专利名称：光源单元和图像显示装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光源单元以及一种图像显示装置。
背景技术：
投影仪通常通过使用空间光调制元件调制从光源单元发射的光，从而将光投射在屏幕。当使用发光二极管(LED)或有机电致发光(EL)作为光源单元时，从光源单元发射 的光的发光强度分布通常是朗伯分布。朗伯分布是发光强度分布，其中，相对于观察角的发光强度的分布与观察角的余弦成比例。在从光源单元发射的光中，以等于或大于预定角度发射的角度分量在没有进入空间光调制元件之前损失。对于投影仪来说，为了实现比朗伯分布高的从光源单元发射的光的利用效率，需要具有高方向性的光源单元。对于空间光调制元件来说，通常使用诸如液晶光阀(LV)的、具有偏振相关性的元件。在这种情况下，包括在从光源单元发射的光中的、与预定偏振方向正交的偏振光分量在没有被空间光调制元件调制的情况下损失。因此，对于投影仪来说，需要发射偏振光的光源单元，从而实现从光源单元发射的光的高利用效率。专利文献I公开了一种具有高方向性的光源装置。该光源装置包括固态发光元件，其包括用于为发光单元提供电流的第一电极和第二电极，以及转换从固态发光元件发射的光的角度的角度转换单元。第一电极将从发光单元发射的光向第二电极反射。第二电极包括来自发光单元的光通过其出射的开口。角度转换单元执行角度转换以在预定方向引导通过开口输出的光，并输出光。因此，因为来自光源装置的光以预定方向输出，所以从光源装置发射的光的方向性高。专利文献2公开了一种发射偏振光的发光元件。该发光元件包括设置在基准平面上的发光单元，以及设置在发光元件的出射侧上的光学结构。该结构包括透射第一振动方向的偏振光以及反射大致与第一振动方向的偏振光正交的第二振动方向的偏振光的反射型偏振板，以及形成为透射来自反射型偏振板的光并具有在大致平行于基准平面的二维方向上周期性变化的折射率的光学单元。专利文献2中公开的发光元件可以通过转换由反射型偏振板反射的第二振动方向的偏振光并随后使该光再次进入反射型偏振板，来有效地将输出光转换为偏振光。此外，包括光学单元使得能够提高来自发光单元的光的外部提取效率。引证文献列表专利文献专利文献I JP2006-165423A专利文献2 JP2007-109689A
发明内容
本发明解决的问题在专利文献I中描述的固态发光元件的情况下，虽然输出光具有高方向性，但是输出光不是偏振的，即，其是非偏振光。另一方面，在专利文献2中描述的发光元件的情况下，虽然输出光可以是偏振光，但 是输出光具有低方向性。因此，专利文献I和2中描述的发明具有如下问题，即，不能发射具有高方向性的偏振光。因此，本发明的一个目的是提供一种的光源单元，该光源单元能够解决上述问题，即不能发射具有高方向性的偏振光，以及使用该光源单元的图像显示装置。解决问题的手段根据本发明的光源单元包括发光层，所述发光层用于产生光；反射层，所述反射层用于反射从所述发光层所产生的光；开口阵列层，所述开口阵列层相对于所述发光层而形成在与所述反射层相反的一侧上，并且所述开口阵列层包括反射镜单元和多个开口，所述反射镜单元被构造为用于反射从所述发光层所产生的光，所述多个开口被构造为对在所述发光层所产生的光中包含的预定偏振方向的偏振光分量进行透射以及对与所述预定偏振方向正交的偏振光分量进行反射；以及方向转换单元，所述方向转换单元用于转换通过所述开口所透射的光的传播方向。根据本发明的图像显示装置包括光源单元；以及根据视频信号来调制从光源单元发射的光并根据所述视频信号来显示图像的显示单元。本发明的效果根据本发明可以发射具有高方向性的偏振光。
