(57)【要約】  プロジェクションシステム及びそのプロジェクションシステムを組み込んだディスプレイが提供される。このプロジェクションシステムは、第１の波長の光を発する少なくとも１つのエレクトロルミネセント装置と、第１の波長の光を第２の波長の光に下方変換する少なくとも１つの半導体多層スタックと、走査方向に沿って光を透過させる走査光学要素とを備える。エレクトロルミネセント装置は、エレクトロルミネセント装置の配列の一部であってもよく、また一体型であってもよい。半導体多層スタックは、半導体多層スタックの配列の一部であってもよく、また一体型であってもよい。走査光学要素は、半導体多層スタックの全体にわたってエレクトロルミネセント装置を走査するように配置されてもよく、あるいは、下方変換された光を、その光が半導体多層スタックを去った後に走査するように配置されてもよい。【選択図】図１
2013503370.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の波長で光を発するエレクトロルミネセント装置を含む少なくとも１つの第１の線形配列と、
少なくとも１つの第１の半導体多層スタックを含む第２の線形配列であって、前記第１の半導体多層スタックは、前記第１の波長の放射光を受容し、前記受容した光の少なくとも第１の部分を第２の波長の放射光に下方変換するように配設されている、第２の線形配列と、
少なくとも前記第２の波長の放射光を走査方向に沿って透過させるように配設された走査光学要素と、を備える、プロジェクションシステム。
【請求項２】
前記第２の線形配列は、少なくとも１つの第２の半導体多層スタックを更に備え、前記第２の半導体多層スタックは、前記第１の波長の放射光を受容し、前記受容した光の少なくとも第２の部分を第３の波長の放射光に下方変換するように配設されている、請求項１に記載のプロジェクションシステム。
【請求項３】
少なくとも１つの第３の半導体多層スタックを含む第３の線形配列を更に備え、前記第３の半導体多層スタックは、前記第２の波長の放射光を受容し、前記受容した光の少なくとも第３の部分を第４の波長の放射光に下方変換するように配設されている、請求項１に記載のプロジェクションシステム。
【請求項４】
少なくとも１つの第４の半導体多層スタックを含む第４の線形配列を更に備え、前記第４の半導体多層スタックは、前記第１の波長の放射光を受容し、前記受容した光の少なくとも第４の部分を第５の波長の放射光に下方変換するように配設されている、請求項１に記載のプロジェクションシステム。
【請求項５】
コリメート光学要素を含む第５の線形配列を更に備え、前記コリメート光学要素は、少なくとも前記第２の波長の放射光をコリメートするように配設されている、請求項１に記載のプロジェクションシステム。
【請求項６】
前記第１の線形配列及び前記第２の線形配列の少なくとも一方は一体型である、請求項１に記載のプロジェクションシステム。
【請求項７】
前記少なくとも１つの第１の半導体多層スタックの周りに光キャビティを更に備える、請求項１に記載のプロジェクションシステム。
【請求項８】
前記光キャビティはブラッグ反射体を備える、請求項７に記載のプロジェクションシステム。
【請求項９】
第１の波長で光を発するエレクトロルミネセント装置を含む第１の線形配列と、
少なくとも１つの第１の半導体多層スタックを含む受容要素の第２の配列であって、前記第１の半導体多層スタックの各々は、前記第１の波長の放射光を受容し、前記受容した光の少なくとも第１の部分を第２の波長の放射光に下方変換するように配設されている、第２の配列と、
前記第１の線形配列と前記第２の配列との間に配設された走査光学要素であって、前記エレクトロルミネセント装置の各々から発せられた前記第１の波長の放射光を、前記第２の配列の複数の受容要素のうちの１つに向けて順次的に案内することが可能である、走査光学要素と、を備える、プロジェクションシステム。
【請求項１０】
受容要素の前記第２の配列は、少なくとも１つの第２の半導体多層スタックを更に備え、前記第２の半導体多層スタックは、前記第１の波長の放射光を受容し、前記受容した光の少なくとも第２の部分を第３の波長の放射光に下方変換するように配設されている、請求項９に記載のプロジェクションシステム。
【請求項１１】
少なくとも１つの第３の半導体多層スタックを含む受容要素の第３の配列を更に備え、前記第３の半導体多層スタックは、前記第２の波長の放射光を受容し、前記受容した光の少なくとも第３の部分を第４の波長の放射光に下方変換するように配設されている、請求項９に記載のプロジェクションシステム。
【請求項１２】
少なくとも１つの第４の半導体多層スタックを含む第４の線形配列を更に備え、前記第４の半導体多層スタックは、前記第１の波長の放射光を受容し、前記受容した光の少なくとも第４の部分を第５の波長の放射光に下方変換するように配設されている、請求項９に記載のプロジェクションシステム。
【請求項１３】
前記第１の線形配列と前記走査光学要素との間に配設された第５の線形配列を更に備え、前記第５の線形配列は、前記第１の波長の放射光をコリメートするように配設されたコリメート光学要素を含む、請求項９に記載のプロジェクションシステム。
【請求項１４】
前記第１の線形配列及び前記第２の配列の少なくとも一方は一体型である、請求項９に記載のプロジェクションシステム。
【請求項１５】
前記少なくとも１つの第１の半導体多層スタックの周りに光キャビティを更に備える、請求項９に記載のプロジェクションシステム。
【請求項１６】
エレクトロルミネセント装置の前記第１の線形配列と受容要素の前記第２の配列との間にダイクロイック反射体を更に備える、請求項９に記載のプロジェクションシステム。
【請求項１７】
前記光キャビティはブラッグ反射体を備える、請求項１５に記載のプロジェクションシステム。
【請求項１８】
第１の波長で光を発するエレクトロルミネセント装置と、
前記第１の波長の放射光を受容し、前記受容した光の少なくとも第１の部分を第２の波長の放射光に下方変換するように配設された半導体多層スタックと、
前記第２の波長の放射光を受容し、前記第２の波長の放射光を走査方向に沿って透過させるように配設された走査光学要素と、を備える、プロジェクションシステム。
【請求項１９】
前記第２の波長の放射光をコリメートするように配設されたコリメート光学要素を更に備える、請求項１８に記載のプロジェクションシステム。
【請求項２０】
前記エレクトロルミネセント装置及び前記半導体多層スタックは一体型である、請求項１８に記載のプロジェクションシステム。
【請求項２１】
前記半導体多層スタックの周りに光キャビティを更に備える、請求項１８に記載のプロジェクションシステム。
【請求項２２】
前記光キャビティはブラッグ反射体を備える、請求項２１に記載のプロジェクションシステム。
【請求項２３】
第１の波長で光を発するエレクトロルミネセント装置と、
少なくとも１つの第１の半導体多層スタックを備える受容要素の第１の配列であって、前記第１の半導体多層スタックは、前記第１の波長の放射光を受容し、前記受容した光の少なくとも第１の部分を第２の波長の放射光に下方変換するように配設されている、第１の配列と、
前記エレクトロルミネセント装置と前記第１の配列との間に配設された走査光学要素であって、前記エレクトロルミネセント装置から発せられた前記第１の波長の放射光を、前記第１の配列の複数の受容要素のうちの１つに向けて順次的に案内することが可能である、走査光学要素と、を備える、プロジェクションシステム。
【請求項２４】
受容要素の前記第１の配列は、少なくとも１つの第２の半導体多層スタックを更に備え、前記第２の半導体多層スタックは、前記第１の波長の放射光を受容し、前記受容した光の少なくとも第２の部分を第３の波長の放射光に下方変換するように配設されている、請求項２３に記載のプロジェクションシステム。
【請求項２５】
少なくとも１つの第３の半導体多層スタックを含む受容要素の第２の配列を更に備え、前記第３の半導体多層スタックは、前記第２の波長の放射光を受容し、前記受容した光の少なくとも第３の部分を第４の波長の放射光に下方変換するように配設されている、請求項２３に記載のプロジェクションシステム。
【請求項２６】
少なくとも１つの第４の半導体多層スタックを含む受容要素の第３の配列を更に備え、前記第４の半導体多層スタックは、前記第１の波長の放射光を受容し、前記受容した光の少なくとも第４の部分を第４の波長の放射光に下方変換するように配設されている、請求項２３に記載のプロジェクションシステム。
【請求項２７】
前記第１の波長の放射光をコリメートするために、前記エレクトロルミネセント装置と前記走査光学要素との間に配設されたコリメート光学要素を更に備える、請求項２３に記載のプロジェクションシステム。
