專利名稱：具有包含光學(xué)熒光材料的屏幕的顯示系統(tǒng)和裝置的制作方法
具有包含光學(xué)熒光材料的屏幕的顯示系統(tǒng)和裝置本申請要求下列5個美國臨時申請的優(yōu)先權(quán)1.2005年4月1日提交的題為“激光顯示器”的第60/667，839號美國臨時申請，2.2005年5月20日提交的題為“具有可UV激發(fā)的磷光體的顯示屏”的第 60/683，381號美國臨時申請，3. 2005年5月20日提交的題為“使用具有可UV激發(fā)的磷光體的顯示屏的激光顯示系統(tǒng)中的激光束控制”的第60/683，262號美國臨時申請，4. 2005年6月14日提交的題為“具有透鏡陣列、傳輸狹縫陣列和可UV激發(fā)的磷光體的顯示屏”的第60/690，760號美國臨時申請，以及5. 2005年11月2日提交的題為“具有多層二向色層和可UV激發(fā)的磷光體的顯示屏”的第60/733，342號美國臨時申請。本申請為下列3個美國專利申請中每一個的部分繼續(xù)申請，并要求其優(yōu)先權(quán)1. 2005年4月27日提交的題為“采用可UV激發(fā)的磷光體發(fā)射可見的彩色光的激光顯示器”的第11/116,998號美國專利申請，2. 2006年1月18日提交的題為“具有包含光學(xué)熒光材料的屏幕的顯示系統(tǒng)”的第 11/335，813號美國專利申請，以及3. 2006年1月19日提交的題為“具有光學(xué)熒光材料的顯示屏”的第11/337，170
號美國專利申請。上述8個美國專利申請的全部內(nèi)容通過引用而并入本申請中，以作為本申請說明書的一部分。
背景技術(shù)：
本申請涉及采用具有熒光材料的屏幕而在光學(xué)激發(fā)條件下發(fā)射彩色光的顯示系統(tǒng)，例如基于激光的圖像和視頻顯示器以及用于這些顯示器的屏幕設(shè)計。許多圖像和視頻顯示器被設(shè)計用來直接產(chǎn)生不同顏色(例如紅色、綠色和藍(lán)色) 的彩色圖像，然后再將所述彩色圖像投射在屏幕上。這種系統(tǒng)經(jīng)常被稱作“投影顯示器”， 其中屏幕只是使彩色圖像對于觀察者可見的表面。這種投影顯示器可使用白光光源，其中白光光束被過濾和調(diào)制，以產(chǎn)生紅色、綠色和藍(lán)色圖像?？蛇x地，可使用紅、綠和藍(lán)三種光源來直接產(chǎn)生紅色、綠色和藍(lán)色三種光束，并對三種光束進(jìn)行調(diào)制以產(chǎn)生紅色、綠色和藍(lán)色圖像。這種投影顯示器的示例包括數(shù)字光處理(DLP)顯示器、硅基液晶(LCoQ顯示器和光柵光閥(GLV)顯示器。特別地，GLV顯示器分別采用三個光柵光閥來調(diào)制紅、綠和藍(lán)色激光束，并采用激光掃描儀在屏幕上產(chǎn)生彩色圖像。在題為“用于圖像投影的方法和裝置”的第 5，920，361號美國專利中描述了基于激光的投影顯示器的另一示例。投影顯示器采用光學(xué)透鏡系統(tǒng)將彩色圖像成像并投影到屏幕上。一些其他圖像和視頻顯示器采用的是“直接”配置，其中屏幕本身包括光生彩色像素，以便在屏幕中直接形成彩色圖像。這種直接顯示器去除了用于對圖像進(jìn)行投影的光學(xué)透鏡系統(tǒng)，因此能夠比具有同樣屏幕尺寸的投影顯示器相對更小。直接顯示系統(tǒng)的示例包括等離子顯示器、液晶顯示器(LCD)、發(fā)光二極管(LED)顯示器(例如有機(jī)LED顯示器)、以及場發(fā)射顯示器(FED)。這種直接顯示器中的每個彩色像素包括三個相鄰的彩色像素，其通過像在LED顯示器和FED中那樣直接發(fā)射彩色光或者通過像在LCD中那樣過濾白光而分別產(chǎn)生紅、綠和藍(lán)色光。這些和其他顯示器正在取代自出現(xiàn)以來已支配顯示器市場數(shù)十年的陰極射線管 (CRT)顯示器。CRT顯示器采用真空管中的掃描電子束來激發(fā)屏幕上的紅、綠和藍(lán)色磷光體以發(fā)出彩色光，從而產(chǎn)生彩色圖像。雖然CRT顯示裝置能夠產(chǎn)生高分辨率的色彩鮮亮的圖像，但是陰極射線管的使用給CRT顯示器帶來嚴(yán)格的技術(shù)限制，并導(dǎo)致近幾年CRT顯示器的需求急劇下降。

發(fā)明內(nèi)容
在本申請中描述的顯示系統(tǒng)、裝置和技術(shù)包括熒光屏，所述熒光屏采用至少一束激發(fā)光束來激發(fā)屏幕上的一種或多種熒光材料發(fā)光，從而形成圖像。所述熒光材料可包括磷光材料和無磷材料。所述激發(fā)光可以為激光束或非激光束。本文所描述的顯示系統(tǒng)的實施例采用具有熒光材料的至少一個屏幕來接收激光束并產(chǎn)生至少一個單色圖像。具有三種或三種以上吸收激光以發(fā)出不同波長的彩色光的不同熒光材料的屏幕，可以用作用于觀看的最終圖像的屏幕?？蛇x地，具有一種熒光材料的屏幕可以用作單色投影儀以便只產(chǎn)生多個不同顏色的單色圖像中的一個圖像，并且該單色圖像與其他單色圖像組合以產(chǎn)生用于在最終的觀看屏上觀看的最終圖像。這種激光可激發(fā)的熒光材料吸收例如UV激光的激光而發(fā)出由熒光材料的組成而確定的顏色。描述了顯示裝置的一個示例，所述顯示裝置包括顯示屏，所述顯示屏包括可操作以吸收激發(fā)光從而發(fā)出可見光的熒光層，以及位于所述熒光層的第一側(cè)上的第一層，所述第一層可操作以傳輸所述激發(fā)光并反射所述可見光。描述了顯示裝置的另一個示例，所述顯示裝置包括屏幕，所述屏幕可操作以顯示圖像，所述顯示屏進(jìn)一步包括熒光層和透鏡層， 其中所述熒光層包括多個平行的熒光體條紋，每個熒光體條紋可操作以吸收激發(fā)光而發(fā)出指定顏色的光，所述透鏡層位于所述熒光層的所述第一側(cè)上，并且包括多個圓柱形透鏡，所述多個圓柱形透鏡具有平行于所述熒光體條紋的圓柱軸線，并且被定位成分別與所述熒光體條紋對應(yīng)以及將光線引導(dǎo)至熒光體條紋。描述了顯示裝置的又一個示例，所述顯示裝置包括顯示屏，所述顯示屏包括可操作以吸收激發(fā)光而發(fā)出可見光的熒光層，其中所述熒光層包括多個平行的熒光體條紋。至少三個相鄰的熒光體條紋由三種不同的熒光材料制成 第一熒光材料，可操作以吸收所述激發(fā)光從而發(fā)出第一顏色的光；第二熒光材料，可操作以吸收所述激發(fā)光從而發(fā)出第二顏色的光；以及第三熒光材料，可操作以吸收所述激發(fā)光從而發(fā)出第三顏色的光。所述顯示屏進(jìn)一步包括在兩個相鄰的熒光體條紋之間的邊界處形成以分隔不同的熒光體條紋的分隔器，所述分隔器被配置用來減少由一個熒光體條紋發(fā)出且進(jìn)入相鄰熒光體條紋的光的量。描述了顯示裝置的附加的示例。在一個示例中，顯示裝置包括屏幕，所述屏幕包括基底和形成于所述基底上的多個熒光區(qū)域。其中至少兩個相鄰的熒光區(qū)域包括兩種不同的熒光材料，所述兩種不同的熒光材料吸收激發(fā)光以發(fā)出兩種不同顏色的光。此外，在所述熒光區(qū)域上方形成有對比度增強(qiáng)層，所述對比度增強(qiáng)層包括與所述熒光區(qū)域空間匹配的多個不同的濾波區(qū)域。每個濾波區(qū)域可操作以傳輸由相應(yīng)的匹配的熒光區(qū)域所發(fā)出的顏色的光而阻擋其他顏色的光。在另一示例中，顯示裝置包括顯示屏，所述顯示屏包括吸收激發(fā)光以發(fā)出可見光的熒光層，以及位于所述熒光層的第一側(cè)上的第一層，所述第一層可操作以傳輸所述激發(fā)光并反射所述可見光，其中所述第一層包括多個介質(zhì)層的合成板。具有光學(xué)可激發(fā)的熒光材料的屏幕可以用于各種激光顯示器中。一個示例是激光矢量掃描儀，其在屏幕上掃描一條或多條激光束以描繪出文本、圖形和圖像。因而，可通過在屏幕上沿著“0”形路徑掃描激光束而在屏幕上形成字母“0”的圖像。激發(fā)激光束可以為 UV光束，用以激發(fā)發(fā)出彩色光而形成圖像的熒光材料。兩條或多條不同顏色的掃描激光束可用來描繪同一圖案以產(chǎn)生顏色混合效果。其他復(fù)雜的和移動的圖案可通過使用復(fù)雜的掃描圖案來產(chǎn)生。激光器還可以用于激光TV系統(tǒng)中，以通過與CRT TV中的電子束的光柵掃描類似的光柵掃描而形成靜止的和移動的圖像、圖形、視頻或運動圖片。這種激光TV可使用一條或多條激發(fā)激光束以及具有一種或多種熒光材料的屏幕。掃描激光束激發(fā)屏幕上的熒光材料而產(chǎn)生形成圖像的彩色光。在某些實施中，顯示屏可以包括吸收UV光而發(fā)出可見光的熒光層，以及位于所述熒光層的第一側(cè)上的第一層，所述第一層可操作以傳輸所述UV光并反射所述可見光。菲涅耳透鏡可形成于所述熒光層的所述第一側(cè)上，以將以不同的角度入射到所述顯示屏上的UV 光導(dǎo)向大致垂直于所述熒光層的方向。所述菲涅耳透鏡對于入射的UV光可以是遠(yuǎn)心配置的。所述第一層可以為二向色層。此外，所述屏幕還可以包括位于所述熒光層的第二側(cè)上的第二層，所述第二層傳輸所述可見光并阻擋所述UV光。所述第二層例如可以為二向色層。 在其他實施中，所述第一層可以包括透鏡，所述透鏡具有用以接收UV光的第一表面以及面向所述熒光層的第二相對表面，所述第二表面涂覆有反射層以反射UV光和可見光，其中所述反射層具有位于所述第二表面中心的孔徑，以允許UV光從中穿過。還描述了其他激光顯示系統(tǒng)。例如，描述了這樣一種激光顯示系統(tǒng)，所述激光顯示系統(tǒng)包括屏幕，所述屏幕包括基底，在所述基底上形成有多個平行的磷光體條紋，其中至少三個相鄰的磷光體條紋由三種不同的磷光體制成第一磷光體，吸收處于激發(fā)波長的光以發(fā)出第一顏色的光；第二磷光體，吸收處于激發(fā)波長的光以發(fā)出第二顏色的光；以及第三磷光體，吸收處于激發(fā)波長的光以發(fā)出第三顏色的光。所述系統(tǒng)還包括激光器模塊，用以將處于激發(fā)波長的激光束投影和掃描到所述屏幕上，從而將所述激光束攜帶的圖像通過光學(xué)調(diào)制而轉(zhuǎn)化為由屏幕上的磷光體條紋而產(chǎn)生的彩色圖像。在一種實施中，上述系統(tǒng)中的屏幕可包括磷光體條紋，所述磷光體條紋包括吸收處于激發(fā)波長的光而發(fā)出第四顏色的光的第四熒光體。在另一種實施中，所述顯示系統(tǒng)可包括光學(xué)傳感器，所述光學(xué)傳感器被定位成接收和探測來自所述磷光體條紋的光，其中一個光學(xué)傳感器只接收屏幕上的磷光體條紋所發(fā)出的一種顏色光。