JP2006323391A - 固体レーザを使用するディスプレイシステム及び方法 - Google Patents

固体レーザを使用するディスプレイシステム及び方法 Download PDF

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Abstract

【課題】固体レーザを使用するディスプレイシステムの提供
【解決手段】本発明によるディスプレイシステム(100,300,700,800,900,910)は、レーザビームによって励起された場合に約４５０ｎｍ〜約６５０ｎｍの波長範囲の光を放出する蛍光体を有するディスプレイスクリーン(115)を含む。レーザビームは、約３３０ｎｍ〜約４４０ｎｍの動作波長範囲を有する固体レーザ(105)により生成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、適切な蛍光体を励起して光を放出するために固体レーザを使用するディスプレイシステムに関する。
電子ディスプレイは、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）技術、発光ダイオード（ＬＥＤ）技術、及び蛍光発光技術のような種々の技術を用いて実現される。蛍光発光技術は、古くて、陰極線管（ＣＲＴ）により最もよく例示されるよく知られた技術である。
ＣＲＴのラスタ走査モードは概して、１つ又は複数の一般に受け入れられている走査の標準規格に適合し、それにより種々のコンポーネント間の互換性、並びに種々の製造業者により製造されたディスプレイ間で均一な画像品質レベルが保証される。
しかしながら、ＣＲＴは、大きな体積、過大な重量、高い消費電力、及び危険な電圧の存在のようないくつかの不利益を欠点として持つ。従って、ＣＲＴは、係る不利益が許容できる場合にのみ使用され、残念ながら最近の多くの用途に不適当であることがわかっている。例えば、ＣＲＴは、携帯情報端末（ＰＤＡ）又は携帯電話などの小さな携帯型装置に容易に一体化されることはできない。従って、これらの装置は、サイズ、重量、及び他の特徴に関して、より適合した代替の技術を使用することが多い。
ＬＣＤ技術は、ＣＲＴ技術に対する代案である。ＬＣＤ技術は、光を選択的に伝えるために「光のシャッタ」として動作するピクセルレベルの光制御要素を組み込む。
ＬＣＤの消費電力は、ＣＲＴよりも少なく、多くの用途に非常に適しているとわかっている。残念ながら、ＬＣＤディスプレイは、特定の周囲光条件の下で提供されるディスプレイの可視性が不十分になる可能性がある。
ＬＣＤディスプレイシステムは、ピクセルレベルの光制御要素として液晶を利用するが、他のディスプレイシステムのいくつかは、微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）として概して分類され得る要素を利用する。ＭＥＭＳの応用形態の一例では、マイクロミラーのアレイを用いて、ディスプレイスクリーン上へ光を選択的に送っている。ＭＥＭＳ技術は、種々のイメージング装置に使用されており、画像の高い輝度、及び鮮明度のような特徴が望まれるいくつかの用途において普及していることが判明している。
しかしながら、画像の高い輝度は一般に、ハロゲン球のような高輝度光源を用いることによって得られる。残念ながら、ハロゲン球は、固体光源と比較して非効率的な光源である。
従って、本発明の課題は、上述した技術的な問題を克服、又は少なくとも緩和することにある。
本発明によるディスプレイシステムは、レーザビームによって励起された場合に約４５０ｎｍ〜約６５０ｎｍの波長範囲の光を放出する蛍光体を有するディスプレイスクリーンを含む。レーザビームは、約３３０ｎｍ〜約４４０ｎｍの動作波長範囲を有する固体レーザにより生成される。
本発明によれば、適切な蛍光体を励起して光を放出するために固体レーザを使用するディスプレイシステムが提供される。
本発明の多くの態様は、図面を参照することによって、より良く理解され得る。図面の要素は、必ずしも一律の縮尺に従っていない。それよりむしろ、本発明の原理を明確に例示することに重点が置かれている。さらに、図面において、同じ参照符号は、いくつかの図面にわたって対応する部品を示す。
本発明による種々の実施形態は、適切な蛍光体を励起して光を放出するために固体レーザを使用するディスプレイシステムに関する。例示的な一実施形態において、固体レーザは、ほぼ３３０ｎｍ〜４４０ｎｍの波長範囲のレーザビームを生成し、レーザビームはディスプレイスクリーンの蛍光体を励起するために使用される。励起された蛍光体は、ほぼ４５０ｎｍ〜６５０ｎｍの波長範囲の光を放出する。
