TWI818146B - 發光裝置及光學裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明之目的在於實現一種偏光比良好之發光裝置。 發光裝置具有：半導體雷射元件；及透光性構件，其至少自半導體雷射元件出射之雷射光自下表面向上表面透射之區域包含藍寶石；且透光性構件以雷射光入射之入射面為平行於藍寶石之c軸之平面，且俯視時入射至入射面之雷射光之偏光方向或雷射光之FFP之橢圓形狀之長徑方向所對應之方向為與藍寶石之c軸平行或垂直之方向而設置。或是，入射面為藍寶石之c面，入射由準直透鏡對準之雷射光。

Description

發光裝置及光學裝置
本發明係關於一種發光裝置及具有發光裝置之光學裝置。
於專利文獻1中，揭示有一種將半導體雷射元件藉由蓋與基板而氣密密封，且於通過來自半導體雷射元件之光之區域，設置有透光性構件之半導體雷射裝置。又，存在如專利文獻2所揭示之液晶投影儀般於利用自光源出射之光時，考慮該光之偏光特性的光學裝置。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2012-94728號
[專利文獻2]日本專利特開2019-3209號
本發明之課題在於實現一種偏光比良好之發光裝置。
由本說明書揭示之發光裝置具有：半導體雷射元件；及透光性構件，其至少自上述半導體雷射元件出射之雷射光自下表面向上表面透射之區域包含藍寶石；且上述透光性構件係以上述雷射光入射之入射面為與藍寶石之c軸平行之平面，且俯視時入射上述入射面之上述雷射光之偏光方向為與藍寶石之c軸平行或垂直之方向而設置。
又，由本說明書揭示之發光裝置具有：半導體雷射元件；及透光性構件，其至少自上述半導體雷射元件出射之雷射光自下表面向上表面透射之區域包含藍寶石；且自上述半導體雷射元件出射之雷射光之遠場圖案為橢圓形狀，上述透光性構件係以上述雷射光入射之入射面為與藍寶石之c軸平行之平面，且俯視時上述雷射光之橢圓形狀之長徑方向所對應的方向為與藍寶石之c軸平行或垂直之方向而設置。
又，由本說明書揭示之發光裝置具有：半導體雷射元件；準直透鏡；及透光性構件，其至少由上述半導體雷射元件出射，藉由上述準直透鏡對準之雷射光透射之區域包含藍寶石；且上述透光性構件係上述雷射光入射之入射面為藍寶石之c面。
又，由本說明書揭示之光學裝置具有：發光裝置，其由本說明書揭示；偏光元件，其入射由上述發光裝置出射之光；液晶面板；其自上述發光裝置出射，且入射經由上述偏光元件之光；及投影透鏡，其使基於自上 述發光裝置出射之光而作成之投影圖像投影。
根據本揭示，可實現偏光比良好之發光裝置。
1:發光裝置
1A:發光裝置
1B:發光裝置
2:光學裝置
10:基部
10A:基部
10B:基部
11:框部
11A:框部
11B:框部
12:底部
13:階差部
14:第1側面
15:第2側面
20:半導體雷射元件
30:子支架
40:光反射構件
50:保護元件
60:透光性構件
70:透鏡構件
70A:透鏡構件
71:平面區域
72:透鏡區域
80:接著部
201:光源
202:偏光元件
203:液晶面板
204:投影透鏡
E1:準直透鏡
E2:偏光件
E3:ND濾光片
E4:檢測器發光二極體
E5:光圈
M:方向
N:方向
P:連結方向
V-V:線
W1:寬度
W2:寬度
X:方向
Y:方向
α:平面旋轉角
β:平面傾斜角
圖1係實施形態之發光裝置之立體圖。
圖2係用以說明實施形態之發光裝置之構成要件之立體圖。
圖3係實施形態之發光裝置之俯視圖。
圖4係用以說明實施形態之發光裝置之構成要件之俯視圖。
圖5係圖3之V-V線之實施形態之發光裝置之剖視圖。
圖6係基於圖5之剖視圖，顯示實施形態之發光裝置之光的出射區域之剖視圖。
圖7係顯示實施形態之發光裝置之透光性構件之光的出射區域之俯視圖。
圖8係顯示實施形態之發光裝置之透鏡構件之光的出射區域之俯視圖。
圖9係改變藍寶石之透光性構件之平面方向之角度，測定偏光比之實驗資料。
圖10係改變藍寶石之透光性構件之平面方向之角度，測定偏光比之實驗資料。
圖11係改變藍寶石之透光性構件之平面方向之角度，測定偏光比之實驗資料。
圖12係圖9至圖11之實驗條件之模式圖。
圖13係改變藍寶石之透光性構件之高度方向之角度，測定偏光比之實驗資料。
圖14係改變藍寶石之透光性構件之高度方向之角度，測定偏光比之實驗資料。
圖15係改變藍寶石之透光性構件之高度方向之角度，測定偏光比之實驗資料。
圖16係圖12至圖15之實驗條件之模式圖。
圖17係改變藍寶石之透光性構件之厚度，測定偏光比之實驗資料。
圖18係另一實施形態之發光裝置之剖視圖。
圖19係搭載有實施形態之發光裝置之液晶投影儀之模式圖。
