扫描波束的显示系统的多层荧光屏
本申请要求2006年8月31日提交的题为“Multilayered FluorescentScreens for Scanning Beam Display Systems”的第11/514,720号美国专利申请的优先权。第11/514,720号申请要求了2006年5月15日提交的题为“Display Systems Using Fluorescent Screens IncludingFluorescent Screens With Prismatic Layer”的第60/800,870号美国临时申请和2006年3月31日提交的题为“Display Systems Having ScreensWith Optical Fluorescent Materials”的申请号为PCT/US2006/11757的PCT专利申请的优先权。
本申请还要求以下申请的优先权：(1)2006年5月15日提交的题为“Display Systems Using Fluorescent Screens Including FluorescentScreens With Prismatic Layer”的第60/800,870号美国临时申请，(2)2007年5月22日提交的题为“Scanning Beam Display Systems UsingFluorescent Screens With Reflective Features”的第60/896,483号美国临时申请，以及(3)2007年4月9日提交的题为“Fluorescent Screens WithMetalized Stripe Dividers For Scanning Beam Display Systems”的第60/910,797号美国临时申请。
上述申请的全部内容通过引用并入本文，作为本申请说明书的一部分。
背景技术
本申请涉及使用荧光屏在光激发的情况下发射彩色光的显示系统，例如，基于激光的图像和视频显示器和这些显示器的屏幕设计。
很多图像和视频显示器被设计为直接产生不同颜色的彩色图像，例如，红色、绿色和蓝色，并且将彩色图像投射到屏幕上。这些系统通常被称作“投影显示器”，其中屏幕仅是使彩色图像对观众可见的表面。这些投影显示器可使用白光光源，其中白光被滤波和调制以产生红色、绿色和蓝色的图像。可选择地，可直接使用三个红色、绿色和蓝色的光源来产生三个红色、绿色和蓝色的波束，并且对这三个波束进行调制以产生红色、绿色和蓝色的图像。这些投影显示器的实施例包括数字光处理(DLP)显示器、硅基液晶(LCoS)显示器和光栅光阀(GLV)显示器。特别地，GLV显示器使用三个光栅光阀以分别调制红色、绿色和蓝色激光束，并且使用波束扫描仪在屏幕上产生彩色图像。基于激光的投影显示器的另一个实施例在题为“Methods andapparatus for image projection”的第5,920,361号美国专利中被描述。投影显示器使用光学透镜系统成像并将彩色图像投影到屏幕上。
一些其它的图像和视频显示器使用“直接”结构，其中屏幕本身包括光生成彩色像素以直接地在屏幕上形成彩色图像。这些直接的显示器中去除了用于投影这些图像的光学透镜系统，并且因此能够制作为比具有相同屏幕尺寸的投影显示器更小。直接显示器系统的实施例包括等离子体显示器、液晶显示器(LCD)、发光二极管(LED)显示器(例如，有机LED显示器)和场发射显示器(FED)。这些直接显示器中的每个彩色像素都包括三个邻近的彩色像素，这些彩色像素通过如在LED显示器或FED中直接发射彩色光或者通过如在LCD等中对白色光进行滤波而产生红色、绿色和蓝色的光。
这些或其它显示器正在替代几十年以来一直占据显示器市场的阴极射线管(CRT)显示器。CRT显示器在真空管中使用扫描电子束以在屏幕上激发红色、绿色和蓝色的彩色磷从而产生彩色图像。尽管CRT显示器可产生生动的色彩和具有高分辨率的明亮的图像，但是阴极射线管的使用给CRT显示器带来了严重的技术限制，并且导致在近些年中对CRT显示器的需求的严重下降。
发明内容
本申请的详细说明尤其描述了荧光屏和显示系统和设备，这些显示系统和设备基于这样的屏幕，其使用至少一个激发光波束以激发屏幕上的一个或多个荧光物质，从而其发射光线以形成图像。这些荧光物质可包括磷物质和如量子点等非磷物质。
