JP2021021876A - 光源モジュールおよびプロジェクター - Google Patents

Abstract

【課題】正確にＳ偏光光とＰ偏光光とを分離することができる光源モジュールを提供する。【解決手段】フォトニック結晶構造体で構成された共振器を有する発光素子と、前記発光素子から射出された光が入射する偏光変換素子と、を有し、前記偏光変換素子は、入射した光のうち第１偏光光を第１方向に反射させ、入射した光のうち第２偏光光を前記第１方向と直交する第２方向に透過させる偏光分離層と、前記偏光分離層で反射された前記第１偏光光を、前記第２方向に反射させる反射層と、前記反射層で反射された前記第１偏光光、および前記偏光分離層を透過した前記第２偏光光の一方の偏光光の光路に設けられ、前記一方の偏光光を他方の偏光光に変換する位相差層と、を有し、前記共振器は、共振部を有し、平面視において、前記第１方向における前記共振部の長さは、前記第１方向および前記第２方向と直交する第３方向における前記共振部の長さよりも小さい。【選択図】図２

Description

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。

液晶表示素子を光変調素子として用いた液晶プロジェクターが知られている。液晶プロジェクターでは、画像表示に際して偏光を必要とするため、液晶プロジェクターの光源としては、偏光度の高い光を射出できることが望ましい。

例えば特許文献１には、液晶プロジェクターの光源として、発光素子から射出された無偏光な光を、偏光ビームスプリッターにおいてＳ偏光光とＰ偏光光とに分離し、１／２波長板においてＳ偏光光およびＰ偏光光の一方を他方に変換して射出する光源が記載されている。

特開２００６−１３３６０１号公報

上記のような液晶プロジェクターの光源を構成する発光素子として、フォトニック結晶構造体を有するフォトニック結晶発光素子が検討されている。フォトニック結晶発光素子は、フォトニック結晶構造体で構成される共振器の共振部において光を共振させる。フォトニック結晶発光素子は、狭配光角で、発光強度が一様なレーザー光を射出することができる。

フォトニック結晶発光素子は、放熱性の観点から、平面視において、共振部を正方形ではなく、長方形などの長手方向と短手方向とを有する形状にすることが好ましい。長方形の方が正方形に比べて発光面積あたりの外周長の割合が大きく、放熱に有利なためである。

しかしながら、フォトニック結晶発光素子の共振部を長方形にすると、互いに直交する方向の配光角が異なってしまう。例えば、Ｘ軸方向に長辺、Ｙ軸方向に短辺を有する共振部では、射出光のＹ軸方向の配光角は、射出光のＸ軸方向の配光角より大きくなる。配光角が大きくなると、偏光ビームスプリッターにおいて、正確にＳ偏光光とＰ偏光光とに分離できない場合がある。

本発明に係る光源モジュールの一態様は、
フォトニック結晶構造体で構成された共振器を有する少なくとも１つの発光素子と、
前記発光素子から射出された光が入射する偏光変換素子と、
を有し、
前記偏光変換素子は、
入射した光のうち第１偏光光を第１方向に反射させ、入射した光のうち第２偏光光を前記第１方向と直交する第２方向に透過させる偏光分離層と、
前記偏光分離層で反射された前記第１偏光光を、前記第２方向に反射させる反射層と、
前記反射層で反射された前記第１偏光光、および前記偏光分離層を透過した前記第２偏光光の一方の偏光光の光路に設けられ、前記一方の偏光光を他方の偏光光に変換する位相差層と、
を有し、
前記共振器は、共振部を有し、
前記第２方向から見た平面視において、前記第１方向における前記共振部の長さは、前記第１方向および前記第２方向と直交する第３方向における前記共振部の長さよりも小さい。

前記光源モジュールの一態様において、
前記発光素子は、複数設けられ、
複数の前記発光素子から射出された光は、前記偏光変換素子に入射してもよい。

前記光源モジュールの一態様において、
ベース部材と、
蓋部材と、
前記ベース部材と前記蓋部材とを接続する枠部材と、
を有し、
前記発光素子は、前記ベース部材、前記蓋部材、および前記枠部材によって形成された空間に設けられ、
前記偏光変換素子は、前記蓋部材を構成していてもよい。

