JP2020030303A - プロジェクター - Google Patents
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Abstract
【課題】小型化を図ることができるプロジェクターを提供する。【解決手段】レーザー光源と、前記レーザー光源から出射された光を、画像情報に応じて変調させる光変調素子と、を有し、前記レーザー光源は、基板と、光を発する発光層を有し、前記発光層が発する光を、前記基板の面内方向に閉じ込め、前記基板の法線方向に出射させるフォトニック結晶構造体と、を有し、前記レーザー光源の発光領域の大きさは、前記光変調素子の表示領域の大きさ以上である、プロジェクター。【選択図】図1
Description
本発明は、プロジェクターに関する。
近年、プロジェクターは、特にデジタルサイネージ市場や教育市場において、より明るい環境下で大画面に投影するニーズが高まっており、さらなる高輝度化が求められている。また、従来からプロジェクター用光源として広く利用されている水銀ランプは、次第に暗くなり突然切れるという寿命の問題や、水銀規制という環境問題があった。そこでプロジェクターの光源は、高輝度発光し、長寿命で環境に優しいレーザー等の固体光源に、徐々に移行しつつある。
例えば特許文献1には、半導体レーザーからなるLDアレイからの出射光によって液晶パネルを照射し、液晶パネルを透過した光をプロジェクションレンズで投射するプロジェクターが記載されている。
しかしながら、特許文献1では、プロジェクターの光源として用いられる半導体レーザーは、端面発光型の半導体レーザーであるため、出射光の放射角が大きい。そのため、出射光を平行光にするためのレンズアレイを備えている。したがって、小型化を図ることが難しい。
本発明に係るプロジェクターの一態様は、
レーザー光源と、
前記レーザー光源から出射された光を、画像情報に応じて変調させる光変調素子と、
を有し、
前記レーザー光源は、
基板と、
光を発する発光層を有し、前記発光層が発する光を、前記基板の面内方向に閉じ込め、前記基板の法線方向に出射させるフォトニック結晶構造体と、
を有し、
前記レーザー光源の発光領域の大きさは、前記光変調素子の表示領域の大きさ以上である。
レーザー光源と、
前記レーザー光源から出射された光を、画像情報に応じて変調させる光変調素子と、
を有し、
前記レーザー光源は、
基板と、
光を発する発光層を有し、前記発光層が発する光を、前記基板の面内方向に閉じ込め、前記基板の法線方向に出射させるフォトニック結晶構造体と、
を有し、
前記レーザー光源の発光領域の大きさは、前記光変調素子の表示領域の大きさ以上である。
本発明に係るプロジェクターの一態様は、
レーザー光源と、
前記レーザー光源から出射された光を、画像情報に応じて変調させる光変調素子と、
を有し、
前記レーザー光源は、
基板と、
光を発する発光層と、
前記発光層が発する光を、前記基板の面内方向に閉じ込め、前記基板の法線方向に出射
させるフォトニック結晶構造体と、
を有し、
前記レーザー光源の発光領域の大きさは、前記光変調素子の表示領域の大きさ以上である。
レーザー光源と、
前記レーザー光源から出射された光を、画像情報に応じて変調させる光変調素子と、
を有し、
前記レーザー光源は、
基板と、
光を発する発光層と、
前記発光層が発する光を、前記基板の面内方向に閉じ込め、前記基板の法線方向に出射
させるフォトニック結晶構造体と、
を有し、
前記レーザー光源の発光領域の大きさは、前記光変調素子の表示領域の大きさ以上である。
前記プロジェクターの一態様において、
前記レーザー光源は、3つ設けられ、
3つの前記レーザー光源のうちの第1レーザー光源は、赤色光を出射し、
3つの前記レーザー光源のうちの第2レーザー光源は、緑色光を出射し、
3つの前記レーザー光源のうちの第3レーザー光源は、青色光を出射し、
前記第1レーザー光源、前記第2レーザー光源、および前記第3レーザー光源から出射された光を合成するクロスダイクロイックプリズムを有してもよい。
前記レーザー光源は、3つ設けられ、
3つの前記レーザー光源のうちの第1レーザー光源は、赤色光を出射し、
3つの前記レーザー光源のうちの第2レーザー光源は、緑色光を出射し、
3つの前記レーザー光源のうちの第3レーザー光源は、青色光を出射し、
前記第1レーザー光源、前記第2レーザー光源、および前記第3レーザー光源から出射された光を合成するクロスダイクロイックプリズムを有してもよい。
前記プロジェクターの一態様において、
前記光変調素子は、3つ設けられ、
3つの前記光変調素子のうちの第1光変調素子は、前記第1レーザー光源から出射された光を変調させ、
3つの前記光変調素子のうちの第2光変調素子は、前記第2レーザー光源から出射された光を変調させ、
3つの前記光変調素子のうちの第3光変調素子は、前記第3レーザー光源から出射された光を変調させ、
前記クロスダイクロイックプリズムは、前記第1光変調素子、前記第2光変調素子、および前記第3光変調素子で変調された光を合成してもよい。
前記光変調素子は、3つ設けられ、
3つの前記光変調素子のうちの第1光変調素子は、前記第1レーザー光源から出射された光を変調させ、
3つの前記光変調素子のうちの第2光変調素子は、前記第2レーザー光源から出射された光を変調させ、
3つの前記光変調素子のうちの第3光変調素子は、前記第3レーザー光源から出射された光を変調させ、
