CN101018345A

CN101018345A - 激光显示装置

Info

Publication number: CN101018345A
Application number: CNA2006101593372A
Authority: CN
Inventors: 孙重坤; 李庭旭; 白好善; 李成男; 司空坦
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2006-02-09
Filing date: 2006-09-27
Publication date: 2007-08-15
Anticipated expiration: 2026-09-27
Also published as: KR20070080985A; US20070183466A1; JP4855289B2; JP2007213078A; CN101018345B

Abstract

本发明提供一种激光显示装置，包括：光源，发射至少一束激光束；光调制单元，根据图像信号调制从光源发射的激光束；扫描单元，沿主扫描方向和子扫描方向扫描在光调制单元中调制的激光束；以及成像单元，图像在其中被形成，且其具有磷光层，通过扫描单元扫描的激光束在该磷光层中产生激发光。

Description

激光显示装置

技术领域

本发明涉及一种激光显示装置，更具体地说，涉及一种使用被激光束激发的磷光层的光的激光显示装置。

背景技术

显示装置显示电信号所代表的图像。传统的显示装置的实例为阴极射线管(CRT)型。

CRT使用电子束激发的磷光材料发出的光。这种理论被称为电子束阴极发光。在使用阴极射线的情况中，由于真空管的结构和偏转电子束的偏转磁轭的限制，很难降低CRT的厚度或提供大屏幕，其亮度也受限制。

最近开发了投影型激光显示装置。这些显示装置扫描红、绿、蓝三色激光束至屏幕上。由于这些激光显示器使用高强度激光作为光源，它们可提供清晰的、高对比度的图像。然而由于激光束的高相干性，投影型激光显示装置出现不期望的斑纹。所述斑纹是噪声，其为当激光束在屏幕表面被反射时被屏幕的粗糙表面散射并进入眼镜从而形成于视网膜上的预定相干图像。

发明内容

本发明提供一种使用激光束激发的激光显示装置。

根据本发明的一方面，提供一种激光显示装置，包括：光源，其发射至少一束激光束；光调制单元，其根据图像信号调制从光源发射的激光束；扫描单元，其沿主扫描方向和子扫描方向扫描在光调制单元中调制的激光束；以及成像单元，其形成图像并具有磷光层，通过扫描单元扫描的激光束在该磷光层中产生激发光。

附图说明

本发明的上述和/或其它特点和优点将通过下面结合附图对其示范性实施例的详细描述而更加显见。所述附图中：

图1示出根据本发明实施例的激光显示装置的光学配置；

图2示出根据本发明实施例的图1中的扫描单元；

图3A示出图1中成像单元的一部分的截面图；

图3B示出在图3A的磷光层中形成的磷光体；

图4A示出根据本发明的另一实施例的激光显示装置的光学配置；

图4B为图4A中成像单元的后视图；

图5A示出根据本发明的另一实施例的激光显示装置的光学配置；以及

图5B为图5A中成像单元的后视图。

具体实施方式

现在参考示出了本发明示范性实施例的附图，更全面地描述本发明。

图1示出根据本发明实施例的激光显示装置的示意图。参考图1，激光显示装置包括：光源100，其发射激光束L；光调制单元120，其根据图像信号调制激光束L；光路转换器130，其转换光路以将来自光调制单元120的被调制激光束L聚焦；扫描单元150，其扫描被调制激光束L；以及成像单元190，其使用由扫描的激光束L产生的激发光来形成图像。

光源100为激光器，在UV范围发射激光束L。光源100可以为例如氮化物型半导体激光二极管。从光源100发出的激光束L在磷光体(图3A中195)中产生光致发光以实现图像，下文将描述。在本发明的实施例中，光源100包括第一至第三激光二极管101、102和103，其发射第一至第三激光束L1、L2和L3以实现彩色图像。

还可形成准直光学系统110，用以准直从光源100发出的激光束L。准直光学系统110定位于光源100和光调制单元120之间，并包括：第一至第三准直透镜111、112和113，以调制第一至第三激光束L1、L2和L3。

