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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-03-10
(45)【発行日】2023-03-20
(54)【発明の名称】レーザを用いた表示方法およびシステム
(51)【国際特許分類】
H01S 5/022 20210101AFI20230313BHJP
G03B 21/14 20060101ALI20230313BHJP
H01S 5/323 20060101ALI20230313BHJP
H01S 5/343 20060101ALI20230313BHJP
【ＦＩ】
H01S5/022
G03B21/14 A
H01S5/323 610
H01S5/343 610
【請求項の数】
9
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2020000178
(22)【出願日】2020-01-06
(62)【分割の表示】P 2017199922の分割
【原出願日】2010-05-28
(65)【公開番号】P2020098911
(43)【公開日】2020-06-25
【審査請求日】2020-02-04
【審判番号】
【審判請求日】2022-04-07
(31)【優先権主張番号】61/182,105
(32)【優先日】2009-05-29
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】12/789,303
(32)【優先日】2010-05-27
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】514108104
【氏名又は名称】キョウセラ エスエルディー レイザー，インコーポレイテッド
【氏名又は名称原語表記】ＫＹＯＣＥＲＡ ＳＬＤ ＬＡＳＥＲ， ＩＮＣ．
(74)【代理人】
【識別番号】100109634
【弁理士】
【氏名又は名称】舛谷 威志
(74)【代理人】
【識別番号】100129263
【弁理士】
【氏名又は名称】中尾 洋之
(72)【発明者】
【氏名】ジェイムス ダブリュ． レイリング
(72)【発明者】
【氏名】ポール ルディ
【合議体】
【審判長】山村 浩
【審判官】金高 敏康
【審判官】松川 直樹
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２００７／１１９７２３（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２００８－２８８５２７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２００８－５０８５５９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２００９－５０１８４３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００４－７１８８５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００５－１２９６８６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００７－１０８２３（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２００９／０２８４３８（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２００６－１８６２４３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００９－２７１４９（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２００８／１００５０４（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２００３－１０１１５６（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
H01S 5/00 - 5/50
G03B 21/00 - 21/10
G03B 21/12 - 21/13
G03B 21/134 - 21/30
G03B 33/00 - 33/16
G02B 6/12 - 6/14
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
投射装置であって、開口部を有するハウジングと、
１つ以上の画像フレームを受信するための入力インターフェースと、
ビデオ処理モジュールと、
レーザ源であって、前記レーザ源は、端面発光青色レーザダイオード、端面発光緑色レーザダイオード、及び端面発光赤色レーザダイオードを含み、前記青色レーザダイオードおよび前記緑色レーザダイオードは、非極性配向又は半極性配向の表面を共有し、及びクラッディング領域を共有し、前記緑色レーザダイオードの波長は約４９０ｎｍ～５４０ｎｍであり、前記レーザ源は、前記青色レーザダイオード、緑色レーザダイオードおよび赤色レーザダイオードからの出力を組み合わせることにより、レーザビームを生成するように構成され、ここで前記青色レーザダイオード及び前記緑色レーザダイオードはガリウム及び窒素を含む物質を用いて作製される、レーザ源と、
前記レーザ源に接続されたレーザドライバモジュールであって、前記レーザドライバモジュールは、５０～３００ＭＨｚの周波数範囲においてパルス変調信号を生成するように構成され及び前記１つ以上の画像フレームの画素に基づいて３つの駆動電流を生成するように構成され、前記３つの駆動電流はそれぞれ前記赤色レーザダイオード、前記青色レーザダイオード及び前記緑色レーザダイオードのうちの異なる１のダイオードを駆動するように適合される、レーザドライバモジュールと、
前記レーザビームを、前記開口部を通じて特定の位置へと投射して、前記１つ以上の画像フレームの画素を処理するように構成されたＭＥＭＳ走査モジュールであって、前記ＭＥＭＳ走査モジュールは前記画素を一度に１画素処理するように構成されている、ＭＥＭＳ走査モジュールと、
前記レーザ源の近隣に設けられた光学部材であって、前記光学部材は、前記レーザビームを前記ＭＥＭＳ走査モジュールへと方向付けるように適合される、光学部材と、及び
前記レーザ源に電気的に接続された電源とを含む装置。
【請求項2】
前記光学部材は鏡を含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項3】
前記表面は、非極性配向によって特徴付けられる請求項１に記載の装置。
【請求項4】
前記表面は、半極性配向によって特徴付けられる請求項１に記載の装置。
【請求項5】
前記赤色レーザダイオードはＧａＡｌＩｎＰ材料を含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項6】
前記レーザ源は、前記緑色レーザダイオードおよび青色レーザダイオードからの出力を組み合わせるための導波路を含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項7】
投射装置であって、開口部を有するハウジングと、
１つ以上の画像フレームを受信するための入力インターフェースと、
レーザ源であって、前記レーザ源は、端面発光青色レーザダイオード、端面発光緑色レーザダイオード、端面発光赤色レーザダイオードを含み、前記青色レーザダイオードおよび前記緑色レーザダイオードは、非極性配向又は半極性配向の表面を共有し、及びクラッディング領域を共有し、前記緑色レーザダイオードの波長は約４９０ｎｍ～５４０ｎｍであり、半極性配向によって特徴付けられ、前記レーザ源は、前記青色レーザダイオード、緑色レーザダイオードおよび赤色レーザダイオードからの出力を組み合わせることにより、レーザビームを生成するように構成され、ここで前記青色レーザダイオード及び前記緑色レーザダイオードはガリウム及び窒素を含む物質を用いて作製される、レーザ源と、
前記レーザ源に接続されたレーザドライバモジュールであって、前記レーザドライバモジュールは、前記１つ以上の画像フレームの画素に基づいて３つの駆動電流を生成するように構成され、前記３つの駆動電流はそれぞれ前記赤色レーザダイオード、前記青色レーザダイオード及び前記緑色レーザダイオードのうちの異なる１のダイオードを駆動するように適合される、レーザドライバモジュールと、
前記レーザビームを、前記開口部を通じて特定の位置へと投射して、前記１つ以上の画像フレームの画素を処理するように構成されたＭＥＭＳ走査モジュールであって、前記ＭＥＭＳ走査モジュールは前記画素を、一度に１画素処理するように構成されている、ＭＥＭＳ走査モジュールと、
前記レーザ源の近隣に設けられた光学部材であって、前記光学部材は、前記レーザビームを前記ＭＥＭＳ走査モジュールへと方向付けるように適合される、光学部材と、及び
前記レーザ源に電気的に接続された電源とを含む装置。
【請求項8】
前記表面は、｛２０－２１｝半極性配向によって特徴付けられ、及び前記青色レーザダイオード及び前記緑色レーザダイオードの各々はｃ方向を前記｛２０－２１｝半極性配向を有する表面に投射した方向のキャビティ配向によって特徴付けられるストライプ領域を含む請求項７に記載の装置。
【請求項9】
前記緑色レーザダイオード、前記青色レーザダイオード及び前記赤色レーザダイオードは、第１の取り付け表面を共有する請求項７に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ディスプレイ技術に関する。より詳細には、本発明の多様な実施形態により、投写型ディスプレイシステムが得られる。
【背景技術】
【0002】
投写型ディスプレイシステムにおいて、１つ以上のレーザダイオードおよび／またはＬＥＤが、画像を示すための光源として用いられる。１組の実施形態において、本発明によって提供されるプロジェクターシステムは、窒化ガリウム含有材料を用いて作製された青色レーザおよび／または緑色レーザを用いる。別の組の実施形態において、本発明は、デジタル照明処理エンジンを有する投射システムを提供する。デジタル照明処理エンジンは、青色レーザデバイスおよび／または緑色レーザデバイスによって照射される。特定の実施形態において、本発明は、３Ｄディスプレイシステムを提供するが、他の実施形態も存在するものである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
大型ディスプレイはますます普及しており、今後数年間において普及範囲が広がることが予測されている。なぜならば、ＬＣＤディスプレイの低価格化に伴い、ガソリンスタンド、ショッピングモールおよび喫茶店においてテレビ広告およびデジタル広告もますます一般的になっているからである。近年における大型ディスプレイ（例えば、４０インチＴＶ）の実質的成長は例えば４０％を超えており、消費者の方も、ノート型パソコンおよびＰＣのディスプレイの大型化に慣れている。ハンドヘルドデバイスを介してより多くの表示コンテンツ（例えば、ＴＶ、インターネットおよびビデオ）が利用可能になっている中、消費者用のハンドヘルド型電子機器内のディスプレイは小型（３インチよりも大きい）を維持しており、しかも、キーボード、カメラおよび他の機能のためのスペースおよび電力も確保する必要がある。
【0004】
