(57)【要約】【課題】スクリーンの大型化が可能であり、シースルーディスプレイとして利用できるとともに、高輝度・高画質で、かつ、長寿命のプロジェクションディスプレイを提供する。【解決手段】プロジェクションディスプレイ１ａは、紫外域のレーザ光を発する光源２と、映像信号変調器１５及び音響光学素子１６からなる光変調手段３と、レーザ光を集光するリレーレンズ４ａと、垂直偏向鏡５ａ及び水平偏向鏡５ｂからなる光偏向手段５と、レーザ光７が照射されるスクリーン６とを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
紫外域のレーザ光を発する光源と、このレーザ光の輝度を変調する光変調手段と、この変調されたレーザ光を反射して２次元的に走査する光偏向手段と、この光偏向手段によって前記変調されたレーザ光が照射されるスクリーンとを備え、このスクリーンはマトリクス状に形成された透明な発光ガラス層を備え、この発光ガラス層は前記レーザ光に励起されて可視光を発する蛍光体を含むことを特徴とするプロジェクションディスプレイ。
【請求項２】
前記スクリーンは、タイル状に形成される複数の発光ガラスユニットから形成され、この発光ガラスユニットは、マトリクス状に形成された発光ガラス層を備えることを特徴とする請求項１記載のプロジェクションディスプレイ。
【請求項３】
前記スクリーンは、前記レーザ光を反射する透明部材によって前記発光ガラス層以外の領域が被覆されたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のプロジェクションディスプレイ。
【請求項４】
前記スクリーンは、紫外光が透過し難い黒色部材によって前記発光ガラス層以外の領域が被覆されたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のプロジェクションディスプレイ。
【請求項５】
前記光偏向手段は前記レーザ光を反射する少なくとも２枚の反射鏡と、これらの反射鏡が互いに連動するように所望の周波数で傾動させる駆動手段からなることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のプロジェクションディスプレイ。
【請求項６】
前記レーザ光は、略２５０乃至４００ｎｍの範囲内の波長を有することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のプロジェクションディスプレイ。
【請求項７】
複数組の前記光源及び前記光変調手段を備えるとともに、各光変調手段によって変調された前記レーザ光を反射して混合する反射鏡を備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載のプロジェクションディスプレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、紫外域のレーザ光を走査して、前方もしくは後方に置かれたスクリーン上に照射することによってカラー画像を得るプロジェクションディスプレイに係り、特に、スクリーンの透明化や大型化が可能なプロジェクションディスプレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、レーザを用いたカラーディスプレイとしては、光の三原色と呼ばれる赤（Ｒｅｄ）、緑（Ｇｒｅｅｎ）、青（Ｂｌｕｅ）の３種類の可視光レーザをスクリーンに照射することによって映像を表示する方式がよく知られている。この方式は、３個の独立した可視光レーザを透明若しくは半透明、あるいは不透明の単純な構造のスクリーン上に映像を投影するというものである。ところが、この方式では、それぞれ製法の異なる３種類の半導体をレーザ光源として用いているために、各レーザ光源の寿命特性や温度特性に差が生じてしまい、その結果、初期状態において極めて精緻に調整して白色光を作り出した場合であっても、時間の経過とともに色ずれが発生することになる。この現象は、ＬＥＤで構成され、スタジアムやビルの壁面等に広告宣伝用として設置される大型のディスプレイや前述の３色を混合して白色を得る方式の液晶画面用バックライト等で特に顕著に見られるものであり、カラービニングと呼ばれている。通常、レーザを用いるディスプレイでは個々のレーザの出力をセンサで監視してフィードバックをかける方法によって、この現象に対応することができる。ただし、この方法は、センサやフィードバック回路を設置するために余分な費用が発生するため、製造コストが高くなるおそれがある。そこで、このような課題に対処するべく、従来、様々な技術が開発されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、「フラットパネルディスプレイ」という名称で、紫外線レーザ光を蛍光膜に照射することによってフルカラー映像を表示するフラットパネルディスプレイに関する発明が開示されている。
特許文献１に開示された発明は、半導体レーザダイオードから放射された後、集光レンズで集光された紫外線レーザ光をポリゴンミラーや平面ミラーで反射して、赤、緑、青の３原色からなる蛍光体が設けられた蛍光膜上を走査させることを特徴としている。