在一个实施例中，显示屏包括平行的屏幕层，其被用于形成平面堆叠，并包括荧光层，其吸收激发波长的激发光从而以发射不同的可见光波长的可见光，并且棱柱层包括多个棱柱元件，其接收激发光并将激发光耦合到荧光层。
在另一个实施例中，显示屏包括屏幕层，其被用于形成平面堆叠并且包括荧光层，荧光层包括平行荧光带并吸收激发波长的激发光以发射不同的可见波长的可见光。屏幕层还包括平行带分离器，每个分离器位于两个相邻的荧光带之间。每个带分离器包括侧壁，其对于已发射可见光是反射的且不透明的以可选择地隔离两个相邻的荧光带。绝缘层被包含以与带分离器接触并与荧光层隔开以形成绝缘层与每个荧光层之间的间隙。
在另一个实施例中，显示屏包括屏幕底层和荧光层，该荧光层形成于屏幕底层之上以包括吸收激发光以发射可见光的平行荧光带。激发光和可见光的波长是不同的。显示屏还包括平行带分离器和分色层，每个平行带分离器位于两个相邻的荧光带之间，分色层形成于屏幕底层上以接收激发光。分色层传输激发光并反射可见光。
在另一个实施例中，显示屏包括荧光层，该荧光层包括吸收激发光以发射可见光的平行荧光带。激发光和可见光的频率不同。入口层形成于荧光层的第一侧以接收激发光并将激发光导向荧光层。滤波层还形成荧光层的第二侧，其与第一侧是相对的。该滤波层是由传输可见光的材料制成，该材料在可见光频率范围内具有衰减一致性。
在另一个实施例中，显示屏包括吸收激发光以发射可见光的荧光层，并包括位于荧光层的第一侧的第一层，第一层可操作为传输激发光并反射可见光。第一层包括棱柱层，其包括棱柱元件。
在另一个实施例中，显示屏包括吸收激发光以发射白光的荧光层，并包括滤色器阵列，滤色器阵列其邻近荧光层以接收已发射的白光并滤除白光以传输彩色光。每个滤色器传输指定的颜色并吸收其它颜色的光。每个滤色器的指定颜色不同于邻近滤色器传输的指定颜色。
在又一个实施例中，显示屏包括显示层，其被用于形成平面堆叠。该平面堆叠包括荧光层、滤波层、第二绝缘层和第二平行带分离器。荧光层包括平行荧光带、均位于两个邻近荧光带之间的平行带分离器、与荧光带和带分离器接触以将激发光耦合到荧光带的荧光层。滤波层包括平行滤波带，每个平行滤波带沿着垂直于屏幕层的方向与相应的荧光带对准，并被定位以将荧光层放置在绝缘层与滤波层之间。第二绝缘层位于荧光层与滤波层之间。第二平行带分离器中的每个平行带分离器均位于两个邻近的滤波带之间并与第二绝缘层接触。荧光层吸收激发波长的激发光以发射波长不同于激发波长的可见光。每个带分离器相对于已发射的可见光是反射的且不透明的以可选择地隔离两个相邻的荧光带。在滤波层中，至少三个相邻的滤波带分别由第一滤波物质制成以传输第一颜色的第一可见光并同时吸收包括第二颜色和第三颜色的其它颜色的光，由第二滤波物质制成以传输第二颜色的第二可见光并同时吸收包括第一颜色和第三颜色的其它颜色的光，和由第三滤波物质制成以传输第三颜色的第三可见光并同时吸收包括第一颜色和第二颜色的其它颜色的光。
在又一个实施例中，显示屏包括第一绝缘层，其传输激发波长的激发光；荧光层，其具有平行荧光带并吸收激发光以发射不同的可见波长的可见光；和第二绝缘层，其与荧光层被空气间隙分离。第二绝缘层至少部分地传输可见光。荧光层位于第一绝缘层与第二绝缘层之间。
在又一个实施例中，显示屏包括荧光层，该荧光屏包括平行荧光带和平行带分离器，每个平行带分离器位于两个相邻的荧光带之间以分离两个相邻的荧光带。在激发光的照射下，每个荧光带发射可见光，该激发光可选择地激发荧光带并且每个带分离器包括反射作为反馈光的激发光的珠。
在又一个实施例中，显示屏分别包括荧光层，该荧光屏包括平行荧光带、平行带分离器，每个平行带分离器位于两个相邻的荧光带之间以分离两个相邻的荧光带，平行棱柱带，其形成于平行带分离器上并与平行带分离器对准。在激发光的照射下，每个荧光带发射可见光，激发光可选择地激发荧光带。每个棱柱带被构造为反射作为反馈光的激发光。
在又一个实施例中，显示屏包括底层，该底层具有平面，平行荧光带，其形成于平面上并通过两个相邻荧光带之间的间隙被彼此分离，和金属涂层，其覆盖荧光带和荧光带之间的平面上的间隙中的每一个的外围部分以露出每个荧光带的中心部分。
