JP2001264662A - カラーレーザディスプレイ - Google Patents

カラーレーザディスプレイ

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JP2001264662A
JP2001264662A JP2000073234A JP2000073234A JP2001264662A JP 2001264662 A JP2001264662 A JP 2001264662A JP 2000073234 A JP2000073234 A JP 2000073234A JP 2000073234 A JP2000073234 A JP 2000073234A JP 2001264662 A JP2001264662 A JP 2001264662A
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laser light
light source
color
semiconductor
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Yoji Okazaki
洋二 岡崎
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Fujifilm Holdings Corp
Original Assignee
Fuji Photo Film Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】カラーレーザディスプレイにおいて、小型化、
高出力化、低ノイズ化を実現する。 【解決手段】 赤色レーザ光10Ｒを発する赤色レーザ光
源１ａと、緑色レーザ光10Ｇを発する緑色レーザ光源１
ｂと、青色レーザ光10Ｂを発する青色レーザ光源１ｃ
と、各色レーザ光10Ｒ、10Ｇ、10Ｂを各色画像信号に基
づいて変調する変調手段２ａ、２ｂ、２ｃと、各色を表
示するスクリーン９と、各色レーザ光10Ｒ、10Ｇ、10Ｂ
をスクリーン９上において２次元状に走査させる手段６
および８とを備えてなるカラーレーザディスプレイにお
いて、赤色レーザ光源１ａ、緑色レーザ光源１ｂおよび
青色レーザ光源１ｃのうちの少なくとも１つとして、Ｐ
ｒ３ ＋が添加されたコアを持つファイバーをＧａＮ系半
導体レーザによって励起する構成を有するファイバーレ
ーザを用いる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、スクリーンを３色
レーザ光で走査する方式のカラーレーザディスプレイに
関し、特に詳細には、レーザ光源として、Ｐｒ３＋が添
加された固体レーザ結晶を用いる半導体レーザ励起固体
レーザや、Ｐｒ３＋が添加されたコアを持つファイバー
を用いるファイバーレーザや、さらにはＧａＮ系半導体
レーザ素子により面発光型半導体素子を励起する構成を
有する半導体レーザ装置が用いられたカラーレーザディ
スプレイに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より、赤色光、緑色光および青色光
を受けて各色を表示するスクリーンを、各色画像信号で
変調されたレーザ光で走査してそこに画像を投影する方
式のカラーレーザディスプレイや、レーザ光を空間変調
素子により変調して得られる画像をプロジェクション光
学系によってスクリーンに投影する方式のカラーレーザ
ディスプレイが知られている。この種のカラーレーザデ
ィスプレイにおいては、高輝度化のために、出力がＷ
（ワット）クラスのレーザ光源が必要とされている。そ
こで従来はレーザ光源として、高出力のＡｒ＋ガスレー
ザやＫｒ＋ガスレーザ等が使用されてきた。しかし、ガ
スレーザ光源は、一般にエネルギー変換効率が0.1％程
度と低く、また水冷機構が必要であるため、装置が大型
化し、コストが非常に高いという問題があった。
【０００３】そこで近年、1997年12月発行のLaser Forc
us World p.52に示さるように、可視の短波長レーザ光
源として半導体レーザ励起ＳＨＧ（第２高調波発生）固
体レーザが使用され始めた。例えば、発振波長が1064ｎ
ｍの半導体レーザ励起固体レーザを用いた532ｎｍの緑
色波長を発するＹＡＧレーザでは、ガスレーザよりもエ
ネルギー変換効率が高いものが得られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した半導
体レーザ励起ＳＨＧ固体レーザは高出力化に伴い、レー
ザ光に縦モード競合というノイズが発生することが知ら
れている。例えば、1998年５月発行のLaser Forcus Wor
ld p.243には、青色、緑色固体レーザではノイズが３％
以下であるのに対し、赤色固体レーザでは50％ものノイ
ズが発生するということが記載されている。
【０００５】これらの縦モードを制御するために、例え
ばエタロンを波長選択素子として挿入することも考えら
れる。しかしそうした場合は、完全な単一モード発振を
実現するにはロスが大きすぎ、その結果、高出力が得ら
れなくなり、レーザディスプレイを高輝度化できないと
いう問題が発生する。したがって、半導体レーザ励起Ｓ
ＨＧ固体レーザをレーザディスプレイの光源に用いた場
合、小型化という点では改善されるが、高効率化、性能
およびコストの点で多くの問題点が残されている。
【０００６】本発明は上記事情に鑑みて、小型化および
高効率化が可能で、かつ低ノイズのカラーレーザディス
プレイを提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明による第１のカラ
