(57)【要約】従来、レーザを用いたディスプレイ装置では、短波長の青色光源や長波長の赤色光源では視感度が低下するために比較的長波長の青色光源や比較的短波長の赤色光源が用いられてきた。このため、表示可能な色範囲が制限される、白色表示時に大きな光出力が必要になるなどの課題があった。  よって、本発明の二次元画像表示装置は、赤色光源の中心波長を６３５ｎｍ以上６５５ｎｍ以下に、青色光源の中心波長を４２０ｎｍ以上４５５ｎｍ以下に設定することで、より低消費電力で明るく、色鮮やかな画像を得る。【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤色光を出射する赤色光源と、
緑色光を出射する緑色光源と、
青色光を出射する青色光源と、
前記３色の光源からの光を用いて二次元の画像を形成する手段とを備え、
前記青色光源の中心波長が４２０ｎｍ以上４５５ｎｍ以下である、
ことを特徴とする二次元画像表示装置。
【請求項２】
請求項１記載の二次元画像表示装置において、
前記赤色光源の中心波長が６３５ｎｍ以上６５５ｎｍ以下であり、
前記緑色光源の中心波長が５０５ｎｍ以上５５０ｎｍ以下である、
ことを特徴とする二次元画像表示装置。
【請求項３】
請求項１記載の二次元画像表示装置において、
白色表示時の前記青色光源の光出力と前記緑色光源の光出力との比が０．５：１以上、４：１以下であり、
白色表示時の前記赤色光源の光出力と前記緑色光源の光出力との比が０．４：１以上、１．３：１以下である、
ことを特徴とする二次元画像表示装置。
【請求項４】
請求項１記載の二次元画像表示装置において、
前記赤色光源の中心波長が６３５ｎｍ以上６５５ｎｍ以下である、
ことを特徴とする二次元画像表示装置。
【請求項５】
請求項１記載の二次元画像表示装置において、
前記緑色光源の中心波長が５０５ｎｍ以上５５０ｎｍ以下である、
ことを特徴とする二次元画像表示装置。
【請求項６】
請求項１に記載の二次元画像表示装置において、
前記青色光源の中心波長が４４０ｎｍ以上４５５ｎｍ以下である、
ことを特徴とする二次元画像表示装置。
【請求項７】
請求項１に記載の二次元画像表示装置において、
前記青色光源の中心波長が４４０ｎｍ以下である、
ことを特徴とする二次元画像表示装置。
【請求項８】
請求項１に記載の二次元画像表示装置において、
前記青色光源が窒化ガリウムをベースとした半導体レーザである、
ことを特徴とする二次元画像表示装置。
【請求項９】
請求項１に記載の二次元画像表示装置において、
前記赤色光源がＡｌＧａＩｎＰをベースにした半導体レーザである、
ことを特徴とする二次元画像表示装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の二次元画像表示装置において、
前記各光源は、その出射光が半導体レーザ光源と同等、またはそれ以下のスペクトル幅を有することを特徴とする二次元画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、二次元画像表示装置に関するものであり、特に、映像プロジェクタ、テレビ受像機、液晶パネルなどの映像表示装置の改良を図ったものに関する。
【背景技術】
【０００２】  近年、高圧水銀放電ランプを光源とした二次元画像表示装置として画像投写装置が普及してきている。この装置は高圧水銀放電ランプからの出射光を、波長選択ミラーで赤色光（長波長光）、緑色光（中間波長光）、青色光（短波長光）に分割し、それぞれの色の光を個別に液晶パネルで変調し、ダイクロイックプリズムにて合波して、投写レンズにてスクリーンにカラー画像を投写するものである。ところが、ランプの発光スペクトルは可視域全体に及び、波長選択ミラーで分割された光のスペクトルは１００ｎｍを超える比較的広いスペクトル幅を持つ。このため、鮮やかな純色を表示できない。よって、より鮮やかな色表現が可能なレーザディスプレイが注目されている。これは、赤色、緑色、青色の３種のレーザ光源を用いたもので、例えば図９のような構成をとる。【０００３】  図９において、２００はレーザディスプレイであり、ＲＧＢ３色のレーザ光を出射するレーザ光源１ａ〜１ｃと、光を拡散する拡散板６ａ〜６ｃと、前記レーザ光源１ａ〜１ｃから出力された各レーザ光を前記拡散板６ａ〜６ｃに照射する光学系とを有している。前記レーザディスプレイ２００は、前記各拡散板６ａ〜６ｃを揺動する拡散板揺動手段１３ａ〜１３ｃと、前記拡散板揺動手段１３ａ〜１３ｃで拡散された前記各レーザ光源１ａ〜１ｃからの光を変調する空間光変調素子７ａ〜７ｃとを有している。前記レーザディスプレイ２００は、前記各空間光変調素子７ａ〜７ｃを通過した光を合波するダイクロイックプリズム９と、前記ダイクロイックプリズム９により合波された光をスクリーン１１上に拡大投写する投写レンズ１０とを有している。【０００４】  ここで、前記レーザ光源１ａは、赤色レーザ光を出射する赤色レーザ光源である。この赤色レーザ光源１ａに対応する光学系は、前記レーザ光源１ａから出射された光を拡大するビームエキスパンダ２ａと、前記ビームエキスパンダ２ａにより拡大された光の面内強度分布を均一化する光インテグレータ３ａとを有している。また、この光学系は、前記光インテグレータ３ａからの光を集光する集光レンズ１２ａと、前記集光レンズ１２ａにより集光された光を反射するミラー１５ａと、該ミラー１５ａからの反射光を収束ビームに変換して拡散板６ａに照射するフィールドレンズ８ａとを有している。【０００５】  前記レーザ光源１ｂは、緑色レーザ光を出射する緑色レーザ光源である。この緑色レーザ光源１ｂに対応する光学系は、前記レーザ光源１ｂから出射された光を拡大するビームエキスパンダ２ｂと、前記ビームエキスパンダ２ｂにより拡大された光の断面強度分布を均一化する光インテグレータ３ｂとを有している。また、この光学系は、前記光インテグレータ３ｂからの光を集光する集光レンズ１２ｂと、前記集光レンズ１２ｂにより集光された光を収束ビームに変換して拡散板６ｂに照射するフィールドレンズ８ｂとを有している。【０００６】  前記レーザ光源１ｃは、青色レーザ光を出射する青色レーザ光源である。この青色レーザ光源１ｃに対応する光学系は、前記レーザ光源１ｃから出射された光を拡大するビームエキスパンダ２ｃと、前記ビームエキスパンダ２ｃにより拡大された光の断面強度分布を均一化する光インテグレ��タ３ｃとを有している。また、この光学系は、前記光インテグレータ３ｃからの光を集光する集光レンズ１２ｃと、前記集光レンズ１２ｃにより集光された光を反射するミラー１５ｃと、該ミラー１５ｃからの反射光を収束ビームに変換して拡散板６ｃに照射するフィールドレンズ８ｃとを有している。【０００７】  次に動作について説明する。
赤色、緑色、青色レーザ光源１ａ、１ｂ、１ｃからの光はそれぞれビームエキスパンダ２ａ，２ｂ，２ｃで拡大されて光インテグレータ３ａ，３ｂ，３ｃ及び集光レンズ１２ａ，１２ｂ，１２ｃを通過し、赤色光および青色光についてはミラー１５ａおよび１５ｃにより光路を９０度曲げられた後、フィールドレンズ８ａ，８ｂ，８ｃ、拡散板６ａ，６ｂ，６ｃを介して空間光変調素子７ａ，７ｂ，７ｃを照射する。この間、光は、光インテグレータ３ａ，３ｂ，３ｃを通過することで空間光変調素子７ａ，７ｂ，７ｃ上での照度分布が均一になる。空間光変調素子７ａ，７ｂ，７ｃでそれぞれ独立に変調された光はダイクロイックプリズム９で合波され、投写レンズ１０にて拡大投射されてスクリーン１１上に結像される。その際、レーザ光は可干渉性が高いため、スクリーンに投写された像にはスペックルノイズが重畳される。これを防ぐために拡散板６ａ，６ｂ，６ｃを拡散板移動手段１３ａ，１３ｂ，１３ｃにて揺動し、スペックルノイズを時間平均することでこれを抑圧する。【０００８】  図９の装置の最大の特徴は、レーザ光源からの光はその発光スペクトルが例えば５ｎｍ以下と非常に狭いため、それらを混色して表現できる色範囲が非常に広くなることである。これを色度図（１９３１  ＣＩＥ  ｃｈｒｏｍａｔｉｃｉｔｙ  ｄｉａｇｒａｍ）上で表現すると、図７のようになる。図中△印を頂点とする三角形で示した範囲はＮＴＳＣ規格にて規定された映像信号の色範囲を示し、○印を頂点とする三角形で示した範囲は、中心波長６３３ｎｍの赤色光源と、中心波長５３２ｎｍの緑色光源と、中心波長４５７ｎｍの青色光源とを用いたときの色範囲を示す。この色度図から分かるように、レーザディスプレイは青色領域のごく一部を除きＮＴＳＣ信号で表現可能な色の範囲（３つの△の内側の領域）よりも色の範囲（３つの○の内側の領域）が広く、鮮やかな色表現が可能である。【０００９】  ところで、特に赤色と青色の領域においては、色範囲の広さの差が画像の鮮明さ、臨場感に顕著に影響を与えるため、より長い波長の赤色光源とより短い波長の青色光源が求められる。しかし、長い波長の赤色光源や短い波長の青色光源を用いた場合には、人間の目の視感度が急激に低下するため、より大きな出力の光源を必要とする。【００１０】  このように、実用的な二次元画像表示装置を実現するには、色範囲の広さと、必要とされる光源出力とのトレードオフの関係から、それぞれの光源を最適な波長に設定する必要があると考えられてきた。例えば特許文献１によれば、二次元画像表示装置のレーザ光源として、視感度の低下が顕著にならない６３５ｎｍ以下の赤色光源と、同じく視感度の低下が顕著にならない４５５ｎｍ以上の青色光源を用いるのがよいとされている。
