JP7188690B2 - プロジェクター - Google Patents

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Description

本発明は、プロジェクターに関する。
近年、プロジェクターは、特にデジタルサイネージ市場や教育市場において、より明るい環境下で大画面に投影するニーズが高まっており、さらなる高輝度化が求められている。また、従来からプロジェクター用光源として広く利用されている水銀ランプは、次第に暗くなり突然切れるという寿命の問題や、水銀規制という環境問題があった。そこでプロジェクターの光源は、高輝度発光し、長寿命で環境に優しいＬＥＤ（Light Emitting Diode）やレーザー等の固体光源に、徐々に移行しつつある。
例えば特許文献１には、ＬＥＤ光源と、液晶表示パネルと、クロスダイクロイックプリズムと、投射レンズと、を有するプロジェクターが記載されている。
特開２００７－９４３８４号公報
しかしながら、特許文献１では、ＬＥＤ光源は、液晶表示パネルを均一に照明するため、ＬＥＤ光源と液晶表示パネルとの間に、ロッドインテグレーターを設けている。したがって、サイズが大きくなり小型化を図ることが難しい。
本発明に係るプロジェクターの一態様は、
レーザー光源と、
前記レーザー光源から出射された光を、画像情報に応じて変調させる光変調素子と、
を有し、
前記レーザー光源は、
基板と、
光を発する発光層を有し、前記発光層が発する光を、前記基板の面内方向に閉じ込め、前記基板の法線方向に出射させるフォトニック結晶構造体と、
を有する。
前記プロジェクターの一態様において、
前記フォトニック結晶構造体は、周期的に配置された柱状部を有してもよい。
前記プロジェクターの一態様において、
前記柱状部は、前記発光層を有してもよい。
前記プロジェクターの一態様において、
前記フォトニック結晶構造体は、孔が周期的に設けられる層を有してもよい。
前記プロジェクターの一態様において、
前記層は、前記発光層を有してもよい。
本発明に係るプロジェクターの一態様は、
レーザー光源と、
前記レーザー光源から出射された光を、画像情報に応じて変調させる光変調素子と、
を有し、
前記レーザー光源は、
基板と、
光を発する発光層と、
前記発光層が発する光を、前記基板の面内方向に閉じ込め、前記基板の法線方向に出射させるフォトニック結晶構造体と、
を有する。
前記プロジェクターの一態様において、
前記フォトニック結晶構造体は、周期的に配置された柱状部を有してもよい。
前記プロジェクターの一態様において、
前記フォトニック結晶構造体は、孔が周期的に設けられる層を有してもよい。
第１実施形態に係るプロジェクターを模式的に示す図。 第１実施形態に係るプロジェクターのレーザー光源を模式的に示す断面図。 第１実施形態に係るプロジェクターの発光素子を模式的に示す平面図。 第１実施形態に係るプロジェクターのフォトニック結晶構造体を模式的に示す平面図。 第１実施形態に係るプロジェクターのレーザー光源の製造工程を模式的に示す断面図。 第１実施形態に係るプロジェクターのレーザー光源の製造工程を模式的に示す断面図。 第１実施形態に係るプロジェクターのレーザー光源の製造工程を模式的に示す断面図。 第１実施形態に係るプロジェクターの光変調素子を模式的に示す平面図。 第１実施形態に係るプロジェクターの光変調素子を模式的に示す断面図。 透過型の液晶ライトバルブへ入射する光の最大入射角度と、投射レンズにおける光の透過率と、の関係を示すグラフ 第１実施形態に係るプロジェクターの発光素子を模式的に示す断面図。 第１実施形態の第１変形例に係るプロジェクターのレーザー光源を模式的に示す断面図。 第１実施形態の第２変形例に係るプロジェクターの発光素子を模式的に示す断面図。 第２実施形態に係るプロジェクターの発光素子を模式的に示す断面図。 第２実施形態に係るプロジェクターのフォトニック結晶構造体を模式的に示す平面図。 第２実施形態の変形例に係るプロジェクターの発光素子を模式的に示す断面図。
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． プロジェクター
まず、第１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１は、第１実施形態に係るプロジェクター１０００を模式的に示す図である。
プロジェクター１０００は、図１に示すように、例えば、レーザー光源１０と、光変調素子２０と、クロスダイクロイックプリズム３０と、投射レンズ４０と、を有している。