このような構造のフラットパネルディスプレイにおいては、紫外線レーザ光が単一の半導体レーザダイオードから出力されるため、寿命特性や温度特性に起因する出力変動は避けられないものの、カラーバランスは保たれるという利点がある。
【０００４】
また、特許文献２には、「カラーレーザディスプレイ」という名称で、レーザ光源として紫外域のレーザ光を用いたカラーレーザディスプレイに関する発明が開示されている。
特許文献２に開示された発明は、ＧａＮ系半導体を活性層に用いた半導体レーザからなり、紫外域のレーザ光を発するレーザ光源と、そのレーザ光を変調する手段と、レーザ光によって赤、緑、青にそれぞれ発色する蛍光体が各画素毎に設けられた蛍光体スクリーンからなる表示部と、蛍光体スクリーン上にレーザ光を２次元的に走査する手段とを備えるものである。
このような構造のカラーレーザディスプレイにおいては、１本の紫外レーザによって、赤、緑、青の３色が得られるため、信頼性の向上及びコストの低減を図ること可能である。
【０００５】
特許文献３には、「ディスプレイ装置」という名称で、６０インチ以上の大画面を有する蛍光体励起型のディスプレイ装置に関する発明が開示されている。
特許文献３に開示された発明は、レーザ光源装置が発生した紫外レーザビームを光変調器で変調し、その紫外レーザビームを光偏向器によってスクリーン上で２次元的に走査させるものである。なお、スクリーンは紫外レーザビームに励起されて赤、緑、青に発色する３種類の蛍光体が塗布されるとともに、この蛍光体塗布面に紫外光を透過させて可視光を反射する背面板が被着された構造となっている。また、レーザ光源装置はネオジウムレーザと、このネオジウムレーザからのレーザビームの高調波を非線形光学効果によって生成する光学素子とで構成されている。
このようなディスプレイ装置においては、赤、緑、青に発色する３種類の蛍光体が１本の紫外レーザビームによって励起されるため、カラーバランスが崩れ難い。また、蛍光体が発した可視光の漏出が背面板によって防止されるため、スクリーンの輝度が向上する。
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−２８２９０１号公報
【特許文献２】特開２０００−３１４９２０号公報
【特許文献３】特許第３０５７２５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述の従来技術である特許文献１及び特許文献２に開示された発明においては、スクリーンに設けられた蛍光体が透明であることについては何ら記載がされていない。すなわち、これらの発明は、透明なスクリーンを通してその向こう側を見ることができる、いわゆるシースルーディスプレイの用途には適さないものと考えられる。
【０００８】
上述の従来技術である特許文献３に開示された発明は、スクリーンが可視光を透過可能に構成されているため、シースルーディスプレイとして使用できるものの、スクリーンに塗布された蛍光体が空気と接触して、湿度の影響で特性が劣化してしまうという課題があった。
【０００９】
本発明はかかる従来の事情に対処してなされたものであり、スクリーンの大型化が可能であり、シースルーディスプレイとして利用できるとともに、高輝度・高画質で、かつ、長寿命のプロジェクションディスプレイを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明であるプロジェクションディスプレイは、紫外域のレーザ光を発する光源と、このレーザ光の輝度を変調する光変調手段と、この変調されたレーザ光を反射して２次元的に走査する光偏向手段と、この光偏向手段によって変調されたレーザ光が照射されるスクリーンとを備え、このスクリーンはマトリクス状に形成された透明な発光ガラス層を備え、この発光ガラス層はレーザ光に励起されて可視光を発する蛍光体を含むことを特徴とするものである。
このような構造のプロジェクションディスプレイにおいては、蛍光体が発光ガラス層の内部にあって空気と接触しないように構成されているため、湿度の影響を受け難いという作用を有する。また、透明な発光ガラス層は可視光を透過させるように作用する。
【００１１】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載のプロジェクションディスプレイにおいて、スクリーンは、タイル状に形成される複数の発光ガラスユニットから形成され、この発光ガラスユニットは、マトリクス状に形成された発光ガラス層を備えることを特徴とするものである。
このような構造のプロジェクションディスプレイにおいては、製造途中段階ではスクリーンを発光ガラスユニット単体の集まりとして取り扱えば良いため、搬送や組み立てが容易である。また、発光ガラスユニットの組み合わせ方によってスクリーンの形状やサイズが決定されるため、スクリーンを設計する際の自由度が高い。
【００１２】