【特許文献１】特開平１０−２９３２６８号公報（第３頁−第７頁、図２−図６）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】  以上のようなレーザディスプレイを実現する上での大きな課題は、レーザ光源の発光効率である。従来のレーザディスプレイにはヘリウムネオンレーザ、クリプトンレーザなどの気体レーザを光源として用いたものや、ＹＡＧ（Ｙｔｔｒｉｕｍ  Ａｌｕｍｉｎｕｍ  Ｇａｒｎｅｔ）固体レーザと非線形光学素子を組み合わせた波長変換を行うものを光源として用いたものがあった。これらの光源は比較的発光効率が低く、明るい大画面ディスプレイを実現するには光源サイズや消費電力が大きくなるという欠点があった。このため装置全体が大規模になり、実用的なレーザディスプレイの実現を阻んできた。【００１２】  本発明は前記従来の課題を解決するためになされたもので、光源の消費電力が大きい、光源サイズが大きいという課題を解決できるとともに、純粋な白色の発光が可能な二次元画像表示装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】  本発明の請求項１に係る二次元画像表示装置は、赤色光を出射する赤色光源と、緑色光を出射する緑色光源と、青色光を出射する青色光源と、前記３色の光源からの光を用いて二次元の画像を形成する手段とを備え、前記青色光源の中心波長が４２０ｎｍ以上４５５ｎｍ以下であることを特徴とするものである。【００１４】  本発明の請求項２に係る二次元画像表示装置は、請求項１に係る二次元画像表示装置において、前記赤色光源の中心波長が６３５ｎｍ以上６５５ｎｍ以下であり、前記緑色光源の中心波長が５０５ｎｍ以上５５０ｎｍ以下であることを特徴とするものである。【００１５】  本発明の請求項３に係る二次元画像表示装置は、請求項１に係る二次元画像表示装置において、白色表示時の前記青色光源の光出力と前記緑色光源の光出力との比が０．５：１以上、４：１以下であり、白色表示時の前記赤色光源の光出力と前記緑色光源の光出力との比が０．４：１以上、１．３：１以下であることを特徴とするものである。【００１６】  本発明の請求項４に係る二次元画像表示装置は、請求項１記載の二次元画像表示装置において、前記赤色光源の中心波長が６３５ｎｍ以上６５５ｎｍ以下であることを特徴とするものである。【００１７】  本発明の請求項５に係る二次元画像表示装置は、請求項１記載の二次元画像表示装置において、前記緑色光源の中心波長が５０５ｎｍ以上５５０ｎｍ以下であることを特徴とするものである。【００１８】  本発明の請求項６に係る二次元画像表示装置は、請求項１に記載の二次元画像表示装置において、前記青色光源の中心波長が４４０ｎｍ以上４５５ｎｍ以下であることを特徴とするものである。【００１９】  本発明の請求項７に係る二次元画像表示装置は、請求項１に記載の二次元画像表示装置において、前記青色光源の中心波長が４４０ｎｍ以下であることを特徴とするものである。【００２０】  本発明の請求項８に係る二次元画像表示装置は、請求項１に記載の二次元画像表示装置において、前記青色光源が窒化ガリウムをベースとした半導体レーザであることを特徴とするものである。【００２１】  本発明の請求項９に係る二次元画像表示装置は、請求項１に記載の二次元画像表示装置において、前記赤色光源がＡｌＧａＩｎＰをベースにした半導体レーザであることを特徴とするものである。【００２２】  本発明の請求項１０に係る二次元画像表示装置は、請求項１に記載の二次元画像表示装置において、前記各光源は、その出射光が半導体レーザ光源と同等、またはそれ以下のスペクトル幅を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】  本発明の請求項１に係る二次元画像表示装置によれば、赤色光を出射する赤色光源と、緑色光を出射する緑色光源と、青色光を出射する青色光源と、前記３色の光源からの光を用いて二次元の画像を形成する手段とを備え、前記青色光源の中心波長が４２０ｎｍ以上４５５ｎｍ以下であるものとしたので、青色光源の中心波長を、光出力が小さく、かつ広い色範囲が得られる領域に収まるものにでき、その結果、消費電力を低減することができる。【００２４】  また、本発明の請求項２に係る二次元画像表示装置によれば、請求項１に記載の二次元画像表示装置において、前記赤色光源の中心波長が６３５ｎｍ以上６５５ｎｍ以下であり、前記緑色光源の中心波長が５０５ｎｍ以上５５０ｎｍ以下であるものとしたので、赤色光源及び緑色光源の中心波長を、光出力が小さく、比較的広い色範囲が得られる領域に収まるものにでき、その結果、消費電力を低減することができる。さらに、各光源に対して上述のような中心波長を選択することで、光出力を抑えつつ、純粋な白色の発光を実現できる。【００２５】  また、本発明の請求項３に係る二次元画像表示装置によれば、請求項１に記載の二次元画像表示装置において、白色表示時の前記青色光源の光出力と前記緑色光源の光出力との比が０．５：１以上、４：１以下であり、白色表示時の前記赤色光源の光出力と前記緑色光源の光出力との比が０．４：１以上、１．３：１以下であるものとしたので、青色光源、赤色光源及び緑色光源の中心波長を、光出力が小さく、かつ広い色範囲が得られる領域に収まるものにできる。さらに、各光源に対して上述のような中心波長を選択することにより、光出力を抑えつつ、純粋な白色の発光を実現できる。【００２６】  また、本発明の請求項４に係る二次元画像表示装置によれば、請求項１記載の二次元画像表示装置において、前記赤色光源の中心波長が６３５ｎｍ以上６５５ｎｍ以下であるものとしたので、赤色光源の中心波長を、光出力が小さく、広い色範囲が得られる領域に収まるものにできる。【００２７】  また、本発明の請求項５に係る二次元画像表示装置によれば、請求項１記載の二次元画像表示装置において、前記緑色光源の中心波長が５０５ｎｍ以上５５０ｎｍ以下であるものとしたので、緑色光源の中心波長を、光出力が小さく、広い色範囲が得られる領域に収まるものにできる。【００２８】  本発明の請求項６に係る二次元画像表示装置によれば、請求項１に記載の二次元画像表示装置において、前記青色光源の中心波長が４４０ｎｍ以上４５５ｎｍ以下であるもとしたので、青色光源の中心波長を、光出力が最小で、広い色範囲が得られる領域に収まるものにできる。【００２９】  また、本発明の請求項７に係る二次元画像表示装置によれば、請求項１に記載の二次元画像表示装置において、前記青色光源の中心波長が４４０ｎｍ以下となるようにしたので、青色光源に半導体レーザを使用する場合に、光源を高効率かつ高信頼性なものにできる。【００３０】  また、本発明の請求項８に係る二次元画像表示装置によれば、請求項１に記載の二次元画像表示装置において、前記青色光源が窒化ガリウムをベースとした半導体レーザであるものとしたので、青色光源の小型化，高効率化が��能となる。【００３１】  また、本発明の請求項９に係る二次元画像表示装置によれば、請求項１に記載の二次元画像表示装置において、前記赤色光源がＡｌＧａＩｎＰをベースにした半導体レーザであるものとしたので、赤色光源の小型化，高効率化が可能となる。【００３２】  また、本発明の請求項１０に係る二次元画像表示装置は、請求項１に記載の二次元画像表示装置において、前記各光源は、その出射光が半導体レーザ光源と同等、またはそれ以下のスペクトル幅を有するものとしたので、スペクトル幅の狭い光源によって鮮やかな色表現が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】図１は本発明の実施の形態１に係る二次元画像表示装置の概略構成例を表す図である。
【図２】図２は青色光源の波長に対する、白色表示に必要な光源出力の計算結果を表す図である。
【図３】図３は青色光源の波長に対する、白色表示に必要な光源の計算結果を表す図である。
【図４】図４は青色光源の波長に対する、白色表示に必要な光源の計算結果を表す図である。
【図５】図５は青色光源の波長に対する、白色表示に必要な光源出力の計算結果を表す図である。
【図６】図６は赤色光源の波長に対する、白色表示に必要な光源出力の計算結果を表す図である。
【図７】図７はレーザプロジェクタ及びＮＴＳＣ規格が表現可能な色範囲を表す色度図である。
【図８】図８はＡｌＧａＩｎＮ系半導体レーザの発振波長と発振閾値の関係を示す図である。
【図９】図９は従来の二次元画像表示装置の概略構成を表す図である。
【符号の説明】
【００３４】１ａ  赤色光源
１ｂ  緑色光源
１ｃ  青色光源
２ａ〜２ｃ  ビームエキスパンダ
３ａ〜３ｃ  光インテグレータ
６ａ〜６ｃ  拡散板
７ａ〜７ｃ  空間光変調素子
８ａ〜８ｃ  フィールドレンズ
９  ダイクロイックプリズム
１０  投写レンズ
１１  スクリーン
１２ａ〜１２ｃ  集光レンズ
１３ａ〜１３ｃ  拡散板移動手段
１５ａ，１５ｃ  ミラー
２１ａ  赤色半導体レーザ光源
２１ｂ  緑色レーザ光源
２１ｃ  青色半導体レーザ光源
２５ａ，２５ｃ  高周波電源
１０１  最適領域
１０２  青色出力が最小の領域
１０３，２０３  広い色範囲が得られない波長領域
１０４  青色半導体レーザの最適領域
１０５  大出力青色半導体レーザの実現が困難な領域
