[发明专利]一种激光显示装置及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及激光显示领域，尤其涉及一种红绿蓝微腔激光器阵列和基于该激光器阵列实现的高分辨率激光显示装置。

背景技术

激光显示技术，是指以激光作为光源来实现信息显示功能的技术。由于激光本身具有单色性好、方向性好和亮度高等优点，适于用作显示光源。与现有的其他显示技术相比，激光显示技术具有色域空间大、图像品质高、节能环保、易于与3D技术结合等优点。激光技术也因此被誉为继CRT(阴极射线管)第一代显示技术、液晶和等离子体二代显示技术、OLED(有机发光二极管)第三代显示技术之后的第四代显示技术，被称为“人类视觉史上的革命”，具有划时代的意义。

自从上世纪60年代激光显示概念被提出以来，国际上发展了扫描成像、激光投影以及激光荧光体这三种激光显示技术。其中扫描成像方式利用了激光方向性好的优点，采用红、绿、蓝三个激光器为光源，利用转镜、声光或电光等技术实现行扫描，转镜技术实现帧扫描、声光或者电光技术进行信号调制，具有可投射非平面屏幕、大屏幕和光能利用率高的特点。激光投影显示技术，以红绿蓝为光源，利用液晶显示器、硅基液晶、数字微反射镜等投影引擎进行信息图像显示，由于实现方式简单、安全性高，在目前市场应用最为成功。激光荧光体显示，其集成一束蓝色激光头为光源，通过激光轰击涂在屏幕内部的红、绿、蓝荧光粉像素成像，有着光视角、高亮度、低功耗的优点。

虽然现有利用上述技术已经开发出了成品，但应用仍然受限，主要是因为现阶段技术存在一些不能克服的缺陷。扫描成像技术中，激光束需要一行行从上至下完成整副图像的扫描，激光束偏转主要靠激光在高速旋转的多面棱镜轮上不停变化的反射角度。如高清画面1080行，刷新率50次/秒，每秒就需要扫描5.4万次，相应棱镜轮的转速需要达到40.5万转/分钟，如此高的转速带来的噪声、润滑、成本和寿命都难以满足投放市场应用条件。中国专利CN1125881A提出了一种结合振镜扫描器和声光调制器的激光显示系统，可以大为提高扫描速度，但是操作难度大，成本高。

激光投影显示利用红、绿、蓝三个二极管泵浦(DPL)的全固态激光器，经过扩束、匀场、消相干器后得到匀强平行光，分别照射红、绿、蓝透射光阀。光阀受调制信号控制以得到单色的图像，再由X棱镜进行混色，最后通过投影透镜，在屏幕上投影出放大的彩色图像。采用的光阀可以是LCD(透射式液晶)，也可以是LCOS(反射式液晶)，还可以是GLV(栅状光阀)或者DMD(数字微镜)。最小像素尺寸＝光阀像素尺寸×投影倍数，因此该技术无法投射4K分辨率的影片，最高只能达到1080P的画质水准。另外整个系统需要RGB三色激光器和复杂的消散斑装置，这无疑增加了器件的复杂性和成本，对于实现器件小型化及大规模实用化造成了很大的困难。中国专利CN1900805A公布了一种利用单个红光激光器获得红绿蓝彩色激光显示光源的方法，该专利利用两个变频晶体和三个光强调节扫描控制器达到该目的，成本高、控制难度大。中国专利CN104166300A提出了利用温度控制调节RGB三色半导体激光器出射波长，从而可调实现尽可能大的色度三角形面积，但是并没有解决投影激光显示所存在的价格大、体积大的问题。中国专利CN103412406A提出了一种用于激光显示的面阵光源，包括红光垂直腔面发射半导体激光器面阵和微透镜阵列，可以缩短照明光路长度，提高光能利用率，弱化激光散斑，但是无法用于彩色激光显示。

激光荧光体显示技术，仅需要单束的蓝光激光进行激发，但是由于荧光体激发后发出的RGB光并不是激光，光谱不纯，其已经失去了原本激光显示色域光、色饱和度高的优点，从本质上而言该技术无法归纳到激光显示领域，而且其仍然采用了扫描工作方式，具体实现过程复杂。

因此，业界亟需一种成本低、体积小，器件结构简化、显示性能佳的仅需单个激发源就可以实现的高清激光图像显示技术。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种高分辨率激光显示装置，其具有微腔激光阵列，微腔激光器阵列由多组RGB微腔激光器排列形成，每组RGB微腔激光器由三个微腔激光器构成，采用单个光源作为激发源，激发激光阵列得到RGB激光，并利用匹配的透射式液晶屏对RGB像素激光进行混色，实现整个像素的灰度控制，且RGB微腔出射光为激光，保留了激光显示广色域、高饱和度的优点，显示装置中显示像素没有经过投影放大，便于实现高清画质图像。另外，由于每个微腔激光器相互独立，出射光之间不会产生相干叠加，因此不再需要复杂的消激光散斑装置。