JP4208886B2

JP4208886B2 - １パネル回折型光変調器を利用したカラーディスプレイ装置

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Publication number: JP4208886B2
Application number: JP2006039537A
Authority: JP
Inventors: ユン・サンギョン
Original assignee: 三星電機株式会社
Priority date: 2005-02-16
Filing date: 2006-02-16
Publication date: 2009-01-14
Anticipated expiration: 2026-02-16
Also published as: KR100815366B1; KR20060091595A; US20060208175A1; JP2006227623A; US7248408B2

Description

本発明はカラーディスプレイ装置に係り、特に一つの光変調器素子を利用して複数の波長の入射光に対する回折光を形成することができる１パネル回折型光変調器を利用したカラーディスプレイ装置に関するものである。

微細技術の進展によって、いわゆるマイクロマシン（ＭＥＭＳ：ＭｉｃｒｏＥｌｅｃｔｒｏＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍｓ、超小型電気的機械的複合体）素子及びＭＥＭＳ素子を組み立てた小型器機が注目されている。

ＭＥＭＳ素子はシリコン基板、ガラス基板などの基板上に微細構造体として形成され、機械的駆動力を出力する駆動体と駆動体を制御する半導体集積回路などを電気的にかつ機械的に結合させた素子である。ＭＥＭＳ素子の基本的な特徴は、機械的構造に構成されている駆動体が素子の一部に組み立てされていることにあり、駆動体の駆動は電極間のクーロンの力などを用いて電気的に行われる。

図１はＳＬＭ（シリコンライトマシン）社がレーザーディスプレイ用光強度変換素子、すなわち、光変調器として開発したＧＬＶ（ＧｒａｔｉｎｇＬｉｇｈｔＶａｌｖｅ）デバイスの構成を示す。

ＧＬＶデバイス２１は、図１に示すように、ガラス基板等の絶縁基板２２上に共通の基板側電極２３が形成され、この基板側電極２３と交差してブリッジの形に、複数、本例では六つのビーム２４（２４１、２４２、２４３、２４４、２４５、２４６）が並列に配置されてなる。

ブリッジ部材２５と、その上に設けられた反射膜兼駆動側電極２６とからなるビーム２４はリボンと通称されている部位である。

基板側電極２３と反射膜兼駆動側電極２６との間に微小電圧を印加すれば、前述した静電現象によって、ビーム２４が基板側電極２３に近接し、また電圧の印加を停止すれば、離間して元の状態に戻る。

ＧＬＶデバイス２１は基板側電極２３に対する複数のビーム２４の近接、離間の動作（すなわち、一つ置きのビームの近接、離間の動作）によって、光反射膜兼駆動側電極２６の高さを交互に変化させ、光回折によって（六つのビーム２４すべてに対して一つの光スポットが照射される）、駆動側電極２６で反射される光の強度を変調する。

図２Ａは前述のＭＥＭＳ素子適用した光変調器としてのＧＬＶデバイスを用いた従来１パネル方式の光学装置の一実施形態を示す。

同図を参照すれば、従来の１パネル方式の光学装置は、光源系５０、集光部５２、照明レンズ系５４、板形カラーホイール５７、ＧＬＶデバイス５８、フーリエフィルタ系５９、プロジェクションシステム６２、及びスクリーン６５を含んでいる。

光源系５０は複数の光源５１ａ〜５１ｃからなり、集光部５２は一つのミラー５３ａと複数の色選別ミラー５３ｂ、５３ｃとからなっている。

複数の光源５１ａ〜５１ｃは、一例として、赤色光源５１ａ、緑色光源５１ｂ、青色光源５１ｃからなっている。そして、集光部５２は、一つの反射ミラー５３ａ、及び複数の色選別ミラー５３ｂ、５３ｃによって、青色光、緑色光及び赤色光を集光して多重ビームを形成して単一照明系を成す。

ついで、照明レンズ系５４は、集光された多重ビームを線形の平行光に変化させ、板形カラーホイール５７を通じてＧＬＶデバイス５８に入射させる。ここで、板形カラーホイール５７は、より詳しく調べると、多重ビームのそれぞれのカラーに相当する波長の光ビームのみを透過させるカラーフィルタと、カラーフィルタが付着されるカプラー（Ｃｏｕｐｌｅｒ）と、このカプラーに付着されて回転力を発生するモーター等を備えて、モーターの回転速度に応じて、カプラーとこれに板形に付着されたカラーフィルタが回転することにより、光ビームの色を順次分離することになる。

ＧＬＶデバイス５８は、板形カラーホイール５７から単一波長の線形平行光が入射すれれば、入射する時間の間、該当波長の線形平行光に対する光変調を行って回折光を形成し、形成された回折光をフーリエフィルタ系５９に入射させる。