２０４  赤色半導体レーザの最適領域
１０６，２０１  視感度が小さい波長領域
２０５  大出力赤色半導体レーザの実現が困難な領域
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】  （実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明の実施の形態１に係る二次元画像表示装置の構成例を示す図である。図１において、１００は本発明の実施の形態１の二次元画像表示装置である。
この二次元画像表示装置１００は、図９に示す従来の二次元画像表示装置における青色光源と赤色光源に半導体レーザを用いたものである。赤色光源である赤色半導体レーザ２１ａの中心波長は６３５ｎｍ〜６５５ｎｍであり、青色光源である青色半導体レーザ２１ｃの中心波長は４２０ｎｍ〜４５５ｎｍであり、緑色レーザ２１ｂの中心波長は５０５ｎｍ〜５５０ｎｍである。また、赤色半導体レーザ２１ａ、青色半導体レーザ２１ｃはそれぞれ高周波電源２５ａ、２５ｃが接続され、発振スペクトルを広げている。【００３６】  なお、ビームエキスパンダ２ａ〜２ｃ、光インテグレータ３ａ〜３ｃ、集光レンズ１２ａ〜１２ｃによって空間光変調素子７ａ〜７ｃを照射する光学系、および、拡散板６ａ〜６ｃを拡散板揺動手段１３ａ〜１３ｃによって揺動してスペックルノイズを低減する光学系、さらにダイクロイックプリズム９、投写レンズ１０によってスクリーン１１に投影する光学系（二次元の画像を形成する手段）は従来のものと同様である。【００３７】  また、図１に示す二次元画像表示装置は青色光源及び赤色光源の一例として半導体レーザを用いているが、光源は半導体レーザに限るものではなく、出射光が半導体レーザと同等またはそれ以下のスペクトル幅を有する光源であれば良い。例えば、スーパー・ルミネスセンス・ダイオード（Ｓｕｐｅｒ  Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ  Ｄｉｏｄｅ）でも良い。光源として半導体レーザを用いない場合は、高周波電源２５ａ、２５ｃを備える必要はない。【００３８】  次に作用効果について説明する。
この実施の形態の二次元画像表示装置は、青色光源及び赤色光源（図１では、赤色半導体レーザ２１ａ及び青色半導体レーザ２１ｃ）の中心波長の範囲を最適化したものであり、以下詳しく説明する。【００３９】  まず、標準白色光源に相当する白色を、出力を抑えつつ得られるように、青色光源あるいは赤色光源の発振波長を変化させたときのそれぞれの光源に必要になる出力を計算により求めた。【００４０】  それぞれの光源に必要な最大出力は、明るい白色を表示する際に必要な出力で決まる。そのため、目の視感度だけでなく、３色それぞれの光源出力のバランスを考慮して白色表示をする際の光出力を計算した。その結果、波長に対して単調に視感度が変化する青色領域において、光源の波長に対して必要な光出力は単調な変化を示すのではなく、必要な光出力が最小となる或る最適な波長が存在することを見いだした。その結果を図２〜図５に示す。【００４１】  この図２〜図５に関する計算方法は以下の通りである。
一般に、２種の光を混色する際の合成色の色度及び光束は以下の式に従って計算できる。すなわち、色度座標が（ｘ１，ｙ１）で表されるＡ１ルーメンの光束と、色度座標が（ｘ２，ｙ２）で表されるＡ２ルーメンの光束とを混色したときの合成色の色度座標（ｘ３，ｙ３）と光束Ａ３はそれぞれ、
ｘ３＝（ｙ２＊ｘ１＊Ａ１＋ｙ１＊ｘ２＊Ａ２）／（ｙ２＊Ａ１＋ｙ１＊Ａ２）
ｙ３＝ｙ１＊ｙ２＊（ｙ１＋ｙ２）／（ｙ２＊Ａ１＋ｙ１＊Ａ２）
Ａ３＝Ａ１＋Ａ２
で表わされる。【００４２】  従って、３色の光を混色したときの光は、前記計算式を用いて、まず第１、第２の２色の光を混色したときの合成色の色度座標と光束とを計算し、さらに、前記合成色と第３の光を混色することで求めることができる。【００４３】  図２〜図５に示す光源の出力を計算する際には、以下のような手順で計算を行う。まず、それぞれの点に対応する波長の３色の光の光束を無作為に決定し、それらを混色した合成色の色度座標と光束を計算する。次に、それぞれの光束を適宜選んで混色した時の合成色の色度座標をその都度計算し、３色の合成色の色度座標が標準白色光源ｄ６５（ｄはｄａｙｌｉｇｈｔの略）の光と同じ（ｘ，ｙ）＝（０．３１３，０．３２９）となるように青色，赤色，緑色の光の光束をカットアンドトライで決定したものである。【００４４】  図２〜図５は、赤色光源の中心波長を６３５ｎｍまたは６５５ｎｍに、緑色光源の中心波長を５０５または５３５ｎｍに設定し、光源から出力される光を混色した際に全光束が１０００ルーメンになり、色度図上での座標が標準白色光源ｄ６５の色の座標と一致するときのそれぞれの光源出力を、青色光源の波長に対してプロットしたものである。ここで赤色光源の中心波長と緑色光源の中心波長を上述のように設定したのは、赤色光源では中心波長が６３５ｎｍ〜６５５ｎｍで光出力が小さく、かつ、広い色範囲が得られるからであり、緑色光源では中心波長が５０５ｎｍ〜５５０ｎｍで、光出力が小さく、かつ、広い色範囲が得られるからである。さらに、赤色光源については、表現可能な色をＮＴＳＣより拡大しようとすれば、この近傍の波長とすればよいことが図７の色度図より予測できること、なおかつこの近傍で波長を変化させたとしても、青色光源の出力のグラフの概形が定性的に変化しないこと、による。また、全光束を１０００ルーメンに設定したのは、市販のプロジェクタと同程度の明るさを確保しようとすれば、この程度の値が必要となるからである。【００４５】  図２〜図５に示すように、赤色光源の中心波長を６３５ｎｍまたは６５５ｎｍに設定しても、緑色光源の中心波長を５０５ｎｍまたは５５０ｎｍに設定しても、青色光源は、中心波長が４２０ｎｍ〜４８０ｎｍの範囲で、その出力を抑えることができることが分かった。さらに、青色光源では中心波長が４５５ｎｍ以上になると（図２〜図５の領域１０３）、広い色範囲が得られないことから、青色光源は必要な出力が小さくて済み、かつ広い色範囲が得られる４２０ｎｍ〜４５５ｎｍが最適領域（図２〜５に示す最適領域１０１）となることが分かる。また、この最適領域１０１における白色表示時の青色光源と緑色光源の出力の比はおよそ０．５：１以上４：１以下であり、白色表示時の赤色光源と緑色光源の出力の比は０．４：１以上１．３：１以下である。【００４６】  さらに、出力の観点から判断すると、出力が最小になる中心波長４４０ｎｍ〜４５５ｎｍの領域（領域１０２）が、青色光源にとってさらに好ましい領域となる。【００４７】  以上のことを総合すると、従来のレーザディスプレイ装置では比較的長波長の青色光源と比較的短波長の赤色光源を用いていたのに対し、本実施の形態１のように、青色光源の中心波長を４２０ｎｍ以上４５５ｎｍ以下とし、赤色光源の中心波長を６３５ｎｍ以上６５５ｎｍ以下とし、緑色光源の中心波長を５０５ｎｍ以上５５０ｎｍ以下とすることで、より小さい出力で純粋な白色の発光が可能で、広い色範囲が得られる二次元画像表示装置が実現可能となる。さらに、青色光源の中心波長を４４０ｎｍ以上４５５ｎｍ以下とすることで、青色光源の出力を最小になるように抑えつつ、純粋な白色の発光を得ることができる。【００４８】  そして、青色光源の最適領域１０１及び赤色光源の中心波長６３５ｎｍ〜６５５ｎｍの領域を色度図で示したものが図７におけるＤｂおよびＤｒであり、色範囲を拡大できていることが分かる。【００４９】  ここで、青色光源を半導体レーザに限定した場合について説明を行う。この場合、図２〜図５に示すように、青色光源は、視感度が小さい領域１０６と、広い色範囲が得られない領域１０３と、大出力青色半導体レーザの実現が困難な領域１０５とに挟まれた領域１０４が青色半導体レーザの最適領域となることが分かる。すなわち、領域１０４より短波長側の領域１０６で大きな出力が必要になるのは視感度が低下するためである。また４５５ｎｍより長波長側の領域１０３で大きな出力が必要になるのは、光源の色が表示色のｄ６５光源の色に接近するため、赤色光，緑色光に比べてより大きな光出力を必要とするためである。また、４５５ｎｍより長波長側の領域は大出力青色半導体レーザの実現が困難な領域でもある。このように、青色半導体レーザでは、小さい光出力で同じ明るさの映像を得るためには、光源の中心波長を４３５ｎｍ〜４５５ｎｍ程度に設定するのがよい。この領域１０４は、図２〜図５に示す、青色光源の出力が小さくて済み、広い色範囲が得られる最適領域１０１と重複することから、青色光源として半導体レーザを用いる場合でも、本発明は有効であることが分かった。【００５０】  次に、赤色光源を半導体レーザに限定する場合についても図６を用いて説明する。図６に関する計算方法は図２〜図５に関する計算方法と同様であるので説明を省略する。図６は、緑色光源の中心波長を５３２ｎｍ、青色光源の中心波長を４５７ｎｍに固定し、光源から出力される光を混色した際に全光束が１０００ルーメンになり、色度図上での位置が標準白色光源ｄ６５光源の色の座標と一致するときのそれぞれの光源の出力を赤色光源の波長に対してプロットしたものである。なお、緑色光源の中心波長を５３２ｎｍ、青色光源の中心波長を４５７ｎｍに設定したのは、これらの波長の光源がすでに市販されているからである。