KR20060105476A

KR20060105476A - 발광 소자, 발광 소자의 제조 방법 및 화상 표시 장치

Info

Publication number: KR20060105476A
Application number: KR1020060027750A
Authority: KR
Inventors: 다이스케 야마우치
Original assignee: 세이코 엡슨 가부시키가이샤
Priority date: 2005-03-29
Filing date: 2006-03-28
Publication date: 2006-10-11
Also published as: US7338188B2; JP2006310737A; TW200635086A; CN1841799A; CN100446287C; US20060221633A1; TWI292229B; KR100826357B1; EP1708286A2

Abstract

본 발명은 높은 외부 취출 효율로, 소정의 조명 방향으로 효율 좋게 광을 공급하는 것이 가능하여, 용이하고 또한 저렴하게 제조하는 것이 가능한 발광 소자 등을 제공하기 위한 것으로, 기준면(SS) 상에 마련되어 광을 공급하는 발광부(104)와, 발광부(104)의 출사 쪽에 마련되어 발광부(104)로부터의 광을 투과시키는 광학부(101)를 갖되, 광학부(101)는, 기준면(SS)에 대략 평행한 이차원 방향에 대해 굴절율이 주기적으로 변화하도록 형성되고, 또한 발광부(104)에 대해서 별도 형성 가능한 구성을 갖는다.

Description

발광 소자, 발광 소자의 제조 방법 및 화상 표시 장치{LIGHT EMITTING DEVICE, METHOD FOR MANUFACTURING LIGHT EMITTING DEVICE, AND IMAGE DISPLAY DEVICE}

도 1a는 본 발명의 실시예 1에 따른 LED의 주요부 사시 구성을 도시하는 도면,

도 1b는 종래의 LED의 방사 분포 특성을 설명하는 도면,

도 2는 광학부를 마련하는 것에 의한 LED의 방사 분포 특성의 변화를 설명하는 도면,

도 3은 광학부를 마련하는 것에 의한 LED의 방사 분포 특성의 변화를 설명하는 도면,

도 4는 XY 평면에 있어서의 방사 분포 특성의 변화를 설명하는 도면,

도 5는 XY 평면에 있어서의 방사 분포 특성의 변화를 설명하는 도면,

도 6은 LED의 제조 과정을 설명하는 도면,

도 7은 LED의 제조 과정을 설명하는 도면,

도 8a는 실시예 1의 변형예에 따른 LED의 제조 과정을 설명하는 도면,

도 8b는 광학부 및 발광부를 지지할 수 있는 기판을 이용하는 구성을 설명하는 도면,

도 9는 곡면을 갖는 발광부와 광학부를 조합하는 예를 설명하는 도면,

도 10은 곡면을 갖는 발광부와 광학부를 조합하는 예를 설명하는 도면,

도 11은 실시예 1의 변형예에 따른 광학부의 주요부 사시 구성을 도시하는 도면,

도 12는 본 발명의 실시예 2에 따른 광학부의 주요부 사시 구성을 도시하는 도면,

도 13은 XY 평면 상에 있어서의 볼록부의 배치를 도시하는 도면,

도 14는 LED의 방사 분포 특성을 도시하는 도면,

도 15는 LED의 특성과, 볼록부의 애스펙트 비의 관계를 설명하는 도면,

도 16은 본 발명의 실시예 3에 따른 프로젝터의 개략 구성을 도시하는 도면.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

100 : LED 101 : 광학부

102 : 볼록부 103 : 박막

104 : 발광부 105 : p형 반도체층

106 : 활성층 107 : n형 반도체층

108 : 접착층 SS : 기준면

601 : 기판 602 : 레지스트층

603 : 금속층 605 : 실리콘 수지층

706 : 접착제 800 : LED

801 : 지지부 806 : 유동성 재료

808 : 완충층 820 : LED

821 : 기판 901 : 광학부

904 : 발광부 1000 : 형광 발광 소자

1101 : 광학부 1102, 1103 : 광학 소자

1201 : 광학부 1202, 1202a, 1202b, 1202c : 볼록부

1600 : 프로젝터 100R, 100G, 100B : 광원부

110R, 110G, 110B : 공간 광변조 장치

112 : 크로스 다이크로익 프리즘 112a, 112b : 다이크로익 막

115R, 115G, 115B : 액정 패널 116R, 116G, 116B : 제 1 편광판

117R, 117G, 117B : 제 2 편광판 130 : 투사 렌즈

140 : 스크린

본 발명은 발광 소자, 발광 소자의 제조 방법 및 화상 표시 장치, 특히 발광 다이오드 소자(이하, 적절히「LED」라고 함) 등의 고체 발광 소자의 기술에 관한 것이다.

종래, 발광 소자로서, 예를 들면 기판에 반도체층을 적층한 구성의 발광 소 자가 이용되고 있다. 발광부로부터의 광은, 기판을 투과한 후, 발광 소자의 외부로 출사된다. 단지 발광부에 기판을 적층한 발광 소자는, 기판과 공기의 계면, 발광부와 기판의 계면 등, 굴절률이 다른 층끼리의 계면에 있어서 광이 전반사하는 것에 의해서, 광을 내부로 취입해 버리는 일이 있다. 또한, 단지 발광부에 기판을 적층한 발광 소자는, 수평 방향으로 편평한 것과 같은 방사 분포 특성으로 발광광을 공급하는 것을 알고 있다. 예를 들면, 화상 표시 장치의 광원부와 같이, 조명 대상의 방향으로 효율 좋게 광을 공급하는 것이 요구되는 경우에도, 이러한 발광 소자에는 소정의 조명 방향으로 효율 좋게 광을 공급하는 것은 곤란하다. 발광 소자의 외부 취출 효율을 향상시키고, 또한 소정의 조명 방향으로 효율 좋게 광을 공급하기 위해서, 예를 들면, 반구형(半球型)으로 발광 소자를 덮는 수법이 이용된다. 발광 소자보다 대형인 반구형 렌즈를 이용함으로써, 발광 소자와 공기의 계면에 있어서의 전반사를 저감하는 것이 가능해지는 한편, 발광 소자보다 큰 면적의 허상(虛像)이 형성된다. 예를 들면, 발광 소자와 렌즈계를 조합하여 광을 공급하는 구성에서는, 발광 소자의 허상 면적이 커짐에 따라서, 렌즈계에서 취입할 수 있는 광이 감소하는 경우가 있다. 허상 면적을 크게 하는 일없이 외부 취출 효율을 향상시키고, 또한 소정의 조명 방향으로 효율 좋게 광을 공급하기 위한 기술로서는, 예를 들면, 특허 문헌 1에 제안되어 있는 것이 있다.

[특허 문헌 1] 일본 특허공개 제 2004-128445호 공보

특허 문헌 1에는, 파장 오더(order)가 미소한 광학 소자를 발광 소자의 표면에 마련하는 기술이 개시되어 있다. 이러한 미소한 광학 소자는 레이저광에 의한 개질(改質) 가공을 이용하여 형성하는 것이 가능하다. 그러나, 미소한 영역에 레이저광을 조사할 필요가 있기 때문에, 제조가 곤란하고 제조 비용이 비싸지는 것이나, 각 발광 소자에 가공을 실시하는 것에 의한 제조 수율 저하 등의 과제가 있다. 본 발명은, 상술한 과제를 감안해서 이루어진 것으로서, 높은 외부 취출 효율로, 소정의 조명 방향으로 효율 좋게 광을 공급하는 것이 가능하며, 용이하고 또한 저렴하게 제조하는 것이 가능한 발광 소자, 그 발광 소자의 제조 방법 및, 그 발광 소자를 이용하는 화상 표시 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 과제를 해결하여, 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따르면, 기준면 상에 마련되어, 광을 공급하는 발광부와, 발광부의 출사 쪽에 마련되어, 발광부로부터의 광을 투과시키는 광학부를 갖되, 광학부는 기준면에 대략 평행한 이차원 방향에서 굴절률이 주기적으로 변화하도록 형성되고, 또한 발광부와 별도로 형성 가능한 구성을 갖는 것을 특징으로 하는 발광 소자를 제공할 수 있다.

