JP2002006393A - 投影型カラー表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 小型、高精彩、低消費電力の投影型カラー表
示装置を提供する。 【解決手段】 透明非磁性単結晶基板１０上に透明磁性
材料１１を積層させて空間光変調素子７を形成する。こ
れにより、応答速度の速い透明磁性材料１１を空間光変
調素子７に用いる簡単な構成によって、磁気光学効果を
増大させることができ、磁性体の厚みを厚くする必要が
なくなるので、小型、高精彩、低消費電力の投影型カラ
ー表示装置を提供することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、画像をスクリーン
上へ投影することにより画像を表示させる投影型カラー
表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、より希求力あるプレゼンテーショ
ン等を行うことができるツールとして、投射又はリア型
プロジェクタ等のように、表示画像のスクリーン上への
投影により画像を表示させる投影型カラー表示装置が普
及しつつある。このようなプロジェクタは、概略的に
は、例えばパソコンから出力された画像信号に基づき表
示用の画像を形成する空間光変調素子を備え、空間光変
調素子の透過光又は反射光を投射レンズ系によってスク
リーン上に拡大投射させるようにしたものである。

【０００３】このようなプロジェクタで用いられる代表
的な空間光変調素子としては、液晶を用いて二次元状に
画素を配列したＬＣＤ（Liquid Crystal Display：液晶
ディスプレイ）がある。液晶を用いたＬＣＤ技術は歴史
も古く、広く一般的に知られた技術である。簡単に説明
すれば、ガラス基板で挟んだ液晶に電圧を印加して液晶
分子の配列を変化させることにより、光（直線偏光）透
過率を変えて画像（コントラスト）を得るものである。
そして、３原色（ＲＧＢ）で構成されたカラーフィルタ
ーを設けることにより、カラー画像の形成を可能にして
いる。また、光源には、強力白色光（メタルハライド、
水銀ランプなど）が用いられている。

【０００４】しかしながら、ＬＣＤのような液晶を用い
た空間光変調素子においては、前述したように液晶分子
の配列を電圧印加によって変化させるために応答速度は
１０ｍｓｅｃ程度であることから、応答速度が遅いとい
う問題がある。つまり、このように応答速度が遅いこと
から、液晶を用いた空間光変調素子では、３原色ＬＥＤ
（Light Emitting Diode：発光ダイオード）を高速で切
り替えてカラー画像を得ることができないため、カラー
フィルターを用いることによりカラー画像の形成を可能
にしている。なお、強誘電性液晶を用いることにより高
速応答性を有するようにしたものもあるが、実用化され
るまでには至ってない。

【０００５】加えて、液晶を用いた空間光変調素子にお
いては、高速度に各画素を駆動するために各画素にＴＦ
Ｔ（Thin Film Transistor：薄膜トランジスタ）が形成
されていて、電圧に応じて液晶分子の傾きを制御するよ
うにしている。ところが、このように各画素にＴＦＴを
形成した場合には、開口率が低下し、画像が暗くなって
しまうという問題もある。

【０００６】さらに、液晶を用いた空間光変調素子にお
いては、前述したようにカラーフィルターを用いること
によりカラー画像の形成を可能にしていることから、カ
ラーフィルターによって光の透過率が低下してしまうの
で、その透過率の低下を補うために白色光源には大電力
が必要となることが多い。さらにまた、液晶材料が光を
吸収することで熱を持つことにより、機能低下を生ずる
という問題もある。

【０００７】そこで、種々の問題を解決すべく、液晶を
用いた空間光変調素子であるＬＣＤのほか、磁気光学効
果を用いた空間光変調素子も古くから研究されている。
このような磁気光学効果を用いた空間光変調素子は、例
えば、「OPTICAL ENGINEERING(1983) Vol.22 No.4 P4
85（Litton Data Systems社）William E. Rose，Rober
t H. Anderson」において発表されている。このような
磁気光学効果を用いた空間光変調素子は、ＳとＮの磁界
変化に対して数ｎｍで電子スピンが対応できることか
ら、液晶を用いた空間光変調素子の略１万倍の応答速度
を有している。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、磁気光学効
果を用いた空間光変調素子は、液晶を用いた空間光変調
素子と同様に旋光を用いるが、旋光角度が液晶に比較し
て小さく、光透過率も低くなっている。そのため、磁気
光学効果を用いた空間光変調素子においては、透過した
光の旋光角と透過した磁性体層の距離（厚み）とは比例
することから、旋光角を大きくするために磁性体の厚み
を厚くするようにしている。

【０００９】ところが、磁性体の厚みを厚くすればより
大きな磁界を発生させるために比較的大きな電流値を必
要とすることになるが、熱発生量が多い場合には発生し
た熱で素子が割れてしまう等の問題がある。

【００１０】さらに、磁性体の厚みを厚くすることによ
り光透過率が低下するため、大きな光源も必要になる。
つまり、従来の投影型カラー表示装置のように複数の人
間が見やすいように大型・大画面である場合にはあまり
問題はないが、装置の小型化を図ろうとした場合には、
この光源の大きさがネックになる。

【００１１】本発明の目的は、小型、高精彩、低消費電
力の投影型カラー表示装置を提供することである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
光源と、投影レンズと、前記光源と前記投影レンズとの
光路上に備えられて画像信号に応じた空間変調が施され
る複数画素をマトリックス状に配列させてなる空間光変
調素子とを有し、画像を拡大してスクリーンに投影する
投影型カラー表示装置において、前記空間光変調素子
は、透明非磁性単結晶基板上に積層された透明磁性材料
を有している。

