JP2006154032A - 画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 低消費電力での駆動を可能とすると共に、小型且つ低コストで高品位な画像を表示する。
【解決手段】 異なる波長の光を出射する複数の光源と、前記複数の光源から出射された光のうち少なくとも一つを表示する画像表示部と、を備えてなる画像表示装置において、前記光源は、半導体レーザよりなる光源であって、赤色レーザ光を出射する第１の光源と、青色レーザ光を出射する第２の光源と、前記第１の光源及び第２の光源よりも発振波長が短波長であるレーザ光を出射する第３の光源とを有しており、前記画像表示部には前記第３の光源からの光で励起されて緑色を発する蛍光体が塗布されている画像表示装置。
【選択図】 図１

Description

本発明は、画像表示部（スクリーン）にカラー画像を表示する画像表示装置に関し、特に光源には半導体レーザを採用した画像表示装置に関する。

画像表示装置としては、画像信号に応じて出射される電子ビームを蛍光体に照射させこの蛍光体を発光させることにより画像を表示する陰極線管型の画像表示装置（ＣＲＴ：Cathode Ray Tube）や、画像信号に応じた電圧を印加して液晶の配列等を変化させることにより入射光の透過率等を変化させて画像を表示する液晶表示装置（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）や、ガス放電に伴う発光を利用して画像を表示するプラズマディスプレイ（ＰＤＰ：Plasma Display Panel）等が実用化されている。

これらの中で、陰極線管型の画像表示装置は、表示画像の高画質化の実現が比較的容易であるが、消費電力が大きく、装置自体の小型化が困難であるという問題がある。一方、液晶表示装置やプラズマディスプレイは、小さな消費電力で駆動が可能であるが、製造コストが高く、また、微小欠陥が生じやすいといった問題がある。

これら画像表示装置の上述したような欠点を補うべく、色表現の原色となり得る少なくとも３色のレーザ光を画像形成に用いるようにしたレーザディスプレイ装置が提案されている。このレーザディスプレイ装置の一構成例としては、光源から出射される赤色光、緑色光および青色光のレーザ光をビデオアンプの制御に基づいて動作される光変調器により画像信号に応じてそれぞれ変調し、変調されたレーザ光をダイナミックミラー等の波長選択性を有する光学部品を用いて略同一光路上に導いた後に、垂直走査鏡や水平走査鏡等によりスクリーン上に走査させて、スクリーンに画像を表示させるようにしている。

上記レーザディスプレイ装置のレーザ光源の１つとして、ガスレーザが使用されているが、ガスレーザ光源は、一般にエネルギー変換効率が０．１％程度と低く、また冷却機構が必要であるため、装置が大型化し、コストが非常に高いという問題があった。

そこで、レーザ光源として半導体レーザ励起ＳＨＧ（第２高調波発生）固体レーザが使用されている。例えば、発振波長が１０６４ｎｍの半導体レーザ励起固体レーザを用いた５３２ｎｍの緑色波長を発するＹＡＧレーザでは、ガスレーザよりもエネルギー変換効率が高いものが得られている。

特開平３−１１３４８４号公報 特開平１１−６４７８９号公報

しかし、上述した半導体レーザ励起ＳＨＧ固体レーザは高出力化に伴い、レーザ光に縦モード競合というノイズが発生することが知られている。これらの縦モードを制御するために、例えばエタロンを波長選択素子として挿入することも考えられる。そうした場合には、ロスが大きすぎ、高出力が得られなくなり、レーザディスプレイを高輝度化できないという問題が発生する。また、余分な熱対策や変調器が必要となる。したがって、半導体レーザ励起ＳＨＧ固体レーザをレーザディスプレイの光源に用いた場合、高効率化、小型化およびコストという点で多くの問題点が残されている。

また、レーザ光を用いた画像表示装置においては、スペックルノイズにより画質の劣化を招来することがある。スペックルノイズは、レーザ光のような可干渉波（コヒーレント波）を表示面に照射した際に、表示面の各点で散乱された光が互いに不規則な位相関係で干渉することにより発生する。スペックルノイズが発生すると人の目に強いランダムノイズとして認識され、画質が劣化しているように感じられることになる。赤色、青色、緑色の３色の中でも、緑色は人の感じる視感度が他の色よりも高いため、スペックルノイズが大きな問題となる。
本発明は上記事情に鑑みて、高効率化および小型化が可能で、かつスペックルノイズの影響を抑制して画質を高めることを目的とする画像表示装置を提供するものである。

本発明の画像表示装置は、異なる波長の光を出射する複数の光源と、前記複数の光源から出射された光のうち少なくとも一つを表示する画像表示部と、を備えてなる画像表示装置であり、前記光源は、半導体レーザよりなる光源であって、赤色レーザ光を出射する第１の光源と、青色レーザ光を出射する第２の光源と、前記第１の光源及び第２の光源よりも発振波長が短波長であるレーザ光を出射する第３の光源とを有しており、前記画像表示部には前記第３の光源からの光で励起されて緑色を発する蛍光体が塗布されていることを特徴とする。

