例では、射出軸αは、第３軸Ａ３と平行な軸である。
共振部１０において共振する光は、複数の共振方向に共振する。共振部１０は、複数の共振方向における長さが全て等しい。共振部１０から射出された光の配光角により、共振部１０の共振方向における長さが全て等しいか否かを確認することができる。複数の共振方向は、第１軸Ａ１に沿った方向と、第２軸Ａ２に沿った方向と、を含む。図示の例では、複数の共振方向は、第１軸Ａ１に沿った方向および第２軸Ａ２に沿った方向である。平面視において、例えば、共振部１０において、第１軸Ａ１の最も一方側に位置する柱状部１１０の中心と、第１軸Ａ１の最も他方側に位置する柱状部１１０の中心と、の間の距離と、第２軸Ａ２の最も一方側に位置する柱状部１１０の中心と、第２軸Ａ２の最も他方側に位置する柱状部１１０の中心と、の間の距離とは、等しい。
例えば、図１に示すように、共振部１０ａを構成する複数の柱状部１１０のうち最も−Ａ２軸方向に位置する柱状部１１０の中心と、共振部１０ｃを構成する複数の柱状部１１０のうち最も＋Ａ２軸方向に位置する柱状部１１０の中心と、の間の距離と、共振部１０ａを構成する複数の柱状部１１０のうち最も−Ａ１軸方向に位置する柱状部１１０の中心と、共振部１０ｂを構成する複数の柱状部１１０のうち最も＋Ａ１軸方向に位置する柱状部１１０の中心と、の間の距離とは、異なる。
発光装置１００では、ｐ型の半導体層１１６、不純物がドーピングされていない発光層１１４、およびｎ型の半導体層１１２により、ｐｉｎダイオードが構成される。半導体層１１２，１１６は、発光層１１４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１２２と第２電極１２４との間に、ｐｉｎダイオードの順バイアス電圧を印加して電流を注入すると、発光層１１４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。発光層１１４において発生した光は、半導体層１１２，１１６により基板１０２の面内方向に光伝搬層１１８を通って伝搬して、フォトニック結晶構造体１０８によるフォトニック結晶の効果により定在波を形成し、基板１０２の面内方向に閉じ込められる。閉じ込められた光は、発光層１１４において利得を受けてレーザー発振する。すなわち、発光層１１４において発生した光は、フォトニック結晶構造体１０８により基板１０２の面内方向に共振し、レーザー発振する。具体的には、発光層１１４において発生した光は、フォトニック結晶構造体１０８で構成された共振器１２の共振部１０において基板１０２の面内方向に共振し、レーザー発振する。そして、＋１次回折光および−１次回折光は、レーザー光として積層方向に進行する。
積層方向に進行したレーザー光のうち反射層１０４側に向かうレーザー光は、反射層１０４において反射され、第２電極１２４側に向かう。これにより、発光装置１００は、第２電極１２４側から光を射出することができる。
半導体層１２０は、フォトニック結晶構造体１０８上に設けられている。半導体層１２０は、例えば、Ｍｇがドープされたｐ型のＧａＮ層である。
第１電極１２２は、バッファー層１０６上に設けられている。バッファー層１０６は、第１電極１２２とオーミックコンタクトしていてもよい。図示の例では、第１電極１２２は、バッファー層１０６を介して、半導体層１１２と電気的に接続されている。第１電極１２２は、発光層１１４に電流を注入するための一方の電極である。第１電極１２２としては、例えば、バッファー層１０６側から、Ｔｉ層、Ａｌ層、Ａｕ層の順序で積層したものなどを用いる。
第２電極１２４は、半導体層１２０上に設けられている。半導体層１２０は、第２電極１２４とオーミックコンタクトしていてもよい。第２電極１２４は、半導体層１１６と電気的に接続されている。図示の例では、第２電極１２４は、半導体層１２０を介して、半導体層１１６と電気的に接続されている。第２電極１２４は、発光層１１４に電流を注入するための他方の電極である。第２電極１２４としては、例えば、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）を用いる。隣り合うフォトニック結晶構造体１０８の一方に設けられた第２電極１２４と他方に設けられた第２電極１２４とは、図示せぬ配線によって電気的に接続されている。