請求項３記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載のプロジェクションディスプレイにおいて、スクリーンは、レーザ光を反射する透明部材によって発光ガラス層以外の領域が被覆されたことを特徴とするものである。
このような構造のプロジェクションディスプレイにおいては、紫外域のレーザ光がスクリーンの発光ガラス層以外の領域を透過しないように透明部材が防ぐという作用する。
【００１３】
請求項４記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載のプロジェクションディスプレイにおいて、スクリーンは、紫外線が透過し難い黒色部材によって発光ガラス層以外の領域が被覆されたことを特徴とするものである。
このような構造のプロジェクションディスプレイにおいては、紫外域のレーザ光がスクリーンの発光ガラス層以外の領域を透過しないように黒色部材が防ぐという作用を有する。また、黒色部材によってスクリーンに表示される画像のコントラストが高められる。
【００１４】
請求項５記載の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のプロジェクションディスプレイにおいて、光偏向手段はレーザ光を反射する少なくとも２枚の反射鏡と、これらの反射鏡が互いに連動するように所望の周波数で傾動させる駆動手段からなることを特徴とするものである。
このような構造のプロジェクションディスプレイにおいては、２枚の反射鏡がレーザ光をスクリーン上でそれぞれ水平方向及び垂直方向に走査させるという作用を有する。
【００１５】
請求項６記載の発明は、請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のプロジェクションディスプレイにおいて、レーザ光は、略２５０乃至４００ｎｍの範囲内の波長を有することを特徴とするものである。
このような構造のプロジェクションディスプレイにおいては、レーザ光の波長が短いため、蛍光体の輝度が高くなる。
【００１６】
請求項７記載の発明は、請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載のプロジェクションディスプレイにおいて、複数組の光源及び光変調手段を備えるとともに、各光変調手段によって変調されたレーザ光を反射して混合する反射鏡を備えたことを特徴とするものである。
このような構造のプロジェクションディスプレイにおいては、各光源から出力されて対応する各光変調手段によってそれぞれ変調された複数のレーザ光を反射鏡が反射して１本のレーザ光にまとめるように作用する。
【発明の効果】
【００１７】
以上説明したように、本発明の請求項１記載のプロジェクションディスプレイにおいては、湿度の影響による蛍光体の劣化が防止されるため、スクリーンの長寿命化を図ることができる。また、シースルーディスプレイとして使用することが可能である。
【００１８】
本発明の請求項２記載の発明においては、製造コストを安くすることができる。また、スクリーンを特殊な形状とすることが可能である。さらに、スクリーンの大型化も容易である。
【００１９】
本発明の請求項３記載の発明においては、有害な紫外光が外部へ漏出しないように防いで、視聴時の安全性を高めることが可能である。
【００２０】
本発明の請求項４記載の発明においては、外部へ紫外光が漏出しないため、安全に視聴することができる。また、明るい場所でも高い視認性を得ることができる。
【００２１】
本発明の請求項５記載の発明においては、回転多面鏡を用いる場合に比べて短時間で、スクリーンに照射したレーザ光を走査させることができる。従って、スクリーンの大型化が可能である。
【００２２】
本発明の請求項６記載の発明によれば、明るい場所においても高品位の表示が可能である。
【００２３】
本発明の請求項７記載の発明によれば、出力の弱い光源を使用した場合でもスクリーン上に高輝度の映像を表示させることが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明の最良の実施の形態に係るプロジェクションディスプレイの実施例について図１乃至図５を用いて説明する。
【実施例１】
【００２５】
実施例１のプロジェクションディスプレイの実施例１について図１乃至図４を用いて説明する（特に、請求項１乃至請求項６に対応）。
図１は本発明の実施の形態に係るプロジェクションディスプレイの実施例１の構成を示す模式図である。
図１に示すように、プロジェクションディスプレイ１ａは、紫外域のレーザ光７を発する光源２と、レーザ光７の輝度を変調する光変調手段３と、レーザ光７を集光するリレーレンズ４ａと、レーザ光７を所望の角度で反射する光偏向手段５と、レーザ光７が照射されるスクリーン６とを備えている。