図１は、本発明によるディスプレイシステム１００の第１の例示的な実施形態を示し、その実施形態は、ビーム案内システム１１０に光学的に結合された固体レーザ１０５を含み、そのビーム案内システム１１０はディスプレイスクリーン１１５に光学的に結合されている。この例示的な実施形態において、固体レーザ１０５は、アルミニウム、ガリウム、インジウム、及び窒素のような材料からなる端面発光型半導体レーザである。一般に、固体レーザ１０５は、適切な基板上に形成されたいくつかの別個の材料層からなる。適切な基板のいくつかの例は、窒化ガリウム（ＧａＮ）基板、炭化ケイ素（ＳｉＣ）基板、及びサファイア基板である。
いくつかの別個の層の中で、活性層と呼ばれる１つの層は、適切な電圧バイアスが固体レーザ１０５に印加された場合に、光が生成される量子井戸領域を含む。光は、活性層の両側にある２つのクラッディング層によって活性領域に横方向に閉じ込められる。横方向に閉じ込められるが、光は、活性領域の長さに沿って横方向に伝播することが可能であり、ミラー端部ファセットによって反射される。１つ又は複数の係る反射の後、光は、固体レーザ１０５の端部ファセットに配置された開口から横方向に放出されることができるようになる。この放出された光は、本発明に従ってレーザビーム１０６を構成する。
動作波長とも呼ばれる、レーザビーム１０６の発光波長は、活性層の材料によって大部分決まる。一般に、活性層は、窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）からなるが、他の層、例えばクラッディング層は、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）又は窒化ガリウム（ＧａＮ）のような化合物からなる。この例示的な実施形態において、固体レーザ１０５は、約３３０ｎｍ〜約４４０ｎｍの動作波長を有し、約４０５ｎｍの最適な動作波長を有する。固体レーザは一般に、（ＡｌｘＩｎ１−ｘ）ｙＧａ１−ｙＮからなり、ここで、１≧ｘ＞０、及び１≧ｙ＞０である。
いくつかの市販の固体レーザが、固体レーザ１０５の使用に適している。例えば、日亜化学工業株式会社は、本発明に従う種々の波長範囲で動作するいくつかのレーザダイオードモジュールを提供する。
ビーム案内システム１１０は、固体レーザ１０５からレーザビーム１０６を受け取り、それをディスプレイスクリーン１１５上に送る。例示的な一実施形態において、ビーム案内システム１１０は、ミラーのような光反射要素を含む。ミラーは、第１の事例において、レーザビーム１０６を受け取り、それをディスプレイスクリーン１１５上の第１の位置上に送るように構成される。次いで、ミラーは、第２の事例において、レーザビーム１０６を受け取り、それをディスプレイスクリーン１０５上の第２の位置上に送るように再構成される。このように、ミラーは、ディスプレイスクリーン１１５上の種々の位置上にレーザビーム１０６を送るように動的に構成され得る。一実施形態において、ミラーは、テレビの飛越し走査パターン、又は順次走査パターンのような走査パターンを生成するように動的に構成される。
別の例示的な実施形態において、ビーム案内システム１１０は、マイクロミラーのアレイを含む。レーザビーム１０６は、適切な光学コンポーネント（図示せず）によってマイクロミラーのアレイ上に入射するように送られる。各マイクロミラーは、任意の特定の事例において、２つの方向のうち一方を向くように構成される。第１の方向に向けられる場合、マイクロミラーは、受光したレーザビームをディスプレイスクリーン１１５上の第１の位置の方へ送り、それによりその第１の位置にある蛍光体が励起されて、光が放出される。しかしながら、第２の方向に向けられる場合、マイクロミラーは、受光したレーザビームをディスプレイスクリーン１１５から離れるように向く方向に送る。従って、上述した第１の位置にある蛍光体は、光を放出することができず、それによりダークスポットが形成される。各マイクロミラーは、２つの方向のうち一方を向くように個々に構成され得るので、マイクロミラーのアレイは、明るいスポットとダークスポットのアレイパターンで、ディスプレイスクリーン１１５の方へレーザビームを送る光学スイッチのアレイとして有効に動作する。各スポットは、ディスプレイスクリーン１１５上に表示される結果としての画素化した画像の１つのピクセルに対応する。
上述した実施形態において、ビーム案内システム１１０は光反射要素を使用するが、代替の実施形態において、ビーム案内システム１１０は光回折要素を使用する。例えば、この代替の実施形態において、回折格子は、レーザビーム１０６を受け取り、ディスプレイスクリーン１１５上に回折パターンを送る。１つの用途において、回折パターンは、ディスプレイスクリーン１１５の全表面を同時に照射する拡散照明を生成する。
ディスプレイスクリーン１１５は、上述したレーザビームにより励起される蛍光体層が存在する第１の主表面を有する。反対の主表面は、蛍光体により生成された光が観察者の方へと外方に放射する画面である。
