(57)【要約】【課題】  発光パターンのムラを軽減するとともに、エテンデュを増大させることなく光量を増やすことができる発光体およびそれを用いたプロジェクタを提供する。【解決手段】  光を出射する発光領域１６ａと非発光領域１６ｂとを有する発光体チップ１１ｒ、１１ｇ、１１ｂを積層した発光体１２ｒ、１２ｇ、１２ｂであって、一の発光体チップ１１ｒ、１１ｇ、１１ｂの非発光領域１６ｂの光出射方向に、他の発光体チップ１１ｒ、１１ｇ、１１ｂの発光領域１６ａが配置されるように発光体チップ１１ｒ、１１ｇ、１１ｂを積層させ、積層された複数の発光体チップ１１ｒ、１１ｇ、１１ｂのうち、少なくとも一の発光体チップ１１ｒ、１１ｇ、１１ｂの光出射方向に積層された他の発光体チップ１１ｒ、１１ｇ、１１ｂの非発光領域１６ｂは、光を透過することを特徴とする。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を出射する発光領域と非発光領域とを有する複数の発光体チップを積層した発光体であって、
前記一の発光体チップの前記非発光領域の光出射方向に、前記他の発光体チップの前記発光領域が配置されるように前記発光体チップを積層させ、
積層された複数の前記発光体チップのうち、少なくとも前記一の発光体チップの光出射方向に積層された前記他の発光体チップの前記非発光領域は、光を透過することを特徴とする発光体。
【請求項２】
前記発光領域および前記非発光領域には、発光体チップに電荷を注入するための電極が配置され、
少なくとも前記非発光領域に配置された前記電極が、前記発光領域から出射した光を透過する材料からなることを特徴とする請求項１記載の発光体。
【請求項３】
前記電極が、一方の電極および他方の電極とからなり、
前記一方の電極および前記他方の電極が、それぞれ前記発光領域および前記非発光領域に配置され、
前記一方の電極および前記他方の電極が、前記発光体チップの１辺の近傍領域において、被実装対象と電気的に接続されていることを特徴とする請求項２記載の発光体。
【請求項４】
積層された前記発光体チップの間には、前記発光体チップと略同一の屈折率を有する接着剤が充填されたことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の発光体。
【請求項５】
前記発光領域および前記非発光領域が、交互に並ぶストライプ形状に形成され、
前記発光領域および前記非発光領域のストライプの幅が略同一であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の発光体。
【請求項６】
光源と、該光源からの光を変調する光変調手段と、該光変調手段によって変調された光を投射する投射手段とを備えたプロジェクタであって、
前記光源が請求項１から５のいずれかに記載の発光体を備えていることを特徴とするプロジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光体およびプロジェクタに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のプロジェクタ（投射型表示装置）では、その光源として、古くはハロゲンランプ、近年は高輝度高効率である高圧水銀ランプ（ＵＨＰ）が多く用いられてきた。放電型のランプであるＵＨＰを用いた光源は高圧の電源回路を要し、大型で重く、プロジェクタの小型軽量化の妨げになっていた。また、ハロゲンランプよりは寿命が長いものの依然短寿命である他、光源の制御（高速の点灯、消灯、変調）が略不可能で、また立ち上げに数分という長い時間を要していた。
【０００３】
そこで最近、新しい光源としてＬＥＤ発光体が注目されている。ＬＥＤは超小型・超軽量、長寿命である。また、駆動電流の制御によって、点灯・消灯、出射光量の調整が自由にできる。この点でプロジェクタの光源としても有望であり、既に小型・携帯用の小画面プロジェクタへの応用開発が始まっている。
そのなかでも、光取り出し効率を向上させるために、ｐ型ｎ型両方の電極を一方の面から取り出し、他方の面の全面から光を取り出すＬＥＤ発光体が提案されている（例えば、非特許文献１参照。）。
【非特許文献１】「白色ＬＥＤ照明システムの高輝度化・高効率・長寿命化技術」株式会社  技術情報協会、２００３年３月２７日、ｐ．１４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記非特許文献１に記載されている従来のＬＥＤ発光体においては、ｐ型半導体層の表面にストライプ状に電極を形成し、ｐ型半導体層および発光層をエッチングしてｎ型半導体層をストライプ状に露出させ、その面に電極を形成している。
このような構造においては、発光部がストライプ状となるため、ＬＥＤ発光体からの発光は一様ではなく、ストライプ状の発光パターンとなってしまうという問題があった。
