专利名称：发光元件和使用该发光元件的图像显示设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种以一致偏振态出射光的发光元件和一种使用该发光元件的图像显不设备。
背景技术：
提出了一种图像显示设备，其中发光二极管(LED)被用作发光元件。这种类型的图像显示设备被配置为包括出射红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)中的每一种颜色的多个 LED ；使得来自该多个LED的光进入其中的照明光学系统；具有来自照明光学系统的光进入其中的液晶显示器板的光阀；合成来自光阀的光的颜色合成棱镜；和用于向投影平面投影来自颜色合成棱镜的光的投影光学系统。在具有上述配置的图像显示设备中，期望尽可能地减少在从发光元件到光阀的光路中的光损耗以增加投影画面的亮度。在上述构件中，液晶显示器板和颜色合成棱镜具有偏振依赖性，并且为了增加光学系统的效率，期望发光元件以一致偏振态出射光。而且，如在非专利文献1中描述地，存在由发光元件的面积和辐射角的乘积确定的光学扩展量(etendue)引起的限制。即，除非使得发光元件的发光面积和辐射角的乘积的值等于或者小于光阀的入射面的面积和由照明光学系统的F数确定的接收角(立体角) 的乘积的值，否则来自发光元件的光将不被作为投影光利用。为此，在使用LED的图像显示设备中，问题在于减少上述光损耗而不增大发光元件的出射面以便减小发光元件的出射光的光学扩展量。专利文献1(JP2009_111012A)公开了一种半导体发光设备，其中为了实现具有大的偏振比的发光而规定了生长主面的面取向。专利文献2 (JP2007-109689A)公开了一种发光元件，其目的在于提供一种能够减小光学扩展量并且以高偏振转换效率供应光的发光元件等，并且包括被设置在基准面上并且供应光的发光部，和设置在发光部的出射侧处的结构，其中该结构包括反射型偏振板， 该反射型偏振板透射第一振动方向的偏振光，并且反射几乎与第一振动方向正交的第二振动方向的偏振光；和光学部，该光学部透射来自反射型偏振板的光，并且被形成为使得折射率关于基本与基准面平行的二维方向周期地改变。引用列表专利文献[专利文献 1] JP2009-111012A[专利文献 2] JP2007-109689A[专利文献 3]JP2001_51122A非专利文献[非专利文献 1]SID 06 DIGEST，2006，pp. 1808-1811,61. 1，Photonic Lattice LEDs for RPTV Light Engines, Christian Hoepfner
发明内容
技术问题因为在专利文献1中描述的半导体发光设备使用生长主面的面取向，所以它的生长条件受到限制并且这将导致生产率问题。特别地当使用具有大面积的基板时，这将引起难题。虽然在专利文献2中描述的发光元件使用反射型偏振板来对准将从该发光元件出射的光的偏振方向，但是因为被反射型偏振板反射的光被配置为在反射部处改变它的振动方向，并且因为位相板设置为比反射型偏振板更加靠近发光部，并且因为光再次进入反射型偏振板，所以存在以下问题，即，当考虑在反射中的衰减时，偏振转换效率差，并且实现高亮度是困难的。本发明已经鉴于相关技术的上述问题而得以实现，并且它的目的在于实现一种用于以一致偏振态出射光的发光元件，该发光元件易于制作、具有良好的效率，并且能够实现
高亮度。解决问题的方案本发明的发光元件是包括用于产生光的活性层(active layer)的发光元件，该发光元件包括偏振器层，该偏振器层包括第一区域，该第一区域从在活性层处产生的光中透射第一方向的偏振光并且反射其它光；和第二区域，该第二区域透射与第一方向正交的第二方向的偏振光并且反射其它光；波片层，该波片层包括第三区域和第四区域，该第三区域和第四区域允许从第一区域和第二区域出射的光进入，并且作为处于相同偏振态中的光出射；和反射层，该反射层反射在第一区域和第二区域处反射的光。本发明的图像显示设备使用具有上述配置的发光元件。本发明的有利效果在本发明中，使得第一方向的偏振光和与第一方向正交的第二方向的偏振光从偏振器层出射。因为此后使得这些偏振光作为具有相同偏振态的光而不被反射地在波片层处出射，所以它们是有效率的并且能够实现高亮度。附图简要说明[
