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JP2021086006A - Light source device and projector - Google Patents

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JP2021086006A
JP2021086006A JP2019215063A JP2019215063A JP2021086006A JP 2021086006 A JP2021086006 A JP 2021086006A JP 2019215063 A JP2019215063 A JP 2019215063A JP 2019215063 A JP2019215063 A JP 2019215063A JP 2021086006 A JP2021086006 A JP 2021086006A
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JP2019215063A
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伊藤 嘉高
Yoshitaka Ito
嘉高 伊藤
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Seiko Epson Corp
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Abstract

To provide a light source device that can efficiently illuminate an illumination target area.SOLUTION: A light source device of the present invention comprises: a light emitting device that emits light; and an angle conversion element that changes a light distribution angle of light emitted from the light emitting device. The angle conversion element has a first angle conversion unit and a second angle conversion unit. A distance from an optical axis of the angle conversion element to the second angle conversion unit is longer than a distance from the optical axis to the first angle conversion unit, and refractive power of the second angle conversion unit is smaller than refractive power of the first angle conversion unit.SELECTED DRAWING: Figure 5

Description

本発明は、光源装置およびプロジェクターに関する。 The present invention relates to a light source device and a projector.

フォトニック結晶を用いた発光装置が従来から知られている。例えば、下記の特許文献1には、2次元フォトニック結晶と1次元フォトニック結晶とを備え、2次元フォトニック結晶の面内方向に伝搬する光を、1次元フォトニック結晶のフォトニックバンドエッジによって反射させる構造を備えた面発光レーザーが開示されている。 A light emitting device using a photonic crystal has been conventionally known. For example, Patent Document 1 below includes a two-dimensional photonic crystal and a one-dimensional photonic crystal, and emits light propagating in the in-plane direction of the two-dimensional photonic crystal to the photonic band edge of the one-dimensional photonic crystal. A surface emitting laser having a structure for reflecting light is disclosed.

特開2009−43918号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2009-43918

上記のような面光源を用いて、小型のプロジェクターを構成することが検討されている。この場合、面光源を光変調装置の直近に配置することができれば、光変調装置を効率良く照明できる。ところが、光変調装置を冷却するための空間、または例えばレンズ等の各種光学素子を配置するための空間を設けるために、面光源と光変調装置とは、所定の距離を離して配置する必要がある。例えば光変調装置が液晶表示素子で構成される場合、面光源と液晶表示素子との間には偏光素子を配置するための空間が必要である。 It is being studied to construct a small projector by using the surface light source as described above. In this case, if the surface light source can be arranged in the immediate vicinity of the light modulation device, the light modulation device can be efficiently illuminated. However, in order to provide a space for cooling the optical modulation device or a space for arranging various optical elements such as a lens, it is necessary to arrange the surface light source and the optical modulation device at a predetermined distance. is there. For example, when the optical modulation device is composed of a liquid crystal display element, a space for arranging the polarizing element is required between the surface light source and the liquid crystal display element.

面光源から射出される光束が平行光束でなく、発散光束であったとすると、光束の径および外形形状は、面光源から離れるにつれて変化する。そのため、光変調装置が面光源から離れた位置に配置されていると、光変調装置に入射する光束の外形形状は、面光源から射出された直後の光束の外形形状とは異なる。光変調装置の画像形成領域の形状は矩形状であることが多く、それに合わせて面光源の発光領域の形状を矩形状にしたとしても、光束の外形形状は、面光源から離れるにつれて円形に近付く方向に変形する。その結果、光束の外形形状が光変調装置の画像形成領域の形状と合わず、画像形成領域を効率良く照明できない、という問題がある。 Assuming that the luminous flux emitted from the surface light source is not a parallel light flux but a divergent light flux, the diameter and outer shape of the light flux change as the distance from the surface light source increases. Therefore, when the light modulation device is arranged at a position away from the surface light source, the outer shape of the light flux incident on the light modulation device is different from the outer shape of the light flux immediately after being emitted from the surface light source. The shape of the image forming region of the optical modulator is often rectangular, and even if the shape of the light emitting region of the surface light source is made rectangular accordingly, the outer shape of the luminous flux approaches a circle as the distance from the surface light source increases. Deforms in the direction. As a result, there is a problem that the outer shape of the light beam does not match the shape of the image forming region of the light modulation apparatus, and the image forming region cannot be efficiently illuminated.

上記の課題を解決するために、本発明の一つの態様の光源装置は、光を射出する発光装置と、前記発光装置から射出された光の配光角を変化させる角度変換素子と、を備え、前記角度変換素子は、第1角度変換部と、第2角度変換部と、を有し、前記角度変換素子の光軸から前記第2角度変換部までの距離は、前記光軸から前記第1角度変換部までの距離よりも長く、前記第2角度変換部の屈折力は、前記第1角度変換部の屈折力よりも小さい。 In order to solve the above problems, the light source device of one aspect of the present invention includes a light emitting device that emits light and an angle conversion element that changes the light distribution angle of the light emitted from the light emitting device. The angle conversion element includes a first angle conversion unit and a second angle conversion unit, and the distance from the optical axis of the angle conversion element to the second angle conversion unit is the distance from the optical axis to the second angle conversion unit. It is longer than the distance to the one-angle conversion unit, and the refractive force of the second angle conversion unit is smaller than the refractive force of the first angle conversion unit.

本発明の一つの態様の光源装置において、前記第2角度変換部から射出される光の配光角は、前記第1角度変換部から射出される光の配光角よりも小さくてもよい。 In the light source device of one aspect of the present invention, the light distribution angle of the light emitted from the second angle conversion unit may be smaller than the light distribution angle of the light emitted from the first angle conversion unit.

本発明の一つの態様の光源装置において、前記第1角度変換部は、前記発光装置から射出された光が入射する第1入射端面と、前記配光角が変化した光が射出する第1射出端面と、を有し、前記第1入射端面および前記第1射出端面の少なくとも一方は、凹部と凸部とが周期的に設けられた第1凹凸構造を有し、前記第2角度変換部は、前記発光装置から射出された光が入射する第2入射端面と、前記配光角が変化した光が射出する第2射出端面と、を有し、前記第2入射端面および前記第2射出端面の少なくとも一方は、凹部と凸部とが周期的に設けられた第2凹凸構造を有していてもよい。 In the light source device of one aspect of the present invention, the first angle conversion unit emits a first incident end face on which the light emitted from the light emitting device is incident and a first emission of light having a changed light distribution angle. The first incident end face and at least one of the first ejection end faces have a first concavo-convex structure in which concave portions and convex portions are periodically provided, and the second angle conversion portion has an end face. It has a second incident end face on which the light emitted from the light emitting device is incident, and a second emission end face on which the light whose light distribution angle is changed is emitted. At least one of the above may have a second uneven structure in which the concave portion and the convex portion are periodically provided.

本発明の一つの態様の光源装置において、前記第2凹凸構造のピッチは、前記第1凹凸構造のピッチよりも長くてもよい。 In the light source device according to one aspect of the present invention, the pitch of the second concavo-convex structure may be longer than the pitch of the first concavo-convex structure.

本発明の一つの態様の光源装置において、前記第2凹凸構造の深さは、前記第1凹凸構造の深さよりも浅くてもよい。 In the light source device of one aspect of the present invention, the depth of the second uneven structure may be shallower than the depth of the first uneven structure.

本発明の一つの態様の光源装置において、前記第1角度変換部は、第1屈折率を有する第1低屈折率部と、前記第1屈折率よりも高い第2屈折率を有する第1高屈折率部と、が周期的に設けられた第1屈折率周期構造を有し、前記第2角度変換部は、第3屈折率を有する第2低屈折率部と、前記第3屈折率よりも高い第4屈折率を有する第2高屈折率部と、が周期的に設けられた第2屈折率周期構造を有していてもよい。 In the light source device of one aspect of the present invention, the first angle conversion unit has a first low refractive index unit having a first refractive index and a first high refractive index having a second refractive index higher than the first refractive index. The second refractive index conversion unit has a first refractive index periodic structure in which the refractive index unit is periodically provided, and the second angle conversion unit is based on the second low refractive index unit having the third refractive index and the third refractive index. It may have a second refractive index periodic structure in which a second high refractive index portion having a high fourth refractive index and a second high refractive index portion are periodically provided.

本発明の一つの態様の光源装置において、前記第2屈折率周期構造のピッチは、前記第1屈折率周期構造のピッチよりも長くてもよい。 In the light source device of one aspect of the present invention, the pitch of the second refractive index periodic structure may be longer than the pitch of the first refractive index periodic structure.

本発明の一つの態様の光源装置において、前記第2屈折率周期構造の前記第1屈折率と前記第2屈折率との屈折率差は、前記第1屈折率周期構造の前記第3屈折率と前記第4屈折率との屈折率差よりも小さくてもよい。 In the light source device of one aspect of the present invention, the difference in refractive index between the first refractive index and the second refractive index of the second refractive index periodic structure is the third refractive index of the first refractive index periodic structure. It may be smaller than the difference in refractive index between the above and the fourth refractive index.

本発明の一つの態様の光源装置において、前記角度変換素子は、屈折力を有していない角度無変換部をさらに備えていてもよい。その場合、前記光軸から前記角度無変換部までの距離は、前記光軸から前記第2角度変換部までの距離よりも長いことが望ましい。 In the light source device of one aspect of the present invention, the angle conversion element may further include an angle non-conversion unit having no refractive power. In that case, it is desirable that the distance from the optical axis to the angle non-conversion unit is longer than the distance from the optical axis to the second angle conversion unit.

本発明の一つの態様の光源装置において、前記発光装置は、基材と、前記基材の第1面に設けられた発光領域と、を備え、前記発光領域は、周期構造を有するフォトニック結晶構造体を有していてもよい。 In the light source device of one aspect of the present invention, the light emitting device includes a base material and a light emitting region provided on the first surface of the base material, and the light emitting region is a photonic crystal having a periodic structure. It may have a structure.

本発明の一つの態様の光源装置において、前記発光領域は、複数の共振部を有していてもよい。 In the light source device of one aspect of the present invention, the light emitting region may have a plurality of resonance portions.

本発明の一つの態様のプロジェクターは、本発明の一つの態様の光源装置と、前記光源装置から射出された光を画像情報に応じて変調し、画像光を生成する光変調装置と、前記光変調装置から射出された画像光を投射する投射光学装置と、を備える。 The projector according to one aspect of the present invention includes a light source device according to one aspect of the present invention, an optical modulator that modulates light emitted from the light source device according to image information to generate image light, and the light. A projection optical device for projecting image light emitted from a modulation device is provided.

本発明の一つの態様のプロジェクターは、前記光源装置と前記光変調装置との間に設けられた導光体をさらに備えていてもよい。 The projector of one aspect of the present invention may further include a light guide provided between the light source device and the light modulation device.