於本說明書或申請專利範圍中，關於三角形或四角形等多角形，亦包含對多角形之角實施變圓、倒角、去角、圓角等加工之形狀，稱為多角形。又，不限於角(邊之端)，對邊之中間部分實施加工之形狀亦同樣稱為多角形。即，基於多角形實施加工之形狀為包含於本說明書及申請專利範圍所記載之“多角形”之解釋內者。
又，除多角形外，對於梯形、圓形或凹凸等表示特定形狀之詞語亦同樣。又，處理形成該形狀之各邊之情形亦同樣。即，於某邊中，即使對角或中間部分實施加工，“邊”之解釋亦包含被加工之部分。另，將非意欲加工之“多角形”或“邊”與被加工之形狀區分之情形時，標註“嚴 密”，例如記載為“嚴密之四角形”等。
又，本說明書或申請專利範圍中，關於某構成要件，與之相當者存在複數個，區分各者而表現之情形時，有於該構成要件之頭部標註“第1”、“第2”予以區分之情況。此時，若本說明書與申請專利範圍中區分之對象或觀點不同，則有本說明書中附記之態樣與申請專利範圍中附記之態樣不一致之情況。
以下，一面參照圖式，一面說明用以實施本發明之形態。但，所示形態為將本發明之技術思想具體化者，並非限定本發明者。又，以下之說明中，有關於同一名稱、符號，顯示同一或同質之構件，而適當省略重複之說明之情況。另，存在為明確說明各圖式所示之構件之大小或位置關係等而予以誇大之情況。
<實施形態>
圖1係實施形態之發光裝置1之立體圖。圖2係為顯示發光裝置1中之半導體雷射元件20等構成要件之配置，而省略一部分構成要件之立體圖。於圖2中，以波狀線記有透光性構件60，作為透射圖。圖3係發光裝置1之俯視圖。圖4係與圖2之立體圖對應之俯視圖。圖5係圖3之V-V線之發光裝置1之剖視圖。圖6係基於圖5之剖視圖，顯示自半導體雷射元件20出射之光的出射區域之剖視圖。於圖6中，除圖5記為發光裝置1之構成要件之陰影線外，以箭頭與陰影線表示光之出射區域。圖7係顯示發光裝置1之透鏡構件70之光之出射區域之俯視圖。圖8係顯示發光裝置1之透光性構件60 之光的出射區域之俯視圖。於圖7及圖8中，以由波狀線包圍之陰影線區域表示主要部分之光的出射區域。
發光裝置1具有基部10、4個半導體雷射元件20、4個子支架30、4個光反射構件40、4個保護元件50、透光性構件60、及透鏡構件70，作為構成要件。又，於透光性構件60與透鏡構件70間形成利用接著劑之接著部80。
基部10於俯視時外形為矩形，於外形之內側形成凹形狀。該凹形狀具有自上表面向下表面之方向凹陷之凹部。又，基部10具有上表面、底面、下表面、內側面、及外側面。於俯視時，上表面形成框，於框之內側形成凹部。又，基部10於凹部中形成階差部13，因此，具有構成階差部13之階差上表面及階差側面。
上表面與內側面及外側面相交，下表面與外側面相交。於俯視時，內側面形成矩形形狀。又，以對應於該矩形之各邊之4個側面構成。底面於較下表面更上方且較上表面更下方，形成作為凹部之底之上表面。
階差部13遍及構成內側面之4個側面中對向之2個側面之全長而設置。剩餘2個側面除相交部分外無階差部13。另，相交部分係側面與側面相交之端的部分。
此處，亦將前者之2個側面稱為第1側面14，將後者之2個側面稱為第 2側面15。又，將各自俯視時，與第1側面14平行之方向稱為第1方向X，與第2側面15平行之方向稱為第2方向Y(參照圖4)。基部10之外形為第2方向Y較第1方向X長之矩形。又，於發光裝置1中，將第1方向X及第2方向Y稱為平面方向，將與第1方向X及第2方向Y垂直之方向稱為高度方向。
形成階差部13之區域中，階差側面與底面相交，階差上表面與內側面相交。未形成階差部13之區域中，底面與內側面相交。另，設置階差部13之區域不限於此。可僅設置於1個側面，又可設置於3個以上之側面。
基部10具有包含底面之底部12、及包含內側面或階差部13且形成包圍底部12或底面之框的框部11，並藉由將底部12與框部11接合而形成。又，底部12與框部11藉由不同之主材料而形成。例如，對於框部11，將陶瓷用作主材料，對於底部12，將熱傳導率高於陶瓷之金屬用作主材料，可形成基部10。
作為陶瓷，可使用例如氮化鋁、氮化矽、氧化鋁、碳化矽。作為金屬，可使用例如銅、鋁、鐵、作為複合物之銅鉬、銅鎢、銅-金剛石。
另，基部10亦可不使用分為底部12與框部11之部分形成。例如，亦可藉由以陶瓷為主材料之1個構件形成基部10。另，亦可以金屬形成而不限於陶瓷。
於基部10之下表面與階差上表面分別設置金屬膜。又，下表面側之 金屬膜與階差上表面側之金屬膜以通過基部10之內部之金屬連接，且可電性連接。另，金屬膜亦可設置於基部10之其他區域。例如，亦可取代階差上表面設置於底面，且取代下表面設置於基部10之上表面或外側面。
半導體雷射元件20於俯視時具有長方形之外形。又，與長方形之2條短邊中之一邊相交之側面成為自半導體雷射元件20放射之光的出射端面。又，半導體雷射元件20之上表面及下表面之面積大於出射端面。
