JP6891870B2 - プロジェクター - Google Patents

Description

本発明は、プロジェクターに関する。

光源から射出された光で液晶ライトバルブなどの光変調素子を照明し、光変調素子で形成された画像光をスクリーンなどに投射して表示するプロジェクターが実用化されている。

例えば特許文献１には、半導体レーザーから構成されるＬＤ（Laser Diode）アレイから射出された光を、透過型液晶パネルに入射させるプロジェクターが記載されている。

国際公開第９９／４９３５８号

しかしながら、特許文献１に記載のプロジェクターでは、ＬＤアレイから射出された光は、発散するため、ＬＤアレイと透過型液晶パネルとの間に、ＬＤアレイから射出された光を平行にするためのレンズアレイを設けている。レンズアレイは、ＬＤアレイおよび透過型液晶パネルと離間させて設けなければならないため、特許文献１に記載のプロジェクターでは、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射出された光を、画像情報に応じて変調させる光変調素子と、
前記レーザー光源から射出された光の光路において、前記レーザー光源と前記光変調素子との間に設けられ、前記レーザー光源から射出された光を透過させる光透過部材と、
を有し、
前記レーザー光源および前記光変調素子は、前記光透過部材に接合され、
前記レーザー光源は、
基板と、
前記基板に設けられ、光を発する発光層を有する積層体と、
を有し、
前記積層体は、前記発光層が発した光を、前記基板の面内方向に閉じ込め、前記基板の法線方向に射出させるフォトニック結晶構造体を構成する。

前記プロジェクターの一態様において、
前記光透過部材は、前記レーザー光源の熱を放熱させる放熱板であってもよい。

前記プロジェクターの一態様において、
前記光透過部材は、偏光素子であってもよい。

前記プロジェクターの一態様において、
前記光透過部材は、偏光分離素子であってもよい。

前記プロジェクターの一態様において、
前記光透過部材は、全反射プリズムであってもよい。

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射出された光を、画像情報に応じて変調させる光変調素子と、
を有し、
前記レーザー光源および前記光変調素子は、互いに接合され、
前記レーザー光源は、
基板と、
前記基板に設けられ、光を発する発光層を有する積層体と、
を有し、
前記積層体は、前記発光層が発した光を、前記基板の面内方向に閉じ込め、前記基板の法線方向に射出させるフォトニック結晶構造体を構成する。

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射出された光を、画像情報に応じて変調させる光変調素子と、
前記レーザー光源と前記光変調素子との間に設けられ、前記レーザー光源の熱を放熱させる放熱板と、
を有し、
前記レーザー光源および前記光変調素子は、前記放熱板に接合され、
前記放熱板には、前記レーザー光源から射出された光を通過させる貫通孔が設けられ、
前記レーザー光源は、
基板と、
前記基板に設けられ、光を発する発光層を有する積層体と、
を有し、
前記積層体は、前記発光層が発した光を、前記基板の面内方向に閉じ込め、前記基板の法線方向に射出させるフォトニック結晶構造体を構成する。

第１実施形態に係るプロジェクターを模式的に示す図。 第１実施形態に係るプロジェクターの表示装置を模式的に示す図。 第１実施形態に係るプロジェクターの光変調素子を模式的に示す図。 第１実施形態に係るプロジェクターのレーザー光源を模式的に示す図。 第１実施形態の第１変形例に係るプロジェクターの表示装置を模式的に示す図。 第１実施形態の第２変形例に係るプロジェクターの表示装置を模式的に示す図。 第１実施形態の第３変形例に係るプロジェクターの表示装置を模式的に示す図。 第１実施形態の第４変形例に係るプロジェクターの表示装置を模式的に示す図。 第１実施形態の第４変形例に係るプロジェクターの光変調素子を模式的に示す図。 第１実施形態の第５変形例に係るプロジェクターのレーザー光源を模式的に示す図。 第２実施形態に係るプロジェクターを模式的に示す図。 第２実施形態に係るプロジェクターの表示装置を模式的に示す図。 第３実施形態に係るプロジェクターを模式的に示す図。 第３実施形態に係るプロジェクターのレーザー光源を模式的に示す図。 第３実施形態の変形例に係るプロジェクターを模式的に示す図。