第1実施形態のプロジェクターの概略構成図である。It is a schematic block diagram of the projector of 1st Embodiment. 第1実施形態の発光素子の平面図である。It is a top view of the light emitting element of 1st Embodiment. 図2のIII−III線に沿う発光素子の断面図である。It is sectional drawing of the light emitting element along the line III-III of FIG. 発光領域から射出される光の配光角を示す図である。It is a figure which shows the light distribution angle of the light emitted from a light emitting region. 角度変換素子内の互いに異なる位置から射出される光の配光角を示す図である。It is a figure which shows the light distribution angle of the light emitted from the position which is different from each other in an angle conversion element. 第1構成例の角度変換素子の断面図である。It is sectional drawing of the angle conversion element of 1st configuration example. 第2構成例の角度変換素子の断面図である。It is sectional drawing of the angle conversion element of the 2nd configuration example. 複数の角度変換部から射出される光が光変調装置の画像形成領域に到達する位置を示す図である。It is a figure which shows the position where the light emitted from a plurality of angle conversion units reaches the image formation region of an optical modulation apparatus. 光束の平面形状と強度分布とを示す図である。It is a figure which shows the planar shape and intensity distribution of a luminous flux. 比較例の発光装置における光束の平面形状と強度分布とを示す図である。It is a figure which shows the planar shape and the intensity distribution of the light flux in the light emitting device of the comparative example. 射出領域の中心からの距離と角度変換素子の屈折力との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the distance from the center of an injection region, and the refractive power of an angle conversion element. 第2実施形態の発光素子の平面図である。It is a top view of the light emitting element of the 2nd Embodiment. 第3実施形態のプロジェクターの概略構成図である。It is a schematic block diagram of the projector of 3rd Embodiment. 導光体の第1の例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the 1st example of a light guide body. 導光体の第2の例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the 2nd example of a light guide body.

[第1実施形態]
以下、本発明の第1実施形態について、図1〜図10を用いて説明する。
図1は、本実施形態のプロジェクターの概略構成図である。
以下の各図面においては各構成要素を見やすくするため、構成要素によって寸法の縮尺を異ならせて示すことがある。
[First Embodiment]
Hereinafter, the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 10.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of the projector of the present embodiment.
In each of the following drawings, in order to make each component easy to see, the scale of dimensions may be different depending on the component.

図1に示すように、本実施形態のプロジェクター10は、スクリーン11に画像を投射する投射型画像表示装置である。プロジェクター10は、光源装置15と、光変調装置13と、投射光学装置14と、を備えている。光源装置15は、発光装置12と、角度変換素子19と、を備えている。発光装置12および角度変換素子19の構成については、後で詳しく説明する。 As shown in FIG. 1, the projector 10 of the present embodiment is a projection type image display device that projects an image on a screen 11. The projector 10 includes a light source device 15, an optical modulation device 13, and a projection optical device 14. The light source device 15 includes a light emitting device 12 and an angle conversion element 19. The configuration of the light emitting device 12 and the angle conversion element 19 will be described in detail later.

以下、発光装置12における発光領域12Rの中心を通る法線に一致する軸であって、発光領域12Rから射出される光束Lの主光線が通る光軸を光軸AX1と称する。以下、XYZ直交座標系を用いて各部の構成を説明するが、光軸AX1の方向から見た平面形状が矩形状の発光領域12Rの長辺に平行な軸をX軸とし、発光領域の短辺に平行な軸をY軸とし、X軸とY軸とに垂直な軸をZ軸とする。Z軸と光軸AX1とは平行である。 Hereinafter, the optical axis that coincides with the normal line passing through the center of the light emitting region 12R in the light emitting device 12 and through which the main light beam of the luminous flux L emitted from the light emitting region 12R passes is referred to as an optical axis AX1. Hereinafter, the configuration of each part will be described using the XYZ Cartesian coordinate system. The axis parallel to the long side of the light emitting region 12R whose plane shape is rectangular when viewed from the direction of the optical axis AX1 is defined as the X axis, and the light emitting region is short. The axis parallel to the side is the Y axis, and the axis perpendicular to the X axis and the Y axis is the Z axis. The Z axis and the optical axis AX1 are parallel.

光変調装置13は、光源装置15から射出された光束Lを画像情報に応じて変調し、画像光を生成する。光変調装置13は、入射側偏光板16と、液晶表示素子17と、射出側偏光板18と、を有する。Z軸方向から見て、液晶表示素子17の画像形成領域17Rの平面形状は、矩形状である。また、上述したように、発光装置12の発光領域12Rの平面形状は矩形状であり、画像形成領域17Rの平面形状と発光領域12Rの平面形状とは、略相似形である。発光領域12Rの面積は、画像形成領域17Rの面積と同じか、または、画像形成領域17Rの面積よりも僅かに大きい。 The light modulation device 13 modulates the luminous flux L emitted from the light source device 15 according to the image information to generate image light. The optical modulation device 13 includes an incident side polarizing plate 16, a liquid crystal display element 17, and an emitting side polarizing plate 18. When viewed from the Z-axis direction, the planar shape of the image forming region 17R of the liquid crystal display element 17 is rectangular. Further, as described above, the planar shape of the light emitting region 12R of the light emitting device 12 is rectangular, and the planar shape of the image forming region 17R and the planar shape of the light emitting region 12R are substantially similar figures. The area of the light emitting region 12R is the same as the area of the image forming region 17R or slightly larger than the area of the image forming region 17R.

投射光学装置14は、光変調装置13から射出された画像光をスクリーン11等の被投射面上に投射する。投射光学装置14は、一つまたは複数の投射レンズで構成されている。 The projection optical device 14 projects the image light emitted from the light modulation device 13 onto a projected surface such as a screen 11. The projection optical device 14 is composed of one or a plurality of projection lenses.

以下、発光装置12について説明する。
図1に示すように、発光装置12は、発光素子20と、ヒートシンク21と、を備えている。発光素子20は、第1面20aと第2面20bとを有し、第1面20aから光束Lを射出する。ヒートシンク21は、発光素子20で生じる熱を放出するため、発光素子20の第2面20bに設けられている。
Hereinafter, the light emitting device 12 will be described.
As shown in FIG. 1, the light emitting device 12 includes a light emitting element 20 and a heat sink 21. The light emitting element 20 has a first surface 20a and a second surface 20b, and emits a luminous flux L from the first surface 20a. The heat sink 21 is provided on the second surface 20b of the light emitting element 20 in order to release the heat generated by the light emitting element 20.

図2は、発光素子20の概略構成を示す平面図である。図3は、図2のIII−III線に沿う発光素子20の断面図である。なお、図2においては、図面を見やすくするため、発光領域12R内の一部のフォトニック結晶構造体57のみを図示し、他のフォトニック結晶構造体57の図示を省略する。 FIG. 2 is a plan view showing a schematic configuration of the light emitting element 20. FIG. 3 is a cross-sectional view of the light emitting element 20 along the line III-III of FIG. In FIG. 2, only a part of the photonic crystal structure 57 in the light emitting region 12R is shown, and the other photonic crystal structure 57 is omitted in order to make the drawing easier to see.

図3に示すように、発光素子20は、基板50(基材)と、積層体51と、第1電極52と、第2電極53と、を有している。積層体51は、反射層55と、バッファー層56と、フォトニック結晶構造体57と、第3半導体層58と、を有している。 As shown in FIG. 3, the light emitting element 20 includes a substrate 50 (base material), a laminate 51, a first electrode 52, and a second electrode 53. The laminate 51 has a reflective layer 55, a buffer layer 56, a photonic crystal structure 57, and a third semiconductor layer 58.

基板50は、例えばシリコン(Si)基板、窒化ガリウム(GaN)基板、サファイア基板などで構成されている。 The substrate 50 is composed of, for example, a silicon (Si) substrate, a gallium nitride (GaN) substrate, a sapphire substrate, or the like.

反射層55は、基板50上に設けられている。反射層55は、例えばDBR(distribution Bragg reflector)層で構成されている。反射層55は、例えばAlGaN層とGaN層とを交互に積層させた積層体、AlInN層とGaN層とを交互に積層させた積層体等で構成されている。反射層55は、フォトニック結晶構造体57の後述する発光層66で発生する光を第2電極53側に向けて反射させる。 The reflective layer 55 is provided on the substrate 50. The reflective layer 55 is composed of, for example, a DBR (distribution Bragg reflector) layer. The reflective layer 55 is composed of, for example, a laminated body in which AlGaN layers and GaN layers are alternately laminated, a laminated body in which AlInN layers and GaN layers are alternately laminated, and the like. The reflective layer 55 reflects the light generated in the light emitting layer 66, which will be described later, of the photonic crystal structure 57 toward the second electrode 53.

本明細書では、積層体51の積層方向であるZ軸方向において、発光層66を基準とした場合、発光層66から第2半導体層67に向かう方向を「上方」とし、発光層66から第1半導体層65に向かう方向を「下方」として説明する。また、「積層体51の積層方向」は、第1半導体層65と発光層66とが対向する方向であり、以下、単に「積層方向」と称することもある。 In the present specification, in the Z-axis direction, which is the stacking direction of the laminated body 51, when the light emitting layer 66 is used as a reference, the direction from the light emitting layer 66 toward the second semiconductor layer 67 is "upward", and the light emitting layer 66 to the second 1 The direction toward the semiconductor layer 65 will be described as "downward". Further, the "lamination direction of the laminated body 51" is a direction in which the first semiconductor layer 65 and the light emitting layer 66 face each other, and may be simply referred to as a "lamination direction" below.

バッファー層56は、反射層55上に設けられている。バッファー層56は、半導体材料からなり、例えばSiがドープされたn型のGaN層などで構成されている。図3の例では、バッファー層56上には、発光素子20の製造プロセスにおいて、後述する柱状部62を構成する膜を成長させるためのマスク層60が設けられている。マスク層60は、例えば酸化シリコン層、窒化シリコン層などで構成されている。 The buffer layer 56 is provided on the reflective layer 55. The buffer layer 56 is made of a semiconductor material, and is composed of, for example, an n-type GaN layer doped with Si. In the example of FIG. 3, a mask layer 60 for growing a film forming the columnar portion 62, which will be described later, is provided on the buffer layer 56 in the manufacturing process of the light emitting element 20. The mask layer 60 is composed of, for example, a silicon oxide layer, a silicon nitride layer, or the like.

フォトニック結晶構造体57は、バッファー層56上に設けられた柱状の構造体である。フォトニック結晶構造体57は、複数の柱状部62と、複数の光伝搬層63と、を有している。フォトニック結晶構造体57は、フォトニック結晶の効果を発現でき、発光層66が発する光を、基板50の面内方向に閉じ込め、積層方向に射出させる。「基板50の面内方向」とは、積層方向と直交する面に沿う方向である。 The photonic crystal structure 57 is a columnar structure provided on the buffer layer 56. The photonic crystal structure 57 has a plurality of columnar portions 62 and a plurality of light propagation layers 63. The photonic crystal structure 57 can exhibit the effect of the photonic crystal, and the light emitted by the light emitting layer 66 is confined in the in-plane direction of the substrate 50 and emitted in the stacking direction. The "in-plane direction of the substrate 50" is a direction along a plane orthogonal to the stacking direction.