フーリエフィルタ系５９はフーリエレンズ６０と色選別フィルタ６１から構成されるのが望ましいもので、回折光を次数別に分離して所望次数の回折光のみを透過させる。

一方、プロジェクションシステム６２はスキャナ６３とプロジェクションレンズ６４を備えており、入射した回折光をスクリーン６５に投射する。

図２Ｂは前述のＭＥＭＳ素子を適用した光変調器としてのＧＬＶデバイスを用いた従来の３パネル方式の光学装置の一実施形態を示す。本例では、レーザーディスプレイに適用される場合を説明する。

本実施形態に係るレーザーディスプレイ５１は、例えば大型スクリーン用プロジエクター、特にデジタル画像のプロジエクターとして、あるいはコンピューターの画像投影装置として利用される。

レーザーディスプレイ５１は、図２Ｂに示すように、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各色のレーザー光源５２Ｒ、５２Ｇ、５２Ｂと、各レーザー光源に対してそれぞれ光軸上に順次配設されたミラー５４Ｒ、５４Ｇ、５４Ｂ、色照明光学系（レンズ群）５６Ｒ、５６Ｇ、５６Ｂ、及び光変調器として機能するＧＬＶデバイス５８Ｒ、５８Ｇ、５８Ｂを備えている。

レーザー光源５２Ｒ、５２Ｇ、５２Ｂは、それぞれ、例えばＲ（波長６４２ｎｍ、光出力約３Ｗ）、Ｇ（波長５３２ｎｍ、光出力約２Ｗ）、Ｂ（波長４５７ｎｍ、光出力約１．５Ｗ）のレーザーを出射する。

また、レーザーディスプレイ５１は、ＧＬＶデバイス５８Ｒ、５８Ｇ、５８Ｂによってそれぞれ光強度が変調された赤色（Ｒ）レーザー光、緑色（Ｇ）レーザー光、及び青色（Ｂ）レーザー光を合成する色合成フィルタ６０、空間フィルタ６２、ディヒューザ６４、ミラー６６、ガルバノスキャナー６８、投映光学系（レンズ群）７０、及びスクリーン７２を備えている。色合成フィルタ６０は、例えばダイクロニックミラーで構成される。

本実施形態のレーザーディスプレイ５１においては、レーザー光源５２Ｒ、５２Ｇ、５２Ｂから出射したＲＧＢのレーザー光がそれぞれミラー５４Ｒ、５４Ｇ、５４Ｂを通じて各色照明光学系５６Ｒ、５６Ｇ、５６Ｂを経て各ＧＬＶデバイス５８Ｒ、５８Ｇ、５８Ｂに入射する。各レーザー光は色分類された画像信号で、ＧＬＶデバイス５８Ｒ、５８Ｇ、５８Ｂに同期して入力されるになっている。

また、各レーザー光はＧＬＶデバイス５８Ｒ、５８Ｇ、５８Ｂによって回折されることにより空間変調され、これら３色の回折光が色合成フィルタ６０によって合成され、続いて空間フィルタ６２によって信号成分のみが取り出される。

ついで、このＲＧＢ画像信号は、ディヒューザ６４によってレーザースペクトルが低減し、ミラー６６を経て、画像信号と同期するガルバノスキャナー６８によって空間に展開され、投映光学系７０によってスクリーン７２上にフルカラー画像として投影される。

一方、前述したような１パネル方式の光学装置は、構造が簡単で、費用が節減され、簡単な光学系の実現が可能であるが、使われる光変調器が３倍の駆動速度が必要であり、これによって寿命が１／３に減る問題点がある。また、カラーホイールが必要であるから光効率が落ちる問題点があった。

また、従来の３パネル方式の光学装置は、各色のレーザー光源に対応して、光変調器を備えているため、光学系が複雑になり、費用が増加する問題点がある。

したがって、本発明は前記のような問題点を解決するためになされたもので、一つの光変調器素子を利用して複数の波長の入射光に対する回折光を形成することができる１パネル回折型光変調器を利用したカラーディスプレイ装置を提供することをその目的とする。

前記のような問題点を解決するための本発明は、同時にそれぞれの該当波長の光を出射する複数の光源と；前記複数の光源から出射したそれぞれの光を線形の平行光に変化させ、同時に入射させる照明レンズ系と；基板と、アレイを形成しており、中間部が前記基板から離隔し、前記基板に配向されている表面が入射光を反射し、前記基板によって支持される複数の反射部と、前記複数の反射部のそれぞれの中間部を、前記基板に対する距離が可変するように動かす駆動手段とを含み、少なくとも二つ以上の隣接した前記反射部が前記駆動手段によって相互位置が所定距離に変化する時、入射光を回折させて回折光を形成し、前記複数の反射部のそれぞれに変調すべき入射光の波長が指定されており、前記複数の反射部のそれぞれは相違なる波長の線形の平行光が同時に入射する時、指定された波長の入射光から回折光を生成して、同時に複数の波長の回折光を出射させる回折型光変調器と；前記回折型光変調器から、各波長に対して複数の回折次数を持つ回折光が入射すれば、それぞれの波長に対して所望回折次数の回折光を通過させるフィルタ系と；前記フィルタ系によってフィルタリングされた回折光を対象物体にスキャンして前記対象物体に映像を生成するプロジェクションシステムとを含んでなることを特徴とする、１パネル回折型光変調器を利用したカラーディスプレイ装置を提供する。

