專利名稱：發(fā)光元件和設(shè)置有該發(fā)光元件的投影顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)光元件和一種包括這種發(fā)光元件的投影顯示設(shè)備。
背景技術(shù)：
近年來，已經(jīng)提出了一種投影顯示設(shè)備(LED投影儀)，其中發(fā)光二極管(LED)被用作用于光源的發(fā)光元件。例如，用于使用諸如液晶面板的光調(diào)制元件顯示圖像的LED投影儀要求發(fā)光元件作為其光源在受控的偏振態(tài)下出射光，因?yàn)橐壕姘迨且蕾囉谄竦?。在受控的偏振態(tài)下的光指的是其中在特定方向的偏振分量的光強(qiáng)度高于在其它方向的偏振分量的光強(qiáng)度的光。控制偏振態(tài)的一種方式是使用偏振器。例如，專利文獻(xiàn)1公開了一種發(fā)光元件， 該發(fā)光元件包括具有發(fā)光層的半導(dǎo)體多層膜；和被置放在半導(dǎo)體多層膜上的偏振控制層 (偏振器)，用于控制由發(fā)光層產(chǎn)生和出射的光的偏振。專利文獻(xiàn)2公開了一種發(fā)光元件，該發(fā)光元件包括發(fā)光部，該發(fā)光部用于產(chǎn)生其中在特定方向的偏振分量的光強(qiáng)度高于在其它方向的偏振分量的光強(qiáng)度的光，該發(fā)光部具有包括半導(dǎo)體的活性層(active layer)，在該活性層中，主面(principal surface)是非極性面(nonpolar surface)或者半極性面(semipolar surface)。利用這種構(gòu)造，能夠控制出射光的偏振態(tài)而無需偏振器。要求LED投影儀以高亮度顯示圖像。從被用作光源的發(fā)光元件的光出射面提取光的效率是實(shí)現(xiàn)高亮度光源的有效方式。用于將光投影到光調(diào)制元件上的光學(xué)系統(tǒng)存在由光源的面積和發(fā)散角度確定的光學(xué)擴(kuò)展量(etendue)的限制。為了利用從光源出射的光作為投影光，光源的面積和發(fā)散角度的乘積的數(shù)值需要等于或者小于顯示元件的面積和由投影透鏡的F數(shù)確定的接收角度(立體角)的乘積的數(shù)值。因此，為了實(shí)現(xiàn)有效地利用從光源出射的光的高亮度LED投影儀，有必要增加光源的方向性以降低光學(xué)擴(kuò)展量(etendue)。作為如上所述用于增加對來自光源的光的光提取效率和方向性的方法，在發(fā)光元件的光出射面上設(shè)置光子晶體是已知的(例如見專利文獻(xiàn)3)。專利文獻(xiàn)4提出一項(xiàng)除了增加光的光提取效率和方向性之外還利用偏振器控制出射光的偏振的技術(shù)。具體地，在專利文獻(xiàn)4中公開的發(fā)光元件包括被置放在用于供應(yīng)光的發(fā)光部的光出射側(cè)上的反射型偏振板(偏振器)和光學(xué)部件(光子晶體)，該反射型偏振板透射特定偏振分量并且反射垂直于該特定偏振分量的偏振分量，該光學(xué)部件透射來自反射型偏振板的光并且具有在基本平行于基準(zhǔn)面的二維方向上周期改變的折射率。引用列表專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1 JP2008-60534A專利文獻(xiàn)2 JP2009-111012A
專利文獻(xiàn)3 JP2006-310737A專利文獻(xiàn)4 JP2007-109689A

發(fā)明內(nèi)容