このような背景があり、従って、画像および／またはビデオの表示のための向上したシステムが望まれていた。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明は、ディスプレイ技術に関する。より詳細には、本発明の多様な実施形態により、投写型ディスプレイシステムが提供される。投写型ディスプレイシステムにおいて、１つ以上のレーザダイオードが、画像を示すための光源として用いられる。１組の実施形態において、本発明によって提供されるプロジェクターシステムは、窒化ガリウム含有材料を用いて作製された青色レーザおよび／または緑色レーザを用いる。別の組の実施形態において、本発明は、デジタル照明処理エンジンを有する投射システムを提供する。デジタル照明処理エンジンは、青色レーザデバイスおよび／または緑色レーザデバイスによって照射される。他の実施形態も存在する。
【0006】
実施形態によれば、本発明は、投射システムを提供する。投射システムは、ビデオ受信のためのインターフェースを含む。システムは、ビデオを処理する画像プロセッサも含む。システムは、複数のレーザダイオードを含む光源を含む。複数のレーザダイオードは、青色レーザダイオードを含む。青色レーザダイオードは、非分極配向窒化ガリウム材料上に作製される。システムは、光源に電気的に接続された電源を含む。
【0007】
別の実施形態によれば、本発明は、投射システムを提供する。システムは、ビデオ受信のためのインターフェースを含む。システムはまた、ビデオを処理する画像プロセッサを含む。システムは、複数のレーザダイオードを含む光源を含む。複数のレーザダイオードは、青色レーザダイオードを含む。青色レーザダイオードは、半極配向窒化ガリウム材料上に作製される。システムはまた、光源に電気的に接続された電源を含む。
【0008】
実施形態によれば、本発明は、投射装置を提供する。投射装置は、開口部を有するハウジングを含む。装置はまた、１つ以上の画像フレームを受信するための入力インターフェースを含む。装置は、ビデオ処理モジュールを含む。さらに、装置はレーザ源を含む。レーザ源は、青色レーザダイオード、緑色レーザダイオードおよび赤色レーザダイオードを含む。青色レーザダイオードは、非極性配向または半極性配向のＧａ含有基板上に作製され、青色レーザダイオードのピーク動作波長は約４３０～４８０ｎｍである。緑色レーザダイオードは、非極性配向または半極性配向のＧａ含有基板上に作製され、緑色レーザダイオードのピーク動作波長は約４９０ｎｍ～５４０ｎｍである。赤色レーザは、ＡｌＩｎＧａＰから作製可能である。レーザ源は、青色レーザダイオード、緑色レーザダイオードおよび赤色レーザダイオードからの出力を組み合わせることにより、レーザビームを生成するように構成される。装置はまた、レーザ源に接続されたレーザドライバモジュールを含む。レーザドライバモジュールは、１つ以上の画像フレームからの画素に基づいて、３つの駆動電流を生成する。３つの駆動電流はそれぞれ、レーザダイオードを駆動するように適合される。
【0009】
装置はまた、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）走査ミラーまたはフライングミラーを含む。微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）走査ミラーまたはフライングミラーは、レーザビームを開口部を通じて特定の位置へと投射するように構成され、これにより、単一のピクチャが得られる。画素を二次元においてラスターすることにより、完成画像が形成される。装置は、レーザ源の近隣に設けられた光学部材を含む。光学部材は、レーザビームをＭＥＭＳ走査ミラーに方向付けるように、適合される。装置は、レーザ源およびＭＥＭＳ走査ミラーに電気的に接続された電源を含む。
【0010】
実施形態によれば、本発明は、投射装置を提供する。投射装置は、開口部を有するハウジングを含む。装置はまた、１つ以上の画像フレームを受信するための入力インターフェースを含む。装置は、ビデオ処理モジュールを含む。さらに、装置はレーザ源を含む。レーザ源は、青色レーザダイオード、緑色レーザダイオードおよび赤色レーザダイオードを含む。青色レーザダイオードは、非極性配向または半極性配向のＧａ含有基板上に作製され、青色レーザダイオードのピーク動作波長は、約４３０～４８０ｎｍである。緑色レーザダイオードは、非極性配向または半極性配向のＧａ含有基板上に作製され、緑色レーザダイオードのピーク動作波長は、約４９０ｎｍ～５４０ｎｍである。本実施形態において、青色および緑色レーザダイオードは、同一基板を共有する。赤色レーザは、ＡｌＩｎＧａＰから作製可能である。レーザ源は、青色レーザダイオード、緑色レーザダイオードおよび赤色レーザダイオードからの出力を組み合わせることにより、レーザビームを生成するように構成される。装置はまた、レーザ源に接続されたレーザドライバモジュールを含む。
【0011】
レーザドライバモジュールは、１つ以上の画像フレームからの画素に基づいて、３つの駆動電流を生成する。３つの駆動電流はそれぞれ、レーザダイオードを駆動するように適合される。装置はまた、ＭＥＭＳ走査ミラーまたはフライングミラーを含む。ＭＥＭＳ走査ミラーまたはフライングミラーは、レーザビームを開口部を通じて特定の位置へと投射するように構成され、これにより、単一のピクチャが得られる。画素を二次元においてラスターすることにより、完成画像が形成される。装置は、レーザ源の近隣に設けられた光学部材を含む、光学部材は、レーザビームをＭＥＭＳ走査ミラーに方向付けるように、適合される。装置は、レーザ源およびＭＥＭＳ走査ミラーに電気的に接続された電源を含む。
【0012】
実施形態によれば、本発明は、投射装置を提供する。投射装置は、開口部を有するハウジングを含む。装置はまた、１つ以上の画像フレームを受信するための入力インターフェースを含む。装置は、ビデオ処理モジュールを含む。さらに、装置はレーザ源を含む。レーザ源は、青色レーザダイオード、緑色レーザダイオードおよび赤色レーザダイオードを含む。青色レーザダイオードは、非極性配向または半極性配向のＧａ含有基板上に作製され、青色レーザダイオードのピーク動作波長は、約４３０～４８０ｎｍである。緑色レーザダイオードは、非極性配向または半極性配向のＧａ含有基板上に作製され、緑色レーザダイオードのピーク動作波長は、約４９０ｎｍ～５４０ｎｍである。赤色レーザは、ＡｌＩｎＧａＰから作製可能である。本実施形態において、異なる色のレーザのうち２つ以上が、同一エンクロージャ内にパッケージされる。このコパッケージの実施形態において、青色レーザダイオード、緑色レーザダイオードおよび赤色レーザダイオードからの出力を組み合わせて、単一のビームを得る。装置はまた、レーザ源に接続されたレーザドライバモジュールを含む。レーザドライバモジュールは、１つ以上の画像フレームからの画素に基づいて、３つの駆動電流を生成する。３つの駆動電流はそれぞれ、レーザダイオードを駆動するように適合される。装置はまた、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）走査ミラーまたはフライングミラーを含む。微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）走査ミラーまたはフライングミラーは、レーザビームを開口部を通じて特定の位置へと投射するように構成され、これにより、単一のピクチャが得られる。画素を二次元においてラスターすることにより、完成画像が形成される。装置は、レーザ源の近隣に設けられた光学部材を含み、光学部材は、レーザビームをＭＥＭＳ走査ミラーに方向付けるように、適合される。装置は、レーザ源およびＭＥＭＳ走査ミラーに電気的に接続された電源を含む。
【0013】
別の実施形態によれば、本発明は、投射装置を提供する。装置は、開口部を有するハウジングを含む。装置は、１つ以上の画像フレームを受信するための入力インターフェースを含む。装置はレーザ源を含む。レーザ源は、青色レーザダイオード、緑色レーザダイオードおよび赤色レーザダイオードを含む。青色レーザダイオードは、非極性配向または半極性配向のＧａ含有基板上に作製され、青色レーザダイオードのピーク動作波長は約４３０～４８０ｎｍである。緑色レーザダイオードは、非極性配向または半極性配向のＧａ含有基板上に作製され、緑色レーザダイオードのピーク動作波長は約４９０ｎｍ～５４０ｎｍである。赤色レーザは、ＡｌＩｎＧａＰから作製可能である。レーザ源は、青色レーザダイオード、緑色レーザダイオードおよび赤色レーザダイオードからの出力を組み合わせることにより、レーザビームを生成するように構成される。装置は、デジタル光処理（ＤＬＰ）チップを含む。デジタル光処理（ＤＬＰ）チップは、デジタル鏡デバイスを含む。デジタル鏡デバイスは複数の鏡を含み、鏡はそれぞれ、１つ以上の画像フレームのうち１つ以上の画素に対応する。装置は、レーザ源およびデジタル光処理チップに電気的に接続された電源を含む。この実施形態の多くの改変が可能であり、例えば、一実施形態において、緑色および青色レーザダイオードは同一基板を共有し、あるいは、異なる色のレーザのうち２つ以上が同一パッケージに収容され得る。この同一パッケージの実施形態において、青色レーザダイオード、緑色レーザダイオードおよび赤色レーザダイオードからの出力を組み合わせて、単一のビームを得る。
【0014】
別の実施形態によれば、本発明は、投射装置を提供する。装置は、開口部を有するハウジングを含む。装置は、１つ以上の画像フレームを受信するための入力インターフェース含む。装置はレーザ源を含む。レーザ源は、青色レーザダイオード、緑色レーザダイオードおよび赤色レーザダイオードを含む。青色レーザダイオードは、非極性配向または半極性配向のＧａ含有基板上に作製され、青色レーザダイオードのピーク動作波長は、約４３０～４８０ｎｍである。緑色レーザダイオードは、非極性配向または半極性配向のＧａ含有基板上に作製され、緑色レーザダイオードのピーク動作波長は、約４９０ｎｍ～５４０ｎｍである。赤色レーザは、ＡｌＩｎＧａＰから作製可能である。装置は、デジタル光処理チップ（ＤＬＰ）を含む。デジタル光処理チップ（ＤＬＰ）は、３つのデジタル鏡デバイスを含む。デジタル鏡デバイスはそれぞれ、複数の鏡を含む。鏡はそれぞれ、１つ以上の画像フレームのうち１つ以上の画素に対応する。色ビームは、デジタル鏡デバイス上にそれぞれ投射される。装置は、レーザ源およびデジタル光処理チップに電気的に接続された電源を含む。この実施形態の多くの改変が可能であり、例えば、一実施形態において、緑色および青色レーザダイオードが同一基板を共有し、あるいは、異なる色のレーザのうち２つ以上が同一パッケージ内に収容され得る。このコパッケージの実施形態において、青色レーザダイオード、緑色レーザダイオードおよび赤色レーザダイオードからの出力を組み合わせて、単一のビームを得る。
【0015】
一例として、色相環は、光源から射出された光の色を変化させる蛍光体材料を含み得る。特定の実施形態において、色相環は複数の領域を含み、領域はそれぞれ、特定の色（例えば、赤色、緑色、青色など）に対応する。例示的実施形態において、プロジェクターは、青色光源および赤色光源を含む光源を含む。色相環は、青色光のための溝部と、青色光を緑色光に変換するための領域を含む蛍光体とを含む。動作時において、青色光源（例えば、青色レーザダイオードまたは青色ＬＥＤ）は、溝部を通じて青色光を提供し、蛍光体含有領域からの緑色光を励起する。赤色光源は、赤色光を別個に提供する。蛍光体からの緑色光は、色相環を通じて透過させることもできるし、あるいは色相環から反射させることも可能である。いずれの場合においても、緑色光は、光学素子によって収集され、マイクロディスプレイへと再方向付けされる。溝部を通過した青色光も、マイクロディスプレイへと方向付けられる。青色光源は、レーザダイオードであってもよいし、あるいは、非極配向ＧａＮまたは半極配向ＧａＮ上に作製されたＬＥＤであってもよい。あるいは、蛍光体を用いた青色レーザダイオードの代わりに緑色レーザダイオードを用いて緑色光を出射してもよい。色光源およびその色相環の他の組み合わせが可能であることが理解される。
【0016】