在准直光学系统110和光调制单元120之间还可包括聚焦透镜(未示出)，以将激光束L聚焦至光调制单元120所需的大小。

光调制单元120根据图像信号发生单元(未示出)提供的图像信号调制激光束L。光调制单元120包括：第一至第三光调制单元121、122和123，其分别接收图像信号的红、绿、蓝三色分量。光调制单元120可以为例如光阻开关，如声光调制器。

光路转换器130将分别在第一至第三调制单元121、122和123中调制的第一至第三激光束会聚为一束，并使该光束导向扫描单元150。为此，光路转换器包括第一和第二分色镜132和133。在本实施例中，还包括反射镜131，以使得第一激光二极管101、第一准直透镜111和第一光调制单元121可以与其它光学器件一起定位。

反射镜131反射第一激光束L1。第一分色镜132透射第一激光束L1并发射第二激光束L2。第二分色镜133反射第一和第二激光束L1和L2并透射第三激光束L3。通过第二分色镜133的第一至第三激光束L1、L2和L3在各自保持分离的情况下形成光束，并同时扫描至扫描单元150。

还可包括聚焦光学系统140，以使得在光路转换器130中被会聚成一束的第一至第三激光束L1、L2和L3可在具有适当的光束节距的情况下扫描至成像单元190。聚焦光学系统140定位于光路转换器130和扫描单元150之间。当本实施例使用掩膜(shadow mask)(图3A中191)时，该聚焦光学系统140聚焦第一至第三激光束L1、L2和L3，以使得它们可以在掩膜191的孔中相交，然后沿各种不同方向被扫描至成像单元190，下面将会描述。

扫描单元150包括：沿子扫描方向(垂直地)扫描入射激光束L的子扫描器151和沿扫描方向(水平地)扫描入射激光束L的主扫描器152。可交换子扫描器151和主扫描器的相对位置。

扫描单元150包括：至少一个具有可旋转反射镜的微型扫描器。图2示出一单轴驱动微型扫描器作为实例。参考图2，该微型扫描器包括：基板161，形成于基板161上的固定梳形电极162、支撑构件163、由支撑构件163悬撑的台164、以及形成于台164的第一表面上并与固定梳形电极162交叉相接的移动梳形电极165。反射镜166形成于台164的第二表面上。可使用梳形电极静电驱动微型扫描器。设置一对单轴驱动微型扫描器，一个作为主扫描器151，另一个作为子扫描器152。

或者，扫描单元150(见图1)可包括：双轴驱动微型扫描器，以便利用一个单元同时沿主扫描方向和子扫描方向执行扫描。对于双轴驱动，所述台具有两个悬撑结构，每个轴包括一个梳形电极结构。

当使用这种微型扫描器时，光通过反射镜166的微小转动被扫描，并可从而以超过75Hz的高速进行扫描。以这样快的扫描，本实施例中的激光显示装置具有比传统CRT或LCD更高的对比率。

从扫描单元150反射的光被扫描至成像单元(图1中的190)。图3A示出成像单元190的一部分的截面图。参考图3A，成像单元190包括掩膜191、UV透射滤波器192、磷光层195、UV阻挡滤波器196和抗反射层197。

掩膜191与磷光层195以预定距离分开，并包括：多个对应于磷光层195中形成的象素的孔。第一至第三激光束L1、L2和L3被扫描至成像单元190、在掩膜191的孔中相交并沿不同方向被分离，以触发磷光层195中的红、绿、蓝三色磷光体。

UV透射滤波器192定位于激光束的入射面195a上并仅仅透射激光束L的UV分量。UV透射滤波器192优选地仅透射激光束L在磷光层195的吸收波长范围内的分量，后面将描述。因此，在吸收波长范围外的不能激发磷光层195的激光束会被阻挡，从而改善色彩质量和对比度。