所要解決的問題然而，在于專利文獻(xiàn)1中公開的發(fā)光元件中，具有除了特定偏振分量之外的偏振分量的光被偏振器阻斷。因此，穿過偏振器的光的量與入射在偏振器上的光的量的比例最大是50%。另外，在專利文獻(xiàn)2中公開的發(fā)光元件產(chǎn)生帶有期望的偏振分量以及帶有其它偏振分量的光，并且所產(chǎn)生的光不能被LED投影儀利用。在另一方面，在專利文獻(xiàn)3中公開的發(fā)光元件未被構(gòu)造為出射其偏振態(tài)受到控制的光。進(jìn)而，在專利文獻(xiàn)4中公開的發(fā)光元件中，沒有考慮取決于穿過反射型偏振板的光的偏振態(tài)布置光子晶體。具體地，在專利文獻(xiàn)4中公開的發(fā)光元件中，因?yàn)槲磳μ囟ㄆ穹至康墓鈨?yōu)化光子晶體的結(jié)構(gòu)，所以難以從具有高亮度和高方向性的光源高效率地出射特定偏振分量的光。本發(fā)明的目的在于提供一種將解決以上問題并且具有高亮度和高方向性并且在受控的偏振態(tài)下出射光的發(fā)光元件。本發(fā)明目的還在于提供一種包括這種發(fā)光元件的投影顯不設(shè)備。問題的解決方案為了實(shí)現(xiàn)以上目的，根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光元件包括基板和被置放在基板上用于出射光的發(fā)光部，在所述光中，在基本平行于所述基板的第一方向上的偏振分量的光強(qiáng)度高于在其它方向上的偏振分量的光強(qiáng)度。該發(fā)光部包括用于出射光的活性層和多個(gè)結(jié)構(gòu)體，多個(gè)結(jié)構(gòu)體相對于活性層被置放在發(fā)光部的光出射側(cè)上并且沿著基本平行于活性層的面二維地排列。在平行于活性層的截面中，結(jié)構(gòu)體中的每一個(gè)均具有沿著第一方向的寬度和沿著垂直于第一方向的第二方向的寬度，沿著第一方向的寬度和沿著第二方向的寬度是相互不同的。結(jié)構(gòu)體沿著第一方向以第一節(jié)距(Pitch)周期地排列并且沿著第二方向以不同于第一節(jié)距的第二節(jié)距周期地排列。根據(jù)本發(fā)明的投影顯示設(shè)備包括包括上述發(fā)光元件的光源、用于取決于圖像信號(hào)調(diào)制從光源出射的光的光調(diào)制元件，和用于投影由光調(diào)制元件調(diào)制的光的投影光學(xué)系統(tǒng)。本發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明，提供了一種具有高亮度和高方向性并且在受控的偏振態(tài)下出射光的發(fā)光元件。附圖簡要說明圖IA是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的發(fā)光元件的示意截面視圖；圖IB是示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的發(fā)光元件的光子晶體的示意透視圖；圖IC是示出圖IB所示光子晶體的示意平面視圖；圖2A是示出根據(jù)本發(fā)明用于優(yōu)化光子晶體的光子晶體模型的示意截面視圖；圖2B是示出TM偏振光和TE偏振光的概念圖，該圖示出了在光子晶體的偏振方向和柵格方向(grid direction)之間的關(guān)系；
圖3A是示出相對于圖2A所示光子晶體的節(jié)距的、TM偏振光的提取效率計(jì)算結(jié)果的曲線圖；圖;3B是示出相對于圖2A所示光子晶體的節(jié)距的、TE偏振光的提取效率計(jì)算結(jié)果的曲線圖；圖4A是示出相對于圖2A所示光子晶體的占空比的、TM偏振光的提取效率計(jì)算結(jié)果的曲線圖；圖4B是示出相對于圖2A所示光子晶體的占空比的、TE偏振光的提取效率計(jì)算結(jié)果的曲線圖；圖5A是示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的發(fā)光元件的光子晶體的修改的示意透視圖；圖5B是圖5A所示光子晶體的示意平面視圖；圖6A是示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的發(fā)光元件的光子晶體的另一修改的示意透視圖；圖6B是圖6A所示光子晶體的示意