МНОГОСЛОЙНЫЕ ЭКРАНЫ СО СВЕТОИЗЛУЧАЮЩИМИ ПОЛОСКАМИ ДЛЯ СИСТЕМ ОТОБРАЖЕНИЯ СО СКАНИРУЮЩИМ ЛУЧОМ
THE MULTILAYER SCREENS WITH LIGHT EMITTING STRIPS FOR THE DISPLAY SYSTEM WITH A SCAN-OFF BEAM

Заявление приоритета
Настоящая заявка имеет приоритет над предварительной заявкой США №60/938690, озаглавленной "Multilayered Screens with Light-Emitting Stripes for Scanning Beam Display Systems" (Многослойные экраны со светоизлучающими полосками для систем отображения со сканирующим лучом) и зарегистрированной 17 мая 2007 г., полное описание которой содержится здесь посредством ссылки как часть описания настоящей заявки.
Уровень техники
Настоящая заявка относится к системам отображения, использующим экраны с флуоресцентными материалами для излучения окрашенного света при оптическом возбуждении, таким как дисплеи на лазерной основе и видеодисплеи и конструкции экранов для таких дисплеев.
Дисплеи изображения и видеодисплеи могут быть разработаны таким образом, чтобы непосредственно создавать свет различных цветов, который несет цветные изображения, и проецировать цветные изображения на экран, причем экран делает цветные изображения видимыми зрителю посредством отражения, диффузии или рассеивания принятого света, а не излучает свет. Примерами таких дисплеев являются дисплеи с цифровой обработкой света (DLP), жидкокристаллические дисплеи на кремниевой основе (LCoS) и дисплеи с микромеханической фазовой решеткой (GLV). Некоторые другие дисплеи изображения и видеодисплеи используют светоизлучающий экран, который создает свет различных цветов, чтобы формировать цветные изображения. Примерами таких систем отображения являются дисплеи на электронно-лучевой трубке (CRT), плазменные дисплеи, жидкокристаллические дисплеи (LCD), светодиодные дисплеи (LED) (например, органические светодиодные дисплеи) и полевые эмиссионные дисплеи (FED).
Сущность изобретения
Настоящая заявка, помимо прочего, описывает светоизлучающие экраны с оптическим возбуждением и системы отображения и устройства на основе таких экранов, использующие, по меньшей мере, один оптический луч возбуждения для возбуждения одного или более светоизлучающих материалов на экране, которые излучают свет для формирования изображения. Флуоресцентные материалы могут содержать материалы люминофора и материалы не люминофора, такие как квантовые точки.
В одном из примеров экран дисплея содержит светоизлучающий слой, имеющий параллельные и разделенные друг от друга светоизлучающие полоски, каждая их которых поглощает свет возбуждения на длине волны возбуждения, чтобы излучать видимый свет на видимой длине волны, отличной от длины волны возбуждения; и слой линзовой решетки, расположенный поверх светоизлучающего слоя, чтобы направлять свет возбуждения на светоизлучающий слой, и содержащий двухмерную линзовую решетку. Каждая линза имеет размер, меньший, чем ширина каждой светоизлучающей полоски, и в пределах ширины каждой светоизлучающей полоски имеется множество линз. Слой решетки точечных отверстий расположен между слоем линзовой решетки и светоизлучающим слоем и содержит отражающий и непрозрачный слой, который накладывается на слой линзовой решетки и имеет рисунок двухмерной решетки точечных отверстий, которые пространственно соответствуют линзам, чтобы, соответственно, пропускать свет возбуждения от линз к светоизлучающему слою.
В другом примере экран дисплея содержит светоизлучающий слой, содержащий параллельные и отделенные друг от друга светоизлучающие полоски, каждая из которых поглощает свет возбуждения на длине волны возбуждения, чтобы излучать видимый свет на видимой длине волны, отличной от длины волны возбуждения, и параллельные и оптически отражающие разделители полосок со светоизлучающими полосками, чередующимися с каждым разделителем полосок, расположенным между двумя соседними светоизлучающими полосками. Этот экран также содержит дихроичный слой, сформированный поверх светоизлучающего слоя, чтобы принимать и пропускать свет возбуждения, отражая, в то же время, видимый свет, испускаемый светоизлучающим слоем. Этот экран дополнительно содержит слой линз Френели, расположенный таким образом, чтобы направлять свет возбуждения на дихроичный слой. Дихроичный слой расположен между слоем линз Френели и светоизлучающим слоем.
В другом примере экран дисплея содержит светоизлучающий слой, содержащий параллельные и отделенные друг от друга светоизлучающие полоски, каждая из которых поглощает свет возбуждения на длине волны возбуждения, чтобы излучать видимый свет на видимой длине волны, отличной от длины волны возбуждения, и параллельные разделители полосок, со светоизлучающими полосками, чередующимися с каждым разделителем, полосок, расположенным между двумя соседними светоизлучающими полосками. Каждый разделитель полосок является оптически отражающим.
В другом примере способ изготовления экрана дисплея содержит этапы, на которых наносят светоизлучающие материалы, которые поглощают свет возбуждения на длине волны возбуждения, чтобы излучать видимый свет на длинах волн, отличных от длины волны возбуждения, в параллельные канавки формы, так что в две соседние канавки наносят два различных светоизлучающих материала, излучающих на двух различных длинах волн; управляют объемом каждого светоизлучающего материала в каждой соответствующей канавке в течение процесса нанесения светоизлучающего материала в форму, чтобы частично заполнить каждую канавку; преобразуют жидкий материал в прозрачный твердый материал, который приклеивается к каждому светоизлучающему материалу в каждой канавке; помещают экранный слой на форму так, чтобы он контактировал и соединялся с прозрачным твердым материалом; накладывают один или более дополнительных экранных слоев на светоизлучающий слой, чтобы сформировать экран дисплея.
В другом примере способ изготовления экрана дисплея содержит этапы, на которых наносят материал разделителя полосок, который оптически непрозрачен для света, в параллельные канавки формы, которые определяют решетку из параллельных полосковых делителей экрана дисплея; наносят прозрачный слой отверждающегося ультрафиолетовым светом прозрачного материала на открытые поверхности формы между параллельными канавками и на верхние поверхности материала разделителей полосок в параллельные канавки; направляют ультрафиолетовый свет на отверждающийся ультрафиолетовым светом прозрачный материал, чтобы отвердить материал для его соединения с материалом разделителей полосок; наносят адгезивный слой, разделяемый с помощью ультрафиолетового света, для приклеивания к отвержденному прозрачному слою; приклеивают несущий слой к адгезивному слою, разделяемому с помощью ультрафиолетового света; снимают несущий слой, адгезивный слой, разделяемый с помощью ультрафиолетового света, и отвержденный прозрачный слой, чтобы вынуть решетку разделителей полосок, прикрепленную к отвержденному прозрачному слою, из параллельных канавок формы; заполняют канавки между разделителями полосок поверх отвержденного прозрачного слоя светоизлучающими материалами, которые поглощают свет на длине волны возбуждения, чтобы излучать свет на длинах волн, отличных от длины волны возбуждения, так что в две соседние канавки, разделенные разделителем полосок, наносятся два различных светоизлучающих материала, излучающих на двух различных длинах волн; управляют объемом каждого светоизлучающего материала в каждой соответствующей канавке в течение процесса нанесения светоизлучающих материалов, чтобы заполнить каждую канавку частично и формировать параллельные светоизлучающие полоски, которые пространственно чередуются друг с другом и отделяются друг от друга разделителями полосок; накладывают один или более слоев экрана для контакта и соединения на верхнюю часть разделителей полосок; направляют ультрафиолетовый свет на адгезивный слой, разделяемый с помощью ультрафиолетового света, вместе с несущим слоем со стороны отвержденного прозрачного слоя; удаляют отвержденный прозрачный слой с разделителей полосок и светоизлучающих полосок; и формируют светопринимающий слой, чтобы заменить удаленный отвержденный прозрачный слой для приема и направления света возбуждения на светоизлучающие полоски.
Еще в одном другом примере способ изготовления экрана дисплея содержит этап, на котором формируют металлический слой на плоской поверхности слоя линзовой решетки двумерной линзовой решетки; сканируют пучком абляционного лазера(лазера для абляции) линзовую решетку, чтобы фокусировать луч абляционного лазера на металлическом слое через каждую линзу, чтобы удалить металл в месте сфокусированного луча абляционного лазера для формирования точечного отверстия, образуя, таким образом, двумерную решетку точечных отверстий в металлическом слое; и соединяют светоизлучающий слой с металлическим слоем, имеющим двумерную решетку точечных отверстий. Светоизлучающий слой содержит параллельные и отделенные друг от друга светоизлучающие полоски, каждая из которых поглощает свет возбуждения на длине волны возбуждения, чтобы излучать видимый свет на видимой длине волны, отличной от длины волны возбуждения, и каждая линза имеет размер, меньший, чем ширина каждой светоизлучающей полоски, так что в пределах ширины каждой светоизлучающей полоски присутствует множество линз. Этот способ также содержит соединение светоизлучающего слоя и слоя линзовой решетки, чтобы поддерживать подложку для образования экрана дисплея.
Эти и другие примеры и варианты осуществления описываются подробно на чертежах, в подробном описании и формуле изобретения.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 - пример системы отображения со сканирующим лазером, имеющей флуоресцентный экран, изготовленный из возбуждаемых лазером флуоресцентных материалов (например, люминофора), излучающих окрашенный свет при возбуждении сканирующим лучам лазера, который несет информацию изображения, которая должна отображаться.
Фиг.2A и 2B - пример структуры экрана и структуры цветных пикселов для экрана, показанного на фиг.1.
Фиг.3A - пример осуществления лазерного модуля, показанного на фиг.1, имеющего многочисленные лазеры, которые направляют многочисленные лазерные пучки на экран.
Фиг.3B и 3C - два примера постобъектной системы отображения со сканирующим лучом.
Фиг.4 - пример экрана, имеющего слой с флуоресцентными полосками, излучающими свет красного, зеленого и синего цветов при оптическом возбуждении сканирующим светом возбуждения.
Фиг.5 - пример многослойного экрана с параллельными светоизлучающими полосками, присоединенными к слою линзовой решетки.
Фиг.6A, 6B и 6C - дополнительные подробности сборочного узла линзовой решетки на основе конструкции, показанной на фиг.5.
Фиг.7A, 7B и 7C - пример процесса изготовления с применением лазерной абляции для изготовления точечных отверстий в сборочном узле линзовой решетки, показанном на фиг.5, чтобы автоматически выравнивать каждое точечное отверстие с соответствующей линзой.
Фиг.8 - другой пример многослойного экрана с параллельными светоизлучающими полосками, присоединенными к сборочному узлу линзовой решетки.
Фиг.9 и 10 - два экрана, использующих комбинацию слоя с линзами Френели и дихроичного слоя, чтобы заменить сборочный узел линзовой решетки в экранах, показанных на фиг.5 и 8, соответственно.
Фиг.11А, 11А, 11В, 11С и 11D - пример процесса формовки при формировании светоизлучающего слоя с параллельными светоизлучающими полосками.
Фиг.12A И 12B - подъем светоизлучающего слоя, используя сборочный узел линзовой решетки, показанной на фиг.5.
Фиг.13A-13D - дополнительные этапы процесса изготовления экрана, показанного на фиг.5.
