KR100648904B1

KR100648904B1 - 디스플레이장치

Info

Publication number: KR100648904B1
Application number: KR1020030046946A
Authority: KR
Inventors: 후지이타케시; 오카자키요지; 나가노카즈히코; 키무라코우이치
Original assignee: 후지 샤신 필름 가부시기가이샤
Priority date: 2002-07-10
Filing date: 2003-07-10
Publication date: 2006-11-24
Also published as: US20040104902A1; JP4084713B2; EP1381241A3; US7088353B2; EP1381241A2; JP2004094215A; CN1470935A; KR20040005704A

Abstract

공간 광변조소자의 개수 및 화소수의 증가를 각각 억제하면서 표시화상의 고정밀화를 실현하는 것을 과제로 한다.

레이저 디스플레이장치(100)에서는, DMD(50)가 부 주사방향에 대하여 미소한 경사각만큼 기울어지고, 이 경사각이 화상표시면(103)에 있어서의 주 주사방향을 따른 빔속의 주사밀도에 따라서 설정되어 있다. 이것에 의해, DMD(50)에 부 주사방향 및 주 주사방향에 각각 대응하는 열방향 및 행방향을 따라서 2차원적으로 배열된 마이크로미러의 배열방향도 부 주사방향에 대하여 경사각만큼 기울어지므로, DMD(50)의 각 마이크로미러에 의해 변조된 레이저빔(L)의 집합(빔속)이 화상표시면(103)을 부 주사하여 표시되는 화상의 화소밀도를 소정의 밀도로 증가할 수 있다.

Description

디스플레이장치{DISPLAY DEVICE}

도 1은 본 발명의 제1실시형태에 관한 레이저 디스플레이장치의 구성을 나타내는 사시도,

도 2는 본 발명의 제1실시형태에 관한 레이저 디스플레이장치의 구성을 나타내는 평면도,

도 3은 본 발명의 제1실시형태에 관한 레이저 디스플레이장치의 구성을 나타내는 측면도,

도 4의 (A)는 섬유어레이광원의 구성을 나타내는 사시도, (B)는 (A)의 부분확대도, (C) 및 (D)는 레이저 출사부에서의 발광점의 배열을 나타내는 평면도,

도 5는 멀티모드 광섬유의 구성을 나타내는 단면도,

도 6은 합파 레이저광원의 구성을 나타내는 평면도,

도 7은 레이저모듈의 구성을 나타내는 평면도,

도 8은 도 7에 나타내는 레이저모듈의 구성을 나타내는 측면도,

도 9는 도 7에 나타내는 레이저모듈의 구성을 나타내는 부분측면도,

도 10은 디지털 마이크로미러 디바이스(DMD)의 구성을 나타내는 부분확대도,

도 11의 (A) 및 (B)는 DMD의 동작을 설명하기 위한 설명도,

도 12의 (A) 및 (B)는 DMD를 경사배치하지 않은 경우와 경사배치하는 경우 로, 광빔의 배치 및 주사선을 비교하여 나타내는 평면도,

도 13은 DMD에 있어서의 마이크로미러를 지그재그로 배치한 경우의 광빔의 배치를 나타내는 평면도,

도 14는 DMD에 의해 변조된 광빔에 의해 갈바노 미러 위에 얻어지는 조광영역의 모식도,

도 15의 (A) 및 (B)는 DMD의 사용영역의 예를 나타내는 도면,

도 16은 본 발명의 제2실시형태에 관한 레이저 디스플레이장치의 구성을 나타내는 사시도,

도 17은 간섭형의 공간 광변조소자의 예를 나타내는 평면도,

도 18은 간섭형의 공간 광변조소자의 예를 나타내는 측면도,

도 19는 도 17의 A-A선 단면도이다.

도 20은 본 발명의 제3실시형태에 관한 레이저 디스플레이장치의 구성을 나타내는 사시도,

도 21은 본 발명의 제4실시형태에 관한 레이저 디스플레이장치의 구성을 나타내는 사시도,

도 22는 도 21에 나타내는 레이저 디스플레이장치에 있어서의 라인제어신호와 섬유어레이광원의 발광타이밍을 나타내는 타이밍챠트이다.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

50 : DMD(공간 광변조소자) 62 : 마이크로미러

66 : 섬유어레이광원(광원수단)

72 : 마이크로렌즈 어레이(화소사이즈 조정수단)

74 : 마이크로렌즈 100 : 레이저 디스플레이장치

102 : 스크린 103 : 화상표시면

104 : 갈바노 미러(편향수단) 105 : 광반사면

110 : 레이저 디스플레이장치

124, 126, 128 : DMD(공간 광변조소자) 136 : 스크린

137 : 화상표시면 146 : 결상광학계

130, 132, 134 : 결상광학계

200 : 레이저 디스플레이장치 202, 204, 206 : 섬유어레이광원

208, 210, 212 : DMD(공간 광변조소자) 214 : 컨트롤러(화상제어수단)

230 : 레이저 디스플레이장치

232, 234, 236 : DMD(공간 광변조소자)

238, 240, 242 : 섬유어레이광원 248 : 컨트롤러(화상제어수단)

본 발명은 화상신호에 따라서 변조된 광빔에 의해 스크린, 디스플레이 패널 등의 화상표시체를 주사하고, 이 화상표시체상에 화상을 표시하는 디스플레이장치에 관한 것이다.

종래의 레이저 디스플레이장치로서는, 예를 들면 하기 ①∼③에 기재되어 있 는 것이 알려져 있다.

① 광변조소자에 의해 1개의 레이저빔을 화상신호에 따라서 변조하고, 이 레이저빔을 주 주사방향 및 부 주사방향을 따라서 각각 편향하며, 이 레이저빔에 의해 디스플레이 패널 등의 화상표시체를 주사함으로써 화상을 표시하는 것.

② 복수의 화소부가 직선적으로 배열된 1차원 공간 광변조소자에 의해 레이저빔을 화상신호에 따라서 변조하고, 이들 직선적으로 배열된 레이저빔의 집합을 그 배열방향(주 주사방향)과 직교하는 방향(부 주사방향)을 따라서 편향하며, 이 레이저빔의 집합에 의해 스크린 등의 화상표시체를 주사함으로써 화상을 표시하는 것(예를 들면, 일본 특허공개 2002-131838호 공보 참조).

③ 복수의 화소부가 2차원적으로 배열된 2차원 공간 광변조소자에 의해 레이저빔을 화상신호에 따라서 변조하고, 이들 2차원적으로 배열된 다수(=표시화소수)의 레이저빔을 각각 결상광학계에 의해 화상표시체상에 결상하여 화상을 표시하는 것.

상기한 바와 같은 레이저 디스플레이장치에서는, 일반적으로 표시화상을 고정밀화하기 위해서는 표시화소수를 증가할 필요가 있다. 이것을 구체적으로 설명하면, 예를 들면 (10000×7500)화소의 단색 화상을 1초당 60프레임 묘화하는 경우에는, 상기 ①의 레이저 디스플레이장치에서는, 광변조소자의 변조주파수가 약 4.5㎓로 매우 고속으로 되기 때문에, 1개의 광변조소자에 의해 레이저빔을 화상신호에 따라서 변조하는 것은 사실상 불가능하다.

또, 상기 ②의 레이저 디스플레이장치에서는, 레이저빔을 변조하기 위하여 필요로 하는 1차원 공간 광변조소자의 화소수가 적어도 7500화소 필요하게 된다. 한편, 1차원 공간 광변조소자는 그 화소수가 많아도 1000화소 정도의 것이 일반적이다. 이 때문에, ②의 레이저 디스플레이장치에서는, 다수개(8개 이상)의 1차원 공간 광변조소자가 필요하게 되어, 장치를 저비용으로 제조하는 것이 곤란하게 되며, 또 1차원 공간 광변조소자의 화소결함에 기인하는 화질저하(선상결함)가 발생하기 쉬워진다.

또, 상기 ③의 레이저 디스플레이장치에서도, 레이저빔을 변조하기 위하여 필요하게 되는 2차원 공간 광변조소자의 화소수가 적어도 (10000×7500)화소 필요하게 되므로, 레이저빔을 변조하기 위하여 복수개의 2차원 공간 광변조소자를 사용하는 경우에는, ②의 레이저 디스플레이장치와 기본적으로 동일한 문제가 발생한다. 또, (10000×7500)화소의 2차원 공간 광변조소자를 제조하는 것을 생각한 경우에는, 화소결함의 발생율 증가에 의한 수율저하 및 디바이스 사이즈의 증대에 의해, 1웨이퍼로부터 취할 수 있는 디바이스(공간 광변조소자)의 수량이 극단적으로 적어져서 그 단가가 매우 높은 것으로 되므로, 이러한 2차원 공간 광변조소자를 사용한 레이저 디스플레이장치의 제조비용도 높은 것으로 된다.

다음에, 상기한 바와 같은 레이저 디스플레이장치에 의해 동화(動畵)를 표시하는 경우에 대하여 검토한 결과를 설명한다. 예를 들면, 부 주사방향으로 10000화소, 주 주사방향으로 7500화소의 해상도를 갖는 디스플레이장치에 있어서의 1화면(프레임)의 화상변조주기를 계산하면, 일반적으로 어른거림(플리커)이 지각되지 않 는, 원활한 동화를 표시하기 위해서 프레임레이트로서, 적어도 1초간에 30프레임의 프레임레이트가 필요하게 되고, 통상은 1초간에 60프레임 정도의 프레임레이트가 요구된다. 따라서, 1초간에 60프레임의 프레임레이트를 얻기 위해서는, 표시화상의 변조주기는 1초/60=16.7㎳로 되고, 부 주사방향의 화소수가 10000화소인 경우에는, 갈바노 미러 등의 주사장치의 주사효율을 80%로 가정하면, 1화소당의 변조주기는 0.0167×0.8/10000=1.3㎲라는 매우 짧은 시간으로 되고, 일반적인 공간 광변조소자에서는 이러한 짧은 시간 내에 화상신호에 따라서 화소를 변조하는 것은 곤란하다.

본 발명의 주된 목적은, 상기 사실을 고려하여 공간 광변조소자의 개수 및 화소수의 증가를 각각 억제하면서, 표시화상의 고정밀화를 용이하게 실현할 수 있는 저비용의 디스플레이장치를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 부차적인 목적은, 상기 사실을 고려하여 표시화상의 고정밀화를 실현하면서, 공간 광변조소자가 갖는 고유의 화소변조주기에 의해 얻어지는 프레임레이트보다 고속의 프레임레이트로 화상을 표시할 수 있는 디스플레이장치를 제공하는 것에 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 청구항 1에 관한 디스플레이장치는, 조명용 광빔을 출사하는 광원수단과, 화상신호에 따라서 광변조상태가 각각 변화하는 복수의 화소부가 2차원적으로 배열되고, 상기 광원수단으로부터 상기 복수의 화소부에 입사된 광빔을 그 화소부마다 변조하는 공간 광변조소자와, 상기 복수의 화소부에 대응하여 복수의 빔 축소부가 2차원적으로 배열되고, 상기 화소부에 의해 변조된 광빔의 빔지름을, 그 화소부에 대응하는 상기 빔 축소부에 의해 축소하는 화소사이즈 조정수단(마이크로렌즈 어레이)과, 상기 화소사이즈 조정수단에 의해 빔지름이 축소된 광빔의 집합을 소정의 부 주사방향을 향해서 편향하고 그 광빔의 집합에 의해 화상표시체의 피주사면을 주사하는, 갈바노미러 및 프레널렌즈로 구성된 주사수단과, 상기 화상표시체의 피주사면을 주사하는 광빔을 결상하는 결상광학계를 갖고, 상기 복수의 화소부를 상기 부 주사방향 및 그 부 주사방향과 직교하는 주 주사방향에 각각 대응하는 열방향 및 행방향을 따라서 직선적으로 배열함과 아울러, 상기 복수의 화소부에 있어서의 배열방향 중, 적어도 상기 열방향을 상기 부 주사방향에 대하여 소정의 경사각(θ_I)만큼 기울이고, 상기 경사각(θ_I)을 상기 피주사면에 있어서의 상기 주 주사방향을 따른 광빔의 주사밀도에 따라서 설정한 것을 특징으로 한다.

상기 청구항 1에 관한 디스플레이장치에서는, 공간 광변조소자에 있어서의 복수의 화소부를 부 주사방향 및 주 주사방향에 각각 대응하는 열방향 및 행방향을 따라서 직선적으로 배열함과 아울러, 상기 복수의 화소부에 있어서의 배열방향 중, 적어도 열방향을 부 주사방향에 대하여 경사각(θ_I)만큼 기울이고, 이 경사각(θ_I)을 피주사면에 있어서의 주 주사방향을 따른 광빔의 주사밀도에 따라서 설정함으로써, 주 주사방향에 대응하는 행방향을 따라서 j개의 화소부가 공간 광변조소자에 배열되고, 또한 부 주사방향에 대응하는 열방향을 따라서 k개의 화소부가 공간 광변조소자에 배열되어 있다고 한 경우, 부 주사방향에 대한 화소부의 열방향의 경사각(θ_I)의 크기에 따라서, j의 N(N은 양의 정수, N≤k)배, 즉 (j×N)개의 레이저빔 에 의해 피주사면에 있어서의 동일 주사선상의 각각 다른 위치를 주사할 수 있게 되므로, 화소부의 열방향의 경사각(θ_I)의 크기를 적절히 조정함으로써, 화상표시체의 표시면에 표시되는 화상(표시화상)의 화소밀도를 소정 밀도로 증가시킬 수 있다.