前記光源モジュールの一態様において、
ベース部材と、
蓋部材と、
前記ベース部材と前記蓋部材とを接続する枠部材と、
を有し、
前記発光素子は、前記ベース部材、前記蓋部材、および前記枠部材によって形成された空間に設けられ、
前記蓋部材は、前記発光素子から射出された光を透過させる透光性基板で構成され、
前記偏光変換素子は、前記蓋部材の前記発光素子とは反対側の面に設けられていてもよい。

本発明に係るプロジェクターの一態様は、
前記光源モジュールの一態様を有する。

第１実施形態に係る光源モジュールを模式的に示す平面図。 第１実施形態に係る光源モジュールを模式的に示す断面図。 第１実施形態に係る光源モジュールの発光素子を模式的に示す斜視図。 第１実施形態に係る光源モジュールの偏光変換素子を模式的に示す断面図。 第１実施形態に係る光源モジュールの偏光変換素子を模式的に示す斜視図。 第１実施形態に係る光源モジュールの発光素子を模式的に示す断面図。 第１実施形態の変形例に係る光源モジュールを模式的に示す平面図。 第１実施形態の変形例に係る光源モジュールを模式的に示す断面図。 第２実施形態に係る光源モジュールを模式的に示す断面図。 第２実施形態の変形例に係る光源モジュールを模式的に示す断面図。 第２実施形態の変形例に係る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。

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． 光源モジュール
１．１．１． 構成
まず、第１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、第１実施形態に係る光源モジュール１００を模式的に示す平面図である。図２は、第１実施形態に係る光源モジュール１００を模式的に示す図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。なお、図１および図２では、互いに直交する３つの軸として、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸を図示している。

光源モジュール１００は、図１および図２に示すように、例えば、ベース部材１０と、枠部材２０と、サブマウント３０と、発光素子４０と、偏光変換素子５０と、を有している。

ベース部材１０は、例えば、板状の部材である。ベース部材１０の熱伝導率は、高いことが好ましい。これにより、発光素子４０で発生した熱を放熱させることができる。ベース部材１０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２０は、図２に示すように、ベース部材１０と偏光変換素子５０とを接続している。枠部材２０は、Ｚ軸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）、ベース部材１０の外周に沿って設けられている。枠部材２０の熱膨張率は、偏光変換素子５０の熱膨張率に近いことが好ましい。これにより、枠部材２０と偏光変換素子５０との熱膨張率の差によって光源モジュール１００に生じる応力を小さくすることができる。枠部材２０の材質は、例えば、コバールである。

枠部材２０には、端子２２が設けられている。図示の例では、端子２２は、枠部材２０をＸ軸方向に貫通している。端子２２は、図示せぬ配線を介して、発光素子４０と電気的に接続されている。

サブマウント３０は、ベース部材１０上に設けられている。サブマウント３０は、ベース部材１０と発光素子４０との間に設けられている。サブマウント３０は、複数の発光素子４０に対応して複数設けられている。図示の例では、複数のサブマウント３０は、Ｘ軸方向に並んでいる。

サブマウント３０の熱伝導率は、高いことが好ましい。これにより、発光素子４０で発生した熱を放熱させることができる。サブマウント３０の熱膨張率は、ベース部材１０の熱膨張率および発光素子４０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３０とベース部材１０との熱膨張率の差、およびサブマウント３０と発光素子４０との熱膨張率の差によって光源モジュール１００に生じる応力を小さくすることができる。サブマウント３０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。

発光素子４０は、サブマウント３０上に設けられている。発光素子４０は、少なくとも１つ設けられている。図示の例では、発光素子４０は、複数設けられている。複数の発光素子４０は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向にマトリックス状に配列されている。図１に示す例では、１つのサブマウント３０に複数の発光素子４０が設けれ、複数の発光素子４０は、Ｙ軸方向に並んでいる。なお、図示はしないが、１つのサブマウント３０に１つの発光素子４０が設けられていてもよい。ここで、図３は、発光素子４０を模式的に示す斜視図である。

発光素子４０は、図３に示すように、フォトニック結晶構造体４２で構成された共振器４４を有している。共振器４４は、共振部４６を有している。共振部４６は、光が共振する部分である。なお、発光素子４０の詳細な構造については後述する。