【００１３】したがって、応答速度の速い透明磁性材料
を空間光変調素子に用いる簡単な構成によって、磁気光
学効果を増大させることが可能になることにより、磁性
体の厚みを厚くする必要がなくなるので、小型、高精
彩、低消費電力の投影型カラー表示装置を提供すること
が可能になる。

【００１４】請求項２記載の発明は、請求項１記載の投
影型カラー表示装置において、前記透明非磁性単結晶基
板は、非磁性ガーネットであり、前記透明磁性材料は、 Ｒ_3-xＡ_xＦｅ_5-yＢ_yＯ₁₂ （０．２＜ｘ＜３，０≦ｙ
＜５） （“Ａ”は、ＢｉまたはＣｅ）で表されるイットリウム
および希土類鉄ガーネット単結晶である。

【００１５】したがって、空間光変調素子は、光透過率
が高く、ファラデー回転角が大きく、可視域波長依存性
が少なく、しかも低強度の磁界で変調可能な特性を有す
ることになるので、小型、高精彩、低消費電力の投影型
カラー表示装置を確実に提供することが可能になる。

【００１６】請求項３記載の発明は、請求項１または２
記載の投影型カラー表示装置において、前記光源は、異
なる３原色をそれぞれ発光する三つの半導体発光素子で
構成されており、前記各半導体発光素子は発光色毎に順
次発光する。

【００１７】したがって、大きな光源が不要になるとと
もに、その光源を駆動するための大電力を発生する電源
も不要になるので、装置の小型化を図ることが可能にな
るとともに、カラーフィルターが不要になるので、光の
透過率も向上する。

【００１８】請求項４記載の発明は、請求項１ないし３
のいずれか一記載の投影型カラー表示装置において、前
記空間光変調素子が有する前記複数画素は、前記透明磁
性材料をメサエッチングすることにより形成される。

【００１９】したがって、各画素を高速で駆動すること
が可能になることにより、３原色をそれぞれ発光する三
つの半導体発光素子の変調を高速で行うことが可能にな
るので、動画等にも十分に対応可能な投影型カラー表示
装置を提供することが可能になる。

【００２０】請求項５記載の発明は、請求項４記載の投
影型カラー表示装置において、前記空間光変調素子の前
記複数画素には、各画素をそれぞれ磁化させて変調する
ための単純マトリックス電気配線が設けられる。

【００２１】したがって、開口率を大きくすることが可
能になり、明るく、コントラストが高い投影型カラー表
示装置を提供することが可能になる。

【００２２】請求項６記載の発明は、請求項１または５
のいずれか一記載の投影型カラー表示装置において、前
記空間光変調素子は、前記透明非磁性単結晶基板と前記
透明磁性材料とを誘電体膜で挟み込んで形成される。

【００２３】したがって、誘電体膜は光を閉じ込める効
果を有することから、ファラデー回転角を増大させて磁
気光学効果をさらに増大させることが可能になることに
より、透明磁性材料を薄くすることが可能になるので、
透明磁性材料の磁化のための電流を低下させることが可
能になる。

【００２４】請求項７記載の発明は、請求項１または６
のいずれか一記載の投影型カラー表示装置において、前
記スクリーンはレンチキュラーレンズとフレネルレンズ
とから構成されており、前記空間光変調素子は前記スク
リーンの後面に設けられる。

【００２５】したがって、光をスクリーンの後方から投
影することで外光の影響を受けにくくすることが可能に
なるとともに、前面からの投影のように映像が光源に遮
られることもなくなる。

【００２６】請求項８記載の発明は、請求項１または７
のいずれか一記載の投影型カラー表示装置において、前
記スクリーンは、前記光源を設けた本体部に対し、その
下端を軸として開閉自在な構造であって、倒立可能であ
る。

【００２７】したがって、非常に小型であって、可搬性
の良い投影型カラー表示装置を提供することが可能にな
る。

【００２８】請求項９記載の発明は、請求項１または８
のいずれか一記載の投影型カラー表示装置において、前
記単純マトリックス電気配線の電源は、ペーパー２次電
池である。

【００２９】したがって、非常に小型であって、可搬性
の良い投影型カラー表示装置を提供することが可能にな
る。

【００３０】請求項１０記載の発明は、請求項１または
９のいずれか一記載の投影型カラー表示装置において、
前記透明磁性材料の厚みは、０．５〜５．０μｍであ
る。

【００３１】したがって、十分な旋光角を得ることが可
能になるので、高い光透過率を得ることが可能になる。

【００３２】

【発明の実施の形態】本発明の実施の一形態を図１ない
し図６に基づいて説明する。本実施の形態は、投影型カ
ラー表示装置として非常にコンパクトな携帯型ミニプロ
ジェクタに適用したものである。

【００３３】図１は、携帯型ミニプロジェクタ１の構成
を概略的に示す外観斜視図である。図１に示すように、
携帯型ミニプロジェクタ１は、大きく分けると、本体部
２と、この本体部２に対して開閉自在に取り付けられた
スクリーン部３とで構成されている。つまり、スクリー
ン部３は、その下端を軸として、倒したり立てたりする
ことが可能な構造とされている。なお、スクリーン部３
の大きさは、高さ２００ｍｍ、幅３００ｍｍ程度の大き
さとされている。また、反射率向上や反射方向を集中さ
せるため、スクリーン部３の表面形状を最適に変形させ
ることが好ましい。したがって、この携帯型ミニプロジ
ェクタ１を搬送する際には折り畳んでコンパクトな状態
とし、画像を見る際にはスクリーン部３を立てて使用す
ることが可能になっている。

