提供斑紋減少的投影顯示表面的製作方法

2024-03-05 01:27:15

專利名稱：：提供斑紋減少的投影顯示表面的製作方法
技術領域：
：本發明大體上涉及數字圖像投影，且更特定來說，本發明涉及一種雷射投影機，其具有含螢光材料以減少所顯示圖像中的斑紋噪聲的投影屏幕。雷射照明展現出能夠改進色域及實現數字投影設備(包含能夠提供影院質量成像的數字投影機及提供可攜式投影以使圖像更易共享的微型投影機)所需的亮度水平的一些前景。然而，使用窄帶光源的投影系統的一個公認問題是與斑紋有關。斑紋為由光學表面的隨機粗糙度(約為光的波長)導致的小尺度空間變動強度波動。雷射器的增加相干性對投影系統引入重大影響，其中粗糙度產生幹涉在一起的隨機相控次波源。此隨機強度波動降低圖像的有效質量，尤其在較高頻率時本質上產生遮掩小細節的「閃光效應」且還產生實際上為假影的強度清晰度。許多研究者已詳細研究了斑紋現象，且約瑟夫·古德曼(JosephGoodman)已於「光學中的斑紋現象、理論及應用(SpecklePhenomenainOptics,TheoryandApplication)」(羅伯茨(Roberts)及公司出版社,格林伍德村，CO,2007年)的書中公布了知識的綜合摘要。古德曼(Goodman)建議全幀顯示器應具有斑紋水平，其中強度變動的標準偏差小於調製裝置的強度解析度的最低有效位的量值。對於數字電影應用，強度解析度一般為12位且對比率一般約為2000I。其它電影標準傾向於不同準則，從而指示斑紋「應不可見」，這可在數量上假定使斑紋水平等效於白光投影機在普通屏幕上的斑紋水平。斑紋噪聲可量化為斑紋對比度C(以百分比為單位)其中Istd是相對於平均強度Inrean的強度波動的標準偏差。全展開斑紋的斑紋對比度為100%。斑紋使成像系統解析小空間細節的能力降低並導致看上去很讓人厭煩的圖像的噪聲水平。更糟的情況是，由於無某一形式的校正，斑紋可能會令人很不適以呈現不適於顯示目的的相干照明。已存在用於降低成像顯示器中的斑紋效應的可見度的許多方法。減少斑紋的常規策略包含修改照明的空間或時間相關性、將許多無關聯的斑紋圖案疊加到彼此上或修改斑紋的偏光態。一種方法提供顯示屏幕的振動或振蕩運動。如果振蕩高於閾值速度，那麼可明顯減少感知斑紋。其它方法包含通過使用靜態及振蕩漫射器或振蕩光纖或通過沿照明或成像光的路徑振動各種光學組件而加寬雷射照明的光譜線寬及減少空間相關性。古德曼(Goodman)已特徵化一些常用方法以減少顯示應用中的斑紋I.引入偏光分集；2.引入移動屏幕；3.引入使斑紋的產生最小化的經特殊設計屏幕；
背景技術：
：4.對於各色彩，加寬源的光譜或使用頻率略微不同的多個雷射器，由此實現照明的波長分集；5.對於各色彩，使用空間上分離的多個獨立雷射器，由此實現照明的角度分集；6.相較於眼睛的解析度而超規格設計投影光學裝置；7.使具有隨機相格的變化漫射器成像到屏幕上；及8.使具有確定或正交相位碼的變化漫射器成像到屏幕上。此些方法的各者有利有弊。其一些很適合於高端數字電影投影，而其它者卻不是。另外，在許多情況中，單一方法可能無法足夠有效地將斑紋減少到可接受閾值以下。例如，偏光分集在許多情況下並不令人滿意，因為需要偏光以調製光或產生立體成像的任何投影機都無法允許不純態影響到觀看者。實現屏幕搖動的經特殊設計屏幕可為有效，然而，其需要顯著修改不符合要求的會場。為實現屏幕搖動而修改大屏幕尤其困難，因為設備大且昂蟲貝ο光源的光譜加寬可實質上降低斑紋的水平，然而，此在雷射製造時可能難以控制，因為產生期望用於顯示應用的可見固態源的許多方法使用將波長控制在約I納米左右的頻率雙晶體。多個獨立雷射器可為非常好的方法，但取決於用以控制斑紋的元件的數量。此對從低亮度到高亮度的投影系統的整個範圍作用不明顯，因為1000流明的投影機需要與10000流明的投影機一樣無斑紋,但源的數量可高達10倍。例如，莫拉迪恩(Mooradian)等人揭示使用文章「高功率擴展垂直腔面發射二極體雷射器及陣列及其應用(Highpowerextendedverticalcavitysurfaceemittingdiodelasersandarraysandtheirapplications)」(2005年日本東京的微型光學會議)中的樂法諾擴展腔面發射雷射器(NECSELS)來改進斑紋性能。在此情況中，30到40個獨立(彼此不相干)發射體將斑紋減少到數個百分比。