磷光层195使用在UV波长范围内的激光束产生的光致发光。光致发光的例子为荧光和磷光，其中材料被光激发以发射光。发光是材料通过吸收例如光、电或放射线的能量而受激，然后以光的形式发射所吸收的能量回到激态的现象。通过光激发实现的光发射需要输入光的波长在磷光体的光吸收范围内。由于通过光致发光受激的光总体具有于输入光相同的波长或比输入光更长的波长，可使用UV激光束产生可见光范围内的光。

磷光层195包括三个磷光体，所述磷光体分别具有红、绿、蓝三色的光发射颜色(图3B中的195R、195G和195B)，并且当被第一至第三激光束L1、L2和L3激发时，发射红、绿、蓝三色的激发光。三个磷光体195R、195G和195B定位于第一至第三激光束L1、L2和L3各自发散的位置。图3B示出根据本发明实施例的磷光体195R、195G和195B。每三个红、绿、蓝三色磷光体195R、195G和195B一起构成一个象素。红、绿、蓝三色激发光同时在磷光层195上分别形成红、绿、蓝三色图像，且这些图像视觉上被合成以形成彩色图像。因为激光束L的发散度非常小，激光束L可被高度准直，且象素的大小可以为很小，从而允许比LCD更好的分辨率。从磷光层195发射的激发光的强度也与发射激光束L的强度成比例，并且可通过控制激光二极管101，102和103中的每一个的光输出来控制颜色。

由于根据本发明实施例的激光显示装置使用由激光束L产生的光致发光，因而该激光显示装置比传统显示装置具有更高的亮度。LCD具有约为150至200cd/m²的亮度，CRT具有约为120cd/m²的亮度。另一方面，当本实施例的激光显示装置包括具有40英寸的大小和1064×764的分辨率的成像单元时，每个象素为1mm²或更小，且当1mW GaN激光二极管被辐射至绿色磷光体上时，550nm的绿色光以约为1×10³lm/m²的亮度被发射，其等于680000cd/m²。因此，本发明在外部光强烈的室内和室外都可提供很高的亮度和清晰的图像。

由于激光束L不是直接被扫描至屏幕上，而是经过光致发光间接地扫描至平面上，因此根据本发明实施例的激光显示装置解决了由激光束相干而产生的斑纹问题。

抗反射层197定位于UV阻挡滤波器196与磷光层195接触的表面的相反表面上。抗反射层197防止来自成像单元190外部的光被反射，从而消除眩光。

UV阻挡滤波器196定位于磷光层195的激光束的入射表面195a的相反表面上。UV阻挡滤波器196阻挡通过磷光层195的激光束L中UV波长范围的光，并透射磷光层195发射的可见光。

在前面的本发明实施例中，描述了用于显示色彩的使用三个激光二极管的激光显示装置，但本发明不限于此。例如，一个激光二极管可用于实现一种单一颜色，或三个或多个激光二极管可被用于实现具有色彩或更类似自然颜色的图像。

另外，已描述使用掩膜的方法，但为了CRT而开发的各种其它方法也可应用于本发明。

图4A示出根据本发明的另一实施例的激光显示装置的透视图。图4B为成像单元的后视图，示出成像单元和第二扫描单元。本发明实施例示出具有图1实施例中应用的大屏幕的激光显示装置。

参考图4A，本发明实施例的激光显示装置包括光源200、光调制单元220、光路转换器230、扫描单元250和成像单元290。还可在光源200和光调制单元220之间或光路转换器230和扫描单元250之间包括准直和会聚光线的光学系统210和240。光源200包括用以实现色彩的第一至第三激光二极管201、202和203。光调制单元220包括根据图像信号调制激光束的第一至第三光调制单元221，222和223。光路转换器230包括反射镜231和第一和第二分色镜232和233，用以将三个激光束L从光调制单元220引导至扫描单元250。下文不再重复对本实施例与前面图1中实施例所共有的具有大致等同的功能和结构的组件的描述。