平面視において、第１方向における共振部４６の長さＬｘは、第１方向および第２方向と直交する第３方向における共振部４６の長さＬｙよりも小さい。図示の例では、第１方向は、＋Ｘ軸方向である。第２方向は、＋Ｚ軸方向である。第３方向は、＋Ｙ軸方向である。長さＬｘが長さＬｙよりも小さいため、図３に示すように、発光素子４０から射出された光において、Ｘ軸方向の配光角Ｌθｘは、Ｙ軸方向の配光角Ｌθｙよりも大きくなる。このように、発光素子４０から射出された光の配光角により、長さＬｘが長さＬｙよりも小さいか否かを確認することができる。

図示の例では、共振部４６は、フォトニック結晶構造体４２で構成され、共振部４６の長さＬｘは、フォトニック結晶構造体４２のＸ軸方向の長さと同じであり、共振部４６の長さＬｙは、フォトニック結晶構造体４２のＹ軸方向の長さと同じである。例えば、平面視において、フォトニック結晶構造体４２を構成する複数の柱状部（柱状部については後述する）のうち、最も＋Ｘ軸方向に位置する柱状部の中心と最も−Ｘ軸方向に位置する柱状部の中心との間の距離は、最も＋Ｙ軸方向に位置する柱状部の中心と最も−Ｙ軸方向に位置する柱状部の中心との間の距離よりも小さい。フォトニック結晶構造体４２の＋Ｚ軸方向の面は、例えば、光を発する発光面である。

偏光変換素子５０には、図２に示すように、発光素子４０から射出された光が入射する。発光素子４０から射出された光は、光学部材を介することなく、直接、偏光変換素子５０に入射する。これにより、光源モジュール１００の小型化を図ることができる。図１に示す例では、偏光変換素子５０のＸＹ平面における平面形状は、Ｘ軸方向に短辺を有し、Ｙ軸方向に長辺を有する長方形である。複数の発光素子４０から射出された光は、例えば、１つの偏光変換素子５０に入射する。

偏光変換素子５０は、複数設けられている。図示の例では、複数の偏光変換素子５０は、Ｘ軸方向に並び、隣り合う偏光変換素子５０は、互いに接続されている。隣り合う偏光変換素子５０は、例えば、接着剤によって、互いに接着されていてもよい。複数の偏光変換素子５０は、ベース部材１０および枠部材２０によって規定された凹部の開口を塞ぐ蓋部材６０を構成している。発光素子４０は、ベース部材１０、蓋部材６０、および枠部材２０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。ここで、図４は、偏光変換素子５０を模式的に示す断面図である。図５は、偏光変換素子５０を模式的に示す斜視図である。

偏光変換素子５０は、図４に示すように、例えば、偏光分離素子５２と、反射プリズム５４と、偏光回転素子５６と、を有している。なお、便宜上、図５では、偏光分離素子５２および反射プリズム５４の図示を省略している。偏光分離素子５２は、一対の三角柱（ＸＺ断面の形状は直角三角形）の対向する斜面間に偏光分離層５３を配置して構成されており、三角柱は透光性材質、例えば、ガラスで形成されている。反射プリズム５４は、一対の三角柱（ＸＺ断面の形状は直角三角形）の対向する斜面間に反射層５５を配置して構成されており、三角柱は透光性材質、例えば、ガラスで形成されている。

偏光分離素子５２は、偏光分離層５３を有している。偏光分離層５３は、図４に示すように、入射した光のうち第１偏光光を＋Ｘ軸方向に反射させ、入射した光のうち第２偏光光を＋Ｙ軸方向に透過させる偏光分離面５３ａを有している。図４に示す例では、第１偏光光は、Ｓ偏光光であり、黒丸で示している。第２偏光光は、Ｐ偏光光であり横棒で示している。なお、第１偏光光がＰ偏光光であり、第２偏光光がＳ偏光光であってもよい。発光素子４０から射出された光は、Ｓ偏光光とＰ偏光光との合成光とみなすことができる。偏光分離層５３は、このような合成光をＳ偏光光とＰ偏光光とに分離する。偏光分離素子５２は、偏光ビームスプリッター（ＰＢＳ：Polarizing Beam Splitter）である。