蛍光体層は、各ピクセルがいくつかのサブピクセルを含む画素化されたパターンに構成される。例えば、一実施形態において、ピクセルは３つのサブピクセルを含む。サブピクセルの各々は、蛍光体がレーザビーム１０６により励起された場合に、特定の波長の光を放出するように選択された蛍光体を含む。第１のサブピクセルは、レーザビームにより励起された場合に、赤色の光（例えば、約６５０ｎｍの波長）を放出する第１の蛍光体を含み、第２のサブピクセルは、緑色の光（例えば、約５３５ｎｍの波長）を放出する第２の蛍光体を含み、第３のサブピクセルは、青色の光（例えば、約４５０ｎｍの波長）を放出する第３の蛍光体を含む。
レーザビーム１０６が近紫外線波長で動作する場合に使用に適している蛍光体材料のいくつかの例は、１）ほぼ４５０ｎｍの波長で光を放出することにより近紫外線励起に応答する、ＲｕドープドＢａＭｇＡｌ１４Ｏ２３、２）ほぼ５００ｎｍの波長で光を放出することにより近紫外線励起に応答する、ＲｕドープドＳｒＧａ２Ｓ４、３）ほぼ６１０ｎｍの波長で光を放出することにより近紫外線励起に応答する、ＲｕドープドＹ２Ｏ３である。これらの蛍光体は、いくつかの製造業者により商品化されている。例えば、Nantex Industry Corporationは、上述した蛍光体を含むいくつかのタイプの蛍光体を製造する。
図２は、図１のディスプレイシステム１００に任意に使用されるいくつかの追加の要素を示す。これらの追加要素の中で、ビーム特性制御装置２０５は、レーザビーム１０６を受け取り、レーザビーム１０６のビームスプレッド、ビーム伝播方向、ビームの広がり、及びビーム強度のような特定の特性を制御するように構成される。第１の実施形態において、ミラー、レンズ、又は回折格子のような受動要素を用いて、ビーム特性を変更するが、第２の実施形態では、光増幅器、光減衰器、又は光スイッチのような能動要素が代わりに使用される。
制御システム２２０を用いて、ビーム特性制御装置２０５の要素を制御する。例えば、要素が、ミラーのような受動要素の場合、制御システム２２０は制御ライン２０６を介して制御信号を提供し、所望の方向にレーザビーム１０６を送るようにミラーを位置決めする。要素が、能動要素、例えば電気制御式光減衰器である場合、制御システム２２０は、制御ライン１０６を介して制御信号を提供し、減衰器の光減衰率を所望の値に設定する。
また、制御システム２２０を用いて固体レーザ１０５を制御する。本発明による一実施形態において、制御システム２２０は、制御ライン２０４によって図２において具現化された１つ又は複数の制御ラインを介して双方向制御信号を提供し、固体レーザ１０５の種々のパラメータを設定、又はモニタする。例えば、第１の方向において、制御ライン２０４を用いて、所望のレーザ電流を設定するための第１の制御信号、及び固体レーザ１０５をオン及びオフするための第２の制御信号を供給する。第２の方向において、制御ライン２０４を用いて固体レーザ１０５から信号を受信する。これらの信号は、レーザ電流、レーザ温度、及びシステムの故障状態のような種々のパラメータに関連した測定値を提供する。
制御システム２２０はさらに、ビーム案内システム１１０を制御するために使用される。一例において、制御システム２２０は、制御ライン２０８を介して制御信号を供給して、ビーム案内システム１１０のマイクロミラーのアレイを構成する。別の例において、制御システム２２０は、制御ライン２０８を介して制御信号を供給して、光スイッチングモジュールの液晶スイッチング要素を構成する。
制御ライン２０４、２０６、及び２０８に関連した制御信号は、本発明による種々の実施形態において様々な態様で実施される。制御信号のいくつかの例は、アナログ電気信号、デジタル電気信号、光信号、機械的な活性化信号、及び無線信号である。
ディスプレイインターフェース２１０は、ビーム案内システム２１０からレーザビームを受光するように構成され、ディスプレイスクリーン１１５の方へビームを伝える前に、受光したレーザビームの特定の特性を制御する。例えば、個々に、又は組み合わせて使用される、フィルタスクリーン、回折格子、光拡散板、偏光スクリーン、又は画素化スクリーン格子のような１つ又は複数の要素を使用して、ディスプレイスクリーン１１５上に衝突する前に、様々なビーム特性を変更する。
図３は、本発明に従って、固体レーザ１０５、及びバックライトパネル３１０を組み込むディスプレイシステム３００の第２の例示的な実施形態を示す。バックライトパネル３１０は、ビーム案内システム１１０から受け取ったレーザビームにより励起された場合に、ほぼ４５０ｎｍ〜６５０ｎｍの波長範囲の光を放射する蛍光体層が存在する第１の主表面を有する。反対の主表面は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）スクリーン３１５に光学的に結合される。この反対の表面は、観察者がＬＣＤスクリーン３１５の液晶により生成された画像を見ることを可能にするために、ＬＣＤスクリーン３１５のバックライトとして放射光を提供する。画像は、個々の液晶を構成するイメージドライバシステム（図示せず）を用いて生成される。