制造显示屏的方法被公开。例如，制造显示屏的方法包括在底层的平面上形成多个平行荧光带，其中这些平行荧光带由两个相邻荧光带之间的间隙彼此分离。金属涂层被沉淀以完全地覆盖荧光带并覆盖平面上的荧光带之间的间隙。金属涂层和每个荧光带的一部分可被移动以露出每个荧光带的中心部分同时维持每个荧光带的外部部分处的至少金属涂层。
这些和其它实施例和实现在附图、具体实施方式和权利要求中被详细地描述。
附图说明
图1示出了示例性的扫描激光显示系统，其具有由激光激励荧光物质(例如，磷)制成的荧光屏，其在携带将被显示的图像信息的扫描激光波束的激励下发射彩色波束；
图2A和2B示出了一个示例性的屏幕结构和图1中的屏幕上的彩色像素的结构；
图3A示出了图1中的激光模型的示例性实现，该激光模型具有将多个激光波束导向屏幕上的多个激光器；
图3B示出了前置扫描波束显示系统的示例性实现；
图4示出了示例性的屏幕，该屏幕具有荧光带层，其具有在扫描激发光的光激发下发射红色、绿色和蓝色的荧光带；
图5示出了示例性的荧光层，其具有形成于支撑底层上的荧光带；
图6示出了示例性的荧光屏，其具有两个分色层；
图7A和7B示出了基于图6的屏幕设计的两个屏幕实施例；
图8示出了荧光屏设计，其具有对比度增强层；
图9示出了荧光屏设计，其在每个荧光带中具有对比度增强材料成分；
图10示出了荧光屏设计的实施例，其具有发射白光的连续且一致的混合磷层；
图11和图12示出了荧光屏设计，其具有将扫描输入激发光导向荧光屏的菲涅耳透镜层；
图13示出了作为入口层的棱柱层，其用于扫描荧光屏中的激发光；
图13A示出了图13中的棱柱层的操作；
图14示出了作为入口层的高折射率层，其用于扫描荧光屏中的激发光；
图15、16、17、18、19、20、21、22、23、24和25示出了不同的屏幕设计；
图26示出了低折射率的绝缘层的实现，例如，荧光屏中的荧光层的观测侧上的空气间隙，以改善荧光屏的图像质量；
图27示出了荧光屏的一个实施例，其具有提供伺服反馈光的光学反射带分离器；
图28示出了用于本申请中的不同屏幕设计的反射带分离器的一个实施例；
图29A和29B示出了珠设计的两个实施例，这些珠被用于图28中的带分离器3720；
图30示出了图27中的反射带分离器的一个实施例，其中棱柱带被放置在每个带分离器上的绝缘层的顶部上以与下面的带分离器重叠；
图31A、31B和31C示出了具有金属化的带分离器的屏幕设计和制造加工的实施例；
图32和33示出了具有基于图31A、31B和31C中的设计的金属化的带分离器的屏幕的实施例；
图34示出了具有包含折射珠的金属化的带分离器的屏幕的实施例。
具体实施方式
本申请描述了扫描波束显示系统，其使用具有荧光物质的屏幕以在光激发的条件下发光从而产生图像，该系统包括激光视频显示系统。描述了具有荧光物质的屏幕设计的不同实施例。本申请中，详细描述了在一个或多个扫描激发激光束的激励下具有磷物质的屏幕，其在不同系统和设备实施例中用作光激发荧光物质的具体实现的实施例。
例如，在一个实现中，由激光束光学地激发以分别产生适合于形成图像的红光、绿光和蓝光的三种不同颜色的磷可在屏幕上形成为像素点或平行的红色、绿色和蓝色磷条。本申请描述的各实施例中，使用具有平行的彩色磷条以发射红光、绿光和蓝光的屏幕来说明基于激光的显示器的各性质。
磷是一种类型的荧光物质。使用磷作为荧光物质的实施例中的各种被描述的系统、设备和性质可应用于具有由其它光激发的、发光的、非磷荧光物质制成的屏幕的显示器。例如，在适当的光激发的条件下，量子点物质发光并因此可被用作本申请中的系统和设备的荧光物质。更具体地说，半导体化合物(尤其如CdSe和PbS)可被制作为直径与作为量子点物质发光的复合物的激子玻尔半径同量级的粒子。为了产生不同颜色的光，具有不同的能量带隙结构的不同的量子点物质可用于在相同的激发光的条件下发射不同的颜色的光。一些量子点的尺寸介于2和10纳米之间，并且包含约几十个原子，例如，10到50个原子。量子点可分散并混合在不同的物质中以形成溶液、粉料、胶状基质物质和固体(例如，固溶液)。量子点薄膜或薄膜带可形成于底层上以作为本申请中的系统或设备的屏幕。例如，在一个实施方式中，可设计三个不同的量子点物质，并将其设计为由作为光学泵的扫描激光束光学地激发，以产生适合于形成彩色图像的红光、绿光和蓝光。这些量子点可在屏幕上形成排列成平行线的像素点(例如，重复连续的红色像素点线、绿色像素点线和蓝色像素点线)。
