JPH0445478A - レーザディスプレイ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、レーザ光を光源に用いたデイスプレィ装置に
関し、特に薄型、軽量、長寿命、高安定性、低価格で高
品位テレビにも応用できるレーザディスプレイ装置に関
する。

（従来技術） 映像信号により、強度変調したレーザ光スポットでスク
リーンやフィルム等の出力媒体上を走査し、映像を表示
したり、記録したりするレーザディスプレイは、レーザ
光の光輝度、収束性、単一波長性などから種々の利点を
有し、産業用、医療用の各分野で広く利用されている。

このようなレーザディスプレイとしては、例えば、昭和
５７．８ＮＨＫ　　技術月報　ｐ３３０〜３３４に、３
原色レーザ光源としてＨｅ−Ｎｅレーザ（赤）、Ａｒ゛
レーザ（緑）、Ｈｅ−Ｃｄ（青）などのガスレーザを用
い、光変調器で変調をかけた後、レンズ系でコリメート
し、ついで水平方向にポリゴンミラーにて偏向させ、さ
らに垂直方向にガルバノメータにて偏向させ、スクリー
ン上を走査することにより映像を投影する装置が開示さ
れている。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながらこのようなレーザディスプレイは、光源と
してガスレーザを使用しており、ガスレーザは大型で高
価である上に不安定で短寿命であり、また外部変調器を
必要とすることから、装置全体が複雑化、大型化、重量
化してしまう。

また半導体レーザなどの小型固体レーザは、６００ｎｍ
より短波長領域は実用化されておらず、３原色に必要な
緑や青の実用的な半導体レーザを得ることが困難であっ
た。

また、ポリゴンミラー、ガルバノメータの偏向速度は、
各々３０ｋＨｚ程度、および６０〜１００Ｈｚ程度が限
界である。ポリゴンミラー、ガルバノメータをそれぞれ
レーザ光の水平偏向、および垂直偏向に使用するために
は、デイスプレィの要求性能として、水平方向に３０ｋ
Ｈｚ以上、垂直方向に６０Ｈｚ以上の偏向速度が必要な
ため、装置性能の限界で使用することになり、長時間、
連続運転するテレビ装置では、実質的に使用することは
困難であった。

本発明者らは、鋭意研究した結果、光源とじて半導体レ
ーザ、半導体レーザと第２高調波発生素子を組み合わせ
た固体レーザ、あるいは半導体レーザと非線形光学素子
を組み合わせた固体レーザを用いることにより、３原色
に必要な赤、緑、青色レーザ光が得られ、また水平方向
の偏向手段として導波路型の光偏向素子を用いることに
より、前述の問題を解決できることを新規に見出し、本
発明を完成した。

（問題を解決するための手段） 本発明は、光源として複数波長を有するレーザ光を用い
、これらレーザ光を画像信号により変調させた後、偏向
手段により水平方向および垂直方向に偏向させ、出力媒
体上を走査することにより、出力媒体上に画像信号に対
応した画像を出力するレーザディスプレイであって、前
記光源は、半導体レーザ、半導体レーザと第２高調波発
生素子を組み合わせた固体レーザ、あるいは半導体レー
ザと非線形光学素子を組み合わせた固体レーザの組合せ
により構成され、前記レーザ光を水平方向に偏向する偏
向手段として電気光学効果あるいは音響光学効果を用い
た導波路型光偏向素子が、また前記レーザ光を垂直方向
に偏向する偏向手段として、回転多面鏡あるいは回転ホ
ログラムディスクが用いられてなることを特徴とするレ
ーザディスプレイである。

（作用） 本発明は、光源として複数波長を有するレーザ光を用い
、これらレーザ光を画像信号により変調させた後、偏向
手段により水平方向および垂直方向に偏向させ、出力媒
体上を走査させることが必要である。

このようにレーザスボントを出力媒体上で走査すること
により、電気信号のもつ映像情報を出力媒体上に鮮明に
視覚化できる。

前記出力媒体は、スクリーンであることが好適である。

前記スクリーンはガラス粉を塗布した布製または紙製の
もの、ガラス製または半透明ガラス製のもの、あるいは
プラスチック製のものなどを用いることができる。

前記光源は、三原色である、赤色、緑色、青色レーザ光
からなることが望ましい。

本発明に使用する光源は、半導体レーザ、半導体レーザ
と第２高調波発生素子を組み合わせた固体レーザ、ある
いは半導体レーザと非線形光学素子を組み合わせた固体
レーザの組合せにより構成されていることが必要である
。

この理由は、固体レーザの方がガスレーザに比べて、低
価格、小型、安定、長寿命で、量産性に優れるからであ
る。

また、前記第２高調波発生素子は、光の波長を１／２に
するための素子であり、また、前記非線形光学素子は、
和周波混合（波長λ１、λ２の光を非線形光学素子に入
射すると出射光の波長λ３は、１／λ１＋１／λ２−１
／λ３なる関係を満たし、このような非線形光学素子の
作用を和周波混合と称する）により、入射させた光より
短波長の光を得るための素子であることから、これら第
２高調波発生素子や非線形光学素子に、既に実用化され
ている赤外波長領域の半導体レーザ光を入射することに
より、固体レーザではこれまで得られなかった、緑色や
青色レーザ光を得ることができる。