图1]图1是示出发光元件的一个示例性实施例的配置的横截面视图；[图2]图2是示出在图1中的偏振器层108的一个配置实例的透视图；[图3]图3是示出在图1中的偏振器层108的另一配置实例的透视图；[图4]图4是示出在图1中的半波片层109的一个配置实例的透视图；[图5]图5是示出在图1中的半波片层109的另一配置实例的透视图；[图6]图6是示出在图1中的偏振器层108的另一配置实例的透视图；[图7]图7是示出在图1中的偏振器层108的另一配置实例的透视图；[图8]图8是示出在图1中的半波片层109的另一配置实例的透视图；[图9]图9是示出在图1中的半波片层109的另一配置实例的透视图；[图10]图10是用于示意在偏振器层108和半波片层109中形成的第一区域和第二区域的周期的图表；[图11]图11是示出在相对周期和角宽度之间的关系的图表；[图12]图12是示出使用发光元件的图像显示设备的一个示例性实施例的配置的框图；[图13]图13是示出使用发光元件的图像显示设备的另一示例性实施例的配置的框图；[图14]图14是示出使用发光元件的图像显示设备的另一示例性实施例的配置的框图；[图15]图15是示出图12所示图像显示设备的驱动系统的配置的图表；[图16]图16是示出图13所示图像显示设备的驱动系统的配置的图表；[图17]图17是示出图14所示图像显示设备的驱动系统的配置的图表；[图18a]图18a是示出发光元件的另一示例性实施例的配置的横截面视图；[图18b]图18b是示出发光元件的另一示例性实施例的配置的图表，这是更详细地示出在图18a中的偏振器层1808的配置的横截面视图；[图18c]图18c是示出发光元件的另一示例性实施例的配置的图表，这是更详细地示出在图18a中的四分之一波片层1809的配置的横截面视图；[图18d]图18d是示出发光元件的另一示例性实施例的配置的图表，这是示出在图18a中的四分之一波片层1809的配置实例的透视图；[图18e]图18e是示出发光元件的另一示例性实施例的配置的图表，这是示出在图18a中的四分之一波片层1809的配置实例的透视图。
具体实施例方式此后，将参考附图描述具体的示例性实施例。图1是示出发光元件100的一个示例性实施例的配置的横截面视图。注意在发光元件100中，因为各个层的实际厚度是非常薄的并且在各层之间的厚度差异是非常大的， 所以难以以准确的尺度和比例绘制每一个层的图片。相应地，每一个层在图中均未被按照实际尺度绘制，而是相反，每一个层均被示意性地示出。由Ni/Au/Ti/Au组成的P型电极102和由Ag组成的反射层103在由Si制成的基台(submount) 101 上形成。在反射层103上顺序堆叠由掺杂有Mg的GaN制成的P型半导体层104、其中GaN 和InGaN被交替地堆叠以构成多重量子阱(multiple quantum well :MQW)的活性层105， 和由掺杂有Si的GaN制成的N型半导体层106。N型电极107由Ti/Al/Ti/Au组成，并且偏振器层108在N型半导体层106上形成，并且进一步地，半波片层109被设置在偏振器层 108 上。将描述制作发光元件100的方法。首先，在基板上形成N型半导体层106、活性层 105、P型半导体层104和反射层103。接着，反射层103被结合到基台101以移除基板。接着，在N型半导体层106上形成偏振器层108。通过分开的工艺形成半波片层109，并且将其结合到偏振器层108上。最后，形成P型电极102和N型电极107。将描述本示例性实施例的概要操作。在P型电极102和N型电极107之间施加电压以在它们之间输送电流将导致在活性层105处产生光。