雖然使用較大數量的發射體來減少斑紋，但並非總是減少到數字電影嚴格要求所需的白光水平。在名稱為「投影顯示器設備、系統及方法(Projectiondisplayapparatus,system,andmethod)」的莫拉迪恩(Mooradian)等人的第7，296,897號美國專利中，揭示類似於古德曼(Goodman)所述的個別及組合技術以減少雷射斑紋。第一，增加彼此實質上不相關的雷射器的數量。第二，可使用雷射器的光譜加寬(曼妮(Manni)等人的第6，975，294號美國專利中也描述此技術)。第三，成陣列的個別雷射器可經設計以與多個頻率、相位及方向(角度)分布一起操作。最後，光學元件可用以攪亂方向、相位及偏光信息。如前所述，增加雷射器的數量可有效減少斑紋，但效果不完全。所述的額外方法大體上難以實施、昂貴或光學上不合意。名稱為「雷射照明的投影顯示器(Laserilluminatedprojectiondisplays)」的戈沃羅夫(Govorkov)等人的第7，244，028號美國專利描述使用傳遞到掃描構件的至少一個雷射，所述掃描構件暫時增大進入透鏡的雷射束散度，所述透鏡將光傳遞到照射空間光調製器的光束均勻器。當與具有至少一個特徵以進一步減少斑紋的屏幕組合時，此將雷射斑紋減少到可接受水平。暫時變動雷射束散度大體上為減少斑紋的有效方式，但其也需要修改屏幕以完成斑紋減少。此對於一般投影用途來說不合意。名稱為「使用雷射的用於減少顯示器中圖像質量衰退的裝置(Deviceforreducingdeteriorationofimagequalityindisplayusinglaser)，，的季(Ji)等人的第7，116，017號美國專利描述由雷射與屏幕之間的光路徑中的振動鏡組成的特定裝置。僅憑此無法將斑紋減少到可接受水平。名稱為「使用多波長都卜勒偏移光束的斑紋抑制雷射投影系統(Specklesuppressedlaserprojectionsystemusingamulti-wavelengthDopplershiftedbeam)」的羅迪(Roddy)等人的共同轉讓的第6，445,487號美國專利描述使用雷射調頻結合及時偏轉光束的角度的裝置的方法。此方法需要對全部雷射源並非均實用或可行的雷射調製。類似地，應用集中於使用聲光調製器來偏轉角度。這些裝置非常昂貴且僅可處理某些雷射器類型及大小。現有技術中已描述減少斑紋的許多方法。名稱為「用於減少雷射斑紋的方法、設備及漫射器(Method,apparatus,anddiffuserforreducinglaserspeckle)」的特裡斯那迪(Trisnadi)等人的第6，747，781號美國專利揭示移動定位在中間圖像平面處的漫射元件，所述漫射元件將圖像像素細分成具有不同時間相位的更小單元。庫爾茲(Kurtz)等人的名稱為「雷射投影顯示系統(Laserprojectiondisplaysystem)」的共同轉讓的第6，577，429號美國專利揭示使用電子可控降斑調製器來提供具有線性SLM的可控局部隨機化相變。特裡斯那迪(Trisnadi)等人的名稱為「用於減少雷射斑紋的方法及設備(Methodandapparatusforreducinglaserspeckle)」的第6，323，984號美國專利揭不使用圖像平面中的波前調製器來減少斑紋。弗洛倫斯(Florence)的名稱為「使用相干光的無斑紋顯不系統(Speckle-freedisplaysystemusingcoherentlight)」的第5，313，479號美國專利揭示光閥通過旋轉漫射器的照明。名稱為「全息顯微術的斑紋抑制(Specklesuppressionofholograghicmicroscopy)」的布裡奧內斯(Briones)的第4,256,363號美國專利及名稱為「後投影屏幕系統(Rearprojectionscreensystem)」的羅森(Rawson)的第4，143，943號美國專利各揭示通過移動投影路徑內的漫射組件而減少斑紋的設備。名稱為「使用空間及時間混合的均勻減少斑紋的雷射投影機(Uniformspecklereducedlaserprojectionusingspatialandtemporalmixing)，，的希爾斯坦(Silverstein)等人的共同轉讓的第2009/0284713號美國專利申請公開案教示使用光學路徑中的時變光學相移裝置來減少數字電影系統中的斑紋。