【００３４】本体部２には、スクリーン部３に対して画
像を投影するための光学系４が備えられている。ここ
で、図２は光学系４の構成を概略的に示す模式図であ
る。図２に示すように、光学系４は、概略的には、半導
体発光素子であるＬＥＤ（LightEmitting Diode：発光
ダイオード）で構成される光源５、レンズ系６、空間光
変調素子７および投影レンズであるレンズ系８を３原色
（ＲＧＢ）毎に設けている。図２においては、３原色
（ＲＧＢ）の中で１色分のみの光源５、レンズ系６、偏
光子１３に挟まれた空間光変調素子７およびレンズ系８
を記載している。そして、光源５である３原色（ＲＧ
Ｂ）分のＬＥＤから出射された光の光軸は、レンズ系８
によって一致させられる。なお、光源５である３原色
（ＲＧＢ）分のＬＥＤは、順次スイッチングによって切
り替えられる。１色の照射時間は、約１１ｍｓｅｃ（１
／（３０×３）ｓｅｃ）以下、好ましくは約５．６ｍｓ
ｅｃ（１／（６０×３）ｓｅｃ）である。

【００３５】加えて、本体部２には、電源部９が備えら
れている。この電源部９としては、ペーパー２次電池と
言われる厚みが１ｍｍ以下の２次電池が、携帯型ミニプ
ロジェクタ１の用途を考えると好ましい。例えば、ノー
トパソコンなどに搭載されているリチウム２次電池や、
フッ素系高分子樹脂を用いた「ポリマー電解質」をリチ
ウム系の酸化物とグラファイトで表面を覆った３層構造
の２次電池などが用いられる。消費電力は１時間当たり
１０００ｍＡ以上、電圧は３Ｖ以上が好ましい。

【００３６】次に、空間光変調素子７について詳細に説
明する。ここで、図３は偏光子１３に挟まれた空間光変
調素子７を示す断面図である。図３に示すように、空間
光変調素子７は、概略的には、透明基板１０上にメサエ
ッチングされた透明磁性体層１１を設け、それらの透明
基板１０と透明磁性体層１１との外側に誘電体多層膜１
２をそれぞれ設け、さらに、それらの誘電体多層膜１２
の外側に偏光子１３をそれぞれ設けた多層構造とされて
いる。以下において、各層の組成等について説明する。

【００３７】まず、透明非磁性単結晶基板である透明基
板１０について説明する。透明基板１０としては、非磁
性ガーネット単結晶が用いられる。このような非磁性ガ
ーネット単結晶としては、例えば、ＧＧＧ（Ｇｄ₂Ｇａ₅
Ｏ₁₂：ガドリニウム ガリウム ガーネット）やＬＬＣ等
が好ましい。

【００３８】次に、透明磁性材料である透明磁性体層１
１について説明する。透明磁性体層１１としては、透明
性の高さおよび旋光角の大きさの点から、 Ｒ_3-xＡ_xＦｅ_5-yＢ_yＯ₁₂（ただし、０．２＜ｘ＜３，０
≦ｙ＜５） で表されるイットリウムおよび希土類鉄ガーネット単結
晶が用いられる。ただし、“Ａ”は、ＢｉまたはＣｅで
ある。例えば、透明基板１０であるＧＧＧ基板上に希土
類鉄ガーネットを設ける場合には、一般的にＬＰＥ（液
相エピタキシャル法）と称される方法が用いられる。な
お、透明磁性体層１１の平均厚みは０．５〜５μｍとさ
れており、十分な旋光角を得ることができることによ
り、高い光透過率を得ることができる。なお、透明磁性
体層１１の厚みが０．５μｍより薄い場合には、十分な
ファラデー回転角が得られずに画像濃度が不足すること
になる。

【００３９】また、単結晶としたのは、わずかな磁界強
度で、単結晶膜全体を磁化することができるからであ
る。ガーネットは立方晶であって１．２ｎｍ程度の大き
な格子定数を有しており、この格子定数に合った透明基
板１０を用いることが必要になることから、この点から
も単結晶を用いることが好ましい。ガーネットを単結晶
として作製するには、エピタキシャル法が用いられる。

【００４０】ところで、磁性ガーネットは、組成によっ
て透過率、ファラデー回転角および回転角の波長依存性
が大きく異なる特性を有している。そのため、最大のコ
ントラストを得るには、いずれの組成においても、磁性
ガーネットの面に垂直に磁気異方性を与え、光とスピン
との相互作用を最大にすることが必要となっている。

【００４１】このような透明磁性体層１１は、透明基板
１０上に設けられた後、周知の手法によりメサエッチン
グされる。ここで、図４はメサエッチングされた透明磁
性体層１１を部分的に示す斜視図である。図４に示すよ
うに、メサエッチングされた透明磁性体層１１には、メ
サ溝１１ａが格子状に形成される。このようにメサ溝１
１ａが格子状に形成されることにより、メサ部１１ｂが
マトリックス状に形成される。このようにして形成され
たメサ部１１ｂは、それぞれの境界が明確になってい
る。また、これらの各メサ部１１ｂのサイズは任意に選
択されるが、一辺が１〜５０μｍ程度であるのが好まし
い。

【００４２】そして、各メサ部１１ｂには、図５に示す
ように、磁化をスイッチングするための単純マトリック
ス電気配線である電流用駆動線１４が配設される。この
電流用駆動線１４は、メサ溝１１ａに沿って直線状にＸ
方向とＹ方向とに配線される。電流用駆動線１４は、Ｘ
方向およびＹ方向の配線の内、いずれか一方（例えばＸ
方向の配線）を各メサ部１１ｂの上に、他方（例えばＹ
方向の配線）をメサ部１１ｂの下（透明基板１０の下）
に配線される。図５は、Ｘ方向の電流用駆動線１４をメ
サ部１１ｂの上に配線した状態を示す。このようにＸ方
向の電流用駆動線１４をメサ部１１ｂの上に配線する場
合、Ｘ方向の電流用駆動線１４には、磁場が容易に発生
するように、半円形状部１４ａが形成される。なお、透
明基板１０の下に配線されるＹ方向の電流用駆動線１４
は、直線でかまわない。