レーザー光源１０は、レーザー光を出射する。レーザー光源１０は、複数設けられている。具体的には、レーザー光源１０は、３つ設けられている。３つのレーザー光源１０のうちの第１レーザー光源１０Ｒは、赤色光を出射する。赤色光の波長は、６２０ｎｍ以上７５０ｎｍ以下である。３つのレーザー光源１０のうちの第２レーザー光源１０Ｇは、緑色光を出射する。緑色光の波長は、４９５ｎｍ以上５７０ｎｍ以下である。３つのレーザー光源１０のうちの第３レーザー光源１０Ｂは、青色光を出射する。青色光の波長は、４００ｎｍ以上４８０ｎｍ以下である。
光変調素子２０は、レーザー光源１０から出射された光を、画像情報に応じて変調させる。光変調素子２０は、例えば、レーザー光源１０から出射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１０００は、ＬＣＤ（liquid crystal display）プロジェクターである。
光変調素子２０は、複数設けられている。具体的には、光変調素子２０は、３つ設けられている。３つの光変調素子２０のうちの第１光変調素子２０Ｒは、第１レーザー光源１０Ｒから出射された光を変調させる。３つの光変調素子２０のうちの第２光変調素子２０Ｇは、第２レーザー光源１０Ｇから出射された光を変調させる。３つの光変調素子２０のうちの第３光変調素子２０Ｂは、第３レーザー光源１０Ｂから出射された光を変調させる。
図示の例では、プロジェクター１０００は、補償板５０と、偏光板５２と、を有している。補償板５０は、レーザー光源１０と光変調素子２０との間の光路に設けられている。補償板５０は、レーザー光源１０から出射された光が、光変調素子２０の液晶層において偏光が乱れる分を補償することができる。偏光板５２は、光変調素子２０とクロスダイクロイックプリズム３０との間の光路に設けられている。偏光板５２は、光変調素子２０を透過した光の偏光を整えることができる。
クロスダイクロイックプリズム３０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。
投射レンズ４０は、クロスダイクロイックプリズム３０で合成された光を、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。
次に、レーザー光源１０の構成について説明する。図２は、レーザー光源１０を模式的に示す断面図である。図３は、レーザー光源１０の発光素子１０１を模式的に示す平面図である。レーザー光源１０は、図２に示すように、例えば、発光素子１０１と、サブマウント１３０と、パッケージ１４０と、を有している。
発光素子１０１は、パッケージ１４０に収容されている。発光素子１０１は、図２および図３に示すように、例えば、基板１０２と、バッファー層１０３と、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、第１電極１２２と、第２電極１２４と、を有している。
基板１０２は、例えば、サファイア基板、ＳｉＣ基板、Ｓｉ基板、ＧａＡｓ基板、ＧａＮ基板などである。なお、冷却効率を考慮すると、基板１０２は、熱伝導率の高いＳｉ基板であることが好ましい。発光素子１０１は、図２に示すように、基板１０２側をサブマウント１３０側に向けて、サブマウント１３０に実装されている。すなわち、発光素子１０１は、ジャンクションアップの状態で実装されている。
バッファー層１０３は、基板１０２上に設けられている。バッファー層１０３は、基板１０２と反射層１０４との間の格子定数の差に基づく応力を緩和することができる。
なお、「上」とは、フォトニック結晶構造体１０８の半導体層１１２と発光層１１４との積層方向（以下、単に「積層方向」ともいう）において、発光層１１４からみて基板１０２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１１４からみて基板１０２に近づく方向のことである。
反射層１０４は、バッファー層１０３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、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。
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、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を選択的に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、αＳｉＯ２層等の酸化シリコン層、窒化シリコン層などの非極性の層である。