平面視圖；圖7A是示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的發(fā)光元件的光子晶體的又一個(gè)修改的示意透視圖；圖7B是圖7A所示光子晶體的示意平面視圖；圖8A是示出相對于圖2A所示光子晶體的占空比的、TM偏振光的提取效率計(jì)算結(jié)果的曲線圖；圖8B是示出相對于圖2A所示光子晶體的占空比的、TE偏振光的提取效率計(jì)算結(jié)果的曲線圖；圖9是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的發(fā)光元件的示意截面視圖；并且

圖10是示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的投影顯示設(shè)備的布置的示意設(shè)計(jì)圖，該投影顯示設(shè)備包括本發(fā)明的發(fā)光元件。
具體實(shí)施例方式將在下面參考附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例。首先將在下面參考圖IA到8描述根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的發(fā)光元件。圖IA到IC示意地示出根據(jù)本實(shí)施例的發(fā)光元件。圖IA是根據(jù)本實(shí)施例的發(fā)光元件的示意截面視圖，示出沿著垂直于基板的方向的截面。圖IB和IC分別是在根據(jù)本實(shí)施例的發(fā)光元件上的光子晶體(多個(gè)結(jié)構(gòu)體)的示意透視圖和示意平面視圖。如在圖IA到 IC中所示，平行于基板的平面，即，平行于發(fā)光元件的光出射面的平面，將被稱作xy平面， 并且垂直于基板的方向?qū)⒈环Q作ζ方向。根據(jù)本實(shí)施例的發(fā)光元件1包括基板3、被置放在基板3上的反射層4、被置放在反射層4上的正電極5和發(fā)光部10，以及被置放在發(fā)光部10的光出射面上的正電極6。發(fā)光部10具有半導(dǎo)體層，該半導(dǎo)體層包括被置放在反射層4的上表面上的ρ型半導(dǎo)體層11、被置放在P型半導(dǎo)體層11上用于產(chǎn)生光的活性層12，和被置放在活性層12上的η型半導(dǎo)體層13a。ρ型半導(dǎo)體層11由摻雜有鎂的GaN制成?；钚詫?2由交替的InGaN 和GaN層組成并且具有量子阱結(jié)構(gòu)。η型半導(dǎo)體層13a由摻雜有硅的導(dǎo)電GaN制成。每一個(gè)半導(dǎo)體層ll、12、13a均形成在反射層4上從而其主面是非極性面或者半極性面。主面被定義為平行于xy平面的平面?；钚詫?2因此能夠產(chǎn)生其中在特定方向的偏振分量具有高的光強(qiáng)度的光。具有高的光強(qiáng)度的偏振分量的方向?qū)⒃谙挛闹斜环Q作“偏振方向”。根據(jù)本實(shí)施例，活性層12被如此布置，使得從活性層12出射的光的偏振方向是χ方向(第一方向)°根據(jù)本實(shí)施例，光子晶體Ha被置放在發(fā)光部10的光出射面，S卩，η型半導(dǎo)體層 13a的上表面上，從而增加其偏振方向是χ方向的光的提取效率和方向性。如在圖IB中所示，光子晶體1 包括從η型半導(dǎo)體層13a的表面突出并且沿著χ 方向和y方向二維且周期排列的多個(gè)凸部15a。如在圖IC中所示，如從ζ方向觀察地，凸部 1 中的每一個(gè)均被成形為在垂直于由處于η型半導(dǎo)體13a之下的活性層12產(chǎn)生的光的偏振方向(X方向)的方向(y方向)上延伸。換言之，凸部15a中的每一個(gè)均具有沿著作為出射光的偏振方向的χ方向(第一方向)的寬度wl和沿著垂直于χ方向的y方向(第二方向)的寬度w2，寬度wl小于寬度w2。進(jìn)而，根據(jù)本實(shí)施例，由于將在以后描述的原因，光子晶體14a的占空比在χ方向和y方向這兩者上均是0. 