また、本発明は、前記問題点を解決するために、同時にそれぞれの該当波長の光を出射する複数の光源と；前記複数の光源から出射したそれぞれの光を線形の平行光に変化させ、同時に入射させる照明レンズ系と；基板と、アレイを形成しており、中間部が前記基板から離隔し、前記基板に配向されている表面が入射光を反射し、入射光が通過するように少なくとも一つ以上のオープンホールが形成されており、前記基板によって支持される複数の第１反射部と、前記複数の第１反射部と基板との間にそれぞれ位置し、前記第１反射部から離隔し、前記第１反射部の少なくとも一つ以上のオープンホールを通過した入射光を反射する複数の第２反射部と、前記第１反射部の中間部を、前記第２反射部に対する距離が可変するように動かし、前記第１反射部と前記第２反射部の反射光によって形成される回折光の光量を変化させる駆動手段とを含み、一つ又は少なくとも隣接した二つ以上の前記第１反射部が、前記駆動手段によって、対応する前記第２反射部に対する相互位置が所定距離に変化する時、入射光を回折させて回折光を形成し、複数の前記第１反射部のそれぞれに変調すべき入射光の波長が指定されており、前記複数の第１反射部のそれぞれは相違なる波長の線形の平行光が同時に入射する時、指定された波長の入射光から回折光を生成して、同時に複数の波長の回折光を出射させる回折型光変調器と；前記回折型光変調器から、各波長に対して複数の回折次数を持つ回折光が入射すれば、それぞれの波長に対して所望回折次数の回折光を通過させるフィルタ系と；前記フィルタ系によってフィルタリングされた回折光を対象物体にスキャンして、前記対象物体に映像を生成するプロジェクションシステムと；を含んでなることを特徴とする、１パネル回折型光変調器を利用したカラーディスプレイ装置を提供する。

前記のような本発明によれば、光学効率が増加する効果があり、光学系の構成が単純になる効果がある。

また、本発明によれば、複数の光変調器の代りに、単一の光変調器を使うことによって、製品単価を低めることができ、その結果、製品の価格競争力を高める効果がある。

また、本発明によれば、ドライブ集積回路のスタックが容易になし得る効果がある。

以下、図３Ａ〜図６の図面を参照して本発明の望ましい実施例による１パネル回折型光変調器を利用したカラーディスプレイ装置について詳細に説明する。

図３Ａは本発明に利用される陷沒型回折型光変調器の斜視図、図３Ｂ及び図３Ｃは図３ＡのＡ−Ａ’線による断面図で、本発明による１パネル回折型光変調器の構成例を示す。

ここで、１パネル回折型光変調器というのは、一つの回折型光変調器を使って複数の波長に対する光変調を行う装置を言う。

すなわち、一般の３パネル回折型光変調器の場合には、Ｒ色、Ｇ色、Ｂ色を使ってカラーディスプレイ装置を具現しようとする場合、それぞれの色の波長を光変調することができる三つの回折型光変調器が必要であったが、１パネル回折型光変調器を使えば、一つの１パネル回折型光変調器によってその具現が可能である。

図３Ａを参照すれば、本発明に利用される１パネル回折型光変調器は、シリコン基板６０と、複数のエレメント６２ａ〜６２ｎとを備えている。

ここで、複数のエレメント６２ａ〜６２ｎは、一定の幅を持ち、一定に整列して１パネル回折型光変調器を構成する。また、このような複数のエレメント６２ａ〜６２ｎは互いに異なる幅を持ち、交番に整列して１パネル回折型光変調器を構成する。また、このようなエレメント６２ａ〜６２ｎは一定間隔（エレメント６２ａ〜６２ｎの幅とほぼ同じ距離）を置いて離隔することができる。この場合、シリコン基板６０の上面の全面に形成されたマイクロミラー層６７ａが入射光を反射して回折させる。

複数のエレメント６２ａ〜６２ｎは、少なくとも二つの隣り合うエレメント（一例として、６２ａ、６２ｂ）がある場合に入射光を回折させることができる。すなわち、一つのエレメント（一例として、６２ａ）とそれに隣接した他の一つのエレメント（一例として、６２ｂ）が、入射光の波長がλであるとする時、λ／４の倍数の段差を形成すれば、入射する入射光は回折され、それによって複数の次数を有する回折光が形成される。このように形成された回折光はスクリーン上の一つのピクセル（画素）に対応することになる。

したがって、１ピクセルを構成するために少なくとも二つ以上のエレメント（一例として、６２ａ、６２ｂ）が必要であり、回折光の強度を高くするために、四つのエレメント（一例として、６２ａ〜６２ｄ）を使って一つのピクセルを形成したり、八つのエレメント（一例として、６２ａ〜６２ｈ）を使って一つのピクセルを形成したり、１２つのエレメント（一例として、６２ａ〜６２ｌ）を使って一つのピクセルを形成したりする。