フォトニック結晶構造体１０８は、基板１０２に設けられている。図示の例では、フォトニック結晶構造体１０８は、バッファー層１０３，１０６および反射層１０４を介して、基板１０２上に設けられている。フォトニック結晶構造体１０８は、柱状部１１０と、光伝搬層１１８と、パッシベーション層１１９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、基板１０２の法線方向に出射させる。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。「基板１０２の法線方向」とは、積層方向のことである。レーザー光源１０は、フォトニック結晶構造体１０８を有するフォトニック結晶レーザーである。
柱状部１１０は、バッファー層１０６上に設けられている。ここで、図４は、フォトニック結晶構造体１０８を模式的に示す平面図である。なお、便宜上、図４では、パッシベーション層１１９の図示を省略している。
柱状部１１０の平面形状は、図４に示すように、例えば、円である。図示はしないが、柱状部１１０の平面形状は、正六角形等の多角形であってもよい。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、例えば、ナノコラム、ナノワイヤー、ナノロッド、ナノピラーとも呼ばれる。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の平面形状が多角形の場合は、該多角形を内部に含む最小の円、すなわち最小包含円の直径である。また、「平面形状」とは、積層方向からみた形状のことである。
柱状部１１０は、複数設けられている。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４に示す例では、複数の柱状部１１０は、積層方向からみて、例えば、四角格子状に配置されている。
柱状部１１０は、図２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。図示の例では、半導体層１１２，１１６および発光層１１４の上面は、ファセット面である。
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は、例えば、ＧａＮ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。
パッシベーション層１１９は、発光層１１４の側面に設けられている。パッシベーション層１１９は、発光層１１４の側面での非発光再結合を抑制することができる。パッシベーション層１１９は、例えば、酸化シリコン層、窒化シリコン層などである。
レーザー光源１０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。レーザー光源１０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により積層方向と直交する方向に光伝搬層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、積層方向と直交する方向（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。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、レーザー光源１０は、第２電極１２４側から光を出射することができる。
レーザー光源１０から出射された光の放射角は、１°未満であり、例えば端面型の半導
体レーザーや、ＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser）に比べて、小さい。レーザー光源１０は、小さなエテンデューを有することができる。
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は、例えば、発光層１１４で生じる光に対して透明な透明部分１２４ａと、発光層１１４で生じる光に対して透明ではない非透明部分１２４ｂと、を有している。透明部分１２４ａの材質は、例えば、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）、ＩＺＯ（Indium Zinc Oxide）である。非透明部分１２４ｂの材質は、例えば、第１電極１２２と同じである。図３に示す例では、非透明部分１２４ｂは、積層方向からみて、透明部分１２４ａを囲っている。
サブマウント１３０は、図２に示すように、基板１０２と、パッケージ１４０の基部１４２と、の間に設けられている。サブマウント１３０の材質は、例えば、銅、アルミニウムなどである。サブマウント１３０と基板１０２とは、接合層１３２によって接合されている。サブマウント１３０と基部１４２とは、接合層１３４によって接合されている。接合層１３２，１３４としては、例えば、はんだ、銀ペーストを用いる。