Фиг.14A, 14B и 14C - использование снимаемого слоя для удаления сформованного светоизлучающего слоя из формы и соединения с другим слоем экрана, таким как сборочный узел линзовой решетки.
Фиг.15A-15J - процесс формовки, отличающийся от процесса, показанного на фиг.11А-11С.
Фиг.16 и 17 - две структуры экранов, основанные на процессе, показанном на фиг.15A-15J.
Фиг.18 - другой пример структуры экрана со слоем линз Френеля.
Подробное описание
Настоящая заявка описывает варианты осуществления систем отображения со сканирующим лучом, к которым относятся системы лазерных видеодисплеев и лазерные телевизионные приемники высокой четкости, использующие экраны со светоизлучающими материалами, такими как люминофор и флуоресцентные материалы, чтобы излучать свет при оптическом возбуждении для создания изображения. Описаны различные примеры конструкций экранов со светоизлучающими или флуоресцентными материалами. Экраны с материалами люминофора при возбуждении одним или более сканирующими лазерными лучами описаны подробно и используются как конкретные примеры осуществления оптически возбужденных флуоресцентных материалов в различных примерах систем и устройств в настоящей заявке.
В одном варианте осуществления, например, три различного цвета люминофора, которые могут оптически возбуждаться лазерным пучком, чтобы соответственно создавать свет красного, зеленого и синего цветов, пригодный для формирования цветных изображений, могут формироваться на экране как пиксельные точки или периодически повторяющиеся параллельные красные, зеленые и синие фосфорные полоски. Различные примеры, описанные в настоящей заявке, используют экраны с параллельными цветными полосками люминофора, чтобы излучать свет красного, зеленого и синего цветов для демонстрации различных признаков дисплеев на лазерной основе.
Материалы люминофора являются одним из типов светоизлучающих материалов. Различные описанные системы, устройства и признаки в примерах, которые используют люминофоры в качестве флуоресцентных материалов, применяются и в дисплеях с экранами, изготовленными из других оптически возбудимых, светоизлучающих, нелюминофорных флуоресцентных материалов. Например, материалы с квантовыми точками излучают свет при соответствующем оптическом возбуждении и, таким образом, могут использоваться в качестве флуоресцентных материалов для систем и устройств в настоящей заявке. Более конкретно, полупроводниковые соединения, такие как, среди прочих, CdSe и PbS, могут изготавливаться в форме частиц с диаметром порядка радиуса Бора для экситона для таких соединений, как материалы с квантовыми точками, чтобы излучать свет. Для создания света различных цветов различные материалы с квантовыми точками с различными структурами промежутка энергетической зоны могут использоваться для излучения света различных цветов при одном и том же свете возбуждения. Некоторые квантовые точки имеют размер между 2 и 10 нанометрами и содержат приблизительно десятки атомов, порядка 10-50 атомов. Квантовые точки могут быть рассредоточены и смешаны в различных материалах, чтобы формировать жидкие растворы, порошки, студенистые матричные материалы и твердые вещества (например, твердые растворы). Пленки с квантовыми точками или пленочные полоски могут формироваться на подложке в качестве экрана для системы или устройства согласно настоящей заявке. В одном варианте осуществления, например, три различных материала с квантовыми точками могут быть разработаны и спроектированы, чтобы оптически возбуждаться сканирующим лазерным лучом в качестве оптической накачки, чтобы создавать свет красного, зеленого и синего цветов, пригодный для формирования цветных изображений. Такие квантовые точки могут формироваться на экране как пиксельные точки, упорядоченные в параллельные линии (например, периодически последовательно повторяющиеся линии красных пиксельных точек, линии зеленых пиксельных точек и линии синих пиксельных точек).
Примеры систем отображения со сканирующим лучом, описанные здесь, используют, по меньшей мере, один сканирующий лазерный луч для возбуждения цветных светоизлучающих материалов, осажденных на экране для создания цветных изображений. Сканирующий лазерный луч модулируется, чтобы нести изображения красного, зеленого и синего цветов или других видимых цветов, и управляется таким образом, что лазерный луч возбуждает цветные светоизлучающие материалы красного, зеленого и синего цветов с изображениями красного, зеленого и синего цветов, соответственно. Следовательно, сканирующий лазерный луч несет изображения, но сам непосредственно не создает видимый свет, который видит наблюдатель. Вместо этого цветные светоизлучающие флуоресцентные материалы на экране поглощают энергию сканирующего лазерного луча и излучают видимый свет красного, зеленого и синего или других цветов, чтобы создавать реальные цветные изображения, видные наблюдателю.
Лазерное возбуждение флуоресцентных материалов с использованием одного или более лазерных лучей с энергией, достаточной, чтобы заставить флуоресцентные материалы излучать свет или люминесцировать, является одной из многих форм оптического возбуждения. В других реализациях оптическое возбуждение может создаваться нелазерным источником света, обладающим достаточной энергией, чтобы возбуждать флуоресцентные материалы, используемые в экране. Примеры нелазерных источников света возбуждения содержат различные светодиоды (LED), осветительные лампы и другие источники света, которые создают свет на длине волны или в спектральном диапазоне, чтобы возбуждать флуоресцентный материал, который преобразует свет высокой энергии в свет с более низкой энергией в видимом диапазоне. Оптический луч возбуждения, который возбуждает флуоресцентный материал на экране, может иметь частоту или спектр частот, которые выше по частоте, чем частота излучаемого флуоресцентным материалом видимого света. Соответственно, оптический луч возбуждения может находиться в фиолетовом спектральном диапазоне и в ультрафиолетовом (UV) спектральном диапазоне, например, с длинами волны менее 420 нм. В примерах, описанных ниже, ультрафиолетовый свет или лазерный луч ультрафиолетового диапазона используется как пример света возбуждения для материала люминофора или другого флуоресцентного материала и может быть светом на другой длине волны.
На фиг.1 показан пример системы отображения на основе лазера, использующей экран с полосками цветного люминофора. Альтернативно, могут также использоваться точки цветного люминофора, чтобы определять пикселы изображения на экране. Система содержит лазерный модуль 110 для создания и проецирования, по меньшей мере, одного сканирующего лазерного луча 120 на экран 101. Экран 101 имеет параллельные полоски цветного люминофора в вертикальном направлении и две смежные полоски люминофора изготовлены из различных люминофорных материалов, которые излучают свет различных цветов. В показанном примере красный люминофор поглощает излучение лазера, чтобы излучать свет красного цвета, зеленый люминофор поглощает излучение лазера, чтобы излучать свет зеленого света, и синий люминофор поглощает излучение лазера, чтобы излучать свет синего цвета. Соседствующие три полоски цветного люминофора имеют три разных цвета. Одна конкретная пространственная цветовая последовательность полосок показана на фиг.1 как красная, зеленая и синяя. Могут также использоваться другие цветовые последовательности. Лазерный луч 120 имеет длину волны в пределах ширины полоски оптического поглощения цветных люминофоров и обычно его длина волны короче, чем видимые синий, зеленый и красный цвета для цветных изображений. Как пример, цветные люминофоры могут быть люминофорами, которые поглощают ультрафиолетовый свет в спектре частот от примерно 380 нм до примерно 420 нм, чтобы создавать желаемый красный, зеленый и синий свет. Лазерный модуль 110 может содержать один или более лазеров, таких как ультрафиолетовые диодные лазеры для создания луча 120, механизм сканирования луча, чтобы сканировать луч 120 горизонтально и вертикально для формирования одного кадра изображения за один раз на экране 101, и механизм модуляции сигнала, чтобы модулировать луч 120 для переноса информации каналов изображения для красного, зеленого и синего цветов. Такие системы отображения могут быть выполнены как системы обратной проекции, где наблюдатель и лазерный модуль 110 находятся на противоположных сторонах от экрана 101. Альтернативно, такие системы отображения могут быть выполнены как системы фронтальной проекции, где наблюдатель и лазерный модуль 110 находятся по одну сторону экрана 101.
На фиг.2A показан пример конструкции экрана 101, показанного на фиг.1. Экран 101 может содержать заднюю подложку 201, которая прозрачна для сканирующего лазерного луча 120 и обращена к лазерному модулю 110, чтобы принимать сканирующий лазерный луч 120. Вторая передняя подложка 202 закреплена относительно задней подложки 201 и в конфигурации обратной проекции обращена к наблюдателю. Цветной слой 203 полосок цветного люминофора размещен между подложками 201 и 202 и содержит полоски люминофора. Полоски цветного люминофора для излучения света красного, зеленого и синего цветов представляются, соответственно, как "R", "G" и "B". Передняя подложка 202 прозрачна для света красного, зеленого и синего цветов, излучаемого полосками люминофора. Подложки 201 и 202 могут быть выполнены из различных материалов, в том числе как стеклянные или пластмассовые панели. Каждый цветной пиксел содержит части трех соседних полосок цветного люминофора в горизонтальном направлении и его вертикальный размер определяется размытием лазерного луча 120 в вертикальном направлении. Также каждый цветной пиксел содержит три субпиксела трех различных цветов (например, красного, зеленого и синего цветов). Лазерный модуль 110 сканирует лазерный луч 120 по одной горизонтальной линии за один раз, например слева направо и сверху вниз, чтобы заполнить экран 101. Лазерный модуль 110 крепится в положении относительно экрана 101 таким образом, чтобы сканирование луча 120 могло управляться заданным способом, гарантируя надлежащее выравнивание между лазерным лучом 120 и каждой позицией пиксела на экране 101.
На фиг.2A сканирующий лазерный луч 120 направляется на полоску зеленого люминофора в пределах пиксела, чтобы создать зеленый свет для этого пиксела. На фиг.2B дополнительно показана работа экрана 101, если смотреть вдоль направления В-В, перпендикулярного поверхности экрана 101. Поскольку каждая цветная полоска имеет продольную форму, поперечное сечение луча 120 может иметь форму, удлиненную вдоль направления полоски, чтобы максимизировать коэффициент заполнения луча в пределах каждой цветной полоски для пиксела. Это может быть достигнуто использованием в лазерном модуле 110 оптического элемента формирования диаграммы излучения. Лазерный источник, используемый для создания сканирующего лазерного луча, который возбуждает материал люминофора на экране, может быть одномодовым лазером или многомодовым лазером. Лазер может также быть одномодовым вдоль направления, перпендикулярного полоскам люминофора, идущим в продольном направлении, чтобы иметь малое расширение луча, которое ограничивается шириной каждой полоски люминофора. Вдоль продольного направления полосок люминофора этот лазерный луч может иметь многомодовый режим, чтобы растянуться по площади, большей, чем расширение луча в направлении, поперечном полоске люминофора. Это использование лазерного луча с одномодовым режимом в одном направлении, чтобы иметь малую занимаемую площадь луча на экране, и с многомодовым режимом в перпендикулярном направлении, чтобы иметь большую занимаемую площадь на экране, позволяет лучу иметь форму, подогнанную к удлиненному цветному субпикселу на экране, и обеспечить достаточную лазерную мощность в луче за счет многомодового режима, гарантируя достаточную яркость экрана.
На фиг.3A приведен пример осуществления лазерного модуля 110, показанного на фиг.1. Лазерная решетка 310 с многочисленными лазерами используется для создания многочисленных лазерных лучей 312, чтобы одновременно сканировать экран 101 для повышенной яркости дисплея. Контроллер 320 модуляции сигнала обеспечивается для управления и модуляции лазеров в лазерной решетке 310, так чтобы лазерные лучи 312 модулировались для переноса изображения, которое будет отображаться на экране 101. Контроллер 320 модуляции сигнала может содержать цифровой процессор изображения, создающий цифровые сигналы изображения для трех различных цветовых каналов, и схемы запуска лазеров, создающие сигналы управления лазерами, несущими цифровые сигналы изображения. Сигналы управления лазерами затем применяются для модуляции лазеров, например токов лазерных диодов в лазерной решетке 310.