이차원 방향에서 굴절률이 주기적으로 변화하는 광학부를 마련함으로써, 발광부로부터의 광이 발광부의 내부로 취입되는 것을 방지하여, 높은 외부 취출 효율로 광을 공급할 수 있다. 광학부는 발광부와 대략 동일한 크기로 형성하는 것에 의해, 허상 면적을 증가시키는 일없이 외부 취출 효율을 향상시키는 것이 가능하다. 광학부는, 그 구조에 따라서, 광축에 대해서 큰 각도의 광을, 광축에 대해서 작은 각도로 진행하도록 각도 변환하는 것도 가능하다. 또한, 발광부에 대해서 광학부를 별도 형성 가능한 구성으로 하는 것에 의해, 각 발광 소자에 직접 가공을 실시하는 것에 의해서 광학부를 형성하는 경우와 비교하여, 제조 수율을 향상시키는 것이 가능하다. 각 발광 소자에 가공을 실시하는 것에 의해 광학부를 형성하는 경우와 비교하여, 광학부의 형성에 관한 제약을 경감할 수 있기 때문에, 종래 가공이 곤란했던 광학부에 대해서, 간이한 수법을 이용하여 저렴하고 또한 대량으로 제조하는 것도 가능해진다. 또한, 종래 가공을 실시하는 것이 곤란하다고 생각되던 발광 소자에도 광학부를 적용할 수 있다. 이것에 의해, 높은 외부 취출 효율로, 소정의 조명 방향으로 효율 좋게 광을 공급하는 것이 가능하여, 용이하고 또한 저렴하게 제조하는 것이 가능한 발광 소자를 얻을 수 있다.

또, 본 발명의 바람직한 형태에 따르면, 광학부는, 기준면에 대략 수직인 방향으로 높이를 갖는 복수의 볼록부, 또는 기준면에 대략 수직인 방향으로 깊이를 갖는 복수의 오목부를 구비하는 것이 바람직하다. 광학부는, 복수의 볼록부, 또는 복수의 오목부를 마련함으로써, 이차원 방향에 대해서, 광학부를 구성하는 부재와 공기의, 서로 다른 굴절률의 매질을 갖는다. 이것에 의해, 기준면에 대략 평행한 이차원 방향에 대해서 굴절률이 변화하는 구성으로 할 수 있다.

또, 본 발명의 바람직한 형태에 따르면, 광학부는 필름 형상으로 형성되는 것이 바람직하다. 광학부를 필름 형상으로 형성함으로써, 광학부는 발광부와 별도 로 형성한 발광부 상에 적층할 수 있다. 필름 형상의 광학부는, 예를 들면 필름 부재에 프레스 가공을 실시하는 것에 의해서 용이하게 형성할 수 있다. 또, 필름 부재는 잘라나누는 것도 용이하다. 이 때문에, 한 번의 형전사(型轉寫)로 몰딩 형성한 필름 부재를 잘라나누는 것에 의해, 대량의 광학부를 용이하게 제조할 수 있다. 또, 열 가소성, 열 경화성, 광 경화성 중의 어느 하나를 갖는 필름 부재를 이용하는 것에 의해, 프레스 가공을 실시한 후에 있어서의 필름 부재의 경화도 용이하게 행할 수 있다. 이것에 의해, 발광 소자의 제조를 용이하고 또한 저렴하게 실행할 수 있다. 필름 형상으로 형성된 광학부를 이용하는 것에 의해, 대략 평탄한 출사면을 갖는 발광 소자 뿐만 아니라, 예를 들면 곡면을 갖는 발광 소자와 같이, 종래 가공을 실시하기 어렵다고 생각되던 발광 소자에도 광학부를 적용할 수 있다. 이와 같이, 필름 형상의 광학부를 이용하는 것에 의해, 발광 소자에 광학부를 적용하기 위한 편리성, 및 범용성을 대폭 높이는 것이 가능해진다.

또, 본 발명의 바람직한 형태에 따르면, 광학부는 실리콘 수지 부재를 갖는 것이 바람직하다. 실리콘 수지 부재를 이용하는 것에 의해, 실리콘 수지 부재를 형압(型押; pressing)한 후 열 경화하는 것에 의해, 광학부를 용이하게 형성할 수 있다. 또, 광학부는, 실리콘 수지 부재를 이용하는 것에 의해, 내열성, 내광성, 내습성 등의 내환경성이 높은 구성으로 할 수 있다. 이것에 의해, 용이하게 형성할 수 있으며, 또한 내환경성이 높은 발광 소자를 얻을 수 있다.

또, 본 발명의 바람직한 형태에 따르면, 유동성 부재를 구비하는 완충층을 갖고, 완충층은 발광부와 광학부 사이에 마련되는 것이 바람직하다. 완충층은 발 광부 및 광학부 사이에 있어서의 치수의 변화를 완충한다. 발광부와 광학부 사이에 완충층을 마련함으로써, 발광부와 광학부 사이의 왜곡을 저감하여, 파손되기 어려운 구성으로 할 수 있다. 특히, 고출력의 발광 소자에 있어서 구조 상의 열화를 저감할 수 있다. 이것에 의해, 파손되기 어려워 장기간에 걸쳐 사용 가능한 발광 소자를 얻을 수 있다.

또, 본 발명의 바람직한 형태에 따르면, 광학부는 대략 원주(圓柱) 형상을 갖는 볼록부를 구비하는 것이 바람직하다. 광학부는 복수의 볼록부를 마련함으로써 이차원 방향에 대해서 광학부를 구성하는 부재와 공기의, 서로 다른 굴절률의 매질을 갖는다. 이것에 의해, 기준면에 대략 평행한 이차원 방향에 대해서 굴절률이 변화하는 구성으로 할 수 있다.

또, 본 발명의 바람직한 형태에 따르면, 볼록부는 하나의 볼록부 및 하나의 볼록부에 인접하는 다른 2개의 볼록부에 의해, 기준면에 대략 평행한 면에 있어서 삼각형을 이루는 바와 같은 위치에 배치되는 것이 바람직하다. 광학부는, 삼각형을 이루도록 볼록부를 배치함으로써, 볼록부를 조밀하게 배치하는 것이 가능해진다. 이것에 의해, 광축에 대략 평행한 방향으로 진행하는 광을 증가시키고, 또한 양호한 방사 특성을 얻을 수 있다.

또, 본 발명의 바람직한 형태에 따르면, 볼록부는, 볼록부가 구비하는 원주 형상의 높이를 원주 형상의 직경으로 나눈 비가 2 이상 3 이하인 것이 바람직하다. 이것에 의해, 광축에 대략 평행한 방향으로 진행하는 광을 증가시키고, 또한 양호한 방사 특성을 얻을 수 있다.

또, 본 발명의 바람직한 형태에 따르면, 볼록부는, 원주 형상의 높이를 원주 형상의 직경으로 나눈 비가 대략 2.5인 것이 바람직하다. 이것에 의해, 광축에 대략 평행한 방향으로 진행하는 광을 더 증가시키고, 또 양호한 방사 특성을 얻을 수 있다.

또, 본 발명의 바람직한 형태에 따르면, 광학부는, 볼록부가 구비하는 원주 형상의 직경을, 복수의 볼록부를 병렬시키는 피치로 나눈 비가 0.65 이상 0.85 이하로 되도록 구성되는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 광축에 대략 평행한 방향으로 진행하는 광을 증가시키고, 또한 양호한 방사 특성을 얻을 수 있다.