この例示的な実施形態において、ビーム案内システム１１０は、ビーム特性制御装置２０５からレーザビームを受け取り、バックライトパネルの蛍光体層上に適切なパターンでそのビームを送るように構成される。そのパターンは、バックライトパネル３１０の反対の主表面の全体にわたって均一なレベルの照明を生成するように選択される。第１の実施形態において、パターンは、飛越し走査パターン、又は順次走査パターンのような走査パターンに対応し、この場合、レーザビームは蛍光体層上の種々の位置上に連続的に送られる。これらの走査パターンは、他の図面を使用して以下でより詳細に説明される。
本発明による実施形態において、パターンは、バックライトパネルの蛍光体コーティングの全体に同時に投影される拡散光のような非走査パターンである。ビーム案内システム１１０は、例えば、光回折格子、又は拡散スクリーンの適切な光学部品を利用することにより、レーザビームから拡散光を生成する。
図４は、ディスプレイスクリーン１１５又はバックライトパネル３１０の蛍光体層のピクセル及びサブピクセルの例示的なアレイ４００を示す。この例示的な実施形態において、アレイ４００の各ピクセルは、３つのサブピクセルから形成される。例えば、ピクセル４０５は、赤のサブピクセル４５１、緑のサブピクセル４５２、及び青のサブピクセル４５３を有する。別の実施形態において、白の光を放射する第４のサブピクセルが、３つのサブピクセル４５１、４５２、及び４５３に加えて使用され、画像の輝度を制御するように、ピクセル４０５の平均放射レベルを強化する。３つのサブピクセル４５１、４５２、及び４５３は、三角形の構成で互いに隣接して示される。他の実施形態において、１つ又は複数のサブピクセルは互いに部分的に重なる。さらに、他の実施形態において、ピクセルは、２つ以上のサブピクセルから形成され得る。
アレイ４００は、Ｘ１〜Ｘｎのいくつかの行、及びＹ１〜Ｙｎのいくつかの列を含み、各行と各列の交点にピクセルが配置された状態で示される。飛越し走査が使用される場合、レーザビームが、奇数番号の行に沿った全ピクセルに当たり、隣接した偶数番号の行を飛び越して、次いで次の奇数番号の行に沿った全ピクセルに当たるように構成される。特に、レーザビームは、最初に行Ｘ１に当たり、ピクセル４０５から開始して、行Ｘ１に沿ったピクセル４１０、４１５、及び他のピクセルに順次に当たる。奇数番号の行Ｘ１の最後のピクセル４２０に当たった後、レーザビームは偶数番号の行Ｘ２を飛び越して、引き続き行Ｘ３のピクセルにピクセル４３０から開始して当たる。アレイの奇数番号の行の全てが走査された後、レーザビームは、偶数番号の行Ｘ２の第１のピクセル４２５上に送られる。次いで、レーザビームは偶数番号の行Ｘ２に沿った全ピクセルに当たり、隣接する奇数番号の行Ｘ３を飛び越して、偶数番号の行Ｘ４のピクセルにピクセル４４０から開始して当たる。偶数番号の行の全てが走査された後、レーザビームは再び奇数番号の行Ｘ１のピクセル４０５に戻るように送られ、望み通りに全走査パターンが繰り返される。走査は、許容できる画像品質を提供するように選択された特定の走査速度で行われる。
順次走査が使用される場合、レーザビームが、第１の行の全ピクセルに当たり、続いて次の隣接する行の全ピクセルに当たるように構成される。飛越し走査の奇数と偶数の行パターンは、順次走査において使用されない。また、順次走査の速度は一般に、非飛越し走査速度とは異なる。
図５は、本発明によるビーム案内システム１１０の例示的な実施形態を示す。この実施形態において、ミラー５０５は、固体レーザ１０５からレーザビームを受け取り、それをディスプレイスクリーン１１５の方へ送るように配置される。ミラー５０５は、第１の事例において、ディスプレイスクリーン１１５の蛍光体層上の第１の位置に当たるように、軸５０１に沿って光を送るように位置決めされる。ミラー５０５は、第２の事例において、ディスプレイスクリーン１１５の蛍光体層上の第２の位置に当たるように、軸５０２に沿って光を送るように位置決めされ、第３の事例において、ディスプレイスクリーン１１５の蛍光体層上の第３の位置に当たるように、軸５０３に沿って光を送るように位置決めされる。従って、種々の事例において適切にミラー５０５を位置決めすることにより、レーザビームは、蛍光体層の種々の位置上に送られ、上述した走査パターンで動作するように構成され得る。
ビーム案内システム１１０及びディスプレイスクリーン１１５に対して固体レーザ１０５を直交に配置することにより、ディスプレイシステムは、固体レーザがビーム案内システム及びディスプレイスクリーンと水平に整列して配置されたディスプレイシステムに比べてコンパクトなサイズを有することが可能になる。