【請求項２８】
前記第１の配列、前記第２の配列、及び前記第３の配列の少なくとも１つは一体型である、請求項２６に記載のプロジェクションシステム。
【請求項２９】
前記少なくとも１つの第１の半導体多層スタックの周りに光キャビティを更に備える、請求項２３に記載のプロジェクションシステム。
【請求項３０】
前記光キャビティはブラッグ反射体を備える、請求項２９に記載のプロジェクションシステム。
【請求項３１】
各第１の半導体多層スタックは、ＩＩ〜ＶＩ半導体又はＩＩ〜Ｖ半導体から選択された第１のポテンシャル井戸を備える、請求項１、９、１８、又は２３のいずれか一項に記載のプロジェクションシステム。
【請求項３２】
各第２の半導体多層スタックは、ＩＩ〜ＶＩ半導体又はＩＩ〜Ｖ半導体から選択された第２のポテンシャル井戸を備える、請求項２、１０、又は２４のいずれか一項に記載のプロジェクションシステム。
【請求項３３】
各第３の半導体多層スタックは、ＩＩ〜ＶＩ半導体又はＩＩ〜Ｖ半導体から選択された第３のポテンシャル井戸を備える、請求項３、１１、又は２５のいずれか一項に記載のプロジェクションシステム。
【請求項３４】
各エレクトロルミネセント装置は、非干渉光を発する発光ダイオード（ＬＥＤ）を備える、請求項１、８、１８、又は２３のいずれか一項に記載のプロジェクションシステム。
【請求項３５】
各エレクトロルミネセント装置は、少なくとも部分干渉光を発するレーザーダイオードを備える、請求項１、９、１８、又は２３のいずれか一項に記載のプロジェクションシステム。
【請求項３６】
前記走査光学要素は１軸走査器を備える、請求項１、９、１８、又は２３のいずれか一項に記載のプロジェクションシステム。
【請求項３７】
前記走査光学要素は２軸走査器を備える、請求項１、９、１８、又は２３のいずれか一項に記載のプロジェクションシステム。
【請求項３８】
前記１軸走査器は、ガルバノメーターミラー、微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）装置、回転ミラー、又は回転プリズムを備える、請求項３６に記載のプロジェクションシステム。
【請求項３９】
前記２軸走査器は、二重回転ミラー、漸次的に傾斜する小平面を有する回転ミラー、又はＭＥＭＳミラーを備える、請求項３７に記載のプロジェクションシステム。
【請求項４０】
前記走査した光をスクリーンに投写するためのプロジェクション光学要素を更に備える、請求項１、９、１８、又は２３のいずれか一項に記載のプロジェクションシステム。
【請求項４１】
請求項１、９、１８、又は２３のいずれか一項に記載のプロジェクションシステムと、
前記走査した光を遮るように配設されたプロジェクションスクリーンと、を備える、ディスプレイ。
【請求項４２】
前記プロジェクションスクリーンは、リアプロジェクションスクリーン又はフロントプロジェクションスクリーンである、請求項４１に記載のディスプレイ。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
プロジェクションディスプレイシステム、液晶ディスプレイ用のバックライトなどを含めて、照明システムが多数の様々な用途で使用されている。プロジェクションシステムは一般に、高圧水銀ランプなど、１つ以上の従来の白色光源を使用する。白色光ビームは通常、３原色、つまり赤色、緑色、及び青色に分割され、それぞれの画像形成用の空間光変調器に案内されて各原色の画像を生成する。結果として得られる原色画像ビームは組み合わされ、観賞用のプロジェクションスクリーンの上に投写される。通常の白色光源は一般に、大型であり、１色以上の原色を発する上で非効率的であり、一体化が困難であり、結果として、それらの白色光源を用いる光学システムにおける寸法及び電力消費を増大させる傾向がある。
【０００２】
更に最近では、発光ダイオード（ＬＥＤ）が従来の白色光源に代わるものとみなされている。ＬＥＤは、従来の白色光源に匹敵する輝度及び稼働寿命をもたらす可能性を有している。しかしながら、現行のＬＥＤ、特に緑色発光ＬＥＤは比較的、非効率的である。
【０００３】
マイクロプロジェクションは、非常に小さな形状因子を有する発光装置を取り入れたディスプレイ技術である。マイクロプロジェクション技術の代表的な一例が、最近になって発表された、スリーエム社（3M Company）によるマイクロプロジェクションエンジンであり、このマイクロプロジェクションエンジンは、ＬＣｏＳ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  ｏｎ  Ｓｉｌｉｃｏｎ）空間光変調器（ＳＬＭ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）照明器、及び小型偏光ビームスプリッターに基づくものである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
携帯電話及びデジタルスチルカメラなどの携帯及び組込み用途向けの、より小さく、より高輝度で、より電力効率のよいフルカラーマイクロプロジェクタが望まれている。そのようなマイクロプロジェクタは好ましくは、静止画像又は動画像を投写する能力を有する。プロジェクタ開発における動向は、よりピクセル数が多く、より輝度が高く、より体積が小さく、より消費電力が低いエンジンを目指している。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一態様において、本開示は、第１の波長で光を発するエレクトロルミネセント装置を有する少なくとも１つの第１の線形配列と、少なくとも１つの第１の半導体多層スタックを含む第２の線形配列とを備えるプロジェクションシステムを提供する。第１の半導体多層スタックは、第１の波長の放射光を受容し、その受容した光の少なくとも第１の部分を第２の波長の放射光に下方変換するように配設される。このプロジェクションシステムは、少なくとも第２の波長の放射光を走査方向に沿って透過させるように配設された走査光学要素を更に備える。
【０００６】
別の態様において、本開示は、プロジェクションシステムとプロジェクションスクリーンとを備えるディスプレイを提供する。このプロジェクションシステムは、第１の波長で光を発するエレクトロルミネセント装置を有する第１の線形配列と、少なくとも１つの第１の半導体多層スタックを含む第２の線形配列とを備える。第１の半導体多層スタックは、第１の波長の放射光を受容し、その受容した光の少なくとも第１の部分を第２の波長の放射光に下方変換するように配設される。このプロジェクションシステムは、少なくとも第２の波長の放射光を走査方向に沿って透過させるように配設された走査光学要素を更に備える。このプロジェクションスクリーンは、走査した光を遮るように配設される。
【０００７】
更なる別の態様において、本開示は、第１の波長で光を発するエレクトロルミネセント装置を有する第１の線形配列と、少なくとも１つの半導体多層スタックを含む受容要素の第２の線形配列とを備えるプロジェクションシステムを提供する。第１の半導体多層スタックの各々は、第１の波長の放射光を受容し、その受容した光の少なくとも第１の部分を第２の波長の放射光に下方変換するように配設される。このプロジェクションシステムは、第１の線形配列と第２の配列との間に配設された走査光学要素を更に備える。走査光学要素は、エレクトロルミネセント装置の各々から発せられた第１の波長の放射光を、第２の配列の複数の受容要素のうちの１つに向けて順次的に案内することが可能である。
【０００８】
更に別の態様において、本開示は、プロジェクションシステムとプロジェクションスクリーンとを備えるディスプレイを提供する。このプロジェクションシステムは、第１の波長で光を発するエレクトロルミネセント装置を有する第１の線形配列と、少なくとも１つの第１の半導体多層スタックを含む受容要素の第２の配列とを備える。第１の半導体多層スタックの各々は、第１の波長の放射光を受容し、その受容した光の少なくとも第１の部分を第２の波長の放射光に下方変換するように配設される。このプロジェクションシステムは、第１の線形配列と第２の配列との間に配設された走査光学要素を更に備える。走査光学要素は、エレクトロルミネセント装置の各々から発せられた第１の波長の放射光を、第２の配列の複数の受容要素のうちの１つに向けて順次的に案内することが可能である。このプロジェクションスクリーンは、走査した光を遮るように配設される。
【０００９】