ーレーザディスプレイは、赤色レーザ光を発する赤色レ
ーザ光源と、緑色レーザ光を発する緑色レーザ光源と、
青色レーザ光を発する青色レーザ光源と、前記赤色レー
ザ光、緑色レーザ光および青色レーザ光を各色画像信号
に基づいて変調する変調手段と、前記赤色レーザ光、緑
色レーザ光および青色レーザ光を受けて各色を表示する
スクリーンと、前記各色レーザ光による像を前記スクリ
ーン上に投影する手段とを備えてなるカラーレーザディ
スプレイにおいて、前記赤色レーザ光源、緑色レーザ光
源および青色レーザ光源のうちの少なくとも１つとし
て、Ｐｒ３＋が添加された固体レーザ結晶をＧａＮ系半
導体レーザによって励起する構成を有する半導体レーザ
励起固体レーザが用いられたことを特徴とするものであ
る。
【０００８】なお上記構成を有する第１のカラーレーザ
ディスプレイにおいて、赤色レーザ光源としては、 ３
Ｐ０ → ３Ｆ２ もしくは ３Ｐ０ → ３Ｈ６ の
遷移によって600 〜660 ｎｍの波長領域のレーザ光を発
振させる半導体レーザ励起固体レーザを好適に用いるこ
とができる。
【０００９】また緑色レーザ光源としては、 ３Ｐ１
→ ３Ｈ５ の遷移によって515 〜555 ｎｍの波長領域
のレーザ光を発振させる半導体レーザ励起固体レーザを
好適に用いることができる。
【００１０】そして青色レーザ光源としては、 ３Ｐ
０ → ３Ｈ４ の遷移によって465〜495 ｎｍの波長
領域のレーザ光を発振させる半導体レーザ励起固体レー
ザを好適に用いることができる。
【００１１】また本発明による第２のカラーレーザディ
スプレイは、赤色レーザ光を発する赤色レーザ光源と、
緑色レーザ光を発する緑色レーザ光源と、青色レーザ光
を発する青色レーザ光源と、前記赤色レーザ光、緑色レ
ーザ光および青色レーザ光を各色画像信号に基づいて変
調する変調手段と、前記赤色レーザ光、緑色レーザ光お
よび青色レーザ光を受けて各色を表示するスクリーン
と、前記各色レーザ光による像を前記スクリーン上に投
影する手段とを備えてなるカラーレーザディスプレイに
おいて、前記赤色レーザ光源、緑色レーザ光源および青
色レーザ光源のうちの少なくとも１つとして、Ｐｒ３＋
が添加されたコアを持つファイバーをＧａＮ系半導体レ
ーザによって励起する構成を有するファイバーレーザが
用いられたことを特徴とするものである。
【００１２】上記構成を有する第２のカラーレーザディ
スプレイにおいて、赤色レーザ光源としては、 ３Ｐ
０ → ３Ｆ２ もしくは ３Ｐ０ → ３Ｈ６ の遷
移によって600 〜660 ｎｍの波長領域のレーザ光を発振
させるファイバーレーザを好適に用いることができる。
【００１３】また緑色レーザ光源としては、 ３Ｐ１
→ ３Ｈ５ の遷移によって515 〜555 ｎｍの波長領域
のレーザ光を発振させるファイバーレーザを好適に用い
ることができる。
【００１４】そして青色レーザ光源としては、 ３Ｐ
０ → ３Ｈ４ の遷移によって465〜495 ｎｍの波長
領域のレーザ光を発振させるファイバーレーザを好適に
用いることができる。
【００１５】また本発明による第３のカラーレーザディ
スプレイは、赤色レーザ光を発する赤色レーザ光源と、
緑色レーザ光を発する緑色レーザ光源と、青色レーザ光
を発する青色レーザ光源と、前記赤色レーザ光、緑色レ
ーザ光および青色レーザ光を各色画像信号に基づいて変
調する変調手段と、前記赤色レーザ光、緑色レーザ光お
よび青色レーザ光を受けて各色を表示するスクリーン
と、前記各色レーザ光による像を前記スクリーン上に投
影する手段とを備えてなるカラーレーザディスプレイに
おいて、前記赤色レーザ光源、緑色レーザ光源および青
色レーザ光源のうちの少なくとも１つとして、ＧａＮ系
半導体を活性層に用いた半導体レーザ素子からなる励起
光源と、該励起光源により励起されてレーザ発振する面
発光型半導体素子とを備えてなる半導体レーザ装置が用
いられたことを特徴とするものである。
【００１６】上記構成を有する第３のカラーレーザディ
スプレイにおいて、赤色レーザ光源としては、ＩｎＧａ
ＡｌＰまたはＩｎＧａＰからなる活性層を有する面発光
型半導体素子を備えた半導体レーザ装置を好適に用いる
ことができる。
【００１７】またこの第３のカラーレーザディスプレイ
において、緑色レーザ光源や青色レーザ光源としては、
ＩｎＧａＮからなる活性層を有する面発光型半導体素子
を備えた半導体レーザ装置を好適に用いることができ
る。
【００１８】さらに上記半導体レーザ装置としては、Ｇ
ａＮ、ＧａＮＡｓまたはＩｎＧａＮＡｓからなる活性層
を有する面発光型半導体素子を備えたものも好適に用い
ることができる。
【００１９】一方、上記半導体レーザ装置の励起光源で
ある半導体レーザ素子としては、ＩｎＧａＮ、ＧａＮＡ
ｓまたはＩｎＧａＮＡｓからなる活性層を有するものを
好適に用いることができる。またこの半導体レーザ素子
としては、５μｍ以上のストライプ幅を有する、いわゆ
る幅広ストライプタイプのものを用いることが望まし
い。
【００２０】
【発明の効果】本発明のカラーレーザディスプレイは、
Ｐｒ３＋が添加された固体レーザ結晶を用いる半導体レ
ーザ励起固体レーザや、Ｐｒ３＋が添加されたコアを持
つファイバーを用いるファイバーレーザや、さらにはＧ
ａＮ系半導体レーザ素子により面発光型半導体素子を励
起する構成を有する半導体レーザ装置を赤色レーザ光
源、緑色レーザ光源あるいは青色レーザ光源として用
い、それらから発せられた赤色レーザ光、緑色レーザ光
および青色レーザ光を各色画像信号に基づいて変調し