なお、上記では、ＩｎＧａＮ系の発光層１１４について説明したが、発光層１１４としては、射出される光の波長に応じて、電流が注入されることで発光可能なあらゆる材料系を用いることができる。例えば、ＡｌＧａＮ系、ＡｌＧａＡｓ系、ＩｎＧａＡｓ系、ＩｎＧａＡｓＰ系、ＩｎＰ系、ＧａＰ系、ＡｌＧａＰ系などの半導体材料を用いることができる。また、射出される光の波長に応じて、柱状部１１０の大きさや配列のピッチを変更してもよい。
また、上記では、フォトニック結晶構造体１０８は、周期的に設けられた柱状部１１０を有していたが、フォトニック結晶効果を発現させるために、ナノ結晶構造体として周期的に設けられた孔部を有していてもよい。
発光装置１００は、例えば、以下の効果を有する。
発光装置１００では、フォトニック結晶構造体１０８で構成される共振部１０を有する共振器１２を有し、平面視において、共振部１０の第１軸Ａ１に沿った長さＬ１と、共振部１０の第２軸Ａ２に沿った長さＬ２とは、等しい。そのため、発光装置１００では、共振部１０から射出される光において、第１軸Ａ１に沿った配光角と第２軸Ａ２に沿った配光角とを等しくすることができる。これにより、発光装置１００では、長さＬ１と長さＬ２とが異なる場合に比べて、第１軸Ａ１に沿った方向および第２軸Ａ２に沿った方向において、等方的な配光角の光を射出することができる。
さらに、発光装置１００では、共振部１０ａ，１０ｃ間の距離Ｄ１と、共振部１０ａ，１０ｂ間の距離Ｄ２とは、異なる（例えば、複数の共振部１０が配置されてなる領域は略長方形状となる）。そのため、発光装置１００では、距離Ｄ１と距離Ｄ２とが等しい場合（例えば、複数の共振部１０が配置されてなる領域は略正方形状となる）と比べて、発光装置１００の外周の割合（複数の共振部１０が配置されてなる領域における面積に対する外周辺の長さ）を大きくし易い。共振部１０が帯熱すると発光効率が低下するが、発光装置１００では、複数の共振部１０が配置されてなる領域の形状を略長方形状としていることにより、共振部１０は放熱し易くなり、大きな光出力を得ることができる。
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に示すように、基板１０２上に、反射層１０４およびバッファー層１０６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。
次に、バッファー層１０６上に、ＭＯＣＶＤ法やＭＢＥ法などでマスク層１２８を形成する。次に、マスク層１２８をマスクとして、バッファー層１０６上に、半導体層１１２、発光層１１４、および半導体層１１６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法、ＭＢＥ法などが挙げられる。本工程により、柱状部１１０を形成することができる。次に、スピンコート法などにより、隣り合う柱状部１１０の間に、光伝搬層１１８を形成する。本工程により、フォトニック結晶構造体１０８を形成することができる。
次に、例えばＭＯＣＶＤ法やＭＢＥ法などにより、柱状部１１０および光伝搬層１１８上に、半導体層１２０を形成する。
次に、例えば真空蒸着法などにより、第１電極１２２および第２電極１２４を形成する。
以上の工程により、発光装置１００を製造することができる。
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５および図６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、便宜上、図５では、発光装置２００を簡略化して図示している。また、図６では、フォトニック結晶構造体１０８の柱状部１１０以外の部材の図示を省略している。また、図５および図６では、互いに交わる４つの軸として、第１軸Ａ１、第２軸Ａ２、第３軸Ａ３、および第４軸Ａ４を図示している。
