專利名稱：激光顯示裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種激光顯示裝置，更具體地說，涉及一種使用被激光束激發(fā)的磷光層的光的激光顯示裝置。
背景技術：
顯示裝置顯示電信號所代表的圖像。傳統(tǒng)的顯示裝置的實例為陰極射線管(CRT)型。
CRT使用電子束激發(fā)的磷光材料發(fā)出的光。這種理論被稱為電子束陰極發(fā)光。在使用陰極射線的情況中，由于真空管的結構和偏轉電子束的偏轉磁軛的限制，很難降低CRT的厚度或提供大屏幕，其亮度也受限制。
最近開發(fā)了投影型激光顯示裝置。這些顯示裝置掃描紅、綠、藍三色激光束至屏幕上。由于這些激光顯示器使用高強度激光作為光源，它們可提供清晰的、高對比度的圖像。然而由于激光束的高相干性，投影型激光顯示裝置出現(xiàn)不期望的斑紋。所述斑紋是噪聲，其為當激光束在屏幕表面被反射時被屏幕的粗糙表面散射并進入眼鏡從而形成于視網膜上的預定相干圖像。

發(fā)明內容
本發(fā)明提供一種使用激光束激發(fā)的激光顯示裝置。
根據本發(fā)明的一方面，提供一種激光顯示裝置，包括光源，其發(fā)射至少一束激光束；光調制單元，其根據圖像信號調制從光源發(fā)射的激光束；掃描單元，其沿主掃描方向和子掃描方向掃描在光調制單元中調制的激光束；以及成像單元，其形成圖像并具有磷光層，通過掃描單元掃描的激光束在該磷光層中產生激發(fā)光。


本發(fā)明的上述和/或其它特點和優(yōu)點將通過下面結合附圖對其示范性實施例的詳細描述而更加顯見。所述附圖中
圖1示出根據本發(fā)明實施例的激光顯示裝置的光學配置；圖2示出根據本發(fā)明實施例的圖1中的掃描單元；圖3A示出圖1中成像單元的一部分的截面圖；圖3B示出在圖3A的磷光層中形成的磷光體；圖4A示出根據本發(fā)明的另一實施例的激光顯示裝置的光學配置；圖4B為圖4A中成像單元的后視圖；圖5A示出根據本發(fā)明的另一實施例的激光顯示裝置的光學配置；以及圖5B為圖5A中成像單元的后視圖。
具體實施例方式
現(xiàn)在參考示出了本發(fā)明示范性實施例的附圖，更全面地描述本發(fā)明。
圖1示出根據本發(fā)明實施例的激光顯示裝置的示意圖。參考圖1，激光顯示裝置包括光源100，其發(fā)射激光束L；光調制單元120，其根據圖像信號調制激光束L；光路轉換器130，其轉換光路以將來自光調制單元120的被調制激光束L聚焦；掃描單元150，其掃描被調制激光束L；以及成像單元190，其使用由掃描的激光束L產生的激發(fā)光來形成圖像。
光源100為激光器，在UV范圍發(fā)射激光束L。光源100可以為例如氮化物型半導體激光二極管。從光源100發(fā)出的激光束L在磷光體(圖3A中195)中產生光致發(fā)光以實現(xiàn)圖像，下文將描述。在本發(fā)明的實施例中，光源100包括第一至第三激光二極管101、102和103，其發(fā)射第一至第三激光束L1、L2和L3以實現(xiàn)彩色圖像。
還可形成準直光學系統(tǒng)110，用以準直從光源100發(fā)出的激光束L。準直光學系統(tǒng)110定位于光源100和光調制單元120之間，并包括第一至第三準直透鏡111、112和113，以調制第一至第三激光束L1、L2和L3。
在準直光學系統(tǒng)110和光調制單元120之間還可包括聚焦透鏡(未示出)，以將激光束L聚焦至光調制單元120所需的大小。
光調制單元120根據圖像信號發(fā)生單元(未示出)提供的圖像信號調制激光束L。光調制單元120包括第一至第三光調制單元121、122和123，其分別接收圖像信號的紅、綠、藍三色分量。光調制單元120可以為例如光阻開關，如聲光調制器。