또, 본 발명의 바람직한 형태에 따르면, 광학부는, 복수의 볼록부를 병렬시키는 피치가, 500㎚ 이상 2000 ㎚ 이하로 되도록 구성되는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 광축에 대략 평행한 방향으로 진행하는 광을 증가시키고, 또한 양호한 방사 특성을 얻을 수 있다.

또, 본 발명에 따르면, 발광부로부터 광을 공급하는 발광 소자의 제조 방법으로서, 이차원 방향에서 굴절률이 주기적으로 변화하는 광학부를 형성하는 광학부 형성 공정과, 이차원 방향에 대략 평행한 기준면 상에 설치된 발광부 상에 광학부를 적층하는 광학부 적층 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자의 제조 방법을 제공할 수 있다. 기준면에 대략 평행한 이차원 방향에서 굴절률이 주기적으로 변화하는 광학부를 이용함으로써, 높은 외부 취출 효율로, 소정의 조명 방향으로 효율 좋게 광을 공급할 수 있는 발광 소자를 제조할 수 있다. 또, 광학부 형성 공정에 있어서, 발광부에 대해 광학부를 별도 형성하는 것에 의해, 각 발광 소 자에 직접 가공을 실시하는 것에 의해서 광학부를 형성하는 경우와 비교하여, 제조 수율을 향상시키는 것이 가능하다. 각 발광 소자에 가공을 실시하는 것에 의해 광학부를 형성하는 경우와 비교하여, 광학부의 형성에 관한 제약을 경감할 수 있기 때문에, 종래 가공이 곤란했던 광학부에 대해서도, 간이한 수법을 이용하여 저렴하고 또한 대량으로 광학부를 제조하는 것도 가능해진다. 이것에 의해, 높은 외부 취출 효율로, 소정의 조명 방향으로 효율 좋게 광을 공급하는 것이 가능한 발광 소자를, 용이하고 또한 저렴하게 제조할 수 있다.

또, 본 발명에 따르면, 광을 공급하는 발광 소자를 구비하는 광원부와, 광원부로부터의 광을 화상 신호에 따라 변조하는 공간 광변조 장치를 갖고, 발광 소자는 상기의 발광 소자인 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치를 제공할 수 있다. 광원부에 상기의 발광 소자를 이용하는 것에 의해, 광원부를 용이하고 또한 저렴하게 제조하며, 또한 공간 광변조 장치에 높은 효율로 광을 공급할 수 있다. 이것에 의해, 용이하고 또한 저렴하게 제조할 수 있으며, 또한 높은 효율로 밝은 화상을 표시하는 것이 가능한 화상 표시 장치를 얻을 수 있다.

이하에 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.

(실시예 1)

도 1a에는, 본 발명의 실시예 1에 따른 발광 소자인 LED(100)의 주요부 사시 구성을 도시한다. LED(100)는 발광부(104)와 광학부(101)를 갖는다. LED(100)는 주로 발광부(104)의 표면으로부터 광을 방출하는 면 발광 광원이다. 발광부(104) 는 기준면(SS) 상에 마련되어 광을 공급한다. 기준면(SS)은 광축인 Z축에 직교하는 평면으로서, XY 평면이다.

발광부(104)는 p형 반도체층(105), 활성층(106), n형 반도체층(107)을 구비하는 더블헤테로 구조를 이루고 있다. p형 반도체층(105), 활성층(106), n형 반도체층(107)은, 예를 들면 질화 갈륨계 화합물 반도체를 이용하여 형성할 수 있다. LED(100)는, 출사 쪽과는 반대쪽에 도시하지 않은 전극을 배치하여 발광부(104)를 실장하는, 소위 플립 칩 구조를 이루고 있다. 또한, 발광부(104)는 p형 반도체층(105), 활성층(106), n형 반도체층(107)을 갖는 구성에 한정되지 않는다. 발광부(104)는 호모 접합 구조 등 주지의 다른 구조를 채용하는 것으로 해도 좋다. 또, p형 반도체층(105), 활성층(106), n형 반도체층(107)에는, 질화 갈륨계 화합물 반도체 이외의 다른 반도체를 이용하는 것으로 해도 좋다.

발광부(104)의 출사 쪽에는, 접착층(108)을 거쳐서 광학부(101)가 마련되어 있다. 광학부(101)는 발광부(104)로부터의 광을 투과시킨다. 광학부(101)는 복수의 볼록부(102)가 박막(103) 상에 설치된 구성을 갖는다. 볼록부(102) 및 박막(103)은, 예를 들면, 투명한 실리콘 수지 부재에 의해 구성되어 있다. 실리콘 수지 부재로서는, 예를 들면 실록산(siloxane) 결합(-Si-O-)의 측쇄(側鎖)에 알킬기 등이 결합한 분자 구조를 갖는 폴리머를 이용할 수 있다. 광학부(101)는 필름 형상으로 함으로써, 발광부(104)에 대해서 별도 형성한 후, 발광부(104) 상에 적층할 수 있다. 접착층(108)은 투명 접착제 등이 경화하여 형성된 투명한 층으로서, 발광부(104)와 광학부(101)를 접착하고 있다.

볼록부(102)는 기준면(SS)에 대략 수직인 방향인 Z축 방향에 높이를 갖는 원주 형상을 이루고 있다. 또한, 볼록부(102)는 하나의 볼록부 및 하나의 볼록부에 인접하는 다른 2개의 볼록부에 의해, 기준면(SS)에 대략 평행한 면인 XY 평면에 있어서 정삼각형을 이루는 위치에 배치되어 있다. 하나의 볼록부(102)에 주목하면, 하나의 볼록부(102) 주위에는 6개의 볼록부(102)가 형성되어 있다. 이와 같이 삼각 격자를 이루도록 복수의 볼록부(102)를 배치함으로써, 볼록부(102)를 조밀하게 배치하는 것이 가능해진다. 또, 볼록부(102)는, 발광부(104)로부터의 광의 파장 정도의 소정의 피치로, 주기 구조를 이루도록 배열하고 있다. 광학부(101)는 복수의 볼록부(102)를 마련함으로써, XY 방향에 대해 실리콘 수지 부재와 공기의, 굴절률이 다른 2종류의 매질을 갖는 구성을 이루고 있다. 이와 같이, 광학부(101)는, 기준면(SS)에 대략 평행한 이차원 방향에서 굴절률이 주기적으로 변화하는 구성을 갖는다. 또한, 복수의 볼록부(102)는, 삼각 격자를 이루도록 배열하는 구성에 한정되지 않고, 소정의 피치로 주기 구조를 이루도록 배열하는 구성이면 좋다.

도 1b에는, 발광부에 투명 기판을 적층한 구성을 갖는 종래의 LED의 방사 분포 특성의 예를 도시한다. 원 그래프중, 굵은 선이 원의 중심으로부터 멀어질수록, 그 각도 방향으로 진행하는 광이 많은 것을 나타내고 있다. 단지 발광부에 투명 기판을 적층한 LED는 수평 방향으로 편평한 방사 분포 특성으로 발광광을 공급하는 것을 알 수 있다. 예를 들면, 화상 표시 장치의 광원부와 같이, 조명 대상의 방향으로 효율 좋게 광을 공급하는 것이 요구되는 경우라도, 이러한 LED에서는 소정의 조명 방향으로 효율 좋게 광을 공급하는 것은 곤란하다.

이것에 대해서, 이차원 방향에서 굴절률이 주기적으로 변화하는 광학부(101)를 마련함으로써, 발광부(104)로부터의 광이 발광부(104)의 내부로 취입되는 것을 방지하여, 높은 외부 취출 효율로 광을 공급할 수 있다. 광학부(101)는 발광부(104)와 대략 동일한 크기로 형성하는 것에 의해, 허상 면적을 증가시키는 일없이 외부 취출 효율을 향상시키는 것이 가능하다. 광학부(101)는, 그 구조에 따라 광축에 대해서 큰 각도의 광을 광축에 대해서 작은 각도로 진행하도록 각도 변환하는 것도 가능하다. 따라서, 광학부(101)는 높은 외부 취출 효율로 소정의 조명 방향으로 효율 좋게 광을 공급할 수 있다.