【００４３】そして、このように透明基板１０と透明磁
性体層１１（メサ部１１ｂ）とを挟んで直交するように
配線された各電流用駆動線１４に流れる電流の値が所定
の閾値を超えた場合には、メサ部１１ｂへと所望の電流
が流れることになり、メサ部１１ｂが磁化されることに
なる。なお、メサ部１１ｂは、複数巻いたコイルを用い
なくても十分に磁化可能であり、しかも数ｎｓｅｃの通
電で磁化可能である。

【００４４】なお、電流用駆動線１４に用いられる材料
としては、Ｃｕが電気抵抗値の点から好ましいが、Ａ
ｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｐｔなどその他の導電性材料も用いる
ことができる。

【００４５】続いて、誘電体膜である誘電体多層膜１２
について説明する。誘電体多層膜１２は、透明磁性体層
１１とは屈折率が異なる誘電膜を単層または複数層に重
ねた構成とされている。なお、透明基板１０と透明磁性
体層１１とを挟んで設けられた誘電体多層膜１２は、材
料、積層数、膜厚などはそれぞれ同一である。また、複
数層に重ねられた誘電膜は、透明磁性体層１１の上下で
対称であることが好ましい。

【００４６】例えば屈折率が異なる二層の誘電体膜によ
って誘電体多層膜１２を構成した場合には、光を閉じ込
める効果を有することから、磁気光学効果を２〜２０倍
程度に増大させることができる。この場合には、可視域
全域にわたって、吸収率を変化させずに磁気光学効果の
みが増大する。なお、前述したように透明磁性体層１１
の厚みは０．５〜５μｍとされているが、透明磁性体層
１１の厚みが５μｍより厚い場合には、誘電体多層膜１
２による増大効果が減少し、磁化のために大きな電流が
必要になる。また、斜めから画像を観察した場合のコン
トラスト低下が大きくなり、あるいは、光透過率が低下
することにより、コントラストが不十分となる。

【００４７】誘電体多層膜１２を構成する誘電体膜に用
いられる材料は、透明でかつ熱的に安定な物質が適し、
例えば金属や半金属の酸化物、窒化物、カルコゲン化
物、フッ化物、炭化物、およびこれらの混合物である。
具体的には、ＳｉＯ₂、ＳｉＯ、Ａｌ₂Ｏ₃、ＧｅＯ₂、Ｉ
ｎ₂Ｏ₃、Ｔａ₂Ｏ₅、ＴｅＯ₂、ＴｉＯ₂、ＭｏＯ₃、Ｗ
Ｏ ₃、ＺｒＯ₂、Ｓｉ₃Ｎ₄、ＡｌＮ、ＢＮ、ＴｉＮ、Ｚｎ
Ｓ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＡｇＦ、
ＰｂＦ₂、ＭｎＦ₂、ＮｉＦ₂、ＳｉＣなどの単体あるい
はこれらの混合物である。これらの材料の中から透明磁
性体層１１とは屈折率が異なる種類を選択すればよい。
各膜厚は５〜２００ｎｍ、好ましくは５〜３０ｎｍの範
囲にするのがよい。誘電体多層膜１２は、ＰＶＤ法やＣ
ＶＤ法を用いて作製される。

【００４８】誘電体多層膜１２を前述したような構造と
することによって、強磁性体特有の波長依存性に応じた
ファラデー効果を有する波長（λ）で、直線偏光の偏光
面回転角が増大するように設計できる。例えば、５２０
ｎｍ（λ）のピークを増大したい場合には、 ５２０／４ｎ（ｎｍ）（ｎは誘電体膜の屈折率） の厚みの誘電体多層膜１２を設ければよい。Ｃｅ置換Ｙ
ＩＧ（Ｙ₃Ｆｅ₅Ｏ₁₂：イットリウム 鉄 ガーネット）
は、可視光域で比較的平坦な波長依存性を有するが、こ
のファラデー回転角増大方法で、３原色に対応した詳細
な偏光角度の調整が可能となる。

【００４９】なお、以上において説明した空間光変調素
子７は、３原色（ＲＧＢ）にそれぞれ対応させて作製さ
れる。

【００５０】次に、偏光子１３について説明する。偏光
子１３は、空間光変調素子７に対し、磁化の大きさや方
向に従って、目視可能なコントラストを付けるものであ
る。この原理は、液晶ディスプレイと同じであり、直線
偏光が偏光子１３をどの程度通過できるかに依存して、
コントラストを生じさせるものである。

【００５１】偏光子１３は、空間光変調素子７を挟ん
で、相互に偏光軸を回転させて設けられる。この場合、
一方の偏光子１３の偏光軸は、他方の偏光子１３の偏光
軸から９０度回転させるのが好ましいが、９０度以外で
もかまわない。

【００５２】偏光子１３としては、各種の市販の偏光フ
ィルム等が用いることができる。偏光フィルムには大別
して多ハロゲン偏光フィルム、染料偏光フィルム、金属
偏光フィルムなどがある。また、以下に示すような偏光
子も利用でき、これらに制限されるものではない。

【００５３】１．特開平０１−９３７０２号公報に記載
されている偏光子 この偏光子は、偏光層基板表面に強磁性体微粒子からな
る多数の棒状素子が一定方向に配列して固着形成されて
おり、製造が容易でかつ光学的特性に優れている。