그 결과, 1차원 공간 광변조소자를 이용한 디스플레이장치와 같이 표시화상의 주사밀도의 증가에 따라서 1차원 공간 광변조소자의 설치개수를 증가할 필요가 없어지고, 공간 광변조소자(2차원 공간 광변조소자)의 개수 및 화소수를 증가시키지 않아도, 화소부의 열방향의 경사각(θ_I)을 필요한 화소수에 맞게 설정하는 것만으로, 원하는 화소밀도를 갖는 화상을 표시할 수 있게 된다.

여기서, 공간 광변조소자에 있어서의 복수의 화소부의 열방향을 부 주사방향에 대하여 소정 경사각(θ_I)만큼 기울이는 것은, 공간 광변조소자 자체를 부 주사방향에 대하여 경사각(θ_I)만큼 기울임으로써 실현할 수 있고, 또 공간 광변조소자에 있어서의 행방향을 따라서 배열된 복수의 화소부를, 1행마다 행방향을 따라서 소정의 피치씩 어긋나게 하여 배치하는, 즉 화소부를 지그재그 형상으로 배치하는 것에 의해서도 실현할 수 있다.

또, 공간 광변조소자(2차원 공간 광변조소자)로서는, 화상신호에 따라서 반사면의 각도를 변경할 수 있는 복수의 마이크로미러가 기판상에 2차원적으로 배열된 디지털 마이크로미러 디바이스, 광원수단으로부터 입사되는 광빔에 대하여 소정각도로써 배치되는 한쪽의 전극과, 상기 한쪽의 전극에 대향하는 다른쪽의 전극과, 한쪽의 전극 및 다른쪽의 전극간에 개재된 투명한 가요박막을 구비하고, 한쪽의 전극 및 다른쪽의 전극간에 전압을 인가함으로써 발생한 쿨링의 힘에 의해 상기 가요박막을 휘게 하여 그 가요박막을 투과하는 광빔을 변조하는 간섭형 광셔터가 2차원적으로 배열된 광셔터 어레이 등을 사용할 수 있다. 특히, 디지털 마이크로미러 디바이스를 공간 광변조소자로서 이용한 경우에는, 디지털 마이크로미러 디바이스에 대한 화상신호의 전송레이트를 단축하기 위하여, 광원수단으로부터 출사된 광빔을 상기 디지털 마이크로미러 디바이스에 있어서의 일부의 상기 마이크로미러만을 사용하여 변조하도록 하여도 좋다.

또 본 발명의 디스플레이장치에서는, 화소부의 열방향의 경사각(θ_I)을, 복수(N)개의 상기 화소부가 피주사면의 동일 위치를 주사하도록 설정하면, 주 주사방향을 따라서 동일 주사선상의 동일한 위치(동일화소)를 공간 광변조소자의 각각 다른 열에 배치된 N개의 화소부에 의해 변도된 레이저빔에 의해 화상표시체의 피주사면을 N회, 주사(다중주사)할 수 있으므로, 공간 광변조소자의 화소부에 결함이 존재하는 경우에도, 이 화소부의 결함에 의해 발생하는 표시화상의 화질저하를 눈에 띄지 않게 할 수 있다.

또 본 발명의 청구항 9에 관한 디스플레이장치는, 청구항 1 내지 8중 어느 1항 기재의 디스플레이장치에 있어서, 화상표시체의 피주사면에 있어서의 상기 부 주사방향을 따라서 다른 N개(N은 2이상의 정수)의 표시영역에 각각 대응하는 N종류의 화상신호를 생성함과 아울러, 그 N종류의 화상신호에 의해 N개의 상기 공간 광 변조소자의 광변조상태를 각각 변화시키는 화상제어수단을 갖고, 상기 광원수단으로부터 출사된 광빔을 N개의 상기 공간 광변조소자에 각각 조사하고, N개의 상기 공간 광변조소자에 의해 각각 변조된 N개의 상기 광빔의 집합을 상기 주사수단에 의해 상기 부 주사방향을 따라서 편향하며, 그 N개의 상기 광빔의 집합에 의해 피주사면에 있어서의 N개의 표시영역을 각각 동시에 주사하는 것을 특징으로 한다.

청구항 9에 관한 디스플레이장치에서는, 광원수단으로부터 출사된 광빔을 N종류의 화상신호에 따라서 광변조상태가 각각 변화한 N개의 공간 광변조소자에 각각 조사하고, 이들 N개의 공간 광변조소자에 의해 각각 변조된 N개의 광빔(실제로는 화소부 단위로 변조된 광빔의 집합인 광빔군)을 상기 주 주사수단에 의해 부 주사방향을 따라서 편향하고, 이들 N개의 광빔의 집합에 의해 피주사면에 있어서의 N개의 표시영역을 각각 동시에 주사한다. 이것에 의해, N개의 공간 광변조소자 중, 어느 1개의 공간 광변조소자에 의해 변조된 광빔에 의해 주사되는 표시영역에 포함되는 부 주사방향을 따른 표시화소수가, 평균적으로는 피주사면에 포함되는 부 주사방향을 따른 전체 표시화소수의 1/N로 되고, 1개의 공간 광변조소자에 있어서의 광빔의 변조에 사용되는 화소부에 대한 단위시간당의 변조회수(제어회수)가, 1개의 공간 광변조소자만을 사용하여 피주사면 전체에 화상을 표시하는 경우와 비교하여 대략 1/N로 되므로, 각 공간 광변조소자의 화소부의 화소변조주기를 평균적으로는 각각 N배로 할 수 있다.

또 본 발명의 청구항 10에 관한 디스플레이장치는, 청구항 1 내지 8중 어느 1항 기재의 디스플레이장치에 있어서, 화상표시체의 피주사면에 표시되는 표시화상 을 형성하는 주 주사선으로서, 상기 부 주사방향을 따라서 차례로 배열되는 M개(M은 2이상의 정수)의 주 주사선에 각각 대응하는 M종류의 라인 화상신호를 생성함과 아울러, (상기 주 주사선의 변조주기 T_L×M)의 변조주기(T)로, M종류의 화상신호에 의해 M개의 상기 공간 광변조소자에 있어서의 상기 주 주사방향을 따라서 배열된 화소부의 광변조상태를 각각 변화시키는 화상제어수단을 갖고, 상기 광원수단에 의해 상기 변조주기(T)에 동기하여 스트로보 발광한 광빔을 M개의 상기 공간 광변조소자에 차례로 조사하고, M개의 상기 공간 광변조소자에 의해 차례로 변조된 상기 광빔의 집합을 상기 주사수단에 의해 상기 부 주사방향을 따라서 편향하며, 그 광빔의 집합에 의해 화상표시체의 피주사면을 주사하는 것을 특징으로 한다.

상기 청구항 10에 관한 디스플레이장치에서는, 광원수단에 의해 주 주사선의 변조주기로 스트로보 발광한 광빔을 M개의 공간 광변조소자에 차례로 조사하고, M개의 공간 광변조소자에 있어서의 (T_L×M)의 변조주기(T)로 광변조 상태가 변화하는 주 주사방향을 따라서 배열된 화소부에 의해 차례로 변조된 광빔의 집합을 주 주사수단에 의해 부 주사방향을 따라서 편향하고, 이 광빔의 집합에 의해 화상표시체의 피주사면을 주사한다. 이것에 의해, M개의 공간 광변조소자에 의해 변조된 광빔의 집합이 각각 변조주기(T_L)씩 어긋난 주사타이밍으로 화상표시체의 피주사면을 차례로 주사하여 화상을 표시하므로, 1개의 공간 광변조소자만을 사용하여 피주사면 전체에 화상을 표시하는 경우와 비교하여, 각 공간 광변조소자에 있어서의 부 주사방향을 따라서 배열된 화소부의 화소변조주기를 평균적으로는 M배로 할 수 있다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 상세하게 설명한다.

(제1실시형태)

[레이저 디스플레이장치의 구성]

도 1에서 도 3에는 본 발명의 제1실시형태에 관한 레이저 디스플레이장치가 나타내어져 있다. 이 레이저 디스플레이장치(100)는, 스크린(102)의 화상표시면(103)을 레이저빔(L)에 의해 직접 주사함으로써, 이 화상표시면(103)상에 단색 화상을 투영표시하는 프로젝터형의 것으로서 구성되어 있다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 레이저 디스플레이장치(100)는, 레이저빔(L)의 광원장치로서 섬유어레이광원(66)이 설치되어 있고, 이 섬유어레이광원(66)으로부터 출사되는 레이저빔(L)의 광로상에는, 조명광학계(67), DMD(디지털 마이크로미러 디바이스)(50), 결상광학계(146), 갈바노 미러(104) 및 프레널 렌즈(106)가 섬유어레이광원(66)측으로부터 차례로 배치되어 있다.

레이저 디스플레이장치(100)는, 장치의 중앙제어부 등으로부터의 화상신호 및 제어신호를 받아서 화상표시동작을 제어하기 위한 컨트롤러(도시생략)를 구비하고 있고, 이 컨트롤러에 의해 DMD(50) 및 갈바노 미러(104) 등이 제어된다. 컨트롤러는 데이터 처리부와 미러 구동제어부를 구비하고 있고, 이 데이터 처리부에서는 입력된 화상데이터에 기초하여 DMD(50)의 제어해야 할 영역 내에 배치된 마이크로미러(62)(도 10 참조)를 구동제어하는 제어신호를 생성한다. 또, 제어해야 할 영역에 대해서는 후술한다. 또한, 미러 구동제어부에서는 화상데이터 처리부에서 생성한 제어신호에 기초하여 제어해야 할 영역 내에 배치된 각 마이크로미러(62)의 반 사면 각도를 제어한다. 또, 이 반사면 각도의 제어에 대해서는 후술한다. 또 컨트롤러는 갈바노 구동제어부를 구비하고 있고, 이 갈바노 구동제어부는 갈바노 미러(104)에 의해 주사영역 밖으로 반사된 레이저빔(L)을 검출하는 동기센서(도시생략)로부터의 신호에 동기하여 갈바노 미러(104)의 구동을 제어한다.

섬유어레이광원(66)은, 예를 들면 도 4의 (A)에 나타낸 바와 같이, 복수(예를 들면 6개)의 레이저모듈(64)을 구비하고 있고, 각 레이저모듈(64)에는 멀티모드 광섬유(30)의 일단이 결합되어 있다. 멀티모드 광섬유(30)의 타단에는, 코어지름이 멀티모드 광섬유(30)와 동일하고 클래드지름이 멀티모드 광섬유(30)보다 작은 광섬유(31)가 결합되고, 도 4의 (C)에 나타낸 바와 같이, 광섬유(31)의 출사단부(발광점)가 주사방향과 직교하는 방향을 따라서 1열로 배열되어 레이저 출사부(68)가 구성되어 있다. 또한, 도 4의 (D)에 나타낸 바와 같이, 발광점을 주사방향에 직교하는 방향을 따라서 2열로 배열하는 것도 가능하다.

광섬유(31)의 출사단부는 도 4의 (B)에 나타낸 바와 같이, 표면이 평탄한 2매의 지지판(65)에 끼워넣어져 고정되어 있다. 또, 광섬유(31)의 광출사측에는 광섬유(31)의 끝면을 확보하기 위하여, 유리 등의 투명한 보호판(63)이 배치되어 있다. 보호판(63)은 광섬유(31)의 끝면과 밀착시켜서 배치하여도 좋고, 광섬유(31)의 끝면이 밀봉되도록 배치하여도 좋다. 광섬유(31)의 출사단부는 광밀도가 높고 집진되기 쉽기 때문에 열화되기 쉽지만, 보호판(63)을 배치함으로써 끝면으로의 먼지의 부착을 방지할 수 있음과 아울러 열화를 지연시킬 수 있다.

도 4(B)의 예에서는, 클래드지름이 작은 광섬유(31)의 출사단을 간극없이 1 열로 배열하기 위하여, 클래드지름이 큰 부분에서 인접하는 2개의 멀티모드 광섬유(30) 사이에 멀티모드 광섬유(30)를 겹쳐쌓고, 겹쳐쌓여진 멀티모드 광섬유(30)에 결합된 광섬유(31)의 출사단이 클래드지름이 큰 부분에서 인접하는 2개의 멀티모드 광섬유(30)에 결합된 광섬유(31)의 출사단의 사이에 끼워지도록 배열되어 있다.

이러한 광섬유는, 예를 들면 도 5에 나타낸 바와 같이, 클래드지름이 큰 멀티모드 광섬유(30)의 레이저광 출사측의 선단부분에 길이 1∼30㎝의 클래드지름이 작은 광섬유(31)를 동축적으로 결합함으로써 얻을 수 있다. 2개의 광섬유(30, 31)는 광섬유(31)의 입사끝면이 멀티모드 광섬유(30)의 출사끝면에, 양 광섬유의 중심축이 일치하도록 융착되어 결합되어 있다. 상술한 바와 같이, 광섬유(31)의 코어(31a)의 지름은, 멀티모드 광섬유(30)의 코어(30a)의 지름과 동일한 크기이다.

