CN108370436A - 具有选择性分辨率的激光照明 - Google Patents

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Abstract

在一个示例中，本发明提供了一种光学引擎设备。该设备具有激光二极管器件，该激光二极管器件由300nm至2000nm的波长范围或其任何变体表征。在一个示例中，该设备具有耦接到激光二极管器件的输出端的透镜和可操作地耦接到激光二极管器件的扫描镜器件。在一个示例中，所述设备具有未图案化荧光板，所述未图案化荧光板耦接到扫描镜并且配置有激光器件；以及形成在未图案化荧光板的一部分上的由激光的调制和扫描镜器件的移动构成的空间图像。

Description

具有选择性分辨率的激光照明
背景技术
随着电视(television，TV)的液晶显示器(LCD)的价格下降，数字广告在加油站、商场和咖啡店变得越来越流行，大型显示器正变得越来越普及，并且预计在未来几年会获得进一步的推动力。过去几年大尺寸显示器(例如，大于40英寸电视机)出现大幅增长(例如，超过40％)，并且消费者也已经变得习惯于笔记本电脑和个人电脑(PC)的更大显示器。随着通过移动设备(诸如电视、互联网和视频)可以获得更多观看内容，而具有键盘、相机和其他争夺空间和电力的部件的手持式消费电子产品中的显示屏仍然很小(小于6英寸)。
另外，智能照明在当前80亿美元的照明市场中正兴起为一个巨大的机会，其中传感器和连接性以及与照明相关的动态特征被引入到光源中。
现有的照明源在满足这些重要应用的需求方面具有显着的缺点。具体而言，由于光源的低效率，光源的低空间亮度和光学引擎的非常低的光学效率，每瓦电耗功率的输送流明通常非常低。另一个主要缺点是对于现有照明源每个输送流明的成本由于光学效率差而通常较高。现有照明源的另一个主要缺点与缺乏动态功能有关，特别是它们的能力有限而无法以紧凑的形式、高效率且低成本地生成动态空间和色彩图案。
因此，期望改进的用于显示图像和视频和智能照明的系统。
发明内容
根据本发明，提供了用于激光照明的技术。仅仅作为示例，本发明可以应用于诸如白色照明、白点照明、闪光灯、汽车前大灯、全地形车辆照明、用于休闲运动(诸如骑自行车，冲浪，跑步，赛车、划船)、光源(用于安全、无人机、机器人)、国防应用中的对策、多色照明、平板照明、医疗、计量、射线投影仪和其他显示器、高强度灯具、光谱、娱乐、剧院、音乐、以及音乐会、分析欺诈检测和/或认证、工具、水处理、激光闪光器、瞄准、通信、转换、运输、流平、固化和其他化学处理、加热、切割和/或烧蚀、泵送其他光学器件、其他光电子设备和相关应用、以及源照明和单色、黑白或全彩投影显示器等的光源的应用中。
公开了具有单个激光源、扫描镜和未图案化荧光体的光学引擎以及具有多个激光器、扫描镜和未图案化荧光体的引擎。描述了具有透射和反射配置以及彩色行和帧顺序寻址以及并行同时寻址的多重成像荧光结构。这些高功率效率和小型发动机不需要任何消除斑点的高质量图像，并为投影显示和智能照明应用提供可调节的按需分辨率和色域。
在一个示例中，本发明提供了一种光学引擎器件。该器件具有激光二极管器件，该激光二极管器件以300nm至2000nm的波长范围或其任何变体表征。在一个示例中，该设备具有耦接到激光二极管器件的输出端的透镜和可操作地耦接到激光二极管器件的扫描镜器件。在一个示例中，所述设备具有未图案化荧光板，所述未图案化荧光板耦接到所述扫描镜并且配置有所述激光器件；以及形成在未图案化荧光板的一部分上的由激光的调制和扫描镜器件的移动构成的空间图像。
在替代实例中，该设备具有光学引擎设备。该设备具有激光二极管器件。在一个示例中，激光二极管器件由波长表征。在一个示例中，该设备具有耦接到激光二极管器件的输出端的透镜。该设备具有可操作地耦接到激光二极管器件的扫描镜器件和耦接到扫描镜并且配置有激光器器件的未图案化荧光板。该设备具有在未图案化荧光板的一部分上形成的空间图像，该空间图像由激光的调制和扫描镜器件的移动构成。在优选实施方式中，该设备具有与空间图像相关联的分辨率，该分辨率选自多个预定分辨率中的一者。在一个示例中，分辨率由与空间图像相关联的控制参数提供。
在一个示例中，该设备具有与空间图像相关联的一种或多种颜色，所述一种或多种颜色与激光器件的调制和扫描镜器件的移动相关联。在一个示例中，该设备具有在第二颜色未图案化荧光板上形成的另一空间图像。在一个示例中，另一个空间图像具有另一个或相同的分辨率和不同的颜色。在一个示例中，另一个空间图像与第一颜色未图案化荧光板上的空间图像同时或同时输出。在一个示例中，空间图像由时间常数表征。在一个示例中，控制参数由耦接到激光二极管器件和扫描镜器件的控制器提供。在一个示例中，空间图像是无斑点的。
在一个示例中，基于激光二极管器件的输入功率和空间图像的输出，该设备具有大于10％至80％的效率。在一个示例中，该设备具有用户对空间图像的直接视图。