自半導體雷射元件放射之光(雷射光)存在擴散，於光之出射端面所平行之面中，形成橢圓形狀之遠場圖案(以下稱為「FFP」。)。另，FFP係遠離出射端面之位置中之出射光之形狀或光強度分佈。於該光強度分佈中，將相對於峰值強度值具有1/e2以上強度之光稱為主要部分之光。
橢圓形狀之FFP為較半導體雷射元件中之包含活性層之複數個半導體層之層方向，與其垂直之積層方向更長之橢圓。另，將層方向(橢圓形狀之短徑方向)稱為FFP之水平方向，將積層方向(橢圓方向之長徑方向)稱為FFP之垂直方向。
又，基於FFP之光強度分佈，將相當於光強度分佈之半峰全寬之角度設為該半導體雷射元件之光的擴散角。將FFP之垂直方向之光的擴散角稱為垂直方向之擴散角，將FFP之水平方向之光的擴散角稱為水平方向之擴散角。
對於半導體雷射元件20，可採用例如放射藍色光之半導體雷射元件。又，除此以外，亦可採用放射綠色光或紅色光、或其他顏色光之半導體雷射元件。
此處，藍色光是指其發光峰值波長在420nm~494nm範圍內之光。綠色光是指其發光峰值波長在495nm~570nm範圍內之光。紅色光是指其發光峰值波長在605nm~750nm範圍內之光。
作為發出藍色光之半導體雷射元件，列舉例如包含氮化物半導體之半導體雷射元件。又，作為氮化物半導體，可使用例如GaN、InGaN、及AlGaN。
子支架30以長方體之平板形狀形成，具有上表面、下表面、及側面。又，子支架30之上下方向之寬度最小。另，形狀不限於長方體。子支架30係使用例如氮化矽、氮化鋁、或碳化矽形成。又，亦可使用其他材料而不限於此。
光反射材料40具有反射光之光反射面。又，光反射面相對於下表面傾斜。即，光反射面自下表面觀察，可垂直亦可平行。例如，作為光反射面，設置相對於下表面成45度傾斜角之平面(傾斜面)。另，光反射面亦可為曲面。
光反射構件40可對形成其外形之主材料使用玻璃或金屬等。主材料 較佳為耐熱之材料，可使用例如石英或BK7(硼矽酸玻璃)等玻璃、鋁等金屬或Si。
又，光反射面可將反射之雷射光之峰值波長所對之光反射率設為99%以上。此種光反射面可使用例如Ag、Al等金屬或Ta2O5/SiO2、TiO2/SiO2、Nb2O5/SiO2等介電質多層膜形成。另，光反射率為不超出100%之值。
保護元件50防止特定之元件(例如半導體雷射元件20)流通過量電流而被破壞。作為保護元件50，可使用例如以Si形成之齊納二極體。
透光性構件60以長方體之平板形狀形成，具有上表面、下表面、及側面。又，透光性構件60之上下方向之寬度最小。此處，所謂透光性，是指相對於光之透射率為80%以上。另，形狀亦可不限於長方體。又，亦可於一部分具有非透光性之區域。
透光性構件係將藍寶石用作主材料而形成。又，具有透光性之部分包含藍寶石。藍寶石為折射率較高，且強度亦較高之材料。又，對透光性構件60使用無摻雜者。
又，透光性構件60之下表面或上表面成為與藍寶石之面方位中之c軸平行之面。具體而言，成為a面。另，亦可為m面。又或，透光性構件60之下表面或上表面成為藍寶石之面方位中之c面。
透光性構件60可於0.2mm以上至1.0mm以下之範圍內形成上表面至下表面之寬度(厚度)，較佳可於0.3mm以上至0.6mm以下之範圍內形成。又，上表面或下表面之面積可以2.0mm2至100mm2形成，較佳以9.0mm2至50mm2形成。藉此，可保持作為發光裝置1之足夠之強度，亦有助於小型化。另，透光性構件60之大小亦可不限於該範圍。
接著部80係使接著劑硬化而形成。作為形成接著部80之接著劑，可使用紫外線硬化型樹脂。紫外線硬化型樹脂可不加熱而於較短之時間內硬化。
透鏡構件70以於平板之上表面配置有透鏡之形狀形成，且具有上表面、下表面及側面。因此，下表面為平面，但上表面具有與側面相交且平行於下表面之平面區域71、及形成透鏡面之透鏡區域72。透鏡區域72由平面區域71包圍，相對於該平面於上方形成透鏡形狀。
透鏡區域72中，形成複數個透鏡於一方向相連之形狀。具體而言，4個透鏡於俯視時於1個側面方向連結。透鏡構件70中，於俯視時，該側面方向(連結方向P)之寬度大於與其垂直之方向之寬度(參照圖3)。又，於俯視時，與全部4個透鏡相交之直線方向之寬度大於與其垂直之直線方向之寬度。
又，於平面區域71中，自與側面相交之位置至到達透鏡區域72之最 短距離(寬度)係連結方向P中之寬度W1大於與其垂直之方向中之寬度W2(參照圖3)。至少於平行於連結方向P之2個側面中之一側面中滿足該關係，由發光裝置1之小型化之觀點而言較佳。對於透鏡部70，例如可使用BK7等玻璃。