図６Ａは、本発明に従って、ビーム案内システム１１０の一部であるマウント６００の例示的な実施形態の斜視図を示す。ミラー６０５は、回転可能プラットフォーム６１０上に取り付けられる。ミラー６０５の反射主表面は、入射レーザビーム（図示せず）を、回転可能プラットフォーム６１０の主表面に平行な方向に反射するように配向されている。波線６１５により示されるように双方向に回転可能である回転可能プラットフォーム６１０は、傾斜可能プラットフォーム６２５上に配置される。回転可能シャフト６２０が傾斜可能プラットフォーム６２５を横断し、傾斜可能プラットフォーム６２５の傾斜角を調整するように動作可能である。回転可能シャフト６２０は、波線６３０により示されたように、双方向に回転可能である。
回転可能シャフト６２０及び回転可能プラットフォーム６１０は、所望の方向に入射レーザビームを反射するためにそれぞれ、投射の所望の鉛直角（vertical angle）、及び投射の所望の外側角を設定するように動作される。これは、図６Ｂ及び図６Ｃを用いてさらに説明される。
図６Ｂは、投影の所望の鉛直角を設定することを説明するためのマウント６００の側面図を示す。回転可能シャフト６２０が第１の位置に設定される場合、入射レーザビームは、この例において基準軸６０１と呼ばれる軸に沿って反射される。回転可能シャフト６２０が第２の位置に設定される場合、入射レーザビームは、基準軸６０１に対して投影の鉛直角６０３を有する第２の軸６０２に沿って反射される。同様に、回転可能シャフト６２０は、投影の種々の鉛直角でレーザビームを反射するように位置決めされ得る。
図６Ｃは、投影の所望の外側角を設定することを説明するためのマウント６００の上面図を示す。回転可能プラットフォーム６１０が第１の位置に設定される場合、入射レーザビームは、この例において基準軸６０６と呼ばれる軸に沿って反射される。回転可能プラットフォーム６１０が第２の位置に設定される場合、入射レーザビームは、基準軸６０６に対して投影の外側角６０４を有する第２の軸６０７に沿って反射される。同様に、プラットフォーム６１０は、投影の種々の外側角でレーザビームを反射するように位置決めされ得る。
図７は、本発明に従って、複数の固体レーザ、複数のビーム案内システム、及び単一のディスプレイスクリーンを組み込むディスプレイシステム７００の例示的な実施形態を示す。この例示的な実施形態において、第１の固体レーザ７１０は、ミラー７０５のような反射要素から形成された第１のビーム案内システム上に送られるレーザビーム７１１を生成する。ミラー７０５は、レーザビームを反射することにより、レーザビームをディスプレイスクリーン７５０の方へ送る。反射されたレーザビーム７１２は、ディスプレイスクリーン７５０の蛍光体層上に入射する。特に、反射されたレーザビーム７１２は、３つのサブピクセル７４１、７４２、及び７４３からなる第１のピクセルに当たる。反射されたレーザビーム７１２は、連続してサブピクセル７４１、７４２、及び７４３の各々に当たり、例えば、複合の赤−緑−青（ＲＧＢ）ピクセルを生成する。
固体レーザ７２０は、ミラー７１５のような第２の反射要素から形成された第２のビーム案内システム上に送られるレーザビーム７２１を生成する。ミラー７１５は、レーザビームを反射することにより、レーザビームをディスプレイスクリーン７５０の方へ送る。反射されたレーザビーム７２２は、ディスプレイスクリーン７５０の蛍光体層上に入射する。特に、反射されたレーザビーム７２２は、３つのサブピクセルからなる第２のピクセルに当たる。反射されたレーザビーム７２２は、連続してサブピクセルの各々に当たり、例えば、複合の赤−緑−青（ＲＧＢ）ピクセルを生成する。
同様に、固体レーザ７３０及びミラー７２５は、ディスプレイシステム７００の複数の要素のうち「ｎ番目」の要素を表す。
本発明によるこの例示的な実施形態において、固体レーザ７１０、７２０、及び７３０は、同一の動作波長を有する。代替の実施形態において、固体レーザ７１０、７２０、及び７３０のそれぞれは、異なる動作波長を有する。異なる動作波長は、約３３０ｎｍ〜約４４０ｎｍの波長範囲で選択される。さらに別の実施形態において、複数のビーム案内システムは、ミラー以外の反射要素で実現される。例えば、各ビーム案内システムは、液晶空間変調器を用いて実現される。これらの液晶空間変調器のいくつかは、単一の統合型パッケージ内に収容され得る。