て、それらの光による像をスクリーン上に投影させる構
成としたので、このスクリーンに上記各色画像信号が担
持するカラー画像を表示することができる。
【００２１】そして、赤色レーザ光源、緑色レーザ光源
あるいは青色レーザ光源として用いる上述の半導体レー
ザ励起固体レーザ、ファイバーレーザおよび半導体レー
ザ装置は、従来装置で用いられているガスレーザのよう
に水冷機構は必要ないため、本発明のカラーレーザディ
スプレイは従来装置と比べて十分な小型化が可能であ
り、部品点数が減ることによりコストダウンの効果も得
られる。また、前述した半導体レーザ励起ＳＨＧ固体レ
ーザを光源として用いる場合と比較しても、光波長変換
素子やエタロン等の縦モード制御素子を用いる必要が無
い分、部品点数減によるコストダウンの効果が得られ
る。
【００２２】また、上記半導体レーザ励起ＳＨＧ固体レ
ーザの光−光効率は一般に10〜20％程度であるのに対
し、本発明で用いている半導体レーザ励起固体レーザ、
ファイバーレーザおよび半導体レーザ装置のそれは一般
に30〜50％程度に達するので、本発明によれば、半導体
レーザ励起ＳＨＧ固体レーザを光源として用いる従来装
置と比べて高効率化も実現できる。
【００２３】また、上述の半導体レーザ励起固体レー
ザ、ファイバーレーザおよび半導体レーザ装置は、半導
体レーザ励起ＳＨＧ固体レーザのように所望波長を得る
ために光波長変換素子を用いるものではないから、波長
変換に伴う縦モード競合ノイズの発生を招くことがな
く、よって、ノイズ量を例えば１％未満程度に抑えるこ
とができる。
【００２４】また本発明のカラーレーザディスプレイに
おいて励起用に用いているＧａＮ系半導体レーザは、そ
の他のＧａＡｓ系半導体レーザ等と比べるとＣＯＤ値
（端面破壊時の最大光出力）が非常に高いことから高出
力化が可能である。それにより本発明のカラーレーザデ
ィスプレイにおいては、高輝度の画像を表示することが
できる。
【００２５】それに加えて、特に本発明の第２のカラー
レーザディスプレイで用いるファイバーレーザは、熱レ
ンズ等の問題が無いことからより著しい高出力化が可能
である。そこでこの第２のカラーレーザディスプレイに
おいては、より高輝度の画像を表示することができる。
【００２６】また本発明のカラーレーザディスプレイ
は、励起用のＧａＮ系半導体レーザを直接変調して変調
光を得ることができるという利点も有する。
【００２７】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明の第１の実
施の形態であるカラーレーザディスプレイを示すもので
ある。
【００２８】図示の通りこのカラーレーザディスプレイ
は、赤色レーザ光10Ｒを発する赤色レーザ光源１ａと、
緑色レーザ光10Ｇを発する緑色レーザ光源１ｂと、青色
レーザ光10Ｂを発する青色レーザ光源１ｃと、赤色レー
ザ光10Ｒを赤色画像信号に基づいて変調する光変調器２
ａと、緑色レーザ光10Ｇを緑色画像信号に基づいて変調
する光変調器２ｂと、青色レーザ光10Ｂを青色画像信号
に基づいて変調する光変調器２ｃとを有している。
【００２９】また、変調を受けた赤色レーザ光10Ｒはミ
ラー３ａで反射した後ダイクロイックミラー３ｂおよび
３ｃを透過し、変調を受けた緑色レーザ光10Ｇはダイク
ロイックミラー３ｂで反射した後ダイクロイックミラー
３ｃを透過し、そして変調を受けた青色レーザ光10Ｂは
ダイクロイックミラー３ｃで反射して、互いに１本のビ
ームに合波されるようになっている。
【００３０】これらの赤色レーザ光10Ｒ、緑色レーザ光
10Ｇおよび青色レーザ光10Ｂは電気光学光偏向器４に通
されてラスターのピッチむら補正を受けた後、ウォブリ
ング用ガルバノメータ５でウォブリングを受け、ガルバ
ノメーター６により垂直走査のために反射偏向される。
次いで赤色レーザ光10Ｒ、緑色レーザ光10Ｇおよび青色
レーザ光10Ｂはリレーレンズ７で伝達および集光され、
回転多面鏡８により水平走査のために反射偏向される。
【００３１】以上のように垂直走査用ガルバノメーター
６および水平走査用回転多面鏡８により反射偏向された
赤色レーザ光10Ｒ、緑色レーザ光10Ｇおよび青色レーザ
光10Ｂは、スクリーン９上を２次元的に走査する。スク
リーン９は、適当な基材の表面に白色塗料や拡散材等を
塗布あるいは混入させてなるものであり、赤色レーザ光
10Ｒ、緑色レーザ光10Ｇおよび青色レーザ光10Ｂの照射
を受けると、それぞれ赤色光、緑色光および青色光を拡
散反射させる。
【００３２】それぞれ赤色画像信号、緑色画像信号およ
び青色画像信号に基づいて変調されている赤色レーザ光
10Ｒ、緑色レーザ光10Ｇおよび青色レーザ光10Ｂが上記
スクリーン９上を２次元的に走査することにより、この
スクリーン９上に上記３つの画像信号が担持しているカ
ラー画像が投影される。なおスクリーン９として、透過
型のものを用いることも可能である。
【００３３】なお本実施形態においては、各色レーザ光
をスクリーン上で２次元走査させて画像を投影する方式
を採用したが、各色レーザ光を液晶パネルやＤＭＤ（デ
ジタル・マイクロミラー・デバイス）等の空間変調素子
を用いて変調し、それによって得られる画像をプロジェ
クション光学系によってスクリーン上に投影する方式を
採用してもよい。
【００３４】次に、赤色レーザ光源１ａ、緑色レーザ光
源１ｂおよび青色レーザ光源１ｃについて詳しく説明す
る。本実施形態においては、これらの光源として、Ｐｒ
３＋が添加されたコアを持つファイバーをＧａＮ系半導
体レーザによって励起する構成を有するファイバーレー