또, 길이가 짧고 클래드지름이 큰 광섬유에 클래드지름이 작은 광섬유를 융착시킨 단척 광섬유를, 페룰(ferrule)이나 광커넥터 등을 통하여 멀티모드 광섬유(30)의 출사단에 결합하여도 좋다. 커넥터 등을 사용하여 착탈가능하게 결합함으로써, 클래드지름이 작은 광섬유가 파손된 경우 등에 선단부분의 교환이 용이하게 되고, 섬유어레이광원(66)(광헤드)의 보수관리에 요하는 비용을 저감할 수 있다. 또, 이하에서는 광섬유(31)를 멀티모드 광섬유(30)의 출사단부라 칭하는 경우가 있다.

멀티모드 광섬유(30) 및 광섬유(31)로서는, 스텝 인덱스형 광섬유, 그레이티드 인덱스형 광섬유 및 복합형 광섬유 중 어느 것이어도 좋다. 예를 들면, 미츠비 시 덴센 고교 가부시키가이샤 제품의 스텝 인덱스형 광섬유를 사용할 수 있다. 본 실시형태에서는, 멀티모드 광섬유(30) 및 광섬유(31)는, 스텝 인덱스형 광섬유이고, 멀티모드 광섬유(30)는 클래드지름=125㎛, 코어지름=25㎛, NA=0.2, 입사끝면 코트의 투과율=99.5%이상이고, 광섬유(31)는 클래드지름=60㎛, 코어지름=25㎛, NA=0.2이다.

일반적으로, 적외영역의 레이저광에서는 광섬유의 클래드지름을 작게 하면 전파손실이 증가한다. 이 때문에, 레이저광의 파장대역에 따라서 바람직한 클래드지름이 결정되고 있다. 그러나, 파장이 짧을수록 전파손실은 작아지고, GaN계 반도체 레이저로부터 출사된 파장 405㎚의 레이저광에서는, 클래드의 두께{(클래드지름-코어지름)/2}를 800㎚의 파장대역의 적외광을 전파시키는 경우의 1/2정도, 광통신에 이용되는 1.5㎛의 파장대역의 적외광을 전파시키는 경우의 약 1/4로 하여도, 전파손실은 거의 증가하지 않는다. 따라서, 클래드지름을 60㎛로 작게 할 수 있다.

단, 광섬유(31)의 클래드지름은 60㎛에는 한정되지 않는다. 종래의 섬유광원에 사용되고 있는 광섬유의 클래드지름은 125㎛이지만, 클래드지름이 작아질수록 초점심도가 보다 깊어지므로, 멀티모드 광섬유의 클래드지름은 80㎛이하가 바람직하고, 60㎛이하가 보다 바람직하며, 40㎛이하가 더욱 바람직하다. 한편, 코어지름은 적어도 3∼4㎛가 필요하기 때문에, 광섬유(31)의 클래드지름은 10㎛이상이 바람직하다.

레이저모듈(64)은, 도 6에 나타내는 합파 레이저광원(섬유광원)에 의해서 구 성되어 있다. 이 합파 레이저광원은 히트블록(10)상에 배열고정된 복수(예를 들면, 7개)의 횡 멀티모드 또는 싱글모드의 GaN계 반도체 레이저(LD1∼LD7)와, GaN계 반도체 레이저(LD1∼LD7) 각각에 대응하여 설치된 콜리메이터렌즈(11∼17)와, 하나의 집광렌즈(20)와, 1개의 멀티모드 광섬유(30)로 구성되어 있다. 또한, 반도체 레이저의 개수는 7개에 한정되는 것은 아니다. 일반적으로, 디스플레이용 광원으로서는, 충분히 높은 광출력인 것이 요망된다. 이 때문에, 본 실시형태에 관한 섬유어레이광원(66)은, 용이하게 높은 광출력을 얻을 수 있으므로 디스플레이용 광원으로서 적합한 것이다.

GaN계 반도체 레이저(LD1∼LD7)는, 발진파장이 모두 공통(예를 들면 405㎚)이고, 최대출력도 모두 공통(예컨대, 멀티모드 레이저에서는 100㎽, 싱글모드 레이저에서는 30㎽)이다. 또, GaN계 반도체 레이저(LD1∼LD7)로서는, 350㎚∼450㎚의 파장범위에서, 상기 405㎚이외의 발진파장을 구비하는 레이저를 이용하여도 좋다.

상기의 합파 레이저광원은, 도 7 및 도 8에 나타낸 바와 같이, 다른 광학요소와 함께 윗쪽이 개구된 상자형의 패키지(40) 내에 수납되어 있다. 패키지(40)는 그 개구를 폐쇄하도록 만들어진 패키지덮개(41)를 구비하고 있고, 탈기처리후에 밀봉가스를 도입하여 패키지(40)의 개구를 패키지덮개(41)로 폐쇄함으로써, 패키지(40)와 패키지덮개(41)에 의해 형성되는 밀폐공간 내에 상기 합파 레이저광원이 기밀하게 밀봉되어 있다.

패키지(40)의 저면에는 베이스판(42)이 고정되어 있고, 이 베이스판(42)의 상면에는 상기 히트블록(10)과, 집광렌즈(20)를 유지하는 집광렌즈 홀더(45)와, 멀 티모드 광섬유(30)의 입사단부를 유지하는 섬유홀더(46)가 부착되어 있다. 멀티모드 광섬유(30)의 출사단부는 패키지(40)의 벽면에 형성된 개구로부터 패키지 밖으로 인출되어 있다.

또, 히트블록(10)의 측면에는 콜리메이터렌즈 홀더(44)가 부착되어 있고, 콜리메이터렌즈(11∼17)가 유지되어 있다. 패키지(40)의 횡벽면에는 개구가 형성되고, 이 개구를 통하여 GaN계 반도체 레이저(LD1∼LD7)에 구동전류를 공급하는 배선(47)이 패키지 밖으로 인출되어 있다.

또한, 도 8에 있어서는, 도면의 번잡화를 피하기 위하여 복수의 GaN계 반도체 레이저 중 GaN계 반도체 레이저(LD7)에만 번호를 붙이고, 복수의 콜리메이터렌즈 중 콜리메이터렌즈(17)에만 번호를 붙이고 있다.

도 9는, 상기 콜리메이터렌즈(11∼17) 및 그 부착부를 정면에서 본 것이다. 콜리메이터렌즈(11∼17)의 각각은, 비구면을 구비한 원형렌즈의 광축을 포함하는 영역을 평행한 평면으로 가늘고 길게 잘라낸 형상으로 형성되어 있다. 이 가늘고 긴 형상의 콜리메이터렌즈는, 예컨대 수지 또는 광학유리를 몰드 성형함으로써 형성할 수 있다. 콜리메이터렌즈(11∼17)는 길이방향이 GaN계 반도체 레이저(LD1∼LD7)의 발광점의 배열방향(도 9의 좌우방향)과 직교하도록, 상기 발광점의 배열방향에 밀접배치되어 있다.

한편, GaN계 반도체 레이저(LD1∼LD7)로서는, 발광축이 2㎛의 활성층을 구비하고, 활성층과 평행한 방향, 직각인 방향의 퍼짐각이 각각 예컨대 10°, 30°의 상태에서 각각 레이저빔(B1∼B7)을 발하는 레이저가 이용되고 있다. 이들 GaN계 반 도체 레이저(LD1∼LD7)는 활성층과 평행한 방향으로 발광점이 1열로 나열되도록 설치되어 있다.

따라서, 각 발광점으로부터 발광된 레이저빔(B1∼B7)은, 상술한 바와 같이 가늘고 긴 형상의 각 콜리메이터렌즈(11∼17)에 대하여, 퍼짐각도가 큰 방향이 길이방향과 일치하고, 퍼짐각도가 작은 방향이 폭방향(길이방향과 직교하는 방향)과 일치하는 상태에서 입사되게 된다. 즉, 각 콜리메이터렌즈(11∼17)의 폭이 1.1㎜, 길이가 4.6㎜이고, 그들에 입사되는 레이저빔(B1∼B7)의 수평방향, 수직방향의 빔지름은 각각 0.9㎜, 2.6㎜이다. 또, 콜리메이터렌즈(11∼17)의 각각은, 초점거리 f=3㎜, NA=0.6, 렌즈배치 피치=1.25㎜이다.

집광렌즈(20)는, 비구면을 구비한 원형렌즈의 광축을 포함하는 영역을 평행한 평면으로 가늘고 길게 잘라내어, 콜리메이터렌즈(11∼17)의 배열방향, 즉 수평방향으로 길고, 그것과 직각인 방향으로 짧은 형상으로 형성되어 있다. 이 집광렌즈(20)는 초점거리 f₂=23㎜, NA=0.2이다. 이 집광렌즈(20)도 예를 들면 수지 또는 광학유리를 몰드 성형함으로써 형성된다.

조명광학계(67)는, 도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 섬유어레이광원(66)으로부터 출사된 레이저광을 평행광화하는 1쌍의 조립렌즈(71), 평행광화된 레이저광의 광량분포가 균일하게 되도록 보정하는 1쌍의 조합렌즈(73) 및 광량분포가 보정된 레이저빔(L)을 DMD(50)상에 집광하는 집광렌즈(75)에 의해 구성되어 있다. 조합렌즈(71)는, 레이저 출사단의 배열방향에 대해서는, 렌즈의 광축에 가까운 부분은 광속을 넓히고 광축으로부터 떨어진 부분은 광속을 좁히며, 또한 이 배열방향과 직교하는 방향에 대해서는 빛을 그대로 통과시키는 기능을 구비하고 있고, 광량분포가 균일하게 되도록 레이저빔(L)을 보정한다.

DMD(50)는 도 10에 나타낸 바와 같이, SRAM셀(메모리셀)(60)상에, 미소미러(마이크로미러)(62)가 지주에 의해 지지되어 배치된 것이고, 화소부(픽셀)를 구성하는 다수(예컨대, 600개×800개)의 미소미러를 격자상으로 배열하여 구성된 미러디바이스이다. 각 픽셀에는 최상부에 지주에 지지된 마이크로미러(62)가 설치되어 있고, 마이크로미러(62)의 표면에는 알루미늄 등의 반사율이 높은 재료가 증착되어 있다. 이 마이크로미러(62)의 반사율은 90%이상이다. 또, 마이크로미러(62)의 바로 밑에는 힌지 및 요크를 포함하는 지주를 개재하여 통상의 반도체 메모리의 제조라인에서 제조되는 실리콘게이트의 CMOS의 SRAM셀(60)이 배치되어 있고, 전체는 모놀리식(일체형)으로 구성되어 있다.

DMD(50)의 SRAM셀(60)에 디지털신호가 기록되면, 지주에 지지된 마이크로미러(62)가 대각선을 중심으로 하여 DMD(50)가 배치된 기판측에 대하여 ±α°(예를 들면 ±10도)의 범위로 기울어진다. 도 11의 (A)는, 마이크로미러(62)가 온상태인 +α°로 기울어진 상태를 나타내고, 도 11의 (B)는, 마이크로미러(62)가 오프상태인 -α°로 기울어진 상태를 나타낸다. 따라서, 화상신호에 따라서 DMD(50)의 각 픽셀에 있어서의 마이크로미러(62)의 기울기를, 도 10에 나타내는 바와 같이 제어함으로써, DMD(50)에 입사된 빛(레이저빔(L))은 각각의 마이크로미러(62)의 경사방향으로 반사된다.

또한, 도 10에는 DMD(50)의 일부를 확대하여, 마이크로미러(62)가 +α° 또는 -α°로 제어되어 있는 상태의 일례를 나타낸다. 각각의 마이크로미러(62)의 온오프 제어는, DMD(50)에 접속된 도시하지 않은 컨트롤러에 의해서 행해진다. 여기에서, 온상태의 마이크로미러(62)에 의해 반사된 레이저빔(L)은 주사상태로 변조되어, DMD(50)의 광출사측에 설치된 결상광학계(146)(도 5 참조)로 입사된다. 또 오프상태의 마이크로미러(62)에 의해 반사된 레이저빔(L)은 비주사상태로 변조되어, 광흡수체(도시생략)에 입사된다.

또, DMD(50)는 그 단변방향(열방향)이 스크린(102)에 있어서의 부 주사방향(수평방향)과 소정의 경사각(θ_I)(예를 들면 0.1°∼0.5°)을 이루도록 약간 경사시켜서 배치하는 것이 바람직하다. 도 12(A)는 DMD(50)를 경사시키지 않는 경우의 각 마이크로미러(62)에 의한 빔스폿(BS) 및 그 주사궤적을 나타내고, 도 12(B)는 DMD(50)를 경사각(θ_I)만큼 경사시킨 경우의 빔스폿(BS) 및 그 주사궤적을 나타내고 있다.

DMD(50)에는, 스크린(102)에 있어서의 주 주사방향에 대응하는 길이방향(행방향)(화살표 DL방향)을 따라서 마이크로미러(62)가 다수개(예를 들면 800개) 배열된 마이크로미러열이, 부 주사방향에 대응하는 단변방향(열방향)(화살표 DR방향)을 따라서 다수세트(예를 들면 600세트) 배열되어 있지만, 도 12(B)에 나타낸 바와 같이, DMD(50)를 경사시킴으로써 각 마이크로미러에 의한 레이저빔(L)의 주사궤적(주사선)의 피치(P₂)가 DMD(50)를 경사시키지 않은 경우의 주사선의 피치(P₁)보다 좁아 져서, 해상도를 대폭으로 향상시킬 수 있다. 한편, DMD(50)의 경사각은 미소하므로, DMD(50)를 경사시킨 경우의 주사폭과, DMD(50)를 경사시키지 않은 경우의 주사폭은 실질적으로 동일하게 간주할 수 있다.