雖然斑紋減少的常規方法對基於雷射的投影系統具有一定適用性，但這些方法存在約束圖像質量及減小總對比度以及增加投影設備的成本及複雜性的缺點。例如，成像路徑中的組件的任何類型修改均可能需要明顯重新設計、會使組件封裝複雜化及存在將噪聲或振動引入到投影機組件的光學及信號路徑中的風險。因為不同類型的空間光調製器(SLM)正用於數字投影，所以斑紋減少的問題進一步複雜化。實際使用三種類型的SLM:點掃描、線掃描及逐幀。點掃描投影機通過一次光柵掃描單一像素而顯示圖像。許多投影機使用光柵光閥(GLV)或光柵機電系統(GEMS)，其使用具有經可變致動以形成圖像的微小機械部件的衍射光柵來產生圖像。將來自此裝置的圖像一次單一線地掃描到顯示表面上。這些調製器具有簡單及成本方面的優勢，因此可期望用在消費型裝置(例如微型投影機)中。然而，其存在由可傳遞的能量密度所致的問題，能量密度限制可安全投影的光的數量。其它投影機採用反射或透射液晶裝置(LCD)。這些SLM一次投影完整圖像幀。另外其它投影設備使用數字微鏡裝置及二維陣列的微機電反射器，例如來自德克薩斯州達拉斯市的德州儀器(TexasInstruments)公司的數字光處理器(DLP)。類似地，DLP裝置一次形成完整圖像幀。這些面積型裝置具有將更少能量密度傳遞到屏幕從而提供更安全操作的優勢。因為使用這些不同SLM及投影技術以不同方式形成圖像，所以用一種類型的SLM來補償斑紋的解決方案在用在使用不同類型的SLM來形成圖像的投影機中時可能無效。已提出使用經特殊設計屏幕來減少斑紋的許多不同方法。名稱為「無斑紋液晶投影顯不器(Non-speckleliquidcrystalprojectiondisplay)」的陳(Chen)等人的第6，122，023號美國專利揭示包含液晶材料的投影屏幕。當用AC電壓驅動時，液晶材料略微振動以使得斑紋圖案快速改變，進而使得觀看者所觀察的斑紋噪聲減少。名稱為「具有經減少的斑紋噪聲的圖像投影(ImageProjectionwithReducedSpeckleNoise)」的亞維德(Yavid)及斯特恩(Stern)的第7，304,795號美國專利揭示包含多個光學共振腔的投影屏幕，所述光學共振腔在大於相干時間的時間內捕捉入射雷射及用於產生其中斑紋噪聲被減少的時變幹涉圖案。名稱為「具有晶狀體前表面的前投影屏幕(Frontprojectionscreenwithlenticularfrontsurface)」的馬戈(Magocs)及貝克(Baker)的第5，473，469號美國專利揭示與雷射投影機一起使用的前投影屏幕，所述雷射投影機包含所述屏幕的正面上的雙凸透鏡陣列(所述屏幕併入有光散射粒子以形成漫射區)及所述屏幕的背面上的反射器。因為入射光線沿不同方向穿越所述漫射區的不同部分(這增加光線將併入有散射粒子的可能性)，所以斑紋噪聲被減少。以下技術中描述併入有變色材料的投影屏幕的使用。名稱為「用於可控制地產生雷射顯不的方法及設備(MethodandApparatusforControllablyProducingaLaserDisplay)」的亞維德(Yavid)等人的第7，414，621號美國專利揭示用於將圖像投影到在屏幕上併入有至少一個磷光體的屏幕上的光柵掃描式雷射顯示器，所述磷光體用於反射具有不同於入射雷射束(其發射光譜的紫外光或IR波長區內的光)的波長的波長的光。磷光體需要完全吸收雷射束以完全利用此方法。名稱為「投影屏幕(ProjectionScreen)」的皮耶(Piehl)的第6，987，610號美國專利揭示包括襯底的投影屏幕，所述襯底上具有一個或一個以上螢光材料，其發射可見光，其中入射一個或一個以上範圍的可見光，並吸收不包含在所述一個或一個以上範圍內的至少一個其它波長範圍內的可見光；及一個或一個以上吸收材料，其安置於所述襯底與所述一個或一個以上螢光材料之間，所述一個或一個以上螢光材料反射所述一個或一個以上範圍內的光的波長並吸收不包含在所述至少一個其它範圍內及所述一個或一個以上範圍內的光的波長。名稱為「具有量子點屏幕的單一雷射多色彩投影顯示器(Singlelasermulti-colorprojectiondisplaywithquantumdotscreen)，，的斯基普(Skipor)等人的第2008/0172197號美國專利申請公開案揭示包括無源屏幕的顯示器，所述無源屏幕印刷有通過將單一UV雷射束光柵掃描在所述屏幕上而激發的不同色彩量子點的圖案。