在一个示例中，本发明具有光学引擎设备。该设备具有激光二极管器件。在一个示例中，激光二极管器件由波长范围从300nm到2000nm表征，尽管可以有变体。在一个示例中，该设备具有耦接到激光二极管器件的输出端的透镜。该设备具有可操作地耦接到激光二极管器件的扫描镜器件。该设备具有从扫描镜提供的光束路径。该器件具有经由光束路径耦接到扫描镜并配置有激光器件的第一颜色未图案化荧光板、经由光束路径耦接到扫描镜并配置有激光器件的第二颜色未图案化荧光板、以及经由光束路径耦接到扫描镜并配置有激光器件的第三颜色未图案化荧光板。在一个示例中，所述设备具有在第一颜色未图案化荧光板、第二颜色未图案化荧光板或第三颜色未图案化荧光板的一部分上形成的空间图像，或在通过激光器的调制和扫描镜器件的移动来配置的未图案化荧光板的全部上。
在一个示例中，该设备具有第一遮光镜和第二遮光镜，第一遮光镜被配置在该光束路径的第一部分中以将该光束路径配置到该第一未图案化荧光板；第二阻挡镜被配置为光束路径的第二部分，以将所述光束路径配置到第二未图案化荧光板。
在一个示例中，该设备具有耦接到所述激光二极管器件和所述扫描镜器件的控制器，并且控制器被配置为在未图案化荧光板的所述部分上生成空间图像。
在一个示例中，未图案化荧光板包括多元荧光物质。在一个示例中，多元荧光物质包括红色荧光体、绿色荧光体和蓝色荧光体。
在一个示例中，未图案化荧光板包括多个彩色子荧光板。
在一个示例中，扫描镜器件包括多个扫描镜。在一个示例中，未图案化荧光板包含在扫描镜上。在一个示例中，三维(3D)显示设备包括一个或多个激光二极管、一个或多个扫描镜和一个或多个未图案化荧光体以生成用于左眼和右眼的两个立体图像。
在一个示例中，该设备配置有显示系统。在一个示例中，未图案化荧光板包括在未图案化荧光板的空间区域内的红色荧光体、绿色荧光体或蓝色荧光体。
在一个示例中，该设备具有耦接到未图案化荧光板的散热器件，使得使用散热器件传递和移除热能；并且其中，未图案化荧光板包括透射荧光物质或反射荧光物质中的至少一种。
与使用本发明的现有技术相比实现了各种益处。特别地，本发明能够实现使用高效光源并且导致照明或显示系统的高整体光学效率的成本有效投影系统。在特定实施方式中，光源可以以相对简单且成本有效的方式制造。取决于实施方式，根据本领域普通技术人员可以使用常规材料和/或方法来制造本设备和方法。在一个或多个实施方式中，激光器器件能够具有多个波长。当然，可以有其他的变化、修改和替代。取决于实施方式，可以实现这些益处中的一个或多个。这些和其他益处可以在整个本说明书中描述并且更具体地在下文中描述。
本发明在已知工艺技术的背景下实现了这些益处和其他益处。然而，通过参考说明书的后面部分和附图，可以实现对本发明的本质和优点的进一步理解。
附图说明
图1是现有技术的传统扫描镜显示器的简化示意图。
图2是根据示例的具有扫描镜和未图案化的荧光板的显示器的光学引擎和寻址电子器件的新颖架构的简化示意图。
图3A示出具有背面、透射照明和荧光板的细节的光学配置；
图3B示出根据示例的具有正面、垂直反射照明和相应荧光板的细节的光学配置；以及
图3C示出全色荧光体。
图4示出了根据示例的具有一个激光二极管、一个扫描镜和两个单轴开关-反射镜的光学架构。
图5示出根据示例的具有三个激光二极管和三个扫描镜的光学架构。
图6示出根据示例的具有激光二极管和被配置到扫描镜的荧光板的三维(3D)光学架构。
图7A示出了用于寻址未图案化荧光显示器的驱动波形；并且图7B示出了根据示例的三个未图案化荧光板上的扫描线图案；
图8图示了根据示例的用于具有反馈机构跟随移动目标的动态照明的系统。
具体实施方式
根据本发明，提供了用于激光照明的技术。
本描述涉及智能照明和显示器的光学和电学设计、架构和实施。光学架构基于单个或多个激光二极管、单个或多个扫描镜以及单个或多个未图案化的荧光板。
作为背景技术，常规显示器在面板上使用白光照明和滤色器阵列以及可寻址液晶显示器(LCD)像素，通过寻址电子器件在具有或不具有光强度控制的情况下打开或关闭像素。另一种类型的显示器由通过电致发光(有机发光二极管-OLED阵列)生成光发射的可寻址像素阵列形成。还有另一种类型的显示器是由将色序、时分多路复用光有选择地反射到投影光学器件和屏幕上的可偏转微镜的可寻址阵列生成的。另外，不需要可寻址元件矩阵的另一种类型的彩色显示器基于三色光源和双轴扫描镜，该双轴扫描镜允许通过在两个方向上扫描来形成图像，而三个激光器或其他光源通过驱动电流直接调制。另外，具有红色、绿色和蓝色荧光像素阵列的图案化荧光板可通过入射在扫描镜上的激光来寻址，而光强度由激光驱动器控制。可以直接查看照明图案，或使用光学系统将照明图案重新成像到所需的表面。
矩阵阵列显示产品的通用性是显示内容、固定色域、低功率效率以及光学和电气复杂性的固定分辨率。不使用彩色荧光像素矩阵的直接和重新成像的扫描镜显示器提供可调节的分辨率、更高的功率效率和紧凑的占地面积，但受到作为这些显示器所需的激光源的相干性质的结果的图像斑点的影响，而且因为需要具有3种不同波长的激光器也受到安全问题、监管复杂性和高成本的影响。