【００５１】  赤色光の場合、長波長側の領域２０１で視感度が低下するため、ここで計算した６１０ｎｍ以上の範囲では、波長がより短い方が光源出力はより小さくてよい。具体的には、赤色光源の出力が、青色、緑色光源出力の５倍以下で白色表示が可能となる中心波長６５５ｎｍ以下に選ぶのがよい。また光源波長が６２５ｎｍ以下の領域２０３になると色範囲がＮＴＳＣ規格程度にまで狭くなり、レーザディスプレイ装置の特徴を活かせなくなる。また、６３５ｎｍ以下の短波長領域２０５は大出力赤色半導体レーザの実現が困難な領域でもある。従って、６３５ｎｍ以上、６５５ｎｍ以下が最適領域２０４となる���この領域２０４における赤色光源と緑色光源との出力の比はおよそ１．８：１以上、５：１以下である。【００５２】  そしてこれら青色半導体レーザの最適領域１０４および赤色半導体レーザの最適領域２０４を色度図で示したものが図７におけるＤｂおよびＤｒであり、色範囲を拡大できていることが分かる。【００５３】  前記のように、より小さい光出力で明るい画像表示が可能な波長範囲の光を出力するレーザ光源としては、赤色では波長６３３ｎｍのヘリウムネオンレーザや波長６４７ｎｍのクリプトンレーザ、あるいは波長６３０ｎｍのネオジウムＹＡＧ固体レーザを基本とした波長変換レーザ、波長６３０ｎｍ〜６８０ｎｍのＡｌＧａＩｎＰ半導体レーザなどがある。【００５４】  これらのうち、ヘリウムネオンレーザ等の気体レーザと波長変換レーザは比較的発光効率が低く、明るいディスプレイを実現するには大きなレーザヘッドが必要になり、装置が大きくなる、あるいは消費電力が大きいなどの欠点がある。これに対してＡｌＧａＩｎＰ半導体レーザは、前記レーザに比べてサイズも小さく、高効率であり、装置の小型化、低消費電力化に有利である。【００５５】  近年赤色半導体レーザの高出力化の進展がめざましく、記録再生型光ディスクドライブ用として１００ｍＷを越える出力のものが実用化されている。１００インチ程度以下のプロジェクタには１〜数Ｗの光源出力が必要となるが、光ディスクドライブ用光源と異なり、プロジェクタ用光源は波面収差の制約が小さいため、発光点サイズの大きなワイドストライプ半導体レーザが利用可能になることから、１ワットを越える半導体レーザは容易に実現可能である。また半導体レーザを用いることの別の利点は、駆動電流に高周波信号を重畳することで可干渉性を低下させ、簡単にスペックルノイズを低減することができることである。【００５６】  ところで、半導体レーザの発振波長は以下のような理由で制限される。ＡｌＧａＩｎＰ結晶は、（ＡｌｘＧａ１−ｘ）０．５Ｉｎ０．５Ｐなる式でその組成が表され、この結晶を用いた赤色半導体レーザにおいては、Ａｌ組成ｘの割合を増やすことでバンドギャップ（禁制帯幅）が増大し、発振波長が短波長化する。例えばｘ＝０．７でバンドギャップ約２．３ｅＶ（波長約５４０ｎｍ）が得られる。しかしながら、ｘが大きくなる領域では、活性層へのキャリア（特に電子）の閉じ込めが不十分となり、オーバーフロー電流の増大により無効電流が増加する。その結果、高出力動作や高温動作が困難となる。この制限よりレーザディスプレイに必要な数Ｗの出力を室温条件下で得るためには、発振波長を６３５ｎｍ以上に設定すればよい。【００５７】  また、より小さい光出力で明るい画像表示が可能な波長範囲の光を出力する青色レーザ光源としては、波長４４１ｎｍのヘリウムカドミウムレーザや、ネオジウムドープＹＡＧ固体レーザと非線形光学素子とを組み合わせた波長４５７ｎｍのＳＨＧ（Ｓｅｃｏｎｄ  Ｈａｒｍｏｎｉｃ  Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ；第２高調波）レーザがある。このＳＨＧレーザは、固体レーザからのレーザ光を非線形光学素子の非線形媒質によって半波長の光にする。また波長４００ｎｍ〜４６０ｎｍの窒化ガリウム（ＡｌＧａＩｎＮ系）をベースとした半導体レーザの開発が近年盛んであり、ワットクラスのレーザが実現しつつある。これらのうち、ヘリウムカドミウムレーザとＳＨＧレーザは比較的発光効率が低く、明るいディスプレイを実現するには大きなレーザヘッドが必要になり、装置が大きくなる、あるいは消費電力が大きいなどの欠点がある。これに対してＡｌＧａＩｎＮ系半導体レーザは、前記のレーザに比べてサイズも小さく、高効率である。【００５８】  ＡｌＧａＩｎＮ系半導体レーザの中心波長はＩｎの組成比率によって変化しＩｎ組成比を高くするほど長波長の光を得ることができる。しかしながらＩｎ濃度の上昇に伴って結晶中のＩｎ偏析が多くなり、低閾値電流でレーザ発振する高効率かつ信頼性の高いＡｌＧａＩｎＮ系半導体レーザの実現は困難である。活性層領域のＩｎ濃度を変えて数種の半導体レーザを試作し、その発振波長と発振閾値電流とを測定した結果を図８に示す。図のように波長が長くなると閾値電流が大きくなるが、波長４４０ｎｍを越えると閾値上昇が顕著になり、さらに波長４５５ｎｍを越える領域では発振させることができなかった。この結果より、ＡｌＧａＩｎＮ系半導体レーザを用いて二次元画像表示装置を実現するためには波長４５５ｎｍ以下のレーザを用いるのが良い。また、閾値電流が大きい半導体レーザにおいては高出力かつ長寿命を同時に実現する事がより困難になるため、さらに好ましくは、波長４４０ｎｍ以下のレーザを用いることであり、このような波長のレーザを用いることで発振閾値が比較的小さく、高効率かつ信頼性の高い二次元画像表示装置が実現できることが分かった。【００５９】  以上を総合すると、従来のレーザディスプレイ装置では比較的長波長の青色光源と比較的短波長の赤色光源を用いていたのに対し、本実施の形態１では、青色光源の中心波長を４２０ｎｍ以上４５５ｎｍ以下とし、赤色光源の中心波長を６３５ｎｍ以上６５５ｎｍ以下とすることで小型、高効率かつ広い色範囲が得られる二次元画像表示装置が実現可能となることが分かった。またさらに望ましくは青色光源に中心波長が４２０ｎｍ以上４４０ｎｍ以下のＡｌＧａＩｎＮ系半導体レーザを用いることで、発振閾値が比較的小さく、高効率かつ信頼性の高い二次元画像表示装置が実現可能となることが分かった。【００６０】  緑色レーザについては現在１ワットを越える半導体レーザそのものの実現のめどはないが、半導体レーザ励起ネオジウムドープＹＡＧ固体レーザの出力光（波長１０６４ｎｍ）の２次高調波（波長５３２ｎｍ）を利用した光源が市販されており、半導体レーザの直接発振には及ばないものの、比較的高効率かつ小型の緑色固体レーザが利用できる。【００６１】  このようにして、光源の波長を限定することで高効率かつ低消費電力のレーザディスプレイを実現することができる。【００６２】  このように、本実施の形態１によれば、二次画像表示装置を半導体レーザにより実現する際、赤色半導体レーザ光源として中心波長６３５ｎｍ〜６５５ｎｍのものを使用し、青色半導体レーザ光源として中心波長４２０ｎｍ〜４５５ｎｍのものを使用することで、気体レーザや固体レーザを使用する際の、光源の消費電力が大きく、光源サイズが大きいという問題を解決できるとともに、より小さい��力で純粋な白色の発光が可能な二次元画像表示装置を実現することが可能となる。【００６３】  また、青色半導体レーザ光源として特に中心波長４２０ｎｍ以上、４４０ｎｍ以下のものを使用することで、青色光源の出力の増加を可能にし、しかもその信頼性を向上させることができる。【００６４】  なお、以上では投写型ディスプレイを例にとって本発明の二次元画像表示装置の説明を行ったが、本発明は、背面投写型ディスプレイにも適用することができる。またバックライトにレーザ光源を用いた液晶パネル型ディスプレイのような二次元光スイッチ型ディスプレイにも適用可能である。【００６５】  また、青色半導体レーザ光源および赤色半導体レーザ光源には、それぞれ上述のような窒化ガリウム系およびＡｌＧａＩｎＰ系の半導体レーザを使用すればよいが、他の材料系を用いて青色や赤色の発振が可能になれば他の材料系の半導体レーザを用いてもよい。この場合、半導体レーザの材料系や組成が変化することにより半導体レーザの出力特性が変化することが予想されるが、その場合でも、図２〜図６に示す半導体レーザ光源の最適領域１０４、２０４に相当する領域が存在する場合は、本発明を適用できることは言うまでもない。【００６６】  さらに、緑色光源についても半導体レーザが実現できればこれを用いるのが望ましく、その場合も出力の最適領域が存在する場合は、本発明を適用できることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００６７】  以上のように、本発明に係る二次元画像表示装置は、光源の消費電力や光源サイズを低減できるとともに、純粋な白色を発光でき、映像プロジェクタ、背面投写型テレビ受像機として有用である。このような投写型装置の他、背面照明光に同様の光源を用いることで、液晶テレビ、液晶ディスプレイのような光スイッチ型の画像表示装置にも利用可能である。
【図１】
2005062116.tif 000002
【図２】
2005062116.tif 000003
【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７】
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【図８】
2005062116.tif 000009
【図９】