反射プリズム５４は、反射層５５を有している。反射層５５は、偏光分離層５３で反射されたＳ偏光光を、＋Ｚ軸方向に反射させる反射面５５ａを有している。

偏光回転素子５６は、例えば、有機フィルムで形成された位相差層５７を有している。偏光回転素子５６は、例えば、位相差層５７によって構成されている。位相差層５７は、反射層５５で反射されたＳ偏光光、および偏光分離層５３を透過したＰ偏光光の一方の偏光光の光路に設けられ、透過する偏光光の偏光状態を変換し（一方の偏光光を他方の偏光光に変換し）、例えば、偏光方向を９０度回転させる。図示の例では、位相差層５７は、偏光分離層５３を透過したＰ偏光光の光路に設けられ、Ｐ偏光光をＳ偏光光に変換する。偏光回転素子５６は、例えば、λ／２板である。これにより、偏光変換素子５０は、入射した光を、Ｓ偏光光に変換して射出することできる。したがって、偏光変換素子５０から射出されるほぼ全ての光はＳ偏光光となり、よって、偏光度の高い光を射出することができる。

なお、発光素子４０から射出された光の配光角は小さいため、発光素子４０と偏光変換素子５０とを近接させて配置させることにより、発光素子４０から射出された光のほぼ全てを、偏光変換素子５０に入射させることができる。

偏光分離層５３の偏光分離特性は、図５に示すように、異方性の有る入射角依存性を有する。偏光分離層５３の偏光分離面５３ａの入射面（図示の例ではＸＺ面と平行な面）内においては、偏光分離層５３の特性によって入射角依存性を低減することができる。例えば、偏光分離層５３を構成する光学膜の材質や膜厚等を調整することにより、ＸＺ面と平行な面内においては、配光角が大きくても、効率よく偏光分離することができる。一方、入射面と直交する面（図示の例ではＹＺ面と平行な面）内においては、偏光分離層５３の特性によって入射角依存性を低減することは非常に難しい。ＹＺ面内において、光軸Ｌに対して角度を持って偏光光を入射した場合、その入射の角度に応じて偏光光の偏光面が回転するためである。したがって、偏光分離層５３で高い偏光分離特性を得るためには、ＸＺ面と平行な面内よりもＹＺ面と平行な面内において、配光角が小さいことが望ましい。すなわち、Ｌθｙ＜Ｌθｘであることが望ましい。

以上から、例えば平面視において長方形の共振部４６において共振されて射出された光は、配光角に異方性を有すること、および、偏光分離層５３の偏光分離特性は異方性の有る入射角依存性を有すること、を考慮すると、偏光分離層５３の偏光分離面５３ａの入射面に沿う方向と、配光角が大きくなる方向と、を一致させることによって、偏光変換素子５０での偏光変換効率を高めることができる。

１．１．２． 発光素子
次に、発光素子４０の構成について説明する。図６は、発光素子４０を模式的に示す断面図である。

発光素子４０は、図６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、配線１２６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４２と、半導体層１２０と、を有している。なお、便宜上、図１〜図３では、発光素子４０を簡略化して図示している。

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４２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４２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４２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４２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４２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。発光素子４０は、フォトニック結晶構造体４２を有するフォトニック結晶発光素子である。

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ＸＹ平面における平面形状は、正六角形等の多角形、円などである。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。複数の柱状部１１０は、積層方向からみて、例えば、三角格子状、四角格子状、正方格子状などに配置されている。ここでいう柱状部１１０のピッチとは、隣り合う柱状部１１０の中心間の距離である。

柱状部１１０は、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。

発光素子４０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。発光素子４０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４２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４２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４２で構成された共振器４４の共振部４６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、発光素子４０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４２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。

配線１２６は、第２電極１２４に接続されている。配線１２６は、バッファー層１０６と電気的に分離されている。配線１２６の材質は、例えば、銅、アルミニウム、金などである。

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４２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、周期的に設けられた孔部を有していてもよい。

次に、発光素子４０の製造方法について説明する。

図６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４２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。次に、例えばスパッタ法やめっき法などにより、配線１２６を形成する。