图I示出根据本发明第一示例性实施例的图像显示装置的构造的框图。图2示意性示出根据本发明第一示例性实施例的光源单元的构造的截面图。图3示意性示出开口阵列层的构造的透视图。图4示意性示出开口阵列层的构造的侧视截面图。图5示意性示出开口阵列层的构造的透视图。图6示意性示出开口阵列层的构造的侧视截面图。图7示意性示出根据本发明第二示例性实施例的光源单元的构造的截面图。图8示意性示出根据本发明第三示例性实施例的光源单元的构造的截面图。图9示意性示出根据本发明第四示例性实施例的光源单元的构造的截面图。图10示意性示出根据本发明第五示例性实施例的光源单元的构造的截面图。图11示意性示出根据本发明第六示例性实施例的光源单元的构造的截面图。图12示意性示出根据本发明第七示例性实施例的光源单元的构造的截面图。图13示出开口中的透射率的入射角相关性的一个实例的曲线图。图14示出开口中的透射率的入射角相关性的另一实例的曲线图。图15示出反射镜单元中的透射率的入射角相关性的一个实例的曲线图。图16示出反射镜单元中的透射率的波长相关性的一个实例的曲线图。图17示出开口中的透射率的波长相关性的一个实例的曲线图。图18示出开口中的透射率的入射角相关性的一个实例的曲线图。
图19示出开口中的透射率的入射角相关性的另一实例的曲线图。图20示出反射镜单元中的透射率的入射角相关性的一个实例的曲线图。图21示出开口阵列层的一个构造实例的图表。图22示出反射镜单元中的透射率的波长相关性的另一实例的曲线图。图23示出开口中的透射率的波长相关性的另一实例的曲线图。图24示出开口中的透射率的入射角相关性的另一实例的曲线图。图25示出开口中的透射率的入射角相关性的另一实例的曲线图。 图26示出反射镜单元中的透射率的入射角相关性的另一实例的曲线图。图27示出反射镜单元中的透射率的波长相关性的另一实例的曲线图。图28示出开口中的透射率的波长相关性的另一实例的曲线图。图29示出光源单元的一个实例的侧视截面图。图30示出光源单元I发射的光的输出角度和输出强度之间关系的曲线图。图31示出不具有间隙的光源单元中的开口阵列层中形成的周期的开口的一个设定实例的说明性示意图。图32示出开口的节距和角宽度之间关系的曲线图。图33示出具有间隙的光源单元中的开口阵列层中形成的周期的开口的一个设定实例的说明性示意图。图34示出开口的节距和角宽度之间关系的曲线图。
具体实施例方式以下将参考
本发明的示例性实施例。在以下说明中，具有类似功能的部件由类似的附图标记表示。可以省略其说明。图I是示出根据本发明第一示例性实施例的图像显示装置的构造的框图。在图I中，作为投影仪的图像显示装置包括光源单元I和投影单元2。光源单元I发射光。投影单元2是显示单元，其通过根据视频信号调制从光源单元I发射的光以将该光投影在屏幕100上而根据视频信号在屏幕100上显示图像。更具体地，投影单元2包括空间光调制单元3以及投影光学系统4。空间光调制单元3是诸如液晶LV的能够根据视频信号调制并输出来自光源单元I的光的空间光调制元件。投影光学系统4是诸如透镜的光学系统，其根据视频信号将来自空间光调制单元3的光投影至屏幕100以在屏幕100上显示视频。图2是示意性示出根据本示例性实施例的光源单元I的构造的截面图。在光源单元I中，各个实际的层都非常薄，并且这些层之间的厚度差异非常大。因此难于以精确的尺寸和比例绘制这些层。因此，在没有以实际比例绘制的情况下示意性示出这些层。在图2中，光源单元I安装在底座层101上。光源单元I包括反射层11，发光单元12，开口阵列层13，角度转换单元14以及电极焊盘15和16。反射层11安装在底座层101上。发光单元12形成在反射层11的某一区域中，并且电极焊盘15形成在反射层11的另一区域中。开口阵列层13形成在发光单元12的某一区域中，并且电极焊盘16形成在发光单元12的另一区域中。角度转换单元14形成在开口阵列层13上。电极焊盘15和16电连接至外部电极(未示出)。发光单元12包括P型半导体层12A，有源层12B以及η型半导体层12C。有源层12Β位于P型半导体层12Α和η型半导体层12C之间。更具体地，P型半导体层12Α，有源层12Β以及η型半导体层12C依次堆叠在反射层11上。因此，开口阵列层13相对于有源层12Β位于与反射层11相反的一侧上。反射层11将从发光单兀12发射的光反射至发光单兀12 —侧。电流经由电极焊盘15和16从外部电源提供至发光单元12。发光单元12根据电流发射光。更具体地，电压经由电极焊盘15和16从外部电源施加在P型半导体层12Α和η型半导体层12C之间。当电流在其间流过时，在有源层12Β中产生光。换言之，有源层12Β用作产生光的发光层。
