説明

光源モジュールおよびプロジェクター

【課題】半導体発光素子と光学素子との高い位置合わせ精度を有し、かつ、半導体発光素子の出射部へのダメージを抑制できる光源モジュールを提供する。
【解決手段】本発明に係る光源モジュール100は、出射部11を有する半導体発光素子10と、出射部11から出射される光L1が入射する光学素子20と、を含み、光学素子20は、出射部11を避けて、半導体発光素子10に接合されている。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、光源モジュールおよびプロジェクターに関する。
【背景技術】
【0002】
環境への影響や寿命などの観点から水銀ランプの代替光源として、近年、半導体発光素子の開発が精力的に行われてきている。具体的な半導体発光素子としては、半導体レーザー(Laser Diode)、スーパールミネッセントダイオード(Super Luminescent Diode、以下「SLD」ともいう)、LED(Light Emitting Diode)等が知られている。
【0003】
半導体発光素子では、出射光の放射角が大きくなる場合があり、照明として利用するためには、レンズ等の光学素子を用いて放射角を小さくする必要がある。このような半導体発光素子および光学素子を備えた光学モジュールでは、半導体発光素子と光学素子との高い位置合わせ精度が求められる。半導体発光素子と光学素子との位置合わせ精度を高める方法としては、例えば特許文献1に開示された技術のように、半導体発光素子と光学素子とを接触させることが考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2010−238686号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、特許文献1に開示された技術では、半導体発光素子の出射部に光学素子が接触しているため、出射部が傷つきダメージを受ける可能性があった。特に、端面発光型であるスーパールミネッセントダイオードにおいて、出射部がダメージを受けると、出力が低下してしまう場合がある。
【0006】
本発明のいくつかの態様に係る目的の1つは、半導体発光素子と光学素子との高い位置合わせ精度を有し、かつ、半導体発光素子の出射部へのダメージを抑制できる光源モジュールを提供することにある。また、本発明のいくつかの態様に係る目的の1つは、上記光源モジュールを有するプロジェクターを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明に係る光源モジュールは、
出射部を有する半導体発光素子と、
前記出射部から出射される光が入射する光学素子と、
を含み、
前記光学素子は、前記出射部を避けて、前記半導体発光素子に接合されている。
【0008】
このような光源モジュールによれば、光学素子は、半導体発光素子に接合されているので、光学素子が半導体発光素子に接合されていない場合に比べて、半導体発光素子と光学素子との高い位置合わせ精度を有することができる。さらに、このような光源モジュールでは、光学素子は出射部と離間しているので、光学素子によって出射部にダメージが加えられることを抑制できる。これにより、例えば光源モジュールの出力が低下することを防止できる。
【0009】
本発明に係る光源モジュールにおいて、
前記半導体発光素子は、
前記出射部が設けられた第1面と、前記第1面と異なる第2面と、を有し、
前記第1面の垂線および前記第2面の垂線は、互いに交差し、
前記光学素子は、前記第1面および前記第2面に接合されていてもよい。
【0010】
このような光源モジュールによれば、出射部から出射される光の光軸の角度ずれや、半導体発光素子と光学素子との位置ずれを、より確実に抑制できる。
【0011】
本発明に係る光源モジュールにおいて、
前記半導体発光素子は、前記第1面および前記第2面と異なる第3面を有し、
前記第1面の垂線、前記第2面の垂線、および前記第3面の垂線は、互いに直交し、
前記光学素子は、前記第1面、前記第2面、および前記第3面に接合されていてもよい。
【0012】
このような光源モジュールによれば、より確実に、X軸方向、Y軸方向、およびZ軸方向の3軸方向の位置ずれ(半導体発光素子と光学素子との位置ずれ)を抑制できる。
【0013】
本発明に係る光源モジュールにおいて、
前記半導体発光素子は、前記出射部を避けて設けられた凹部を有し、
前記光学素子は、前記凹部と相補する形状の凸部を有し、
前記凸部と前記凹部とは、接合されていてもよい。
【0014】
このような光源モジュールによれば、半導体発光素子と光学素子との高い位置合わせ精度を有し、かつ、半導体発光素子の出射部へのダメージを抑制できる。
【0015】
本発明に係る光源モジュールにおいて、
前記半導体発光素子は、前記出射部を避けて設けられた凸部を有し、
前記光学素子は、前記凸部と相補する形状の凹部を有し、
前記凸部と前記凹部とは、接合されていてもよい。
【0016】
このような光源モジュールによれば、半導体発光素子と光学素子との高い位置合わせ精度を有し、かつ、半導体発光素子の出射部へのダメージを抑制できる。
【0017】
本発明に係る光源モジュールにおいて、
前記半導体発光素子を支持するサブマウントを、さらに含み、
前記サブマウントは、前記光学素子に接していてもよい。
【0018】
このような光源モジュールによれば、例えば外部から衝撃が加えられた場合に、半導体発光素子が光学素子に対してずれることを抑制できる。
【0019】
本発明に係る光源モジュールにおいて、
前記半導体発光素子は、スーパールミネッセントダイオードであってもよい。
【0020】
このような光源モジュールによれば、スペックルノイズを低減することができる。
【0021】
本発明に係る光源モジュールにおいて、
前記出射部は、複数設けられていてもよい。
【0022】