光源２はＧａＮ系の材料からなる半導体レーザであり、２５０〜４００ｎｍ（開放系で使う場合は望ましくは３１５ｎｍから４００ｎｍ）の波長のレーザ光７を出力する。レーザ光７は、映像信号変調器１５と音響光学素子１６とで構成される光変調手段３により映像信号に応じた輝度に変調される。変調されたレーザ光７はリレーレンズ４ａを通過した後、光偏向手段５によって所望の角度で反射されてスクリーン６に照射される。なお、リレーレンズ４ａは光偏向手段５で反射されたレーザ光７がスクリーン６に正しく照射されるように、光偏向手段５に入射するレーザ光７を調整するためのものである。また、光偏向手段５は水平及び垂直な軸回りにそれぞれ傾動可能な垂直偏向鏡５ａ及び水平偏向鏡５ｂとこれらが互いに連動するように所望の周波数で傾動させる駆動手段（図示せず）とから構成されている。従って、スクリーン６に照射されるレーザ光７は、水平偏向鏡５ｂの傾動によって水平方向に走査されるとともに、垂直偏向鏡５ａの傾動によって垂直方向に走査される。これにより、レーザ光７はスクリーン６上を２次元的に走査され、その軌跡は走査線８あるいは帰線９となる。なお、垂直偏向鏡５ａと水平偏向鏡５ｂは、半導体表面に形成された鏡面が５〜１３ＭＨｚの周波数で高速に傾動する、いわゆるスキャニングＭＥＭＳデバイスによって構成されており、スクリーン６上のレーザ光７を回転多面鏡や平面鏡等を用いる場合よりも短い時間で走査できる構成となっている。従って、スクリーン６の大型化を図ることが可能である。
【００２６】
次に、スクリーン６の構造について図２乃至図４を用いて説明する。
図２（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ実施例１のプロジェクションディスプレイにおけるスクリーンの側面図及び発光ガラスユニットの正面図である。また、図３（ａ）及び（ｂ）は実施例１のプロジェクションディスプレイにおける発光ガラス層の構成を示す模式図であり、図４（ａ）及び（ｂ）は実施例１のプロジェクションディスプレイにおけるスクリーンの構成を示す模式図である。なお、図１で示した構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。
図２（ａ）に示すように、スクリーン６はタイル状に形成される複数の発光ガラスユニット１０が透明ガラス板１１の背面に透明な接着剤１２を用いて貼り付けられた構造となっている。なお、矢印Ａはレーザ光７が入射する向きを示している。また、発光ガラスユニット１０は、図２（ｂ）に示すようにマトリクス状に形成された透明な発光ガラス層１３ａを多数備えており、発光ガラスユニット１０はその端面と、端面の近傍にある発光ガラス層１３ａとの距離Ｃ，Ｄが、発光ガラス層１３ａのピッチＰ１，Ｐ２のそれぞれ１／２になるように形成されている。
このように、スクリーン６は液晶パネルやプラズマディスプレイなどとは異なり、それ自体には電気回路を一切持たず、互いに独立した複数の発光ガラスユニット１０を縦横につなぎ合わせた構造となっている。従って、例えば、８インチ程度（約１７５ｍｍ×９８ｍｍ）の発光ガラスユニット１０を縦横に５枚組み合わせて配置することによれば、４０インチサイズのスクリーン６を容易に製造することができる。また、発光ガラスユニット１０のサイズや組み合わせ枚数を種々変えることで、アスペクト比が特殊なスクリーン６も容易に製造可能である。さらに、スクリーン６の大型化も容易である。すなわち、スクリーン６の設計上の制約が少ない。また、スクリーン６を製造する途中段階においては、スクリーン６を発光ガラスユニット１０単体の集まりとして取り扱えば良いため、搬送や組み立ての作業性が良い。従って、製造コストを安くすることができる。さらに、良品の発光ガラスユニット１０を選別してつなぎ合わせることによれば、品質の高い大型のスクリーン６が容易に形成される。すなわち、スクリーン６の製造歩留まりが向上する。従って、スクリーン６を安価に製造することが可能である。加えて、発光ガラス層１３ａが透明であり、スクリーン６は可視光が透過可能な構造となっているため、例えば、自動車の前面ウィンドウに貼り付けて、走行速度やエンジンの回転数、燃料の残量及び地図などのデータを表示する、いわゆるシースルーディスプレイとして使用することができる。
なお、本実施例では発光ガラスユニット１０を透明ガラス板１１に貼り付けているが、スクリーン６の構造はこれに限定されるものでなない。すなわち、スクリーン６は、透明ガラス板１１の代わりに透明なプラスチック板又はフィルムに発光ガラスユニット１０を貼り付けた構造としても良い。
【００２７】
図３（ａ）に示すように、発光ガラス層１３ａは紫外線によって励起されて赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のいわゆる光の三原色をそれぞれ発する蛍光体１４ａ〜１４ｃが横一線に配置されたトリプレット配列によって形成されている。なお、蛍光体１４ａ〜１４ｃの配列は必ずしもこれに限定されるものではない。例えば、図３（ｂ）に示すように、蛍光体１４ａ，１４ｂの下方に蛍光体１４ｂ，１４ｃが配置されたクアッド配列によって形成される発光ガラス層１３ｂを用いて発光ガラスユニット１０を構成することもできる。
【００２８】