开口阵列层13包括反射从发光单元12发射的光的反射镜单元13Ε中的开口 13F。例如，如图3中所示，开口 13F在开口阵列层13的平面内布置成二维周期性正方形格子形。开口 13F可以布置成三角形格子形而非正方形格子形。与正方形格子形相比，即使开口 13F的面积彼此相等，三角形格子形布置也可以相对于开口阵列层13的面积放大开口 13F的面积(数值孔径)。开口 13F的形状可以是圆形或多边形而非图3中所示的矩形。开口 13F透射包括在来自发光单元12的光中的预定偏振方向的偏振光分量，并反射大致与预定偏振方向正交的偏振光分量。以下，将该预定偏振方向的偏振光分量称为第一方向的偏振波，而将大致与预定偏振方向正交的偏振光分量称为第二方向的偏振波。开口阵列层13包括基底和金属膜。更具体地，如图4中所示，希望开口阵列层13的反射镜单元13Ε中的金属层13G的厚度和材料类似于开口 13F中的金属层13G的厚度和材料，并且在开口 13F中，金属膜可以以一维周期性方式布置在平面内。可以使用金、银、铜或铝作为金属层13G的材料。开口阵列层可以包括电介质多层膜。更具体地，如图5和6中所示，希望开口阵列层13的反射镜单元13Α中的电介质多层膜的各层的材料和厚度类似于开口 13Β中的电介质多层膜的各层的材料和厚度，并且开口 13Β的各层在各层的平面内都具有一维周期性凹凸结构。在图6中，在开口阵列层13中，使用两种电介质材料，即折射率彼此不同的高折射率层13C以及低折射率层13D。但是，也可以使用三种或更多种类型的电介质材料。开口13Β的周期性结构的截面不限于图6中所示的锯齿形结构。在包括电介质多层膜的开口阵列层13中，与包括金属膜的开口阵列层13相比，入射在反射镜单元13Α或开口 13Β上的光的吸收率低。因此，反射镜单元13Α的反射率、开口 13Β的相对于第一方向的偏振波的透射率、以及开口 13Β的相对于第二方向的偏振波的反射率高，并且可以高效地将由发光单元12产生的光提取到外部。以下将说明电介质多层膜用作开口阵列层13的情况。角度转换单元14也称为方向转换单元。角度转换单元14转换透射通过开口 13Β的光(第一方向的偏振波)的输出角度(传播方向)，并提高透射光的方向性，从而将其输出。更具体地，角度转换单元14包括透镜阵列，其中并排地布置对应于各个开口 13Β的多个透镜。开口 13Β位于其对应的透镜的焦点位置。每个透镜都提高透射通过其对应的开口 13Β的光的方向性。对于透镜阵列来说,例如可以使用用于电荷I禹合器件((XD)图像传感器或互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器的若干微米周期的微透镜阵列。
当开口 13B的尺寸等于或小于特定水平时，来自开口 13B的透射光可以被认为是来自点光源的光。因此，通过使用透镜阵列，可以提高透射光的方向性。以下将说明光源单元I的操作。当电压经由电极焊盘15和16从外部电极施加到P型半导体层12A和η型半导体层12C之间，并且电流在其间流过时，在有源层12Β中产生光。有源层12Β中产生的光包括各个方向的分量。在有源层12Β中产生的光是非偏振光。有源层12Β中产生的光的一部分向开口阵列层13输出。入射到开口阵列层13的反射镜单兀13Α上的光被朝向反射层11反射。入射在开口阵列层13的开口 13Β上的第一方向的偏振波(例如，横向磁波(TM波))被透射，同时第二方向的偏振波(例如横向电波(TE波))被朝向反射层11反射。在这种情况下，形成在开口 13Β中作为偏振器的凹凸结构的凹槽方向(图5中所示的Y轴方向)是光轴，包括与光轴垂直的方向上(图5中所示的X轴方向)的偏振光分量的偏振波是TM波,而包括与光轴平行的方向上的偏振光分量的偏振波是 TE波。有源层12Β中产生的光的其他部分以及由开口阵列层13反射的光被反射层11反射并进入开口阵列层13。虽然光在反射层11和开口阵列层13之间反复反射，但是对于开口阵列层13的偏振方向和入射位置改变，并且光最终通过开口 13Β。透射穿过开口 13Β的光变成偏振光(第一方向的偏振波)。该透射光的方向性由角度转换单元14提高，从而出射。如上所述，根据本示例性实施例，有源层12Β产生光。反射层11反射来自有源层12Β的光。开口阵列层13相对于有源层12Β位于与反射层11相反的一侧上。开口阵列层13包括反射来自有源层12Β的光的反射镜单元13Α，以及透射包括在该光中的预定偏振方向的偏振光分量并反射与该预定偏振方向正交的偏振光分量的开口 13Β。