フォトニック結晶構造体57の平面形状は、多角形、円、楕円などである。本実施形態では、図2に示すように、フォトニック結晶構造体57の平面形状は、正六角形である。フォトニック結晶構造体57の径は、nmオーダーであり、具体的には、例えば10nm以上、500nm以下である。図3に示すように、柱状部62は、フォトニック結晶構造体57を構成するナノ構造体である。フォトニック結晶構造体57の積層方向の寸法、いわゆるフォトニック結晶構造体57の高さHは、例えば0.1μm以上、5μm以下である。 The planar shape of the photonic crystal structure 57 is a polygon, a circle, an ellipse, or the like. In the present embodiment, as shown in FIG. 2, the planar shape of the photonic crystal structure 57 is a regular hexagon. The diameter of the photonic crystal structure 57 is on the order of nm, and specifically, it is, for example, 10 nm or more and 500 nm or less. As shown in FIG. 3, the columnar portion 62 is a nanostructure constituting the photonic crystal structure 57. The dimension of the photonic crystal structure 57 in the stacking direction, that is, the height H of the so-called photonic crystal structure 57 is, for example, 0.1 μm or more and 5 μm or less.

なお、「フォトニック結晶構造体57の径」は、フォトニック結晶構造体57の平面形状が円の場合には、円の直径であり、フォトニック結晶構造体57の平面形状が円ではない場合には、最小包含円の直径である。例えばフォトニック結晶構造体57の平面形状が多角形の場合、フォトニック結晶構造体57の径は、多角形を内部に含む最小の円の直径であり、フォトニック結晶構造体57の平面形状が楕円の場合、フォトニック結晶構造体57の径は、楕円を内部に含む最小の円の直径である。 The "diameter of the photonic crystal structure 57" is the diameter of the circle when the planar shape of the photonic crystal structure 57 is a circle, and is not a circle when the planar shape of the photonic crystal structure 57 is not a circle. Is the diameter of the minimum inclusion circle. For example, when the planar shape of the photonic crystal structure 57 is a polygon, the diameter of the photonic crystal structure 57 is the diameter of the smallest circle including the polygon inside, and the planar shape of the photonic crystal structure 57 is In the case of an ellipse, the diameter of the photonic crystal structure 57 is the diameter of the smallest circle containing the ellipse.

「フォトニック結晶構造体57の中心」は、フォトニック結晶構造体57の平面形状が円の場合には、円の中心であり、フォトニック結晶構造体57の平面形状が円ではない形状の場合には、最小包含円の中心である。例えばフォトニック結晶構造体57の平面形状が多角形の場合には、フォトニック結晶構造体57の中心は、多角形を内部に含む最小の円の中心であり、フォトニック結晶構造体57の平面形状が楕円の場合には、フォトニック結晶構造体57の中心は、楕円を内部に含む最小の円の中心である。 The "center of the photonic crystal structure 57" is the center of the circle when the planar shape of the photonic crystal structure 57 is a circle, and when the planar shape of the photonic crystal structure 57 is not a circle. Is the center of the minimum inclusion circle. For example, when the plane shape of the photonic crystal structure 57 is a polygon, the center of the photonic crystal structure 57 is the center of the smallest circle including the polygon inside, and the plane of the photonic crystal structure 57. When the shape is an ellipse, the center of the photonic crystal structure 57 is the center of the smallest circle containing the ellipse.

図2に示すように、複数のフォトニック結晶構造体57は、バッファー層56上に正方格子状に配列されている。隣り合う2つのフォトニック結晶構造体57間のピッチPx,Pyは、例えば1nm以上、500nm以下である。本実施形態の場合、X軸方向のピッチPxとY軸方向のピッチPyとは、互いに等しい。このように、複数のフォトニック結晶構造体57は、互いに直交するX軸方向およびY軸方向に沿って所定のピッチPx,Pyで周期的に配列されている。X軸方向のピッチPxは、X軸方向に隣り合う2つのフォトニック結晶構造体57の中心間の距離である。Y軸方向のピッチPyは、Y軸方向に隣り合う2つのフォトニック結晶構造体57の中心間の距離である。なお、複数のフォトニック結晶構造体57は、必ずしも正方格子状に配列されていなくてもよく、例えば長方形格子状、三角格子状等に配列されていてもよい。 As shown in FIG. 2, the plurality of photonic crystal structures 57 are arranged in a square lattice on the buffer layer 56. The pitches Px and Py between the two adjacent photonic crystal structures 57 are, for example, 1 nm or more and 500 nm or less. In the case of the present embodiment, the pitch Px in the X-axis direction and the pitch Py in the Y-axis direction are equal to each other. As described above, the plurality of photonic crystal structures 57 are periodically arranged at predetermined pitches Px and Py along the X-axis direction and the Y-axis direction orthogonal to each other. The pitch Px in the X-axis direction is the distance between the centers of two photonic crystal structures 57 adjacent to each other in the X-axis direction. The pitch Py in the Y-axis direction is the distance between the centers of two photonic crystal structures 57 adjacent to each other in the Y-axis direction. The plurality of photonic crystal structures 57 do not necessarily have to be arranged in a square lattice, and may be arranged in a rectangular lattice, a triangular lattice, or the like.

図3に示すように、柱状部62は、第1半導体層65と、発光層66と、第2半導体層67と、を有している。 As shown in FIG. 3, the columnar portion 62 includes a first semiconductor layer 65, a light emitting layer 66, and a second semiconductor layer 67.

第1半導体層65は、バッファー層56上に設けられている。第1半導体層65は、例えばSiがドープされたn型のGaN層で構成されている。 The first semiconductor layer 65 is provided on the buffer layer 56. The first semiconductor layer 65 is composed of, for example, an n-type GaN layer doped with Si.

発光層66は、第1半導体層65上に設けられている。発光層66は、第1半導体層65と第2半導体層67との間に設けられている。発光層66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66は、第1半導体層65および第2半導体層67を介して電流が注入されることによって光を発する。 The light emitting layer 66 is provided on the first semiconductor layer 65. The light emitting layer 66 is provided between the first semiconductor layer 65 and the second semiconductor layer 67. The light emitting layer 66 has a quantum well structure composed of, for example, a GaN layer and an InGaN layer. The light emitting layer 66 emits light by injecting an electric current through the first semiconductor layer 65 and the second semiconductor layer 67.

第2半導体層67は、発光層66上に設けられている。第2半導体層67は、第1半導体層65とは導電型が異なる層である。第2半導体層67は、例えばMgがドープされたp型のGaN層で構成されている。第1半導体層65および第2半導体層67は、発光層66内に光を閉じ込める機能を有するクラッド層として機能する。 The second semiconductor layer 67 is provided on the light emitting layer 66. The second semiconductor layer 67 is a layer having a different conductive type from the first semiconductor layer 65. The second semiconductor layer 67 is composed of, for example, a p-type GaN layer doped with Mg. The first semiconductor layer 65 and the second semiconductor layer 67 function as a clad layer having a function of confining light in the light emitting layer 66.

光伝搬層63は、隣り合う柱状部62の間に設けられている。図3の例では、光伝搬層63は、マスク層60上に設けられている。光伝搬層63の屈折率は、発光層66の屈折率よりも低い。光伝搬層63は、例えば酸化シリコン層、酸化アルミニウム層、酸化チタン層等で構成されている。発光層66で発生した光は、光伝搬層63を伝搬する。 The light propagation layer 63 is provided between adjacent columnar portions 62. In the example of FIG. 3, the light propagation layer 63 is provided on the mask layer 60. The refractive index of the light propagation layer 63 is lower than that of the light emitting layer 66. The light propagation layer 63 is composed of, for example, a silicon oxide layer, an aluminum oxide layer, a titanium oxide layer, and the like. The light generated in the light emitting layer 66 propagates in the light propagation layer 63.

発光素子20においては、p型の第2半導体層67、不純物がドーピングされていない発光層66、およびn型の第1半導体層65の積層体により、pinダイオードが構成される。第1半導体層65および第2半導体層67のバンドギャップは、発光層66のバンドギャップよりも大きい。第1電極52と第2電極53との間に、pinダイオードに対する順バイアス電圧を印加して電流を注入すると、発光層66において電子と正孔との再結合が起こり、発光が生じる。 In the light emitting element 20, a pin diode is composed of a laminate of a p-type second semiconductor layer 67, a light emitting layer 66 not doped with impurities, and an n-type first semiconductor layer 65. The bandgap of the first semiconductor layer 65 and the second semiconductor layer 67 is larger than the bandgap of the light emitting layer 66. When a forward bias voltage is applied to the pin diode and a current is injected between the first electrode 52 and the second electrode 53, electrons and holes are recombined in the light emitting layer 66, and light emission occurs.

発光層66において発生した光は、第1半導体層65および第2半導体層67により基板50の面内方向に光伝搬層63を通って伝搬する。このとき、光は、フォトニック結晶構造体57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50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66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66において発生した光は、フォトニック結晶構造体57により基板50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66において発生した光は、複数のフォトニック結晶構造体57で構成された共振部において基板50の面内方向に共振し、レーザー発振する。その後、共振により生じる+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(Z軸方向)に進行する。 The light generated in the light emitting layer 66 propagates through the light propagation layer 63 in the in-plane direction of the substrate 50 by the first semiconductor layer 65 and the second semiconductor layer 67. At this time, the light forms a standing wave due to the effect of the photonic crystal by the photonic crystal structure 57, and is confined in the in-plane direction of the substrate 50. The trapped light receives a gain in the light emitting layer 66 and oscillates by laser. That is, the light generated in the light emitting layer 66 resonates in the in-plane direction of the substrate 50 by the photonic crystal structure 57, and laser oscillates. Specifically, the light generated in the light emitting layer 66 resonates in the in-plane direction of the substrate 50 in the resonance portion composed of the plurality of photonic crystal structures 57, and laser oscillates. After that, the +1st-order diffracted light and the -1st-order diffracted light generated by the resonance proceed as laser light in the stacking direction (Z-axis direction).

発光層66から発せられた光は、発光領域12Rにおいて、複数のフォトニック結晶構造体57が一定のピッチで並ぶX軸方向およびY軸方向のそれぞれで共振する。すなわち、本実施形態の場合、発光領域12Rは、光が共振する共振部として機能する。したがって、X軸方向に並ぶ複数のフォトニック結晶構造体57の両端に位置するフォトニック結晶構造体57間の距離Dxは、X軸方向の共振長に対応する。Y軸方向に並ぶ複数のフォトニック結晶構造体57の両端に位置するフォトニック結晶構造体57間の距離Dyは、Y軸方向の共振長に対応する。 The light emitted from the light emitting layer 66 resonates in the X-axis direction and the Y-axis direction in which a plurality of photonic crystal structures 57 are arranged at a constant pitch in the light emitting region 12R. That is, in the case of the present embodiment, the light emitting region 12R functions as a resonance portion where the light resonates. Therefore, the distance Dx between the photonic crystal structures 57 located at both ends of the plurality of photonic crystal structures 57 arranged in the X-axis direction corresponds to the resonance length in the X-axis direction. The distance Dy between the photonic crystal structures 57 located at both ends of the plurality of photonic crystal structures 57 arranged in the Y-axis direction corresponds to the resonance length in the Y-axis direction.

積層方向に進行したレーザー光のうち、反射層55側に向かって進んだレーザー光は、反射層55において反射され、第2電極53側に向かって進む。これにより、発光装置12は、第2電極53側から光を射出することができる。 Of the laser light traveling in the stacking direction, the laser light traveling toward the reflection layer 55 side is reflected by the reflection layer 55 and travels toward the second electrode 53 side. As a result, the light emitting device 12 can emit light from the second electrode 53 side.