Сканирование луча может достигаться с использованием сканирующего зеркала 340, такого как гальванометрическое зеркало для вертикального сканирования и многогранный полигонный сканер 350 для горизонтального сканирования. Линза 360 сканирования может использоваться, чтобы проецировать сканирующие лучи от полигонного сканера 350 на экран 101. Линза 360 сканирования разработана таким образом, чтобы отображать каждый лазер в лазерной решетке 310 на экране 101. Каждая из различных отражающих граней развертывающего полигонного сканера 350 одновременно сканирует N горизонтальных линий, где N - количество лазеров. В показанном примере лазерные лучи сначала направляются на гальванометрическое зеркало 340 и затем от гальванометрического зеркала 340 на полигонный сканер 350. Выходные сканирующие лучи 120 затем проецируются на экран 101. Релейный оптический модуль 330 помещен на оптическом пути прохождения лазерных лучей 312, чтобы изменять пространственное свойство лазерных лучей 312 и создавать плотно упакованный пучок лучей 332 для сканирования гальванометрическим зеркалом 340 и полигонным сканером 350 в качестве сканирующих лучей 120, проецируемых на экран 101 для возбуждения люминофоров и создания изображений с помощью цветного света, излучаемого люминофорами.
Лазерные лучи 120 сканируют пространственно по экрану 101, чтобы попадать на пикселы разных цветов в разное время. Соответственно, каждый из модулированных лучей 120 несет сигналы изображения для красного, зеленого и синего цветов для каждого пиксела в разное время и для разных пикселов в разное время. Следовательно, лучи 120 кодируются видеоинформацией для различных пикселов в разное время с помощью контроллера 320 модуляции сигнала. Луч, сканирующий таким образом, отображает кодированные в лучах 120 в координатах время-место сигналы изображения на пространственных пикселах на экране 101. Например, модулированные лазерные лучи 120 могут иметь время для каждого цветного пиксела, одинаково поделенное на три последовательных временных интервала для трех цветных подпикселов трех различных цветовых каналов. Модуляция лучей 120 может использовать технологии импульсной модуляции, чтобы создавать желаемые шкалы яркости в каждом цвете, соответствующие комбинации цветов в каждом пикселе, и желаемую яркость изображения.
В одном варианте осуществления многочисленные лучи 120 направляются на экран 101 в различных и смежных вертикальных положениях с помощью двух смежных лучей, пространственно разнесенных друг от друга на экране 101 на одну горизонтальную линию экрана 101 вдоль вертикального направления. Для заданного положения гальванометрического зеркала 340 и для заданного положения полигонного сканера 350 лучи 120 могут не выравниваться относительно друг друга по вертикальному направлению на экране 101 и могут находиться в различных положениях на экране 101 по горизонтальному направлению. Лучи 120 могут покрывать только одну часть экрана 101. В зафиксированном угловом положении гальванометрического зеркала 340 вращение полигонного сканера 350 заставляет лучи 120 от N лазеров лазерной решетки 310 сканировать один сегмент экрана из N смежных горизонтальных линий на экране 101. В конце каждого горизонтального сканирования по одному сегменту экрана гальванометрическое зеркало 340 регулируется, устанавливаясь в другое фиксированное угловое положение, так чтобы вертикальные позиции всех N лучей 120 регулировались для сканирования следующего смежного сегмента экрана из N горизонтальных линий. Этот процесс периодически повторяется, пока весь экран 101 не будет сканирован, чтобы создать полноэкранный дисплей.
В приведенном выше примере системы дисплея со сканирующим лучом, показанной на фиг.3A, линза 360 сканирования располагается дальше по ходу луча от сканирующих устройств 340 и 350 и фокусирует один или более сканирующих лучей 120 возбуждения на экран 101. Такая оптическая конфигурация упоминается как "предобъективная" система сканирования. В такой предобъективной конструкции сканирующий луч, направленный на линзу 360 сканирования, сканирует вдоль двух ортогональных направлений. Поэтому линза 360 сканирования разработана таким образом, чтобы фокусировать сканирующий луч на экране 101 по двум ортогональным направлениям. Чтобы достигнуть соответствующей фокусировки в обоих ортогональных направлениях, линза 360 сканирования может быть сложной и часто изготавливается из множества линзовых элементов. В одном варианте осуществления, например, линза сканирования 360 может быть плоской f-тета линзой, разработанной так, чтобы иметь линейную зависимость между местоположением фокальной точки на экране и входным углом сканирования (тета), когда входной луч сканирует по каждой из двух осей, перпендикулярных к оптической оси линзы сканирования. В такой f-тета линзе местоположение фокальной точки на экране пропорционально входному углу сканирования (тета).
Плоская линза 360 сканирования, такая как f-тета линза, в предобъективной конфигурации может давать оптические искажения по двум ортогональным направлениям сканирования, которые заставляют положения луча на экране 101 следовать по кривой линии. Следовательно, намеченная прямая горизонтальная линия сканирования на экране 101 становится кривой линией. Искажения, вызванные 2-мерной линзой 360 сканирования, могут быть видны на экране 101 и, таким образом, ухудшать качество отображаемого изображения. Один из способов смягчения проблемы бочкообразного искажения состоит в том, чтобы проектировать линзу 360 сканирования со сложной конфигурацией линзы, имеющей множество элементов линзы, чтобы снизить бочкообразные искажения. Сложные многочисленные линзовые элементы могут заставить окончательно собранную линзу отойти от желательных условий f-тета и, таким образом, могут поставить под угрозу оптические характеристики сканирования. Количество линзовых элементов в сборочном узле обычно увеличивается по мере того, как уменьшается допуск на искажения. Однако такая линза сканирования со сложными многочисленными линзовыми элементами может быть дорогостоящей при изготовлении.
Чтобы избежать вышеупомянутых проблем искажений, связанных с плоскими линзами сканирования в предобъективной системе сканирующего луча, в последующих разделах описываются примеры системы дисплея с постобъективным сканирующим лучом, которая может быть осуществлена для замены плоской линзы 360 сканирования более простой, менее дорогостоящей 1-мерной линзой сканирования. Патентная заявка США №11/742,014, озаглавленная "POST-OBJECTIVE SCANNING BEAM SYSTEMS" (Система с постобъективным сканированием луча) и зарегистрированная 30 апреля 2007 г. (публикация патента США №_________), описывает примеры систем с постобъективным сканирующим лучом, пригодных для использования с экранами люминофора, описанными в этой заявке, и содержится здесь как часть описания этой заявки посредством ссылки. Конструкции экранов, описанные в этой заявке, могут использоваться в системах дисплеев как с постобъективным, так и предобъективным сканирующим лучом.
На фиг.3B показан пример варианта осуществления системы дисплея с постобъективным сканирующим лучом, основанной на конструкции системы, показанной на фиг.1. Лазерная решетка 310 с множеством лазеров используется для создания многочисленных лазерных лучей 312, чтобы одновременно сканировать экран 101 для повышенной яркости дисплея. Контроллер 320 модуляции сигнала обеспечивается для управления и модуляции лазеров в лазерной решетке 310, так чтобы лазерные лучи 312 модулировались для переноса изображения, которое должно отображаться на экране 101. Сканирование луча основано на двусканерной конструкции с горизонтальным сканером, таким как полигонный сканер 350, и вертикальным сканером, таким как гальванометрический сканер 340. Каждая из различных отражающих граней полигонного сканера 350 одновременно сканирует N горизонтальных линий, где N - количество лазеров. Релейный оптический модуль 330 уменьшает пространственное разнесение лазерных лучей 312, чтобы сформировать компактный набор лазерных лучей 332, который расширяется в пределах размера грани полигонного сканера 350 для горизонтального сканирования. По ходу прохождения луча после полигонного сканера находится 1-мерная линза 380 горизонтального сканирования с последующим вертикальным сканером 340 (например, гальванометрическое зеркало), который принимает каждый горизонтальный сканирующий луч 332, прошедший от полигонного сканера 350 через 1-мерную линзу 380 сканирования, и обеспечивает вертикальное сканирование для каждого горизонтально сканированного луча 332 в конце каждого горизонтального сканирования перед следующим горизонтальным сканированием следующей гранью полигонного сканера 350. Вертикальный сканер 340 направляет 2-мерные сканирующие лучи 390 к экрану 101.
При такой оптической конструкции горизонтального и вертикального сканирования 1-мерная линза 380 сканирования помещается по ходу прохождения луча после полигонного сканера 140 и до после вертикального сканера 340, чтобы фокусировать каждый горизонтальный сканированный луч на экране 101 и минимизировать горизонтальное бочкообразное искажение в отображаемых на экране 101 изображениях в пределах допустимого диапазона, создавая, таким образом, визуально "прямую" линию горизонтального сканирования на экране 101. Такая 1-мерная линза 380 сканирования, способная создавать прямую горизонтальную линию, будет относительно проще и дешевле, чем 2-мерная линза сканирования с подобными характеристиками. Установленный на пути прохождения луча после линзы сканирования 380 вертикальный сканер 340 является плоским рефлектором и просто отражает луч к экрану 101 и сканирует вертикально, чтобы помещать каждый горизонтально сканированный луч в различные положения по вертикали на экране 101 для сканирования различных горизонтальных линий. Размер рефлектора на вертикальном сканере 340 в горизонтальном направлении достаточно большой, чтобы охватить пространственную протяженность каждого сканирующего луча, приходящего от полигонного сканера 350 и линзы 380 сканирования. Система, показанная на фиг.3B, является постобъектной конструкцией, потому что 1-мерная линза 380 сканирования находится до вертикального сканера 340 по ходу луча. В этом конкретном примере после вертикального сканера 340 по ходу луча нет никакой линзы или другого фокусирующего элемента.
То есть в постобъектной системе, показанной на фиг.3B, расстояние от линзы сканирования до места на экране 101 для конкретного луча изменяется в зависимости от положения вертикального сканирования вертикального сканера 340. Поэтому, когда 1-мерная линза 380 сканирования разработана так, чтобы иметь фиксированное фокусное расстояние вдоль прямой горизонтальной линии, проходящей через центр вытянутой 1-мерной линзы сканирования, фокальные свойства каждого луча должны изменяться в зависимости от положения вертикального сканера 380, чтобы поддерживать соответствующий луч, фокусирующийся на экране 101. В этом отношении может быть осуществлен динамический фокусирующий механизм для регулирования сходимости луча, поступающего на 1-мерную линзу 380 сканирования, основанный на положении сканирования по вертикали вертикального сканера 340.