角度转换单兀14转换透射通过开口 13Β的光的传播方向并将其输出。在这种情况下，预定偏振方向的偏振光分量从开口 13Β透射，并且光在其传播方向被转换之后输出。因此，因为仅输出来自开口 13Β的光，由此降低了开口阵列层13输出的光的集光率，因此可以通过角度转换单元14提高光的方向性。因为从开口 13Β仅输出预定偏振方向的光，因此光源单元I可以发射偏振光。因此，可以输出具有高方向性的偏振光。此外，开口用于降低光的集光率的功能以及偏振器发射偏振光的功能可以由一个元件(开口 13Β)实现。因此可以降低光源单元I的尺寸和成本。以下将说明第二示例性实施例。图7是示意性示出根据本发明第二示例性实施例的光源单元的构造的截面图。图7中所示的光源单元与图2中所示的光源单元的不同之处在于包括角度转换单元24代替角度转换单元14。角度转换单元24也称为方向转换单元。如角度转换单元14的情况，角度转换单元24转换透射通过开口 13Β的光的输出角度(传播方向)，并提高透射光的方向性，从而将其输出。与角度转换单元14不同，角度转换单元24包括锥形圆柱体阵列，其中并排布置对应于各个开口 13B的多个锥形圆柱体。开口 13B位于通过其相应的锥形圆柱体的中心的直线上。每个锥形圆柱体提高透射通过其相应开口 13B的光的方向性。锥形圆柱体在其侧面包括锥形，该锥形圆柱体的上表面和下表面的圆形具有不同尺寸。本示例性实施例提供与第一示例性实施例的效果相同的效果。角度转换单元24比包括透镜的角度转换单元14更容易形成。这就提供了更容易形成光源单元的效果。以下将说明第三示例性实施例图8是示意性示出根据本发明第三示例性实施例的光源单元的构造的截面图。图8中所示的光源单元与图2中所示的光源单元的不同之处在于在发光元件12和开口阵列层13之间形成间隙31。即使在形成间隙31时，开口阵列层13以及角度转换单元14也与在第一示例性实施例的情况下的作用相同。因此，图8中所示的光源单元包括如在第一示例性实施例的情·况下的功能。本示例性实施例提供与第一示例性实施例相同的效果。开口阵列层13和角度转换单元14无需与其他层一体形成。因此，可以更容易形成光源单元I。以下将说明第四示例性实施例。图9是示意性示出根据本发明第四示例性实施例的光源单元的构造的截面图。图9中所示的光源单元与图2中所示的光源单元的不同之处在于在反射层11的表面内形成用于转换光的反射方向的角度转换结构41。角度转换结构41例如形成为包括反射镜表面的一维微凹凸结构、二维凹凸结构或粗糙表面结构，该角度转换结构41通过扩散反射来自有源层12B —侧的光而转换光的反射方向。本示例性实施例提供与第一示例性实施例的效果相同的效果。例如，该示例性实施例使得能够降低在有源层12B中在反射镜单元13A正下方的位置中产生的并大致垂直进入反射层11的光在反射层11和开口阵列层13之间的反射次数。因此，可以降低由反射造成的光的衰减。以下将说明第五示例性实施例。图10是示意性示出根据本发明第五示例性实施例的光源单元的构造的截面图。图10中所示的光源单元与图2中所示的光源单元的不同之处在于在η型半导体层12C的表面中形成用于转换透射光的传播方向的角度转换结构42。例如由具有与η型半导体层12C的折射率不同的折射率的透明材料制成的角度转换结构42在η型半导体层12C的面内方向上形成为一维或二维凹凸结构或粗糙表面结构。因为角度转换结构42和η型半导体层12C之间存在折射率差异，因此透射通过角度转换结构42的光被散射、折射或衍射，从而转换光的传播方向。本示例性实施例提供与第一示例性实施例的效果相同的效果。例如，本示例性实施例使得能够降低在有源层12Β中的反射镜单元13Α正下方的位置中产生的并大致垂直进入反射层11的光在反射层11和开口阵列层13之间的反射次数。因此，可以降低由反射造成的光的衰减。以下将说明第六示例性实施例。图11是示意性示出根据本发明第六示例性实施例的光源单元的构造的截面图。图11中所示的光源单元与图2中所示的光源单元的不同之处在于在发光单元12和开口阵列层13之间进一步包括偏振转换层51。偏振转换层51是透射光并改变透射光的偏振状态的元件。例如，使用1/4波长板或去偏振板，并且偏振转换层51由具有双折射的透明材料制成。