JP6500722B2

JP6500722B2 - 発光装置

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Publication number: JP6500722B2
Application number: JP2015186426A
Authority: JP
Inventors: 直久新美
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2015-09-24
Filing date: 2015-09-24
Publication date: 2019-04-17
Anticipated expiration: 2035-09-24
Also published as: JP2017063076A; WO2017051689A1

Description

本発明は、光を発する発光装置に関する。

従来より、複数の発光素子及び複数のコリメートレンズを備えたディスプレイ装置が、例えば特許文献１で提案されている。各発光素子は、赤、緑、青の光をそれぞれ発する。各コリメートレンズは、光のビーム径を調整すると共に、光を平行光に変換する。また、ディスプレイ装置は、各コリメートレンズから出射された光を合成してスクリーンに照射するためのレンズ及びミラーを備えている。

特開２０１４−１９４５００号公報

しかしながら、上記従来の技術では、各発光素子からスクリーンまでの光軸を合わせるために、各発光素子から光が照射された状態でコリメートレンズ等の部品をアクティブ実装しなければならない。また、ディスプレイ装置がＲＧＢの３色の光を合成するように構成されているので、１色の光をスクリーンに照射する構成よりも各光の光路長が長くなる。このため、光軸合わせが難しくなる。

さらに、アクティブ実装が行われた初期状態では各光の光軸が合っていても、コリメートレンズ等の構成部品の温度特性や固定材等の経時劣化により光軸ズレやビーム径ズレが発生してしまう。このため、スクリーンに表示される画像の画質が低下してしまうという問題が生じている。

本発明は上記点に鑑み、画質の低下を抑制することができる発光装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１、２に記載の発明では、発光装置は、一面（２１）を有する半導体基板（２０）と、互いに異なる色の光を発する複数の発光部（３０〜３２）と、を備えている。

また、光導波路部（４０）を備えている。光導波路部は、半導体基板の一面に複数の発光部に対応して設けられた複数の光導波路（４１〜４３）を有し、複数の光導波路の一端部（４８〜５０）側から光を導入する。

さらに、光導波路部は、複数の光導波路の他端部（５１〜５３）側に導かれる光を合成して合成光を出射する出射部（４４）を有している。出射部は、半導体基板の一面の上方に合成光を出射するようになっている。
請求項１に記載の発明では、発光装置は、出射部に対向配置されていると共に合成光を通過させるレンズ（６１）と、レンズの外周に設けられていると共に半導体基板に接合された接合部（６２）と、を有するレンズ部（６０）を備えている。レンズは、合成光を平行光に変換して通過させるものである。発光装置は、ヘッドアップディスプレイまたはレーザレーダに適用される。
請求項２に記載の発明では、発光装置は、板ガラス部（７１）と、板ガラス部を支持すると共に半導体基板に接合された支持部（７２）と、板ガラスにインプリント成形されていると共に合成光を通過させるレンズ（７３）と、を有するレンズ部（７０）を備えている。発光装置は、ヘッドアップディスプレイまたはレーザレーダに適用される。

これによると、複数の光は各光導波路を通過して出射部に導かれるので、複数の光の発光点が同じ位置になる。すなわち、各発光部の光軸を合わせる必要がないので、光軸ズレやビーム径ズレの発生を抑制することができる。したがって、スクリーン（１３０）に表示される画像の画質の低下を抑制することができる。

なお、この欄及び特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

本発明の第１実施形態に係る発光装置の斜視図である。図１のII−II断面図である。図１に示された発光装置が適用されたヘッドアップディスプレイの構成を示した図である。本発明の第２実施形態に係る発光装置の斜視図である。本発明の第３実施形態に係る発光装置の斜視図である。本発明の第４実施形態に係る発光装置の斜視図である。本発明の第５実施形態に係る発光装置の断面図である。本発明の第６実施形態に係る発光装置の断面図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図を参照して説明する。本実施形態に係る発光装置は、例えばヘッドアップディスプレイ、プロジェクタ、ピコプロジェクタ、及びレーザレーダのいずれかにおいて、レーザ光を発する光源として適用されるものである。図１に示されるように、発光装置１０は、半導体基板２０、第１〜第３発光部３０〜３２、及び光導波路部４０を備えて構成されている。