5。具體地，沿著χ方向的寬度wl 與沿著χ方向的節(jié)距Pl (第一節(jié)距)的比率r 1 = wl/pl,和沿著y方向的寬度w2與沿著y 方向的節(jié)距P2 (第二節(jié)距)的比率r2 = w2/p2這兩者均是0. 5。在根據(jù)本實(shí)施例的光子晶體14a中，如此構(gòu)造的凸部1 沿著由活性層12產(chǎn)生的光的偏振方向(X方向)和垂直于此的方向(y方向)周期地排列。如在圖IC中所示，沿著 χ方向和y方向的節(jié)距pl、p2是相互不同的并且滿足關(guān)系p2 > pi。如果關(guān)系p2 > pi得以滿足，則當(dāng)通過光子晶體從發(fā)光元件提取由活性層產(chǎn)生的光時(shí)，能夠增加光的光提取效率和方向性。這是本發(fā)明的發(fā)明人已經(jīng)基于在下面示出的計(jì)算結(jié)果得出的新發(fā)現(xiàn)，并且用作本發(fā)明的必要特征。將在下面參考圖2A 至;3B 描述根據(jù) FDTD (Finite-Difference Time-Domain 時(shí)域有限差分)方法的計(jì)算，該方法被執(zhí)行用于建立光子晶體的最佳節(jié)距以增加光的光提取效率和方向性。圖2A是示出對于計(jì)算所使用的光子晶體的模型的示意截面視圖，其為沿著如從χ 方向或者y方向觀察的截面。根據(jù)該模型，從被置放在GaN中的光源出射的光通過被置放在光出射面上的光子晶體而被提取到空氣中。圖2B是示出TM偏振光和TE偏振光的概念圖，該圖示出了在光子晶體的偏振方向和柵格方向之間的關(guān)系。已經(jīng)關(guān)于圖IB和IC所示二維光子晶體沿著兩個(gè)方向，S卩，平行于偏振方向的柵格方向(X方向)和垂直于偏振方向的柵格方向(y方向)計(jì)算了光提取效率。實(shí)際上，已經(jīng)使用了圖2A所示一維光子晶體的模型，并且已經(jīng)計(jì)算了當(dāng)從光子晶體出射其各自的偏振方向相互垂直的TM偏振光和TE偏振光(見圖2B)時(shí)的光提取效率。 在TM偏振光的偏振分量和一維光子晶體的柵格方向之間的關(guān)系等價(jià)于在其偏振方向是χ 方向的光和在二維光子晶體(見圖IB和1C)中沿著χ方向排列的凸部之間的關(guān)系。在另一方面，在TE偏振光的偏振分量和一維光子晶體的柵格方向之間的關(guān)系等價(jià)于在其偏振方向是χ方向的光和在二維光子晶體中沿著y方向排列的凸部之間的關(guān)系。因此，對于圖 2A所示一維光子晶體，計(jì)算TM偏振光的提取效率提供了相對于沿著圖IC所示χ方向的節(jié)距Pl的光提取效率，并且計(jì)算TM偏振光的提取效率提供了相對于沿著二維光子晶體的y方向的節(jié)距P2的光提取效率。為了考慮方向性，光提取效率代表從垂直于光出射面的方向在士30°內(nèi)出射的光的量與由光源產(chǎn)生的光的總量的比例。已經(jīng)在光子晶體(凸部)具有占空比為0.5的矩形截面形狀的假設(shè)下進(jìn)行了計(jì)算。另外，已經(jīng)通過改變晶體(凸部)的高度d相對于出射光在真空中的波長λ歸一化的節(jié)距pi計(jì)算了對于從GaN的光子晶體向空氣中出射的光的光提取效率。圖3Α和;3Β示出相對于如此獲得的光子晶體的周期(節(jié)距)的光提取效率的計(jì)算結(jié)果。圖3Α示出對于TM偏振光的計(jì)算結(jié)果，并且圖:3Β示出對于TE偏振光的計(jì)算結(jié)果。如能夠從圖3Α和;3Β看到地，在TM偏振光和TE偏振光之間，在光提取效率具有局部最大值處的光子晶體的節(jié)距范圍存在差異(對應(yīng)于圖中的陰影區(qū)域)。對于圖3Α所示TM 偏振光，沿著平行于偏振分量的方向從節(jié)距0.4 λ到0.8 λ的范圍對于最大光提取效率是最佳的。因此，相對于其偏振方向是χ方向的光沿著二維光子晶體的χ方向被優(yōu)化的節(jié)距 Pl處于0.4 λ < pi <0.8 λ的范圍中。