도 2 및 도 3은 광학부(101)를 마련하는 것에 의한 LED의 방사 분포 특성의 변화를 설명하는 것이다. 도 2는 광학부(101)를 마련하지 않는 경우의 방사 분포, 도 3은 광학부(101)를 마련하는 본 발명의 LED(100)의 방사 분포를 도시한다. 도 2 및 도 3 모두, XZ 평면에 있어서의 광의 강도 분포를, 강도가 큰 쪽부터 검게 칠한 부분(■), 빗금친 부분(▨), 음영을 넣은 부분(▒), 속이 흰 부분(□)으로 나타낸 것이다. 도 2에서는 발광부(104)의 출사면을 기준면(S)으로 하고, 도 3에서는 볼록부(102)가 마련되어 있는 박막(103)의 출사 쪽의 면을 기준면(S)으로 해서, LED로부터의 광의 강도 분포를 표시하고 있다. 영역 P는 발광부(104) 중 강하게 광이 공급되는 부분으로서, 발광부(104) 중 XY 방향에 있어서의 대략 중심 위치이다. 도 2와 도 3을 비교하면, 광학부(101)를 마련함으로써, 영역 P로부터 +Z 방향으로 진행하는 광의 강도가 크게 되도록 방사 분포 특성이 변화하는 것을 알 수 있다.

도 4 및 도 5는 XY 평면에 있어서의 방사 분포 특성의 변화를 설명하는 것이다. 도 4는 도 2에서 설명한 방사 분포를 기준면(S)으로부터 1㎛ 출사 쪽의 XY 평면에서 본 것이다. 도 5는 도 3에서 설명한 방사 분포를 기준면(S)으로부터 1.5㎛ 출사 쪽의 XY 평면에서 본 것이다. 도 5에 도시하는 XY 평면중에는 복수의 볼록부(102)가 배열되어 있다. 도 4와 도 5를 비교하면, 광학부(101)를 마련함으로써, 매우 좁은 각도 범위로 광의 강도를 집중시키는 것이 가능하다는 것을 확인할 수 있다.

광학부(101)에 마련되는 볼록부(102)는 도 1a에 도시하는 형상에 한정되지 않고, 변형해도 좋다. 예를 들면, Z축 방향으로의 높이가 높은 볼록부(102)를 마련하는 경우와, Z축 방향으로의 높이가 낮은 볼록부(102)를 마련하는 경우에는, 높은 볼록부(102)를 마련하는 쪽이 경사 방향으로 진행하는 광을 보다 많이 Z축 방향으로 각도 변환하는 것이 가능하다. 이 때문에, 도시하는 것보다도 Z축 방향으로의 높이가 높은 볼록부(102)를 마련하는 것으로 해도 좋다. 또, 볼록부(102)는 원주 형상에 한정되지 않고, 각기둥 형상으로 해도 좋다.

또, 광학부(101)는, 볼록부(102)를 마련하는 구성에 한정되지 않고, 기준면(SS)(도 1a 참조)에 대략 수직인 방향인 Z축 방향에 깊이를 갖는 복수의 오목부를 구비하는 것으로 해도 좋다. 광학부(101)에 마련하는 오목부는, 볼록부(102)의 형상을 전사하는 것에 의해서 형성할 수 있다. 광학부(101)는, 볼록부(102) 대신에 오목부를 마련하는 경우도, 기준면(SS)에 대략 평행한 이차원 방향에서 굴절률이 주기적으로 변화하는 구성을 갖는다. 오목부를 마련하는 경우도, 높은 외부 취 출 효율로 소정의 조명 방향으로 효율 좋게 광을 공급할 수 있다. 광학부(101)의 그 밖의 변형예에 대해서는 후술한다.

도 6 및 도 7은 LED(100)의 제조 과정을 설명하는 것이다. 도 6에 도시하는 공정 a∼공정 e는 발광부(104)와 별도로 광학부(101)를 형성하는 광학부 형성 공정이다. LED(100)의 광학부(101)는, 금형을 이용한 프레스 가공을 나노스케일에 응용한 소위 나노임프린트법(nano-imprinting method)을 이용하여 성형할 수 있다. 나노임프린트법은, 미세한 요철이 있는 형(die)을 수지 박막 등의 피가공 재료에 압압해서 성형하는 가공 기술로서, 수십 나노미터 폭의 패턴 형성을 가능하게 하는 것이다. 프레스에 의해 패턴 형성하기 때문에, 전자 빔을 이용한 나노스케일의 가공 기술에 비해서, 용이하고 또한 저렴하게 성형할 수 있다는 특장점이 있다.

광학부(101)를 형성하는 과정으로서는, 우선, 공정 a∼공정 c에 있어서 몰드를 작성한다. 몰드는, 예를 들면 전주(電鑄) 가공에 의해 형성할 수 있다. 공정 a에서는, 유리 부재 등으로 구성된 기판(601)에 소망의 형상의 레지스트층(602)을 형성한다. 공정 b에서는, 기판(601) 및 레지스트층(602) 상에 금속층(603)을 형성한다. 금속층(603)은, 예를 들면 니켈, 구리 등의 금속 부재에 의해 형성할 수 있다. 그리고, 공정 c에 있어서, 금속층(603)으로부터 기판(601) 및 레지스트층(602)을 박리하는 것에 의해서, 소망의 형상이 전사된 몰드가 얻어진다. 또한, 몰드는, 전주 가공에 한정되지 않고, 다른 가공법, 예를 들면 습식 에칭이나 건식 에칭, 레이저 가공에 의해 작성하는 것으로 해도 좋다.

다음에, 공정 d 및 공정 e에 있어서, 몰드인 금속층(603)을 이용하여, 박막 형상의 실리콘 수지층(605)에 형전사한다. 공정 d에 있어서 금속층(603)을 이용하여 실리콘 수지층(605)에 프레스 가공을 실시한 후, 공정 e에 있어서 금속층(603)의 박리, 및 실리콘 수지층(605)의 열 경화를 행한다. 이와 같이 해서, 실리콘 수지 부재에 소망의 형상이 형성된 필름 형상의 광학부(101)가 얻어진다. 광학부(101)는, LED(100)의 크기로 형성하는 것 이외에, LED(100)보다 큰 사이즈로 형성한 후 LED(100)의 사이즈로 잘라나누는 것으로 해도 좋다. 필름 형상의 실리콘 수지 부재는 용이하게 잘라나눌 수 있다. 이와 같이, 한 번의 형전사를 통해서 대량의 광학부(101)를 제조할 수도 있다.

도 7에 도시하는 공정 f∼공정 h는 발광부(104) 상에 광학부(101)를 적층하는 광학부 적층 공정이다. 공정 f에 도시하는 바와 같이 이차원 방향으로 볼록부(102)가 형성된 광학부(101)를, 공정 g에 있어서, 접착제(706)에 의해 발광부(104) 상에 접착시킨다. 접착제(706)는, 예를 들면 액상, 또는 겔(gel) 형상의 투명 접착제로서, 경화에 의해 투명한 접착층(108)으로 된다. 이상에 의해, 공정 h에 나타내는 LED(100)를 제조할 수 있다. 또한, 광학부(101)와 발광부(104)와의 접합은, 접착제(706)를 이용하지 않고, 광학부(101)의 일부를 열로 연화시킨 상태에서 발광부(104)에 접착하는 것에 의해 행하는 것으로 해도 좋다.