第3半導体層58は、フォトニック結晶構造体57上に設けられている。第3半導体層58は、例えば、Mgがドープされたp型のGaN層で構成されている。 The third semiconductor layer 58 is provided on the photonic crystal structure 57. The third semiconductor layer 58 is composed of, for example, a p-type GaN layer doped with Mg.

第1電極52は、フォトニック結晶構造体57の側方において、バッファー層56上に設けられている。第1電極52は、バッファー層56とオーミックコンタクトしていてもよい。図3の例では、第1電極52は、バッファー層56を介して、第1半導体層65と電気的に接続されている。第1電極52は、発光層66に電流を注入するための一方の電極である。第1電極52としては、例えばバッファー層56側から、Ti層、Al層、Au層をこの順序で積層した積層膜などが用いられる。 The first electrode 52 is provided on the buffer layer 56 on the side of the photonic crystal structure 57. The first electrode 52 may be in ohmic contact with the buffer layer 56. In the example of FIG. 3, the first electrode 52 is electrically connected to the first semiconductor layer 65 via the buffer layer 56. The first electrode 52 is one electrode for injecting a current into the light emitting layer 66. As the first electrode 52, for example, a laminated film in which a Ti layer, an Al layer, and an Au layer are laminated in this order from the buffer layer 56 side is used.

第2電極53は、第3半導体層58上に設けられている。第2電極53は、第3半導体層58とオーミックコンタクトしていてもよい。第2電極53は、第2半導体層67と電気的に接続されている。図3の例では、第2電極53は、第3半導体層58を介して、第2半導体層67と電気的に接続されている。第2電極53は、発光層66に電流を注入するための他方の電極である。第2電極53として、例えばITO(Indium Tin Oxide)が用いられる。隣り合うフォトニック結晶構造体57の一方に設けられた第2電極53と、他方に設けられた第2電極53とは、図示しない配線によって電気的に接続されている。 The second electrode 53 is provided on the third semiconductor layer 58. The second electrode 53 may be in ohmic contact with the third semiconductor layer 58. The second electrode 53 is electrically connected to the second semiconductor layer 67. In the example of FIG. 3, the second electrode 53 is electrically connected to the second semiconductor layer 67 via the third semiconductor layer 58. The second electrode 53 is the other electrode for injecting a current into the light emitting layer 66. As the second electrode 53, for example, ITO (Indium Tin Oxide) is used. The second electrode 53 provided on one of the adjacent photonic crystal structures 57 and the second electrode 53 provided on the other are electrically connected by wiring (not shown).

フォトニック結晶効果によって、発光領域のサイズ、すなわち、共振長は、当該発光領域から射出される光L0の配光角に影響を与える。具体的には、共振長が長い程、射出される光L0の配光角が小さく、共振長が短い程、射出される光L0の配光角が大きくなる。 Due to the photonic crystal effect, the size of the light emitting region, that is, the resonance length affects the light distribution angle of the light L0 emitted from the light emitting region. Specifically, the longer the resonance length, the smaller the light distribution angle of the emitted light L0, and the shorter the resonance length, the larger the light distribution angle of the emitted light L0.

図4は、発光領域12Rから射出される光L0の配光角を示す図である。
図4に示すように、本実施形態の場合、X軸方向の共振長Dxは、Y軸方向の共振長Dyよりも長い。この場合、図4に示すように、発光領域12Rから射出された光L0のX軸方向に沿った配光角θxは、Y軸方向に沿った配光角θyよりも小さくなる。逆に言えば、配光角θxと配光角θyとを比較することにより、共振長Dxと共振長Dyとの大小関係を確認できる。仮に発光領域12Rの平面形状が正方形であったとすると、光L0の配光角は、光軸AX0を中心として回転対称となる。具体的には、光L0の配光角は、例えば最大5°程度である。
なお、配光角は、一つの発光点Oから最も外側に広がって射出される光線と発光点Oを通る法線AX0とがなす角度と定義する。
FIG. 4 is a diagram showing the light distribution angle of the light L0 emitted from the light emitting region 12R.
As shown in FIG. 4, in the case of the present embodiment, the resonance length Dx in the X-axis direction is longer than the resonance length Dy in the Y-axis direction. In this case, as shown in FIG. 4, the light distribution angle θx along the X-axis direction of the light L0 emitted from the light emitting region 12R is smaller than the light distribution angle θy along the Y-axis direction. Conversely, by comparing the light distribution angle θx and the light distribution angle θy, the magnitude relationship between the resonance length Dx and the resonance length Dy can be confirmed. Assuming that the plane shape of the light emitting region 12R is square, the light distribution angle of the light L0 is rotationally symmetric with respect to the optical axis AX0. Specifically, the light distribution angle of the light L0 is, for example, about 5 ° at the maximum.
The light distribution angle is defined as the angle formed by the light beam emitted from one light emitting point O and the normal line AX0 passing through the light emitting point O.

次に、角度変換素子19の作用について説明する。
図5は、角度変換素子19の互いに異なる位置から射出される光L1の配光角を示す図である。なお、以降では、角度変換素子19上の法線AX0からの距離が異なる特徴的な3ケ所の位置に着目して、角度変換素子19の作用について説明する。
Next, the operation of the angle conversion element 19 will be described.
FIG. 5 is a diagram showing the light distribution angles of the light L1 emitted from different positions of the angle conversion element 19. In the following, the operation of the angle conversion element 19 will be described by focusing on three characteristic positions on the angle conversion element 19 having different distances from the normal AX0.

図5に示すように、角度変換素子19は、光透過性を有する基材から構成され、第1角度変換部25と、第2角度変換部26と、角度無変換部27と、を備えている。角度変換素子19は、発光装置12から射出された光L0を屈折させ、入射前と射出後とで光の配光角θを変化させる。ここでは、発光装置12から射出された光L0の配光角θは、発光位置に係わらず一様(同じ)であり、θ0とする。角度変換素子19は、発光装置12から射出された光L0が入射する入射端面19aと、配光角θが変化した後の光L1,L2,L3を射出する射出端面19bと、を有している。角度変換素子19の入射端面19aおよび射出端面19bの中心を通り、入射端面19aおよび射出端面19bに垂直な軸を角度変換素子19の光軸AX3と定義する。なお、角度変換素子の入射端面19aおよび射出端面19bは反射防止膜を備えていることが望ましい。 As shown in FIG. 5, the angle conversion element 19 is composed of a base material having light transmission, and includes a first angle conversion unit 25, a second angle conversion unit 26, and an angle non-conversion unit 27. There is. The angle conversion element 19 refracts the light L0 emitted from the light emitting device 12, and changes the light distribution angle θ of the light before and after the incident. Here, the light distribution angle θ of the light L0 emitted from the light emitting device 12 is uniform (same) regardless of the light emitting position, and is set to θ0. The angle conversion element 19 has an incident end surface 19a on which the light L0 emitted from the light emitting device 12 is incident, and an emission end surface 19b that emits the light L1, L2, L3 after the light distribution angle θ has changed. There is. The axis that passes through the center of the incident end surface 19a and the injection end surface 19b of the angle conversion element 19 and is perpendicular to the incident end surface 19a and the injection end surface 19b is defined as the optical axis AX3 of the angle conversion element 19. It is desirable that the incident end surface 19a and the ejection end surface 19b of the angle conversion element are provided with an antireflection film.

角度変換素子19の光軸AX3から第2角度変換部26までの距離は、角度変換素子19の光軸AX3から第1角度変換部25までの距離よりも長い。また、角度変換素子19の光軸AX3から角度無変換部27までの距離は、角度変換素子19の光軸AX3から第2角度変換部26までの距離よりも長い。すなわち、第1角度変換部25、第2角度変換部26、および角度無変換部27は、角度変換素子19の中心から周縁に向けてこの順に配置されている。この場合、第2角度変換部26の屈折力は、第1角度変換部25の屈折力よりも小さい。また、角度無変換部27は、屈折力を有していない。 The distance from the optical axis AX3 of the angle conversion element 19 to the second angle conversion unit 26 is longer than the distance from the optical axis AX3 of the angle conversion element 19 to the first angle conversion unit 25. Further, the distance from the optical axis AX3 of the angle conversion element 19 to the angle non-conversion unit 27 is longer than the distance from the optical axis AX3 of the angle conversion element 19 to the second angle conversion unit 26. That is, the first angle conversion unit 25, the second angle conversion unit 26, and the angle non-conversion unit 27 are arranged in this order from the center of the angle conversion element 19 toward the peripheral edge. In this case, the refractive power of the second angle conversion unit 26 is smaller than the refractive power of the first angle conversion unit 25. Further, the angle non-conversion unit 27 does not have a refractive power.

なお、第1角度変換部25の中心の位置を位置P1とし、第2角度変換部26の中心の位置を位置P2とし、角度無変換部27の中心の位置を位置P3とする。角度変換素子19の光軸AX3から各角度変換部25,26または角度無変換部27までの距離は、角度変換素子19の光軸AX3と、各角度変換部25,26または角度無変換部27の中心位置P1,P2,P3との間の距離と定義する。 The center position of the first angle conversion unit 25 is the position P1, the center position of the second angle conversion unit 26 is the position P2, and the center position of the angle non-conversion unit 27 is the position P3. The distance from the optical axis AX3 of the angle conversion element 19 to each angle conversion unit 25, 26 or the angle non-conversion unit 27 is the optical axis AX3 of the angle conversion element 19 and each angle conversion unit 25, 26 or the angle non-conversion unit 27. It is defined as the distance between the center positions P1, P2, and P3 of.

これにより、第1角度変換部25から射出された後の光L1の配光角θ1は、第1角度変換部25に入射する前の光L0の配光角θ1に比べて大きくなる。同様に、第2角度変換部26から射出された後の光L2の配光角θ2は、第2角度変換部26に入射する前の光L0の配光角θ0に比べて大きくなる。このとき、第2角度変換部26に入射した光L0は、第1角度変換部25に入射した光L0に比べて小さく屈折されるため、第2角度変換部26から射出される光L2の配光角θ2は、第1角度変換部25から射出される光L1の配光角θ1よりも小さくなる。 As a result, the light distribution angle θ1 of the light L1 after being emitted from the first angle conversion unit 25 is larger than the light distribution angle θ1 of the light L0 before being incident on the first angle conversion unit 25. Similarly, the light distribution angle θ2 of the light L2 after being emitted from the second angle conversion unit 26 is larger than the light distribution angle θ0 of the light L0 before being incident on the second angle conversion unit 26. At this time, the light L0 incident on the second angle conversion unit 26 is refracted smaller than the light L0 incident on the first angle conversion unit 25, so that the light L2 emitted from the second angle conversion unit 26 is arranged. The light angle θ2 is smaller than the light distribution angle θ1 of the light L1 emitted from the first angle conversion unit 25.

また、角度無変換部27に入射した光L0は、屈折することなく角度無変換部27を通過するため、角度無変換部27から射出された後の光L3の配光角θ3は、角度無変換部27に入射する前の光L0の配光角θ0と同じである(θ3=θ0)。したがって、角度無変換部27から射出される光L3の配光角θ3は、第2角度変換部26から射出される光L2の配光角θ2よりも小さくなる。 Further, since the light L0 incident on the angle non-conversion unit 27 passes through the angle non-conversion unit 27 without being refracted, the light distribution angle θ3 of the light L3 after being emitted from the angle non-conversion unit 27 has no angle. It is the same as the light distribution angle θ0 of the light L0 before it enters the conversion unit 27 (θ3 = θ0). Therefore, the light distribution angle θ3 of the light L3 emitted from the angle non-conversion unit 27 is smaller than the light distribution angle θ2 of the light L2 emitted from the second angle conversion unit 26.