前記光源を構成する三原色レーザ光としては、以下の１
）〜３）に示す形態が望ましい。

１）赤色レーザとして半導体レーザ、緑色レーザおよび
青色レーザとして、半導体レーザと第２高調波発生素子
を組み合わせた固体レーザを使用する形態。

前記赤色レーザとして直接半導体レーザを使用する理由
は、６００ｎｍ帯の半導体レーザは既に実用化レヘルで
あり、半導体レーザを直接光源とした方が効率が良いか
らである。

また前記赤色レーザ、緑色レーザおよび青色レーザに使
用される半導体レーザの波長は、それぞれ６００〜８４
０　ｎｍ、９８０〜１１００ｎｍ、７６０〜９８０　ｎ
ｍであることが有利である。

２）赤色レーザ、緑色レーザおよび青色レーザとして、
半導体レーザと第２高調波発生素子を組み合わせた固体
レーザを使用する形態。

前記赤色レーザ、緑色レーザおよび青色レーデに使用さ
れる半導体レーザの波長は、それぞれ１２００〜１６０
０ｎｍ、９８０〜１１００ｎｍ、７６０〜９８０ｎｍで
あることが有利である。

３）赤色レーザ、緑色レーザおよび青色レーザとして、
波長の異なる２種類の半導体レーザ、第２高調波発生素
子および非線形光学素子を組み合わせた固体レーザを使
用する形態。

前記波長の異なる２種類の半導体レーザは、１２００〜
１６００ｎｍの波長を有するもの（半導体レーザＡ）と
、７６０−９８０ｎｍの波長を有するもの（半導体レー
ザＢ）であることが望ましい 前記半導体レーザＡより発せられるレーザ光Ａは、第２
高調波発生素子により赤色レーザ光となり、また前記半
導体レーザＢより発せられるレーザ光Ｂは、第２高調波
発生素子により青色レーザ光となり、さらに前記レーザ
光Ａとレーザ光Ｂを同時に非線形光学素子に入射させ、
和周波混合を行うことにより、緑色レーザ光を得ること
ができ本発明で使用される第２高調波発生素子は、バル
ク型や導波路型などいずれも使用でき、限定されるもの
ではないが、特に以下に示す第２高調波発生素子、即ち
基板上に薄膜導波層が形成されてなる第２高調波発生素
子であって、基本波レーザー光波長（λμｍ）、薄膜導
波層の膜厚（１μｍ）、基本波レーザー光波長（λμｍ
）における基板の常光屈折率（Ｄｏｓ＋）、基本波レー
ザー光波長（λμｍ）における薄膜導波層の常光屈折率
（ｎ（ＩＦ＋）、第２高調波波長（λμｍ／２）におけ
る基板の異常光屈折率（ｎ＊ｓＺ　）および第２高調波
波長（λμｍ／２）における薄膜導波層の異常光屈折率
（ｎＢｚ）が、 λ３ あるいは、 のいずれかの関係式で表されることを特徴とする第２高
調波発生素子であることが望ましい。

ただし、上記関係式（Ａ）中のＮ、は、また、上記関係
式（Ｂ）中のＮ２．は、前記第２高調波発生素子は、基
板上に薄膜導波層が形成されてなるものであって、基板
および薄膜導波層の基本波レーザ光に対する常光屈折率
、および第２高調波に対する異常光屈折率、薄膜導波層
の厚さを、前記関係式（Ａ）あるいは（Ｂ）を満たす構
造とすることにより、特定の基本波レーザ光に対する第
２高調波光を発生させることができる。

前記第２高調波発生素子の構造は、基板上に薄膜導波層
が形成されてなるものであることが必要である。

その理由は、基板上に薄膜導波層が形成された第２高調
波発生素子における第２高調波光の発生は、薄膜に集中
した光のエネルギーを利用できることや光波が薄膜内に
閉し込められ、広がらないために、長い距離にわたって
相互作用を行わせ得ることなどの利点を有しているばか
りでなく、従来用いられているバルク単結晶を使用した
第２高調波発生素子では、位相整合できない物質でも薄
膜のモード分散を利用することにより位相整合ができる
ことなどの利点を有するからである。

前記第２高調波発生素子は、基本波レーザー光波長（λ
μｍ）、薄膜導波層の膜厚（１μｍ）、基本波レーザー
光波長（λμｍ）における基板の常光屈折率（ｎ０３１
　）　、基本波レーザー光波長（λμｍ）における薄膜
導波層の常光屈折率（ｎ。Ｆｌ）、第２高調波波長（λ
μｍ／２）における基板の異常光屈折率（ｎ＊ｓｚ）お
よび第２高調波波長（λμｍ／２） における薄膜導波層の異常光 屈折率（ｎ　ａＦり が、 （ｎｅＦ□ 　ｅｓＺ あるいは、 （１１ａＦ□ 　ｔｒ５２ のいずれかの関係式を満足することが必要である。

ただし、 上記式（Ａ） 中のＮ は、 （ｎｏＦ ｎ　＠ｓＺ また、 上記式（Ｂ） 中のＮ２ は、 その理由は、 基板上に薄膜導波層が形成された 第２高調波発生素子においては、前記関係式（Ａ）ある
いはＣＢ）のいずれかを満たす構造でないと第２高調波
光への変換効率が低く実用的でないからである。