ザが用いられている。
【００３５】図２は、これらのレーザ光源のうち、赤色
レーザ光源１ａとしてのファイバーレーザを示すもので
ある。このファイバーレーザは、励起光としてのレーザ
光110をそれぞれ発する２個の半導体レーザ111と、発散
光であるレーザ光110をそれぞれ平行光化する２個のコ
リメーターレンズ112と、２本のレーザ光110を偏光合波
する偏光ビームスプリッタ113と、この偏光ビームスプ
リッタ113で１本に合波されたレーザ光110を集光する集
光レンズ114と、Ｐｒ３＋がドープされたコアを持つフ
ァイバー115とからなる。
【００３６】半導体レーザ111としては、発振波長440ｎ
ｍのブロードエリア型高出力ＩｎＧａＮ系半導体レーザ
が用いられている。本例における半導体レーザ111の各
々の出力は２Ｗであり、したがって合波されたレーザ光
110は出力４Ｗとなる。
【００３７】またファイバー115は図３に断面形状を示
すように、断面正円形のコア120と、その外側に配され
た断面ほぼ矩形の第１クラッド121と、その外側に配さ
れた断面正円形の第２クラッド122とからなる。コア120
はＰｒ３＋が例えば0.2％ドープされたＺｒ系弗化物ガ
ラス、例えばＺＢＬＡＮＰ（ＺｒＦ４−ＢａＦ２−Ｌａ
Ｆ３−ＡｌＦ３−ＡｌＦ３−ＮａＦ−ＰｂＦ２）からな
り、第１クラッド121は一例としてＺＢＬＡＮ（ＺｒＦ
４−ＢａＦ２−ＬａＦ３−ＡｌＦ３−ＮａＦ）からな
り、第２クラッド122は一例としてポリマーからなる。
【００３８】なおコア120は上記ＺＢＬＡＮＰに限ら
ず、石英ガラスや、ＺＢＬＡＮや、Ｉｎ／Ｇａ系弗化物
ガラス、例えばＩＧＰＺＣＬすなわち（ＩｎＦ３−Ｇａ
Ｆ３−ＬａＦ３）−（ＰｂＦ２−ＺｎＦ２）−ＣｄＦ等
を用いて形成されてもよい。
【００３９】集光レンズ114により集光された波長440ｎ
ｍのレーザ光110は、上記ファイバー115の第１クラッド
121に入力され、そこを導波モードで伝搬する。つまり
この第１クラッド121は、励起光であるレーザ光110に対
してはコアとして作用する。
【００４０】レーザ光110は、このように伝搬する間に
コア120の部分も通過する。コア120においては、入射し
たレーザ光110によりＰｒ３＋が励起されて、 ３Ｐ
０ → ３Ｆ３ の遷移によって650ｎｍの蛍光が生じ
る。この蛍光はコア120を導波モードで伝搬する。
【００４１】ＺＢＬＡＮＰからなるコア120において
は、その他に、 ３Ｐ１ → ３Ｈ５ の遷移によって波
長520ｎｍの蛍光、 ３Ｐ０ → ３Ｆ２ の遷移によ
って波長605ｎｍの蛍光、 ３Ｐ０ → ３Ｈ４ の遷
移によって波長491 ｎｍの蛍光が発生し得る。
【００４２】そこで、ファイバー115の入射端面115ａに
は、波長650ｎｍに対してＨＲ（高反射）、波長520ｎ
ｍ、605ｎｍ、491ｎｍ並びに励起光波長440ｎｍに対し
てＡＲ（無反射）となる特性のコートが施され、ファイ
バー115の出射端面115ｂには、波長650 ｎｍの光を１％
だけ透過させるコートが施されている。
【００４３】それにより、上記波長650 ｎｍの蛍光はフ
ァイバー115の両端面115ａ、115ｂ間で共振して、レー
ザ発振を引き起こす。こうして波長650 ｎｍの赤色レー
ザ光10Ｒが発生し、この赤色レーザ光10Ｒがファイバー
115の出射端面115ｂから前方に出射する。
【００４４】なお本例では、赤色レーザ光10Ｒはコア12
0においてシングルモードで、一方励起光であるレーザ
光110は第１クラッド121においてマルチモードで伝搬す
る構成とされている。それにより、高出力のブロードエ
リア型半導体レーザ111を励起光源に適用して、レーザ
光110を高い結合効率でファイバー115に入力させること
が可能となっている。
【００４５】それに加えて、第１クラッド121の断面形
状がほぼ矩形とされているため、レーザ光110がクラッ
ド断面内で不規則な反射経路を辿り、コア120に入射す
る確率が高められている。
【００４６】以上により、高い発振効率が確保され、高
出力の赤色レーザ光10Ｒが得られるようになる。本実施
形態では、赤色レーザ光10Ｒの出力は２Ｗである。
【００４７】次に緑色レーザ光源１ｂについて説明す
る。この緑色レーザ光源１ｂは、上記赤色レーザ光源１
ａとほぼ等しい基本構成を有し、上記ファイバー115の
両端面のコートを変えた形のファイバーを用いることに
より、そこから波長520ｎｍの緑色レーザ光10Ｇを射出
するものである。励起光源としては上記と同様に発振波
長440ｎｍ、出力２Ｗのブロードエリア型高出力ＩｎＧ
ａＮ系半導体レーザが２個用いられ、したがって合波さ
れたレーザ光の出力は４Ｗである。このとき、緑色レー
ザ光10Ｇの出力は１Ｗである。
【００４８】次に青色レーザ光源１ｃについて説明す
る。この青色レーザ光源１ｃも、上記赤色レーザ光源１
ａとほぼ等しい基本構成を有し、上記ファイバー115の
両端面のコートを変えた形のファイバーを用いることに
より、そこから波長491ｎｍの青色レーザ光10Ｂを射出
するものである。
【００４９】ただしこの場合の励起光源としては、青色
レーザ光の発振の効率が低いことから、上記と同様に発
振波長440ｎｍ、出力２Ｗのブロードエリア型高出力Ｉ
ｎＧａＮ系半導体レーザを２個用いてなる出力４Ｗの偏
光合波ユニットを２つ組み合わせることにより、出力８
Ｗの励起光を得ている。
【００５０】図４は、上記２つの偏光合波ユニットを組
み合わせた構成を示している。図示の通り本例では、各
偏光合波ユニット130を略Ｙ字状のファイバー131の分岐
側に結合し、該ファイバー131から出射した発散光状態