図5に示すように、位置P1の第1角度変換部25から射出される光L1の配光角をθ1、位置P2の第2角度変換部26から射出される光L2の配光角をθ2、位置P3の角度無変換部27から射出される光L3の配光角をθ3とすると、これらの配光角の大小関係は、θ1>θ2>θ3となる。すなわち、各位置P1,P2,P3から射出される光L1,L2,L3の配光角は、角度変換素子19の中心から周縁に向けて徐々に小さくなる。 As shown in FIG. 5, the light distribution angle of the light L1 emitted from the first angle conversion unit 25 at the position P1 is θ1, and the light distribution angle of the light L2 emitted from the second angle conversion unit 26 at the position P2 is θ2. Assuming that the light distribution angle of the light L3 emitted from the angle non-conversion unit 27 at the position P3 is θ3, the magnitude relation of these light distribution angles is θ1> θ2> θ3. That is, the light distribution angles of the lights L1, L2, and L3 emitted from the respective positions P1, P2, and P3 gradually decrease from the center of the angle conversion element 19 toward the peripheral edge.

図8は、図5の各位置P1,P2,P3から射出される光L1,L2,L3が液晶表示素子17の画像形成領域17Rに到達する位置を示す図である。
図1に示すように、角度変換素子19から射出された光束Lは、入射側偏光板16を経て、角度変換素子19から距離Z1だけ離れた位置に配置された液晶表示素子17の画像形成領域17Rに入射する。このとき、各位置P1,P2,P3から射出された光L1,L2,L3が画像形成領域17Rに到達した位置をそれぞれ位置Q1,Q2,Q3とし、画像形成領域17Rの中心O1から各位置Q1,Q2,Q3までの距離をそれぞれ距離R1,R2,R3とすると、これらの距離の大小関係は、R1<R2<R3であることが望ましい。言い換えると、角度変換素子19の中心に近い位置から射出される光の到達位置は、当該位置よりも角度変換素子19の中心から遠い位置から射出される光の到達位置を越えずに、内側に位置することが望ましい。
FIG. 8 is a diagram showing positions where the lights L1, L2, and L3 emitted from the respective positions P1, P2, and P3 in FIG. 5 reach the image forming region 17R of the liquid crystal display element 17.
As shown in FIG. 1, the luminous flux L emitted from the angle conversion element 19 passes through the incident side polarizing plate 16 and is an image forming region of the liquid crystal display element 17 arranged at a position separated from the angle conversion element 19 by a distance Z1. It is incident on 17R. At this time, the positions where the lights L1, L2, and L3 emitted from the respective positions P1, P2, and P3 reach the image forming region 17R are set as the positions Q1, Q2, and Q3, respectively, and each position Q1 from the center O1 of the image forming region 17R. Assuming that the distances to Q2 and Q3 are distances R1, R2, and R3, respectively, it is desirable that the magnitude relationship between these distances is R1 <R2 <R3. In other words, the arrival position of the light emitted from the position near the center of the angle conversion element 19 does not exceed the arrival position of the light emitted from the position farther from the center of the angle conversion element 19 than the position, and is inward. It is desirable to be located.

上記の作用を有する角度変換素子19の具体的構成として、例えば以下の2つの例を挙げることができる。
図6は、第1構成例の角度変換素子40の断面図である。図6では、角度変換素子40の全体図の右側に各部の拡大図を示してある。
図6に示すように、第1構成例の角度変換素子40は、第1角度変換部41と、第2角度変換部42と、角度無変換部43と、を備えている。
As a specific configuration of the angle conversion element 19 having the above-mentioned action, for example, the following two examples can be mentioned.
FIG. 6 is a cross-sectional view of the angle conversion element 40 of the first configuration example. In FIG. 6, an enlarged view of each part is shown on the right side of the overall view of the angle conversion element 40.
As shown in FIG. 6, the angle conversion element 40 of the first configuration example includes a first angle conversion unit 41, a second angle conversion unit 42, and an angle non-conversion unit 43.

第1角度変換部41は、発光装置12から射出された光L0が入射する第1入射端面41aと、配光角が変化した光L1が射出する第1射出端面41bと、を有している。第1入射端面41aおよび第1射出端面41bの少なくとも一方は、凹部と凸部とが周期的に設けられた第1凹凸構造41dを有している。第2角度変換部42は、発光装置12から射出された光L0が入射する第2入射端面42aと、配光角が変化した光L2が射出する第2射出端面42bと、を有している。第2入射端面42aおよび第2射出端面42bの少なくとも一方は、凹部と凸部とが周期的に設けられた第2凹凸構造42dを有している。角度無変換部43は、凹凸構造を有しておらず、平坦な入射端面43aおよび射出端面43bを有している。 The first angle conversion unit 41 has a first incident end surface 41a on which the light L0 emitted from the light emitting device 12 is incident, and a first emission end surface 41b on which the light L1 whose light distribution angle is changed is emitted. .. At least one of the first incident end surface 41a and the first ejection end surface 41b has a first concavo-convex structure 41d in which concave portions and convex portions are periodically provided. The second angle conversion unit 42 has a second incident end surface 42a on which the light L0 emitted from the light emitting device 12 is incident, and a second emission end surface 42b on which the light L2 whose light distribution angle is changed is emitted. .. At least one of the second incident end face 42a and the second ejection end face 42b has a second concavo-convex structure 42d in which concave portions and convex portions are periodically provided. The angle non-conversion portion 43 does not have a concavo-convex structure, and has a flat incident end surface 43a and an ejection end surface 43b.

第1凹凸構造41dと第2凹凸構造42dとは、互いに異なる構成を有している。具体的には、第2凹凸構造42dのピッチf2は第1凹凸構造41dのピッチf1よりも長く、第2凹凸構造42dの深さt2と第1凹凸構造41dの深さt1とは同じであってもよい。または、第2凹凸構造42dのピッチf2と第1凹凸構造41dのピッチf1とは同じであり、第2凹凸構造42dの深さt2は第1凹凸構造41dの深さt1よりも浅くてもよい。または、第2凹凸構造42dのピッチf2は第1凹凸構造41dのピッチf1よりも長く、かつ、第2凹凸構造42dの深さt2は第1凹凸構造41dの深さt1よりも浅くてもよい。すなわち、第2凹凸構造42dのピッチf2は第1凹凸構造41dのピッチf1よりも長い、第2凹凸構造42dの深さt2は第1凹凸構造41dの深さt1よりも浅い、の2つの条件のうち、少なくとも一方の条件を満たしていればよい。 The first concavo-convex structure 41d and the second concavo-convex structure 42d have different configurations from each other. Specifically, the pitch f2 of the second concavo-convex structure 42d is longer than the pitch f1 of the first concavo-convex structure 41d, and the depth t2 of the second concavo-convex structure 42d and the depth t1 of the first concavo-convex structure 41d are the same. You may. Alternatively, the pitch f2 of the second concavo-convex structure 42d and the pitch f1 of the first concavo-convex structure 41d are the same, and the depth t2 of the second concavo-convex structure 42d may be shallower than the depth t1 of the first concavo-convex structure 41d. .. Alternatively, the pitch f2 of the second concavo-convex structure 42d may be longer than the pitch f1 of the first concavo-convex structure 41d, and the depth t2 of the second concavo-convex structure 42d may be shallower than the depth t1 of the first concavo-convex structure 41d. .. That is, the pitch f2 of the second concave-convex structure 42d is longer than the pitch f1 of the first concave-convex structure 41d, and the depth t2 of the second concave-convex structure 42d is shallower than the depth t1 of the first concave-convex structure 41d. Of these, at least one of the conditions may be satisfied.

図7は、第2構成例の角度変換素子70の断面図である。
図7に示すように、第2構成例の角度変換素子70は、第1角度変換部71と、第2角度変換部72と、角度無変換部73と、を備えている。
FIG. 7 is a cross-sectional view of the angle conversion element 70 of the second configuration example.
As shown in FIG. 7, the angle conversion element 70 of the second configuration example includes a first angle conversion unit 71, a second angle conversion unit 72, and an angle non-conversion unit 73.

第1角度変換部71は、第1屈折率を有する第1低屈折率部711と、第1屈折率よりも高い第2屈折率を有する第1高屈折率部712と、が周期的に設けられた第1屈折率周期構造71dを有している。第2角度変換部72は、第3屈折率を有する第2低屈折率部721と、第3屈折率よりも高い第4屈折率を有する第2高屈折率部722と、が周期的に設けられた第2屈折率周期構造72dを有している。角度無変換部73は、屈折率周期構造を有しておらず、屈折率が一定の基材から構成されている。 The first angle conversion unit 71 is periodically provided with a first low refractive index unit 711 having a first refractive index and a first high refractive index unit 712 having a second refractive index higher than the first refractive index. It has the first refractive index periodic structure 71d. The second angle conversion unit 72 is periodically provided with a second low refractive index unit 721 having a third refractive index and a second high refractive index unit 722 having a fourth refractive index higher than the third refractive index. It has a second refractive index periodic structure 72d. The angle non-conversion unit 73 does not have a periodic refractive index structure, and is made of a base material having a constant refractive index.

第1屈折率周期構造71dと第2屈折率周期構造72dとは、互いに異なる構成を有している。具体的には、第2屈折率周期構造72dのピッチg2は第1屈折率周期構造71dのピッチg1よりも長く、第1屈折率と第2屈折率との屈折率差と、第3屈折率と第4屈折率との屈折率差とは、同じであってもよい。または、第2屈折率周期構造72dのピッチg2と第1屈折率周期構造71dのピッチg1とは同じであり、第1屈折率と第2屈折率との屈折率差は、第3屈折率と第4屈折率との屈折率差よりも小さくてもよい。または、第2屈折率周期構造72dのピッチg2は第1屈折率周期構造71dのピッチg1よりも長く、かつ、第1屈折率と第2屈折率との屈折率差は、第3屈折率と第4屈折率との屈折率差よりも小さくてもよい。すなわち、第2屈折率周期構造72dのピッチg2は第1屈折率周期構造71dのピッチg1よりも長い、第1屈折率と第2屈折率との屈折率差は、第3屈折率と第4屈折率との屈折率差よりも小さい、の2つの条件のうち、少なくとも一方の条件を満たしていればよい。 The first refractive index periodic structure 71d and the second refractive index periodic structure 72d have different configurations from each other. Specifically, the pitch g2 of the second refractive index periodic structure 72d is longer than the pitch g1 of the first refractive index periodic structure 71d, and the difference in refractive index between the first refractive index and the second refractive index and the third refractive index The difference in refractive index between and the fourth refractive index may be the same. Alternatively, the pitch g2 of the second refractive index periodic structure 72d and the pitch g1 of the first refractive index periodic structure 71d are the same, and the difference in refractive index between the first refractive index and the second refractive index is the third refractive index. It may be smaller than the difference in refractive index from the fourth refractive index. Alternatively, the pitch g2 of the second refractive index periodic structure 72d is longer than the pitch g1 of the first refractive index periodic structure 71d, and the difference in refractive index between the first refractive index and the second refractive index is the third refractive index. It may be smaller than the difference in refractive index from the fourth refractive index. That is, the pitch g2 of the second refractive index periodic structure 72d is longer than the pitch g1 of the first refractive index periodic structure 71d, and the difference in refractive index between the first refractive index and the second refractive index is the third refractive index and the fourth. It suffices that at least one of the two conditions, which is smaller than the difference in refractive index from the refractive index, is satisfied.