前記クロスダイクロイックプリズムは、前記第1光変調素子、前記第2光変調素子、および前記第3光変調素子で変調された光を合成してもよい。
前記プロジェクターの一態様において、
前記光変調素子は、前記クロスダイクロイックプリズムで合成された光を変調させてもよい。
前記光変調素子は、前記クロスダイクロイックプリズムで合成された光を変調させてもよい。
前記プロジェクターの一態様において、
前記光変調素子は、集光レンズと、前記集光レンズを通った光が入射する液晶層と、前記液晶層と接する配向層と、を有する液晶ライトバルブであり、
前記集光レンズの焦点は、前記液晶層および前記配向層になくてもよい。
前記光変調素子は、集光レンズと、前記集光レンズを通った光が入射する液晶層と、前記液晶層と接する配向層と、を有する液晶ライトバルブであり、
前記集光レンズの焦点は、前記液晶層および前記配向層になくてもよい。
前記プロジェクターの一態様において、
前記集光レンズと前記焦点との間に、前記液晶層および前記配向層が配置されていてもよい。
前記集光レンズと前記焦点との間に、前記液晶層および前記配向層が配置されていてもよい。
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また、以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。
1. 第1実施形態
1.1. プロジェクター
まず、第1実施形態に係るプロジェクターについて、図面を参照しながら説明する。図1は、第1実施形態に係るプロジェクター1000を模式的に示す図である。
1.1. プロジェクター
まず、第1実施形態に係るプロジェクターについて、図面を参照しながら説明する。図1は、第1実施形態に係るプロジェクター1000を模式的に示す図である。
プロジェクター1000は、図1に示すように、例えば、レーザー光源10と、光変調素子20と、クロスダイクロイックプリズム30と、投射レンズ40と、を有している。
レーザー光源10は、レーザー光を出射する。レーザー光源10は、複数設けられている。具体的には、レーザー光源10は、3つ設けられている。3つのレーザー光源10のうちの第1レーザー光源10Rは、赤色光を出射する。赤色光の波長は、620nm以上750nm以下である。3つのレーザー光源10のうちの第2レーザー光源10Gは、緑色光を出射する。緑色光の波長は、495nm以上570nm以下である。3つのレーザー光源10のうちの第3レーザー光源10Bは、青色光を出射する。青色光の波長は、400nm以上480nm以下である。
光変調素子20は、レーザー光源10から出射された光を、画像情報に応じて変調させる。光変調素子20は、例えば、レーザー光源10から出射された光を透過させる透過型の液晶ライトバルブである。プロジェクター1000は、LCD(liquid crystal display)プロジェクターである。
光変調素子20は、複数設けられている。具体的には、光変調素子20は、3つ設けられている。3つの光変調素子20のうちの第1光変調素子20Rは、第1レーザー光源10Rから出射された光を変調させる。3つの光変調素子20のうちの第2光変調素子20Gは、第2レーザー光源10Gから出射された光を変調させる。3つの光変調素子20のうちの第3光変調素子20Bは、第3レーザー光源10Bから出射された光を変調させる。
図示の例では、プロジェクター1000は、入射側偏光板50と、出射側偏光板52と、を有している。入射側偏光板50は、レーザー光源10R,10G,10Bから出射された光の偏光を整え、光変調素子20R,20G,20Bに入射させる。出射側偏光板52は、光変調素子20R,20G,20Bを透過した光を検光し、クロスダイクロイックプリズム30に入射させる。なお、レーザー光源10R,10G,10Bから出射された光が直線偏光であれば、入射側偏光板50を備えていなくてもよい。
クロスダイクロイックプリズム30は、第1レーザー光源10Rから出射された光、第2レーザー光源10Gから出射された光、および第3レーザー光源10Bから出射された光を合成する。図示の例では、クロスダイクロイックプリズム30は、第1光変調素子20Rで変調された光、第2光変調素子20Gで変調された光、および第3光変調素子20Bで変調された光を合成する。
クロスダイクロイックプリズム30は、4つの直角プリズムを貼り合わせて形成され、その内面に赤色光を反射する誘電体多層膜と青色光を反射する誘電体多層膜とが十字状に配置されている。これらの誘電体多層膜によって3つの色光が合成され、カラー画像を表
す光が形成される。
す光が形成される。
投射レンズ40は、クロスダイクロイックプリズム30で合成された光を、図示せぬスクリーン上に投射する。スクリーンには、拡大された画像が表示される。
次に、レーザー光源10の構成について説明する。図2は、レーザー光源10を模式的に示す断面図である。レーザー光源10は、図2に示すように、例えば、基板102と、反射層104と、バッファー層106と、フォトニック結晶構造体108と、半導体層120と、第1電極122と、第2電極124と、配線126と、を有している。
基板102は、例えば、Si基板、GaN基板、サファイア基板などである。