名稱為「發射可見彩色光的使用可激發紫外線的磷光體的雷射顯示器(LaserDisplaysusingUV-ExcitablePhosphorsEmittingVisibleColoredLight)」的哈力口(Hajjar)等人的第7，474，286號美國專利揭示一種顯示系統，其使用至少一個掃描雷射束來激發屏幕上的呈發光以形成圖像的平行磷光條形式的一個或一個以上螢光材料。還需要對準驗證傳感器以驗證雷射調製時序在將雷射光柵掃描在屏幕表面上期間恰好與磷光條對準。在相關的揭示內容中，名稱為「具有有光學螢光材料的屏幕的顯示系統(DisplaySystemsHavingScreenswithOpticalFluorescentMaterials)」的肯特(Kent)等人的第2008/0291140號美國專利申請公開案進一步教示螢光材料可包含磷光體材料或量子名稱為「經配置用于波長轉換的顯示器及顯示器屏幕(Displayanddisplayscreenconfiguredforwavelengthconversion)」的鮑威爾(Powell)等人的第2008/0048936號美國專利申請公開案揭示一種顯示屏幕，其包含含有波長轉換材料的耦聯體陣列。所述耦聯體經配置以接收第一波長處的光並沿一方向而響應性優先發射第二波長處的光。名稱為「光源單位及投影機(Lightsourceunitandprojector)」的奧佳華(Ogawa)的第2009/0262308號美國專利申請公開案揭示一種投影機，其包含第一及第二光源(包括發光二極體或固態發光裝置)，其用於發射兩個預定波長帶中的每一者內的光；及第三光源，其由透射所述第一光源的光並吸收從所述第二光源發射的光的磷光體形成。在此情況中，屏幕上不存在磷光體材料。因此，應了解斑紋呈現在使用雷射照明時投影設備設計中必須解決的經常性問題。常規斑紋補償方法增加投影機設計的成本及複雜性，且大體上降低與投影機輸出相關的圖像質量。接著，需要可用於廣泛成像技術且不影響投影機設計的斑紋補償機制。
發明內容本發明的目的為改進數字圖像投影的技術。就此目的來說，本發明的一個實施例的特徵在於用於減少來自投影機的斑紋假影的投影顯示表面，所述投影機具有含入射可見波長帶的至少一個窄帶光源，其中所述入射可見波長帶具有入射峰值波長及入射帶寬，所述投影顯示表面包括a)襯底，其具有反射至少所述入射可見波長帶內的入射光的反射層'及b)螢光劑，其分布在所述反射層上，其中所述螢光劑吸收所述入射可見波長帶內的光的一部分並發射具有發射峰值波長及發射帶寬的發射可見波長帶內的光，其中所述發射帶寬比所述入射帶寬寬且至少為5納米寬；其中當所述入射可見波長帶內的入射光是入射在所述投影顯示表面上時，所產生的來自所述投影顯示表面的返回光含有所述入射可見波長帶與所述發射可見波長帶兩者內的光，由此通過光譜加寬的機制而減少斑紋假影。本發明的設備具有的優點在於其與用在投影機中的圖像形成技術無關。同樣地，本發明的設備非常適合於與使用空間光調製器(其將線性圖像掃描到顯示表面上)的投影系統一起使用，以及適合於一次形成完全二維圖像的投影系統。本發明具有的額外優點在於其不增加投影設備本身的任何成本或複雜性。本發明的另一優點在於其減少斑紋且對圖像質量無明顯影響。將通過審查對優選實施例的以下詳細描述及所附權利要求書及參考附圖而更清楚地理解及了解本發明的這些及其它方面、目的、特徵及優點。圖I是使用本發明的投影顯示表面的數字投影設備的簡化框圖；圖2是展示數字投影設備中的單一色彩通道的示範性發射光譜的曲線圖；圖3是展示通過吸收入射波長帶內的光產生的螢光發射波長帶的理想實例的曲線圖；圖4是展示由小斯託克斯偏移引起的理想返回光光譜的曲線圖；圖5是展示經稀疏分布螢光劑調節的顯示表面的放大前視圖及側視圖的圖；圖6A展示未使用螢光劑而產生的示範性斑紋圖案的圖像；圖6B展示具有根據本發明而產生的減少斑紋的圖像；圖7是繪製以若丹明6G螢光劑的光學密度為函數的綠雷射的測量斑紋對比度及平均代碼值的曲線圖；圖8是繪製以若丹明6G螢光劑的光學密度為函數的紅色、綠色及藍色雷射的測量斑紋對比度及平均代碼值的曲線圖；圖9是入射在未經塗覆屏幕樣品上的綠色雷射的測量光譜輻射率對波長的曲線圖；圖10是入射在具有若丹明6G螢光劑的OD=O.04塗層的屏幕樣品上的綠色雷射的測量光譜輻射率對波長的曲線圖；圖11是入射在具有若丹明6G螢光劑的OD=O.30塗層的屏幕樣品上的綠色雷射的測量光譜輻射率對波長的曲線圖；圖12是入射在未經塗覆屏幕樣品上的紅色、綠色及藍色雷射的測量光譜輻射率對波長的曲線圖；圖13是入射在具有若丹明6G螢光劑的OD=O.04塗層的屏幕樣品上的紅色、綠色及藍色雷射的測量光譜輻射率對波長的曲線圖；圖14是入射在具有若丹明6G螢光劑的OD=O.30塗層的屏幕樣品上的紅色、綠色及藍色雷射的測量光譜輻射率對波長的曲線圖；圖15展示CIE19312°配色函數的曲線圖；及圖16展示根據本發明的對數字投影系統進行色彩校準的流程圖。