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。
上述した発光装置１００では、図２に示すように、柱状部１１０は、正方格子状に配列されていた。さらに、発光装置１００では、共振部１０は、第１軸Ａ１に沿ってｑ個並んで列１１をなし、列１１は、第１軸Ａ１と直交する第２軸Ａ２に沿ってｒ個並んでいた。
これに対し、発光装置２００では、図６に示すように、柱状部１１０は、正三角格子状に配列されている。
発光装置２００では、図５および図６に示すように、第２軸Ａ２は、第１軸Ａ１に対して１２０°傾いている。すなわち、列１１は、第１軸Ａ１に対して１２０°傾いた第２軸Ａ２に沿ってｒ個並んでいる。第４軸Ａ４は、第１軸Ａ１に対して６０°傾いている。第４軸Ａ４は、第２軸Ａ２に対して６０°傾いている。第３軸Ａ３は、第１軸Ａ１、第２軸Ａ２、および第４軸Ａ４を含む平面に対して直交している。
図６に示すように、複数の柱状部１１０のうち柱状部１１０ａは、柱状部１１０ｂに対して、第１軸Ａ１を時計回りに３０°回転させた軸に沿う方向において、隣り合う柱状部１１０である。複数の柱状部１１０のうち柱状部１１０ｃは、柱状部１１０ｂに対して、第１軸Ａ１を反時計回りに３０°回転させた軸に沿う方向において、隣り合う柱状部１１０である。柱状部１１０ａの中心と柱状部１１０ｂの中心とを結ぶ直線、柱状部１１０ｂの中心と柱状部１１０ｃの中心とを結ぶ直線、および柱状部１１０ｃの中心と柱状部１１０ａの中心とを結ぶ直線によって形成される図形は、正三角形である。
発光装置２００では、複数の共振方向は、第１軸Ａ１に沿った方向、第２軸Ａ２に沿った方向、および第４軸Ａ４に沿った方向である。共振部１０は、第１軸Ａ１に沿った方向、第２軸Ａ２に沿った方向、および第４軸Ａ４に沿った方向の長さが全て等しい。平面視において、例えば、共振部１０において、第１軸Ａ１の最も一方側に位置する柱状部１１０の中心と、第１軸Ａ１の最も他方側に位置する柱状部１１０の中心と、の間の距離と、第２軸Ａ２の最も一方側に位置する柱状部１１０の中心と、第２軸Ａ２の最も他方側に位置する柱状部１１０の中心と、の間の距離と、第４軸Ａ４の最も一方側に位置する柱状部１１０の中心と、第４軸Ａ４の最も他方側に位置する柱状部１１０の中心と、の間の距離とは、等しい。平面視において、共振部１０の形状は、例えば、正六角形である。平面視において、１つの共振部１０を構成する複数の柱状部１１０のうち最外周に位置する柱状部１１０の中心を結ぶ直線によって形成される図形は、例えば、正六角形である
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説明する。第２実施形態に係る発光装置２００の製造方法は、上述した第１実施形態に係る発光装置１００の製造方法と、基本的に同じである。したがって、その詳細な説明を省略する。
３． 第３実施形態
３．１． プロジェクター
次に、第３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。まず、第３実施形態に係るプロジェクターが有する光源モジュールについて説明する。図７は、第３実施形態に係るプロジェクター３００の光源モジュール３１０を模式的に示す平面図である。図８は、第３実施形態に係るプロジェクター３００の光源モジュール３１０を模式的に示す図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面図である。
光源モジュール３１０は、図７および図８に示すように、例えば、発光装置１００と、ベース部材３１２と、枠部材３１４と、蓋部材３１６と、サブマウント３１８と、を有している。なお、便宜上、図７では、蓋部材３１６の図示を省略している。また、図７および図８では、発光装置１００を簡略化して図示している。