本公开描述了具有按需分辨率和色域、非常高的功率效率、无斑点以及光学和电气简单性、微型封装、最小数量的有源元件、以及最小的安全和监管考虑的新型显示器和智能照明。公开了多个光学引擎实施方式和几种寻址方案。
现有技术扫描镜面显示器架构在图1中概述。在以Raring等人的名义的于2015年8月4日发布并且标题为“基于激光的显示方法和系统”的美国专利No.9,100,590号中可以找到一个示例，其共同转让并通过引用结合于此。
根据一个示例，提供了一种投影设备。该投影设备包括具有孔的壳体。该设备还包括用于接收一帧或多帧图像的输入接口110。该设备包括视频处理模块120。另外，该设备包括激光源。该激光源包括蓝色激光二极管131、绿色激光二极管132和红色激光二极管133。蓝色激光二极管制造在非极性或半极性取向的含镓基板上，并具有大约430nm至480nm的峰值处理波长，尽管可以使用其他波长。绿色激光二极管制造在非极性或半极性取向的含镓基板上，并具有约490nm至540nm的峰值处理波长。红色激光可以由波长为610nm至700nm的AlInGaP制成。激光源被配置成通过使用分色镜142和143组合来自蓝色、绿色和红色激光二极管的输出来生成激光束。该设备还包括耦接到激光源的激光驱动器模块150。激光驱动器模块基于来自一帧或多帧图像的像素生成三种驱动电流。三种驱动电流中的每一个适应于驱动激光二极管。该设备还包括微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System，MEMS)扫描镜160或“飞行镜”，其被配置为通过孔将激光束投影到特定位置，从而生成单个图片170。通过将该像素在两个尺寸栅格化来形成完整的图像。该设备包括设置在激光源附近内的光学构件，该光学构件适应于将激光束引导至MEMS扫描镜。该设备包括电耦接到激光源和MEMS扫描镜的电源。
图2中公开的扫描荧光体显示器的示例基于单个紫外或蓝色激光二极管、单扫描镜和单荧光体。用于显示器的光源是由高频驱动器放大器211驱动的蓝色或紫外激光二极管210。被转换为光调制信号的电调制信号由从视频或其他数字数据源214接收显示内容的处理器212提供。处理器212将标准视频或图像内容转换为与扫描设备230的要求和由未图案化的荧光板240组成的显示介质的寻址兼容的格式。单色显示器仅需要单个无图案的光板。全彩色显示器需要被细分为(或由其组成)三个未图案化荧光片段(或子板)的荧光板240，红色子荧光板241、绿色子荧光板242和蓝色子荧光板243。可以添加另外的子荧光板(诸如橙色子荧光板)以增强显示图像的色域。不同的子荧光板241，242可以以任何方便的形式布置，诸如具有透射或反射配置的行或两两形式。
由激光二极管210生成的相干光由光学器件220准直并被引导到扫描镜230上。扫描器通常是允许光束在二维光栅上的角度扫描的双向双轴致动器。单向扫描仪代表另一种可行的选择。另一种扫描选项使用用于完整二维图像的两个单轴驱动器。
由未封装激光二极管210、准直光学器件220、未封装扫描镜230和荧光板240构成的光学引擎被封装在保护组件免受颗粒污染的密封或非密封封装中。如果扫描器的低摩擦处理对于较高的偏转角度处理是理想的，则可选的气密封装可以充满惰性气体，含有氧气或其他期望的压力低于大气压力的气体掺杂物的气体，压缩干燥空气，或者包含低水平的真空。在模块内部封装荧光板在形状因数、可靠性和成本方面具有一定益处。
激光二极管以含镓和氮的外延层形成，所述外延层已经从通过引用结合于此的美国专利申请第14/312，427号和美国专利公开第2015/0140710号中描述的天然含镓和氮的基板转移(transfer)。例如，这种GaN转移技术可以实现较低的成本、较高的性能和更高的可制造性工艺流程。
典型的扫描镜可以是二维微电子机械系统(MEMS)静电或电磁驱动的扫描仪。静电梳状MEMS扫描器230提供大偏转角度、高谐振频率和相对高的机械刚度以实现良好的冲击和振动容限。当需要甚至更高的共振频率、更高的扫描角度和更高的抗冲击和抗振动性时，使用二维电磁扫描MEMS反射镜230。另一个实施方式使用两个单轴扫描镜而不是一个双轴扫描器。扫描镜通常以谐振模式或准静态模式操作，并且它们的位移需要与调制激光器的数字内容的同步。系统中包含主动感应偏转角度(图中未示出)。它可以通过将传感器结合在扫描镜的铰链上来完成。这些传感器可以是压电、压阻式、电容式、光学式或其他类型。它们的信号被放大并用于反馈回路中，以使反光镜的运动与数字显示或视频信号同步。
由未图案化的荧光体的激光束扫描生成的光图像可以由观察者260直接观察，或者其可以由光学系统250重新成像到合适的光学屏幕270上。对于一个彩色成像系统，光学系统250不需要任何彩色光合成器，但是对于全彩色成像系统，光学系统250还包括组合光学器件，为简单起见，其在图2中未示出，但在下面的图5和图6中示出。