一方、本発明の１パネル回折型光変調器を具現するために、最小単位である二つのエレメントが１ピクセルを形成する場合を図３Ａ及び３Ｂに基づいて説明すれば、一側方向に進行しながら（ここでは、右側に進行しながら）二つのエレメント単位で交番して、Ｒ波長の入射光に対し、（一例として、符号６２ａ、６２ｂ）、ついでＧ波長の入射光に対し（一例として、符号６２ｃ、６２ｄ）、ついでＢ波長の入射光に対し（一例として、符号６２ｅ、６２ｆ）、そしてＲ波長の入射光に対し（一例として、符号６２ｇ、６２ｈ）の順に光変調を行う。

すなわち、本発明の１パネル回折型光変調器は、二つのエレメント単位でＲ、Ｇ、Ｂの順に交番して光変調を行う。

もちろん、一側からスクリーンに映像を表示するために必要なすべてのピクセルの数に相当するエレメントは、一つの波長に対して光変調を行い、続いてスクリーンに映像を表示するために必要なすべてのピクセルの数に相当するエレメントがほかの波長に対して光変調を行い、続いてスクリーンに映像を表示するために必要なすべてのピクセルの数に相当するエレメントはさらに他の波長に対して光変調を行うように具現することもできる。

これを図３Ｃに基づいて説明すれば、符号６２ａ〜６２（ｎ／３）まではＲ波長に対する光変調を行い、符号６２（ｎ／３＋１）〜６２（２ｎ／３）まではＧ波長に対する光変調を行い、符号６２（２ｎ／３＋１）〜６２ｎまではＢ波長に対する光変調を行う。

すなわち、一般の回折型光変調器をブロック別に区分し、一つのブロックは一つの波長に対して、次のブロックは他の波長に対して、その次のブロックはさらに他の波長に対して光変調を行う。

一方、１パネル回折型光変調器を構成するシリコン基板６０とエレメント６２ａ〜６２ｎについて詳細に説明すれば次のようである。

シリコン基板６０は、エレメント６２ａ〜６２ｎにエアスペースを提供するために、陷沒部を備えており、絶縁層６１が上部表面に蒸着され、陷沒部の両側にエレメント６２ａ〜６２ｎの端部が付着されている。

それぞれのエレメント（ここでは、符号６２ａについてだけ詳細に説明するが、残りの６２ｂ〜６２ｎも同一である）はリボン状を取っており、中央部がシリコン基板６０の陷沒部から離隔して位置するように、両端の下面がそれぞれシリコン基板６０の陷沒部を外れた両側領域に付着され、シリコン基板６０の陷沒部に位置する部分が上下に移動可能な下部支持台６３ａを含む。

また、エレメント６２ａは、下部支持台６３ａの左側端に積層されており、圧電電圧を提供するための下部電極層６４ａと、下部電極層６４ａに積層されており、両面に電圧が印加されれば収縮及び膨脹して上下駆動力を発生させる圧電材料層６５ａと、圧電材料層６５ａに積層されており、圧電材料層６５ａに圧電電圧を提供する上部電極層６６ａとを含んでいる。

また、エレメント６２ａは、下部支持台６３ａの右側端に積層されており、圧電電圧を提供するための下部電極層６４ａ’と、下部電極層６４ａ’に積層されており、両面に電圧が印加されれば、収縮及び膨脹して上下駆動力を発生させる圧電材料層６５ａ’と、圧電材料層６５ａ’に積層されており、圧電材料層６５ａ’に圧電電圧を提供する上部電極層６６ａ’とを含んでいる。

図４Ａは本発明に利用されるオープンホール基盤の回折型光変調器の斜視図、図４Ｂ及び図４Ｃは図４ＡのＢ−Ｂ’線による断面図で、本発明による１パネル回折型光変調器の構成例を示す。

図４Ａを参照すれば、本発明に利用されるオープンホール基盤の回折光変調器は、シリコン基板６０１と、絶縁層６０２と、下部マイクロミラー６０３と、複数のエレメント６１０ａ〜６１０ｎとから構成されている。ここで、絶縁層と下部マイクロミラーを別個の層で構成したが、絶縁層に光を反射する性質があったら、絶縁層そのものが下部マイクロミラーとして機能するようにすることができる。

シリコン基板６０１は、エレメント６１０ａ〜６１０ｎにエアスペースを提供するために、陷沒部を備えており、絶縁層６０２が積層され、下部マイクロミラー６０３が上部に蒸着され、陷沒部を外れた両側にエレメント６１０ａ〜６１０ｎの下面が付着されている。シリコン基板６０１を構成する物質としては、Ｓｉ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２、Ｑｕａｒｔｚ、ＳｉＯ_２などの単一物質が使われ、底面と上層（点線で表示）を他の異種物質で形成することもできる。

下部マイクロミラー６０３はシリコン基板６０１の上部に蒸着されており、入射する光を反射して回折させる。下部マイクロミラー６０３としては、メタル（Ａｌ、Ｐｔ、Ｃｒ、Ａｇなど）が使われることができる。