別の例として、色相環は、複数の蛍光体材料を含み得る。例えば、色相環は、青色光源と組み合わされた緑色蛍光体および赤色蛍光体双方を含み得る。特定の実施形態において、色相環は複数の領域を含み、領域はそれぞれ、特定の色（例えば、赤色、緑色、青色など）に対応する。例示的実施形態において、プロジェクターは、青色光源を含む光源を含む。色相環は、青色レーザ光ための溝部と、青色光の緑色光への変換および青色光の赤色光への変換のための２つの蛍光体含有領域とをそれぞれ含む。動作時において、青色光源（例えば、青色レーザダイオードまたは青色ＬＥＤ）は、溝部を通じて青色光を提供し、蛍光体含有領域からの緑色光および赤色光を励起する。蛍光体からの緑色光および赤色光は、色相環を通じて透過させることもできるし、あるいは色相環から反射させることも可能である。いずれの場合においても、緑色および赤色光は、光学素子によって収集され、マイクロディスプレイへと再方向付けされる。青色光源は、レーザダイオードであってもよいし、あるいは、非極配向ＧａＮまたは半極配向ＧａＮ上に作製されたＬＥＤであってもよい。色光源およびその色相環の他の組み合わせが可能であることが理解される。
【0017】
別の例として、色相環は、青色蛍光体材料、緑色蛍光体材料および赤色蛍光体材料を含み得る。例えば、色相環は、紫外（ＵＶ）光源と組み合わせられた青色蛍光体、緑色蛍光体および赤色蛍光体を含み得る。特定の実施形態において、色相環は複数の領域を含み、領域はそれぞれ、特定の色（例えば、赤色、緑色、青色など）に対応する。例示的実施形態において、プロジェクターは、ＵＶ光源を含む光源を含む。色相環は、３つの蛍光体含有領域を含む。３つの蛍光体含有領域は、ＵＶ光から青色光への変換、ＵＶ光から緑色光への変換、およびＵＶ光から赤色光への変換をそれぞれ行うためのものである。動作時において、色相環は、蛍光体含有領域から青色光、緑色光および赤色光を順次出射する。蛍光体からの青色光、緑色光および赤色光は、色相環を通じて透過させることもできるし、あるいは色相環から反射させることも可能である。いずれの場合においても、青色光、緑色光および赤色光は、光学素子によって収集され、マイクロディスプレイへと再方向付けされる。ＵＶ光源は、レーザダイオードであってもよいし、あるいは、非極配向ＧａＮまたは半極配向ＧａＮ上に作製されたＬＥＤであってもよい。色光源およびその色相環の他の組み合わせが可能であることが理解される。
【0018】
さらに別の実施形態によれば、本発明は、投射装置を提供する。装置は、開口部を有するハウジングを含む。装置は、１つ以上の画像フレームを受信するための入力インターフェースを含む。装置はレーザ源を含む。レーザ源は、青色レーザダイオード、緑色レーザダイオードおよび赤色レーザダイオードを含む。青色レーザダイオードは、非極性配向または半極性配向のＧａ含有基板上に作製され、青色レーザダイオードのピーク動作波長は約４３０～４８０ｎｍである。緑色レーザダイオードは、非極性配向または半極性配向のＧａ含有基板上に作製され、緑色レーザダイオードのピーク動作波長は、約４９０ｎｍ～５４０ｎｍである。赤色レーザは、ＡｌＩｎＧａＰから作製可能である。緑色レーザダイオードの波長は、約４９０ｎｍ～５４０ｎｍである。レーザ源は、青色レーザダイオード、緑色レーザダイオードおよび赤色レーザダイオードからの出力を組み合わせることにより、レーザビームを生成するように構成される。装置は、デジタル光処理チップを含む。デジタル光処理チップは、３つのデジタル鏡デバイスを含む。デジタル鏡デバイスはそれぞれ、複数の鏡を含む。鏡はそれぞれ、１つ以上の画像フレームのうち１つ以上の画素に対応する。色ビームは、デジタル鏡デバイス上にそれぞれ投射される。装置は、レーザ源およびデジタル光処理チップに電気的に接続された電源を含む。この実施形態の多くの改変が可能であり、例えば、一実施形態において、緑色および青色レーザダイオードは同一基板を共有し、あるいは、異なる色のレーザのうち２つ以上が同一パッケージに収容され得る。この同一パッケージの実施形態において、青色レーザダイオード、緑色レーザダイオードおよび赤色レーザダイオードからの出力を組み合わせて、単一のビームを得る。
【0019】
一例として、色相環は、光源から射出された光の色を変化させる蛍光体材料を含み得る。特定の実施形態において、色相環は複数の領域を含み、領域はそれぞれ、特定の色（例えば、赤色、緑色、青色など）に対応する。例示的実施形態において、プロジェクターは、青色光源および赤色光源を含む光源を含む。色相環は、青色光のための溝部と、青色光を緑色光に変換するための領域を含む蛍光体とを含む。動作時において、青色光源（例えば、青色レーザダイオードまたは青色ＬＥＤ）は、溝部を通じて青色光を提供し、蛍光体含有領域からの緑色光を励起する。赤色光源は、赤色光を別個に提供する。蛍光体からの緑色光は、色相環を通じて透過させることもできるし、あるいは色相環から反射させることも可能である。いずれの場合においても、緑色光は、光学素子によって収集され、マイクロディスプレイへと再方向付けされる。溝部を通過した青色光も、マイクロディスプレイへと方向付けられる。青色光源は、レーザダイオードであってもよいし、あるいは、非極配向ＧａＮまたは半極配向ＧａＮ上に作製されたＬＥＤであってもよい。あるいは、蛍光体を用いた青色レーザダイオードの代わりに緑色レーザダイオードを用いて緑色光を出射してもよい。色光源およびその色相環の他の組み合わせが可能であることが理解される。
【0020】
別の例として、色相環は、複数の蛍光体材料を含み得る。例えば、色相環は、青色光源と組み合わされた緑色蛍光体および赤色蛍光体双方を含み得る。特定の実施形態において、色相環は複数の領域を含み、領域はそれぞれ、特定の色（例えば、赤色、緑色、青色など）に対応する。例示的実施形態において、プロジェクターは、青色光源を含む光源を含む。色相環は、青色レーザ光のための溝部と、青色光の緑色光への変換および青色光の赤色光への変換のための２つの蛍光体含有領域とをそれぞれ含む。動作時において、青色光源（例えば、青色レーザダイオードまたは青色ＬＥＤ）は、溝部を通じて青色光を提供し、蛍光体含有領域からの緑色光および赤色光を励起する。蛍光体からの緑色および赤色光は、色相環を通じて透過させることもできるし、あるいは色相環から反射させることも可能である。いずれの場合においても、緑色光および赤色光は、光学素子によって収集され、マイクロディスプレイへと再方向付けされる。青色光源は、レーザダイオードであってもよいし、あるいは、非極配向ＧａＮまたは半極配向ＧａＮ上に作製されたＬＥＤであってもよい。色光源およびその色相環の他の組み合わせが可能であることが理解される。
【0021】
別の例として、色相環は、青色蛍光体材料、緑色蛍光体材料および赤色蛍光体材料を含み得る。例えば、色相環は、青色蛍光体、緑色蛍光体および赤色蛍光体と、紫外（ＵＶ）光源との組み合わせを含み得る。特定の実施形態において、色相環は複数の領域を含み、複数の領域はそれぞれ、特定の色（例えば、赤色、緑色、青色など）に対応する。例示的実施形態において、プロジェクターは、ＵＶ光源を含む光源を含む。色相環は、３つの蛍光体含有領域を含む。３つの蛍光体含有領域は、ＵＶ光から青色光への変換、ＵＶ光から緑色光への変換、およびＵＶ光から赤色光への変換をそれぞれ行うためのものである。動作時において、色相環は、蛍光体含有領域から青色光、緑色光および赤色光を順次出射する。蛍光体からの青色光、緑色光および赤色光は、色相環を通じて透過させることもできるし、あるいは色相環から反射させることも可能である。いずれの場合においても、青色光、緑色光および赤色光は、光学素子によって収集され、マイクロディスプレイへと再方向付けされる。ＵＶ光源は、レーザダイオードであってもよいし、あるいは、非極配向ＧａＮまたは半極配向ＧａＮ上に作製されたＬＥＤであってもよい。色光源およびその色相環の他の組み合わせが可能であることが理解される。
【発明の効果】
【0022】
本発明を用いれば、既存の技術に比して多様な目的が達成される。詳細には、本発明により、効率的な光源を用いた、コスト効率の良い投射システムが可能になる。特定の実施形態において、光源は、比較的シンプルかつコスト効率の良い方法で製造可能である。実施形態に応じて、本装置および方法は、当業者が従来の材料および／または方法を用いて製造することが可能である。１つ以上の実施形態において、レーザデバイスは、複数の波長が可能である。もちろん、他の改変、変更および代替が可能である。実施形態に応じて、これらの目的のうち１つ以上が達成可能である。上記および他の効果について、本明細書および図面にて詳細に説明する。
【0023】
本発明は、公知の加工技術の文脈において、上記および他の恩恵を達成する。しかし本明細書の後半部分および添付図面を参照すれば、、本発明の本質および利点のさらなる理解が実現され得る。
【図面の簡単な説明】
【0024】
【0025】
【0026】
【0027】
【0028】
【0029】
【0030】
【0031】
【0032】
【0033】
【0034】
【0035】
【0036】
【0037】
【0038】
【0039】
【0040】
【発明を実施するための形態】
【0041】
本発明は、ディスプレイ技術に関する。より詳細には、本発明の多様な実施形態により提供される投写型ディスプレイシステムにおいては、１つ以上のレーザダイオードが、画像を示すための光源として用いられる。１組の実施形態において、本発明によって提供されるプロジェクターシステムは、窒化ガリウム含有材料を用いて作製された青色レーザおよび／または緑色レーザを用いる。別の組の実施形態において、本発明は、デジタル照明処理エンジンを有する投射システムを提供する。デジタル照明処理エンジンは、青色レーザデバイスおよび／または緑色レーザデバイスによって照射される。他の実施形態も存在する。
【0042】
上記において説明したように、従来のディスプレイの種類は、不適切である場合が往々にしてある。小型プロジェクターは、（６０インチまでのおよび６０インチを超える）大型画像をハンドヘルドデバイスから投射することによりこの問題を解消し、これにより、ディスプレイの消費者が慣れているサイズフォーマットでムービー、インターネットサーフィングおよび他の画像を共有することが可能となる。その結果、モバイルデバイス（例えば、電話）中のポケットプロジェクター、スタンドアロンコンパニオンピコプロジェクターおよび埋設ピコプロジェクターがますます利用可能になる。
【0043】
今日、商用のＩｎＧａＮ－ベースのレーザおよびＬＥＤは、ＧａＮ結晶の極性ｃ面上に成長される。ＩｎＧａＮ光出射層をこの従来のＧａＮ配向上に堆積させた場合、内部分極－に関連する電界に起因して問題が生じることが周知である。これらの構造において、自発分極は、ＧａＮボンディング中の電荷非対称性に起因し、圧電分極は歪みに起因する。量子井戸構造において、これらの分極場により、電子および正孔波動関数が空間を空けて離隔され、その結果、その放射再結合効率が低下する。圧電分極は歪みに依存するため、これらの内部場が強くなり、青色レーザおよびＬＥＤ（特に、緑色レーザおよびＬＥＤ）に必要な出射層中のインジウム含有量も増加する。
【0044】
ＬＥＤ輝度を低下させる放射再結合係数の低下に加え、内部電界に起因して、光出射量子井戸層内の量子閉じ込めシュタルク効果（ＱＣＳＥ）が発生する。この効果に起因して、ピーク放射波長の青色シフトが発生し、量子井戸層中のキャリア密度が増加する。キャリア密度は電流増加と共に増加するため、青色ＬＥＤまたは緑色ＬＥＤにおいて、ピーク波長のシフトが電流の関数として発生する。このような波長の駆動電流への依存性は、ＬＥＤに対して電流変調スキームが行われるディスプレイ用途には理想的ではない。なぜならば、色変化は電流と共に発生するからである。レーザダイオードにおいて、キャリア密度は、レーザ閾値が開始するまで、電流の増加と共に増加する。レーザ閾値が回すると、利得がキャビティ中の損失を上回る。青色領域および緑色領域内においてレージング波長を達成するために、このようなピーク波長における青色シフトが閾値を下回ると、光出射層が強制的に成長され、その結果、インジウム含有量が増加して、青色シフトが補償される。このようにインジウム含有量が増加すると、歪みおよびインジウム－分離の増加に起因して、材料品質の劣化につながり得ることが周知である。高効率の青色レーザおよびＬＥＤおよび緑色レーザおよびＬＥＤの実現のため、分極－関連電界を軽減またはゼロにすることが望ましい。