一个未图案化的荧光体的细节包括在图3A中。背面照明390照射在对单色激光照明透明的基板310上，并且在照明侧上涂覆有抗反射薄膜结构320。在基板的荧光侧，使用由单层膜或多个高折射率层和低折射率层的叠层构成的高反射层330。该反射针对荧光体的发射波长进行了优化，使得几乎所有发射的光强度都用于正向。该涂层在激光二极管的激发波长处是透明的。选择由粉末膜、单晶荧光体或量子点组成的荧光层340，使得针对特定的激发波长和期望的红光、绿光和蓝光波长的发射发生有效的荧光。光板301可以包含未在图3A中示出的一个、两个、三个或更多个子荧光光板。优化的色域是用单一荧光或荧光混合物实现的。下面列出了红色、绿色、橙色和蓝色等荧光体的一些示例。在荧光体层340上生成的图像用光学系统392重新成像。荧光板可以包含散热片，特别是对于高亮度系统。用于透射配置的散热片由非常良好的热导体、但对照明光光学透明的材料形成。
具有荧光板302的第二架构在图3b中呈现。在这种情况下，激发光390从荧光面的前侧进入。扫描的激发光390穿过分色镜351和聚光光学器件350、并被引导至具有基板310的荧光板302。荧光体340被放置在高反射层370上，高反射层370又位于基板310上。由荧光体340发射的光391被光学组件350准直并成像然后通过从分色镜351的反射和可选的光学部件352而被引导至屏幕或观察者。
图3C示出了全色荧光板303的细节，该全色荧光板303包括基板310和在这里被称为子光板的荧光膜341，342和343。有效地反射由三种荧光体生成的荧光以及照明光390的单层或多层膜叠层371，372和373位于基板310和荧光膜341，342和343之间。可替代地，单层膜叠层可以被替代为对于覆盖三个光谱区域的发射光谱具有一定的反射效率损失的三个不同叠层。反射型荧光板可以包含放置在荧光膜341，342，343之下或反射层371，372，373之下的散热片。在一些情况下，散热片功能可以与反射膜结合。
具有三个颜色子光板的全色显示器架构400在图4中示出。根据由单元415表示的输入数据，由激光驱动器、视频处理电子器件驱动的激光二极管410生成调制光，该单元415具有与图2中的单元215等效的功能。扫描反射镜430在荧光体441，442和443上提供扫描图案。两个状态(开-关)反射镜473允许激发光当其处于开启状态时被引导到第一荧光体443上。当反射镜473处于关闭状态并且反射镜472被切换到开启状态时，激发光被引导到第二荧光体442上。当两个反射镜473和472都处于关闭状态时，激发光落到将光引导到第三荧光膜441上的固定反射镜480上。由荧光体441，442和443发射的光由光学系统451，452，453成像并且通过使用反射镜461和462以及结合立方体460而被引导重组成一束。图像形成在观察者的眼睛上或在屏幕495上。
通过将附加的光源和扫描镜添加到上述的基本架构可以实现额外的设计和性能灵活性。当显示器或智能照明用于单光源以最高可用功率也无法满足的高亮度应用时，带有附加光学元件的选项尤其令人感兴趣。这种设计的架构如图5所示。显示介质与具有三个荧光分段541，542和543的图3C中公开的相同。在此选择背面光照透射以用于说明一个典型架构，即使可以使用图3B中的正面照明的其它照明选项，诸如的反射。当需要比最高单个激光功率输出以及荧光体组合提供的亮度更高的显示亮度时，可以添加额外的激光二极管。具有紫外或蓝光波长的三个激光二极管511，512和513可以用作光源。激光二极管由电子电路515，516和517驱动。这些电路的元件已经在前面由图2的描述进行了公开。来自激光二极管511，512和513的激光分别用光学元件521，522和523准直。准直的调制光束被导向寻址荧光物质541，542和543的三个扫描镜531，532和533。这种类型的寻址在这里被称为同时色寻址。调制激光二极管的数据速率可以比图4中公开的彩色顺序寻址数据速率慢至少三倍。另外，用于快轴的扫描镜共振频率可以比图4的顺序彩色寻址所需的频率低三倍。由荧光体541，542和543发射的光由前述的光学子系统551，552和553聚光。这三种颜色光束的叠加由直角静态反射镜561和563以及立方颜色组合器560完成。彩色图像或视频然后被引导至屏幕595或直接传送给观察者。
该实施方式具有更多光学部件，但对激光调制频率和扫描角度的要求较低。另外，图5的光学架构非常适合高亮度应用。激光二极管511，512和513在名义上可以是具有相同发射波长的相同激光器。可以选择激光二极管的额定功率，以便在屏幕上实现所期望的亮度和色域。可替代地，激光二极管511，512和513可具有提供更高的荧光发射转换效率的不同的发射波长。荧光体的冷却或它们在色轮上的运动通常是不需要的，因为从激光二极管输入的能量通过扫描这些激光束自然分布在荧光体的整个区域上。这些基于荧光体的显示器不存在任何安全问题，因为高度准直的低发散性激光束通过荧光转移到发散光束中。这与图1的能够形成高度平行光束的图像的直接激光扫描器形成对比，并需要采取重要的激光安全措施，以避免意外直视曝光。