光路轉換器130將分別在第一至第三調制單元121、122和123中調制的第一至第三激光束會聚為一束，并使該光束導向掃描單元150。為此，光路轉換器包括第一和第二分色鏡132和133。在本實施例中，還包括反射鏡131，以使得第一激光二極管101、第一準直透鏡111和第一光調制單元121可以與其它光學器件一起定位。
反射鏡131反射第一激光束L1。第一分色鏡132透射第一激光束L1并發(fā)射第二激光束L2。第二分色鏡133反射第一和第二激光束L1和L2并透射第三激光束L3。通過第二分色鏡133的第一至第三激光束L1、L2和L3在各自保持分離的情況下形成光束，并同時掃描至掃描單元150。
還可包括聚焦光學系統(tǒng)140，以使得在光路轉換器130中被會聚成一束的第一至第三激光束L1、L2和L3可在具有適當?shù)墓馐?jié)距的情況下掃描至成像單元190。聚焦光學系統(tǒng)140定位于光路轉換器130和掃描單元150之間。當本實施例使用掩膜(shadow mask)(圖3A中191)時，該聚焦光學系統(tǒng)140聚焦第一至第三激光束L1、L2和L3，以使得它們可以在掩膜191的孔中相交，然后沿各種不同方向被掃描至成像單元190，下面將會描述。
掃描單元150包括沿子掃描方向(垂直地)掃描入射激光束L的子掃描器151和沿掃描方向(水平地)掃描入射激光束L的主掃描器152?？山粨Q子掃描器151和主掃描器的相對位置。
掃描單元150包括至少一個具有可旋轉反射鏡的微型掃描器。圖2示出一單軸驅動微型掃描器作為實例。參考圖2，該微型掃描器包括基板161，形成于基板161上的固定梳形電極162、支撐構件163、由支撐構件163懸撐的臺164、以及形成于臺164的第一表面上并與固定梳形電極162交叉相接的移動梳形電極165。反射鏡166形成于臺164的第二表面上?？墒褂檬嵝坞姌O靜電驅動微型掃描器。設置一對單軸驅動微型掃描器，一個作為主掃描器151，另一個作為子掃描器152。
或者，掃描單元150(見圖1)可包括雙軸驅動微型掃描器，以便利用一個單元同時沿主掃描方向和子掃描方向執(zhí)行掃描。對于雙軸驅動，所述臺具有兩個懸撐結構，每個軸包括一個梳形電極結構。
當使用這種微型掃描器時，光通過反射鏡166的微小轉動被掃描，并可從而以超過75Hz的高速進行掃描。以這樣快的掃描，本實施例中的激光顯示裝置具有比傳統(tǒng)CRT或LCD更高的對比率。
從掃描單元150反射的光被掃描至成像單元(圖1中的190)。圖3A示出成像單元190的一部分的截面圖。參考圖3A，成像單元190包括掩膜191、UV透射濾波器192、磷光層195、UV阻擋濾波器196和抗反射層197。
掩膜191與磷光層195以預定距離分開，并包括多個對應于磷光層195中形成的象素的孔。第一至第三激光束L1、L2和L3被掃描至成像單元190、在掩膜191的孔中相交并沿不同方向被分離，以觸發(fā)磷光層195中的紅、綠、藍三色磷光體。
UV透射濾波器192定位于激光束的入射面195a上并僅僅透射激光束L的UV分量。UV透射濾波器192優(yōu)選地僅透射激光束L在磷光層195的吸收波長范圍內的分量，后面將描述。因此，在吸收波長范圍外的不能激發(fā)磷光層195的激光束會被阻擋，從而改善色彩質量和對比度。
磷光層195使用在UV波長范圍內的激光束產生的光致發(fā)光。光致發(fā)光的例子為熒光和磷光，其中材料被光激發(fā)以發(fā)射光。發(fā)光是材料通過吸收例如光、電或放射線的能量而受激，然后以光的形式發(fā)射所吸收的能量回到激態(tài)的現(xiàn)象。通過光激發(fā)實現(xiàn)的光發(fā)射需要輸入光的波長在磷光體的光吸收范圍內。由于通過光致發(fā)光受激的光總體具有于輸入光相同的波長或比輸入光更長的波長，可使用UV激光束產生可見光范圍內的光。