또, 도 12(B)에 나타낸 바와 같이, 다른 열에 속하는 복수의 마이크로미러(62)에 의해 동일 주 주사선상에 있어서의 대략 동일한 위치(도트)가 겹쳐서 주사(다중주사)되게 된다. 이와 같이, 다중주사됨으로써 DMD(50)에 있어서의 어느 하나의 마이크로미러(62)에 동작불량 등의 결함이 존재하는 경우에도, 이 결함이 존재하는 마이크로미러(62)와 주 주사방향을 따라서 동일위치에 있는 마이크로미러(62)에 의해 변조된 레이저빔(L)에 의해 스크린(102)상을 주사할 수 있으므로, 마이크로미러(62)의 결함에 의해 발생하는 표시화상의 화상결함을 눈에 띄지 않게 할 수 있거나, 또는 화상결함의 발생을 방지할 수 있다.

다음에, DMD(50)의 경사각(θ_I) 크기의 구체적인 설정방법의 일례에 대하여 설명한다. 도 14에는, 1개의 DMD(50)에 의해서 갈바노 미러(104)의 광반사면(105)상에 얻어지는 2차원 상(像)인 조광영역(168)이 모식적으로 나타내어져 있다. 조광영역(168)은 전체적으로 행방향을 따라서 빔스폿(BS)이 j개, 열방향을 따라서 k개 배열되어 구성되고, 부 주사방향에 대응하는 열방향을 따라서 S개의 빔스폿(BS)을 포함하는 N개의 소영역(170)으로 구획되어 있다(도 14에서는 일례로서, S=4, j=32, N=5로 하고 있다).

여기서, N은 주 주사방향에 있어서의 동일위치(PM)를 주사하는 빔스폿(BS)의 개수(다중주사수)와 일치한다. 이 때, DMD(50)의 경사각(θ_I)은 하기 식(1)에 의해 산출된다.

θ₁= ±tan^-1(1/S)…(1)

또한, 공간 광변조소자인 DMD(50) 자체를 경사시키는 대신에, 도 13에 나타내는 바와 같이, DMD(50)에 있어서의 행방향(화살표 DL방향)을 따라서 배열된 복수의 마이크로미러(62)(마이크로미러열)를, 1행마다 행방향을 따라서 소정의 피치(P₃)씩 어긋나게 배치하는, 즉 각 마이크로미러(62)를 지그재그로 배치하여도, DMD(50)를 경사시킨 경우와 기본적으로 공통의 작용을 얻을 수 있다.

다음에, DMD(50)의 광반사측에 설치된 결상광학계(146)에 대하여 설명한다. 도 2 및 도 3에 나타내어진 바와 같이, 레이저 디스플레이장치(100)에는, DMD(50)의 광반사측에 갈바노 미러(104)의 광반사면(105)상에 실상(마이크로미러(62)에 의한 반사광상)을 결상하기 위한 결상광학계(146)가 설치되어 있다. 결상광학계(146)에는, DMD(50)의 쪽에서 갈바노 미러(104)로 향해서 차례로, 한쌍의 렌즈계(54, 58), 마이크로렌즈 어레이(72), 한쌍의 렌즈계(80, 82)가 배치되어 있다.

여기서, 렌즈계(54, 58)는, 예컨대 소정의 광학배율을 갖는 확대광학계로서 구성되어 있고, DMD(50)의 각 마이크로미러(62)에 의해 각각 반사된 복수개의 레이저빔(L)의 집합(이것을 필요에 따라서 "빔군"이라 한다)의 단면적을 확대함으로써, 갈바노 미러(104)의 광반사면(105)에 입사되는 빔군의 조사면적을 원하는 크기로 확대하고 있다.

마이크로렌즈 어레이(72)는, DMD(50)의 각 마이크로미러(62)에 1 대 1로 대응하는 복수의 마이크로렌즈(74)가 일체적으로 성형된 것이고, 이들 마이크로렌즈(74)는 각각 렌즈계(54, 58)를 투과한 빔군의 광축상에 각각 지지됨과 아울러, 렌즈계(54, 58)에 의해 마이크로미러(62)의 실상이 형성되는 면(공역면)에 배치되어 있다. 마이크로렌즈 어레이(72)에는, 복수개의 마크로렌즈(74)가 공역면에 형성되는 각 마이크로미러(62)의 실상의 피치와 동일 피치로 2차원적으로 배열되어 있다. 여기서, 각 마이크로렌즈(74)는 각각 양의 렌즈파워를 갖는 집광렌즈로서 구성되어 있다.

마이크로렌즈 어레이(72)에 있어서의 각 마이크로렌즈(74)를 투과한 레이저빔(L)은, 렌즈계(80, 82)에 입사된다. 이 렌즈계(80, 82)로부터 출사된 레이저빔(L)은, 갈바노 미러(104)의 광반사면(105)상에 결상하여 빔스폿(BS)을 형성한다. 본 실시형태에서는 빔스폿(BS)이 마이크로미러(62)의 반사광상의 실상으로서 결상되지만, 광원상(원시야 패턴; far field patten)이 빔스폿(BS)으로서 광반사면(105)상에 결상되도록 결상광학계(146)를 설계하여도 좋다.

도 12의 (B) 및 (C)를 참조하여, 결상광학계(146)에 있어서의 마이크로렌즈의 작용을 설명한다. 렌즈계(54, 58)를 포함하는 결상광학계(146)는, DMD(50)에 의해 반사되는 레이저빔(L)의 집합인 빔군의 단면적을 확대함으로써, 광반사면(105)에 있어서의 빔군의 조광영역을 원하는 크기로 확대하고 있다. 이 때, DMD(50)의 각 마이크로미러(62)에 의해 반사된 레이저빔(L)도, 렌즈계(54, 58)를 투과함으로써 그 빔지름이 결상광학계(146)의 광학배율에 따라서 확대된다. 이것 때문에, 예 컨대 결상광학계(146)에 마이크로렌즈(74)가 배치되어 있지 않은 경우, 광반사면(105)에 조사되는 각 빔스폿(BS)의 스폿지름이 결상광학계(146)의 광학배율에 따라서 커진다. 이 때문에, 갈바노 미러(104)에 의해 빔스폿(BS)을 스크린상에 투영하여 주사하여도, 스크린(102)상에서의 MTF(Mdulation Transfer Function)특성이 결상광학계(146)의 광학배율에 따라서 낮아진다.

상기와 같은 MTF특성의 저하를 방지하기 위하여, 결상광학계(146)에는, 렌즈계(54, 58)에 의해 마이크로미러(62)의 실상이 형성되는 위치(상 위치)에 복수의 마이크로렌즈(74)가 DMD(50)의 각 마이크로미러(62)에 1 대 1로 대응되도록 2차원적으로 배치되어 있다. 이것에 의해, 갈바노 미러(104)의 광반사면(105)에 결상되는 빔스폿(BS)은, 도 12의 (B) 및 (C)에서 흑점으로 나타내어지는 바와 같이 축소되어, 광반사면(105)상에서 빔스폿(BS)끼리가 겹쳐지는 것이 방지된다. 그 결과, 결상광학계(146)의 광학배율에 영향받지 않고, 스크린(102)상에 있어서의 MTF특성을 효과적으로 개선할 수 있으므로, 스크린(102)상에 표시되는 대사이즈의 화상의 화질을 대폭으로 향상시킬 수 있다.

또한, 본 실시형태에서는 결상광학계(146)가 4개의 렌즈계(54, 58, 80, 82) 및 마이크로렌즈 어레이(72)로 이루어지는 확대광학계로서 설명하였지만, 이러한 결상광학계(146)를 구성하는 렌즈계 등의 광학부품의 개수는 광로길이, 광학배율, 수차(收差) 등의 사양에 따라서 증감가능하고, 또 결상광학계(146)를 줌렌즈 등의 가변배율을 갖는 광학계로 하여도 좋다.

갈바노 미러(104)는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 주 주사방향과 평행한 회전 축(108)을 가지고 있고, 이 회전축(108)을 중심으로 하여 회전가능하게 지지되어 있다. 갈바노 미러(104)에는 자기구동부(도시생략)가 설치되어 있고, 이 자기구동부는 컨트롤러에 있어서의 갈바노 제어부로부터의 구동신호의 강도 및 극성에 대응하는 크기 및 방향의 토크를 발생하여, 광반사면(105)을 자기구동부에 의한 발생토크에 대응하는 각속도(角速度)로 회전시킨다. 이것에 의해, DMD(50)에 의해 변조된 레이저빔(L)(빔군)은, 스크린(102)의 방향으로 반사됨과 아울러, 부 주사방향(수평방향)을 따라서 소정의 부 주사속도로 스크린(102)상을 부 주사하도록 편향되어, 스크린(102)상에는 화상이 투영표시된다. 이때, 프레널 렌즈(106)는 스크린(102)의 주변부에서 표시화상이 변형되는 것을 방지하기 위하여, 갈바노 미러(104)에 의해 반사된 레이저빔(L)을 스크린(102)으로의 입사위치에 따라서 다른 강도로 집광함과 아울러, 스크린(102)에 입사되는 빔군이 평행광으로 되도록 레이저빔(L)을 편향한다.

한편, 스크린(102)의 화상표시면(103)에는, 405㎚의 레이저빔(L)을 조사하면, 백색광을 발광하는 형광체가 균일하게 분산되거나, 또는 형광체가 도포되어 발광층이 형성되고 있다. 이 형광체로서는, 예를 들면 희토류원소로 부활된 이트륨·알루미늄·가네이트 형광체 등이 이용된다. 따라서, 레이저 디스플레이장치(100)에서는, GaN계 반도체 레이저로부터 발광된 레이저빔(L)에 의해 화상표시면(103)을 주사하여 화상을 표시할 때에는, 화상표시면(103)에 레이저빔(L)의 반사광에 더하여 형광체로부터 발광되는 백색광에 의해 화상이 표시되므로, 화상 콘트라스트를 높여서 보기 쉬운 화상을 표시할 수 있다.

[레이저 디스플레이장치의 동작]

다음에, 상기와 같이 구성된 본 실시형태에 관한 레이저 디스플레이장치(100)의 동작에 대하여 설명한다.

레이저 디스플레이장치(100)에 있어서, 섬유어레이광원(66)의 합파 레이저광원을 구성하는 GaN계 반도체 레이저(LD1∼LD7)의 각각으로부터 발산광상태로 출사된 레이저빔(B1∼B7)의 각각은, 도 6에 나타낸 바와 같이 콜리메이터렌즈(11∼17)에 의해서 평행광화된다. 평행광화된 레이저빔(B1∼B7)은 집광렌즈(20)에 의해서 집광되고, 멀티모드 광섬유(30)의 코어(30a)의 입사끝면에 수속된다.

본 실시형태에서는, 콜리메이터렌즈(11∼17) 및 집광렌즈(20)에 의해서 집광광학계가 구성되고, 그 집광광학계와 멀티모드 광성유(30)에 의해서 합파광학계가 구성되어 있다. 즉, 집광렌즈(20)에 의해서 상술한 바와 같이 집광된 레이저빔(B1∼B7)이, 이 멀티모드 광섬유(30)의 코어(30a)에 입사되어 광섬유 내를 전파하고, 1개의 레이저빔(b)에 합파되어서 멀티모드 광섬유(30)의 출사단부에 결합된 광섬유(31)로부터 출사된다.

각 레이저모듈(64)에 있어서, 레이저빔(B1∼B7)의 멀티모드 광섬유(30)로의 결합효율이 0.85이고, GaN계 반도체 레이저(LD1∼LD7)의 각 출력이 30㎽인 경우에는, 도 4에 나타낸 바와 같이, 어레이상으로 배열된 광섬유(31)의 각각에 대하여, 출력 180㎽(=30㎽×0.85×7)의 합파레이저빔(B)을 얻을 수 있다. 따라서, 6개의 광섬유(31)가 어레이상으로 배열된 레이저 출사부(68)에서의 출력은 약 1W(=180㎽×6)이다.

예를 들면, 반도체 레이저와 광섬유를 1 대 1로 결합시킨 종래의 섬유광원에서는, 통상 반도체 레이저로서는 출력 30㎽(미리와트) 정도의 레이저가 사용되고, 광섬유로서는 코어지름 50㎛, 클래드지름 125㎛, NA(개구수) 0.2의 멀티모드 광섬유가 사용되고 있으므로, 약 1W(와트)의 출력을 얻고자 하면, 멀티모드 광섬유를 48개(8×6)로 묶지 않으면 안되고, 발광영역의 면적은 0.62㎟(0.675㎜×0.925㎜)이므로, 레이저 출사부(68)에서의 휘도는 1.6×10⁶(W/㎡), 광섬유 1개당의 휘도는 3.2×10⁶(W/㎡)이다.

이것에 대하여, 본 실시형태에서는 상술한 바와 같이, 멀티모드 광섬유 6개로 약 1W의 출력을 얻을 수 있고, 레이저 출사부(68)에서의 발광영역의 면적은 0.0081㎟(0.325㎜×0.025㎜)이기 때문에, 레이저 출사부(68)에서의 휘도는 123×10⁶(W/㎡)으로 되고, 종래에 비하여 약 80배의 고휘도화를 도모할 수 있다. 또, 광섬유 1개당의 휘도는 90×10⁶(W/㎡)이고, 종래에 비하여 약 28배의 고휘도화를 도모할 수 있다. 이것에 의해, DMD(50)로 입사되는 광속의 각도가 작아지고, 결과적으로 화상표시면(103)(피주사면)으로 입사되는 광속의 각도가 작아지기 때문에, 빔스폿의 초점심도를 깊게 할 수 있다.