ベース部材３１２は、例えば、板状の部材である。ベース部材３１２の熱伝導率は、高いことが好ましい。これにより、発光装置１００で発生した熱を放熱させることができる。ベース部材３１２の材質は、例えば、銅、コバール（鉄にニッケル、コバルトを配合した合金）、窒化アルミニウムである。
枠部材３１４は、図８に示すように、ベース部材３１２と蓋部材３１６とを接続している。枠部材３１４は、平面視において、ベース部材３１２の外周に沿って設けられている。枠部材３１４の熱膨張率は、蓋部材３１６の熱膨張率に近いことが好ましい。これにより、枠部材３１４と蓋部材３１６との熱膨張率の差によって光源モジュール３１０に生じる応力を小さくすることができる。枠部材３１４の材質は、例えば、コバールである。
枠部材３１４には、端子３１５が設けられている。図示の例では、端子３１５は、枠部材３１４を貫通している。端子３１５は、図示せぬ配線を介して、発光装置１００と電気的に接続されている。
蓋部材３１６は、ベース部材３１２および枠部材３１４によって規定された凹部の開口を塞ぐ封止部材である。蓋部材３１６は、発光装置１００から射出された光を透過させる。蓋部材３１６としては、例えば、サファイア基板を用いる。発光装置１００は、ベース部材３１２、枠部材３１４、および蓋部材３１６によって形成された空間２に設けられている。空間２は、窒素雰囲気であってもよい。
サブマウント３１８は、ベース部材３１２上に設けられている。サブマウント３１８は、ベース部材３１２と発光装置１００との間に設けられている。サブマウント３１８は、複数の発光装置１００に対応して複数設けられている。
サブマウント３１８の熱伝導率は、高いことが好ましい。これにより、発光装置１００で発生した熱を放熱させることができる。サブマウント３１８の熱膨張率は、ベース部材３１２の熱膨張率および発光装置１００の熱膨張率に近いことが好ましい。これにより、サブマウント３１８とベース部材３１２との熱膨張率の差、およびサブマウント３１８と発光装置１００との熱膨張率の差によって光源モジュール３１０に生じる応力を小さくすることができる。サブマウント３１８の材質は、例えば、窒化アルミニウム、酸化アルミニウムである。
発光装置１００は、サブマウント３１８上に設けられている。発光装置１００は、例えば、複数設けられている。図示の例では、複数の発光装置１００は、第１軸Ａ１に沿った方向、および第２軸Ａ２に沿った方向にマトリックス状に配列されている。第１軸Ａ１に沿った方向において隣り合う発光装置１００の間の距離Ｄ３と、第２軸Ａ２に沿った方向において隣り合う発光装置１００の間の距離Ｄ４とは、例えば、等しい。なお、第１軸Ａ１に沿った方向において隣り合う発光装置１００において、複数の共振部１０が配置されてなる領域間の第１距離と、第２軸Ａ２に沿った方向において隣り合う発光装置１００において、複数の共振部１０が配置されてなる領域間の第２距離とは、等しくてもよい。また、第１軸Ａ１に沿った方向において隣り合う発光装置１００において、複数の共振部１０が配置されてなる領域の略中心間の第３距離と、第２軸Ａ２に沿った方向において隣り合う発光装置１００において、複数の共振部１０が配置されてなる領域の略中心間の第４距離とは、等しくてもよい。発光装置１００は、等方的な配光角を有する光を射出することができるため、Ｄ３＝Ｄ４とすることにより、発光装置１００から所定距離Ｌだけ離れた照明対象上では、略均一な強度分布の照明光を得ることができる。複数の共振部１０が配置されてなる領域の大きさと、距離Ｌと、の大小関係によっては、第１距離＝第２距離としても上記の効果を得ることができるし、第３距離＝第４距離としても上記の効果を得ることができる。
次に、プロジェクター３００の構成について説明する。図９は、第３実施形態に係るプロジェクター３００を模式的に示す図である。
プロジェクター３００は、図９に示すように、例えば、光源モジュール３１０Ｒ，３１０Ｇ，３１０Ｂと、拡散素子３２０と、第１偏光板３３０と、第２偏光板３４０と、光変調素子３５０と、色光合成プリズム３６０と、投射レンズ３７０と、を有している。なお、便宜上、図９では、光源モジュール３１０Ｒ，３１０Ｇ，３１０Ｂを簡略化して図示している。