パッケージ１４０は、基部１４２と、壁部１４４と、蓋部１４６と、を有している。基部１４２の材質は、例えば、銅である。壁部１４４は、接合層１４３を介して、基部１４２に設けられている。壁部１４４の材質は、金属である。接合層１４３としては、例えば、銀ロウを用いる。
壁部１４４には、第１支持部１５０と、第１支持部１５０に支持された第１接続端子１５２が設けられている。第１支持部１５０および第１接続端子１５２は、複数設けられている。第１接続端子１５２は、第１ワイヤー１５４を介して、第１電極１２２と電気的に接続されている。
壁部１４４には、第２支持部１６０と、第２支持部１６０に支持された第２接続端子１６２が設けられている。第２支持部１６０および第２接続端子１６２は、複数設けられている。第２接続端子１６２は、第２ワイヤー１６４を介して、第２電極１２４と電気的に接続されている。支持部１５０，１６０の材質は、例えば、低融点ガラスである。接続端子１５２，１６２およびワイヤー１５４，１６４の材質は、例えば、金属である。
蓋部１４６は、金属フレーム１４５を介して、壁部１４４に接合されている。金属フレーム１４５の材質は、例えば、コバールである。蓋部１４６は、例えば、金属フレーム１
４５を介して、壁部１４４にシーム溶接されている。蓋部１４６は、発光素子１０１から出射された光を透過する。蓋部１４６は、例えば、ガラスからなる第１部分１４６ａと、第１部分１４６ａを囲む低融点ガラスからなる第２部分１４６ｂと、を有している。
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、出射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。
上記のプロジェクター１０００では、第１レーザー光源１０Ｒにおける柱状部１１０の第1の径、第２レーザー光源１０Ｇにおける柱状部１１０の第２の径、第３レーザー光源１０Ｂにおける柱状部１１０の第３の径は、異なっていてもよい。すなわち、第1の径は第２の径よりも大きく、第２の径は第３の径よりも大きくてもよい。第１の径は、例えば、５０ｎｍ以上かつ４００ｎｍ以下である。第２の径は、例えば、５０ｎｍ以上かつ３００ｎｍ以下である。第３の径は、例えば、５０ｎｍ以上かつ２００ｎｍ以下である。
また、第１レーザー光源１０Ｒにおける柱状部１１０の第1のピッチ、第２レーザー光源１０Ｇにおける柱状部１１０の第２のピッチ、第３レーザー光源１０Ｂにおける柱状部１１０の第３のピッチは、異なっていてもよい。すなわち、第1のピッチは第２のピッチよりも大きく、第２のピッチは第３のピッチよりも大きくてもよい。第１のピッチは、例えば、１００ｎｍ以上かつ４５０ｎｍ以下である第２のピッチは、例えば、１００ｎｍ以上かつ３５０ｎｍ以下である第３のピッチは、例えば、１００ｎｍ以上かつ２５０ｎｍ以下である。
また、第１レーザー光源１０Ｒにおける柱状部１１０の積層方向における第1の大きさ、第２レーザー光源１０Ｇにおける柱状部１１０の積層方向における第２の大きさ、第３レーザー光源１０Ｂにおける柱状部１１０の積層方向における第３の大きさは、異なっていてもよい。すなわち、第1の大きさは第２の大きさよりも小さく、第２の大きさは第３の大きさよりも小さくてよい。
次に、レーザー光源１０の製造方法について、図面を参照しながら説明する。図５～図７は、レーザー光源１０の製造工程を模式的に示す断面図である。
図５に示すように、基板１０２上に、バッファー層１０３、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、例えば、ＭＯＣＶＤ法やＭＢＥ法などでマスク層１２８を形成し、フォトリソグラフィーおよびエッチングにより所定の形状にパターニングする。
図６に示すように、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、柱状部１１０の側面および上面に、パッシベーション層１１９を形成する。パッシベーション層１１９は、例えば、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法、スパッタ
法などにより形成される。
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。
次に、柱状部１１０の上面に設けられたパッシベーション層１１９を、エッチングなどにより除去する。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。
図７に示すように、例えばＭＯＣＶＤ法やＭＢＥ法などにより、フォトニック結晶構造体１０８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。本工程により、発光素子１０１を形成することができる。