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。

プロジェクター１０００は、図１に示すように、例えば、表示装置１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂと、偏光素子２０と、色光合成プリズム３０と、投射レンズ４０と、を有している。ここで、図２は、表示装置１０Ｒを模式的に示す図である。

表示装置１０Ｒは、図２に示すように、例えば、レーザー光源１００と、光変調素子２００と、光透過部材３００と、を有している。なお、便宜上、図２では、レーザー光源１００を簡略化して図示している。

レーザー光源１００は、レーザー光を射出する。レーザー光源１００は、赤色光を射出する。図示の例では、レーザー光源１００には、放熱フィン１５０が接続されている。放熱フィン１５０は、レーザー光源１００で発生した熱を放熱させる。これにより、レーザー光源１００の発光効率を高めることができる。

光変調素子２００は、レーザー光源１００から射出された光を、画像情報に応じて変調させる。光変調素子２００は、例えば、レーザー光源１００から射出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。ここで、図３は、光変調素子２００を模式的に示す図であり、レーザー光源１００から射出される光の入射側から、光変調素子２００をみた図である。

光変調素子２００は、図２および図３に示すように、例えば、対向基板２０２と、ＴＦＴ（Thin Film Transistor）基板２０４と、防塵基板２０６と、を含んで構成され、図示はしないが、対向基板２０２とＴＦＴ基板２０４との間に、光変調作用を有する液晶層を有している。図３に示す例では、中央部に位置する矩形状の表示領域２００ａを有し、表示領域２００ａに入射した光が変調されて、画像光が形成される。

光透過部材３００は、図２に示すように、レーザー光源１００から射出された光の、レーザー光源１００と光変調素子２００との間の光路に設けられている。図示の例では、光透過部材３００は、レーザー光源１００と光変調素子２００との間に設けられている。レーザー光源１００および光変調素子２００は、光透過部材３００に接合されている。

ここで、「接合」とは、接着剤によって繋ぎ合わされている場合と、界面接合によって繋ぎ合わされている場合と、を含む。すなわち、「レーザー光源１００および光変調素子２００は、光透過部材３００に接合されている」とは、レーザー光源１００および光変調素子２００が接着剤によって光透過部材３００に繋ぎ合わされている場合と、レーザー光源１００および光変調素子２００が界面接合によって光透過部材３００に繋ぎ合わされて
いる場合と、を含む。「界面接合」とは、界面を平滑かつきれいな状態にして界面と界面とを接触させ、接触された界面を原子が横切って拡散して繋ぎ合わされることである。

図示の例では、レーザー光源１００および光変調素子２００は、接着剤３１０によって光透過部材３００に繋ぎ合わされている。接着剤３１０は、レーザー光源１００から射出された光を透過させる。接着剤３１０の屈折率は、レーザー光源１００の接着剤３１０と接している部材の屈折率、光変調素子２００の接着剤３１０と接している部材の屈折率、および光透過部材３００の接着剤３１０と接している部材の屈折率に近いことが好ましい。これにより、接着剤３１０と接着剤３１０が接触する部材との界面で発生する光損失を低減させることができる。接着剤３１０としては、例えば、エポキシ系接着剤（屈折率は１．５５〜１．６５程度）、シリコーン系接着剤（屈折率は１．４０〜１．４７程度）を用いることができる。

接着剤３１０には、金属フィラーが含まれていてもよい。これにより、接着剤３１０の熱伝導率を高くすることができ、レーザー光源１００で発生した熱を効率よく放熱させることができる。なお、レーザー光源１００と光透過部材３００とを繋ぎ合わせる接着剤３１０と、光変調素子２００と光透過部材３００とを繋ぎ合わせる接着剤３１０とは、同じ種類の接着剤であってもよいし、異なる種類の接着剤であってもよい。

光透過部材３００は、第１面３０２と、第２面３０４と、を有している。レーザー光源１００は、第１面３０２に接合されている。具体的には、後述する図４に示すレーザー光源１００の第２電極１２４は、第１面３０２に接合されている。光変調素子２００は、図２に示すように、第２面３０４に接合されている。具体的には、光変調素子２００の対向基板２０２は、第２面３０４に接合されている。図示の例では、第１面３０２および第２面３０４は、互いに反対方向を向いている。