図１及び図２に示されるように、半導体基板２０は、一面２１及び側面２２を有するＳｉ基板である。なお、半導体基板２０は、ＧａＮ、サファイア、ＧａＡｓ、ＧａＰ等の基板を元に構成されていても良い。また、半導体基板２０は、図示しない配線パターン等の電気的要素も備えている。

各発光部３０〜３２は、互いに異なる色のレーザ光を発する発光素子として構成されている。第１発光部３０は赤色のレーザ光を照射し、第２発光部３１は緑色のレーザ光を照射し、第３発光部３２は青色のレーザ光を照射する。各発光部３０〜３２は、半導体プロセスによって半導体基板２０に形成されている。また、各発光部３０〜３２は、制御装置の発光指令に従ってそれぞれ発光する。

光導波路部４０は、各発光部３０〜３２のレーザ光を導入し、各レーザ光を合成して合成光を出射するものである。図１に示されるように、光導波路部４０は、第１〜第３光導波路４１〜４３及び出射部４４を有している。

各光導波路４１〜４３は、各発光部３０〜３２に対応して設けられている。図２に示されるように、各光導波路４１〜４３は半導体基板２０の一面２１に形成されている。具体的には、各光導波路４１〜４３は、第１薄膜４５、第２薄膜４６、及び第３薄膜４７によって構成されている。第１薄膜４５は半導体基板２０の一面２１に形成されている。

第２薄膜４６は、第１薄膜４５の上に３本のライン状にレイアウトされている。第３薄膜４７は第２薄膜４６を覆うように第１薄膜４５の上に形成されている。第１薄膜４５及び第３薄膜４７は、例えばＳｉＯ_２膜である。第２薄膜４６は、例えば、ＳｉＯ_２膜よりも屈折率が高いＳｉＮ膜である。

このような構成により、第２薄膜４６がコアとして機能する。また、第１薄膜４５及び第３薄膜４７がクラッドとして機能する。したがって、第１薄膜４５及び第３薄膜４７に囲まれた１本の第２薄膜４６が１本の光導波路として機能する。

そして、図１に示されるように、各光導波路４１〜４３の一端部４８〜５０は、それぞれ各発光部３０〜３２に接続されている。これにより、各光導波路４１〜４３は一端部４８〜５０側からレーザ光をそれぞれ導入する。

出射部４４は、各光導波路４１〜４３の他端部５１〜５３側に導かれるレーザ光を合成して合成光を出射する部分である。したがって、出射部４４は、半導体基板２０の一面２１の上方に合成光を出射する。

各光導波路４１〜４３の他端部５１〜５３は、半導体基板２０の一面２１の範囲内で一カ所に近接するようにレイアウトされている。すなわち、本実施形態では、各光導波路４１〜４３の他端部５１〜５３は互いに離間しており、１本に合流するようにレイアウトされていない。なお、各光導波路４１〜４３の他端部５１〜５３は１本に合流するようにレイアウトされていても良い。

また、各光導波路４１〜４３の他端部５１〜５３から出射された各レーザ光は、発光点が同じ位置になる。したがって、出射部４４の発光は１点発光とみなすことができる。このため、各レーザ光がレンズやミラー等で合成される場合よりも色分離を抑制することができる。

上記のように製造された発光装置１０を、例えばヘッドアップディスプレイ１００に適用することができる。図３に示されるように、ヘッドアップディスプレイ１００は、発光装置１０、コリメートレンズ１１０、光走査素子１２０、及び図示しない制御装置を備えている。

コリメートレンズ１１０は、出射部４４に対向配置されている。コリメートレンズ１１０は出射部４４から照射された合成光を平行光に変換して光走査素子１２０に出射する。

光走査素子１２０は、制御装置によって駆動されるＭＥＭＳミラーが配置されて構成されている。光走査素子１２０は、コリメートレンズ１１０を通過した合成光を反射させてスクリーン１３０に画像を描画する。このように、各発光装置１０を合成光の光源として用いることができる。