このような光源モジュールによれば、高出力化を図ることができる。
【0023】
本発明に係るプロジェクターは、
本発明に係る光源モジュールと、
前記光源モジュールから出射された光を、画像情報に応じて変調する光変調装置と、
前記光変調装置によって形成された画像を投射する投射装置と、
を含む。
【0024】
このようなプロジェクターによれば、均一性よく、かつ高い照度で液晶ライトバルブ(光変調装置)を照射することができる。
【図面の簡単な説明】
【0025】
【図1】本実施形態に係る光源モジュールを模式的に示す図。
【図2】本実施形態に係る光源モジュールを模式的に示す図。
【図3】本実施形態に係る光源モジュールを模式的に示す図。
【図4】本実施形態に係る光源モジュールの光学素子の製造工程を模式的に示す図。
【図5】本実施形態に係る光源モジュールの光学素子の製造工程を模式的に示す図。
【図6】本実施形態に係る光源モジュールの半導体発光素子を模式的に示す平面図。
【図7】本実施形態に係る光源モジュールの半導体発光素子を模式的に示す断面図。
【図8】本実施形態の第1変形例に係る光源モジュールを模式的に示す図。
【図9】本実施形態の第2変形例に係る光源モジュールを模式的に示す図。
【図10】本実施形態の第3変形例に係る光源モジュールを模式的に示す図。
【図11】本実施形態の第4変形例に係る光源モジュールを模式的に示す図。
【図12】本実施形態の第4変形例に係る光源モジュールを模式的に示す図。
【図13】本実施形態の第5変形例に係る光源モジュールを模式的に示す図。
【図14】本実施形態の第5変形例に係る光源モジュールを模式的に示す図。
【図15】本実施形態の第5変形例に係る光源モジュールを模式的に示す図。
【図16】本実施形態の第6変形例に係る光源モジュールを模式的に示す図。
【図17】本実施形態の第6変形例に係る光源モジュールを模式的に示す図。
【図18】本実施形態の第6変形例に係る光源モジュールを模式的に示す図。
【図19】本実施形態の第6変形例に係る光源モジュールを模式的に示す図。
【図20】本実施形態の第6変形例に係る光源モジュールを模式的に示す図。
【図21】本実施形態の第6変形例に係る光源モジュールを模式的に示す図。
【図22】本実施形態に係るプロジェクターを模式的に示す図。
【発明を実施するための形態】
【0026】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【0027】
1. 光源モジュール
まず、本実施形態に係る光源モジュールについて、図面を参照しながら説明する。図1は、本実施形態に係る光源モジュール100を模式的に示す図である。図2は、本実施形態に係る光源モジュール100を模式的に示す図であって、Y軸方向(図1に示すY軸の矢印方向と反対方向)から見た図である。図3は、本実施形態に係る光源モジュール100を模式的に示す図であって、X軸方向(図1に示すX軸の矢印方向)から見た図である。
【0028】
光源モジュール100は、図1〜図3に示すように、半導体発光素子10と、光学素子20と、を含む。さらに、光源モジュール100は、サブマウント30を含むことができる。なお、便宜上、図1〜図3では、半導体発光素子10を簡略化して図示している。また、図2では、保持部25以外の光学素子20を透視して図示している。
【0029】
半導体発光素子10としては、例えば、半導体レーザー、SLD、LEDを用いることができる。特に、SLDは、半導体レーザーに比べてスペックルノイズを低減することができ、かつLEDに比べて高出力化を図ることができるので、半導体発光素子10として好適に用いられる。
【0030】
半導体発光素子10は、出射部11を有する。出射部11は、例えば、複数設けられている。図2および図3に示す例では、出射部11は、4つ設けられているが、その数は特に限定されず、適宜変更可能である。複数の出射部11は、例えば、Z軸沿って配列されている。複数の出射部11は、Z軸に沿ってアレイ状に設けられているともいえる。半導体発光素子10は、出射部11から光L1を出射することができる。光L1の光軸は、例えば、Y軸に沿っている。
【0031】
半導体発光素子10は、出射部11が設けられる第1面12と、第1面12と異なる第2面13と、を有することができる。第2面13は、例えば、第1面12に接続されている。第1面12の垂線Pおよび第2面13の垂線Qは、互いに交差(図1に示す例では直交)している。図1に示す例では、垂線PはY軸に沿っており、垂線QはX軸に沿っている。
【0032】
光学素子20には、出射部11から出射される光L1が入射する。光学素子20は、出射部11から出射される光L1が入射する入射面21と、入射面21から入射される光L1を光L2として出射する出射面22と、を有することができる。光L2の光軸は、例えば、Y軸に沿っている。
【0033】
入射面21は、平坦な面である。図示の例では、入射面21は、半導体発光素子10の第1面12と対向しており、出射部11から出射された光L1の光軸と直交している。すなわち、図示の例では、光L1の光軸が第1面12と直交している。なお、図示はしないが、入射面21は、第1面12と対向していなくてもよく、光L1の光軸の向きによって、入射面21の向き(入射面21の垂線方向)を適宜変更することができる。
【0034】
出射面22は、凸曲面22aを有する。凸曲面22aは、出射部11の数に対応して複数設けられている。図3に示す例では、凸曲面22aは、4つ設けられている。凸曲面22aによって、光L1の放射角を小さくする(集光する)ことができ、例えば、出射面22から出射される光L2を、コリメート光とすることができる。すなわち、光学素子20は、光L1を集光するためのレンズであるといえる。
【0035】
光学素子20の材質としては、出射部11から出射された光L1を透過することができれば、特に限定されないが、例えば、ガラスである。