光透過部材３００は、例えば、偏光素子である。偏光素子は、レーザー光源１００から射出された光の偏光方向を調整する。具体的には、偏光素子は、特定方向の直線偏光のみを透過させる光学素子である。そのため、レーザー光源１００から射出された光が偏光性を有する場合には、その射出光の偏光軸と偏光素子の透過軸とが一致する様に偏光素子を配置することが望ましい。偏光素子によって、レーザー光源１００から射出された光の偏光方向を揃えることができる。偏光素子としては、例えば、ワイヤーグリッド偏光子等の無機タイプの偏光素子、延伸配向フィルムを用いたフィルム偏光子等の有機タイプの偏光素子などを用いることができる。樹脂フィルムベースの偏光子の場合、そのまま用いてもよいが、サファイアやガラスなどの基板に張り付けられたものを用いる方が、レーザー光源１００と光変調素子２００とを、強固に安定して固定することができる。なお、耐熱性、耐光性を考慮すると無機タイプの偏光素子が好ましい。

図１に示す表示装置１０Ｇ，１０Ｂは、表示装置１０Ｒと同様に、レーザー光源１００と、光変調素子２００と、光透過部材３００と、を有している。ただし、表示装置１０Ｇのレーザー光源１００は、緑色光を射出する。また、表示装置１０Ｂのレーザー光源１００は、青色光を射出する。

偏光素子２０は、図１に示すように、表示装置１０Ｒと色光合成プリズム３０との間、表示装置１０Ｇと色光合成プリズム３０との間、および表示装置１０Ｂと色光合成プリズム３０との間に設けられている。偏光素子２０は、表示装置１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂから射出された光に対して検光子として機能する。偏光素子２０から射出された光は、色光合成プリズム３０に入射する。

色光合成プリズム３０は、表示装置１０Ｒから射出された光、表示装置１０Ｇから射出
された光、および表示装置１０Ｂから射出された光を合成する。色光合成プリズム３０は、例えば、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たクロスダイクロイックプリズムである。

投射レンズ４０は、色光合成プリズム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１００の構成について説明する。図４は、レーザー光源１００を模式的に示す断面図である。レーザー光源１００は、図４に示すように、例えば、基板１０２と、基板１０２に設けられた積層体１０３と、第１電極１２２と、第２電極１２４と、配線１２６と、を有している。積層体１０３は、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、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、半導体からなる層であり、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、バッファー層１０６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。積層体１０３は、フォトニック結晶構造体１０８を構成している。図示の例では、積層体１０３の柱状部１１０および光伝搬層１１８は、フォトニック結晶構造体１０８を構成している。

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の法線方向に射出させる。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１００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。隣り合う柱状部１１０の間隔は、例えば、１ｎｍ以上５００ｎｍ以下である。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。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。

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１００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１００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により基板１０２の面内方向に光伝搬層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、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１００は、第２電極１２４側から光を射出することができる。

レーザー光源１００から射出された光の放射角は、２°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、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が高い光を射出することができる。

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、射出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、射出される光の波長に応じて、柱状部１１０の大きさや配列のピッチを変更してもよい。

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。

ここで、図２に示すように、レーザー光源１００から射出された光の進行方向からみて、レーザー光源１００の発光部１００ａの形状と、光変調素子２００の表示領域２００ａの形状とは、概ね同じであってもよい。発光部１００ａの形状と、表示領域２００ａの形状とは、同じであってもよい。発光部１００ａの大きさと、表示領域２００ａの大きさとは、概ね同じであってもよい。発光部１００ａの大きさと、表示領域２００ａの大きさとは、同じであってもよい。なお、発光部１００ａは、発光する部分であり、レーザー光源１００が、発光層１１４を有する柱状部１１０を備えるフォトニック結晶レーザーである場合、発光部１００ａは、フォトニック結晶構造体１０８である。また、「光の進行方向」は、積層方向である。

次に、レーザー光源１００の製造方法について説明する。

図４に示すように、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、ＭＯ
ＣＶＤ（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１００を形成することができる。

