(57)【要約】【課題】反射面の平坦性が高く、反射率の良いリフレクターを得る。【解決手段】光源装置２０の近傍に配置され、光源装置２０から射出される光を反射して集光するリフレクターであって、シリコン基板１０１の異方性エッチングにより形成された斜面１０６と、斜面１０６上に形成された、斜面１０６の表面粗さの緩和層１０８と、緩和層１０８上に形成された光反射膜１０５と、斜面１０６で囲まれた、光源装置２０を配置するための溝１０７を備えている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源の近傍に配置され、前記光源から射出される光を反射して集光するリフレクターであって、
基板上に形成された斜面と、
前記斜面上に形成された、前記斜面の表面粗さの緩和層と、
前記緩和層上に形成された反射部と、
前記斜面で囲まれた、前記光源を配置するための溝と、を備えていることを特徴とするリフレクター。
【請求項２】
前記基板はシリコン基板であり、
前記斜面は、異方性エッチングにより形成されたシリコンの（１１１）面を含むことを特徴とする、
請求項１に記載のリフレクター。
【請求項３】
前記緩和層は、スプレーコーティング法により成膜した樹脂膜を含むことを特徴とする、請求項１に記載のリフレクター。
【請求項４】
前記緩和層は、ＴＥＯＳ−ＣＶＤにより成膜した酸化膜を含むことを特徴とする、請求項１に記載のリフレクター。
【請求項５】
前記緩和層は、成膜後に加熱処理を施すことにより、表面を平坦化したものであることを特徴とする、請求項３または４に記載のリフレクター。
【請求項６】
前記反射部は、金属膜を含むことを特徴とする、
請求項１に記載のリフレクター。
【請求項７】
前記反射部は、誘電体多層膜を含むことを特徴とする、
請求項１に記載のリフレクター。
【請求項８】
光源と、
前記光源の近傍に配置され、前記光源から射出される光を反射して集光するリフレクターと、
前記リフレクターを通った前記光を均一化するロッドインテグレータと、
前記光源から発生する熱を放散させるためのヒートシンクと、を備え、
前記リフレクターは、
基板上に形成された斜面と、
前記斜面上に形成された、前記斜面の表面粗さの緩和層と、
前記緩和層上に形成された反射部と、
前記斜面で囲まれた、前記光源を配置するための溝と、を備えていることを特徴とする、光源モジュール。
【請求項９】
請求項８に記載の光源モジュールと、
前記光源モジュールを通った前記光を、画像情報に応じて変調する光変調部と、
前記光変調部からの像光を投射する投射レンズと、を備えた画像形成装置。
【請求項１０】
基板上に斜面を形成する第１工程と、
前記斜面上に、前記斜面の表面粗さを緩和するための緩和層を形成する第２工程と、
前記緩和層上に反射膜を形成する第３工程と、を有するリフレクターの製造方法。
【請求項１１】
前記第２工程では、スプレーコーティング法で樹脂膜を成膜することにより、緩和層を形成することを特徴とする請求項１０に記載のリフレクターの製造方法。
【請求項１２】
前記第２工程では、ＴＥＯＳ−ＣＶＤで酸化膜を成膜することにより、緩和層を形成することを特徴とする請求項１０に記載のリフレクターの製造方法。
【請求項１３】
前記第２工程と前記第３工程の間に、成膜した前記緩和層に加熱処理を施すことにより、前記緩和層の表面を平坦化する工程を含むことを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載のリフレクターの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リフレクター、光源モジュール、画像形成装置、及びリフレクターの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
照明装置やプロジェクターでは、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）光源や、レーザー光源からの出射光を所望の方向へ反射させるため、リフレクター（反射ミラー）を光源近くに配置する。
【０００３】
特許文献１に記載された半導体レーザー装置では、シリコンのエッチングにより形成される結晶面を利用して、Ｖ状の溝を形成し、その表面を反射ミラーとして利用することにより、半導体レーザーから出射される光の方向を変えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−３１５６９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、通常、シリコンのエッチングを行うと、結晶面の表面に若干の粗さを生じる。このため、結晶面上に形成される光反射膜の表面にも粗さが生じ、光の反射率が低下する場合があった。
【０００６】