更に別の態様において、本開示は、第１の波長で光を発するエレクトロルミネセント装置と半導体多層スタックとを備えるプロジェクションシステムを提供する。この半導体多層スタックは、第１の波長の放射光を受容し、その受容した光の少なくとも第１の部分を第２の波長の放射光に下方変換するように配設される。このプロジェクションシステムは、第２の波長の放射光を受容し、その第２の波長の放射光を走査方向に沿って透過させるように配設された走査光学要素を更に備える。
【００１０】
更に別の態様において、本開示は、プロジェクションシステムとプロジェクションスクリーンとを備えるディスプレイを提供する。このプロジェクションシステムは、第１の波長で光を発するエレクトロルミネセント装置と、半導体多層スタックとを備える。この半導体多層スタックは、第１の波長の放射光を受容し、その受容した光の少なくとも第１の部分を第２の波長の放射光に下方変換するように配設される。このプロジェクションシステムは、第２の波長の放射光を受容し、その第２の波長の放射光を走査方向に沿って透過させるように配設された走査光学要素を更に備える。このプロジェクションスクリーンは、走査した光を遮るように配設される。
【００１１】
更に別の態様において、本開示は、第１の波長で光を発するエレクトロルミネセント装置と受容要素の第１の配列とを備えるプロジェクションシステムを提供する。受容要素の第１の配列は、少なくとも１つの第１の半導体多層スタックを備え、その第１の半導体多層スタックは、第１の波長の放射光を受容し、その受容した光の少なくとも第１の部分を第２の波長の放射光に下方変換するように配設される。このプロジェクションシステムは、エレクトロルミネセント装置と第１の配列との間に配設された走査光学要素を更に備える。走査光学要素は、エレクトロルミネセント装置から発せられた第１の波長の放射光を、第１の配列の複数の受容要素のうちの１つに向けて順次的に案内することが可能である。
【００１２】
更に別の態様において、本開示は、プロジェクションシステムとプロジェクションスクリーンとを備えるディスプレイを提供する。このプロジェクションシステムは、第１の波長で光を発するエレクトロルミネセント装置と、受容要素の第１の配列とを備える。受容要素の第１の配列は、少なくとも１つの第１の半導体多層スタックを備え、その第１の半導体多層スタックは、第１の波長の放射光を受容し、その受容した光の少なくとも第１の部分を第２の波長の放射光に下方変換するように配設される。このプロジェクションシステムは、エレクトロルミネセント装置と第１の配列との間に配設された走査光学要素を更に備える。走査光学要素は、エレクトロルミネセント装置から発せられた第１の波長の放射光を、第１の配列の複数の受容要素のうちの１つに向けて順次的に案内することが可能である。このプロジェクションスクリーンは、走査した光を遮るように配設される。
【００１３】
上記の概要は、本発明の開示した各々の実施形態又は全ての実現形態を説明することを意図したものではない。図及び以下の詳細な説明によって、例示的実施形態をより具体的に例示する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
明細書の全体を通じて添付の図面を参照するが、図面において、同様の参照符号は同様の要素を示すものである。
【図１】プロジェクタシステムの概略図。
【図２】プロジェクションシステムの斜視図。
【図３】プロジェクションシステムの斜視図。
【図４】プロジェクションシステムの斜視図。
【図５】プロジェクションシステムの斜視図。
【図６】プロジェクションシステムの斜視図。
【図７Ａ】プロジェクションシステムの概略図。
【図７Ｂ】プロジェクションシステムの概略図。
【図８】プロジェクションシステムの斜視図。
【図９】プロジェクションシステムの斜視図。
【図１０】プロジェクションシステムの斜視図。
【図１１】プロジェクションシステムの斜視図。  図は必ずしも一定の縮尺ではない。図で用いられている同様の符号は、同様の構成要素を指す。しかしながら、所与の図における構成要素を指すために符号を用いることは、同じ符号で記された、別の図における構成要素を限定することを意図したものではないことが理解されよう。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
プロジェクションシステムは、例えば、公開済みのＰＣＴ特許出願第２００８／１０９２９６号、名称「発光要素の配列（ARRAY OF LUMINESCENT ELEMENTS）」に記載されており、小さな電力と寸法で高度な解像度と輝度をもたらすものである。このプロジェクションシステムは、エレクトロルミネセント装置の一体型２次元配列を備え、それらの要素の一部又は全部が、隣接するＩＩ〜ＶＩ量子井戸下方変換器を組み込んでいる。
【００１６】
本願は、プロジェクションシステム、特にマイクロプロジェクションシステムについて記載するものであり、そのマイクロプロジェクションシステムは、エレクトロルミネセント装置又はエレクトロルミネセント装置の配列と、ある実施形態においては下方変換することが可能な多層半導体スタックの配列とを備え、この配列は、エレクトロルミネセント装置によって発せられた光を異なる波長スペクトルの光に変換するように配設される。一実施形態において、エレクトロルミネセント装置から下方変換要素の配列の種々の部分へと光を案内するために、走査光学要素が使用される。別の実施形態において、下方変換要素の配列によって発せられた光をプロジェクション光学系の中へと案内するために、走査光学要素が使用される。
【００１７】
特定の一実施形態において、本願は、小型プロジェクタの用途に同等の利点をもたらすように、ＩＩ〜ＶＩ量子井戸下方変換器を同様に備える別のシステムについて述べるものである。概して、本願は、ａ）可視光を発するＩＩ〜ＶＩ量子井戸下方変換器の線形配列と、ｂ）量子井戸を光学的にポンピングするレーザー又はＬＥＤの線形配列と、ｃ）発光体の線形配列から発せられた光ビームを走査して２次元画像を供給するビーム偏光装置と、を備える電子ディスプレイシステムについて述べるものである。この２次元画像はスクリーン上に投写されてもよく、あるいは、眼鏡型ディスプレイ又は他のディスプレイ用途に用いられてもよい。
【００１８】
光学的にポンピングされたＩＩ〜ＶＩ量子井戸構造から可視光を発生させることにより、市販の半導体光源に勝る利点を得ることができる。これらの利点には、例えば、緑色において電力効率が高まること、赤色の場合に温度に対して波長がより安定すること、緑色の場合にポンプ電力に対して波長がより安定すること、ピーク発光波長を任意の可視波長に調整できること、並びに、発光帯域が（特に緑色において）より狭くなることが挙げられる。
【００１９】
装置構造及びポンピングの準位に応じて、量子井戸の出力は、レーザーに似たもの（つまり、平行化された干渉性放射）、又は高輝度（つまり、適度に平行化された）、又は光輝性（つまり、ランバートの非干渉性放射）となり得る。フルカラー画像は、ポンプと下方変換器の単一の線形ＲＧＢ配列から生じ得るが、この線形ＲＧＢ配列は、画像の各行ごとに各カラーの要素１つを、又はその数分の１を含み得る。別法として、各原色ごとにポンプ及び下方変換器の別個の線形配列が存在してもよく、ビームは光学的に結合されてスクリーン上にフルカラー画像を与える。
【００２０】
特定の一実施形態において、発光領域の配列を含む光源についても説明される。それらの光源は、任意の波長で、例えばスペクトルの可視域にて光を効率的に出力することができる。光源は、例えば１つ以上の原色又は白色光を出力するように設計され得る。例えば、発光領域の配列は小型化して基板上に組み込まれ得るため、光源は重量を低減した小型のものとなり得る。これらの光源は発光効率がよく小型であるため、重量、寸法、及び電力消費を低減した、可搬式プロジェクションシステムなどの新規で改善された光学システムが実現され得る。
【００２１】
これらの光源は、大型及び小型の発光領域を有することができ、各領域の出力光は、能動的にかつ独立に制御され得る。これらの光源は、例えば、プロジェクションシステムにおいて１つ以上のピクセル画像形成装置を照明するために使用され得る。光源の各発光領域は、画像形成装置の種々の部分又はゾーンを照明することができる。そのような能力により、効率的な適応照明システムが実現し、その適応照明システムでは、光源の発光領域の出力光強度は、画像形成装置内の対応するゾーンで必要となる最低照度が得られるように能動的に調整され得る。
【００２２】