所述系統(tǒng)還包括反饋機(jī)構(gòu)，用以將磷光體傳感器的輸出引導(dǎo)至激光器模塊，在激光器模塊中進(jìn)一步包括對準(zhǔn)控制機(jī)構(gòu)，以控制在激光束上調(diào)制的圖像數(shù)據(jù)的同步， 從而校正激光束相對于磷光體條紋的對準(zhǔn)。在另一種實施中，所述激光器模塊可包括在激光束的光學(xué)調(diào)制中將脈沖編碼調(diào)制和脈沖寬度調(diào)制結(jié)合的調(diào)制控制，以便產(chǎn)生圖像灰度級。在另一種實施中，所述激光器模塊可配置成在屏幕上掃描所述激光束的同時至少投影和掃描第二激光束，以便在屏幕的不同位置產(chǎn)生圖像的兩個不同空間部分。在另一種實施中，所述激光器模塊可配置成包括監(jiān)控待被調(diào)制到所述激光束上的圖像數(shù)據(jù)位、以產(chǎn)生黑像素監(jiān)控信號的機(jī)構(gòu)；用以產(chǎn)生所述激光束的至少一個二極管激光器；以及激光器控制，其被耦合以接收所述黑色像素監(jiān)控信號，而且當(dāng)所述黑色像素監(jiān)控信號指示黑色像素的長度小于閾值時，所述激光器控制使所述二極管激光器工作在低于激光器閾值電流的驅(qū)動電流下而不切斷所述驅(qū)動電流，從而在所述顯示屏上產(chǎn)生虛擬的黑色；當(dāng)所述黑色像素監(jiān)控信號指示黑色像素的長度大于閾值時，所述激光器控制可操作以切斷所述驅(qū)動電流，從而在所述顯示屏上產(chǎn)生真實的黑色。還描述了具有三個或三個以上單色激光顯示投影模塊的激光顯示系統(tǒng)。在一個示例中，這種系統(tǒng)包括第一、第二和第三激光顯示模塊，以便分別以第一、第二和第三顏色產(chǎn)生最終圖像的第一、第二和第三單色圖像分量，并且將所述第一、第二和第三單色圖像分量投影到顯示屏上，從而產(chǎn)生最終圖像。在該示例中，第一激光顯示模塊包括(1)第一屏幕， 其包括吸收激發(fā)波長的光而發(fā)出不同于所述激發(fā)波長的第一波長的光的第一熒光體；(2) 第一激光器模塊，其將所述激發(fā)波長的至少一條激光束投影和掃描到所述第一屏幕上，以將所述激光束攜帶的第一顏色的圖像轉(zhuǎn)化為第一屏幕上的第一熒光體所產(chǎn)生的第一單色圖像分量；以及C3)第一投影光學(xué)單元，其將來自第一屏幕的第一單色圖像分量投影到顯示屏上。在一種實施中，第三激光顯示模塊可包括(1)不含磷光體的第三屏幕；( 第三激光器模塊，其將至少一條第三顏色的激光束投影和掃描到所述第三屏幕上，以便在第三屏幕上直接產(chǎn)生第三單色圖像分量；以及(3)第三投影光學(xué)單元，其將來自第三屏幕的第三單色圖像分量投影到顯示屏上。在另一種實施中，所述第三激光顯示模塊直接將至少一條第三顏色的激光束投影和掃描到顯示屏上，從而直接在顯示屏上產(chǎn)生第三單色圖像分量。具有三個或更多單色激光顯示投影模塊的激光顯示系統(tǒng)的另一示例采用包括以下部件的第一激光顯示模塊(1)第一屏幕，其包括吸收處于激發(fā)波長的光而發(fā)出不同于所述激發(fā)波長的第一波長的光的第一磷光體；( 第一激光器模塊，其將所述激發(fā)波長的至少一條激光束投影和掃描到所述第一屏幕上，以將所述激光束攜帶的圖像轉(zhuǎn)化為第一屏幕上的第一磷光體所產(chǎn)生的第一圖像。在該系統(tǒng)中還采用第二激光顯示模塊，所述第二激光顯示模塊包括(1)第二屏幕，其包括吸收激發(fā)波長的光而發(fā)出不同于所述激發(fā)波長的第二波長的光的第二磷光體；( 第二激光器模塊，其將處于所述激發(fā)波長的至少一條激光束投影和掃描到所述第二屏幕上，以將所述激光束攜帶的圖像轉(zhuǎn)化為第二屏幕上的第二熒光體所產(chǎn)生的第二圖像。此外，在該系統(tǒng)中還采用第三激光顯示模塊，所述第三激光顯示模塊包括(1)不含磷光體的第三屏幕；( 第三激光器模塊，其將不同于第一和第二波長的第三波長的至少一條激光束投影和掃描到所述第三屏幕上，以便在第三屏幕上直接產(chǎn)生第三波長顏色的第三圖像。此外，第一、第二和第三投影光學(xué)單元用來分別將第一、第二和第三圖像投影到顯示屏上以產(chǎn)生最終圖像。激光顯示系統(tǒng)的另一示例為具有至少三個單色激光顯示投影模塊的系統(tǒng)，其中每個模塊具有一個磷光體投影屏幕。第一激光顯示模塊包括(1)第一屏幕，其包括吸收激發(fā)波長的光而發(fā)出不同于所述激發(fā)波長的第一波長的光的第一磷光體；( 第一激光器模塊，其將所述激發(fā)波長的至少一條激光束投影和掃描到所述第一屏幕上，以將所述激光束攜帶的圖像轉(zhuǎn)化為第一屏幕上的第一磷光體所產(chǎn)生的第一圖像。第二激光顯示模塊包括 (1)第二屏幕，其包括吸收激發(fā)波長的光而發(fā)出不同于所述激發(fā)波長的第二波長的光的第二磷光體；( 第二激光器模塊，其將所述激發(fā)波長的至少一條激光束投影和掃描到所述第二屏幕上，以將所述激光束攜帶的圖像轉(zhuǎn)化為第二屏幕上的第二磷光體所產(chǎn)生的第二圖像。第三激光顯示模塊包括(1)第三屏幕，其包括吸收激發(fā)波長的光而發(fā)出不同于所述激發(fā)波長的第三波長的光的第三磷光體；( 第三激光器模塊，其將所述激發(fā)波長的至少一條激光束投影和掃描到所述第三屏幕上，以將所述激光束攜帶的圖像轉(zhuǎn)化為第三屏幕上的第三磷光體所產(chǎn)生的第三圖像。此外，該系統(tǒng)包括第一、第二和第三投影光學(xué)單元，用來投影第一、第二和第三圖像以使其在顯示屏上空間重疊，從而產(chǎn)生最終圖像。本申請中描述的另一顯示裝置包括光學(xué)模塊，其可操作以產(chǎn)生所述激發(fā)光的掃描光束；攜帶光脈沖的掃描光束，所述光脈沖攜帶與待顯示的圖像有關(guān)的信息；包括至少第一熒光材料的屏幕，所述第一熒光材料吸收激發(fā)光而發(fā)出第一顏色的光，從而產(chǎn)生掃描光束中攜帶的圖像；光學(xué)傳感單元，其被定位成接收來自所述屏幕且包含所述第一顏色光的光中的一部分，并且可操作以產(chǎn)生指示所述掃描光束在所述屏幕上空間對準(zhǔn)的監(jiān)控信號；以及反饋控制機(jī)構(gòu)，其可操作以接收所述監(jiān)控信號并控制所述光學(xué)模塊，從而響應(yīng)于所述監(jiān)控信號調(diào)節(jié)由所述掃描光束所攜帶的所述光脈沖的同步，以便校正所述監(jiān)控信號所指示的所述掃描光束在所述顯示屏上的空間對準(zhǔn)誤差。顯示裝置的另一示例被描述為包括屏幕，所述屏幕包括具有多個不同區(qū)域的基底。所述不同區(qū)域中至少第一部分包括至少一種熒光材料，所述熒光材料可操作以吸收激發(fā)波長的光而發(fā)出長于激發(fā)波長的輻射波長的熒光，所述不同區(qū)域中與所述第一部分在空間上隔行的至少第二部分不包含熒光材料。該顯示裝置中還包括光學(xué)模塊，所述光學(xué)模塊可操作以將經(jīng)由光學(xué)調(diào)制而攜帶圖像的、激發(fā)波長的激發(fā)光束投影和掃描到屏幕上，以便通過輻射的熒光在所述不同區(qū)域的第一部分產(chǎn)生圖像以及通過激發(fā)光束在所述不同區(qū)域的第二部分產(chǎn)生圖像。上述的和其他的顯示系統(tǒng)和裝置可在其各自的屏幕上使用各種磷光材料。用作熒光材料的適合的磷光材料的示例可包括以下物質(zhì)MS:Eu形式的、摻銪的發(fā)光金屬硫化物，其中M為Ca、Sr、Ba、Mg和Si中至少之一；M*N*2S4:Eu,Ce形式的、金屬硫代金屬發(fā)光材料，其中M*為Ca、Sr、Ba、Mg和Si中至少之一，N*為Al、Ga、In、Y、La和Gd中至少之一；(Sr1^xMguCavBax) (Ga2_y_zAl InzS4) :Eu2+ 或(Sr^^v^MguCavBa,) (Ga. sub. 2-y-z AlyInzS4) :Eu2+ ；(Y，GcO3Al5O12: Ce ；摻雜稀土的CaS、SrS或硫代鎵酸鹽；SrSiEu2+ ；CaS: Eu2+ ；CaS: Eu2+, Mn2+ ； (Zn, Cd) S Ag+ ；Mg4GeO5.5F Mn4+ ；Y2O2S Eu2+, ZnS:Mn2+, SrGa2S4:Eu2+ ；ZnS: Cu, Al ；BaMg2Al16O27:Eu2+，Mg ；以及(Y, GcO3Al5O12: Ce，Pr 之一；Ba2MgSi2O7IEu2+ ；Ba2SiO4:Eu2+ 以及(Sr, Ca, Ba) (Al, Ga)2S4:Eu2+ 中至少之一；
AEu(1_x)LnxB208，其中A是選自由Li、K、Na和Ag構(gòu)成的組中的元素；Ln是選自由Y、 La和Gd構(gòu)成的組中的元素；B為W或Wo ;X是等于或大于O但小于1的數(shù)；YBO3:Ce3+，Tb3+ ；BaMgAl10O17:Eu2+, Mn2+ ； (Sr, Ca, Ba) (Al, Ga)2S4:Eu2+ ；Y3Al5O12:Ce3+ ； Y2O2SiEu3+, Bi3+ ；YVO4:Eu3+，Bi3+ ；SrS:Eu2+ ；SrY2S4:Eu2+ ；SrS:Eu2+，Ce3+，K+ ； (Ca, Sr) S:Eu2+ 以及CaLEij4: Ce3+中至少之一；主體材料，其選自釔鋁石榴石、單木糖醇私10和含私10鈣鈦礦、Y，Ln) AlO以及