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【手続補正書】
【提出日】平成18年6月22日(2006.6.22)
【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】
赤色光を出射する赤色光源と、
緑色光を出射する緑色光源と、
青色光を出射する青色光源と、
前記３色の光源からの光を用いて二次元の画像を形成する手段とを備え、
前記青色光源の中心波長が４２０ｎｍ以上４５５ｎｍ以下である、
ことを特徴とする二次元画像表示装置。
【請求項２】
請求項１記載の二次元画像表示装置において、
前記赤色光源の中心波長が６３５ｎｍ以上６５５ｎｍ以下であり、
前記緑色光源の中心波長が５０５ｎｍ以上５５０ｎｍ以下である、
ことを特徴とする二次元画像表示装置。
【請求項３】
請求項１記載の二次元画像表示装置において、
白色表示時の前記青色光源の光出力と前記緑色光源の光出力との比が０．５：１以上、４：１以下であり、
白色表示時の前記赤色光源の光出力と前記緑色光源の光出力との比が０．４：１以上、１．３：１以下である、
ことを特徴とする二次元画像表示装置。
【請求項４】
請求項１記載の二次元画像表示装置において、
前記赤色光源の中心波長が６３５ｎｍ以上６５５ｎｍ以下である、
ことを特徴とする二次元画像表示装置。
【請求項５】
請求項１記載の二次元画像表示装置において、
前記緑色光源の中心波長が５０５ｎｍ以上５５０ｎｍ以下である、
ことを特徴とする二次元画像表示装置。
【請求項６】
請求項１に記載の二次元画像表示装置において、
前記青色光源の中心波長が４４０ｎｍ以上４５５ｎｍ以下である、
ことを特徴とする二次元画像表示装置。
【請求項７】
請求項１に記載の二次元画像表示装置において、
前記青色光源の中心波長が４４０ｎｍ以下である、
ことを特徴とする二次元画像表示装置。
【請求項８】
請求項１に記載の二次元画像表示装置において、
前記青色光源が窒化ガリウムをベースとした半導体レーザである、
ことを特徴とする二次元画像表示装置。
【請求項９】
請求項１に記載の二次元画像表示装置において、
前記赤色光源がＡｌＧａＩｎＰをベースにした半導体レーザである、
ことを特徴とする二次元画像表示装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の二次元画像表示装置において、
前記各光源は、その出射光が半導体レーザ光源と同等、またはそれ以下のスペクトル幅を有することを特徴とする二次元画像表示装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次元画像表示装置に関するものであり、特に、映像プロジェクタ、テレビ受像機、液晶パネルなどの映像表示装置の改良を図ったものに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、高圧水銀放電ランプを光源とした二次元画像表示装置として画像投写装置が普及してきている。この装置は高圧水銀放電ランプからの出射光を、波長選択ミラーで赤色光（長波長光）、緑色光（中間波長光）、青色光（短波長光）に分割し、それぞれの色の光を個別に液晶パネルで変調し、ダイクロイックプリズムにて合波して、投写レンズにてスクリーンにカラー画像を投写するものである。ところが、ランプの発光スペクトルは可視域全体に及び、波長選択ミラーで分割された光のスペクトルは１００ｎｍを超える比較的広いスペクトル幅を持つ。このため、鮮やかな純色を表示できない。よって、より鮮やかな色表現が可能なレーザディスプレイが注目されている。これは、赤色、緑色、青色の３種のレーザ光源を用いたもので、例えば図９のような構成をとる。
【０００３】
図９において、２００はレーザディスプレイであり、ＲＧＢ３色のレーザ光を出射するレーザ光源１ａ〜１ｃと、光を拡散する拡散板６ａ〜６ｃと、前記レーザ光源１ａ〜１ｃから出力された各レーザ光を前記拡散板６ａ〜６ｃに照射する光学系とを有している。前記レーザディスプレイ２００は、前記各拡散板６ａ〜６ｃを揺動する拡散板揺動手段１３ａ〜１３ｃと、前記拡散板揺動手段１３ａ〜１３ｃで拡散された前記各レーザ光源１ａ〜１ｃからの光を変調する空間光変調素子７ａ〜７ｃとを有している。前記レーザディスプレイ２００は、前記各空間光変調素子７ａ〜７ｃを通過した光を合波するダイクロイックプリズム９と、前記ダイクロイックプリズム９により合波された光をスクリーン１１上に拡大投写する投写レンズ１０とを有している。
【０００４】
ここで、前記レーザ光源１ａは、赤色レーザ光を出射する赤色レーザ光源である。この赤色レーザ光源１ａに対応する光学系は、前記レーザ光源１ａから出射された光を拡大するビームエキスパンダ２ａと、前記ビームエキスパンダ２ａにより拡大された光の面内強度分布を均一化する光インテグレータ３ａとを有している。また、この光学系は、前記光インテグレータ３ａからの光を集光する集光レンズ１２ａと、前記集光レンズ１２ａにより集光された光を反射するミラー１５ａと、該ミラー１５ａからの反射光を収束ビームに変換して拡散板６ａに照射するフィールドレンズ８ａとを有している。
【０００５】
前記レーザ光源１ｂは、緑色レーザ光を出射する緑色レーザ光源である。この緑色レーザ光源１ｂに対応する光学系は、前記レーザ光源１ｂから出射された光を拡大するビームエキスパンダ２ｂと、前記ビームエキスパンダ２ｂにより拡大された光の断面強度分布を均一化する光インテグレータ３ｂとを有している。また、この光学系は、前記光インテグレータ３ｂからの光を集光する集光レンズ１２ｂと、前記集光レンズ１２ｂにより集光された光を収束ビームに変換して拡散板６ｂに照射するフィールドレンズ８ｂとを有している。
【０００６】
前記レーザ光源１ｃは、青色レーザ光を出射する青色レーザ光源である。この青色レーザ光源１ｃに対応する光学系は、前記レーザ光源１ｃから出射された光を拡大するビームエキスパンダ２ｃと、前記ビームエキスパンダ２ｃにより拡大された光の断面強度分布を均一化する光インテグレータ３ｃとを有している。また、この光学系は、前記光インテグレータ３ｃからの光を集光する集光レンズ１２ｃと、前記集光レンズ１２ｃにより集光された光を反射するミラー１５ｃと、該ミラー１５ｃからの反射光を収束ビームに変換して拡散板６ｃに照射するフィールドレンズ８ｃとを有している。
【０００７】
次に動作について説明する。
赤色、緑色、青色レーザ光源１ａ、１ｂ、１ｃからの光はそれぞれビームエキスパンダ２ａ，２ｂ，２ｃで拡大されて光インテグレータ３ａ，３ｂ，３ｃ及び集光レンズ１２ａ，１２ｂ，１２ｃを通過し、赤色光および青色光についてはミラー１５ａおよび１５ｃにより光路を９０度曲げられた後、フィールドレンズ８ａ，８ｂ，８ｃ、拡散板６ａ，６ｂ，６ｃを介して空間光変調素子７ａ，７ｂ，７ｃを照射する。この間、光は、光インテグレータ３ａ，３ｂ，３ｃを通過することで空間光変調素子７ａ，７ｂ，７ｃ上での照度分布が均一になる。空間光変調素子７ａ，７ｂ，７ｃでそれぞれ独立に変調された光はダイクロイックプリズム９で合波され、投写レンズ１０にて拡大投射されてスクリーン１１上に結像される。その際、レーザ光は可干渉性が高いため、スクリーンに投写された像にはスペックルノイズが重畳される。これを防ぐために拡散板６ａ，６ｂ，６ｃを拡散板移動手段１３ａ，１３ｂ，１３ｃにて揺動し、スペックルノイズを時間平均することでこれを抑圧する。
【０００８】
図９の装置の最大の特徴は、レーザ光源からの光はその発光スペクトルが例えば５ｎｍ以下と非常に狭いため、それらを混色して表現できる色範囲が非常に広くなることである。これを色度図（１９３１  ＣＩＥ  ｃｈｒｏｍａｔｉｃｉｔｙ  ｄｉａｇｒａｍ）上で表現すると、図７のようになる。図中△印を頂点とする三角形で示した範囲はＮＴＳＣ規格にて規定された映像信号の色範囲を示し、○印を頂点とする三角形で示した範囲は、中心波長６３３ｎｍの赤色光源と、中心波長５３２ｎｍの緑色光源と、中心波長４５７ｎｍの青色光源とを用いたときの色範囲を示す。この色度図から分かるように、レーザディスプレイは青色領域のごく一部を除きＮＴＳＣ信号で表現可能な色の範囲（３つの△の内側の領域）よりも色の範囲（３つの○の内側の領域）が広く、鮮やかな色表現が可能である。
【０００９】
ところで、特に赤色と青色の領域においては、色範囲の広さの差が画像の鮮明さ、臨場感に顕著に影響を与えるため、より長い波長の赤色光源とより短い波長の青色光源が求められる。しかし、長い波長の赤色光源や短い波長の青色光源を用いた場合には、人間の目の視感度が急激に低下するため、より大きな出力の光源を必要とする。
【００１０】
このように、実用的な二次元画像表示装置を実現するには、色範囲の広さと、必要とされる光源出力とのトレードオフの関係から、それぞれの光源を最適な波長に設定する必要があると考えられてきた。例えば特許文献１によれば、二次元画像表示装置のレーザ光源として、視感度の低下が顕著にならない６３５ｎｍ以下の赤色光源と、同じく視感度の低下が顕著にならない４５５ｎｍ以上の青色光源を用いるのがよいとされている。
【特許文献１】特開平１０−２９３２６８号公報（第３頁−第７頁、図２−図６）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