反射層104は、基板102上に設けられている。反射層104は、例えば、DBR(distribution Bragg reflector)層である。反射層104は、例えば、AlGaN層とGaN層とを交互に積層させたもの、AlInN層とGaN層とを交互に積層させたものなどである。反射層104は、フォトニック結晶構造体108の柱状部110の発光層114で発生する光を、第2電極124側に向けて反射させる。
なお、「上」とは、柱状部110の半導体層112と発光層114との積層方向(以下、単に「積層方向」ともいう)において、発光層114からみて基板102から遠ざかる方向のことであり、「下」とは、積層方向において、発光層114からみて基板102に近づく方向のことである。
バッファー層106は、反射層104上に設けられている。バッファー層106は、例えば、Siがドープされたn型のGaN層などである。図示の例では、バッファー層106上には、柱状部110を成長させるためのマスク層128が設けられている。マスク層128は、例えば、酸化シリコン層、窒化シリコン層などである。
フォトニック結晶構造体108は、基板102に設けられている。図示の例では、フォトニック結晶構造体108は、反射層104およびバッファー層106を介して、基板102上に設けられている。フォトニック結晶構造体108は、柱状部110と、光伝搬層118と、を有している。フォトニック結晶構造体108は、フォトニック結晶の効果を発現することができ、フォトニック結晶構造体108の発光層114が発する光を、基板102の面内方向に閉じ込め、基板102の法線方向に出射させる。ここで、「基板102の面内方向」とは、積層方向と直交する方向のことである。「基板102の法線方向」とは、積層方向のことである。レーザー光源10は、フォトニック結晶構造体108を有するフォトニック結晶レーザーである。
柱状部110は、バッファー層106上に設けられている。柱状部110の平面形状は、正六角形等の多角形、円などである。柱状部110の径は、例えば、nmオーダーであり、具体的には10nm以上500nm以下である。柱状部110の積層方向の大きさは、例えば、0.1μm以上5μm以下である。
なお、「径」とは、柱状部110の平面形状が円の場合は、直径であり、柱状部110の平面形状が多角形の場合は、該多角形を内部に含む最小の円、すなわち最小包含円の直径である。また、「平面形状」とは、積層方向からみた形状のことである。
柱状部110は、複数設けられている。柱状部110は、所定の方向に所定のピッチで周期的に配置されている。柱状部110のピッチは、例えば、レーザー光源10から出射される光の波長と同じである。複数の柱状部110は、積層方向からみて、例えば、三角
格子状、四角格子状、などに配置されている。
格子状、四角格子状、などに配置されている。
柱状部110は、半導体層112と、発光層114と、半導体層116と、を有している。
半導体層112は、バッファー層106上に設けられている。半導体層112は、例えば、Siがドープされたn型のGaN層である。
発光層114は、半導体層112上に設けられている。発光層114は、半導体層112と半導体層116との間に設けられている。発光層114は、例えば、GaN層とInGaN層とから構成された量子井戸構造を有している。発光層114は、電流が注入されることで光を発することが可能な層である。
半導体層116は、発光層114上に設けられている。半導体層116は、半導体層112と導電型の異なる層である。半導体層116は、例えば、Mgがドープされたp型のGaN層である。半導体層112,116は、発光層114に光を閉じ込める機能を有するクラッド層である。
光伝搬層118は、隣り合う柱状部110の間に設けられている。図示の例では、光伝搬層118は、マスク層128上に設けられている。光伝搬層118の屈折率は、例えば、発光層114の屈折率よりも低い。光伝搬層118は、例えば、酸化シリコン層、酸化アルミニウム層、酸化チタン層などである。発光層114で発生した光は、光伝搬層118を伝搬することが可能である。
レーザー光源10では、p型の半導体層116、不純物がドーピングされていない発光層114、およびn型の半導体層112により、pinダイオードが構成される。半導体層112,116は、発光層114よりもバンドギャップが大きい層である。レーザー光源10では、第1電極122と第2電極124との間に、pinダイオードの順バイアス電圧を印加して電流を注入すると、発光層114において電子と正孔との再結合が起こる。この再結合により発光が生じる。発光層114において発生した光は、半導体層112,116により積層方向と直交する方向に光伝搬層118を通って伝搬して、フォトニック結晶構造体108によるフォトニック結晶の効果により定在波を形成し、積層方向と直交する方向(基板102の面内方向)に閉じ込められる。閉じ込められた光は、発光層114において利得を受けてレーザー発振する。すなわち、発光層114において発生した光は、フォトニック結晶構造体108により基板102の面内方向に共振し、レーザー発振する。そして、+1次回折光および−1次回折光は、レーザー光として積層方向に進行する。
積層方向に進行したレーザー光のうち反射層104側に向かうレーザー光は、反射層104において反射され、第2電極124側に向かう。これにより、レーザー光源10は、第2電極124側から光を出射することができる。