另一个实施方式将荧光体直接放置在扫描镜表面上。在这种情况下，在图5中不需要分离的荧光板541，542和543。
与所描述的架构不同的元件和部件可以以其他方式组合以创建适用于特定应用的其他设计。在各种实施方式中，蓝色激光二极管可以是极性、半极性和非极性。同样，绿色激光二极管可以是极性、半极性和非极性。例如，蓝色和/或绿色二极管由含有氮化镓材料的块体基板制造。例如，提供以下激光二极管组合，但也可能有其他组合：蓝色极性+绿色非极性+红色*AlInGaP，蓝色极性+绿色半极性+红色*AlInGaP，蓝色极性+绿色极性+红色*AlInGaP，蓝色半极性+绿色非极性+红色*AlInGaP，蓝色半极性+绿色半极性+红色*AlInGaP，蓝色半极性+绿色极性+红色*AlInGaP，蓝色非极性+绿色非极性+红色*AlInGaP，蓝色非极性+绿色半极性+红色*AlInGaP，蓝色非极性+绿色极性+红色*AlInGaP。在替代实施方式中，光源包括单个激光二极管。例如，光源包括输出蓝色激光束的蓝色激光二极管。光源还包括改变激光束的蓝色的一个或多个光学构件。例如，一个或多个光学构件包括荧光材料。应该理解，光源可以包括激光二极管和/或发光二极管(LED)。在一个实施方式中，光源包括不同颜色的激光二极管。在另一个实施方式中，光源包括一个或多个彩色LED。在又一个实施方式中，光源包括激光二极管和LED。
在各种实施方式中，在3D显示应用中使用激光二极管。通常，3D显示系统依赖于立体原理，其中立体技术使用单独的设备来为观看场景的人提供与人的左眼和右眼不同的图像。该技术的示例在图6中示出。尽管几个不同的实施方式是有用的。在图6中示出了最简单的光学但更复杂的导电性的架构，其具有单个2D扫描镜630和单个荧光体641。其它架构包括为两只眼睛单独但同步地生成两个图像的两个2D扫描镜和两个荧光板。更复杂的光学架构可以包括六个2D扫描镜、六个荧光板和三个图像组合器，其中每两个荧光板为图像提供一种颜色。该架构对数据速率、反射镜扫描速率和驱动电子设备的带宽有最简单的要求。
3D显示器的架构600还包括具有功率调制电子元件615的光源610。来自光源610的光由光学元件620准直并被引导到2D双轴镜扫描器630上。由扫描器栅格化的光穿过分色镜660以及光学组件651，光学组件651将入射光聚焦在荧光板641上，荧光板641在此以反射配置实现的。一个颜色的显示器只需要单色荧光体，而全色显示器需要至少三个构成完整荧光体的子荧光板，如上在图3C中所公开的。荧光体641发射的光在与光学组件651重新成像、从二向色镜660反射到两个状态(开-关)MEMS反射镜672上。当图像被假定为被引导到观察者的左眼695时，那么镜子672处于开启位置。当图像旨在用于观察者的右眼696时，反射镜672处于关闭位置，并且光被引导通过光学元件690。在那种情况下，光落在固定反射镜680上，固定反射镜680将光通过透镜691反射到观察者的右眼696。扫描反射镜630和672由接收来自反射镜630和680上的传感器的关于其位置的反馈信号的电子电路616控制。图6中未示出的伺服电路然后调整到反射镜的电信号，使得流入激光源610的视频数据与反射镜位置同步。
在其他实施方式中，本发明包括在其他含镓和氮的基板取向上配置的器件和方法。在一个具体的实施方式中，含镓和氮的基板被配置在包括{20-21}晶体取向的平面族中。在特定实施方式中，{20-21}离m平面朝向c平面(0001)14.9度。例如，斜切或斜切角度从m-平面朝向c-平面或者可替代地在约{20-21}晶体定向平面处为+/-17度。作为另一示例，本器件包括定向在垂直于a方向(或者可替代地在m平面上，配置在c方向上)的c方向的投影中的激光条纹。在一个或多个实施方式中，切割面将是与垂直于c方向的投影的方向成1至5度的含镓和氮的面(例如，GaN面)(或者可替代地，对于m面激光其为c面)。
如本文所使用的，术语GaN基板与III族氮化物基材料相关联，该III族氮化物基材料包括GaN，InGaN，AlGaN或其他用作起始材料的包含合金或组合物的III族。这种起始材料包括极性GaN基板(即，其中最大面积表面名义上为(h k l)平面的基板，其中h＝k＝0且l不为零)、非极性GaN基板(即，其中最大面积表面以与上述朝向(h k l)平面的极性取向成大约80-100度的角度朝向的基板材料，其中l＝0，且h和k中的至少一个不为零)或半极性GaN基板(即，其中最大面积表面以从上述朝向(h k l)平面的极性取向约0.1至80度或110-179.9度的角度朝向的基板材料，其中l＝0，以及h和k中的至少一个不为零)。激光二极管可以封装在合适的封装中。这种封装可以包括诸如TO-38和TO-56插座中的封装。也可以存在其他合适的封装设计和方法，例如TO-9和甚至非标准包装。在特定实施方式中，本器件可以以共同封装配置来实施，诸如在共同转让的美国临时申请第No.61/347，800号中所描述的那些配置，并且出于所有目的通过引用将结合于此。