(Y,Ln) (Al，Ga)0，其中所述主體摻雜有鋪(Ce)、鐠(ft·)、鈥(Ho)JI (Yb)和銪(Eu)至少之 ifexSi12_(m+n)Al(m+n)0nN16_n:RelyRe2z，其中 Me 為 Li、Ca、Mg、Y 以及除 La 和 Ce 之外的鑭系金屬中的一種或多種，并且Rel和Re2為鑭系金屬；氧化物氮化物磷光體，其包括α -sialon并且摻雜有稀土元素；摻雜鈰離子的鑭硅氮化物磷光體=La1ISi3N5 = XCeO) < χ < 1)；石榴石熒光材料，包括1)選自由Y、Lu、Sc、La、Gd和Sm構(gòu)成的組中至少一種元素， 2)選自由Al、( 和h構(gòu)成的組的至少一種元素，并由鈰活化；磷光體混合物，包括Baife2Al16O27Eu2+ (BAM)和(Τ1νχ_.yAxREy) 3DZ012 (TAG)，其中 A 為選自由Y、La、Gd和Sm構(gòu)成的組的成分；RE為選自由Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Dy、Ho、Er、Tm、 Yb和Lu構(gòu)成的組的成分；D為選自由Al、( 和h構(gòu)成的組的成分；χ、y和ζ為正數(shù)；磷光體混合物，包括Tb3Al4 9O12ICe 以及 Baife2AL6O27 = Eu2+(BAM)和(Sr, Ba，Ca， Mg) 5 (PO4)3Cl: Eu2+至少之一；BaF2. a BaX2. bMgF2. cBeF2. (IMe11F2 eLn，其中X是選自由氯、溴和碘構(gòu)成的組的至少一種鹵素；Me11是選自由鈣和鍶構(gòu)成的組的至少一種二價金屬；Ln是選自由二價銪(Eu2+)、 鈰(Ce3+)和鋱(Tb3+)構(gòu)成的組的至少一種稀土金屬，并且a、b和c為正數(shù)；鈰活化的稀土元素磷酸鹽熒光體=LnPO4. aLn)(3: xCe3+，其中Ln是選自由Y、La、Gd 和Lu構(gòu)成的組的至少一種稀土金屬；X是選自由F、Cl、Br和I構(gòu)成的組的至少一種鹵素； a和χ為正數(shù)；SrxLnlylLn2y2Ln3y3MzAaBb019-k(i)，其中Lnl表示選自鑭、釓和釔的至少一種三價元素； Ln2表示選自釹、鐠、鉺、鈥和銩的至少一種三價元素；Ln3表示由于氧空穴而保持電中性的二價銪和三價鈰的一種元素；M表示選自鎂、錳和鋅的至少一種二價金屬元素；A表示選自鋁和鎵的至少一種三價金屬；B表示選自鉻和鈦的至少一種三價過渡金屬元素；χ、yl、y2、 73、2、￡1、13和1^為正數(shù)；M11X2. aMnX' 2. bSiO: xEu2+，其中Mn為選自由Ba、Sr和Ca構(gòu)成的組的至少一種堿土金屬；X和X'均為選自由Cl、Br和I構(gòu)成的組的至少一種鹵素，且X和X'不相同；a、b 和χ為正數(shù)；作為主體材料的堿基鹵化物和作為摻雜劑的稀土元素；(Ba1^qMq) (Hf1-^eZrzMge) yT，其中M選自由Ca、Sr和它們的化合物構(gòu)成的組；T是 Cu ；q、z、e禾口 y為正數(shù)；A3B5X12:M，其中A是選自由Y、Ca和Sr構(gòu)成的組的元素；B是選自由Al、Ga和Si 構(gòu)成的組的元素；X是選自由O和S構(gòu)成的組的元素；且M是選自由Ce和Tb構(gòu)成的組的元素；
Ba2 (Mg，Zn) Si2O7 Eu2+ 或(Baim, Cax, SrY, Euz) 2 (Mgl_ff, Znw) Si2O7 ；SrxBEtyCazSiO4: Eu2+，其中x、y和ζ為0到2之間各自獨立的任意值；ZnSxSey Cu，Α，其中χ和y分別是0和1之間的獨立的任意值，且A是選自Ag、Al、 Ce、Tb、Cl、I、Mg 和 Mn 中至少之一；MA2 (SxSey)4:B，其中χ和y分別為約0. 01到約1之間的獨立的任意值；M為Be、Mg、 Ca、Sr、Ba和Si中至少之一 ；A為Al、Ga、In、Y、La和Gd中至少之一；活化劑B為Eu、Ce、 Cu、Ag、Al、Tb、Cl、F、Br、I、Pr、Na、K、Mg 和 Mn 中至少之一；M2A4(SxSey)7 = B,其中χ和y分別為約0. 01到約1之間的獨立的任意值；M是Be、 Mg、Ca、Sr、Ba、Zn 的至少一種；A 是 Al、Ga、h、Y、La 和 Gd 的至少一種；B 為 Eu、Ce、Cu、Ag、 Al、Tb、Cl、Br、F、I、Pr、K、Na、Mg 禾口 Mn 的至少一種；(Ml)m(M2)nA2 (SxSey)4:B，其中 Ml 包括選自由 Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Zn 構(gòu)成的組的元素；M2包括選自由Be、Mg、Ca、Sr、Ba、&i構(gòu)成的組的元素；A包括選自由Al、fei、In、Y、La和 Gd構(gòu)成的組的一種或多種元素；B包括選自由Eu、Ce、Cu、Ag、Al、Tb、Cl、Br、F、I、Mg、Pr、 K、Na和Mn構(gòu)成的組的一種或多種元素；(Ml)m(M2)nA4 (Sjey)7 = B,其中 Ml 包括選自由 Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Zn 構(gòu)成的組的元素；M2包括選自由Be、Mg、Ca、Sr、Ba、&i構(gòu)成的組的元素；A包括選自由Al、Ga、h、Y、La和 Gd構(gòu)成的組的一種或多種元素；B包括選自由Eu、Ce、Cu、Ag、Al、Th、Cl、Br、F、I、M g、Pr、 K、Na和Mn構(gòu)成的組的一種或多種元素。在附圖、詳細(xì)的文字說明和權(quán)利要求中將更為詳細(xì)地描述這些和其他顯示系統(tǒng)和裝置、顯示技術(shù)和熒光材料。


圖1和圖2示出了其中屏幕由激光可激發(fā)的磷光體制成的激光顯示系統(tǒng)的兩個示例，所述熒光體在攜帶待顯示圖像信息的掃描激光束的激發(fā)下發(fā)出彩色光；圖3A和圖;3B示出了屏幕結(jié)構(gòu)和屏幕上的彩色像素結(jié)構(gòu)的一個示例；圖4和圖5示出了用于圖1和圖2中的激光顯示系統(tǒng)的光學(xué)調(diào)制設(shè)計的兩個示例；圖6示出了圖1和圖2中的系統(tǒng)的掃描激光束的時間分割，其中屏幕對于彩色像素使用紅色、綠色和藍(lán)色發(fā)光磷光體條紋；圖7示出了用于調(diào)制圖1和圖2的系統(tǒng)中的掃描激光束的脈沖幅度調(diào)制的示例；圖8和圖9示出了用于調(diào)制圖1和圖2的系統(tǒng)中的掃描激光束的脈沖寬度調(diào)制的多種實施；圖IOA和圖IOB示出了用于調(diào)制圖1和圖2的系統(tǒng)中的掃描激光束的脈沖幅度調(diào)制與脈沖寬度調(diào)制組合的一種實施；圖11示出了作為二極管激光器驅(qū)動電流的函數(shù)的二極管激光器輸出功率的示例，其中二極管激光器具有閾值狀態(tài)；圖12和圖13示出了在圖1和圖2的系統(tǒng)中控制用于產(chǎn)生掃描激光束的二極管激光器以產(chǎn)生真實的黑色像素的圖像控制機(jī)構(gòu)的一種實施；圖14示出了屏幕上的像素傳感器單元與相關(guān)的傳感器反饋的一種實施，其中所
11述傳感器反饋用于控制掃描激光束中的圖像脈沖同步，以修正掃描激光束相對于屏幕上的彩色磷光體條紋的空間失準(zhǔn)；圖14A和圖15示出了圖14中的屏幕上的像素傳感器單元和控制的一種示例性實施的設(shè)計和操作；圖16和圖17分別示出了圖4和圖5中的激光顯示系統(tǒng)的實施，其中所述顯示系統(tǒng)采用多面體和電流計鏡作為激光掃描模塊的一部分，并且利用多條掃描激光束同時掃描多個屏幕段；圖18和圖19示出了利用多條掃描激光束同時掃描多個屏幕段的兩種示例性的實施；圖20A和20B示出了具有彩色磷光體條紋的不同屏幕設(shè)計，其中三條或更多的不同掃描光束被引導(dǎo)至每個彩色像素以分別產(chǎn)生彩色像素的不同的組成顏色；圖21A和圖21B示出了用于將掃描激光束引導(dǎo)至采用背部投影配置的具有熒光體的屏幕的折疊的光路的兩個示例；圖22示出了用于圖1和圖2的激光顯示系統(tǒng)的具有多個反射面的示例性的光束掃描儀，其中所述反射面通過彎曲部分連接到轉(zhuǎn)動平面，以允許調(diào)節(jié)反射面的傾斜；圖23、24A和24B示出了具有三個或更多單色投影儀以將不同顏色的圖像投影到普通屏幕上從而通過將不同顏色的圖像混合而產(chǎn)生最終圖像的激光顯示系統(tǒng)的示例，其中至少一個單色投影儀是基于圖1或圖2的激光顯示系統(tǒng)以便產(chǎn)生來自具有磷光體條紋的投影屏幕的單色圖像；圖25A和圖25B示出了在最終顯示屏上將直接的激光器顏色與磷光體顏色混合的激光顯示器的兩個示例；圖^A、26B和26C示出了顯示系統(tǒng)的示例，其中屏幕具有發(fā)出彩色熒光的熒光區(qū)域和顯示直接由掃描光束形成的圖像的無熒光區(qū)域；圖27A-31示出了，在磷光體層的兩個相對側(cè)上具有二向色層以提高屏幕的光學(xué)效率的屏幕設(shè)計和屏幕結(jié)構(gòu)的示例；圖32示出了磷光體層中用于使不同顏色的不同磷光體光學(xué)分隔的磷光體分隔器；圖33至42B示出了屏幕設(shè)計的示例，其采用具有狹縫孔徑的反射器陣列層以實現(xiàn)圖27A至31的設(shè)計中的兩個二向色層的組合操作的類似結(jié)果；圖43和圖44示出了使每個磷光體條紋內(nèi)的不同子像素區(qū)光學(xué)分隔以提高屏幕對比度的兩種示例性的屏幕；圖45示出了屏幕的一個示例，其在磷光體層的觀察者一側(cè)實施對比度增強(qiáng)層，以減少屏幕對比度中反射的環(huán)境光的不利影響；圖46示出了基于圖33至42B中所示的設(shè)計的屏幕中的對比度增強(qiáng)層的應(yīng)用；圖47示出了具有用于發(fā)出不同顏色的光的不同的磷光材料的磷光體層，其中每種磷光材料混合有顏色選擇吸收材料，所述顏色選擇吸收材料傳輸由磷光體發(fā)出的光但吸收其他顏色的光——包含該層中其他磷光材料發(fā)出的光；圖48、49A、49B和50示出了在激光器處采用垂直光束控制致動器來控制光束指向的示例性的光束指向設(shè)計；
圖51A、51B和51C示出了激光器模塊的示例，其具有激光器陣列，以在用于實施本申請中描述的顯示系統(tǒng)的屏幕上產(chǎn)生不同的掃描光束。