そこで、本発明は、反射面の平坦性が高いリフレクター、光源モジュール、画像形成装置、及びリフレクターの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るリフレクターは、光源の近傍に配置され、前記光源から射出される光を反射して集光するリフレクターであって、基板上に形成された斜面と、前記斜面上に形成された、前記斜面の表面粗さの緩和層と、前記緩和層上に形成された反射部と、前記斜面で囲まれた、前記光源を配置するための溝と、を備えている。
【０００８】
本発明によれば、反射部表面の平坦性が確保され、反射率の高いリフレクターを得ることができる。これにより、光源から射出される光の利用効率をより高めることができる。
【０００９】
また、前記基板はシリコン基板であり、前記斜面は、異方性エッチングにより形成されたシリコンの（１１１）面を含む。
これにより、シリコンのエッチングにより形成される（１１１）面を利用して斜面を形成できる。（１１１）面の傾斜は基板表面に対して５４．７度であり、光の反射面として理想的な角度である６０度に非常に近い傾斜が形成される。
【００１０】
また、前記緩和層は、スプレーコーティング法により成膜した樹脂膜を含むものである。
また、前記緩和層は、ＴＥＯＳ−ＣＶＤにより成膜した酸化膜を含むものである。
これにより、容易に緩和層を形成することができる。
【００１１】
また、前記緩和層は、成膜後に加熱処理を施すことにより、表面を平坦化したものであることが望ましい。
これにより、緩和層の表面の平坦性をさらに高めることができる。
【００１２】
前記反射部は、金属膜を含むものとすることができる。
金属膜としては、アルミなどの波長選択性の無い材料を用いることが望ましい。
また、前記反射部は、酸化チタン等を含む誘電体多層膜を含むものとしてもよい。
【００１３】
本発明に係る光源モジュールは、光源と、前記光源の近傍に配置され、前記光源から射出される光を反射して集光するリフレクターと、前記リフレクターを通った前記光を均一化するロッドインテグレータと、前記光源から発生する熱を放散させるためのヒートシンクとを備え、前記リフレクターは、基板上に形成された斜面と、前記斜面上に形成された、前記斜面の表面粗さの緩和層と、前記緩和層上に形成された反射部と、前記斜面で囲まれた、前記光源を配置するための溝と、を備えている。
【００１４】
本発明によれば、反射部表面の平坦性が確保され、反射率の高いリフレクターを得ることができる。これにより、光源から射出される光の利用効率をより高めることができる。これにより、光源から光軸に対して比較的大きな角度を成す光束が射出されても、光軸に対して比較的小さな角度を成す光束に変換することができる。
【００１５】
本発明に係る画像形成装置は、上記の光源モジュールと、前記光源モジュールを通った前記光を、画像情報に応じて変調する光変調部と、前記光変調部からの像光を投射する投射レンズと、を備えたものである。
本発明によれば、リフレクターの反射面の平坦性が良く反射率ガ高いため、光源光を効率よく利用することができる。
【００１６】
本発明に係るリフレクターの製造方法は、基板上に斜面を形成する第１工程と、前記斜面上に、前記斜面の表面粗さを緩和するための緩和層を形成する第２工程と、前記緩和層上に反射膜を形成する第３工程と、を有する。
【００１７】
本発明によれば、反射部表面の平坦性が確保され、反射率の高いリフレクターを得ることができる。また、斜面と反射部の間に緩和層を形成するだけで、斜面の表面の粗さを緩和しているため、簡易に効率よくリフレクターを製造することができる。
【００１８】
また、前記第２工程では、スプレーコーティング法で樹脂膜を成膜することにより、緩和層を形成することができる。
また、前記第２工程では、ＴＥＯＳ−ＣＶＤで酸化膜を成膜することにより、緩和層を形成することができる。
これにより、容易に緩和層を形成することができる。
【００１９】
また、前記第２工程と前記第３工程の間に、成膜した前記緩和層に加熱処理を施すことにより、前記緩和層の表面を平坦化する工程を含むことが望ましい。
これにより、緩和層の表面の平坦性をさらに高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施の形態１による、光源モジュールを含むプロジェクターの構成を示す側面図である。
【図２】光源装置の構成を示す断面図である。
【図３】光源モジュールのリフレクター部分を拡大して示した図である。
【図４】実施の形態１による、リフレクターの製造方法を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【実施例】
【００２２】
図１は、実施の形態１による、光源モジュール１０を含むプロジェクター（画像形成装置）９０の構成を示す側面図である。