【００５４】２．ワイヤグリッド偏光子（東京農工大学
佐藤勝昭著「現代人の物理−光と磁気」（朝倉書店）
1988年出版、ページ103に記載） この偏光子は、透明基板に微小な間隔で金やアルミニウ
ムの線をひいたものである。この場合、線の間隔をｄ、
波長をλとすると、λ≫ｄの波長の光に対して、透過光
は線に垂直な振動面を持つほぼ完全な直線偏光になるこ
とを利用している。偏光度は９７％程度と言われてい
る。

【００５５】３．コーニング社製「ポーラコア」 この偏光子は、長く延伸させた金属銀をガラス自身の中
に一方向に配列させることにより、偏光特性を持たせた
ガラスであって、従来の有機物偏光素子と異なり耐熱
性、耐湿性、耐化学薬品性、レーザに対する耐性に非常
に優れている。赤外線用が主であるが、特殊仕様として
可視光用がある。

【００５６】４．積層型偏光子 この偏光子は、東北大学電気通信研究所の川上彰二郎教
授が１９９１年頃に発表したもので、可視光用にはＲＦ
スパッタリング法で、６〜８ｎｍの厚みのＧｅ（ゲルマ
ニウム）と、１μｍ厚みのＳｉＯ₂とを交互に６０μｍ
の厚みになるまで積層して作製している。０．６μｍの
波長で測定した性能指数α_TE／α_TM（ＴＥ波とＴＭ波に
対する消衰定数の比）は４００近く、０．８μｍの波長
で測定した消光比は３５ｄＢ、挿入損失は０．１８ｄＢ
であり、可視光に対して十分なものである。

【００５７】５．反射型偏光子（住友３Ｍ株式会社製） この偏光子は、薄膜を何層も重ねて作製した反射タイプ
（ＳとＰ偏光の内一方を反射して、一方を通過させる）
である。

【００５８】６．特開平１０−３４８０２７号公報に記
載されている偏光子 この偏光子は、本出願人が提案したものであって、入射
光を収束させるマイクロレンズアレイと、構造的に複屈
折性を付与された高複屈折膜と、波長板が１つおきに等
間隔に配列している偏光変換機能層とからなる高透過率
偏光変換偏光子であり、特に好ましい。複屈折膜の屈折
率Δｎは０．２以上であって、薄膜で作製されており、
Ｓ波とＰ波に分離する。そして、このうちのどちらかの
偏波を１／２波長板で偏光変換するものである。マイク
ロレンズアレイにはプラスチック製とガラス製等がある
が、変形が容易なプラスチック製が選ばれる。薄い構造
で、前述した１〜５の偏光子よりも吸収や反射が少ない
ために、透過率が高く、好適である。

【００５９】なお、１〜６のいずれの偏光子を偏光子１
３として用いた場合でも、その厚みは５０〜１５０μｍ
の中で選択される。

【００６０】次に、各部の電気的接続について図６を参
照して説明する。図６に示すように、光源駆動回路１５
Ｒ，１５Ｇ，１５ＢはそれぞれＲ用ＬＥＤ、Ｇ用ＬＥ
Ｄ、Ｂ用ＬＥＤを点滅させるための回路であり、電源を
内蔵し、光源の発光電流を調整できるようになってい
る。電源スイッチング回路１６は、ＣＰＵ（Central Pr
ocessing Unit）等により構成される制御回路１７の指
令を受けて光源駆動回路１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂの電源
のスイッチングを行う。このスイッチングにより、光源
５であるＲ用ＬＥＤ、Ｇ用ＬＥＤ、Ｂ用ＬＥＤの点滅が
行われる。

【００６１】また、表示すべき画像は画像信号として画
像処理回路１８に入力される。画像処理回路１８は制御
回路１７の制御を受けて、入力画像信号を、Ｒ用の空間
光変調素子７、Ｇ用の空間光変調素子７、Ｂ用の空間光
変調素子７に表示できる形態に画像処理し、その結果を
３色分離画像処理回路１９に送る。３色分離画像処理回
路１９は入力された画像情報を画像処理し、表示すべき
カラー画像のＲ成分画像・Ｇ成分画像・Ｂ成分画像に分
離し、Ｒ・Ｇ・Ｂ成分画像を高速で順次に切り換えて空
間光変調素子７に表示する。

【００６２】つまり、制御回路１７は、表示すべきカラ
ー画像（画像信号として入力される）のＲ成分画像・Ｇ
成分画像・Ｂ成分画像を高速で順次に切り換えて空間光
変調素子７に表示するように画像処理回路１８及び３色
分離画像処理回路１９を制御するとともに、空間光変調
素子７に、Ｒ成分画像が表示されるときはＲ用ＬＥＤの
み、Ｇ成分画像が表示されるときはＧ用ＬＥＤのみ、Ｂ
成分画像が表示されるときはＢ用ＬＥＤのみが点灯する
ように、Ｒ，Ｇ，Ｂ光源の点滅を順次、高速且つ排他的
に切り換えて周期的に繰返して点灯するように光源駆動
回路１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂを制御する。

【００６３】このような構成により、光源５から出射し
た光は、レンズ系６を通過した後、一方の偏光子１３に
おいて直線偏光になる。この直線偏光は、空間光変調素
子７を通過する際に、偏光面が各メサ部１１ｂ毎（つま
り、画素毎）に異なって回転される。次いで、他方の偏
光子１３を通過しようとするが、偏光面が９０度回転し
た直線偏光は、他方の偏光子１３を通過できない。一般
的に各メサ部１１ｂ毎（画素毎）に回転角度は異なるた
め、他方の偏光子１３を通過する光強度は各メサ部１１
ｂ毎（画素毎）に異なることから、コントラストが生
じ、画像が形成される。その後、この光はレンズ系８に
よって拡大され、スクリーン部３に投影される。そし
て、光源５である３原色（ＲＧＢ）分のＬＥＤは、順次
スイッチングによって切り替えられることになるが、こ
の切替のタイミングに合わせて、空間光変調素子７の画
像も切り替えられることにより、３色の残像は合成さ
れ、カラー画像が形成される。