さらに発光しない領域があるため、ＬＥＤ発光体の面積から見た光量が減少しているという問題があった。
【０００５】
また、この光源をプロジェクタに用いた場合、上記発光パターンは光学系を介してスクリーン上に至るまで保存され、画像のムラの原因となっていた。ここで述べた画像のムラとは２つあり、１つは画像の明るさのムラであり、もう１つが色光Ｒ、Ｇ、Ｂを重ね合わせた際に、各色光の発光パターンがずれて生じる色ムラである。この色ムラは目立ちやすく大きな課題となっていた。
【０００６】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、発光パターンのムラを軽減するとともに、エテンデュを増大させることなく光量を増やすことができる発光体およびそれを用いたプロジェクタ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】
上記目的を達成するために、本発明の発光体は、光を出射する発光領域と非発光領域とを有する発光体チップを積層した発光体であって、一の発光体チップの非発光領域の光出射方向に、他の発光体チップの発光領域が配置されるように発光体チップを積層させ、積層された複数の発光体チップのうち、少なくとも一の発光体チップの光出射方向に積層された他の発光体チップの非発光領域は、光を透過することを特徴とする。
【０００８】
すなわち、本発明の発光体は、一の発光体チップの非発光領域の光出射方向に、他の発光体チップの発光領域が配置されているため、発光体チップが積層された発光体としては、非発光領域をなくすことができる。また、光出射方向に対して下層側の発光体チップの発光領域から出射した光は、上層側の発光体チップの非発光領域を透過して、光出射方向に出射される。そのため、発光体の発光パターンのムラを軽減することができ、出射される光の照度分布の不均一を軽減することができる。
また、非発光領域がなくなるため、発光体の面積を増やすことなく（エテンデュを増大させずに）出射される光量を増加させることができる。
【０００９】
上記の構成を実現するために、より具体的には、発光領域および非発光領域には、発光体チップに電荷を注入するための電極が配置され、少なくとも非発光領域に配置された電極が、発光領域から出射した光を透過する材料から形成されることが望ましい。
この構成によれば、発光領域および非発光領域に電極を配置したことにより、それぞれの電極から電荷を注入することができ、発光層から光を出射することができる。
また、少なくとも非発光領域に配置された電極が、発光領域から出射された光を透過する材料、つまり透明材料で形成されているため、下層の発光体チップから出射された光を遮ることなく上方に出射させることができる。
【００１０】
上記の構成を実現するために、より具体的には、電極が一方の電極および他方の電極とからなり、一方の電極および他方の電極が、それぞれ発光領域および非発光領域に配置され、一方の電極および他方の電極が、発光体チップの１辺の近傍領域において、被実装対象と電気的に接続されていることが望ましい。
この構成によれば、一方の電極および他方の電極が、発光体チップの１辺の近傍領域において被実装対象と電気的に接続されている。そのため、発光体チップを積層させても、発光体チップの１辺を張り出させることで発光体チップに被実装対象から電荷を注入し、発光させることができる。また、発光体チップの重ね合わせ領域を発光体の略中央部に集めることができ、発光パターンのムラが低減された領域を略中央部に配置することができる。
【００１１】
上記の構成を実現するために、より具体的には、積層された発光体チップの間には、発光体チップと略同一の屈折率を有する接着剤が充填されたことが望ましい。
この構成によれば、下層の発光体チップから出射された光が、上層の発光体チップとの境界で反射され発光体内に光が閉じ込められることを防ぐことができる。つまり、下層の発光体チップから出射された光が、全反射することなく上層の発光体チップに入射し、発光体から出射されることができる。そのため、発光体内の光閉じ込めによる光取り出し損失を防止できる。
【００１２】
上記の構成を実現するために、より具体的には、発光領域および非発光領域が、交互に並ぶストライプ形状に形成され、発光領域および非発光領域のストライプの幅が略同一であることが望ましい。
この構成によれば、発光領域および非発光領域のストライプの幅を略同一に形成しているため、両領域に配置した電極の幅も略同一とすることができる。そのため、両電極から発光領域および非発光領域に注入される電荷の密度を均一にでき、発光領域に電荷を過不足なく供給して無駄なく発光させることができる。
【００１３】