표시패턴에 따른 화상데이터가, DMD(50)에 접속된 도시하지 않은 컨트롤러에 입력되고, 컨트롤러 내의 프레임메모리에 일단 기억된다. 이 화상데이터는 화상을 구성하는 각 화소의 농도를 2값(도트의 기록의 유무)으로 표시한 데이터이다.

컨트롤러는, 화상표시신호를 받으면 섬유어레이광원(66)을 구동시킴과 아울러, 프레임메모리에 기억된 화상데이터를 복수라인 만큼씩 차례로 판독하고, 이 화상데이터(라인 화상데이터)를 데이터 처리부로 출력한다. 데이터 처리부에서는 라인 화상데이터에 기초하여 제어신호를 생성한다. 그리고, 미러 구동제어부에 의해, 생성된 제어신호에 기초하여 DMD(50)의 마이크로미러의 각각이 온오프 제어된다. 이 때, 컨트롤러는 화상데이터를 소정의 변조주기마다 프레임메모리로부터 데이터처리부로 출력시켜, 이 변조주기마다 DMD(50)의 레이저빔(L)에 대한 변조상태를 변화시킨다.

섬유어레이광원(66)으로부터 DMD(50)에 레이저광이 조사되면, DMD(50)의 마이크로미러가 온상태일 때에 반사된 레이저빔(L)(빔속)은, 결상광학계(146)에 의해 갈바노 미러(104)의 광반사면(105)상에 결상된다. 이 때, 갈바노 구동제어부는 DMD(50)의 변조주기에 대응하는 각속도로 갈바노 미러(104)를 회전시긴다. 이것에 의해, 소정의 변조주기마다 DMD(50)에 의해 변조된 빔속이 스크린(102)의 화상표시면(103)상을 부 주사방향을 따라서 이동(부 주사)하여, 화상표시면(103)상에 화상데이터에 대응하는 2차원 화상이 투영표시된다.

또, 도 15(A) 및 (B)에 나타낸 바와 같이, 본 실시형태에서는, DMD(50)에는 주 주사방향으로 마이크로미러가 800개 배열된 마이크로미러열이, 부 주사방향으로 600세트 배열되어 있지만, 본 실시형태에서는, 컨트롤러에 의해 일부의 마이크로미러열(예컨대 800개×100열)만이 구동되도록 제어된다.

도 15(A)에 나타낸 바와 같이, DMD(50)의 중앙부에 배치된 마이크로미러열을 사용하여도 좋고, 도 15(B)에 나타낸 바와 같이, DMD(50)의 단부에 배치된 마이크로미러열을 사용하여도 좋다. 또, 일부의 마이크로미러에 결함이 발생한 경우는, 결함이 발생되어 있지 않은 마이크로미러열을 사용하는 등, 상황에 따라서 사용하는 마이크로미러열을 적절히 변경하여도 좋다.

DMD(50)의 데이터 처리속도에는 한계가 있고, 사용하는 화소수에 비례하여 1라인당 변조속도가 결정되므로, 일부의 마이크로미러열만을 사용함으로써 1라인당의 변조속도가 빨라진다. 한편, 연속적으로 광헤드를 피주사면에 대하여 상대이동시키는 표시방식의 경우에는, 부 주사방향의 화소를 전부 사용할 필요는 없다.

예컨대, 600세트의 마이크로미러열 중, 300세트만 사용하는 경우에는, 600세트 전부 사용하는 경우와 비교하면 1라인당 2배 빠르게 변조할 수 있다. 또, 600세트의 마이크로미러열 중, 200세트만 사용하는 경우에는, 600세트 전부 사용하는 경우와 비교하면 1라인당 3배 빠르게 변조할 수 있다. 또한, 100세트만 사용하는 경우에는 1라인당 6배 빠르게 변조할 수 있다.

사용하는 마이크로미러열의 수, 부 주사방향으로 배열된 마이크로미러의 개수는, 10∼200이 바람직하고, 10∼100이 보다 바람직하다. 1화소에 상당하는 마이크로미러 1개당의 면적은 15㎛×15㎛이기 때문에, DMD(50)의 사용영역으로 환산하면, 12㎜×150㎛∼12㎜×3㎜의 영역이 바람직하고, 12㎜×150㎛∼12㎜×1.5㎜의 영역이 바람직하다.

사용하는 마이크로미러열의 수가 상기 범위에 있으면, 도 2 및 도 3에 나타내는 바와 같이, 섬유어레이광원(66)으로부터 출사된 레이저빔을 조명광학계(67)로 대략 평행광화하여 DMD(50)에 조사할 수 있다. DMD(50)에 의해 레이저광을 조사하는 조사영역은, DMD(50)의 사용영역과 일치하는 것이 바람직하다. 조사영역이 사용영역보다 넓으면 레이저광의 이용효율이 저하된다.

이상 설명한 본 실시형태에 관한 레이저 디스플레이장치(100)에서는, DMD(50)에 있어서의 마이크로미러(62)의 배열방향 중 적어도 열방향을 부 주사방향에 대하여 경사각(θ_I)만큼 기울이고, 이 경사각(θ_I)을 화상표시면(103)에서의 주 주사방향을 따른 빔속의 주사밀도에 따라서 설정함으로써, 주 주사방향에 대응하는 행방향을 따라서 j개의 마이크로미러(62)가 DMD(50)에 배열되고, 또한 부 주사방향에 대응하는 열방향을 따라서 k개의 마이크로미러(62)가 DMD(50)에 배열되어 있다고 한 경우, 부 주사방향에 대한 마이크로미러(62)의 열방향의 경사각(θ_I)의 크기에 따라서 j의 N(N은 양의 정수, N≤k)배, 즉 (j×N)개의 레이저빔(L)에 의해 화상표시면(103)에서의 동일 주사선상의 각각 다른 위치를 주사할 수 있게 되므로, 마이크로미러의 열방향의 경사각(θ_I)의 크기를 적절히 조정함으로써, 화상표시면(103)에 표시되는 화상의 화소밀도를 소정 밀도로 증가시킬 수 있다.

또한, 이상의 본 실시형태에 관한 기재에서는, 공간 광변조소자로서 DMD에 대하여 설명하였지만, 공간 광변조소자의 일부의 화소부만을 사용하여, 데이터 전송속도를 빠르게 하는 제어방법은, 액정 셔터어레이, 간섭형 셔터어레이 등의 구조가 다른 그외의 공간 광변조소자에도 적용가능하며, 장치의 사양 등에 따라서 DMD 이외의 다른 공간 광변조소자를 사용한 경우에도, 화소부의 일부를 사용함으로써 데이터 전송속도를 향상시킬 수 있다.

이 결과, GLV 등의 1차원 공간 광변조소자를 사용한 디스플레이장치와 같이 표시화상의 화소수의 증가에 따라서 1차원 공간 광변조소자의 설치개수를 증가할 필요가 없게 되고, DMD(50)의 개수 및 화소수를 증가하지 않고도, 마이크로미러(62)의 열방향의 경사각(θ_I)을 소정 주사밀도에 따라서 설정하는 것만으로, 소정의 화소밀도를 갖는 화상을 표시할 수 있게 된다.

또 레이저 디스플레이장치(100)에서는, 마이크로미러(62)의 열방향의 경사각(θ_I)을, 주 주사방향을 따라서 복수(N)개의 마이크로미러(62)가 동일 위치에 위치하도록 설정하고 있으므로, 주 주사방향을 따라서 동일 주사선상의 동일한 위치(동일 화소)를 DMD(50)의 각각 다른 열에 배치된 N개의 마이크로미러(62)에 의해 변조된 레이저빔에 의해 화상표시체의 피주사면을 N회, 주사(다중주사)할 수 있으므로, DMD(50)의 어느 하나의 마이크로미러(62)에 결함이 존재하는 경우에도, 이 마르크로미러(62)의 결함에 의해 발생하는 표시화상의 화질저하를 눈에 띄지 않게 할 수 있다.

(제2실시형태)

다음에, 본 발명의 제2실시형태에 관한 레이저 디스플레이장치(110)에 대하여 설명한다. 도 16에는, 본 발명의 제2실시형태에 관한 레이저 디스플레이장치가 표시되어 있다. 이 레이저 디스플레이장치(110)는, 스크린(136)의 화상표시면(137)을 적색 레이저빔(LR), 녹색 레이저빔(LG) 및 청색 레이저빔(LB)이 혼합된 컬러 레 이저빔(LM)에 의해 직접 주사함으로써, 이 화상표시면(137)상에 컬러화상을 투영표시하는 프로젝터형의 것으로서 구성되어 있다. 또한, 제2실시형태에 관한 레이저 디스플레이장치(110)에서는, 제1실시형태에 관한 레이저 디스플레이장치(100)와 공통의 부분에 대해서 동일 부호를 붙여서 설명을 생략한다.

도 16에 나타낸 바와 같이, 레이저 디스플레이장치(110)에는, 광원장치로서 적색, 녹색, 청색의 각 색에 따른 출력 3W의 자외광을 발하는 경사증폭기형의 3개의 GaN계 반도체 레이저(이하, 단지 "LD"라고 함)(112, 114, 116)가 설치되어 있다. 이들 LD(112, 114, 116)로부터 출사되는 레이저빔(LR, LG, LB)의 광로상에는, 각각 조명광학계(118, 120, 122), DMD(124, 126, 128) 및 경상광학계(130, 132, 134)가 배치되어 있다. 여기서, 조명광학계(118, 120, 122), DMD(124, 126, 128) 및 결상광학계(130, 132, 134)는 각각 레이저빔(LR, LG, LB)마다 설치되어 있는 점을 제외하고는, 제1실시형태에 관한 조명광학계(67), DMD(50) 및 결상광학계(146)와 공통의 구성을 갖고 있다.

레이저 디스플레이장치(110)에서는 LD(112, 114, 116)로부터 출사된 레이저빔(LR, LG, LB)이 각각 조명광학계(118, 120, 122)를 통과하여 DMD(124, 126, 128)로 입사되고, DMD(124, 126, 128)에 의해 적색, 녹색, 청색의 화상데이터에 기초하여 변조된다. 이들 변조된 3색의 레이저빔(LR, LG, LB)은 결상광학계(130, 132, 134)에 의해 갈바노 미러(104)의 광반사면(105)상에 결상됨과 아울러, 광반사면(105)상에서 서로 혼합된다.

갈바노 미러(104)는 제1실시형태의 경우와 마찬가지로, DMD(124, 126, 128) 의 변조주파수에 대응하는 각속도로 회전하고, 레이저빔(LR, LG, LB)이 혼합되어 생성된 컬러 레이저빔(LM)을 스크린(136)의 방향으로 반사함과 아울러, 레이저빔(LM)을 부 주사를 따라서 편향한다. 이 레이저빔(LM)은 프레널 렌즈(106)를 통과하여 스크린(136)의 화상표시면(137)으로 투영되어 컬러화상을 표시한다.

여기에서, 스크린(136)의 화상표시면(137)에는 컬러 레이저빔(LM)의 조사에 의해 적색광, 녹색광 및 청색광을 각각 발광하는 3종류의 형광체가 표시화소마다 분산배치되어 있다. 여기서 적색광, 녹색광 및 청색광을 각각 발광하는 3종류의 형광체로서는, 예컨대 적색형광체로서 ZnCdS:Ag, 녹색형광체로서 ZnS:Cu, 청색형광체로서 ZnS:Ag가 사용된다.

또, 레이저빔(LR, LG, LB)을 각각 변조하는 DMD(124, 126, 128)는, 제1실시형태의 경우와 마찬가지로, 그 단변방향(열방향)이 스크린(136)에 있어서의 부 주사방향(수평방향)과 소정의 경사각(θ_I)(예를 들면, 0.1°∼0.5°)을 이루도록 약간 경사지게 배치되어 있다. 이것에 의해, 각 마이크로미러에 의한 레이저빔(L)의 주사궤적(주사선)의 피치가 DMD(124, 126, 128)를 경사시키지 않는 경우의 주사선의 피치보다 좁아지고, 해상도를 대폭 향상시킬 수 있으며, 또 다른 열에 속하는 복수의 마이크로미러에 의해 동일 주 주사선상에서의 대략 동일한 위치(도트)가 겹쳐서 주사(다중주사)될 수 있게 되므로, DMD(124, 126, 128)에서의 어느 하나의 마이크로미러에 동작불량 등의 결함이 존재하는 경우에도, 이 마이크로미러의 결함에 의해 발생하는 표시화상의 화상결함을 눈에 띄지 않게 할 수 있다.

(제3실시형태)

다음에, 본 발명의 제3실시형태에 관한 레이저 디스플레이장치(200)에 대하여 설명한다. 도 20에는, 본 발명의 제3실시형태에 관한 레이저 디스플레이장치가 나타내어져 있다. 이 레이저 디스플레이장치(200)는, 3개의 DMD(208, 210, 212)에 의해 각각 변조된 레이저빔(L1∼L3)에 의해 스크린(102)의 화상표시면(103)을 직접 주사함으로써, 화상표시면(103)상에 화상을 투영표시하는 프로젝터형의 것이고, 특히 동화표시에 적합한 것으로서 구성되어 있다. 또한, 제3실시형태에 관한 레이저 디스플레이장치(200)에서는 제1실시형태에 관한 레이저 디스플레이장치(100)와 공통의 부분에 대하여 동일부호를 붙여서 설명을 생략한다.