図４（ａ）に示すように、スクリーン６に用いられる発光ガラスユニット１０は前面に透明な紫外光反射フィルム１７が貼り付けられるとともに、背面に透明な紫外光反射膜１８が発光ガラス層１３ａ以外の領域を覆うように形成されている。ここで、矢印Ａはレーザ光７が入射する向きを示しており、矢印Ｂは視聴者が観察する向きを示している。なお、紫外光反射膜１８は、例えば、鉄（Ｆｅ）を発光ガラスユニット１０の母材に塗布して吸着させることによって形成することができる。そして、その吸着方法については、後述する蛍光体１４ａ等を形成する金属成分の吸着方法と同様の方法により行うことができる。また、図４（ｂ）に示すように、スクリーン６は、発光ガラスユニット１０の背面に紫外光反射膜１８の代わりに、紫外光を透過し難い黒色膜１９によって発光ガラス層１３ａ以外の領域を覆われた構成とすることもできる。さらに、紫外光反射フィルム１７の代わりに紫外光を反射する透明なガラスを発光ガラスユニット１０の前面に貼り付けた構造としても良い。
このような構造によれば、紫外域のレーザ光７は紫外光反射フィルム１７や紫外光反射膜１８あるいは黒色膜１９を透過しないため、外部へのレーザ光７の漏出が防止される。従って、視聴時の安全性を高めることができる。また、黒色膜１９によって画像のコントラストが高まるため、スクリーン６に表示される画像の視認性が向上する。
【００２９】
発光ガラス層１３ａは、母材である高ケイ酸ガラス中に、蛍光体１４ａ〜１４ｃを形成する金属成分を所定の画素パターンで吸着させた後、還元性雰囲気中で焼成する方法によって製造される。以下、この製造方法について具体的に説明する。
まず、発光ガラス層１３ａの母材の原料として、ケイ素（ＳｉＯ２）を９６重量％程度以上、好ましくは９８重量％程度以上含有するとともに、多数の細孔を有する酸化物ガラスを用いる。なお、細孔径が大きすぎると、金属成分の吸着速度が遅くなり、逆に、細孔径が小さすぎると、ドープする金属成分の量が不足するおそれがあることから、平均細孔径は２〜８ｎｍ程度、好ましくは３〜６ｎｍ程度とする。また、空隙率が低すぎると、多孔質ケイ酸ガラスに金属成分が十分に吸着されず、逆に、空隙率が高すぎると、多孔質ケイ酸ガラスに割れが生じ易くなってしまうため、多孔質ケイ酸ガラスの空隙率を２５〜４５％程度とする。
ここで、本願明細書における平均細孔径は窒素吸着法によって求めた値であり、空隙率は多孔質ケイ酸ガラスの重量及び体積の測定値に基づいて、ケイ素の密度より空隙部分の割合を求めた値である。
【００３０】
このような構造の多孔質ケイ酸ガラスは、例えば、アルカリホウケイ酸塩ガラスに熱処理を施してＳｉＯ２を主成分とする不溶相（ケイ酸相）と、Ｂ２Ｏ３を主成分とする可溶相（ホウ酸相）とに分相させた後、酸処理を施してアルカリ成分及びホウ酸等を溶出させることによって得ることができる。
具体的には、まず、ＳｉＯ２を４５〜６０重量％程度、Ｂ２Ｏ３を２４〜４０重量％程度、アルカリ金属酸化物を５〜１０重量％程度、Ａｌ２Ｏ３を１〜４重量％程度、ＣａＯを２〜６重量％程度含有する原料を混合し、酸素を含む雰囲気中で１３５０〜１４５０℃程度の温度で加熱して溶融させた後、冷却することによりアルカリホウケイ酸塩ガラスを形成する。次に、酸素を含む雰囲気中でアルカリホウケイ酸塩ガラスを５５０〜６５０℃程度の温度で２０〜８０時間程度加熱してケイ酸相とホウ酸相とに分相させる。さらに、分相処理を施したアルカリホウケイ酸塩ガラスを硝酸、塩酸、硫酸などの無機酸が０．５〜２規定程度の濃度で含まれる酸水溶液中に８０〜１００℃程度の温度条件で浸漬させる。その結果、アルカリホウケイ酸塩ガラスからホウ酸相が溶出して多孔質ケイ酸ガラスとなる。なお、浸漬時間が短すぎると、ホウ酸相が十分に溶出せず、逆に、長すぎると、ガラスに割れが生じ易くなることから、本実施例では浸漬時間を１６〜４０時間程度とすることが望ましい。また、酸処理は２回以上繰り返して行っても良い。さらに、母材とする多孔質ケイ酸ガラスの厚さは１〜２ｍｍ程度とすると良いが、特に限定されるものではなく、適宜変更可能である。
【００３１】
次に、多孔質ケイ酸ガラスに蛍光体１４ａ〜１４ｃを形成する金属成分を吸着させる方法について説明する。
蛍光体１４ａの金属成分としてＳｍ２＋、Ｍｎ２＋、Ｅｕ３＋などを用い、蛍光体１４ｂの金属成分としてＴｂ３＋、Ｃｕ＋ などを用い、蛍光体１４ｃの金属成分としてＥｕ２＋、Ｓｎ２＋ などを用いる。これらの金属成分は単独で用いても良いが、他イオンを共存させると発光強度が増加することから、例えば、Ｅｕ３＋とＹ３＋、Ｔｂ３＋とＣｅ３＋のような他イオンを共ドープさせることが望ましい。ドープする金属成分の量は、５０〜２０００ｐｐｍ程度、好ましくは、２００〜５００ｐｐｍ程度とする。
そして、所定のマスクパターンを有するポリマーマスクを貼り付けた多孔質ケイ酸ガラスをこれらの金属成分を含む溶液中に浸漬させる。なお、多孔質ケイ酸ガラスを浸漬させる代わりに、この溶液を多孔質ケイ酸ガラスに塗布しても良い。また、所定のマスクパターンを形成した多孔質ケイ酸ガラスに化学気相成長法（ＣＶＤ）やスパッタ等の気相法を利用して金属成分をドープさせることもできる。
金属成分を含む溶液として、目的とする発光色に応じた金属成分を含む硝酸塩、酸化物、塩化物、炭酸塩、硫酸塩、有機金属塩等の化合物、これら化合物の水和物等を溶解した溶液を用いる。そして、溶媒には、水、有機溶媒などを用いる。