具體實施例方式對於以下詳細信息，應了解未特定展示或描述的元件可採用所屬領域的技術人員所眾所周知的各種形式。提供本文中所示及所述的圖以根據本發明的若干實施例而說明主要操作原理及沿其相應光學路徑的組件關係，且圖可不展示實際尺寸或比例。可能必須進行一些放大以強調基本結構關係或操作原理。本發明的若干實施例通過調適顯示屏幕或其它類型的顯示表面對來自投影機的入射窄帶光的響應而解決斑紋減少的問題。通過將入射光能的一部分重新分布到顯示屏幕表面上的發射材料，本發明的若干實施例有效擴展顯示圖像的光譜帶寬，由此減少斑紋假影且對亮度及色彩質量沒有影響或無明顯影響。圖I的簡化示意圖展示具有投影透鏡20的一種類型的投影設備10，投影透鏡20投射光束22以在具有設置於襯底25上的反射層26的顯示表面30上形成圖像。在一些實施例中，襯底25是由反射材料製成。在此情況中，反射層26可為襯底的頂面。位於光束22下方的觀看者150可觀看顯示表面30上的投影圖像。取決於觀看者與屏幕的距離及其它因素，觀看者還可感知斑紋假影及其它圖像假影，例如色變失效假影。投影設備10具有三個或三個以上色彩通道，通常為紅色(R)、綠色(G)及藍色(B)。各色彩通道分別具有窄帶光源16r、16g及16b及對應空間光調製器12r、12g及12b。在優選實施例中，空間光調製器12r、12g及12b是數字微鏡裝置，例如可從德克薩斯州達拉斯市的德州儀器公司購買的眾所周知的數字光處理器(DLP)空間光調製器。來自三個或三個以上色彩通道中的每一者的調製光是使用組合元件(例如二向色組合器14)而組合到相同光學路徑(光軸O)上。此基本模型同樣還適用於與此系統一起使用的LCD或其它類型的空間光調製器，且LCD調製器相對於其相干光源的定向不同。各光源16r、16g及16b是窄帶光源(例如雷射光源或LED光源)，其具有以提供近處波長的小範圍內的一定量的能量的峰值波長及帶寬為特徵的可見波長帶。圖2的曲線圖說明波長帶40，其對應於用作為數字投影機(例如圖I中所示的投影機)中的照明源的代表性雷射的發射光譜。在此實例中，雷射是展示為綠色雷射，其具有532納米的峰值波長λI但具有此中心值的各側附近的波長處的能量。波長帶40的寬度的特徵為帶寬ΛλI(例如全寬半最大帶寬)。此相同的基本關係還適用於紅色及藍色雷射(在其對應波長帶內)。用在雷射投影機中的典型雷射帶寬是在O.05納米到O.50納米的範圍內。光在極窄波長帶內的此高集中度具有提供寬色域的優點。然而，因為雷射具高相關性，所以此相同窄帶特性還為促使可感知斑紋在顯示圖像中形成的因素。可通過增加光能在光譜內的擴散而減少斑紋。本發明的方法嘗試以可控方式加寬此能量分布，且不過度損害圖像質量。在本發明中，通過調節顯示屏幕(圖I的系統中的顯示表面30)對入射光的響應而實現能量分布的此加寬。可以許多種方式實現屏幕的此調節。在一個實施例中，螢光劑27(例如分布在顯示表面30的反射層26上的螢光染料)提供此光譜加寬功能，進而補充反射層26的反射性。螢光染料為吸收第一波長處的光能並響應於此吸收能量而發射從所述第一波長光譜偏移的第二波長處的光能的材料。例如，螢光染料對定位及追蹤分子成像應用中的各種生化物質有用。這些應用使用稱為斯託克斯偏移的螢光染料響應。斯託克斯偏移是關於λI處的經透射及經部分吸收的第一光能與λ2處的發射的第二光能之間的螢光響應中的波長差。對於生物醫學成像應用，高選擇濾波器是用以使激發光的入射光波長與螢光波長分離。為有助於進一步促進此分離，研究者使用發射波長明顯高於激發波長的螢光的材料。然而，為了本發明，可期望由斯託克斯偏移所致的波長的僅略微偏移。參考圖3，展示一種類型的螢光染料的低斯託克斯偏移現象。螢光染料吸收具有入射峰值波長λI及入射帶寬ΛλI的入射波長帶42內的入射可見光。接著，螢光染料發射具有發射峰值波長λ2及發射帶寬Δλ2的發射波長帶44內的光。發射峰值波長λ2相對於入射峰值波長λI而偏移斯託克斯偏移△λS。