上記構成であれば、光源に半導体レーザを用いており装置の小型化を実現することができる。また、画像表示部には、第３の光源のような短波長のレーザ光で励起されて緑色を発する蛍光体を塗布しており、スペックルノイズの発生を抑制して画像表示することができる。前記蛍光体は第１の光源である赤色や第２の光源である青色の光では励起するものではなく、それらよりも短波長である光で励起させて発光するものである。そのため、赤色や青色の出力を低減することはなく、また不要な混色光を表示することなく、各色の再現性は良好となる。

前記画像表示装置において、第３の光源は、発振波長が４２０ｎｍ以下であることが好ましい。更に好ましくは、第３の光源は、発振波長が４００ｎｍ以下の紫外域である光源とする。これによって、第３の光源自体の色が画像表示部に表示されたとしても、該光源の色を人間が目視できるものではなく、緑色のスペックルノイズは抑制されて赤色、青色、緑色の再現性は良好となる。

前記画像表示装置において、画像表示部は、透光性部材と蛍光体層との積層体である ことが好ましい。透光性部材とは、ガラス、プラスチック等である。また、透光性部材は前面側透光性部材と背面側透光性部材とからなり、該透光性部材で蛍光体層を挟み込むものとする。これによって、塗布される蛍光体の平面形状を任意に変更することができる。

前記画像表示装置において、前記蛍光体は、ＢａＭｇＡｌ_１０Ｏ_１７：Ｅｕ，Ｍｎ、ＢａＭｇ_２Ａｌ_１６Ｏ_２７：Ｅｕ，Ｍｎ、ＳｒＧａ_２Ｓ_４：Ｅｕ、Ｚｎ_２ＧｅＯ_４：Ｍｎ、ＺｎＳ：Ｃｕ、ＳｒＡｌ_２Ｏ_４：Ｅｕ、Ｃａ_４Ｂ_２Ｏ_７：Ｃｅ，Ｔｂ、Ｃａ_２Ａｌ_６Ｏ_１１：Ｃｅ，Ｔｂ、Ｂａ_２ＳｉＯ_４：Ｅｕ、ＢａＳｉ_２Ｏ_２Ｎ_２：Ｅｕ、（Ｓｒ，Ｃａ）Ｓｉ_２Ｏ_２Ｎ_２：Ｅｕからなる群から選ばれる少なくとも１つである。

前記ＢａＭｇＡｌ_１０Ｏ_１７：Ｅｕは、（Ｍ_１−ｍ，Ｅｕ_ｍ）_ａ（Ｍｇ_１−ｎ，Ｍｎ_ｎ）_ｂＡｌ_１０Ｏ_{１５＋ａ＋ｂ}（ただし、ＭはＢａ、Ｓｒ及びＣａからなる群より選択される少なくとも一種の元素であり、０．９≦ａ≦１．１、０．９≦ｂ≦１．１、０．０２≦ｍ≦０．６、０≦ｎ≦０．６である。）の組成範囲も含む。

前記蛍光体は、発光波長が４２０ｎｍ以下の光での変換効率が高く、緑色の高出力化を実現することができる。また、上記蛍光体は短残光である性質を有するため、視感度が強い緑色であってもランダムノイズが認識されることが抑制される。

本発明における前記蛍光体は一般式を列挙して示しており、ＢａＭｇＡｌ_１０Ｏ_１７：Ｅｕと同様に、他の蛍光体においても組成比が多少異なるものや不純物を含有したものであってもよい。

前記画像表示装置において、前記蛍光体は、前記画像表示部にストライプ状、ドット状、網目状、又は矩形状に塗布されていることを特徴とする。これによって、蛍光体のライフ特性を向上させる効果を有する。

前記画像表示装置において、前記第２の光源及び／又は、第３の光源は、窒化物半導体レーザよりなることを特徴とする。窒化物半導体から成るレーザを用いることで高出力の光源を実現することができる。その理由は、窒化物半導体は直接遷移型半導体であるため発光効率が高く、放熱性も良好であるからである。
また第２の光源と第３の光源とを窒化物半導体レーザよりなる構成とすれば、同一チップで２波長レーザとすることもできるため、光源を更に小型化することができる。また、製造工程を簡略化することができるため、量産化にも好ましい。

前記窒化物半導体レーザに用いる窒化物半導体は、一般式をＩｎ_ｘＡｌ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）とする。またｎ型窒化物半導体にはｎ型不純物として、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｏ等のいずれか１つ以上を含有している。またｐ型窒化物半導体にはｐ型不純物として、Ｍｇ、Ｚｎ等を含有している。活性層は、単一量子井戸構造、又は多重量子井戸構造とする。また、成長用基板には窒化物半導体基板を用いており、劈開性や放熱性に優れている。同一基板上に半導体層を積層して２つのリッジを形成した２波長レーザを作製するには、従来であれば歩留まりを大幅に低下させるものであった。しかし、硬度が高く、劈開性に優れているＧａＮ基板を採用すれば、デバイス工程においてチップ欠けやチップ割れを抑制することができる。そのため、前記第２の光源と第３の光源とを２波長レーザとした画像表示装置用光源を提供することができる。