本文描述的扫描波束显示系统的实施例使用至少一个扫描激光束来激发沉淀在屏幕上的彩色发光物质以产生彩色图像。扫描激光束被调制为携带红色、绿色和蓝色或者其它可见的颜色的图像，并被控制为使激光束分别用红色、绿色和蓝色的图像激发红色、绿色和蓝色的彩色发光物质。因此，扫描激光束携带图像但不直接产生能被观众看到的可见光。相反地，屏幕上的彩色发光荧光物质吸收扫描激光束的能量并发射红色、绿色和蓝色或其它颜色的可见光，从而产生可由观众看到的真彩图像。
荧光物质的激光激发是各种形式的光激发中的一种，其利用具有足以使荧光物质发射光或发冷光的能量的一个或多个激光束。在其它实现中，光激发可由非激光光源产生，该非激光光源具有足以激发在屏幕中使用的荧光物质的能量。非激光激励光源的实施例包括各种发光二极管(LED)、光灯和其它这样的光源，即，其发出的波长或频谱能激发可将较高能量的光转化为可见范围内的较低能量的光的荧光物质。激发屏幕上的荧光物质的激发光束的频率或频谱范围可高于由荧光物质发射的可见光的频率。因此，激发光束可属于紫线光谱范围和紫外线(UV)光谱范围，例如，小于420nm的波长。在下面描述的实施例中，UV光或UV激光光束被用作磷物质或其它荧光物质的激发光的实施例，并可发出其它波长的光。
图1示出了基于激光的显示系统的实施例，其使用具有彩色磷带的屏幕。可选择地，彩色磷点还可被用于定义屏幕上的图像像素。该系统包括激光模块110，其产生至少一个扫描激光束120并将其投射到屏幕101上。屏幕101在垂直方向上具有平行的彩色磷带，其中红色磷吸收激光以发射红色的光，绿色的磷吸收激光以发射绿色的光，蓝色的磷吸收激光以发射绿色的光。相邻的三个彩色磷带是三种不同的颜色。这些带的一个特殊的空间彩色序列在图1中用红色、绿色和蓝色表示。其它彩色序列也可被使用。激光束120的波长属于彩色磷的光学吸收带宽内，并且通常小于彩色图像的可见的蓝色和绿色以及红色的波长。例如，彩色磷可吸收频谱范围内从约380nm到约420nm的UV光以产生期望的红色、绿色和蓝色的光。激光模块110可包括产生波束120的一个或多个激光器(例如，UV二极管激光器)、水平地或垂直地扫描波束120以一次在屏幕101上提交一个图像帧的波束扫描装置、以及调制波束120以携带红色、绿色和蓝色的图像通道的信息的信号调制装置。这种显示系统可被配置为背投系统，其中观众和激光模块110位于屏幕101的相反两侧。可选择地，这中显示系统可被配置为前投系统，其中观众和激光模块110位于屏幕101的相同侧。
图2A示出了图1中的屏幕101的示例性设计。屏幕101可包括后基板201，其对于扫描激光束120而言是透明的，并且面向激光模块110以接收扫描激光束120。第二前基板202相对于后基板201是固定的，并且面向背投配置中的观众。彩色磷带层203被放置在基地201和202之间并且包括磷带。发射红色、绿色和蓝色的彩色磷带分别用“R”、“G”和“B”表示。前基板202可使由磷带发射的红色、绿色和蓝色透过。基板201和202可由不同的材料制造，包括玻璃板或塑料板。每个彩色像素包括三个相邻的彩色磷带在水平方向上的部分，并且其垂直维度由激光束120在垂直方向上的波束扩散定义。这样，每个彩色像素包括三个不同颜色(例如，红色、绿色和蓝色)的三个子像素。激光模块110一次一条水平线地(例如，从左至右及从上到下)扫描激光束120以填充屏幕101。激光模块110位于相对于屏幕101固定的位置，以使波束120的扫描可以预定的方式被控制，以确保激光束120与屏幕101上的每个像素位置的正确对准。
在图2A中，扫描激光束120指向像素内的绿色磷带，以使该像素发出绿光。图2B进一步示出了沿着垂直于屏幕101的表面的线B-B的视图方向的屏幕101的操作。因为每个彩色带的形状都是纵向的，因此波束120的横截面可为沿着带的方向是细长的，以使像素的每个彩色带内的波束的填充因子最大化。这可通过使用激光模块110中的波束成形光学元件实现。用于产生激发屏幕上的磷物质的扫描激光束的激光源可为单模式激光或多模式激光。该激光还可在沿着垂直于磷带延伸方向的方向上为单模式，以具有由每个磷带的宽度限制的小波束扩散。沿着磷带的延伸方向，该激光束可具有多模式以在大于磷带的横向扩散的波束扩散区域上扩散。在一个方向上使用单模式以在屏幕上具有最小波束面积并在其垂直方向上使用多模式以在该屏幕上具有更大的面积，激光束的这种使用允许将该波束形成为符合屏幕上的细长的彩色子像素，并经由多模式给波束提供充足的激光能量以确保屏幕的充足的亮度。