【0045】
新しいＧａＮ配向（例えば、非極性ａ面またはｍ面あるいは非極性面と極性ｃ面との間の半極性面）上のデバイス構造の成長が長く理解されており、分極場を除去または軽減することができる。これらの新規の結晶面上において、エピタキシャル構造およびデバイス構造双方上において、独自の設計自由度が得られる。さらに、非極基板および半極基板上に成長したＩｎＧａＮ膜に異方性歪みが生じると、有効正孔質量が低下し、その結果、差動利得が増加し、レーザダイオード中の透明電流密度が低下し得る。デバイス（例えば、非極面および半極面上に作製された青色レーザおよびＬＥＤおよび緑色レーザおよびＬＥＤ）により、励起電位が提供されて性能が向上し、放射再結合効率が増加し、駆動電流のピーク波長青色シフトが低下し、デバイス設計柔軟度が増加し、好ましいエピタキシャル成長品質が得られる。
【0046】
ソリッドステートエミッタに基づいた典型的なプロジェクターの例を以下に挙げる。すなわち、光源（レーザまたはＬＥＤ）、光学素子、マイクロディスプレイ（例えば、シリコン（ＬＣＯＳ）上の液晶またはデジタルマイクロ鏡デバイス（ＤＭＤ））、ドライバ基板、および電源（すなわち、電池または電源アダプタ）である。
【0047】
用途に応じて、投射システムは、偏光または偏光光を利用することができる。例えば、単一スキャナを用いた投射システム（例えば、ピコプロジェクター）およびＤＬＰベースのシステムは典型的には、非偏光光源を用いる。特定の用途（例えば、ＬＣＯＳを用いた投射システム）において、偏光光源が望ましい。通常、従来のプロジェクターにおいて用いられる青色ＬＥＤおよび緑色ＬＥＤ（赤色ＬＥＤでもよい）は、非偏光である（かまたは低分極比を示し）、これにより、分極依存性の光学コンポーネントからの光学的損失が過剰になり、空間モード品質が悪化し、その結果、大型ＬＣＯＳまたはＬＣＤチップが必要となり、コンパクト設計における利用が不可能になる。なぜならば、光を小面積中に集束させることができないからである。非極性および半極ＧａＮ上におけるＸ電子の価電子帯およびＹ電子の価電子帯の分割に起因して、デバイス（例えば、これらのプラットフォーム上に作製されたＬＥＤ）からの発光は、本質的に偏光である。半極および／または非極性ＧａＮベースのＬＥＤをＬＣＯＳ技術または偏光を必要とする他の光弁を用いた投写型ディスプレイ内において用いることにより、コンポーネント（例えば、システムの複雑度およびコストの増加の原因となる分極リサイクラー）を追加する必要無く、ＬＥＤと関連する光学的損失が最小化される。従来の投射システムにおいては、レーザおよび／またはＬＥＤは、画像照射のための光源として用いられることが多い。典型的には、投射システムにおいて、レーザ光源は、ＬＥＤ光源よりも高い性能を示す。
【0048】
図１は、従来の投射システムを示す図である。図示のように、青色レーザ光、緑色レーザ光および赤色レーザ光を組み合わせて１つのレーザビームを得た後、レーザビームをＭＥＭＳ走査ミラーへと投射する。
【0049】
従来の投射システム（例えば、図１中に示すようなもの）において、緑色の二次調波発生（ＳＨＧ）レーザを用いて、緑色レーザ光を提供する。現在、緑色レーザ発光のための直接的なダイオード利用法は無いため、倍の周波数の１０６０ｎｍダイオードレーザの利用を余儀なくされている。この１０６０ｎｍダイオードレーザは、高価であり、嵩高であり、高速における変調が困難であり、狭スペクトルを発光するため、画像中にスペックルが発生する。さらに、これらのデバイスにおいては、周期的パルスニオブ酸リチウム（ＰＰＬＮ）を用いた第二高調波の発生が必要となるため、当該技術と関連して効率が大幅に低下する。
【0050】
第１に、１０６０ｎｍデバイスそのものの効率がある。第２に、ＰＰＬＮ内外への光誘導に関連して、光結合損失が発生する。第３に、ＰＰＬＮ内において変換損失が発生する。最後に、コンポーネントの正確な温度までへの冷却に関連して損失が発生する。
【0051】
電池寿命を最大化しかつコスト、サイズおよび重量を最小化する高効率のディスプレイを製造するためには、システムからの光学的損失を最小化する必要がある。システム内の光学的損失の原因を非限定的に挙げると、伝送が分極依存性である光学素子からの損失がある。多くのコンパクトなプロジェクター（例えば、ピコプロジェクター）において、高偏光感度であるマイクロディスプレイ技術（例えば、ＬＣＯＳまたはＬＣＤ）が用いられている。一般的なＬＣＯＳベースのディスプレイでは典型的には、液晶ディスプレイ技術の性質に基づいた高偏光光源が必要となることが多い。
【0052】
多様な実施形態において、本発明により、青色直接ダイオードＧａＮレーザおよび緑色直接ダイオードＧａＮレーザが提供される。青色直接ダイオードＧａＮレーザおよび緑色直接ダイオードＧａＮレーザにより、多様な種類の投射およびディスプレイ（例えば、ピコプロジェクター、ＤＬＰプロジェクター、液晶ディスプレイ（例えば、シリコン上液晶または「ＬＣＯＳ」）など））に理想的な、高偏光出力、単一の空間モード、中型～大型の分光幅、高効率、および高変調速度が得られる。
【0053】
本発明の実施形態によって提供されるような投写型ディスプレイにおいて高偏光光源を用いることにより、光学効率を最大化することができ、光学コンポーネントの選択において最小のコストおよび最大の柔軟度を得ることができることが理解されるべきである。従来の照射源（例えば、非偏光ＬＥＤおよびそのシステム）の場合、非極性光源からの効率増加のために、分極リサイクルのために複雑な光学素子が必要である。これとは対照的に、青色レーザおよび／またはＬＥＤならびに緑色レーザおよび／またはＬＥＤを非極性または半極性ＧａＮ上に形成することにより、光出力が高偏光となり、これにより、分極を取り扱うためのさらなる光学素子が不要となる。
【0054】
本発明において述べるように、ＧａＮレーザを有する直接ダイオードレーザは、青色源および緑色源のために用いられる。従来のｃ面ＧａＮレーザは、レーザが閾値を下回った場合、非偏光またはほぼ非偏光を発光する。レーザが閾値に到達すると、出力光は偏光し、電流が増加する。これとは対照的に、本発明の実施形態による、非極性または半極性ＧａＮ上に作製されたレーザは、閾値よりも低い偏光を発光し、また、分極比もより高く、電流もより高い。投写型ディスプレイ内において高偏光光源を用いることにより、光学効率を最小のコストで最大化することができ、光学コンポーネントの選択において最大の柔軟度を得ることができる。
【0055】
電池寿命の最大化およびコスト、サイズおよび重量の最小化を可能にする高効率的のディスプレイを製造するために、システムからの光学的損失を最小化する必要がある。ＬＣＯＳシステムにおいて、小容積に合わせてまたコスト低減のために変換ＬＣＯＳをできるだけ小さくすることが多い。そのため、最大の光学効率と、ディスプレイ内における最小の電力消費、サイズおよび重量とを実現するために、高光空間輝度のレーザ源が必要とされている。
【0056】
従来のＬＥＤの場合、空間モード品質が低いため、大型ＬＣＯＳチップまたはＬＣＤチップが必要であり、また、コンパクト設計においては利用することができない。なぜならば、光を小面積中に集束させることができないからである。これとは対照的に、本発明による青色直接ダイオードＧａＮレーザおよび緑色直接ダイオードＧａＮレーザは、最大のスループットのための単一の空間モードを示す。
【0057】
本発明の実施形態はまた、スペックリング低減による恩恵も提供する。例えば、従来のシステムにおいて用いられる倍の周波数の１０６０ｎｍダイオードレーザの場合、狭スペクトルが発生するため、画像内にスペックルが発生する。本発明の実施形態において用いられる直接ダイオード可視レーザ（例えば、緑色レーザ）の場合、スペクトルを＞１００ｘも増加させることが可能であるため、画像中のスペックルが実質的に低減し、高価かつ嵩高なコンポーネントを追加する必要性が低減する。
【0058】
さらに、従来のシステムにおいて用いられる倍の周波数の１０６０ｎｍダイオードレーザの場合、二次調波発生があるため、非効率である。本発明において用いられる直接ダイオード可視レーザの場合、効率を実質的により高くすることができ、システムの光学コンポーネントおよびサイズおよび重量の低減による恩恵も受けられる。
【0059】
上記において説明したように、典型的な小型プロジェクター（例えば、ピコプロジェクター）は、以下のコンポーネントを含む。つまり、光源（レーザまたはＬＥＤ）、光学素子、マイクロディスプレイ（例えば、ＬＣＯＳディスプレイまたはＤＭＤディスプレイ）、ドライバ基板、電源（すなわち、電池または電源アダプタ）である。
【0060】
現在、青色ＬＥＤおよび緑色ＬＥＤ（赤色ＬＥＤでもよい）は非偏光であるため、過剰な光学的損失が発生し、空間モード品質が低下し、その結果、大型のＬＣＯＳチップまたはＬＣＤチップが必要となり、コンパクト設計における利用が不可能になる。なぜならば、光を小面積中に集束させることができないからである。非極性および半極ＧａＮ上におけるＸ電子の価電子帯およびＹ電子の価電子帯の分割に起因して、デバイス（例えば、これらのプラットフォーム上に作製されたＬＥＤ）からの発光は、本質的に偏光である。半極および／または非極性ＧａＮベースのＬＥＤを投写型ディスプレイまたは他のＬＣＯＳ技術において用いることにより、コンポーネント（例えば、システムの複雑度およびコストの増加の原因となる分極リサイクラー）を追加する必要無く、非偏光ＬＥＤと関連する光学的損失が最小化される。
【0061】
現在、緑色レーザ発光のための直接的なダイオード利用法は無いため、倍の周波数の１０６０ｎｍダイオードレーザの利用を余儀なくされている。この倍の周波数の１０６０ｎｍダイオードレーザは高価であり、嵩高であり、高速における変調が困難であり、また狭スペクトルを発光するため、画像内においてスペックルが発生する。さらに、これらのデバイスは、周期的パルスニオブ酸リチウム（ＰＰＬＮ）を用いた第二高調波の発生を必要とするため、当該技術と関連して効率が大幅に低下する。第１に、１０６０ｎｍデバイスそのものの効率がある。第２に、ＰＰＬＮ内外への光誘導に関連して、光結合損失が発生する。第３に、ＰＰＬＮ内において変換損失が発生する。最後に、コンポーネントの正確な温度までへの冷却に関連して損失が発生する。
【0062】
本発明の実施形態による青色直接ダイオードＧａＮレーザおよび緑色直接ダイオードＧａＮレーザにより、液晶ディスプレイに理想的な、高偏光出力、単一の空間モード、中型～大型の分光幅、高効率および高変調速度が得られる。
【0063】
倍の周波数に対する従来のアプローチの場合、高空間輝度は達成するものの、高変調周波数を簡便に得ることができず、また、試行時において画像アーチファクトが発生する。そのため、源の変調周波数が１００ＭＨｚまでに限定され、振幅（アナログ）変調の利用が必要となる。周波数能力が３００ＭＨｚまで上昇した場合、パルス化（デジタル）変調の利用が可能となり、これにより、システムの簡略化およびルックアップテーブルの不要化が可能となる。
【0064】
本発明の実施形態による直接的なダイオード解法により、３００ＭＨｚを超える変調周波数を達成することができ、デジタル動作も実現可能となる。非極性ＧａＮレーザおよび／または半極性ＧａＮレーザにより、直接ダイオード緑色解法の可能性が大幅に高まり、これにより、デジタル走査マイクロ鏡プロジェクターの可能性も大幅に高まる。