類似地，對于圖:3Β所示TE偏振光，相對于其偏振方向是χ方向的光沿著二維光子晶體的y方向被優(yōu)化的節(jié)距p2處于0. 8 λ < p2 < 1. 2 λ 的范圍中。因此，在沿著光子晶體的各方向的節(jié)距pl、p2和出射光在真空中的波長λ之間的關(guān)系滿足0. 4 < (pl/ λ ) < 0. 8 < (ρ2/ λ ) < 1. 2 (1)使用圖2A所示一維光子晶體的模型，已經(jīng)通過從0. 1到0. 9改變光子晶體的凸部的寬度wi與節(jié)距Pi的比率(占空比ri = wi/pi)計(jì)算了 TM偏振光和TE偏振光的提取效率。分別對于TM偏振光和TE偏振光，光子晶體的節(jié)距pi已經(jīng)被設(shè)為0. 6 λ和1. 0 λ，并且對于TM偏振光和TE偏振光這兩者，高度d已經(jīng)被設(shè)為0. 15 μ m0為了考慮方向性，光提取效率代表從垂直于光出射面的方向在士30°內(nèi)出射的光的量與由光源產(chǎn)生的光的總量的比例。圖4Α和4Β示出相對于如此獲得的占空比ri的提取效率計(jì)算結(jié)果。圖4A示出對于TM偏振光的計(jì)算結(jié)果，并且圖4B示出對于TE偏振光的計(jì)算結(jié)果。如能夠從圖4A和4B理解地，光提取效率隨著占空比改變。對于TM偏振光和TE 偏振光這兩者，用于最大化光提取效率的最佳占空比均是0.5。隨著占空比從最佳數(shù)值增加或者降低，光提取效率降低。因此，為了實(shí)現(xiàn)高的光提取效率，沿著光子晶體的各方向的占空比rl和占空比r2可以是0. 5。其周期結(jié)構(gòu)滿足關(guān)系(1)的光子晶體不限于圖IB和IC所示結(jié)構(gòu)，而是可以具有圖5A和5B所示結(jié)構(gòu)。圖5A和5B分別是示出根據(jù)本實(shí)施例的發(fā)光元件的光子晶體的修改的示意透視和平面視圖。圖5A和5B所示光子晶體14b被構(gòu)造為圖IB和IC所示凸部15a的兩個(gè)正方形柵格的組合。如此布置的光子晶體14b的凸部1 在η型半導(dǎo)體層13b的表面上具有增加的比例。結(jié)果，圖5A和5B所示光子晶體14b也具有能夠增強(qiáng)光提取效率的優(yōu)點(diǎn)。在圖IB和IC所示光子晶體14a和圖5A和5B所示光子晶體14b中，如從ζ方向觀察的，凸部15a、15b中的每一個(gè)均具有橢圓形形狀。然而，凸部不限于這種形狀，而是可以具有另一形狀，諸如，例如在y方向上伸長的矩形形狀，只要在沿著χ方向的寬度和沿著y 方向的寬度相互不同。凸部可以具有又一種幾何形狀，諸如其較長對角線沿著y方向延伸的菱形形狀。在圖3A和;3B中，僅僅示出對于其凸部具有正高度d的光子晶體的計(jì)算結(jié)果。然而，將對于其凸部具有負(fù)高度d，S卩，具有凹部的光子晶體獲得類似的計(jì)算結(jié)果。因此，根據(jù)本實(shí)施例的光子晶體可以具有被形成為在η型半導(dǎo)體層的表面中打開的凹部。圖6Α和7Α是這種光子晶體的示意透視圖，并且圖6Β和7Β是圖6Α和7Α所示光子晶體的示意平面視圖。圖6Α和6Β示出對應(yīng)于圖IB和IC所示光子晶體14a的光子晶體 14c，并且圖7A和7B示出對應(yīng)于圖5A和5B所示光子晶體14b的光子晶體14d。在圖IB和 IC所示光子晶體1 和圖5A和5B所示光子晶體14b中，凸部15a、1 具有沿著χ方向和 y方向的各自的寬度wl、w2。在圖6A到7B所示光子晶體14c、14d中，凹部15c、15d具有沿著χ方向和y方向的各自的寬度wl、w2。圖8A和8B示出使用圖2A所示一維光子晶體的模型通過從0. 1到0. 9改變光子晶體的凹部的寬度wi與節(jié)距Pi的比率(占空比ri)的、TM偏振光(圖8A)和TE偏振光 (圖8B)的提取效率計(jì)算結(jié)果。