特に第２高調波光への高い変換効率を得るには、基本波
レーザー光波長（λμｍ）、薄膜導波層の膜厚（Ｔμｍ
）、基本波レーザー光波長（λμｍ）における基板の常
光屈折率（ｎｌｌｓｌｌ）、基本波レーザー光波長（λ
μｍ）における薄膜導波層の常光屈折率（ｎｌｌＦ＋）
、第２高調波波長（λμｍ／２）における基板の異常光
屈折率（ｎｓｓｚ）および第２高調波波長（λμｍ／２
）における薄膜導波層の異常光屈折率（ｎ＊ｒｚ）が、
（ｎａＦ□　−ｎ１□　） 下記の関係式（Ａ゛）を満足することが好ましく、なか
でも下記の関係式（Ａ”）を満足することが有利である
。

λ３　Ｔ ただし、 上記関係式（Ａ ）および（Ａ”）中のＮ は、 下記の関係式（Ｂ ）を満足することが好ましく、 なかでも下記の関係式（Ｂ”）を満足することがを利で
ある。

ただし、 上記関係式（Ｂｏ）および（Ｂ”）中のＮ２は、 前記第２高調波発生素子は、薄膜導波層の光学軸（Ｚ軸
）に対する基本波レーザー光の入射角（θ）が、０±１
５°あるいは９０±１５°の範囲内であることが好まし
い。

その理由は、前記基本波レーザー光の入射角（θ）が、
前記範囲内の場合、第２高調波への変換効率が、極めて
高いからである。前記基本波レーザー光の入射角は、な
かでも、０±５°あるいは９０±５°の範囲内であるこ
とが有利である。

本発明のＳＨＧ素子に入射される基本波レーザー光の波
長（λ）は、０．４〜１．６μｍであることが好ましい
。

その理由は、前記基本波レーザー光（λ）としては、な
るべく波長の短いものであることが有利であるが、半導
体レーザによって０．４μｍより短い波長のレーザー光
を発生させることは、実質的に困難であるからであり、
一方１．６μｍより長い波長の基本波レーザー光を使用
した場合には、得られる第２高調波の波長が基本波レー
ザー光の１／２であることから、直接半導体レーザによ
って比較的簡単に発生させることのできる波長領域であ
って前記第２高調波発生素子を使用する優位性が見出せ
ないからである。前言己基本波レーザー光の波長（λ）
は、半導体レーザー光源を比較的入手し易い０．６〜１
．３μｍが有利であり、なかでも、０．６８〜０．９４
μｍが実用上好適である。

前記の第２高調波発生素子の薄膜導波層の膜厚（Ｔ）は
、０．１〜２０μｍであることが好ましい。

その理由は、前記薄膜導波層の膜厚（Ｔ）が、０．１μ
ｍより薄い場合、基本波レーザ光を入射させることが困
難で、入射効率が低いため、実質的に高いＳＨＧ変換効
率が得られ難いからであり、一方２０μｍより厚い場合
、光パワー密度が低く、ＳＨＧ変換効率が低くなって（
７まい、いずれの場合も第２高調波発生素子として、使
用することが困難であるからである。前記薄膜導波層の
膜厚は、なかでも０．２〜１０μｍが有利であり、特に
、０．４〜８μｍが実用上好適である。

前記第２高調波発生素子における基板、１膜厚波層は各
種光学材料を使用することができ、薄膜導波層としては
、例えばＬ　ｉ　Ｎ　ｂ　Ｏｙ　、α−石英、ＫＴｉＯ
ＰＯ，（ＫＴＰ）、β−ＢａＢｚＯａ（ＢＢＯ）、ＫＢ
、Ｏ，・４　Ｈ２０（ＫＢｓ　）、ＫＨ２ＰＯ，（ＫＤ
Ｐ）、ＫＤ２ＰＯ，（ＫＤ’″Ｐ）　、ＮＨ，Ｈ，ＰＯ
，（ＡＤＰ）、Ｃ，Ｈ２ＡＳＯａ　　（ＣＤＡ）　、Ｃ
ｓ　Ｄｚ　Ａｓ０ａ　　（ＣＤ’″Ａ）、ＲｂＨ２Ｐ○
＝　　（ＲＤＰ）、ＲｂＨｚ　ＡｓＯ，（ＲＤＡ）、Ｂ
ｅＳ○、・４Ｈ，○、ＬｉＣｌＯ４３Ｈｚ　Ｏ，Ｌｉ　
ＩＯｓ　、α−ＬｉＣｄＢＯ，ｌ、Ｌ　ｉ　Ｂ、Ｏ，（
ＬＢＯ）　、尿素、ポリバラニトロアニリン（ｐ−ＰＮ
Ａ）、ポリジアセチレン（ＤＣＨ）、４−　（Ｎ、Ｎ−
ジメチルアミノ）３−アセトアミドニトコヘンゼン（Ｄ
ＡＮ）、４−ニトロベンズアルデヒド　ヒドラジン（Ｎ
ＢＡＨ）、３−メトキノ−４−ニトロベンズアルデヒド
　ヒドラジン、２−メチル−４−二１−ロアニリン（Ｍ
ＮＡ）などが、また基板としては、例えばＬｉＴａＯ３
、ＬｉＴａ０ｚ　Ｆｉｔ膜が形成されたＬｉＮｂＯ３基
板、Ｌ　ｉ　Ｔａ　０３　ｇｔ膜が形成された光学グレ
ードＬｉＮｂ○、基板、ＳｉＯ□、アルミナ、ＫＴＰ、
ＢＢＯ５ＬＢ○、ＫＤＰ、および類似化合物、ソーダガ
ラス、パイレクソスガラス、ポリメタクリル酸メチル（
ＰＭＭＡ）などを使用することができる。前記基板およ
び薄膜導波層用の材料は、Ｎａ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ｎｄ、Ｔ
ｉなどの異種元素を含有させることにより、その屈折率
を調整することができる。