【0065】
図２は、本発明の実施形態による投射デバイスを示す簡易図である。図２は一例に過ぎず、特許請求の範囲を過度に限定するものではない。当業者であれば、多くの改変、代替および変更を認識する。投射システム２５０は、ＭＥＭＳ走査ミラー２５１と、鏡２５２と、光学部材２５４と、緑色レーザダイオード２５３と、赤色レーザダイオード２５６と、青色レーザダイオード２５５とを含む。
【0066】
一例として、投射システム２５０は、ピコプロジェクターである。図２中に示すコンポーネントに加えて、投射システム２５０はまた、開口部を有するハウジングと、１つ以上の画像フレームを受信するための入力インターフェースとを含む。投射システム２５０はまた、ビデオ処理モジュールを含む。一実施形態において、ビデオ処理モジュールはＡＳＩＣに電気的に接続され、これにより、レーザダイオードおよびＭＥＭＳ走査ミラー走査ミラー２５１を駆動する。
【0067】
一実施形態において、レーザダイオードは、光学部材２５４と共に、レーザ源を形成する。緑色レーザダイオード２５３は、約４９０ｎｍ～５４０ｎｍの波長により、特徴付けられる。レーザ源は、青色レーザダイオード、緑色レーザダイオードおよび赤色レーザダイオードからの出力を組み合わせることにより、レーザビームを生成するように構成される。用途に応じて、多様な種類の光学コンポーネントを用いて、レーザダイオードからの光出力を組み合わせることが可能である。例えば、光学コンポーネントは、ダイクロックレンズ、プリズム、収束レンズなどであり得る。特定の実施形態において、組み合わされたレーザビームは、偏光である、
【0068】
一実施形態において、レーザドライバモジュールが提供される。特に、レーザドライバモジュールは、レーザダイオードへ提供される出力量を調節するように、適合される。例えば、レーザドライバモジュールは、３つの駆動電流に基づいた１つ以上の画素を１つ以上の画像フレームから生成し、３つの駆動電流はそれぞれ、レーザダイオードを駆動するように適合される。特定の実施形態において、レーザドライバモジュールは、約５０～３００ＭＨｚの周波数範囲においてパルス変調信号を生成するように、構成される。
【0069】
ＭＥＭＳ走査ミラー２５１は、レーザビームを開口部を通じて特定の位置へと投射するように、構成される。例えば、ＭＥＭＳ走査ミラー２５１は、特定のタイミングにおいて画像の画素に対応する特定の位置上に１つの画素をを処理する。高周波数において、ＭＥＭＳ走査ミラー２５１から投射された画素は、画像を形成する。
【0070】
ＭＥＭＳ走査ミラー２５１は、レーザ源からの光を鏡２５２を通じて受信する。図示のように、レーザ源の近隣に鏡２５２が提供される。特に、光学部材は、レーザビームをＭＥＭＳ走査ミラー２５１へと方向付けるように、適合される。
【0071】
投射システム２５０は、他のコンポーネント（例えば、レーザ源およびＭＥＭＳ走査ミラー２５１に電気的に接続された電源）を含むことが理解されるべきである。他のコンポーネントを挙げると、バッファメモリ、通信インターフェース、ネットワークインターフェースなどがある、
【0072】
上述したように、投射システム２５０の主要コンポーネントは、レーザ光源である。従来の投射システムとは対照的に、本発明の実施形態においては、高効率的のレーザダイオードが用いられる。特定の実施形態において、青色レーザダイオードは、単一の横モードにおいて動作する。例えば、青色レーザダイオードは、分光幅が約０．５ｎｍ～２ｎｍである点において、特徴付けられる。特定の実施形態において、青色レーザダイオードは、ポータブル用途（例えば、埋設および随伴型ピコプロジェクター）に合わせて設計され、コンパクトなＴＯ－３８パッケージにおいて、６０ｍＷ～４４５ｎｍの単一のモード出力を特徴とする。例えば、青色レーザは、高効率で動作し、広範な温度範囲において最小の電力消費ですみ、これにより、消費者用の投写型ディスプレイ用途、ディフェンスポインタ用途および照射器用途、バイオメディカル計装および治療用途、ならびに産業用画像化用途の厳しい要求を満たす。多様な実施形態によれば、青色レーザは、インジウム窒化ガリウム（ＩｎＧａＮ）半導体技術に基づき、ＧａＮ基板上に作製される。
【0073】
多様な実施形態において、青色レーザダイオードおよび緑色レーザダイオードは、ＧａＮ材料を用いて作製される。青色レーザダイオードは、半極性または非極性であり得る。同様に、緑色レーザダイオードは、半極性または非極性であり得る。例えば、赤色レーザダイオードは、ＧａＡｌＩｎＰ材料を用いて作製可能である。例えば、以下のレーザダイオードの組み合わせが可能であるが、他の組み合わせも可能である。具体的には、青色極性＋緑色非極性＋赤色＊ＡｌＩｎＧａＰ、青色極性＋緑色半極＋赤色＊ＡｌＩｎＧａＰ、青色極性＋緑色極性＋赤色＊ＡｌＩｎＧａＰ、青色半極性＋緑色非極性＋赤色＊ＡｌＩｎＧａＰ、青色半極性＋緑色半極＋赤色＊ＡｌＩｎＧａＰ、青色半極性＋緑色極性＋赤色＊ＡｌＩｎＧａＰ、青色非極性＋緑色非極性＋赤色＊ＡｌＩｎＧａＰ、青色非極性＋緑色半極＋赤色＊ＡｌＩｎＧａＰ、青色非極性＋緑色極性＋赤色＊ＡｌＩｎＧａＰがある。
【0074】
一例として、青色レーザダイオードおよび緑色レーザダイオードが、ｍ面上に製造可能である。特定の実施形態において、青色レーザダイオードまたは緑色レーザダイオードは、オフカットｍ面結晶性表面領域を有する窒化ガリウム基板部材を含む。特定の実施形態においてこのオフカット角度は、ｃ面に対して－２．０～－０．５度である。特定の実施形態において、窒化ガリウム基板部材は、半極性結晶性表面領域または非極性結晶性表面領域によって特徴付けられたバルクＧａＮ基板であるが、他のものであってもよい。特定の実施形態において、バルク窒化ＧａＮ基板は、窒素を含み、表面転位密度が１０５ｃｍ－２よりも低い。窒化結晶またはウェーハは、ＡｌｘＩｎｙＧａ１－ｘ－ｙＮを含み得る（ここで、０≦ｘ、ｙ、ｘ＋ｙ≦１）。１つの特定の実施形態において、窒化結晶はＧａＮを含むが、他のものであってもよい。１つ以上の実施形態において、ＧａＮ基板は、表面に対して実質的に直角方向または斜め方向において、約１０５ｃｍ－２～約１０８ｃｍ－２の濃度においてスレッディング転位を有する。直角方向または斜め方向の転位に起因して、表面転位密度は、約１０５ｃｍ－２を下回る。特定の実施形態において、デバイスは、若干オフカットされた半極性基板上に作製することができる。
【0075】
特定の実施形態において、レーザは、｛２０－２１｝半極ＧａＮ表面配向上に作製され、デバイスは、レーザストライプ領域を有する。レーザストライプ領域は、オフカット結晶線配向表面領域の一部上に重畳されて形成される。特定の実施形態において、レーザストライプ領域は、投射方向が実質的にｃ方向であるキャビティ配向によって特徴付けられる。ｃ方向は、ａ方向に対して実質的に直角である。特定の実施形態において、レーザストリップ領域は、第１の端部および第２の端部を有する。好適な実施形態において、レーザキャビティは、キャビティ端部において、ｃ方向の投射において、｛２０－２１｝一対のへき開ミラー構造を有するガリウムおよび窒素含有基板上に配向形成される。もちろん、他の改変、変更および代替もありえる。
【0076】
特定の実施形態において、レーザは、非極性ｍ面ＧａＮ表面配向上に作製され、、デバイスは、オフカット結晶線配向表面領域の一部上に重畳して形成されたレーザストライプ領域を有する。特定の実施形態において、レーザストライプ領域は、キャビティ配向が実質的にｃ方向である点によって特徴つけられる。ｃ方向は、ａ方向に対して実質的に直角である。特定の実施形態において、レーザストリップ領域は、第１の端部および第２の端部を有する。好適な実施形態において、レーザキャビティは、キャビティ端部において一対のへき開ミラー構造を有するｍ面ガリウムおよび窒素含有基板上において、ｃ方向において配向される。もちろん、他の改変、変更および代替もありえる。
【0077】
好適な実施形態において、デバイスは、レーザストライプ領域の第１の端部上に設けられた第１のへき開面と、レーザストライプ領域の第２の端部上に設けられた第２のへき開面とを有する。１つ以上の実施形態において、第１のへき開は、第２のへき開面に対して実質的に平行である。へき開表面それぞれの上に、鏡表面が形成される。第１のへき開面は、第１の鏡表面を含む。好適な実施形態において、上側スキップスクライブスクライビングおよび破壊プロセスにより、第１の鏡表面が提供される。スクライビングプロセスにおいて、任意の適切な技術（例えば、ダイヤモンドスクライブまたはレーザスクライブまたは組み合わせ）を用いることができる。特定の実施形態において、第１の鏡表面は、反射コーティングを含む。反射コーティングは、二酸化ケイ素、ハフニウムおよびチタニア、タンタル五酸化物、ジルコニア、その組み合わせなどから選択される。実施形態に応じて、第１の鏡表面は、反射防止コーティングを含み得る。もちろん、他の改変、変更および代替もありえる。
【0078】
また、好適な実施形態において、第２のへき開面は、第２の鏡表面を含む。特定の実施形態による上側スキップスクライブスクライビングおよび破壊プロセスにより、第２の鏡表面が提供される。好適には、スクライビングは、ダイヤモンドスクライブまたはレーザスクライブなどである。特定の実施形態において、第２の鏡表面は、反射コーティング（例えば、二酸化ケイ素、ハフニウム、およびチタニア、タンタル五酸化物、ジルコニア、組み合わせなど）を含む。特定の実施形態において、第２の鏡表面は、反射防止コーティングを含む。もちろん、他の改変、変更および代替もありえる。
【0079】
特定の実施形態において、レーザストライプは、長さおよび幅を有する。長さは、約５０ミクロン～約３０００ミクロンの範囲である。ストリップの幅は約０．５ミクロン～約５０ミクロンの範囲であるが、他の寸法も可能である。特定の実施形態において、幅は、実質的に同一寸法であるが、若干の変更も可能である。幅および長さは、当該分野において一般的にも用いられるマスキングおよびエッチングプロセスを用いて形成されることが多い。
【0080】
特定の実施形態において、本発明により、リッジレーザの実施形態において５０１ｎｍ以上の光が出射可能な別のデバイス構造が提供される。デバイスは、以下の非限定的に挙げられるエピタキシャル成長素子のうち１つ以上と共に提供される。具体的には、ｎ－ＧａＮクラッディング層（厚さ１００ｎｍ～５０００ｎｍ、Ｓｉドーピングレベル５Ｅ１７～３Ｅ１８ｃｍ－３）、ｎ側ＳＣＨ層（これは、ＩｎＧａＮを３％～１０％のモル比のインジウムと共に含み、厚さが２０～１００ｎｍである）、複数の量子井戸活性領域層（これは、少なくとも２つの２．０～８．５ｎｍのＩｎＧａＮ量子井戸を含み、少なくとも２つの２．０～８．５ｎｍのＩｎＧａＮ量子井戸は、ｓ肉薄の２．５ｎｍ以上でありかつ必要に応じて約８ｎｍまでの厚さを通するＧａＮバリアによって分離される）、ｐ側ＳＣＨ層（これは、ＩｎＧａＮを１％～１０％のモル比のインジウムと共に含み、厚さが１５ｎｍ～１００ｎｍである）、電子ブロック層（これは、ＡｌＧａＮを１２％～２２％のモル比のアルミニウムと共に含み、厚さが５ｎｍ～２０ｎｍであり、Ｍｇでドープされる）、ｐ－ＧａＮクラッディング層（これは、厚さが４００ｎｍ～１０００ｎｍであり、Ｍｇドーピングレベルが２Ｅ１７ｃｍ－３～２Ｅ１９ｃｍ－３である）、ｐ＋＋－ＧａＮ接触層（これは、厚さが２０ｎｍ～４０ｎｍであり、Ｍｇドーピングレベルが１Ｅ１９ｃｍ－３～１Ｅ２１ｃｍ－３）である。
【0081】
特定の実施形態において、レーザデバイスは、｛２０－２１｝半極性Ｇａ含有基板上に作製される。しかし、レーザデバイスは、他の種類の基板（例えば、非分極配向Ｇａ含有基板）上にも作製可能であることが理解されるべきである。
【0082】