根據本發明，入射波長帶42及發射波長帶44兩者將大體上在從約400納米延伸到約700納米的可見波長範圍內。在低斯託克斯偏移條件(例如圖3中所表示的偏移)下，λI與λ2之間的斯託克斯偏移量△λS可低達數納米。在本發明的背景下，為加寬感知光的能量分布以減少斑紋，小於約40納米的偏移作用明顯。更優選斯託克斯偏移可為更小值，例如小於約20納米或小於約10納米的偏移。投影圖像的觀看者無法感知所產生的此色偏移量。此外，因為發射波長帶44通常具有延伸尾部，所以光譜偏移保持較小會減少可重疊到相鄰色譜中的非需要殘餘光。但是，由於原雷射與經激發的發射光之間存在微小頻率差，所以屏幕上圖像中的斑紋假影被減少。優選地，發射帶寬Λλ2比入射帶寬ΛλI寬且至少為5納米寬且不超過約50納米寬。較寬的帶寬有助於通過光譜加寬而提供斑紋減少。可用於本發明的示範性染料包含來自加州卡爾斯巴德市的生命技術(LifeTechnologies)公司的AlexaFluor染料。例如，對於綠色通道，AlexaFluor532染料具有532納米的吸收峰值波長λI及約555納米的發射峰值波長λ2。分布在反射層26上的螢光劑27的量可經調整以控制入射波長帶42內的被吸收的光的量，且螢光劑27產生發射波長帶內的發射光。大體上，將期望使用相對較低量的螢光劑27以僅吸收入射光的一部分,使得來自顯不表面30的返回光含有從反射層26反射的入射波長帶42內的光與由螢光劑27發射的發射波長帶44內的光兩者。雖然皮耶(Piehl)(第6，987，610號美國專利)、斯基普(Skipor)等人(第2008/0172197號美國專利申請公開案)、哈加(Hajjar)等人(第7，474，286號美國專利)、肯特(Kent)等人(第2008/0291140號美國專利申請公開案)及鮑威爾(Powell)等人(第2008/0048936號美國專利申請公開案)的先前所提及參考案各教示包含螢光劑的顯示屏幕的使用，但本發明與現有技術配置之間仍存在若干重要不同點。在這些參考案中的每一者中，螢光劑的用途為將入射光的色彩變成新色彩。在一些情況中，將不可見紫外線輻射轉換為可見光。相反，本發明的方法提供相對於入射光僅偏移小間隔的返回光。優選地，偏移的量值足夠小，使得人類觀察者將感知的入射光及返回光具有相同色名(例如「紅色」、「綠色」或「藍色」)。此外，在現有技術參考案中，螢光劑經設計以吸收幾乎全部入射雷射，使得返回光僅含有發射光。相比之下，本發明中的返回光含有入射波長帶42與發射波長帶44兩者內的光。此特徵對產生光譜加寬以減少斑紋假影的可見度有用。現有技術的投影屏幕沒有一個教示提供斑紋減少的配置。圖3的實例說明應用本發明的方法以便為具有綠窄帶光源的綠色通道提供斑紋減少。在一些配置中，可通過使用單一螢光劑來僅給單一色彩通道(即，綠色通道或某一其它色彩通道)提供光譜加寬而實現斑紋假影的可見度的明顯降低。例如，一個色彩通道中的斑紋假影通常比在其它色彩通道中的更可見。因此，減少所述色彩通道中的斑紋假影可提供明顯的圖像質量改進，即使為其它色彩通道未提供斑紋減少。在其它配置中，通過將多個螢光劑分布在反射層上，可將相同斑紋減少原理應用於多個色彩通道。例如，吸收紅色入射波長帶內的光並發射對應紅色發射波長帶內的光的紅色螢光劑可與綠色螢光劑一起分布在反射層上。替代地，多個螢光劑27可分布在顯示表面30上以對於給定色彩通道進行操作。例如，兩個螢光劑27(—者具有較小正斯託克斯偏移，且另一者具有較小負(反斯託克斯)偏移)可在入射波長帶42的兩側上提供光譜加寬。圖3中所示的特性響應是理想化的且表示約等於初始激發光束的水平的水平處的受激螢光能的功率。實際上，此平衡關係並非必需；有用的是獲得足夠螢光以略微加寬色彩光的光譜分布使得斑紋假影被消除或至少減少到不可感知的水平。返回光未必具有兩個不同的峰值波長，如圖3的實例中所示。例如，圖4展示理想實例，其中入射波長帶42激勵發射波長帶44以具有較小斯託克斯偏移。另外，發射波長帶內的返回光的功率小於入射波長帶42內的返回光的功率。在此情況中，所得返回光波長帶46具有與入射波長帶42相同的峰值波長λ1，但具有加寬光譜及加寬帶寬ΛλΒ。此布置的優點在於返回光的色偏移將明顯小於圖3的實例的色偏移。螢光劑(例如螢光染料)可以各種方式施加到投影屏幕的表面。例如，螢光染料可分散或懸浮在外加塗層內。許多實際觀察適用於以此方式使用螢光染料(i)大體上，染料分子(納米級)將明顯小於顯示屏幕上的像素尺寸(毫米級)。