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１００から射出された光を透過させる光透過部材３００は、レーザー光源１００と光変調素子２００との間の光路に設けられ、レーザー光源１００および光変調素子２００は、光透過部材３００に接合されている。そのため、プロジェクター１０００では、レーザー光源と光透過部材とが離間し、かつ、光変調素子と光透過部材とが離間している場合に比べて、レーザー光源１００と光変調素子２００との間の距離を小さくすることができ、小型化を図ることができる。さらに、軽量化を図ることができる。プロジェクター１０００では、積層体１０３は、発光層１１４が発した光を、基板１０２の面内方向に閉じ込め、基板１０２の法線方向に射出させるフォトニック結晶構造体１０８を構成するため、上記のように、レーザー光源１００から射出された光は、放射角が小さく、強度の均一性が高い。そのため、射出された光を平行にするためのコリメートレンズや、強度の均一性を高くするためのフライアイレンズを設けなくてもよいので、レーザー光源１００および光変調素子２００を光透過部材３００に接合させることができる。

さらに、プロジェクター１０００では、フライアイレンズなどのレンズアレイを設けなくてよいので、効率よく光変調素子２００を照明することができる。レンズアレイを設けた場合は、レンズの形状誤差やレンズで発生する光学収差、およびレンズアレイの配置誤差を考慮し、通常、光変調素子の表示領域に比べて大きな断面サイズを有する光で光変調素子を照明する。この場合、光変調素子の表示領域外に入射する光が発生することになるため、光の利用効率が悪い。プロジェクター１０００では、レーザー光源１００と光変調素子２００とを近接して配置でき、また、レンズアレイを設けなくてよいので、発光部１００ａの大きさを、表示領域２００ａの大きさに近づけることができ、効率よく光変調素子２００を照明することができる。その結果、高輝度化を図ることができる。また、小型化を図ることができる。

さらに、プロジェクター１０００では、レーザー光源１００および光変調素子２００は、光透過部材３００に接合されているため、レーザー光源１００と光変調素子２００との位置合わせ精度が高い。

プロジェクター１０００では、レーザー光源１００と光変調素子２００との間の光路に設けられた光透過部材３００は、偏光素子である。レーザー光源１００と光変調素子２００との間にはレンズアレイ等のレンズが設けられていないので、小型化を図ることができ、また、レーザー光源１００から射出された光の偏光方向や偏光度を調整することができる。

なお、図示はしないが、光透過部材３００は、例えば、楕円偏光を直線偏光に変換する等の位相補償素子であってもよいし、位相補償素子と偏光素子との両方を有していてもよい。

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５は、第１実施形態の第１変形例に係るプロジェクター１１００の表示装置１０Ｒを模式的に示す図である。

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実施形態に係る第２〜第５変形例において同様である。

上述したプロジェクター１０００では、図２に示すように、レーザー光源１００および光変調素子２００は、レーザー光源１００と光変調素子２００との間の光路に設けられた光透過部材３００に接合されていた。

これに対し、プロジェクター１１００では、図５に示すように、レーザー光源１００および光変調素子２００は、互いに接合されている。図示の例では、レーザー光源１００および光変調素子２００は、界面接合によって互いに繋ぎ合わされている。なお、図示はしないが、レーザー光源１００および光変調素子２００は、接着剤によって繋ぎ合わされていてもよい。

プロジェクター１１００では、レーザー光源１００および光変調素子２００は、互いに接合されている。そのため、例えば、レーザー光源１００と光変調素子２００との間に偏光素子などの光学部品が設けられている場合に比べて、小型化を図ることができる。さらに、レーザー光源１００と光変調素子２００との間の距離が小さくなるため、レーザー光源１００から射出された光が、光変調素子２００の液晶層に入射する段階での拡がりがより小さくなり、効率よく光変調素子２００を照明することができる。なお、レーザー光源１００から射出された光が高い偏光度（直線偏光度）を有する場合には、光変調素子２００の入射側に偏光素子を配置しなくてもよい。よって、その様な場合には、本構成は好適である。

なお、光変調素子２００は、内部に偏光素子を備えた、いわゆる、インセルタイプの透過型液晶ライトバルブであってもよい。この場合、偏光素子は、無機タイプの偏光素子が好ましい。

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６は、第１実施形態の第２変形例に係るプロジェクター１２００の表示装置１０Ｒを模式的に示す図である。