のレーザ光110をコリメーターレンズ132で平行光化した
後、集光レンズ133で集光してファイバー115に入力させ
ている。
【００５１】なお、この第１の実施形態におけるように
ファイバーレーザを用いる場合は、そこから発せられる
赤色レーザ光10Ｒ、緑色レーザ光10Ｇあるいは青色レー
ザ光10Ｂが縦マルチモードのものとなるので、場合によ
っては、図１に示したウォブリング用ガルバノメータ５
は省いてもよい。
【００５２】また、ピッチむら補正を行なう電気光学光
偏向器４の代わりに、シリンドリカルレンズを用いた面
倒れ補正光学系を用いてもよい。一方光変調器２ａ，２
ｂおよび２ｃとしては、例えばＡＯＭ（音響光学光変調
器）またはＥＯＭ（電気光学光変調器）を用いることが
できる。
【００５３】次に、本発明の第２の実施形態によるカラ
ーレーザディスプレイについて説明する。この第２の実
施の形態のカラーレーザディスプレイは、図１に示した
構成と比較すると、ファイバーレーザからなる赤色レー
ザ光源１ａ、緑色レーザ光源１ｂおよび青色レーザ光源
１ｃに代えて、それぞれ半導体レーザ素子により励起さ
れる面発光型半導体素子を備えてなる半導体レーザ装置
が各色光源として用いられた点が異なるものである。
【００５４】ここで、それらの半導体レーザ装置のう
ち、赤色レーザ光源としての半導体レーザ装置につい
て、図５、６および７を参照して説明する。図５はこの
半導体レーザ装置の全体構成を示すものである。また図
６および７はそれぞれ、この半導体レーザ装置を構成す
る半導体レーザ素子74と、面発光型半導体素子39の断面
形状を示している。
【００５５】まず、励起用の半導体レーザ素子74につい
て、図６を参照してその製造方法とともに説明する。有
機金属気相成長法により、ｎ−ＧａＮ（０００１）基板
61上にｎ−Ｇａ１−ｚ１Ａｌｚ１Ｎ／ＧａＮ超格子クラ
ッド層62（0＜z1＜1）、ｎあるいはｉ−ＧａＮ光導波層
63、Ｉｎ１−ｚ２Ｇａｚ２Ｎ（Ｓｉドープ）／Ｉｎ１
−ｚ３Ｇａｚ３Ｎ多重量子井戸活性層64（0＜z2＜z3＜
0.5）、ｐ−Ｇａ１−ｚ５Ａｌｚ５Ｎキャリアブロッキ
ング層65（0＜z5＜0.5）、ｎあるいはｉ−ＧａＮ光導波
層66、ｐ−Ｇａ１−ｚ１Ａｌｚ１Ｎ／ＧａＮ超格子クラ
ッド層67（0＜z1＜1）、ｐ−ＧａＮコンタクト層68を形
成する。
【００５６】その上に絶縁膜69を形成し、通常のリソグ
ラフィにより100μｍ程度のストライプの領域の絶縁膜6
9を除去し、ｐ側電極70を形成する。その後、基板の研
磨を行ない、ｎ側電極71を形成し、劈開により共振器を
形成し、高反射コートと低反射コートを施し、チップ化
すると半導体レーザ素子74が完成する。このブロードエ
リア型ＩｎＧａＮ系半導体レーザ素子74の発振波長は41
0ｎｍ、出力は２Ｗである。
【００５７】次に、面発光型半導体素子39について、図
７を参照してその製造方法とともに説明する。ここで、
後述のλは光励起により発振する波長であり、ｎ
ＩｎＡｌＰ、ｎＩｎＧａＡｌＰ、ｎＳｉＯ２、ｎ
ＺｒＯ２はそれぞれＩｎＡｌＰ、ＩｎＧａＡｌＰ、Ｓｉ
Ｏ２、ＺｒＯ２の発振波長での屈折率である。
【００５８】有機金属気相成長法により、ＧａＡｓ基板
31上に、Ｉｎ０．５（Ｇａ１−ｘ５Ａｌｘ５）０．５Ｐ
クラッド層32、Ｉｎ０．５（Ｇａ１−ｘ２Ａｌｘ２）
０．５Ｐ下部光閉じ込め層33、Ｉｎ０．５（Ｇａ
１−ｘ３Ａｌｘ３）０．５Ｐ／Ｉｎ０ ．５（Ｇａ
１−ｘ４Ａｌｘ４）０．５Ｐ多重量子井戸活性層34、Ｉ
ｎ０．５（Ｇａ１−ｘ２Ａｌｘ２）０．５Ｐ下部光閉じ
込め層35、２ペアのＩｎ０．５Ａｌ０ ．５Ｐ（厚さがλ
／４ｎＩｎＡｌＰ）／Ｉｎ０．５（Ｇａ１−ｘ１Ａｌ
ｘ１）０ ．５Ｐ（厚さがλ／４ｎＩｎＧａＡｌＰ）分布
反射膜36（本層は無くてもよい）を積層する。上記組成
は0≦x4＜x3≦1、x4＜x2＜x5≦1、0≦x3＜x1≦x2および
x3＜x5＜1を満たすものが望ましい。
【００５９】その後、電子ビーム蒸着法等により１２ペ
アのＳｉＯ２（厚さがλ／４ｎＳｉ Ｏ２）／ＺｒＯ
２（厚さがλ／４ｎＺｒＯ２）分布反射膜37を積層す
る。その後基板の研磨を行ない、硫酸系エッチャントで
発光領域のＧａＡｓ基板31を除去する。このときＩｎ
０．５（Ｇａ１−ｘ５Ａｌｘ５）０．５Ｐクラッド層32
が露出して自動的にエッチングが停止する。その後、Ｚ
ｒＯ２（厚さがλ／４ｎＺｒＯ ２）の無反射コート38を
施し、劈開によりチップ化すると面発光型半導体素子39
が完成する。
【００６０】上記構成の面発光型半導体素子39の発振波
長帯は、Ｉｎ０．５（Ｇａ１−ｘ４Ａｌｘ４）０．５Ｐ
量子井戸活性層より、600ｎｍ以上700ｎｍ以下の範囲で
制御可能であるが、本例では650ｎｍとしている。
【００６１】次に図５を参照して、上記面発光型半導体
素子39およびＩｎＧａＮ系半導体レーザ素子74からなる
半導体レーザ装置について説明する。
【００６２】この半導体レーザ装置は、励起光源74’
と、ヒートシンク43に１２ペアのＳｉＯ２（厚さがλ／
４ｎＳｉＯ２）／ＺｒＯ２（厚さがλ／４ｎＺｒＯ２）
分布反射膜37側端面を接着された面発光型半導体素子39
と、出力ミラーである凹面ミラー46と、凹面ミラー46の
凹面と面発光型半導体素子39の分布反射膜37により構成
される外部共振器49と、外部共振器49内に配されて偏光
を制御するブリュースター板45とを備えてなるものであ
る。
【００６３】なお励起光源74’は、図６に示した出力２
Ｗのブロードエリア型ＩｎＧａＮ系半導体レーザ素子74
を２個有するとともに、それらから各々発せられた励起