Например, в качестве динамического фокусирующего механизма в оптическом пути прохождения одного или более количества лазерных лучей от лазеров к полигонному сканеру 350 могут использоваться стационарная линза и линзы с динамической регулировкой фокусировки. Каждый луч фокусируется динамической фокусной линзой в месте, находящемся до стационарной линзы по пути прохождения луча. Когда фокус линзы совпадает с фокусом другой линзы, выходящий из линзы, свет коллимирован. В зависимости от направления и величины отклонения между фокусами линз, свет, выходящий из коллиматорной линзы в направлении полигонного сканера 350, может быть расходящимся или сходящимся. Следовательно, поскольку относительные положения этих двух линз вдоль их оптической оси регулируются, фокус сканированного света на экране 101 может регулироваться. Чтобы регулировать относительное положение между линзами в ответ на управляющий сигнал, может использоваться привод регулировки фокусировки линзы. В этом конкретном примере привод регулировки фокусировки линзы используется для регулировки сходимости луча, направленного к 1-мерной линзе 380 сканирования вдоль оптической траектории от полигонного сканера 350, синхронно с вертикальным сканированием вертикального сканера 340. Вертикальный сканер 340, показанный на фиг.3B, осуществляет сканирование с гораздо меньшей скоростью, чем скорость сканирования первого горизонтального сканера 350, и, таким образом, изменение фокусировки, вызванное вертикальным сканированием на экране 101, меняется во времени с более медленной частотой вертикального сканирования. Это позволяет осуществлять в системе, показанной на фиг.1, механизм регулировки фокусировки с нижним предельным значением скорости реакции при более медленной частоте вертикального сканирования, а не при высокой частоте горизонтального сканирования.
Вышеупомянутый пример системы с постобъектным сканирующим лучом, показанной на фиг.3B, использует полигонный сканер 350 для горизонтального сканирования в качестве первого сканера луча, помещенного перед линзой 380 сканирования на пути прохождения луча, и вертикальный сканер 340, такой как гальванометрическое зеркало, в качестве второго сканера луча для вертикального сканирования после линзы 380 сканирования на пути прохождения луча. В других вариантах осуществления первый сканер луча, расположенный до линзы 380 сканирования на пути прохождения луча, является вертикальным сканером для вертикального сканирования, таким как гальванометрическое зеркало, и второй сканер, расположенный после линзы 380 сканирования на пути прохождения луча, является полигонным сканером для горизонтального сканирования. Эта конфигурация может быть разработана таким образом, чтобы использовать гальванометрический рефлектор малого размера и, таким образом, избежать большого гальванометрического рефлектора, устанавливаемого дальше по ходу луча, с размером вдоль направления горизонтального сканирования, расположенного раньше по ходу луча полигонного сканера, необходимого для постобъектной системы, показанной на фиг.3B. Большой гальванометрический рефлектор может потребовать для своей работы больше мощности, чем гальванометрический рефлектор малого размера, и его динамический диапазон может быть ограниченным за счет большей массы по сравнению с гальванометрическим рефлектором малого размера. В этой системе модель искажения вращается относительно другой модели и предпочтительна для вертикальных линий RGB, поскольку сильное искажение в вертикальном направлении заставляет пятно вращаться, что означает, что более широкое пятно более эффективно.
На фиг.3C показан пример системы отображения с лазерным сканированием, основанной на множестве лазеров в лазерной решетке 310 в постобъектной конфигурации, где порядок расположения двух сканирующих устройств, показанных на фиг.3B, изменен на обратный. Эта система отображения со сканирующим лучом содержит лазеры, формирующие лазерную решетку 310 для создания многочисленных лазерных лучей и, соответственно, модуль сканирования лучей с двумя сканерами 340A и 350A, расположенными по двум сторонам линзы 380А сканирования на пути прохождения лазерных лучей, чтобы сканировать лазерные лучи в двух ортогональных направлениях на экране 101, а также афокальный оптический релейный модуль 330, расположенный между лазерами 310 и модулем сканирования, который будет содержать линзы 330A, 330B и 330C, чтобы снизить пространственный промежуток между двумя смежными лазерными лучами и перекрыть лазерные лучи в модуле сканирования. В одном варианте осуществления конструкции, показанной на фиг.3C, линза 380 сканирования может быть разработана таким образом, чтобы давать изображение отражающей поверхности вертикального сканера 340A на отражающей грани многогранника 350A, так чтобы относительно малая грань многогранника компактного многогранника могла использоваться для снижения потребления мощности и достижения динамического диапазона многогранника. Зеркала 337 и 338 установлены на пути прохождения луча между полигонным сканером 350A и экраном 101, чтобы свертывать оптический путь прохождения луча с малой оптической глубиной.
В одном варианте осуществления афокальный оптический релейный модуль 330 может содержать первую линзу, имеющую первое фокусное расстояние, чтобы принять и сфокусировать лазерные лучи от лазеров; вторую линзу, имеющую второе фокусное расстояние, более короткое, чем первое фокусное расстояние, и отнесенную от первой линзы на первое фокусное расстояние, для фокусирования лазерных лучей после первой линзы; и третью линзу, имеющую третье фокусное расстояние, большее, чем второе фокусное расстояние, и отнесенную от второй линзы на третье фокусное расстояние, чтобы фокусировать и направлять лазерные лучи от второй линзы к модулю сканирования. Примеры афокального оптического релейного модуля 330 описаны в заявке PCT № CT/US2006/041584, озаглавленной "Optical Designs for Scanning Beam Display Systems Using Fluorescent Screens" (Оптические конструкции для систем отображения со сканированием луча, использующих флуоресцентные экраны) и зарегистрированной 25 октября 2006 г. (публикация PCT № WO 2007/050662), и в патентной заявке США №11/510,495, озаглавленной "Optical Designs for Scanning Beam Display Systems Using Fluorescent Screens" (Оптические конструкции для систем отображения со сканированием луча, использующих флуоресцентные экраны) и зарегистрированной 24 августа 2006 г. (публикация патентной заявки США US 2007-0206258 A1), которые содержатся здесь посредством ссылки как часть описания этой заявки.
На фиг.3C лазерные лучи управляются так, чтобы перекрываться в единой плоскости (то есть в плоскости зрачка). Сканер с одиночной осью сканирования, расположенный до линзы 380А сканирования на пути прохождения луча, например гальванометрическое зеркало, располагается в плоскости зрачка и используется для сканирования всех лучей вдоль одной оси, которая в этом примере является вертикальным направлением. Линза 380A сканирования может быть многофункциональной линзой сканирования, которая разработана так, чтобы иметь достаточно большое поле зрения для принятия сканированных лучей в полном угловом диапазоне от вертикального сканера 150 (например, гальванометрического зеркала), расположенного линзы 380 сканирования на пути прохождения луча. Линза 380A сканирования является собирательной линзой, которая сводит лучи в фокус на экране 101. Линза сканирования 380A также используется для создания изображения гальванометрического зеркала 340A на отражающей грани многогранника на полигонном сканере 350A, расположенном дальше по пути прохождения луча. Эта функция создания изображения позволяет многограннику 350A быть относительно малым. Без создания изображений многогранник 350A должен был бы быть относительно большим, потому что сканированные лучи естественно расширяются с увеличением расстояния от гальванометрического зеркала 340A. Линза 380A сканирования, показанная на фиг.3C, может быть одноэлементной линзой или может содержать многочисленные линзовые элементы, чтобы выполнять свои функции, например, фокусирование и повторное обеспечение изображения по диапазону сканирования гальванометрического зеркала 340A.
После линзы 380A сканирования на пути прохождения луча полигонный сканер 350A сканирует сходящиеся лучи, приходящие от линзы 380А сканирования, на экран 101. Фокусы сходящихся лучей могут, в целом, лежать на кривой поверхности. Для повторной динамической фокусировки лучей на плоскую поверхность экрана 101 используется фокусирующая сервосистема. В этом примере фокусирующая сервосистема содержит, по меньшей мере, два линзовых элемента 334 и 335, которые разделяются воздушным промежутком, как показано на чертеже. Одна из этих двух линз (например, линза 334) имеет положительное фокусное расстояние, а другая (например, линза 335) имеет отрицательное фокусное расстояние. Обеспечивается привод, чтобы управлять относительным разносом между этими двумя линзами 334 и 335. Лучи, входящие и выходящие из сервосистемы фокусировки, номинально коллимированы, когда линзы, содержащие сервосистему фокусировки, разделены на заданное расстояние (то есть нейтральное или номинальное положение). В примере, показанном на фиг.3C, одна линза сервосистемы фокусировки является неподвижной, а другая перемещается по оси, чтобы позволить динамическую регулировку фокусировки лучей. Подвижная линза (например, линза 335) перемещается вокруг своего номинального положения на расстояние, достаточное, чтобы сфокусировать лучи на экране 101. В постобъектной системе выход 2-мерного сканирующего луча может иметь оптические искажения, такие как "бочкообразные" искажения в горизонтальном направлении. Чтобы снизить оптические искажения, на пути прохождения луча между полигонным сканером 350A и экраном 101 может быть обеспечен оптический модуль 336 коррекции искажения с многочисленными линзовыми элементами.
Конструкция полоски, показанной на фиг.2B, для флуоресцентного экрана 101, показанного на фиг.1, 3A, 3B и 3C, может быть осуществлена в различных конфигурациях. На фиг.2A показан один пример, где флуоресцентный слой 203, такой как слой полоски цветного люминофора, помещается между двумя подложками 201 и 202. В системе обратной проекции желательно, чтобы экран 101 сочетался как можно с большим количеством света от сканирующего луча 120 возбуждения, падающего на флуоресцентный слой, в то же время с максимизацией количества света, излучаемого флуоресцентным слоем, который направляется в сторону наблюдателя. В экране 101 могут быть осуществлены многие механизмы экрана, индивидуально или в комбинации, чтобы улучшить характеристики экрана, в том числе эффективность сбора света возбуждения, максимизацию флуоресцентного света, направляемого в сторону наблюдателя, повышение контрастности экрана и снижение бликов экрана. Структура и материалы экрана 101 могут разрабатываться и выбираться так, чтобы соблюдать ограничения по затратам и другие требования для конкретных применений.
На фиг.4 показан пример экрана 101, имеющего слой флуоресцентных полосок с флуоресцентными полосками для излучения света красного, зеленого и синего цвета при оптическом возбуждении сканирующим светом возбуждения. Многие признаки экрана показаны как примеры и могут осуществляться выборочно в конкретных экранах. Следовательно, конкретный флуоресцентный экран, имеющий только некоторые из признаков, показанных на фиг.4, может быть достаточен для конкретного применения дисплея.
Флуоресцентный экран 101, показанный на фиг.4, содержит, по меньшей мере, один слой 424 подложки, чтобы обеспечить жесткое конструктивное основание для различных компонентов экрана, в том числе для флуоресцентного слоя 400. Этот слой 424 подложки может быть тонкой подложкой или жестким листом. При размещении со стороны наблюдателя флуоресцентного слоя 400, как показано на фиг.4, слой 424 подложки может быть изготовлен из материала, прозрачного или частично прозрачного для видимого цветного света, излучаемого флуоресцентными полосками 401, 402, 403. Частично прозрачный материал может иметь равномерное ослабление видимого света, в том числе, трех цветов, излучаемых флуоресцентными полосками, чтобы работать как оптический фильтр с нейтральной плотностью. Слой 424 подложки может быть изготовлен из пластмассы, стеклянного материала или из другого соответствующего диэлектрического материала. Например, слой 424 подложки может быть изготовлен из акрилового жесткого листа. Толщина слоя 424 подложки в некоторых конструкциях может составлять несколько миллиметров. Кроме того, слой 424 подложки может быть сделан непрозрачным и отражающим свет возбуждения луча 120 возбуждения, чтобы препятствовать попаданию света возбуждения к наблюдателю и возвращать непоглощенный свет возбуждения назад к флуоресцентному слою 400.