前記Ｎａ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ｎｄ、Ｔｉなどの異種元素を含
有させる方法としては、予め、材料の原料と不純物を混
合しておき、ＬＰＥ法にて単結晶基板上に薄膜導波層を
形成する方法あるいは、前記単結晶基板あるいは薄膜導
波層に、Ｎａ、ＭｇＮｄ、Ｔｉなどの不純物を拡散させ
る拡散法を用いることが望ましい。

また前記第２高調波発生素子に適した組合せとしては、
薄膜導波層／単結晶基板が、２−メチル４−ニトロアニ
リン（ＭＮＡ）　／　Ｓ　ｉ　Ｏｚ　　；　２メチル−
４−ニトロアニリン（ＭＮＡ）／アルミナ；　ＫＴ　ｉ
　ＯＰＯ，（ＫＴＰ）／アルミナ；βＢａＢ、Ｏ，（Ｂ
ＢＯ）／アルミナ；４−（ＮＮ−ジメチルアミン）〜３
−アセトアミドニトロヘンゼン（ＤＡＮ）／Ｓｉ○ｚ；
４（Ｎ、Ｎツメチルアミン）−３〜ルアトアミドニト口
ヘンゼン（ＤＡＮ）／ポリメタクル酸メチル（ＰＭＭ、
Ａ）　　ｉ　Ｌ　＋　Ｂｚ　Ｏｓ　　（Ｌ　Ｂｅ）／Ｂ
ＢＯ、ＬＢ○／Ｂｅミナ、ＲｂＨ，ＰＯ，（ＲＤＰ）／
ＫＨ。

ＰＯ，（ＫＤＰ）ｉポリパラニトロアニリン（ρＰＮＡ
）／ＰＭＭＡなどがある。

前記第２高調波発生素子に適した組合せとしては、なか
でも単結晶基板としてＬｉＴａＯ３、薄膜導波層として
Ｌ　＋　Ｎ　ｂ　Ｏｙを用いる組み合わせが好適である
。

その理由は、前記Ｌ　ｉ　Ｎ　ｂ　Ｏｘは非線形光学定
数が大きいこと、光の損失が小さいこと、均一な膜を作
成できることが挙げられ、また、ＬｉＴａＯ３は、前記
ＬｉＮｂ○３と結晶構造が類似しており、前記ＬｉＮｂ
０．のｙｉ膜を形成しやすく、また、高品質で安価な結
晶を入手し易いからである。

また、前記第２高調波発生素子は、幅が１〜１０μｍで
あるチャン名ル型であることが有利である。チセン不ル
型のＳＨＧ素子が有利である理由は、スラブ型に比べて
、光パワー密度を高くできるからであり、また、幅が１
〜１０μｍであることがを利である理由は、幅が１μｍ
より小さいと、入射光を導波路に導入することが難しく
、入射効率が低いため、ＳＨＧ変換効率も低くなってし
まうからであり、一方入射効率は幅が大きいほど高いが
、ｌＯｌ、Ｉｍより大きいと、光パワー密度が低下する
ため、ＳＨＧ変換効率が低下するからである。前記第２
高調波発生素子は、その入力端に基本波長光を選択的に
透過させるための波長選択性の薄膜が形成されているこ
とが望ましい。

本発明の第２高調波発生素子は、その出力側に基本波長
光を除去するための波長選択性の薄膜が形成されている
ことが望ましい。

また、前記波長選択性の薄膜を、直接出射端面に形成し
て第２高調波光に対する反射防止条件を満たすよう調整
することにより、ニオブ酸リチウム単結晶薄膜層と空気
との屈折率に大きな差があるために出射端面で生してい
た反射による損失を低減でき、ＳＨＧ出力を向上させる
ことができる。

前記波長選択性の薄膜は、出射端面の後方の出射端面か
ら離れた位置に形成されてもよく、また適当な接着剤を
用いて出射端面上に固定されていてもよい。

前記接着剤を用いて出射端面上に固定する場合は、接着
層の屈折率、厚さを前記第２高調波光に対する反射防止
条件に適合するよう調節して、ＳＨＧ出力を向上させる
ことが望ましい。

前記波長選択性の薄膜としては、色ガラスフィルター、
ガラス基板上に波長選択性の干渉膜をコーティングした
もの、等を使用できる。

前記波長選択性の薄膜の材料としては、ＳｉＯｘ　、Ｍ
ｇＯ，ＺｎＣＬ　Ａｌ２Ｏ２等の酸化物、Ｌｉ　ＮｂＯ
３、Ｌ　１Ｔａｏｚ　、Ｙｘ　Ｇａｓ○１、Ｇｄ３Ｇａ
、０１□等の複合酸化物、あるいはＰＭＭＡ、ＭＮＡ等
のを機動等を用いることができ、これらを重ねた多層薄
膜も用いることができる。

