PT1934652E

PT1934652E - Um sistema de projecção de laser com base num ecrã luminescente

Info

Publication number: PT1934652E
Application number: PT06809406T
Authority: PT
Inventors: Ulrich Weichmann; Peter Schmidt; Gero Heusler
Original assignee: Koninkl Philips Electronics Nv
Priority date: 2005-10-04
Filing date: 2006-09-26
Publication date: 2012-05-21
Also published as: TW200722903A; US8147067B2; JP2009510536A; ATE546757T1; WO2007039850A1; KR101306023B1; US20080259431A1; EP1934652A1; ES2382882T3; DK1934652T3; CN101278232A; KR20080059620A; JP4943442B2; CN101278232B; TWI420227B; EP1934652B1

Description

DESCRIÇÃO UM SISTEMA. DE PROJECÇÃO DE LASER COM BASE NUM ECRÃ

LUMINESCENTE A presente invenção refere-se a um sistema de projecção de laser que consiste em pelo menos uma primeira fonte de luz de laser, um ecrã de projecção e um modulador de luz espacial para projectar um feixe de laser da dita fonte de luz de laser para formar uma imagem sobre o referido ecrã de projecção, em que o dito ecrã de projecção compreende uma camada luminescente que após a excitação pelo dito feixe de laser emite luz azul. A projecção é uma aplicação muito exigente em termos da óptica Etendue. As lâmpadas de arco curto como as lâmpadas UHP ou as lâmpadas de Xenon são utilizadas hoje em dia, a fim de proporcionar uma fonte de luz tão semelhante a um ponto quanto possível. Em sistemas de projecção comuns a luz da fonte de luz é projectada através de um modulador de luz óptica num ecrã de projecção ao ser modulado em intensidade para formar a imagem desejada.

Em termos de capacidade de focagem, os lasers fornecem uma vantagem dramática, permitindo a exibição de tamanhos muito menores e, portanto, apresentam um enorme potencial de redução de custos. Várias outras vantagens dos lasers tornam-nos uma fonte de luz altamente desejada para a projecção. A falta de fontes de luz a laser adequadas, em particular com lasers de díodos com comprimentos de onda adequados na faixa de comprimento de onda visível, é até agora o maior obstáculo para sistemas baseados em projecção de laser. Muito embora os díodos de laser vermelhos estejam amplamente disponíveis para 1 comprimentos de onda que variam de 630 nm na região do infravermelho, diodos azuis eficientes estão até agora apenas disponíveis em gamas de comprimento de onda de ultravioleta e violeta, que não são adequadas para o olho humano. Para comprimentos de onda azul de 450 - 465 nm necessários para mostradores RGB (R: vermelho, G: verde, B: azul) não podem ser encontrados díodos de laser com potência de saída e eficiência suficientes. Os sistemas de projecção a laser modernos disponíveis dependem, portanto, de fontes de laser algo envolvidas, que são volumosas e caras. Por esta razão, os sistemas de projecção a laser ou os mostradores de laser são usados somente em aplicações de topo de gama e não penetraram ainda no mercado consumidor. O documento JP 2003-287 802 revela um sistema de projecção de laser de acordo com o preâmbulo da presente reivindicação 1. Neste sistema de projecção três fontes de luz de laser são fornecidas , os feixes das quais são projectados por um modulador de luz espacial para formar uma imagem num ecrã de projecção. Duas das fontes de luz laser emitem luz de duas das três cores necessárias para a projecção RGB. A cor remanescente é emitida por uma camada luminescente no ecrã de projecção, que é excitado pelo feixe de laser da terceira fonte de luz laser, chamada de fonte de luz de excitação. Em uma das formas de realização reveladas no presente documento a fonte de luz de excitação é um laser de semicondutor que emite luz ultravioleta, em que a camada luminescente converte esta luz ultravioleta em luz azul. Como material básico desta camada luminescente é proposto Srio(PC>46 Cl2: Eu. Este material, no entanto, não é ideal para a utilização num dispositivo de tela luminescente. Num tal dispositivo a fonte de luz de excitação é de preferência um díodo de laser 405 nm, uma vez que estes díodos estão prontamente disponíveis. 2