プロジェクター９０は、光源モジュール１０と、光源モジュール１０を経た照明光によって照明される光変調部５０と、光変調部５０からの像光をスクリーン（不図示）に投射する投射レンズ６０とを備える。
【００２３】
光源モジュール１０は、光源光を発生する光源装置２０と、シリコン基板１０１、反射部１０２、ヒートシンク１０３、及びロッドインテグレータ１０４を備えている。本実施形態に係るリフレクターは、シリコン基板１０１と反射部１０２を含む。
【００２４】
光源モジュール１０は、光源装置２０から射出される光源光を集光しつつ均一化し、光変調部５０を均一に照明するための装置である。
【００２５】
光源装置２０は、ヒートシンク１０３の上に周囲を反射部１０２に囲まれるように配置されている。図２に示すように、光源装置２０は、所望の波長域の光源光を発生する発光装置２２を、電源配線等を備える回路基板２４上に実装したものである。発光装置２２は、固体発光素子であるＬＥＤチップ３１を光源として内蔵する光源パッケージであり、このＬＥＤチップ３１は、樹脂、セラミック等で形成された平坦な支持台２３上にマウントされている。ＬＥＤチップ３１は、その上面に矩形領域の発光部３２を有しており、回路基板２４からの電力供給を受けて、この発光部３２から光源光を射出する。なお、発光部３２から射出される光源光は、多くが光軸ＯＡに沿った正面方向に射出されるものであるが、光軸ＯＡに垂直な横方向にも一部射出される。
【００２６】
ロッドインテグレータ１０４は、光軸ＯＡのまわりに対称な、中空の筒状の外観を有し、光源装置２０から光変調部５０に向かって、先広がりのテーパー形状の導光空間ＬＳを形成している。これにより、光源装置２０から光軸ＯＡに対して比較的大きな角度を成す光束が射出されても、光変調部５０に入射する際には、光軸ＯＡに対して比較的小さな角度を成す光束に変換することができる。
【００２７】
シリコン基板１０１は、ロッドインテグレータ１０４の光入射口を塞ぐように固定されている。
反射部１０２は、図１に示すように、光源装置２０の周辺に配置され、光軸ＯＡに対して約６０度傾斜している。これにより、発光装置２２の側方に射出された光源光が反射部１０２によって光軸ＯＡ方向前方に折り曲げられて光軸ＯＡに略沿って進む。これにより、発光装置２２からの光源光を無駄なくロッドインテグレータ１０４内に取り込むことができる。これにより、発光装置２２から射出される光源光の利用効率を高めるとともに、光変調部５０を正面方向から少ない傾き成分で照明することができる。
【００２８】
ヒートシンク１０３は、光源装置２０から発生する熱を放散させるために設けられており、熱伝導率の高い金属などで形成されている。
【００２９】
光変調部５０は、光源モジュール１０からの均一化された照明光を入射させる液晶パネル５１と、液晶パネル５１を挟むように配置される１組の偏光フィルタ５３，５４とを備える。液晶パネル５１と、これを挟む一対の偏光フィルタ５３，５４とは、照明光を２次元的に輝度変調するための液晶ライトバルブを構成する。
【００３０】
投射レンズ６０は、適当なレンズ群からなる投射光学系であり、光変調部５０を経た像光を適当な拡大率でスクリーン（不図示）に投射する。
【００３１】
図３は、本実施形態による光源モジュール１０のリフレクター部分を拡大して示した図である。図に示すように、シリコン基板１０１をエッチングすることにより形成された斜面１０６で囲まれた溝１０７に、光源装置２０が配置されている。斜面１０６は、シリコンの（１１１）面に相当する。
【００３２】
斜面１０６を含むシリコン基板１０１の表面には、緩和層１０８が形成されており、さらに緩和層１０８上に光反射膜１０５が形成されており、反射部１０２を構成している。
【００３３】
本実施形態による、リフレクターの製造方法について説明する。
まず、シリコンの異方性エッチングにより、斜面１０６を形成する。シリコン基板に酸化膜等によるエッチングマスクを形成し、水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液や水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）水溶液を用いてエッチングを行うことにより、（１１１）面を側面とする溝１０７が形成される。
【００３４】
エッチングの条件については、例えばシリコン基板１０１の厚さが３００μｍの場合、基板片側面からのみのエッチングで、３８ｗｔ％のＫＯＨ水溶液を用いて、１１０℃で１時間１０分程度の条件で、行うことができる。なお、シリコン基板１０１の厚さは、光源装置２０の高さよりも大きいことが望ましい。光源装置２０が溝１０７内に収まることにより、出射光の集光の効率を高めることができる。
【００３５】