1/4波长板用于偏振转换层51，在从有源层12B输出并透射通过偏振转换层51以进入开口 13B的光中，第一方向的偏振波透射通过开口 13B，而第二方向的偏振波被开口13B反射。由开口 13B反射的第二方向的偏振波透射通过偏振转换层51从而转换为圆偏振光，并且由反射层11反射并再次透射通过偏振转换层51从而转换为第一方向的偏振波。在第一转换偏振波中，进入开口 13B的光透射通过开口 13B。因此，通过使用1/4波长板用于偏振转换层51,可以降低直至从有源层12B输出的光从光源单兀I中输出为止,光在光源单元I中反射的次数。因此，可以降低由反射造成的光的衰减。
当去偏振板用于偏振转换层51时，透射通过偏振转换层51的光变成非偏振光。在从有源层12B输出的并透射通过偏振转换层51以进入开口 13B的光中，第一方向的偏振波透射通过开口 13B，而第二方向的偏振波被开口 13B反射。由开口 13B反射的第二方向的偏振波透射通过偏振转换层51从而转换为非偏振光、由反射层11反射并再次透射通过偏振转换层51从而进入开口阵列层13。在进入开口阵列层13的开口 13B的光中，第一方向的偏振波透射通过开口 13B,而第二方向的偏振波被开口 13B反射。因此,通过使用去偏振板用于偏振转换层51，与不使用偏振转换层51的情况相比，可以更多地降低直至从有源层12B输出的光从光源单元I中输出为止，光在光源单元I中反射的次数。因此，可以降低由反射造成的光的衰减。以下将说明第七示例性实施例。图12是示意性示出根据本发明第七示例性实施例的光源单元的构造的截面图。图12中所示的光源单元与图2中所示的光源单元的不同之处在于在有源层12B和开口阵列层13之间包括磷光体61。磷光体61用作吸收从有源层12B输出的光以产生荧光并且产生光的发光层。开口阵列层13的反射镜单元13A反射由磷光体61产生的荧光。开口阵列层13的开口 13B透射在由磷光体产生的荧光中包括的预定偏振方向的偏振光分量，并且反射大致与预定偏振方向正交的偏振光分量。本示例性实施例除提供与第一示例性实施例的效果相同的效果之外还提供一种效果，即发射所需颜色的光的能力。以下将说明开口阵列层13的构造实例。以下，作为开口阵列层13的构造实例，将说明通过将由铝制成的金属层13G堆叠在由玻璃制成的基底层13H上而形成开口阵列层13的情况。金属层13G的厚度是110纳米，并且开口 13F的金属层13G的周期和占空比分别是140纳米和O. 3。图13示出对于在与开口 13F的光轴(图3中的Y轴方向)垂直的平面内(图3中的XZ平面内)旋转的入射光(相对于TE波变成S偏振光以及相对于TM波变成P偏振光的光)的透射率的入射角相关性。图14示出对于在平行于与开口 13F以及开口阵列层13的光轴垂直的直线(图3中的Z轴)的平面内(图3中的YZ平面)旋转的入射光(相对于TE波变成P偏振光以及相对于TM波变成S偏振光的光)的透射率的入射角相关性。在图13和14中，入射光的波长是460纳米。在图13和14中，相对于TE波的透射率由实线指示，而相对于TM波的透射率由虚线指示。如图13和14中所示，开口 13B用作用于在0°至约60°的入射角范围内进入的入射光的偏振器。图15示出在开口阵列层13的反射镜单元13A中的透射率的入射角相关性。在图15中，入射光的波长是460纳米。反射镜单元13A不具有光轴，因此在TE波和TM波之间没有区别。在图15中，相对于P偏振光的透射率由实线指示，而相对于S偏振光的透射率由虚线指示。相对于两种偏振光的透射率都为零，并且因此两者都处于轴线上。如图15中所示，反射镜单元13E与入射角无关地用作用于入射光的反射元件。在使用铝用于金属层13G的开口阵列13中，在可见光的波长范围内，反射镜单元13E和开口 13F的透射率的入射角相关性几乎不改变。 以下，作为开口阵列层13的构造实例，将说明通过交替堆叠十个周期(20层)的由Nb2O5制成的高折射率层和由SiO2制成的低折射率层而形成开口阵列层13的情况。高折射率层的厚度是100纳米，而低折射率层的厚度是136纳米。首先将说明开口阵列层13中的透射率的波长相关性。图16示出在如上所述构造开口阵列层13时，在反射镜单元13A中对于垂直进入反射镜单元13A的入射光的透射率的波长相关性。