【0036】
光学素子20は、出射部11を避けて、半導体発光素子10に接合されている。すなわち、光学素子20は、出射部11と離間している。光学素子20は、例えば、接着剤を介して、半導体発光素子10に接合されている。図示の例では、光学素子20は、入射面21から半導体発光素子10側に延出した保持部25を有し、保持部25が半導体発光素子10に接合されている。より具体的には、保持部25は、入射面21から半導体発光素子10側(−Y方向)に延出した第1部分23と、第1部分23から半導体発光素子10側(−Y方向)に延出した第2部分24と、を有している。そして、第1部分23は、半導体発光素子10の第1面12に接合され、第2部分24は、半導体発光素子10の第2面13に接合されている。第1面12に接合される第1部分23の面は、第1面12と平行であってもよく、第2面13に接合される第2部分24の面は、第2面13と平行であってもよい。
【0037】
なお、図示の例では、光学素子20は、半導体発光素子10の第1面12および第2面13の両面に接合されているが、光学素子20は、半導体発光素子10のいずれか1つの面にのみ接合されていてもよい。
【0038】
光学素子20は、例えば、モールド成型などの射出成型により製造される。図4および図5は、光学素子20の製造工程を模式的に示す図である。
【0039】
まず、図4に示すように、光学素子20となる原料体20aを、金型40,42の間に配置する。原料体20aは、軟化する温度に加熱されていてもよい。金型40,42には、光学素子20を成型するための凹部が形成されている。
【0040】
次に、図5に示すように、金型40,42によって原料体20aに射出圧を加えて、原料体20aを成型した後、冷却する。このようにして、保持部25を有する光学素子20を、一体的に形成することができる。
【0041】
サブマウント30は、半導体発光素子10を支持している。サブマウント30は、図1に示すように、半導体発光素子10の第2面13と反対を向く面(第2面13と対向する面)に接合されていてもよい。サブマウント30の形状は、特に限定されないが、例えば直方体である。
【0042】
サブマウント30の材質としては、例えば、アルミニウム、銅、モリブテン、タングステン、シリコン、ベリリウム、炭素や、これらの化合物(例えば、窒化アルミニウム、酸化ベリリウム)、合金などを列挙することができる。サブマウント30は、例えば、金型成型などにより形成される。
【0043】
次に、半導体発光素子10の詳細な構成について説明する。図6は、半導体発光素子10を模式的に示す平面図である。図7は、半導体発光素子10を模式的に示す図6のVII−VII線断面図である。以下では、半導体発光素子10がSLDである場合について説明する。
【0044】
半導体発光素子10は、図6および図7に示すように、基板102と、第1クラッド層104と、活性層106と、第2クラッド層108と、コンタクト層110と、第1電極112と、第2電極114と、絶縁層116と、を有することができる。
【0045】
基板102としては、例えば、第1導電型(例えばn型)のGaAs基板などを用いる。
【0046】
第1クラッド層104は、基板102上に形成されている。第1クラッド層104としては、例えば、n型のInGaAlP層を用いる。
【0047】
活性層106は、第1クラッド層104上に形成されている。活性層106は、例えば、InGaPウェル層とInGaAlPバリア層とから構成される量子井戸構造を3つ重ねた多重量子井戸(MQW)構造を有する。図1に示す例では、活性層106は、第1側面131と、第1側面131に対して傾斜した第2側面132および第3側面133を有している。
【0048】
活性層106の一部は、第1利得領域150、第2利得領域160、および第3利得領域170を構成している。利得領域150,160,170は、光を発生させることができ、この光は、利得領域150,160,170内を、利得を受けつつ導波することができる。
【0049】
第1利得領域150は、図6に示すように、第2側面132から第3側面133まで設けられている。図示の例では、第1利得領域150は、第1側面131に対して平行に設けられている。
【0050】
第2利得領域160は、第2側面132から第1側面131まで設けられている。第2利得領域160は、第2側面132において、第1利得領域150と重なっている。
【0051】
第3利得領域170は、第3側面133から第1側面131まで設けられている。第3利得領域170は、第3側面133において、第1利得領域150と重なっている。
【0052】
利得領域150,160,170に発生する光において、第1側面131の反射率は、第2側面132の反射率および第3側面133の反射率より低い。これにより、第2利得領域160と第1側面131との接続部、および第3利得領域160と第1側面131との接続部は、出射部11となることができる。また、側面132,133は、反射面となることができる。
【0053】
利得領域160,170は、第1側面131の垂線Pに対して傾いて、第1側面131に接続されている。これにより、第2利得領域160の第1側面131における端面と、第3利得領域170の第1側面131における端面との間で、利得領域150,160,170に発生する光を、直接的に多重反射させないことができる。その結果、直接的な共振器を構成させないことができるため、利得領域150,160,170に発生する光のレーザー発振を抑制または防止することができる。
【0054】
利得領域150,160,170は、利得領域群180を構成することができ、半導体発光素子10では、複数の利得領域群180が設けられている。図示の例では、2つの利得領域群180が設けられているが、その数は特に限定されない。
【0055】