しかし、図４（Ａ）に示すように、エッチングにより形成された（１１１）斜面には、表面に粗さ（深さ１μｍ程度の凹凸形状）が生じてしまう。この上に光反射膜１０５を形成すると、光反射膜１０５の表面にも粗さが生じ、反射部１０２の平坦性が損なわれる。このため、反射部１０２における光の反射率が低下し、光の集光効率が低下してしまう。
【００３６】
そこで、本実施形態では、図４（Ｂ）に示すように、エッチングにより形成された（１１１）斜面１０６と光反射膜１０５の間に緩和層１０８を設け、表面を平坦化してから光反射膜１０５を形成するようにした。
【００３７】
緩和層１０８は厚さ１μｍ程度の層であり、例えば、レジスト（樹脂材料）をスプレーコーティング法で塗布することにより形成する。
スプレーコーティング法による成膜の条件としては、例えば、噴霧圧力０．４Ｍｐａ、シリンジ圧力０．２Ｍｐａとし、塗布面と噴射ノズルとの距離を１５０ｍｍ程度として行うことが望ましい。材料となるレジストには、例えば、東京応化工業製のＯＭＲ−８３の粘度６０ｃＰをシンナーで希釈したものを使用することができる。シリコン基板１０１の温度は４０℃で行うことが望ましい。
また、スプレーコーティングの後、塗布したレジストに加熱処理（９０℃程度）を施すことにより、緩和層１０８の表面の平坦性をさらに高めることが望ましい。
【００３８】
また、ＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）−ＣＶＤを用いて成膜される酸化膜層を緩和層１０８としてもよい。成膜温度は４００℃で行うことが望ましい。ＴＥＯＳ−ＣＶＤにオゾン（Ｏ３）を添加することにより、カバレッジ特性の非常に良い膜が得られる。
なお、ＴＥＯＳ−ＣＶＤの場合にも、成膜の後、加熱処理を行うことにより、緩和層１０８の表面の平坦性をさらに高めることが望ましい。
【００３９】
光反射膜１０５は、アルミなどの金属膜とすることができる。また、酸化チタン等を含む誘電体多層膜としてもよい。誘電体多層膜の構成例としては、二酸化チタン（ＴｉＯ２）と二酸化シリコン（ＳｉＯ２）の積層構造があげられる。光反射膜１０５の材料は限定されないが、波長選択性の無い材料を用いることが望ましい。なお、光反射膜１０５の形成はスパッタリングや蒸着などの方法で行うことができる。
【００４０】
シリコン基板１０１のエッチングにより、一辺が２〜３ｍｍ程度の底面を持つ溝１０７が形成され、これは、光源装置２０がほぼ隙間無く配置できる大きさとなる。また、エッチングにより形成される（１１１）斜面１０６の傾斜は基板表面に対して５４．７度であり、光の反射面として理想的な角度である６０度に非常に近い傾斜が形成される。
【００４１】
以上のように、本実施形態によれば、光源モジュール１０のリフレクターを、シリコンのエッチングにより形成される（１１１）面を利用して形成し、さらに、形成された斜面１０６の上に緩和層１０８を形成し、その上に光反射膜１０５を形成するようにしたので、反射部１０２表面の平坦性が確保され、反射率の高いリフレクターを得ることができる。また、斜面１０６と光反射膜１０５の間に緩和層１０８を形成するだけで、斜面１０６表面の粗さを緩和しているため、簡易に効率よくリフレクターを製造することができる。なお、表面粗さのある斜面１０６の上に、直接、平坦性の高い光反射膜１０５を形成することは難しい。これは、金属膜や誘電体多層膜を厚く形成することで、シリコンの表面粗さを緩和することも考えられるが、膜厚を厚くすることで、金属膜や誘電体多層膜の膜内の応力が増加し、シリコン表面からの剥がれや、膜特性の劣化の問題を生じるからである。
【００４２】
また、シリコン基板１０１が緩和層１０８で覆われているため、万一シリコン基板１０１が破損した場合でも、シリコンの破片が樹脂などに覆われた状態で飛散するので、光反射膜１０５に付着した破片を容易に回収することができる。
【００４３】
なお、本実施形態に係るリフレクターは、シリコン基板１０１のエッチングにより形成される斜面を利用したものであるが、他の材料で形成された斜面の表面粗さの緩和にも、本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００４４】
１０  光源モジュール、１０１  シリコン基板、１０２  反射部、１０３  ヒートシンク、１０４  ロッドインテグレータ、１０５  光反射膜、１０６  斜面、１０７  溝、１０８  緩和層、２０  光源装置、２２  発光装置、２３  支持台、２４  回路基板、３１  ＬＥＤチップ、３２  発光部、５０  光変調部、５１  液晶パネル、５３，５４  偏光フィルタ、６０  投射レンズ、９０  プロジェクター
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2010171164.tif 000006