本発明の画像表示装置は、半導体レーザを光源に用いているため、画像表示装置の小型化を実現することができる。また画像表示部（スクリーン）は、ＣＲＴ（陰極線管）等のように真空雰囲気中に配置する必要がないため、容易に大型化することができる。

またレーザ光を画像表示部（スクリーン）上の蛍光体層に走査して緑色を表示するものであり、視感度が高い緑色のスペックルノイズを減少させることができる。光源に半導体レーザを用いることで低消費電力であって、高輝度（高出力）化を実現することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は本発明の実施の形態１に係る画像表示装置を示すものである。図１に示すように、赤色を出射する半導体レーザからなる第１の光源１ａと、青色を出射する半導体レーザからなる第２の光源１ｂと、励起用波長のレーザ光を出射する半導体レーザからなる第３の光源１ｃとを有している。

また、前記第１の光源１ａから出射されコリメートレンズ２により平行光とされたレーザ光はミラー３ａで反射される。前記第２の光源１ｂからのレーザ光はコリメートレンズ２により平行光とされた後、ダイクロイックミラー３ｂで反射した後、ダイクロミラー３ａを透過して１本のビームに合波される。前記第３の光源１ｃからのレーザ光は、コリメートレンズにより平行光とされた後、ダイクロイックミラー３ｃで反射された後、ダイクロイックミラー３ｂおよび３ａを透過して前記ビームに合波される。

前記ミラー３で反射されたレーザ光を、画像表示部（スクリーン）７上に走査する光走査部は、これらのレーザ光を画像表示部の垂直方向に走査させるための垂直走査鏡４ａと、この垂直走査鏡を駆動する垂直走査鏡駆動部４ｂと、レーザ光を画像表示部の平行方向に走査させるための平行走査鏡５ａと、この平行走査鏡を駆動する水平走査鏡駆動部５ｂとを備えている。尚、図１において垂直走査鏡駆動部４ｂと水平走査鏡駆動部５ｂとの図示は省略している。

垂直走査鏡４ａは、周囲に多数の光反射面が形成された多角柱状を呈しており、垂直走査鏡駆動部により回転操作されることにより、各光反射面を画像表示部の垂直方向に沿った方向に移動させて、各光反射面にて反射したレーザ光を画像表示部の垂直方向に順次走査させる。垂直走査鏡を回転操作する垂直走査鏡駆動部４ｂは、制御部によりその動作が制御されており、制御部に供給された画像信号に応じて、所定の回転速度で垂直走査鏡を回転操作する。

水平走査鏡５ａは、垂直走査鏡の光反射面により反射されたレーザ光の光路上に配置されている。この水平走査鏡は垂直走査鏡と同様に、周囲に多数の光反射面が形成された多角柱状を呈しており、水平走査鏡駆動部により回転操作されることにより、各光反射面を画像表示部の水平方向に沿った方向に移動させて、光反射面にて反射したレーザ光を画像表示部の水平方向に走査させるようになされている。水平走査鏡を回転操作する水平走査鏡駆動部５ｂは、制御部によりその動作が制御されており、制御部に供給された画像信号に応じて、水平走査鏡を垂直走査鏡に連動させながら、所定の回転速度で回転操作する。

各光源１から出射されコリメートレンズ２により平行光とされたレーザ光は、ダイクロイックミラー３で反射された後、上記光走査部により、画像表示部７の垂直方向及び平行方向にそれぞれ走査され、投射レンズ６を介して画像表示部７上に投影される。

前記画像表示部７は、前面透光性部材７ａと背面透光性部材７ｃとで蛍光体層７ｂを挟み込む構造であることが好ましい（図３）。該蛍光体層７ｂは前記第３の光源１ｃより発するレーザ光を励起用光として励起されて、緑色を発する。この緑色は、人に対する視感度が高い５００〜５５０ｎｍの光であって、レーザ光とは異なり光の位相が変化して可干渉性の度合いが低下したものである。

前記透光性部材は紫外光から赤色光までを透過するものであれば特に限定しない。例えば、画像表示部用途にはガラス、プラスチック等がある。前面透光性部材７ａは光散乱フィルターを形成したもの、又は光拡散材料を塗布する構造とすることで視野角を広げることができる。また、前面透光性部材７ａ、及び／又は背面透光性部材７ｃは紫外光を反射して可視光を透過する保護膜を積層したものであれば、前面透光性部材７ａ側に紫外光が漏れることを抑制することができる。更に背面側に反射した紫外光を再度、背面透光性部材７ｃに設けた前記保護膜で蛍光体層７ｂ側に反射させて緑色光を発光させることができる。