도 20에 나타내는 바와 같이, 레이저 디스플레이장치(200)에는 레이저빔(L1∼L3)의 광원장치로서 3개의 섬유어레이광원(202, 204, 206)이 설치되어 있고, 이들 섬유어레이광원(202, 204, 206)으로부터 출사되는 레이저빔(L1∼L3)의 광로상에는, 각각 조명광학계(67), DMD(208, 210, 212) 및 결상광학계(146)가 배치되어 있다. 여기서, 레이저 디스플레이장치(200)에 있어서의 섬유어레이광원(202, 204, 206) 및 DMD(208, 210, 212)는 레이저빔(L1∼L3)마다 각각 독립하여 설치되어 있는 점을 제외하고는, 제1실시형태에 관한 섬유어레이광원(66) 및 DMD(50)와 공통의 구성을 가지고 있다. 또한, 광원장치로서는 1개의 섬유어레이광원으로부터 출사된 레이저빔을 하프미러 등의 분광소자에 의해 3개의 레이저빔(L1∼L3)으로 분광하고, 이들 레이저빔(L1∼L3)을 각각 DMD(208, 210, 212)에 조사하도록 하여도 된다.

레이저 디스플레이장치(200)에서는, 3개의 섬유어레이광원(202, 204, 206)으 로부터 출사된 레이저빔(L1∼L3)이 각각 조명광학계(67)를 통하여 DMD(208, 210, 212)로 입사되고, DMD(208, 210, 212)에 의해 각각 변조된다. 이 때, DMD(208, 210, 212)에는 각각 다른 화상데이터에 대응하는 제어신호(S1, S2, S3)가 후술하는 컨트롤러(214)로부터 입력되어 있고, DMD(208, 210, 212)는 제어신호(S1, S2, S3)에 따라서 레이저빔(L1∼L3)을 각각 다른 상태로 변조한다. DMD(208, 210, 212)에 의해 변조된 레이저빔(L1∼L3)은 각각 결상광학계(146)에 의해 갈바노 미러(104)의 광반사면(105)상에 결상된다.

갈바노 미러(104)는 제1실시형태의 경우와 마찬가지로, DMD(208, 210, 212)의 변조주파수에 대응하는 각속도로 회전하고, DMD(208, 210, 212)에 의해 변조된 레이저빔(L1∼L3)을 스크린(102)의 방향으로 반사함과 아울러, 레이저빔(L1∼L3)을 부 주사방향을 따라서 소정의 부 주사속도로 편향한다. 이들 레이저빔(L1∼L3)은 프레널 렌즈(106)를 통하여 스크린(102)의 화상표시면(103)에 있어서의 각각 다른 표시영역(GA1, GA2, GA3)으로 투영되고, 이들 표시영역(GA1, GA2, GA3)에 화상을 표시한다.

레이저 디스플레이장치(200)는, 장치의 중앙제어부 등으로부터의 화상신호 및 제어신호를 받아서 화상표시동작을 제어하기 위한 컨트롤러(214)를 구비하고 있고, 이 컨트롤러(214)에 의해 DMD(208, 210, 212) 및 갈바노 미러(104) 등이 제어된다. 컨트롤러(214)는 데이터 처리부(216)와 미러 구동제어부(218)를 구비하고 있다. 컨트롤러(214)는 1프레임분의 화상데이터가 프레임메모리에 입력되면, 이 1프레임분의 화상데이터를 표시영역(GA1, GA2, GA3)에 각각 대응하는 3종류의 부분 화 상데이터로 분할하고, 이 3종류의 부분 화상데이터를 데이터 처리부(216)로 출력한다. 데이터 처리부(216)에서는 입력된 3종류의 부분 화상데이터에 기초하여 3종류의 제어신호(S1, S2, S3)를 생성하여 미러 구동제어부(218)로 출력한다.

미러 구동제어부(218)는 데이터 처리부(216)에 의해 생성된 제어신호(S1, S2, S3)를 각각 DMD(208, 210, 212)로 출력한다. 이것에 의해, 각 DMD(208, 210, 212)에 있어서의 제어해야 할 영역 내에 배치된 마이크로미러(62)(도 10참조)가 온상태 및 오프상태중 어느 하나로 제어된다. 이 때, 각 DMD(208, 210, 212)의 제어해야 할 영역은, 그 부 주사방향을 따른 폭이 제1실시형태에 관한 DMD(50)의 제어해야 할 영역과 대략 같게 되어 있지만, 제어신호(S1, S2, S3)에 의해 제어되는 마이크로미러(62)에 대한 단위시간당의 제어회수는 제1실시형태에 관한 DMD(50)와 비교하여, 대략 1/3로 된다.

다음에, 상기와 같이 구성된 제3실시형태에 관한 레이저 디스플레이장치(200)의 동작에 대하여 설명한다.

컨트롤러(214)는 화상표시신호를 받으면, 섬유어레이광원(202, 204, 206)을 각각 구동함과 아울러, 프레임메모리에 기억된 3종류의 부분 화상데이터로부터 각각 복수라인 만큼씩의 라인 화상데이터를 차례로 판독하고, 이 라인 화상데이터를 데이터 처리부(216)로 출력한다. 데이터 처리부(216)에서는 3종류의 라인 화상데이터에 기초하여 제어신호를 생성하고, 미러 구동제어부(218)로 출력한다. 그리고, 미러 구동제어부(218)에 의해, 생성된 3종류의 제어신호(S1, S2, S3)에 기초하여 각 DMD(208, 210, 212)의 마이크로미러(62)가 각각 온상태 또는 오프상태로 제어된 다.

스크린(102)에 1프레임분의 화상을 표시할 때에는, 컨트롤러(214)는 1프레임분의 화상데이터로부터 표시영역(AG1, AG2, AG3)에 각각 대응하는 부분 화상데이터를 생성하고, 이들 부분 화상데이터로부터 각각 판독된 라인 화상데이터를 화소변조주기마다 프레임메모리에서 데이터 처리부(26)로 출력시킨다.

데이터 처리부(216)는 화소변조주기마다 라인 화상데이터에 기초하여 제어신호를 생성하고, 이 제어신호를 미러 구동제어부로 출력한다. 그리고, 컨트롤러(214)는 미러 구동제어부(218)에 의해 3종류의 제어신호에 기초하여 3개의 DMD(208, 210, 212)에 있어서의 각 마이크로미러(62)의 광변조상태를 각각 제어한다. 이것에 의해, DMD(208, 210, 212)에 의해 각각 변조된 레이저빔(L1, L2, L3)이 각각 다른 입사각으로 갈바노 미러(104)로 입사되고, 갈바노 미러(104)에 의해 표시영역(AG1, AG2, AG3)으로 각각 반사됨과 아울러, 화소변조주기에 대응하는 부 주사속도로 표시영역(AG1, AG2, AG3)상을 주사(부 주사)하도록 부 주사방향을 따라서 편향된다. 이것에 의해, 표시영역(AG1, AG2, AG3)상에는 각각 부분 화상데이터에 대응하는 화상이 화상변조주기에 대응하는 시간 내에 동시에 표시된다.

컨트롤러(214)는, 상기 제어를 스크린(102)에 표시되는 화상이 새로운 것으로 갱신되는 주기인 화상변조주기마다 반복함으로써, DMD(208, 210, 212)에 의해 변조된 레이저빔(L1, L2, L3)에 의해 스크린(102)상에 동화를 표시한다.

이상 설명한 본 실시형태에 관한 레이저 디스플레이장치(200)에서는, 섬유어레이광원(202, 204, 206)으로부터 출사된 레이저빔(L1, L2, L3)을 표시영역(AG1, AG2, AG3)에 대응하는 3종류의 부분 화상데이터에 따라서 광변조상태가 각각 변화한 3개의 DMD(208, 210, 212)에 각각 조사하고, 이들 3개의 DMD(208, 210, 212)에 의해 각각 변조된 복수의 레이저빔(L1, L2, L3)(실제로는 마이크로미러(62) 단독으로 변조된 광빔의 집합인 광빔군)을 갈바노 미러(104)에 의해 부 주사방향을 따라서 편향하고, 이들 3개의 레이저빔(L1, L2, L3)에 의해 스크린(102)의 화상표시면(103)에 있어서의 3개의 표시영역(AG1, AG2, AG3)을 동시 주사한다. 이것에 의해, 3개의 DMD 중, 어느 하나의 DMD(208, 210, 212)에 의해 변조된 레이저빔(L1, L2, L3)에 의해 주사되는 표시영역(AG1, AG2, AG3)에 포함되는 부 주사방향을 따른 표시화소수가, 화상표시면(103) 전체에 포함되는 부 주사방향을 따른 전체 표시화소수의 대략 1/3로 되므로, 1개의 DMD(208, 210, 212)에 있어서의 레이저빔(L1∼L3)의 변조에 사용되는 마이크로미러에 대한 단위시간당의 변조회수가, 제1실시형태에 관한 레이저 디스플레이장치(100)와 같이 1개의 DMD(50)만을 사용하여 스크린(102) 전체에 화상을 표시하는 경우와 비교하여 대략 1/3로 되므로, 각 DMD(208, 210, 212)의 마이크로미러(62)의 화소변조주기를 대략 3배로 할 수 있다.

그 결과, 본 실시형태에 관한 레이저 디스플레이장치(200)에 의하면, 표시화상의 고정밀화를 실현하면서, 각 DMD(208, 210, 212)가 갖는 고유의 화소변조주기에 의해 얻어지는 화상변조주기보다 단시간에 화상을 변조할 수 있는, 즉 각 DMD(208, 210, 212)가 갖는 고유의 화소변조주기에 의해 얻어지는 프레임레이트보다 고속(약 3배)의 프레임레이트로 화상을 표시할 수 있다.

또한, 본 실시형태에 관한 레이저 디스플레이장치(200)에서는, 스크린(102)에 있어서의 화상표시면(103)을 부 주사방향을 따라서 3등분하고, 분할된 영역을 각각 표시영역(AG1, AG2, AG3)으로 하였지만, 이들 표시영역(AG1, AG2, AG3)을 부 주사방향을 따라서 부분적으로 오버랩되도록 설정하여도 좋다. 이와 같이 표시영역(AG1, AG2, AG3)의 일부를 오버랩시킴으로써 각 표시영역(AG1, AG2, AG3)간의 연결부분을 눈에 띄지 않게 할 수 있어, 더욱 고품질의 화상(동화)을 얻을 수 있다.

또 본 실시형태에 관한 레이저 디스플레이장치(200)에서는, 화상표시면(103)의 분할수를 3으로 하여 3개의 표시영역(AG1, AG2, AG3)을 설정하였지만, 화상표시면(103)의 분할수 및 이것과 동일한 DMD의 개수는 2이상이면 되고, 이 분할수 및 DMD의 개수를 증가함으로써, 각 DMD의 화소변조주기가 일정하여도, 표시화상에 있어서의 부 주사방향을 따른 화소수(해상도)의 증가 및 프레임레이트의 증가에 각각 대응가능하게 되므로, 표시화상에 요구되는 부 주사방향을 따른 해상도 및 프레임레이트에 따라서 분할수 및 DMD의 개수를 설정하면 된다.

또 본 실시형태에 관한 레이저 디스플레이장치(200)는, 단일색의 광원(GaN계 반도체 레이저)을 갖는 단색화상의 표시를 하는 것으로서 설명하였지만, 제2실시형태에 관한 디스플레이장치(110)와 같이, 3색(적색, 녹색 및 청색)의 레이저빔마다 N개(예를 들면 3개씩)의 DMD를 설치하고, 어느 색에 대응하는 N개의 DMD에 의해 각각 변조된 레이저빔에 의해 N개의 표시영역을 차례로 주사하도록 하면, 제1실시형태의 디스플레이장치(100)와 같이 1개의 DMD(50)만을 사용하여 화상표시면(103) 전 체에 화상을 표시하는 경우와 비교하여, N개의 DMD의 화소변조주기를 대략 3배로 할 수 있으므로, 고정밀한 표시화상의 순색화를 실현하면서, 각 DMD가 갖는 고유의 화소변조주기에 의해 얻어지는 프레임레이트보다 고속의 프레임레이트로 컬러화상을 표시할 수 있게 된다.

(제4실시형태)

다음에, 본 발명의 제4실시형태에 관한 레이저 디스플레이장치(230)에 대하여 설명한다. 도 21에는 본 발명의 제4실시형태에 관한 레이저 디스플레이장치가 나타내어져 있다. 이 레이저 디스플레이장치(230)는, 제3의 레이저 디스플레이장치(200)와 마찬가지로, 3개의 DMD(232, 234, 236)에 의해 각각 변조된 레이저빔(LS1∼LS3)에 의해 스크린(102)의 화상표시면(103)을 직접 주사함으로써, 화상표시면(103)상에 화상을 투영표시하는 프로젝터형의 것이고, 특히 동화표시에 적합한 것으로서 구성되어 있다. 또한, 제4실시형태에 관한 레이저 디스플레이장치(230)에서는 제1실시형태에 관한 레이저 디스플레이장치(100)와 공통의 부분에 대하여 동일부호를 붙여서 설명을 생략한다.

