專利名稱：平板顯示器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種構(gòu)成平板顯示器的方式，通過(guò)采用激光二極管使來(lái)自微型顯示器的圖像投影到錐形面板中。
平板顯示器的屏面較大，足以激勵(lì)我們周圍視覺(jué)的快速反應(yīng)，它將給予畫面非常強(qiáng)的直接性，更因?yàn)樗瞧降模@示器將很容易安裝在房間的墻壁上。然而，常規(guī)平板顯示器的尺寸受制于行和列透明導(dǎo)體的電阻器/電容器時(shí)間常數(shù)、以及平板印刷術(shù)能夠足夠精確以構(gòu)成晶體管的面積。制造屏面對(duì)角線大于1米的有源液晶顯示器的成本非常高，即使成本較低的等離子體顯示器對(duì)大多數(shù)應(yīng)用都太昂貴了，但是成本隨著尺寸而顯著下降，用于視頻投影器的2″×2″(5cm×5cm)的液晶顯示器就比較便宜，而手指甲大小的微型顯示器的成本可望達(dá)到數(shù)美元。
視頻投影器包括一個(gè)二維顯示器、投影透鏡和投影屏，投影透鏡在投影屏上形成二維顯示的放大圖像，它幾乎可以與人們所期望的一樣大。視頻投影器的成本低，因而使用越來(lái)越廣泛，但是如果投影器位于投影屏的前面，那么投影器往往會(huì)妨礙觀眾，或者觀眾會(huì)阻礙投影的光線。另外，除非房間光線暗淡，圖像看上去象褪了顏色，因?yàn)槠聊环稚⒘吮尘肮庖约巴队暗膱D像。投影器可以被改為置于屏幕的背面，使得在觀眾和屏幕之間什么也沒(méi)有，屏幕只分散入射在其背面的光線，但是背投顯示器的體積大。
近來(lái)在PCT/GB01/01209中公開了一種錐形顯示器，它包括視頻投影器和在一個(gè)方向上漸細(xì)的一片玻璃。視頻投影器本身包括近似準(zhǔn)直照明源、微型顯示器、聚光透鏡和投影透鏡，由于光線離開投影透鏡，它們組成一個(gè)狹窄腰部。在這個(gè)點(diǎn)上，這些光線通過(guò)錐形玻璃片的厚端。當(dāng)光線照射在漸細(xì)的玻璃片的厚端時(shí)，每次光線反射離開該錐形的相對(duì)面，相對(duì)于該錐形的一個(gè)面測(cè)量的平面外的角度將改變。最后，由于光線沿錐形傳播足夠遠(yuǎn)，平面外的角度變得大于臨界角，光線在這一點(diǎn)上脫離錐形。由此，由光線入射的角度確定光線離開錐形處進(jìn)入錐形玻璃片的距離。以此方式，使微型顯示器上的二維陣列象素逐一映射到錐形波導(dǎo)的表面上的一個(gè)二維陣列象素。需要有抗反射涂層，以確保在光線到達(dá)臨界角時(shí)所有光線都離開屏幕，因?yàn)榉駝t在圖像的相鄰行之間出現(xiàn)模糊。
錐形顯示器具有背面屏幕投影顯示器的許多優(yōu)點(diǎn)，但是利用激光照射進(jìn)行工作要優(yōu)于利用來(lái)自不相干白光源的照射。這首先是因?yàn)榘坠獠⒉皇菧?zhǔn)直的，第二是因?yàn)樗ê芏嗖ㄩL(zhǎng)，所以抗反射涂層必須更為復(fù)雜且更為昂貴。紅、綠、藍(lán)激光越來(lái)越有效和便宜，但在若干年內(nèi)很可能比弧光更為昂貴，即使是對(duì)只有三個(gè)波長(zhǎng)設(shè)計(jì)的涂層也是復(fù)雜的。
近來(lái)由A Rapaport，F(xiàn) Szipocs，J Milliez，H Jenssen，M Bass，K Schafer和K Belfield在“基于近紅外光的升頻轉(zhuǎn)換的光學(xué)寫入顯示”(信息顯示協(xié)會(huì)的第20屆國(guó)際顯示研究會(huì)議的會(huì)議記錄第111-114頁(yè))中，提出一種視頻顯示器的制造方法，其中，來(lái)自受調(diào)制的975nm紅外激光的光束在吸收光并將其能量轉(zhuǎn)換為摻雜離子的Yb3+的屏上掃描，這些摻雜離子以可見波長(zhǎng)發(fā)出熒光。紅外激光二極管是有效的和較廉價(jià)的，分別利用NaYF4主體中的Tm3、Ho3和Er3離子以及電位發(fā)出紅、綠、藍(lán)光，以實(shí)現(xiàn)高光學(xué)效率，但是采用此方法投影圖像，其體積較大。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種平板顯示器，它包括受到如紅外激光器的準(zhǔn)直光源照射的投影器；波導(dǎo)，它沿著與射入該平板之邊緣的光線之角度相關(guān)的傳播軸、在一定距離內(nèi)發(fā)射光線；放大裝置，最好是位于投影器和波導(dǎo)之間，它在寬度方向上放大被投影的圖像(即，在垂直于該傳播軸的平板之平面上的尺寸)；及輸出屏，它將紅外光或其它光源轉(zhuǎn)換成可見光。