ここで、比較例の光源装置として、角度変換素子を有しておらず、発光装置のみで構成された光源装置を想定する。なお、光源装置の発光領域の平面形状は、正方形とする。
図10は、比較例の光源装置において、被照明領域における光束L5の主光線に垂直な断面形状と強度分布とを示す図である。図10の上部は光束L5の断面形状を示し、図10の下部は光束の強度分布を示す。また、図10の上部では光束L5の断面形状に加え、強度の等高線(等強度線)も示す。
Here, as the light source device of the comparative example, it is assumed that the light source device does not have an angle conversion element and is composed only of a light emitting device. The plane shape of the light emitting region of the light source device is square.
FIG. 10 is a diagram showing a cross-sectional shape and an intensity distribution perpendicular to the main light beam of the luminous flux L5 in the illuminated region in the light source device of the comparative example. The upper part of FIG. 10 shows the cross-sectional shape of the luminous flux L5, and the lower part of FIG. 10 shows the intensity distribution of the luminous flux. Further, in the upper part of FIG. 10, in addition to the cross-sectional shape of the luminous flux L5, contour lines of intensities (contour lines) are also shown.

比較例の光源装置においては、図10に示すように、正方形の発光領域から射出された光束L5の断面形状は、正方形から角部が丸まった形状に変化している。また、強度分布は、被照明領域の中心で高く、被照明領域の周縁で低くなっており、被照明領域上の位置によって強度が大きく異なる。 In the light source device of the comparative example, as shown in FIG. 10, the cross-sectional shape of the light flux L5 emitted from the square light emitting region changes from a square shape to a shape with rounded corners. Further, the intensity distribution is high at the center of the illuminated area and low at the periphery of the illuminated area, and the intensity varies greatly depending on the position on the illuminated area.

これに対して、図9は、本実施形態の光源装置15において、被照明領域における光束Lの主光線に垂直な断面形状と強度分布とを示す図である。図9の上部は光束Lの断面形状を示し、図9の下部は光束Lの強度分布を示す。図9の上部では光束Lの断面形状に加えて、強度の等高線(等強度線)も示す。また、図9の上部および下部における破線は、光源装置15の射出直後における光束Lの断面形状と強度分布とを示す。ここでは、比較例との比較のため、発光領域12Rの平面形状を正方形と想定する。 On the other hand, FIG. 9 is a diagram showing a cross-sectional shape and an intensity distribution perpendicular to the main light beam of the luminous flux L in the illuminated region in the light source device 15 of the present embodiment. The upper part of FIG. 9 shows the cross-sectional shape of the luminous flux L, and the lower part of FIG. 9 shows the intensity distribution of the luminous flux L. In the upper part of FIG. 9, in addition to the cross-sectional shape of the luminous flux L, contour lines of intensities (contour lines) are also shown. Further, the broken lines in the upper part and the lower part of FIG. 9 show the cross-sectional shape and intensity distribution of the luminous flux L immediately after the light source device 15 emits light. Here, for comparison with the comparative example, the planar shape of the light emitting region 12R is assumed to be a square.

本実施形態の光源装置15においては、図9に示すように、角度変換素子19から射出された光束Lの断面形状は、比較例のように角部があまり丸まっておらず、正方形からそれ程変化していない。また、角度変換素子19の中央部から射出される光は大きく広がって進み、角度変換素子19の周縁部から射出される光はあまり大きく広がらずに進むため、角度変換素子19から射出される光束Lの強度分布は、角度変換素子19の周縁部において中央部よりも僅かに高くなるが、被照明領域上の位置によらずに強度が略一定の強度分布が得られる。このように、被照明領域上においても、光源装置15の射出直後における光束Lの断面形状と強度分布とが十分に維持される。 In the light source device 15 of the present embodiment, as shown in FIG. 9, the cross-sectional shape of the light flux L emitted from the angle conversion element 19 does not have much rounded corners as in the comparative example, and changes so much from a square. Not done. Further, the light emitted from the central portion of the angle conversion element 19 travels greatly, and the light emitted from the peripheral portion of the angle conversion element 19 travels without spreading so much, so that the light flux emitted from the angle conversion element 19 travels. The intensity distribution of L is slightly higher at the peripheral portion of the angle conversion element 19 than at the central portion, but an intensity distribution having a substantially constant intensity can be obtained regardless of the position on the illuminated region. As described above, the cross-sectional shape and intensity distribution of the luminous flux L immediately after the light source device 15 is emitted are sufficiently maintained even on the illuminated region.

以上説明したように、本実施形態の光源装置15においては、角度変換素子19を備え、角度変換素子19上の位置に応じて配光角を変化させたことにより、光源装置15から離れた被照明領域での光束Lの断面形状と強度分布とを制御することができる。特に本実施形態では、角度変換素子19の周縁部から射出される光の配光角を、角度変換素子19の中央部から射出される光の配光角よりも小さくしているため、光源装置15から離れた液晶表示素子17の画像形成領域17R上においても、光源装置15の射出直後における光束Lの断面形状を十分に維持できる。 As described above, the light source device 15 of the present embodiment includes the angle conversion element 19, and the light distribution angle is changed according to the position on the angle conversion element 19, so that the light source device 15 is separated from the light source device 15. The cross-sectional shape and intensity distribution of the light source L in the illumination region can be controlled. In particular, in the present embodiment, the light distribution angle of the light emitted from the peripheral portion of the angle conversion element 19 is smaller than the light distribution angle of the light emitted from the central portion of the angle conversion element 19, so that the light source device Even on the image forming region 17R of the liquid crystal display element 17 away from 15, the cross-sectional shape of the light flux L immediately after the light source device 15 is emitted can be sufficiently maintained.

これにより、本実施形態の光源装置15によれば、射出される光束Lの断面形状を画像形成領域17Rの形状に概ね合わせられるため、光変調装置13を効率良く照明できる。なお、光束Lの断面形状は、光源装置15から射出される光束Lの配光角とその分布、光束Lの強度とその分布、光源装置15からの距離等のパラメーターに依存して変化する。 As a result, according to the light source device 15 of the present embodiment, the cross-sectional shape of the emitted light flux L is substantially matched to the shape of the image forming region 17R, so that the light modulation device 13 can be efficiently illuminated. The cross-sectional shape of the luminous flux L changes depending on parameters such as the light distribution angle and distribution of the luminous flux L emitted from the light source device 15, the intensity and distribution of the luminous flux L, and the distance from the light source device 15.

また、本実施形態のプロジェクター10は、上記の効果を奏する光源装置15を備えているため、光利用効率が高く、小型化が可能となる。 Further, since the projector 10 of the present embodiment includes the light source device 15 that exerts the above-mentioned effect, the light utilization efficiency is high and the size can be reduced.

(変形例)
図11は、角度変換素子19の射出領域の中心からの距離とその位置での屈折力との関係を示す図である。図11において、横軸は射出領域の中心からの距離を示し、縦軸は屈折力を示す。なお、角度変換素子19に入射する光の配光角が、その入射位置に係わらず一様であるとすると、縦軸の屈折力は、角度変換素子19から射出した光の配光角を表していると見なすことができる。
(Modification example)
FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the distance from the center of the injection region of the angle conversion element 19 and the refractive power at that position. In FIG. 11, the horizontal axis represents the distance from the center of the injection region, and the vertical axis represents the refractive power. Assuming that the light distribution angle of the light incident on the angle conversion element 19 is uniform regardless of the incident position, the refractive power on the vertical axis represents the light distribution angle of the light emitted from the angle conversion element 19. Can be considered to be.

図11において、符号AおよびBのグラフは、射出領域の中心からの距離の変化に応じて屈折力が連続的に変化している。この場合、射出領域の中心からの距離の変化量に対する屈折力の変化量の割合は、符号Aのグラフのように、射出領域の中心からの距離に依らずに一定であってもよいし、符号Bのグラフのように、射出領域の中心からの距離によって曲線的に変化していてもよい。 In FIG. 11, in the graphs of reference numerals A and B, the refractive power continuously changes according to the change in the distance from the center of the injection region. In this case, the ratio of the amount of change in the refractive power to the amount of change in the distance from the center of the injection region may be constant regardless of the distance from the center of the injection region, as shown in the graph of reference numeral A. As shown in the graph of reference numeral B, it may change in a curve depending on the distance from the center of the injection region.

符号A,Bのグラフで表される場合、第1構成例の角度変換素子40であれば、凹凸構造のピッチおよび深さの少なくとも一方は、角度変換素子40の入射端面または射出端面の位置によって連続的に変化していてもよい。凹凸構造のピッチおよび深さの少なくとも一方が連続的に変化している場合であっても、角度変換素子40の中心部に近い領域と周縁部に近い領域とを比べると、凹凸構造のピッチおよび深さの平均値は互いに異なる。この場合、角度変換素子40の中心部に近い領域を第1角度変換部41とみなし、周縁部に近い領域を第2角度変換部42とみなすことができる。このことは、凹凸構造のみならず、屈折率周期構造についても同様である。 When represented by the graphs of reference numerals A and B, in the case of the angle conversion element 40 of the first configuration example, at least one of the pitch and the depth of the concave-convex structure depends on the position of the incident end surface or the emission end surface of the angle conversion element 40. It may change continuously. Even when at least one of the pitch and the depth of the concave-convex structure changes continuously, the pitch and the pitch of the concave-convex structure and the region close to the peripheral portion of the angle conversion element 40 are compared. The average depths are different from each other. In this case, the region close to the central portion of the angle conversion element 40 can be regarded as the first angle conversion unit 41, and the region close to the peripheral portion can be regarded as the second angle conversion unit 42. This applies not only to the concave-convex structure but also to the refractive index periodic structure.

図11において、符号Cのグラフは、射出領域の中心からの距離の変化に応じて屈折力が段階的に変化している。また、符号Dのグラフのように、局所的には、位置が中心部から遠ざかるにつれて屈折力が大きくなる個所があってもよい。このように、屈折力は、射出領域の中心からの距離の増加に伴って必ずしも単調に減少していなくてもよく、全体として見たときに射出領域の中心部に対して周縁部で減少していればよい。 In FIG. 11, in the graph of reference numeral C, the refractive power changes stepwise according to the change in the distance from the center of the injection region. Further, as in the graph of reference numeral D, there may be a location where the refractive power increases locally as the position moves away from the central portion. In this way, the refractive power does not necessarily have to decrease monotonically as the distance from the center of the injection region increases, and when viewed as a whole, it decreases at the peripheral edge with respect to the center of the injection region. I just need to be there.