光源モジュール３１０Ｒは、赤色光を射出する。光源モジュール３１０Ｇは、緑色光を射出する。光源モジュール３１０Ｂは、青色光を射出する。光源モジュール３１０Ｒ，３１０Ｇ，３１０Ｂは、例えば、発光装置１００を有する光源モジュール３１０である。図示の例では、光源モジュール３１０Ｒ，３１０Ｇ，３１０Ｂの一方の面には、放熱フィン３０２が配置されている。放熱フィン３０２は、光源モジュール３１０Ｒ，３１０Ｇ，３１０Ｂで発生した熱を放熱させる。これにより、光源モジュール３１０Ｒ，３１０Ｇ，３１０Ｂにおける帯熱を抑制して、発光効率を高めることができる。
光源モジュール３１０Ｒ，３１０Ｇ，３１０Ｂから射出された光は、拡散素子３２０に入射する。拡散素子３２０は、光源モジュール３１０Ｒ，３１０Ｇ，３１０Ｂから射出された光の強度分布を均一化させる。
光変調素子３５０は、光源モジュール３１０Ｒ，３１０Ｇ，３１０Ｂから射出された光を、画像情報に応じて変調させる。光変調素子３５０は、例えば、光源モジュール３１０Ｒ，３１０Ｇ，３１０Ｂから射出された光を透過させる透過型の液晶ライトバルブである。プロジェクター３００は、ＬＣＤ（liquid crystal display）プロジェクターである。
光変調素子３５０の入射側には、第１偏光板３３０が設けられている。第１偏光板３３０は、光源モジュール３１０Ｒ，３１０Ｇ，３１０Ｂから射出された光の偏光方向と偏光度とを調整する。具体的には、第１偏光板３３０は、特定方向の直線偏光のみを透過させる光学素子である。第１偏光板３３０によって、光変調素子３５０に入射する光の偏光方向を揃えることができる。
光変調素子３５０の射出側には、第２偏光板３４０が設けられている。第２偏光板３４０は、光源モジュール３１０Ｒ，３１０Ｇ，３１０Ｂから射出された光に対して検光子として機能する。第２偏光板３４０から射出された光は、色光合成プリズム３６０に入射する。
色光合成プリズム３６０は、光源モジュール３１０Ｒから射出されて光変調素子３５０を透過した光、光源モジュール３１０Ｇから射出されて光変調素子３５０を透過した光、および光源モジュール３１０Ｂから射出されて光変調素子３５０を透過した光を合成する。色光合成プリズム３６０は、例えば、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配置されたクロスダイクロイックプリズムである。
投射レンズ３７０は、色光合成プリズム３６０で合成された光、すなわち、光変調素子３５０によって形成された画像光を、図示せぬスクリーン上に投射する。スクリーンには、拡大された画像が表示される。
プロジェクター３００は、等方的な配光角の光を射出することができ、放熱し易い発光装置１００を有するため、高輝度化を図ることができる。そのため、高い表示性能を実現することができる。
なお、図示はしないが、プロジェクター３００は、光源モジュール３１０Ｒ，３１０Ｇ，３１０Ｂから射出された光を反射させる反射型の液晶ライトバルブを有するＬＣｏＳ（Liquid Crystal on Silicon）プロジェクターであってもよい。
３．２． プロジェクターの変形例
次に、第３実施形態の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１０は、第３実施形態の変形例に係るプロジェクター４００を模式的に示す図である。
以下、第３実施形態の変形例に係るプロジェクター４００において、上述した第３実施形態に係るプロジェクター３００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。
上述したプロジェクター３００では、図９に示すように、光源モジュール３１０Ｒ，３１０Ｇ，３１０Ｂを有していた。
これに対し、プロジェクター４００では、図１０に示すように、光源モジュール３１０Ｂを有し、光源モジュール３１０Ｒ，３１０Ｇを有していない。