利用本發(fā)明，可以利用單個(gè)、廉價(jià)、高功率的激光器(它完全適于作為輸入裝置用于楔形波導(dǎo)，還獲得全彩色圖像。輸出屏可由熒光體材料(其作為用于彩色圖像的RGB象素)制成，這種材料的優(yōu)點(diǎn)是在所有方向上的發(fā)光是均勻的，并給出視覺(jué)舒適的圖像。紅外光是有利的，因?yàn)樗梢源┩复蠖鄶?shù)可用的玻璃和塑料材料。單色光或窄帶光是有利的，因?yàn)闆](méi)有散射，涂層(如抗反射涂層)更為簡(jiǎn)單。
為了更好地理解本發(fā)明，以下將通過(guò)示例并參照附圖來(lái)描述實(shí)施例，其中

圖1示出如何由光線入射的角度確定光線沿錐形波導(dǎo)傳播的距離；圖2示出升頻轉(zhuǎn)換熒光屏和受紅外激光二極管照射的錐形顯示器如何能夠顯示可見畫面；圖3示出三個(gè)視頻投影器的每一個(gè)如何能被用于照射來(lái)自三組熒光體之每一組的象素；及圖4是圖3的熒光體系統(tǒng)的近視圖。
圖1示出光脫離錐形顯示器的原理，其位置取決于射入的不同面角度(out-of-plane angle)。這個(gè)原理被用于PCT/GB01/01209，以實(shí)現(xiàn)平板二維顯示。
在圖2中，來(lái)自紅外激光二極管10的光束被透鏡11、12的一個(gè)倒置的望遠(yuǎn)鏡對(duì)所擴(kuò)展，然后進(jìn)入視頻投影器，其中包括微型顯示器2a和聚光透鏡2b。已調(diào)光線受到反射鏡6的反射后，進(jìn)入楔形玻璃或透明塑料板3的邊緣，在其中，這些光線被全部的內(nèi)反射限制在玻璃/空氣界面。光線在該板的平面內(nèi)傳播，使得光線束在它們到達(dá)其端部之前已擴(kuò)展至板3的寬度。可選的是，然后通過(guò)被夾入在一對(duì)前面鍍銀的反射鏡5a、5b之間并位于該板材的每個(gè)面上的圓柱透鏡4可以校準(zhǔn)這些光線，然后它們進(jìn)入錐形玻璃片1的厚端。這個(gè)錐形玻璃片1的前表面(觀眾側(cè))涂覆有被調(diào)到激光二極管10之波長(zhǎng)的一個(gè)抗反射涂層，使得光線一旦達(dá)到臨界角，就會(huì)離開錐形片1，然后這些光線入射在升頻轉(zhuǎn)換熒光片7上，并以可見光產(chǎn)生受微型顯示器調(diào)制圖案的放大圖像。
彩色畫面是人們所希望的，為此，熒光屏7的構(gòu)圖可以采用紅色、綠色和藍(lán)色升頻轉(zhuǎn)換熒光體的拼合以及對(duì)準(zhǔn)這些熒光體的微型顯示器，使得一種顏色或另一種顏色可以被可控地照射。然而，這可能要求微型顯示器和熒光屏的精確對(duì)準(zhǔn)?；蛘?，可以與對(duì)陰極射線管相同的方式利用蔭罩板，但是這樣會(huì)損耗光線。
圖3示出三個(gè)微型顯示器21、22、23如何能夠經(jīng)一組透鏡各控制顯示屏7上的一種顏色，每個(gè)微型顯示器被紅外激光二極管(未示出)照射。來(lái)自微型顯示器21、22、23的光線穿過(guò)板材6向上投射，并由圓柱透鏡4校準(zhǔn)，使得來(lái)自每個(gè)微型顯示器的光線具有相同的共面角(in-plane angle)，但是對(duì)于來(lái)自其它微型顯示器的光線則是不同的。因此當(dāng)它們從楔形體1射出時(shí)，來(lái)自任何一個(gè)微型顯示器的光線將具有獨(dú)特的方位角。一組棱鏡19使光線彎折到水平面(即垂直于該板材)，然后一個(gè)垂直的圓柱微透鏡陣列14被用于將這些光線聚焦到垂直列中的若干組點(diǎn)，一個(gè)升頻轉(zhuǎn)換熒光體顏色位于這些組點(diǎn)處，對(duì)于其它微型顯示器也會(huì)發(fā)生同樣的情況，所以微型顯示器21調(diào)制熒光體18，微型顯示器22調(diào)制熒光體17，微型顯示器23調(diào)制熒光體16。