Слой 424 подложки может также быть расположен на другой стороне флуоресцентного слоя 400. Поскольку луч 120 возбуждения должен пройти через слой 424 подложки, чтобы войти во флуоресцентный слой 400, материал слоя 424 подложки должен быть прозрачным для света возбуждения луча 120 возбуждения. Кроме того, слой 424 подложки в этой конфигурации также может быть отражающим для видимого света, излучаемого флуоресцентным слоем 400, чтобы направлять любой излученный видимый свет, приходящий от флуоресцентного слоя 400, в направлении стороны наблюдателя, для повышения яркости отображаемых изображений.
Флуоресцентный слой 400 содержит параллельные флуоресцентные полоски с периодически повторяющимся расположением цветов, такие как полоски красного, зеленого и синего люминофора. Флуоресцентные полоски перпендикулярны к горизонтальному направлению сканирования сканирующего луча 120 возбуждения, показанного на фиг.1. Как поясняется на фиг.4 и на фиг.2B, каждый пиксел дисплея на экране содержит три субпиксела, являющихся частями смежных красных, зеленых и синих полосок 401, 402 и 402. Размер каждого субпиксела в горизонтальном направлении определяется шириной каждой полоски, а размер в вертикальном направлении определяется шириной луча в вертикальном направлении. Разделитель полосок 404, который может быть оптически отражающим и непрозрачным или оптически поглощающим, может быть сформирован между любыми двумя смежными флуоресцентными полосками, чтобы минимизировать или уменьшить взаимное влияние между двумя смежными субпикселами. В результате смазывание на границе между двумя смежными субпикселами в пределах одного цветного пиксела и между двумя смежными цветными пикселами можно снизить и разрешающая способность и контрастность экрана могут быть повышены. Боковые стенки каждого разделителя 404 полосок могут быть сделаны оптически отражающими, чтобы повысить яркость каждого субпиксела и эффективность экрана. Кроме того, грани разделителей 404 полосок, обращенные к наблюдателю, могут зачерняться, например, путем покрытия черненым поглощающим слоем, чтобы уменьшить отражение или блик в сторону наблюдателя.
Описанная выше базовая структура слоя 424 подложки и флуоресцентного слоя 400 может использоваться в качестве компоновочного блока для добавления одного или более элементов экрана, чтобы улучшать различные свойства и характеристики экрана. Флуоресцентный слой 400 является оптически активным слоем в контексте того, что свет возбуждения на длине волны возбуждения поглощается флуоресцентными материалами и преобразуется в видимый флуоресцентный свет различных цветов для отображения изображений для наблюдателя. В этом отношении флуоресцентный слой 400 является также границей раздела между "стороной возбуждения" и "стороной наблюдателя", где оптические свойства этих двух сторон проектируются совершенно по-разному, чтобы достигнуть желаемых оптических эффектов для каждой из двух сторон в отношении улучшения характеристик экрана. Примеры таких оптических эффектов содержат улучшение внедрения луча 120 возбуждения во флуоресцентный слой, возвращение отраженного и рассеянного света возбуждения, который не поглощен флуоресцентным слоем 400, обратно во флуоресцентный слой 400, максимизацию количества видимого света, излучаемого флуоресцентным слоем 400 в сторону наблюдателя экрана, снижение для наблюдателя блика экрана, вызванного отражением рассеянного света, подавление света возбуждения от окружающего экран света в направлении наблюдателя и повышение контрастности экрана. Различные элементы экрана могут быть выполнены с возможностью достижения одного или больше из этих оптических эффектов. Несколько примеров таких элементов экрана показаны на фиг.4.
Со ссылкой на фиг.4, на входной стороне экрана, обращенной к лучу 120 возбуждения, может быть обеспечен входной слой 411 для внедрения луча 120 возбуждения в экран 101. Например, в качестве такого входного слоя 411 может использоваться слой из линз Френеля, чтобы управлять направлением падения сканирующего луча 120 возбуждения. В качестве другого примера, в этом входном слое 411 может быть выполнен слой линзовой решетки, имеющий решетку линзовых элементов и решетку точечных отверстий, совпадающих с многочисленными линзами в каждом субпикселе или в пределах ширины флуоресцентной полоски. Как еще один пример, призматический слой или слой диэлектрика с большой диэлектрической постоянной могут также использоваться как часть входного слоя 411, чтобы возвращать свет обратно к экрану, в том числе свет возбуждения и видимый свет, излучаемый флуоресцентным слоем. Для повышения яркости экрана для наблюдателя первый дихроичный слой 412 (D1) может помещаться на пути прохождения луча 120 возбуждения перед флуоресцентным слоем 400 (например, на стороне возбуждения флуоресцентного слоя 400), чтобы пропускать свет на длине волны луча 120 возбуждения и отражать видимый свет, излучаемый флуоресцентным слоем 400. Первый дихроичный слой 412 может уменьшить оптические потери флуоресцентного света и, таким образом, увеличить яркость экрана. На стороне наблюдателя флуоресцентного слоя 400, может быть обеспечен второй дихроичный слой 421 (D2), чтобы пропускать видимый свет, излучаемый флуоресцентным слоем 400, и отражать свет на длине волны луча 120 возбуждения. Следовательно, второй дихроичный слой 421 может возвращать свет возбуждения, который проходит через флуоресцентный слой 400, назад к флуоресцентному слою 400 и, таким образом, увеличивать эффективность использования света возбуждения и яркость экрана.
На стороне наблюдателя флуоресцентного слоя 400 может быть введен слой 422, повышающий контрастность, чтобы улучшить контрастность экрана. Слой 422, повышающий контрастность, может содержать цветоизбирательные поглощающие полоски, которые пространственно соответствуют и выравниваются с флуоресцентными полосками флуоресцентного слоя 400 в направлении, перпендикулярном слоям экрана. Поэтому цветоизбирательные поглощающие полоски пропускают свет цветов, соответствующих цветам флуоресцентных полосок, и, соответственно, поглощают свет цветов других флуоресцентных полосок. Альтернативно, слой 422, повышающий контрастность, может быть слоем оптического фильтра с нейтральной плотностью, который равномерно ослабляет видимый свет для снижения блика экрана за счет отражения рассеянного света. Эта функция фильтрации с нейтральной плотностью может также быть осуществлена в одном или более других слоях со стороны наблюдателя флуоресцентного слоя 400, в том числе слоя подложки 424.
Кроме того, экран может содержать слой 423 усиления экрана на стороне наблюдателя флуоресцентного слоя 400, чтобы оптически увеличивать яркость и угол обзора экрана. Слой 423 усиления может содержать двояковыпуклый слой с линзовыми элементами, дифракционный оптический слой из дифракционных элементов, голографический слой с голографическими элементами или их комбинацию и другие структуры. Пространственная последовательность слоев 423, 422 и 421 со стороны наблюдателя флуоресцентного слоя 400 может отличаться от той, которая показана на фиг.4.
Дополнительно, слой 425 блокирования возбуждения может быть размещен на стороне наблюдателя флуоресцентного слоя 400, чтобы загораживать любой свет возбуждения от света, окружающего экран, в сторону наблюдателя. Этот слой может быть осуществлен с помощью материала, который пропускает видимый свет и поглощает свет возбуждения. Например, в качестве этого слоя может использоваться цветовой фильтр на основе полиэфира, чтобы отделять свет возбуждения, который может быть излучением с длиной волны от 400-415 нм. В некоторых вариантах осуществления этот блокирующий фильтр на длине волны ниже 410 нм может иметь пропускание меньше 0,01%, в то же время имея пропускание больше 50% на длинах волн выше 430 нм. В этот слой также может быть включена функция фильтрации с нейтральной плотностью, например, имеющая равномерное ослабление видимого света между 430 нм и 670 нм. Эта функция заграждения может быть введена в слой 424 подложки.
На фиг.4 дихроичный слой D2 (421), который заграждает свет возбуждения (например, ультрафиолетовый) и пропускает видимый свет, и фильтр 422 с оптической нейтральной плотностью (ND) могут формироваться на стороне наблюдателя светоизлучающего слоя. Поскольку подложка 424 основания расположена на стороне наблюдателя, подложка 424 основания может быть изготовлена из материала, прозрачного или частично прозрачного для видимого окрашенного света, излучаемого светоизлучающим слоем. Частично прозрачный материал, имеющий равномерное ослабление видимого света, в том числе света трех цветов, излучаемого светоизлучающими полосками, может использоваться в подложке 424 основания, чтобы работать в качестве фильтра с оптической нейтральной плотностью (ND). Кроме того, подложка основания 424 может быть сделана отражающей и непрозрачной для света возбуждения луча 120 возбуждения, чтобы не допускать свет возбуждения к наблюдателю и возвращать непоглощенный свет возбуждения назад к светоизлучающему слою.
На фиг.5 показан пример многослойного экрана с параллельными светоизлучающими полосками, присоединенными к слою 510 линзовой решетки. Подложка 424 основания обеспечивается на стороне наблюдателя экрана, чтобы нести на себе различные слои экрана, и может быть изготовлена из пластмассы и других материалов. Светоизлучающий слой соединен с подложкой 424 через прозрачный связующий слой 540 и содержит параллельные и отделенные друг от друга светоизлучающие полоски, такие как полоски 401, 402 и 403, показанные на фиг.4. Каждая полоска поглощает свет 120 возбуждения, чтобы излучать видимый свет на видимой длине волны, отличной от длины волны возбуждения. В этом примере каждая светоизлучающая полоска содержит полоску светоизлучающего материала 401, 402 или 403, который поглощает свет возбуждения, чтобы излучать видимый свет, и полоску прозрачного материала 501, такого как прозрачный наполнитель, расположенного между полоской светоизлучающего материала и слоем 520 решетки точечных отверстий. Параллельные разделители полосок чередуются со светоизлучающими полосками, причем каждый разделитель полосок расположен между двумя смежными светоизлучающими полосками. Каждый разделитель полосок является оптически отражающим и непрозрачным, чтобы оптически изолировать две смежных светоизлучающих полоски для повышения чистоты цветов и контрастности изображения. В этом примере каждый разделитель полосок содержит оптически непрозрачное ядро 531, такое как черный, оптически поглощающий материал, и оптически отражающий слой 532, сформированный на двух сторонах оптически непрозрачного ядра 531, которые связываются с двумя смежными светоизлучающими полосками, соответственно.
Слой 510 линзовой решетки формируется на прозрачном слое 512 поддержки линзовой решетки, чтобы образовать двумерную решетку из линз 511, и расположен на стороне возбуждения светоизлучающего слоя, чтобы направлять свет 120 возбуждения на светоизлучающий слой. Каждая линза 511 имеет размер, меньший, чем ширина каждой светоизлучающей полоски, и в пределах ширины каждой светоизлучающей полоски присутствует множество линз, например четыре линзы 511 на полоску.