图17示出在如上所述构造开口阵列层13时，在开口 13B中对于垂直进入开口 13B的入射光的透射率的波长相关性。在图17中，相对于TE波的透射率由实线指示，而相对于TM波的透射率由虚线指示。在图16中，反射镜单元13A不具有光轴，并且因此TE波和TM波之间没有区别。如图16中所示，反射镜单元13A在入射光的波长等于或大于440纳米时用作反射光的反射元件。如图17中所示，开口 13B在入射光的波长从约440至470纳米时用作偏振器。换言之，开口 13B反射TE波的光，并透射TM波的光。以下将说明开口阵列层13中的透射率的入射角相关性。图18示出对于在与开口 13B的光轴(图5中的Y轴方向)垂直的平面内(图5中的XZ平面内)旋转的入射光(相对于TE波变成S偏振波以及相对于TM波变成P偏振波的光)的透射率的入射角相关性。图19示出在平行于与开口 13B和开口阵列层13的光轴垂直的直线(图5中的Z轴)的平面内(图5中的YZ平面内)旋转的入射光(相对于TE波变成P偏振光以及相对于TM波变成S偏振光的光)的透射率的入射角相关性。在图18和19中，入射光的波长是460纳米。在图18和19中，相对于TE波的透射率由实线指示，而相对于TM波的透射率由虚线指示。如图18和19中所示，开口 13B用作用于在0°至15°的入射角范围内进入的入射光的偏振器。图20示出在开口阵列层13的反射镜单元13A中的透射率的入射角相关性。在图20中，入射光的波长是460纳米。反射镜单元13A不具有光轴，并且因此TE波和TM波之间没有区别。在图20中，相对于P偏振光的透射率由实线指示，而相对于S偏振光的透射率由虚线指示。如图20中所示，反射镜单元13A用作用于在0°至45°的入射角范围内进入的入射光的反射元件。
反射镜13A和开口 13B的透射率的入射角相关性和波长相关性根据开口阵列层13的构造改变。因此，通过适当调整开口阵列层13的构造，与上述构造实例相比，可以在反射镜单元13A用作反射元件以及开口 13B用作偏振器的情况下使入射光的波长和入射角的范围更宽。图21示出开口阵列层13的另一实例。在图21中所示的开口阵列层13的情况下，图22至26中不出反射镜单兀13A和开口 13B的透射率的入射角相关性和波长相关性。具体地，图22示出在反射镜单元13A中对于垂直进入反射镜单元13A的入射光的透射率的波长相关性。图23不出在开口 13B中对于垂直进入开口 13的入射光的透射率的波长相关性。图24示出对于在与开口 13B的光轴垂直的平面内旋转的入射光的透射率的入射角相关性。图25示出对于在平行于与开口 13B以及开口阵列层13的光轴垂直的直线的平面内旋转的入射光的透射率的入射角相关性。图26示出在反射镜单元13A中对于入射光的透射率的入射角相关性。在图24至26中，入射光的波长是460纳米。在图23至25 中，相对于TE波的透射率由实线指示，而相对于TM波的透射率由虚线指示。此外，在图26中，相对于P偏振光的透射率由实线指示，而相对于S偏振光的透射率由虚线指示。相对于S偏振光的透射率是零，并且因此S偏振光处于轴线上。如图22和23中所示，对于垂直进入开口阵列层13的入射光，当入射光的波长是370至480纳米时，反射镜单元13A用作反射元件，而开口 13B用作偏振器。如图24至26中所示，反射镜单元13A用作用于在0°至65°的入射角范围内的入射光的反射元件，而开口 13B用作用于在0°至30°的入射角范围内的入射光的偏振器。因此，在如图21所示构造的开口阵列层13中，在反射镜单元13A用作反射元件且开口 13B用作偏振器的情况下，入射光的波长和入射角的范围更宽。通过适当调整开口阵列层13的构造，可以调整透射通过开口阵列层13的光的波长。例如，当通过交替堆叠八个周期(16层)的由Nb2O5制成的高折射率层和由SiO2制成的低折射率层而形成开口阵列层13时，每个高折射率层的厚度为136纳米，而每个低折射率层的厚度为136纳米，在反射镜单元13A中对于垂直进入反射镜单元13A的入射光的透射率的波长相关性如图27中所示，并且在开口 13B中对于垂直进入开口 13B的入射光的透射率的波长相关性如图28中所示。