熒光體向各個(gè)方向發(fā)光，人們期望的是發(fā)射到顯示屏之背面的光被反射而回到正面。然而，如果將一個(gè)簡(jiǎn)單的反射鏡放置在熒光體的后面，這將也會(huì)反射用來(lái)照射這些熒光體的紅外光。一種方案是采用分色鏡，它傳輸紅外光線并反射可見光，但是分色鏡價(jià)格昂貴。作為替代，圖3示出一種圓柱微透鏡的水平陣列13，它位于棱鏡19和垂直透鏡14之間，垂直透鏡14使通過(guò)反射鏡15中的水平狹縫的入射紅外光聚焦。因?yàn)檫@些狹縫很小，來(lái)自熒光體的大多數(shù)可見光被反射回到顯示屏的正面。
圖4示出熒光屏的一個(gè)RGB彩色象素的展開圖。RGB熒光體可以是由Rapaport等人所述的類型。然而，它們也可以由紫外輻射來(lái)激發(fā)。應(yīng)該注意的是，盡管紫外激光仍然是昂貴的和微弱的，汞放電燈發(fā)出的光具有窄的線寬，而且發(fā)出光線的孔很小，使得光線可以被非常適度地對(duì)準(zhǔn)一個(gè)拋物柱面鏡。常規(guī)的熒光體可以被用于將紫外線光轉(zhuǎn)換為可見光，圖2、3、4的設(shè)計(jì)也將可以紫外光線為工作對(duì)象。
權(quán)利要求
1.一種平板顯示器，包括被如紅外激光器(10)的準(zhǔn)直光源照射的投影器(2a，12；21-23)；波導(dǎo)(1)，它沿著與射入該波導(dǎo)之邊緣的光線之角度相關(guān)的傳播軸、在一定距離內(nèi)發(fā)射光線；放大裝置(3)，在垂直于該傳播軸的平面上放大投影圖象的尺寸；及輸出屏(7)，它將紅外光轉(zhuǎn)換成可見光。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的平板顯示器，其中，波導(dǎo)(1)是透明材料的錐形板材。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的平板顯示器，其中，輸出屏(7)是在該錐形板之一面上或其附近的熒光片。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的平板顯示器，其中，所述熒光體是RGB熒光體，它們成列設(shè)置并沿該板材平行于傳播方向，該投影器具有三個(gè)相應(yīng)的彩色投影器，它們以不同的共面角射入。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的平板顯示器，還包括會(huì)聚裝置(14)，用于將來(lái)自每個(gè)投影器的光會(huì)聚在若干列所述相應(yīng)的熒光體上。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5的平板顯示器，其中，例如通過(guò)一組圓柱形微透鏡(13)，使接近所述熒光體的光被會(huì)聚，并使之通過(guò)在行方向上的相應(yīng)狹縫，使得幾乎沒(méi)有從熒光體向后發(fā)射的光向后進(jìn)入波導(dǎo)系統(tǒng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求2-6中任一項(xiàng)的平板顯示器，其中每個(gè)投影器是紅外激光器，所述熒光體是升頻轉(zhuǎn)換熒光體。
全文摘要
一種平板顯示器，包括受到如紅外激光器(10)的準(zhǔn)直光源照射的投影器(21－23)；波導(dǎo)(1)，它沿著與射入該波導(dǎo)之邊緣的光線之角度相關(guān)的傳播軸、在一定距離內(nèi)發(fā)射光線；輸入板材(3)，用于在垂直于該傳播軸的面板的平面上放大投影圖象的寬度尺寸；及熒光輸出屏(7)，它將紅外光轉(zhuǎn)換成可見光。在波導(dǎo)內(nèi)采用單色光減輕了色散問(wèn)題，采用三個(gè)各以不同角度射入的投影器，使得對(duì)準(zhǔn)比較簡(jiǎn)單。
文檔編號(hào)G03B21/60GK1600025SQ01816798
公開日2005年3月23日 申請(qǐng)日期2001年10月3日 優(yōu)先權(quán)日2000年10月3日
發(fā)明者阿德里安·羅伯特·莉·特拉維斯 申請(qǐng)人:劍橋平投影顯示有限公司