第2クラッド層108は、活性層106上に形成されている。第2クラッド層108としては、例えば、第2導電型(例えばp型)のInGaAlP層を用いる。
【0056】
例えば、p型の第2クラッド層108、不純物がドーピングされていない活性層106、およびn型の第1クラッド層104により、pinダイオードが構成される。第1クラッド層104および第2クラッド層108の各々は、活性層106よりも禁制帯幅が大きく、屈折率が小さい層である。活性層106は、光を発生させ、かつ光を増幅しつつ導波させる機能を有する。第1クラッド層104および第2クラッド層108は、活性層106を挟んで、注入キャリア(電子および正孔)並びに光を閉じ込める機能(光の漏れを抑制する機能)を有する。
【0057】
半導体発光素子10は、第1電極112と第2電極114との間に、pinダイオードの順バイアス電圧を印加する(電流を注入する)と、活性層106に利得領域150,160,170を生じ、利得領域150,160,170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。この生じた光を起点として、連鎖的に誘導放出が起こり、利得領域150,160,170内で光の強度が増幅される。そして、強度が増幅された光は、出射部11から光L1として出射される。
【0058】
コンタクト層110は、第2クラッド層108上に形成されている。コンタクト層110としては、例えば、p型のGaAs層を用いる。
【0059】
コンタクト層110と、第2クラッド層108の一部とは、柱状部111を構成することができる。柱状部111の平面形状は、利得領域150,160,170の平面形状と同じである。すなわち、コンタクト層110の上面の平面形状は、利得領域150,160,170の平面形状と同じであるといえる。例えば、柱状部111の平面形状によって、電極112,114間の電流経路が決定され、その結果、利得領域150,160,170の平面形状が決定される。
【0060】
絶縁層116は、第2クラッド層108上であって、柱状部111の側方に形成されている。絶縁層116としては、例えば、SiN層、SiO層、SiON層、Al層、ポリイミド層を用いる。
【0061】
絶縁層116として上記の材料を用いた場合、電極112,114間の電流は、絶縁層116を避けて、該絶縁層116に挟まれた柱状部111を流れることができる。絶縁層116は、活性層106の屈折率よりも小さい屈折率を有することができる。この場合、絶縁層116を形成した部分の垂直断面の有効屈折率は、絶縁層116を形成しない部分、すなわち、柱状部111が形成された部分の垂直断面の有効屈折率よりも小さくなる。これにより、平面方向において、利得領域150,160,170内に効率良く光を閉じ込めることができる。
【0062】
第1電極112は、基板102の下の全面に形成されている。第1電極112としては、例えば、基板102側からCr層、AuGe層、Ni層、Au層の順序で積層したものなどを用いることができる。
【0063】
第2電極114は、コンタクト層110上および絶縁層116上に形成されている。第2電極114としては、例えば、コンタクト層110側からCr層、AuZn層、Au層の順序で積層したものなどを用いることができる。
【0064】
なお、活性層106の側面131は、半導体発光素子10の第1面12の一部を形成する面である。第1面12は、劈開によって形成されてもよい。また、図7に示す例では、第1電極112の下面によって、半導体発光素子10の第2面13が形成されている。
【0065】
半導体発光素子10は、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術などによる半導体加工技術によって形成される。
【0066】
本実施形態に係る光源モジュール100は、例えば、以下の特徴を有する。
【0067】
光源モジュール100によれば、光学素子20は、半導体発光素子10に接合されている。そのため、光源モジュール100は、光学素子が半導体発光素子に接合されていない場合に比べて、半導体発光素子10と光学素子20との高い位置合わせ精度を有することができる。さらに、光源モジュール100では、光学素子20は、出射部11と離間している。そのため、光学素子20によって出射部11にダメージが加えられることを抑制できる。これにより、例えば光源モジュール100の出力が低下することを防止できる。
【0068】
光源モジュール100によれば、光学素子20は、出射部11が設けられた第1面12、および第1面12の垂線Pと交差する(図1の例では直交する)垂線Qを有する第2面13と接している。図1に示す例では、垂線PはY軸に沿っており、垂線QはX軸に沿っている。これにより、光L1の光軸の角度ずれや、半導体発光素子10と光学素子20との位置ずれ(X軸方向およびY軸方向の位置ずれ)を、より確実に抑制できる。
【0069】
光源モジュール100によれば、半導体発光素子10として、SLDを用いることができる。そのため、半導体レーザーに比べてスペックルノイズを低減することができ、かつLEDに比べて高出力化を図ることができる。半導体発光素子10として、特に端面発光型であるSLDを用いる場合、出射部がダメージを受けると、出力が低下してしまう場合があるが、光源モジュール100では、光学素子20は出射部11と離間しているため、出力の低下を抑制できる。
【0070】
光源モジュール100によれば、出射部11を、複数設けることができる。このように複数の出射部を備えた光源モジュールでは、特に、半導体発光素子と光学素子との高い位置合わせ精度が求められる。このような光源モジュールをプロジェクターの光源として用いた場合であって、例えば非重畳でライトバルブの照射面を照射する場合、各出射部から出射される光の光軸がずれていると、照明面に照度の差として表れてしまうからである。本実施形態に係る光源モジュール100では、光学素子20が半導体発光素子10に接合されていることにより、半導体発光素子と光学素子との高い位置合わせ精度を有することができる。その結果、照明面に表れる照度の差を小さくすることができ、均一性よく照射面を照射することができる。さらに、光源モジュール100によれば、出射部11が複数設けられているので、高出力化を図ることができる。