【００６４】なお、本実施の形態においては、スクリー
ン部３に画像を投影する光学系４は、図１に示したよう
にスクリーン部３の前方から投影するようにしたが、こ
れに限るものではなく、スクリーン部３の後方に光学系
４を配置するようにすることも可能である。この場合
は、スクリーン部３はレンチキュラーレンズおよびフレ
ネルレンズなどから構成され、後方からの光を散乱させ
ることにより画像を形成することになる。詳細には、ス
クリーン部３の後方に光学系４を配置した場合に用いる
レンチキュラーレンズとは、光を均一に散乱させるため
のもので、この場合は塩化ビニル、アクリル樹脂などの
プラスチックスから成る。また、レンチキュラーレンズ
側にブラックストライプを設けることも可能である。さ
らに、アクリル樹脂素材に拡散粒子をコーティングした
もの、拡散粒子を成形加工し両面につやけし処理を施し
たもの、塩化ビニル樹脂に拡散粒子を練り込んで成形加
工したものなども市販されている。

【００６５】これによれば、光をスクリーンの後方から
投影することで外光の影響を受けにくくすることが可能
になるとともに、前面からの投影のように映像が光源に
遮られることもなくなる。

【００６６】

【実施例】図１ないし図６に示した携帯型ミニプロジェ
クタ１の実施例および比較例を以下に説明する。

【００６７】［実施例１］本実施例の空間光変調素子７
は、透明基板１０としてＧＧＧ（Ｇｄ₂Ｇａ₅Ｏ₁₂：ガド
リニウム ガリウム ガーネット）基板を用いた。そし
て、この透明基板１０上に厚みが３μｍの市販のＢｉ置
換鉄ガーネット（Ｂｉ_1.2Ｄｙ_2.8Ｆｅ_3.8Ａｌ_1.2Ｏ₁₂）
を透明磁性体層１１として設け、リソグラフィー法を用
いてメサエッチングした。各メサ部１１ｂのサイズは２
０×２０μｍとした。

【００６８】ここで、磁気光学効果測定装置（日本分光
（株）製Ｋ２５０、ビーム径２ｍｍ角）で測定したとこ
ろ、ピーク（５２０ｎｍ）のファラデー回転角は２４度
であった。Ｂｉ置換鉄ガーネットは、面に垂直方向に一
軸磁気異方性を有していた。

【００６９】次いで、メサ溝１１ａに沿って各メサ部１
１ｂの端部に対し、銅線の電流用駆動線１４をリソグラ
フィー法を用いて配設した。なお、電源には市販の厚み
１ｍｍのリチウム２次電池を用いた。電流用駆動線１４
に電流を流すと、約３０ガウスの磁界が発生し、各メサ
部１１ｂを磁化することができた。電流の流す方向を逆
にすると、磁化は逆向きとなった。このスイッチングは
約１μｓと高速度で可能であった。

【００７０】この上からスパッタ法を用いて、誘電体多
層膜１２を設けた。誘電体多層膜１２としてＳｉＯ₂膜
（屈折率ｎ＝１．４７）とＴａ₂Ｏ₅膜を用いた。各層の
厚みは５５０／４ｎ（ｎｍ）とした。基板温度は３００
℃、投入電力２００Ｗ、ガス圧力は共に７．０Ｐａ（Ａ
ｒ：Ｏ₂＝９：１）であった。成膜レイトはＳｉＯ₂の場
合は２ｎｍ／秒、Ｔａ₂Ｏ₅膜の場合は０．５ｎｍ／秒で
あった。各膜の膜厚分布は、最も厚いところと薄いとこ
ろの差異が、全膜厚の３％であった。誘電体多層膜１２
で鉄ガーネット膜を挟んだために、ファラデー回転角
（波長は５５０ｎｍ）が約２倍の４５度に増大した。わ
ずか２層の誘電体多層膜１２を用いただけであるので、
光透過率の低下はほとんどなかった。以上のようにして
緑色に対応する磁気光学効果を用いた空間光変調素子７
を作製した。他の赤や青色画像に対応する空間光変調素
子７は、Ｃｅ置換ＹＩＧ（Ｙ₃Ｆｅ₅Ｏ₁₂：イットリウム
鉄ガーネット）を用いて同様に作製した。

【００７１】次に、偏光子１３としては、市販のフィル
ム偏光子を用いた。この偏光子１３の片面に、ＳｉＯ₂
（９５ｎｍ厚み）／ＴｉＯ₂（１１０ｎｍ厚み）を２回
繰り返して成膜して反射防止膜とした。可視光域の光透
過率は、反射防止膜がない場合に比較して約３％増加し
た。このような偏光子１３を透明基板１０側と透明磁性
体層１１側に、偏光軸を９０度回転させてそれぞれ張り
合わせた。

【００７２】各メサ部１１ｂへと電流を流した場合のフ
ァラデー回転角は約４５度であり、電流の方向によって
回転方向は逆になった。右回転で４５度回転した場合
と、左回転で４５度回転した場合にコントラストが最大
となるように偏光子１３の回転軸と合わせた。

【００７３】メサ部１１ｂを選択して、電流が流れる方
向を変えてそれぞれに流した。この場合の明るいメサ部
１１ｂと、光が通過せず暗いメサ部１１ｂでは、コント
ラストが１０５あり、コントラストの十分な画像を形成
することができたものである。