如在圖8A和8B中所示，關(guān)于由占空比0.5代表的對稱軸線，計(jì)算出的效率與圖4A和4B所示計(jì)算出的效率具有雙邊對稱關(guān)系。因此，當(dāng)光子晶體包括凹部時(shí)，如當(dāng)光子晶體包括凸部時(shí)那樣，沿著光子晶體的各方向的占空比rl和占空比r2 可以是0. 5從而實(shí)現(xiàn)高的光提取效率。在圖6A至7B所示光子晶體中，如在圖IB和IC所示光子晶體和圖5A和5B所示光子晶體中那樣，如從ζ方向觀察的凹部還可以具有矩形或者菱形形狀。如上所述，根據(jù)本實(shí)施例的發(fā)光元件包括在發(fā)光部的光出射面上形成的光子晶體，光子晶體使得它的周期性取決于從活性層出射的光的偏振態(tài)而被優(yōu)化。因此，能夠增大來自發(fā)光部的光的提取效率和方向性。將在下面描述根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的發(fā)光元件。圖9是根據(jù)本實(shí)施例的發(fā)光元件的示意截面視圖，示出沿著垂直于基板的方向的截面。根據(jù)本實(shí)施例的發(fā)光元件1包括基板3、被置放在基板3上的反射層4、被置放在反射層4上的正電極5、被置放在反射層4上的發(fā)光部20，和被置放在發(fā)光部20的光出射面上的正電極6，其中發(fā)光部20包括半導(dǎo)體層21至23和偏振選擇層26。如第一實(shí)施例那樣，發(fā)光部20包括被置放在反射層4的上表面上的ρ型半導(dǎo)體層 21、被置放在ρ型半導(dǎo)體層21上用于產(chǎn)生光的活性層22，和被置放在活性層22上的η型半導(dǎo)體層23。根據(jù)本實(shí)施例，發(fā)光部20還包括偏振選擇層沈，偏振選擇層沈包括線柵偏振器 (wired grid polarizer)，其中偏振選擇層沈被置放在η型半導(dǎo)體層23的上表面上的光子晶體M上并且適于透射平行于χ方向的偏振分量和反射其它偏振分量。除了偏振選擇層沈，本實(shí)施例具有與第一實(shí)施例相同的外觀，包括光子晶體M的結(jié)構(gòu)。然而，根據(jù)本實(shí)施例，替代設(shè)置偏振選擇層沈，發(fā)光部20可以被構(gòu)造為出射非偏振光而非其偏振方向是X方向的光。具體地，每一個(gè)半導(dǎo)體層21、22、23均可以形成在反射層4上從而其主面是極性面。無論如何，從發(fā)光部20出射的光均在沿著χ方向偏振分量的提取效率和方向性已經(jīng)被光子晶體M增加之后穿過偏振選擇層26。因此，根據(jù)本實(shí)施例的發(fā)光元件2提供與第一實(shí)施例相同的優(yōu)點(diǎn)。
根據(jù)本實(shí)施例，如第一實(shí)施例那樣，光子晶體的凸部的結(jié)構(gòu)和形狀可以改變。最后，將在下面描述根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的LED投影儀作為投影顯示設(shè)備，其包括根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光元件。圖10是示出根據(jù)本實(shí)施例的LED投影儀的光學(xué)系統(tǒng)的布置的示意設(shè)計(jì)圖。 對于各彩色光R (紅色)、G (綠色)、B (藍(lán)色)，根據(jù)本實(shí)施例的LED投影儀30包括光源31R、31G、31B，和用于取決于圖像信息調(diào)制分別從光源31R、31G、31B出射的彩色光R、 G、B的顯示裝置(光調(diào)制元件)33R、33G、33R。光源31G、31B包括根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光元件。 采用GaAs、AlGaAs, GaP, GaAs等作為半導(dǎo)體材料的發(fā)光元件被用于光源31R。根據(jù)本實(shí)施例，透射性液晶顯示裝置被用作顯示裝置。