在其他实施方式中，这些光学引擎的一些或所有部件，包括裸(未封装)光源和扫描镜，可以在封装中具有或不具有特定气氛的情况下以公共封装气密地或非气密的形式封装。在其他实施方式中，本激光器器件可以配置在各种应用中。这些应用包括激光显示、计量、通信、保健和手术、信息技术等。作为一个示例，本发明的激光器件可以设置在激光显示器中，诸如在于2010年5月27日提交的美国申请序号第No.12/789，303号，其要求于2009年5月29日提交的美国临时申请第61/182，105号和于2009年5月29日提交的美国临时申请第61/182，106号的优先权，其各自通过引用结合于此。当然，可以有其他的变化、修改和替代。
在一个示例中，本发明提供了一种用于使用诸如GaN，AlN，InN，InGaN，AlGaN和AlInGaN和其他的非极性或半极性的含镓基板的发射电磁辐射的方法和器件。本发明可以应用于光学器件、激光器、发光二极管、太阳能电池、光电化学水分解和氢生成、光电探测器、集成电路和晶体管等器件。
在一个实例中，荧光体或荧光体混合物或荧光体单晶可以选自(Y，Gd，Tb，Sc，Lu，La).sub.3(Al，Ga，In).sub.5O.sub.12:Ce.sup.3+，SrGa.sub.2S.sub.4:Eu.sup.2+，SrS:Eu.sup.2+以及包括CdTe、ZnS、ZnSe、ZnTe、CdSe或CdTe的胶体量子点薄膜中的一种或多种。在一个实例中，荧光体能够发射基本上红光，其中荧光体选自由(Gd，Y，Lu，La).sub.2O.sub.3:Eu.sup.3+，Bi.sup.3+；(Gd，Y，Lu，La).sub.2O.sub.2S:Eu.sup.3+，Bi.sup.3+；(Gd，Y，Lu，La)VO.sub.4:Eu.sup.3+，Bi.sup.3+；Y.sub.2(O，S).sub.3:Eu.sup.3+；Ca.sub.1-xMo.sub.1-ySi.sub.yO.sub.4:其中0.05.ltoreq.x.ltoreq.0.5，0.ltoreq.y.ltoreq.0.1；(Li，Na，K).sub.5Eu(W，Mo)O.sub.4；(Ca，Sr)S:Eu.sup.2+；SrY.sub.2S.sub.4:Eu.sup.2+；CaLa.sub.2S.sub.4:Ce.sup.3+；(Ca，Sr)S:Eu.sup.2+；3.5MgO*0.5MgF.sub.2*GeO.sub.2:Mn.sup.4+(MFG)；(Ba，Sr，Ca)Mg.sub.xP.sub.2O.sub.7:Eu.sup.2+，Mn.sup.2+；(Y，Lu).sub.2WO.sub.6:Eu.sup.3+，Mo.sup.6+；(Ba，Sr，Ca).sub.3Mg.sub.xSi.sub.2O.sub.8:Eu.sup.2+，Mn.sup.2+，其中1<x.ltoreq.2；(RE.sub.1-yCe.sub.y)Mg.sub.2-xLi.sub.xSi.sub.3-xPxO.sub.12，其中RE为Sc，Lu，Gd，Y和Tb中的至少一个，0.0001<x<0.1并且0.001<y<0.1；(Y，Gd，Lu，La).sub.2-xEu.sub.xW.sub.1-yMo.sub.yO.sub.6，其中0.5.ltoreq.x..ltoreq.1.0，0.01.ltoreq.y.ltoreq.1.0；(SrCa).sub.1-xEu.sub.xSi.sub.5N.sub.8，其中0.01.ltoreq.x.ltoreq.0.3；SrZnO.sub.2:Sm.sup.+3；M.sub.mO.sub.nX组成的组中的一个或多个。其中M选自Sc、Y、镧系元件、碱土金属及其混合物；X是卤素；1.ltoreq.m.ltoreq.3；以及1.ltoreq.n.ltoreq.4，并且其中镧系元件掺杂水平可以在0.1％至40％的光谱重量范围内；以及Eu3+活化荧光酸盐或硼酸盐荧光体、以及它们的混合物。其他荧光体种类和相关技术的进一步细节可以在Raring等人的于2015年2月17日发布、题目为“使用非极性或半极性含镓材料和荧光体的光器件”的美国专利No.8，956，894号中找到，其为共同拥有的，并且通过引用结合于此。