金属成分を含む化合物の濃度は０．１〜１０重量％程度とする。ただし、金属成分の濃度が高すぎると、焼成時にガラス表面へ金属成分が析出したり、曇りが発生したりするおそれがある。また、濃度が低すぎるとガラスへの金属成分の吸着が不十分となり易い。
なお、多孔質ケイ酸ガラスに金属成分を吸着させた後、一旦これを乾燥し、再び金属成分を吸着させることもできる。また、この金属成分吸着工程と乾燥工程は、複数回繰り返して行っても良い。この場合、多孔質ケイ酸ガラスに金属成分が確実に吸着されることになる。
さらに、金属成分の吸着深さは、浸漬時間や塗布後の放置時間等の調整により制御可能である。すなわち、必要とする発光の程度に応じて金属成分の吸着深さを決めることができる。本実施例では、金属成分の吸着深さを５０〜２００μｍ程度としている。
【００３２】
このようにして金属成分が吸着された多孔質ケイ酸ガラスを焼成すると、細孔が消失するとともに、全体が収縮して透明なガラスとなる。なお、このときの焼成温度は９００〜１６００℃程度に設定する。これにより、多孔質ケイ酸ガラスの孔径や表面状態等が適切に制御される。従って、紫外光の透過性、耐熱性、化学的耐久性、機械的強度等に優れ、かつ、強い蛍光を発する発光ガラス層１３ａを得ることができる。これに対し、焼成温度を９００℃より低く設定すると、十分な蛍光を発する発光ガラス層１３ａが得られない。また、焼成温度を１６００℃より高く設定すると、焼成時に基質のガラスが軟化するおそれがある。
焼成時の雰囲気については、還元性雰囲気とすることが望ましい。この場合、大気中などの酸化雰囲気中で焼成する場合に比べて、発光強度の大きい発光ガラス層１３ａを得ることができる。これは、金属成分とガラスとの界面の状態が還元性雰囲気中で焼成する場合と酸化雰囲気中で焼成する場合とで異なるためと考えられる。なお、還元性雰囲気中で焼成するには、例えば、水素ガス等の還元性ガスの雰囲気中で焼成するか、あるいはカーボンを入れたアルミナるつぼ中で焼成すれば良い。
焼成時間は３０分〜３時間程度とすることが望ましい。ただし、これに限定されるものではなく、目的とする焼成の程度に応じて適宜変更可能である。なお、焼成時間が極端に短すぎる場合には細孔が十分に消失しないおそれがあるため、注意が必要である。
焼成後のガラスは、例えば、一定温度の恒温槽内に設置する、あるいは大気中に放置するなどして冷却する必要がある。なお、放冷する代わりに、強制的に短時間で冷却しても良い。この場合、ガラスマトリックスと金属成分との反応が防止され、より強い蛍光を発する発光ガラス層１３ａが得られる。本実施例では、冷却速度を５℃／秒程度以上、好ましくは１０℃／秒程度以上とする。ただし、これに限定されるものではなく、適宜設定可能である。
【００３３】
以上の方法によって、ＳｉＯ２を９６重量％程度以上、Ｂ２Ｏ３を０．５〜３重量％程度、Ａｌ２Ｏ３を０．１〜１．５重量％程度含有する発光ガラス層１３ａが得られる。このとき、蛍光体１４ａ〜１４ｃを形成する金属成分は、母材とする多孔質ケイ酸ガラスの細孔部の焼結によって形成されるシリカ相の界面部分に凝集することなく均一に分散した状態で存在している。従って、発光ガラス層１３ａにおいては、紫外光が可視光へ高効率で変換される。すなわち、この発光ガラス層１３ａを用いることによれば、高輝度の表示が可能なスクリーン６を製造することができるのである。なお、発光ガラス層１３ａは、ガラス母体が安定な酸化物ガラスであるため、耐熱性、化学的耐久性、機械的強度等に優れている。従って、紫外光の照射による欠陥が発生し難い。また、発光ガラス層１３ａには、多量のケイ素が含まれているため、ガラス母体は紫外光の透過率が高く、短波長の光によっても蛍光体１４ａ〜１４ｃが容易に励起される。さらに、発光ガラス層１３ａは、透明性に優れているため、シースルーデバイス用のスクリーンに用いることができる。
【実施例２】
【００３４】
実施例２のプロジェクションディスプレイについて図５を用いて説明する（特に、請求項７に対応）。
図５は本発明の実施の形態に係るプロジェクションディスプレイの実施例２の構成を示す模式図である。なお、図１に示した構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。
図５に示すように、本実施例のプロジェクションディスプレイ１ｂは、実施例１のプロジェクションディスプレイ１ａにおいて蛍光体１４ａ〜１４ｃにそれぞれ対応する光源２ａ〜２ｃ、映像信号変調器１５ａ〜１５ｃ及び音響光学素子１６ａ〜１６ｃと、反射鏡２０ａ，２０ｂと、リレーレンズ４ｂとを備えたことを特徴としている。
このような構造のプロジェクションディスプレイ１ｂにおいては、光源２ａから出力されて映像信号変調器１５ａ及び音響光学素子１６ａによって変調されたレーザ光７ａと、光源２ｂから出力されて映像信号変調器１５ｂ及び音響光学素子１６ｂによって変調されたレーザ光７ｂとが反射鏡２０ａ，２０ｂによって反射されて、光源２ｃから出力されて映像信号変調器１５ｃ及び音響光学素子１６ｃによって変調されたレーザ光７ｃに混合された後、１本のレーザ光７ｄとなってリレーレンズ４ｂを通過して光偏向手段５に達する。このとき、レーザ光７ｄは、実施例１のように光源２を単独で用いた場合のレーザ光７の３倍の強度となる。すなわち、本実施例によれば、光源の出力が弱い場合にも高輝度の映像をスクリーン６に表示させることが可能となるのである。