以上のようなレーザディスプレイを実現する上での大きな課題は、レーザ光源の発光効率である。従来のレーザディスプレイにはヘリウムネオンレーザ、クリプトンレーザなどの気体レーザを光源として用いたものや、ＹＡＧ（Ｙｔｔｒｉｕｍ  Ａｌｕｍｉｎｕｍ  Ｇａｒｎｅｔ）固体レーザと非線形光学素子を組み合わせた波長変換を行うものを光源として用いたものがあった。これらの光源は比較的発光効率が低く、明るい大画面ディスプレイを実現するには光源サイズや消費電力が大きくなるという欠点があった。このため装置全体が大規模になり、実用的なレーザディスプレイの実現を阻んできた。
【００１２】
本発明は前記従来の課題を解決するためになされたもので、光源の消費電力が大きい、光源サイズが大きいという課題を解決できるとともに、純粋な白色の発光が可能な二次元画像表示装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の請求項１に係る二次元画像表示装置は、赤色光を出射する赤色光源と、緑色光を出射する緑色光源と、青色光を出射する青色光源と、前記３色の光源からの光を用いて二次元の画像を形成する手段とを備え、前記青色光源の中心波長が４２０ｎｍ以上４５５ｎｍ以下であることを特徴とするものである。
【００１４】
本発明の請求項２に係る二次元画像表示装置は、請求項１に係る二次元画像表示装置において、前記赤色光源の中心波長が６３５ｎｍ以上６５５ｎｍ以下であり、前記緑色光源の中心波長が５０５ｎｍ以上５５０ｎｍ以下であることを特徴とするものである。
【００１５】
本発明の請求項３に係る二次元画像表示装置は、請求項１に係る二次元画像表示装置において、白色表示時の前記青色光源の光出力と前記緑色光源の光出力との比が０．５：１以上、４：１以下であり、白色表示時の前記赤色光源の光出力と前記緑色光源の光出力との比が０．４：１以上、１．３：１以下であることを特徴とするものである。
【００１６】
本発明の請求項４に係る二次元画像表示装置は、請求項１記載の二次元画像表示装置において、前記赤色光源の中心波長が６３５ｎｍ以上６５５ｎｍ以下であることを特徴とするものである。
【００１７】
本発明の請求項５に係る二次元画像表示装置は、請求項１記載の二次元画像表示装置において、前記緑色光源の中心波長が５０５ｎｍ以上５５０ｎｍ以下であることを特徴とするものである。
【００１８】
本発明の請求項６に係る二次元画像表示装置は、請求項１に記載の二次元画像表示装置において、前記青色光源の中心波長が４４０ｎｍ以上４５５ｎｍ以下であることを特徴とするものである。
【００１９】
本発明の請求項７に係る二次元画像表示装置は、請求項１に記載の二次元画像表示装置において、前記青色光源の中心波長が４４０ｎｍ以下であることを特徴とするものである。
【００２０】
本発明の請求項８に係る二次元画像表示装置は、請求項１に記載の二次元画像表示装置において、前記青色光源が窒化ガリウムをベースとした半導体レーザであることを特徴とするものである。
【００２１】
本発明の請求項９に係る二次元画像表示装置は、請求項１に記載の二次元画像表示装置において、前記赤色光源がＡｌＧａＩｎＰをベースにした半導体レーザであることを特徴とするものである。
【００２２】
本発明の請求項１０に係る二次元画像表示装置は、請求項１に記載の二次元画像表示装置において、前記各光源は、その出射光が半導体レーザ光源と同等、またはそれ以下のスペクトル幅を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の請求項１に係る二次元画像表示装置によれば、赤色光を出射する赤色光源と、緑色光を出射する緑色光源と、青色光を出射する青色光源と、前記３色の光源からの光を用いて二次元の画像を形成する手段とを備え、前記青色光源の中心波長が４２０ｎｍ以上４５５ｎｍ以下であるものとしたので、青色光源の中心波長を、光出力が小さく、かつ広い色範囲が得られる領域に収まるものにでき、その結果、消費電力を低減することができる。
【００２４】
また、本発明の請求項２に係る二次元画像表示装置によれば、請求項１に記載の二次元画像表示装置において、前記赤色光源の中心波長が６３５ｎｍ以上６５５ｎｍ以下であり、前記緑色光源の中心波長が５０５ｎｍ以上５５０ｎｍ以下であるものとしたので、赤色光源及び緑色光源の中心波長を、光出力が小さく、比較的広い色範囲が得られる領域に収まるものにでき、その結果、消費電力を低減することができる。さらに、各光源に対して上述のような中心波長を選択することで、光出力を抑えつつ、純粋な白色の発光を実現できる。
【００２５】
また、本発明の請求項３に係る二次元画像表示装置によれば、請求項１に記載の二次元画像表示装置において、白色表示時の前記青色光源の光出力と前記緑色光源の光出力との比が０．５：１以上、４：１以下であり、白色表示時の前記赤色光源の光出力と前記緑色光源の光出力との比が０．４：１以上、１．３：１以下であるものとしたので、青色光源、赤色光源及び緑色光源の中心波長を、光出力が小さく、かつ広い色範囲が得られる領域に収まるものにできる。さらに、各光源に対して上述のような中心波長を選択することにより、光出力を抑えつつ、純粋な白色の発光を実現できる。
【００２６】
また、本発明の請求項４に係る二次元画像表示装置によれば、請求項１記載の二次元画像表示装置において、前記赤色光源の中心波長が６３５ｎｍ以上６５５ｎｍ以下であるものとしたので、赤色光源の中心波長を、光出力が小さく、広い色範囲が得られる領域に収まるものにできる。
【００２７】
また、本発明の請求項５に係る二次元画像表示装置によれば、請求項１記載の二次元画像表示装置において、前記緑色光源の中心波長が５０５ｎｍ以上５５０ｎｍ以下であるものとしたので、緑色光源の中心波長を、光出力が小さく、広い色範囲が得られる領域に収まるものにできる。
【００２８】
本発明の請求項６に係る二次元画像表示装置によれば、請求項１に記載の二次元画像表示装置において、前記青色光源の中心波長が４４０ｎｍ以上４５５ｎｍ以下であるもとしたので、青色光源の中心波長を、光出力が最小で、広い色範囲が得られる領域に収まるものにできる。
【００２９】
また、本発明の請求項７に係る二次元画像表示装置によれば、請求項１に記載の二次元画像表示装置において、前記青色光源の中心波長が４４０ｎｍ以下となるようにしたので、青色光源に半導体レーザを使用する場合に、光源を高効率かつ高信頼性なものにできる。
【００３０】
また、本発明の請求項８に係る二次元画像表示装置によれば、請求項１に記載の二次元画像表示装置において、前記青色光源が窒化ガリウムをベースとした半導体レーザであるものとしたので、青色光源の小型化，高効率化が可能となる。
【００３１】
また、本発明の請求項９に係る二次元画像表示装置によれば、請求項１に記載の二次元画像表示装置において、前記赤色光源がＡｌＧａＩｎＰをベースにした半導体レーザであるものとしたので、赤色光源の小型化，高効率化が可能となる。
【００３２】
また、本発明の請求項１０に係る二次元画像表示装置は、請求項１に記載の二次元画像表示装置において、前記各光源は、その出射光が半導体レーザ光源と同等、またはそれ以下のスペクトル幅を有するものとしたので、スペクトル幅の狭い光源によって鮮やかな色表現が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明の実施の形態１に係る二次元画像表示装置の構成例を示す図である。図１において、１００は本発明の実施の形態１の二次元画像表示装置である。
この二次元画像表示装置１００は、図９に示す従来の二次元画像表示装置における青色光源と赤色光源に半導体レーザを用いたものである。赤色光源である赤色半導体レーザ２１ａの中心波長は６３５ｎｍ〜６５５ｎｍであり、青色光源である青色半導体レーザ２１ｃの中心波長は４２０ｎｍ〜４５５ｎｍであり、緑色レーザ２１ｂの中心波長は５０５ｎｍ〜５５０ｎｍである。また、赤色半導体レーザ２１ａ、青色半導体レーザ２１ｃはそれぞれ高周波電源２５ａ、２５ｃが接続され、発振スペクトルを広げている。
【００３４】
なお、ビームエキスパンダ２ａ〜２ｃ、光インテグレータ３ａ〜３ｃ、集光レンズ１２ａ〜１２ｃによって空間光変調素子７ａ〜７ｃを照射する光学系、および、拡散板６ａ〜６ｃを拡散板揺動手段１３ａ〜１３ｃによって揺動してスペックルノイズを低減する光学系、さらにダイクロイックプリズム９、投写レンズ１０によってスクリーン１１に投影する光学系（二次元の画像を形成する手段）は従来のものと同様である。
【００３５】
また、図１に示す二次元画像表示装置は青色光源及び赤色光源の一例として半導体レーザを用いているが、光源は半導体レーザに限るものではなく、出射光が半導体レーザと同等またはそれ以下のスペクトル幅を有する光源であれば良い。例えば、スーパー・ルミネスセンス・ダイオード（Ｓｕｐｅｒ  Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ  Ｄｉｏｄｅ）でも良い。光源として半導体レーザを用いない場合は、高周波電源２５ａ、２５ｃを備える必要はない。
【００３６】
次に作用効果について説明する。
この実施の形態の二次元画像表示装置は、青色光源及び赤色光源（図１では、赤色半導体レーザ２１ａ及び青色半導体レーザ２１ｃ）の中心波長の範囲を最適化したものであり、以下詳しく説明する。
【００３７】
