[发明专利]基于发光屏幕的激光投影系统

说明书

本发明所涉及一种激光投影系统，其由至少一个激光光源、投影屏幕和空间光调制器组成，所述激光源产生的激光光束投射到所述投影屏幕上形成图像。所述投影屏幕包括在所述激光光束激励下的发出蓝光的发光层。

投影对于光展度(optical etendue，光学径角性指标)的要求非常苛刻。现在人们使用例如超高功率灯或氙灯的短弧灯来提供尽可能呈现为点状的光源。普通投影系统中，光源发出的光通过光调制器调制光强投影到投影屏幕上，以形成预期的图像。

就聚光能力而言，激光器具有特别的优点，其允许更小的显示尺寸，并且因此拥有了巨大的降低成本的潜力。加上一些其它的优点，使得激光器成为一种比较理想的投影光源。

现今基于激光的投影系统的主要障碍是，缺少在可见光波长范围内适当波长上发光的合适的激光光源，特别是二极管激光器。虽然对于从630nm到红外波长范围的红色激光二极管可普遍得到，有效的蓝色二极管现今却仍只能在不适合于人眼的紫色和紫外波长范围内可得到。对于RGB-显示器(R：红色，G：绿色，B：蓝色)所需要的450-465nm的蓝色波长，却不能找到具有有效输出功率和效率的激光二极管。因此，现今依赖于激光光源的激光投影系统体积大并且价格贵。基于此理由，激光投影系统或激光显示器仅仅使用于高端应用，并且尚未在消费市场找到出路。

JP2003-287802公开了根据其权利要求1前序部分所述的一种激光投影系统。此种投影系统提供三个激光光源，且所述光束由空间光调制器投影在投影屏幕上形成图像。两个激光光源射出RGB投影所需要的三种颜色中的两种。剩下的颜色由投影屏幕上被第三个激光光源(被称作激励光源)的激光光束所激励的发光层所射出。本发明所公开的一个实施例中，所述激励光源是射出紫外光的半导体激光器，其中发光层将该紫外光转换为蓝色光。作为该发光层的基本材料，建议为Sr₁₀(PO₄)₆Cl₂:Eu。然而此种材料并非发光屏幕装置的理想使用材料。自从这些二极管容易利用以来，该装置中的激光光源优选为405nm激光二极管。上述文件中的此种发光材料在405nm波长仅有很小的吸收，并导致低的转换效率。

本发明的一个目的是提供一种基于发光屏幕(luminscent screen)的激光投影系统，其能有效地将至少在405nm波长范围的激光转换成蓝光。

该目的由权利要求1的激光投影系统实现。本系统的优选实施例是从属权利要求的内容，并在以下说明书和附图中加以描述来实现本发明。

提出的激光投影系统由至少一个第一激光光源、投影屏幕和空间光调制器组成，所述第一激光光源发出的激光光束投射到投影屏幕上形成图像。所述空间光调制器可以是任何的光调制器，例如从其他的投影系统可知。所述投影屏幕包括基于激光光束激励发出蓝色光的发光层。所述发光层包括BaMgAl₁₁O₁₇:Eu或者MSi_6-aAl_aN_8-aO_x+a:Eu²⁺(其中M＝Sr，Ba，Ca；0≤x≤1；0≤a≤1)中的至少一种作为发光材料。

采用包括上述材料的所述发光层，第一激光光源所发出的波长范围为405nm的激光被有效转换为波长范围为450-460nm的荧光(fluorescent)和磷光(phosphorescent)。本投影系统的发明人发现这种材料在405nm激励波长处比已知的JP2003-287802中所用的材料具有令人惊讶的较高转换效率。因此，本投影系统允许使用市场上容易买到的405nm激光二极管以在投影屏幕上生成蓝光。可采取多种方法途径在所述投影屏幕上设置发光层，例如，本领域技术人员熟知的镀膜(coating)技术。优选地，所述提出的投影系统包括至少三个不同的激光光源，第一激光光源、第二激光光源和第三激光光源，其发射光的波长各不相同。通过适当地选择第二激光光源和第三激光光源的发射波长，可以实现RGB激光投影系统。

为了得到在该RGB投影系统的投影屏幕上与蓝色图像叠覆的红色图像，可以使用基于例如GaAs材料的红色激光二极管。为了得到在投影屏幕上与蓝色和红色图像叠覆的绿色图像，可以使用例如倍频Nd:YAG激光器或者上变频(upconversion)激光器。