Экран на фиг.5 содержит слой 550 решетки точечных отверстий в комбинации со слоем линзовой решетки. Слой 520 решетки точечных отверстий формируется между слоем 510 линзовой решетки и светоизлучающим слоем, чтобы содержать отражающий и непрозрачный слой 522, который перекрывает слой 510 линзовой решетки и выполнен по образцу двухмерной решетки 521 точечных отверстий, которые выровнены с линзами 511, соответственно, так чтобы свет 120 возбуждения, который фокусируется каждой линзой 511 в соответствующее отверстие 521 для этой линзы 511, мог пройти через отражающий и непрозрачный слой 522, чтобы достигнуть светоизлучающего слоя, в то время как свет возбуждения в других направлениях, где отсутствует отверстие 521, блокируется и отражается отражающим и непрозрачным слоем 522. Каждая полоска может охватывать множество линз 511, например микролинз с диаметром в диапазоне порядка десятков микрон (например, 20 микрон), и свет 120 возбуждения, принятый каждой полосой или субпикселом, преобразуется во множество сходящихся минилучей возбуждения линзами 511. Фокусировка каждой линзы 511 направляет большую часть оптической мощности через соответствующее точечное отверстие 521, чтобы увеличить способность прохождения света 120 возбуждения к светоизлучающему слою. Слой 510 линзовой решетки может быть разработан таким образом, чтобы иметь коэффициент заполнения 100% или почти 100% и создать высокую эффективность пропускания света через отражающий и непрозрачный слой 522. Эта конструкция гарантирует, что свет 120 возбуждения, который принимается слоем 510 линзовой решетки, проходит через слой 520 решетки точечных отверстий, чтобы достигнуть светоизлучающего слоя. В этом отношении, эта комбинация слоя 510 линзовой решетки и слоя 520 решетки точечных отверстий обеспечивает функции входного слоя 411 на фиг.4.
Кроме того, слой 520 решетки точеных отверстий использует отражающий и непрозрачный слой 522 в качестве блокирующего средства для света, направленного от светоизлучающего слоя к слою 520 решетки точечных отверстий, поскольку при отсутствии линзы между светоизлучающим слоем и слоем 520 решетки точечных отверстий такой свет в направлении слоя 520 решетки точечных отверстий рассеивается во всех направлениях. В частности, видимый свет, излучаемый светоизлучающим слоем, присутствует во всех направлениях. Полоска 501 с прозрачным наполнителем помещается между светоизлучающим материалом 401, 402 или 403 и слоем 520 решетки точечных отверстий, чтобы создать пространство распространения для видимого света, излучаемого светоизлучающим материалом и позволить достаточное расхождение излученного видимого света, который проходит в направлении слоя 520 решетки точечных отверстий, прежде чем достигнет любого точечного отверстия 511. Например, полоска 501 прозрачного наполнителя может иметь толщину десятки микрон, чтобы создать достаточное расхождение излученного видимого света. Минимальная толщина прозрачной полоски 501 может быть установлена равной половине фокусного расстояния каждой линзы 511. В результате только малая часть такого света может пройти через точечные отверстия 521 в слое 520 решетки точечных отверстий и большая часть видимого света и непоглощенного света возбуждения отражается отражающим и непрозрачным слоем 522 назад к светоизлучающему слою. Такой отраженный свет "возвращается", чтобы улучшить яркость и оптическую эффективность экрана. В этом отношении такая комбинация слоя 510 линзовой решетки и слоя 520 решетки точечных отверстий также работает подобно дихроичному слою D1 (411) на фиг.4.
Комбинация слоя 510 линзовой решетки и слоя 520 решетки точечных отверстий является сборочным узлом 500 линзовой решетки, как показано на фиг.5. Адгезивный слой 530 может быть размещен между светоизлучающим слоем и слоем 520 решетки точечных отверстий, чтобы прикрепить сборочный узел 500 линзовой решетки к светоизлучающему слою. Адгезивный слой 530 может быть, например, слоем прозрачного клея.
На фиг.6A, 6B и 6C показаны дополнительные подробности сборочного узла 500 линзовой решетки. На фиг.6A показан вид сверху в направлении от стороны возбуждения к стороне наблюдателя. В этом конкретном примере каждая линза 511 имеет шестигранную форму и стыкуется бок о бок с шестью смежными линзами 511 без какого-либо промежутка, чтобы иметь коэффициент заполнения 100%. Могут также использоваться и другие формы линзы. На фиг.6B показан вид в перспективе сборочного узла 500 линзовой решетки. На фиг.6C показан вид в поперечном разрезе линзы 511 вдоль того же самого направления вида в разрезе, показанного на фиг.5.
На фиг.7A, 7B и 7C показан пример лазерного процесса изготовления с лазерной абляцией для получения точечных отверстий 521 на сборочном узле 500 линзовой решетки, чтобы автоматически выравнивать каждое отверстие 521 с соответствующей линзой 511. Слой 510 линзовой решетки имеет одну сторону, являющуюся плоской поверхностью. Черный поглощающий слой 710 может быть сформирован на плоской поверхности и поглощает свет возбуждения. Это поглощение может облегчить лазерную абляцию. Толщина слоя 710 может составлять, например, примерно 100 нм. Поверх черного поглощающего слоя 710 формируется отражающий и непрозрачный металлический слой 522 желаемой толщины, чтобы быть оптически непрозрачным. Напыленный алюминиевый слой толщиной от 400 нм до 700 нм может использоваться как слой 522. На фиг.7B показан процесс лазерной абляции. Сканирующий абляционный лазерный луч 720 направляется от лазерного источника и сканируется тем же самым способом, что и луч 120 возбуждения в системе отображения, показанной на фиг.1, 3A, 3B или 3C, так чтобы абляционный лазерный луч 720 следовал по траектории сканирования и в направлении луча 120 возбуждения в каждом месте на экране. При таком режиме сканирования точка 722 фокуса абляционного луча 720 на металлическом слое 522 изменяет свое местоположение от одной линзы 511 к другой линзе 511 относительно точки фокуса на оптической оси каждой линзы 511 благодаря изменяющимся направлениям падения сканирующего луча 720 лазерной абляции относительно перпендикулярного направления падения. Поэтому положения точечных отверстий 521 для линз 511 определяются направлениями сканирующего луча 720 абляции при попадании, соответственно, на линзы 511. На фиг.7B показано это соотношение между сканирующим лучом 720 абляции и местоположением фокуса луча относительно оптической оси каждой из 5 линз в центре экрана в направлении горизонтального сканирования. Смещение местоположения фокуса луча за счет сканирования луча 720 происходит как в горизонтальном, так и в вертикальном направлениях. На фиг.7C показаны результирующие точечные отверстия 521.
Поэтому решетка 521 точечных отверстий в слое 520 решетки точечных отверстий не точно соответствует по положению решетке линз 511 в слое 510 линзовой решетки. Линзы 511 в слое 510 линзовой решетки являются периодической решеткой с равномерным разносом от линзы к линзе по решетке. Точечные отверстия 521 в слое 520 решетки точечных отверстий не являются периодическими и имеют переменный разнос от отверстия к отверстию по обоим направлениям. Каждое отверстие 521 соответствует только одной линзе 511 и не выравнивается с центром соответствующей линзы 521 вдоль оптической оси линзы 511, кроме как в том месте экрана, где сканирующий луч находится в направлении перпендикулярного падения. Эта конструкция слоя 520 решетки точечных отверстий обеспечивает автоматическое выравнивание между каждым отверстием и сканирующим лучом 120 возбуждения, когда экран используется в реальной системе отображения. Как результат, оптические потери света возбуждения в сборочном узле 500 линзовой решетки снижаются.
Металл в месте 722 расположения фокуса в каждой линзе 511 иссекается и удаляется, чтобы сформировать сквозное отверстие как точечное отверстие 521. Этому процессу абляции помогает поглощение излучения лазера в черном поглощающем слое 710 в месте 722 расположения фокуса, а также выполняется согласующее отверстие в черном поглощающем слое 710. Точечное отверстие 521 может быть сделано большим, чем размер пятна луча на поверхности 522, чтобы обеспечить допуск для производственного допуска и для изменения фокусировки луча благодаря разности в длинах волн между абляционным лазерным лучом 720 (например, 520 нм) и лазерным лучом 120 возбуждения (например, меньше 420 нм).
То есть описанные выше и другие конструкции экранов в этой заявке, по существу, исключают любое точное оптическое выравнивание между различными слоями экрана. Слой 510 линзовой решетки 510 и слой 520 решетки точечных отверстий изготавливаются как единый сборочный узел 500 с помощью описанного выше процесса самовыравнивающейся лазерной абляции. Этот сборочный узел 500 соединяется со светоизлучающим слоем, чтобы перекрываться друг с другом. Каждую линзу 511 и ее соответствующее точечное отверстие 521 не требуется точно выравнивать с любой полоской или любым другим признаком в светоизлучающем слое. Поэтому эти и другие различные слои экрана могут относительно легко собираться вместе, чтобы формировать готовый экран.
На фиг.8 показан другой пример многослойного экрана с параллельными светоизлучающими полосками, соединенными со сборочным узлом 500 линзовой решетки. В этом примере разделители 801 полосок, чередующиеся со светоизлучающими полосками, изготавливаются из оптически отражающего и непрозрачного материала, такого как металл, смесь отражающих шариков и связующего материала, и материала белого цвета (например, смола с наполнением TiO2 или смола с наполнением сульфатом бария). Шарики могут быть изготовлены из диэлектрического материала с показателем преломления, большим, чем показатель преломления материала, связующего шарики, чтобы добиться оптического отражения, и могут иметь различные размеры, например, от нескольких микрон до десятков микрон или сотен микрон. Каждый шарик может быть частично или полностью иметь металлическое покрытие. Коэффициент отражения материала белого цвета может быть больше 90% в диапазоне от 400 нм до 650 нм. Кроме того, слой 810 черненых поглощающих полосок может быть сформирован на грани каждого полоскового делителя, который обращен к наблюдателю (то есть в направлении от слоя 510 линзовой решетки), чтобы снизить отражение или блик для разделителей.
На фиг.9 и 10 показаны два экрана, которые используют комбинацию слоя 910 линз Френеля и дихроичного слоя 920, чтобы заменить сборочный узел линзовой решетки в экранах, показанных, соответственно, на фиг.5 и 8. Слой 910 линз Френеля 910 располагается на стороне возбуждения экрана в качестве входного слоя, чтобы покрыть всю площадь экрана, которая принимает луч 120 возбуждения. Слой 910 линз Френеля может быть сформирован в диэлектрической подложке, которая может быть изготовлена, например, из стекла или пластмассы. Для формирования слоя 910 линз Френеля может использоваться, например, акриловая пластмасса. Диэлектрический слой с показателем преломления, отличным от показателя преломления для слоя 910 линз Френеля, может быть сформирован между слоем 910 линз Френеля и остальной частью экрана, чтобы создать разность в показателе преломления от слоя 910 линз Френеля до следующего слоя экрана, например, дихроичного слоя 920. Этот слой может быть воздушным промежутком или диэлектрическим материалом, прозрачным для света возбуждения. Слой 910 линз Френеля имеет кольца Френеля и может быть выполнен с возможностью перенаправления падающего сканирующего луча 120 возбуждения за счет оптической дифракции, рефракции или и того и другого для падающего луча, который приблизительно перпендикулярен к экрану. Слой 910 линз Френеля может иметь телецентрическую конфигурацию для падающего сканирующего луча 120 возбуждения.