前記波長選択性の薄膜の作成方法としては、スパッタリ
ング法、液相エピタキシャル法、蒸着法、ＭＢＥ（分子
ビームエピタキシャル：Ｍｏ１ｅｃｕｌａｒ　　Ｂｅａ
ｍ　　Ｅｐｉｔａｘｉａｌ）法、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａ
ｌ　　Ｏｒｇａｎｉｃ　　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　　Ｖａｐ
ｏｒ　　Ｄｅｐｏｓｉｔｉ。

ｎ）法、イオンブレーティング法、ＬＢ法、スピンコー
ド法、ディンブ法などを用いることができる。

前記チャンネル型の第２高調波発生素子の製造方法とし
ては、例えば、基板上にスパッタリングや液相エピタキ
シャル成長法などの方法により、薄膜導波層を形成した
後、さらに、前記薄膜導波層上にフォトリソグラフィー
とＲＦスパッタリングによりＴｉ導波路パターンを形成
し、これをエンチングマスクとして、イオンビームエツ
チングすることにより、位相整合膜厚に調整するか、あ
るいはエツチングマスクを形成した後、イオンビームエ
ツチングを行い、ついでエンチングマスクを除去して、
再度イオンビームエツチングを行い、位相整合膜厚に調
整することによりチャンネル型の第２高調波発生素子を
作成するなどの方法をとることかできる。

また、本発明で使用される第２高調波発生素子は、薄膜
導波層上にクラッド層が形成されてなることが望ましい
。

この理由は、前記クラッド層を薄膜導波層上に設けるこ
とにより、基板、薄膜導波層、クラッド層が屈折率に関
して対称形に近くなるため、基本波レーザ光および、第
２高調波光の電界分布を対称形とすることができ、薄膜
導波層の膜厚が、理論位相整合膜厚に完全に一致してい
ない場合でも、第２高調波光の出力低下を緩和できるこ
とから、位相整合膜厚の許容範囲が広く、高変換効率の
第２高調波発生素子が得られるからである。

また、前記クラッド層は、保護層として働き、導波層の
破損や塵、埃の付着による光散乱を防止でき、端面研磨
で問題となる導波層のカケ（チッピング）を完全に防止
できる。

さらに、前記クラッド層は、関係式１）および２）を満
たすことが望ましい。

ｎｏｓ　０．５０≦ｎＯｃ≦ｎｏ、−０，０５・・式１
）ｎ、、ｓ　　Ｏ，７０≦ｎ１ｌｃ≦ｎ、ｓ−０，１５
・　・式２）ｎ０５：基本波レーザ光波長（λμｍ）に
おける基板の常光屈折率 ｎ６ｃ：基本波レーザ光波長（λμｍ）におけるクラッ
ド層の常光屈折率 ｎ、５：第２高調波波長（λμｍ／２）における基板の
異常光屈折率 ｎ＊ｃ’第２高調波波長（λμｍ／２）におけるクラッ
ト層の異常光屈折率 この理由は、前記クラッド層が、前記１）および２）式
を満足することにより、第２高調波光と基本波レーザ光
の電界分布型なりを最大限にでき、位相整合膜厚の許容
範囲が広く、高変換効率の第２高調波発生素子が得られ
るからである。

特に、膜厚の位相整合誤差の許容範囲を拡張するために
は、式３）および４）を満たすことが好ましい。

ｎ、、−０，２５≦ｎｏｃ≦ｎｏｓＯ，１０・・・式３
）ｎｅＳ−ｏ、ｓｓ≦ｎ、ｃ≦ｎ＠＄−０，２０−、式
４）ｎ０ド基本波レーザ光波長（λμｍ）における基板
の常光屈折率 ｎｏｃ−基本波レーザ光波長（λμｍ）におけるクラッ
ド層の常光屈折率 ｎ、、：第２高調波波長（λμｍ／２）における基板の
異常光屈折率 ｎ、ｃ：第２高調波波長（λμｍ／２）におけるクラッ
ド層の異常光屈折率 また、前記第２高調波発生素子のクラッド層の厚みは、
０．２〜３０μｍが望ましい。この理由は、０．２μｍ
より薄い場合は、導波光を閉し込めることができず、ま
た３０μｍより厚い場合は、クラッド層の結晶性が低下
して、光学的特性が低下するからである。

前記クラッド層は、０．５〜ｌＯμｍが好ましく、１〜
８μｍが好適である。

前記クラッド層は各種光学材料を使用することができ、
Ｚｎ○、ＭｇＯ１Ａ　１．　ｚ　Ｏｓ　、Ｐ　Ｍ　Ｍ　
Ａ　。

ＳｉＯ□、パイレンクスガラス、ソーダガラスなどが使
用でき、なかでもＺｎＯが好適である。

本発明で使用される第２高調波発生素子は、レーザ光が
、ＳＨＧ素子の薄膜導波層に入射されるように、半導体
レーザのヘアチップを接合し、パンケージ化しておくこ
とが望ましい。