No comprimento de onda de 405 nm, o material luminescente do documento acima tem apenas uma pequena absorção que resulta numa fraca eficácia de conversão. É um objecto da presente invenção proporcionar um sistema de projecção de laser com base numa tela luminescente que é capaz de converter eficazmente a luz laser, pelo menos na região de comprimento de onda de 405 nm em luz azul. O objecto é conseguido com o sistema de projecção de laser da reivindicação independente 1 que consiste em pelo menos uma primeira fonte de luz laser, um ecrã de projecção e um modulador de luz espacial para projectar um feixe de laser da dita primeira fonte de luz laser para formar uma imagem no ecrã de projecção. O modulador de luz espacial pode ser qualquer modulador de luz, conhecido por exemplo a partir de outros sistemas de projecção. 0 ecrã de projecção compreende uma camada luminescente que após excitação pelo dito feixe de laser emite luz azul. A referida camada luminescente contém pelo menos um de entre BaMgAIn0i7: Eu ou MSÍ6-aAlaN8-aOx+a: EU 2+> (com M = Sr, Ba, Ca; 0 ^ x ^ 1; 0 ^ a ^ 1) como um material luminescente. Concretizações vantajosas do sistema são objecto das reivindicações dependentes e além disso estão descritas na descrição seguinte e no exemplo para a realização da invenção.

Com a camada luminescente contendo o material acima, a luz do laser de uma primeira fonte emissora de luz laser, a emitir na região de 405 nm é eficazmente convertida para uma luz fluorescente ou fosforescentes, na região de 450-460 nm. Os inventores do presente sistema de projecção descobriram este material que, surpreendentemente, tem uma eficácia de conversão significativamente melhor para um comprimento de 3 onda de excitação de 405 nm do que o material conhecido da JP 2003-287 802. Deste modo, o sistema de projecção da presente permite a utilização de díodos de laser 405 nm disponíveis comercialmente para produzir a luz azul no ecrã de projecção. A aplicação da camada luminescente no ecrã de projecção pode ser feita de várias maneiras, por exemplo, por uma técnica de revestimento, conhecida de um perito na técnica. De preferência, o sistema de projecção proposto compreende pelo menos três fontes de luz de laser diferentes, a primeira fonte de luz laser, uma segunda fonte de luz de laser e uma terceira fonte de luz de laser que emite a comprimentos de onda diferentes. A selecção de forma adequada do comprimento de onda das segunda e terceira fontes de luz a laser emite a comprimentos de onda diferentes permite a realização de um sistema de projecção RGB laser.

Para a imagem vermelha que tem de ser sobreposta à imagem azul na tela de projecção de tal sistema de projecção RGB, pode ser usado um díodo de laser vermelho, por exemplo com base no sistema de material de GaAs. Para a imagem verde, que tem de ser sobreposta sobre a imagem azul e sobre a imagem vermelha no ecrã de projecção, pode ser usada, por exemplo, uma frequência duplicada de laser Nd:YAG num laser de conversão ascendente.

Também é possível gerar a luz verde ou a luz vermelha pela camada luminescente no ecrã de projecção da mesma maneira que a luz azul, isto é, através da conversão descendente. Para este fim, a camada luminescente tem que conter um material adicional para converter a luz das segunda ou terceira fontes de luz laser em luz vermelha ou verde. De preferência, as segunda ou terceira fontes de luz laser em tal forma de realização emitem luz ultravioleta ou violeta. Esta luz, 4 naturalmente, deve ter um comprimento de onda diferente do que apresenta a luz da primeira fonte de luz laser. Além disso, os dois materiais luminescentes, o material para a geração da luz azul e o material para a geração da luz vermelha ou da luz verde devem ter bandas de absorção que diferem, de modo que estes materiais são apenas excitados pela luz da fonte de luz laser correspondente. Um material deve absorver as radiações a partir da primeira fonte de luz laser com a preferível não absorção na região do comprimento de onda das segunda ou terceira fontes de luz laser. 0 outro material deve absorver as radiações das segunda ou terceira fontes de luz laser com a preferível não absorção na região de comprimento de onda da primeira fonte de luz laser.