まず、標準白色光源に相当する白色を、出力を抑えつつ得られるように、青色光源あるいは赤色光源の発振波長を変化させたときのそれぞれの光源に必要になる出力を計算により求めた。
【００３８】
それぞれの光源に必要な最大出力は、明るい白色を表示する際に必要な出力で決まる。そのため、目の視感度だけでなく、３色それぞれの光源出力のバランスを考慮して白色表示をする際の光出力を計算した。その結果、波長に対して単調に視感度が変化する青色領域において、光源の波長に対して必要な光出力は単調な変化を示すのではなく、必要な光出力が最小となる或る最適な波長が存在することを見いだした。その結果を図２〜図５に示す。
【００３９】
この図２〜図５に関する計算方法は以下の通りである。
一般に、２種の光を混色する際の合成色の色度及び光束は以下の式に従って計算できる。すなわち、色度座標が（ｘ１，ｙ１）で表されるＡ１ルーメンの光束と、色度座標が（ｘ２，ｙ２）で表されるＡ２ルーメンの光束とを混色したときの合成色の色度座標（ｘ３，ｙ３）と光束Ａ３はそれぞれ、
ｘ３＝（ｙ２＊ｘ１＊Ａ１＋ｙ１＊ｘ２＊Ａ２）／（ｙ２＊Ａ１＋ｙ１＊Ａ２）
ｙ３＝ｙ１＊ｙ２＊（ｙ１＋ｙ２）／（ｙ２＊Ａ１＋ｙ１＊Ａ２）
Ａ３＝Ａ１＋Ａ２
で表わされる。
【００４０】
従って、３色の光を混色したときの光は、前記計算式を用いて、まず第１、第２の２色の光を混色したときの合成色の色度座標と光束とを計算し、さらに、前記合成色と第３の光を混色することで求めることができる。
【００４１】
図２〜図５に示す光源の出力を計算する際には、以下のような手順で計算を行う。まず、それぞれの点に対応する波長の３色の光の光束を無作為に決定し、それらを混色した合成色の色度座標と光束を計算する。次に、それぞれの光束を適宜選んで混色した時の合成色の色度座標をその都度計算し、３色の合成色の色度座標が標準白色光源ｄ６５(ｄはdaylightの略)の光と同じ（ｘ，ｙ）＝（０．３１３，０．３２９）となるように青色，赤色，緑色の光の光束をカットアンドトライで決定したものである。
【００４２】
図２〜図５は、赤色光源の中心波長を６３５ｎｍまたは６５５ｎｍに、緑色光源の中心波長を５０５または５３５ｎｍに設定し、光源から出力される光を混色した際に全光束が１０００ルーメンになり、色度図上での座標が標準白色光源ｄ６５の色の座標と一致するときのそれぞれの光源出力を、青色光源の波長に対してプロットしたものである。ここで赤色光源の中心波長と緑色光源の中心波長を上述のように設定したのは、赤色光源では中心波長が６３５ｎｍ〜６５５ｎｍで光出力が小さく、かつ、広い色範囲が得られるからであり、緑色光源では中心波長が５０５ｎｍ〜５５０ｎｍで、光出力が小さく、かつ、広い色範囲が得られるからである。さらに、赤色光源については、表現可能な色をＮＴＳＣより拡大しようとすれば、この近傍の波長とすればよいことが図７の色度図より予測できること、なおかつこの近傍で波長を変化させたとしても、青色光源の出力のグラフの概形が定性的に変化しないこと、による。また、全光束を１０００ルーメンに設定したのは、市販のプロジェクタと同程度の明るさを確保しようとすれば、この程度の値が必要となるからである。
【００４３】
図２〜図５に示すように、赤色光源の中心波長を６３５ｎｍまたは６５５ｎｍに設定しても、緑色光源の中心波長を５０５ｎｍまたは５５０ｎｍに設定しても、青色光源は、中心波長が４２０ｎｍ〜４８０ｎｍの範囲で、その出力を抑えることができることが分かった。さらに、青色光源では中心波長が４５５ｎｍ以上になると（図２〜図５の領域１０３）、広い色範囲が得られないことから、青色光源は必要な出力が小さくて済み、かつ広い色範囲が得られる４２０ｎｍ〜４５５ｎｍが最適領域（図２〜５に示す最適領域１０１）となることが分かる。また、この最適領域１０１における白色表示時の青色光源と緑色光源の出力の比はおよそ０．５：１以上４：１以下であり、白色表示時の赤色光源と緑色光源の出力の比は０．４：１以上１．３：１以下である。
【００４４】
さらに、出力の観点から判断すると、出力が最小になる中心波長４４０ｎｍ〜４５５ｎｍの領域（領域１０２）が、青色光源にとってさらに好ましい領域となる。
【００４５】
以上のことを総合すると、従来のレーザディスプレイ装置では比較的長波長の青色光源と比較的短波長の赤色光源を用いていたのに対し、本実施の形態１のように、青色光源の中心波長を４２０ｎｍ以上４５５ｎｍ以下とし、赤色光源の中心波長を６３５ｎｍ以上６５５ｎｍ以下とし、緑色光源の中心波長を５０５ｎｍ以上５５０ｎｍ以下とすることで、より小さい出力で純粋な白色の発光が可能で、広い色範囲が得られる二次元画像表示装置が実現可能となる。さらに、青色光源の中心波長を４４０ｎｍ以上４５５ｎｍ以下とすることで、青色光源の出力を最小になるように抑えつつ、純粋な白色の発光を得ることができる。
【００４６】
そして、青色光源の最適領域１０１及び赤色光源の中心波長６３５ｎｍ〜６５５ｎｍの領域を色度図で示したものが図７におけるＤｂおよびＤｒであり、色範囲を拡大できていることが分かる。
【００４７】
ここで、青色光源を半導体レーザに限定した場合について説明を行う。この場合、図２〜図５に示すように、青色光源は、視感度が小さい領域１０６と、広い色範囲が得られない領域１０３と、大出力青色半導体レーザの実現が困難な領域１０５とに挟まれた領域１０４が青色半導体レーザの最適領域となることが分かる。すなわち、領域１０４より短波長側の領域１０６で大きな出力が必要になるのは視感度が低下するためである。また４５５ｎｍより長波長側の領域１０３で大きな出力が必要になるのは、光源の色が表示色のｄ６５光源の色に接近するため、赤色光，緑色光に比べてより大きな光出力を必要とするためである。また、４５５ｎｍより長波長側の領域は大出力青色半導体レーザの実現が困難な領域でもある。このように、青色半導体レーザでは、小さい光出力で同じ明るさの映像を得るためには、光源の中心波長を４３５ｎｍ〜４５５ｎｍ程度に設定するのがよい。この領域１０４は、図２〜図５に示す、青色光源の出力が小さくて済み、広い色範囲が得られる最適領域１０１と重複することから、青色光源として半導体レーザを用いる場合でも、本発明は有効であることが分かった。
【００４８】
次に、赤色光源を半導体レーザに限定する場合についても図６を用いて説明する。図６に関する計算方法は図２〜図５に関する計算方法と同様であるので説明を省略する。図６は、緑色光源の中心波長を５３２ｎｍ、青色光源の中心波長を４５７ｎｍに固定し、光源から出力される光を混色した際に全光束が１０００ルーメンになり、色度図上での位置が標準白色光源ｄ６５光源の色の座標と一致するときのそれぞれの光源の出力を赤色光源の波長に対してプロットしたものである。なお、緑色光源の中心波長を５３２ｎｍ、青色光源の中心波長を４５７ｎｍに設定したのは、これらの波長の光源がすでに市販されているからである。
【００４９】
赤色光の場合、長波長側の領域２０１で視感度が低下するため、ここで計算した６１０ｎｍ以上の範囲では、波長がより短い方が光源出力はより小さくてよい。具体的には、赤色光源の出力が、青色、緑色光源出力の５倍以下で白色表示が可能となる中心波長６５５ｎｍ以下に選ぶのがよい。また光源波長が６２５ｎｍ以下の領域２０３になると色範囲がＮＴＳＣ規格程度にまで狭くなり、レーザディスプレイ装置の特徴を活かせなくなる。また、６３５ｎｍ以下の短波長領域２０５は大出力赤色半導体レーザの実現が困難な領域でもある。従って、６３５ｎｍ以上、６５５ｎｍ以下が最適領域２０４となる。この領域２０４における赤色光源と緑色光源との出力の比はおよそ１．８：１以上、５：１以下である。
【００５０】
そしてこれら青色半導体レーザの最適領域１０４および赤色半導体レーザの最適領域２０４を色度図で示したものが図７におけるＤｂおよびＤｒであり、色範囲を拡大できていることが分かる。
【００５１】
前記のように、より小さい光出力で明るい画像表示が可能な波長範囲の光を出力するレーザ光源としては、赤色では波長６３３ｎｍのヘリウムネオンレーザや波長６４７ｎｍのクリプトンレーザ、あるいは波長６３０ｎｍのネオジウムＹＡＧ固体レーザを基本とした波長変換レーザ、波長６３０ｎｍ〜６８０ｎｍのＡｌＧａＩｎＰ半導体レーザなどがある。
【００５２】
これらのうち、ヘリウムネオンレーザ等の気体レーザと波長変換レーザは比較的発光効率が低く、明るいディスプレイを実現するには大きなレーザヘッドが必要になり、装置が大きくなる、あるいは消費電力が大きいなどの欠点がある。これに対してＡｌＧａＩｎＰ半導体レーザは、前記レーザに比べてサイズも小さく、高効率であり、装置の小型化、低消費電力化に有利である。
【００５３】
近年赤色半導体レーザの高出力化の進展がめざましく、記録再生型光ディスクドライブ用として１００ｍＷを越える出力のものが実用化されている。１００インチ程度以下のプロジェクタには１〜数Ｗの光源出力が必要となるが、光ディスクドライブ用光源と異なり、プロジェクタ用光源は波面収差の制約が小さいため、発光点サイズの大きなワイドストライプ半導体レーザが利用可能になることから、１ワットを越える半導体レーザは容易に実現可能である。また半導体レーザを用いることの別の利点は、駆動電流に高周波信号を重畳することで可干渉性を低下させ、簡単にスペックルノイズを低減することができることである。
【００５４】