本申请中描述的各个实施例中，荧光屏101中的每个荧光带都是在光激发的条件下发射指定颜色的荧光带，并且可为这样的荧光带，其由发射图2A中的实施例中示出的指定颜色的特殊荧光物质制成。可选择地，荧光带可通过将带彩色滤波器置于连续且均匀的白色荧光层上而组成，白色荧光层由在激发光120的光激发的条件下发射白光的混合磷制成。因此，彩色滤波器的滤波层(例如红色传输滤波器、绿色传输滤波器和蓝色传输滤波器的带)被放置在混合磷层的观众侧，以过滤白光并产色彩色的输出光。构造荧光带的细节将参照图10在说明书后面的部分中被描述。在上下文中，荧光层具有包括滤波层和发射白光的连续荧光层的复合结构。
现在参照图3A，其示出了图1中的激光模块110的示例性实现。具有多个激光的激光阵列310用于产生多个激光波束312，以同时地扫描屏幕101从而增强显示亮度。信号调制控制器320被提供以控制并调制激光阵列310中的激光，以使激光束312被调制以携带将被显示在屏幕101上的图像。信号调制控制器320可包括数字图像处理器和激光驱动电路，该数字图像处理器产生用于三个不同的颜色通道的数字图像信号，激光驱动电路产生携带数字图像信号的激光控制信号。然后，激光控制信号被用于调制激光阵列310中的激光，例如，激光二极管的电流。
波束扫描可通过使用扫描镜340实现，例如，用于垂直扫描的电流计镜和用于水平扫描的多面多边形扫描仪350。扫描透镜360被用于将来自多边形扫描仪350的扫描波束投射到屏幕101上。扫描透镜360被设计为将激光阵列310中的每个激光成像到屏幕101上。多边形扫描仪350的每个不同的反射面同时扫描N个水平线，其中N是激光的个数。在示例性的实施例中，激光束首先被导向电流计镜340，然后从电流计镜340导向多边形扫描仪350。然后，输出扫描波束120被投射到屏幕101上。中继光学模块330被放置在激光束312的光学路径上，以使当扫描波束120被投射到屏幕101以激发磷光体并由通过磷光发射的彩色光产生图像时，调整激光束312的空间性质并产生由电流计镜340和多边形扫描仪350扫描的紧密封装的波束332。
激光束120在屏幕101的空间横向上被扫描，以在不同的时候命中不同颜色的像素。因此，每个已调波束120在不同的时候携带每个像素的红色、绿色和蓝色的图像信号并在不同的时候携带不同像素的红色、绿色和蓝色的图像信号。因此，信号调制控制器320在不同的时候用不同像素的图像信息对波束120进行编码。因此，波束扫描将波束120中的时域编码图像映射到屏幕101上的空间像素上。例如，已调激光束120可将每个颜色像素时间等分为三个连续的时隙，用于三个不同颜色通道的三个颜色的三个子像素。波束120的调制可使用脉冲调制技术以产生每个颜色中的期望灰度、每个像素中的适当的颜色组合和期望的图像亮度。
在一个实现中，多个波束120被导向屏幕101上不同的但相邻的垂直位置，沿着垂直方向上，每两个相邻波束都由屏幕101上的一个水平线相互间隔。对于电流计镜340的给定位置和多边形扫描仪350的给定位置，波束120可沿着屏幕101上的垂直方向相互不对准，并可位于沿着屏幕101上的水平方向的不同位置。波束120可只覆盖屏幕101的一部分。在电流计镜340的固定的角位置处，多边形扫描仪350的旋转使来自于激光阵列310中的N个激光的波束120扫描屏幕101上的N个相邻水平线的一个屏幕区域。在对一个屏幕区域的所有水平扫描结束后，将电流计镜340调节到不同的固定角位置，以调节所有N个波束120的垂直位置从而扫描N个水平线的下一个相邻屏幕区域。重复该过程直到整个屏幕101被扫描以产生完整的屏幕显示为止。