[第2実施形態]
以下、本発明の第2実施形態について、図12を用いて説明する。
第2実施形態の光源装置の基本構成は第1実施形態と同様であり、発光素子の構成が第1実施形態と異なる。そのため、光源装置の全体の説明は省略する。
図12は、第2実施形態の発光素子の平面図である。
図12において、第1実施形態で用いた図2と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
[Second Embodiment]
Hereinafter, the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
The basic configuration of the light source device of the second embodiment is the same as that of the first embodiment, and the configuration of the light emitting element is different from that of the first embodiment. Therefore, the entire description of the light source device will be omitted.
FIG. 12 is a plan view of the light emitting element of the second embodiment.
In FIG. 12, the same components as those in FIG. 2 used in the first embodiment are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.

第1実施形態の発光素子20においては、図2に示すように、複数のフォトニック結晶構造体57が発光領域12Rの全体に一様に設けられており、発光領域12Rの全体が一つの共振部を構成していた。これに対し、図12に示すように、第2実施形態の発光素子80において、発光領域80Rは、複数の共振部23を有している。 In the light emitting element 20 of the first embodiment, as shown in FIG. 2, a plurality of photonic crystal structures 57 are uniformly provided in the entire light emitting region 12R, and the entire light emitting region 12R is one resonance. It made up the department. On the other hand, as shown in FIG. 12, in the light emitting element 80 of the second embodiment, the light emitting region 80R has a plurality of resonance portions 23.

本実施形態の場合、例えば正方格子状に配列された複数のフォトニック結晶構造体57が一つの共振部23を構成し、このような共振部23が互いに間隔をおいて複数設けられている。複数の共振部23は、基板50の第1面50a上に、互いに離間して配置されている。すなわち、隣り合う共振部23同士の間に、フォトニック結晶構造体57は設けられていない。なお、図12においては、一つの共振部23にのみフォトニック結晶構造体57を図示し、他の共振部23においてフォトニック結晶構造体57の図示を省略した。 In the case of the present embodiment, for example, a plurality of photonic crystal structures 57 arranged in a square lattice form one resonance portion 23, and a plurality of such resonance portions 23 are provided at intervals from each other. The plurality of resonance portions 23 are arranged on the first surface 50a of the substrate 50 so as to be separated from each other. That is, the photonic crystal structure 57 is not provided between the adjacent resonance portions 23. In FIG. 12, the photonic crystal structure 57 is shown only in one resonance portion 23, and the photonic crystal structure 57 is not shown in the other resonance portions 23.

隣り合う2つの共振部23において、一方の共振部23内で共振する光は、他方の共振部23には至らない。互いに隣り合う共振部23と共振部23との間の距離Gは、発光層66で発生する光の波長よりも大きい。これにより、互いに隣り合う共振部23において、一方の共振部23において共振する光が、他方の共振部23に至らないように構成することができる。 In two adjacent resonance portions 23, the light that resonates in one resonance portion 23 does not reach the other resonance portion 23. The distance G between the resonant portions 23 and the resonant portions 23 adjacent to each other is larger than the wavelength of the light generated by the light emitting layer 66. Thereby, in the resonance portions 23 adjacent to each other, the light resonating in one resonance portion 23 can be configured so as not to reach the other resonance portion 23.

なお、隣り合う共振部23の間に、光を吸収する光吸収部が設けられていてもよい。光吸収部は、共振部23において共振する光に対応するバンドギャップよりも狭いバンドギャップを有する物質で構成されている。この種の物質としては、例えばInGaN、InNが挙げられる。光吸収部は、例えば隣り合う共振部23の間に設けられた柱状または壁状の結晶体で構成される。これにより、隣り合う共振部23において、一方の共振部23において共振する光が他方の共振部23に至らないようになる。 A light absorbing unit that absorbs light may be provided between the adjacent resonance units 23. The light absorption unit is composed of a substance having a band gap narrower than the band gap corresponding to the light resonating in the resonance unit 23. Examples of this kind of substance include InGaN and InN. The light absorbing portion is composed of, for example, a columnar or wall-shaped crystal body provided between adjacent resonance portions 23. As a result, in the adjacent resonance portions 23, the light resonating in one resonance portion 23 does not reach the other resonance portion 23.

または、隣り合う共振部23の間に、光を反射させる光反射部が設けられていてもよい。例えば、隣り合う共振部23の間に、共振部23を構成するフォトニック結晶構造体57よりもピッチまたは径が小さい柱状構造体を設けることにより、光反射部を形成できる。これにより、隣り合う共振部23において、一方の共振部23において共振する光が他方の共振部23に至らないようになる。
光源装置のその他の構成は、第1実施形態と同様である。
Alternatively, a light reflecting portion that reflects light may be provided between the adjacent resonance portions 23. For example, a light reflecting portion can be formed by providing a columnar structure having a pitch or a diameter smaller than that of the photonic crystal structure 57 constituting the resonance portion 23 between adjacent resonance portions 23. As a result, in the adjacent resonance portions 23, the light resonating in one resonance portion 23 does not reach the other resonance portion 23.
Other configurations of the light source device are the same as those in the first embodiment.

本実施形態の光源装置においても、光束Lの形状を画像形成領域の形状に概ね合わせられるため、光変調装置13を効率良く照明できる、といった第1実施形態と同様の効果が得られる。 Also in the light source device of the present embodiment, since the shape of the light flux L is substantially matched to the shape of the image forming region, the same effect as that of the first embodiment can be obtained, such that the light modulation device 13 can be efficiently illuminated.

さらに本実施形態の場合、射出される光の強度を共振部23毎に調整することにより、発光領域80R全体の強度分布を制御できる。すなわち、発光領域80R内で発光強度が一様でない発光装置に対しても本発明を適用することが可能である。光束Lの発光強度を考慮して各共振部23から射出される光の配光角を変化させることにより、光束Lの断面形状を制御することができる。 Further, in the case of the present embodiment, the intensity distribution of the entire light emitting region 80R can be controlled by adjusting the intensity of the emitted light for each resonance portion 23. That is, the present invention can be applied to a light emitting device whose light emitting intensity is not uniform within the light emitting region 80R. The cross-sectional shape of the luminous flux L can be controlled by changing the light distribution angle of the light emitted from each resonance portion 23 in consideration of the emission intensity of the luminous flux L.

[第3実施形態]
以下、第3実施形態では、本発明の発光装置が適用可能なプロジェクターの他の構成例について説明する。
第3実施形態のプロジェクターの基本構成は、第1実施形態のプロジェクターと略同様である。そのため、基本構成の説明は省略し、異なる個所のみを説明する。
図13は、第3実施形態のプロジェクターの概略構成図である。
図13において、第1実施形態で用いた図1と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
[Third Embodiment]
Hereinafter, in the third embodiment, another configuration example of the projector to which the light emitting device of the present invention can be applied will be described.
The basic configuration of the projector of the third embodiment is substantially the same as that of the projector of the first embodiment. Therefore, the description of the basic configuration is omitted, and only the different parts will be described.
FIG. 13 is a schematic configuration diagram of the projector of the third embodiment.
In FIG. 13, the same components as those in FIG. 1 used in the first embodiment are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.

図13に示すように、第3実施形態のプロジェクター38は、光源装置15と光変調装置13との間に設けられた導光体39をさらに備えている。 As shown in FIG. 13, the projector 38 of the third embodiment further includes a light guide body 39 provided between the light source device 15 and the light modulation device 13.

導光体39として、図14に示すように、例えばガラス等の透光性媒体からなる中実の棒状体からなる導光体39Aが用いられる。または、図15に示すように、反射面が内側を向くように反射ミラーが管状に配置された中空の管状体からなる導光体39Bが用いられる。また、入射端39aと射出端39bとで開口サイズと形状とが同じである導光体が用いられてもよいし、入射端39aから射出端39bに向けて開口サイズが大きくなる(あるいは小さくなる)テーパー形状の導光体が用いられてもよい。 As the light guide body 39, as shown in FIG. 14, a light guide body 39A made of a solid rod-shaped body made of a translucent medium such as glass is used. Alternatively, as shown in FIG. 15, a light guide body 39B made of a hollow tubular body in which the reflection mirror is arranged in a tubular shape so that the reflection surface faces inward is used. Further, a light guide body having the same opening size and shape at the incident end 39a and the ejection end 39b may be used, or the aperture size increases (or decreases) from the incident end 39a toward the ejection end 39b. ) A tapered light guide may be used.

導光体39の入射端39aおよび射出端39bの開口形状は、ともに矩形状であり、発光装置12の発光領域12Rおよび液晶表示素子17の画像形成領域17Rと略相似形に設定される。また、導光体39の入射端39aの開口サイズは、発光領域12Rと同じか、または僅かに大きいことが望ましい。導光体39の射出端39bの開口サイズは、液晶表示素子17の画像形成領域17Rと同じか、または僅かに大きく設定されることが望ましい。 The aperture shapes of the incident end 39a and the emission end 39b of the light guide 39 are both rectangular, and are set to be substantially similar to the light emitting region 12R of the light emitting device 12 and the image forming region 17R of the liquid crystal display element 17. Further, it is desirable that the aperture size of the incident end 39a of the light guide body 39 is the same as or slightly larger than that of the light emitting region 12R. It is desirable that the opening size of the ejection end 39b of the light guide body 39 is set to be the same as or slightly larger than the image forming region 17R of the liquid crystal display element 17.

本実施形態のプロジェクター38においては、上記実施形態の光源装置15が用いられたことにより、光源装置15から離れた位置に配置された導光体39に光束Lを効率良く入射させることができる。 In the projector 38 of the present embodiment, since the light source device 15 of the above embodiment is used, the light flux L can be efficiently incident on the light guide body 39 arranged at a position away from the light source device 15.

また、導光体39に入射した光束Lは、導光体39の界面または内壁面での複数回の反射により、強度分布が均一化されて射出される。これにより、光束Lの強度分布は一層均一化される可能性があり、略均一の強度を有する光束Lによって液晶表示素子17を効率良く照明できる。また、光変調装置13を光源装置15から離して配置できるため、光源装置15から発せられる熱が光変調装置13に及ぼす影響を低減できる。 Further, the luminous flux L incident on the light guide body 39 is emitted with a uniform intensity distribution due to a plurality of reflections at the interface or the inner wall surface of the light guide body 39. As a result, the intensity distribution of the light flux L may be further made uniform, and the liquid crystal display element 17 can be efficiently illuminated by the light flux L having a substantially uniform intensity. Further, since the light modulation device 13 can be arranged away from the light source device 15, the influence of the heat generated from the light source device 15 on the light modulation device 13 can be reduced.

なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば上記実施形態では、InGaN系材料からなる発光層について説明したが、発光層として、射出される光の波長に応じて、種々の半導体材料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、フォトニック結晶構造体の径または配列のピッチを適宜変更してもよい。
The technical scope of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
For example, in the above embodiment, the light emitting layer made of an InGaN-based material has been described, but various semiconductor materials can be used as the light emitting layer depending on the wavelength of the emitted light. For example, semiconductor materials such as AlGaN-based, AlGaAs-based, InGaAs-based, InGaAsP-based, InP-based, GaP-based, and AlGaP-based can be used. Further, the diameter of the photonic crystal structure or the pitch of the arrangement may be appropriately changed according to the wavelength of the emitted light.