光源は、モノクロ（例えば、緑色又は黒地に対する緑色）画像又はカラー画像を形成することができる。そのような光源は光源及び画像形成装置の主な機能を組み合わせており、その結果、寸法、電力消費量、コスト、及び、開示する光源を組み込んだ光学システムで使用される要素又は構成要素の個数が低減されることになる。例えば、ディスプレイシステムにおいて、開示する光源は、光源と画像形成装置の両方として機能することができ、それにより、バックライト又は空間光変調器の必要性が排除されるか、あるいは減じられる。
【００２３】
ディスプレイシステムにおけるピクセルの配列など、発光要素の配列が開示され、それらの発光要素のうちの少なくとも一部は、電気信号に応答して光を発することが可能な、ＬＥＤなどのエレクトロルミネセント装置を含む。発光要素の一部は、エレクトロルミネセント装置によって発せられた光を下方変換するための、１つ以上のポテンシャル井戸及び／又は量子井戸などの１つ以上の光変換要素を含む。本明細書で用いるとき、下方変換とは、変換された光の波長が、変換されていない光の波長よりも大きいことを意味する。
【００２４】
本願で開示する発光要素の配列は、例えばプロジェクションシステム又は他の光学システムで使用するための、適応照明システムなどの照明システムにおいて使用され得る。
【００２５】
図１は、本開示の一態様によるプロジェクタシステム１００の概略図である。プロジェクタシステム１００は、第１の波長で光を発するエレクトロルミネセント装置を含む第１の線形配列１１０を備えている。第１の線形配列１１０は、例えば、それぞれ第１の波長λＡ、λＢ、及びλＣを有する第１、第２、及び第３の光１１５Ａ、１１５Ｂ、及び１１５Ｃを発することが可能な第１、第２、及び第３のエレクトロルミネセント装置１１１Ａ、１１１Ｂ、及び１１１Ｃを含んでいる。いくつかの例において、第１の波長λＡ、λＢ、及びλＣの各々は同じであってもよく、例えば青色光又は紫外光などの短波長光であってもよい。いくつかの例において、第１の波長λＡ、λＢ、及びλＣの各々は、異なる波長であってもよい。
【００２６】
第２の線形配列１２０は、第１の線形配列１１０から第１の波長の放射光を受容するように配設され得る。図１は第２の線形配列１２０を示しており、この線形配列１２０は、例えば、第１、第２、及び第３の半導体多層スタック１２１Ａ、１２１Ｂ、及び１２１Ｃなどの光変換要素（ＬＣＥ）を含んでいる。第１、第２、及び第３の半導体多層スタック１２１Ａ、１２１Ｂ、及び１２１Ｃの各々は、第１の波長の放射（受容）光１１５Ａ、１１５Ｂ、及び１１５Ｃを、第２の波長を有する放射光へと下方変換することが可能である。例えば、第１のエレクトロルミネセント装置１１１Ａから発せられた第１の波長の放射光１１５Ａは、第１の半導体多層スタック１２１Ａによって第２の波長の放射光１２５Ａへと下方変換され得る。
【００２７】
いくつかの例において、例えば、青色光がエレクトロルミネセント装置から発せられ、青色光が最終出力として望まれる場合、第１の線形配列１１０の第１、第２、又は第３のエレクトロルミネセント装置（１１１Ａ、１１１Ｂ、１１１Ｃ）のうちの１つ以上から発せられた第１の波長の放射光は、下方変換される必要のない波長にある。そのような例において、半導体多層スタックは、その箇所における第２の配列から除かれてもよい。
【００２８】
いくつかの例において、例えば、波長λＣを有する第３の光１１５Ｃを発する第３のエレクトロルミネセント装置１１１Ｃで示すように、第１の放射光が２回（又は３回以上）下方変換されてもよい。第３の光１１５Ｃは、一度目は第３の半導体多層スタック１２１Ｃによって下方変換され、２回目は任意選択による第４の半導体多層スタック１２１Ｄによって下方変換され得る。例えば、１回目は青色波長光が緑色波長光に下方変換されてもよく、２回目はその緑色波長光が続いて赤色波長光に下方変換されてもよい。そのような「二重下方変換」は、青色波長光から赤色波長光に変換する効率を改善するために、場合によっては有用となり得る。いくつかの例において、二重変換は、２つの別々の下方変換器要素の使用を必要とせず、その代わりに一体型の単一片の変換器材料内で発生し得る。そのような例において、この一体型の単一片の変換器材料は、青色ポンプ光と緑色発光の両方を吸収する吸収体層と、緑色光と赤色光の両方を発するポテンシャル井戸層とを含む。
【００２９】
一般に、第１の線形配列１１０（「ポンプ配列」）及び第２の線形配列１２０（「下方変換配列」）は、他で説明するように、互いに接着剤で接合されても、ウェーハとして接合されてもよい。ポンプ配列が線形レーザーダイオード配列である場合、その配列は、下方変換配列から分離されても、下方変換配列に接合されてもよい。特定の一実施形態において、ポンプ配列は下方変換配列から分離されており、ポンプ光を下方変換器へと送出するように働く中間光学要素が存在してもよい。第１の線形配列１１０と第２の線形配列１２０の一方又は両方が一体型であってもよく、つまり、分離不可能な単一構造として形成されてもよい。
【００３０】
プロジェクタシステム１００は、任意選択のコリメート光学系１５０と、任意選択のリレー光学系１６０と、走査光学要素１３０と、任意選択のプロジェクション光学系１７０と、像平面１４０とを更に備えている。任意選択のコリメート光学系１５０は、例えば光を部分的にコリメートすることができ、第２の放射光１２５Ａ、１２５Ｂ、１２５Ｃは、ランバート分布又は近ランバート分布を伴ってポンプ／下方変換器の配列を抜け出す。任意選択のコリメート光学系１５０は例えばレンズを有してもよく、そのレンズは、例えば、他で説明する技術を用いて直接第２の線形配列１２０に接合されてもよく、あるいは、例えば、２００８年１１月１３日出願の米国特許出願第６１／１１４２３７号、名称「光学要素を組み込んだ電気ピクセル発光装置（ELECTRICALY PIXELATED LUMINESCENT DEVICE INCORPORATING OPTICAL ELEMENTS）」に記載されているような配列の一体部分として形成されてもよい。
【００３１】
任意選択のリレー光学系１６０は、第２の放射光１２５Ａ、１２５Ｂ、及び１２５Ｃを走査光学要素１３０に案内するために、既知のミラー、プリズム、レンズなどを含んでもよく、放射光は走査方向１４１に沿って透過する。走査光学要素１３０は、例えばガルボミラー（galvo mirrors）、ＭＥＭＳ装置、又は回転ミラー若しくはプリズムなどを含めて、任意の周知の１軸走査器を含んでよい。いくつかの実施形態において、高速走査に対して垂直な第２の「低速走査」もまた必要となり、例えば、二重回転ミラー、次第に傾斜する小平面を有する回転ミラー、又はＭＥＭＳミラーなどを含む２軸走査器を含めて、任意の周知のシステムによって達成され得る。
【００３２】
いくつかの例において、それに代わって、図１のプロジェクタシステム１００は、例えば眼鏡型ディスプレイにおいて使用され得る。眼鏡型ディスプレイにおいて、図１の任意選択のプロジェクション光学系１７０及び像平面１４０は、視聴者の目及び走査ビームを透過させる適当な光学系で置き換えられてもよい。本明細書で用いるとき、議論及び例は、プロジェクション用途の観点から説明され得るが、同様により広範囲に他のディスプレイ用途にも応用されるものとして理解されるべきである。
【００３３】
ポンプ源は、放射領域の「１×ｎ」の配列を含む高解像度発光装置であってもよく、これらの領域の各々は、当該技術分野で知られているように、デジタル又はアナログ駆動回路を使用して独立にアドレス指定可能である。電磁スペクトルの可視域（例えば青色）又は紫外域の短波長光を発する線形配列が特に望ましいものとなり得る。マイクロプロジェクションシステムに対する候補と見なされ得る線形発光体配列には、発光ダイオード及びレーザーダイオードを含めて少なくとも２つのクラスがあり、それらは共に、端面発光設計か又は表面発光設計のいずれであってもよい。
【００３４】
ＬＥＤの線形マイクロ配列は、単成長基板上に製作された一体型発光装置であり、配列内の各要素を個別にアドレス指定できるように処理されたものである。ＬＥＤエレクトロルミネセント装置は、ある用途で望ましいものとなり得る任意の波長で光を発し得る。例えば、そのＬＥＤは、紫外波長、可視波長、又は赤外波長で光を発し得る。いくつかの例において、そのＬＥＤは、紫外光子を発することが可能な短波長ＬＥＤであってもよい。一般に、ＬＥＤ及び／又は光変換要素（ＬＣＥ）は、Ｓｉ又はＧｅなどのＩＶ族元素、ＩｎＡｓ、ＡｌＡｓ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＡｌＰ、ＧａＰ、ＩｎＳｂ、ＡｌＳｂ、ＧａＳｂ、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮなどのＩＩＩ〜Ｖ化合物とＡｌＧａＩｎＰ及びＡｌＧａＩｎＮなどのＩＩＩ〜Ｖ化合物の合金、ＺｎＳｅ、ＣｄＳｅ、ＢｅＳｅ、ＭｇＳｅ、ＺｎＴｅ、ＣｄＴｅ、ＢｅＴｅ、ＭｇＴｅ、ＺｎＳ、ＣｄＳ、ＢｅＳ、ＭｇＳなどのＩＩ〜ＶＩ化合物とＣｄＭｇＺｎＳｅ、ＭｇＺｎＳｅＴｅ、ＢｅＣｄＭｇＺｎＳｅなどのＩＩ〜ＶＩ化合物の合金、又は、上記の化合物のいずれかの他の合金を含めて、有機半導体又は無機半導体などの任意の好適な材料から構成されてよい。