上述したプロジェクター１０００では、図２に示すように、光透過部材３００は、偏光素子であった。

これに対し、プロジェクター１２００では、図６に示すように、光透過部材３００は、放熱板である。放熱板は、レーザー光源１００で発生した熱を放熱させる。放熱板の熱伝導率は、第２面３０４に接合される部材の熱伝導率よりも高い。具体的には、放熱板の熱伝導率は、対向基板２０２の熱伝導率よりも高い。放熱板の材質は、例えば、サファイアである。なお、図示しないが、放熱板は放熱フィン１５０、或いは別の放熱フィン等に接続されていてもよい。

放熱板である光透過部材３００の熱膨張係数は、レーザー光源１００の第２電極１２４の熱膨張係数、および対向基板２０２の熱膨張係数に近いことが好ましい。これにより、熱膨張係数の差に起因してレーザー光源１００および光変調素子２００に発生する応力を弱めることができる。

プロジェクター１２００では、レーザー光源１００と光変調素子２００との間の光路に設けられ光透過部材３００は、放熱板である。レーザー光源１００と光変調素子２００との間にはレンズが設けられていないので、小型化を図ることができる。さらに、放熱板によって、レーザー光源１００で発生した熱を放熱させることができるため、レーザー光源１００の発光効率を高くすることができる。

１．２．３． 第３変形例
次に、第１実施形態の第３変形例に係るプロジェクター１３００について、図面を参照しながら説明する。図７は、第１実施形態の第３変形例に係るプロジェクター１３００の表示装置１０Ｒを模式的に示す図である。

上述したプロジェクター１０００では、図２に示すように、光透過部材３００は、偏光素子であった。

これに対し、プロジェクター１３００では、図７に示すように、光透過部材３００は、放熱板３３０と、偏光素子３３２と、を有している。

放熱板３３０は、第１面３０２を有し、レーザー光源１００と接合されている。偏光素子３３２は、第２面３０４を有し、光変調素子２００と接合されている。放熱板３３０および偏光素子３３２は、互いに接合されている。図示の例では、光透過部材３００は、接着剤３３４を有し、放熱板３３０および偏光素子３３２は、接着剤３３４によって互いに繋ぎ合わされている。接着剤３３４の材質は、例えば、上述した接着剤３１０と同じである。

放熱板３３０は、上述した「１．２．２． 第２変形例」で説明した光透過部材３００としての放熱板と同様に、レーザー光源１００で発生した熱を放熱させる。偏光素子３３２は、上述した「１．１． プロジェクター」で説明した光透過部材３００としての偏光素子と同様に、レーザー光源１００から射出された光の偏光方向や偏光度を調整する。

なお、光透過部材３００は、レーザー光源１００側に偏光素子３３２を有し、光変調素子２００側に放熱板３３０を有していてもよいが、放熱性の観点からは、図７に示すように、レーザー光源１００側に放熱板３３０を有していることが好ましい。また、図示しないが、放熱板３３０は放熱フィン１５０、或いは別の放熱フィン等に接続されていてもよい。

１．２．４． 第４変形例
次に、第１実施形態の第４変形例に係るプロジェクター１４００について、図面を参照しながら説明する。図８は、第１実施形態の第４変形例に係るプロジェクター１４００の表示装置１０Ｒを模式的に示す図である。図９は、第１実施形態の第４変形例に係るプロジェクター１４００の放熱板４００を模式的に示す図であって、レーザー光源１００から射出された光の進行方向からみた図である。

上述したプロジェクター１０００は、図２に示すように、光透過部材３００を有していた。これに対し、プロジェクター１４００は、図８および図９に示すように、放熱板４００を有している。

放熱板４００は、レーザー光源１００と光変調素子２００との間に設けられている。放熱板４００は、レーザー光源１００で発生した熱を放熱させる。レーザー光源１００および光変調素子２００は、放熱板４００に接合されている。

放熱板４００は、第１面４０２と、第２面４０４と、を有している。レーザー光源１００は、第１面４０２に接合されている。光変調素子２００は、第２面４０４に接合されている。図示の例では、第１面４０２および第２面４０４は、互いに反対方向を向いている。

放熱板４００には、レーザー光源１００から射出された光を通過させる貫通孔４１０が設けられている。図９に示す例では、放熱板４００は、枠状である。放熱板４００は、レーザー光源１００から射出された光の進行方向からみて、レーザー光源１００の発光部１００ａ以外の領域に接合されていてもよい。