また、上記実施形態では、フォトニック結晶構造体は、基板上に突出した柱状構造体で構成されていたが、フォトニック結晶効果を発現させるために一定のピッチで設けられた複数の孔部を有していてもよい。すなわち、発光領域は、柱状の構造体、孔部にかかわらず、周期構造を有するフォトニック結晶構造体を含んでいればよい。また、発光装置は、フォトニック結晶構造体を有していない発光素子を備えた面光源であってもよい。 Further, in the above embodiment, the photonic crystal structure is composed of a columnar structure protruding on the substrate, but a plurality of pores provided at a constant pitch in order to exhibit the photonic crystal effect are formed. You may have. That is, the light emitting region may include a photonic crystal structure having a periodic structure regardless of the columnar structure and the pores. Further, the light emitting device may be a surface light source including a light emitting element having no photonic crystal structure.

その他、光源装置、およびプロジェクターの各構成要素およびその形状、数、配置、材料等の具体的な記載については、上記実施形態に限らず、適宜変更が可能である。上記実施形態では、本発明による光源装置を、透過型の液晶表示素子を光変調装置として用いたプロジェクターに搭載した例を示したが、これに限られない。本発明による光源装置を、光変調装置として反射型の液晶表示素子、またはデジタルマイクロミラーデバイスを用いたプロジェクターに搭載してもよい。 In addition, the specific description of the light source device, each component of the projector, its shape, number, arrangement, material, and the like is not limited to the above embodiment, and can be changed as appropriate. In the above embodiment, an example in which the light source device according to the present invention is mounted on a projector using a transmissive liquid crystal display element as a light modulation device is shown, but the present invention is not limited to this. The light source device according to the present invention may be mounted on a projector using a reflective liquid crystal display element or a digital micromirror device as a light modulation device.

例えば、上記実施形態に係るプロジェクターは、リレー光学系を有していてもよい。この場合、リレー光学系において光束形状が維持されるため、光源装置と入射側レンズとの距離が、射出側レンズと光変調装置との距離よりも大きい場合には、角度変換素子は光源装置とリレー光学系との間に配置されることが望ましい。光源装置と入射側レンズとの距離が、射出側レンズと光変調装置との距離よりも大きい場合、角度変換素子はリレー光学系と光変調装置との間に配置する構成が望ましい。あるいは、角度変換素子を、光源装置とリレー光学系との間、リレー光学系と光変調装置との間、の2ケ所に配置してもよい。 For example, the projector according to the above embodiment may have a relay optical system. In this case, since the luminous flux shape is maintained in the relay optical system, when the distance between the light source device and the incident side lens is larger than the distance between the emission side lens and the light modulator, the angle conversion element is the light source device. It is desirable to place it between the relay optical system. When the distance between the light source device and the incident side lens is larger than the distance between the emission side lens and the light modulator, it is desirable that the angle conversion element is arranged between the relay optical system and the optical modulator. Alternatively, the angle conversion elements may be arranged at two locations, between the light source device and the relay optical system and between the relay optical system and the optical modulation device.

上記実施形態では、本発明の光源装置をプロジェクターに搭載した例を示したが、これに限られない。本発明の光源装置は、照明器具や自動車のヘッドライト等にも適用することができる。 In the above embodiment, an example in which the light source device of the present invention is mounted on a projector is shown, but the present invention is not limited to this. The light source device of the present invention can also be applied to lighting equipment, automobile headlights, and the like.

10,38…プロジェクター、12…発光装置、12R…発光領域、13…光変調装置、14…投射光学装置、15…光源装置、19,40,70…角度変換素子、25,41,71…第1角度変換部、26,42,72…第2角度変換部、27,43,73…角度無変換部、41a…第1入射端面、41b…第1射出端面、41d…第1凹凸構造、42a…第2入射端面、42b…第2射出端面、42d…第2凹凸構造、39,39A,39B…導光体、50…基板(基材)、50a…第1面、57…フォトニック結晶構造体、71d…第1屈折率周期構造、72d…第2屈折率周期構造、711…第1低屈折率部、712…第1高屈折率部、721…第2低屈折率部、722…第2高屈折率部。 10, 38 ... Projector, 12 ... Light emitting device, 12R ... Light emitting region, 13 ... Light modulator, 14 ... Projecting optical device, 15 ... Light source device, 19, 40, 70 ... Angle conversion element, 25, 41, 71 ... 1 angle conversion unit, 26, 42, 72 ... second angle conversion unit, 27, 43, 73 ... angle non-conversion unit, 41a ... first incident end face, 41b ... first injection end face, 41d ... first uneven structure, 42a ... 2nd incident end face, 42b ... 2nd injection end face, 42d ... 2nd uneven structure, 39, 39A, 39B ... light guide, 50 ... substrate (base material), 50a ... 1st surface, 57 ... photonic crystal structure Body, 71d ... 1st refractive index periodic structure, 72d ... 2nd refractive index periodic structure, 711 ... 1st low refractive index part, 712 ... 1st high refractive index part, 721 ... 2nd low refractive index part, 722 ... 2 High refractive index part.

Claims (14)

光を射出する発光装置と、
前記発光装置から射出された光の配光角を変化させる角度変換素子と、
を備え、
前記角度変換素子は、第1角度変換部と、第2角度変換部と、を有し、
前記角度変換素子の光軸から前記第2角度変換部までの距離は、前記光軸から前記第1角度変換部までの距離よりも長く、
前記第2角度変換部の屈折力は、前記第1角度変換部の屈折力よりも小さい、
光源装置。
A light emitting device that emits light and
An angle conversion element that changes the light distribution angle of the light emitted from the light emitting device, and
With
The angle conversion element includes a first angle conversion unit and a second angle conversion unit.
The distance from the optical axis of the angle conversion element to the second angle conversion unit is longer than the distance from the optical axis to the first angle conversion unit.
The refractive power of the second angle conversion unit is smaller than the refractive power of the first angle conversion unit.
Light source device.
前記第2角度変換部から射出される光の配光角は、前記第1角度変換部から射出される光の配光角よりも小さい、請求項1に記載の光源装置。 The light source device according to claim 1, wherein the light distribution angle of the light emitted from the second angle conversion unit is smaller than the light distribution angle of the light emitted from the first angle conversion unit. 前記第1角度変換部は、前記発光装置から射出された光が入射する第1入射端面と、配光角が変化した光が射出する第1射出端面と、を有し、
前記第1入射端面および前記第1射出端面の少なくとも一方は、凹部と凸部とが周期的に設けられた第1凹凸構造を有し、
前記第2角度変換部は、前記発光装置から射出された光が入射する第2入射端面と、配光角が変化した光が射出する第2射出端面と、を有し、
前記第2入射端面および前記第2射出端面の少なくとも一方は、凹部と凸部とが周期的に設けられた第2凹凸構造を有する、請求項1または請求項2に記載の光源装置。
The first angle conversion unit has a first incident end face on which the light emitted from the light emitting device is incident, and a first emission end surface on which light having a changed light distribution angle is emitted.
At least one of the first incident end face and the first ejection end face has a first concavo-convex structure in which concave portions and convex portions are periodically provided.
The second angle conversion unit has a second incident end surface on which the light emitted from the light emitting device is incident, and a second emission end surface on which the light whose light distribution angle is changed is emitted.
The light source device according to claim 1 or 2, wherein at least one of the second incident end face and the second ejection end face has a second uneven structure in which concave portions and convex portions are periodically provided.
前記第2凹凸構造のピッチは、前記第1凹凸構造のピッチよりも長い、請求項3に記載の光源装置。 The light source device according to claim 3, wherein the pitch of the second concavo-convex structure is longer than the pitch of the first concavo-convex structure. 前記第2凹凸構造の深さは、前記第1凹凸構造の深さよりも浅い、請求項3または請求項4に記載の光源装置。 The light source device according to claim 3, wherein the depth of the second concavo-convex structure is shallower than the depth of the first concavo-convex structure. 前記第1角度変換部は、第1屈折率を有する第1低屈折率部と、前記第1屈折率よりも高い第2屈折率を有する第1高屈折率部と、が周期的に設けられた第1屈折率周期構造を有し、
前記第2角度変換部は、第3屈折率を有する第2低屈折率部と、前記第3屈折率よりも高い第4屈折率を有する第2高屈折率部と、が周期的に設けられた第2屈折率周期構造を有する、請求項1または請求項2に記載の光源装置。
The first angle conversion unit is periodically provided with a first low refractive index unit having a first refractive index and a first high refractive index unit having a second refractive index higher than the first refractive index. It has a first refractive index periodic structure,
The second angle conversion unit is periodically provided with a second low refractive index unit having a third refractive index and a second high refractive index unit having a fourth refractive index higher than the third refractive index. The light source device according to claim 1 or 2, which has a second refractive index periodic structure.
前記第2屈折率周期構造のピッチは、前記第1屈折率周期構造のピッチよりも長い、請求項6に記載の光源装置。 The light source device according to claim 6, wherein the pitch of the second refractive index periodic structure is longer than the pitch of the first refractive index periodic structure. 前記第2屈折率周期構造の前記第1屈折率と前記第2屈折率との屈折率差は、前記第1屈折率周期構造の前記第3屈折率と前記第4屈折率との屈折率差よりも小さい、請求項5または請求項7に記載の光源装置。 The difference in refractive index between the first refractive index and the second refractive index of the second refractive index periodic structure is the difference in refractive index between the third refractive index and the fourth refractive index of the first refractive index periodic structure. The light source device according to claim 5 or 7, which is smaller than. 前記角度変換素子は、屈折力を有していない角度無変換部をさらに備え、
前記光軸から前記角度無変換部までの距離は、前記光軸から前記第2角度変換部までの距離よりも長い、請求項1から請求項8までのいずれか一項に記載の光源装置。
The angle conversion element further includes an angle non-conversion portion having no refractive power.
The light source device according to any one of claims 1 to 8, wherein the distance from the optical axis to the angle non-conversion unit is longer than the distance from the optical axis to the second angle conversion unit.
前記発光装置は、基材と、前記基材の第1面に設けられた発光領域と、を備え、
前記発光領域は、周期構造を有するフォトニック結晶構造体を有する、請求項1から請求項9までのいずれか一項に記載の光源装置。
The light emitting device includes a base material and a light emitting region provided on the first surface of the base material.
The light source device according to any one of claims 1 to 9, wherein the light emitting region has a photonic crystal structure having a periodic structure.
前記発光領域は、複数の共振部を有する、請求項10に記載の光源装置。 The light source device according to claim 10, wherein the light emitting region has a plurality of resonance portions. 請求項1から請求項11までのいずれか一項に記載の光源装置と、
前記光源装置から射出された光を画像情報に応じて変調し、画像光を生成する光変調装置と、
前記光変調装置から射出された画像光を投射する投射光学装置と、
を備える、プロジェクター。
The light source device according to any one of claims 1 to 11.
An optical modulation device that modulates the light emitted from the light source device according to image information to generate image light, and
A projection optical device that projects image light emitted from the light modulation device, and
Equipped with a projector.
前記光源装置と前記光変調装置との間に設けられた導光体をさらに備える、請求項12に記載のプロジェクター。 The projector according to claim 12, further comprising a light guide body provided between the light source device and the light modulation device. 前記発光領域の平面形状は、前記光変調装置における画像形成領域の平面形状と相似形である、請求項12または請求項13に記載のプロジェクター。 The projector according to claim 12, wherein the planar shape of the light emitting region is similar to the planar shape of the image forming region in the light modulation apparatus.
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US20210168338A1 (en) * 2019-11-29 2021-06-03 Seiko Epson Corporation Light emitting apparatus and projector

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