根據(jù)本實(shí)施例的LED投影儀30還包括用于組合和出射被顯示裝置33R、33G、33B 調(diào)制的彩色光R、G、B的交叉二向色棱鏡(cross dichroic prism) 34，和用于投影組合光以顯示圖像的投影透鏡(投影光學(xué)系統(tǒng))37。此外，用于將光施加于顯示裝置的透鏡32R、32G、 32B分別被設(shè)置在光源31R、31G、31B和顯示裝置33R、33G、3!3B之間。交叉二向色棱鏡34包括第一膜35，第一膜35被構(gòu)造為反射紅色光R的s偏振分量并且透射綠色光G的ρ偏振分量和藍(lán)色光B的s偏振分量。交叉二向色棱鏡34還包括第二膜36，第二膜36被構(gòu)造為透射紅色光R的s偏振分量和綠色光G的ρ偏振分量并且反射藍(lán)色光B的s偏振分量。根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光元件具有對特定方向上的偏振分量增加的提取效率和方向性。因此，通過布置光源G和光源B使得綠色光G的ρ偏振分量和藍(lán)色光 B的s偏振分量用作在特定方向上的偏振分量，能夠增加LED投影儀30的光學(xué)系統(tǒng)的光使用效率。LED投影儀的顯示裝置可以可替代地是反射性裝置，諸如反射性液晶裝置或者數(shù)
字鏡裝置。雖然已經(jīng)參考實(shí)施例和示例具體地示出和描述了本發(fā)明，但是本發(fā)明不限于上述實(shí)施例和示例。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)理解，在不偏離如由權(quán)利要求限定的本發(fā)明的范圍的情況下，可以在其中進(jìn)行在形式和細(xì)節(jié)方面的各種改變。本申請基于在2009年10月23日提交的日本專利申請No. 2009444434，并且要求其優(yōu)先權(quán)利益，其公開內(nèi)容通過引用其整體而并入于此。引用標(biāo)號(hào)的解釋
1,2發(fā)光元件
3基板
4反射層
5 負(fù)電極
6 正電極
10,20發(fā)光部
11,21 ρ型半導(dǎo)體層
12，22活性層
13a-13d，23 η型半導(dǎo)體
14a-14d,24光子晶體
15a, 15b 凸部
15c, 15d 凹部26偏振選擇層30 LED 投影儀31R，31G，31B 光源32R，32G，32B 透鏡33R，33G，33B 顯示裝置34交叉二向色棱鏡35 第一膜36 第二膜37投影透鏡
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光元件，包括基板和被置放在所述基板上用于出射光的發(fā)光部，在所述光中， 在基本平行于所述基板的第一方向上的偏振分量的光強(qiáng)度高于在其它方向上的偏振分量的光強(qiáng)度，其中所述發(fā)光部包括用于產(chǎn)生光的活性層和多個(gè)結(jié)構(gòu)體，所述多個(gè)結(jié)構(gòu)體相對于所述活性層被置放在所述發(fā)光部的光出射側(cè)上并且沿著基本平行于所述活性層的面二維排列；在平行于所述活性層的截面中，所述結(jié)構(gòu)體中的每一個(gè)均具有沿著所述第一方向的寬度和沿著垂直于所述第一方向的第二方向的寬度，沿著所述第一方向的所述寬度和沿著所述第二方向的所述寬度是相互不同的；并且所述結(jié)構(gòu)體沿著所述第一方向以第一節(jié)距周期地排列并且沿著所述第二方向以不同于所述第一節(jié)距的第二節(jié)距周期地排列。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光元件，其中沿著所述第一方向的所述寬度與所述第一節(jié)距的比率是大約0. 5，并且沿著所述第二方向的所述寬度與所述第二節(jié)距的比率是大約 0. 5。