Em vez de uma conversão descendente de luz ultravioleta ou violeta para produzir luz vermelha ou verde, pode ser usado um material na camada luminescente, que permite a conversão ascendente para a luz verde ou vermelha. 0 uso de um díodo emissor de laser de por exemplo a um comprimento de onda de 970 nm, uma substância dopada com Er3+ na camada luminescente pode de um modo muito eficaz absorver dois fotões de infravermelhos e emitir um fotão verde a 550 nm. Vários fósforos muito eficazes deste tipo estão disponíveis, por exemplo, Er, Yb: NaYF4; Er, Yb: YF 3; Er, Yb: BaYF 5; ou vidro ZBLAN dopado com Er 3+ (53 ZrF4, 20 BaF2, 4 LaF 3, 3 A1F3, 20

NaF) .

De preferência, para a conversão ascendente e/ou descendente, os díodos de laser são usados como fontes de laser no presente sistema de projecção que emite nas gamas de comprimento de onda de entre 360 e 440 nm e/ou entre 780 e 1200 nm. Em particular, a primeira fonte de luz laser é de preferência um díodo emissor de laser GaN na região de 5 comprimento de onda de 405 nm. No entanto também outros díodos de laser que emitem na gama violeta ou ultravioleta, por exemplo a 385 nm, podem ser usados. Para gerar a luz vermelha e a luz verde (luz verde por conversão ascendente); os díodos de laser com base no sistema material emissor de GaAs e que emitem na gama de comprimento de onda de 63 0 nm até à gama de infravermelhos são os preferidos. Alternativamente, os díodos de laser ultravioleta ou violeta acima são preferencialmente utilizados para a geração da luz verde em ligação com um material luminescente de conversão descendente.

Na descrição presente e nas reivindicações a palavra "compreendendo" não exclui outros elementos ou etapas, bem como "um" ou "uma" não exclui uma pluralidade. Além disso, quaisquer sinais de referência nas reivindicações não devem ser interpretados como limitando o âmbito dessas reivindicações. A forma de realização exemplificativa que se segue mostra um exemplo do presente sistema de laser de projecção com referência à figura anexa, sem limitar o âmbito da invenção. A figura mostra:

Fig. 1 Uma configuração de esquemática de um exemplo do sistema de projecção de laser proposto. A figura 1 em anexo mostra uma configuração esquemática de um sistema de projecção de laser de acordo com um exemplo da presente invenção. Este sistema de projecção de laser compreende uma unidade de fonte de laser com três díodos de laser, uma primeiro díodo de laser GaN 1 a emitir a um comprimento de onda de 405 nm, um segundo díodo de laser GaAs 6 2 a emitir a um comprimento de onda de 630 nm e um terceiro diodo de laser GaAs a emitir a um comprimento de onda de 970 nm. Os feixes de laser dos três díodos de laser passam os moduladores de intensidade 4 e, em seguida, são combinados num feixe adequado combinador 5 num feixe de luz laser combinado. Este feixe de luz de laser é projectado através de um modulador de luz espacial 6, por exemplo, um leitor por varrimento de deflexão de dois eixos, na tela de projecção 7. Os moduladores de intensidade 4 e o modulador de luz espacial 6 são controlados por uma unidade de controlo de vídeo 8, a fim de produzir as imagens desejadas no ecrã de projecção 7 tal como é conhecido na técnica.

No exemplo presente, o ecrã de projecção 7 é coberto com uma camada luminescente 9, como pode ser visto no detalhe ampliado da figura. A camada luminescente 9 cobre a totalidade da tela de projecção. Esta camada luminescente 9 contém uma mistura de SrSi6N80i: Eu2+ e Er, Yb: NaYF4 como componentes principais, que podem ser embutidos num material de matriz adequado.