【0071】
光源モジュール100によれば、射出成型などにより、半導体発光素子10が接合される保持部25を有する光学素子20を、一体的に形成することができる。そのため、安価かつ短時間で光学素子20を形成することができる。さらに、光学素子20を高い精度で形成することができる。また、半導体加工技術を用いて半導体発光素子10を形成することにより、半導体発光素子10を高い精度で形成することができる。すなわち、高い精度で形成された半導体発光素子10と光学素子20とを接合させることにより、両者の位置合わせ精度を高めることができる。
【0072】
光源モジュール100によれば、出射部11が設けられる半導体発光素子10の第1面12を、劈開によって形成することができる。劈開によって形成された第1面12は、原子的に平坦な面となる。この平坦性の高い第1面12に、光学素子20が接合されることにより、半導体発光素子10と光学素子20との位置合わせ精度を高めることができる。また、第1面12および第2面13に接合される保持部25の面を、研磨することにより、平坦性を高めてもよい。これにより、さらに、半導体発光素子10と光学素子20との位置合わせ精度を高めることができる。
【0073】
2. 光源モジュールの変形例
2.1. 第1変形例に係る光源モジュール
次に、本実施形態の第1変形例に係る光源モジュールについて、図面を参照しながら説明する。図8は、本実施形態の第1変形例に係る光源モジュール200を模式的に示す図であって、図1に対応している。
【0074】
以下、本実施形態の第1変形例に係る光源モジュール200において、本実施形態に係る光源モジュール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。このことは、後述する第2〜第6変形例に係る光源モジュール300,400,500,600,700についても同様である。
【0075】
光源モジュール200では、図8に示すように、半導体発光素子10は、出射部11を避けて設けられた凹部14を有している。図示の例では、凹部14は、半導体発光素子10の第2面13に設けられている。
【0076】
光源モジュール200では、光学素子20は、凸部26を有する。図示の例では、凸部26は、光学素子20の保持部25に設けられている。凸部26は、凹部14内に配置され、凹部14と相補する形状を有している。凸部26の形状は、特に限定されないが、例えば、直方体である。凸部26と凹部14とは、例えば接着剤を介して、接合されている。
【0077】
光源モジュール200によれば、凸部26と凹部14とが接合することにより、半導体発光素子10と光学素子20との高い位置合わせ精度を有することができる。例えば、凸部26の形状を直方体とすることにより、より確実に、X軸方向、Y軸方向、およびZ軸方向の3軸方向の位置ずれ(半導体発光素子10と光学素子20との位置ずれ)を抑制できる。
【0078】
なお、図示の例では、凹部14は第2面13に形成されていたが、凹部14内に凸部26が配置され凸部26と凹部14とが接合されていれば、凹部14は、半導体発光素子10のいかなる箇所(例えば、出射部11を除く第1面12)に形成されていてもよい。また、凹部14は複数設けられ、凹部14に対応して凸部26も複数設けられていてもよい。
【0079】
2.2. 第2変形例に係る光源モジュール
次に、本実施形態の第2変形例に係る光源モジュールについて、図面を参照しながら説明する。図9は、本実施形態の第2変形例に係る光源モジュール300を模式的に示す図であって、図1に対応している。
【0080】
光源モジュール300では、図9に示すように、光学素子20は、凹部27を有する。図示の例では、凹部27は、光学素子20の保持部25に設けられている。
【0081】
光源モジュール300では、半導体発光素子10は、凸部15を有する。凸部15は、出射部11を避けて設けられている。凸部15は、凹部27内に配置され、凹部27と相補する形状を有している。凸部15の形状は、特に限定されないが、例えば、直方体である。凹部27と凸部15とは、例えば接着剤を介して、接合されている。
【0082】
光源モジュール300によれば、凸部15と凹部27とが接合することにより、半導体発光素子10と光学素子20との高い位置合わせ精度を有することができる。例えば、凸部15の形状を直方体とすることにより、より確実に、X軸方向、Y軸方向、およびZ軸方向の3軸方向の位置ずれ(半導体発光素子10と光学素子20との位置ずれ)を抑制できる。
【0083】
なお、図示の例では、凸部15は第2面13に形成されていたが、凹部27内に凸部15が配置され凸部15と凹部27とが接合されていれば、凸部15は、半導体発光素子10のいかなる箇所(例えば、出射部11を除く第1面12)に形成されていてもよい。また、凸部15は複数設けられ、凸部15に対応して凹部27も複数設けられていてもよい。
【0084】
2.3. 第3変形例に係る光源モジュール
次に、本実施形態の第3変形例に係る光源モジュールについて、図面を参照しながら説明する。図10は、本実施形態の第3変形例に係る光源モジュール400を模式的に示す図であって、図1に対応している。
【0085】
光源モジュール100の例では、図1に示すように、1つの半導体発光素子10を有していた。これに対し、光源モジュール400では、図10に示すように、複数の半導体発光素子10を有している。図示の例では、半導体発光素子10は、3つ設けられているが、その数は特に限定されず、適宜変更可能である。複数の半導体発光素子10は、例えば、X軸に沿って配列されている。