【００３５】
なお、光源２ａ〜２ｃ、映像信号変調器１５ａ〜１５ｃ及び音響光学素子１６ａ〜１６ｃを配置する順番は図５に示される場合に限定されるものではなく、適宜変更可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
以上説明したように、請求項１乃至請求項７に記載された発明は、ショーウィンドウや自動車の窓ガラス等に映像を表示するシースルータイプのディスプレイや大型テレビに対して適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施の形態に係るプロジェクションディスプレイの実施例１の構成を示す模式図である。
【図２】（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ実施例１のプロジェクションディスプレイにおけるスクリーンの側面図及び発光ガラスユニットの正面図である。
【図３】（ａ）及び（ｂ）は実施例１のプロジェクションディスプレイにおける発光ガラス層の構成を示す模式図である。
【図４】（ａ）及び（ｂ）は実施例１のプロジェクションディスプレイにおけるスクリーンの構成を示す模式図である。
【図５】本発明の実施の形態に係るプロジェクションディスプレイの実施例２の構成を示す模式図である。
【符号の説明】
【００３８】
１ａ，１ｂ…プロジェクションディスプレイ  ２…光源  ２ａ〜２ｃ…光源    ３…光変調手段  ４ａ，４ｂ…リレーレンズ  ５…光偏向手段  ５ａ…垂直偏向鏡  ５ｂ…水平偏向鏡  ６…スクリーン  ７…レーザ光  ７ａ〜７ｄ…レーザ光  ８…走査線  ９…帰線  １０…発光ガラスユニット  １１…透明ガラス板  １２…接着剤  １３ａ，１３ｂ…発光ガラス層  １４ａ〜１４ｃ…蛍光体  １５…映像信号変調器  １５ａ〜１５ｃ…映像信号変調器  １６…音響光学素子  １６ａ〜１６ｃ…音響光学素子  １７…紫外光反射フィルム  １８…紫外光反射膜  １９…黒色膜  ２０ａ，２０ｂ…反射鏡  Ａ，Ｂ…矢印  Ｃ，Ｄ…距離  Ｐ１，Ｐ２…ピッチ
【図１】
2008164774.tif 000003
【図２】
2008164774.tif 000004
【図３】
2008164774.tif 000005
【図４】
2008164774.tif 000006
【図５】
2008164774.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成19年12月17日(2007.12.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
紫外域のレーザ光を発する光源と、このレーザ光の輝度を変調する光変調手段と、この変調されたレーザ光を反射して２次元的に走査する光偏向手段と、この光偏向手段によって前記変調されたレーザ光が照射されるスクリーンとを備え、このスクリーンはマトリクス状に形成された透明な発光ガラス層を備え、この発光ガラス層は前記レーザ光に励起されて可視光を発する蛍光体を含むことを特徴とするプロジェクションディスプレイ。
【請求項２】
前記スクリーンは、タイル状に形成される複数の発光ガラスユニットから形成され、この発光ガラスユニットは、マトリクス状に形成された発光ガラス層を備えることを特徴とする請求項１記載のプロジェクションディスプレイ。
【請求項３】
前記スクリーンは、前記レーザ光を反射する透明部材によって前記発光ガラス層以外の領域が被覆されたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のプロジェクションディスプレイ。
【請求項４】
前記スクリーンは、紫外光が透過し難い黒色部材によって前記発光ガラス層以外の領域が被覆されたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のプロジェクションディスプレイ。
【請求項５】
前記光偏向手段は前記レーザ光を反射する少なくとも２枚の反射鏡と、これらの反射鏡が互いに連動するように所望の周波数で傾動させる駆動手段からなることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のプロジェクションディスプレイ。
【請求項６】
前記レーザ光は、略２５０乃至４００ｎｍの範囲内の波長を有することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のプロジェクションディスプレイ。
【請求項７】
複数組の前記光源及び前記光変調手段を備えるとともに、各光変調手段によって変調された前記レーザ光を反射して混合する反射鏡を備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載のプロジェクションディスプレイ。
【請求項８】