接著，針對使用該等構成要件製造之發光裝置1進行說明。首先，將半導體雷射元件20及保護元件50配置於子支架30。對1個子支架30配置1個半導體雷射元件20與1個保護元件50。因此，對4個半導體雷射元件20準備4個子支架30。
另，亦可於1個子支架30配置複數個雷射元件20或複數個保護元件50。又，保護元件50亦可設置於子支架30以外之處。又，發光裝置1中，亦可不設置保護元件50。
於子支架30之上表面設置金屬膜，於該金屬膜之上配置並接合半導體雷射元件20及保護元件50。半導體雷射元件20以出射端面與子支架30之側面一致或自側面突出之方式，於特定之位置使其下表面接合。藉由如此配置，可避免自半導體雷射元件20出射之光照射於子支架30之上表面。
另，突出之情形時，較佳為自側面離開少許距離。其原因在於，當距離過空時，接合變得不穩定。例如，較佳設為0.05mm以下。又或，亦可配置為於光未照射子支架30之上表面之位置，出射端面至子支架30之 側面的內側。
子支架30可發揮將自半導體雷射元件20產生之熱量散去之作用。具體而言，只要以熱傳導率較半導體雷射元件20更佳之材料形成子支架30即可。因此，發揮該作用之情形時，可視子支架30為散熱構件。
又，由散熱性之觀點而言，較佳為對子支架30使用其熱傳導率高於基板10之底面者。例如，基部10之底面為氮化鋁之情形時，較佳為對子支架30使用碳化矽。
又，子支架30可發揮調整半導體雷射元件20之光之出射位置的作用。基於其他構成要件之配置位置而決定光之出射位置之情形時，將子支架30之厚度設為特定值，於其上配置半導體雷射元件20。例如，發光裝置1中，由與光反射構件40之位置關係決定出射位置。發揮該作用之情形時，可視子支架30為調整構件。
接著，將子支架30配置於基部10之底面。即，將半導體雷射元件20或保護元件50配置於基部10之底面側。4個子支架30排列配置為，各者中之半導體雷射元件20之出射端面至同一平面上。另，亦可不使出射端面對齊於相同平面上，而分別調整配置位置。
4個子支架30隔著對向之第1側面14或對向之階差部13而排列。又，4個子支架30於第2方向Y排列配置。又，自配置之半導體雷射元件20出射 之光朝對向之第2側面15中之一者之第2側面15存在之方向、或朝第1方向X前進。
於4個半導體雷射元件20間，出射之光之FFP之垂直方向彼此、及水平方向彼此相同。此處之相同包含3度以內之差。又，通過自半導體雷射元件20出射之光軸的光朝第1方向X前進。又，構成橢圓形狀之FFP之長徑之光成像於與底面垂直之方向之直線上，構成FFP之短徑之光成像於第2方向Y之直線上。
此處，將構成FFP之長徑之光被成像之直線的方向稱為對應於FFP之垂直方向之方向M，將構成FFP之短徑之光被成像之直線的方向稱為對應於FFP之水平方向之方向N。因此，可稱為自半導體雷射元件20出射之光之FFP之垂直方向對應於與底面垂直之方向，水平方向對應於第2方向Y。
接著，將光反射構件40配置於基部10之底面。對1個子支架30或1個半導體雷射元件20配置1個光反射構件40。另，亦可對複數個子支架30或複數個半導體雷射元件20配置1個光反射構件40。
光反射構件40以自半導體雷射元件20放射之光的主要部分照射於光反射面之方式配置。因此，於自半導體雷射元件20出射之光的行進方向有光反射構件40，且設置光反射面。又，4個光反射構件40配置為各者之光反射面至相同平面上。另，亦可不於相同平面上對齊。
4個光反射構件40隔著對向之第1側面14或對向之階差部13並列。又，4個光反射構件40於第2方向Y排列配置。又，4個光反射構件40配置於半導體雷射元件20、與位於自半導體雷射元件20出射之光之行進端之第2側面15之間。
又，光反射構件40自子支架30或半導體雷射元件20空出特定距離配置。因此，若將1個半導體雷射元件20與自該半導體雷射元件20出射之光之主要部分所照射之1個光反射構件40設為1組光出射單元，則於4個光出射單元間，子支架30與光反射構件40之距離、或半導體雷射元件20與光反射構件40之距離特定。
於發光裝置1中，行進於光軸之光朝平行於子支架30之上表面之方向行進，且由光反射面反射，而自底面垂直地朝上方行進。又，如圖7所示，藉由光反射面反射，與FFP之垂直方向對應之方向M自與底面垂直之方向變為第1方向X。對應於FFP之水平方向之方向N於光反射面之反射前後未改變，為第2方向Y。
接著，為將半導體雷射元件20及保護元件50電性連接而接合配線。藉由配線，半導體雷射元件20及保護元件50可與設置於階差上表面之金屬膜電性連接。因此，可經由設置於基部10之下表面之金屬膜，接收來自外部之電源供給。
接著，將透光性構件60配置於基部10之上表面。又，將透光性構件 60之下表面與基部10之上表面接合。於透光性構件60之下表面，於外緣附近設置用以與基部10接合之金屬膜，且經由Au-Sn等固定於基部10。