【0086】
光学素子20の出射面22は、複数の半導体発光素子10に対応して、複数の凸曲面22aを有している。サブマウント30は、複数の半導体発光素子10に対応して、複数設けられている。
【0087】
光源モジュール400によれば、光源モジュール100に比べて、高出力化を図ることができる。
【0088】
2.4. 第4変形例に係る光源モジュール
次に、本実施形態の第4変形例に係る光源モジュールについて、図面を参照しながら説明する。図11は、本実施形態の第5変形例に係る光源モジュール500を模式的に示す図であって、図2に対応している。図12は、本実施形態に係る光源モジュール500を模式的に示す図であって、図3に対応している。
【0089】
光源モジュール100の例では、図2および図3に示すように、出射部11のX軸方向には、光学素子20の保持部25が配置されていた。これに対し、光源モジュール500では、図11および図12示すように、出射部11のX軸方向には、保持部25が配置されていない。光源モジュール500では、保持部25は、出射部11のX軸方向を避けて配置されている。
【0090】
光源モジュール500によれば、光源モジュール100に比べて、出射部11をより冷却することができ、放熱性を向上させることができる。
【0091】
2.5. 第5変形例に係る光源モジュール
次に、本実施形態の第5変形例に係る光源モジュールについて、図面を参照しながら説明する。図13は、本実施形態の第5変形例に係る光源モジュール600を模式的に示す図であって、図1に対応している。図14は、本実施形態に係る光源モジュール600を模式的に示す図であって、図2に対応している。
【0092】
光源モジュール100の例では、図1および図2に示すように、光学素子20は、半導体発光素子10の第1面12および第2面13に接合されていた。これに対し、光源モジュール600では、図13および図14に示すように、光学素子20は、半導体発光素子10の第1面12および第2面13の他、さらに半導体発光素子10の第3面16に接合されている。第1面12の垂線PはY軸に沿っており、第2面13の垂線QはX軸に沿っており、第3面16の垂線RはZ軸に沿っている。すなわち、垂線P,Q,Rは、互いに直交している。
【0093】
光学素子20の保持部25は、例えば、第1部分23および第2部分24と連続する第3部分28を有し、第3部分28は、半導体発光素子10の第3面16に接合されている。
【0094】
光源モジュール600によれば、より確実に、X軸方向、Y軸方向、およびZ軸方向の3軸方向の位置ずれ(半導体発光素子10と光学素子20との位置ずれ)を抑制できる。
【0095】
なお、光学素子20の保持部25は、図15に示すように、第1部分23および第2部分24と連続する第4部分29を有し、第4部分29は、半導体発光素子10の第4面17に接合されていてもよい。第4面17は、第3面16の反対側の面(第3面16と対向する面)であって、垂線Rと平行な垂線Sを有している。図15に示す形態により、よりいっそうZ軸方向の位置ずれを抑制できる。
【0096】
2.6. 第6変形例に係る光源モジュール
次に、本実施形態の第6変形例に係る光源モジュールについて、図面を参照しながら説明する。図16は、本実施形態の第6変形例に係る光源モジュール700を模式的に示す図であって、図1に対応している。図17は、本実施形態に係る光源モジュール700を模式的に示す図であって、図2に対応している。なお、便宜上、図17では、保持部25およびサブマウント接触部725以外の光学素子20を透視して図示している。
【0097】
光源モジュール100の例では、図1および図2に示すように、サブマウント30は、光学素子20に接していなかった。これに対し、光源モジュール700では、図16および図17に示すように、サブマウント30は、光学素子20に接している。図示の例では、光学素子20は、入射面21からサブマウント30側(−Y方向)に延出されたサブマウント接触部725を有し、サブマウント30は、サブマウント接触部725の接触面726に接している。接触面726は、図16に示すように、曲面であってもよい。
【0098】
サブマウント接触部725は、保持部25と離間しており、保持部25とサブマウント接触部725との間に、半導体発光素子10およびサブマウント30が配置されている。
【0099】
光源モジュール700によれば、サブマウント30は、光学素子20に接しているため、例えば外部から衝撃が加えられた場合に、半導体発光素子10が光学素子20に対してずれることを抑制できる。
【0100】
光源モジュール700によれば、サブマウント30と接触する接触面726を、曲面とすることができる。そのため、サブマウント30を、光学素子20の硬度よりも低い硬度を有する材料(例えば光学素子20がガラスからなる場合は、銅)で形成することにより、サブマウント30を変形させて、半導体発光素子10およびサブマウント30を、光学素子20に対して固定することができる。すなわち、サブマウント30を接触面726に接触させた状態で、半導体発光素子10およびサブマウント30を光学素子20側(+Y方向)に押し込むことにより、サブマウント30を変形させながら、半導体発光素子10およびサブマウント30を所望の位置まで移動させることができる。これにより、サブマウント30の形状の精度の影響を小さくすることができ、半導体発光素子10を所望の位置に配置することができる。
【0101】
なお、光源モジュール700では、図18に示すように、保持部25およびサブマウント接触部725は、出射部11のX軸方向を避けて配置されていてもよい。これにより、光源モジュール500と同様に、放熱性を向上させることができる。
【0102】