前記蛍光体層７ｂは、前記透光性部材の略全面に蛍光体を塗布することで形成することができる。その他の蛍光体の平面形状としてはストライプ状、ドット状、網目状、矩形状に塗布するものがある。また蛍光体層７ｂの断面形状が凹型である透光性部材７ｄの底面及び側面に蛍光体を塗布したものがある（図４ａ）。該形態であれば、蛍光体が塗布されている表面積を拡大できるため、緑色の輝度を向上させることができる。蛍光体層７ｂの膜厚は１μｍ〜１ｍｍの範囲である。
また前記透光性部材７ｄの凹部形状は側面を傾斜させた三角形状としたものがある（図４ｂ）。第３の光源はレーザ光であるため、入射口が小さい三角形状をした透光性部材の内部に励起光を入射することは容易であり、入射されたレーザ光で緑色に波長変換される。このような三角形状であれば底面のみならず、側面である斜面でも効率よく波長変換することができるため緑色の高輝度化には好ましい。

次に、赤色を出射する半導体レーザからなる第１の光源１ａと、青色を出射する半導体レーザからなる第２の光源１ｂと、励起用波長のレーザ光を出射する半導体レーザからなる第３の光源１ｃについて説明する。

まず、第１の光源１ａは、気相成長法により、ＧａＡｓ基板上に、一般式がＩｎ_ｘ（Ｇａ_１−ｙＡｌ_ｙ）_１−ｘＰ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）である半導体層を積層したものである。ｎ側光閉じ込め層とｐ側光閉じ込め層とで多重量子井戸構造の活性層を挟んだ構成としており、該活性層は、Ｉｎ_０．５（Ｇａ_１−ｙＡｌ_ｙ）_０．５Ｐ（０≦ｙ≦１）を一般式として発振波長を６００ｎｍ以上７５０ｎｍ以下とする。

次に、第２の光源１ｂと第３の光源１ｃとは、気相成長法により、ＧａＮやＳｉ、ＳｉＣ、Ａｌ_２Ｏ_３等からなる基板上にＩｎ_ｘＡｌ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）を一般式とした半導体層を積層したものである。

前記第２の光源１ｂにおける活性層の井戸層は、Ｉｎ_xＧａ_１−ｘＮ（０．０5≦ｘ≦０．20）からなり、該活性層を挟んだ第１の障壁層及び第２の障壁層がIn_ｕＧａ_１−ｕＮ（０≦ｕ≦０．1）からなる。好ましくは、井戸層は、Ｉｎ_xＧａ_１−ｘＮ（０．１０≦ｘ≦０．１５）からなり、該活性層を挟んだ第１の障壁層及び第２の障壁層がIn_ｕＧａ_１−ｕＮ（０≦ｕ≦０．０５）からなる。第２の光源の発振波長は４３０ｎｍ以上４９０ｎｍ以下とする。第２の光源１ｂは単一量子井戸構造であっても、多重量子井戸構造であってもよい。

前記第３の光源１ｃにおける活性層の井戸層は、Ａｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（０≦ｘ≦０．1、０≦ｙ≦０．15、ｘ＋ｙ＜１）からなり、該活性層を挟んだ第１の障壁層及び第２の障壁層がＡｌ_ｕIn_vＧａ_１−ｕ-vＮ（０≦ｕ≦０．25、０≦ｖ≦０．1、ｕ＋ｖ＜１）からなる。好ましくは、井戸層は、Ａｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（０≦ｘ≦０．０５、０．００５≦ｙ≦０．０５、ｘ＋ｙ＜１）からなる。第３の光源１ｂは単一量子井戸構造であっても、多重量子井戸構造であってもよい。

以下、第２の光源、及び第３の光源に用いる半導体レーザ素子の製造方法について説明するが、本発明は以下に限定させるわけではない。

まず、窒化物半導体基板を形成する。これは、窒化物半導体から成る単体基板、その他に窒化物半導体と異なる材料であるサファイアやＳｉＣ、ＧａＡｓ等から成る支持基板を有するものであってもよい。該基板の主面は例えば（０００１）面、（１１−２０）面、又は（１−１００）面とする。尚、本明細書において、面指数を表す括弧内のバー（−）は、後ろの数字の上に付すべきバーを表すものとする。