用レーザ光を例えば図２に示したような偏光合波手段に
よって合波する構成を備えたものである。したがってこ
の励起光源74’の出力は４Ｗである。
【００６４】励起光源74’から発せられた波長410ｎｍ
の励起光47は、レンズ42により面発光型半導体素子39の
半導体層内部に集光される。この励起光47により励起さ
れた面発光型半導体素子39が発する光は、外部共振器49
により共振し、発振した波長650ｎｍの赤色レーザ光48
が出力ミラー46から出射する。この赤色レーザ光48は出
力２Ｗであり、第１の実施形態におけるのと同様に、ス
クリーン９（図１参照）を２次元走査するのに利用され
る。
【００６５】なお面発光型半導体素子39のＧａＡｓ基板
31は、波長410ｎｍの励起光47に対して透明ではないの
で、面発光型半導体素子39は図５に示すように、サイド
から励起される。
【００６６】この第２の実施形態では、励起光源74’を
構成する半導体レーザ素子74を直接変調することによ
り、第１の実施形態で用いられた外部光変調器２ａは用
いなくて済み、それにより低コスト化が可能となる。
【００６７】次に、緑色レーザ光源および青色レーザ光
源として用いられる半導体レーザ装置について、図８お
よび９を参照して説明する。図８はこの半導体レーザ装
置の全体構成を示すものである。また図９は、この半導
体レーザ装置を構成する面発光型半導体素子89の断面形
状を示している。なおこの面発光型半導体素子89を励起
する励起光源74’は、上に説明した赤色レーザ光源で用
いられたものと同じものである。
【００６８】以下、面発光型半導体素子について、図９
を参照してその製造方法とともに説明する。ここで、後
述のλは光励起により発振する波長であり、ｎＡｌＮ、
ｎＧ ａＮ、ｎＳｉＯ２、ｎＺｒＯ２はそれぞれＡｌＮ、
ＧａＮ、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２の発振波長での屈折率であ
る。
【００６９】図９に示すように、有機金属気相成長法に
より、ＧａＮ（０００１）基板81上にＡｌｚ４Ｇａ
１−ｚ４Ｎ層82（0＜z4＜0.5）、ＧａＮ光閉じ込め層8
3、Ｉｎ１ −ｚ２Ｇａｚ２Ｎ／Ｉｎ１−ｚ３Ｇａｚ３Ｎ
多重量子井戸活性層84（0＜z2＜z3＜0.5）、ＧａＮ光閉
じ込め層85、２ペアのＡｌＮ（厚さがλ／４ｎＡｌＮ）
／ＧａＮ（厚さがλ／４ｎＧａＮ）反射膜86を積層す
る。その後、電子ビーム蒸着法により、ＳｉＯ２（厚さ
がλ／４ｎＳｉＯ２）／ＺｒＯ２（厚さがλ／４ｎＺ
ｒＯ２）分布膜87を積層する。その後、基板の研磨を行
ない、ＺｒＯ２（厚さがλ／４ｎＺｒＯ２）の無反射率
コート88を施し、劈開によりチップ化すると面発光型半
導体素子89が完成する。
【００７０】なお、上記多重量子井戸活性層84の井戸数
は、励起光を十分に吸収するため、２０ペア以上、より
好ましくは厚く積みすぎてクラックが生じない程度の２
４ペア程度が望ましい。
【００７１】上記のようにして作成された面発光型半導
体素子89の発振波長帯は、Ｉｎｚ３Ｇａ１−ｚ３Ｎ量子
井戸活性層より、380ｎｍから560ｎｍの範囲で制御可能
であるが、本例で緑色レーザ光源としては520ｎｍ、青
色レーザ光源としては450ｎｍとしている。
【００７２】次に図８を参照して、上記面発光型半導体
素子89およびＩｎＧａＮ系半導体レーザ素子74からなる
半導体レーザ装置について説明する。
【００７３】図８（ａ）に示すようにこの半導体レーザ
装置は、励起光源74’と、ヒートシンク106にＧａＮ基
板81とは反対側の分布反射膜87側を接着された面発光型
半導体素子89と、出力ミラーである凹面ミラー105と、
凹面ミラー105の凹面と面発光型半導体素子89の反射ミ
ラー86および87により構成される共振器109と、共振器1
09内に配されて偏光を制御するブリュースター板104と
を備えてなるものである。
【００７４】出力４Ｗの励起光源74’から発せられた波
長410ｎｍの励起光107は、レンズ102により面発光型半
導体素子89の半導体層内部に集光される。この励起光10
7により励起された面発光型半導体素子89が発する光
は、共振器109により共振し、発振したレーザ光108が出
力ミラー105から出射する。
【００７５】レーザ光108として波長520ｎｍの緑色レー
ザ光を得る構成の場合、その出力は１Ｗである。一方、
レーザ光108として波長450ｎｍの青色レーザ光を得る構
成の場合、その出力は２Ｗである。この緑色あるいは青
色のレーザ光108は、第１の実施形態におけるのと同様
に、スクリーン９（図１参照）を２次元走査するのに利
用される。
【００７６】この場合も、励起光源74’を構成する半導
体レーザ素子74を直接変調することにより、第１の実施
形態で用いられた外部光変調器２ｂ、２ｃは用いなくて
済み、それにより低コスト化が可能となる。
【００７７】なお図８（ｂ）に示すように、励起光源7
4’から射出された励起光107の入射角度は、戻り光抑制
のために面発光型波長変換素子89に対して角度をつけて
入射させてもよい。
【００７８】また面発光型半導体素子としては、以上説
明したものに限らず、その他ＧａＮ、ＧａＮＡｓまたは
ＩｎＧａＮＡｓからなる活性層を有する面発光型半導体
素子等も好適に用いることができる。一方励起光源とな
る半導体レーザ素子も以上説明したものに限らず、その
他ＧａＮＡｓまたはＩｎＧａＮＡｓからなる活性層を有
する半導体レーザ素子等も好適に用いることができる。
【００７９】次に、本発明のカラーレーザディスプレイ
に用いられ得る半導体レーザ励起固体レーザの例を、図