前記パッケージは、気密化されていることが望ましく、
窒素ガスのような不活性ガスが封入されていることが好
ましい。

また、前記パッケージのレーザ光出射部は、波長選択性
の板もしくは薄膜がはめこまれた窓が形成されているこ
とが望ましい。

次に、本発明で使用される第２高調波発生素子の製造方
法としては、単結晶基板上にスパンタリングや液相エピ
タキシャル成長法などの方法により、薄膜導波層を形成
することにより製造することができ、さらに、前記薄膜
導波層上にフォトリソグラフィーとＲＦスパッタリング
によりＴ１導波路パターンを形成し、これを工、チング
マスクとして、イオンビームエツチングするか、この後
エツチングマスクを除去して再びイオンビームエツチン
グすることにより膜厚を調整し、チャンネル型の第２高
調波発生素子を作成するなどの方法をとることができる
。

本発明においては、変調された複数のレーザ光は、同一
経路を伝播した後、偏向手段へ人力されることが好まし
い。

この理由は、複雑のレーザ光が各々別個の経路を伝播す
る場合には、各々のレーザ光について光学部品、伝播す
るための空間、さらに別個の偏向手段が必要になるため
、部品数が多くなり、装置が大型、高価になり量産性も
低下するからである。

前記同一経路は、光ファイバーあるいは光導波路である
ことが有利であり、例えば、レーザ光の入射部を複数存
し、その入射部からのレーザ光を導波する複数の光ファ
イバーもしくは光導波路が途中で１本の経路に集合され
た構造などが考えられる。

前記同一経路として光導波路を使用する場合は、光導波
路自体に第２高調波発生素子、もしくは非線形光学素子
が組み込まれていることが好ましい。

本発明では、走査線の走査のために、偏向手段が必要で
あるが、水平方向の偏向は、電気光学効果あるいは音響
光学効果を用いた導波路型光偏向素子により、また垂直
方向の偏向は、ポリゴンミラー（回転多面鏡）あるいは
回転ホログラムディスクにより行うことが必要である。

前記水平方向の偏向手段として、電気光学効果あるいは
音響光学効果を用いた導波路型光偏向素子が使用される
理由は、前記電気光学効果あるいは音響光学効果を用い
た導波路型光偏向素子は、数百ＫＨｚ数十ＭＨｚの高速
走査が可能で、水平偏向に要求される走査速度である数
十ｋＨｚに比べて十分な余裕があり、長時間連続使用が
可能で、高い信転性が得られるからである。

また、前記電気光学効果あるいは音響光学効果を用いた
導波路型光偏向素子は非機械式の偏向器であるため、小
型安定、低価格、軽量で、振動、騒音が少ないなどの利
点がある。

さらに、前記垂直方向の偏向手段として、ポリゴンミラ
ー（回転多面鏡）あるいは回転ホログラムディスクが使
用される理由は、垂直方向の走査速度は、６０Ｈｚ程度
でよいため、機械式の偏向器であるポリゴンミラーある
いは回転ホログラムディスクを使用しても十分な余裕が
あり、長時間連続使用に耐えられるからである。

また、前記電気光学効果あるいは音響光学効果を用いた
導波路型光偏向素子からポリゴンミラーまでの距離は２
０ｍｍ以下であることが好ましい。

この理由は、次のように説明される。

前記電気光学効果あるいは音響光学効果を用いた導波路
型光偏向素子の偏向角は、３０°以上であることが好ま
しく、またポリゴンミラーの高速回転時における信転性
、安定性を考慮した場合、重量はできるだけ軽くしなけ
ればならず、このためポリゴンミラーの高さは１０ｍｍ
程度が限界となることから、全ての偏向光をポリゴンミ
ラーの偏向面で受光し、反射させるために、導波路型光
偏向素子からポリゴンミラーまでの距離を２０ｍｍ以下
に設定することが好ましい。

本発明で使用される導波路型光偏向素子は、基板上に薄
膜導波層が形成されてなり、一方に光の入力部があり、
また他方に出力部を有し、薄膜導波層には導波路の実効
屈折率を電気光学効果により変える手段か、もしくは導
波路面内で電気光学効果あるいは音響光学効果により光
偏向させるための手段を有していることが望ましい。

前記入力部は、端面入射、プリズム入射、グレーティン
グ入射方式がを利である。

前記出力部は、導波路面内で偏向させた光をそのまま端
面、あるいは、プリズム結合器、グレーティング結合器
で取り出すことができるが、導波路の導波光に対する実
効屈折率の変化に応した角度で光を出射できるプリズム
結合器やグレーティング結合器を設けることが、導波路
面に垂直な方向に大きな偏向角が得られることから有利
である。

また前記プリズム結合器には電極などの屈折率を変化さ
せるための手段を有していることが好ましい。

さらに、入射光を導波路面内で偏向させる場合、出力部
として、入射光に対して特定の角度を有するグレーティ
ングが有利である。

このようなグレーティングを出力部とすることにより、
導波路面に垂直な方向に大きな偏向角が得られる。

前記入射光に対して特定の角度を有するグレーティング
としては、周期が扇状に連続的変化している形態、導波
路面内の導波光の入射方向に垂直な方向に対して傾斜角
φを有してなる形態などが有利であるが、後者の方がよ
り大きな偏向角が得られる。