在图3A所示的扫描波束显示系统的上述实施例中，扫描透镜360位于波束扫描设备340和350的下游，并将一个或多个扫描激发波束120聚焦到屏幕101上。该光学结构被成为“前置”扫描系统。在这样的前置设计中，沿着两个正交的方向对导向到扫描透镜360上的扫描波束进行扫描。因此，扫描透镜被设计为将扫描波束沿着两个正交的方向聚焦到屏幕101上。为了实现在两个正交方向上的正确的聚焦，扫描透镜360可能是复合的，并且，通常是由多个透镜元件制成。例如，在一个实现中，扫描透镜360可为二维的f-theta透镜，其被设计为当绕垂直于扫描透镜的光轴的两个正交轴中的每一个对输入波束进行扫描时，屏幕上的焦斑位置和输入扫描角(theta)之间具有线性关系。在这种f-theta透镜中，屏幕上的焦斑位置与输入扫描角(theta)成正比。
前置结构中的二维扫描透镜360(如f-theta透镜等)可具有沿着两个垂直的扫描方向上的光学失真，其使屏幕101上的波束位置描绘为曲线。因此，屏幕101上期望为直线的水平扫描线变为曲线。由二维扫描透镜360产生的失真在屏幕101上是可见的，并且因此降低了被显示的图像质量。减轻弯曲失真问题的一种方式是将扫描透镜360设计为具有包含多个透镜元件的复合透镜结构以减小弯曲失真。复合的多个透镜元件可使最终的透镜装配偏离期望的f-theta条件，并因此可损害光学扫描性能。该装配中透镜元件的个数通常随着失真容限的增大而减小。然而，这种具有复合的多个透镜元件的扫描透镜的制造可能很贵。
为了避免与前置扫描波束系统中的二维扫描透镜相关联的上述失真问题，下面的部分描述了后置扫描波束显示系统的实施例，其可用更简单、更便宜的一维扫描透镜替代二维扫描透镜360。2007年4月30日提交的题为“POST-OBJECTIVE SCANNING BEAM SYSTEMS”的第11/742,014号美国专利申请描述了后置扫描波束系统的实施例，其适合于与本申请中描述的磷屏幕一起使用，并通过引用并入本文作为本申请的具体实施方式的一部分。本申请中描述的屏幕设计在后置的和前置的扫描波束显示系统中均可使用。
图3B示出了基于图1所示系统的后置扫描波束显示系统的示例性实现。具有多个激光的激光阵列310被用于产生多个激光束312从而同时扫描屏幕101以增强显示亮度。信号调制控制器320被提供以控制并调制激光阵列310中的激光，以使激光束312被调制为携带将被显示在屏幕101上的图像。波束扫描是基于双扫描仪设计，即，如多边形扫描仪350等水平扫描仪和如电流计扫描仪340等垂直扫描仪。多边形扫描仪350的每个不同的反射面同时扫描N个水平线，其中N是激光的个数。中继光学模块330减小了激光束312的间隔以形成一套紧凑的激光束332，激光束332在多边形扫描仪350的面维内扩散以用于水平扫描。在多边形扫描仪350的下游，存在紧接着垂直扫描仪340(例如，电流计镜)的水平扫描透镜380，其通过一维扫描透镜380接收来自于多边形扫描仪350的水平扫描的波束332，并且在多边形扫描仪350的下一个面的下一个水平扫描之前、在每个水平扫描的最后对每个水平扫描的波束332提供垂直扫描。垂直扫描340将二维扫描波束390导向屏幕101。
在水平和垂直扫描的光学设计中，一维扫描透镜380被放置在多边形扫描仪140的下游以及垂直扫描仪340的上游，以将每个水平扫描的波束聚焦到屏幕101上，并使屏幕101上显示的图像的弯曲失真最小化到可接受的范围内，因而在屏幕101上产生可视的“直的”水平扫描线。与具有相似性能的二维扫描透镜相比，这种能够产生直的水平扫描线的一维扫描透镜380相对更简单并且更便宜。在扫描透镜380下游的垂直扫描仪340是平面反射镜，并且其简单地将波束反射到屏幕101上，并垂直地扫描以将每个垂直扫描波束置于屏幕101上的不同垂直位置以用于扫描不同的水平线。反射镜沿着水平方向在垂直扫描仪340上的维度足够大，以覆盖来自于多边形扫描仪350和扫描透镜380的每个扫描波束的空间范围。因为一维扫描透镜380位于垂直扫描仪340的上游，因此图3B中的系统是后置设计。在该特殊的实施例中，垂直扫描仪340的下游没有透镜或其它聚焦元件。
特别地，在图3B中的后置系统中，从扫描透镜到特殊的波束在屏幕101上的位置的距离随着垂直扫描仪340的垂直扫描位置而改变。因此，当一维扫描透镜380被设计为沿着横跨细长的一维扫描透镜的中心的直水平线具有固定的焦距时，每个波束的焦点性质都必须随着垂直扫描仪380的垂直扫描位置的改变而改变，以维持波束在屏幕101上的一致聚焦。在这方面，可实现动态聚焦机制以根据垂直扫描仪340的垂直扫描位置调节进入一维扫描透镜380的波束的聚焦。