虽然上面已经根据特定包装的实施方式进行了描述，但是可以有许多变形、替换和修改。例如，激光器或LED器件可以配置成多种封装形式，诸如圆柱形、表面贴装、电源、灯泡、倒装芯片、星形、阵列、条形、或依赖于透镜(硅胶、玻璃)或分装(陶瓷、硅、金属、复合材料)的几何形状。可替代地，封装可以是这些封装的任何变体。在其他实施方式中，封装设备可以包括其他类型的光学和/或电子设备。作为示例，光学器件可以是OLED、激光器、纳米粒子光学器件等。在其他实施方式中，电子设备可以包括集成电路、传感器、微机械电子机械系统、或其任意组合等。在特定实施方式中，封装器件可以耦接到整流器以将交流电转换成适合于封装器件的直流电。整流器可以耦接到合适的基座，诸如爱迪生螺钉(诸如E27或E14)、双基座(诸如MR16或GU5.3)、或卡口安装座(诸如GU10)等。在其他实施方式中，整流器可以与封装器件在空间上分离。另外，可以在各种应用中提供本封装器件。在优选实施方式中，该应用是普通照明，其包括用于办公室、住房、室外照明、体育场照明等的建筑物。可替代地，该应用程序可以用于显示，例如用于计算应用程序、电视机、平板显示器、微型显示器等的应用程序。更进一步，应用程序可以包括汽车、游戏等。在特定实施方式中，本器件被配置为实现空间均匀性。也就是说，可以将扩散器添加到密封剂中以实现空间均匀性。根据实施方式，扩散器可以包括TiO.sub.2、CaF.sub.2、SiO.sub.2、CaCO.sub.3、BaSO.sub.4等，其是光学透明的并且具有不同于密封剂的指标造成光的反射、折射和散射从而使得远场图案更均匀。当然，可以有其他的变形、修改和替代。
如图7所示，可以以多种方式执行荧光板的寻址。第一寻址选项是具有沿一个方向(例如，快速x方向)的快速扫描和沿第二方向(例如，慢y方向)的较慢扫描的逐行选择的颜色顺序。在这种情况下，扫描镜230以前后方式在荧光板240的整个宽度上进行逐行栅格化。如果荧光板240具有三个不同的RGB荧光体241、242和243，则驱动波形将在图7中示意性地示出，在图7中，第一组驱动电流711在红色子光板741的第一行761上生成相应的期望激光强度，随后是第二组驱动电流712在绿色子光板742的第一行761上生成期望的激光强度，随后第三组驱动电流713在蓝色子光板743的第一行761上生成期望的激光强度。当显示图像的第二行762正在使用扫描仪沿慢轴y的小位移和在反向x方向上反射镜的另一扫描形成时，第二组驱动电流波形被提供给激光二极管以形成具有蓝色、绿色和红色的相反顺序的图像的第二行762。继续该寻址过程，直到用具有用于蓝色荧光板的最后一组电流脉冲723的最后一行769生成完整图像帧为止。寻址是逐行、颜色顺序寻址。对于需要更高光输出的应用，可以将多个激光器组合在这种配置中。
寻址方案可以被改变以适应逐帧、颜色顺序寻址。在这种情况下，第一个颜色帧(例如，红色帧)已完全定义，其后是绿色帧和蓝帧框。扫描镜230完全扫描第一荧光体(例如，红色)741，然后继续完全扫描第二荧光体(例如，绿色)742，并且其通过扫描完整的第三荧光体(例如，蓝色)743完成第一彩色图像帧。荧光体照明的顺序可针对荧光体的热性能进行优化，以避免过热并使系统的效率和可靠性最大化。图5中的具有多个扫描器的光学架构允许同时进行颜色寻址，在该颜色寻址中，寻址以与上述相同的方式进行，除了同时使用原色波形711，712和713以及图7b中的原色光束扫描在子光板741，742和743上同时发生。
基于所公开的照明技术和显示器或传感器技术的智能动态照明系统800在图8中呈现，图8中显示了系统的关键架构块。照明子系统810可以是白色、一种颜色或多种颜色，如图2至5中所述。照明光束820或821指向可能含有照明光束所遵循的预期目标的特定目标830或背景870。检测子系统840可以是光电传感器的简单多元件阵列，其对应光谱中的可见部分(0.4至0.7μm)，诸如小型CMOS或CCD阵列、或红外光谱(诸如红外传感器阵列或在0.3到15μm的光谱波长处敏感的微测辐射热计阵列)。可替代地，子系统840可以是完整的成像阵列，对光谱的可见光或红外部分敏感。也可以使用基于非成像原理的其他运动传感器。利用处理电子设备850分析与信号相关的运动或完全可见或红外图像，并将数据引导至伺服控制电子设备860。接着，伺服子系统860生成反馈信号并控制照明系统810的扫描镜和激光器。以这种方式，目标可以跟随动态照明，包括如图8所示的对照明的强度、颜色和持续时间的控制。
当目标从位置830移动到位置831时，由目标反射和散射的光822转变为光束823。光束或其表示的图像的转变由检测子系统检测并馈送进入处理电子设备850和伺服控制器860，该伺服控制器860通过将照明光束从位置830移动到位置831来控制照明光束，从而有效地将照明光束始终保持照射在目标上。当照明在可见光谱之外时，目标可能并未意识到它被监视并遵循，这在一些安全应用中可能是有利的。
完整的动态照明系统可以安装在办公室、家庭、画廊等的固定平台上，或者可以用于诸如汽车、飞机和无人机的可移动系统中。
虽然以上是对特定实施方式的全面描述，但是可以使用各种修改、替代构造和等同物。因此，以上描述和说明不应被视为限制由所附权利要求限定的本发明的范围。

Claims (20)

1.一种用于选择性分辨率的光学引擎设备，包括：
激光二极管器件，由波长表征；
透镜，耦接到所述激光二极管器件的输出端；
扫描镜器件，可操作地耦接到所述激光二极管器件；
未图案化荧光板，耦接到所述扫描镜并且配置有激光器件；以及