前記基板の主面上に、気相成長法を利用してＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）から成るバッファ層を成長する。バッファ層の成長温度は９００℃以下とする。尚、該バッファ層は省略可能である。前記基板の膜厚は５０μｍ以上１０ｍｍ以下とする。この窒化物半導体基板の第１の主面及び／又は第２の主面には０．０１〜０．５°のオフ角を有する基板を用いる。窒化物半導体基板の製法には、ＥＬＯ法や選択成長法などを用いるＭＯＣＶＤ法やＨＶＰＥ法、ＭＢＥ法等の気相成長法、その他には超臨界流体中で結晶育成させる水熱合成法、高圧法、フラックス法、溶融法等がある。前記窒化物半導体基板の単位面積当たりの転位数が１×１０^７／ｃｍ^２以下、好ましくは１×１０^６／ｃｍ^２以下となる。これらの転位測定はＣＬ観察やＴＥＭ観察等で行う。

前記窒化物半導体から成る基板や窒化物半導体層は、ＩＩＩ族元素であるＢ、Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ等と窒素との化合物であるＧａＮ、ＡｌＮ、その他に３元や４元の混晶化合物であるＡｌＧａＮやＩｎＡｌＧａＮがある。該窒化物半導体は、ｎ型不純物やｐ型不純物を含有するものが好ましい。ｎ型不純物としては、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｓ、Ｏ等である。ｎ型不純物、又はｐ型不純物の不純物濃度は、１×１０^１７ｃｍ^−３〜１×１０^２０ｃｍ^−３である。また窒化物半導体基板の外周形状は特に限定されず、ウェハー状であっても、矩形状等であってもよい。ウェハー状である場合には、１インチ以上のサイズとする。

次に、本実施形態では、以下の各層をＭＯＣＶＤ法により、減圧〜大気圧の条件で成長させる。前記窒化物半導体層は、前記窒化物半導体基板の第１主面上にｎ側窒化物半導体層、活性層、ｐ側窒化物半導体層の順で積層されている。尚、ｎ側窒化物半導体層及びｐ側窒化物半導体層は多層膜である。
ｎ側窒化物半導体層としてはＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０＜ｘ≦０．５）、好ましくはＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０＜ｘ≦０．３）である。第１のｎ側窒化物半導体層はクラッド層として機能させることもできる。次に第２のｎ側窒化物半導体層を形成する。該第２のｎ側窒化物半導体層は光ガイド層として機能するＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０≦ｘ≦０．３）である。

次に上述したように、それぞれの光源用に活性層を積層する。次に、活性層上にｐ側窒化物半導体層を積層する。第１のｐ側窒化物半導体層としてはｐ型不純物ドープＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０≦ｘ≦０．５）である。第１のｐ側窒化物半導体層はｐ側電子閉じ込め層として機能する。次に第２のｐ側窒化物半導体層としてＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０≦ｘ≦０．３）、第３のｐ側窒化物半導体層としてｐ型不純物ドープＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０≦ｘ≦０．５）、第４のｐ側窒化物半導体層としてｐ型不純物ドープＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）を順に形成する。また、これらの半導体層にＩｎを混晶させてもよい。前記第１のｐ側窒化物半導体層は省略可能である。前記各層の膜厚としては、３０Å〜５μｍである。また、前記各層は単一層構造、２層構造、又は組成比がお互いに異なる２層からなる超格子構造であっても構わない。

その後、窒化物半導体基板上に窒化物半導体層を積層したウェハーを半導体成長装置の反応容器から取り出す。次に、ｎ側窒化物半導体層をエッチングにより露出させる。ｎ側窒化物半導体層の露出面は特に限定するのもではないが本実施形態では第１のｎ側窒化物半導体層まで露出する。これによって、応力緩和の効果があるが、該工程は省略することが可能である。エッチングにはＲＩＥ法を用いる。

次に、前記ｐ側窒化物半導体層にストライプ状のリッジ部を形成する。次に、電流狭窄層を形成する。この電流狭窄層とは半導体層よりも屈折率が小さく、絶縁性の材料から選ばれるものである。本実施形態では窒化物半導体層を用いているため電流狭窄層の具体例としては、ＺｒＯ_２、ＳｉＯ_２、その他にはＶ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａ、Ａｌ等の酸化物やＡｌＮである。

その後、前記窒化物半導体基板の第２の主面にｎ電極を形成する。窒化物半導体基板の第２の主面にｎ電極をＣＶＤやマグネトロンスパッタ、ＥＣＲスパッタ、蒸着等で形成する。該電極は、少なくともＴｉ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｌ、Ｐｄ、Ｗ、Ｒｈ、Ａｇ、Ｍｏ、Ｖ、Ｈｆから成る群より選ばれる少なくとも１つを有する。また前記電極における多層構造の最上層はＰｔまたはＡｕであることで電極からの放熱性を向上させることが可能となり好ましい。ｎ電極の膜厚としては１００００Å以下、好ましくは６０００Å以下とする。またｎ電極を形成した後、３００℃以上でアニールしてもよい。