図２に示すように、サブマウント１３０をパッケージ１４０の基部１４２に接合させた後、発光素子１０１をサブマウント１３０に実装する。次に、第１ワイヤー１５４によって第１電極１２２と第１接続端子１５２とを電気的に接続し、第２ワイヤー１６４によって第２電極１２４と第２接続端子１６２とを電気的に接続する。次に、パッケージ１４０の蓋部１４６を壁部１４４に接合する。
以上の工程により、レーザー光源１０を形成することができる。
次に、光変調素子２０の構成について説明する。図８は、光変調素子２０を模式的に示す平面図である。図９は、光変調素子２０を模式的に示す図８のＩＸ－ＩＸ線断面図である。
光変調素子２０は、図８および図９に示すように、互いに対向配置された素子基板２１０および対向基板２２０と、これら一対の基板によって挟持された液晶層２３０と、を有している。素子基板２１０の基材２１１および対向基板２２０の基材２２１は、レーザー光源１０から出射された光を透過させる石英基板やガラス基板などである。
素子基板２１０は、対向基板２２０よりも一回り大きい。素子基板２１０と対向基板２２０とは、対向基板２２０の外縁部に沿って額縁状に配置されたシール材２４０を介して貼り合わされている。素子基板２１０と対向基板２２０との隙間に、正または負の誘電異方性を有する液晶が封入されて、液晶層２３０が構成されている。シール材２４０は、例えば、熱硬化性または紫外線硬化性のエポキシ樹脂などの接着剤である。シール材２４０には、一対の基板の間隔を一定に保持するためのスペーサー（図示省略）が混入されている。
シール材２４０の内側には、複数の画素Ｐがマトリックス状に配列した表示領域Ｅが設けられている。対向基板２２０には、シール材２４０と表示領域Ｅとの間に表示領域Ｅを取り囲む見切り部２２２が設けられている。見切り部２２２の材質は、例えば、遮光性の金属または該金属の合金や酸化物などである。なお、表示領域Ｅは、表示に寄与する複数の画素Ｐに加えて、複数の画素Ｐを囲むように配置されたダミー画素を含むとしてもよい。
素子基板２１０には、複数の外部接続端子２１２が配列した端子部が設けられている。素子基板２１０の上記端子部に沿った第１の辺部と、シール材２４０と、の間にデータ線駆動回路２５０が設けられている。また、第１の辺部に対向する第２の辺部に沿ったシー
ル材２４０と、表示領域Ｅと、の間に検査回路２５１が設けられている。さらに、第１の辺部と直交し互いに対向する第３の辺部および第４の辺部に沿ったシール材２４０と、表示領域Ｅと、の間に走査線駆動回路２５２が設けられている。第２の辺部のシール材２４０と、検査回路２５１と、の間には、２つの走査線駆動回路２５２を繋ぐ複数の配線２５３が設けられている。
これらデータ線駆動回路２５０、走査線駆動回路２５２に繋がる配線は、第１の辺部に沿って配置された複数の外部接続端子２１２に接続されている。
図９に示すように、素子基板２１０は、例えば、基材２１１と、基材２１１の液晶層２３０側の面に形成されたＴＦＴ（Thin Film Transistor）２１３および画素電極２１４と、画素電極２１４を覆う配向層２１５と、を有している。ＴＦＴ２１３や画素電極２１４は、画素Ｐの構成要素である。
ＴＦＴ２１３は、入力された画像情報に応じて、画素電極２１４と対向電極２２４との間の電圧を変化させ、液晶層２３０を通過する光を変調させる。これにより、画素Ｐごとに明るさを変えることができ、画像を形成することができる。ＴＦＴ２１３は、薄膜トランジスターである。
対向基板２２０は、例えば、基材２２１と、基材２２１の液晶層２３０側の面に順に積層された見切り部２２２と、平坦化層２２３と、対向電極２２４と、配向層２２５と、を有している。
見切り部２２２は、図８に示すように、表示領域Ｅを取り囲むと共に、平面視において走査線駆動回路２５２および検査回路２５１と重なる位置に設けられている。これにより対向基板２２０側からこれらの駆動回路を含む周辺回路に入射する光を遮り、周辺回路が光によって誤動作することを防止する役割を有している。また、不必要な迷光が表示領域Ｅに入射しないように遮光して、表示領域Ｅの表示における高いコントラストを確保している。図３に示す第２電極１２４の透明部分１２４ａの大きさは、表示領域Ｅと同じ、または、１回り大きい。そのため、レーザー光源１０から出射された光を、均一に無駄なく表示領域Ｅに照射することができる。
平坦化層２２３は、例えばシリコン酸化物などの無機材料からなり、透光性を有して見切り部２２２を覆うように設けられている。平坦化層２２３は、平坦化層２２３に形成される対向電極２２４の表面凹凸を緩和可能な程度の膜厚を有している。
対向電極２２４は、例えば、ＩＴＯやＩＺＯなどの透明導電膜からなる。対向電極２２４は、平坦化層２２３を覆っている。対向電極２２４は、図８に示すように、対向基板２２０の四隅に設けられた導通部２２６により素子基板２１０側の配線に電気的に接続されている。