具體實施例方式本申請描述了采用具有熒光材料的屏幕在光學(xué)激發(fā)條件下發(fā)光以產(chǎn)生圖像的顯示系統(tǒng)和裝置，包括激光矢量掃描顯示裝置和激光視頻顯示裝置，其采用激光可激發(fā)熒光屏，通過吸收激發(fā)激光并發(fā)出彩色光來產(chǎn)生圖像。本文描述了具有熒光材料的顯示屏設(shè)計的各種示例。受一條或多條掃描激發(fā)激光束激發(fā)的、具有磷光材料的顯示屏在本文中得到詳細(xì)描述，并且作為本申請中各種系統(tǒng)和裝置的實施例中的光學(xué)激發(fā)熒光材料的具體實施例。在一種實施中，例如，受到激光束的光學(xué)激發(fā)以分別產(chǎn)生適于形成彩色圖像的紅、綠、藍(lán)色光的、三種不同顏色的磷光體，可在顯示屏上形成為像素點或平行的重復(fù)的紅色、綠色和藍(lán)色磷光體條紋。本申請中描述的各種實施例采用具有平行的彩色磷光體條紋(用于發(fā)出紅色、綠色和藍(lán)色光)的顯示屏，以說明基于激光的顯示器的各種特征。磷光材料是一種熒光材料。在采用磷光體作為熒光材料的實施例中描述的各種系統(tǒng)、設(shè)備和特征適用于具有由其他光學(xué)可激發(fā)、發(fā)光、無磷熒光材料制成的屏幕的顯示器。例如，量子點材料在適當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)激發(fā)下發(fā)光，因而可用作本申請中的系統(tǒng)和裝置的熒光材料。更具體地說，半導(dǎo)體化合物，例如Cdk和In3S等，可以制成粒子形式以便發(fā)光， 其中該粒子的直徑接近于作為量子點材料的化合物的激子波爾半徑。為了產(chǎn)生不同顏色的光，具有不同能量帶隙結(jié)構(gòu)的不同的量子點材料可用來在同一激發(fā)光下發(fā)出不同的顏色。 某些量子點的大小在2至10納米之間，并且大約包括幾十個原子，例如10到50個原子。量子點可擴(kuò)散和混合到各種材料中，以形成液態(tài)溶液、粉末、膠狀矩陣材料以及固體(例如固態(tài)溶液)。量子點薄膜或薄膜條紋可形成在作為本申請中的系統(tǒng)或裝置顯示屏的基底上。 在一種實施中，例如三種不同的量子點材料可被設(shè)計成可以由作為光學(xué)泵浦的掃描激光束來光學(xué)激發(fā)，以發(fā)出適于形成彩色圖像的紅色、綠色和藍(lán)色光。這種量子點可作為以平行線 (例如，重復(fù)的連續(xù)紅色像素點線、綠色像素點線和藍(lán)色像素點線)排列的像素點而形成于顯示屏上。在此描述的基于激光的顯示技術(shù)和系統(tǒng)的某些實施，采用至少一條掃描激光束來激發(fā)沉積在顯示屏上的彩色發(fā)光材料以產(chǎn)生彩色圖像。所述掃描激光束被調(diào)制成攜帶紅色、綠色和藍(lán)色或其他可見光顏色的圖像，并且以如下方式對其進(jìn)行控制，即激光束激發(fā)分別具有紅色、綠色和藍(lán)色圖像的紅色、綠色和藍(lán)色的彩色發(fā)光材料。因而，所述掃描激光束攜帶圖像但不直接產(chǎn)生觀察者所看到的可見光。相反，顯示屏上的彩色發(fā)光熒光材料吸收掃描激光束的能量并發(fā)出紅色、綠色和藍(lán)色或其他顏色的可見光，從而產(chǎn)生觀察者所看到的實際的彩色圖像。采用其能量足以使熒光材料發(fā)光或發(fā)冷光的一條或多條激光束對熒光材料進(jìn)行激光激發(fā)，是多種光學(xué)激發(fā)形式中的一種。在其他實施中，光學(xué)激發(fā)可通過能量充沛且足以激發(fā)顯示屏中所采用的熒光材料的非激光光源來產(chǎn)生。非激光激發(fā)光源的示例包括各種發(fā)光二極管(LED)、燈和其他光源，這些非激光激發(fā)光源所產(chǎn)生的波長或光譜帶內(nèi)的光能夠激發(fā)將高能量的光轉(zhuǎn)換成可見光范圍的低能量的光的熒光材料。激發(fā)顯示屏上的熒光材料的激發(fā)光束的頻率或光譜范圍可高于所述熒光材料所發(fā)出的可見光的頻率。因此，所述激發(fā)光束可以在紫光光譜范圍內(nèi)和紫外(UV)光譜范圍內(nèi)，例如波長在420nm以下。在下面描述的實施例中，UV光或UV激光束用作磷光材料或其他熒光材料的激發(fā)光的示例，并且可以是其他波長的光。圖1和圖2示出了兩個基于激光的顯示系統(tǒng)，其采用具有彩色磷光體條紋的顯示屏?？蛇x地，彩色磷光體點也可用來限定顯示屏上的圖像像素。圖1中的系統(tǒng)包括激光器模塊110，用于產(chǎn)生至少一條掃描激光束120并將其投影到顯示屏101上。顯示屏101在垂直方向具有平行的彩色磷光體條紋，其中紅色磷光體吸收激光而發(fā)出紅色光，綠色磷光體吸收激光而發(fā)出綠色光，藍(lán)色磷光體吸收激光而發(fā)出藍(lán)色光。相鄰的三個彩色磷光體條紋具有三種不同顏色。圖1示出的條紋的一個特定空間顏色序列為紅色、綠色和藍(lán)色。也可以采用其他的顏色序列。激光束120的波長在彩色磷光體的光學(xué)吸收帶寬內(nèi)，因而激光束 120的波長通常小于用于彩色圖像的可見的藍(lán)色、綠色和紅色光的波長。作為示例，彩色磷光體可以是吸收光譜范圍在約380nm到約420nm內(nèi)的UV光以發(fā)出期望的紅色、綠色和藍(lán)色光的磷光體。激光器模塊110可以包括用以產(chǎn)生光束120的一個或多個例如UV 二極管激光器的激光器、用以水平和垂直掃描光束120以便在顯示屏上一次提供一個圖像幀的光束掃描機(jī)構(gòu)、以及用以調(diào)制光束120以攜帶紅色、綠色和藍(lán)色圖像信道的信息的信號調(diào)制機(jī)構(gòu)。 圖2示出了一種可選的設(shè)計，其中彩色磷光體條紋平行于顯示屏102的水平方向。這種顯示系統(tǒng)可以被配置成背投影系統(tǒng)，其中觀察者和激光器模塊110位于顯示屏101的相對側(cè)。 可選地，這種顯示系統(tǒng)也可以被配置成前投影系統(tǒng)，其中觀察者和激光器模塊與顯示屏101 位于同一側(cè)。圖3A示出了圖1中的顯示屏101的一種示例性的設(shè)計。顯示屏101可以包括背部基底，其對于掃描激光束120是透明的，并且面向激光器模塊110以接收掃描激光束120。 由“R”、“G”、“B”表示的用于紅色、綠色和藍(lán)色的彩色磷光體條紋形成于所述背部基底上。 第二基底，即前基底形成于磷光體條紋的頂部，并且對于磷光體條紋所發(fā)出的紅色、綠色和藍(lán)色光是透明的。所述基底可由各種材料制成，其中包括玻璃或塑料板。每個彩色像素在水平方向上包括三個相鄰的彩色磷光體條紋的一部分，并且其垂直尺寸由垂直方向的激光束的光束分散來限定。激光器模塊110 —次掃描一條水平線上激光束120，例如從左向右和從上到下掃描以充滿顯示屏101。激光器模塊110相對于顯示屏101固定于適當(dāng)位置，以便可以預(yù)定的方式控制光束120的掃描，以確保激光束120與顯示屏101上的各像素位置間的正確對準(zhǔn)。圖3A示出了掃描激光束120被引導(dǎo)至像素內(nèi)的綠色磷光體條紋處，以便從該像素產(chǎn)生綠色光。圖3B以沿著垂直于顯示屏101的方向的視圖進(jìn)一步示出了顯示屏101的操作。由于每個顏色條紋的形狀是縱向的，因此光束120的橫截面可以成形為沿著條紋的方向伸長，以使像素的每個顏色條紋內(nèi)的光束的填充因數(shù)最大?？梢酝ㄟ^在激光器模塊110 中采用光束成形光學(xué)元件來實現(xiàn)這一點。用來產(chǎn)生激發(fā)顯示屏上磷光材料的掃描激光束的激光光源，可以是單模激光或多模激光。所述激光還可以是沿著垂直于磷光體條紋的伸長方向的方向的單模激光，以便具有由每個磷光體條紋的寬度所限制的、較小的光束分散。沿著磷光體條紋的伸長方向，該激光束可具有多個模式，以便比在穿過磷光體條紋方向分散的光束能夠覆蓋更大的面積。在一個方向使用具有單一模式的激光束以便在屏幕上具有較小的覆蓋區(qū)以及在垂直方向使用具有多個模式的激光束以便在屏幕上具有較大的覆蓋區(qū)，使得光束成形為適合屏幕上的伸長的顏色子像素并通過多個模式在光束中提供足夠的激光功率，以便確保足夠的屏幕亮度。激光器模塊110中的光學(xué)調(diào)制可以由兩種不同的配置來實現(xiàn)。圖4示出了圖1中的顯示器的實現(xiàn)，其中產(chǎn)生激光束120的激光光源410被直接調(diào)制以攜帶紅色、綠色和藍(lán)色信號。在該實施中的激光器模塊110包括信號調(diào)制控制器420，信號調(diào)制控制器420直接對激光光源410進(jìn)行調(diào)制。例如，信號調(diào)制控制器420可控制作為激光光源410的激光二極管的驅(qū)動電流。光束掃描和成像模塊430然后將經(jīng)調(diào)制的光束120投影到屏幕101上以激發(fā)彩色磷光體?？蛇x地，圖5示出了圖1中的顯示器的另一種實現(xiàn)，其中激光光源510用來產(chǎn)生CW未調(diào)制的激光束，光學(xué)調(diào)制器520用來利用紅色、綠色和藍(lán)色圖像信號對該激光束進(jìn)行調(diào)制。信號調(diào)制控制器530用來控制光學(xué)調(diào)制器520。例如聲光調(diào)制器或光電調(diào)制器可用作光學(xué)調(diào)制器520。來自于光學(xué)調(diào)制器520的經(jīng)調(diào)制的光束然后由光束掃描和成像模塊430投影到屏幕101上。貫穿屏幕101對激光束120進(jìn)行光學(xué)掃描，以便在不同時間撞擊不同顏色的像素。 因此，經(jīng)調(diào)制的光束120攜帶在不同時間用于每個像素的紅色、綠色和藍(lán)色圖像信號，以及在不同時間用于不同像素的紅色、綠色和藍(lán)色圖像信號。因而，利用不同時間不同像素的圖像信息對光束120的調(diào)制進(jìn)行編碼，以便通過光束掃描將光束120中的實時編碼圖像信號映射到屏幕101上的空間像素。圖6示出了經(jīng)調(diào)制的光束120的時間分割的一個示例，其中每個彩色像素時間被平均分割成用于三個顏色信道的三個連續(xù)時隙。光束120的調(diào)制可采用脈沖調(diào)制技術(shù)以便在每個顏色、每個像素的適當(dāng)?shù)念伾M合以及期望的圖像亮度中產(chǎn)生期望的灰度級。圖7、8、9、IOA和IOB示出了一些脈沖調(diào)制技術(shù)的示例。圖7示出了脈幅調(diào)制(PAM) 的示例，其中在與同一像素內(nèi)的其它兩種顏色組合時，每個時隙中的光脈沖的幅度產(chǎn)生期望的灰度級和顏色。在示出的示例中，在紅色子像素時間內(nèi)的脈沖為全幅，在綠色子像素時間內(nèi)的脈沖為零，而在藍(lán)色子像素時間內(nèi)的脈沖為全幅的一半。PAM是對噪聲敏感的。作為對PAM的改進(jìn)，可以采用脈沖編碼調(diào)制(PCM)，其中脈沖的幅度值被數(shù)字化。PCM在各種應(yīng)用中被廣泛使用。圖8示出了另一種脈沖調(diào)制技術(shù)，其中每個脈沖的幅度是固定的，但是脈沖寬度或持續(xù)時間被改變或調(diào)制，以改變每個顏色子像素中的總的光能量。圖8中的脈沖寬度調(diào)制(PWM)的示例示出了紅色全寬度脈沖、無綠色脈沖、以及半寬藍(lán)色脈沖。圖9示出了用于在每個顏色子像素中產(chǎn)生N(例如N= 128)個灰度級的PWM的另一示例。每個像素時間被平均分成N個時隙。在滿強(qiáng)度時，產(chǎn)生占據(jù)子像素時間整個持續(xù)時間的全幅單個脈沖。為
了產(chǎn)生強(qiáng)度的一半，在子像素時間內(nèi)只在交替的時隙1、3、5、7.....127中產(chǎn)生64個全幅脈