ｎ電極を形成した後、ストライプ状のｐ電極に垂直な方向であって、半導体層の共振面を形成するためにウェハーをバー状に分割する。ここで、共振面は、Ｍ面（１−１００）やＡ面（１１−２０）とする。ウェハーをバー状に分割する方法としては、ブレードブレイク、ローラーブレイク、又はプレスブレイクがある。
ウェハーをバー状に分割した後、劈開により形成された共振面に反射ミラーを形成することもできる。反射ミラーはＳｉＯ_２やＺｒＯ_２、ＴｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｎｂ_２Ｏ_５等から成る誘電体多層膜である。前記反射ミラーは、共振面の光反射側、及び／又は光出射面に形成する。その後、バー状となった窒化物半導体基板を分割してチップ化する。半導体レーザ素子としてチップ化した後の形状は矩形状であって、該矩形状の共振器長は１０００μｍ以下とする。以上より半導体レーザ素子を形成する。

本発明の半導体レーザの作製にはＭＯＶＰＥ（有機金属気相成長法）、ＨＶＰＥ（ハライド気相成長法）、ＭＢＥ（分子線気相成長法）等、半導体を成長させるのに知られている全ての方法を適用できる。また本発明の半導体レーザは、ｎ型半導体層とｐ型半導体層とで、活性層を挟んだ分離光閉じ込め型構造であるＳＣＨ（Separate Confinement Heterostructure）構造とすることが好ましい。

本発明の半導体レーザを３波長レーザとするには、前記第２の光源と第３の光源とを同一基板で形成した後、第１の光源を第２の光源又は第３の光源上に形成するものがある。このような構造とすれば、各光源間の距離が近くなり、同一レンズでの集光が容易となるため、装置を更に小型化することができる。

次に、蛍光体について説明する。本発明における蛍光体には、蛍光体を励起して緑色域に発光スペクトルを有する発光効率の高い蛍光体、また耐光性やライフ特性にも優れた蛍光体を用いる。該蛍光体としては、ＢａＭｇＡｌ_１０Ｏ_１７：Ｅｕ，Ｍｎ、ＢａＭｇ_２Ａｌ_１６Ｏ_２７：Ｅｕ，Ｍｎ、ＳｒＧａ_２Ｓ_４：Ｅｕ、Ｚｎ_２ＧｅＯ_４：Ｍｎ、ＺｎＳ：Ｃｕ、ＳｒＡｌ_２Ｏ_４：Ｅｕ、Ｃａ_４Ｂ_２Ｏ_７：Ｃｅ，Ｔｂ、Ｃａ_２Ａｌ_６Ｏ_１１：Ｃｅ，Ｔｂ、Ｂａ_２ＳｉＯ_４：Ｅｕ、ＢａＳｉ_２Ｏ_２Ｎ_２：Ｅｕ、（Ｓｒ，Ｃａ）Ｓｉ_２Ｏ_２Ｎ_２：Ｅｕからなる群から選ばれる少なくとも１つである。本発明における前記蛍光体層は、上記蛍光体を２以上混合させて蛍光体層とするものや、異なる蛍光体層同士を多層に積層したものであってもよい。

前記ＢａＭｇＡｌ_１０Ｏ_１７：Ｅｕは、（Ｍ_１−ｍ，Ｅｕ_ｍ）_ａ（Ｍｇ_１−ｎ，Ｍｎ_ｎ）_ｂＡｌ_１０Ｏ_{１５＋ａ＋ｂ}（ただし、ＭはＢａ、Ｓｒ及びＣａからなる群より選択される少なくとも一種の元素であり、０．９≦ａ≦１．１、０．９≦ｂ≦１．１、０．０２≦ｍ≦０．６、０≦ｎ≦０．６である。）該蛍光体は、発光効率が極めて高く、耐候性及びライフ特性に極めて優れている

次に、前記蛍光体の一例であるBa_0.6Eu_0.4Mg_0.75Mn_0.25Al₁₀O₁₇の４００ｎｍ励起による発光スペクトルを図５に示す。励起スペクトルを図６に示す。反射スペクトルを図７に示す。該蛍光体の色度座標はＸ＝０．１５２、Ｙ＝０．６７８である。また、別の蛍光体としてBa_0.9Eu_0.1Mg_0.64Mn_0.34Al₁₀O₁₇の４００ｎｍ励起による発光スペクトルを図８に示す。励起スペクトルを図９に示す。反射スペクトルを図１０に示す。該蛍光体の色度座標はＸ＝０．１５２、Ｙ＝０．６９０である。前記蛍光体は、発光スペクトルのピーク波長が５００〜５５０ｎｍの範囲にあって、紫外線励起により緑色発光することがわかる。また、前記蛍光体は、紫外線により効率よく励起されることがわかる。