画素電極２１４を覆う配向層２１５および対向電極２２４を覆う配向層２２５の材質は、例えば、シリコン酸化物などの無機材料である。配向層２１５，２２５は、無機配向層の他にポリイミドなどの有機配向層であってもよい。
プロジェクター１０００は、例えば、以下の特徴を有する。
プロジェクター１０００では、レーザー光源１０は、基板１０２と、光を発する発光層１１４を有し、発光層１１４が発する光を、基板１０２の面内方向に閉じ込め、基板１０２の法線方向に出射させるフォトニック結晶構造体１０８と、を有する。そのため、プロ
ジェクター１０００では、例えば光源としてＬＥＤや端面発光型の半導体レーザーを用いた場合に比べて、レーザー光源１０から出射された光の放射角を小さくすることができ、集光レンズやロッドインテグレーターなどを用いることなく、光変調素子２０を照射することができる。したがって、プロジェクター１０００では、小型化を図ることができる。
さらに、集光レンズやロッドインテグレーターなどを用いないため、集光レンズ等における光量損失を低減でき、高輝度化を図ることができる。その結果、効率のよいプロジェクター１０００を実現することができる。さらに、レーザー光源１０から出射された光の放射角を小さくすることができるため、光変調素子２０のＴＦＴ２１３や配線に入射する光を減らすことができる。そのため、光変調素子２０の透過率を高くすることができ、明るいプロジェクター１０００を実現することができる。さらに、ＴＦＴ２１３へ光が入射することで発生する、画素ムラやフリッカーといった画質が悪化する現象を抑制することができる。さらに、Ｆ値（F-number）が大きな小口径の投射レンズ４０を用いることができる。
ここで、図１０は、透過型の液晶ライトバルブへ入射する光の最大入射角度と、投射レンズにおける光の透過率と、の関係を示すグラフである。投射レンズにおける光の透過率が高いほど、明るいプロジェクターを実現することができる。光源と液晶ライトバルブとの間にレンズを配置し、該レンズのＦ値を変化させて、液晶ライトバルブへの光の入射角を変化させた。また、投射レンズは、Ｆ値が１．５のものと２．０のものを用意した。
図１０に示すように、液晶ライトバルブへの光の入射角が小さいほど、投射レンズにおける光の透過率が大きくなり、明るいプロジェクターを実現できることがわかる。
さらに、図示はしないが、光変調素子２０が光を画素電極２１４に集光させるためのマイクロレンズアレイを有している場合は、レーザー光源１０から出射された光の放射角が小さいので、マイクロレンズアレイのレンズパワーを小さくすることができる。そのため、マイクロレンズアレイにおける偏光解消が小さく、プロジェクター１０００のコントラストを向上させることができる。さらに、集光を抑えることができるため、光変調素子２０の寿命を向上させることができる。
なお、上記では、図２に示すように、発光素子１０１の半導体層１１２，１１６および発光層１１４の上面は、ファセット面であったが、図１１に示すように、発光素子１０１の半導体層１１２，１１６および発光層１１４の上面は、ｃ面であってもよい。例えば、柱状部１１０の成長条件や材質を変化させることにより、半導体層１１２，１１６および発光層１１４の上面を、ｃ面とすることができる。
１．２．変形例
１．２．１． 第１変形例
次に、第１実施形態の第１変形例に係るプロジェクター１１００について、図面を参照しながら説明する。図１２は、第１実施形態の第１変形例に係るプロジェクター１１００のレーザー光源１０を模式的に示す断面図である。
以下、第１実施形態の第１変形例に係るプロジェクター１１００において、上述した第１実施形態に係るプロジェクター１０００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１実施形態の第２変形例に係るプロジェクターについて同様である。
上述したプロジェクター１０００では、図２に示すように、発光素子１０１は、基板１０２側をサブマウント１３０側に向けて、サブマウント１３０に実装されていた。これに
対し、プロジェクター１１００では、図１２に示すように、発光素子１０１は、第２電極１２４側をサブマウント１３０側に向けて、サブマウント１３０に実装されている。すなわち、発光素子１０１は、ジャンクションダウンの状態で実装されている。
プロジェクター１１００では、第１電極１２２は、バンプである。第１電極１２２は、接合層１３５、配線１３７、および第１ワイヤー１５４を介して、第１接続端子１５２と電気的に接続されている。第２電極１２４は、接合層１３６、配線１３８、および第２ワイヤー１６４を介して、第２接続端子１６２と電気的に接続されている。第２電極１２４の材質は、例えば、発光層１１４で生じる光に対して透明ではない金属である。接合層１３５，１３６としては、例えば、はんだを用いる。配線１３７，１３８の材質は、例えば、銅、アルミニウムである。