プロジェクター４００は、図１０に示すように、光源４１０と、色分離光学系４２０と、光変調素子４３０Ｒ，４３０Ｇ，４３０Ｂと、色光合成プリズム３６０と、投射レンズ３７０と、を有している。
光源４１０は、光源モジュール３１０Ｂと、集光光学系４１１と、蛍光体４１２と、コリメート光学系４１３と、レンズアレイ４１４，４１５と、偏光変換素子４１６と、重畳レンズ４１７と、を有している。
集光光学系４１１には、光源モジュール３１０Ｂから射出された光が入射する。集光光学系４１１は、光源モジュール３１０Ｂから射出された光を集光する。集光光学系４１１は、例えば、凸レンズで構成されている。集光光学系４１１から射出された光は、蛍光体４１２に入射する。集光光学系４１１の焦点は、蛍光体４１２に略設定されているため、蛍光体４１２に入射する光の断面形状および強度分布は、光源モジュール３１０Ｂからの射出された光の配光角を反映したものとなる。
蛍光体を励起して蛍光を発生させる場合、蛍光発生効率は、基本的には励起光の強度に比例するものの、所定強度を超えると蛍光発生効率が低下する。したがって、蛍光体を励起する場合には、光の強度に鋭いピークを有しないトップハット型に近い略均一な強度分布を有する光を用いることが望ましい。
光源モジュール３１０Ｂの発光装置１００から射出される光は、上記のように等方的な配光角を有するため、例えば、少ない屈折面を備えた簡単な集光光学系４１１でトップハット型に近い強度分布の励起光を得ることができる。これにより、プロジェクター４００では、高い蛍光発生効率を実現でき、大きな光出力を得ることができる。したがって、高輝度のプロジェクターを実現することができる。一方、射出された光が等方的でないと、例えば、多数の屈折面やトーリック面を備えた集光光学系を用いる必要があり、集光光学系が複雑化する場合がある。
図１１および図１２は、集光光学系４１１から射出された光の強度分布を説明するための図である。なお、図１１では、白色の部分ほど、光の強度が強い部分であることを示している。また、図１２は、図１１のＸＩＩ−ＸＩＩ線の断面図である。図１１のＸＩＩａ−ＸＩＩａ線の断面も図１２と同様の強度分布を有する。図１１および図１２に示すように、集光光学系４１１から射出された光は、トップハット型に近い強度分布を有することができる。
図１３は、蛍光体４１２を模式的に示す図である。図１０の蛍光体４１２は、図１３のＸ−Ｘ線断面図に相当する。
蛍光体４１２は、図１０および図１３に示すように、モーター４１２ａにより回転可能な円板４１２ｂに設けられている。蛍光体４１２は、円板４１２ｂの周方向に沿って設けられている。蛍光体４１２は、集光光学系４１１から射出された光によって励起されて、赤色光および緑色光からなる蛍光光、すなわち黄色光からなる蛍光光を射出する。蛍光体４１２は、集光光学系４１１から射出された青色光の一部を透過させる。蛍光体４１２は、例えば、賦活剤としてセリウムを含むＣｅ：ＹＡＧ（Yttrium Aluminum Garnet）系蛍光体である。
円板４１２ｂは、光源モジュール３１０Ｂから射出された青色光を透過させる。円板４１２ｂの材質は、例えば、石英ガラス、水晶、サファイア、樹脂などである。
コリメート光学系４１３は、図１０に示すように、蛍光体４１２から射出された光の広がりを抑えるレンズ４１３ａと、レンズ４１３ａから射出された光を平行化するレンズ４１３ｂと、を有し、全体として蛍光体４１２から射出された光を平行化する。レンズ４１３ａ，４１３ｂは、凸レンズで構成されている。
レンズアレイ４１４は複数のレンズ４１４ａを、レンズアレイ４１５は複数のレンズ４１５ａを各々有しており、レンズ４１４ａとレンズ４１５ａとは１対１で対応する様に設定されている。レンズアレイ４１４に入射した光は、複数のレンズ４１４ａで複数の光束に分割されつつ、レンズアレイ４１５の対応するレンズ４１５ａに入射する。
偏光変換素子４１６は、レンズアレイ４１５の複数のレンズ４１５ａから射出された光束の偏光状態を揃え、例えば、Ｐ偏光として射出する。