以上の工程により、発光素子４０を製造することができる。

１．１．３． 効果
光源モジュール１００は、例えば、以下の効果を有する。

光源モジュール１００では、フォトニック結晶構造体４２で構成された共振器４４を有する少なくとも１つの発光素子４０と、発光素子４０から射出された光が入射する偏光変換素子５０と、を有する。偏光変換素子５０は、入射した光のうちＳ偏光光を＋Ｘ軸方向に反射させ、入射した光のうちＰ偏光光を＋Ｚ軸方向に透過させる偏光分離層５３と、偏光分離層５３で反射されたＳ偏光光を、＋Ｚ軸方向に反射させる反射層５５と、偏光分離層５３を透過したＰ偏光光の光路に設けられ、Ｐ偏光光をＳ偏光光に変換する位相差層５７と、を有する。共振器４４は、共振部４６を有し、平面視において、＋Ｘ軸方向における共振部４６の長さＬｘは、＋Ｙ軸方向における共振部４６の長さＬｙよりも小さい。

そのため、光源モジュール１００では、上述のように、発光素子４０から射出された光において、Ｘ軸方向の配光角は、Ｙ軸方向の配光角よりも大きくなる。これにより、偏光分離層５３の偏光分離面５３ａの入射面（図示の例ではＸＺ面）に沿う方向と、配光角が大きくなる方向と、を合わせることができる。上述のように、偏光分離層５３の偏光分離面５３ａの入射面に沿う方向では、偏光分離層５３の特性によって入射角依存性を低減することができる。したがって、光源モジュール１００では、偏光分離面５３ａの入射面に沿う方向と、配光角が大きくなる方向と、が合っていない場合に比べて、偏光分離層５３において正確にＳ偏光光とＰ偏光光とを分離することができる。よって、光源モジュール１００では、偏光度の高い光を射出することができる。

光源モジュール１００では、発光素子４０は、複数設けられ、複数の発光素子４０から射出された光は、偏光変換素子５０に入射する。そのため、光源モジュール１００では、１つの発光素子４０から射出された光のみが１つの偏光変換素子５０に入射する場合に比べて、共振部４６の面積に対する外周辺の長さが長く、発光素子４０は放熱しやすくなるため、偏光変換素子５０から射出される光の強度を大きくすることができる。平面視において、例えば、偏光変換素子５０の偏光分離層５３は、Ｙ軸方向に長手方向を有する長方形であり、複数の発光素子４０をＹ軸方向に並べて配置することにより、光を効率よく偏光変換素子５０に入射させることができる。また、平面視において、例えば、発光素子４０は、Ｘ軸方向に短辺を有する長方形であるため、偏光分離層５３のＸ軸方向のピッチを小さくすることができ、光源モジュール１００の小型化を図ることができる。

光源モジュール１００では、偏光変換素子５０は、蓋部材６０を構成している。そのため、光源モジュール１００では、偏光変換素子５０と蓋部材６０とが別部材である場合に比べて、小型化を図ることができる。

１．２． 光源モジュールの変形例
次に、第１実施形態の変形例に係る光源モジュール１０１について、図面を参照しながら説明する。図７は、第１実施形態の変形例に係る光源モジュール１０１を模式的に示す平面図である。図８は、第１実施形態の変形例に係る光源モジュール１０１を模式的に示す図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面図である。

以下、第１実施形態の変形例に係る光源モジュール１０１において、上述した第１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。

光源モジュール１０１では、図７および図８に示すように、１つのサブマウント３０に対して、発光素子４０がＸ軸方向に複数並んでいる点について、上述した光源モジュール１００と異なる。

図示の例では、１つのサブマウント３０に対して、発光素子４０は、Ｘ軸方向に２つ並んでいる。図示の例では、複数の発光素子４０は、Ｘ軸方向に等ピッチで並んでおらず、部分的に間隔が狭くなるように並べている。これにより、例えば複数の発光素子４０をＸ軸方向に等ピッチで並べる場合に比べて、小型化を図ることができる。

偏光分離素子５２のＸ軸方向の大きさは、１ｍｍ以上であることが好ましい。当該大きさが１ｍｍよりも小さいと、位相差層５７との位置合わせ難しくなり、製造コストの上昇や偏光変換効率の低下を招きやすい。

２． 第２実施形態
２．１． 光源モジュール
次に、第２実施形態に係る光源モジュール２００について、図面を参照しながら説明する。図９は、第２実施形態に係る光源モジュール２００を模式的に示す断面図である。

以下、第２実施形態に係る光源モジュール２００において、上述した第１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。