放熱板４００の材質は、例えば、コバール、銅などである。または、放熱板４００として、レーザー光源１００側を銅板、光変調素子２００側をコバール板としたものを用いてもよい。コバールの熱膨張率は、室温付近での熱膨張率が金属の中では小さく、硬質ガラスやセラミックスの熱膨張率と近いため、放熱板４００と対向基板２０２との熱膨張率の差に起因する応力を弱めることができる。また、銅の熱伝導率は、コバールの熱伝導率に比べて、高く、効率よくレーザー光源１００で発生した熱を放熱させることができる。

プロジェクター１４００では、放熱板４００には、レーザー光源１００から射出された光を通過させる貫通孔４１０が設けられている。そのため、放熱板４００においてレーザー光源１００から射出された光が吸収されることを抑制しつつ、レーザー光源１００で発生した熱を放熱させることができる。なお、図示しないが、放熱板４００は放熱フィン１５０、或いは別の放熱フィン等に接続されていてもよい。

１．２．５． 第５変形例
次に、第１実施形態の第５変形例に係るプロジェクター１５００について、図面を参照しながら説明する。図１０は、第１実施形態の第５変形例に係るプロジェクター１５００のレーザー光源１００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１００では、図４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１５００のレーザー光源１００では、図１０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１５００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１４００では、発光部１００ａは、発光層１１４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１５００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、積層方向に射出される。

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１１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１２は、第２実施形態に係るプロジェクター２０００の表示装置１０Ｒを模式的に示す図である。

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では、図１および図２に示すように、光変調素子２００は、レーザー光源１００から射出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１１および図１２に示すように、光変調素子２００は、レーザー光源１００から射出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２０００は、ＬＣｏＳ（Liquid Crystal on Silicon）プロジェクターである。

プロジェクター２０００では、光透過部材３００は、偏光分離素子であり、具体的には、偏光ビームスプリッターである。偏光ビームスプリッターは、一対のガラス製の直角プリズムの斜面で、偏光分離膜３４０を挟持するように構成された光学素子である。偏光分離素子は、特定の直線偏光、例えば、偏光分離膜３４０に対してＰ偏光を透過させ、その直線偏光と偏光方向が直交する直線偏光、例えば、偏光分離膜３４０に対してＳ偏光を反射させる。この機能を利用して、偏光分離素子は、光変調素子２００に入射する照明光と、光変調素子２００から射出される画像光と、を空間的に分離する。

レーザー光源１００からは、偏光度が高い直線偏光が射出されるが、その直線偏光の偏光方向を偏光分離膜３４０に対してＰ偏光となるように設定する。レーザー光源１００から射出されたＰ偏光は、偏光分離素子の偏光分離膜３４０を透過し、光変調素子２００に入射する。僅かに存在する可能性があるＰ偏光以外の偏光は、偏光分離膜３４０で反射するため、光変調素子２００には、Ｐ偏光のみが入射する。光変調素子２００に入射した光は、光変調作用を受けてＳ偏光に変換されて画像光を形成し、入射時とは逆方向に反射し
て光変調素子２００から射出する。光変調素子から射出したＳ偏光である画像光は、偏光分離膜３４０で反射して進行方向を９０°折り曲げて、偏光分離素子から射出される。

プロジェクター２０００では、レーザー光源１００と光変調素子２００との間の光路に設けられた光透過部材３００は、偏光分離素子である。レーザー光源１００と光変調素子２００との間にはレンズが設けられていないので、小型化を図ることができる。さらに、偏光分離素子によって、レーザー光源１００から射出された光を、例えばＰ偏光とＳ偏光とに分離することができる。

３． 第３実施形態
３．１． プロジェクター
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１３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。

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に示すように、光変調素子２００は、レーザー光源１０から射出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１３に示すように、光変調素子２００は、レーザー光源１０から射出された光を反射させるＤＭＤ（Digital Micromirror Device、登録商標）である。ＤＭＤは、多数の微小ミラーを備え、微小ミラー毎にミラーの向きを変えることで、反射光の射出方向を制御する光変調素子である。プロジェクター３０００は、ＤＬＰ（Digital Light Processing、登録商標）プロジェクターである。