例如，在一个或多个激光束从激光到多边形扫描仪350的光路中，固定的透镜和动态的再聚焦透镜可被用作动态聚焦装置。每个波束由动态聚焦透镜聚焦在固定透镜上游的位置。当透镜的焦点与透镜的焦点重合时，透镜的输出光被校准。根据透镜的焦点之间的偏离方向和偏离量，从准直器透镜向多边形扫描仪350的输出光可为发散的或会聚的。因此，当沿着光轴对两个透镜的相对位置进行调节时，屏幕101上的已扫描光的焦点可被调节。再聚焦透镜驱动器可被用于调节透镜之间的相对位置以作为控制信号的响应。在该特殊的实施例中，再聚焦透镜驱动器被用于调节这种波束会聚，即，其与垂直扫描仪340的垂直扫描同步地沿着光轴从多边形扫描仪350被导向一维扫描透镜380。图3B中的垂直扫描仪340以比第一水平扫描仪350的扫描速率小得多的速率扫描，并因此由屏幕101上的垂直扫描产生的聚焦变化以较低的垂直扫描速率随时间变化。这允许聚焦调节装置在图1的系统中实现，其中，响应速度具有较低限制，其受限于较低的垂直扫描速率而非较高水平扫描速率。
图2B中的用于图1、3A和3B中的荧光屏101的带设计可在不同的结构中被实现。图2A示出了将如彩色磷带层等的荧光层203放置在两个基板201和202之间的一个实施例。在背投系统中，期望屏幕101将尽可能多的入射扫描激发波束120耦合到荧光层，并同时使被导向观众侧的荧光层发射的光的数量最大化。在屏幕101中可单独地或组合地实现很多屏幕装置以增强屏幕性能，包括激发光的有效采集、被导向观众侧的荧光的最大化、屏幕对比度的增强和屏幕眩光度的减小。屏幕101的结构和材料可被设计并选择为满足成本的限制或具体应用的其它要求。
图4示出了具有荧光带层的示例性的屏幕101，该荧光带层具有在扫描激发光的光学激发条件下发射红色、绿色和蓝色的荧光带。很多屏幕性质作为实施例被示出并且可选择地在具体的屏幕中被实现。因此，只具有图4示出的一些性质的特殊的荧光屏足以用于特殊的显示应用。
图4中的荧光屏包括至少一个基底层424以提供对包括荧光层400的不同屏幕元件的刚性结构支撑。基底层424可为薄基底或硬板。当基底层424如图4所示被放置在荧光层400的观众侧时，基底层424可由可对荧光带401、402和403发射的可见彩色光透明或部分地透明的材料制成。部分透明的材料对包括由荧光带发射的三种颜色的可见光具有一致的衰减，以像光学中性密度滤波器一样工作。基底层424可由塑料材料、玻璃材料或其它合适的绝缘材料制成。例如，基底层424可由丙烯酸刚性板制成。在一些设计中，基底层424的厚度可为几毫米。此外，基底层424可被制成对激发波束120的激发光是反射的且不透明的，以阻止激发光到达观众并使未被吸收的激发光再循环回到荧光层400。
基底层424还可位于荧光层400的另一侧。因为激发波束120必须传输通过基底层424以进入荧光层400，因此基底层424的材料对于激发波束120的激发光应该是透明的。此外，该结构中的基底层424可反射由荧光层400发射的可见光以将来自于荧光层400的任何发射的可见光导向观众侧从而改善被显示的图像的亮度。
荧光层400包括平行的荧光带，分别具有如红色、绿色和蓝色磷带等重复的彩色图案。荧光带垂直于如图1所示的扫描激发波束120的水平扫描方向。如图4和图2B所示，屏幕上的每个显示像素包括三个子像素，这些子像素是相邻的红色、绿色和蓝色带401、402和403部分。每个子像素沿着水平方向的维度是由每个带的宽度定义的，而沿着垂直方向的维度是由沿着垂直方向的波束宽度定义的。可为光学反射且不透明的或者为光学吸收的带分离器404可形成于任何两个相邻的荧光带之间，以最小化或减小两个相邻的子像素之间的串扰。因此，在一个彩色像素内的两个相邻子像素之间的边缘处以及在两个相邻彩色像素之间的边缘处的拖尾效果可得以减小，并且屏幕的分辨率和对比度可得以改善。每个带分离器404的侧壁可被制成光学反射的，以改善每个子像素的亮度和屏幕的效率。