前記蛍光体に加えて他の蛍光体を混合して使用することもできる。例えば、（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ，Ｍｇ，Ｚｎ）_５（ＰＯ_４）_３（Ｃｌ，Ｂｒ）：Ｅｕ，Ｍｎ、（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ，Ｍｇ）_５（ＰＯ_４）_３Ｃｌ：Ｅｕ等のハロりん酸塩蛍光体、（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ，Ｍｇ）_２ＳｉＯ_４：Ｅｕ等の珪酸塩蛍光体、（Ｃａ，Ｂａ，Ｓｒ，Ｍｇ，Ｚｎ）_２Ｂ_５Ｏ_９Ｃｌ：Ｅｕ，Ｍｎ等のホウ酸塩蛍光体、Ｓｒ_４Ａｌ_１４Ｏ_２５：Ｅｕ、ＣａＡｌ_２Ｏ_４：Ｅｕ，Ｍｎ、ＢａＭｇ_２Ａｌ_１６Ｏ_２７：Ｅｕ等のアルカリ土類金属アルミン酸塩蛍光体、（Ｙ，Ｌａ，Ｇｄ）_２Ｏ_２Ｓ：Ｅｕ等の希土類酸硫化物蛍光体、（Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｚｎ）_２Ｓｉ_５Ｎ_８：Ｅｕ、（Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｚｎ）Ｓｉ_７Ｎ_１０：Ｅｕ、（Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｚｎ）_１．８Ｓｉ_５Ｏ_０．２Ｎ_８：Ｅｕ、（Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｚｎ）_０．９Ｓｉ_７Ｏ_０．１Ｎ_１０：Ｅｕ等の窒化物蛍光体、（Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ）Ｓｉ_２Ｏ_２Ｎ_２：Ｅｕ等の酸窒化物蛍光体、（Ｙ，Ｔｂ，Ｌｕ，Ｇｄ）_３（Ａｌ，Ｇａ）_５Ｏ_１２：Ｃｅ等の希土類アルミン酸塩蛍光体、ＺｎＳ：Ｅｕ、Ｚｎ_２ＧｅＯ_４：Ｍｎ、（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ，Ｍｇ，Ｚｎ）Ｇａ_２Ｓ_４：Ｅｕなどが好ましい。

本発明における蛍光体は、ＣｌをＦ、Ｂｒ、Ｉから選ばれる少なくとも１種以上に代えることもできる。

本発明における蛍光体は、所望に応じてＥｕやＣｅに代えて、又は、加えてＴｂ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｎｄ、Ｄｙ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｔｉから選択される１種以上を含有させることもできる。

蛍光体には、必要に応じて表面にコーティングを施しても良い。これによって、蛍光体が熱、湿度、紫外線等の外的要因によって劣化することがさらに防止される。また、蛍光体表面からイオンが溶出し、他の部材に悪影響を及ぼすことも抑止される。

前記蛍光体は次に示す方法で得ることができる。該蛍光体の構成元素のリン酸塩酸化物もしくは熱分解によって酸化物などになり得る各種化合物と塩化アンモニウムを所定量秤量し、ボールミル等で混合した後、坩堝に入れ、Ｎ_２，Ｈ_２等の還元雰囲気において、８００℃から１５００℃の温度で３〜１０時間焼成する。得られた焼成品を湿式で粉砕、篩後、脱水、乾燥して蛍光体を得ることができる。前記蛍光体原料にフラックスを加えて混合してもよい。

また、フラックスとしてはフッ化物、ホウ酸塩等が好ましく、蛍光体原料１００重量部に対し０．０１〜１．０重量部の範囲で添加する。焼成雰囲気は還元性雰囲気が好ましく、水素を数％含有する水素・窒素の混合ガス雰囲気がより好ましい。焼成温度は８００〜１５００℃が好ましく、目的の中心粒径の蛍光体を得ることができる。より好ましくは９００〜１４００℃である。

本発明の蛍光体の中心粒径は１〜１００μｍの範囲が好ましく、より好ましくは５〜５０μｍの範囲であり、さらに好ましくは５〜１５μｍの範囲である。１μｍより小さい蛍光体は、凝集体を形成しやすい傾向にある。これに対し、５〜５０μｍの粒径範囲の蛍光体は、光の吸収率及び変換効率が高い。ここで、中心粒径とは、体積基準粒度分布曲線において積算値が５０％のときの粒径値であり、体積基準粒度分布曲線は、レーザ回折・散乱法により粒度分布を測定し得られるもので、具体的には、気温２５℃、湿度７０％の環境下において、濃度が０．０５％であるヘキサメタリン酸ナトリウム水溶液に各物質を分散させ、レーザ回折式粒度分布測定装置（ＳＡＬＤ−２０００Ａ）により、粒径範囲０．０３μｍ〜７００μｍで測定することにより得られる。また、上記中心粒径値を有する蛍光体が頻度高く含有されていることが好ましく、頻度値は２０％〜５０％が好ましい。このように粒径のバラツキが小さい蛍光体を用いることにより、より色ムラが抑制され良好な色調を有する画像表示装置が得られる。前記蛍光体の残光は２０ｍｍ／ｓｅｃ以下、好ましくは１０ｍｍ／ｓｅｃ以下である。また、前記蛍光体に拡散剤を含有させても良い。具体的な拡散剤としては、チタン酸バリウム、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化珪素等が好適に用いられる。