重畳レンズ４１７は、偏光変換素子４１６から射出された複数の光束の進行方向を変えて、光変調素子３５０の被照明領域上に集光する。以上によって、コリメート光学系４１３から射出された光は、レンズアレイ４１４，４１５と偏光変換素子４１６と重畳レンズ４１７によって、光の偏光状態を揃えられると共に、光変調素子３５０の被照明領域上で均一な強度分布を有する光に変換される。
色分離光学系４２０は、ダイクロイックミラー４２１，４２２と、ミラー４２３，４２４，４２５と、リレーレンズ４２６，４２７と、フィールドレンズ４２８Ｒ，４２８Ｇ，４２８Ｂと、を有している。ダイクロイックミラー４２１，４２２は、例えば、ガラス表面に誘電体多層膜を積層したものである。ダイクロイックミラー４２１，４２２は、所定の波長帯域の色光を選択的に反射させ、それ以外の波長帯域の色光を透過させる特性を有している。ここでは、ダイクロイックミラー４２１は、緑色光および青色光を反射させる。ダイクロイックミラー４２２は、緑色光を反射させる。
重畳レンズ４１７から射出された光は、赤色光Ｒ、緑色光Ｇ、青色光Ｂを含む白色光であり、ダイクロイックミラー４２１に入射する。
白色光に含まれる赤色光Ｒは、ダイクロイックミラー４２１を通ってミラー４２３に入射し、ミラー４２３で反射してフィールドレンズ４２８Ｒに入射する。赤色光Ｒは、フィールドレンズ４２８Ｒにより平行化された後に、光変調素子４３０Ｒに入射する。
白色光に含まれる緑色光Ｇは、ダイクロイックミラー４２１で反射した後、さらにダイクロイックミラー４２２で反射してフィールドレンズ４２８Ｇに入射する。緑色光Ｇは、フィールドレンズ４２８Ｇにより平行化された後に、光変調素子４３０Ｇに入射する。
白色光に含まれる青色光Ｂは、ダイクロイックミラー４２１で反射した後、ダイクロイックミラー４２２およびリレーレンズ４２６を通ってミラー４２４で反射し、さらに、リレーレンズ４２７を透過して通ってミラー４２５で反射してフィールドレンズ４２８Ｂに入射する。青色光Ｂは、フィールドレンズ４２８Ｂにより平行化された後に、光変調素子４３０Ｂに入射する。
光変調素子４３０Ｒ，４３０Ｇ，４３０Ｂは、例えば、透過型の液晶ライトバルブである。光変調素子４３０Ｒ，４３０Ｇ，４３０Ｂは、画像情報を含んだ画像信号を供給するＰＣ（Personal Computer）等の信号源と電気的に接続されている。光変調素子４３０Ｒ，４３０Ｇ，４３０Ｂは、供給された画像信号に基づいて、入射光を画素ごとに変調して画像を形成する。光変調素子４３０Ｒ，４３０Ｇ，４３０Ｂは、それぞれ赤色画像、緑色画像、青色画像を形成する。光変調素子４３０Ｒ，４３０Ｇ，４３０Ｂにより変調された画像光は、色光合成プリズム３６０に入射する。
色光合成プリズム３６０では、３色の画像光が重ね合わされて合成され、合成されたカラーの画像光が投射レンズ３７０によってスクリーン４４０に拡大投射され、カラー画像を形成する。
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。
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、さらに種々の変形が可能である。例えば、本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成を含む。実質的に同一の構成とは、例えば、機能、方法、および結果が同一の構成、あるいは目的および効果が同一の構成である。また、本発明は、実施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、実施形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成また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、実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