エレメント（代表的に符号６１０ａについてだけ説明するが、残りも同一である）はリボン状を取っており、中央部がシリコン基板６０１の陷沒部から離隔して位置するように、両端の下面がそれぞれシリコン基板６０１の陷沒部を外れた両側領域に付着されている下部支持台６１１ａを備えている。

下部支持台６１１ａの両側面には圧電層６２０ａ、６２０ａ’が具備されており、圧電層６２０ａ、６２０ａ’の収縮膨脹によってエレメント６１０ａの駆動力が提供される。

下部支持台６１１ａを構成する物質としては、Ｓｉ酸化物（一例として、ＳｉＯ_２など）、Ｓｉ窒化物系列（一例として、Ｓｉ_３Ｎ_４など）、セラミック基板（Ｓｉ、ＺｒＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３など）、Ｓｉカーバイドなどが使用可能である。このような下部支持台６１１ａは必要に応じて省略することができる。

そして、左右側の圧電層６２０ａ、６２０ａ’は、圧電電圧を提供するための下部電極層６２１ａ、６２１ａ’と、下部電極層６２１ａ、６２１ａ’に積層されており、両面に電圧が印加されれば、収縮及び膨脹して上下駆動力を発生させる圧電材料層６２２ａ、６２２ａ’と、圧電材料層６２２ａ、６２２ａ’に積層されており、圧電材料層６２２ａ、６２２ａ’に圧電電圧を提供する上部電極層６２３ａ、６２３ａ’とを備えている。上部電極層６２３ａ、６２３ａ’と下部電極層６２１ａ、６２１ａ’に電圧が印加されれば、圧電材料層６２２ａ、６２２ａ’は収縮膨脹して下部支持台６１１ａの上下運動を発生させる。

電極６２１ａ、６２１ａ’、６２３ａ、６２３ａ’の電極材料としては、Ｐｔ、Ｔａ／Ｐｔ、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｌ、ＲｕＯ_２などが使用でき、０．０１〜３μｍの範囲でスパッタ又は蒸発などの方法で蒸着する。

一方、下部支持台６１１ａの中央部には上部マイクロミラー６３０ａが蒸着されており、複数のオープンホール６３１ａ１〜６３１ａ４を備えている。ここで、オープンホール６３１ａ１〜６３１ａ４の模様は長方形が望ましいが、円形、楕円形などのどんな閉曲線の形状も可能である。そして、下部支持台を光反射性物質で形成すれば、別に上部マイクロミラーを蒸着する必要がなく、下部支持台が上部マイクロミラーとして機能するようにすることができる。

このようなオープンホール６３１ａ１〜６３１ａ４は、エレメント６１０ａに入射する
入射光が通過して、オープンホール６３１ａ１〜６３１ａ４が形成された部分に対応する下部マイクロミラー６０３に入射光が入射するようにして、下部マイクロミラー６０３と上部マイクロミラー６３０ａが画素を形成するようにする。

すなわち、一例として、オープンホール６３１ａ１〜６３１ａ４が形成された上部マイクロミラー６３０ａのＡ部分と下部マイクロミラー６０３のＢ部分が一つの画素（ピクセル）を形成することができる。

この時、上部マイクロミラー６３０ａのオープンホール６３１ａ１〜６３１ａ４が形成された部分を通過して入射する入射光は下部マイクロミラー６０３の該当部分に入射することができ、上部マイクロミラー６３０ａと下部マイクロミラー６０３の間隔がλ／４の奇数倍となる時、最大の回折光を発生させる。

一方、本発明の１パネル回折型光変調器を具現するために、図４Ａ及び４Ｂを参照して例として説明すれば、一側方向に進行しながら（ここでは、右側に進行しながら）それぞれのエレメントが交番して、Ｒ波長の入射光に対して（一例として、符号６１０ａ）、ついでＧ波長の入射光に対して（一例として、符号６１０ｂ）、ついでＢ波長の入射光に対して（一例として、符号６１０ｃ）、ついで再びＲ波長の入射光に対して（一例として、符号６１０ｄ）光変調を行う。

すなわち、本発明の１パネル回折型光変調器はそれぞれのエレメントがＲ、Ｇ、Ｂの順に交番しながら光変調を行う。

もちろん、一側からスクリーンに映像を表示するために必要なすべてのピクセルの数に相当するエレメントは一つの波長に対して光変調を行い、続いてスクリーンに映像を表示するために必要なすべてのピクセルの数に相当するエレメントが他の波長に対して光変調を行い、続いてスクリーンに映像を表示するために必要なすべてのピクセルの数に相当するエレメントはさらに他の波長に対して光変調を行うように具現することもできる。

これを図４Ａ及び図４Ｃに基づいて説明すれば、符号６１０ａ〜６１０（ｎ／３）まではＲ波長に対する光変調を行い、符号６１０（ｎ／３＋１）〜６１０（２ｎ／３）まではＧ波長に対する光変調を行い、符号６１０（２ｎ／３＋１）〜６１０ｎまではＢ波長に対する光変調を行う。