又，透光性構件60具有於俯視時到達基部10之外側面附近之大小。具體而言，例如具有基部10之上表面中外側面至內側面之寬度之70%以上重疊之大小。藉此，可增大與基部10之上表面之接合面積。又，如後述，可增大與透鏡構件70之接合面積。
自半導體雷射元件20出射，且由光反射構件40之光反射面反射之光一面擴散一面入射透光性構件60之下表面。即，透光性構件60之下表面稱為光之入射面。又，通過光軸之光對透光性構件60之下表面垂直入射。
又，於透光性構件60之下表面或上表面，對應於FFP之垂直方向之方向M為第1方向X，對應於FFP之水平方向之方向N為第2方向Y。另，入射之光之80%以上透射，自透光性構件60之上表面出射。即，於透光性構件60中，光通過之區域具有透光性。
藉由將透光性構件60與基部10接合，而形成供半導體雷射元件20配置之密閉空間。如此，於將如凹部般打開之空間加蓋而形成密閉空間之情形時，透光性構件60可視為蓋構件。
又，供半導體雷射元件20配置之密閉空間以氣密密封之狀態形成。藉由氣密密封，可抑制有機物等集塵於半導體雷射元件20之光的出射端 面。
接著，將透鏡構件70配置於透光性構件60之上方，並固定於透光性構件60。透鏡構件70將自透光性構件60出射之光調整並固定於藉由透鏡適當控制之位置。配置於應固定之位置之透鏡構件70與透光性構件60之間以接著劑填補。藉由該接著劑固定透鏡構件70，形成接著劑硬化之接著部80。
透鏡構件70係以連結之1個透鏡控制來自1個半導體雷射元件20之光之方式配置。因此，藉由連結之4個透鏡，控制來自4個半導體雷射元件20之光。
具體而言，於發光裝置1中，通過透鏡構件70之透鏡之光成為準直光，自透鏡構件70出射。即，透鏡構件70具有準直透鏡，於入射於透光性構件60之時點，未對準之光一面擴散一面通過透光性構件60，通過透鏡構件70，藉此成為準直光而出射。另，控制之態樣未限定於準直，亦可為聚光或擴散等。
透鏡構件70配置為於俯視時，透鏡之連結方向P與半導體雷射元件20排列之方向(第2方向Y)成為相同。又，配置為，透鏡之連結方向P與對應於入射透鏡構件70之FFP之水平方向之方向N成為相同方向，且於俯視時與連結方向P垂直之方向(第1方向X)與對應於入射透鏡構件70之FFP之垂直方向之方向M成為相同方向。
又，通過自半導體雷射元件20出射之光軸之光以通過透鏡之頂點(透鏡之上下方向上最高之位置)之方式配置。又，透鏡區域72之第1方向X之寬度之兩端於俯視時，一端設置於基部10之上表面，另一端設置於內側面之內側(凹部內)。為了控制更多之光且謀求發光裝置1之小型化，而使一端達到基部10之上表面。
另一方面，透鏡構件70設置為，於第2方向Y中，透鏡區域72之寬度之兩端於俯視時未於基部10之上表面，而至內側面之內側。即，透鏡區域72以於俯視時至對向之第1側面14間之方式配置。可設置於第1側面14之內側用以成為於第1側面14設置階差部13之配置。
設置接著劑之區域(形成接著部80之區域)於俯視時，與透鏡構件70之平面區域71重疊，且不與透鏡區域72重疊。因此，接著劑設置於透鏡構件70之下表面之外緣附近。又，設置於透鏡構件70之下表面之4條邊中延伸於第1方向X之邊的附近。
透鏡構件70之平面區域71以連結方向P之寬度W1大於與其垂直方向之寬度W2之方式設置，藉此可增大與透光性構件60之接合面積。如上所述，製造發光裝置1。
此處，對測定藍寶石之面方位及光之入射方向與光之偏光比的關係之實驗資料進行說明。
圖9至圖11係入射面為a面之情形與c面之情形時，將藍寶石之透光性構件60改變平面方向之角度且測定偏光比之實驗資料。又，圖9係使用出射藍色光之TE模式之半導體雷射元件作為半導體雷射元件20之情形之實驗資料，圖10係使用出射綠色光之TE模式之半導體雷射元件之情形之實驗資料，圖11係使用出射紅色光之TM模式之半導體雷射元件之情形之實驗資料。圖12係獲得圖9至圖11之實驗資料時之實驗條件之模式圖。
如圖12所示，於該實驗中，以自半導體雷射元件20出射之通過光軸之光垂直入射透光性構件60之入射面之方式進行測定。又，於保持垂直入射之狀態下，以光軸為軸，使透光性構件60旋轉，並以若干不同角度進行測定。以下，將該角度稱為平面旋轉角α。
入射面為a面之情形時，將對應於FFP之垂直方向之方向與藍寶石之c軸成平行之狀態的平面旋轉角α設為0度，將對應於FFP之垂直方向之方向與藍寶石之c軸成垂直狀態的平面旋轉角α設為90度。於圖8中，記述有發光裝置1之透光性構件60之入射面為藍寶石之a面，且c軸為圖中箭頭之方向之情形之平面旋轉角α的值。
入射面為c面之情形時，將對應於FFP之垂直方向之方向與藍寶石之a軸成平行之狀態的平面旋轉角α設為0度，將對應於FFP之垂直方向之方向與藍寶石之a軸成垂直(與m軸平行)之狀態的平面旋轉角α設為90度。