如图27和28中所示，当入射光的波长是510至540纳米时，反射镜单元13A用作反射元件，而开口 13B用作偏振器。以下将说明光源单元的方向性的实例。图29是示出光源单元的该实例的侧视截面图。在图29中，光源单元包括图7中所示的角度转换单元24。在图29中，开口 13B以周期性方式并排布置，并且相邻开口 13B之间的中心间距是O. 8微米。在角度转换单元24中，锥形圆柱体阵列形成在覆盖开口阵列层13的、具有均匀厚度(O. 18微米)的层上。锥形圆柱体阵列的每个锥形圆柱体通过将中心与其相应的开口匹配而形成。每个锥形圆柱体的锥角都是45°，并且每个锥形圆柱体的上表面圆的直径都是O. 25微米。开口 13B具有宽度W。提取效率随开口 13B的宽度W的增大而升高，该提取效率是从开口 13输出的光量与从发光单元12产生的光量的比值。这是因为随着开口 13B的宽度的增大，可以进一步降低光在反射层11和开口阵列层13上反射的次数。另一方面，随着开口 13B的宽度W变小，可以在角度转换单元24中提高从光源单元I发射的光的方向性。换言之，在提取效率和方向性之间存在平衡关系。在图29中所示的光源单元中，当开口 13B的宽度W被设定为约O. 2微米时，从光源单元I发射的光的输出角度和输出强度之间的关系如图30中所示。图30还示出当不存在开口阵列层13和角度转换层14时，输出角度和输出强度之间的关系。图30中所示的纵轴以趋于0°的输出强度而标准化。开口阵列层13具有与上述相同的构造，并且从发光单元12产生的光的波长是445纳米。当不存在开口阵列层13和角度转换层14时，发光强度分布是朗伯分布。从图30中可以理解，当存在开口阵列层13时，输出光集中在±30°范围内，并且输出光的方向性高于不存在开口阵列层13和角度转换层14时的情况。以下将说明形成在开口阵列层13中的开口 13B的周期和尺寸的设定实例。希望有源层12B产生的光在不被反射层11反射的情况下直接进入开口 13B。但是·实际上，存在被反射的光。当光被反射的次数增加时，光被反射层11吸收，从而被衰减，因此降低了光源单元I的发射效率。以下将说明在光被反射层11反射一次而进入开口 13B时适用的开口阵列层13的构造实例。图31是示出在开口阵列层13中形成的开口 13B的周期的设定实例的说明性示意图，其在光被反射层11反射一次而进入开口 13B时适用。图31示出在发光单元12和开口阵列层13之间没有间隙的光源单元。从有源层12B的中心至开口阵列层13的距离是LI，从反射层11的表面至开口阵列层13的距离是L2，开口 13B的周期是P (节距)，并且开口 13B的尺寸是W。在有源层12的平面内的发光点的位置是反射镜单元13的形成部分的中心A，在该处最难以使光仅被反射一次而出射。如图31中所不,在从发光点产生且被反射一次而出射的光中，被反射一次而出射的光量随在以最短距离输出的光和以最长距离输出的光之间形成的角度的宽度δ θ变大而变大。每个输出光的交点位于距离反射镜单元13Α的中心A 2XL2+L1的距离处。图32示出当设定Ll=2. 3μπι且L2=2. 4μπι且将开口 13Β的宽度W与周期P的比W/P设定为O. 25时，开口 13Β的节距P和角度宽度δ Θ的关系。从图32中可以理解节距P需要被设定为约14微米以实现最大角度宽度δ Θ (约14.5° )。图33是示出形成在开口阵列层13中的开口 13Β的周期的设定实例的说明性示意图，其在光被反射层11反射一次而进入开口 13Β时适用。图33示出在发光单元12和开口阵列层13之间具有间隙31的光源单元。在图33中，如在图31中所示的情况，从有源层12Β的中心至开口阵列层13的距离是LI，从反射层11的表面至开口阵列层13的距离是L2，开口 13Β的周期是P (节距)，并且开口 13Β的尺寸是W。在有源层12的平面内的发光点的位置是反射镜单元13的形成部分的中心Α,在该处最难以使光仅被反射一次而出射。如图33中所不,在从发光点产生并被反射一次而出射的光中，被反射一次而出射的光量随在以最短距离输出的光和以最长距离输出的光之间形成的角度的宽度δ θ变大而变大。每个输出光的交点位于距离反射镜单元13Α的中心A 2XL2+L1的距离处。