上述した光源モジュール１００では、図２に示すように、蓋部材６０は、複数の偏光変換素子５０によって構成されていた。

これに対し、光源モジュール２００では、図９に示すように、蓋部材６０は、発光素子４０から射出された光を透過させる透光性基板で構成されている。そのため、例えば複数の偏光変換素子５０によって蓋部材６０を構成する場合に比べて、空間２の気密性を向上させることができる。

蓋部材６０は、第１面６２と、第２面６４と、を有している。第１面６２は、空間２を規定する面であり、発光素子４０側の面である。第２面６４は、発光素子４０とは反対側の面である。偏光変換素子５０は、第２面６４に設けられている。偏光変換素子５０は、第２面６４に密着されていてもよい。蓋部材６０は、発光素子４０と偏光変換素子５０との間に設けられている。発光素子４０から射出された光は、蓋部材６０を透過して、偏光変換素子５０に入射する。

蓋部材６０の熱伝導率は、偏光変換素子５０の熱伝導率よりも高くてもよい。これにより、偏光変換素子５０で発生した熱を速やかに放熱させ、偏光変換素子５０の耐久性を向上させることができる。蓋部材６０を構成する透光性基板は、サファイア基板であってもよい。

蓋部材６０を構成する透光性基板は、偏光を解消する偏光解消板であってもよい。発光素子から射出された光が、偏光度の低い光であったり、射出位置によって偏光度が大きく異なる場合には、光源モジュールの射出位置によって射出された光の強度が大きく変化する。そのような光源モジュールでは、射出する光に大きな強度ムラが発生することになるため、照明品位を低下させる原因となり易い。

そこで、発光素子４０と偏光変換素子５０との間に偏光解消板を設ける。偏光解消板に入射した光は、非偏光となって射出される。「非偏光」とは、偏光方向がランダムな光と同意である。偏光解消板から射出された非偏光な光を偏光変換素子５０において変換することにより、強度のムラが小さい光を光源モジュール２００から射出することができる。これにより、照明品位を高めることができる。

偏光解消板としては、例えば、ウェッジ形状を有する一対の水晶基板、透光性部材の表面にサブ波長周期の微細構造（Sub-Wavelength Structure）を形成したもの、旋光性結晶を略同一の屈折率を有する透光性媒質中に分散させたもの、などを用いることができる。

偏光解消板に代えて、λ／４板を設けてもよい。これにより、非偏光ではなく、多様な楕円偏光や円偏光に変換することができ、偏光解消板を用いた場合と類似の効果を得ることができる。

２．２． 光源モジュールの変形例
次に、第２実施形態の変形例に係る光源モジュール２０１について、図面を参照しながら説明する。図１０は、第２実施形態の変形例に係る光源モジュール２０１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光源モジュール２０１において、上述した第２実施形態に係る光源モジュール２００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。

上述した光源モジュール２００では、図９に示すように、偏光変換素子５０は、蓋部材６０の第２面６４に設けられていた。

これに対し、光源モジュール２０１では、図１０に示すように、偏光変換素子５０は、蓋部材６０の第１面６２に設けられている。偏光変換素子５０は、第１面６２に密着されていてもよい。偏光変換素子５０は、空間２に設けられている。そのため、例えば空間２が窒素雰囲気である場合、隣り合う偏光変換素子５０を互いに接着させる接着剤の劣化を抑えることができる。

図示の例では、発光素子４０と偏光変換素子５０とは、接触している。そのため、例えば発光素子４０と偏光変換素子５０とが離間している場合に比べて、発光素子４０で発生した熱を放熱させ易い。

なお、図１１に示すように、偏光分離素子５２および反射プリズム５４が蓋部材６０の第１面６２に設けられ、偏光回転素子５６が蓋部材６０の第２面６４に設けられていてもよい。

３． 第３実施形態
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。図１２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１２に示すように、例えば、光源モジュール１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂと、拡散素子３１０と、第１偏光板３２０と、第２偏光板３３０と、光変調素子３４０と、色光合成プリズム３５０と、投射レンズ３６０と、を有している。なお、便宜上、図１２では、光源モジュール１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂを簡略化して図示している。