２…空間、１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ…共振部、１１，１１ａ，１１ｂ…列、１２…共振器、１００…発光装置、１０２…基板、１０３…積層体、１０４…反射層、１０６…バッファー層、１０８…フォトニック結晶構造体、１１０，１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ…柱状部、１１２…半導体層、１１４…発光層、１１６…半導体層、１１８…光伝搬層、１２０…半導体層、１２２…第１電極、１２４…第２電極、１２８…マスク層、２００…発光装置、３００…プロジェクター、３０２…放熱フィン、３１０，３１０Ｒ，３１０Ｇ，３１０Ｂ…光源モジュール、３１２…ベース部材、３１４…枠部材、３１５…端子、３１６…蓋部材、３１８…サブマウント、３２０…拡散素子、３３０…第１偏光板、３４０…第２偏光板、３５０…光変調素子、３６０…色光合成プリズム、３７０…投射レンズ、４００…プロジェクター、４１０…光源、４１１…集光光学系、４１２…蛍光体、４１２ａ…モーター、４１２ｂ…円板、４１３…コリメート光学系、４１３ａ，４１３ｂ…レンズ、４１４…レンズアレイ、４１４ａ…レンズ、４１５…レンズアレイ、４１５ａ…レンズ、４１６…偏光変換素子、４１７…重畳レンズ、４２０…色分離光学系、４２１，４２２…ダイクロイックミラー、４２３，４２４，４２５…ミラー、４２６，４２７…リレーレンズ、４２８Ｒ，４２８Ｇ，４２８Ｂ…フィールドレンズ、４３０Ｒ，４３０Ｇ，４３０Ｂ…光変調素子、４４０…スクリーン

Claims (5)

  1. フォトニック結晶構造体で構成される共振部を有する共振器をｐ個有し、
    前記共振部において共振する光は、複数の共振方向に共振し、
    前記共振部は、前記複数の共振方向における長さが全て等しく、
    前記共振部は、第１軸に沿ってｑ個並んで列をなし、
    前記列は、第２軸に沿ってｒ個並び、
    ｐ＝ｑ×ｒであり、
    ｒ個の前記列のうちで前記第２軸の最も一方側に位置する前記列において、前記第１軸の最も一方側に位置する前記共振部と、ｒ個の前記列のうちで前記第２軸の最も他方側に位置する前記列において、前記第１軸の最も一方側に位置する前記共振部と、の間の距離と、
    ｒ個の前記列のうちで前記第２軸の最も一方側に位置する前記列において、前記第１軸の最も一方側に位置する前記共振部と、前記第１軸の最も他方側に位置する前記共振部と、の間の距離とは、異なり、
    前記複数の共振方向は、前記第１軸に沿った方向および前記第２軸に沿った方向を含み、
    前記第１軸および前記第２軸を含む平面と直交する第３軸に沿った方向から見た平面視において、前記共振部の前記第１軸に沿った長さと、前記共振部の前記第２軸に沿った長さとは、等しい、発光装置。
  2. 請求項１において、
    前記フォトニック結晶構造体のナノ構造体は、正方格子状に配列され、
    前記第１軸および前記第２軸は、互いに直交し、
    前記複数の共振方向は、前記第１軸に沿った方向および前記第２軸に沿った方向である、発光装置。
  3. 請求項１において、
    前記フォトニック結晶構造体のナノ構造体は、正三角格子状に配列され、
    前記第２軸は、前記第１軸に対して１２０°傾き、
    前記複数の共振方向は、前記第１軸に沿った方向、前記第２軸に沿った方向、および前記第１軸に対して６０°傾く第４軸に沿った方向である、発光装置。
  4. 請求項１ないし３のいずれか１項に記載の発光装置を有する、プロジェクター。
  5. 請求項４において、
    前記発光装置から射出された光を集光する集光光学系と、
    前記集光光学系から射出された光によって励起される蛍光体と、
    を有する、プロジェクター。
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