도 21에 나타내는 바와 같이, 레이저 디스플레이장치(230)에는 레이저빔(LS1∼LS3)의 광원장치로서 3개의 섬유어레이광원(238, 240, 242)이 설치되어 있다. 이들 섬유어레이광원(238, 240, 242)은, 기본적으로는 제1실시형태에 관한 섬유어레이광원(66)과 공통의 구성을 구비한 레이저광원이지만, 매우 짧은 소정의 발광시간(예를 들면, 1.3㎲) 내에 일정강도의 발광(스트로보 발광)이 가능하게 된 스트로보 광원으로서 구성되어 있다. 이들 섬유어레이광원(238, 240, 242)으로부터 출사되는 레이저빔(LS1∼LS3)의 광로상에는, 각각 조명광학계(67) 및 DMD(232, 234, 236)가 배치되어 있다.

여기서, DMD(232)는 레이저빔(LS1)의 광축이 결상광학계(146)의 광축과 일치하도록 레이저빔(LS1)을 변조한다. 또 DMD(234)에 의해 변조된 레이저빔(LS2)은 DMD(232)와 결상광학계(146) 사이에서 결상광학계(146)의 광축과 직각으로 교차하고, DMD(236)에 의해 변조된 레이저빔(LS3)은 레이저빔(LS2)에 대하여 결상광학계(146)측이고 결상광학계(146)의 광축과 직각으로 교차한다.

레이저 디스플레이장치(230)에는, 결상광학계(146)의 광축과 레이저빔(LS1)의 광축이 교차하는 위치에 제1하프미러(244)가 배치되어 있다. 제1하프미러(244)는 레이저빔(LS1)을 편향하지 않고 결상광학계(146)측으로 투과시킴과 아울러, 레이저빔(LS2)을 그 광축이 결상광학계(146)의 광축과 일치하도록 직각으로 편향하여 결상광학계(146)측으로 출사한다.

또 레이저 디스플레이장치(230)에는, 결상광학계(146)의 광축과 레이저빔(LS3)의 광축이 교차하는 위치에 제2하프미러(246)가 배치되어 있다. 제2하프미러(246)는 레이저빔(LS1) 및 레이저빔(LS2)을 편향하지 않고 결상광학계(146)측으로 투과시킴과 아울러, 레이저빔(LS3)을 그 광축이 결상광학계(146)의 광축과 일치하도록 직각으로 편향하여 결상광학계(146)측으로 출사한다.

따라서, 레이저 디스플레이장치(230)에서는, 3개의 섬유어레이광원(238, 240, 242)으로부터 출사된 레이저빔(LS1∼LS3)이 각각 조명광학계(67)를 통하여 DMD(232, 234, 236)로 입사되고, 이들 DMD(232, 234, 236)에 의해 각각 변조된 레이저빔(LS1∼LS3)이 제1하프미러(244) 및 제2하프미러(246) 또는 제2하프미러(246)를 거쳐 결상광학계(146)로 입사된다. 이 때, DMD(232, 234, 236)에는 각각 다른 라인 화상데이터에 대응하는 라인제어신호(R1, R2, R3)가 후술하는 컨트롤러(248)로부터 입력되어 있고, DMD(232, 234, 236)는 라인제어신호(R1, R2, R3)에 따라서 레이저빔(LS1∼LS3)을 각각 다른 상태로 변조한다. DMD(232, 234, 236)에 의해 변조된 레이저빔(LS1∼LS3)은, 각각 결상광학계(146)에 의해 갈바노 미러(104)의 광반사면(105)상에 결상됨과 아울러, 반사면(105)상에서 1개의 레이저빔(L)으로 합성된다.

갈바노 미러(104)는, 제1실시형태의 경우와 마찬가지로, DMD(232, 234, 236)의 변조주파수에 대응하는 각속도로 회전하고, 레이저빔(L)을 스크린(102)의 방향으로 반사함과 아울러, 레이저빔(L3)을 부 주사방향을 따라서 소정의 부 주사속도로 편향한다. 이 레이저빔(L)은 프레널 렌즈(106)를 통하여 스크린(102)의 화상표시면(103)으로 투영되고, 화상표시면(103)상에 화상을 표시한다.

레이저 디스플레이장치(230)는 장치의 중앙제어부 등에서의 화상신호 및 제어신호를 받아서 화상표시동작을 제어하기 위한 컨트롤러(248)를 구비하고 있고, 이 컨트롤러(248)에 의해 섬유어레이광원(238, 240, 242), DMD(232, 234, 236) 및 갈바노 미러(104) 등이 제어된다. 컨트롤러(248)는 데이터 처리부(250)와 미러 구동제어부(252)를 구비하고 있다. 컨트롤러(248)는 1프레임분의 화상데이터가 프레임메모리에 입력되면, 이 1프레임분의 화상데이터를 라인영역(AL1, AL2, AL3)에 각 각 대응하는 3종류의 라인 화상데이터로 분할하고, 이 3종류의 라인 화상데이터를 데이터 처리부(250)에 출력한다. 데이터 처리부(250)에서는 입력된 3종류의 라인 화상데이터에 기초하여 3종류의 라인제어신호(R1, R2, R3)를 생성하여 미러 구동제어부(252)로 출력한다.

미러 구동제어부(252)는 데이터 처리부(250)에 의해 생성된 라인제어신호(R1, R2, R3)를 각각 소정의 변조주기(T)로 DMD(232, 234, 236)에 출력한다. 여기서, 변조주기(T)는, 표시화상을 구성하는 임의의 각 주 주사선의 라인 변조주기(T_L), 2차원 공간 광변조소자인 DMD(232, 234, 236)의 개수를 M(=3)으로 한 경우에, (T_L×M)에 의해 산출되는 시간이다. 이것에 의해, 각 DMD(232, 234, 236)에 있어서의 제어해야 할 영역 내에 배치된 마이크로미러(62)(도 10 참조) 중, 주 주사방향을 따라서 배열된 복수개의 마이크로미러(62)가 온상태 및 오프상태중 어느 하나로 제어되고, 이 광변조상태가 변조주기(T)로 변화하게 된다. 이 때, 라인제어신호(R1, R2, R3)에 의해 광변조상태가 변화하는 마이크로미러(62)는, 주 주사방향을 따라서 1열로 배열된 것에 한정되지 않고, 1개의 주 주사선을 복수개의 마이크로미러(62)에 의해 다중주사하는 경우에는, 다중주사수와 같은 수의 열에 포함되는 마이크로미러(62)의 광변조상태가 라인제어신호(R1, R2, R3)에 의해 동시에 변화한다.

다음에, 상기와 같이 구성된 제4실시형태에 관한 레이저 디스플레이장치(230)의 동작에 대하여 설명한다.

컨트롤러(248)는 화상표시신호를 받으면, 섬유어레이광원(238, 240, 242)을 각각 변조구기(T)로 라인 변조주기(T_L)와 대략 동일한 시간 또는 라인 변조주기(T_L)보다 약간 짧은 시간만큼 차례로 발광하도록 구동함과 아울러, 프레임메모리에 기억된 3종류의 라인 화상데이터로부터 각각 1라인 만큼씩의 라인 화상데이터를 차례로 판독하고, 이 라인 화상데이터를 데이터 처리부(250)로 출력한다. 데이터 처리부(250)에서는 3종류의 라인 화상데이터에 기초하여 라인제어신호를 생성하고, 미러 구동제어부(252)로 출력한다.

그리고, 도 22의 타이밍챠트에 나타내는 바와 같이, 미러 구동제어부(252)에 의해, 생성된 3종류의 라인제어신호(R1, R2, R3)에 기초하여 각 DMD(232, 234, 236)의 주 주사방향을 따라서 배열된 마이크로미러(62)가 각각 온상태 또는 오프상태로 제어된다. 도 22의 타이밍챠트에 나타내는 바와 같이, 라인제어신호(R1, R2, R3)는 각각 변조주기(T_L)로 데이터 내용이 갱신되고, 이 데이터 내용의 갱신에 동기하여 각 DMD(232, 234, 236)의 주 주사방향을 따라서 배열된 마이크로미러(62)의 광변조상태도 갱신된다.

또, 각 섬유어레이광원(238, 240, 242)은 도 22에 나타내는 바와 같이 변조주기(T)에서 라인 변조주기(T_L)와 대략 동등한 시간만큼 차례로 발광한다. 이것에 의해 DMD(232, 234, 236)에는 변조주기(T)로 라인 변조주기(T_L)과 대략 동등한 시간만큼 레이저빔(LS1∼LS3)이 차례로 조사된다. 따라서, 섬유어레이광원(238, 240, 242)을 1개의 광원장치라고 생각하면, 이 광원장치는 섬유어레이광원(238, 240, 242)에 의해 라인 변조주기(T_L)에 동기하여 레이저빔(LS1∼LS3)를 차례로 발광한다. 각 DMD(232, 234, 236)는 각각 라인제어신호(R1, R2, R3)에 따라서 레이저빔(LS1∼LS3)을 변조한다. 이들 DMD(232, 234, 236)에 의해 변조된 레이저빔(LS1∼LS3)은, 라인 변조주기(T_L)만큼 어긋난 타이밍으로 순차, 갈바노 미러(104)에 입사되고, 반사면(105)상에서 레이저빔(L)에 합성됨과 아울러, 이 레이저빔(L)이 갈바노 미러(104)에 의해 편향됨으로써 스크린(102)의 화상표시면(103)상을 주사(부 주사)하여, 1프레임의 화상데이터에 대응하는 화상을 표시한다.

컨트롤러(248)는 1프레임의 화상의 표시완료 후, 상기 제어를 스크린(102)에 표시되는 화상이 새로운 것으로 갱신되는 주기인 화상변조주기마다 반복함으로써, DMD(232, 234, 236)에 의해 변조된 레이저빔(LS1, LS2, LS3)에 의해 스크린(102)상에 동화를 표시한다.

이상 설명한 본 실시형태에 관한 레이저 디스플레이장치(230)에서는, 섬유어레이광원(238, 240, 242)에 의해 라인 변조주기(T_L)에 동기하여 스트로보 발광한 레이저빔(LS1∼LS3)을 3개의 DMD(232, 234, 236)에 차례로 조사하고, 3개의 DMD(232, 234, 236)에 있어서의 변조주기(T)로 광변조상태가 변화하는 주 주사방향을 따라서 배열된 마이크로미러(62)에 의해 순차 변조된 레이저빔(LS1∼LS3)을 갈바노 미러(104)에 의해 1개의 레이저빔(L)에 합성하고, 이 레이저빔(L)을 부 주사방향을 따라서 편향하며, 이 레이저빔(L)에 의해 스크린(102)상을 주사한다. 이것에 의해, 3개의 DMD(232, 234, 236)에 의해 변조된 레이저빔(LS1∼LS3)이 1개의 레이저빔(L) 에 합성되고, 스크린(102)상을 주사(투영)하여 화상을 표시하므로, 제1실시형태와 같이 1개의 DMD(50)만을 사용하여 스크린(102) 전체에 하상을 표시하는 경우와 비교하여, 각 DMD(232, 234, 236)에 있어서의 1개의 주 주사선에 대응하는 부 주사방향을 따라서 배열된 마이크로미러(62)의 화소변조주기를 3배로 할 수 있다.

이 결과, 본 실시형태에 관한 레이저 디스플레이장치(230)에 의하면, 표시화상의 고정밀화를 실현하면서, 각 DMD(232, 234, 236)가 갖는 고유의 화소변조주기에 의해 얻어지는 화상변조주기보다 단시간에 화상을 변조할 수 있는, 즉 각 DMD(232, 234, 236)가 갖는 고유의 화소변조주기에 의해 얻어지는 프레임레이트보다 고속(약 3배)의 프레임레이트로 화상을 표시할 수 있다.

또, 본 실시형태에 관한 레이저 디스플레이장치(230)에서는, 스크린(102)에 있어서의 화상표시면(103)을 부 주사방향으로 3개의 라인영역(AL1, AL2, AL3)을 설정하고, 이들 3개의 라인영역(AL1, AL2, AL3)에 각각 대응하도록 3개의 DMD(232, 234, 236)를 사용하여 화상을 표시하였지만, 라인영역의 설정수 및 이것과 같은 DMD의 개수는 2이상이면 되고, 이 라인영역의 설정수 및 DMD의 개수를 증가함으로써, 각 DMD의 화소변조주기가 일정하여도, 표시화상에 있어서의 부 주사방향을 따른 화소수(해상도)의 증가 및 프레임레이트의 증가에 각각 대응가능하게 되므로, 표시화상에 요구되는 부 주사방향을 따른 해상도 및 프레임레이트에 따라서 분할수를 설정하면 된다.

또한, 이상 설명한 제1 내지 제4실시형태에 관한 레이저 디스플레이장치에서는, 2차원 공간 광변조소자로서 DMD를 사용한 경우만을 설명하였지만, 예를 들면, 간섭형의 공간 광변조소자를 2차원적으로 배열한 광셔터어레이나 액정셔터어레이를 사용할 수도 있다. 여기서, 간섭형의 공간 광변조소자로서는 패브리페로간섭을 이용한 광변조소자(간섭형 광셔터)를 예시할 수 있다.

이 간섭형 광셔터를 도 17∼도 19를 참조하여 설명한다. 도 17 및 도 18에 나타낸 바와 같이, 간섭형 광셔터는 입사광에 대하여 소정각도로써 배치되는 한쪽의 전극(303)과, 한쪽의 전극(303)에 적어도 공극을 사이에 두고 대향하는 다른쪽의 전극(304)과, 한쪽의 전극(303) 및 다른쪽의 전극(304) 사이에 끼워장착된 투명한 가요박막(307)을 구비하고, 한쪽의 전극(303) 및 다른쪽의 전극(304) 사이에 전압을 인가함으로써 발생한 쿨롱의 힘에 의해서 가요박막(307)을 휘게 하여 상기 가요박막(307)을 투과하는 빛을 변조하여 출사하는 것이다.