在活性层105处产生的光包含朝向各种方向取向的分量。偏振器层108和半波片层109这两者每一个均包括第一区域和第二区域，并且相对于来自发光元件100的出射光，偏振器层108的第一区域和第二区域被设置成对应于半波片层109的第一区域和第二区域。偏振器层108的第一区域从在活性层处产生的光中透射第一方向的偏振光并且反射其它光。偏振器层108的第二区域透射与第一方向的偏振光正交的第二方向的偏振光，并且反射其它光。当在偏振器层108处反射的光在反射层103处被朝向偏振器层108 反射时，此时，光被以特定角度反射，并且因此它在与反射位置不同的位置处再次进入偏振器层108。因此，已经再次进入偏振器层108的光包括通过偏振器层108的光。半波片层109的第一区域和第二区域被配置为在赋予入射光预定偏振旋转角度之后允许其出射，并且第二区域在向在第一区域处赋予入射光的入射光偏振旋转角度增加 90度的偏振旋转角度之后允许入射光出射。因此，使得从半波片层109出射的光具有一致的偏振方向。此后，将描述偏振器层108和半波片层109的具体配置。图2是示出在图1中的偏振器层108的一个配置实例的透视图。在图2所示实例中，在由掺杂有Si的GaN制成的N型半导体层201上形成偏振器， 在所述偏振器中由Al制成的多根金属纳米线202被平行地形成。金属纳米线202被交替地设置有其中纵向方向相互正交的第一区域203和第二区域204。第一区域203透射第一方向(X方向)的偏振光，并且反射与第一方向的偏振光正交的第二方向(Y方向)的偏振光。第二区域204透射第二方向的偏振光并且反射第一方向的偏振光。图3是示出在图1中的偏振器层108的另一配置实例的透视图。在图3所示实例中，在由掺杂有Si的GaN制成的N型半导体层301上形成偏振器， 在所述偏振器中平行地放置多个半导体302，GaN和AlN在半导体302中被交替地堆叠。半导体302被交替地设置有其中纵向方向相互正交的第一区域303和第二区域304。第一区域303透射第一方向的偏振光，并且反射与第一方向的偏振光正交的第二方向的偏振光。第二区域304透射第二方向的偏振光并且反射第一方向的偏振光。图4是示出在图1中的半波片层109的一个配置实例的透视图。在图4所示实例中，在由石英制成的基板401上形成电介质402，在电介质402中 SiO2和TiA被交替地堆叠。电介质402设置有第一区域403和第二区域404，其分别地对应于分别在图2和图3中所示第一区域203和303和第二区域204和304。因为第一区域403被形成为平坦形状，所以它允许已经通过第一区域203和303 的、第一方向的偏振光按原状通过。因为如在专利文献3(JP2001-51122A)中所公开地，第二区域404在XY平面中具有周期结构，该周期结构具有在一个方向上的周期凹凸形状和在与其正交的方向上的均勻形状，所以它用作半波片从而将已经通过第二区域204和304的、第二方向的偏振光转换成第一方向的偏振光并且使其出射。
为了将具有正交偏振方向的光进入其中的第一区域403和第二区域404的出射光的偏振方向对准，变得有必要使得第二区域404在向在第一区域403处赋予入射光的入射光偏振旋转角度增加90度的偏振旋转角度之后允许入射光出射。在图4所示实例中，因为第一区域403被形成为平坦形状，所以将要赋予入射光的偏振旋转角度变成0度。将由第二区域404增加的偏振旋转角度被布置成90度从而在这些方向之间的角度差异是90度。结果，将已经通过第二区域204和304的偏振光转换成第一方向的偏振光并且使其出射。图5是示出在图1中的半波片层109的另一配置实例的透视图。在图5所示实例中，在由石英制成的基板501上形成电介质502，在电介质502中 SiO2和TW2被交替地堆叠。电介质502设置有第一区域503和第二区域504，其分别地对应于分别在图2和图3中所示第一区域203和303和第二区域204和304。