沖。在子像素時間的1/N的持續(xù)時間內(nèi)采用平均分割脈沖的方法可用來產(chǎn)生共計1 個不同的灰度級。對于實際的應(yīng)用來說，N可以設(shè)置為256，或者更大，以便達(dá)到更高的灰度級。圖IOA和IOB示出了脈沖調(diào)制技術(shù)的另一示例，其將PCM和PWM結(jié)合以產(chǎn)生N個灰度級。在該調(diào)制方案的PCM部分，脈沖的全幅被分成M個數(shù)字或離散級，全部子像素時間被分成多個相等的子脈沖持續(xù)時間，例如M個子脈沖持續(xù)時間。PCM與PWM的結(jié)合在每個顏色子像素中產(chǎn)生N = MXM個灰度級。作為示例，圖IOA示出了 PCM具有16個數(shù)字級，PWM 具有16個數(shù)字級。在實施中，灰度級可以通過首先以最低幅度級Al填充脈沖位置來實現(xiàn)。當(dāng)全部16個時隙被用盡時，幅度級增加一級而達(dá)到A2，然后連續(xù)填滿時隙。圖IOB示出了根據(jù)該(基于PCM和PWM的)混合調(diào)制的顏色子像素信號的一個示例。上述混合調(diào)制具有多個優(yōu)點。例如，灰度級的總數(shù)不再像只采用PCM或PWM時那樣受到電子器件的運行速度的限制。顯示器的一個重要的技術(shù)參數(shù)是對比度。黑色的亮度級通常是對比度的決定因素。對于給定的系統(tǒng)來說，黑色的亮度級越低，顯示系統(tǒng)的對比度就越好。許多顯示系統(tǒng)可通過將彩色像素的全部三個顏色子像素的亮度級降低到最小值來實現(xiàn)虛擬黑色，但是不能完全關(guān)閉亮度。然而，在此描述的基于激光的顯示系統(tǒng)可被設(shè)計用來完全關(guān)閉每個顏色子像素中的亮度以產(chǎn)生真實的黑色。現(xiàn)在具體以作為光源的激光二極管為例來描述該項技術(shù)，但是應(yīng)當(dāng)理解，該項技術(shù)還可用于其它激光光源中。二級管激光器具有閾值行為，其中當(dāng)正向驅(qū)動電流大于閾值時激光器動作啟動， 當(dāng)驅(qū)動電流小于閾值時二極管激光器進(jìn)行自發(fā)輻射而不產(chǎn)生激光。圖11示出了示例性的光功率，其作為典型二極管激光器的驅(qū)動電流的函數(shù)。當(dāng)電流低于閾值電流時，二極管激光器以較低的光水平進(jìn)行輻射。這樣，二極管激光器可以以恰好低于閾值電流的電流工作，從而產(chǎn)生虛擬的黑色。當(dāng)需要真實的黑色時，可切斷給二極管激光器施加的驅(qū)動電流，因此激光器不產(chǎn)生光，并且在屏幕上的每個像素中的相應(yīng)的磷光體條紋上也不產(chǎn)生光。當(dāng)光輸出和驅(qū)動電流之間存在時延時，許多二極管激光器顯示出延遲行為，從而當(dāng)驅(qū)動電流切換到大于閾值的值時，激光器的動作落后于電流一段延遲時間。如果初始電流恰好低于閾值電流，該延遲本質(zhì)上可以忽略不計。因此，根據(jù)特定的圖像幀中的黑色分布，二極管激光器可被操作以產(chǎn)生虛擬的黑色或真實的黑色。當(dāng)圖像幀在短于二極管激光器的延遲時間的時間內(nèi)并未包含鄰近的黑色像素時， 二極管激光器受到控制而以恰好低于閾值電流的偏置電流工作，從而在這些黑色像素中產(chǎn)生虛擬的黑色。當(dāng)圖像幀在長于二極管激光器的延遲時間的時間內(nèi)包含了鄰近的黑色像素時，通過切斷黑色像素起始位置的驅(qū)動電流而關(guān)閉二極管激光器，從而在這些像素中產(chǎn)生真實的黑色。在該鄰近黑色像素組的末端，二極管激光器的驅(qū)動電流返回到恰好低于閾值電流的數(shù)值，以便對于剩余的黑色像素產(chǎn)生虛擬的黑色，從而能夠及時產(chǎn)生在鄰近像素組之后的第一非黑像素。在該示例中，黑色像素中的一部分為真實的黑色，而另一部分為虛擬的黑色。平均看來，黑色像素的亮度水平優(yōu)于虛擬黑色。對于具有幾十納秒延遲時間的二極管激光器來說，像素持續(xù)時間為50納秒的兩個或兩個以上的連續(xù)的黑色像素將足以操縱二極管激光器來產(chǎn)生真實的黑色。圖12示出了用于實現(xiàn)產(chǎn)生真實黑色的上述技術(shù)的旁路電流路徑。旁路電流路徑包括通常打開的開關(guān)，因此所有的驅(qū)動電流都流入激光二極管中。二極管控制電路產(chǎn)生驅(qū)動電流。顯示處理器對待顯示的圖像幀進(jìn)行處理并產(chǎn)生適當(dāng)?shù)目刂菩盘栆则?qū)動二極管激光器，并且基于圖像幀將控制信號發(fā)送到二極管控制電路。顯示處理器還連接到開關(guān)控制，開關(guān)控制用于控制電流旁路路徑中的開關(guān)，以便當(dāng)二極管激光器的驅(qū)動電流被切斷時打開開關(guān)，從而產(chǎn)生真正的黑色。在操作中，顯示處理器監(jiān)控待顯示的每個圖像幀中的像素。監(jiān)控過程可以在數(shù)字域中實現(xiàn)，其中處理器的存儲器緩沖器中的像素的數(shù)據(jù)位被監(jiān)控。根據(jù)待顯示的時間上鄰近的黑色像素的長度，顯示處理器工作以保持開關(guān)開啟以產(chǎn)生虛擬的黑色，以及關(guān)閉開關(guān)以產(chǎn)生真實的黑色。圖13示出了顯示處理器的操作?；氐綀D1，在系統(tǒng)組裝之后，在系統(tǒng)的某些實現(xiàn)中激光器模塊110可相對于屏幕 101適當(dāng)?shù)囟ㄎ缓投ㄏ?。因此，激光器模塊110和屏幕101的相對位置是預(yù)先確定和預(yù)校準(zhǔn)的，以便實現(xiàn)屏幕101上的激光束120的掃描位置的像素注冊和屏幕101上的像素位置。 激光器模塊110和屏幕101的這一空間對準(zhǔn)可由于各種因素而改變。對于具有垂直于水平掃描方向的平行的彩色磷光體條紋的屏幕101來說，沿著垂直方向?qū)?zhǔn)不如沿著水平方向?qū)?zhǔn)重要，因為前者在不改變顏色注冊的情況下使整個圖像幀平移，而后者則改變顏色注冊因而使整個圖像惡化。為了減輕水平失準(zhǔn)，可采用光學(xué)傳感機(jī)構(gòu)來探測來自屏幕101的光并探測水平失準(zhǔn)?？苫谔綔y到的水平失準(zhǔn)采用反饋控制來校正失準(zhǔn)。光學(xué)傳感機(jī)構(gòu)可作為像素傳感器單元置于屏幕101中。圖14示出了這樣一種示例性的顯示系統(tǒng)，其具有位于屏幕上的用于對屏幕101上的彩色像素的響應(yīng)進(jìn)行光學(xué)檢測的光學(xué)傳感單元和反饋控制，以便使激光器模塊110響應(yīng)于來自屏幕101的反饋信號而對失準(zhǔn)進(jìn)行校正。位于屏幕上的光學(xué)傳感單元可包括三個光學(xué)探測器PD1、PD2和PD3，其被配置成分別對紅光、綠光和藍(lán)光作出響應(yīng)。每個光學(xué)探測器僅響應(yīng)于其指定的顏色而不響應(yīng)于其它顏色。這樣，紅色光學(xué)探測器PDl只探測紅光而不響應(yīng)于綠光和藍(lán)光，綠色光學(xué)探測器 PD2只探測綠光而不響應(yīng)于紅光和藍(lán)光，藍(lán)色光學(xué)探測器PD3只探測藍(lán)光而不響應(yīng)于紅光和綠光。這一點可通過例如在光學(xué)探測器PD1、PD2和PD3前方采用紅色、綠色和藍(lán)色光學(xué)帶通濾波器來實現(xiàn)，其中每個探測器暴露于來自屏幕101的不同顏色光之下，或者通過在只有指定顏色的光可進(jìn)入該指定顏色的光學(xué)探測器的道路上放置光學(xué)探測器PD1、PD2和 PD3來實現(xiàn)。假定相鄰的彩色磷光體條紋在屏幕101的水平方向上從左到右按照紅色、綠色和藍(lán)色的順序排列。如果顯示處理器產(chǎn)生紅色圖像，紅色探測器并未作出響應(yīng)，而藍(lán)色探測器或綠色探測器產(chǎn)生了輸出，那么則存在一個子像素的水平失準(zhǔn)。如果綠色探測器有輸出而紅色和藍(lán)色探測器沒有輸出，那么用于校正水平失準(zhǔn)的一種方法是對顯示處理器進(jìn)行編程，以便將經(jīng)調(diào)制的激光束120攜帶的經(jīng)調(diào)制的圖像信號延遲一個子顏色像素時隙，或者如果藍(lán)色探測器有輸出而紅色和綠色探測器沒有輸出，則將其延遲兩個子顏色像素時隙。這種通過時間延遲對空間對準(zhǔn)誤差的校正可在顯示處理器中以數(shù)字方式來實現(xiàn)。不需要對激光器模塊110中的光學(xué)掃描和成像單元進(jìn)行物理調(diào)整。 可選地，可以調(diào)整激光器模塊110中的成像單元，從而物理上平移屏幕101上的激發(fā)光束的位置，從而響應(yīng)于屏幕上的像素傳感器單元所探測到的誤差，將屏幕101上的激光器位置水平向左或向右調(diào)整一個子像素。上述紅色、綠色和藍(lán)色光學(xué)探測器PD1、PD2和PD3可在屏幕101上被定位成允許每個探測器接受來自屏幕101上的多個像素的光?？刹捎脺y試圖案來檢驗對準(zhǔn)。例如，紅色、綠色和藍(lán)色之一的幀可用作測試圖案以測試對準(zhǔn)?？蛇x地，紅色、綠色和藍(lán)色光學(xué)探測器PD1、PD2和PD3可嵌入于屏幕101中，以分別接收來自一個彩色像素的不同的顏色子像素的光。圖14A示出了這樣一種設(shè)計，其中三個分束器BS1、BS2和BS3分別放置在紅色、綠色和藍(lán)色子像素后方，并被用來使彩色像素的顏色子像素所發(fā)出的紅色、綠色和藍(lán)色光束中的一小部分分離，并到達(dá)在前基底上形成的三個探測器PD1、PD2和PD3。測試位圖案可用來對特定像素進(jìn)行尋址，以便檢驗水平對準(zhǔn)。
