[發明專利]用于組合用于數字輸出的激光器陣列的系統和方法

有效

• 申請號: 201080064212.6
• 申請日: 2011-01-19
• 公開（公告）號: CN102959811A
• 公開（公告）日: 2013-03-06
• 發明（設計）人: J.R.約瑟夫;R.A.維德曼
• 申請（專利權）人: 三流明公司
• 主分類號: H01S5/00
• 分類號: H01S5/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 馬永利;劉春元

相關申請的交叉引用

此申請要求于2009年12月19日提交的美國臨時申請第61/288,269號的優先權，并且通過引用將其全部結合于此。

發明簡述

實施例包括能夠高效地產生高分辨的強度分布的器件，用定義輸出強度的二進制串可以容易地把所述高分辨的強度分布切換到各種具體配置。對來自激光器陣列的輸出強度進行組合以形成單個顏色或波長。對這些器件進行排列允許在沒有十分明顯的閃爍效應的情況下高效地產生單顏色像素的圖像線。在此申請中非相干的輸出是期望的，這是因為它降低了對屏幕或最終圖像的閃爍效應。

關于在聯邦政府發起的研究或開發下做出的發明的權利的聲明

不可適用。

對“排序列表”、表格或者在緊致盤上列出的所提交的附錄的計算機程序的參考

不可適用。

發明背景

已經使用光來產生針對顯示器的顏色強度，但是所使用的方法和系統是低效率的、龐大的，并且引起模糊或可不縮放的結果。現有技術激光成像顯示器通過利用各種射束掃描設備使用了激光器作為強有色射束。在激光器的情況下，根據三種光束（紅、綠和藍）的組合生成顯示器像素輸出。可以以各種強度對這三種光束進行組合以產生特定顏色深度、強度和飽和度。

特別地，半導體激光器已經變為成像系統應用的重要部件，這是因為半導體激光器的尺寸、重量和功率要求隨著其連續利用隨著時間的推移已經減小了。通過把來自光源的光描繪為被用來產生像素的高分辨的強度分布，半導體激光器已經被用作用于顯示器的光源。然而，一些已存技術要求使用模擬功率源變體，而其他技術依賴于使用定時和/或機械反射手段。把激光器用作光源還具有閃爍效應的缺點，該閃爍效應產生斑（spot）或像素的亮區域和暗區域。

在邊緣發射半導體激光器件的情況下，產生正確的顏色半導體激光源已經僅僅是可能的。然而，此類型的激光器件對于光刻排列的設計而言是不傳導的，這是由于必須在邊緣上對它們進行劈切以產生用于發激光的腔。通常地，是在制造之后對基底進行劈切。從而，這已經把激光顯示源限制到單個器件或機械地組合在一起的單個器件。

垂直腔面發射激光器（VCSEL）是一種類型的半導體激光二極管，其具有與頂面垂直的激光束發射。與之相反，常規的邊緣發射半導體激光器從通過從晶圓劈切出單獨的芯片所形成的表面發射。雖然，VCSEL提供了優于邊緣發射激光器的優勢，但是尚未發現VCSEL在成像系統中的使用，這是因為僅僅在最近才產生出能夠產生綠色輸出波長的VCSEL。雖然已經產生了綠色輸出VCSEL，但是這些器件具有過度的功率要求和許多可靠性問題。對于產生能夠生成更好綠色輸出以及其他顏色輸出所必要的材料研究進展緩慢。事實上，僅僅藍色VCSEL已經在市面上銷售幾年了。

具有外部腔的VCSEL（VECSEL）是一種類型的VCSEL，其已經被重新配置為具有延伸在晶圓外部的腔。在光學上用常規的激光二極管對VECSEL進行泵浦。另外，諸如非線性晶體之類的光學元件可以被用來使光的頻率加倍并且用來允許使用最適合于半導體激光器制造的材料輸出有色光。

把在顯示器中使用VECSEL的、用于倍頻輸出的器件設計為產生采用三種不同顏色的光源。這與諸如投影儀之類的使用被濾波以生成特定顏色的白光源的顯示器件相反。VECSEL器件陣列被用來產生單個的、明亮的、彩色光源。單個彩色光源典型地是靜態的，這意味著光源的強度不變。然而，知道的是可以把反射鏡（mirror）定位在多個反射鏡之中以確定在一點處的顏色強度。其他已知且相關的技術包括對單個光源加脈沖或者對該光源進行定時以改變強度值。然而，所有這些方法嚴重地取決于機械反射鏡。此技術通常稱為數字光處理器（DLP)技術。

高質量顯示器已經受DLP技術控制許多年了。DLP技術廣泛用在投影顯示器連同很多其他不同類型顯示器中。DLP使用微機電（MEM）器件陣列作為多個微小反射體，其可以由反射特定量的有色光的電信號調制，該有色光從3個多色源產生組合顏色。這些源通常是從諸如使用不在經濾波的波長中的大量的被浪費能量的高成本投影儀燈之類的白光源濾波出來的顏色。所有這過度的被浪費能量產生大量的熱，其使系統尺寸更大得多并且更昂貴以便管理由過度的熱量引起的熱問題。