因为如在JP2001-51122A中所公开地，第一区域503和第二区域504在XY平面中具有周期结构，该周期结构具有在一个方向上的周期凹凸形状和在与其正交的方向上的均勻形状，所以它们用作半波片。为了将具有正交偏振方向的光进入其中的第一区域503和第二区域504的出射光的偏振方向对准，变得有必要使得第二区域504在向在第一区域503处赋予入射光的入射光偏振旋转角度增加90度的偏振旋转角度之后允许入射光出射。在图5所示实例中，将由第一区域503赋予入射光的偏振旋转角度被布置成45 度，并且将由第二区域504增加的偏振旋转角度被布置成135度，从而在这些方向之间的角度差异是90度。结果，将已经通过第二区域204和304的、第二方向的偏振光转换成第一方向的偏振光并且使其出射。图6是示出在图1中的偏振器层108的另一配置实例的透视图。在图6所示实例中，在由掺杂有Si的GaN制成的N型半导体层601上形成偏振器， 在所述偏振器中由Al制成的多根金属纳米线602被平行地形成。金属纳米线602以交错图案相邻地设置有其中纵向方向相互正交的第一区域603和第二区域604。第一区域603和第二区域604的光学性质与图2所示第一区域203和第二区域 204的光学性质相同。图7是示出在图1中的偏振器层108的另一配置实例的透视图。在图7所示实例中，在由掺杂有Si的GaN制成的N型半导体层701上形成偏振器， 在所述偏振器中平行地放置多个半导体702，GaN和AlN在半导体702中被交替地堆叠。半导体702以交错图案相邻地设置有其中纵向方向相互正交的第一区域703和第二区域704。第一区域703和第二区域704的光学性质与图3所示第一区域303和第二区域 304的光学性质相同。图8是示出在图1中的半波片层109的另一配置实例的透视图。在图8所示实例中，在由石英制成的基板801上形成电介质802，在电介质802中 SiO2和TiA被交替地堆叠。电介质802设置有第一区域803和第二区域804，其分别地对应于分别在图6和图7中所示第一区域603和703和第二区域604和704。
因为第一区域803被形成为平坦形状，所以它允许已经通过第一区域603和703 的、第一方向的偏振光按原状通过。因为如在JP2001-51122A中所公开地，第二区域804在XY平面中具有周期结构， 该周期结构具有在一个方向上的周期凹凸形状和在与其正交的方向上的均勻形状，所以它用作半波片从而将已经通过第二区域604和704的、第二方向的偏振光转换成第一方向的偏振光并且使其出射。为了将具有正交偏振方向的光进入其中的第一区域803和第二区域804的出射光的偏振方向对准，变得有必要使得第二区域804在向在第一区域803处赋予入射光的入射光偏振旋转角度增加90度的偏振旋转角度之后允许入射光出射。在图8所示实例中，因为第一区域803被形成为平坦形状，所以将要赋予入射光的偏振旋转角度变成0度。将由第二区域804增加的偏振旋转角度被布置成90度从而在这些方向之间的角度差异是90度。结果，将已经通过第二区域604和704的偏振光转换成第一方向的偏振光并且使其出射。图9是示出在图1中的半波片层109的另一配置实例的透视图。在图9所示实例中，在由石英制成的基板901上形成电介质902，在电介质902中 SiO2和TiA被交替地堆叠。电介质902设置有第一区域903和第二区域904，其分别地对应于分别在图6和图7中所示第一区域603和703和第二区域604和704。因为如在JP2001-51122A中所公开地，第一区域903和第二区域904在XY平面中具有周期结构，该周期结构具有在一个方向上的周期凹凸形状和在与其正交的方向上的均勻形状，所以它们用作半波片。为了将具有正交偏振方向的光进入其中的第一区域903和第二区域904的出射光的偏振方向对准，变得有必要使得第二区域904在向在第一区域903处赋予入射光的入射光偏振旋转角度增加90度的偏振旋转角度之后允许入射光出射。在图9所示实例中，将由第一区域903赋予入射光的偏振旋转角度被布置成45 度，并且将由第二区域904增加的偏振旋转角度被布置成135度，从而在这些方向之间的角度差异是90度。