図８は、本発明に従って、単一の固体レーザ１０５、単一のディスプレイスクリーン１１５、及び複数の反射要素を有するビーム案内システム１１０を組み込むディスプレイシステム８００の例示的な実施形態を示す。固体レーザ１０５は、ビーム案内システム１１０内に包含されたぞれぞれのミラーに当たるように送られるレーザビームを生成する。本発明による実施形態において、レーザビームは、全ミラーに同時に当たる。係る実施形態は、図２に関連して上述したビーム特性制御装置２０５に配置された拡散板要素を用いて実現される。一実施形態において、固体レーザ１０５は、ビーム案内システム１１０内に包含されたそれぞれのミラー上に連続パターンでレーザビームを投影するために、多数の位置にわたって動的に移動する。
本発明によるビーム案内システム１１０の例示的な実施形態において、マイクロミラーのアレイを包含する微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）を用いて、図８のミラーを実現する。マイクロミラーのアレイを包含する市販のデバイスは、Texas Instrumentsから入手可能である。デジタルマイクロミラーデバイス（Digital Micro-mirror Device：ＤＭＤ）と呼ばれる場合もある、係るデバイスは、当該技術分野で知られており、デジタルライトプロジェクション（Digital Light Projection：ＤＬＰ）のイメージング用途に広く使用されている。この例示的な実施形態において、マイクロミラーの数は、ディスプレイスクリーン１１５上に表示される画像に存在するピクセルの数に対応する。
マイクロミラー８０５は、ディスプレイスクリーン１１５上に位置するピクセル上へレーザビームを送るように構成される。ピクセルは、複数のサブピクセルからなり、マイクロミラー８０５は、連続パターンでこれら複数のサブピクセルのそれぞれ上へレーザビームを送る。
図９は、単一の固体レーザ１０５、単一のディスプレイスクリーン１１５、及びマイクロミラーのアレイを有するビーム案内システム１１０を組み込むディスプレイシステム９００の実施形態を示す。この実施形態において、各マイクロミラーは、１つのタイプのサブピクセルのみの上へレーザビームを送ることに捧げられる。例えば、マイクロミラー９７０は、１つの赤サブピクセル９７１上にレーザビームを送るが、マイクロミラー９７５は１つの緑サブピクセル９７６上にレーザビームを送り、マイクロミラー９８０は１つの青サブピクセル９８１上にレーザビームを送る。この例示的な実施形態において、マイクロミラーの数は、ディスプレイスクリーン１１５上に表示される画像に存在するサブピクセルの数に対応する。
本発明による他の実施形態において、ビーム案内システム１１０は、液晶空間変調器のアレイを用いて実現される。複数の液晶空間変調器は、単一の統合型パッケージ内に収容され得る。
図１０は、本発明に従って、単一の固体レーザ１０５、単一のディスプレイスクリーン１１５、並びにビームスプレッダ９１２及び光スイッチングモジュール９１３内に収容された複数のビーム案内要素を有するビーム案内システム１１０を組み込みディスプレイシステム９１０の例示的な実施形態を示す。ビーム案内システム１１０は、図面に関連して上述された他の実施形態で説明されたような反射要素のアレイを使用していない。代わりに、光透過制御要素のアレイが使用される。光透過制御要素のいくつかの例は、光変調器、光スイッチ、及び光減衰器である。
光スイッチングモジュール９１３は、ＬＣＤモジュールであり、光スイッチング要素のそれぞれは、液晶である。第１のスイッチング構成において、各液晶により、固体レーザ１０５により生成されたレーザビームが、ディスプレイスクリーン１１５の方へ伝わることが可能となり、これによりディスプレイスクリーン１１５上に明るいピクセル（light pixel）が生成される。第２のスイッチング構成において、各液晶は、固体レーザ１０５により生成されたレーザビームを阻止してディスプレイスクリーン１１５の方へ伝わることが妨げられ、これによりディスプレイスクリーン１１５上にダークピクセルが生成される。ディスプレイスクリーン１１５は一般に、最大の光学的結合を容易にするために、ビーム案内システム１１０に接近して配置される。
上述した実施形態は、本開示の原理を明確に理解するためだけに説明されている。多数の変形形態及び修正形態が、本開示から実質的に逸脱することなく行われることができ、当業者には明らかになるであろう。係る修正形態及び変形形態の全ては、本明細書において本開示の範囲内に含められる。
以下においては、本発明の種々の構成要件の組み合わせからなる例示的な実施形態を示す。
１．第１の蛍光体サブピクセルを含むディスプレイスクリーンと、
約３３０ｎｍ〜約４４０ｎｍの動作波長範囲における第１の動作波長のレーザビームを生成するように動作可能な第１の固体レーザと、
前記第１の固体レーザからレーザビームを受け取り、前記第１の蛍光体サブピクセル上にレーザビームを送るように動作可能であり、その結果として前記第１の蛍光体サブピクセルが約４５０ｎｍ〜約６５０ｎｍの波長範囲における第１の色の光を放出するように励起される、第１のビーム案内システムとを含む、ディスプレイシステム。