【００７４】上記で作製した３色分の各空間光変調素子
７を通過した各ＬＥＤ光の光軸をレンズ系８により一致
させて拡大し、順次スクリーン部３上に投影することに
より、高精細なカラー画像を得ることができた。

【００７５】［実施例２］実施例２は、実施例１のよう
にスクリーン部３の前から投影するのではなく、スクリ
ーン部３の後ろに光学系４を配置したものである。スク
リーン部３として市販のフレネルレンチスクリーン（株
式会社オーエス製）を用い、このフレネルレンチスクリ
ーンの裏側から、所定の焦点距離に配置したＬＥＤ光源
５の光を照射した。３原色を別々に、サイクリック（各
色６０画面／秒）に、実施例１と同様の空間光変調素子
７を通して投影した。画像コントラストは８５であり、
高精細なカラー画像を得ることができた。

【００７６】［比較例１］比較例１は、多結晶体のＢｉ
置換鉄ガーネットおよびＣｅ置換ＹＩＧを透明磁性体層
１１として用いた点以外においては、実施例１と何ら変
わるものではない。この場合、光透過率およびファラデ
ー回転角は、単結晶のＢｉ置換鉄ガーネットおよびＣｅ
置換ＹＩＧを透明磁性体層１１として用いた実施例１に
比べて低くなった。また、記録磁界は単結晶のＢｉ置換
鉄ガーネットおよびＣｅ置換ＹＩＧを透明磁性体層１１
として用いた実施例１に比べて大きくなり、３００ガウ
ス以上が必要となり、実施例１のような単純マトリック
ス方式では記録できなかった。

【００７７】［比較例２］比較例２は、誘電体多層膜１
２を設けず、かつ、透明磁性体層１１の厚みを実施例１
の透明磁性体層１１よりも厚くした点以外においては、
実施例１と何ら変わるものではない。なお、透明磁性体
層１１の厚みを実施例１の透明磁性体層１１よりも厚く
したのは、誘電体多層膜１２を設けない場合にはファラ
デー回転角が不足して画像コントラストが低下するの
で、予め透明磁性体層１１の厚みを実施例１の透明磁性
体層１１よりも厚くしたものである。この場合には、磁
気記録に要する磁界強度が、透明磁性体層１１の厚みが
厚くなったことに比例して増大し、短時間で電流用駆動
線１４の断線が生じた。

【００７８】［比較例３］比較例３は、バリウムフェラ
イト単結晶を透明磁性体層１１として用いた点以外にお
いては、実施例１と何ら変わるものではない。この場
合、ファラデー回転角が実施例１より約１桁低く、十分
な画像コントラストを得ることができなかった。なお、
バリウムフェライト単結晶のバリウムの一部を置換した
場合、ファラデー回転角は数倍に増大したが、やはりコ
ントラストは不十分であった。

【００７９】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、光源と、
投影レンズと、前記光源と前記投影レンズとの光路上に
備えられて画像信号に応じた空間変調が施される複数画
素をマトリックス状に配列させてなる空間光変調素子と
を有し、画像を拡大してスクリーンに投影する投影型カ
ラー表示装置において、前記空間光変調素子は、透明非
磁性単結晶基板上に積層された透明磁性材料を有してい
ることにより、応答速度の速い透明磁性材料を空間光変
調素子に用いる簡単な構成によって、磁気光学効果を増
大させることができ、磁性体の厚みを厚くする必要がな
くなるので、小型、高精彩、低消費電力の投影型カラー
表示装置を提供することができる。

【００８０】請求項２記載の発明によれば、請求項１記
載の投影型カラー表示装置において、前記透明非磁性単
結晶基板は、非磁性ガーネットであり、前記透明磁性材
料は、 Ｒ_3-xＡ_xＦｅ_5-yＢ_yＯ₁₂ （０．２＜ｘ＜３，０≦ｙ
＜５） （“Ａ”は、ＢｉまたはＣｅ）で表されるイットリウム
および希土類鉄ガーネット単結晶であることにより、空
間光変調素子は、光透過率が高く、ファラデー回転角が
大きく、可視域波長依存性が少なく、しかも低強度の磁
界で変調可能な特性を有することになるので、小型、高
精彩、低消費電力の投影型カラー表示装置を確実に提供
することができる。

【００８１】請求項３記載の発明によれば、請求項１ま
たは２記載の投影型カラー表示装置において、前記光源
は、異なる３原色をそれぞれ発光する三つの半導体発光
素子で構成されており、前記各半導体発光素子は発光色
毎に順次発光することにより、大きな光源が不要になる
とともに、その光源を駆動するための大電力を発生する
電源も不要になるので、装置の小型化を図ることができ
るとともに、カラーフィルターが不要になるので、光の
透過率を向上させることができる。

【００８２】請求項４記載の発明によれば、請求項１な
いし３のいずれか一記載の投影型カラー表示装置におい
て、前記空間光変調素子が有する前記複数画素は、前記
透明磁性材料をメサエッチングすることにより形成され
ることにより、各画素を高速で駆動することができるの
で、３原色をそれぞれ発光する三つの半導体発光素子の
変調を高速で行うことができ、動画等にも十分に対応可
能な投影型カラー表示装置を提供することができる。

【００８３】請求項５記載の発明によれば、請求項４記
載の投影型カラー表示装置において、前記空間光変調素
子の前記複数画素には、各画素をそれぞれ磁化させて変
調するための単純マトリックス電気配線が設けられるこ
とにより、開口率を大きくすることができるので、明る
く、コントラストが高い投影型カラー表示装置を提供す
ることができる。