由此，将已经通过第二区域604和704的、第二方向的偏振光转换成第一方向的偏振光并且使其出射。如在图2到图5中所示，当第一区域和第二区域被以条纹图案(striped pattern) 布置时，便于元件制作是可能的。如在图6到图9中所示，当第一区域和第二区域被以交错图案(staggered pattern)布置时，光在X方向上散布的方式变得类似于光在Y方向上散布的方式，从而实现具有高均一性并且更加易于操控的照明光是可能的。图10是用于示意在偏振器层和半波片层中形成的第一区域和第二区域的周期的图表。虽然期望在活性层105处产生的光直接地从偏振器层108出射而不被反射，但是一半的光被反射。当光被反射多次时，因为它被极大地衰减并且难以被用作照明光，所以在这里，将研究一种周期结构，该周期结构适合于使得光在反射层103处被反射一次并且从偏振器层108出射。在图10中，偏振器层108在其厚度方向上的中心由A表示，反射层103在它的厚度方向上的中心由B表示，并且假设第一区域和第二区域的宽度是相同的，每一个区域的宽度的总和由P表示。此外，假设反射发生的点是偏振器层108和反射层103在各自厚度方向上的中心，并且在点之间的距离由Ll表示，并且从活性层105的中心(发光点)到偏振器层108的中心的距离由L2表示。进而，假设发光点在XY平面中的位置是第一区域或者第二区域的中心，在此处最难以使得光在被反射一次之后出射。如在图10中所示，从在发光点处产生并且在被反射一次之后出射的光中，在被反射一次之后出射的光的量随着角宽度△ θ变得更大而增加，角宽度△ θ是在以最短距离出射的光和以最长距离出射的光之间形成的角度。出射光中的每一束的交叉点处于距偏振器层108的中心A距离为2L1+L2处。图11是示出在由PA2L1+L2)示出的相对周期和角宽度之间的关系的图表，其中示出当相对周期是2. 3时，角宽度变成30°的最大值。此外，看到如果相对周期在从0.9到 6. 5的范围中，则角宽度可以不小于20°，并且如果相对周期在从1. 2到4. 5的范围中，则角宽度可以不小于25°。当在偏振器层108和反射层103之间的距离Ll是3 μ m并且从活性层105的中心到偏振器层108的中心的距离L2是1. 5 μ m时，为了获得30°的最大角宽度，是第一区域和第二区域的宽度的总和的宽度P可以被设定为17 μ m。图12是示出使用发光元件的图像显示设备的一个示例性实施例的配置的框图。图12所示图像显示设备包括产生红色光的光源单元1201R、产生绿色光的光源单元1201G，和产生蓝色光的光源单元1201B。通过使用根据本发明的、已经通过使用图1到图11描述的发光元件中的至少一个或者多个而构造这些光源单元中的每一个。在光源单元1201R处产生的红色光经由聚光透镜1202R照射显示用于红色光的图像的液晶显示器元件1203R，从而在液晶显示器元件1203R处产生的红色图像光进入颜色合成棱镜1204中。在光源单元1201G处产生的绿色光经由聚光透镜1202G照射显示用于绿色光的图像的液晶显示器元件1203G，从而在液晶显示器元件1203G处产生的绿色图像光进入颜色合成棱镜1204中。在光源单元1201B处产生的蓝色光经由聚光透镜1202B照射显示用于蓝色光的图像的液晶显示器元件1203B，从而在液晶显示器元件12(X3B处产生的蓝色图像光进入颜色合成棱镜1204中。经由投影透镜1205投影在颜色合成棱镜1204处由进入的红色图像光、绿色图像光和蓝色图像光合成的图像光。图13是示出使用发光元件的图像显示设备的另一示例性实施例的配置的框图。 本示例性实施例的图像显示设备通过使用分开地控制多个微镜的角度的微镜1304而形成图像。本示例性实施例的图像显示设备包括产生红色光的光源单元1301R、产生绿色光的光源单元1301G，和产生蓝色光的光源单元1301B。通过使用根据本发明的、已经通过使用图1到图11描述的发光元件中的至少一个或者多个构造这些光源单元中的每一个。
