[发明专利]发光元件、光源装置和投影显示装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种使用等离子体激元耦合(plasmon coupling)来输出光的发光元件、一种光源装置和一种投影显示装置。

背景技术

已经提出了一种使用LED(发光二极管)作为光源的发光元件的LED投影仪。这种类型的LED投影仪包括来自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板或者DMD(数字微镜装置)的灯泡，和用于向投影面投影来自灯泡的光的投影光学系统。

在LED投影仪中，为了增加投影图像的亮度，必须尽可能防止在从LED到灯泡的光路上的光损失。

如在非专利文献1中描述地，存在基于由光源的面积和辐射角的乘积确定的光学扩展量(etendue)的限制。换言之，除非光源的发光面积和辐射角的乘积的数值被设定为等于或者小于灯泡的入射面面积和由照明光学系统的F数确定的捕捉角度(立体角)的乘积的数值，否则来自光源的光不被用作投影光。

因此，通过降低从LED输出的光的光学扩展量而减少光损失是需要关注的问题。

在LED投影仪的光源中，要求光源出射大约几千流明的光通量。为了实现这点，具有高亮度和高方向性的LED是必不可少的。

作为具有高亮度和高方向性的这种发光元件的一个示例，如在图1中所示，专利文献1公开了一种通过在蓝宝石基板101上顺序地堆叠n型GaN层102、InGaN活性层103、p型GaN层104、ITO透明电极层105和二维周期结构层109构造的半导体发光元件。其一部分被切除以形成凹槽108的这个发光元件包括被置放在凹槽108中的n型GaN层102的一部分中的n侧键合电极(bonding electrode)106，和被置放在ITO透明电极层105中的p侧键合电极107。在这个发光元件中，利用二维周期结构层109增加了来自InGaN活性层103的光的方向性。然后，光被从发光元件输出。

作为具有高亮度和高方向性的发光元件的另一个示例，如在图2中所示，专利文献2公开了通过在基板111上堆叠阳极层112、空穴输送层113、发光层114、电子输送层115和具有微周期浮凸结构光栅116a的阴极层116构造的有机EL元件110。由于通过在阴极层116的微周期浮凸结构光栅116a和外侧之间的界面传播的表面等离子体激元(surface plasmon)的效应，这个发光元件具有使得能够将从发光元件输出的光的辐射角设置为小于±15°的高方向性。

引用列表

专利文献

专利文献1：JP2005-005679A

专利文献2：JP2006-313667A

非专利文献

非专利文献1：PhlatLight TM Photonic Lattice LEDs for RPTV Light Engines Christian Hoepfner，SID Symposium Digest 37，1808(2006)

发明内容

如上所述，在LED投影仪中，以固定角度(例如，±15°的辐射角)从发光元件输出的光被损失掉而未进入照明光学系统或者灯泡。在于专利文献1中描述的构造中，当前提供了辐射大约几千流明的光通量的LED，从而实现高亮度。然而，输出光的辐射角不能被设定为小于±15°。换言之，在专利文献1中描述的发光元件具有输出光的低方向性的问题。

在另一方面，在于专利文献2中描述的构造中，表面等离子体激元的使用使得能够将输出光的辐射角设置为小于±15°。然而，当前，不存在辐射大约几千流明的光通量的有机EL元件，并且因此即便在专利文献2中描述的发光元件被应用于LED投影仪，也不能获取足够的亮度。

换言之，在专利文献1和2中公开的构造不能实现具有对于LED投影仪而言必要的亮度和方向性这两者的发光元件。

本发明的一个目的在于提供一种能够解决相关技术的上述问题的发光元件，以及包括该发光元件的一种光源装置和一种投影显示装置。

解决问题的方案