反射層１０４は、半導体層１２０と第２電極１２４との間に設けられている。反射層１０４は、第２電極１２４側に進行する光を、基板１０２側に反射させる。これにより、発光素子１０１は、基板１０２側から光を出射する。反射層１０４は、例えば、ＤＢＲ層、金属層である。基板１０２は、例えば、サファイア基板である。
１．２．２． 第２変形例
次に、第１実施形態の第２変形例に係るプロジェクター１２００について、図面を参照しながら説明する。図１３は、第１実施形態の第２変形例に係るプロジェクター１２００の発光素子１０１を模式的に示す断面図である。
上述したプロジェクター１０００の発光素子１０１では、図２に示すように、フォトニック結晶構造体１０８の柱状部１１０は、発光層１１４を有していた。これに対し、プロジェクター１２００の発光素子１０１では、図１３に示すように、柱状部１１０は、発光層１１４を有していない。
プロジェクター２０００では、柱状部１１０の材質は、例えば、Ｓｉがドープされたｎ型のＧａＮである。フォトニック結晶構造体１０８は、柱状部１１０と、隣り合う柱状部１１０の間隙１１１と、によって構成されている。図示の例では、柱状部１１０上に、上方に向けて徐々に径が大きくなるテーパー部１１３を有している。テーパー部１１３の材質は、柱状部１１０と同じである。なお、テーパー部１１３は、設けられていなくてもよい。
半導体層１１２は、テーパー部１１３上に設けられている。発光層１１４は、半導体層１１２上に設けられている。半導体層１１６は、発光層１１４上に設けられている。第１電極１２２は、半導体層１１２上に設けられている。第２電極１２４は、半導体層１１６上に設けられている。なお、図示はしないが、半導体層１１２，１１６および発光層１１４は、基板１０２とフォトニック結晶構造体１０８との間に設けられていてもよい。
プロジェクター２０００のように、フォトニック結晶構造体１０８が発光層１１４を有していない場合には、発光層１１４からフォトニック結晶構造体１０８側に漏れた光が、積層方向と直交する方向に閉じ込められて、積層方向に出射される。
２． 第２実施形態
２．１． プロジェクター
次に、第２実施形態に係るプロジェクター２０００について、図面を参照しながら説明する。図１４は、第２実施形態に係るプロジェクター２０００の発光素子１０１を模式的に示す断面図である。図１５は、第２実施形態に係るプロジェクター２０００のフォトニック結晶構造体１０８を模式的に示す平面図である。なお、便宜上、図１５では、パッシ
ベーション層１１９の図示を省略している。
以下、第２実施形態に係るプロジェクター２０００において、上述した第１実施形態に係るプロジェクター１０００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。
上述したプロジェクター１０００では、図２および図４に示すように、フォトニック結晶構造体１０８は、周期的に配置された柱状部１１０を有していた。これに対し、プロジェクター２０００は、図１４および図１５に示すように、フォトニック結晶構造体１０８は、孔１７０が周期的に設けられたフォトニック結晶層１７２を有する。これにより、発光素子１０１は、フォトニック結晶効果を発現することができる。孔１７０は、複数設けられている。図示の例では、フォトニック結晶構造体１０８は、孔１７０が周期的に設けられたフォトニック結晶層１７２で構成されている。
フォトニック結晶層１７２は、半導体層１１２と、半導体層１１２上に設けられた発光層１１４と、発光層１１４上に設けられた半導体層１１６と、を有している。フォトニック結晶層１７２は、半導体層１１２、発光層１１４、および半導体層１１６を形成した後、例えば、フォトリソグラフィーおよびエッチングによるパターニングによって孔１７０を形成することにより形成される。
孔１７０の内面には、パッシベーション層１１９が設けられている。孔１７０には、光伝搬層１１８が設けられている。図示の例では、孔１７０は、光伝搬層１１８およびパッシベーション層１１９によって充填されている。
プロジェクター２０００では、フォトニック結晶層１７２に孔１７０を形成するだけで容易に、フォトニック結晶構造体１０８を形成することができる。
２．２． 変形例
次に、第２実施形態の変形例に係るプロジェクター２１００について、図面を参照しながら説明する。図１６は、第２実施形態の変形例に係るプロジェクター２１００の発光素子１０１を模式的に示す断面図である。
以下、第２実施形態の変形例に係るプロジェクター２１００において、上述した第２実施形態に係るプロジェクター２０００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。