図５は図４Ａ及び図４Ｂの１パネル回折型光変調器を利用したカラーディスプレイ装置の構成図である。

同図を参照すれば、図４Ａ及び図４Ｂの１パネル回折型光変調器を利用したカラーディスプレイ装置は、複数の光源８００ａ〜８００ｃ、複数の前段色選別ミラー８０１ａ〜８０１ｃ、照明レンズ系８１０、反射ミラー８２０、光変調系８３０、フーリエフィルタ系８４０、プロジェクションシステム８５０、及びスクリーン８６０を含んでいる。

複数の光源８００ａ〜８００ｃは相違なる波長の光を生成して出射し、複数の前段色選別ミラー８０１ａ〜８０１ｃは、入射する相違なる波長の光を集めて出射する。このような光源８００ａ〜８００ｃの断面は円形で、その光の強度プロファイルはガウシアン（Ｇａｕｓｉａｎ）分布をしている。

そして、照明レンズ系８１０は入射した光を線形の平行光に変化させて出射するもので、シリンダーレンズ８１１、及びコリメーターレンズ８１２で構成されている。

ここで、シリンダーレンズ８１１は、前段色選別ミラー８０１ａ〜８０１ｃから出射する入射光を水平方向の線形光に変換させ、対応コリメーターレンズ８１２を通じて平行光に変化させた後、回折型光変調器８３２に入射させる。

コリメーターレンズ８１２は、一例として、凹レンズ（図示せず）と凸レンズ（図示せず）を備えている。

反射ミラー８２０は、入射光が１パネル回折型光変調器８３２に対して垂直に近くに入射するように、入射光を光変調器８３２に反射する。

光変調系８３０は、基板８３１と、基板８３１に形成されている１パネル回折型光変調器８３２と、ドライブ集積回路８３３とからなり、入射した光を回折光に変化させて出射する。

ここで、１パネル回折型光変調器８３２は、複数の波長を持つ入射光に対し、各波長に対する光変調を行って、各光から複数の回折次数を持つ回折光を生成して出射する。

ついで、１パネル回折型光変調器８３２によって形成される回折光は、周期的な方向に０次、＋１次回折光が形成される。この時、波長の長い入射光の回折光はもっと大きく広がり、その結果、一側から−１次のＲ回折光、−１次のＧ回折光、−１次のＢ回折光、０次のＲＧＢ回折光、＋１次のＢ回折光、＋１次のＧ回折光、＋１次のＲ回折光が形成される。

この時、エレメントの回折格子周期を適切に調整すれば、それぞれの波長によって回折角が違って、左側から＋１次のＲ回折光、＋１次のＧ回折光、＋１次のＢ回折光、０次のＲＧＢ回折光、−１次のＢ回折光、−１次のＧ回折光、−１次のＲ回折光が形成されるものでなく、単一の−次ＲＧＢ回折光と０次ＲＧＢ回折光、そして＋１次ＲＧＢ回折光が形成される。

一方、フーリエフィルタ系８４０は、フーリエレンズ８４１と色選別フィルタ８４２から構成され、入射する回折光のうち、０次回折光又は＋１次光を選択的に通過させる。

プロジェクションシステム８５０はスキャナ８５１とプロジェクションレンズ８５２から構成され、入射した回折光をスクリーン８６０に投射する。すなわち、プロジェクションシステム８５０は、色選別フィルタ８４２を通じて入射する、回折次数を持つ回折ビームをスクリーン８６０に集束させてピクセルを形成させる役目をするものである。

一方、ドライブ集積回路８３１は、外部から入力された制御信号に応じて、１パネル回折型光変調器８３２の場合に、左側から又は右側から順次交番しながらＲ、Ｇ、Ｂの入射光に対する回折光を形成するように、順次制御を行う。すなわち、左側からＲ、Ｇ、Ｂ、Ｒ、Ｇ、Ｂ、Ｒ、Ｇ、Ｂ順に交番しながら入射光に対する光変調を行う。

その他にも、ドライブ集積回路８３１は１パネル回折型光変調器８３２をブロック別に区分して、第１ブロックはＲ光に対する光変調を、第２ブロックはＧ光に対する光変調を、第３ブロックはＢ光に対する光変調を行うように具現することもできる。この場合は、光学系の構成が、図５で説明したように、少し異なることもできる。

図６は図４Ａ及び図４Ｃの１パネル回折型光変調器を利用したカラーディスプレイ装置の入射光を示す概念図で、ここでは、波長別にブロックが区別された１パネル回折型光変調器を利用する。

すなわち、ここで利用する１パネル回折型光変調器は、一側から、スクリーンに映像を表示するために必要なすべてのピクセルの数に相当するエレメントが一つの波長に対して光変調を行い、ついでスクリーンに映像を表示するために必要なすべてのピクセルの数に相当するエレメントが他の波長に対して光変調を行い、ついでスクリーンに映像を表示するために必要なすべてのピクセルの数に相当するエレメントがさらに他の波長に対して光変調を行うように具現されている。