【００８４】請求項６記載の発明によれば、請求項１ま
たは５のいずれか一記載の投影型カラー表示装置におい
て、前記空間光変調素子は、前記透明非磁性単結晶基板
と前記透明磁性材料とを誘電体膜で挟み込んで形成され
ることにより、誘電体膜は光を閉じ込める効果を有する
ことから、ファラデー回転角を増大させて磁気光学効果
をさらに増大させることができるので、透明磁性材料を
薄くすることができ、透明磁性材料の磁化のための電流
を低下させることができる。

【００８５】請求項７記載の発明によれば、請求項１ま
たは６のいずれか一記載の投影型カラー表示装置におい
て、前記スクリーンはレンチキュラーレンズとフレネル
レンズとから構成されており、前記空間光変調素子は前
記スクリーンの後面に設けられることにより、光をスク
リーンの後方から投影することで外光の影響を受けにく
くすることができるとともに、前面からの投影のように
映像が光源に遮られることもなくなる。

【００８６】請求項８記載の発明によれば、請求項１ま
たは７のいずれか一記載の投影型カラー表示装置におい
て、前記スクリーンは、前記光源を設けた本体部に対
し、その下端を軸として開閉自在な構造であって、倒立
可能であることにより、非常に小型であって、可搬性の
良い投影型カラー表示装置を提供することができる。

【００８７】請求項９記載の発明によれば、請求項１ま
たは８のいずれか一記載の投影型カラー表示装置におい
て、前記電気配線の電源は、ペーパー２次電池であるこ
とにより、非常に小型であって、可搬性の良い投影型カ
ラー表示装置を提供することができる。

【００８８】請求項１０記載の発明によれば、請求項１
または９のいずれか一記載の投影型カラー表示装置にお
いて、前記透明磁性材料の厚みは、０．５〜５．０μｍ
であることにより、十分な旋光角を得ることができるの
で、高い光透過率を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態の携帯型ミニプロジェク
タの構成を概略的に示す外観斜視図である。

【図２】光学系の構成を概略的に示す模式図である。

【図３】偏光子に挟まれた空間光変調素子を示す断面図
である。

【図４】メサエッチングされた透明磁性体層を部分的に
示す斜視図である。

【図５】Ｘ方向の電流用駆動線をメサ部の上に配線した
状態を部分的に示す平面図である。

【図６】各部の電気的接続を示すブロック図である。

【符号の説明】

１ 投影型カラー表示装置 ２ 本体部 ３ スクリーン ５ 光源、半導体発光素子 ７ 空間光変調素子 ８ 投影レンズ ９ ペーパー２次電池 １０ 透明非磁性単結晶基板 １１ 透明磁性材料 １１ｂ 画素 １２ 誘電体膜 １４ 単純マトリックス電気配線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H079 AA03 AA12 BA01 BA02 CA02 DA13 DA22 EB18 GA05 HA03 HA11 JA07 KA02 KA05 KA18 5C060 EA01 GA02 GB02 GC06 HC01 HD07

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源と、投影レンズと、前記光源と前記
   投影レンズとの光路上に備えられて画像信号に応じた空
   間変調が施される複数画素をマトリックス状に配列させ
   てなる空間光変調素子とを有し、画像を拡大してスクリ
   ーンに投影する投影型カラー表示装置において、 前記空間光変調素子は、透明非磁性単結晶基板上に積層
   された透明磁性材料を有していることを特徴とする投影
   型カラー表示装置。
2. 【請求項２】 前記透明非磁性単結晶基板は、非磁性ガ
   ーネットであり、前記透明磁性材料は、 Ｒ_3-xＡ_xＦｅ_5-yＢ_yＯ₁₂ （０．２＜ｘ＜３，０≦ｙ
   ＜５） （“Ａ”は、ＢｉまたはＣｅ）で表されるイットリウム
   および希土類鉄ガーネット単結晶であることを特徴とす
   る請求項１記載の投影型カラー表示装置。
3. 【請求項３】 前記光源は、異なる３原色をそれぞれ発
   光する三つの半導体発光素子で構成されており、前記各
   半導体発光素子は発光色毎に順次発光することを特徴と
   する請求項１または２記載の投影型カラー表示装置。
4. 【請求項４】 前記空間光変調素子が有する前記複数画
   素は、前記透明磁性材料をメサエッチングすることによ
   り形成されることを特徴とする請求項１ないし３のいず
   れか一記載の投影型カラー表示装置。
5. 【請求項５】 前記空間光変調素子の前記複数画素に
   は、各画素をそれぞれ磁化させて変調するための単純マ
   トリックス電気配線が設けられることを特徴とする請求
   項４記載の投影型カラー表示装置。
6. 【請求項６】 前記空間光変調素子は、前記透明非磁性
   単結晶基板と前記透明磁性材料とを誘電体膜で挟み込ん
   で形成されることを特徴とする請求項１または５のいず
   れか一記載の投影型カラー表示装置。
7. 【請求項７】 前記スクリーンはレンチキュラーレンズ
   とフレネルレンズとから構成されており、前記空間光変
   調素子は前記スクリーンの後面に設けられることを特徴
   とする請求項１または６のいずれか一記載の投影型カラ
   ー表示装置。
8. 【請求項８】 前記スクリーンは、前記光源を設けた本
   体部に対し、その下端を軸として開閉自在な構造であっ
   て、倒立可能であることを特徴とする請求項１または７
   のいずれか一記載の投影型カラー表示装置。
9. 【請求項９】 前記単純マトリックス電気配線の電源
   は、ペーパー２次電池であることを特徴とする請求項１
   または８のいずれか一記載の投影型カラー表示装置。
10. 【請求項１０】 前記透明磁性材料の厚みは、０．５〜
    ５．０μｍであることを特徴とする請求項１または９の
    いずれか一記載の投影型カラー表示装置。