入射面為a面之透光性構件60及入射面為c面之透光性構件60之厚度，一致為500μm。又，以未配置透光性構件60之狀態測定時之偏光比係藍色為3134TE/TM，綠色為2487TE/TM，紅色為36TM/TE。於圖9至圖11中，為供比較，以直線記述未配置透光性構件時之光之偏光比。
另，測定時，使用Thorlabs公司製之格蘭雷射解石偏光件作為偏光件E2，使用Melles Griot有限公司製之金屬膜ND濾光片作為ND濾光片E3，使用濱松光子公司製之檢測器發光二極體作為檢測器發光二極體E4。
由圖9至圖11之測定結果可知，將入射面設為c面之情形時，即使角度變化，偏光比亦未發現較大變化。即，研究出c面無相對於平面方向之旋轉之偏光比之依存或依存非常小。
另一方面可知，將入射面設為a面之情形時，若平面旋轉角α變化則偏光比亦變化。又可知，平面旋轉角α自0度至45度偏光比減少，自45度至90度偏光比增加，於0度或90度時偏光比最大，於45度時偏光比最小。
又，平面旋轉角α為45度時，偏光比為顯著低值。於圖9至圖11之任一者中，平面旋轉角α於30度以上60度以下之範圍內，無法獲得良好偏光比，偏光比之值為1以上5以下之範圍。
另一方面，平面旋轉角α於0度與90度時，獲得高偏光比。即，研究出對於TE模式之光或TM模式之光，平面旋轉角α於0度或90度時均獲得良 好偏光比。因此，研究出即使TE模式與TM模式之半導體雷射元件混合之發光裝置，亦可獲得良好偏光比。
又，研究出於俯視時，即使入射面之FFP之垂直方向所對應的方向或水平方向所對應之方向為彼此存在90度差異之發光裝置，亦可獲得良好偏光比。例如，研究出於俯視時，即便以通過光軸之光之行進方向彼此存在90度差異之方式配置2個半導體雷射元件20，且以通過光軸之光分別於垂直上方行進之方式配置光反射構件40的發光裝置1，亦可獲得良好偏光比。
又，如圖11所示，對於透射透光性構件60前之偏光比值較低之光(偏光比值為2位之光)，於平面旋轉角α為0度或90度時，透射後偏光比值變高。另可知，如圖9至圖10所示，對於透射前之偏光比值較高之光(偏光比為4位之光)，於平面旋轉角α為0度或90度時，為大致相同程度或變低。
於圖9及圖10中，平面旋轉角α為0度，且偏光比為2000以上，若變為5度，則降低至200左右，若變為10度，則降低至50左右。又，圖11中，若平面旋轉角α變為10度，則偏光比為較透射透光性構件60前更低的值。
因此，可觀察將a面設為入射面之偏光比相對於平面旋轉角α之角度依存性之程度。又，研究出要獲得良好偏光比，較佳為平面旋轉角α位於0度以上10度以下、或在80度以上90度以下之範圍內。另，平面旋轉角α位於90度至180度、180度至270度、270度至360度之範圍內亦可稱為同樣之 原理。
又，a面與c面中，a面之偏光比之最大值更大。即，平面旋轉角α為0度或90度時，a面較c面更可獲得更高之偏光比。
接著，圖13至圖15係入射面為a面之情形與c面之情形時，改變光入射藍寶石之透光性構件60之入射面之角度，測定偏光比之實驗資料。以下，將該角度稱為平面傾斜角β。圖13係平面旋轉角α為0度之狀態下之實驗資料，圖14係平面旋轉角α為45度之狀態下之實驗資料，圖15係平面旋轉角α為90度之狀態下之實驗資料。圖16係獲得圖13至圖15之實驗資料時之實驗條件之模式圖。
如圖16所示，於該實驗中，並非如圖12般使直接具有FFP之擴散之光入射透光性構件60，而是使通過自半導體雷射元件20出射之光軸之光藉由準直透鏡E1對準，進而以光圈E5收窄後入射透光性構件60。
另，圖13至圖15之圖表之平面傾斜角β為0度，表示通過光軸之光相對於入射面垂直入射之狀態。即，發光裝置1之透光性構件60之配置相當於0度之狀態。因此，平面傾斜角β為90度時，光不自透光性構件60之下表面入射，而自側面入射。又，透光性構件60傾斜配置之例(平面傾斜角β為0°<β<90°之例)記載於圖18。
另，透光性構件60之厚度或使用之偏光件E2、ND濾光片E3、及檢 測器發光二極體E4與圖12同樣。又，圖13至圖15之任一者均使用出射與圖9之測定時相同之藍色光之半導體雷射元件作為半導體雷射元件20，進行測定。
由圖13至圖15之測定結果可知，於a面與c面中，c面相對於角度變化之偏光比之變化更大。又可知，a面即使角度變化，偏光比之變化亦較小。即，無論有無光之平面傾斜角β所對之偏光比依存，a面皆較小。
另，無論a面還是c面，均無因平面傾斜角β之角度而使例如1000以上之偏光比成為2位或1位之值等顯著變化。
又，於圖13與圖15之結果中，角度愈大，c面之偏光比值愈接近a面之偏光比值。由該結果研究出，對於與c軸平行之面，偏光比之特性無大變化。