赤色源、緑色源および青色源に基づいた光源が広範に用いられているが、他の組み合わせも可能である。本発明の実施形態によれば、投射システムにおいて用いられる光源は、黄色光源と、赤色源、緑色源および青色源とを組み合わせている。例えば、黄色光源を付加した場合、色特性が向上した（例えば、より広範な全色度の）ＲＢＧ投射およびディスプレイシステムが得られる。特定の実施形態において、ＲＧＹＢ光源は、投射システムのために用いられる。黄色光源は、窒化ガリウム材料またはＡｌＩｎＧａＰ材料から製造された黄色レーザダイオードであり得る。多様な実施形態において、黄色光源は、極配向、非極配向または半極配向を持ち得る。本発明による投射システムは、他の色の光源も用いることが可能であることが理解されるべきである。例えば、他の色を挙げると、シアン、マゼンタなどがある。特定の実施形態において、異なる色のレーザダイオードが、別個にパッケージされる。別の特定の実施形態において、２つ以上の異なる色のレーザダイオードが、共にパッケージされる。さらに別の特定の実施形態において、２つ以上の異なる色のレーザダイオードが、同一基板上に作製される。
【0083】
図２－Ａは、本発明の実施形態による、｛２０－２１｝基板上に作製されたレーザデバイス２００の詳細断面図である。この図は一例に過ぎず、本細書中の特許請求の範囲を過度に限定するものではない。当業者であれば、他の改変、変更および代替を認識する。図示のように、レーザデバイスは、窒化ガリウム基板２０３を含む。窒化ガリウム基板２０３の下側には、ｎ型金属バックコンタクト領域２０１が設けられる。特定の実施形態において、この金属バックコンタクト領域は、適切な材料（例えば、下記に記載のもの）で形成される。接触領域のさらなる詳細については、本明細書中に記載があり、より詳細については下記に記載がある。
【0084】
特定の実施形態において、デバイスはまた、重畳ｎ型窒化ガリウム層２０５と、活性領域２０７と、レーザストライプ領域２０９として構造された重畳ｐ型窒化ガリウム層構造とを有する。特定の実施形態において、これらの領域はそれぞれ、少なくとも有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）のエピタキシャル析出技術、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）またはＧａＮ成長に適した他のエピタキシャル成長技術を用いて、形成される。特定の実施形態において、エピタキシャル層は、ｎ型窒化ガリウム層をＧａＮ成長した高品質エピタキシャル層である。いくつかの実施形態において、高品質層は、例えばＳｉまたはＯで約１０１６ｃｍ－３～１０２０ｃｍ－３のドーパント濃度でドープされてｎ型材料を形成する。
【0085】
特定の実施形態において、ｎ型ＡｌｕＩｎｖＧａ１－ｕ－ｖＮ層（ここで、０≦ｕ、ｖ、ｕ＋ｖ≦１）が、基板上に堆積される。特定の実施形態において、キャリア濃度は、約１０１６ｃｍ－３～１０２０ｃｍ－３の範囲内であり得る。堆積は、ＭＯＣＶＤまたはＭＢＥを用いて行われ得る。もちろん、他の改変、変更および代替もありえる。
【0086】
一例として、バルクＧａＮ基板は、ＭＯＣＶＤリアクタ内のサセプタ上に配置される。リアクタの閉口、排気およびバックフィルを行うか（またはロードロック構成を用いて）大気圧にした後、窒素含有ガスの存在下でサセプタをセ氏約９００～約１２００度の温度まで加熱する。１つの特定の実施形態において、サセプタを流動アンモニア下においておよそセ氏１１００度まで加熱する。およそ１～５０立方センチメートル毎分（ｓｃｃｍ）の速度において、ガリウム含有金属有機前駆体（例えば、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）またはトリエチルガリウム（ＴＥＧ））の流動をキャリアガス中において開始する。キャリアガスは、水素、ヘリウム、窒素またはアルゴンを含み得る。このときのグループＩＩＩ前駆体（トリメチルガリウム、トリエチルガリウム、トリメチルインジウム、トリメチルアルミニウム）に対するグループＶの前駆体（アンモニア）の流量比は、約２０００～約１２０００である。キャリアガス中のジシランの流動を総流量約０．１～１０ｓｃｃｍで開始する。
【0087】
特定の実施形態において、レーザストライプ領域は、ｐ型窒化ガリウム層２０９で構成される。特定の実施形態において、ドライエッチングまたはウエットエッチングから選択されたエッチングプロセスにより、レーザストライプが提供される。好適な実施形態において、エッチングプロセスはドライであってもよいし、他のものであってもよい。一例として、ドライエッチングプロセスは、塩素保有化学種または類似の化学構造を用いた反応性イオンエッチングプロセスを用いて誘導結合プロセスである。同様に一例として、塩素保有化学種は、塩素ガスなどから導出されることが多い。デバイスはまた、２１３接触領域を露出させる重畳誘電領域を有する。特定の実施形態において、誘電領域は酸化物（例えば、二酸化ケイ素または窒化ケイ素）であるが、他のものであってもよい。接触領域は、重畳金属層２１５に接続される。重畳金属層は、パラジウムおよび金（Ｐｄ／Ａｕ）、白金および金（Ｐｔ／Ａｕ）、ニッケル金（Ｎｉ／Ａｕ）を含む多層構造であるが、他のものであってもよい。もちろん、他の改変、変更および代替もありえる。
【0088】
特定の実施形態において、レーザデバイスは、活性領域２０７を有する。活性領域は、１つ以上の実施形態によれば、１個～２０個の量子井戸領域を含み得る。一例として、ｎ型ＡｌｕＩｎｖＧａ１－ｕ－ｖＮ層を所定厚さになるまで所定期間堆積させた後、活性層を堆積させる。活性層は、２～１０個の量子井戸を含む複数の量子井戸を含み得る。量子井戸は、ＧａＮバリア層を挟んだＩｎＧａＮを含み得る。他の実施形態において、ウェル層およびバリア層は、ＡｌｗＩｎｘＧａ１－ｗ－ｘＮおよびＡｌｙＩｎｚＧａ１－ｙ－ｚＮをそれぞれ含み（ここで、０≦ｗ、ｘ、ｙ、ｚ、ｗ＋ｘ、ｙ＋ｚ≦１、ｗ＜ｕ、ｙおよび／またはｘ＞ｖ、ｚ）、これにより、ウェル層（単数または複数）のバンドギャップは、バリア層（単数または複数）およびｎ型層のバンドギャップよりも少数となる。ウェル層およびバリア層の厚さはそれぞれ、約１ｎｍ～約２０ｎｍであり得る。活性層の組成および構造は、事前選択された波長において発光が得られるように、選択される。活性層は、非ドープのまま（かまたは非意図的にドープしてもよいし）、あるいは、ｎ型ドープまたはｐ型ドープしてもよい。もちろん、他の改変、変更および代替もありえる。
【0089】
特定の実施形態において、活性領域はまた、電子ブロッキング領域と、別個の閉じ込めヘテロ構造とを含み得る。いくつかの実施形態において、電子ブロック層を堆積させると好適である。電子ブロック層は、ＡｌｓＩｎｔＧａ１－ｓ－ｔＮ（ここで、０≦ｓ、ｔ、ｓ＋ｔ≦１）を含み得、活性層よりもバンドギャップが高く、ｐ型ドープされ得る。１つの特定の実施形態において、電子ブロック層は、ＡｌＧａＮを含む。別の実施形態において、電子ブロック層は、ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子構造を含み、ＡｌＧａＮ層およびＧａＮ層を交互に含み、ＡｌＧａＮ層およびＧａＮ層の厚さはそれぞれ約０．２ｎｍ～約５ｎｍである。もちろん、他の改変、変更および代替もありえる。
【0090】
上記したように、ｐ型窒化ガリウム構造は、電子ブロック層および活性層（単数または複数）の上方に堆積される。ｐ型層は、約１０１６ｃｍ－３～１０２２ｃｍ－３のレベルまでＭｇでドープされ得、ｐ型層の厚さは、約５ｎｍ～約１０００ｎｍであり得る。ｐ型層の最外部の１～５０ｎｍを層のその他部分よりもより高ドープすることで、電気接触を向上させることができる。特定の実施形態において、ドライエッチングまたはウェットエッチングから選択されたエッチングプロセスにより、レーザストライプが提供される。好適な実施形態において、エッチングプロセスはドライであってもよいし、他のものであってもよい。デバイスはまた、２１３接触領域を露出させる重畳誘電領域を有する。特定の実施形態において、誘電領域は、酸化物（例えば、二酸化ケイ素）を含むが、他のものであってもよい（例えば、窒化ケイ素）。もちろん、他の改変、変更および代替もありえる。
【0091】
プロジェクター２５０の光源は、１つ以上のＬＥＤも含み得ることが理解されるべきである。図２－Ｂは、ＬＥＤ光源を有するプロジェクターを示す簡易図である。この図はあくまで一例であり、特許請求の範囲を過度に制限するものではない。当業者であれば、改変、代替および変更を認識する。一例として、青色ＬＥＤおよび緑色ＬＥＤは、窒化ガリウム含有材料から製造される。１つの特定の実施形態において、青色ＬＥＤは、非極配向によって特徴付けられる。別の実施形態において、青色ＬＥＤは、半極配向によって特徴付けられる。
【0092】
図３は、本発明の実施形態による投射デバイスの別の図である。この図はあくまで一例であり、特許請求の範囲を過度に制限するものではない。当業者であれば、改変、代替および変更を認識する。図３において、投射デバイスは、ＭＥＭＳ走査ミラーと、鏡と、光変換部材と、赤色レーザダイオードと、青色ダイオードと、緑色レーザダイオードとを含む。図示のような青色レーザダイオードおよび緑色レーザダイオードは、単一のパッケージとして統合される。例えば、青色および緑色レーザは、同一基板および表面を共有する。青色レーザダイオードおよび緑色レーザダイオードからの出力は、共通表面から出射される。青色レーザダイオードおよび緑色レーザダイオードをコパッケージすることで、プロジェクターデバイスのサイズおよびコストの実質的低減（例えば、部品点数の削減）が可能になることが理解される。
【0093】
加えて、緑色レーザダイオードおよび青色レーザダイオードは、高効率によって特徴付けられる。例えば、緑色レーザダイオード上の青色は、バルク窒化ガリウム材料から製造される。青色レーザダイオードは、非極配向または半極配向であり得る。緑色レーザダイオードも、同様に非極配向または半極配向であり得る。例えば、以下のレーザダイオードの組み合わせが可能であるが、他の可能性も可能である。具体的には、青色極性＋緑色非極性＋赤色＊ＡｌＩｎＧａＰ、青色極性＋緑色半極＋赤色＊ＡｌＩｎＧａＰ、青色極性＋緑色極性＋赤色＊ＡｌＩｎＧａＰ、青色半極性＋緑色非極性＋赤色＊ＡｌＩｎＧａＰ、青色半極性＋緑色半極＋赤色＊ＡｌＩｎＧａＰ、青色半極性＋緑色極性＋赤色＊ＡｌＩｎＧａＰ、青色非極性＋緑色非極性＋赤色＊ＡｌＩｎＧａＰ、青色非極性＋緑色半極＋赤色＊ＡｌＩｎＧａＰ、青色非極性＋緑色極性＋赤色＊ＡｌＩｎＧａＰである。
【0094】
一実施形態において、緑色レーザダイオードは、４８０ｎｍ～５４０ｎｍの波長によって特徴付けられる。この波長範囲は、赤外線レーザダイオード（すなわち、放射波長が約１０６０ｎｍのもの）を用いておりかつＳＨＧを用いて周波数を倍化した従来の製造デバイスと異なる。
【0095】
図３－Ａは、本発明の実施形態による共にパッケージされたレーザダイオードの簡易図である。この図はあくまで一例であり、特許請求の範囲を過度に制限するものではない。当業者であれば、改変、代替および変更を認識する。図３－Ａに示すように、２つのレーザダイオードが単一のパッケージ上に設けられている。例えば、レーザ１が青色レーザダイオード内に図示されており、レーザ２が緑色レーザダイオードである。光学素子を用いて、レーザ出力を組み合わせることができる。
【0096】
図３－Ａに示すような２つのレーザの出力を、多用に組み合わせることができる。例えば、光学コンポーネント（例えば、ダイクロックレンズ、導波路）を用いて、レーザ１およびレーザ２の出力を図示のように組み合わせることができる。
【0097】