また、光源モジュール700では、図19に示すように、光学素子20の保持部25は、第3部分28を有し、第3部分28は、半導体発光素子10の第3面16に接合されていてもよい。これにより、光源モジュール600と同様に、より確実に、X軸方向、Y軸方向、およびZ軸方向の3軸方向の位置ずれ(半導体発光素子10と光学素子20との位置ずれ)を抑制できる。第3部分28および第3面16の説明については、光源モジュール600において説明した内容を適用することができる。
【0103】
また、光源モジュール700では、図20に示すように、さらに、光学素子20の保持部25は、第4部分29を有し、第4部分29は、半導体発光素子10の第4面17に接合されていてもよい。これにより、光源モジュール600と同様に、よりいっそうZ軸方向の位置ずれを抑制できる。第4部分29および第4面17の説明については、光源モジュール600において説明した内容を適用することができる。
【0104】
また、光源モジュール700では、図21に示すように、複数の半導体発光素子10を有していてもよい。これにより、光源モジュール400と同様に、高出力化を図ることができる。
【0105】
3. プロジェクター
次に、本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22は、本実施形態に係るプロジェクター800を模式的に示す図である。なお、便宜上、図22では、プロジェクター800を構成する筐体を省略して図示している。
【0106】
プロジェクター800は、本発明に係る光源モジュールを含む。以下では、図22に示すように、光源モジュール100(赤色光源モジュール100R、緑色光源モジュール100G、青色光源モジュール100B)を含むプロジェクター800について説明する。赤色光源モジュール100R、緑色光源モジュール100G、青色光源モジュール100Bは、それぞれ、赤色光、緑色光、青色光を出射することができる。なお、便宜上、図22では、赤色光源モジュール100R、緑色光源モジュール100G、青色光源モジュール100Bを、簡略化して図示している。
【0107】
図22に示すように、プロジェクター800は、さらに、透過型の液晶ライトバルブ(光変調装置)804R,804G,804Bと、投射レンズ(投射装置)808と、を含む。
【0108】
各光源モジュール100R,100G,100Bから出射された光は、各液晶ライトバルブ804R,804G,804Bに入射する。各液晶ライトバルブ804R,804G,804Bは、入射した光をそれぞれ画像情報に応じて変調する。そして、投射レンズ808は、液晶ライトバルブ804R,804G,804Bによって形成された像を拡大してスクリーン(表示面)810に投射する。
【0109】
また、プロジェクター800は、液晶ライトバルブ804R,804G,804Bから出射された光を合成して投射レンズ808に導くクロスダイクロイックプリズム(色光合成手段)806を、含むことができる。
【0110】
各液晶ライトバルブ804R,804G,804B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806に入射する。このプリズムは、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808によりスクリーン810上に投射され、拡大された画像が表示される。
【0111】
プロジェクター800によれば、半導体発光素子10と光学素子20との高い位置合わせ精度を有し、かつ、半導体発光素子10の出射部11へのダメージを抑制できる光源モジュール100を含む。そのため、均一性よく、かつ高い照度で液晶ライトバルブ804を照射することができる。
【0112】
なお、上述の例では、光変調装置として透過型の液晶ライトバルブを用いたが、液晶以外のライトバルブを用いてもよいし、反射型のライトバルブを用いてもよい。このようなライトバルブとしては、例えば、反射型の液晶ライトバルブや、デジタルマイクロミラーデバイス(Digital Micromirror Device)が挙げられる。また、投射光学系の構成は、使用されるライトバルブの種類によって適宜変更される。
【0113】
また、光源モジュール100R,100G,100Bを、光源モジュール100R,100G,100Bからの光をスクリーン上で走査させることにより、表示面に所望の大きさの画像を表示させる画像形成装置である走査手段を有するような走査型の画像表示装置(プロジェクター)の光源装置にも適用することが可能である。
【0114】
上述した実施形態および変形例は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば、各実施形態および各変形例を適宜組み合わせることも可能である。
【0115】
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。
【符号の説明】
【0116】
10 半導体発光素子、11 出射部、12 第1面、13 第2面、14 凹部、
15 凸部、16 第3面、17 第4面、20 光学素子、20a 原料体、
21 入射面、22 出射面、22a 凸曲面、23 第1部分、24 第2部分、
25 保持部、26 凸部、27 凹部、28 第3部分、29 第4部分、
30 サブマウント、40 金型、42 金型、100 光源モジュール、
102 基板、104 第1クラッド層、106 活性層、108 第2クラッド層、
110 コンタクト層、111 柱状部、112 第1電極、114 第2電極、
116 絶縁層、131 第1側面、132 第2側面、133 第3側面、
150 第1利得領域、160 第2利得領域、170 第3利得領域、
180 利得領域群、200〜700 光源モジュール、725 サブマウント接触部、
726 接触面、800 プロジェクター、804 液晶ライトバルブ、
806 クロスダイクロイックプリズム、808 投射レンズ、810 スクリーン