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的發(fā)光元件，其中當(dāng)從所述發(fā)光部出射的光在真空中的波長由λ表示、所述第一節(jié)距由pi表示、所述第二節(jié)距由ρ2表示時(shí)，所述第一節(jié)距pi與所述波長λ的比率(ρ /λ)和所述第二節(jié)距ρ2與所述波長λ的比率(ρ2/λ)滿足以下關(guān)系0. 4 < (pl/ λ ) < 0. 8 < (ρ2/ λ <1.2。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任何一項(xiàng)所述的發(fā)光元件，其中所述發(fā)光部包括具有多個(gè)層的半導(dǎo)體層，所述多個(gè)層包括所述活性層，并且所述結(jié)構(gòu)體形成在所述半導(dǎo)體層的光出射面?zhèn)壬稀?br> 5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的發(fā)光元件，其中所述半導(dǎo)體層的主面是非極性面或者半極性
6.根據(jù)權(quán)利要求4或者5所述的發(fā)光元件，其中所述發(fā)光部進(jìn)一步包括被置放在所述半導(dǎo)體層組件的所述光出射面上的偏振器，所述偏振器適于透射平行于所述第一方向的偏振分量并且反射在其它方向上的所述偏振分量。
7.根據(jù)權(quán)利要求4至6中任何一項(xiàng)所述的發(fā)光元件，其中所述結(jié)構(gòu)體中的每一個(gè)均是形成在所述半導(dǎo)體層的所述光出射面?zhèn)壬系耐共俊?br> 8.根據(jù)權(quán)利要求4至6中任何一項(xiàng)所述的發(fā)光元件，其中所述結(jié)構(gòu)體中的每一個(gè)均是形成在所述半導(dǎo)體層的所述光出射面?zhèn)壬系陌疾俊?br> 9.根據(jù)權(quán)利要求4至8中任何一項(xiàng)所述的發(fā)光元件，其中所述半導(dǎo)體層包括III族氮化物。
10.一種投影顯示設(shè)備，包括包括根據(jù)權(quán)利要求1至9中任何一項(xiàng)所述的發(fā)光元件的光源、用于取決于圖像信號(hào)調(diào)制從所述光源出射的光的光調(diào)制元件，和用于投影由所述光調(diào)制元件調(diào)制的光的投影光學(xué)系統(tǒng)。
全文摘要
公開了一種發(fā)光元件，其中亮度和方向性是高的并且出射光的偏振態(tài)受到控制。該發(fā)光元件具有基板(3)，和被設(shè)置在基板(3)上并且出射光的發(fā)光部(10)，其中在平行于基板(3)的第一方向(x)上的偏振分量的光強(qiáng)度高于在其它方向上的偏振分量的光強(qiáng)度。發(fā)光部(10)具有產(chǎn)生光的活性層(12)；和多個(gè)結(jié)構(gòu)體(14a)，多個(gè)結(jié)構(gòu)體(14a)相對于活性層(12)被設(shè)置在發(fā)光部(10)的出射側(cè)上并且沿著平行于活性層(12)的平面二維地置放。在平行于活性層(12)的截面上，每一個(gè)結(jié)構(gòu)體(15a)的寬度(w1)，所述寬度在第一方向(x)上，和每一個(gè)結(jié)構(gòu)體(15a)的寬度(w2)，所述寬度在與第一方向(x)垂直交叉的第二方向(y)上，是相互不同的。結(jié)構(gòu)體(14a)以第一節(jié)距(p1)在第一方向(x)以規(guī)則間隔置放，并且以不同于第一節(jié)距(p1)的第二節(jié)距(p2)在第二方向(y)上以規(guī)則間隔置放。
文檔編號(hào)G03B21/00GK102576784SQ201080047758
公開日2012年7月11日 申請日期2010年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月23日
發(fā)明者富山瑞穗, 片山龍一 申請人:日本電氣株式會(huì)社