【００３５】
いくつかの例において、ＬＥＤは、１つ以上のｐ型半導体層及び／又はｎ型半導体層と、１つ以上のポテンシャル井戸及び／又は量子井戸を含み得る１つ以上の活性層と、緩衝層と、基板層と、スーパーストレート層とを含み得る。
【００３６】
いくつかの例において、ＬＥＤ及び／又はＬＣＥは、合金の３成分として化合物ＺｎＳｅ、ＣｄＳｅ、及びＭｇＳｅを有するＣｄＭｇＺｎＳｅ合金の層を含んでもよい。いくつかの例において、Ｃｄ、Ｍｇ、及びＺｎのうちの１つ以上、特にＭｇは、合金においてゼロの濃度を有してもよく、したがって合金に存在しなくてもよい。例えば、ＬＣＥは、赤色で発光が可能なＣｄ０．７０Ｚｎ０．３０Ｓｅ量子井戸、又は緑色で発光が可能なＣｄ０．３３Ｚｎ０．６７Ｓｅ量子井戸を含み得る。別の例として、ＬＥＤ及び／又はＬＣＥは、Ｃｄ、Ｚｎ、Ｓｅ、及び任意選択のＭｇの合金を含み得るが、その場合、その合金系はＣｄ（Ｍｇ）ＺｎＳｅと表され得る。別の例として、ＬＥＤ及び／又はＬＣＥは、Ｃｄ、Ｍｇ、Ｓｅ、及び任意選択のＺｎの合金を含み得る。いくつかの例において、量子井戸ＬＣＥは、約１ｎｍ〜約１００ｎｍ、又は約２ｎｍ〜約３５ｎｍの範囲の厚さを有する。
【００３７】
いくつかの例において、半導体ＬＥＤ又はＬＣＥはｎ型にドーピングされてもｐ型にドーピングされてもよく、そのドーピングは、任意の好適な方法で、また任意の好適なドーパントの添加によって達成され得る。いくつかの例において、ＬＥＤ及びＬＣＥは、同じ半導体族に由来するものである。いくつかの例において、ＬＥＤ及びＬＣＥは、２つの異なる半導体族に由来するものである。例えば、いくつかの例において、ＬＥＤはＩＩＩ〜Ｖ半導体装置であり、ＬＣＥはＩＩ〜ＶＩ量子井戸半導体装置である。いくつかの例において、ＬＥＤはＡｌＧａＩｎＮ半導体合金を含有し、ＬＣＥはＣｄ（Ｍｇ）ＺｎＳｅ半導体合金を含有する。
【００３８】
ＬＣＥは、熱硬化接着剤若しくはホットメルト接着剤などの接着剤、溶接、圧力、熱又はそのような方法の任意の組み合わせなど、任意の好適な方法によって、対応するエレクトロルミネセント装置上に配設され得るか、あるいはエレクトロルミネセント装置に取り付けられ得る。好適な熱硬化接着剤の例には、シリコーン、アクリレート、及びポリシラザン配合物が挙げられる。好適なホットメルト接着剤の例には、半結晶ポリオレフィン、熱可塑性ポリエステル、及びアクリル樹脂が挙げられる。
【００３９】
いくつかの例において、ＬＣＥは、ウェーハ接合技術によって、対応するエレクトロルミネセント装置に取り付けられ得る。例えば、エレクトロルミネセント装置の最上部表面及びＬＣＥの最下部表面は、例えばプラズマ支援ＣＶＤプロセス又は従来のＣＶＤプロセスを用いて、シリカ又は他の無機材料の薄層でコーティングされ得る。次に、コーティングした表面は、所望により平坦化され、熱、圧力、水、又は１種類以上の化学薬剤の組み合わせを用いて接合され得る。この接合は、コーティングした表面の少なくとも一方に水素原子を照射することによって、あるいは低エネルギープラズマを用いて表面を活性化することによって改善され得る。米国特許第５，９１５，１９３号及び同第６，５６３，１３３号に、またＱ．Ｙ．トング（Q.Y.Tong）及びＵ．ゴセル（Ｊｏｈｎ  Ｗｉｌｅｙ  ＆  Ｓｏｎｓ，Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ，１９９９）著の「半導体ウェーハ接合法（Semiconductor Wafer Bonding）」の第４章及び第１０章に、ウェーハ接合方法が記載されている。
【００４０】
いくつかの例において、量子又はポテンシャル井戸ＬＣＥは、対応するエレクトロルミネセント装置から放射された光の吸収を支援するために、井戸に近接して１層以上の光吸収層を有し得る。いくつかの例において、吸収層は、光生成キャリアがポテンシャル井戸に効率的に拡散し得る材料から構成される。いくつかの例において、光吸収層は、無機半導体などの半導体を含み得る。いくつかの例において、量子又はポテンシャル井戸ＬＣＥは、緩衝層と、基板層と、スーパーストレート層とを含み得る。
【００４１】
エレクトロルミネセント装置又はＬＣＥは、任意の好適な方法で製造され得る。例えば、半導体エレクトロルミネセント装置及び／又はＬＣＥは、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）、化学蒸着（ＣＶＤ）、液相エピタキシー（ＬＰＥ）又は気相エピタキシー（ＶＰＥ）を用いて製造され得る。
【００４２】
窒化ガリウム（ＧａＮ）など、バンドギャップの大きいＩＩＩ〜Ｖ半導体合金に基づくＬＥＤミクロ配列は、可視スペクトルの青色領域から紫外領域において効率的に光を発し、赤色及び緑色領域における下方変換器からの光ルミネセンスを可能にするので、下方変換器を利用した提案するシステムにおいて特に有用となり得る。ＧａＮ  ＬＥＤの例示的な６４×６４のミクロ配列が、中心間ピッチを５０マイクロメートルとして、ストラスクライド大学（Strathclyde University）のドーソン（Dawson）グループによって製作されている（Ｚ．ゴング（Z．Gong））らの「発光を均一化し光出力を増大させたマトリクスアドレス指定式マイクロピクセルＩｎＧａＮ発光ダイオード（Matrix-Addressable Micropixellated InGaN Light-Emitting Diodes With Uniform Emission and Increased Light Output）」（ＩＥＥＥ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｄｅｖｉｃｅ  Ｌｅｔｔｅｒｓ、５４（１０）、２００７、２６５０）。
【００４３】
また、ポンプ配列は、高輝度発光ダイオード及びレーザーなど、干渉性のコリメート光源に基づいていてもよい。レーザーマイクロ配列は、少なくとも３種類の異なるレーザー技術、つまり、端面発光固体レーザーダイオード（ＥＥＳＳＬＤ）、垂直共振器面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ）、及び垂直拡張共振器面発光レーザー（ＶＥＣＳＥＬ）を使用して製作され得る。最後に述べた技術の一例が、カリフォルニア州サニーベール（Sunnyvale）のノバラックス社（Novalux）によるＮＥＣＳＥＬである。
【００４４】
特定の一実施形態において、説明するプロジェクションシステムは、ＩＩ〜ＶＩ量子井戸（ＱＷ）技術に基づいた下方変換要素の線形配列を含む。ＩＩ〜ＶＩ  ＱＷは、他で説明するように、元素の周期表のＩＩｂ族とＶＩ族の両方の元素を含む層状半導体合金である。
【００４５】
半導体族ＩＩ〜ＶＩ  ＱＷは、マイクロプロジェクションなどのディスプレイ用途において有益となり得るいくつかの特性を呈する。例えば、ＱＷは、飽和色の特徴である狭いスペクトルバンドにて光を発するように構成され得る。飽和した原色（例えば、赤色、緑色、及び青色）に基づくディスプレイは、飽和度の低い原色を含むディスプレイと比べて、より広範な色域を有する。また、例えば、ＱＷは、約数ナノ秒の極端に短い励起状態寿命を有する。寿命が短いことにより、パルス幅変調方式を用いて、限られたピクセル滞留時間で走査撮像システムにおいてグレースケール輝度値を生じることが可能となる。
【００４６】
量子井戸の線形配列の発光出力は、レーザーに似た、例えば相当にコリメートされた干渉性放射となり得る。それに代わって、量子井戸の線形配列の発光出力は、高輝度な、例えば適度にコリメートされたものとなり得る。それに代わって、線形配列の発光出力は、光輝性の、例えばランバート型の非干渉性放射となり得る。発光の形式は、装置構造及びポンピングの水準によって制御され得る。一般に、光学要素は、走査装置上にプロジェクション光学系を通じて更に多くの光を案内するように、画像発光体上に配設され得る。本明細書において「集光光学系」と呼ぶこれらの光学要素は、放射光の特徴及び光学系の幾何学的形状に基づいて選択され得るものであり、切頭体の抽出器、マイクロレンズ、グレーデッドインデックス（ＧＲＩＮ）レンズなど、周期的構造を発光面上に備えてもよい。例示的な集光光学系が、例えば、公開済みの米国特許出願第２００５／０４１５６７号（コナー（Conner））に、また、米国特許第７，３００，１７７号（コナー）、同第７，０７０，３０１号（マガリル（Magarill））、同第７，０９０，３５７号（マガリルら）、同第７，１０１，０５０号（マガリルら）、同第７，４２７，１４６号（コナー）、同第７，３９０，０９７号（マガリル）、同第７，２４６，９２３号（コナー）、及び同第７，４２３，２９７号（リーザーダール（Leatherdale）ら）に記載されている。