圖15示出了當(dāng)水平對準(zhǔn)正常而沒有誤差時，用于嵌入有探測器(頂部)的彩色像素的測試圖案以及三個探測器PD1、PD2和PD3的相應(yīng)輸出。當(dāng)水平對準(zhǔn)正常時，三個探測器PD1、PD2和PD3的響應(yīng)如圖所示。否則，三個探測器PD1、PD2和PD3將產(chǎn)生不同的響應(yīng)， 并且該響應(yīng)可用來采用時間延遲技術(shù)或光束成像光學(xué)器件的調(diào)整來校正水平失準(zhǔn)。上述用于閉環(huán)反饋對準(zhǔn)的子像素的檢測可通過屏幕101上的光學(xué)傳感單元來實現(xiàn)。圖20A示出了這樣一個示例，其中分別用于檢測紅色、綠色和藍(lán)色的三個顏色選擇光學(xué)探測器R、G和B放置在遠(yuǎn)離屏幕且能夠接收來自于屏幕的紅色、綠色和藍(lán)色光的位置。上述用于不同顏色的測試圖案可被調(diào)制到掃描光束上以探測失準(zhǔn)，反饋控制回路可用來控制顏色的脈沖同步，以便校正失準(zhǔn)。該顯示系統(tǒng)可采用單一掃描激光束120 —次掃描一條水平線，進(jìn)而掃描整個屏幕 101?？蛇x地，多個激光器，例如激光器陣列，可用來產(chǎn)生多條平行的掃描光束120，以便將屏幕101沿著垂直方向分成N段，以便指定一條掃描光束120掃描一段，而指定N條掃描光束 120同時掃描N個不同的段。圖16和17示出了基于圖1中的設(shè)計、采用不同的調(diào)制方法的兩個顯示系統(tǒng)，這兩個顯示系統(tǒng)采用多條掃描激光束來激發(fā)屏幕上的彩色磷光體條紋。例如，水平掃描可利用具有M個面的旋轉(zhuǎn)多面體鏡來實現(xiàn)，垂直掃描可通過電流計鏡來實現(xiàn)。對于HDTV 16 9縱橫比的屏幕來說，水平掃描和垂直掃描的角度范圍是相似的。對于16度水平掃描或+/-8度掃描來說，多面體上的鏡面需要具有8度的最小對向角。 因此，每360度的最大鏡面數(shù)M為每周M = 360/8 = 45個鏡面。假定1/60秒中有1080個交錯行或者540個奇數(shù)行后緊跟540個偶數(shù)行，則掃描光束的數(shù)量N等于540/M = 12。每個光束利用移動9度/12 = 0. 75度或13mrad的電流計鏡掃描屏幕的1/12。屏幕的1/12 的段為子屏幕或屏幕段。在這種設(shè)計中，以1/60秒跟蹤各個子屏幕。盤的RPM為3600RFM， 每個鏡面的掃描時間等于1/60/45 = 370微秒(忽略折回時間)。每個M面以370微秒的速度移動。在每370微秒時隙中，電流計鏡以0. 75度/45 = 0. 3mrad的增量步進(jìn)。每個子屏幕被掃描兩次，其中以1/60秒將奇數(shù)行和偶數(shù)行各掃描一次，這就意味著電流計鏡以如下所示的0. 3mrad的離散步進(jìn)移動奇數(shù)行1為Omrad奇數(shù)行2 為 0.3mrad奇數(shù)行3 為 0.6mrad奇數(shù)行45 為 13mrad折回至偶數(shù)行1 為 0. 15mrad偶數(shù)行2 為 0. 45mrad......偶數(shù)行45 為 13. 15mrad在該特定實施例中，視頻帶寬可以以如下方式確定。每個水平掃描用370微秒完成。每個像素的時間為370微秒/1920 = 192納秒或5. 2Mhz。對于正常的視頻帶寬來說， 通常一個需要3 X像素時間，這就意味著約15MHz 3dB點。這種調(diào)制頻率可利用聲光(AO) 調(diào)制裝置來獲得。共計12X3個UV 二極管激光器每個約50-100mW可用來產(chǎn)生掃描光束。圖18示出了 N個段或并列顯示同步掃描的一種模式，其中N個不同的掃描光束被分別引導(dǎo)和指定用來掃描不同的段。在產(chǎn)生一個完整圖像幀時，每個掃描光束逐行掃描其被指定的段，而并不用來掃描不同的段。圖19示出了第5，920，361號美國專利中所描述的具有N個掃描激光束的交替掃描模式，該掃描模式可與本發(fā)明的顯示系統(tǒng)一起使用。在該模式中，N個不同的光束被定向以同時掃描一個段中的不同的行，然后被定向以掃描下一段中的不同的行。這樣，在產(chǎn)生一個完整圖像幀時每個掃描光束被定向以掃描不同的段。第 5，920，361號美國專利中所描述的具有角度不同的反射面的多面體也可用于本系統(tǒng)中。在實施上述的和其他的顯示器設(shè)計時，包含全部屏幕的多個段之間可能存在垂直失準(zhǔn)。該失準(zhǔn)可利用與水平校正裝置類似的裝置來進(jìn)行數(shù)字校正。屏幕的每個段可利用能夠產(chǎn)生比該段中顯示所實際需要的更多的水平行(例如4行額外的行)的掃描發(fā)動機(jī)來驅(qū)動。在完全對準(zhǔn)的情況下，系統(tǒng)的掃描可被配置成在段圖像的上方和下方具有相等數(shù)量的額外的(未使用的)行。如果存在垂直失準(zhǔn)，則控制電子裝置可通過利用這些額外的行來取代常規(guī)的行以向上或向下平移段圖像。例如，如果圖像需要向上移動一行，控制器利用常規(guī)圖像上方的額外的行之一并在底部增加額外未使用的行而使每一行向上移動至前一行。 如果希望在啟動或正常操作過程中自動進(jìn)行調(diào)整，則需要采用傳感器來實時提供反饋。這種傳感器可以是位于待控制的段的可視區(qū)域一側(cè)的位置傳感二極管。如果需要的話，所述行在該傳感器上掃描。可選地，分束器可用來在掃描所述段的可視區(qū)域時提供反饋。上述方法的一個優(yōu)點在于減少或簡化了對于精確的光學(xué)對準(zhǔn)的要求，因為適當(dāng)?shù)貙嵭须娮诱{(diào)整實現(xiàn)起來更簡便，并且可降低設(shè)備的成本。上述方法允許利用只有一行的分辨率進(jìn)行調(diào)整。為了完成子行(子像素)調(diào)整，用于掃描激發(fā)光束的掃描發(fā)動機(jī)可略微轉(zhuǎn)動。這樣便產(chǎn)生了略微傾斜的水平掃描行。相鄰的屏幕段將具有在相反方向略微轉(zhuǎn)動的掃描發(fā)動機(jī)。在這種情況下，為了產(chǎn)生直的水平行，根據(jù)轉(zhuǎn)動量來使用至少兩個掃描行的一部分。這樣可以在屏幕段之間提供較不明顯的接合。用于減少兩個相鄰的屏幕段間的可見的接合贗象的另一種方法是在接合點處使來自每個段的顏色重疊。例如，通過使來自段#2頂部的額外行之一與段#1的最后的藍(lán)色行重疊，可對最后的藍(lán)色行進(jìn)行涂改。同樣，可以對段#2的第一個紅色行進(jìn)行涂改而使之成為段#1底部的一個額外的行。該項技術(shù)可在視覺上展開任何接合贗象。在上述具有彩色熒光屏的顯示系統(tǒng)中，同一掃描光束用來定位屏幕上的每個像素內(nèi)的全部三個子像素。可選地，可采用三條不同的光束來分別定位每個彩色像素中的三個顏色子像素。圖20A和20B示出了這種系統(tǒng)的一個示例。更具體地說，圖20A示出了具有平行的豎直彩色磷光體條紋的屏幕2001包括柱面透鏡2002的陣列，柱面透鏡2002分別形成于單個彩色磷光體條紋的上方。每個柱面透鏡 2002覆蓋用于一個彩色像素的三個相鄰的不同的豎直彩色磷光體條紋。激光器模塊2010 產(chǎn)生波長相同的三條不同掃描光束以激發(fā)屏幕2001上的磷光體。參照圖20B，三條獨立的掃描光束以三個不同的角度定向，以通過柱面透鏡2002中的每一個來處理每個像素中的三個不同顏色的子像素。三條掃描光束可一起掃描或者單獨處理所有像素。三個獨立的激光器可用來產(chǎn)生三條掃描激光束。此外，N組三條激光束可用來以圖16-19所示的類似的方式同時掃描屏幕2001的不同的屏幕段。此外，紅色、綠色和藍(lán)色光學(xué)傳感器可用來監(jiān)控屏幕上的掃描激光束和像素位置之間的水平對準(zhǔn)，反饋回路可用來通過時間延遲技術(shù)或激光器模塊2010中的成像光學(xué)器件的調(diào)整來校正失準(zhǔn)。圖21A和21B進(jìn)一步示出了兩種折疊的光學(xué)設(shè)計，其將來自激光器模塊110或2010的輸出掃描激光束引導(dǎo)至采用背部投影配置的磷光體彩色屏幕上。至少兩個反射器用來沿著折疊的光路將所述掃描光束引導(dǎo)至所述屏幕上。這種折疊設(shè)計縮小了系統(tǒng)的物理尺寸。如圖16和17所示，激光掃描可利用用于水平掃描的多面體和用于垂直掃描的電流計鏡來實現(xiàn)。掃描裝置可被設(shè)計成將多面體和電流計鏡的功能集成到單個裝置中。圖22示出了這種集成掃描儀的一個示例。所述掃描儀包括圍繞轉(zhuǎn)動軸2230的多個反射面2210。每個面2210通過彎曲結(jié)合面2220與底部2200結(jié)合。致動器2240放置在每個反射面的頂端附近，并與其相應(yīng)的反射面一起圍繞同一軸2230轉(zhuǎn)動。致動器被控制用來將可調(diào)的力施加到反射面上以改變在彎曲2220周圍的傾斜?？蓡为毧刂浦聞悠?240 與其相應(yīng)的反射面2210，以便在圍繞軸2230轉(zhuǎn)動的反射面2210沿著水平方向掃描激光束的同時，沿著垂直方向掃描激光束?？蔀槊總€反射面提供兩個或兩個以上的致動器2240，并且這些致動器被定位于沿反射面的不同高度，以便在垂直掃描的適當(dāng)位置使反射面逐漸彎曲ο在可選的實施中，可采用單個靜止的致動器2240來控制不同反射面2210的傾斜。 由于每個面2210都圍繞軸2230轉(zhuǎn)動，并經(jīng)過靜止的致動器2240，因此可通過致動器2240 的操作使所述面傾斜以便執(zhí)行垂直的光束掃描。類似地，可采用兩個或兩個以上的靜止致動器并將其設(shè)置于所述面的不同高度上。通過使屏幕僅具有一種磷光材料，上述采用具有激光可激發(fā)發(fā)光材料的屏幕的激光掃描顯示系統(tǒng)可用來形成單色顯示模塊。因此，基于這種設(shè)計的紅色的單色顯示模塊可通過利用紅色磷光體條紋替代圖1中屏幕101上的綠色和藍(lán)色磷光體條紋來實現(xiàn)。因此， 在激光器模塊110中可通過單色圖像信號來調(diào)制掃描激光束。因而，屏幕上的圖像是紅色的。與具有三色磷光體條紋的相同屏幕相比，單色顯示器的顯示分辨率增至三倍。利用這種單色顯示器，通過將紅、綠、藍(lán)三個單色顯示器組合，并將紅色、綠色和藍(lán)色圖像投影到普通 “無源”屏幕上而形成彩色顯示器，所述普通“無源”屏幕為不通過發(fā)光來形成最終彩色圖像的屏幕。同一磷光材料的磷光體條紋在此用來在熒光屏上提供空間掩膜，以避免相鄰像素間的模糊現(xiàn)象。也可以采用用于單色磷光體的其它空間圖案。此外，單色屏幕可具有連續(xù)的單色磷光體層并在該連續(xù)的磷光體層頂部采用可選的掩膜來避免相鄰像素間的模糊現(xiàn)象。圖23示出了基于上述3槍設(shè)計的彩色激光投影儀。紅、綠、藍(lán)單色顯示模塊被配置成將紅色、綠色和藍(lán)色單色圖像投影到普通的無源顯示屏上并在其上重疊以產(chǎn)生最終的彩色圖像。如圖所示，紅、綠、藍(lán)單色顯示模塊的光軸相對于彼此排列為會聚于普通顯示屏上。每個單色顯示模塊包括激光器模塊，用于產(chǎn)生UV激光束、調(diào)制UV激光束以及將經(jīng)調(diào)制的UV激光束掃描到相應(yīng)的單色熒光屏以產(chǎn)生該顏色通道的圖像。例如，圖1和20A中的設(shè)計可用于每個單色顯示模塊。通道投影光學(xué)器件模塊可放置在單色熒光屏和最終的普通屏幕之間，以使單色熒光屏成像在普通顯示屏上?？商峁╋@示控制以產(chǎn)生用于三個激光器模塊的三個顏色通道控制信號。