他の実施形態において、青色レーザダイオードおよび緑色レーザダイオードをモノリシックに統合する。図３－Ｂは、本発明の実施形態による段階的放射波長の活性領域の断面図である。この図はあくまで一例であり、特許請求の範囲を過度に制限するものではない。当業者であれば、改変、代替および変更を認識する。図３－Ｂに示すように、例えば、異なる放射勾配を有する活性領域が提供される。活性領域の異なる部分のリッジ導波路が、異なる波長を出射するように適合される。
【0098】
図３－Ｃは、本発明の実施形態による複数の活性領域の断面を示す簡易図である。この図はあくまで一例であり、特許請求の範囲を過度に制限するものではない。当業者であれば、改変、代替および変更を認識する。特に、各活性領域は、特定の波長と関連付けられる。
【0099】
プロジェクター３００の光源は、１つ以上のＬＥＤも含み得ることが理解されるべきである。図３－Ｄは、ＬＥＤ光源を有するプロジェクターを示す簡易図である。この図はあくまで一例であり、特許請求の範囲を過度に制限するものではない。当業者であれば、改変、代替および変更を認識する。一例として、青色ＬＥＤおよび緑色ＬＥＤは、窒化ガリウム含有材料から製造される。１つの特定の実施形態において、青色ＬＥＤは、非極配向によって特徴付けられる。別の実施形態において、青色ＬＥＤは、半極配向によって特徴付けられる。
【0100】
図４は、本発明の実施形態による投射デバイスの簡易図である。この図はあくまで一例であり、特許請求の範囲を過度に制限するものではない。当業者であれば、改変、代替および変更を認識する。図４に示すように、青色レーザダイオード、緑色レーザダイオードおよび赤色レーザダイオーを統合することで、光源４０１が得られる。光源４０１は、レーザダイオードそれぞれの出力を組み合わせる。組み合わされた光は鏡上へと投射され、鏡は、組み合わされた光をＭＥＭＳ走査ミラー．上へと反射する。レーザダイオードを同一パッケージ内に設けることにより、光源４０１のサイズおよびコスト双方の低減が可能となる。例えば、以下のレーザダイオードの組み合わせが可能であるが、他の組み合わせも可能であることが理解されるべきである。たとえば、青色極性＋緑色非極性＋赤色＊ＡｌＩｎＧａＰ、青色極性＋緑色半極＋赤色＊ＡｌＩｎＧａＰ、青色極性＋緑色極性＋赤色＊ＡｌＩｎＧａＰ、青色半極性＋緑色非極性＋赤色＊ＡｌＩｎＧａＰ、青色半極性＋緑色半極＋赤色＊ＡｌＩｎＧａＰ、青色半極性＋緑色極性＋赤色＊ＡｌＩｎＧａＰ、青色非極性＋緑色非極性＋赤色＊ＡｌＩｎＧａＰ、青色非極性＋緑色半極＋赤色＊ＡｌＩｎＧａＰ、青色非極性＋緑色極性＋赤色＊ＡｌＩｎＧａＰである。
【0101】
図４－Ａは、本発明の実施形態による、単一のパッケージ形態に統合されたレーザダイオードを示す簡易図である。この図はあくまで一例であり、特許請求の範囲を過度に制限するものではない。当業者であれば、改変、代替および変更を認識する。例えば、レーザ１は緑色レーザダイオードであり得、レーザ２は赤色レーザダイオードであり得、レーザ３は青色レーザダイオードであり得る。用途に応じて、緑色レーザダイオードは、半極性ガリウム含有基板、非極性ガリウム含有基板または極性ガリウム含有基板上に作製去れ得る。同様に、青色レーザダイオードは、半極性ガリウム含有基板、非極性ガリウム含有基板または極性ガリウム含有基板上に形成され得る。
【0102】
本発明による多様な投射システムは、広範な用途を有することが理解されるべきである。多様な実施形態において、上述した投射システムは、携帯電話、カメラ、パーソナルコンピュータ、ポータブルコンピュータおよび他の電子機器上に統合される。
【0103】
図５は、本発明の実施形態によるＤＬＰ投射デバイスの簡易図であるこの図はあくまで一例であり、特許請求の範囲を過度に制限するものではない。当業者であれば、改変、代替および変更を認識する。図５に示すように、投射装置は、特に、光源と、集光レンズと、色相環と、成形レンズと、デジタル照明プロセッサ（ＤＬＰ）基板と、投射レンズとを含む。ＤＬＰ基板は、特に、プロセッサと、メモリと、デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）とを含む。
【0104】
一例として、色相環は、光源から射出された光の色を変化させる蛍光体材料を含み得る。特定の実施形態において、色相環は複数の領域を含み、領域はそれぞれ、特定の色（例えば、赤色、緑色、青色など）に対応する。例示的実施形態において、プロジェクターは、青色光源および赤色光源を含む光源を含む。色相環は、青色光のための溝部と、青色光を緑色光に変換するための領域を含む蛍光体とを含む。動作時において、青色光源（例えば、青色レーザダイオードまたは青色ＬＥＤ）は、溝部を通じて青色光を提供し、蛍光体含有領域からの緑色光を励起し、赤色光源は、赤色光を別個に提供する。蛍光体からの緑色光は、色相環を通過させてもよいし、あるいは色相環から反射させてもよい。いずれの場合においても、緑色光は、光学素子によって収集され、マイクロディスプレイへと再方向付けされる。溝部を通過した青色光も、マイクロディスプレイへと方向付けられる。青色光源は、レーザダイオードおよび／または非極配向ＧａＮまたは半極配向ＧａＮ上に作製されたＬＥＤであり得る。いくつかの場合において、青色レーザおよび青色ＬＥＤ双方を組み合わせることにより、色特性の向上が可能となる。緑色光の別の源を挙げると、非極性Ｇａ含有基板または半極性Ｇａ含有基板から作製可能な緑色レーザダイオードおよび／または緑色ＬＥＤがある。いくつかの実施形態において、ＬＥＤ、レーザおよび／または蛍光体変換緑色光の何らかの組み合わせを用いると有利であり得る。色光源およびその色相環の他の組み合わせが可能であることが理解される。
【0105】
別の例として、色相環は、複数の蛍光体材料を含み得る。例えば、色相環は、青色光源と組み合わされた緑色蛍光体および赤色蛍光体双方を含み得る。特定の実施形態において、色相環は複数の領域を含み、領域はそれぞれ、特定の色（例えば、赤色、緑色、青色など）に対応する。例示的実施形態において、プロジェクターは、青色光源を含む光源を含む。色相環は、青色レーザ光のための溝部と、青色光の緑色光への変換および青色光の赤色光への変換のための２つの蛍光体含有領域とをそれぞれ含む。動作時において、青色光源（例えば、青色レーザダイオードまたは青色ＬＥＤ）は、溝部を通じて青色光を提供し、蛍光体含有領域から緑色光および赤色光を励起する。蛍光体からの緑色および赤色光は、色相環を通じて透過させることもできるし、あるいは色相環から反射させることも可能である。いずれの場合においても、緑色および赤色光は、光学素子によって収集され、マイクロディスプレイへと再方向付けされる。青色光源は、レーザダイオードであってもよいし、あるいは、非極配向ＧａＮまたは半極配向ＧａＮ上に作成されたＬＥＤであってもよい。
【0106】
別の例として、色相環は、青色蛍光体材料、緑色蛍光体材料および赤色蛍光体材料を含み得る。例えば、色相環は、青色、緑色蛍光体および赤色蛍光体と、紫外（ＵＶ）光源との組み合わせを含み得る。特定の実施形態において、色相環は複数の領域を含み、領域はそれぞれ、特定の色（例えば、赤色、緑色、青色など）に対応する。例示的実施形態において、プロジェクターは、ＵＶ光源を含む光源を含む。色相環は、ＵＶ光から青色光への変換、ＵＶ光から緑色光への変換、およびＵＶ光から赤色光への変換それぞれのための３つの蛍光体含有領域を含む。動作時において、色相環は、青色、緑色、および赤色光を順次蛍光体含有領域から出射する。蛍光体からの青色光、緑色光および赤色光は、色相環を通じて透過させることもできるし、あるいは色相環から反射させることも可能である。いずれの場合においても、青色光、緑色光および赤色光は、光学素子によって収集され、マイクロディスプレイへと再方向付けされる。ＵＶ光源は、レーザダイオードであってもよいし、あるいは非極配向ＧａＮまたは半極配向ＧａＮ上に作製されたＬＥＤであってもよい。色光源およびその色相環の他の組み合わせが可能であることが理解される。
【0107】
図示のような光源は、レーザに基づいて作製され得る。一実施形態において、光源からの出力は、実質的に白色によって特徴付けられたレーザビームである。一実施形態において、光源は、青色レーザダイオード、緑色レーザダイオードおよび赤色レーザダイオードからの光出力を組み合わせる。例えば、青色、緑色、および赤色レーザダイオードを統合することで、単一のパッケージを得ることができる。上述したように．他の組み合わせも可能である。例えば、青色レーザダイオードおよび緑色レーザダイオードは単一のパッケージを共有し、赤色レーザダイオードは単独でパッケージされる。本実施形態において、色が時系列になるようにこれらのレーザを変調することができ、これにより色相環を不要とすることができる。青色レーザダイオードは、極性、半極性および非極性であり得る。同様に、緑色レーザダイオードも、極性、半極性および非極性であり得る。例えば、青色ダイオードおよび／または緑色ダイオードは、窒化ガリウム材料を含むバルク基板から製造される。例えば、以下のレーザダイオードの組み合わせが可能であるが、他のの組み合わせも可能である。具体的には、青色極性＋緑色非極性＋赤色＊ＡｌＩｎＧａＰ、青色極性＋緑色半極＋赤色＊ＡｌＩｎＧａＰ、青色極性＋緑色極性＋赤色＊ＡｌＩｎＧａＰ、青色半極性＋緑色非極性＋赤色＊ＡｌＩｎＧａＰ、青色半極性＋緑色半極＋赤色＊ＡｌＩｎＧａＰ、青色半極性＋緑色極性＋赤色＊ＡｌＩｎＧａＰ、青色非極性＋緑色非極性＋赤色＊ＡｌＩｎＧａＰ、青色非極性＋緑色半極＋赤色＊ＡｌＩｎＧａＰ、青色非極性＋緑色極性＋赤色＊ＡｌＩｎＧａＰである。
【0108】
図５において、ＤＬＰ投射システムは、色相環を用いて、一色（例えば、赤色、緑色または青色）の光を一度にＤＭＤへと投射する。色相環が必要な理由は、光源から連続的に白色光が提供されるからである。本発明の実施形態においてはソリッドステートデバイスを光源として用いるため、本発明によるＤＬＰプロジェクターにおいて、図５中に示す色相環は不要であることが理解されるべきである。図５－Ａは、本発明の実施形態によるＤＬＰプロジェクターを示す簡易図である。この図はあくまで一例であり、特許請求の範囲を過度に制限するものではない。当業者であれば、改変、代替および変更を認識する。
【0109】
別の実施形態において、光源は、単一のレーザダイオードを含む。例えば、光源は、青色レーザビームを出力する青色レーザダイオードを含む。光源はまた、レーザビームの青色を変化させる１つ以上の光学部材も含む、例えば、１つ以上の光学部材は、蛍光体材料を含む。レーザビームは、蛍光体材料を励起して、投写型ディスプレイの光源となる実質的に白色の光源を形成する。本実施形態において、ＤＬＰに対して青色フレーム、緑色フレームおよび赤色フレームを順序付けるために色相環が必要となる。
【0110】
投射システム５００は、光源５０１と、光源コントローラ５０２と、光学部材５０４と、ＤＬＰチップ５０５とを含む。光源５０１は、光学部材５０４を通じてＤＭＤ５０３に色付き光を出射するように構成される。より詳細には、光源５０１は、有色レーザダイオードを含む。例えば、レーザダイオードは、赤色レーザダイオード、青色レーザダイオードおよび緑色レーザダイオードを含む。所定の時間間隔において、単一のレーザダイオードはオンにされその他のレーザダイオードはオフにされ、これにより、単一の有色レーザビームがＤＭＤ５０３上に出射される。光源コントローラ５０２は、レーザダイオードを所定の周波数および順序に基づいてオンおよびオフに切り換えるための制御信号を光源５０１に提供する。例えば、このレーザダイオードの切り換えは、図５に示す色相環の機能に類似する。
【0111】
図６は、本発明の実施形態による３チップＤＬＰ投射システムを示す簡易図である。この図はあくまで一例であり、特許請求の範囲を過度に制限するものではない。当業者であれば、改変、代替および変更を認識する。図５に示すように、３チップＤＬＰ投射システムは、光源と、光学素子と、複数のＤＭＤと、色相環システムとを含む。図示のように、これらのＤＭＤはそれぞれ、特定の色と関連付けられる。