レーザー光源10から出射された光の放射角は、1°未満であり、例えば端面型の半導体レーザーや、VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser)に比べて、小さい。さらに、レーザー光源10は、積層方向と直交する方向に定在波を形成するため、積層方向からみて面積が大きくても、単一のモードで発振する。したがって、レーザー光源10は、大きな面積からコヒーレントで放射角が小さい光を出射することができる。さらに、例えば1つの柱状部110に欠陥があったとしても、積層方向と直交する方向に定在波を形成するため、該欠陥を補って強度の均一性の高い光を出射することができる。
半導体層120は、フォトニック結晶構造体108上に設けられている。半導体層120は、例えば、Mgがドープされたp型のGaN層である。
第1電極122は、バッファー層106上に設けられている。バッファー層106は、第1電極122とオーミックコンタクトしていてもよい。図示の例では、第1電極122は、バッファー層106を介して、半導体層112と電気的に接続されている。第1電極122は、発光層114に電流を注入するための一方の電極である。第1電極122としては、例えば、バッファー層106側から、Ti層、Al層、Au層の順序で積層したものなどを用いる。
第2電極124は、半導体層120上に設けられている。半導体層120は、第2電極124とオーミックコンタクトしていてもよい。第2電極124は、半導体層116と電気的に接続されている。図示の例では、第2電極124は、半導体層120を介して、半導体層116と電気的に接続されている。第2電極124は、発光層114に電流を注入するための他方の電極である。第2電極124としては、例えば、ITO(Indium Tin Oxide)を用いる。
配線126は、第2電極124に接続されている。配線126は、バッファー層106と電気的に分離されている。配線126の材質は、例えば、銅、アルミニウム、金などである。
なお、上記では、InGaN系の発光層114について説明したが、発光層114としては、出射される光の波長に応じて、電流が注入されることで発光可能なあらゆる材料系を用いることができる。例えば、AlGaN系、AlGaAs系、InGaAs系、InGaAsP系、InP系、GaP系、AlGaP系などの半導体材料を用いることができる。
また、上記では、フォトニック結晶構造体108は、周期的に設けられた柱状部110を有していたが、フォトニック結晶効果を発現させるために、周期的に設けられた孔部を有していてもよい。この場合、発光層114は、光伝搬層118に設けられていてもよい。
次に、レーザー光源10の製造方法について説明する。
基板102上に、反射層104およびバッファー層106を、この順でエピタキシャル成長させる。エピタキシャル成長させる方法としては、例えば、MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法、MBE(Molecular Beam Epitaxy)法などが挙げられる。
次に、バッファー層106上に、MOCVD法やMBE法などでマスク層128を形成する。次に、マスク層128をマスクとして、バッファー層106上に、半導体層112、発光層114、および半導体層116を、この順でエピタキシャル成長させる。エピタキシャル成長させる方法としては、例えば、MOCVD法、MBE法などが挙げられる。本工程により、柱状部110を形成することができる。次に、スピンコート法などにより、隣り合う柱状部110の間に、光伝搬層118を形成する。本工程により、フォトニック結晶構造体108を形成することができる。
次に、例えばMOCVD法やMBE法などにより、柱状部110および光伝搬層118上に、半導体層120を形成する。
次に、例えば真空蒸着法などにより、第1電極122および第2電極124を形成する。次に、例えばスパッタ法やめっき法などにより、配線126を形成する。
以上の工程により、レーザー光源10を形成することができる。
次に、光変調素子20の構成について説明する。図3は、光変調素子20を模式的に示す断面図である。光変調素子20は、図3に示すように、対向基板202と、集光レンズ204と、対向電極206と、第1配向層208と、液晶層210と、第2配向層212と、画素電極214と、TFT(Thin Film Transistor)基板216と、TFT218と、遮光部220と、を有している。なお、便宜上、図3および後述する図4では、1つの集光レンズ204に入射する光を、矢印で図示している。
対向基板202は、透明基板202a,202bを有している。対向基板202は、集光レンズ204を支持している。図示の例では、集光レンズ204は、透明基板202a,202bに挟まれている。レーザー光源10から出射された光は、透明基板202aを通って、集光レンズ204に入射する。
集光レンズ204は、レーザー光源10から出射された光を集光させて、画素電極214に導く。これにより、遮光部220によって遮られる光を減らすことができる。図示の例では、集光レンズ204の入射面は、平底フラスコのような形状を有している。そのため、集光レンズ204の収差は、大きい。これにより、レーザー光源10から出射された光が、配向層208,212および液晶層210において1点に集光して配向層208,212および液晶層210に含まれる有機物が分解されることを防ぐことができる。集光レンズ204の出射面は、例えば、平坦な面である。レーザー光源10から出射された光は、放射角が小さいため、集光レンズ204のようなレンズを用いないと、出射された光が1点に集中しやすい。