圖24A示出了采用三個獨立的單色顯示模塊而在普通無源屏幕上產(chǎn)生彩色圖像的3槍彩色激光投影儀，其中至少一個單色顯示模塊直接利用彩色光束在沒有熒光屏的情況下產(chǎn)生單色圖像。在示出的示例中，只有綠色和藍(lán)色的單色顯示模塊是基于激光掃描顯示系統(tǒng)的，其中所述激光掃描顯示系統(tǒng)采用具有激光可激發(fā)的發(fā)光熒光材料的屏幕。然而，紅色顯示模塊產(chǎn)生經(jīng)調(diào)制的紅色激光束或來自非激光光源的紅色光束，并直接將經(jīng)調(diào)制的紅色激光束掃描到不含磷光材料的屏幕上。因而，在該設(shè)計中紅光激光器模塊不同于綠色和藍(lán)光激光器模塊。與藍(lán)色和綠色通道類似，在紅色顯示模塊中屏幕上的紅色圖像通過其投影光學(xué)器件投影到用于顯示最終圖像的普通顯示屏上。因此，普通顯示屏上的彩色圖像是磷光體產(chǎn)生的藍(lán)色圖像和綠色圖像與直接的紅色激光圖像混合的結(jié)果。這一設(shè)計可用來解決目前缺少大功率的、可靠的、有效的、緊湊的以及低成本的綠色和藍(lán)色固態(tài)激光器這一問題，同時利用可獲得紅色固態(tài)激光器來產(chǎn)生直接的紅色。上述將磷光體產(chǎn)生的顏色與直接的激光顏色混合的設(shè)計可應(yīng)用于其它的顏色配置。圖24B示出了基于3槍設(shè)計的另一示例，其中紅色和藍(lán)色顯示模塊分別將經(jīng)調(diào)制的紅色和藍(lán)色激光束直接掃描到其相應(yīng)的不含磷光體的投影屏幕上，以產(chǎn)生待投影到最終的普通顯示屏上的紅色和藍(lán)色圖像。然而，綠色顯示模塊采用具有基于磷光體的單色屏幕的掃描UV激光器設(shè)計，而所述基于磷光體的單色屏幕基于本申請中描述的例如圖1和20A中所示的示例的設(shè)計。此外，在上述3槍顏色混合設(shè)計中的單色激光顯示模塊可以交替地將其期望顏色的掃描光束在無投影屏幕的情況下直接投影到普通顯示屏上。因此，可以除去圖24A和24B 中各個不含磷光材料的投影屏幕。在普通的顯示屏上，從一個或多個磷光體投影屏幕投影的一個或多個單色圖像，與直接由一個或多個不同顏色的掃描激光束形成的一個或多個單色圖像混合，從而產(chǎn)生最終圖像。圖25A和25B分別示出了通過修改圖24A和24B中的系統(tǒng)而得到的用于該設(shè)計的兩個示例。在圖25A中，紅色掃描激光束直接由紅光激光器模塊產(chǎn)生并投影到普通屏幕上， 在該屏幕上，由紅色激光掃描的紅色圖像與從綠色和藍(lán)色磷光體投影屏幕投影的綠色和藍(lán)色圖像混合，以形成最終圖像。在圖25B中，紅色掃描激光束直接由紅光激光器模塊產(chǎn)生并投影到普通屏幕上，藍(lán)色掃描激光束直接由藍(lán)光激光器模塊產(chǎn)生并投影到普通屏幕上。從綠色磷光體投影屏幕投影的綠色圖像與直接掃描的激光紅色和藍(lán)色圖像混合，從而在普通屏幕上產(chǎn)生最終圖像。在上述設(shè)計中，通過將熒光產(chǎn)生的單色圖像與直接由掃描彩色光束形成的不同顏色的單色圖像混合而產(chǎn)生最終圖像，用于顯示最終圖像的普通屏幕為光學(xué)“無源”屏幕，因為該屏幕不含任何發(fā)光的熒光材料。熒光產(chǎn)生的單色圖像是由磷光體投影屏幕產(chǎn)生的，其中所述磷光體投影屏幕受到激發(fā)光束的激發(fā)，圖像從磷光體投影屏幕投影到與其它顏色的圖像進(jìn)行混合的最終的光學(xué)“無源”屏幕上。在某些實施中，獨立的投影屏幕和最終的“無源”屏幕可由單個屏幕取代，該屏幕產(chǎn)生一個或多個熒光產(chǎn)生的單色圖像，并將熒光產(chǎn)生的單色圖像與在屏幕上由掃描光束直接形成的單色圖像混合。由于構(gòu)成最終圖像的至少一個單色圖像由掃描光束直接在屏幕上產(chǎn)生，因此這種設(shè)計中的屏幕是“局部光學(xué)有源”屏幕， 因為該屏幕具有由光學(xué)激發(fā)光束激發(fā)以產(chǎn)生一個或多個單色圖像但不產(chǎn)生形成屏幕上的最終圖像的所有單色圖像的熒光材料。所述屏幕可被設(shè)計成在基底上包括平行的熒光條紋和無熒光條紋，其中每個無熒光條紋顯示通過在不發(fā)出熒光的情況下傳播掃描光束中的光從而直接形成的單色圖像。一種或多種直接的激光顏色與一種或多種磷光體發(fā)出的顏色混合，使得在選擇適當(dāng)?shù)牟噬す夤庠春蜔晒獠牧弦詽M足不同的顯示器應(yīng)用在顯示性能、顯示器成本、顯示器制造和其它需要考慮的因素方面具有各種要求時具有靈活性。
例如，基于該設(shè)計的顯示系統(tǒng)可包括具有至少兩種不同熒光材料的屏幕，其中兩種不同熒光材料吸收處于激發(fā)波長的激發(fā)光束并發(fā)出兩種不同顏色的熒光。所述激發(fā)光束具有的可見光顏色不同于熒光材料所發(fā)出光的顏色。在某些實施中，所述屏幕可包括彩色像素陣列，其中每個像素包括用于不同顏色的子像素不含熒光材料而直接顯示激發(fā)光束的顏色和圖像的無熒光子像素、以及分別具有不同熒光材料以響應(yīng)于激發(fā)光束的照明而發(fā)出不同顏色的空間獨立的熒光子像素。在其它實施中，所述屏幕可具有周期性圖案形式的平行的條紋圖案，其中每個周期性的或單元圖案包括不具有熒光材料而直接顯示激發(fā)光束的顏色和圖像的無熒光條紋、以及由用于不同顏色的不同熒光材料形成的相鄰的不同條紋?？梢姷膯紊ぐl(fā)光束沿著垂直于所述條紋的方向掃描整個屏幕以產(chǎn)生不同顏色的、在屏幕上形成最終彩色圖像的單色圖像。這種激發(fā)光束可以是單模激光束或多模激光束。此外，所述激發(fā)光束可在一個方向具有單個光學(xué)模式而在垂直方向具有多個光學(xué)模式，以便適應(yīng)屏幕上彩色子像素的伸長的輪廓并為期望的顯示亮度提供充足的激光功率。圖26A和26B示出了如下顯示系統(tǒng)的兩個示例，其中屏幕具有在掃描激光束的激發(fā)下發(fā)出不同顏色熒光的熒光區(qū)域、以及顯示直接由掃描光束形成的圖像的無熒光區(qū)域。 光模塊沈01向屏幕沈01或沈02提供藍(lán)色掃描光束。所述藍(lán)色光束經(jīng)調(diào)制以攜帶藍(lán)色和其它顏色通道(例如綠色和紅色)的圖像信息。用于藍(lán)色通道的圖像直接顯示在無熒光區(qū)域，無熒光區(qū)域?qū)λ{(lán)色光束進(jìn)行傳播(diffuse)以形成觀察者將要看到的最終圖像的藍(lán)色部分。在操作中，藍(lán)色光從屏幕的一側(cè)入射到無熒光區(qū)域而由該無熒光區(qū)域傳播，并在朝向觀察者的屏幕另一側(cè)作為傳播的藍(lán)色光被融合。熒光區(qū)域涂覆有熒光材料，該熒光材料吸收藍(lán)色光束并在其它顏色通道中發(fā)出光，從而在其它顏色通道中顯示圖像，例如圖^A 和^B中的綠色和紅色磷光體條紋在藍(lán)色光束的激發(fā)下發(fā)出綠色和紅色光。屏幕沈01或沈02不同于上述的其它熒光屏，而是包括重復(fù)的平行條紋圖案，其中每個單元圖案包括在藍(lán)色激光沈01的激發(fā)下發(fā)出紅光的紅色磷光體條紋、在藍(lán)色激光沈01的激發(fā)下發(fā)出綠光的綠色磷光體條紋、以及對藍(lán)色光束進(jìn)行傳播以直接顯示圖像中的藍(lán)色的無熒光條紋。例如，所述藍(lán)色光束的波長可以在470nm附近或者小于470nm。在示出的示例中，屏幕沈01和 2602中的每個包括具有周期性的平行條紋圖案。每個周期包括這樣的平行條紋，其具有用于紅色熒光體和綠色熒光體的兩個熒光條紋以及一個無熒光條紋。圖^C示出了顯示系統(tǒng)的另一示例，其中用于系統(tǒng)的三種顏色中的至少兩種顏色直接由屏幕上的不同的彩色激光束直接產(chǎn)生，而第三種顏色由屏幕上的磷光材料在兩種彩色激光束之一的光學(xué)激發(fā)下的熒光輻射而產(chǎn)生。所示系統(tǒng)包括激光器模塊沈60，用于產(chǎn)生兩種不同顏色的兩條掃描激光束，例如藍(lán)色激光束2630和紅色激光束2650。紅光激光器和藍(lán)光激光器可用于激光器模塊2660中以產(chǎn)生兩條激光束沈50和沈30。紅色激光束沈50 經(jīng)調(diào)制以攜帶只有用于顯示的紅色圖像通道的圖像信息的光脈沖。藍(lán)色激光束沈30經(jīng)調(diào)制以攜帶具有用于藍(lán)色圖像通道和綠色圖像通道的圖像信息的光脈沖，因而不同于圖26A 和^B中的藍(lán)光激光器沈10。屏幕沈03不同于包括上述屏幕沈01和沈02在內(nèi)的其它熒光屏，而是包括這樣的平行條紋的重復(fù)圖案，其中每個單元圖案2640包括紅色條紋、綠色條紋和藍(lán)色條紋，其中紅色條紋由無熒光條紋制成，以便對掃描紅色激光沈01的紅光進(jìn)行傳播，從而直接顯示圖像的紅色部分，綠色條紋在藍(lán)色激光2630的激發(fā)下發(fā)出綠光，藍(lán)色條紋由無熒光條紋制成，以便對藍(lán)色光束進(jìn)行傳播，從而直接顯示圖像的藍(lán)色部分。紅色條紋和藍(lán)色條紋可以由相同的無熒光材料或不同的無熒光材料制成。兩條激光束沈01和 2630中的每一條可以是單模激光束或多模激光束。此外，每條激光束可以在一個方向具有單個光學(xué)模式而在垂直方向具有多個光學(xué)模式，以便適應(yīng)屏幕上的顏色子像素的伸長的輪廓并為期望的顯示亮度提供充足的激光功率。具有在光學(xué)激發(fā)下發(fā)光以顯示圖像的熒光部分和直接對接收的光進(jìn)行傳播以顯示圖像的無熒光部分的圖26A、26B和26C所示的屏幕和其它屏幕中，可選擇無熒光區(qū)域中的材料以產(chǎn)生包括朝向觀察者的傳播光的空間角分布的空間輪廓，而該空間輪廓與來自熒光區(qū)域的朝向觀察者發(fā)出的光的空間角分布的空間輪廓一致或者相似。該特征允許熒光區(qū)域和無熒光區(qū)域具有朝向觀察者的光學(xué)一致或類似的外觀，以確保顯示質(zhì)量。例如，圖26A、 26B和^C中所示的屏幕中的每個熒光體區(qū)域可以Lambertian (朗伯)輪廓向著觀察者發(fā)光。因此，每個無磷光區(qū)域可涂覆有也產(chǎn)生類似的或同樣的Lambertian輪廓的無熒光傳播材料。在一種實施中，無熒光區(qū)域中的無熒光傳播材料可以為均勻的結(jié)合混合料，其由具有第一折射率的結(jié)合材料以及均勻分布或擴(kuò)散在均勻混合料中的具有第二不同折射率的第二材料的顆?；虼貥?gòu)成。在操作中，第二材料的顆?；虼貙钠聊灰粋?cè)入射到無熒光區(qū)域的光進(jìn)行傳播，而傳播會在朝向觀察者的屏幕的另一側(cè)產(chǎn)生輸出光。圖沈々、268和沈(中的顯示系統(tǒng)還可以實現(xiàn)與參照圖14、14々、15和2(^所描述的裝置類似的光學(xué)傳感單元和反饋控制。具有紅光、綠光和藍(lán)光探測器的光學(xué)傳感單元可以設(shè)置在屏幕2603上或者不在屏幕沈03上，并且可以用來測量紅色、綠色和藍(lán)色信號的同步，以基于調(diào)制到圖26A和^B的單一掃描激光束沈10上的或者圖^C的兩條掃描激光束 2630和沈50上的公知的測試圖案指示任何水平對準(zhǔn)誤差。在激光器模塊沈60中實現(xiàn)的響應(yīng)于光學(xué)傳感單元的輸出的反饋控制可以調(diào)整光脈沖的同步，以校正屏幕2603上的水平對準(zhǔn)誤差。適于本申請中所描述的彩色或單色屏幕的UV可激發(fā)的磷光體可以被實現(xiàn)為具有各種材料組合物。典型地，這種磷光體吸收例如UV光的激發(fā)光，以輻射波長長于激發(fā)光的可見光范圍內(nèi)的光子。例如，紅色、綠色和藍(lán)色熒光材料可以分別為aiCds:Ag，aiS:cu和 ZnS:Agο