１０を参照して説明する。この半導体レーザ励起固体レ
ーザは、励起光としてのレーザ光210を発する半導体レ
ーザ211と、発散光であるレーザ光210を集光する集光レ
ンズ212と、Ｐｒ３＋がドーピングされた固体レーザ媒
質であるＬｉＹＦ４ 結晶（以下、Ｐｒ３＋：ＬｉＹＦ
４ 結晶と称する）213とを有している。
【００８０】以上の各要素211〜213はペルチェ素子214
の上に固定されている。またこのペルチェ素子214上に
は温度検出用のサーミスタ215が固定され、このサーミ
スタ215の出力は図示しない温度調節回路に入力される
ようなっている。そしてこの温度調節回路により、サー
ミスタ215の出力に基づいてペルチェ素子214が駆動さ
れ、半導体レーザ211、集光レンズ212およびＰｒ３＋：
ＬｉＹＦ４ 結晶213が所定温度に保たれる。
【００８１】半導体レーザ211としては、発振波長440
ｎｍのブロードエリア型のＩｎＧａＮ系半導体レーザが
用いられている。またＰｒ３＋：ＬｉＹＦ４ 結晶213
の光入射面である後方端面213ａには、後述する波長479
ｎｍの光を良好に反射させる（反射率99.9％以上）コ
ーティングが施され、一方この結晶213の光出射面であ
る前方端面213ｂには、波長479 ｎｍの光を１％だけ透
過させて残余は反射させるコーティングが施されてい
る。
【００８２】ＩｎＧａＮ系半導体レーザ211から発せら
れた波長440 ｎｍのレーザ光210は、Ｐｒ３＋：ＬｉＹ
Ｆ４ 結晶213の後方端面213ａから該結晶213内に入射
する。Ｐｒ３＋：ＬｉＹＦ４ 結晶213は入射したこの
レーザ光210によってＰｒ３＋が励起され、 ３Ｐ０
→ ３Ｈ４ の遷移によって波長479 ｎｍの光を発す
る。この光は上記の通りのコーティングが施されている
結晶端面213ａ、213ｂの間で共振し、レーザ発振を引き
起こす。こうして発生した波長479 ｎｍの青色のレーザ
光216は、Ｐｒ３＋：ＬｉＹＦ４ 結晶213の前方端面21
3ｂから出射する。
【００８３】以上、青色レーザ光を発生させる半導体レ
ーザ励起固体レーザの例を説明したが、本発明ではこの
ような半導体レーザ励起固体レーザとして、 ３Ｐ０
→ ３Ｆ２ もしくは ３Ｐ０ → ３Ｈ６ の遷移によ
って600 〜660 ｎｍの波長領域にある赤色レーザ光を発
振させるものや、 ３Ｐ１ → ３Ｈ５ の遷移によっ
て515 〜555 ｎｍの波長領域の緑色レーザ光を発振させ
るものを用いることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態によるカラーレーザ
ディスプレイの概略構成図
【図２】図１のカラーレーザディスプレイに用いられた
ファイバーレーザの概略側面図
【図３】上記ファイバーレーザを構成するファイバーの
断面図
【図４】図１のカラーレーザディスプレイに用いられた
別のファイバーレーザの概略側面図
【図５】本発明の第２の実施の形態によるカラーレーザ
ディスプレイに用いられた半導体レーザ装置の概略構成
図
【図６】図５の半導体レーザ装置を構成する半導体レー
ザ素子の概略断面図
【図７】図５の半導体レーザ装置を構成する面発光型半
導体素子の概略断面図
【図８】本発明の第２の実施の形態によるカラーレーザ
ディスプレイに用いられる別の半導体レーザ装置の概略
構成図
【図９】図８の半導体レーザ装置を構成する面発光型半
導体素子の概略断面図
【図１０】本発明に用いられる半導体レーザ励起固体レ
ーザの一例を示す概略側面図
【符号の説明】
１ａ 赤色レーザ光源 １ｂ 緑色レーザ光源 １ｃ 青色レーザ光源 ２ａ、２ｂ、２ｃ 光変調器 ４ ピッチむら補正用電気光学光偏向器 ５ ウォブリング用ガルバノメータ ６ 垂直走査用ガルバノメーター ７ リレーレンズ ８ 水平走査用回転多面鏡 ９ スクリーン 10Ｒ 赤色レーザ光 10Ｇ 緑色レーザ光 10Ｂ 青色レーザ光 39 面発光型半導体素子 48 赤色レーザ光 74 半導体レーザ素子 74’ 励起光源 89 面発光型半導体素子 108 緑色または青色レーザ光 110 励起用レーザ光 111 半導体レーザ 113 偏光ビームスプリッタ 115 ファイバー 120 コア 121 第１クラッド 122 第２クラッド 130 偏光合波ユニット 131 Ｙ字状のファイバー 210 レーザ光 211 半導体レーザ 213 Ｐｒ３＋：ＬｉＹＦ４ 結晶 216 青色レーザ光

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 赤色レーザ光を発する赤色レーザ光源
    と、 緑色レーザ光を発する緑色レーザ光源と、 青色レーザ光を発する青色レーザ光源と、 前記赤色レーザ光、緑色レーザ光および青色レーザ光を
    各色画像信号に基づいて変調する変調手段と、 前記赤色レーザ光、緑色レーザ光および青色レーザ光を
    受けて各色を表示するスクリーンと、 前記各色レーザ光による像を前記スクリーン上に投影す
    る手段とを備えてなるカラーレーザディスプレイにおい
    て、 前記赤色レーザ光源、緑色レーザ光源および青色レーザ
    光源のうちの少なくとも１つとして、Ｐｒ３＋が添加さ
    れた固体レーザ結晶をＧａＮ系半導体レーザによって励
    起する構成を有する半導体レーザ励起固体レーザが用い
    られたことを特徴とするカラーレーザディスプレイ。
  2. 【請求項２】 前記半導体レーザ励起固体レーザが、
    ３Ｐ０ → ３Ｆ２ もしくは ３Ｐ０ → ３Ｈ６
    の遷移によって600 〜660 ｎｍの波長領域のレーザ光を