集光レンズ204は、複数の画素電極214に対応して複数設けられている。複数の集光レンズ204は、マイクロレンズアレイを構成している。集光レンズ204の材質は、例えば、ガラスなどである。集光レンズ204から出射された光は、透明基板202b、対向電極206、第1配向層208、液晶層210、第2配向層212を通って、画素電極214に入射する。
液晶層210は、対向電極206と画素電極214との間に設けられている。液晶層210は、対向電極206と画素電極214との間に印加される電圧によって光に対する透過率が変化する。液晶層210の材質は、例えば、ネマチック液晶材料である。液晶層210には、集光レンズ204を通った光が入射する。画素電極214は、複数設けられている。画素電極214は、画素を構成している。
液晶層210は、第1配向層208と第2配向層212との間に設けられている。配向層208,212は、液晶層210と接している。配向層208,212の材質は、例えば、有機材料で被覆された酸化シリコンである。配向層208,212は、液晶層210に電圧が印加されていない場合に、液晶層210の液晶分子を特定の方向に整列させることができる。
TFT基板216は、レーザー光源10から出射された光を透過させる。画素電極214は、TFT基板216に設けられている。TFT基板216は、TFT218および遮光部220を支持している。
TFT218は、入力された画像情報に応じて、対向電極206と画素電極214との
間の電圧を変化させ、液晶層210を通過する光を変調させる。これにより、画素ごとに明るさを変えることができ、画像を形成することができる。TFT218は、薄膜トランジスターである。
間の電圧を変化させ、液晶層210を通過する光を変調させる。これにより、画素ごとに明るさを変えることができ、画像を形成することができる。TFT218は、薄膜トランジスターである。
遮光部220は、TFT218の対向基板202側に設けられている。遮光部220は、TFT218が光によって照射されないように、光を遮光する。TFT218が光によって遮光されると、TFT218が誤動作する場合がある。遮光部220は、このTFT218の誤動作を防ぐことができる。
図2および図3に示すように、レーザー光源10の発光領域A1の大きさは、光変調素子20の表示領域A2の大きさ以上である。ここで、「発光領域A1の大きさ」とは、積層方向からみて、フォトニック結晶構造体108の大きさである。「表示領域A2の大きさ」とは、TFT基板216の厚さ方向からみて、複数の遮光部220のうち、最外に位置する遮光部220の内側の側面で規定される領域の大きさである。
レーザー光源10の発光領域A1の大きさは、光変調素子20の表示領域A2の大きさと実質的に同じであってもよい。ここで、「実質的に同じ」とは、発光領域A1と表示領域A2とが同じである場合と、同じではなくても寸法公差の範囲内である場合と、を含む。「寸法公差の範囲内」とは、発光領域A1の寸法が表示領域A2の寸法±3.5%の範囲内にあることをいう。
発光領域A1と表示領域A2との形状は、例えば、同じである。発光領域A1の積層方向から見た平面形状は、例えば矩形であり、寸法は、例えば、縦2.5mm以上30mm以下、横4.4mm以上40mm以下である。また、表示領域A2の積層方向から見た平面形状は、例えば矩形であり、寸法は、例えば、縦2.5mm以上30mm以下、横4.4mm以上40mm以下である。
プロジェクター1000は、例えば、以下の特徴を有する。
プロジェクター1000では、レーザー光源10は、基板102と、光を発する発光層114を有し、発光層114が発する光を、基板102の面内方向に閉じ込め、基板102の法線方向に出射させるフォトニック結晶構造体108と、を有し、レーザー光源10の発光領域A1の大きさは、光変調素子20の表示領域A2の大きさ以上である。そのため、プロジェクター1000では、例えば光源として端面発光型の半導体レーザーを用いた場合に比べて、レーザー光源10から出射された光の放射角を小さくすることができ、集光レンズやロッドインテグレーターなどを用いることなく、光変調素子20を照射することができる。したがって、プロジェクター1000では、小型化を図ることができる。さらに、F値(F-number)が大きな小口径の投射レンズ40を用いることができる。さらに、レーザー光源10は、フォトニック結晶構造体108により偏光を出射することができるため、偏光変換素子を設ける必要がない。
プロジェクター1000では、第1レーザー光源10R、第2レーザー光源10G、および第3レーザー光源10Bから出射された光を合成するクロスダイクロイックプリズム30を有する。一般的に、クロスダイクロイックプリズムは、入射する光の放射角に対する依存性が高く、入射する光の放射角が大きいと、精度良く光を合成することが難しい。しかし、プロジェクター1000では、レーザー光源10R,10G,10Bの放射角が小さいため、クロスダイクロイックプリズム30を用いても、精度良く光を合成することができる。
1.2. 変形例
1.2.1. 第1変形例
次に、第1実施形態の第1変形例に係るプロジェクター1100について、図面を参照しながら説明する。図4は、第1実施形態の第1変形例に係るプロジェクター1100の光変調素子20を模式的に示す断面図である。