Devido a esta camada luminescente 9 a luz de laser a partir do primeiro díodo de laser 1 é convertida em luz azul de 450-460 nm no ecrã de projecção (conversão descendente). Por outro lado, a luz de laser emitida a partir do terceiro díodo laser 3 é convertida em luz verde com um comprimento de onda de 550 nm (conversão ascendente) . Por conseguinte, as cores produzidas no ecrã de projecção pelos três díodos de laser têm os comprimentos de onda de 630 nm (R) , 550 nm (g) e 450-460 nm (B) . Isto permite uma projecção de RGB fornecendo imagens de cores realistas ao telespectador. 7

Tal sistema de projecção é uma excelente alternativa aos projectores à base de lâmpadas. A possibilidade de utilizar díodos de laser como fontes de luz resulta em uma disposição muito compacta que pode ser realizada a baixo custo. Uma vez que a eficácia de conversão do material proposto para a conversão azul e a reflectividade elevada deste material para os comprimentos de onda do vermelho (e também do verde), pode ser projectada uma imagem muito brilhante.

LISTA DE SINAIS DE REFERÊNCIA 1 primeiro díodo de laser 2 segundo diodo de laser 3 terceiro díodo de laser 4 moduladores de intensidade 5 combinador de feixes 6 modulador de luz espacial 7 ecrã de projecção 8 unidade de controlo de vídeo 9 camada luminescente

Claims

REIVINDICAÇÕES 1. Um sistema de projecção de laser consiste POR pelo menos uma primeira fonte de luz laser (1), um ecrã de projecção (7) e um modulador de luz espacial (6) para projectar um feixe de laser da referida primeira fonte de luz de laser (1) para formar uma imagem no referido ecrã de projecção (7), em que o referido ecrã de projecção (7) compreende uma camada luminescente (9) a qual após excitação pelo referido feixe de laser emite luz azul, caracterizado por a referida camada luminescente (9) conter pelo menos um de entre BaMgAn0i7: Eu ou MSi6-aAlaN8_aOx+a: Eu2+ (com M = Sr, Ba, Ca, 0 ^ x ^ 1; 0 ^ a d 1) como um material luminescente.
2. Um sistema de projecção de laser de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a referida primeira fonte de luz de laser (1) ser um diodo de laser a emitir na região de comprimento de onda violeta ou ultravioleta.
3. Um sistema de projecção de laser de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por o sistema de projecção de laser compreender pelo menos uma segunda (2) e uma terceira (3) fonte de luz de laser, em que as referidas primeira (1), segunda (2) e terceira (3) fontes de luz a laser que emitem em diferentes comprimentos de onda.
4. Um sistema de projecção de laser de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por a referida segunda fonte de luz laser (2) emitir na gama de comprimento de onda do vermelho.
5. Um sistema de projecção de laser de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por a referida terceira fonte 1 de luz de laser (3) emitir na gama de comprimento de onda verde.
6. Um sistema de projecção de laser de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por a referida camada luminescente (9) conter um material luminescente adicional adequado para a conversão ascendente da luz na gama de comprimento de onda do infravermelho para a luz verde, em que a referida terceira fonte de luz de laser (3), em particular um diodo de laser, emite na gama de comprimento de onda do infravermelho.
7. Um sistema de projecção de laser de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por a referida camada luminescente (9) conter um material luminescente adicional adequado para a conversão descendente da luz na gama de comprimentos de onda do violeta ou do ultravioleta em luz verde, em que a referida terceira fonte de luz de laser (3), em especial um laser de diodo, emite na gama de comprimento de onda do violeta ou do ultravioleta.
8. Um sistema de projecção de laser de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por a referida terceira fonte de luz de laser (3) emitir na gama de comprimento de onda do verde.
9. Um sistema de projecção de laser de acordo com a reivindicação 8, caracterizado por a referida camada luminescente (9) conter um material luminescente adicional adequado para a conversão ascendente de luz na gama de comprimento de onda infravermelho para a luz vermelha, em que a referida segunda fonte de luz laser (2), em particular um 2 díodo de laser emite na gama de comprimento de onda do infravermelho. com a fonte
10. Um sistema de projecção de laser de acordo reivindicação 4, caracterizado por a referida segunda de luz laser (2) ser um díodo de laser. 09-05-2012 3