在光源单元1301R处产生的红色光经由聚光透镜1302R进入颜色合成棱镜1303 中。在光源单元1301G处产生的绿色光经由聚光透镜1302G进入颜色合成棱镜1303中。在光源单元1301B处产生的蓝色光经由聚光透镜1302B进入颜色合成棱镜1303中。光源单元1301R、光源单元1301G和光源单元1301B受到控制从而其点亮状态被相继地改变，从而红色光、绿色光和蓝色光被从颜色合成棱镜1303顺序地朝向微镜1304投影。微镜1304根据用于照射它的颜色光而形成图像光，从而红色图像光、绿色图像光和蓝色图像光经由投影透镜1305被顺序地投影。图14是示出使用发光元件的图像显示设备的另一示例性实施例的配置的框图。 本示例性实施例的图像显示设备通过使用分开地控制多个微镜的角度的微镜1405而形成图像。本示例性实施例的图像显示设备包括产生红色颜色的P偏振光和S偏振光的光源单元1401RP和1401RS、产生绿色颜色的P偏振光和S偏振光的光源单元1401GP和 1401GS，和产生蓝色颜色的P偏振光和S偏振光的光源单元1401BP和1401BS。通过使用根据本发明的、已经通过使用图1到11描述的发光元件中的至少一个或者多个构造这些光源单元中的每一个。在光源单元1401RP和1401RS处产生的、红色颜色的P偏振光和S偏振光进入偏振分束器1402R。偏振分束器1402R按原状透射P偏振光，并且反射S偏振光。结果，使得在光源单元1401RP和1401RS处产生的、红色颜色的P偏振光和S偏振光从偏振分束器1402R出射。类似地，偏振分束器1402G使得在光源单元1401GP和1401GS处产生的、绿色颜色的P偏振光和S偏振光出射，并且偏振分束器1402B使得在光源单元140IBP和140IBS处产生的、蓝色颜色的P偏振光和S偏振光出射。从偏振分束器1402R、偏振分束器1402G和偏振分束器1402B出射的光分别地经由聚光透镜1403R、1403G和140!3Β进入颜色合成棱镜1404中。光源单元1401RP和1401RS、光源单元1401GP和1401GS和光源单元1401ΒΡ和 1401BS受到控制从而每一种颜色的点亮状态均被相继地改变，从而红色光、绿色光和蓝色光被从颜色合成棱镜1404顺序地朝向微镜1405投影。微镜1405根据用于照射它的颜色光形成图像光，从而红色图像光、绿色图像光和蓝色图像光经由投影透镜1406被顺序地投影。与图13所示图像显示设备相比较，在本示例性实施例的图像显示设备中，如果构成每一个光源单元的发光元件的数目是相同的，则光量加倍，因此使得能够实现高亮度。图15是示出图12所示图像显示设备的驱动系统的配置的图表。通过被驱动电路1501R、1501G和1501Β驱动，光源单元1201R、1201G和1201Β被打开至点亮状态中。注意因为在图像显示操作期间，光源单元1201R、1201G和1201Β总是被保持在点亮状态中，所以它们可以被单一驱动电路驱动。图像信号处理电路1501根据从外部PC(个人计算机)和图像再现设备等提供的输入图像信号生成指示用于红色颜色的图像、用于绿色颜色的图像和用于蓝色颜色的图像的信号，以将它们供应到驱动电路1502R、1502G和1502Β，并且液晶显示器设备1203R、1203G和120 通过被驱动电路1502R、1502G和1502B驱动而形成用于红色颜色的图像、用
于绿色颜色的图像和用于蓝色颜色的图像。图16是示出图13所示图像显示设备的驱动系统的配置的图表。图像信号处理电路1601根据从外部PC和图像再现设备等提供的输入图像信号生成用于红色颜色的图像、用于绿色颜色的图像和用于蓝色颜色的图像，以经由驱动电路 1604驱动微镜1304使得这些图像被相继地形成。与此同时地，驱动电路1602R、1602G和 1602B受到控制，从而在光源单元1301R、1301G和1301B中，点亮用于已经形成的图像颜色的光源单元。图17是示出图14所示图像显示设备的驱动系统的配置的图表。