在本实施例中，为了实现大屏幕，成像单元290被虚拟分割为M×N个区域。扫描单元250包括：具有对应于每个被分割区域S₁₁，S₁₂，...，S_MN的M×N个子扫描器253的第二扫描单元252，以及扫描激光束至第二扫描单元252上的第一扫描单元251。图4A和图4B中，M为4且N为4。

第一扫描单元251和子扫描器253可为参考图2描述的具有可旋转的镜面的微型扫描器。第一扫描单元251和子扫描器253可为两个单轴驱动微型扫描器或一个双轴驱动微型扫描器。图4A中所述的第一扫描单元251为双轴驱动微型扫描器，而子扫描器253为一对单轴驱动微型扫描器。然而，本发明不限于此。

子扫描器253从成像单元290的后表面分离，并在虚拟扫描表面A上排列为M×N矩阵。激光束L被扫描至成像单元290的后表面上。子扫描器253中的每一个距成像单元290不同距离，且各子扫描器253的可扫描区域的大小可变化，从而，本发明不限于成像单元290的被分割区域为相等表面面积。类似地，子扫描器253可在子扫描表面A上等距间隔或不等距间隔。

第一扫描单元251沿主扫描方向和子扫描方向，将形成于光路转换器230中的激光束L扫描至子扫描表面A上，使得激光束可以被引导至子扫描器253。

第一扫描单元251朝向第二扫描单元252扫描激光束。例如，第一次，第一扫描单元251扫描激光束L至定位于子扫描表面A上(1，1)位置处的子扫描器253上，同时，接收到激光束L的该子扫描器253反射被扫描的激光束L以沿主扫描方向和子扫描方向第二次扫描激光束至成像单元290。然后，第一扫描单元251扫描激光束L至定位于子扫描平面A上的(1，2)位置处的子扫描器253，接收到激光束L的该子扫描器253沿主扫描方向和子扫描方向第二次扫描激光束L至成像单元290。这样，激光束在成像单元290的被分割区域上以两个阶段步骤被顺序扫描，以使得，第一扫描单元251最终第一次扫描激光束L至子扫描表面A的(M，N)位置处的子扫描器253，且接收到激光束L的该子扫描器253沿主扫描方向和子扫描方向扫描激光束L至成像单元290，从而完成在成像单元290上的图像的形成。重复这个扫描过程，以在成像单元290上显示图像。

如上所述，由于扫描过程在第一扫描单元251和第二扫描单元252中被分为两个步骤，所以子扫描器253的个数有多少，屏幕就可被放大至多大。并且，由于扫描过程被分为两步，所以扫描单元252和成像单元290之间的距离可被降低，从而激光显示装置可以更薄。

图5A示出根据本发明的另一实施例的激光显示装置的透视图。图5B为成像单元的后视图，示出成像单元和扫描单元。本实施例还示出应用图1中实施例实施的具有大屏幕的激光扫描装置。

参考图5A，激光扫描装置包括：具有M×N个虚拟分割区域的成像装置390和设置于成像单元390的后表面处并辐射激光束L的M×N个子单元P。图5A中，没有示出所有子单元P。

每个子单元P包括：子光源300、子准直光学系统310、子光调制单元320、子聚焦光学系统340和子扫描单元350。下文不再重复对本实施例中与前面图1实施例中共用的那些具有大致等同的功能和结构的组件的描述。为了简化绘图，示出包括一个激光二极管的子光源300。然而，为了实现彩色，可以包括多个激光二极管，在这种情况下，每个子单元P还包括光路转换器(未示出)。

如图5A和5B所示，可通过增加子单元P的将成像单元390轻松扩展至大屏幕。

在本实施例中，M×N个子扫描单元350被设置于成像单元390的后表面的被分割区域S₁₁，S₁₂，...，S_MN处，且每个子扫描单元390扫描调制激光束至成像单元390上。