本発明のプロジェクタは、光源と、光源からの光を変調する光変調手段と、光変調手段によって変調された光を投射する投射手段とを備えたプロジェクタであって、光源が上記本発明の発光体を備えていることを特徴とする。
【００１４】
すなわち、本発明のプロジェクタは、上記本発明の発光体を備えた光源を用いているため、投射される画像の明るさのムラおよび色のムラを軽減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について図１から図３を参照して説明する。
図１は、本実施の形態に係るプロジェクタの概略構成図である。
本実施形態に係るプロジェクタ１は、図１に示すように、３板式の液晶プロジェクタであり、それぞれＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の色光を出射可能な光源装置（光源）１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂと、各色光の照度分布を均一化するロッドレンズ３０と、照度分布を均一化された各色光を変調する透過型の液晶ライトバルブ（光変調装置）４０Ｒ、４０Ｇ、４０Ｂと、変調された色光を合成しカラー画像とするクロスダイクロイックプリズム５０と、カラー画像を投射する投射レンズ（投射手段）６０と、から概略構成されている。
【００１６】
図２は、本実施の形態に係る光源装置の概略平面図である。図３は、図２のＡ−Ａ線矢視断面図である。
光源装置１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂは、その構成が同一でＲＧＢの各色光を出射する発光体チップ（ＬＥＤチップ１１ｒ、１１ｇ、１１ｂ）を積層させた発光体（ＬＥＤ積層体１２ｒ、１２ｇ、１２ｂ）が異なるだけなので、光源装置１０Ｂの構成について説明し、光源装置１０Ｒ、１０Ｇについては説明を省略する。
光源装置１０Ｂは、図２および図３に示すように、Ｂの色光を出射するＬＥＤチップ（発光体チップ）１１ｂを積層させたＬＥＤ積層体（発光体）１２ｂと、ＬＥＤ積層体１２ｂを載置し、ＬＥＤ積層体１２ｂから発生した熱を外部に逃がす基板１３と、から概略構成されている。
【００１７】
ＬＥＤチップ１１ｒは、例えばサファイアなどの透明基板１４と、ｐ−ＧａＮなどのｐ型半導体層１５ｐと、ｎ−ＧａＮなどのｎ型半導体層１５ｎと、をこの順に積層させて形成されている。透明基板１４は、略方形形状に形成されており、ｎ型半導体層１５ｎは、透明基板１４と略同一形状に形成されている。ｐ型半導体層１５ｐは、略長方形形状に形成されストライプ状になるように配置され、ｐ型半導体層１５ｐが配置されている領域と配置されていない領域との幅が、略同一となるように配置されている。なお、ｐ型半導体層１５ｐが配置されている領域と配置されていない領域との幅は、上述のように略同一であってもよいし、異なっていてもよい。また、透明基板１４は、その厚さが薄いほど放熱性、光取り出し性が良好となり、プロジェクタ１の光源装置１０Ｂに用いて好適となる。
ｐ型半導体層１５ｐとｎ型半導体層１５ｎとの間には光を出射する発光層（図示せず）が形成されているため、ｐ型半導体層１５ｐが配置されている領域には、発光領域１６ａが形成され、逆に、ｐ型半導体層１５ｐが配置されていない領域には、非発光領域１６ｂが形成されている。
【００１８】
ｐ型半導体層１５ｐの面には、電荷をｐ型半導体層１５ｐに注入するアノード電極（電極）１７ｐが配置され、ｎ型半導体層１５ｎが露出している面（ｐ型半導体層１５ｐが配置されていない領域）には、ｎ型半導体層１５ｎに電荷を注入するカソード電極（電極）１７ｎが配置されている。アノード電極１７ｐは、ｐ型半導体層１５ｐと略同一形状に形成され、カソード電極１７ｎは、両側のｐ型半導体層１５ｐに接触しないようにｎ型半導体層１５ｎの露出面より幅の狭い形状に形成されている。アノード電極１７ｐは、例えばＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ等の光を透過しない導電材料から形成され、カソード電極１７ｎは、例えばＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）などの光を透過する導電材料から形成されている。なお、アノード電極１７ｐは、上述のように光を透過しない導電材料から形成されてもよいが、例えばＩＴＯ等の光を透過する導電材料から形成されてもよい。
【００１９】
ＬＥＤ積層体１８は２枚のＬＥＤチップ１１ｂを重ね合わせ、耐熱性および透明基板１４と略同一の屈折率を有する接着剤２０により貼り合わせて形成されている。ＬＥＤ積層体１８のＬＥＤチップ１１ｂは、下層のＬＥＤチップ１１ｂの非発光領域１６ｂ上に上層のＬＥＤチップ１１ｂ発光領域１６ａが配置されるように重ね合わされている。同時に、ストライプ状の発光領域１６ａおよび非発光領域１６ｂの長手軸線方向にもずらして重ね合わせ、上層のＬＥＤチップ１１ｂが後述する基板１３のアノードマウント部２１ｐ、カソードマウント部２１ｎと電気的に接続する領域を形成している。