即，使平面傾斜角β自c面90度旋轉之面為與c軸平行之面，對應於FFP之垂直方向之方向與藍寶石之c軸平行。又，a面亦為與c軸平行之面，於平面旋轉角α為90度之狀態(圖15)下，無論將平面傾斜角β設為何種角度，均為與c軸平行之面(例如90度傾斜之面為m面)。因此，若為與c軸平行之面，則可研究出獲得與a面之測定結果相似之測定結果。
又，若與圖9比較，則可知對於c面，因對準而使偏光比飛躍性變大。即，研究出透射c面之情形時，透射之光的準直性(為對準何種程度之 光)係較大地影響偏光比者。另一方面，對於a面，偏光比不因擴散之光入射或未擴散之光(準直光)入射而較大變化。
若以準直光比較，則於平面旋轉角α為0度之狀態下，c面之偏光比值大於a面。因此，研究出只要使準直光入射，則入射面為c面之透光性構件獲得較入射面為a面之透光性構件更高之偏光比。
由以上實驗結果研究出，關於藍寶石之透光性構件，對入射面使用與c軸平行之面之情形與使用c面之情形，可為如下所述者。
<對入射面使用與c軸平行之面之情形>若於入射面中，對應於雷射光之FFP之垂直方向(橢圓形狀之長徑方向)之方向以與c軸平行或垂直之方向設置，則獲得良好偏光比。若入射至入射面之雷射光之偏光方向以與c軸平行或垂直之方向設置，則獲得良好偏光比。換言之，若s偏光或p偏光以與c軸平行之方向設置，則獲得良好偏光比。若使偏光比值較小之光透射，則可較透射前更提高偏光比。此處，偏光比值較小之光是指例如偏光比為1以上50以下之光。即使通過光軸之光未垂直入射至入射面而傾斜入射，偏光比值亦未較大變化，獲得穩定之偏光比。換言之，於通過光軸之光相對於入射面之入射角(平面傾斜角β)為0度以上90度以下之間，可獲得穩定之偏光比。因此，可以說於發光裝置1中，若來自半導體雷射元件20之雷射光之FFP之垂直方向所對應之方向或偏光方向、與藍寶石之透光性構件60中之c軸之方向為於俯視(或仰視)時平行或垂直之方向，則獲得良好偏光比。於準直光與擴散光之間，偏光比無較大差。
<對入射面使用c面之情形>即使以與入射面垂直之軸為中心旋轉，亦可獲得偏光比值無較大變化之穩定偏光比。藉由使光對準後入射，而獲得較未對準之光更優異之偏光比。
如此，藉由以適當條件配置藍寶石之a面或m面等與c軸平行之面、或c面，而可獲得良好偏光比。另，良好偏光比是指本質上滿足光學裝置2要求之偏光比。
圖17係顯示發光裝置之其他實施形態之剖視圖。圖17所示之發光裝置1A為，於基部10A之框部11A中，透鏡構件70A配置於較透光性構件60更下方之形狀。因此，藉由透鏡構件70A對準之光入射至透光性構件60。於此種發光裝置1A中，較佳為對入射面使用藍寶石之c面形成透光性構件60。另，較佳為使用a面。
圖18係顯示發光裝置之其他實施形態之剖視圖。圖18所示之發光裝置1B中，由於基部10B之框部11B之上表面傾斜，故透光性構件60亦傾斜配置。因此，通過光軸之光不垂直入射透光性構件60之入射面。又，入射透光性構件60之雷射光未對準，而一面擴散一面通過透光性構件60。此種發光裝置1B中，較佳對入射面使用與藍寶石之c軸平行之面即a面，形成透光性構件60。
接著，作為具有實施形態之發光裝置之光學裝置2之一例，針對液晶 投影儀進行說明。關於液晶投影儀之基本構造，例如記載於日本專利特開2018-92112號、日本專利特開2018-141994號、日本專利特開2019-3209號等專利公開公報中。由該等之記載或其他先前技術亦可知，液晶投影儀於構成要件中具有光源201、偏光元件202、液晶面板203、及投影透鏡204等。
又，自光源201出射之光到達液晶面板203前，通過偏光元件202。作為該偏光元件202，使用例如分光器，藉此反射由光源201出射之光之一偏光成分，且透射另一偏光成分。即，液晶投影儀之機構以僅特定之偏光成分入射液晶面板203之方式構成。由此種構成，求得液晶投影儀中偏光比良好之光，且例如求得出射偏光比值為100以上之光的光源201。
因此，如圖19所示，藉由將實施形態之發光裝置用作光源201之液晶投影儀，可效率良好地使特定之偏光成分之光入射液晶面板203。具體而言，液晶投影儀具有發光裝置1。又，具有入射由發光裝置1出射之光之偏光元件202。又，具有入射由發光裝置1出射，且經由偏光元件202之光之液晶面板203。又，具有使基於自發光裝置1出射之光作成之投影圖像投影之投影透鏡204。又可具有此外之構成要件。
以上，說明實施形態之發光裝置及光學裝置，但本發明之發光裝置及光學裝置並非為嚴密限定於實施形態者。即，本發明未必為限定於由實施形態揭示之發光裝置及光學裝置之外形或構造而實現者。又，可為於未必充分具備所有之構成要件時亦可應用者。例如，於申請專利範圍中未記 載由實施形態揭示之發光裝置之構成要件之一部分之情形時，其一部分構成要件為特定允許替代、省略、形狀之變化、材料之變更等依據相關領域技術人員之設計之自由度，且基此應用申請專利範圍所記載之發明者。