또한, 광학부 형성 공정에 있어서, 또, 프레스 가공에 이용하는 몰드를 형전사에 의해서 형성하기 위한 몰드를 작성하는 것으로 해도 좋다. 프레스 가공에 이용하는 몰드를 형성하기 위한 몰드를 작성하기 위해서는, 공정 a에 있어서, 기판(601)과 레지스트층(602)에 의해, 도 6의 공정 c에 나타내는 금속층(603)과 마찬 가지 형상을 형성한다. 이것에 의해, 도 6의 공정 c에 나타내는 금속층(603)과는 역의 요철을 갖는 형상을 이루는 몰드를 작성할 수 있다. 프레스 가공에 이용하는 몰드를 형성하기 위한 몰드를 작성하는 것에 의해, 프레스 가공에 이용하는 몰드가 열화(劣化)한 경우라도, 프레스 가공에 이용하는 몰드를, 형전사에 의해 용이하게 다시 작성할 수 있다.

광학부 형성 공정에 있어서, 발광부(104)에 대해서 광학부(101)를 별도 형성하는 것에 의해서, 각 LED에 가공을 실시하는 것에 의해 광학부(101)를 형성하는 경우와 비교하여, 제조 수율을 향상시키는 것이 가능하다. 각 LED에 가공을 실시하는 것에 의해 광학부(101)를 형성하는 경우와 비교하여, 광학부(101)의 형성에 관한 제약을 경감할 수 있기 때문에, 종래 가공이 곤란했던 광학부(101)에 대해서, 간이한 수법을 이용하여 저렴하고 또한 대량으로 제조하는 것도 가능해진다. 또, 필름 형상의 광학부(101)는 필름 부재에 프레스 가공을 실시하는 것에 의해서 용이하게 형성할 수 있다. 이것에 의해, 높은 외부 취출 효율로, 소정의 조명 방향으로 효율 좋게 광을 공급하는 것이 가능한 발광 소자를 용이하고 또한 저렴하게 제조할 수 있다고 하는 효과를 얻을 수 있다. 본 발명의 LED(100)는, 예를 들면 프로젝터의 광원으로서 이용하는 경우에 유용하다.

광학부(101)는, 열경화성 수지인 실리콘 수지 부재를 이용하여 형성하는 것에 의해, 형압 후의 실리콘 수지 부재의 경화를 용이하게 행할 수 있다. 또, 광학부(101)는, 실리콘 수지 부재를 이용하여 형성하는 것에 의해, 내열성, 내광성, 내습성 등의 내환경성이 높은 구성으로 할 수 있다. 이것에 의해, LED(100)를 용이 하게 형성할 수 있고, 또한 내환경성이 높은 구성으로 할 수 있다. 또한, 광학부(101)는, 실리콘 수지 부재를 갖는 구성에 한정되지 않고, 다른 투명 부재를 갖는 구성으로 해도 좋다. 또, 광학부(101)는, 열 경화성의 부재로 형성하는 경우에 한정되지 않고, 예를 들면 열 가소성의 부재나 광 경화성의 부재로 형성하는 것으로 해도 좋다. 열 가소성의 부재나 광 경화성의 부재로 형성하는 경우도, 형압 후의 경화를 용이하게 행할 수 있다.

도 8a는 본 실시예의 변형예에 따른 발광 소자인 LED(800)의 제조 과정을 설명하는 것이다. 본 변형예의 LED(800)는 완충층(808)을 갖는 것을 특징으로 한다. 도 8a에 나타내는 공정 i∼공정 k는 발광부(104) 상에 광학부(101)를 적층하는 광학부 적층 공정이다. 공정 i에는, 이차원 방향으로 볼록부(102)가 형성된 광학부(101)를 나타내고 있다. 상기와 마찬가지로 해서 광학부(101)를 별도 형성한 후, 공정 j에서는, 광학부(101)를, 유동성 재료(806)를 거쳐서 발광부(104) 상에 얹어놓는다. 유동성 재료(806)는 액상, 또는 겔 형상의 투명 부재로서, 광학 오일 등이다. 그리고, 공정 k에 있어서, 발광부(104) 및 광학부(101)를 발광부(104) 및 광학부(101) 주위에 마련되는 지지부(801)에 의해서 지지한다.

광학부(101)와 발광부(104)는 정밀한 위치맞춤을 할 필요는 없으며, 지지부(801)는 광학부(101)와 발광부(104)의 큰 위치 어긋남을 방지할 목적으로 설치된다. 유동성 재료(806)는 발광부(104), 광학부(101) 및 지지부(801)에 의해서 둘러싸이는 것에 의해, 유동성 부재를 구비하는 완충층(808)으로 된다. 이상에 의해, 높은 외부 취출 효율로, 소정의 조명 방향으로 효율 좋게 광을 공급하는 것이 가능 한 LED(800)를 제조할 수 있다.

발광부(104)와 광학부(101) 사이에 설치된 완충층(808)은 발광부(104) 및 광학부(101) 사이에 있어서의 치수의 변화를 완충한다. 발광부(104)와 광학부(101) 사이에 완충층(808)을 마련함으로써, 발광부(104)와 광학부(101) 사이의 왜곡을 저감하여, 파손되기 어려운 구성으로 할 수 있다. 특히, 완충층(808)을 설치함으로써, LED(800)가 고출력인 경우라도, LED(800)의 구조 상의 열화를 저감할 수 있다. 이것에 의해, 파손되기 어려워 장기간에 걸쳐서 사용 가능한 LED(800)를 얻을 수 있다.

광학부(101)와 발광부(104)의 위치 어긋남을 방지하는 구성으로서는, 지지부(801)를 이용하는 경우에 한정되지 않는다. 예를 들면, 도 8b에 도시하는 LED(820)와 같이, 광학부(101) 및 발광부(104)를 지지할 수 있는 기판(821)을 이용하는 구성으로 해도 좋다. 광학부(101) 및 발광부(104)는 기판(821)에 설치된 홈부에 끼워넣어지는 것에 의해 고정되어 있다. 이러한 홈부를 갖는 기판(821)은, 예를 들면, 평행 평판에 에칭을 실시하는 것에 의해 형성할 수 있다.

또, 완충층(808)은 광학부(101)를 구성하는 투명 부재와 같은 정도의 굴절률을 갖는 부재에 의해서 구성하는 것으로 해도 좋다. 예를 들면, 굴절률이 약 1.5인 투명 수지, 예를 들면, 아크릴 수지나 시클로올레핀 폴리머에 의해 광학부(101)를 구성하는 경우, 완충층(808)으로서는, 굴절률이 약 1.5인 에멀젼(emulsion) 오일을 이용할 수 있다. 이것에 의해, 완충층(808)과 광학부(101)의 계면에 있어서의 광의 손실을 저감할 수 있다. 그 밖에, 완충층(808)은, 광학부(101)를 구성하 는 투명 부재의 굴절률과, 발광부(104)에 이용되는 도시하지 않은 투명 기판의 굴절률 사이의 굴절률을 갖는 부재에 의해 구성하는 것으로 해도 좋다. 예를 들면, 굴절률이 약 1.5인 투명 수지에 의해 광학부(101)를 구성하고, 발광부(104)의 투명 기판으로서, 굴절률이 약 1.7인 사파이어 부재를 이용하는 경우, 완충층(808)으로서는, 굴절률이 1.5∼1.7인 액침(液浸) 노광용 액체를 이용할 수 있다. 이것에 의해, 발광부(104)와 완충층(808)의 계면, 및 완충층(808)과 광학부(101)의 계면에 있어서의 광의 손실을 저감할 수 있다.

본 실시예의 광학부는, 상기의 LED(100, 800, 820)의 발광부(104)와 같이, 대략 평탄한 출사면을 갖는 발광부에 한정되지 않고, 도 9에 도시하는 바와 같은 곡면 형상의 출사면을 갖는 발광부(904)와 조합하여 이용할 수도 있다. 발광부(904)는, 예를 들면 원주 형상을 갖고, 원주의 곡면으로부터 광을 공급하는 형광등이다. 발광부(904)에 필름 형상의 광학부(901)를 휘감는 것에 의해, 도 10에 도시하는 형광 발광 소자(1000)를 형성할 수 있다. 광학부(901)는 발광부(904)의 출사 쪽에 마련되어, 발광부(904)로부터의 광을 투과시킨다. 광학부(901)의 구성이나 작용은 상기의 LED(100)에 마련되는 광학부(101)와 마찬가지이다. 이것에 의해, 형광 발광 소자(1000)에 대해서도, 상기의 LED(100)와 마찬가지로, 높은 외부 취출 효율로 광을 공급할 수 있다.