【0112】
多様な実施形態において、白色光ビームは、光源によって提供される実質的に白色のレーザビームを含む。一実施形態において、光源からの出力は、実質的に白色によって特徴付けられるレーザビームである。一実施形態において、光源は、青色レーザダイオード、緑色レーザダイオードおよび赤色レーザダイオードからの光出力を組み合わせる。例えば、上述したように、青色、緑色、および赤色レーザダイオードを統合して、単一のパッケージを得ることができる。他の組み合わせも可能である。例えば、青色レーザダイオードおよび緑色レーザダイオードは単一のパッケージを共有し、赤色レーザダイオードは単独でパッケージされる。青色レーザダイオードは、極性、半極性および非極性であり得る。同様に、緑色レーザダイオードも、極性、半極性および非極性であり得る。例えば、青色および／または緑色ダイオードは、窒化ガリウム材料を含むバルク基板から製造される。例えば、以下のレーザダイオードの組み合わせが可能であるが、他の可能性も可能である。具体的には、青色極性＋緑色非極性＋赤色＊ＡｌＩｎＧａＰ、青色極性＋緑色半極＋赤色＊ＡｌＩｎＧａＰ、青色極性＋緑色極性＋赤色＊ＡｌＩｎＧａＰ、青色半極性＋緑色非極性＋赤色＊ＡｌＩｎＧａＰ、青色半極性＋緑色半極＋赤色＊ＡｌＩｎＧａＰ、青色半極性＋緑色極性＋赤色＊ＡｌＩｎＧａＰ、青色非極性＋緑色非極性＋赤色＊ＡｌＩｎＧａＰ、青色非極性＋緑色半極＋赤色＊ＡｌＩｎＧａＰ、青色非極性＋緑色極性＋赤色＊ＡｌＩｎＧａＰである。
【0113】
別の実施形態において、光源は、単一のレーザダイオードを含む。例えば、光源は、青色レーザビームを出力する青色レーザダイオードを含む。光源は、また、レーザビームの青色を変化させる１つ以上の光学部材も含む。例えば、１つ以上の光学部材は、蛍光体材料を含む。
【0114】
光源は、レーザダイオードおよび／またはＬＥＤを含み得ることが理解されるべきである。一実施形態において、光源は、異なる色のレーザダイオードを含む。例えば、光源は、レーザダイオードから出射された光の色を変化させる蛍光体材料をさらに含み得る。別の実施形態において、光源は、１つ以上の有色ＬＥＤを含む。さらに別の実施形態において、光源は、レーザダイオードおよびＬＥＤ双方を含む。例えば、光源は、レーザダイオードおよび／またはＬＥＤの光色を変化させるための蛍光体材料を含み得る。
【0115】
多様な実施形態において、レーザダイオードは、３Ｄディスプレイ用途に用いられる。典型的には、３Ｄディスプレイシステムは立体視原理に依存している。立体視技術においては、シーンを見ている各ユーザに対して別個のデバイスを用いることで、当該ユーザの左右の眼に異なる画像を提供する。この技術の例を挙げると、アナグリフ画像および偏光眼鏡がある。図７は、偏光眼鏡によってフィルタリングされた偏光画像を用いた３Ｄディスプレイを示す簡易図である。図示のように、左眼および右眼は、偏光眼鏡を通じて異なる画像を認識する。
【0116】
従来の偏光眼鏡の場合、ＲｅａｌＤ Ｃｉｎｅｍａ（登録商標）によって利用されている円形の偏光眼鏡を含んでいることが多く、多くの劇場において広く採用されている。別の種類の画像分離が、干渉フィルター技術によって提供されている。例えば、眼鏡およびプロジェクター中の空間干渉フィルターが主流の技術となっており、この名称の由来となっている。これらのフィルターにおいては、可視色スペクトルを６個の狭帯域に分割する（そのうち２個は赤色領域であり、そのうち２個は緑色領域であり、そのうち２個は記青色領域である（説明目的のため、Ｒ１、Ｒ２、Ｇ１、Ｇ２、Ｂ１およびＢ２と呼ぶ））。これらのＲ１、Ｇ１およびＢ１帯域を片方の眼用の画像に用い、Ｒ２、Ｇ２およびＢ２を他方の眼用の画像に用いる。ヒトの眼は、このような微少なスペクトル差をほとんど感知しないないため、この技術により。２つの眼間のわずかな色差だけで、フルカラーの３Ｄ画像を生成することが可能となる。場合によっては、この技術を「スーパーアナグリフ」と呼ぶ場合がある。なぜならば、この技術は高度なスペクトル多重化であり、従来のアナグリフ技術の核を成すものであるからである。特定の例において、以下の１組の波長が用いられる。たとえば、左眼では、赤色６２９ｎｍ、緑色５３２ｎｍ、青色４４６ｎｍであり、右眼では、赤色６１５ｎｍ、緑色５１８ｎｍ、青色４３２ｎｍである。
【0117】
多様な実施形態において、本発明は、３Ｄ画像を投射する投射システムを提供する。このシステムにおいて、レーザダイオードを用いて、基本的なＲＧＢ色を提供する。図８は、本発明の実施形態による３Ｄ投射システムを示す簡易図である。この図はあくまで一例であり、特許請求の範囲を過度に制限するものではない。当業者であれば、改変、代替および変更を認識する。図８に示すように、投射システムは、プロジェクター８０１を含む。プロジェクター８０１は、片眼（例えば、左眼）用に関連付けられた画像を投射するように構成される。プロジェクター８０１は、第１の光源を含む。第１の光源は、第１の組のレーザダイオード（すなわち、赤色レーザダイオード、緑色レーザダイオード、および青色レーザダイオード）を含む。これらのレーザダイオードはそれぞれ、特定の波長と関連付けられる。例えば、赤色レーザダイオードは、波長６２９ｎｍによって特徴付けられたレーザビームを出射するように構成され、緑色レーザダイオードは、波長５３２ｎｍによって特徴付けられたレーザビームを出射するように構成され、青色レーザダイオードは、波長４４６ｎｍによって特徴付けられたレーザビームを出射するように構成される。他の波長も可能であることが理解されるべきである。
【0118】
多様な実施形態において、青色レーザダイオードは、非極配向または半極配向によって特徴付けられる。例えば、青色レーザダイオードは、窒化ガリウム含有基板から作製される。１つの特定の実施形態において、青色レーザダイオードは、バルク基板材料から製造される。同様に、緑色レーザダイオードも、窒化ガリウム含有基板から製造可能である。例えば、緑色レーザダイオードは、非極配向または半極配向によって特徴付けられる。
【0119】
色ＬＥＤを用いて、投射素子に有色光を提供することも可能であることが理解されるべきである。例えば、赤色光提供のために、赤色レーザダイオードの代わりに赤色ＬＥＤを用いることが可能である。同様に、多様な色のＬＥＤおよび／またはレーザダイオードを光源として交換可能な様態で用いることができる。蛍光体材料を用いて、ＬＥＤおよび／またはレーザダイオードから出射された光の色を変化させることができる。
【0120】
プロジェクター８０２は、他方の眼（例えば、右眼）用に関連付けられた画像を投射するように、構成される。第２の光源は、第２の組のレーザダイオード（すなわち、赤色レーザダイオード、緑色レーザダイオード、および青色レーザダイオード）を含む。これらのレーザダイオードはそれぞれ、特定の波長と関連付けられ、これらの波長はそれぞれ、第１の光源の対応するレーザダイオードの波長と異なる。例えば、赤色レーザダイオードは、波長６１５ｎｍによって特徴付けられるレーザビームを出射するように構成され、緑色レーザダイオードは、波長５１８ｎｍによって特徴付けられるレーザビームを出射するように構成され、青色レーザダイオードは、波長４３２ｎｍによって特徴付けられるレーザビームを出射するように構成される。他の波長も可能であることが理解されるべきである。
【0121】
図８に示すプロジェクター８０１および８０２は離隔された様態で配置されているが、これら２つのプロジェクターは、１つのハウジングユニット内に一体に配置することも可能であることが理解されるべきである。光源および画像源に加えて、プロジェクターは、２つのプロジェクターからの画像を同一画面上に集束させるための光学素子を含む。
【0122】
特定の用途に応じて、多様な種類のフィルターを用いて、投射画像を視聴者に合わせてフィルタリングすることができる。一実施形態において、バンドパスフィルターが用いられる。例えば、バンドパスフィルターにより、１組のＲＧＢ色波長のみが片眼を通過するようにすることができる。別の実施形態において、ノッチフィルターを用いることで、特定の１組のＲＧＢ色波長を除く実質的に全ての波長が片眼を通過するようにすることができる。他の実施形態も可能である。
【0123】
特定の実施形態において、本発明は、液晶オンシリコン（ＬＣＯＳ）投射システムを提供する。図９は、本発明の実施形態によるＬＣＯＳ投射システム９００を示す簡易図である。この図はあくまで一例であり、特許請求の範囲を過度に制限するものではない。当業者であれば、改変、代替および変更を認識する。図９に示すように、緑色レーザダイオードは、緑色レーザ光を緑色ＬＣＯＳスルースプリッター９０１へ提供し、青色レーザダイオードは、青色レーザ光を青色ＬＣＯＳスルースプリッター９０３へ提供し、赤色レーザダイオードは、赤色レーザ光をＬＣＯＳスルースプリッター９０４へと提供する。ＬＣＯＳそれぞれを用いて、対応するレーザダイオードによって提供されるような所定の単一の色の画像を形成し、単一の有色画像が、ｘキューブコンポーネント９０２によって組み合わされる。組み合わされた色画像は、レンズ９０６上に投射される。
【0124】
多様な実施形態において、投射システム９００において用いられる１つ以上のレーザダイオードは、半極配向または非極配向によって特徴付けられる。一実施形態において、レーザダイオードは、バルク基板から製造される。特定の実施形態において、青色レーザダイオードおよび緑色レーザダイオードは、窒化ガリウム含有基板から製造される。色ＬＥＤを用いて、投射素子のための有色光を提供することも可能であることが理解されるべきである。例えば、赤色光の提供において、赤色レーザダイオードの代わりに赤色ＬＥＤを用いることが可能である。同様に、多様な色のＬＥＤおよび／またはレーザダイオードを光源として交換可能な様態で用いることができる。蛍光体材料を用いて、ＬＥＤおよび／またはレーザダイオードから出射された光の色を変化させることができる。
【0125】
ＬＣＯＳ投射システム９００は、３つのパネルを含む。別の実施形態において、本発明は、単一のＬＣＯＳパネルを備えた投射システムを提供する。赤色、緑色レーザダイオードおよび青色レーザダイオードが整列され、赤色、緑色、および青色レーザビームが単一のＬＣＯＳ上にコリメートされる。１つのレーザダイオードのみが所与のタイミングで電力供給されかつＬＣＯＳが単一の色で点灯するように、レーザダイオードがパルス変調される。有色レーザダイオードが用いられているため、本発明によるＬＣＯＳ投射システムにおいて、従来のＬＣＯＳ投射システムにおいて用いられるような単一の白色光源を色ビームに分割するビームスプリッターは不要であることが理解されるべきである。多様な実施形態において、単一のＬＣＯＳ投射システムにおいて用いられる１つ以上のレーザダイオードは、半極配向または非極配向によって特徴付けられる。一実施形態において、レーザダイオードは、バルク基板から製造される。特定の実施形態において、青色レーザダイオードおよび緑色レーザダイオードは、窒化ガリウム含有基板から製造される。多様な実施形態において、図９に示す構成は、強誘電性液晶オンシリコン（ＦＬＣＯＳ）システムにおいても用いられる。例えば、図９に示すパネルは、ＦＬＣＯＳパネルであり得る。
【0126】
上記において特定の実施形態の詳細を述べたが、多様な改変、代替的構造、および均等物への変更が可能である。従って、上記の記載および例示は、本発明の範囲を制限するものとしてとられるべきではない。本発明の範囲は、添付の請求項によって規定され解釈される。
【図1】
【図2】
【図2-A】
【図2-B】
【図3】
【図3-A】
【図3-B】
【図3-C】
【図3-D】
【図4】
【図4-A】
【図5】
【図5-A】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