Дихроичные слои 910 могут быть осуществлены в различных конфигурациях. Для дисплеев большого формата такой дихроичный слой может быть изготовлен из относительно недорогих материалов и быть относительно простым для производства. Многочисленные диэлектрические слои могут быть разработаны так, чтобы создавать различные оптические избирательные фильтры, управляя значениями показателей преломления и физической толщины слоев. Например, чтобы достигнуть желательных избирательных по длине волны спектров отражения и пропускания, могут быть разработаны многочисленные слои чередующихся слоев с высокой и низкой диэлектрической постоянной. Многочисленные листы пленок с различными показателями преломления могут быть ламинированы или сплавлены вместе, чтобы создать композитный лист в качестве дихроичного слоя D1 или D2. В некоторых вариантах осуществления многочисленные слои из двух различных материалов с различными показателями могут использоваться для формирования композитной многослойной пленки, размещая эти два материала чередующимся образом. В других вариантах осуществления три или более различных материалов с различными показателями могут быть пакетированы вместе, чтобы образовать композитную многослойную пленку дихроичного слоя 920. Такой композитный лист для дихроичного слоя 920 является, по существу, оптическим интерференционным рефлектором, который пропускает свет возбуждения (например, ультрафиолетовый свет) и отражает цветной видимый свет. Материалами композитных листов могут быть органические материалы, неорганические материалы или комбинация органических и неорганических материалов, которые могут быть жесткими или гибкими.
Гибкий многослойный композитный лист может быть изготовлен из полимерных, неполимерных материалов или из полимерных и неполимерных материалов. Примеры пленок, содержащих полимерный и неполимерный материал, раскрыты в патенте США №6010751, озаглавленном "Method for forming a multicolor interference coating" (Способ формирования многоцветного интерференционного покрытия), и в патенте США №6172810, озаглавленном "Retroreflective articles having polymer multilayer reflective coatings" (Ретрорефлективные изделия с полимерными многослойными отражающими покрытиями), которые содержатся здесь посредством ссылки во всей полноте как часть описания настоящей заявки. Полностью полимерная конструкция композитного листа может предложить производственные и экономические выгоды. Высокотемпературные полимеры с большими различиями в оптических показателях пропускания и показателях преломления могут быть использованы, чтобы создать интерференционный фильтр, стабильный при воздействии окружающей среды, тонкий и гибкий. Коэкструдированные многослойные интерференционные фильтры, раскрытые в патенте США №6531230, озаглавленном "Color shifting film" (Цветосдвигающая пленка), могут использоваться для обеспечения точного выбора длины волны и пленочные фильтры могут изготавливаться большой площади при относительно низких затратах. Полное раскрытие патента США №6531230 содержится здесь посредством ссылки как часть описания настоящей заявки. Использование пар полимеров, имеющих высокую разность показателей преломления, позволяет иметь тонкие, с высокой отражающей способностью зеркала, которые не требуют подложки и могут легко обрабатываться для создания больших экранов. Такой композитный лист функционально является частью многослойной оптической пленки (MOF), которая может быть, например, набором чередующихся слоев полиэтилентерефталата (PET) и кополиметилметакрилата (PMMA), чтобы иметь полосу отражения для перпендикулярно падающих лучей, подходящую для экранных применений. Как пример, улучшенный зеркальный отражатель (ESR), изготовленный из пленки на основе многослойного полиэфира от компании 3M Corporation, может быть выполнен с возможностью получения полос дихроичного отражения и пропускания, желательных для настоящей заявки. Примеры различных признаков многослойных пленок описаны в патенте США №5976424, озаглавленном "Method for making multilayer optical films having thin optical layers" (Способ изготовления многослойных оптических пленок с тонкими оптическими слоями), патенте США №5080467, озаглавленном "Biphenyl derivatives for photostabilization in pulsed optical darkening apparatus and method" (Производные бифенила для фотостабилизации в импульсном оптическом устройстве и способе затемнения), и в патенте США №6905220, озаглавленном "Backlight system with multilayer optical film reflector" (Система подсветки с многослойным оптическим пленочным рефлектором", каждый из которых содержится здесь посредством ссылки как часть описания настоящей заявки.
В приведенных выше примерах каждая светоизлучающая полоска содержит полоску светоизлучающего материала (например, 401, 402 или 403), которая поглощает свет возбуждения, чтобы излучать видимый свет, и полоску прозрачного материала 501. Такая структура может быть изготовлена с использованием различных процессов, в том числе прямой печатью светоизлучающих полосок люминофора на слой экрана. Ниже описан пример процесс формовки и переноса, показанный на фиг.11А, 11В и 11C, где полоски светоизлучающего люминофора первоначально формуются в форме и затем удаляются из формы и переносятся на слой экрана.
На фиг.11А показана форма, пригодная для изготовления светоизлучающего слоя. Форма содержит основание 1101 формы и параллельные канавки 1120, сформированные между разделителями 1130 канавок на основании 1101 формы. Правильность размеров формы может быть достигнута известными способами точной механической обработки, такими как алмазное точение. Внутренние поверхности канавок в форме могут обрабатываться до нанесения светоизлучающих материалов, чтобы облегчить отделение каждой светоизлучающей полоски от формы. Например, внутренние поверхности каждой канавки 1120 могут быть покрыты нанесенным электрогальванически слоем никеля или покрыты слоем поверхностного смазочного материала (например, тефлона).
После того, как форма подготовлена, светоизлучающие материалы, такие как материалы люминофора, наносятся в параллельные канавки 1120 формы (фиг.11В и 11С), так чтобы в две смежные канавки 1120 наносились два разных светоизлучающих материала, которые излучают свет на двух различных длинах волн. Процесс печати, такой как процесс трафаретной печати, может использоваться для печати чернил люминофора в форму. Объем каждого светоизлучающего материала в каждой соответствующей канавке управляется во время процесса печати, чтобы частично заполнить каждую канавку 1120. Это может быть достигнуто, например, путем управления параметрами трафаретной печати, такими как скорость резинового валика, угол атаки, вязкость чернил, ширина зазора трафаретной маски и т.д. Альтернативно, объем люминофора также может управляться, замешивая в чернила летучие вещества, которые испаряются и позволяют люминофору осаждаться на дно каждой канавки формы. После испарения летучих веществ чернила могут иметь вогнутую верхнюю поверхность (фиг.11C).
После того, как материалы люминофора нанесены, в каждую канавку 1120 поверх соответствующего светоизлучающего материала наносится жидкий материал, чтобы заполнить канавку 1120. Например, для заполнения формы может быть нанесен оптически прозрачный жидкий материал, такой как компаунд Norland 61, отверждаемый ультрафиолетовым светом, или формовочный компаунд Addison Clear Wave AC A109-TR РН UV. Для удаления избыточного материала с верхней части формы используется резиновый валик.
Далее, жидкий материал преобразуется в прозрачный твердый материал 501, который приклеивается к каждому светоизлучающему материалу в каждой канавке 1120. Например, прозрачный материал 501 может полностью или частично отверждаться под действием ультрафиолетового света или теплоты, чтобы помочь удалению из формы. Верхняя поверхность прозрачного материала 501 может оставаться вязкой после преобразования для простоты соединения с другим слоем экрана. На фиг.11D показан пример формы с конкретными размерами.
Описанный выше сформованный светоизлучающий слой в дальнейшем удаляется из формы и присоединяется к другому слою экрана. При этом процессе слой экрана размещается на форме, так чтобы контактировать и соединяться с прозрачным твердым материалом. Слой экрана снимается, чтобы вынуть полоску, сформированную прозрачным твердым материалом 501 и каждым светоизлучающим материалом, из формы, чтобы образовать светоизлучающий слой параллельных светоизлучающих полосок, и крепится к другому слою экрана.
На фиг.12A и 12B показан подъем светоизлучающего слоя, используя сборочный узел 500 линзовой решетки. Сначала предварительно собранный сборочный узел 500 линзовой решетки ориентируется так, чтобы прозрачный адгезивный слой 530 был обращен к открытым прозрачным наполнителям 501 в канавках 1120 формы, показанной на фиг.11D. Предварительно собранный сборочный узел 500 линзовой решетки с нажимом помещается в форму, чтобы позволить прозрачному адгезивному слою 530 и прозрачному наполнителю 501 войти в соединение друг с другом (фиг.12A). Затем, как показано на фиг.12B, сборочный узел 500 линзовой решетки снимается для удаления от основания 1101 формы, чтобы позволить удалить полоски прозрачного наполнителя 501 и полоски (401, 402, 403, и т.д.) люминофора, прикрепленные к прозрачному наполнителю 501, из канавок 1120. Этот процесс подъема облегчается наличием адгезии между прозрачным адгезивным слоем 530 и прозрачным наполнителем 501 и предварительной обработки внутренних поверхностей канавок 1120 в форме, чтобы облегчить отделение каждой светоизлучающей полоски от формы.
На фиг.13A-13D показан остальной процесс изготовления экрана, показанного на фиг.5. После подъема из формы светоизлучающего слоя, состоящего из параллельных светоизлучающих полос, металлический отражающий слой покрывается светоизлучающими полосками, чтобы покрыть открытые поверхности светоизлучающего материала и прозрачного твердого материала и поверхность над слоем экрана между двумя смежными светоизлучающими полосками (фиг.13A). Часть этого слоя на боковых поверхностях является отражающим слоем 532 на фиг.5 и часть слоя на верхней поверхности светоизлучающего материала (например, люминофор) показана как слой 1310, который позже удаляется. Материал 531 наполнителя добавляется, чтобы заполнить зазоры между двумя смежными светоизлучающими полосками, и материал 531 может быть материалом, который поглощает свет, таким как черный пигмент. Затем, часть материала 531 наполнителя, металлический слой 1310 сверху светоизлучающего материала (например, люминофора) и часть светоизлучающего материала удаляются, чтобы образовать плоскую поверхность, которая обнажает светоизлучающий материал на каждой светоизлучающей полоске. На фиг.13C показана открытая верхняя поверхность 1330 люминофора и верхняя поверхность наполнителя, которые образуют плоскую поверхность. В это время другой слой экрана может быть помещен на плоской поверхности. На фиг.13 показано, как подложка 424 основания может быть прикреплена к плоской поверхности, используя прозрачный связующий слой 540.
На фиг.14A, 14B и 14C показано использование снимаемого слоя 1401 для удаления сформованного светоизлучающего слоя из формы и соединения с другим слоем экрана, таким как сборочный узел 500 линзовой решетки. Этот снимаемый слой 1401 становится частью экрана и может быть сконструирован таким образом, чтобы достигнуть желаемой длины пути распространения между слоем 520 решетки точечных отверстий и люминофором. Этот снимаемый слой 1401 может быть изготовлен из различных прозрачных веществ, в том числе из тонкой пластмассовой или полиэфирной пленки, таких как майларовая пленка толщиной от 6 микрон до 25 микрон. Сначала снимаемый слой 1401 с нажимом помещается в форму, чтобы позволить снимаемому слою 1401 и прозрачному наполнителю 501 соединиться друг с другом (фиг.14A). Тонкий адгезивный слой может быть нанесен на другой снимаемый слой 1401 или открытые поверхности прозрачного наполнителя 501, чтобы помочь соединению между снимаемым слоем 1401 и прозрачным наполнителем 501. Затем, как показано на фиг.14B, снимаемый слой 1401 снимается, чтобы быть снятым с основания 1101 формы для удаления из канавок 1120 полосок прозрачного наполнителя 501 и полосок (401, 402, 403, и т.д.) люминофора, скрепленных с прозрачным наполнителем 501. На фиг.14C дополнительно показан этот процесс сборки с соединением сборочного узла 500 линзовой решетки, показанного на фиг.5, с снимаемым слоем 1401 как одной из частей экрана. Предварительно собранный сборочный узел 500 линзовой решетки ориентируется так, чтобы прозрачный адгезивный слой 530 был обращен к снимаемому слою 1401. Предварительно собранный сборочный узел 500 линзовой решетки и снимаемый слой 1401 прижимаются друг к другу, чтобы позволить прозрачному адгезивному слою 530 и снимаемому слою 1401 соединиться друг с другом. Дополнительные слои экрана затем помещаются поверх полосок люминофора (401, 402, 403, и т.д.), чтобы завершить изготовление экрана.