前記蛍光体は、前記レーザ光によって励起されて可視光を発する金属成分から形成され、前記発光ガラス層は、前記金属成分が所望の画素パターンで吸着された多孔質ケイ酸ガラスの焼結体からなることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載のプロジェクションディスプレイ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
請求項６記載の発明は、請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のプロジェクションディスプレイにおいて、レーザ光は、略２５０乃至４００ｎｍの範囲内の波長を有することを特徴とするものである。
このような構造のプロジェクションディスプレイにおいては、レーザ光の波長が短いため、蛍光体の輝度が高くなる。
また、請求項７記載の発明は、請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載のプロジェクションディスプレイにおいて、複数組の光源及び光変調手段を備えるとともに、各光変調手段によって変調されたレーザ光を反射して混合する反射鏡を備えたことを特徴とするものである。
このような構造のプロジェクションディスプレイにおいては、各光源から出力されて対応する各光変調手段によってそれぞれ変調された複数のレーザ光を反射鏡が反射して１本のレーザ光にまとめるように作用する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
請求項８記載の発明は、請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載のプロジェクションディスプレイにおいて、蛍光体は、レーザ光によって励起されて可視光を発する金属成分から形成され、発光ガラス層は、金属成分が所望の画素パターンで吸着された多孔質ケイ酸ガラスの焼結体からなることを特徴とするものである。
このような構造のプロジェクションディスプレイにおいては、蛍光体を形成する金属成分が多孔質ケイ酸ガラスの細孔部の焼結によって形成されるシリカ相の界面部分に凝集することなく均一に分散する。従って、この発光ガラス層により紫外光が可視光へ高効率で変換される。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
本発明の請求項６記載の発明によれば、明るい場所においても高品位の表示が可能である。また、本発明の請求項７記載の発明によれば、出力の弱い光源を使用した場合でもスクリーン上に高輝度の映像を表示させることが可能である。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
本発明の請求項８記載の発明によれば、高輝度の表示が可能なスクリーンを製造することができる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
実施例１のプロジェクションディスプレイの実施例１について図１乃至図４を用いて説明する（特に、請求項１乃至請求項６及び請求項８に対応）。
図１は本発明の実施の形態に係るプロジェクションディスプレイの実施例１の構成を示す模式図である。
図１に示すように、プロジェクションディスプレイ１ａは、紫外域のレーザ光７を発する光源２と、レーザ光７の輝度を変調する光変調手段３と、レーザ光７を集光するリレーレンズ４ａと、レーザ光７を所望の角度で反射する光偏向手段５と、レーザ光７が照射されるスクリーン６とを備えている。
光源２はＧａＮ系の材料からなる半導体レーザであり、２５０〜４００ｎｍ（開放系で使う場合は望ましくは３１５ｎｍから４００ｎｍ）の波長のレーザ光７を出力する。レーザ光７は、映像信号変調器１５と音響光学素子１６とで構成される光変調手段３により映像信号に応じた輝度に変調される。変調されたレーザ光７はリレーレンズ４ａを通過した後、光偏向手段５によって所望の角度で反射されてスクリーン６に照射される。なお、リレーレンズ４ａは光偏向手段５で反射されたレーザ光７がスクリーン６に正しく照射されるように、光偏向手段５に入射するレーザ光７を調整するためのものである。また、光偏向手段５は水平及び垂直な軸回りにそれぞれ傾動可能な垂直偏向鏡５ａ及び水平偏向鏡５ｂとこれらが互いに連動するように所望の周波数で傾動させる駆動手段（図示せず）とから構成されている。従って、スクリーン６に照射されるレーザ光７は、水平偏向鏡５ｂの傾動によって水平方向に走査されるとともに、垂直偏向鏡５ａの傾動によって垂直方向に走査される。これにより、レーザ光７はスクリーン６上を２次元的に走査され、その軌跡は走査線８あるいは帰線９となる。なお、垂直偏向鏡５ａと水平偏向鏡５ｂは、半導体表面に形成された鏡面が５〜１３ＭＨｚの周波数で高速に傾動する、いわゆるスキャニングＭＥＭＳデバイスによって構成されており、スクリーン６上のレーザ光７を回転多面鏡や平面鏡等を用いる場合よりも短い時間で走査できる構成となっている。従って、スクリーン６の大型化を図ることが可能である。