[產業上之可利用性]
實施形態所記載之發光裝置可使用於投影儀、車載前燈、照明、顯示器等之光源。
1:發光裝置
10:基部
11:框部
12:底部
20:半導體雷射元件
30:子支架
40:光反射構件
60:透光性構件
70:透鏡構件
80:接著部

Claims (18)

  1. 一種發光裝置，其具有：半導體雷射元件；及透光性構件，其至少自上述半導體雷射元件出射之雷射光自下表面向上表面透射之區域包含藍寶石；且上述透光性構件係以上述雷射光入射之入射面為藍寶石之a面，且俯視時入射上述入射面之上述雷射光之偏光方向為與藍寶石之c軸平行或垂直之方向而設置。
  2. 一種發光裝置，其具有：半導體雷射元件；及透光性構件，其至少自上述半導體雷射元件出射之雷射光自下表面向上表面透射之區域包含藍寶石；且自上述半導體雷射元件出射之雷射光之遠場圖案為橢圓形狀；上述透光性構件係以上述雷射光入射之入射面為藍寶石之a面，且俯視時上述雷射光之橢圓形狀之長徑方向所對應之方向為與藍寶石之c軸平行或垂直之方向而設置。
  3. 如請求項1或2中任一項之發光裝置，其中具有複數個上述半導體雷射元件；對於自複數個上述半導體雷射元件出射之雷射光，以俯視時上述雷射光之偏光方向為與藍寶石之c軸平行或垂直之方向，而設置上述透光性 構件之入射面。
  4. 如請求項3之發光裝置，其中複數個上述半導體雷射元件包含TE模式之半導體雷射元件、及TM模式之半導體雷射元件。
  5. 如請求項3之發光裝置，其具有：1個或複數個光反射構件，其反射自上述複數個半導體雷射元件射出之雷射光，由上述1個或複數個光反射構件反射後之光入射至上述透光性構件之入射面，複數個上述半導體雷射元件包含俯視時通過光軸之光之行進方向彼此存在90度差異之第1半導體雷射元件與第2半導體雷射元件。
  6. 如請求項4之發光裝置，其具有：1個或複數個光反射構件，其反射自上述複數個半導體雷射元件射出之雷射光，由上述1個或複數個光反射構件反射後之光入射至上述透光性構件之入射面，複數個上述半導體雷射元件包含俯視時通過光軸之光之行進方向彼此存在90度差異之第1半導體雷射元件與第2半導體雷射元件。
  7. 如請求項1或2之發光裝置，其中具有自上述透光性構件出射之上述雷射光通過的透鏡構件。
  8. 如請求項7之發光裝置，其中通過上述透鏡構件之上述雷射光為準直光。
  9. 如請求項8之發光裝置，其中入射上述透光性構件之上述雷射光非準直光。
  10. 如請求項1或2之發光裝置，其中上述透光性構件自上述雷射光入射之入射面至上述雷射光出射之出射面之厚度為0.3mm以上1.0mm以下。
  11. 一種發光裝置，其具有：半導體雷射元件；準直透鏡；及透光性構件，其至少自上述半導體雷射元件出射而由上述準直透鏡對準之雷射光所透射之區域包含藍寶石；且上述透光性構件係：供上述雷射光入射之入射面為藍寶石之c面。
  12. 如請求項11之發光裝置，其進而具有基部，上述半導體雷射元件配置於上述基部，上述準直透鏡配置於上述基部，上述透光性構件係：與上述基部接合，而形成供上述半導體雷射元件及上述準直透鏡配置之密閉空間。
  13. 如請求項12之發光裝置，其中上述基部具有底部及框部，上述半導體雷射元件配置於上述底部，上述框部於俯視時包圍配置於上述底部之上述半導體雷射元件，上述準直透鏡配置於上述框部。
  14. 如請求項12之發光裝置，其中上述基部具有：以金屬為主材料之底部、及以陶瓷為主材料之框部，上述半導體雷射元件配置於上述底部。
  15. 如請求項12之發光裝置，其進而具有：光反射構件，其配置於上述基部，且反射自上述半導體雷射元件射出之光，上述光反射構件配置於上述密閉空間。
  16. 如請求項15之發光裝置，其中上述透光性構件係：配置於上述半導體雷射元件、上述準直透鏡及上述光反射構件之上方，上述光反射構件將自上述半導體雷射元件之出射端面向側方射出之光朝上方反射。
  17. 如請求項11至16中任一項之發光裝置，其中上述透光性構件係：自入射面至出射面之厚度為0.3mm以上1.0mm以下，上述入射面供自上述半導體雷射元件出射之光入射，上述出射面供 上述光射出。
  18. 一種光學裝置，其具有：如請求項1至17中任一項之發光裝置；偏光元件，其入射由上述發光裝置出射之光；液晶面板，其入射由上述發光裝置出射且經由上述偏光元件之光；及投影透鏡，其使基於由上述發光裝置出射之光作成之投影圖像投影。
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