２．前記第１の動作波長が約４０５ｎｍである、上記１に記載のディスプレイシステム。
３．前記第１の固体レーザが、（ＡｌｘＩｎ１−ｘ）ｙＧａ１−ｙＮからなる端面発光型デバイスであり、ここで、１≧ｘ＞０、及び１≧ｙ＞０である、請求項２に記載のディスプレイシステム。
４．前記第１の色が、ａ）約６５０ｎｍの波長を有する赤色、ｂ）約５３５ｎｍの波長を有する緑色、及びｃ）約４５０ｎｍの波長を有する青色の１つである、上記３に記載のディスプレイシステム。
５．前記ディスプレイスクリーンが第２の蛍光体サブピクセルを含み、
約３３０ｎｍ〜約４４０ｎｍの動作波長範囲における第２の動作波長のレーザビームを生成するように動作可能な第２の固体レーザと、
前記第２の固体レーザからレーザビームを受け取り、前記第２の蛍光体サブピクセル上にレーザビームを送るように動作可能であり、その結果として前記第２の蛍光体サブピクセルが約４５０ｎｍ〜約６５０ｎｍの波長範囲における第２の色の光を放出するように励起される、第２のビーム案内システムとをさらに含む、上記３に記載のディスプレイシステム。
６．前記第１の動作波長が前記第２の動作波長と同じである、上記５に記載のディスプレイシステム。
７．前記第１の色が前記第２の色と同じであり、
前記第１のビーム案内システムが前記第２のビーム案内システムと同じである、請求項６に記載のディスプレイシステム。
８．前記第１のビーム案内システムが微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）を含む、上記１に記載のディスプレイシステム。
９．前記第１のビーム案内システムが、ａ）光反射要素、及びｂ）光透過制御要素の一方を含む、上記８に記載のディスプレイシステム。
１０．第１の事例において、光を前記第１の蛍光体サブピクセル上に送るために、前記光反射要素を第１の位置に設定し、第２の事例において、光を前記第２の蛍光体サブピクセル上に送るために、前記光反射要素を第２の位置に設定するように動作可能な制御システムをさらに含む、上記９に記載のディスプレイシステム。
１１．前記制御システムが、前記第１の固体レーザをオンすること、及びｂ）前記光反射要素がａ）前記第１の位置、及びｂ）前記第２の位置の一方にある場合に、前記第１の固体レーザをオフすることの一方を行うようにさらに動作可能である、上記１０に記載のディスプレイシステム。
１２．前記第１の蛍光体サブピクセルが、前記ディスプレイスクリーンの第１の水平軸上に配置され、前記第２の蛍光体サブピクセルが前記ディスプレイスクリーンの第２の水平軸上に配置されている、上記５に記載のディスプレイシステム。
１３．前記第１の水平軸が前記第２の水平軸と同じである、上記１２に記載のディスプレイシステム。
１４．液晶ディスプレイスクリーンと、
蛍光体コーティングを含み、前記液晶ディスプレイスクリーンにバックライト照明を提供するように動作可能なバックライトパネルと、
約３３０ｎｍ〜約４４０ｎｍの動作波長範囲における第１の動作波長のレーザビームを生成するように動作可能な固体レーザと、
前記固体レーザからレーザビームを受け取り、前記バックライトパネルの蛍光体コーティング上に走査パターンでレーザビームを送るように動作可能であり、その結果として前記蛍光体コーティングが約４５０ｎｍ〜約６５０ｎｍの波長範囲における第１の色の光を放出するように励起される、ビーム案内システムとを含む、ディスプレイシステム。
１５．前記走査パターンが、ａ）飛越し走査パターン、及びｂ）順次走査パターンの一方からなる、上記１４に記載のディスプレイシステム。
１６．第１の蛍光体サブピクセルを含むディスプレイスクリーンを準備し、
固体レーザを準備し、
約３３０ｎｍ〜約４４０ｎｍの動作波長範囲における第１の動作波長のレーザビームを生成するように前記固体レーザを構成し、
前記第１の蛍光体サブピクセル上に当たるようにレーザビームを送り、その結果として前記第１の蛍光体サブピクセルが約４５０ｎｍ〜約６５０ｎｍの波長範囲における第１の色の光を放出するように励起されることを含む、画像を表示する方法。
１７．前記第１の蛍光体サブピクセル上に当たるようにレーザビームを送ることが、ａ）レーザビームを選択的に反射すること、及びｂ）レーザビームの透過を選択的に制御することの一方からなる、上記１６に記載の方法。