1.2.1. 第1変形例
次に、第1実施形態の第1変形例に係るプロジェクター1100について、図面を参照しながら説明する。図4は、第1実施形態の第1変形例に係るプロジェクター1100の光変調素子20を模式的に示す断面図である。
以下、第1実施形態の第1変形例に係るプロジェクター1100において、上述した第1実施形態に係るプロジェクター1000の例と異なる点について説明し、同様の点については説明を省略する。このことは、後述する第1実施形態の第2変形例に係るプロジェクターにおいて同様である。
上述したプロジェクター1000では、図3に示すように、集光レンズ204の入射面は、平底フラスコのような形状を有していた。これに対し、プロジェクター1100では、図4に示すように、集光レンズ204の入射面は、凸面である。
集光レンズ204の焦点Fは、液晶層210および配向層208,212にない。すなわち、焦点Fは、液晶層210になく、第1配向層208になく、かつ第2配向層212にない。これにより、レーザー光源10から出射された光が、配向層208,212および液晶層210において1点に集光して配向層208,212および液晶層210に含まれる有機物が分解されることを防ぐことができる。図示の例では、焦点Fは、TFT基板216に位置しており、集光レンズ204と焦点Fとの間に、第1配向層208、第2配向層212、および液晶層210が配置されている。
1.2.2. 第2変形例
次に、第1実施形態の第2変形例に係るプロジェクター1200について、図面を参照しながら説明する。図5は、第1実施形態の第2変形例に係るプロジェクター1200のレーザー光源10を模式的に示す断面図である。
次に、第1実施形態の第2変形例に係るプロジェクター1200について、図面を参照しながら説明する。図5は、第1実施形態の第2変形例に係るプロジェクター1200のレーザー光源10を模式的に示す断面図である。
上述したプロジェクター1000のレーザー光源10では、図2に示すように、フォトニック結晶構造体108の柱状部110は、発光層114を有していた。これに対し、プロジェクター1200のレーザー光源10では、図5に示すように、柱状部110は、発光層114を有していない。
プロジェクター1200では、柱状部110の材質は、例えば、Siがドープされたn型のGaNである。フォトニック結晶構造体108は、柱状部110と、隣り合う柱状部110の間隙111と、によって構成されている。図示の例では、柱状部110上に、上方に向けて徐々に径が大きくなるテーパー部113を有している。テーパー部113の材質は、柱状部110と同じである。なお、テーパー部113は、設けられていなくてもよい。
半導体層112は、テーパー部113上に設けられている。発光層114は、半導体層112上に設けられている。半導体層116は、発光層114上に設けられている。第1電極122は、半導体層112上に設けられている。第2電極124は、半導体層116上に設けられている。プロジェクター1200では、発光領域A1の大きさは、積層方向からみて、発光層114の大きさである。なお、図示はしないが、半導体層112,116および発光層114は、基板102とフォトニック結晶構造体108との間に設けられていてもよい。
プロジェクター1200のように、フォトニック結晶構造体108が発光層114を有していない場合には、発光層114からフォトニック結晶構造体108側に漏れた光が、積層方向と直交する方向に閉じ込められて、積層方向に出射される。
2. 第2実施形態
次に、第2実施形態に係るプロジェクターについて、図面を参照しながら説明する。図6は、第2実施形態に係るプロジェクター2000を模式的に示す図である。図7は、第2実施形態に係るプロジェクター2000の光変調素子20を模式的に示す断面図である。
次に、第2実施形態に係るプロジェクターについて、図面を参照しながら説明する。図6は、第2実施形態に係るプロジェクター2000を模式的に示す図である。図7は、第2実施形態に係るプロジェクター2000の光変調素子20を模式的に示す断面図である。
以下、第2実施形態に係るプロジェクター2000において、上述した第1実施形態に係るプロジェクター1000の例と異なる点について説明し、同様の点については説明を省略する。
上述したプロジェクター1000は、図1および図3に示すように、光変調素子20は、レーザー光源10から出射された光を透過させる透過型の液晶ライトバルブであった。これに対し、プロジェクター2000は、図6および図7に示すように、光変調素子20は、レーザー光源10から出射された光を反射させるDMD(Digital Micromirror Device、登録商標)である。プロジェクター2000は、DLP(Digital Light Processing、登録商標)である。
プロジェクター2000は、図6に示すように、TIR(Total Internal Reflection)プリズム60を有している。レーザー光源10R,10G,10Bから出射された光は、クロスダイクロイックプリズム30で合成された後、TIRプリズム60を介して、光変調素子20に入射する。TIRプリズム60は、クロスダイクロイックプリズム30で合成された光を、光変調素子20に導き、かつ、光変調素子20で変調された光を、投射レンズ40に導く。クロスダイクロイックプリズム30は、例えば、偏光依存がないように設計されている。