以上説明したように、各レーザ光は各光導波路４１〜４３を通過して出射部４４に導かれるので、各レーザ光の発光点が同じ位置になる。すなわち、アクティブ実装において各レーザ光の光軸合わせが不要になる。このため、各レーザ光の光軸ズレやビーム径ズレの発生が抑制される。また、各レーザ光がレンズやミラー等で合成される構成よりも出射部４４とコリメートレンズ１１０との距離が短くなるので、高画質に必要な細いビーム径のレーザ光を実現させることができる。

そして、各発光部３０〜３２の温度特性や耐久劣化による光軸の微小ズレが影響しないので、原理的にも高画質をスクリーン１３０に長期間供給することができる。また、光源側の位置ズレの影響度が小さくなるので、発光装置１０から安定した合成光を供給することができる。したがって、合成光によってスクリーン１３０に表示される画像の画質の低下を抑制することができる。

（第２実施形態）
本実施形態では、第１実施形態と異なる部分について説明する。図４に示されるように、出射部４４は、半導体基板２０の側面２２の上方に合成光を出射する。半導体基板２０の側面２２は、４面のうちの光導波路４１〜４３が引き延ばされた面である。

そして、出射部４４は、各光導波路４１〜４３の他端部５１〜５３が１本に合流していると共に、半導体基板２０の側面２２まで延設されて構成されている。このように、半導体基板２０の側面２２から合成光を出射することもできる。

なお、出射部４４は、各光導波路４１〜４３の他端部５１〜５３は、第１実施形態と同様に、半導体基板２０の側面２２まで合流せずに引き延ばされて構成されていても良い。

（第３実施形態）
本実施形態では、第１、第２実施形態と異なる部分について説明する。図５に示されるように、上述の各発光部３０〜３２は、半導体基板２０とは別体の発光チップとして構成されている。発光チップは、いわゆるレーザチップである。そして、各発光部３０〜３２は、半導体基板２０にフリップチップ実装されている。

各発光部３０〜３２は、半導体基板２０に実装される一端面からレーザ光を発する面発光を行う。これにより、各発光部３０〜３２は各レーザ光を各光導波路４１〜４３に導入する。

以上のように、半導体基板２０と各発光部３０〜３２とが別体になっているので、半導体基板２０に各発光部３０〜３２を作り込まなくても良い。つまり、発光装置１０を製造しやすくすることができる。

（第４実施形態）
本実施形態では、第１〜第３実施形態と異なる部分について説明する。図６に示されるように、上述の各発光部３０〜３２は、半導体基板２０から離間して配置されている。なお、各発光部３０〜３２は図示しない基板等に実装されている。

各発光部３０〜３２は、各光導波路４１〜４３の一端部４８〜５０の端面に対向する一側面からレーザ光を発する側面発光を行う。これにより、各発光部３０〜３２は各レーザ光を各光導波路４１〜４３に導入する。各発光部３０〜３２は、各光導波路４１〜４３の一端部４８〜５０の端面に近いほど良い。以上のように半導体基板２０と各発光部３０〜３２とが分離された構成でも良い。

（第５実施形態）
本実施形態では、第１、第３、第４実施形態と異なる部分について説明する。図７に示されるように、発光装置１０は、第１レンズ部６０を備えている。第１レンズ部６０は、レンズ６１及び接合部６２を有している。なお、図７では、第１薄膜４５等の構造を省略している。以下の図８も同様である。

レンズ６１は、出射部４４に対向配置されていると共に、合成光を平行光に変換して通過させるコリメートレンズ１１０として機能する部分である。接合部６２は、レンズ６１の外周に設けられていると共に、例えば半導体基板２０の第１薄膜４５に接合された部分である。レンズ６１及び接合部６２は例えばガラス材料によって一体的に形成されている。

以上のように、半導体基板２０の一面２１の上方に合成光を出射するように構成された発光装置１０において、第１レンズ部６０を備えることで発光装置１０とは別体のコリメートレンズ１１０が不要になる。したがって、発光装置１０とコリメートレンズ１１０との光軸ズレやビーム径ズレの発生をさらに抑制することができる。