【００２０】
基板１３には、アノード電極１７ｐに電荷を供給するアノードマウント部２１ｐと、カソード電極１７ｎに電荷を供給するカソードマウント部２１ｎと、が配置されている。カソードマウント部２１ｎは、コの字形状に形成されていて、アノードマウント部２１ｐが、コの字形状の中に配置されている。アノードマウント部２１ｐおよびカソードマウント部２１ｎには、それぞれアノード電極１７ｐおよびカソード電極１７ｎと電気的に接続する半田ボールからなるコンタクト部材（コンタクト部）２２が配置されている。
【００２１】
ロッドレンズ３０は、例えばガラスや石英、透明樹脂などの透明材料を用いて角柱状に形成されている。ロッドレンズ３０の側面はＡｇなどを蒸着して反射膜を形成してもよいし、反射膜を形成しなくてもよい。
液晶ライトバルブ４０Ｒ、４０Ｇ、４０Ｂには、画素スイッチング用素子として薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、以下、ＴＦＴと略記する）を用いたＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ  Ｎｅｍａｔｉｃ）モードのアクティブマトリクス方式の透過型の液晶セルが使用されている。
クロスダイクロイックプリズム５０は、図１に示すように、４つの直角プリズムが貼り合わされた構造を有し、その貼り合わせ面５１ａ、５１ｂには誘電体多層膜からなる光反射膜（図示略）が十字状に形成されている。具体的には、貼り合わせ面５１ａには、液晶ライトバルブ４０Ｒで形成された赤色の画像光を反射し、それぞれ液晶ライトバルブ４０Ｇ、４０Ｂで形成された緑色及び青色の画像光を透過する光反射膜が設けられ、貼り合わせ面５１ｂには、液晶ライトバルブ４０Ｂで形成された青色の画像光を反射し、それぞれ液晶ライトバルブ４０Ｒ、４０Ｇで形成された赤色及び緑色の画像光を透過する光反射膜が設けられている。
【００２２】
次に、上記の構成からなるプロジェクタ１における作用について説明する。
まず、本発明の特徴部である光源装置１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂにおける作用について説明する。
照明装置１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂは、その作用が同一なので、照明装置１０Ｂの作用について説明し、照明装置１０Ｒ、１０Ｇについては説明を省略する。
照明装置１０Ｂは、図２および図３に示すように、電流が供給されると基板１３のアノードマウント部２１ｐおよびカソードマウント部２１ｎに電荷が供給される。アノードマウント部２１ｐおよびカソードマウント部２１ｎに供給された電荷は、コンタクト部材２２を介して下層のＬＥＤチップ１１ｂおよび上層のＬＥＤチップ１１ｂのアノード電極１７ｐおよびカソード電極１７ｎに注入される。各電極１７ｐ、１７ｎに注入された電荷は、それぞれｐ型半導体層１５ｐおよびｎ型半導体層１５ｎに注入され、発光層（図示せず）において色光Ｂに変換されて出射される。ｐ型半導体層１５ｐに向けて出射された色光Ｂは、アノード電極１７ｐに反射されてｐ型半導体層１５ｐ、ｎ型半導体層１５ｎ、透明基板１４の順に伝搬してＬＥＤチップ１１ｂから出射される。ｎ型半導体層１５ｎに向けて出射された色光Ｂは、ｎ型半導体層１５ｎ、透明基板１４の順に伝搬してＬＥＤチップ１１ｂから出射される。色光Ｂは発光層（図示せず）が形成されている発光領域１６ａからＬＥＤチップ１１ｂ外に出射される。
ＬＥＤ積層体１８の下層に配置されたＬＥＤチップ１１ｂから出射された色光Ｂは、上層に配置されたＬＥＤチップ１１ｂの非発光領域１６ｂに入射する。色光Ｂは、カソード電極１７ｎ、ｎ型半導体層１５ｎ、透明基板１４を透過して上層ＬＥＤチップ１１ｂの非発光領域１６ｂから出射される。
【００２３】
上述したように、ＬＥＤ積層体１８から出射された色光Ｂはロッドレンズ３０に入射される。ロッドレンズ３０内に入射した色光Ｂは、ロッドレンズ３０内を反射しながら伝搬して、その照度分布を均一化されてロッドレンズ３０から出射される。
ロッドレンズ３０から出射された色光Ｂは液晶ライトバルブ４０Ｂに入射し、プロジェクタ１に入力された画像信号に基づいて変調されて出射される。
変調された色光Ｂはクロスダイクロイックプリズム５０に入射し、色光Ｂと同様に光源装置１０Ｒ、１０Ｇから出射され液晶ライトバルブ４０Ｒ、４０Ｇにより変調された色光Ｒ、Ｇと合成され、カラー画像となって投射レンズ６０からスクリーン７０に投射される。