磷光層195包括三個磷光體，所述磷光體分別具有紅、綠、藍三色的光發(fā)射顏色(圖3B中的195R、195G和195B)，并且當被第一至第三激光束L1、L2和L3激發(fā)時，發(fā)射紅、綠、藍三色的激發(fā)光。三個磷光體195R、195G和195B定位于第一至第三激光束L1、L2和L3各自發(fā)散的位置。圖3B示出根據本發(fā)明實施例的磷光體195R、195G和195B。每三個紅、綠、藍三色磷光體195R、195G和195B一起構成一個象素。紅、綠、藍三色激發(fā)光同時在磷光層195上分別形成紅、綠、藍三色圖像，且這些圖像視覺上被合成以形成彩色圖像。因為激光束L的發(fā)散度非常小，激光束L可被高度準直，且象素的大小可以為很小，從而允許比LCD更好的分辨率。從磷光層195發(fā)射的激發(fā)光的強度也與發(fā)射激光束L的強度成比例，并且可通過控制激光二極管101，102和103中的每一個的光輸出來控制顏色。
由于根據本發(fā)明實施例的激光顯示裝置使用由激光束L產生的光致發(fā)光，因而該激光顯示裝置比傳統(tǒng)顯示裝置具有更高的亮度。LCD具有約為150至200cd/m2的亮度，CRT具有約為120cd/m2的亮度。另一方面，當本實施例的激光顯示裝置包括具有40英寸的大小和1064×764的分辨率的成像單元時，每個象素為1mm2或更小，且當1mW GaN激光二極管被輻射至綠色磷光體上時，550nm的綠色光以約為1×103lm/m2的亮度被發(fā)射，其等于680000cd/m2。因此，本發(fā)明在外部光強烈的室內和室外都可提供很高的亮度和清晰的圖像。
由于激光束L不是直接被掃描至屏幕上，而是經過光致發(fā)光間接地掃描至平面上，因此根據本發(fā)明實施例的激光顯示裝置解決了由激光束相干而產生的斑紋問題。
抗反射層197定位于UV阻擋濾波器196與磷光層195接觸的表面的相反表面上?？狗瓷鋵?97防止來自成像單元190外部的光被反射，從而消除眩光。
UV阻擋濾波器196定位于磷光層195的激光束的入射表面195a的相反表面上。UV阻擋濾波器196阻擋通過磷光層195的激光束L中UV波長范圍的光，并透射磷光層195發(fā)射的可見光。
在前面的本發(fā)明實施例中，描述了用于顯示色彩的使用三個激光二極管的激光顯示裝置，但本發(fā)明不限于此。例如，一個激光二極管可用于實現(xiàn)一種單一顏色，或三個或多個激光二極管可被用于實現(xiàn)具有色彩或更類似自然顏色的圖像。
另外，已描述使用掩膜的方法，但為了CRT而開發(fā)的各種其它方法也可應用于本發(fā)明。
圖4A示出根據本發(fā)明的另一實施例的激光顯示裝置的透視圖。圖4B為成像單元的后視圖，示出成像單元和第二掃描單元。本發(fā)明實施例示出具有圖1實施例中應用的大屏幕的激光顯示裝置。
參考圖4A，本發(fā)明實施例的激光顯示裝置包括光源200、光調制單元220、光路轉換器230、掃描單元250和成像單元290。還可在光源200和光調制單元220之間或光路轉換器230和掃描單元250之間包括準直和會聚光線的光學系統(tǒng)210和240。光源200包括用以實現(xiàn)色彩的第一至第三激光二極管201、202和203。光調制單元220包括根據圖像信號調制激光束的第一至第三光調制單元221，222和223。光路轉換器230包括反射鏡231和第一和第二分色鏡232和233，用以將三個激光束L從光調制單元220引導至掃描單元250。下文不再重復對本實施例與前面圖1中實施例所共有的具有大致等同的功能和結構的組件的描述。
在本實施例中，為了實現(xiàn)大屏幕，成像單元290被虛擬分割為M×N個區(qū)域。掃描單元250包括具有對應于每個被分割區(qū)域S11，S12，...，SMN的M×N個子掃描器253的第二掃描單元252，以及掃描激光束至第二掃描單元252上的第一掃描單元251。圖4A和圖4B中，M為4且N為4。