    発振させるものであり、この半導体レーザ励起固体レー
    ザが前記赤色レーザ光源として用いられていることを特
    徴とする請求項１記載のカラーレーザディスプレイ。
  3. 【請求項３】 前記半導体レーザ励起固体レーザが、
    ３Ｐ１ → ３Ｈ５ の遷移によって515 〜555 ｎｍの
    波長領域のレーザ光を発振させるものであり、この半導
    体レーザ励起固体レーザが前記緑色レーザ光源として用
    いられていることを特徴とする請求項１または２記載の
    カラーレーザディスプレイ。
  4. 【請求項４】 前記半導体レーザ励起固体レーザが、
    ３Ｐ０ → ３Ｈ４ の遷移によって465 〜495 ｎｍの
    波長領域のレーザ光を発振させるものであり、この半導
    体レーザ励起固体レーザが前記青色レーザ光源として用
    いられていることを特徴とする請求項１から３いずれか
    １項記載のカラーレーザディスプレイ。
  5. 【請求項５】 赤色レーザ光を発する赤色レーザ光源
    と、 緑色レーザ光を発する緑色レーザ光源と、 青色レーザ光を発する青色レーザ光源と、 前記赤色レーザ光、緑色レーザ光および青色レーザ光を
    各色画像信号に基づいて変調する変調手段と、 前記赤色レーザ光、緑色レーザ光および青色レーザ光を
    受けて各色を表示するスクリーンと、 前記各色レーザ光による像を前記スクリーン上に投影す
    る手段とを備えてなるカラーレーザディスプレイにおい
    て、 前記赤色レーザ光源、緑色レーザ光源および青色レーザ
    光源のうちの少なくとも１つとして、Ｐｒ３＋が添加さ
    れたコアを持つファイバーをＧａＮ系半導体レーザによ
    って励起する構成を有するファイバーレーザが用いられ
    たことを特徴とするカラーレーザディスプレイ。
  6. 【請求項６】 前記ファイバーレーザが、 ３Ｐ０ →
    ３Ｆ２ もしくは ３Ｐ０ → ３Ｈ６ の遷移によっ
    て600 〜660 ｎｍの波長領域のレーザ光を発振させるも
    のであり、このファイバーレーザが前記赤色レーザ光源
    として用いられていることを特徴とする請求項５記載の
    カラーレーザディスプレイ。
  7. 【請求項７】 前記ファイバーレーザが、 ３Ｐ１ →
    ３Ｈ５ の遷移によって515 〜555 ｎｍの波長領域の
    レーザ光を発振させるものであり、このファイバーレー
    ザが前記緑色レーザ光源として用いられていることを特
    徴とする請求項５または６記載のカラーレーザディスプ
    レイ。
  8. 【請求項８】 前記ファイバーレーザが、 ３Ｐ０ →
    ３Ｈ４ の遷移によって465 〜495 ｎｍの波長領域の
    レーザ光を発振させるものであり、このファイバーレー
    ザが前記青色レーザ光源として用いられていることを特
    徴とする請求項５から７いずれか１項記載のカラーレー
    ザディスプレイ。
  9. 【請求項９】 赤色レーザ光を発する赤色レーザ光源
    と、 緑色レーザ光を発する緑色レーザ光源と、 青色レーザ光を発する青色レーザ光源と、 前記赤色レーザ光、緑色レーザ光および青色レーザ光を
    各色画像信号に基づいて変調する変調手段と、 前記赤色レーザ光、緑色レーザ光および青色レーザ光を
    受けて各色を表示するスクリーンと、 前記各色レーザ光による像を前記スクリーン上に投影す
    る手段とを備えてなるカラーレーザディスプレイにおい
    て、 前記赤色レーザ光源、緑色レーザ光源および青色レーザ
    光源のうちの少なくとも１つとして、ＧａＮ系半導体を
    活性層に用いた半導体レーザ素子からなる励起光源と、
    該励起光源により励起されてレーザ発振する面発光型半
    導体素子とを備えてなる半導体レーザ装置が用いられた
    ことを特徴とするカラーレーザディスプレイ。
  10. 【請求項１０】 前記半導体レーザ装置がＩｎＧａＡｌ
    ＰまたはＩｎＧａＰからなる活性層を有する面発光型半
    導体素子を備えたものであり、 この半導体レーザ装置が前記赤色レーザ光源として用い
    られていることを特徴とする請求項９記載のカラーレー
    ザディスプレイ。
  11. 【請求項１１】 前記半導体レーザ装置がＩｎＧａＮか
    らなる活性層を有する面発光型半導体素子を備えたもの
    であり、 この半導体レーザ装置が前記緑色レーザ光源および／ま
    たは青色レーザ光源として用いられていることを特徴と
    する請求項９または１０記載のカラーレーザディスプレ
    イ。
  12. 【請求項１２】 前記半導体レーザ装置の面発光型半導
    体素子が、ＧａＮ、ＧａＮＡｓまたはＩｎＧａＮＡｓか
    らなる活性層を有するものであることを特徴とする請求
    項９記載のカラーレーザディスプレイ。
  13. 【請求項１３】 前記半導体レーザ装置の半導体レーザ
    素子が、ＩｎＧａＮ、ＧａＮＡｓまたはＩｎＧａＮＡｓ
    からなる活性層を有するものであることを特徴とする請
    求項９から１２いずれか１項記載のカラーレーザディス
    プレイ。
  14. 【請求項１４】 前記半導体レーザ装置の半導体レーザ
    素子が、５μｍ以上のストライプ幅を有するものである
    ことを特徴とする請求項９から１３いずれか１項記載の
    カラーレーザディスプレイ。
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