因此，粒子或懸浮狀的螢光染料分子的分散使螢光染料能夠在不影響圖像解析度的情況下以適合濃度施加到顯示屏幕表面上。(ii)在一個實施例中，針對色彩通道中的每一者(例如紅色、綠色及藍色)將一種單獨的螢光染料施加到投影屏幕表面。不同螢光染料可經組合併施加為相同塗層的部分。替代地，不同螢光染料可施加在分離塗層中。在替代實施例中，僅針對單一色彩通道(例如綠色)施加螢光染料且不為其它色彩通道(例如藍色及紅色)提供投影屏幕的調節。應了解可使用針對此目的的各種調節組合，包含對任何一個、任何兩個或全部三個色彩通道的處理。對於四色投影系統，甚至可具有更多排列組合。(iii)通常，需要較低數量的螢光染料以提供所需效應。例如，已發現足以吸收入射波長帶內的光的約10%的染料濃度提供典型配置中的實質斑紋減少。大體上，螢光染料的濃度應經選擇以吸收入射波長帶內的2%到40%之間的光。用於各色彩通道的螢光染料的最佳濃度將為許多因素(包含色彩通道的斑紋可見度及由特定螢光染料的斯託克斯偏移提供的光譜加寬的程度)的函數。(iv)當螢光染料是施加到既有屏幕組成上時，某種額外塗層保護會對提供耐用性有用。在一個實施例中，防護層(例如聚合防護層)是提供在螢光劑27(圖I)的頂上以給螢光劑提供保護。優選地，用於防護層的材料不應具有可感知雙折射性。在替代實施例中，螢光劑27可懸浮在防護層內。防護層大體上是用以保護螢光染料免受環境影響。在一些情況中，防護層還可摻雜或塗覆有紫外光阻斷劑以給螢光染料提供進一步保護。一般來說，螢光劑發射具有低於激發能的能量(即，具有較長波長)的光。例如，此關係在圖3中加以展示。還存在使發射能具有較低波長的發螢光材料。已將此類型的響應稱為「反斯託克斯」偏移。替代地，具有此類型響應的材料可用於本發明的若干實施例。適合於與紅色通道中的投影光一起使用的螢光染料的實例包含表格I中所給出的螢光染料。大體上，應選擇其中峰值吸收波長緊密匹配發射峰值波長(對於窄帶光源)的螢光染料。類似地，適合於與綠色通道一起使用的螢光染料的實例包含表格2中所給出的螢光染料，且適合於與藍色通道一起使用的螢光染料的實例包含表格3中所給出的螢光染料。表格I:與紅色通道一起使用的示範性螢光染料。權利要求1.一種投影顯示表面，其用於減少來自投影機的斑紋假影，所述投影機具有含入射可見波長帶的至少一個窄帶光源，其中所述入射可見波長帶具有入射峰值波長及入射帶寬，所述投影顯示表面包括a)襯底，其具有反射至少所述入射可見波長帶內的入射光的反射層'及b)螢光劑，其分布在所述反射層上，其中所述螢光劑吸收所述入射可見波長帶內的光的一部分並發射具有發射峰值波長及發射帶寬的發射可見波長帶內的光；其中當所述入射可見波長帶內的入射光入射在所述投影顯示表面上時，所產生的來自所述投影顯示表面的返回光含有所述入射可見波長帶與所述發射可見波長帶兩者內的光，由此減少圖像假影。2.根據權利要求I所述的投影顯示表面，其中所述經減少圖像假影是斑紋假影或觀察者色變失效假影。3.根據權利要求I所述的投影顯示表面，其中所述發射帶寬比所述入射帶寬寬且至少為5納米寬。4.根據權利要求I所述的投影顯示表面，其中所述發射帶寬不超過50納米。5.根據權利要求I所述的投影顯示表面，其中所述發射峰值波長是經相對於所述入射峰值波長偏移。6.根據權利要求5所述的投影顯示表面，其中所述發射峰值波長是經相對於所述入射峰值波長偏移不超過40納米。7.根據權利要求I所述的投影顯示表面，其中所述螢光劑是螢光染料。8.根據權利要求7所述的投影顯示表面，其中所述螢光染料是若丹明6G、AlexaFluor532或BODIPY530/550。9.根據權利要求I所述的投影顯示表面，其中所述螢光劑是量子點。10.根據權利要求9所述的投影顯示表面，其中所述量子點是使用CdS、CdSe,ZnSe,InAs、GaAs或GaN製成。11.根據權利要求I所述的投影顯示表面，其中所述螢光劑是均勻分布在所述襯底上。12.根據權利要求I所述的投影顯示表面，其中所述螢光劑是稀疏地分布在所述襯底上。13.根據權利要求I所述的投影顯示表面，其中分布在所述反射層上的所述螢光劑的量是經調整以實質上使斑紋可見度最小化。14.根據權利要求I所述的投影顯示表面，其中所述襯底是由反射材料製成，且其中所述反射層對應於所述襯底的頂面。15.根據權利要求I所述的投影顯示表面，其進一步包含保護所述投影顯示表面的保護塗層。16.根據權利要求15所述的投影顯示表面，其中所述螢光劑是包含在所述保護塗層內。17.