上述したプロジェクター２０００の発光素子１０１では、図１４に示すように、フォトニック結晶層１７２は、発光層１１４を有していた。これに対し、プロジェクター２１００の発光素子１０１では、図１６に示すように、フォトニック結晶層１７２は、発光層１１４を有していない。
プロジェクター２１００では、フォトニック結晶層１７２の材質は、例えば、Ｍｇがドープされたｐ型のＧａＮである。フォトニック結晶層１７２は、半導体層１１６上に設けられている。半導体層１２０は、フォトニック結晶層１７２条に設けられている。
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、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、実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
１０…レーザー光源、１０Ｒ…第１レーザー光源、１０Ｇ…第２レーザー光源、１０Ｂ…第３レーザー光源、２０…光変調素子、２０Ｒ…第１光変調素子、２０Ｇ…第２光変調素子、２０Ｂ…第３光変調素子、３０…クロスダイクロイックプリズム、４０…投射レンズ、５０…補償板、５２…偏光板、１０２…基板、１０３…バッファー層、１０４…反射層、１０６…バッファー層、１０８…フォトニック結晶構造体、１１０…柱状部、１１１…間隙、１１２…半導体層、１１３…テーパー部、１１４…発光層、１１６…半導体層、１１８…光伝搬層、１１９…パッシベーション層、１２０…半導体層、１２２…第１電極、１２４…第２電極、１２４ａ…透明部分、１２４ｂ…非透明部分、１２８…マスク層、１３０サブマウント、１３２，１３４，１３５，１３６…接合層、１３７，１３８…配線、１４０…パッケージ、１４２…基部、１４４…壁部、１４５…金属フレーム、１４６…蓋部、１４６ａ…第１部分、１４６ｂ…第２部分、１５０…第１支持部、１５２…第１接続端子、１５４…第１ワイヤー、１６０…第２支持部、１６２…第２接続端子、１６４…第２ワイヤー、１７０…孔、１７２…フォトニック結晶層、２１０…素子基板、２１１…基材、２１２…外部接続端子、２１３…ＴＦＴ、２１４…画素電極、２１５…配向層、２２０…対向基板、２２１…基材、２２２…見切り部、２２３…平坦化層、２２４…対向電極、２２５…配向層、２２６…導通部、２３０…液晶層、２４０…シール材、２５０…データ線駆動回路、２５１…検査回路、２５２…走査線駆動回路、２５３…配線、１１００，１２００，２０００，２１００…プロジェクター

Claims (2)

  1. レーザー光源と、
    前記レーザー光源から出射された光を、画像情報に応じて変調させる光変調素子と、
    を有し、
    前記レーザー光源は、
    発光素子と、
    前記発光素子を収容しているパッケージと、
    を有し、
    前記発光素子は、
    基板と、
    光を発する発光層を有し、前記発光層が発する光を、前記基板の面内方向に閉じ込め、前記基板の法線方向に出射させるフォトニック結晶構造体と、
    を有し、
    前記フォトニック結晶構造体は、周期的に配置された複数の柱状部を有し、
    前記複数の柱状部の各々は、
    前記発光層と、
    前記基板と前記発光層との間に設けられている第１半導体層と、
    前記発光層と前記光変調素子との間に設けられている第２半導体層と、
    を有し、
    前記基板に、前記第１半導体層と電気的に接続されている第１電極が設けられ、
    前記第２半導体層と前記光変調素子の間に、前記第２半導体層と電気的に接続され、かつ、前記フォトニック結晶構造体が出射する光を透過する第２電極が設けられて、
    前記パッケージは、
    前記基板が設けられた基部と、
    前記基部に接合された壁部と、
    前記壁部に接合された蓋部と、
    を有し、
    前記壁部には、
    第１ワイヤーを介して、前記第１電極と電気的に接続されている第１接続端子と、
    第２ワイヤーを介して、前記第２電極と電気的に接続されている第２接続端子と、
    が設けられ、
    前記基板の法線方向において、
    前記第１電極は、前記発光層よりも前記基部側に位置し、
    前記第２電極は、前記発光層よりも前記蓋部側に位置し、
    前記第１接続端子は、前記発光層よりも前記基部側に位置し、
    前記第２接続端子は、前記発光層よりも前記蓋部側に位置している、プロジェクター。
  2. 請求項１において、
    前記基板の法線方向からみて、前記第１電極は、前記フォトニック結晶構造体および前記第２電極の周囲を囲って設けられている、プロジェクター。
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