【００４７】
図２は、本開示の特定の一態様によるプロジェクションシステム２００の斜視図を示している。図２に示す要素２１０〜２４１の各々は、先に説明した、図１に示す同様の符号の付いた要素１１０〜１４１の記述に対応している。例えば、図１に示す第１の線形配列１１０の記述は、図２の第１の線形配列２１０の記述に対応しており、他も同様である。プロジェクションシステム２００は、青色又は紫外ＬＥＤの第１の一体型線形配列２１０を含んでおり、この第１の一体型線形配列２１０は、ＩＩ〜ＶＩ族量子井戸光ルミネセント発光体の第２の一体型線形配列２２０に、一体的に整列され接合されている。この実施形態において、例えば、第２の線形配列２２０を通過した後、第１の青色放射光２１５Ａは第２の緑色放射光２２５Ａに下方変換されることになり、第１の青色放射光２１５Ｃは第２の赤色放射光２２５Ｃに下方変換されることになる。第１の青色放射光２１５Ｂは、変換されずに第２の線形配列２２０を通過し、第２の青色放射光２２５Ｂとなる。いくつかの例において、第２の青色放射光２２５Ｂは、紫外ポンプ光の下方変換によって生じてもよく、あるいは、図２に示すように、第２の青色光２２５Ｂは、光窓を透過したＬＥＤ光であってもよい。
【００４８】
第２の緑色放射光、青色放射光、及び赤色放射光（それぞれ２２５Ａ、２２５Ｂ、２２５Ｃ）は、任意選択のコリメート光学系配列２５０のコリメートレンズ２５１を通過し、走査光学要素２３０によって像平面２４０上で走査方向２４１に沿って走査される。図２において、走査光学要素２３０は、軸２３３を中心として方向２３２に回転する直角プリズム２３１として示されているが、他で説明するように、任意の好適な走査光学要素が使用され得る。
【００４９】
赤色、緑色、及び青色のそれぞれ「ｎ」個の要素を有する第１及び第２の線形配列（２１０、２２０）を使用して、「ｍ」列、「ｎ」行のフルカラー画像が像平面２４０上に生成され得る。単一の画像フレームの期間内に、第１の線形配列２１０の各発光体が、その列内の第「ｍ」ピクセルの値に対応する光を順次的に出力するように駆動され得る。次いで、１軸走査器が、プロジェクションレンズの開口部（図２又は続く図の大部分に示していない）を通じてこの線光パターンを走査して、像平面上に２次元フル画像を提示する。
【００５０】
それに代わって、それぞれ赤色、緑色、及び青色の、より少数の要素、例えば「ｎ／ｋ」個の要素を有する第１及び第２の線形配列（２１０、２２０）を使用して、「ｍ」列、「ｎ」行のフルカラー画像が「スキ刈り走査」で像平面２４０上に生成され得る。単一の画像フレームの期間内に、第１の線形配列２１０の各発光体が、その行内の第「ｍ」ピクセルの値に対応する光を順次的に出力するように駆動される。次いで、１軸スキャナーが、プロジェクションレンズの開口部（図２又は続く図の大部分に示していない）を通じてこの線光パターンを走査して、像平面上に２次元部分画像を提示する。この高速走査に加えて、画像がスキ刈り状に書き込まれるように、画像フレーム全体でｋ枚のサブフレームの低速走査が存在する。これは、画像全体が書き込まれ得るように、各小平面が隣の小平面に対してわずかに傾斜したｋ個の小平面の多角形ミラーを走査することによって達成され得る。
【００５１】
それに代わって、それぞれ赤色、緑色、及び青色の、より少数の要素、例えば「ｎ／ｋ」個の要素を有する第１及び第２の線形配列（２１０、２２０）を使用して、「ｍ」列、「ｎ」行のフルカラー画像が「飛越し走査」で像平面２４０上に生成され得る。単一の画像フレームの期間内に、第１の線形配列２１０の各発光体が、その行内の第「ｍ」ピクセルの値に対応する光を順次的に出力するように駆動される。次いで、１軸走査器が、プロジェクションレンズの開口部（図２又は続く図の大部分に示していない）を通じてこの線光パターンを走査して、像平面上に２次元部分画像を提示する。この高速走査に加えて、発光ビーム同士に隙間を持たせて画像が書き込まれるように、画像フレーム全体でｋ枚のサブフレームの低速走査が存在する。これは、前述した「スキ刈り走査」よりも小さな、多角形上での小平面間の傾きを有する多角形ミラーを走査して、画像全体が飛越し形式で書き込まれるようにすることによって達成され得る。飛越し係数ｋに関して言えば、３色すべてのカラーがｎ行の各々に書き込まれるようにするために、線形発光体は、３ｎ／ｋ個を幾分か上回る要素を必要とする。
【００５２】
図３は、本開示の特定の一態様によるプロジェクションシステム３００の斜視図を示している。図３に示す要素３１０〜３４１の各々は、先に説明した、図２に示す同様の符号の付いた要素２１０〜２４１の記述に対応している。例えば、図２に示す第１の線形配列２１０の記述は、図３の第１の集光線形配列３１０の記述に対応しており、他も同様である。
【００５３】
プロジェクションシステム３００は、各カラーごとに、第１の集光線形配列３１０の３つの別々の第１の線形配列３１１Ａ、３１１Ｂ、及び３１１Ｃを備えている。図３に示す一実施形態において、青色はＧａＮ青色ＬＥＤを含む第１の線形配列３１１Ａから生成されてもよく、第２の線形配列３２１Ａは光窓の配列であってもよい。別の実施形態において、青色は、第２の線形配列３２１Ａ内の一体型のＩＩ〜ＶＩ族下方変換器を用いて、ＧａＮ紫外ＬＥＤを含む第１の線形配列３１１Ａから生成され得る。
【００５４】
緑色はＧａＮ緑色ＬＥＤを含む第１の線形配列３１１Ｂから生成されてもよく、第２の線形配列３２１Ｂは光窓の配列であってもよい。別の実施形態において、緑色は、一体型のＩＩ〜ＶＩ族下方変換器３２１Ｂを用いて、ＧａＮ青色又は紫外ＬＥＤを含む第１の線形配列３１１Ｂから生成されてもよい。赤色はＡｌＧａＩｎＰ赤色ＬＥＤを含む第１の線形配列３１１Ｃから生成されてもよく、第２の線形配列３２１Ｃは光窓の配列であってもよい。別の実施形態において、赤色は、一体型のＩＩ〜ＶＩ下方変換器３２１Ｃを用いて、ＧａＮ青色又は紫外ＬＥＤを含む第１の線形配列３１１Ｃから生成されてもよい。各配列は、他で説明するように、共通の１軸走査光学要素へ、そしてプロジェクションレンズ開口部（図示せず）の中へと出力を導くために、集光光学系３８０を有してもよい。
【００５５】
図４は、本開示の特定の一態様によるプロジェクションシステム４００の斜視図を示している。図４に示す要素４１０〜４４１の各々は、先に説明した、図３に示す同様の符号の付いた要素３１０〜３４１の記述に対応している。例えば、図３における第１の集光線形配列３１０の記述は、図４の第１の集光線形配列４１０の記述に対応しており、他も同様である。
【００５６】
図４に示すように、３つの第１の線形配列４１１Ａ、４１１Ｂ、４１１Ｃ、及び一体型の第２の線形配列４２１Ａ、４２１Ｂ、４２１Ｃは、わずかに異なる角度で走査光学要素４３０に衝突するように配設されている。この特定の実施形態において、各カラーが像平面４４０上で整合されるように、画像は適時に電子的に先送りされるかあるいは遅延されることができる。
【００５７】
図５は、本開示の特定の一態様によるプロジェクションシステム５００の斜視図を示している。図５に示す要素５１０〜５４１の各々は、先に説明した、図４に示す同様の符号の付いた要素４１０〜４４１の記述に対応している。例えば、図４における第１の集光線形配列４１０の記述は、図５の第１の集光線形配列５１０の記述に対応しており、他も同様である。
【００５８】
図５に示すように、３つの第１の線形配列５１１Ａ、５１１Ｂ、５１１Ｃ、及び一体型の第２の線形配列５２１Ａ、５２１Ｂ、５２１Ｃはそれぞれ、方向転換光学要素５６０内の別々のダイクロイックミラー（５６１Ａ、５６１Ｂ、５６１Ｃ）上に衝突するように配設されている。図５において、ダイクロイックミラー（５６１Ａ、５６１Ｂ、５６１Ｃ）の各々は、基本的に同じ角度で走査光学要素５３０に光が衝突し得るように配設されている。
【００５９】
それに代わって、図２〜５に示す実施形態の各々は、他で説明するように、端面発光ＧａＮ青色又は紫外レーザーダイオードの配列などの半導体レーザーの第１の線形配列を、エレクトロルミネセント装置の第１の線形配列として使用してもよい。レーザーダイオードポンプ配列をＩＩ〜ＶＩ族量子井戸配列から分離することによって、より優れた熱管理がもたらされ得る。加えて、各レーザーポンプビームをそれらに対応するＩＩ〜ＶＩ族要素へと集束させるために、任意選択のコリメート光学系が使用されてもよい。
