[发明专利]量子光子成像器及其制造方法

说明书

对相关申请的交叉引用

本申请要求2007年9月27日提交的美国临时申请号60/975,772的权益。

技术领域

本发明涉及包括可以在数字投影系统中用作图像源的多色激光发射器的单片半导体阵列的发射成像器器件(emissive imager device)。

背景技术

数字显示技术的出现引起对数字显示器的显著需求。准备好有若干显示技术以解决该需求：包括等离子显示板(PDP)、液晶显示器(LCD)和基于成像器的投影显示器(其使用微反射镜)、硅上液晶(LCOS)器件或高温多晶硅(HTPS)器件(参考文献[33])。对于本发明的领域具有特别兴趣的是基于投影的显示器，其使用成像器器件，例如那些作为图像形成器件提到的成像器器件。这些类型的显示器面对来自PDP和LCD显示器的激烈竞争并且因此急切需要有效方法来提高它们的性能同时显著降低它们的成本。在这些类型的显示器中主要的性能和成本推动者是使用的成像器，例如微反射镜、LCOS和HTPS器件等。作为无源成像器(passive imager)，这样的器件需要复杂的照明光学系统并且最终浪费大部分产生的光，这降低性能并且增加显示系统的成本。本发明的目的是通过引入包括可以在数字投影系统中用作图像源的多色激光发射器的阵列的发射成像器器件来克服这样的成像器器件的缺点。

图1A和1B是在使用无源成像器的投影显示系统中使用的典型投影机架构100的框图图示，该无源成像器分别例如使用包括微反射镜的反射成像器或LCOS成像器器件的那些(图1A)和使用例如HTPS成像器器件等透射成像器的那些(图1B)。一般而言，图1A的典型的投影显示系统的投影机100由成像器110构成，其由将光源130产生的光耦合到成像器120的表面上的照明光学系统120来照射。光源130可以是产生白光的灯或半导体光源，例如发光二极管(LED)或激光二极管，其可以产生红(R)、绿(G)或蓝(B)光。

在使用图1A中图示的反射成像器的投影机100的情况下，当灯用作光源时，包含R、G和B滤光器的色轮添加在照明光学系统和成像器之间以调制需要的颜色。当半导体光源与反射成像器结合使用时，颜色通过打开具有需要的颜色(是R、G或B)的半导体光源器件来调制。

在使用图1B中图示的透射成像器的投影机100的情况下，当灯用作光源时，照明光学系统120包括用于将灯产生的白光分裂成R、G和B光分束(light patch)(它们照射三个HTPS成像器器件的背面)的光学装置并且增加二向色棱镜组件以将调制的R、G和B光组合并且将它耦合在投影光学系统140上。

投影光学系统140光学耦合于成像器110的表面并且驱动电子设备150电耦合于成像器110。光学引擎通过调制由光源130产生的光的强度、使用成像器110且像素灰度作为图像数据输入给驱动电子设备150而产生待投影的图像。当使用例如微反射镜或LCOS成像器器件等反射成像器(图1A)时，驱动电子设备向成像器110提供像素灰度数据并且使它的操作与色轮的R、G和B段(segment)的顺序(当白光灯用作光源时)、或与打开R、G或B半导体光源的顺序同步。当使用例如HTPS成像器器件等透射成像器时，驱动电子设备向成像器110提供像素灰度数据并且使R、G和B HTPS成像器器件中的每个的操作同步以便调制每个像素的期望颜色强度(color intensity)。

典型地与光到成像器110表面上的耦合所关联的损耗是显著的因为它们包括与成像器110自身关联的本征损耗(例如器件反射率或透射率值等)，加上与采集来自光源130的光、将它准直、过滤和中继到成像器110的表面关联的损耗。全体地这些损耗可以总计达几乎90％；这意味着几乎由光源130产生的光的90％会损耗掉。

另外，在例如微反射镜或LCOS成像器器件等反射成像器110的情况下，由反射像素的空间阵列构成的成像器110通过在照射特定颜色的时段期间改变每个个体像素的反射开/关状态而顺序地调制耦合到它的像素化反射表面上的光的相应颜色。实际上，典型的现有技术反射成像器能够仅调制耦合到它的像素化反射表面上的光的强度，引起利用由光源130产生的光通量方面的极低效率的限制在产生的图像上引入伪像，增加整个显示系统的复杂性和成本并且引入利用由光源130产生的光方面的低效率的又一个来源。此外反射以及透射类型的成像器都遭受称为“光子泄漏”的效应，其引起光泄漏到离轴像素上，这相当大地限制了这些类型的成像器能够获得的对比度和黑色水平(black level)。