形成在所述未图案化荧光板的一部分上的空间图像，通过激光的调制和所述扫描镜器件的移动而配置。
2.根据权利要求1所述的设备，进一步包括控制器，所述控制器耦接到所述激光二极管器件和所述扫描镜器件，并且被配置为在所述未图案化荧光板的所述部分上生成所述空间图像。
3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述未图案化荧光板包括多元荧光物质，所述多元荧光物质包括红色荧光体、绿色荧光体和蓝色荧光体。
4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述未图案化荧光板包括多个多元荧光板，并且所述扫描镜器件包括多个扫描镜。
5.根据权利要求1所述的设备，其中，所述设备配置有显示系统。
6.根据权利要求1所述的设备，进一步包括散热器件，所述散热器件耦接到所述未图案化荧光板，使得使用所述散热器件传递和移除热能；并且其中，所述未图案化荧光板包括透射荧光物质或反射荧光物质中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的设备，进一步包括：
传感器或成像仪，以及
反馈和伺服控制以追踪和动态照亮感兴趣的对象。
8.一种光学引擎设备，包括：
激光二极管器件，由波长表征；
透镜，耦接到所述激光二极管器件的输出端；
扫描镜器件，可操作地耦接到所述激光二极管器件；
未图案化荧光板，耦接到扫描镜并且配置有激光器件；
在所述未图案化荧光板的一部分上形成的空间图像，通过激光的调制和所述扫描镜器件的移动配置；以及
与所述空间图像相关联的分辨率，所述分辨率选自多个预定分辨率中的一者，所述分辨率由与所述空间图像相关联的控制参数提供。
9.根据权利要求8所述的设备，进一步包括控制器，所述控制器耦接到所述激光二极管器件和所述扫描镜器件，并且被配置为在所述未图案化荧光板的所述部分上生成所述空间图像。
10.根据权利要求8所述的设备，其中，所述未图案化荧光板包括多个板，并且所述扫描镜器件包括多个扫描镜。
11.根据权利要求8所述的设备，其中，所述设备配置有显示系统。
12.根据权利要求8所述的设备，其中，所述未图案化荧光板包括在所述未图案化荧光板的空间区域内的红色荧光体、绿色荧光体或蓝色荧光体。
13.根据权利要求8所述的设备，进一步包括散热器件，所述散热器件耦接到所述未图案化荧光板，使得使用所述散热器件来传递和移除热能；并且其中，所述未图案化荧光板包括透射荧光物质或反射荧光物质中的至少一种。
14.根据权利要求8所述的设备，进一步包括与所述空间图像相关联的一种或多种颜色，所述一种或多种颜色与激光器件的调制和所述扫描镜器件的移动相关联。
15.根据权利要求8所述的设备，进一步包括形成在所述未图案化荧光板的另一部分上的另一空间图像，所述另一空间图像具有另一分辨率和不同的颜色；
其中，所述另一空间图像与所述未图案化荧光板上的所述空间图像同时输出；
其中，所述空间图像由时间常数表征；
其中，所述控制参数由耦接到所述激光二极管器件和所述扫描镜器件的控制器提供；
其中，所述空间图像无斑点。
16.根据权利要求8所述的设备，进一步包括从所述扫描镜器件提供的光束路径，其中，所述未图案化荧光板包括：
第一未图案化荧光板，经由所述光束路径耦接到所述扫描镜器件，并且配置有所述激光二极管器件；
第二未图案化荧光板，经由所述光束路径耦接到所述扫描镜器件，并且配置有所述激光二极管器件；
第三未图案化荧光板，经由所述光束路径耦接到所述扫描镜面器件，并且配置有所述激光二极管器件，其中，所述空间图像形成在所述第一未图案化荧光板、所述第二未图案化荧光板、或所述第三未图案化荧光板的部分上，并且通过所述激光二极管器件的调制和所述扫描镜器件的移动来配置。
17.根据权利要求16所述的设备，进一步包括第一遮光镜和第二遮光镜，所述第一遮光镜配置在所述光束路径的第一部分中，以将所述光束路径配置到所述第一未图案化荧光板，以及所述第二遮光镜被配置到所述光束路径的第二部分中，以将所述光束路径配置到所述第二未图案化荧光板。
18.一种用于选择性分辨率的光学引擎设备，包括：
激光二极管器件，由波长表征；
透镜，耦接到所述激光二极管器件的输出端；
扫描镜器件，在所述扫描镜器件表面上具有荧光体，所述扫描镜器件可操作地耦接到所述激光二极管器件；以及
在屏幕或观察者的眼睛上形成的空间图像，通过激光的调制和所述扫描镜器件的移动配置。
19.一种顺序颜色寻址方法，所述方法包括：
向激光二极管器件和扫描镜器件提供控制信号，以在未图案化彩色荧光板上按顺序逐行或逐个荧光板地扫描和调制激光束，从而在屏幕或观察者的眼睛上形成空间彩色图像。
20.一种同时颜色寻址方法，所述方法包括：
向激光二极管器件和扫描反射镜器件提供控制信号，以同时在未图案化彩色荧光板上扫描和调制激光束，从而在屏幕或观察者的眼睛上形成空间彩色图像。
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