プロジェクター３０００では、光透過部材３００は、色光合成プリズム３５０と、全反射プリズム３５２と、を有している。

レーザー光源１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂは、色光合成プリズム３５０に接合されている。図示の例では、レーザー光源１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂは、接着剤３１０によって色光合成プリズム３５０に接合されている。レーザー光源１００Ｒは、図１に示す表示装置１０Ｒのレーザー光源１００と同様に、赤色光を射出する。レーザー光源１００Ｇは、図１に示す表示装置１０Ｇのレーザー光源１００と同様に、緑色光を射出する。レーザー光源１００Ｂは、図１に示す表示装置１０Ｂのレーザー光源１００と同様に、青色光を射出する。

色光合成プリズム３５０は、図１に示す色光合成プリズム３０と同様に、レーザー光源１００Ｒから射出された光、レーザー光源１００Ｇから射出された光、およびレーザー光源１００Ｂから射出された光を合成する。

図１３に示す例では、光透過部材３００は接着剤３５４を有し、全反射プリズム３５２は、接着剤３５４によって色光合成プリズム３５０に繋ぎ合わされている。接着剤３５４は、例えば、接着剤３１０と同じ接着剤である。

全反射プリズム３５２は、ガラス製の第１プリズム３５２ａおよび第２プリズム３５２ｂを有し、スペーサー３５３を介して、第１プリズム３５２ａおよび第２プリズム３５２ｂは、一体的に固定されている。第１プリズム３５２ａと第２プリズム３５２ｂとの間には、エアーギャップＧが設けられている。色光合成プリズム３５０から射出された光は、
第１プリズム３５２ａに入射した後、エアーギャップＧで全反射して、光変調素子２００に入射する。光変調素子２００は、接着剤３１０によって、全反射プリズム３５２に繋ぎ合わされている。光変調素子２００において変調された光は、全反射プリズム３５２を透過して、投射レンズ４０に入射する。

プロジェクター３０００では、レーザー光源１００と光変調素子２００との間の光路に設けられた光透過部材３００は、色光合成プリズムおよび全反射プリズムを有し、レーザー光源１００と光変調素子２００との間にはレンズが設けられていないので、小型化を図ることができる。

また、光変調素子２００を照明する場合、光変調素子２００の表示領域２００ａの法線に対して、斜め方向から光が入射する。この場合、レーザー光源１００の発光部１００ａの上面と、表示領域２００ａとは、非平行な配置関係となる。そのため、積層方向からみて発光部１００ａが表示領域２００ａと同じ矩形状であっても、表示領域２００ａにおける照明領域は、非矩形に変形する。したがって、図１４に示すように、積層方向からみて、斜め照明における光の形状の変形を織り込んだ発光部１００ａの形状および大きさとすることが好ましい。なお、図１４は、レーザー光源１００を、レーザー光源１００から射出される光の進行方向から模式的にみた図である。また、図１４では、レーザー光源１００を簡略化し、光変調素子２００の表示領域２００ａも図示している。なお、上記事項は、後述するプロジェクター３１００に対しても当てはまる。

３．２． 変形例
次に、第３実施形態の変形例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１５は、第３実施形態の変形例に係るプロジェクター３１００を模式的に示す図である。

以下、第３実施形態の変形例に係るプロジェクター３１００において、上述した第３実施形態に係るプロジェクター３０００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３０００は、図１３に示すように、３つのレーザー光源１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂを有していた。

これに対し、プロジェクター３１００では、図１５に示すように、１つのレーザー光源１００を有している。レーザー光源１００の発光部１００ａは、発光波長が異なり、独立して発光を制御することができる３種類の部分を有している。そして、３種類の部分の各々は、例えば、数十μｍの大きさの複数のサブ発光部を有し、それらのサブ発光部は面状に規則的に配置されている。サブ発光部が発光することにより、３種類の部分は、それぞれ、赤色光、緑色光、青色光を発光することができる。レーザー光源１００は、３種類の光を時分割的に射出する。また、プロジェクター３１００では、光透過部材３００は、全反射プリズムである。