【００６０】
ポンプが青色レーザーダイオード配列となるように選定される実施形態に関しては、更なる検討事項が存在し得る。ＩＩ〜ＶＩ族層の窓を通じた青色出力は、ＩＩ〜ＶＩ族下方変換器から得られる赤色及び緑色出力とは異なり、十分にコリメートされ得る。必要に応じて、この差異に対応するように集光光学系が適合されてもよく、あるいはそれに代わって、ＩＩ〜ＶＩ族量子井戸層の青色窓内に拡散体が配設されてもよい。
【００６１】
図６は、本開示の特定の一態様によるプロジェクションシステム６００の斜視図を示しており、端面発光半導体レーザーが、例えば図３で説明したエレクトロルミネセント装置の代用とされている。図６において、プロジェクションシステム６００は、発光体６１０の３つの分離した第１の線形配列６１１Ａ、６１１Ｂ、６１１Ｃを備えている。この特定の実施形態において、第１の線形配列６１１Ａ、６１１Ｂ、６１１Ｃの各々は、端面発光レーザーの線形配列である。図６に示す他の要素６２０〜６４１の各々は、先に説明した、図２に示す同様の符号の付いた要素２２０〜２４１の記述に対応している。例えば、図２に示す第２の線形配列２２０の記述は、図６の第２の線形配列６２０の記述に対応しており、他も同様である。
【００６２】
例えば端面発光ＧａＮ緑色又はＡｌＧａＩｎＰ赤色レーザーダイオードなど、いくつかの実施形態において、第１の線形配列６１１Ａ〜６１１Ｃは、他で説明するように、第２の線形配列６２１Ａ〜６２１Ｃ内にＩＩ〜ＶＩ下方変換器を必要としないことがある。良好にコリメートされたカラーの場合、走査器の前方の集光光学系は、簡略化されるかあるいは排除されてもよい。また、発光が良好にコリメートされれば、ダイクロイックミラー内におけるこれら３つのカラーの組み合わせが、より容易となり得る。
【００６３】
図７Ａ及び図７Ｂはそれぞれ、本開示の特定の一実施形態によるプロジェクションシステム７００Ａ及び７００Ｂの概略図を示している。図７Ａ〜７Ｂにおいて、端面発光半導体レーザーが、例えば図４及び図５で説明したエレクトロルミネセント装置の代用となっている。図７Ａ〜７Ｂにおいて、プロジェクションシステム７００Ａ〜７００Ｂは、端面発光紫外ダイオード７１１の単一の第１の線形配列７１０を備えている。
【００６４】
図７Ａにおいて、第２の線形配列７２０Ａが下方変換器７２１Ａを備えているが、この下方変換器７２１Ａは、例えばＩＩ〜ＶＩ量子井戸高輝度又はレーザー端面発光体であってよい。また図７Ａにおいて、第２の線形配列７２０Ａが、背面反射体７２３Ａと、半透明の前面７２２Ａ又は反射防止用の前面７２２Ａのいずれかとを含んでいる。
【００６５】
図７Ｂにおいて、第２の線形配列７２０Ｂが下方変換器７２１Ｂを備えているが、この下方変換器７２１Ｂは、例えば垂直共振器ＩＩ〜ＶＩ量子井戸高輝度発光体であってもよい。また図７Ｂにおいて、第２の線形配列７２０Ｂがダイクロイック背面７２４Ｂを含んでおり、このダイクロイック背面７２４Ｂは、紫外光を通過させ可視光を反射することが可能である。
【００６６】
図７Ａ及び７Ｂに示す実施形態において、ＩＩ〜ＶＩ量子井戸層の出力は、例えば赤色ビーム７２５Ａと、緑色ビーム７２５Ｂと、青色ビーム７２５Ｃとを含む平行な線形配列７２５である。赤色ビーム、緑色ビーム、及び青色ビーム（７２５Ａ、７２５Ｂ、７２５Ｃ）の各々は、レーザー光であっても、高輝度光であってもよい。ここでＩＩ〜ＶＩ発光は、光ルミネセントＩＩ〜ＶＩ構造からのランバート発光と比べて、より良好にコリメートされるため、集光光学系はより簡潔にかつ／又はより効果的になり得る。
【００６７】
図８は、本開示の特定の一態様によるプロジェクションシステム８００の斜視図を示しており、端面発光半導体レーザーが、例えば図５で説明したエレクトロルミネセント装置の代用となっている。図８において、プロジェクションシステム８００は、発光体８１０の３つの分離した第１の線形配列８１１Ａ、８１１Ｂ、８１１Ｃを備えている。この特定の実施形態において、第１の線形配列８１１Ａ、８１１Ｂ、８１１Ｃの各々は、端面発光レーザーの線形配列である。
【００６８】
プロジェクションシステム８００は、３つの分離した第２の線形配列８２１Ａ、８２１Ｂ、８２１Ｃを含む下方変換器の配列８２０を更に備え、これら第２の線形配列８２１Ａ、８２１Ｂ、８２１Ｃは、例えば、ＩＩ〜ＶＩ量子井戸高輝度又はレーザー端面発光体であってもよい。３つの分離した第２の線形配列８２１Ａ、８２１Ｂ、８２１Ｃの各々は、図７Ａで説明した第２の線形配列７２０Ａと同様に、背面反射体７２３Ａと、半透明の前面７２２Ａか又は反射防止用の前面７２２Ａのいずれかとを含む。図８に示す他の要素８２５〜８５１の各々は、先に説明した、図６に示す同様の符号の付いた要素６２５〜６５１の記述に対応している。例えば、図６に示す走査光学要素６３０の記述は、図８の走査光学要素８３０の記述に対応しており、他も同様である。
【００６９】
図８において、他で説明するように、ポンプビームをＩＩ〜ＶＩ層に最も効率的に集束させるためには、適切な光学系（図示せず）が必要となり得る。別の特定の実施形態において、単一のＩＩ〜ＶＩ配列からのビームは（当業者には容易に理解されるように）単一カラーとなることを除き、例えば図７Ｂに示すような、ＩＩ〜ＶＩ層の表面からの高輝度発光が図８に置き換えられ得る。
【００７０】
いくつかの実施形態において、３つの単色線形配列は、例えば、「ダイオード励起レーザー源（DIODE-PUMPED LASER SOURCE）」と題され、２００８年９月４日に出願された米国特許出願第６１／０９４２７０号に示されているような垂直共振器面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ）を含んでもよい。ＩＩ〜ＶＩ量子井戸は、より短波長の好適なレーザーで光学的にポンピングされ得るＶＣＳＥＬレーザー空洞を周囲の分布ブラッグ反射体（ＤＢＲ）で形成することによって製作され得る。線形ＩＩ〜ＶＩ  ＶＣＳＥＬ配列は、紫外レーザーダイオード配列によって背面から、あるいは前面からポンピングされ得る。これらの実施形態はまた、例えば図７Ｂに示すような端面発光ＩＩ〜ＶＩレーザーの場合と同様に、レーザー出力の線形配列を生じる。この特定の実施形態において、レーザー光は、端部からではなくＩＩ〜ＶＩ層の管状表面から発せられる。
【００７１】
図９は、本開示の特定の一態様によるプロジェクションシステム９００の斜視図を示している。図９において、プロジェクションシステム９００は、第１の線形配列９１０と２次元配列９２０との間に配設された走査光学要素９３０を備えている。図９に示す他の要素９３０〜９４１の各々は、先に説明した、図５に示す同様の符号の付いた要素５３０〜５４１の記述に対応している。例えば、図５に示す走査光学要素５３０の記述は、図９の走査光学要素９３０の記述に対応しており、他も同様である。
【００７２】
図９において、プロジェクションシステム９００は、エレクトロルミネセント発光体９１１を含む第１の線形配列９１０を備えている。エレクトロルミネセント発光体９１１の各々は、２次元配列９２０の複数のピクセルを同時に励起できる紫外レーザー（例えば、端面発光レーザーダイオード）の配列の一部であってもよい。所与のｍ×ｎの画像マトリクス、及び独立に変調される「ｋ」個のレーザーの配列に対し、平均ピクセルのデューティサイクルはｋ／（ｍ×ｎ）にも達する。これは、投写画像に対し、十分な画像輝度とピクセル数とを得るのに役立ち得る。図９に示すように、第１の線形配列９１０のエレクトロルミネセント発光体９１１の各々は、列の下方に向かう（例えば、第１のピクセル９４２から第２の終端ピクセル９４３へ）走査では独立に変調され、行を横断する（例えば、第１のピクセル９４２から第２の終端ピクセル９４４へ）走査では同時に変調される。
【００７３】
第１の線形配列９１０から発せられた第１、第２、及び第３の光ビーム９２５Ａ、９２５Ｂ、及び９２２Ｃは走査光学要素９３０を通過して、２次元配列９２０をなして配列された第１、第２、及び第３の半導体多層スタック９２１Ａ、９２１Ｂ、及び９２１Ｃを光学的にポンピングする。図９に示すように、走査光学要素９３０は直角プリズム９３１であってもよく、この直角プリズム９３１は、軸９３３を中心として方向９３２に回転して、第１、第２、及び第３の光ビーム９２５Ａ、９２５Ｂ、及び９２２Ｃの各々を走査方向９４１に沿って走査する。光ビームの各々は、例えば、２次元配列９２０の下方に走査するので、第１の半導体多層スタック９２１は、第１のピクセル９４２から終端ピクセル９４３へと順次的にポンピングされ、下方変換光は、投写されるその下方変換光が経路９８１に沿って走査するとき、スクリーン９８０上へと投写される。