したがって、このような１パネル回折型光変調器を利用したカラーディスプレイ装置の入射光は、図６に示すように、該当ブロック（Ｒブロック、Ｇブロック、Ｂブロック）には該当の入射光（Ｒ線形平行光、Ｇ線形平行光、Ｂ線形平行光）が入射するように具現することができる。

これを図面に基づいて説明すると、符号６１０ａ〜６１０（ｎ／３）までのエレメントはＲ波長に対する光変調を行うことになるが、このブロック区間ではＲ線形平行光が入射し、符号６１０（ｎ／３＋１）〜６１０（２ｎ／３）まではＧ波長に対する光変調を行うことになるが、このブロックではＧ線形平行光が入射し、符号６１０（２ｎ／３＋１）〜６１０ｎまではＢ波長に対する光変調を行うが、このブロックではＢ線形平行光が入射するようにする。

もちろん、このように波長別にブロックが区分されている１パネル回折型光変調器を使う場合にさらに各波長の回折光を集光する必要があり、このために集光光学系がさらに要求される。このような集光光学系は当業者の水準で易しく具現することができるであろう。

一方、ここではカラーディスプレイ装置について説明したが、複数の波長に対して、それら対応する複数の光変調器を使う他の応用（プリンターなど）にも使用可能であることが易しく分かる。

本発明は、一つの光変調器素子を利用して複数の波長の入射光に対する回折光を形成することができる１パネル回折型光変調器を利用したカラーディスプレイ装置に適用可能である。

ＳＬＭ（シリコンライトマシン）社がレーザーディスプレイ用光強度変換素子、すなわち光変調器として開発したＧＬＶ（ＧｒａｔｉｎｇＬｉｇｈｔＶａｌｖｅ）デバイスの構成を示す。ＭＥＭＳ素子適用した光変調素子としてのＧＬＶデバイス、又は圧電回折型光変調器を利用した従来の１パネル光学装置の一実施形態を示す。ＭＥＭＳ素子適用した光変調素子としてのＧＬＶデバイス、又は圧電回折型光変調器を利用した従来の３パネル光学装置の一実施形態を示す。本発明に利用される陷沒型光変調器の斜視図である。二つのエレメント単位でＲ、Ｇ、Ｂの順に交番して光変調を行うことを示す図３ＡのＡ−Ａ’線による断面図である。回折型光変調器をブロック別に区分し、ブロック別に相違なる波長に対して光変調を行うことを示す図３ＡのＡ−Ａ’線による断面図である。本発明に利用されるオープンホール基盤の回折型光変調器の斜視図である。それぞれのエレメントがＲ、Ｇ、Ｂの順に交番しながら光変調を行うことを示す図４ＡのＢ−Ｂ’線による断面図である。回折型光変調器をブロック別に区分し、ブロック別に相違なる波長に対して光変調を行うことを示す図４ＡのＢ−Ｂ’線による断面図である。図４Ａ及び図４Ｂの１パネル回折型光変調器を利用したカラーディスプレイ装置の構成図である。図４Ａ及び図４Ｃの１パネル回折型光変調器を利用したカラーディスプレイ装置の入射光を説明するための概念図である。

符号の説明

６０シリコン基板
６１絶縁層
６２ａ〜６２ｎエレメント
６３ａ下部支持台
６４ａ、６４ａ’ 下部電極層
６５ａ、６５ａ’ 圧電材料層
６６ａ、６６ａ’ 上部電極層
６７ａマイクロミラー層
６０１シリコン基板
６０２絶縁層
６０３下部マイクロミラー
６１０ａ〜６１０ｎエレメント
６１１ａ下部支持台
６２０ａ、６２０ａ’ 圧電層
６２１ａ、６２１ａ’ 下部電極層
６２２ａ、６２２ａ’ 圧電材料層
６２３ａ、６２３ａ’ 上部電極層
６３０ａ上部マイクロミラー
８００ａ〜８００ｃ光源
８０１ａ〜８０１ｃ色選別ミラー
８１０照明レンズ系
８２０反射ミラー
８３０光変調系
８４０フーリエフィルタ系
８５０プロジェクションシステム
８６０スクリーン