즉, 한쪽의 전극(303)은 투명기판(301)에 장착되어 구성되고, 상기 한쪽의 전극(303)의 상측에는 유전체 다층막미러(305)가 설치되어 있다. 또 투명기판(301)상에는 좌우에 지주(302)가 설치되어 있고, 상기 지주(302)의 상단면에는 가요박막(307)이 설치되어 있다. 가요박막(307)의 유전체 다층막미러(305)에 대향하는 하면에는 또 하나의 유전체 다층막미러(306)가 설치되어 있다. 따라서, 상하 2개의 유전체 다층막미러(305, 306) 사이에는 공극(309)이 형성되어 있다. 그리고 가요박막(307)의 상면에는 한쪽의 전극(303)과 대향하도록 다른쪽의 전극(304)이 설치되어 있다.

이와 같이 구성되는 간섭형 광셔터에서는, 도 19(A)의 상태로 나타내는 바와 같이, 한쪽의 전극(303)과 다른쪽의 전극(304) 사이의 전원전압(Vgs)의 공급을 OFF 로 하였을 때, 상하 2개의 유전체 다층막미러(305, 306)간의 공극(309)의 간격은 toff로 된다. 또, 도 19(B)의 상태로 나타낸 바와 같이, 한쪽의 전극(303)과 다른쪽의 전극(304) 사이의 전원전압(Vgs)의 공급을 ON으로 하였을 때, 상하 2개의 유전체 다층막미러(305, 306)간의 공극(309)의 간격은 ton으로 된다. 즉, 각 전극(303, 304)간에 전압(Vgs)을 인가하면, 발생한 쿨롱의 힘에 의해서 가요박막(307)이 변형하여 공극(309)의 간격이 좁아진다.

여기서, toff는 가요박막(307)의 막형성시에 조정가능하고, 또 ton의 제어는 인가되는 전압(Vgs)과 가요박막(307)이 변형하였을 때에 발생하는 복원력의 밸런스로 가능하게 된다. 또한, 보다 안정된 제어를 행하기 위해서는, 변위가 일정하게 되도록 전극(303)과 가요박막(307) 사이에 스페이서를 형성하여도 좋다. 이 스페이서를 절연체로 한 경우에는, 그 유전율(1이상)에 의해 인가전압을 저감하는 효과가 있고, 또 도전성으로 한 경우에는, 더욱 이 효과는 커진다. 또, 전극(303, 304)과 스페이서를 동일 재료로 형성하여도 좋다.

또, 도 18에 나타낸 바와 같이, 광셔터의 면 법선과 입사광이 이루는 각이 θi일 때, 간섭형 광셔터의 광강도 투과율(It)은 다음식으로 주어진다. 여기에 있어서, R은 유전체 다층막미러(305, 306)의 광강도 반사율, n은 공극(309)의 굴절률(공기의 경우에 1), t는 유전체 다층막미러(305, 306)간의 공극(309)의 간 격, λ는 빛의 파장이다.

여기서, ton, toff를 하기와 같이 설정한다(m=1). ton=1/2×λ[㎚], toff=3/4×λ[㎚], λ=405㎚이다. 또, 유전체 다층막미러(305, 306)의 광강도 반사율 R=0.9로 하고, 입사각 θi=0[deg]으로 하며, 공극(309)을 공기 또는 희가스로 하여 굴절율 n=1로 한다. 이 때의 간섭형 광셔터에 있어서의 광강도 투과율의 파장에 대한 특성은, 전압(Vgs)을 인가하지 않을 때(toff일 때)는 빛을 전혀 투과시키지 않고, 전압(Vgs)을 인가하였을 때(ton일 때)에는 반도체 레이저광의 파장 405[㎚]를 중심으로 한 빛을 투과하게 된다.

간섭형 광셔터에서는, 한쪽의 전극(303) 및 다른쪽의 전극(304) 사이에 전압(Vgs)을 인가함으로써 발생한 쿨롱의 힘에 의해서 가요박막(307)을 휘게 하고, 다층간섭효과를 발생함으로써 가요박막(307)을 투과하는 빛을 광변조하는 것이 가능하다. 또한, 간섭의 조건을 만족하면, 공극(309)의 간격(t), 굴절률(n), 유전체 다층막미러(305, 306)의 광강도 반사율(R) 등은 어떤 조합이어도 좋다. 또, 전압(Vgs)의 값에 따라 간격(t)을 연속적으로 변화시키면, 투과스펙트럼의 중심파장을 임의로 변화시키는 것이 가능하다. 이것에 의해 투과광량을 연속적으로 제어하는 것도 가능하다. 즉, 인가전압에 의한 계조제어가 가능해진다.

즉, 상기와 같은 간섭형 광셔터가 주 주사방향 및 부 주사방향에 각각 대응하는 행방향 및 열방향을 따라서 2차원적으로 배열된 광셔터 어레이에 있어서, 간섭형 광셔터의 배열방향 중 적어도 열방향을 부 주사방향에 대하여 소정 경사각(θ_I)만큼 기울임으로써, 제1 및 제2실시형태의 경우와 마찬가지로, 해상도를 대폭 향상시킬 수 있고, 또한 어느 하나의 간섭형 광셔터에 결함이 존재하는 경우에도 이 간섭형 광셔터의 결함에 의해 발생하는 표시화상의 화상결함을 눈에 띄지 않게 할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.

또, 제1 내지 제4실시형태에 관한 레이저 디스플레이장치(100, 110)는, 스크린(102, 136)의 화상표시면(103, 137)에 레이저빔(L, LM)을 조사하고, 화상표시면(103, 137)에서 반사광 및 형광체로부터의 발광에 의해 화상을 표시하는 것이었지만, 디스플레이 패널의 화상표시면의 이면에 레이저빔(L, LM)을 조사하여, 디스플레이 패널을 투과한 빛에 의해 화상을 표시하는 배면투영형의 레이저 디스플레이장치에, 본 발명의 구성을 적용하여도 제1 내지 제4실시형태에 관한 레이저 디스플레이장치의 경우와 동일한 효과를 얻을 수 있는 것은 물론이다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 디스플레이장치에 의하면, 공간 광변조소자의 개수 및 화소수의 증가를 각각 제어하면서, 표시화상의 고정밀화를 용이하게 실현할 수 있고, 또한 장치의 제조비용을 억제할 수 있으며, 또 표시화상의 고정밀화를 실현하면서 공간 광변조소자가 갖는 고유의 화소변조주기에 의해 얻어지는 프 레임레이트보다 고속의 프레임레이트로 화상을 표시할 수 있다.

Claims

조명용 광빔을 출사하는 광원수단;

화상신호에 따라서 광변조상태가 각각 변화하는 복수의 화소부가 2차원적으로 배열되고, 상기 광원수단으로부터 상기 복수의 화소부에 입사된 광빔을 상기 화소부마다 변조하는 공간 광변조소자;

상기 복수의 화소부에 대응하여 복수의 빔 축소부가 2차원적으로 배열되고, 상기 화소부에 의해 변조된 광빔의 빔지름을, 그 화소부에 대응하는 상기 빔 축소부에 의해 축소하는 마이크로렌즈 어레이;

상기 마이크로렌즈 어레이에 의해 빔지름이 축소된 광빔의 집합을 소정의 부 주사방향을 향해서 편향하고 그 광빔의 집합에 의해 화상표시체의 피주사면을 주사하는, 갈바노미러 및 프레널렌즈로 구성된 주사수단; 및

상기 화상표시체의 피주사면을 주사하는 광빔을 결상하는 결상광학계를 갖고,

상기 복수의 화소부를 상기 부 주사방향 및 그 부 주사방향과 직교하는 주 주사방향에 각각 대응하는 열방향 및 행방향을 따라서 직선적으로 배열함과 아울러, 상기 복수의 화소부에 있어서의 배열방향 중, 적어도 상기 열방향을 상기 부 주사방향에 대하여 소정의 경사각(θ_I)만큼 기울이고,

상기 경사각(θ_I)을 상기 피주사면에 있어서의 상기 주 주사방향을 따른 광빔의 주사밀도에 따라서 설정한 것을 특징으로 하는 디스플레이장치.
제1항에 있어서, 상기 경사각(θ_I)을, 복수의 상기 화소부가 상기 피주사면상의 동일위치를 주사하도록 설정한 것을 특징으로 하는 디스플레이장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 광원수단을, 적색 레이저빔을 출사하는 적색 레이저 광원장치와, 녹색 레이저빔을 출사하는 녹색 레이저 광원장치와, 청색 레이저빔을 출사하는 청색 레이저 광원장치에 의해 구성하고,

상기 적색 레이저 광원장치, 상기 녹색 레이저 광원장치 및 상기 청색 레이저 광원장치로부터 출사되는 적색 레이저빔, 녹색 레이저빔 및 청색 레이저빔을 각각 변조하는 복수의 상기 공간 광변조소자를 갖는 것을 특징으로 하는 디스플레이장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 광원수단을, 400㎚대의 레이저빔을 출사하는 GaN계 반도체 레이저를 광원으로 하는 레이저 광원장치에 의해 구성함과 아울러,

화상표시체로서 400㎚대의 레이저빔의 조사에 의해 형광체가 백색광을 발광하여 화상을 표시하는 발광형 스크린을 사용한 것을 특징으로 하는 디스플레이장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 광원수단을, 400㎚대의 레이저빔을 출사하는 GaN계 반도체 레이저를 광원으로 하는 레이저 광원장치에 의해 구성함과 아울러,

화상표시체로서 400㎚대의 레이저빔의 조사에 의해 적색광을 발광하는 적색형광체, 상기 레이저빔의 조사에 의해 녹색광을 발광하는 녹색형광체 및 상기 레이저빔의 조사에 의해 청색광을 발광하는 청색형광체를 각 표시화소마다 구비하는 형광체 스크린을 사용한 것을 특징으로 하는 디스플레이장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 공간 광변조소자를, 각각 광빔을 변조할 수 있게 된 복수의 화소부가 2차원적으로 배열된 2차원 공간 광변조소자에 의해 구성하고,

상기 광원수단으로부터 출사된 광빔을, 상기 복수의 화소부에 있어서의 일부의 화소부만을 사용하여 변조하는 것을 특징으로 하는 디스플레이장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 공간 광변조소자를, 화상신호에 따라서 반사면의 각도를 변경할 수 있는 복수의 마이크로미러가 기판상에 2차원적으로 배열된 디지털 마이크로미러 디바이스에 의해 구성하고,

상기 광원수단으로부터 출사된 광빔을 상기 디지털 마이크로미러 디바이스에 있어서의 일부의 상기 마이크로미러만을 사용하여 변조하는 것을 특징으로 하는 디스플레이장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 공간 광변조소자를, 상기 광원수단으로부터 입사되는 광빔에 대하여 소정각도로써 배치되는 한쪽의 전극과, 상기 한쪽의 전극에 대향하는 다른쪽의 전극과, 한쪽의 전극 및 다른쪽의 전극간에 개재된 투명한 가요박막을 구비하고, 한쪽의 전극 및 다른쪽의 전극간에 전압을 인가함으로써 발생한 쿨롱의 힘에 의해 상기 가요박막을 휘게 하고, 상기 가요박막에 의해 광빔을 투과 또는 반사함으로써 광빔을 변조하는 간섭형 광셔터가 2차원적으로 배열된 광셔터 어레이에 의해 구성한 것을 특징으로 하는 디스플레이장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 화상표시체의 피주사면에 있어서의 상기 부 주사방향을 따라서 다른 N개(N은 2이상의 정수)의 표시영역에 각각 대응하는 N종류의 화상신호를 생성함과 아울러, 그 N종류의 화상신호에 의해 N개의 상기 공간 광변조소자의 광변조상태를 각각 변화시키는 화상제어수단을 갖고,

상기 광원수단으로부터 출사된 광빔을 N개의 상기 공간 광변조소자에 각각 조사하고,

N개의 상기 공간 광변조소자에 의해 각각 변조된 N개의 상기 광빔의 집합을 상기 주사수단에 의해 상기 부 주사방향을 따라서 편향하며, 그 N개의 상기 광빔의 집합에 의해 피주사면에 있어서의 N개의 표시영역을 각각 동시에 주사하는 것을 특징으로 하는 디스플레이장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 화상표시체의 피주사면에 표시되는 표시화상을 형성하는 주 주사선으로서, 상기 부 주사방향을 따라서 차례로 배열되는 M개(M은 2이상의 정수)의 주 주사선에 각각 대응하는 M종류의 라인 화상신호를 생성함과 아울러, (상기 주 주사선의 변조주기 T_L×M)의 변조주기(T)로, M종류의 화상신호에 의해 M개의 상기 공간 광변조소자에 있어서의 상기 주 주사방향을 따라서 배열된 화소부의 광변조상태를 각각 변화시키는 화상제어수단을 갖고,

상기 광원수단에 의해 상기 변조주기(T)에 동기하여 스트로보 발광한 광빔을 M개의 상기 공간 광변조소자에 차례로 조사하고,

M개의 상기 공간 광변조소자에 의해 차례로 변조된 상기 광빔의 집합을 상기 주사수단에 의해 상기 부 주사방향을 따라서 편향하며, 그 광빔의 집합에 의해 화상표시체의 피주사면을 주사하는 것을 특징으로 하는 디스플레이장치.