【００２４】
上記の構成によれば、下層のＬＥＤチップ１１ｂの非発光領域１６ｂ上に上層のＬＥＤチップ１１ｂの発光領域１６ａが配置されているため、ＬＥＤ積層体１２ｂとしては、非発光領域１６ｂをなくすことができる。そのため、発光パターンのムラを軽減することができ、出射される光の照度分布の不均一を軽減することができる。
また、非発光領域１６ｂがなくすことができるため、ＬＥＤ積層体１２ｂの面積を増やすことなく（エテンデュを増大させずに）出射される光量を略２倍に増加させることができる。
【００２５】
アノード電極１７ｐおよびカソード電極１７ｎが、ＬＥＤチップ１１ｂの１辺の近傍領域においてアノードマウント部２１ｐおよびカソードマウント部２１ｎと電気的に接続されている。そのため、ＬＥＤチップ１１ｂを積層させても、ＬＥＤチップ１１ｂの１辺を側方に張り出させることでＬＥＤチップ１１ｂにアノードマウント部２１ｐおよびカソードマウント部２１ｎから電荷を注入し、発光させることができる。また、ＬＥＤチップ１１ｂの重ね合わせ領域をＬＥＤ積層体１２ｂの略中央部に集めることができ、発光パターンのムラが低減された領域を略中央部に配置することができる。
また、カソード電極１７ｎが、発光領域１６ａから出射された光を透過するＩＴＯなどの透明材料で形成されているため、下層のＬＥＤチップ１１ｂから出射された色光Ｂを遮ることなく上方に出射させることができる。
【００２６】
透明基板１４と略同等の屈折率を有する接着材２０を用いてＬＥＤチップ１１ｂを積層させたため、下層のＬＥＤチップ１１ｂから出射された色光Ｂが、上層のＬＥＤチップ１１ｂとの境界で反射されＬＥＤ積層体１２ｂ内に光が閉じ込められることを防ぐことができる。つまり、下層のＬＥＤチップ１１ｂから出射された色光Ｂが、全反射することなく上層のＬＥＤチップ１１ｂに入射し、ＬＥＤ積層体１２ｂから出射されることができる。そのため、ＬＥＤ積層体１２ｂ内の光閉じ込めによる光取り出し損失を防止できる。
【００２７】
発光領域１６ａおよび非発光領域１６ｂのストライプの幅を略同一に形成しているため、両領域１６ａ、１６ｂに配置したアノード電極１７ｐ、カソード電極１７ｎの幅も略同一とすることができる。そのため、両電極１７ｐ、１７ｎから発光領域１６ａおよび非発光領域１６ｂに注入される電荷の密度を均一にでき、発光領域１６ａに電荷を過不足なく供給して無駄なく発光させることができる。また、下層のＬＥＤチップ１１ｂおよび上層のＬＥＤチップ１１ｂの発光領域１６ａの一部が重なり合ったり、発光領域１６ａの間に隙間ができたりして発光パターンにムラが生じることを防ぐことができる。
【００２８】
また、ＬＥＤ積層体１２ｂを用いることで、光源装置１０Ｂから出射される色光Ｂの照度分布のムラを軽減することができる。そのため、光源装置１０Ｂから出射される色光Ｂの照度分布を均一化するロッドレンズ３０の長さを短くすることができ、プロジェクタ１を小型化することができる。
【００２９】
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、上記の実施の形態においては、光源装置１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂを３板式のプロジェクタの光源に適応したものに適応して説明したが、この３板式のプロジェクタに適応したものに限られることなく、単板式のプロジェクタの光源など、その他各種の方式のプロジェクタの光源に適応することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施の形態に係るプロジェクタの概略構成図である。
【図２】本実施の形態に係る光源装置の概略平面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線矢視断面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１・・・プロジェクタ、  １０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂ・・・光源装置（光源）、  １１ｒ、１１ｇ、１１ｂ・・・ＬＥＤチップ（発光体チップ）、  １２ｒ、１２ｇ、１２ｂ・・・ＬＥＤ積層体（発光体）、  １６ａ・・・発光領域、  １６ｂ・・・非発光領域、１７ｐ・・・アノード電極（電極）、１７ｎ・・・カソード電極（電極）、  ４０Ｒ、４０Ｇ、４０Ｂ・・・液晶ライトバルブ（光変調装置）、  ６０・・・投射レンズ（投射手段）
【図１】
2005116799.tif 000003
【図２】
2005116799.tif 000004
【図３】
2005116799.tif 000005