光変調素子20は、クロスダイクロイックプリズム30で合成された光を変調させる。プロジェクター2000は、光変調素子20を1つ有している。図示の例では、光変調素子20は、クロスダイクロイックプリズム30で合成され、TIRプリズム60を通った光を変調させる。クロスダイクロイックプリズム30は、例えば、光を合成する素子としてフィリップスプリズムを用いた場合よりも小型化を図ることができる。
光変調素子20は、図7に示すように、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)基板230と、ヨークアドレス電極232,234と、ミラーアドレス電極236と、ヨーク238と、支柱240と、ミラー242と、を有している。
CMOS基板230は、1画素に相当するミラー242ごとに、SRAM(Static Random Access Memory)回路を有している。SRAM回路は、CMOS基板230に設けられたヨークアドレス電極232,234とミラーアドレス電極236とに、ミラー242の向きを定めるための電圧を供給する。図示の例では、ヨークアドレス電極232,234間に、SRAM回路と電気的に接続された配線244が設けられている。
ヨーク238には、図示はしないが、両端が支持された梁状のヒンジが設けられている。ヨーク238は、剛性のある膜である。ヨーク238に、支柱240を介して、ミラー242が設けられている。ミラー242およびヨーク238は、ヒンジによって、傾斜可能に設けられている。
ミラー242は、複数の画素に対応して複数設けられている。複数のミラー242は、2次元マトリックス状に配置されている。光変調素子20は、入力された画像情報に応じて、入射した光に対しミラー242の向きを変えることで光を変調させる。
プロジェクター2000では、光変調素子20の表示領域A2は、図7に示すようにCMOS基板230の厚さ方向からみて、複数のミラー242のうち、最外に位置するミラー242の外側の側面で規定される領域の大きさである。
3. 第3実施形態
次に、第3実施形態に係るプロジェクターについて、図面を参照しながら説明する。図8は、第3実施形態に係るプロジェクター3000を模式的に示す図である。図9は、第3実施形態に係るプロジェクター3000の光変調素子20を模式的に示す断面図である。
次に、第3実施形態に係るプロジェクターについて、図面を参照しながら説明する。図8は、第3実施形態に係るプロジェクター3000を模式的に示す図である。図9は、第3実施形態に係るプロジェクター3000の光変調素子20を模式的に示す断面図である。
以下、第3実施形態に係るプロジェクター3000において、上述した第1実施形態に係るプロジェクター1000の例と異なる点について説明し、同様の点については説明を省略する。
上述したプロジェクター1000は、図1および図3に示すように、光変調素子20は、レーザー光源10から出射された光を透過させる透過型の液晶ライトバルブであった。これに対し、プロジェクター3000は、図8および図9に示すように、光変調素子20は、レーザー光源10から出射された光を反射させる反射型の液晶ライトバルブである。プロジェクター3000は、LCoS(Liquid Crystal on Silicon)プロジェクターである。プロジェクター3000は、フィールド・シーケンシャル・カラー表示が可能である。
プロジェクター3000は、図8に示すように、偏光ビームスプリッター(PBS:Polarizing Beam Splitter)70を有している。レーザー光源10R,10G,10Bから出射された光は、クロスダイクロイックプリズム30で合成された後、入射側偏光板50を介して、偏光ビームスプリッター70に入射する。偏光ビームスプリッター70は、入射光をS偏光とP偏光とに分離する。偏光ビームスプリッター70において分離された光は、光変調素子20において反射され、再度、偏光ビームスプリッター70を通った後、出射側偏光板52を介して、投射レンズ40に入射する。光変調素子20は、クロスダイクロイックプリズム30で合成された光を変調させる。プロジェクター3000は、光変調素子20を1つ有している。
図9に示すように、対向基板202側から光変調素子20に入射した光は、画素電極214において反射され、対向基板202側から出射される。プロジェクター3000の光変調素子20は、図3に示す集光レンズ204を有していない。
プロジェクター3000では、光変調素子20の表示領域A2は、図9に示すようにTFT基板216の厚さ方向からみて、複数の画素電極214のうち、最外に位置する画素電極214の外側の側面で規定される領域の大きさである。
本発明のプロジェクターは、例えば、気軽に持ち運ぶことを前提としたモバイル用途や、他の様々な装置に内蔵する用途にも適している。また、ヘッドマウントディスプレイ(HMD:Head Mounted Display)やヘッドアップディスプレイ(HUD:Head Up Display)にも応用することができる。
本発明は、本願に記載の特徴や効果を有する範囲で一部の構成を省略したり、各実施形態や変形例を組み合わせたりしてもよい。
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、さらに種々の変形が可能であ