图像信号处理电路1701根据从外部PC和图像再现设备等提供的输入图像信号生成用于红色颜色的图像、用于绿色颜色的图像和用于蓝色颜色的图像，以经由驱动电路 1703驱动微镜1405，使得这些图像被相继地形成。与此同时地，驱动电路1702RP、1702RS、 1702GP、1702GS、1702BP 和 1702BS 受到控制，从而在光源单元 1401RP、1401RS、1401GP、 1401GSU401BP和1401BS中，点亮用于已经形成的图像颜色的光源单元。图18a是示出发光元件的另一示例性实施例的配置的横截面视图。同样在本示例性实施例的发光元件1800中，因为各个层的实际厚度是非常薄的并且在各层之间的厚度差异是非常大的，所以难以以准确的尺度和比例绘制每一个层的图片。因此，每一个层在图中均未被按照实际尺度绘制，而是相反，每一个层均被示意性地示出ο由Ni/Au/Ti/Au组成的P型电极1802和由Ag组成的反射层1803在由Si制成的基台1801上形成。在反射层1803上顺序堆叠由掺杂有Mg的GaN制成的P型半导体层1804、其中GaN 和InGaN被交替地堆叠以构成多重量子阱的活性层1805，和由掺杂有Si的GaN制成的N型半导体层1806。N型电极1807由Ti/Al/Ti/Au组成，并且偏振器层1808在N型半导体层 1806上形成，并且进一步地，四分之一波片层1809和四分之一波片层1810被设置在偏振器层1808上。将描述制作发光元件1800的方法。首先，在基板上形成N型半导体层1806、活性层1805、P型半导体层1804和反射层1803。接着，反射层1803被结合到基台1801以移除基板。接着，在N型半导体层1806上形成偏振器层1808。通过分开的工艺形成四分之一波片层1809和四分之一波片层1810，并且将其结合到偏振器层1808上。最后，形成P型电极 1802和N型电极1807。将描述本示例性实施例的概要操作。在P型电极1802和N型电极1807之间施加电压以在它们之间输送电流将导致在活性层1805处产生光。在活性层1805处产生的光包含在各种方向上取向的分量。图18b和18c是更加详细地示出在图18a中的偏振器层1808和四分之一波片层 1809的配置的横截面视图。如在图18b和18c中所示，偏振器层1808和四分之一波片层1809这两者分别地包括第一区域和第二区域。相对于发光元件1800的出射光，偏振器层1808的第一区域ISOS1和第二区域180 被设置成对应于四分之一波片层1809的第一区域180%和第二区域18092。偏振器层1808的第一区域ISOS1透射第一方向的偏振光并且反射其它光。偏振器层1808的第二区域180 透射与第一方向的偏振光正交的第二方向的偏振光，并且反射其它光。当在偏振器层1808处反射的光在反射层1803处被朝向偏振器层1808反射时，此时，光被以特定角度反射，并且因此它在与反射位置不同的位置处再次进入偏振器层1808。 因此，已经再次进入偏振器层1808的光包括通过偏振器层1808的光。四分之一波片层1809的第一区域180%和第二区域180 被配置为在向入射光的两个正交偏振分量赋予四分之一波长的位相差之后允许入射光出射，并且第一区域和第二区域分别地向入射光的两个正交偏振分量赋予具有相反符号的位相差。如上所述，因为正交线偏振光进入四分之一波片层1809的第一区域180%和第二区域18092中，所以其出射光被对准成在相同方向上旋转的圆偏振光。四分之一波片层1810向由四分之一波片层1809出射的偏振光的两个正交偏振分量赋予四分之一波长的位相差并且允许其作为线偏振光出射。构成发光元件1800的偏振器层1808的具体配置可以包括图2、图3、图6和图7 所示配置。而且，四分之一波片层1809的具体配置可以包括图18d和图18e所示配置。在图18d和图18e所示实例中，在由石英制成的基板1810'和1810〃上形成电介质1811'和1811〃，在电介质1811'和1811〃中SiO2和TiO2被交替地堆叠。