Со ссылкой на фиг.13C, верхняя поверхность люминофора 1330 в каждой полоске обращена к стороне наблюдателя экрана. Воздушный промежуток или слой диэлектрика с низким показателем преломления могут быть сформированы между поверхностью 1330 люминофора и слоем 424 подложки основания, чтобы улучшить прохождение излучаемого видимого света к наблюдателю через подложку 424 основания. В одном варианте осуществления поверхностные текстуры на открытой поверхности 1330 светоизлучающего материала могут быть сформированы во время процесса удаления или при отдельном процессе обработки поверхности, чтобы сформировать воздушные промежутки между светоизлучающим материалом и слоем экрана, скрепленными по плоской поверхности 1330. Снимаемый слой 1401 может быть материалом с низким показателем преломления, который меньше, чем у люминофора.
Для экрана с подобной и немного другой многослойной структурой может использоваться другой процесс формовки. На фиг.15A-15J показан этот другой процесс формовки.
На фиг.15A показана форма, пригодная для изготовления светоизлучающего слоя для экрана. Форма содержит основание 1501 формы и узкие параллельные формовочные канавки 1510, сформированные между широкими разделителями 1520 формы на основании 1501 формы. Канавки 1510 используются для формовки разделителей полосок между смежными светоизлучающими полосками на экране и пространство, занятое разделителями 1520 формы, используется для формовки светоизлучающих полосок на экране. Правильность размеров формы может быть достигнута с помощью известных способов точной механической обработки, таких как алмазное точение. Внутренние поверхности формовочных канавок 1510 и верхние поверхности формовочных разделителей 1520 формы могут быть обработаны, чтобы облегчить отделение сформованной структуры от формы. Например, внутренние поверхности каждой канавки 1510 и верхние поверхности формовочных разделителей 1520 могут быть покрыты нанесенным электрогальванически слоем никеля или покрыты слоем поверхностного смазочного материала (например, тефлона). Материал разделителя полосок, такой как оптически непрозрачный материал (например, черные чернила), наносится в параллельные канавки 1510 формы, чтобы заполнить канавки 1510. Процесс печати, такой как процесс трафаретной печати, может использоваться для печати материала разделителя полосок в форму. Материал разделителя полосок может быть отверждаемым ультрафиолетовым светом черным материалом, который поглощает свет. Избыток материала разделителя полосок удаляется, чтобы сформировать плоскую поверхность с верхними поверхностями разделителей 1520 формы.
На фиг.15B показано формование отверждаемого ультрафиолетовым светом прозрачного слоя 1540 поверх открытых поверхностей заполняющего разделители 1530 полосок материала и верхних поверхностей разделителей 1520 формы. Сначала отверждаемый ультрафиолетовым светом материал для прозрачного слоя 1540 накладывается и размещается в прямом контакте с верхними открытыми поверхностями заполняющего разделители 1530 полосок материала и верхние поверхности разделителей 1520 формы. Затем отверждаемый ультрафиолетовым светом материал для прозрачного слоя 1540 подвергается воздействию ультрафиолетового света, чтобы отвердить материал, так чтобы отверждаемый ультрафиолетовым светом материал соединялся с материалом 1530 разделителя полосок. Этот отверждаемый ультрафиолетовым светом прозрачный слой 1540 может использоваться в некоторых экранах и может исключаться в других экранах.
Затем несущий слой 1560 и адгезивный слой 1550 присоединяются к верхней поверхности верхней части открытых поверхностей заполняющего материала 1530 разделителей полосок и верхним открытым поверхностям делителей 1520 формы при отсутствии отверждаемого ультрафиолетовым светом прозрачного слоя 1540. Когда отверждаемый ультрафиолетовым светом слой 1540 присутствует, несущий слой 1560 и адгезивный слой 1550 прикрепляются к верхней поверхности отверждаемого ультрафиолетовым светом прозрачного слоя 1540. Адгезивный слой 1550 может быть разделяемым ультрафиолетовым слоем адгезивным слоем, имеющим нижний клеевой слой 1551, который прилипает к отверждаемому ультрафиолетовым слоем прозрачному слою 1540 и верхнему пластмассовому или полиэфирному заднему слою 1552, который присоединяется к несущему слою 1560. Одним из примеров адгезивного слоя 1550 является разделяемая ультрафиолетовым светом адгезивная лента, используемая при резке полупроводниковых пластин, для которой адгезивная поверхность становится неадгезивной, когда подвергается воздействию ультрафиолетового света. Этот процесс связывает несущий слой 1560 с отверждаемым ультрафиолетовым светом прозрачным слоем 1540 за счет адгезивного слоя 1550 (фиг.15C). Несущий слой 1560 затем снимается в формы, чтобы удалить разделители 1530 полосок из формовочных канавок 1510 и сформировать параллельную решетку канавок 1533 полосок люминофора между смежными разделителями 1530 полосок (фиг.15D).
Затем отражающее покрытие 1570, такое как металлический слой (например, алюминий), осаждается на поверхности разделителей 1530 полосок и нижние поверхности канавок 1533 полосок для люминофора (фиг.15E). Этот отражающий слой должен возвращать свет, чтобы повышать оптическую эффективность экрана. Далее, светоизлучающие материалы, такие как материалы люминофора, наносятся в параллельные канавки 1533, так чтобы в два смежных паза 1533 наносились два различных светоизлучающих материала, которые излучают свет на двух различных длинах волн. Процесс печати, такой как процесс трафаретной печати, может использоваться для впечатывания чернил люминофора в пазы 1533. Объем каждого светоизлучающего материала в каждом соответствующем пазу 1533 управляется во время процесса печати, чтобы частично заполнить каждую канавку 1533 ниже верхней поверхности разделителей 1530 полосок на выбранное расстояние h (фиг.15F). Таким образом, формируются полоски люминофора (401, 402, 403 и т.д.) с верхними поверхностями 1580. Чтобы отверждать материалы, для освещения заполняющих материалов люминофора может быть использован ультрафиолетовый свет. Ультрафиолетовый свет не проникает через отражающий металлический слой 1570, так что адгезия незатронутого ультрафиолетовым светом адгезивного слоя 1550 остается незатронутой. Пространство выше материалов люминофора может оставаться пустым или заполненным оптически прозрачным жидким материалом, таким как отверждаемый ультрафиолетовым светом формовочный компаунд Norland 61 или формовочный компаунд Addison Clear Wave AC A109-TR UV, который преобразуется в прозрачный твердый материал, соединяемый с каждым светоизлучающим материалом в каждой канавке 1533.
В этой конструкции верхние поверхности полосковых делителей 1530 ориентированы так, чтобы быть обращенными в сторону наблюдателя готового экрана. Следовательно, части отражающего покрытия 1570 на верхних поверхностях полосковых делителей 1530 должны быть удалены, чтобы снизить отражение или блик в сторону наблюдателя экрана. Это может быть достигнуто путем удаления верхнего слоя отражающего покрытия 1570 до тех пор, пока непрозрачный материал наполнителя полосковых делителей 1530 не будет открыт в качестве непрозрачной верхней поверхности 1531 (фиг.15G). Этот процесс удаления может быть достигнут, используя различные технологии, в том числе, в частности, полировкой и пескоструйной очисткой.
Затем подложка 424 основания присоединяется к верхним поверхностям 1531 и верхним поверхностям прозрачных наполнителей 501 с помощью адгезивного слоя (фиг.15Н). В это время ультрафиолетовый свет может быть направлен сквозь несущий слой 1560 и адгезивный слой 1550, чтобы заставить адгезивный слой 1550, разделяемый ультрафиолетовым светом, терять свою адгезию и, таким образом, освобождать конструкцию экрана, как показано на фиг.15I. Отверждаемый ультрафиолетовым светом прозрачный слой 1540 может быть удален (фиг.15J).
На фиг.16 и 17 дополнительно показаны два примера экранов, основанные на конструкции экрана, показанной на фиг.15J. На фиг.16 сборочный узел 500 линзовой решетки 500, показанный на фиг.5, присоединяется к экранной конструкции, показанной на фиг.15J, на стороне возбуждения. На фиг.17 дихроичный слой 920, показанный на фиг.9, крепится к экранной конструкции, показанной на фиг.15J, на стороне возбуждения.
На фиг.18 показан другой пример конструкции экрана со слоем линз Френеля. В этом примере слой 422 повышения контрастности, показанный на фиг.4, осуществляется как слой 1810 цветного фильтра с красным, зеленым и синим фильтрами 1811, 1812 и 1813, которые пространственно соответствуют и выравниваются с флуоресцентными полосками на флуоресцентном уровне по направлению, перпендикулярному слоям экрана. Цветоизбирательные поглощающие полоски 1811, 1812 и 1813 поэтому пропускают свет соответствующих цветов флуоресцентных полосок и поглощают свет цветов других флуоресцентных полосок, соответственно. Адгезивный слой. Непрозрачная область может быть сформирована между двумя смежными фильтрами 1811, 1812 и 1813, чтобы оптически изолировать фильтры для уменьшения смешивания цветов. Этот слой 1810 фильтров может использоваться в других конструкциях экранов, чтобы повысить контрастность изображений на дисплее.
На фиг.18 адгезивный слой 1820 сформирован между слоем 1819 цветных фильтров и слоем люминофора. Этот адгезивный слой 1820 создает зазоры, чтобы образовать воздушный промежуток между полосками люминофора и цветными фильтрами. Этот воздушный промежуток снижает нежелательный ореол изображения, позволяет возвращать обратно ультрафиолетовый свет на уровень люминофора, чтобы увеличить оптическую эффективность. Этот воздушный промежуток может быть установлен с различными значениями толщины, например, 10-20 микрон. При изготовлении тонкий слой клея распределяется по форме и ламинирует многослойную оптическую пленку D1 в адгезивный слой 1820. Затем люминофор счищается из формы. Этот пример показывает воздушные промежутки между различными полосками люминофора, которые могут заполняться непрозрачным отражающим материалом, таким как TiO2, или серебриться, покрываться гальваническим покрытием и выравниваться перед сборкой.
Хотя настоящее описание содержит много конкретных деталей, они должны рассматриваться не как ограничения объема изобретения или того, что может быть заявлено, а скорее как описания признаков, специфических для конкретных вариантов осуществления изобретения. Определенные признаки, описанные в этом описании в контексте отдельных вариантов осуществления, могут также быть осуществлены в комбинации в едином варианте осуществления. Напротив, различные признаки, описанные в контексте единого варианта осуществления, могут также быть осуществлены во многочисленных вариантах осуществления отдельно или в любой соответствующей подкомбинации. Кроме того, хотя признаки могут быть описаны выше как действующие в определенных комбинациях и даже быть первоначально заявлены как таковые, один или более признаков из заявленной комбинации могут в некоторых случаях быть исключены из комбинации, и заявленная комбинация может быть направлена в подкомбинацию или на изменение подкомбинации.
Раскрыты только несколько вариантов осуществления. Однако подразумевается, что изменения, расширения и другие варианты осуществления могут быть сделаны, основываясь на том, что описано и показано в этой патентной заявке.