필름 형상으로 형성된 광학부(901)를 이용하는 것에 의해, 곡면을 갖는 발광 소자와 같이, 종래 가공을 실시하는 것이 곤란하다고 생각되던 발광 소자에도 광학부(901)를 적용할 수 있다. 이와 같이, 필름 형상의 광학부(901)를 이용하는 것 에 의해, 발광 소자에 광학부(901)를 적용하기 위한 편리성, 및 범용성을 대폭 높이는 것이 가능해진다. 이것에 의해, 발광 소자의 제조를 용이하고 또한 저렴하게 행할 수 있다. 광학부(901)는, 원주 형상의 발광부(904)를 갖는 발광 소자 뿐만 아니라, 곡면을 갖는 그 밖의 발광 소자나, 복잡한 형상의 발광 소자에도 적용할 수 있다.

도 11은, 본 실시예의 변형예에 따른 광학부(1101)의 주요부 사시 구성을 도시한다. 본 변형예의 광학부(1101)는 상기의 LED(100, 800, 820)에 적용할 수 있다. 광학부(1101)는, 입사면과 출사면에 광학 소자(1102, 1103)가 마련되는 삼차원 구조를 갖는 것을 특징으로 한다. 광학부(1101)의 입사면에 설치된 광학 소자(1103)는 Y축 방향으로 긴쪽 방향을 갖고, 또한 X축 방향으로 병렬하여 설치된다. 광학부(1101)의 출사면에 설치된 광학 소자(1102)는 X축 방향으로 긴쪽 방향을 갖고, 또한 Y축 방향으로 병렬하여 설치된다. 광학부(1101)도, 상기의 광학부(101)와 마찬가지로, 높은 외부 취출 효율로, 소정의 조명 방향으로 효율 좋게 광을 공급할 수 있다.

삼차원 구조의 광학부(1101)는, LED에 직접 가공을 실시하는 경우에는 지극히 제조가 곤란하다. 이것에 대해서, 발광부에 대해서 별도 광학부(1101)를 형성하는 경우, 광학부(1101)는, 예를 들면 박막 형상의 재료의 표면과 이면에 프레스 가공을 실시하는 것에 의해서 용이하게 형성하는 것이 가능하다. 이와 같이, 본 발명에 따르면, 광학부(1101)의 형성에 관한 제약을 경감할 수 있어, 종래 가공이 곤란했던 광학부(1101)를, 간이한 수법을 이용하여 저렴하고 또한 대량으로 제조할 수 있다.

(실시예 2)

도 12는 본 발명의 실시예 2에 따른 발광 소자인 LED에 마련되는 광학부(1201)의 주요부 사시 구성을 도시한다. 본 실시예에서는, 양호한 방사 특성을 얻기 위한 광학부(1201)의 구성에 대해서 설명한다. 광학부(1201)의 각 볼록부(1202)는, 원주 형상의 높이(h)가 1380㎚, 원주 형상의 직경(d)이 550㎚로 되도록 형성되어 있다. 원주 형상의 높이(h)를 직경(d)으로 나눈 비를 애스펙트 비라고 부르기로 하면, 이러한 볼록부(1202)의 애스펙트 비는, 대략 2.5로 된다.

도 13은 XY 평면 상에 있어서의 볼록부(1202)의 배치를 도시한다. 광학부(1201)는 피치(p)가 700㎚로 되도록 각 볼록부(1202)를 배치하고 있다. 광학부(1201)는, 볼록부(1202)가 구비하는 원주 형상의 직경(d)을 피치(p)로 나눈 비가 대략 0.79이다. 또, 볼록부(1202)는 하나의 볼록부(1202a) 및 하나의 볼록부(1202a)에 인접하는 다른 2개의 볼록부(1202b, 1202c)에 의해, 기준면(SS)에 대략 평행한 XY 면에 있어서 정삼각형을 이루는 위치에 배치된다. 하나의 볼록부(1202b)에 주목하면, 하나의 볼록부(1202b) 주위에는 6개의 볼록부(1202)가 형성되어 있다. 이와 같이, XY 면 상에서 삼각 격자를 이루도록 볼록부(1202)를 배치하는 것에 의해, 광학부(1201)는 볼록부(1202)를 조밀하게 배치하는 것이 가능해진다.

도 14는 종래의 LED의 방사 분포 특성(C0) 및 본 실시예의 광학부(1201)를 이용한 LED의 방사 분포 특성(C1) 등을 도시한 것이다. 방사 분포 특성(C0)은, 발광부(104)에 투명 기판을 적층한 구성의 LED에 의한 것으로서, 도 1b에 도시한 방사 분포 특성이다. 2개의 방사 분포 특성(C0, C1)을 비교하면, 본 실시예의 LED 쪽이, 종래의 LED보다도 광축 방향으로 많은 광을 진행시키고 있다는 것을 알 수 있다. 본 실시예의 LED는, 광축 방향에 있어서의 휘도가 종래의 LED와 비교하여 약 3.5배로 증가하고 있다.

또, 종래와 비교하면, 본 실시예에서는, LED 전체의 광 취출 효율은 약 1.0배로 되는 데 비하여, 광축 방향을 기준으로 하는 ±30도의 각도 범위에 있어서의 광의 절대 광량에 대해서는, 약 2.1배로 증가시키는 것이 가능해진다. 또, LED의 전체 광량에 대해서, 광축 방향을 기준으로 하는 ±30도의 각도 범위에 있어서 출사 가능한 광량의 비율은, 종래의 구성에서 22%인 데 비하여, 본 실시예에 의해 47%로 증가시킬 수가 있다. 이와 같이, 본 실시예의 구성에 의하면, 광축에 대략 평행한 방향으로 진행하는 광을 증가시키고, 또한 양호한 방사 특성을 얻을 수 있다.

예를 들면, 광원부와 공간 광변조 장치를 포함시킨 프로젝터의 광학계에 있어서, 광속(光束)이 존재하는 공간적인 넓이를 발광 면적과 방사각의 곱(에텐듀(etendue), Geometrical Extent))으로서 나타낼 수 있다. 공간 광변조 장치는, 유효하게 변조 가능한 광의 광선 각도에 한계가 있다(예를 들면, 광축에 대해서 ±16도 이내). 공간 광변조 장치에서 광원부로부터의 광을 효율 좋게 이용 가능하게 하기 위해서는, 광원부의 에텐듀를 공간 광변조 장치의 에텐듀보다 작게 할 필요가 있다. 본 실시예에 의하면, 광축에 대략 평행한 방향으로 진행하는 광을 증가시키고, 또한 양호한 방사 특성을 얻는 것에 의해, 에텐듀를 저감하는 것이 가능하다. 따라서, 본 실시예의 발광 소자는 프로젝터에 의해 효율 좋게 밝은 화상을 표시하는 데 적합하다.

또, 광학부(1201)를 구성하는 볼록부(1202)의 높이(h), 직경(d), 피치(p)의 각 값은 상기의 것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 볼록부(1202)의 애스펙트 비가 대략 2.5로 되도록, 볼록부(1202)의 높이(h) 및 직경(d)을 적절히 설정할 수 있다. 또한, 볼록부(1202)의 애스펙트 비는, 대략 2.5로 하는 구성에 한정되지 않고, 2 이상 3 이하이면 좋다. 볼록부(1202)의 직경(d)을 피치(p)로 나눈 비는, 대략 0.79로 하는 구성에 한정되지 않고, 0.65 이상 0.85 이하이면 좋다. 피치(p)는, 500㎚ 이상 2000㎚ 이하의 어떠한 값으로 하는 것이 가능하다.