前記傾斜角φは、３０〜８５°であることが望ましい。

この理由は、φが大きい程面内偏向角が小さくても大き
な出力偏向角が得られるが、φが大きい程偏向効率が低
下するため上記範囲が望ましい。

前記傾斜角φは、４５〜８０″であることが好適である
。

本発明の光偏向素子の導波路の実効屈折率を電気光学効
果により変える手段、および導波路面内で電気光学効果
あるいは音響光学効果により光偏向させるための手段は
、チャンネル型導波路の両側に電極を設けて電界を印加
することによってチャンネル型導波路の実効屈折率を電
気光学効果により変える方法、基板の下部とスラブ型あ
るいはチャンネル型導波路の上部に電極を設けて電界を
印加することによってスラブ型あるいはチャンネル型導
波路の実効屈折率を電気光学効果により変える方法、導
波路の光伝搬経路にあたる導波路内あるいは導波路の上
部あるいは下部に櫛形あるいは他の形状の電極を設けて
電界を印加することによって、電気光学効果により光を
面内で偏向させる方法、さらには導波路面内に表面弾性
波発生用の櫛形電極を設けて電界を印加し、光伝搬経路
に表面弾性波を発生させることによって、音響光学効果
により光を面内で偏向させる方法などが好ましい。

また、前記導波路の実効屈折率を電気光学効果により変
える手段として、導波路に、光伝播方向に対して垂直方
向に勾配を持たせ、導波路面内で光偏向させる方法が可
能である。

本発明で使用される光漏同素子の導波路としては、Ｌｉ
Ｔａ０．単結晶基板上にＬ　ＩＮ　ｂ　Ｏｚ薄膜を形成
したもの、Ｌ　ｉ　Ｎ　ｂ　Ｏｚ基板上にＬｉＴａ０１
薄膜を形成し、さらにＬｉＮｂ○、薄膜を形成したもの
、ＬｉＴａ０．単結晶基板上にＳｒＸ　Ｂａｔ−ｘ　Ｎ
ｂｚ　０６　　（ＳＢＮ）Ｆｉ膜を形成したもの、表層
に５１０ｚＴｉｌ膜を形成した３１基板上に５ＢＮＦｉ
ｌ膜を形成したもの、Ｑｄ３　Ｇａｓ　ｏｌＺ（ＧＧＧ
）　、Ｎｄｉ　Ｇａｓ○ｌ　２　　（Ｎ　ｄ　Ｇ　Ｇ　
）、Ｓ　ｍ　３　Ｇ　ａ　ｓ　ＯＩｚ　（Ｓ　ｍ　Ｇ　
Ｇ　）などのガーネット基板上に５ＢＮＩ膜を形成した
もの、ＰｂＴｉＯ３単結晶基板上にＢａＴｉＯ３単結晶
薄膜を形成したもの、ＫＮ　ｂ　Ｏ，単結晶基板上にＫ
（Ｎｂ。

Ｔａ１−）Ｏｉ　　（ＫＴＮ）Ｆｉ膜を形成したもの。

ＰＬＺＴセラミックス基板上にＰＬＺＴｉ膜を形成した
ものなどを使用できるが、特に、ＬｉＴａ０１単結晶基
板上にＬ　ｉ　Ｎ　ｂ　Ｏｘ薄膜を形成したものが、電
気光学効果の大きさから最も好適である。

本発明で使用されるレーザ光を画像信号により強度変調
させる装置としては、音響光学効果を用いたバルク型あ
るいは導波路型の光変調器、電気光学効果を用いたバル
ク型あるいは導波路型の光変調器、さらには光源の半導
体レーザに変調信号を入力することによる直接変調方式
などがあるが、特に直接変調方式が望ましい。

この理由は、ハイビジョンなどの高品位テレビを考えた
場合変調帯域としては２０〜３０ＭＨｚが必要になるが
、通常の半導体レーザは最大数百ＭＨ２までの直接変調
が可能であり、直接変調方式を採用すれば外部変調器が
不要となるため低価格化・小型化が可能になるからであ
る。

また本発明の光学系は、第１図に示すようになり、レー
ザ光＃（半導体レーザ、もしくは半導体レーザと第２高
調波発生素子あるいは非線形光学素子を組み合わせた固
体レーザ）から出射したレーザ光の導波路型光偏向器へ
の入射は、端面入射、あるいはレンズで集光した後で端
面入射、さらにはプリズム入射、グレーティング入射な
どの方法をとることができる。

導波路型光偏向器から出射したレーザ光は、必要に応し
てレンズなどで集光あるいはビーム整形してからポリゴ
ンミラーあるいは回転ホログラムディスクに入射させる
ことが好ましい。さらに、ポリゴンミラーから反射した
レーザ光あるいは回転ホログラムディスクから出射した
レーザ光についても、必要に応して、面倒れ補正あるい
はビーム整形などのためのレンズ等の光学系を通過させ
てからスクリーン上に投影することが好ましい。

なお第２図においては導波路型光偏向器として、グレー
ティング出力結合器を用いて導波路面に垂直な方向に光
偏向させる光偏向器の場合を示したが、電気光学効果あ
るいは音響光学効果を用いて面内に光偏向させる導波路
型光偏向器などを用いることもできる。