また、前記蛍光体を塗布して得られる蛍光体層の膜厚は蛍光体のみで１μｍ〜１ｍｍの範囲であって、好ましくは５〜３００μｍ、最も好ましくは５〜１００μｍとする。

前記蛍光体の塗布方法としては、透光性部材にスクリーン印刷する方法がある。その他の方法としては電着法や静電塗布法、スラリー塗布、インクジェット塗布、ポッティング、孔版印刷法がある。該蛍光体を固着させる結着剤とともに構成してもよい。結着剤としては、例えば、エポキシ樹脂のような透光性樹脂や、耐光性の高いシリコーン樹脂や金属アルコキシドを出発原料としてゾルゲル法により生成される透光性無機材料とすることもできる。

本発明は、赤色レーザ光、青色レーザ光、励起用レーザ光が画像表示部上を２次元的に走査することにより、ＲＧＢのカラー画像が投影される上記方式の他には各色レーザ光を液晶パネルやＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）等の空間変調素子８を用いて変調し、それによって得られる画像をプロジェクション光学系によって画像表示部上に投影する方式であってもよい（図２）。これによって、画像表示部上に画像が表示される。

その他の形態として、第１の光源と第２の光源との出射光の光軸上に液晶レンズ素子を設けるものがある。第１の光源と第２の光源との出射光は、液晶レンズ素子に入射し液晶レンズ素子を変調して光の位相を変化させることで、赤色と青色についてもスペックルノイズを減少させることができる。液晶レンズ素子は、光の位相を変化させる上で、６０Ｈｚ以上の周波数で変調する必要がある。強誘電液晶は応答速度が数μｓ、液晶高分子やポリマーなどを用いた複合液晶膜は応答速度が数十μｓと優れている。

以上、説明したように、本発明によれば簡易な手段でスペックルノイズの影響を抑制し、画像表示部は大型化を実現して、画像表示装置を小型化したものが得られる。

本発明の実施形態に係る画像表示装置亜の模式的斜視図である。 本発明の別の実施形態に係る画像表示装置の模式的斜視図である。 本発明の実施形態に係る画像表示部の模式的断面図である。 本発明の実施形態に係る画像表示部の模式的断面図である。 本発明に用いられる蛍光体の発光スペクトルである。 本発明に用いられる蛍光体の励起スペクトルである。 本発明に用いられる蛍光体の反射スペクトルである。 本発明に用いられる蛍光体の発光スペクトルである。 本発明に用いられる蛍光体の励起スペクトルである。 本発明に用いられる蛍光体の反射スペクトルである。

符号の説明

１…光源、２…コリメートレンズ、３…ミラー、４ａ…垂直走査鏡、５ａ…平行走査鏡、６…投射レンズ、７…画像表示部、８…空間変調素子

Claims (6)

1. 異なる波長の光を出射する複数の光源と、前記複数の光源から出射された光のうち少なくとも一つを表示する画像表示部と、を備えてなる画像表示装置において、
   前記光源は、半導体レーザよりなる光源であって、赤色レーザ光を出射する第１の光源と、青色レーザ光を出射する第２の光源と、前記第１の光源及び第２の光源よりも発振波長が短波長であるレーザ光を出射する第３の光源とを有しており、
   前記画像表示部には前記第３の光源からの光で励起されて緑色を発する蛍光体が塗布されていることを特徴とする画像表示装置。
2. 前記第３の光源は、発振波長が４２０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
3. 前記画像表示部は、透光性部材と蛍光体層との積層体であることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
4. 前記蛍光体は、ＢａＭｇＡｌ_１０Ｏ_１７：Ｅｕ，Ｍｎ、ＢａＭｇ_２Ａｌ_１６Ｏ_２７：Ｅｕ，Ｍｎ、ＳｒＧａ_２Ｓ_４：Ｅｕ、Ｚｎ_２ＧｅＯ_４：Ｍｎ、ＺｎＳ：Ｃｕ、ＳｒＡｌ_２Ｏ_４：Ｅｕ、Ｃａ_４Ｂ_２Ｏ_７：Ｃｅ，Ｔｂ、Ｃａ_２Ａｌ_６Ｏ_１１：Ｃｅ，Ｔｂ、Ｂａ_２ＳｉＯ_４：Ｅｕ、ＢａＳｉ_２Ｏ_２Ｎ_２：Ｅｕ、（Ｓｒ，Ｃａ）Ｓｉ_２Ｏ_２Ｎ_２：Ｅｕからなる群から選ばれる少なくとも１つであることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
5. 前記蛍光体は、前記画像表示部にストライプ状、ドット状、網目状、又は矩形状に塗布されていることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
6. 前記第２の光源及び／又は、第３の光源は、窒化物半導体レーザよりなることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
   
   

Images