なお、本実施形態の記載と特許請求の範囲の記載との対応関係については、第１レンズ部６０が特許請求の範囲の「レンズ部」に対応する。また、レンズ６１は、ニーズに応じて合成光を集光したり拡散したりするように構成されていても良い。

（第６実施形態）
本実施形態では、第５実施形態と異なる部分について説明する。図８に示されるように、発光装置１０は、第２レンズ部７０を備えている。第２レンズ部７０は、板ガラス部７１、支持部７２、及びレンズ７３を有している。

支持部７２は、例えば半導体基板２０の第１薄膜４５に接合されている。また、支持部７２は、板ガラス部７１を支持している。支持部７２は、例えばガラスによって形成されている。支持部７２はガラスフリットでも良い。レンズ７３は、板ガラス部７１にインプリント成形されている。レンズ７３は、上述のレンズ６１と同じ機能を有する。

以上の構成により、異形の第１レンズ部６０よりも第２レンズ部７０を安価に形成することができる。なお、本実施形態の記載と特許請求の範囲の記載との対応関係については、第２レンズ部７０が特許請求の範囲の「レンズ部」に対応する。

（他の実施形態）
上記各実施形態で示された発光装置１０の構成は一例であり、上記で示した構成に限定されることなく、本発明を実現できる他の構成とすることもできる。例えば、光の合成は３色に限られず、２色や４色以上でも良い。

また、各発光部３０〜３２はＬＥＤ光を発するＬＥＤ素子として構成されていても良い。特に、第１レンズ部６０や第２レンズ部７０を備えた構成においては、拡散が広いＬＥＤ光を指向性が高い光に変換して発光装置１０から供給することが可能となる。

２０半導体基板
２１一面
３０〜３２発光部
４０光導波路部
４１〜４３光導波路
４４出射部
４８〜５０一端部
５１〜５３他端部

Claims

一面（２１）を有する半導体基板（２０）と、
互いに異なる色の光を発する複数の発光部（３０〜３２）と、
前記半導体基板の一面に前記複数の発光部に対応して設けられた複数の光導波路（４１〜４３）を有し、前記複数の光導波路の一端部（４８〜５０）側から前記光を導入する光導波路部（４０）と、
を備え、
前記光導波路部は、前記複数の光導波路の他端部（５１〜５３）側に導かれる前記光を合成して合成光を出射する出射部（４４）を有し、
前記出射部は、前記半導体基板の一面の上方に前記合成光を出射するようになっており、
前記出射部に対向配置されていると共に前記合成光を通過させるレンズ（６１）と、前記レンズの外周に設けられていると共に前記半導体基板に接合された接合部（６２）と、を有するレンズ部（６０）を備え、
前記レンズは、前記合成光を平行光に変換して通過させるものであり、
ヘッドアップディスプレイまたはレーザレーダに適用される発光装置。
一面（２１）を有する半導体基板（２０）と、
互いに異なる色の光を発する複数の発光部（３０〜３２）と、
前記半導体基板の一面に前記複数の発光部に対応して設けられた複数の光導波路（４１〜４３）を有し、前記複数の光導波路の一端部（４８〜５０）側から前記光を導入する光導波路部（４０）と、
を備え、
前記光導波路部は、前記複数の光導波路の他端部（５１〜５３）側に導かれる前記光を合成して合成光を出射する出射部（４４）を有し、
前記出射部は、前記半導体基板の一面の上方に前記合成光を出射するようになっており、
板ガラス部（７１）と、前記板ガラス部を支持すると共に前記半導体基板に接合された支持部（７２）と、前記板ガラスにインプリント成形されていると共に前記合成光を通過させるレンズ（７３）と、を有するレンズ部（７０）を備え、
ヘッドアップディスプレイまたはレーザレーダに適用される発光装置。
前記半導体基板は、Ｓｉ基板である請求項１または２に記載の発光装置。
前記複数の発光部は、発光チップとして構成されていると共に、前記半導体基板に実装されている請求項１ないし３のいずれか１つに記載の発光装置。
前記複数の発光部は、発光チップとして構成されていると共に、前記半導体基板から離間して配置されている請求項１ないし３のいずれか１つに記載の発光装置。