本発明によるいくつかの例示的な要素である、固体レーザ、ビーム案内システム、及びディスプレイスクリーンを組み込むディスプレイシステムの第１の例示的な実施形態を示す図である。 図１のディスプレイシステムのいくつかの追加の要素を示す図である。 固体レーザ、及び液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）のスクリーンに関連するバックライトパネルを組み込むディスプレイシステムの第２の例示的な実施形態を示す図である。 図１のディスプレイスクリーン、又は図３のバックライトパネルに包含される例示的なピクセル及びサブピクセルのアレイを示す図である。 図１のビーム案内システムの第１の例示的な実施形態を示す図である。 図１のビーム案内システムの一部であるマウントの例示的な実施形態の斜視図である。 図６Ａのマウントの側面図である。 図６Ａのマウントの上面図である。 複数の固体レーザを組み込むディスプレイシステムの例示的な実施形態を示す図である。 単一の固体レーザ、及び複数の案内要素を有するビーム案内システムを組み込むディスプレイシステムの別の例示的な実施形態を示す図である。 単一の固体レーザ、及び複数の案内要素を有するビーム案内システムを組み込むディスプレイシステムのさらに別の例示的な実施形態を示す図である。 図１のビーム案内システムの第２の例示的な実施形態を包含するディスプレイシステムを示す図である。
符号の説明
100、300、700、800、900、910 ディスプレイシステム
105 固体レーザ
110 ビーム案内システム
115 ディスプレイスクリーン
310 バックライトパネル
315 ＬＣＤスクリーン
405〜440 ピクセル
451〜453 サブピクセル

Claims (10)

  1. 第１の蛍光体サブピクセル（451）を含むディスプレイスクリーン（115）と、
    約３３０ｎｍ〜約４４０ｎｍの動作波長範囲における第１の動作波長のレーザビームを生成するように動作可能な第１の固体レーザ（105）と、
    前記第１の固体レーザからレーザビームを受け取り、前記第１の蛍光体サブピクセル上にレーザビームを送るように動作可能であり、その結果として前記第１の蛍光体サブピクセルが約４５０ｎｍ〜約６５０ｎｍの波長範囲における第１の色の光を放出するように励起される、第１のビーム案内システム（110）とを含む、ディスプレイシステム（100、300、700、800、900、910）。
  2. 前記第１の動作波長が約４０５ｎｍである、請求項１に記載のディスプレイシステム。
  3. 前記第１の固体レーザが、（ＡｌｘＩｎ１−ｘ）ｙＧａ１−ｙＮからなる端面発光型デバイスであり、ここで、１≧ｘ＞０、及び１≧ｙ＞０である、請求項２に記載のディスプレイシステム。
  4. 前記第１の色が、ａ）約６５０ｎｍの波長を有する赤色、ｂ）約５３５ｎｍの波長を有する緑色、及びｃ）約４５０ｎｍの波長を有する青色の１つである、請求項３に記載のディスプレイシステム。
  5. 前記第１のビーム案内システムが微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）を含む、請求項１に記載のディスプレイシステム。
  6. 前記第１のビーム案内システムが、ａ）光反射要素、及びｂ）光透過制御要素の一方を含む、請求項５に記載のディスプレイシステム。
  7. 液晶ディスプレイスクリーン（315）と、
    蛍光体コーティングを含み、前記液晶ディスプレイスクリーンにバックライト照明を提供するように動作可能なバックライトパネル（310）と、
    約３３０ｎｍ〜約４４０ｎｍの動作波長範囲における第１の動作波長のレーザビームを生成するように動作可能な固体レーザ（105）と、
    前記固体レーザからレーザビームを受け取り、前記バックライトパネルの蛍光体コーティング上に走査パターンでレーザビームを送るように動作可能であり、その結果として前記蛍光体コーティングが約４５０ｎｍ〜約６５０ｎｍの波長範囲における第１の色の光を放出するように励起される、ビーム案内システム（110）とを含む、ディスプレイシステム（100）。
  8. 前記走査パターンが、ａ）飛越し走査パターン、及びｂ）順次走査パターンの一方からなる、請求項７に記載のディスプレイシステム。
  9. 第１の蛍光体サブピクセルを含むディスプレイスクリーン（115）を準備し、
    固体レーザ（105）を準備し、
    約３３０ｎｍ〜約４４０ｎｍの動作波長範囲における第１の動作波長のレーザビームを生成するように前記固体レーザを構成し、
    前記第１の蛍光体サブピクセル上に当たるようにレーザビームを送り、その結果として前記第１の蛍光体サブピクセルが約４５０ｎｍ〜約６５０ｎｍの波長範囲における第１の色の光を放出するように励起されることを含む、画像を表示する方法。
  10. 前記第１の蛍光体サブピクセル上に当たるようにレーザビームを送ることが、ａ）レーザビームを選択的に反射すること、及びｂ）レーザビームの透過を選択的に制御することの一方からなる、請求項９に記載の方法。
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