여기서, 2개의 변형예에 대해서 설명한다. 변형예 1은, 원주 형상의 높이(h)가 2530㎚, 원주 형상의 직경(d)이 1010㎚인 볼록부(1202)를, 1300㎚의 피치(p)로 배치하는 구성이다. 이러한 볼록부(1202)의 애스펙트 비는 대략 2.5로 된다. 또, 직경(d)을 피치(p)로 나눈 비는 대략 0.78이다. 도 14에 도시하는 바와 같이 변형예 1의 경우의 방사 분포 특성(C2)을 종래의 방사 분포 특성(C0)과 비교하면, 광축 방향에 있어서의 휘도가 약 5배로 증가하고 있다. 또, 종래와 비교하면, 본 변형예에서는, LED 전체의 광 취출 효율은 약 0.9배인 데 비하여, 광축 방향을 기준으로 하는 ±30도의 각도 범위에 있어서의 광의 절대 광량에 대해서는, 약 1.6배로 증가시키는 것이 가능해진다. 또, LED의 전체 광량에 대해서, 광축 방 향을 기준으로 하는 ±30도의 각도 범위에 있어서 출사 가능한 광량의 비율은 본 변형예에 의해 36%로 증가시킬 수 있다.

변형예 2는, 원주 형상의 높이(h)가 1110㎚, 원주 형상의 직경(d)이 550㎚인 볼록부(1202)를 700㎚의 피치(p)로 배치하는 구성이다. 이러한 볼록부(1202)의 애스펙트 비는 대략 2.0으로 된다. 또, 직경(d)을 피치(p)로 나눈 비는 대략 0.79이다. 도 14에 도시하는 바와 같이 변형예 2의 경우의 방사 분포 특성(C3)을 종래의 방사 분포 특성(C0)과 비교하면, 광축 방향에 있어서의 휘도가 약3배로 증가하고 있다. 또, 종래와 비교하면, 본 변형예에서는, LED 전체의 광 취출 효율은 약 1.1배인 데 대하여, 광축 방향을 기준으로 하는 ±30도의 각도 범위에 있어서의 광의 절대 광량에 대해서는, 약 2.1배로 증가시키는 것이 가능해진다. 또, LED의 전체 광량에 대해서, 광축 방향을 기준으로 하는 ±30도의 각도 범위에 있어서 출사 가능한 광량의 비율은, 본 변형예에 의해 43%로 증가시킬 수 있다.

도 15는, LED의 전체 광량, ±30도의 각도 범위에 있어서의 절대 광량, ±30도의 각도 범위에 있어서의 출사 비율에 대해서, 볼록부(1202)의 애스펙트 비와의 관계를 도시한 것이다. LED의 전체 광량, ±30도의 각도 범위에 있어서의 절대 광량은, 모두 발광부(104)에 투명 기판을 적층한 종래의 LED를 기준으로 한 배율에 의해서 나타내고 있다. 이러한 배율은 그래프 좌측의 눈금으로 나타내고 있다. ±30도의 각도 범위에 있어서의 출사 비율은, LED의 전체 광량에 대해서 ±30도에 있어서의 출사 가능한 광량의 비율에 의해서 나타내고 있다. 이러한 배율은 그래프 우측의 눈금으로 나타내고 있다. 여기서는, 볼록부(1202)의 직경(d)을 700㎚로 고정시키고, 높이(h)를 변화시키는 것으로 한다. 또, 복수의 볼록부(1202)는 피치(p)를 900㎚로 해서 배치하는 것으로 한다.

도 15에 도시하는 그래프로부터, 볼록부(1202)의 애스펙트 비가 2 이상 3 이하인 경우, 특히 2.5인 경우에, ±30도의 각도 범위에 있어서의 광의 절대 광량 및, ±30도의 각도 범위에 있어서 출사 가능한 광량의 비율이 높아지는 것을 알 수 있다. 따라서, 높이(h)를 직경(d)으로 나눈 애스펙트 비가 2 이상 3 이하, 특히 대략 2.5인 볼록부(1202)를 형성시킨 광학부(1201)를 이용하는 것에 의해, 광축에 대략 평행한 방향으로 진행하는 광을 증가시키고, 양호한 방사 특성을 얻는 것이 가능하다.

본 실시예에 있어서, 광학부(1201)를 구성하는 볼록부(1202)의 높이(h), 직경(d), 피치(p)의 최적값은, 광이 525㎚의 파장을 가지는 G광인 것으로 하여 산출하고 있다. G광 이외의 R광, B광에 대해서도, 본 실시예에서 설명한 범위의 수치를 이용하여 볼록부(1202)를 구성하는 것에 의해, 광축에 대략 평행한 방향으로 진행하는 광을 증가시키고, 또한 양호한 방사 특성을 얻는 것이 가능하다.

(실시예 3)

도 16은 본 발명의 실시예 3에 따른 화상 표시 장치인 프로젝터(1600)의 개략 구성을 도시한다. 프로젝터(1600)는 R광을 공급하는 광원부(100R)와, G광을 공급하는 광원부(100G)와, B광을 공급하는 광원부(100B)를 갖는다. 광원부(100R, 100G, 100B)는 상기 실시예 1의 LED(100)와 마찬가지 구성을 갖는다. 광원 부(100R)로부터의 R광은 렌즈(LN)를 투과하여 공간 광변조 장치(110R)에 입사한다. 공간 광변조 장치(110R)는 R광을 화상 신호에 따라 변조하는 투과형의 액정 표시 장치이다. 공간 광변조 장치(110R)는 액정 패널(115R)과, 제 1 편광판(116R)과, 제 2 편광판(117R)을 갖는다.

제 1 편광판(116R)은 R광 중의 p편광광을 투과하고, 액정 패널(115R)에 입사시킨다. 광원부(100R)와 제 1 편광판(116R) 사이에는, p편광광 이외의 진동 방향의 편광광, 예를 들면 s편광광을 p편광광으로 변환하는 편광 변환 소자를 마련하는 것으로 해도 좋다. 액정 패널(115R)은, p편광광을 화상 신호에 따라 변조하여, s편광광으로 변환한다. 제 2 편광판(117R)은 액정 패널(115R)에서 s편광광으로 변환된 R광을 출사한다. 이와 같이 해서, 공간 광변조 장치(110R)는 광원부(101R)로부터의 R광을 화상 신호에 따라 변조한다. 공간 광변조 장치(110R)에서 s편광광으로 변환된 R광은 크로스 다이크로익 프리즘(112)에 입사한다.

광원부(100G)로부터의 G광은 렌즈(LN)를 투과하여 공간 광변조 장치(110G)에 입사한다. 공간 광변조 장치(110G)는 G광을 화상 신호에 따라 변조하는 투과형의 액정 표시 장치이다. 공간 광변조 장치(110G)는 액정 패널(115G)과, 제 1 편광판(116G)과, 제 2 편광판(117G)을 갖는다. 제 1 편광판(116G)은 G광 중의 s편광광을 투과하여 액정 패널(115G)에 입사시킨다. 광원부(100G)와 제 1 편광판(116G) 사이에는, s편광광 이외의 진동 방향의 편광광, 예를 들면 p편광광을 s편광광으로 변환하는 편광 변환 소자를 마련하는 것으로 해도 좋다. 액정 패널(115G)은 s편광광을 화상 신호에 따라 변조하여 p편광광으로 변환한다. 제 2 편광판(117G)은 액 정 패널(115G)에서 p편광광으로 변환된 G광을 출사한다. 이와 같이 해서, 공간 광변조 장치(110G)는 광원부(100G)로부터의 G광을 화상 신호에 따라 변조한다. 공간 광변조 장치(110G)에서 p편광광으로 변환된 G광은, R광과는 다른 면으로부터 크로스 다이크로익 프리즘(112)에 입사한다.