第一掃描單元251和子掃描器253可為參考圖2描述的具有可旋轉的鏡面的微型掃描器。第一掃描單元251和子掃描器253可為兩個單軸驅動微型掃描器或一個雙軸驅動微型掃描器。圖4A中所述的第一掃描單元251為雙軸驅動微型掃描器，而子掃描器253為一對單軸驅動微型掃描器。然而，本發(fā)明不限于此。
子掃描器253從成像單元290的后表面分離，并在虛擬掃描表面A上排列為M×N矩陣。激光束L被掃描至成像單元290的后表面上。子掃描器253中的每一個距成像單元290不同距離，且各子掃描器253的可掃描區(qū)域的大小可變化，從而，本發(fā)明不限于成像單元290的被分割區(qū)域為相等表面面積。類似地，子掃描器253可在子掃描表面A上等距間隔或不等距間隔。
第一掃描單元251沿主掃描方向和子掃描方向，將形成于光路轉換器230中的激光束L掃描至子掃描表面A上，使得激光束可以被引導至子掃描器253。
第一掃描單元251朝向第二掃描單元252掃描激光束。例如，第一次，第一掃描單元251掃描激光束L至定位于子掃描表面A上(1，1)位置處的子掃描器253上，同時，接收到激光束L的該子掃描器253反射被掃描的激光束L以沿主掃描方向和子掃描方向第二次掃描激光束至成像單元290。然后，第一掃描單元251掃描激光束L至定位于子掃描平面A上的(1，2)位置處的子掃描器253，接收到激光束L的該子掃描器253沿主掃描方向和子掃描方向第二次掃描激光束L至成像單元290。這樣，激光束在成像單元290的被分割區(qū)域上以兩個階段步驟被順序掃描，以使得，第一掃描單元251最終第一次掃描激光束L至子掃描表面A的(M，N)位置處的子掃描器253，且接收到激光束L的該子掃描器253沿主掃描方向和子掃描方向掃描激光束L至成像單元290，從而完成在成像單元290上的圖像的形成。重復這個掃描過程，以在成像單元290上顯示圖像。
如上所述，由于掃描過程在第一掃描單元251和第二掃描單元252中被分為兩個步驟，所以子掃描器253的個數(shù)有多少，屏幕就可被放大至多大。并且，由于掃描過程被分為兩步，所以掃描單元252和成像單元290之間的距離可被降低，從而激光顯示裝置可以更薄。
圖5A示出根據本發(fā)明的另一實施例的激光顯示裝置的透視圖。圖5B為成像單元的后視圖，示出成像單元和掃描單元。本實施例還示出應用圖1中實施例實施的具有大屏幕的激光掃描裝置。
參考圖5A，激光掃描裝置包括具有M×N個虛擬分割區(qū)域的成像裝置390和設置于成像單元390的后表面處并輻射激光束L的M×N個子單元P。圖5A中，沒有示出所有子單元P。
每個子單元P包括子光源300、子準直光學系統(tǒng)310、子光調制單元320、子聚焦光學系統(tǒng)340和子掃描單元350。下文不再重復對本實施例中與前面圖1實施例中共用的那些具有大致等同的功能和結構的組件的描述。為了簡化繪圖，示出包括一個激光二極管的子光源300。然而，為了實現(xiàn)彩色，可以包括多個激光二極管，在這種情況下，每個子單元P還包括光路轉換器(未示出)。
如圖5A和5B所示，可通過增加子單元P的將成像單元390輕松擴展至大屏幕。
在本實施例中，M×N個子掃描單元350被設置于成像單元390的后表面的被分割區(qū)域S11，S12，...，SMN處，且每個子掃描單元390掃描調制激光束至成像單元390上。
可通過順序或同步掃描成像單元390的被分割區(qū)域S11， S12，...，SMN來實現(xiàn)成像。例如，子單元P可以順序接收從圖像信號產生單元(未示出)產生的圖像信號以調制激光束L，并順序掃描該被調制激光束L至成像單元390上以形成圖像。通用電視顯示法使用順序掃描，但本發(fā)明不限于此。整個屏幕的圖像信號也可被分割為M×N個區(qū)域，然后通過同步掃描所有區(qū)域來形成圖像。
如上所述，根據本發(fā)明的激光顯示裝置實現(xiàn)了使用激光束光致發(fā)光成像，從而具有高亮度和高對比度，并易于擴大激光顯示裝置的屏幕。