る。例えば、本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成を含む。実質的に同一の構成とは、例えば、機能、方法、及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成である。また、本発明は、実施形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
る。例えば、本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成を含む。実質的に同一の構成とは、例えば、機能、方法、及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成である。また、本発明は、実施形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
10…レーザー光源、10R…第1レーザー光源、10G…第2レーザー光源、10B…第3レーザー光源、20…光変調素子、20R…第1光変調素子、20G…第2光変調素子、20B…第3光変調素子、30…クロスダイクロイックプリズム、40…投射レンズ、50…入射側偏光板、52…出射側偏光板、60…TIRプリズム、70…偏光ビームスプリッター、102…基板、104…反射層、106…バッファー層、108…フォトニック結晶構造体、110…柱状部、111…間隙、112…半導体層、113…テーパー部、114…発光層、116…半導体層、118…光伝搬層、120…半導体層、122…第1電極、124…第2電極、126…配線、128…マスク層、202…対向基板、202a,202b…透明基板、204…集光レンズ、206…対向電極、208…第1配向層、210…液晶層、212…第2配向層、214…画素電極、216…TFT基板、218…TFT、220…遮光部、230…CMOS基板、232,234…ヨークアドレス電極、236…ミラーアドレス電極、238…ヨーク、240…支柱、242…ミラー、244…配線、1000,1100,1200,2000,3000…プロジェクター
Claims (7)
- レーザー光源と、
前記レーザー光源から出射された光を、画像情報に応じて変調させる光変調素子と、
を有し、
前記レーザー光源は、
基板と、
光を発する発光層を有し、前記発光層が発する光を、前記基板の面内方向に閉じ込め、前記基板の法線方向に出射させるフォトニック結晶構造体と、
を有し、
前記レーザー光源の発光領域の大きさは、前記光変調素子の表示領域の大きさ以上である、プロジェクター。 - レーザー光源と、
前記レーザー光源から出射された光を、画像情報に応じて変調させる光変調素子と、
を有し、
前記レーザー光源は、
基板と、
光を発する発光層と、
前記発光層が発する光を、前記基板の面内方向に閉じ込め、前記基板の法線方向に出射させるフォトニック結晶構造体と、
を有し、
前記レーザー光源の発光領域の大きさは、前記光変調素子の表示領域の大きさ以上である、プロジェクター。 - 請求項1または2において、
前記レーザー光源は、3つ設けられ、
3つの前記レーザー光源のうちの第1レーザー光源は、赤色光を出射し、
3つの前記レーザー光源のうちの第2レーザー光源は、緑色光を出射し、
3つの前記レーザー光源のうちの第3レーザー光源は、青色光を出射し、
前記第1レーザー光源、前記第2レーザー光源、および前記第3レーザー光源から出射された光を合成するクロスダイクロイックプリズムを有する、プロジェクター。 - 請求項3において、
前記光変調素子は、3つ設けられ、
3つの前記光変調素子のうちの第1光変調素子は、前記第1レーザー光源から出射された光を変調させ、
3つの前記光変調素子のうちの第2光変調素子は、前記第2レーザー光源から出射された光を変調させ、
3つの前記光変調素子のうちの第3光変調素子は、前記第3レーザー光源から出射された光を変調させ、
前記クロスダイクロイックプリズムは、前記第1光変調素子、前記第2光変調素子、および前記第3光変調素子で変調された光を合成する、プロジェクター。 - 請求項3において、
前記光変調素子は、前記クロスダイクロイックプリズムで合成された光を変調させる、プロジェクター。 - 請求項1ないし4のいずれか1項において、
前記光変調素子は、集光レンズと、前記集光レンズを通った光が入射する液晶層と、前
記液晶層と接する配向層と、を有する液晶ライトバルブであり、
前記集光レンズの焦点は、前記液晶層および前記配向層にない、プロジェクター。 - 請求項6において、
前記集光レンズと前記焦点との間に、前記液晶層および前記配向層が配置されている、プロジェクター。
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JP2018155345A JP2020030303A (ja) | 2018-08-22 | 2018-08-22 | プロジェクター |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2018155345A Pending JP2020030303A (ja) | 2018-08-22 | 2018-08-22 | プロジェクター |
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