【００７４】
図９に示す一実施形態において、配列の各レーザーダイオードは、単色のみの１本のラインをアドレス指定しているが、図９はこの例に限定されるものではない。例えば、第１の線形配列９１０及び走査光学要素９３０は、各レーザーダイオードが一連のカラーを励起するように、２次元配列９２０に対して９０°回転されてもよい。また、ピクセル９２１Ａ、９２１Ｂ、９２１Ｃは、正方形の形状をなしても、長方形の形状をなしても、三角形の形状をなしても、あるいは例えば六角形の形状をなしてもよく、依然として線形レーザー配列によってアドレス指定され得る。
【００７５】
この線形配列の走査は、他で説明したように、図９に示す回転プリズム、又は回転ミラー、又は共鳴ガルボ（resonant galvos）、又はＭＥＭＳミラーなど、周知の１軸走査器によって達成されてもよい。いくつかの実施形態において、エレクトロルミネセント装置９１１の個数が、２次元配列９２０の行数か又は列数のいずれかと同等であること、つまり、ディスプレイの各行（列）ごとに、変調可能な要素がレーザー配列内に存在し、レーザースポットの運動が単にディスプレイの列（行）を横切るものであることが好ましくなり得る。
【００７６】
理解されたいこととして、例えば経路９８１に沿って走査された、投影された下方変換光は、スクリーン９８０上へ投写されてもよく、あるいは、眼鏡型ディスプレイ又は他のディスプレイ用途（図示せず）にて使用されてもよい。エレクトロルミネセント発光体９１１には、十分にコリメートされかつポンプとして走査され得る、端面発光レーザーダイオード、ＶＣＳＥＬ、又は高輝度フォトニック格子などを含む他のＬＥＤを挙げることができる。
【００７７】
図１０は、本開示の特定の一態様によるプロジェクションシステム１０００の斜視図を示している。図１０において、プロジェクションシステム１０００は、第１のエレクトロルミネセント装置１０１０と２次元配列１０２０との間に配設された走査光学要素１０３０を備えている。走査光学要素１０３０は、例えば、共鳴ガルボ、ＭＥＭＳミラー、又は直交方向に回転する２つの多角形ミラーなどの周知の装置を使用して２軸方向に走査する被制御体であってもよい。レーザー光の強度は、直接的にあるいは分離した音響光学変調器を用いて、カラー／ピクセルがポンピングされるのと同時に変調される。図１０に示す他の要素１０２０〜１０４１の各々は、先に説明した、図９に示す同様の符号の付いた要素９２０〜９４１の記述に対応している。例えば、図９に示す２次元配列９２０の記述は、図１０の２次元配列１０２０の記述に対応しており、他も同様である。
【００７８】
特定の一実施形態において、第１のエレクトロルミネセント装置１０１０は、ＲＧＢ量子井戸要素（１０２１Ａ、１０２１Ｂ、１０２１Ｃ）の２次元配列をポンピングする単一の紫外レーザーである。光ビーム１０２５は、走査光学要素１０３０を使用して、２次元配列１０２０の全体にわたって順次的に走査され、走査光学要素１０３０は、例えば、第１のガルボミラー１０３５と第２のガルボミラー１０３６とを含む。順次的走査は、例えば、まず第４の走査方向１０４１Ａ〜１０４１Ｄにわたって示されている。
【００７９】
図１０に示す実施形態において、量子井戸下方変換器におけるレーザー出力密度は、量子井戸を形成する材料の損傷閾値未満に維持するために、制限されることが必要となり得る。しかしながら、量子井戸ピクセルの「ｍ×ｎ」（行×列）マトリクス（ｍ≧ｎとする）全体を時系列で励起する単一のレーザーに対し、平均ピクセルのデューティサイクルが１／ｍ×ｎを上回ることはない。また、３０フレーム／秒（ｆｐｓ）未満のリフレッシュ速度は、視聴者にとって不愉快なちらつきを引き起こすことがあり、多くの用途では６０ｆｐｓ以上が好まれる。また、直接的か間接的かに関わらず、レーザーが変調され得る速度には限界がある。デューティサイクル、最大レーザー変調速度、最小フレームリフレッシュ速度、及び損傷閾値制限の組み合わせは、ＩＩ〜ＶＩディスプレイの画像輝度又はピクセル数を制限し得るものであり、また、この実施形態が、眼鏡型などの用途にはより適するが、プロジェクションなど、より発光の強い出力を必要とする用途にはあまり適さないことを意味することにもなる。
【００８０】
いくつかの例において、ポンプ源及びプロジェクション光学系が、量子井戸構造の反対側にあることが好ましい場合もある。そのような例において、他で説明するように、紫外線は通過させ可視光は反射するダイクロイックミラー又はＤＢＲを量子井戸配列の入力側に有することが望ましい場合もある。他の例において、青色光は通過させ赤色光及び緑色光は反射するダイクロイックミラーを量子井戸配列の入力側に有することが望ましい場合もある。
【００８１】
いくつかの例において、ポンプ源及びプロジェクション光学系が、量子井戸構造の同じ側にあることが好ましい場合もある。そのような例において、熱管理のために、またプロジェクション光学系に方向付けられる光を増加させるために、量子井戸配列の、ポンプ及びプロジェクション光学系から離れた側に、金属製の反射体を有することが望ましい場合もある。
【００８２】
図１１は、本開示の特定の一態様によるプロジェクションシステム１１００の斜視図を示している。図１１において、プロジェクションシステム１１００は、エレクトロルミネセント発光体１１１１を含む第１の線形配列１１１０と２次元配列１１２０との間に配設された走査光学要素１１３０を備えている。プロジェクションシステム１１００は、第１の線形配列１１１０と２次元配列１１２０との間に配設されたダイクロイックミラー１１３７を更に備えている。特定の一実施形態において、ダイクロイックミラー１１３７は、紫外（ＵＶ）光に対しては反射性があり、他の波長の光は透過させる。
【００８３】
エレクトロルミネセント発光体１１１１の各々は、２次元配列１１２０の複数のピクセルを同時に励起できる紫外レーザー（例えば、図１１に示すような端面発光レーザーダイオード）の配列の一部であってもよい。図１１に示す他の要素１１１０〜１１８０の各々は、先に説明した、図９に示す同様の符号の付いた要素９１０〜９８０の記述に対応している。例えば、図９の走査光学要素９３０の記述は、図１１の走査光学要素１１３０の記述に対応しており、他も同様である。
【００８４】
図１１において、エレクトロルミネセント発光体１１１１から発せられた光ビーム１１２５は、走査プリズム１１３０を通過し、交差位置１１２８にてダイクロイックミラー１１３７と交差している。図示の特定の一実施形態において、ダイクロイックミラー１１３７は、光ビーム１１２５に対して約４５度の角度をなしている。光ビーム１１２５は、ダイクロイックミラー１１３７から反射する紫外光であってもよく、２次元配列１１２０内の第１の半導体多層スタック１１２１に向かって、反射経路１１２６に沿って案内されている。半導体多層スタック１１２１は、反射性の背面１１２３を有してもよく、この反射性の背面１１２３は、反射経路１１２６を戻り、ダイクロイックミラー１１３７を通り、そしてプロジェクションスクリーン１１８０の上へと、下方変換された第２の光ビーム１１２７を案内することができる。当業者には理解されることであるが、半導体多層スタック１１２１の２次元配列１１２０の全体が、図９及び１０に示す方式と類似した方式で走査され得る。
【００８５】
別段の指示がない限り、本明細書及び特許請求の範囲において用いる、機構の寸法、数量、及び物理特性を表す全ての数値は、「約」という語で修飾されるものとして理解されるべきである。したがって、そうでない旨を明記しない限り、先の明細書及び添付の「特許請求の範囲」に記載された数値的指標は、本願において開示される教示を利用する当業者が得ようと求める所望の特性に応じて変化し得る概算値である。
【００８６】
本願で引用した全ての参照文献及び刊行物は、本開示と完全には矛盾することのない程度まで、その全てが引用によって本開示に明白に組み込まれる。特定の実施形態について本明細書において図示し説明してきたが、種々様々な別の及び／又は等価な実現形態が、本開示の範囲から逸脱することなく、図示し説明した特定の実施形態の代わりとなり得ることが、当業者には理解されよう。本願は、本明細書で論じた特定の実施形態のいかなる改作又は変型をも包含することを意図したものである。したがって、本開示は「特許請求の範囲」及びその等価物によってのみ限定されるものとする。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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