可通过顺序或同步扫描成像单元390的被分割区域S₁₁， S₁₂，...，S_MN来实现成像。例如，子单元P可以顺序接收从图像信号产生单元(未示出)产生的图像信号以调制激光束L，并顺序扫描该被调制激光束L至成像单元390上以形成图像。通用电视显示法使用顺序扫描，但本发明不限于此。整个屏幕的图像信号也可被分割为M×N个区域，然后通过同步扫描所有区域来形成图像。

如上所述，根据本发明的激光显示装置实现了使用激光束光致发光成像，从而具有高亮度和高对比度，并易于扩大激光显示装置的屏幕。

参考本发明示范性实施例具体展示和描述了本发明，但该领域技术人员应该理解：在不背离由以下权利要求确定的本发明的精神和范围的情况下，可以对形式和细节做出各种改变。

Claims

1.一种激光显示装置，包括：

光源，其发射至少一束激光束；

光调制单元，其根据图像信号调制从光源发射的激光束；

扫描单元，其沿主扫描方向和子扫描方向扫描在光调制单元中调制的激光束；以及

成像单元，其形成图像并具有磷光层，通过扫描单元扫描的激光束在该磷光层中产生激发光。

2.如权利要求1所述的激光显示装置，其中，该光源为发射UV光的激光二极管。

3.如权利要求1所述的激光显示装置，其中，还包括：准直光学系统，其定位于光源和光调制单元之间并准直从光源发出的激光束。

4.如权利要求1所述的激光显示装置，其中，还包括：聚焦光学系统，其将在调制单元中被调制的激光束聚焦于成像单元上。

5.如权利要求1所述的激光显示装置，其中，该扫描单元包括至少一个具有可旋转反射镜的微型扫描器。

6.如权利要求1所述的激光显示装置，其中，该成像单元还包括：UV透射滤波器，其定位于磷光层的激光束入射表面上并透射UV波长带的激光束。

7.如权利要求1所述的激光显示装置，其中，该成像单元还包括：UV阻挡滤波器，其定位于磷光层的激光束入射表面的相反表面上。

8.如权利要求1所述的激光显示装置，其中，该成像单元还包括：抗反射层，其定位于磷光层的激光束入射表面的相反表面上。

9.如权利要求1所述的激光显示装置，其中，该磷光层包括：多个红、绿、蓝三色磷光体形成的象素。

10.如权利要求9所述的激光显示装置，其中，该光源发射分离的第一至第三激光束，用以同时分别激发红、绿、蓝三色磷光体。

11.如权利要求10所述的激光显示装置，其中，还包括：光路转换器，其转换光路以使得在光调制单元中被调制的第一至第三激光束被辐射至扫描单元。

12.如权利要求11所述的激光显示装置，其中，该光路转换器还包括：透射第一激光束并反射第二激光束的第一分色镜和反射第一和第二激光束并透射第三激光束的第二分色镜。

13.如权利要求9所述的激光显示装置，其中，还包括：掩膜，其与磷光层分离预定距离且形成有对应于磷光层中形成的各象素的多个孔。

14.如权利要求1所述的激光显示装置，其中，该扫描单元包括：

第一扫描单元，其沿主扫描方向和子扫描方向第一次扫描在光调制器中调制的激光束；以及

第二扫描单元，其以预定距离与成像单元的后表面分离，并将第一扫描单元中扫描的激光束沿主扫描方向和子扫描方向第二次扫描至成像单元。

15.如权利要求14所述的激光显示装置，其中，该成像单元具有M×N个分割区域，且该第二扫描单元包括N×M个子扫描器，所述子扫描器以预定距离与成像单元的后表面分离且紧密排布成M×N矩阵，并沿主扫描方向和子扫描方向将由第一扫描单元扫描的激光束第二次扫描至成像单元上。

16.如权利要求1所述的激光显示装置，其中，该成像单元具有M×N个分割区域，且该扫描单元包括M×N个子扫描单元，所述子扫描单元根据被分割的区域排布于成像单元的后表面且沿主扫描方向和子扫描方向扫描激光束至成像单元上，并且每个子扫描单元扫描被单独调制的激光束。