權(quán)利要求
1.一種顯示裝置，包括顯示屏，所述顯示屏包括(1)熒光層，所述熒光層可操作以吸收激發(fā)光，從而發(fā)出可見光，并且所述熒光層包括多個平行的熒光體條紋，每個所述熒光體條紋吸收所述激發(fā)光以發(fā)出指定顏色的光；以及( 對比度增強(qiáng)層，所述對比度增強(qiáng)層相對于所述熒光層而定位以包括與所述熒光層的所述熒光體條紋空間匹配的多個不同的濾波條紋，其中每個濾波條紋傳輸由相應(yīng)的匹配的熒光體條紋所發(fā)出的顏色的光并阻擋其他顏色的光；以及光學(xué)模塊，所述光學(xué)模塊包括一個或多個激光器，所述激光器產(chǎn)生一個或多個激發(fā)光束形式的激發(fā)光，所述激發(fā)光束被調(diào)制以攜帶載有圖像的光脈沖，所述光學(xué)模塊在所述顯示屏上掃描所述激發(fā)光，以使得所述激發(fā)光首先到達(dá)所述熒光層、隨后到達(dá)所述對比度增強(qiáng)層，所述激發(fā)光被以二維圖案掃描從而將所述光脈沖導(dǎo)引至所述顯示屏上的不同位置以顯示所述圖像。
2.如權(quán)利要求1所述的顯示裝置，進(jìn)一步包括菲涅耳透鏡，所述菲涅耳透鏡形成于所述熒光層的一側(cè)上，從而將以不同的角度入射到所述顯示屏上的激發(fā)光引導(dǎo)為在進(jìn)入所述熒光層時大致垂直于所述熒光層的方向。
3.如權(quán)利要求2所述的顯示裝置，其中所述菲涅耳透鏡為用于所述入射的激發(fā)光的遠(yuǎn)心配置。
4.如權(quán)利要求1所述的顯示裝置，進(jìn)一步包括第一層，所述第一層位于所述熒光層的一側(cè)上，并且位于所述光學(xué)模塊與所述熒光層之間的光學(xué)路徑上，以傳輸所述激發(fā)光并反射所述可見光。
5.如權(quán)利要求4所述的顯示裝置，其中所述第一層包括至少兩種不同介質(zhì)材料的介質(zhì)層的疊層。
6.如權(quán)利要求4所述的顯示裝置，其中所述第一層為多層干涉濾波器。
7.如權(quán)利要求4所述的顯示裝置，其中所述介質(zhì)層包括交替的高折射率介質(zhì)層和低折射率介質(zhì)層。
8.如權(quán)利要求7所述的顯示裝置，其中所述介質(zhì)層為聚合材料。
9.如權(quán)利要求7所述的顯示裝置，其中所述介質(zhì)層為聚酯材料。
10.如權(quán)利要求1所述的顯示裝置，其中兩個相鄰的熒光體條紋由光學(xué)反射的邊界分隔。
11.如權(quán)利要求1所述的顯示裝置，其中兩個相鄰的熒光體條紋由光學(xué)吸收的邊界分隔。
12.如權(quán)利要求1所述的顯示裝置，包括光學(xué)傳感單元，其被定位成接收來自所述顯示屏的光的一部分，并且可操作以產(chǎn)生監(jiān)控信號，所述監(jiān)控信號指示所述掃描光束相對于所述顯示屏上的不同的熒光體條紋的空間對準(zhǔn)；以及反饋控制機(jī)構(gòu)，其可操作以接收所述監(jiān)控信號并控制所述光學(xué)模塊，從而響應(yīng)于所述監(jiān)控信號調(diào)節(jié)由所述掃描光束所攜帶的所述光脈沖的同步，以便校正所述監(jiān)控信號所指示的所述掃描光束在所述顯示屏上的空間對準(zhǔn)誤差。
13.如權(quán)利要求1所述的顯示裝置，其中所述光學(xué)模塊包括多面體，其具有反射面，所述反射面圍繞第一轉(zhuǎn)動軸線轉(zhuǎn)動，以便沿著垂直于所述第一轉(zhuǎn)動軸線的方向在所述顯示屏上掃描所述一個或多個激發(fā)光束；以及掃描鏡，其圍繞垂直于所述第一轉(zhuǎn)動軸線的第二轉(zhuǎn)動軸線轉(zhuǎn)動，以便沿著平行于所述第一轉(zhuǎn)動軸線的方向在所述顯示屏上掃描所述一個或多個激發(fā)光束。
14.如權(quán)利要求13所述的顯示裝置，其中所述光學(xué)模塊包括光束調(diào)整裝置，其可操作以沿著所述第一轉(zhuǎn)動軸線改變所述一個或多個激發(fā)光束的位置和光束指向中至少之一，以便沿著所述第一轉(zhuǎn)動軸線控制所述一個或多個激發(fā)光束在所述顯示屏上的位置。
15.一種顯示裝置，包括屏幕，其可操作以顯示圖像，其中所述屏幕包括熒光層，所述熒光層包括多個平行的熒光體條紋，其中每個熒光體條紋可操作以吸收激發(fā)光，從而發(fā)出指定顏色的光，以及位于所述熒光層的第一側(cè)上的透鏡層，所述透鏡層包括多個圓柱形透鏡，所述多個圓柱形透鏡具有平行于所述熒光體條紋的圓柱軸線，并且被定位成分別與所述熒光體條紋相對應(yīng)并使光指向所述熒光體條紋。
16.一種顯示裝置，包括第一、第二和第三顯示模塊，其分別可操作以產(chǎn)生具有第一、第二和第三不同顏色的最終圖像的第一、第二和第三單色圖像分量，并且將所述第一、第二和第三單色圖像分量投影到顯示屏上，以產(chǎn)生所述最終圖像，其中所述第一顯示模塊包括(1)第一屏幕，其包括第一熒光材料，所述第一熒光材料吸收處于激發(fā)波長的光以發(fā)出不同于所述激發(fā)波長的第一波長的光；( 第一光學(xué)模塊， 其可操作以將處于所述激發(fā)波長的至少一條光束投影和掃描到所述第一屏幕上，以便將所述激光束所攜帶的所述第一顏色的圖像轉(zhuǎn)換成所述第一屏幕上的所述第一熒光材料所產(chǎn)生的所述第一單色圖像分量；以及C3)第一投影光學(xué)單元，其可操作以將來自所述第一屏幕的所述第一單色圖像分量投影到所述顯示屏上，并且其中所述第一屏幕進(jìn)一步包括位于所述熒光層的第一側(cè)上的第一層，所述第一層可操作以傳輸處于所述激發(fā)波長的光，并反射可見光——包括所述第一、第二和第三顏色的光。
17.一種顯示裝置，包括屏幕，所述屏幕包括基底，所述基底具有多個不同區(qū)域，其中所述不同區(qū)域的至少第一部分包括至少一種熒光材料，所述熒光材料可操作以吸收處于激發(fā)波長的光，以發(fā)出熒光， 所述熒光處于長于所述激發(fā)波長的發(fā)射波長，并且其中與所述不同區(qū)域的所述第一部分在空間上隔行的所述不同區(qū)域的至少第二部分不包括熒光材料；以及光學(xué)模塊，其可操作以將處于所述激發(fā)波長的、通過光學(xué)調(diào)制而攜帶圖像的激發(fā)光束投影和掃描到所述屏幕上，以便通過所發(fā)出的熒光在所述不同區(qū)域的所述第一部分產(chǎn)生圖像，以及通過掃描所述激發(fā)光束在所述不同區(qū)域的所述第二部分產(chǎn)生圖像。
18.一種顯示裝置，包括屏幕，所述屏幕包括 基底；形成于所述基底上的多個熒光區(qū)域，其中至少兩個相鄰的熒光區(qū)域包括兩種不同的熒光材料，所述兩種不同的熒光材料吸收激發(fā)光以發(fā)出兩種不同顏色的光；以及形成于所述熒光區(qū)域上方的對比度增強(qiáng)層，所述對比度增強(qiáng)層包括與所述熒光區(qū)域空間上匹配的多個不同的濾波區(qū)域，其中每個濾波區(qū)域可操作以傳輸由相應(yīng)的匹配的熒光區(qū)域所發(fā)出的顏色的光而阻擋其他顏色的光。
19.一種顯示裝置，包括光學(xué)模塊，其可操作以產(chǎn)生激發(fā)光的一個或多個掃描光束，所述一個或多個掃描光束攜帶光脈沖，所述光脈沖攜帶與待顯示的圖像有關(guān)的信息；屏幕，所述屏幕包括熒光層以及位于所述熒光層一側(cè)的屏幕層，所述熒光層吸收所述激發(fā)光并發(fā)出可見光以產(chǎn)生所述一個或多個掃描光束中攜帶的圖像，所述屏幕層位于所述光學(xué)模塊與所述熒光層之間的光學(xué)路徑上，以傳輸所述激發(fā)光并反射所述可見光，其中所述屏幕層包括至少兩種不同介質(zhì)材料的介質(zhì)層的疊層；光學(xué)傳感單元，其被定位成接收來自所述屏幕的光的一部分，并且可操作以產(chǎn)生監(jiān)控信號，所述監(jiān)控信號指示所述一個或多個掃描光束在所述屏幕上的空間對準(zhǔn)；以及反饋控制機(jī)構(gòu)，其可操作以接收所述監(jiān)控信號并控制所述光學(xué)模塊，從而響應(yīng)于所述監(jiān)控信號調(diào)節(jié)由所述掃描光束所攜帶的所述光脈沖的同步，以便校正所述監(jiān)控信號所指示的、所述掃描光束在所述屏幕上的空間對準(zhǔn)誤差。
20.如權(quán)利要求19所述的顯示裝置，進(jìn)一步包括菲涅耳透鏡，所述菲涅耳透鏡形成于所述熒光層的一側(cè)上，從而將以不同的角度入射到所述屏幕上的所述激發(fā)光引導(dǎo)為在進(jìn)入所述熒光層時大致垂直于所述熒光層的方向。
全文摘要
熒光屏(101)以及基于所述熒光屏(101)的顯示系統(tǒng)和裝置，其利用至少一種激發(fā)光束(120)來激發(fā)熒光屏(101)上的一種或多種熒光材料(紅色、綠色和藍(lán)色)，所述熒光材料發(fā)出光線以形成圖像。所述熒光材料(紅色、綠色和藍(lán)色)可包括磷光體材料和諸如量子點的無磷材料。屏幕(101)可包括多層分色層。
文檔編號H04N9/31GK102231252SQ201110176648
公開日2011年11月2日 申請日期2006年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月1日
發(fā)明者大衛(wèi)·肯特, 大衛(wèi)·金德勒, 帕特里克·丹, 羅杰·A·哈賈, 菲利普·H·馬利亞克 申請人:Prysm公司