광원부(100B)로부터의 B광은 렌즈(LN)를 투과하여 공간 광변조 장치(110B)에 입사한다. 공간 광변조 장치(110B)는 B광을 화상 신호에 따라 변조하는 투과형의 액정 표시 장치이다. 공간 광변조 장치(110B)는 액정 패널(115B)과, 제 1 편광판(116B)과, 제 2 편광판(117B)을 갖는다. 제 1 편광판(116B)은 B광 중의 p편광광을 투과하여 액정 패널(115B)에 입사시킨다. 광원부(100B)와 제 1 편광판(116B) 사이에는, p편광광 이외의 진동 방향의 편광광, 예를 들면 s편광광을 p편광광으로 변환하는 편광 변환 소자를 마련하는 것으로 해도 좋다. 액정 패널(115B)은 p편광광을 화상 신호에 따라 변조하여 s편광광으로 변환한다. 제 2 편광판(117B)은 액정 패널(115B)에서 s편광광으로 변환된 B광을 사출한다. 이와 같이 해서, 공간 광변조 장치(110B)는 광원부(101B)로부터의 B광을 화상 신호에 따라 변조한다. 공간 광변조 장치(110B)에서 s편광광으로 변환된 B광은, R광 및 G광과는 다른 면으로부터 크로스 다이크로익 프리즘(112)에 입사한다.

색 합성 광학계인 크로스 다이크로익 프리즘(112)은 2개의 다이크로익 막(112a, 112b)을 갖는다. 다이크로익 막(112a, 112b)은 X자형으로 직교하여 배치된다. 다이크로익 막(112a)은 s편광광인 R광을 반사하고, p편광광인 G광을 투과한다. 다이크로익 막(112b)은 s편광광인 B광을 반사하고, p편광광인 G광을 투과한 다. 이와 같이, 크로스 다이크로익 프리즘(112)은 공간 광변조 장치(110R, 110G, 110B)에서 각각 변조된 R광, G광 및 B광을 합성한다. 투사 렌즈(130)는 크로스 다이크로익 프리즘(112)에서 합성된 광을 스크린(140)에 투사한다.

다이크로익 막(112a, 112b)은, 통상, s편광광의 반사 특성이 우수하다. 이 때문에, 본 실시예와 같이, 다이크로익 막(112a, 112b)에서 각각 반사해야 할 R광 및 B광은 s편광광으로 되어 크로스 다이크로익 프리즘(112)에 입사하도록 설정된다. 또, 다이크로익 막(112a, 112b)을 투과해야 할 G광은 p편광광으로 되어 크로스다이크로익 프리즘(112)에 입사하도록 설정된다.

또한, 본 실시예에서는, 각 광원부(100R, 100G, 100B)는 렌즈(LN)를 통해서 각 공간 광변조 장치(110R, 110G, 110B)에 광을 입사시키는 구성으로 하고 있다. 이것에 한정되지 않고, 광원부(100R, 100G, 100B)의 출사 개구의 크기를 공간 광변조 장치(110R, 110G, 110B)에 대응시켜, 각 광원부(100R, 100G, 100B)로부터의 광을 직접 공간 광변조 장치(110R, 110G, 110B)에 입사시키는 구성으로 해도 좋다.

광원부(100R, 100G, 100B)에 상기의 LED(100)를 이용하는 것에 의해, 광원부(100R, 100G, 100B)를 용이하고 또한 저렴하게 제조하며, 또한 공간 광변조 장치(110R, 110G, 110B)에 높은 효율로 광을 공급할 수 있다. 이것에 의해, 프로젝터(1600)를 용이하고 또한 저렴하게 제조할 수 있으며, 또한 높은 효율로 밝은 화상을 표시할 수 있다고 하는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 상기의 프로젝터(1600)는 투과형 액정 표시 장치를 이용하는 구성으로 하고 있지만, 반사형 액정 표시 장치나 틸트(tilt) 미러 장치를 이용하는 구성으로 해도 좋다. 또, 본 발명의 발광 소자는, 전방 투사형의 프로젝터의 광원부에 이용하는 경우에 한정되지 않고, 후방 프로젝터의 광원부에 이용해도 좋다. 또, 본 발명의 발광 소자는 LED에 한정되지 않고, EL 소자나 반도체 레이저 등의 다른 고체 발광 소자이더라도 좋다.

이상과 같이, 본 발명에 따른 발광 소자는, 높은 광 이용 효율로 밝은 광을 공급하는 경우에 유용하며, 특히 렌즈 등과 조합하여 구성되는 조명 광학계, 예를 들면 프로젝터의 조명 광학계에 이용하는 경우에 적합하다.

이상 기술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 높은 외부 취출 효율로, 소정의 조명 방향으로 효율 좋게 광을 공급하는 것이 가능하여, 용이하고 또한 저렴하게 제조하는 것이 가능한 발광 소자를 얻을 수 있다.

Claims

기준면 상에 마련되어, 광을 공급하는 발광부와,

상기 발광부의 출사 쪽에 마련되어, 상기 발광부로부터의 광을 투과시키는 광학부

를 갖되,

상기 광학부는 상기 기준면에 대략 평행한 이차원 방향에서 굴절율이 주기적으로 변화하도록 형성되고, 또한 상기 발광부와 별도로 형성 가능한 구성을 갖는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
제 1 항에 있어서,

상기 광학부는 상기 기준면에 대략 수직인 방향으로 높이를 갖는 복수의 볼록부, 또는 상기 기준면에 대략 수직인 방향으로 깊이를 갖는 복수의 오목부를 구비하는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
제 1 항에 있어서,

상기 광학부는 필름 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
제 1 항에 있어서,

상기 광학부는 실리콘 수지 부재를 갖는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
제 1 항에 있어서,

유동성 부재를 구비하는 완충층을 더 갖고,

상기 완충층은 상기 발광부와 상기 광학부 사이에 마련되는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
제 2 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 광학부는 대략 원주 형상을 갖는 상기 볼록부를 구비하는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
제 6 항에 있어서,

상기 볼록부는 하나의 볼록부 및 상기 하나의 볼록부에 인접하는 다른 두 개의 볼록부에 의해, 상기 기준면에 거의 평행한 면에서 삼각형을 이루는 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
제 6 항에 있어서,

상기 볼록부는 상기 볼록부가 구비하는 원주 형상의 높이를 상기 원주 형상의 직경으로 나눈 비가 2 이상 3 이하인 것을 특징으로 하는 발광 소자.
제 8 항에 있어서,

상기 볼록부는 상기 원주 형상의 높이를 상기 원주 형상의 직경으로 나눈 비가 약 2.5인 것을 특징으로 하는 발광 소자.
제 6 항에 있어서,

상기 광학부는 상기 볼록부가 구비하는 원주 형상의 직경을, 복수의 상기 볼록부를 병렬시키는 피치로 나눈 비가 0.65 이상 0.85 이하로 되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
제 6 항에 있어서,

상기 광학부는 복수의 상기 볼록부를 병렬시키는 피치가 500㎚ 이상 2000㎚ 이하로 되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
발광부로부터 광을 공급하는 발광 소자의 제조 방법으로서,

이차원 방향에서 굴절율이 주기적으로 변화하는 광학부를 형성하는 광학부 형성 공정과,

상기 이차원 방향에 거의 평행한 기준면 상에 마련된 상기 발광부 위에 상기 광학부를 적층하는 광학부 적층 공정

을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자의 제조 방법.
광을 공급하는 발광 소자를 구비하는 광원부와,

상기 광원부로부터의 광을 화상 신호에 따라 변조하는 공간 광 변조 장치

를 갖되,

상기 발광 소자는 청구항 1 내지 5 중 어느 한 항에 기재된 발광 소자인 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.