ところで、半導体レーザの発振波長は以下のような理由で制限される。ＡｌＧａＩｎＰ結晶は、（ＡｌｘＧａ1‐ｘ）0.5Ｉｎ0.5Ｐなる式でその組成が表され、この結晶を用いた赤色半導体レーザにおいては、Ａｌ組成ｘの割合を増やすことでバンドギャップ（禁制帯幅）が増大し、発振波長が短波長化する。例えばｘ＝０．７でバンドギャップ約２．３ｅＶ（波長約５４０ｎｍ）が得られる。しかしながら、ｘが大きくなる領域では、活性層へのキャリア（特に電子）の閉じ込めが不十分となり、オーバーフロー電流の増大により無効電流が増加する。その結果、高出力動作や高温動作が困難となる。この制限よりレーザディスプレイに必要な数Ｗの出力を室温条件下で得るためには、発振波長を６３５ｎｍ以上に設定すればよい。
【００５５】
また、より小さい光出力で明るい画像表示が可能な波長範囲の光を出力する青色レーザ光源としては、波長４４１ｎｍのヘリウムカドミウムレーザや、ネオジウムドープＹＡＧ固体レーザと非線形光学素子とを組み合わせた波長４５７ｎｍのＳＨＧ（Ｓｅｃｏｎｄ  Ｈａｒｍｏｎｉｃ  Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ；第２高調波）レーザがある。このＳＨＧレーザは、固体レーザからのレーザ光を非線形光学素子の非線形媒質によって半波長の光にする。また波長４００ｎｍ〜４６０ｎｍの窒化ガリウム（ＡｌＧａＩｎＮ系）をベースとした半導体レーザの開発が近年盛んであり、ワットクラスのレーザが実現しつつある。これらのうち、ヘリウムカドミウムレーザとＳＨＧレーザは比較的発光効率が低く、明るいディスプレイを実現するには大きなレーザヘッドが必要になり、装置が大きくなる、あるいは消費電力が大きいなどの欠点がある。これに対してＡｌＧａＩｎＮ系半導体レーザは、前記のレーザに比べてサイズも小さく、高効率である。
【００５６】
ＡｌＧａＩｎＮ系半導体レーザの中心波長はＩｎの組成比率によって変化しＩｎ組成比を高くするほど長波長の光を得ることができる。しかしながらＩｎ濃度の上昇に伴って結晶中のＩｎ偏析が多くなり、低閾値電流でレーザ発振する高効率かつ信頼性の高いＡｌＧａＩｎＮ系半導体レーザの実現は困難である。活性層領域のＩｎ濃度を変えて数種の半導体レーザを試作し、その発振波長と発振閾値電流とを測定した結果を図８に示す。図のように波長が長くなると閾値電流が大きくなるが、波長４４０ｎｍを越えると閾値上昇が顕著になり、さらに波長４５５ｎｍを越える領域では発振させることができなかった。この結果より、ＡｌＧａＩｎＮ系半導体レーザを用いて二次元画像表示装置を実現するためには波長４５５ｎｍ以下のレーザを用いるのが良い。また、閾値電流が大きい半導体レーザにおいては高出力かつ長寿命を同時に実現する事がより困難になるため、さらに好ましくは、波長４４０ｎｍ以下のレーザを用いることであり、このような波長のレーザを用いることで発振閾値が比較的小さく、高効率かつ信頼性の高い二次元画像表示装置が実現できることが分かった。
【００５７】
以上を総合すると、従来のレーザディスプレイ装置では比較的長波長の青色光源と比較的短波長の赤色光源を用いていたのに対し、本実施の形態１では、青色光源の中心波長を４２０ｎｍ以上４５５ｎｍ以下とし、赤色光源の中心波長を６３５ｎｍ以上６５５ｎｍ以下とすることで小型、高効率かつ広い色範囲が得られる二次元画像表示装置が実現可能となることが分かった。またさらに望ましくは青色光源に中心波長が４２０ｎｍ以上４４０ｎｍ以下のＡｌＧａＩｎＮ系半導体レーザを用いることで、発振閾値が比較的小さく、高効率かつ信頼性の高い二次元画像表示装置が実現可能となることが分かった。
【００５８】
緑色レーザについては現在１ワットを越える半導体レーザそのものの実現のめどはないが、半導体レーザ励起ネオジウムドープＹＡＧ固体レーザの出力光（波長１０６４ｎｍ）の２次高調波（波長５３２ｎｍ）を利用した光源が市販されており、半導体レーザの直接発振には及ばないものの、比較的高効率かつ小型の緑色固体レーザが利用できる。
【００５９】
このようにして、光源の波長を限定することで高効率かつ低消費電力のレーザディスプレイを実現することができる。
【００６０】
このように、本実施の形態１によれば、二次画像表示装置を半導体レーザにより実現する際、赤色半導体レーザ光源として中心波長６３５ｎｍ〜６５５ｎｍのものを使用し、青色半導体レーザ光源として中心波長４２０ｎｍ〜４５５ｎｍのものを使用することで、気体レーザや固体レーザを使用する際の、光源の消費電力が大きく、光源サイズが大きいという問題を解決できるとともに、より小さい出力で純粋な白色の発光が可能な二次元画像表示装置を実現することが可能となる。
【００６１】
また、青色半導体レーザ光源として特に中心波長４２０ｎｍ以上、４４０ｎｍ以下のものを使用することで、青色光源の出力の増加を可能にし、しかもその信頼性を向上させることができる。
【００６２】
なお、以上では投写型ディスプレイを例にとって本発明の二次元画像表示装置の説明を行ったが、本発明は、背面投写型ディスプレイにも適用することができる。またバックライトにレーザ光源を用いた液晶パネル型ディスプレイのような二次元光スイッチ型ディスプレイにも適用可能である。
【００６３】
また、青色半導体レーザ光源および赤色半導体レーザ光源には、それぞれ上述のような窒化ガリウム系およびＡｌＧａＩｎＰ系の半導体レーザを使用すればよいが、他の材料系を用いて青色や赤色の発振が可能になれば他の材料系の半導体レーザを用いてもよい。この場合、半導体レーザの材料系や組成が変化することにより半導体レーザの出力特性が変化することが予想されるが、その場合でも、図２〜図６に示す半導体レーザ光源の最適領域１０４、２０４に相当する領域が存在する場合は、本発明を適用できることは言うまでもない。
【００６４】
さらに、緑色光源についても半導体レーザが実現できればこれを用いるのが望ましく、その場合も出力の最適領域が存在する場合は、本発明を適用できることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
以上のように、本発明に係る二次元画像表示装置は、光源の消費電力や光源サイズを低減できるとともに、純粋な白色を発光でき、映像プロジェクタ、背面投写型テレビ受像機として有用である。このような投写型装置の他、背面照明光に同様の光源を用いることで、液晶テレビ、液晶ディスプレイのような光スイッチ型の画像表示装置にも利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】図１は本発明の実施の形態１に係る二次元画像表示装置の概略構成例を表す図である。
【図２】図２は青色光源の波長に対する、白色表示に必要な光源出力の計算結果を表す図である。
【図３】図３は青色光源の波長に対する、白色表示に必要な光源の計算結果を表す図である。
【図４】図４は青色光源の波長に対する、白色表示に必要な光源の計算結果を表す図である。
【図５】図５は青色光源の波長に対する、白色表示に必要な光源出力の計算結果を表す図である。
【図６】図６は赤色光源の波長に対する、白色表示に必要な光源出力の計算結果を表す図である。
【図７】図７はレーザプロジェクタ及びＮＴＳＣ規格が表現可能な色範囲を表す色度図である。
【図８】図８はＡｌＧａＩｎＮ系半導体レーザの発振波長と発振閾値の関係を示す図である。
【図９】図９は従来の二次元画像表示装置の概略構成を表す図である。
【符号の説明】
【００６７】
１ａ  赤色光源
１ｂ  緑色光源
１ｃ  青色光源
２ａ〜２ｃ  ビームエキスパンダ
３ａ〜３ｃ  光インテグレータ
６ａ〜６ｃ  拡散板
７ａ〜７ｃ  空間光変調素子
８ａ〜８ｃ  フィールドレンズ
９  ダイクロイックプリズム
１０  投写レンズ
１１  スクリーン
１２ａ〜１２ｃ  集光レンズ
１３ａ〜１３ｃ  拡散板移動手段
１５ａ，１５ｃ  ミラー
２１ａ  赤色半導体レーザ光源
２１ｂ  緑色レーザ光源
２１ｃ  青色半導体レーザ光源
２５ａ，２５ｃ  高周波電源
１０１  最適領域
１０２  青色出力が最小の領域
１０３，２０３  広い色範囲が得られない波長領域
１０４  青色半導体レーザの最適領域
１０５  大出力青色半導体レーザの実現が困難な領域
２０４  赤色半導体レーザの最適領域
１０６，２０１  視感度が小さい波長領域
２０５  大出力赤色半導体レーザの実現が困難な領域
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
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【図２】
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【図３】
2005062116.tif 000013
【図４】
2005062116.tif 000014
【図５】
2005062116.tif 000015
【図６】
2005062116.tif 000016
【図７】
2005062116.tif 000017
【図８】
2005062116.tif 000018
【図９】
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【国際調査報告】
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