根據權利要求15所述的投影顯示表面，其中所述保護塗層是施加在所述螢光劑的頂上。18.根據權利要求I所述的投影顯示表面，其中所述投影顯示表面具偏光保存性使得所述返回光的偏光實質上與所述入射光的偏光相同。19.根據權利要求I所述的投影顯示表面，其中人類觀察者感知所述入射可見波長帶及所述發射可見波長帶內的光具有相同色名。20.根據權利要求I所述的投影顯示表面，其中所述入射可見波長帶內的光的由所述螢光劑吸收的所述部分在2%與40%之間。21.根據權利要求I所述的投影顯示表面，其中所述斑紋假影是通過光譜加寬的機制而減少。22.根據權利要求I所述的投影顯示表面，其中所述發射峰值波長比所述入射峰值波長長，且所述投影顯示表面進一步包含分布在所述反射層上的第二螢光劑，其中所述第二螢光劑吸收所述入射可見波長帶內的光的一部分並發射具有第二發射峰值波長及第二發射帶寬的第二發射可見波長帶內的光，所述第二發射峰值波長比所述入射峰值波長短。23.根據權利要求I所述的投影顯示表面，其進一步包含分布在所述反射層上的一種或一種以上光吸收劑，所述光吸收劑吸收與所述入射可見波長帶或所述發射可見波長帶實質上不重疊的一個或一個以上波長帶內的環境光。24.一種投影顯示表面，其用於減少來自彩色投影機的斑紋假影，所述彩色投影機具有分別含第一、第二及第三入射可見波長帶的至少三個窄帶光源，其中各入射可見波長帶具有相關聯入射峰值波長及相關聯入射帶寬，所述投影顯示表面包括a)襯底，其具有反射至少所述第一、第二及第三入射可見波長帶內的入射光的反射層；及b)第一突光劑，其分布在所述反射層上，其中所述第一突光劑吸收所述第一入射可見波長帶內的光的一部分並發射具有第一發射峰值波長及第一發射帶寬的第一發射可見波長帶內的光；其中當所述第一入射可見波長帶內的入射光入射在所述投影顯示表面上時，所產生的來自所述投影顯示表面的返回光含有所述第一入射可見波長帶與所述第一發射可見波長帶兩者內的光，由此減少斑紋假影。25.根據權利要求24所述的投影顯示表面，其中所述發射帶寬比所述入射帶寬寬且至少為五納米寬。26.根據權利要求24所述的投影顯示表面，其中所述第一發射峰值波長相對於所述第一入射峰值波長比相對於所述第二或第三入射峰值波長接近。27.根據權利要求24所述的投影顯示表面，其中所述第一發射可見波長帶延伸以與所述第二或第三入射峰值波長相隔不小於30納米。28.根據權利要求24所述的投影顯示表面，其中所述第一入射可見波長帶內的光的由所述第一螢光劑吸收的所述部分在2%與40%之間且所述第二及第三入射可見波長帶內的光的由所述第一螢光劑吸收的所述部分可忽略。29.根據權利要求24所述的投影顯示表面，其進一步包含c)第二螢光劑，其分布在所述反射層上，其中所述第二螢光劑吸收所述第二入射可見波長帶內的光的一部分並發射具有第二發射峰值波長及第二發射帶寬的第二發射可見波長帶內的光；其中當所述第二入射可見波長帶內的入射光入射在所述投影顯示表面上時，所產生的來自所述投影顯示表面的返回光含有所述第二入射可見波長帶與所述第二發射可見波長帶兩者內的光。30.根據權利要求29所述的投影顯示表面，其進一步包含d)第三螢光劑，其分布在所述反射層上，其中所述第三螢光劑吸收所述第三入射可見波長帶內的光的一部分並發射具有第三發射峰值波長及第三發射帶寬的第三發射可見波長帶內的光；其中當所述第三入射可見波長帶內的入射光入射在所述投影顯示表面上時，所產生的來自所述投影顯示表面的返回光含有所述第三入射可見波長帶與所述第三發射可見波長帶兩者內的光。全文摘要本發明揭示一種投影顯示表面，其用於減少來自投影機的斑紋假影，所述投影機具有含入射可見波長帶的至少一個窄帶光源，其中所述入射可見波長帶具有入射峰值波長及入射帶寬，所述投影顯示表面包括襯底，其具有反射至少所述入射可見波長帶內的入射光的反射層；及螢光劑，其分布在所述反射層上，其中所述螢光劑吸收所述入射可見波長帶內的光的一部分並發出具有發射峰值波長及發射帶寬的發射可見波長帶內的光；其中當所述入射可見波長帶內的入射光入射在所述投影顯示表面上時，所產生的來自所述投影顯示表面的返回光含有所述入射可見波長帶與所述發射可見波長帶兩者內的光，由此減少斑紋假影。文檔編號H04N9/31GK102934448SQ201180027891公開日2013年2月13日申請日期2011年6月13日優先權日2010年6月16日發明者巴裡·D·西爾弗施泰因,麥可·艾倫·馬庫斯,安德魯·F·庫爾茨申請人:柯達公司