Claims

同時にそれぞれの該当波長の光を出射する複数の光源と；
前記複数の光源から出射したそれぞれの光を線形の平行光に変化させ、同時に入射させる照明レンズ系と；
基板と、アレイを形成しており、中間部が前記基板から離隔し、前記基板に配向されている表面が入射光を反射し、前記基板によって支持される複数の反射部と、前記複数の反射部のそれぞれの中間部を、前記基板に対する距離が可変するように動かす駆動手段とを含み、少なくとも二つ以上の隣接した前記反射部が前記駆動手段によって相互位置が所定距離に変化する時、入射光を回折させて回折光を形成し、前記複数の反射部のそれぞれに変調すべき入射光の波長が指定されており、前記複数の反射部のそれぞれは相違なる波長の線形の平行光が同時に入射する時、指定された波長の入射光から回折光を生成して、同時に複数の波長の回折光を出射させる回折型光変調器と；
前記回折型光変調器から、各波長に対して複数の回折次数を持つ回折光が入射すれば、それぞれの波長に対して所望回折次数の回折光を通過させるフィルタ系と；
前記フィルタ系によってフィルタリングされた回折光を対象物体にスキャンして前記対象物体に映像を生成するプロジェクションシステムと；
を含んでなることを特徴とする、１パネル回折型光変調器を利用したカラーディスプレイ装置。
外部から制御信号が印加されれば、前記回折型光変調器の前記駆動手段を制御して前記複数の反射部のそれぞれが指定された波長の入射光から回折光を生成して出射し、前記回折型光変調器が同時に複数の波長の回折光を出射するようにするドライブ集積回路をさらに含んでなることを特徴とする、請求項１に記載の１パネル回折型光変調器を利用したカラーディスプレイ装置。
前記回折型光変調器は、隣接した前記反射部が波長数に相当する数の整数倍で集まってグループを形成して複数のグループを形成し、前記複数のグループのそれぞれは該当グループ内のそれぞれの前記反射部に変調すべき入射光の波長を割り当て、前記複数のグループのそれぞれは、相違なる波長の入射光が同時に入射する時、該当グループ内のそれぞれの前記反射部が指定された波長の入射光から回折光を生成し出射して、同時に複数の波長の回折光を出射させることを特徴とする、請求項１に記載の１パネル回折型光変調器を利用したカラーディスプレイ装置。
前記回折型光変調器は、隣接した複数の前記反射部が集まってグループを形成するように複数のグループを構成し、前記複数のグループのそれぞれに変調すべき入射光の波長が指定されており、前記複数のグループのそれぞれは、相違なる波長の入射光が同時に入射する時、指定された波長の入射光から回折光を生成して、同時に複数の波長の回折光を出射させることを特徴とする、請求項１に記載の１パネル回折型光変調器を利用したカラーディスプレイ装置。
同時にそれぞれの該当波長の光を出射する複数の光源と；
前記複数の光源から出射したそれぞれの光を線形の平行光に変化させ、同時に入射させる照明レンズ系と；
基板と、アレイを形成しており、中間部が前記基板から離隔し、前記基板に配向されている表面が入射光を反射し、入射光が通過するように少なくとも一つ以上のオープンホールが形成されており、前記基板によって支持される複数の第１反射部と、前記複数の第１反射部と基板との間にそれぞれ位置し、前記第１反射部から離隔し、前記第１反射部の少なくとも一つ以上のオープンホールを通過した入射光を反射する複数の第２反射部と、前記第１反射部の中間部を、前記第２反射部に対する距離が可変するように動かし、前記第１反射部と前記第２反射部の反射光によって形成される回折光の光量を変化させる駆動手段とを含み、一つ又は少なくとも隣接した二つ以上の前記第１反射部が、前記駆動手段によって、対応する前記第２反射部に対する相互位置が所定距離に変化する時、入射光を回折させて回折光を形成し、複数の前記第１反射部のそれぞれに変調すべき入射光の波長が指定されており、前記複数の第１反射部のそれぞれは相違なる波長の線形の平行光が同時に入射する時、指定された波長の入射光から回折光を生成して、同時に複数の波長の回折光を出射させる回折型光変調器と；
前記回折型光変調器から、各波長に対して複数の回折次数を持つ回折光が入射すれば、それぞれの波長に対して所望回折次数の回折光を通過させるフィルタ系と；
前記フィルタ系によってフィルタリングされた回折光を対象物体にスキャンして、前記対象物体に映像を生成するプロジェクションシステムと；
を含んでなることを特徴とする、１パネル回折型光変調器を利用したカラーディスプレイ装置。
外部から制御信号が印加されれば、前記回折型光変調器の前記駆動手段を制御して、前記複数の第１反射部のそれぞれが指定された波長の入射光から回折光を生成し出射して、前記回折型光変調器が同時に複数の波長の回折光を出射するようにするドライブ集積回路をさらに含んでなることを特徴とする、請求項５に記載の１パネル回折型光変調器を利用したカラーディスプレイ装置。
前記回折型光変調器は、隣接した前記第１反射部が波長数に相当する数の整数倍で集まってグループを形成して複数のグループを形成し、前記複数のグループのそれぞれは該当グループのそれぞれの前記第１反射部に変調すべき入射光の波長を割り当て、前記複数のグループのそれぞれは、相違なる波長の入射光が同時に入射する時、該当グループのそれぞれの前記第１反射部が指定された波長の入射光から回折光を生成して、同時に複数の波長の回折光を出射させることを特徴とする、請求項５に記載の１パネル回折型光変調器を利用したカラーディスプレイ装置。
前記回折型光変調器は、隣接した複数の前記第１反射部が集まってグループを形成して複数のグループを構成し、前記複数のグループのそれぞれに変調すべき入射光の波長が指定されており、前記複数のグループのそれぞれは、相違なる波長の入射光が同時に入射する時、指定された波長の入射光から回折光を生成して、同時に複数の波長の回折光が出射させることを特徴とする、請求項５に記載の１パネル回折型光変調器を利用したカラーディスプレイ装置。