【特許請求の範囲】
【請求項1】
出射部を有する半導体発光素子と、
前記出射部から出射される光が入射する光学素子と、
を含み、
前記光学素子は、前記出射部を避けて、前記半導体発光素子に接合されている、ことを特徴とする光源モジュール。
【請求項2】
前記半導体発光素子は、
前記出射部が設けられた第1面と、前記第1面と異なる第2面と、を有し、
前記第1面の垂線および前記第2面の垂線は、互いに交差し、
前記光学素子は、前記第1面および前記第2面に接合されている、ことを特徴とする請求項1に記載の光源モジュール。
【請求項3】
前記半導体発光素子は、前記第1面および前記第2面と異なる第3面を有し、
前記第1面の垂線、前記第2面の垂線、および前記第3面の垂線は、互いに直交し、
前記光学素子は、前記第1面、前記第2面、および前記第3面に接合されている、ことを特徴とする請求項2に記載の光源モジュール。
【請求項4】
前記半導体発光素子は、前記出射部を避けて設けられた凹部を有し、
前記光学素子は、前記凹部と相補する形状の凸部を有し、
前記凸部と前記凹部とは、接合されている、ことを特徴とする請求項1ないし3に記載の光源モジュール。
【請求項5】
前記半導体発光素子は、前記出射部を避けて設けられた凸部を有し、
前記光学素子は、前記凸部と相補する形状の凹部を有し、
前記凸部と前記凹部とは、接合されている、ことを特徴とする請求項1ないし3に記載の光源モジュール。
【請求項6】
前記半導体発光素子を支持するサブマウントを、さらに含み、
前記サブマウントは、前記光学素子に接している、ことを特徴とする請求項1ないし5に記載の光源モジュール。
【請求項7】
前記半導体発光素子は、スーパールミネッセントダイオードである、ことを特徴とする請求項1ないし6に記載の光源モジュール。
【請求項8】
前記出射部は、複数設けられている、ことを特徴とする請求項1ないし7に記載の光源モジュール。
【請求項9】
請求項1ないし8のいずれか1項に記載の光源モジュールと、
前記光源モジュールから出射された光を、画像情報に応じて変調する光変調装置と、
前記光変調装置によって形成された画像を投射する投射装置と、
を含む、ことを特徴とするプロジェクター。

【図1】
image rotate

【図2】
image rotate

【図3】
image rotate

【図4】
image rotate

【図5】
image rotate

【図6】
image rotate

【図7】
image rotate

【図8】
image rotate

【図9】
image rotate

【図10】
image rotate

【図11】
image rotate

【図12】
image rotate

【図13】
image rotate

【図14】
image rotate

【図15】
image rotate

【図16】
image rotate

【図17】
image rotate

【図18】
image rotate

【図19】
image rotate

【図20】
image rotate

【図21】
image rotate

【図22】
image rotate


【公開番号】特開2013−89829(P2013−89829A)
【公開日】平成25年5月13日(2013.5.13)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−230407(P2011−230407)
【出願日】平成23年10月20日(2011.10.20)
【出願人】(000002369)セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Fターム(参考)】