电介质 1811'和1811〃设置有第一区域1808/和1808/'，以及第二区域18082 ‘和180 "。因为如在JP2001-51122A中所公开地，第一区域1808/和1808/'以及第二区域 18082'和18082〃在XY平面中具有周期结构，该周期结构具有在一个方向上的周期凹凸形状和在与其正交的方向上的均勻形状，所以它们用作四分之一波片。在图18d所示实例中，第一区域和第二区域被以条纹图案布置，并且在图18e所示实例中，第一区域和第二区域被以交错图案布置。而且，使用发光元件1800的图像显示设备可以包括图12到图17所示配置。此外，在本示例性实施例的发光元件1800中同样维持已经通过使用图10和11描述的在相对周期和角宽度之间的关系。本申请要求在2009年10月22日提交的日本专利申请No. 2009-243367的优先权， 其通过引用而在这里被以其整体并入。附图标记列表
100发光元件
101基台
102P型电极
103反射层
104P型半导体层
105活性层
106N型半导体层
107N型电极
108偏振器层
109半波片层
权利要求
1.一种包括用于产生光的活性层的发光元件，所述发光元件包括偏振器层，所述偏振器层包括第一区域，所述第一区域从在所述活性层处产生的光中透射第一方向的偏振光并且反射其它光；和第二区域，所述第二区域从在所述活性层处产生的光中透射与所述第一方向正交的第二方向的偏振光并且反射其它光；波片层，所述波片层包括第三区域和第四区域，所述第三区域和第四区域允许从所述第一区域和所述第二区域出射的光进入，并且作为处于相同偏振态中的光出射；和反射层，所述反射层反射在所述第一区域和所述第二区域处反射的光。
2.根据权利要求1所述的发光元件，其中所述第一区域和所述第二区域、以及所述第三区域和所述第四区域被以条纹图案相邻地布置。
3.根据权利要求1所述的发光元件，其中所述第一区域和所述第二区域、以及所述第三区域和所述第四区域被以交错图案相邻地布置。
4.根据权利要求1到3中任何一项所述的发光元件，其中所述第三区域和所述第四区域在分别地向入射光赋予不同的偏振旋转角度之后允许所述入射光出射。
5.根据权利要求4所述的发光元件，其中所述第四区域在向在所述第三区域处赋予入射光的入射光的偏振旋转角度增加90度的偏振旋转角度之后允许入射光出射。
6.根据权利要求1到3中任何一项所述的发光元件，其中所述第三区域和所述第四区域分别地向入射光的两个正交偏振分量赋予不同的位相差并且允许其作为圆偏振光出射。
7.根据权利要求1到6中任何一项所述的发光元件，其中当令P为所述第一区域和所述第二区域的宽度的总和，Ll为在所述偏振器层的厚度方向的中心和所述反射层的厚度方向的中心之间的距离，并且L2为从所述活性层的厚度方向的中心到所述偏振器层的所述中心的距离时，P/ (2L 1+L2)在0. 9到6. 5的范围内。
8.根据权利要求7所述的发光元件，其中P/(2L 1+L2)在1. 2到4. 5的范围内。
9.根据权利要求7所述的发光元件，其中P/(2L 1+L2)是 2. 3。
10.一种使用根据权利要求1到9中任何一项所述的发光元件的图像显示设备。
全文摘要
公开了一种在一致偏振态中以高效率和高亮度出射光的发光元件。设置有产生光的活性层的该发光元件具有偏振器层，该偏振器层设置有在借助活性层产生的光中使第一方向的偏振光通过并且反射其它光的第一区域，和使与第一方向正交地交叉的第二方向的偏振光通过并且反射其它光的第二区域；波片层，该波片层设置有使得已经从第一区域和第二区域输出的光被输入到其中并且使该光作为处于相同偏振态中的光输出的第三区域和第四区域；和反射层，该反射层反射已经借助第一区域和第二区域反射的光。
文档编号H01L33/48GK102576791SQ20108004742
公开日2012年7月11日 申请日期2010年10月6日 优先权日2009年10月22日
发明者片山龙一 申请人:日本电气株式会社