［実施例Ｃ 以下、本発明を実施例に沿ってさらに詳細に説明する。

レーザ光源として、波長１３００　ｎ　ｍの半導体レー
ザとＬｉＴａ０．基板上にＬ＋ＮｂＯ３薄膜を形成して
なる導波路型第２高調波発生（ＳＨＧ）素子を組み合わ
せた小型赤色レーザ光源、波長１１０９０ｎの半導体レ
ーザとＬｉＴａＯ３５板上にＬｉＮｂ０ｚ薄膜を形成し
てなる導波路型ＳＨＧ素子を組み合わせた小型緑色レー
ザ光源、および波長８８０ｎｍの半導体レーザとＬｉＴ
ａ０．基板上にＬ＋Ｎｂ０＝薄膜を形成してなる導波路
型ＳＨＧ素子を組み合わせた小型青色レーザ光源を用い
、各々レンズで集光して、一つの電気光学効果を用いた
導波路型光偏向器に端面から入射させた。この際、赤、
緑、青、各レーザ光はそれぞれグレーティング出力結合
器に対する入射角を変え、さらに）赤、緑、青、各レー
ザ光を発振させるための半導体レーザに印加する変調信
号と同期して、電気光学効果により光偏向を起こさせる
為の電極への印加電圧を変化させることにより、波長に
よる偏向角度のずれを補正して導波路型光偏向器から出
射する赤、緑、青色レーザ光の光路が常に一致するよう
にした。

このレーザ光を高さ１１ｍｍの８面体ポリゴンミラーに
当て、このポリゴンミラーを毎分４５０回転で回転させ
ることによって、垂直方向に６０Ｈｚの光偏向を行なっ
た。このようにして水平方向および垂直方向に各々３０
ＫＨｚ、６０ＫＨｚの偏向を行った３原色のレーザ光を
ｆ・θレンズおよびシリンドカルレンズによって、面倒
れ等の補正を行なった後に、スクリーンに投影した。

［発明の効果］ 以上述べたように、本発明によれば、薄型、軽量、長寿
命で安定性に優れ、低価格でハイビジョンなどの高品位
テレビにも応用できるレーザディスプレイ装置を提供す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本的構成を示す図であり、特にポリ
ゴンミラーによる垂直方向の偏向方法を示した回である
。第２図は本発明の偏向手段を説明する斜視図であり、
導波路型光偏向器による水平方向の光偏向と、ポリゴン
ミラーによる垂直方向の光偏向を示した図である。 １・・・・・導波型光偏向器 ２・・・・・ポリゴンミラー ３・・　・・レンズ ４　・・・・スクリーン ５・・・・・レーザ光源

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）光源として複数波長を有するレーザ光を用い、これ
   らレーザ光を画像信号により変調させた後、偏向手段に
   より水平方向および垂直方向に偏向させ、出力媒体上を
   走査することにより、出力媒体上に画像信号に対応した
   画像を出力するレーザディスプレイであって、前記光源
   は、半導体レーザ、半導体レーザと第２高調波発生素子
   を組み合わせた固体レーザ、あるいは半導体レーザと非
   線形光学素子を組み合わせた固体レーザの組合せにより
   構成され、前記レーザ光を水平方向に偏向する偏向手段
   として電気光学効果あるいは音響光学効果を用いた導波
   路型光偏向素子が、また前記レーザ光を垂直方向に偏向
   する偏向手段として、回転多面鏡あるいは回転ホログラ
   ムディスクが用いられてなることを特徴とするレーザデ
   ィスプレイ。 ２）前記第２高調波発生素子は、ＬｉＴａＯ＿３基板上
   にＬｉＮｂＯ＿３薄膜導波層が形成されてなる請求項１
   に記載のレーザディスプレイ。 ３）前記光源は、半導体レーザからなる赤色レーザと、
   半導体レーザと第２高調波発生素子を組み合わせた固体
   レーザからなる緑色レーザおよび青色レーザから構成さ
   れる請求項１に記載のレーザディスプレイ。 ４）前記赤色レーザ、緑色レーザおよび青色レーザに使
   用される半導体レーザの波長は、それぞれ６００〜８４
   ０ｎｍ、９８０〜１１００ｎｍ、７６０〜９８０ｎｍで
   ある請求項３に記載のレーザディスプレイ。 ５）前記光源は、半導体レーザと第２高調波発生素子を
   組み合わせた固体レーザからなる、赤色レーザ、緑色レ
   ーザおよび青色レーザにより構成される請求項１に記載
   のレーザディスプレイ。 ６）前記赤色レーザ、緑色レーザおよび青色レーザに使
   用される半導体レーザの波長は、それぞれ１２００〜１
   ６００ｎｍ、９８０〜１１００ｎｍ、７６０ｎｍ〜９８
   ０ｎｍである請求項５に記載のレーザディスプレイ。 ７）前記光源は、波長の異なる２種類の半導体レーザ、
   第２高調波発生素子および非線形光学素子から構成され
   る請求項１に記載のレーザディスプレイ。 ８）前記変調された複数のレーザ光は、同一経路を伝播
   した後、偏向手段へ入力される請求項１に記載のレーザ
   ディスプレイ。 ９）前記同一経路は、光ファイバーあるいは光導波路で
   ある請求項８に記載のレーザディスプレイ。 １０）前記導波路型光偏向素子は、ＬｉＴａＯ＿３基板
   上にＬｉＮｂＯ＿３薄膜導波層が形成されてなる請求項
   １に記載のレーザディスプレイ。 １１）前記導波路型光偏向素子と回転多面体との距離は
   ２０ｍｍ以下である請求項１に記載のレーザディスプレ
   イ。