參考本發(fā)明示范性實施例具體展示和描述了本發(fā)明，但該領域技術人員應該理解在不背離由以下權利要求確定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以對形式和細節(jié)做出各種改變。
權利要求
1.一種激光顯示裝置，包括光源，其發(fā)射至少一束激光束；光調制單元，其根據圖像信號調制從光源發(fā)射的激光束；掃描單元，其沿主掃描方向和子掃描方向掃描在光調制單元中調制的激光束；以及成像單元，其形成圖像并具有磷光層，通過掃描單元掃描的激光束在該磷光層中產生激發(fā)光。
2.如權利要求1所述的激光顯示裝置，其中，該光源為發(fā)射UV光的激光二極管。
3.如權利要求1所述的激光顯示裝置，其中，還包括準直光學系統(tǒng)，其定位于光源和光調制單元之間并準直從光源發(fā)出的激光束。
4.如權利要求1所述的激光顯示裝置，其中，還包括聚焦光學系統(tǒng)，其將在調制單元中被調制的激光束聚焦于成像單元上。
5.如權利要求1所述的激光顯示裝置，其中，該掃描單元包括至少一個具有可旋轉反射鏡的微型掃描器。
6.如權利要求1所述的激光顯示裝置，其中，該成像單元還包括UV透射濾波器，其定位于磷光層的激光束入射表面上并透射UV波長帶的激光束。
7.如權利要求1所述的激光顯示裝置，其中，該成像單元還包括UV阻擋濾波器，其定位于磷光層的激光束入射表面的相反表面上。
8.如權利要求1所述的激光顯示裝置，其中，該成像單元還包括抗反射層，其定位于磷光層的激光束入射表面的相反表面上。
9.如權利要求1所述的激光顯示裝置，其中，該磷光層包括多個紅、綠、藍三色磷光體形成的象素。
10.如權利要求9所述的激光顯示裝置，其中，該光源發(fā)射分離的第一至第三激光束，用以同時分別激發(fā)紅、綠、藍三色磷光體。
11.如權利要求10所述的激光顯示裝置，其中，還包括光路轉換器，其轉換光路以使得在光調制單元中被調制的第一至第三激光束被輻射至掃描單元。
12.如權利要求11所述的激光顯示裝置，其中，該光路轉換器還包括透射第一激光束并反射第二激光束的第一分色鏡和反射第一和第二激光束并透射第三激光束的第二分色鏡。
13.如權利要求9所述的激光顯示裝置，其中，還包括掩膜，其與磷光層分離預定距離且形成有對應于磷光層中形成的各象素的多個孔。
14.如權利要求1所述的激光顯示裝置，其中，該掃描單元包括第一掃描單元，其沿主掃描方向和子掃描方向第一次掃描在光調制器中調制的激光束；以及第二掃描單元，其以預定距離與成像單元的后表面分離，并將第一掃描單元中掃描的激光束沿主掃描方向和子掃描方向第二次掃描至成像單元。
15.如權利要求14所述的激光顯示裝置，其中，該成像單元具有M×N個分割區(qū)域，且該第二掃描單元包括N×M個子掃描器，所述子掃描器以預定距離與成像單元的后表面分離且緊密排布成M×N矩陣，并沿主掃描方向和子掃描方向將由第一掃描單元掃描的激光束第二次掃描至成像單元上。
16.如權利要求1所述的激光顯示裝置，其中，該成像單元具有M×N個分割區(qū)域，且該掃描單元包括M×N個子掃描單元，所述子掃描單元根據被分割的區(qū)域排布于成像單元的后表面且沿主掃描方向和子掃描方向掃描激光束至成像單元上，并且每個子掃描單元掃描被單獨調制的激光束。
全文摘要
本發(fā)明提供一種激光顯示裝置，包括光源，發(fā)射至少一束激光束；光調制單元，根據圖像信號調制從光源發(fā)射的激光束；掃描單元，沿主掃描方向和子掃描方向掃描在光調制單元中調制的激光束；以及成像單元，圖像在其中被形成，且其具有磷光層，通過掃描單元掃描的激光束在該磷光層中產生激發(fā)光。
文檔編號H04N9/31GK101018345SQ20061015933
公開日2007年8月15日 申請日期2006年9月27日 優(yōu)先權日2006年2月9日
發(fā)明者孫重坤, 李庭旭, 白好善, 李成男, 司空坦 申請人:三星電子株式會社