なお、レーザー光源１００から射出された光は、放射角が非常に小さいが、０°ではなく、わずかに発散する。そのため、レーザー光源１００において同色の光を射出する隣接したサブ発光部同士は、例えば、数十μｍ程度離れて配置されているが、隣接したサブ発光部同士から射出した光は光変調素子２００に入射する段階で適度に混じり合うため、光変調素子２００の表示領域２００ａを隙間なく照明することができる。

プロジェクター３１００では、レーザー光源１００と光変調素子２００との間の光路に設けられた光透過部材３００は、全反射プリズムである。レーザー光源１００と光変調素子２００との間にはレンズが設けられていないので、小型化を図ることができる。

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、および結果が同一の構成、あるいは目的およ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また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。

１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂ…表示装置、２０…偏光素子、３０…色光合成プリズム、４０…投射レンズ、１００，１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂ…レーザー光源、１００ａ…発光部、１０２…基板、１０３…積層体、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、１５０…放熱フィン、２００…光変調素子、２００ａ…表示領域、２０２…対向基板、２０４…ＴＦＴ基板、２０６…防塵基板、３００…光透過部材、３０２…第１面、３０４…第２面、３１０…接着剤、３３０…放熱板、３３２…偏光素子、３３４…接着剤、３４０…偏光分離膜、３５０…色光合成プリズム、３５２…全反射プリズム、３５２ａ…第１プリズム、３５２ｂ…第２プリズム、３５３…スペーサー、３５４…接着剤、４００…放熱板、４０２…第１面、４０４…第２面、４１０…貫通孔、１０００，１１００，１２００，１３００，１４００，１５００，２０００，３０００，３１００…プロジェクター

Claims (7)

1. レーザー光源と、
   前記レーザー光源から射出された光を、画像情報に応じて変調させる光変調素子と、
   前記レーザー光源から射出された光の光路において、前記レーザー光源と前記光変調素子との間に設けられ、前記レーザー光源から射出された光を透過させる光透過部材と、
   を有し、
   前記レーザー光源および前記光変調素子は、前記光透過部材に接合され、
   前記レーザー光源は、
   基板と、
   前記基板に設けられ、光を発する発光層を有する積層体と、
   を有し、
   前記積層体は、前記発光層が発した光を、前記基板の面内方向に閉じ込め、前記基板の法線方向に射出させるフォトニック結晶構造体を構成し、
   前記レーザー光源および前記光変調素子は、界面接合によって前記光透過部材に繋ぎ合わされている、プロジェクター。
2. 請求項１において、
   前記光透過部材は、前記レーザー光源の熱を放熱させる放熱板である、プロジェクター。
3. 請求項１において、
   前記光透過部材は、偏光素子である、プロジェクター。
4. 請求項１において、
   前記光透過部材は、偏光分離素子である、プロジェクター。
5. 請求項１において、
   前記光透過部材は、全反射プリズムである、プロジェクター。
6. レーザー光源と、
   前記レーザー光源から射出された光を、画像情報に応じて変調させる光変調素子と、
   を有し、
   前記レーザー光源および前記光変調素子は、互いに接合され、
   前記レーザー光源は、
   基板と、
   前記基板に設けられ、光を発する発光層を有する積層体と、
   を有し、
   前記積層体は、前記発光層が発した光を、前記基板の面内方向に閉じ込め、前記基板の法線方向に射出させるフォトニック結晶構造体を構成し、
   前記レーザー光源および前記光変調素子は、界面接合によって互いに繋ぎ合わされている、プロジェクター。
7. レーザー光源と、
   前記レーザー光源から射出された光を、画像情報に応じて変調させる光変調素子と、
   前記レーザー光源と前記光変調素子との間に設けられ、前記レーザー光源の熱を放熱させる放熱板と、
   を有し、
   前記レーザー光源および前記光変調素子は、前記放熱板に接合され、
   前記放熱板には、前記レーザー光源から射出された光を通過させる貫通孔が設けられ、
   前記レーザー光源は、
   基板と、
   前記基板に設けられ、光を発する発光層を有する積層体と、
   を有し、
   前記積層体は、前記発光層が発した光を、前記基板の面内方向に閉じ込め、前記基板の法線方向に射出させるフォトニック結晶構造体を構成し、
   前記レーザー光源および前記光変調素子は、界面接合によって前記放熱板に繋ぎ合わされている、プロジェクター。

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