光源モジュール１００Ｒは、赤色光を射出する。光源モジュール１００Ｇは、緑色光を射出する。光源モジュール１００Ｂは、青色光を射出する。光源モジュール１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂは、例えば、光源モジュール１００である。図示の例では、光源モジュール１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂ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１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂで発生した熱を放熱させる。これにより、光源モジュール１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂ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１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂから射出された光は、拡散素子３１０に入射する。拡散素子３１０は、光源モジュール１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂ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３４０は、光源モジュール１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂ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３４０は、例えば、光源モジュール１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂ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３４０の入射側には、第１偏光板３２０が設けられている。第１偏光板３２０は、光源モジュール１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂ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３２０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３２０によって、光変調素子３４０に入射する光の偏光方向をより確実に揃えることができる。なお、光源モジュール１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂから射出された光の偏光度が十分高い場合には、第１偏光板３２０を配置しない構成としてもよい。

光変調素子３４０の射出側には、第２偏光板３３０が設けられている。第２偏光板３３０は、光源モジュール１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂ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３３０から射出された光は、色光合成プリズム３５０に入射する。

色光合成プリズム３５０は、光源モジュール１００Ｒから射出されて光変調素子３４０を透過した光、光源モジュール１００Ｇから射出されて光変調素子３４０を透過した光、および光源モジュール１００Ｂから射出されて光変調素子３４０を透過した光を合成する。色光合成プリズム３５０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３６０は、色光合成プリズム３５０で合成された光、すなわち、光変調素子３４０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、偏光度の高い光を射出することができる光源モジュール１００を有するため、高い光効率を有することができ、投射画像の高輝度化を図ることができる。

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１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂ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。

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…ベース部材、２０…枠部材、２２…端子、３０…サブマウント、４０…発光素子、４２…フォトニック結晶構造体、４４…共振器、４６…共振部、５０…偏光変換素子、５２…偏光分離素子、５３…偏光分離層、５３ａ…偏光分離面、５４…反射プリズム、５５…反射層、５５ａ…反射面、５６…偏光回転素子、５７…位相差層、６０…蓋部材、６２…第１面、６４…第２面、１００，１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂ，１０１…光源モジュール、１０２…基板、１０３…積層体、１０４…反射層、１０６…バッファー層、１１０…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、１２６…配線、１２８…マスク層、２００，２０１…光源モジュール、３００…プロジェクター、３０２…放熱フィン、３１０…拡散素子、３２０…第１偏光板、３３０…第２偏光板、３４０…光変調素子、３５０…色光合成プリズム、３６０…投射レンズ

Claims (5)

1. フォトニック結晶構造体で構成された共振器を有する少なくとも１つの発光素子と、
   前記発光素子から射出された光が入射する偏光変換素子と、
   を有し、
   前記偏光変換素子は、
   入射した光のうち第１偏光光を第１方向に反射させ、入射した光のうち第２偏光光を前記第１方向と直交する第２方向に透過させる偏光分離層と、
   前記偏光分離層で反射された前記第１偏光光を、前記第２方向に反射させる反射層と、
   前記反射層で反射された前記第１偏光光、および前記偏光分離層を透過した前記第２偏光光の一方の偏光光の光路に設けられ、前記一方の偏光光を他方の偏光光に変換する位相差層と、
   を有し、
   前記共振器は、共振部を有し、
   前記第２方向から見た平面視において、前記第１方向における前記共振部の長さは、前記第１方向および前記第２方向と直交する第３方向における前記共振部の長さよりも小さい、光源モジュール。
2. 請求項１において、
   前記発光素子は、複数設けられ、
   複数の前記発光素子から射出された光は、前記偏光変換素子に入射する、光源モジュール。
3. 請求項１または２において、
   ベース部材と、
   蓋部材と、
   前記ベース部材と前記蓋部材とを接続する枠部材と、
   を有し、
   前記発光素子は、前記ベース部材、前記蓋部材、および前記枠部材によって形成された空間に設けられ、
   前記偏光変換素子は、前記蓋部材を構成している、光源モジュール。
4. 請求項１または２において、
   ベース部材と、
   蓋部材と、
   前記ベース部材と前記蓋部材とを接続する枠部材と、
   を有し、
   前記発光素子は、前記ベース部材、前記蓋部材、および前記枠部材によって形成された空間に設けられ、
   前記蓋部材は、前記発光素子から射出された光を透過させる透光性基板で構成され、
   前記偏光変換素子は、前記蓋部材の前記発光素子とは反対側の面に設けられている、光源モジュール。
5. 請求項１ないし４のいずれか１項に記載の光源モジュールを有する、プロジェクター。
   

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