图34示出当设定Ll=99. 9 μ m且L2=100 μ m且将开口 13B的宽度W与周期P的比W/P设定为O. 25时，开口 13B的节距P和角度宽度δ Θ的关系。从图34中可以理解节距P需要被设定为约600微米以实现最大角度宽度δ Θ (约14.5° )。已经参考示例性实施例说明了本发明。但是，本发明不限于上述示例性实施例。本领域技术人员可以对本发明的构造和细节做出各种可理解的改变。图像显示装置可以是包括屏幕100并从屏幕100背面侧投影光的背投影仪，或除 投影仪之外的图像显示装置。本申请要求2010年5月21日提交的日本专利申请No. 2010-117241的优先权，在此并入其全部内容作为参考。
权利要求
1.一种光源单兀，包括 发光层，所述发光层用于产生光； 反射层，所述反射层用于反射从所述发光层所产生的光； 开口阵列层，所述开口阵列层相对于所述发光层而形成在与所述反射层相反的一侧上，并且所述开口阵列层包括反射镜单元和多个开口，所述反射镜单元被构造为用于反射从所述发光层所产生的光，所述多个开口被构造为对所述发光层所产生的光中包含的预定偏振方向的偏振光分量进行透射以及对与所述预定偏振方向正交的偏振光分量进行反射；以及 方向转换单元，所述方向转换单元用于转换通过所述开口所透射的光的传播方向。
2.根据权利要求I所述的光源单元，其中 所述方向转换单元是透镜阵列，所述透镜阵列包括与所述多个开口对应的多个透镜；并且 所述多个开口中的每一个开口设置在对应的透镜的焦点位置。
3.根据权利要求I所述的光源单元，其中 所述方向转换单元是锥形圆柱体阵列，所述锥形圆柱体阵列包括与所述多个开口对应的多个锥形圆柱体；并且 所述多个开口中的每一个开口设置在穿过对应的锥形圆柱体的中心的直线上。
4.根据权利要求I至3中的任何一项所述的光源单元，其中 所述开口阵列层包括基底层和金属层；并且 在所述反射镜单元中的所述基底层和所述金属层的材料和厚度类似于在所述开口中的所述基底层和所述金属层的材料和厚度。
5.根据权利要求4所述的光源单元，其中 在所述开口中的所述金属层中，在所述金属层的平面内在一维方向上周期性地布置有金属膜。
6.根据权利要求I至3中的任何一项所述的光源单元，其中 所述开口阵列层包括电介质多层膜；并且 在所述反射镜单元中的所述电介质多层膜的每个层的材料和厚度类似于在所述开口中的所述电介质多层膜的每个层的材料和厚度。
7.根据权利要求6所述的光源单元，其中 在所述开口中的所述电介质多层膜的每个层在该层的平面内具有一维周期性凹凸结构。
8.根据权利要求I至7中的任何一项所述的光源单元，进一步包括 形成在所述开口阵列层和所述发光层之间的间隙。
9.根据权利要求I至8中的任何一项所述的光源单元，进一步包括 形成在所述开口阵列层和所述反射层之间以改变光的传播方向的角度转换结构。
10.根据权利要求I至9中的任何一项所述的光源单元，进一步包括 形成在所述开口阵列层和所述反射层之间以对光进行透射并且改变所透射的光的偏振状态的偏振转换层。
11.根据权利要求10所述的光源单元，其中所述偏振转换层是波长板。
12.根据权利要求10所述的光源单元，其中 所述偏振转换层是去偏振板。
13.根据权利要求I至12中的任何一项所述的光源单元，其中 所述发光层是磷光体。
14.一种图像显示装置，包括 根据权利要求I至13中的任何一项所述的光源单元；以及 显示单元，所述显示单元用于根据视频信号来调制从所述光源单元发射的光并根据所述视频信号来显示图像。
全文摘要
公开了一种光源单元，其能够解决不能发射具有高方向性的偏振光的问题。有源层(12B)能够产生光。反射层(11)能够反射从有源层(12B)发射的光。开口阵列层(13)布置在相对于有源层(12B)的与反射层(11)相反的一侧上。开口阵列层(13)具有能够反射从有源层(12B)发射的光的反射镜单元(13A)，以及能够透射包括在光中的预定偏振方向的偏振光分量并反射与预定光方向正交的偏振光分量的开口(13B)。角度转换单元(14)能够转换透射通过开口(13B)的光的传播方向。
文档编号H01L33/58GK102971876SQ20118002530
公开日2013年3月13日 申请日期2011年5月12日 优先权日2010年5月21日
发明者富山瑞穗, 片山龙一 申请人:日本电气株式会社