基底层424和荧光层400的上述基本结构可被用作构件块以增加一个或更多个屏幕元件从而增强屏幕的各种性质和性能。当激发波长的激发光被荧光物质吸收并且被转化为不同颜色的可见荧光以将图像显示给观众的情况下，荧光层是可选择激活层。在这一方面，荧光层400也是屏幕的“激发侧”与“观众侧”之间的分界线，其中两侧的光学性质被设计为完全不同的以在每侧实现期望的光学效果从而提高屏幕性能。这种光学效果的实施例包括：提高激发波束120进入荧光层的耦合，再次利用未被荧光层400吸收回荧光层400的反射和散射激发光，使从荧光层400发射的到屏幕的观众侧的可见光的总量最大化，减小由周围的环境光的反射引起的进入观众的屏幕闪烁，阻止激发光从屏幕离开到观众以及提高屏幕的对比度。各种屏幕元件可被配置为实现这些光学效果中的一个或多个。这种屏幕元件的几个实施例在图4中被示出。
参照图4，在面向激发波束120的屏幕进入侧，可提供进入层411以将激发波束120耦合到屏幕101。菲涅耳透镜层可被用作该进入层411以控制扫描激发波束120的入射方向。棱柱层或高折射率绝缘层也可被用作进入侧411的一部分，以将光再循环回到包含激发光和由荧光层发射的可见光的屏幕。为了改进面向观众的屏幕的亮度，第一分色层412(D1)可在激发波束120的路径中位于荧光层400的上游，从而传输波长为激发波束120的光并反射由荧光层400发射的可见光。第一分色层412可减小荧光的光学损失并因此提高屏幕的亮度。在荧光层400的观众侧，第二分色层421(D2)可被提供以传输由荧光层400发射的可见光并反射波长为激发波束120的反射光。因此，第二分色层421可将通过荧光层400的激发光再循环回到荧光层400并因此增加激发光的利用率和屏幕亮度。
在荧光层400的观众侧，可包含对比度增强层422以改善屏幕对比度。对比度增强层422可包括颜色可选择的吸收带，其在空间上沿着垂直于屏幕层的方向对应于并对准于荧光层400中的荧光带。因此，颜色可选择的吸收带分别传输荧光带相应颜色的光并吸收其它荧光带颜色的光。可选择地，对比度增强层422可为光学的中性密度滤波层，其均匀地衰减可见光以减小由于环境光的反射产生的屏幕的闪烁。中性密度滤波功能也可实现在荧光层400的观众侧的一个或多个其它层中，包括基底层424。
此外，该屏幕在荧光屏400的观众侧可包括屏幕增益层423，以光学地增强屏幕的亮度和视角。增益层423可包括具有透镜元件的透镜状层、衍射元件的衍射光学层、具有全息元件的全息层，或者这些结构或其它结构的组合。荧光层400的观众侧上的层423、422和421的空间顺序可能不同于图4中示出的顺序。
此外，激发阻挡层425可位于荧光层400的观众侧，以阻挡任何激发光离开屏幕到观众侧。该层可由传输可见光并吸收激发光的物质实现。例如，基于聚酯的滤色器可被用作该层以阻挡可能是400-415nm的辐射的激发光。在一些实现中，该阻挡滤波器对低于410nm的传输可小于0.01％，而对高于430nm的传输大于50％。中性密度滤波功能也可被并入该层中，例如，其对于430nm与670nm之间的可见光具有一致的衰减。该阻挡功能可被并入基底层424。
图5示出了形成于支撑基底501上的示例性的荧光层400。荧光层400具有荧光带，其中相邻的三个荧光带是分别发射红色、绿色和蓝色的401、402和403。支撑基底501包括作为带分离器的平行凸台502以将该表面划分为平行的通道，其中荧光物质被放置在这些通道中以形成荧光带401、402和403等。凸台502的侧壁在物理上分离不同的荧光带并且被制成在光学上是反射的且透明的，以阻挡分别发射两个不同的颜色的两个相邻荧光带之间的色度亮度干扰或颜色混合。凸台502的反射侧壁防止每个荧光带中发射的光的损失。此外，形成于凸台502之间的平行通道可被用于控制在荧光层的形成期间被沉淀的荧光物质的体积。
图6示出了具有两个分色层412和421的荧光屏的实施例。由于不同的颜色被形成在不同的层上并且相互不重叠，因此荧光层610包括不同的荧光层或磷光层。如图所示，每个层包括相同的磷光对应一个颜色的带图案的磷光区域和具有透明的填充物质的非磷光区域620。用于减小色度亮度干扰的分离器404可在物理上被印刷彩色磷光，或者被包含在不同的层中。荧光层610的多层结构可在不同的配置中被实现。例如，主基底可被用于支撑不同的磷光，其中不重叠的磷光图案被涂在基底的任意一侧。磷光层的这种设计允许不同的磷光层被分别制造并被层压在一起，例如，通过使用适合的光学粘贴或光学压敏片层压在一起。基底或刚性片630位于荧光层610的激发侧以支撑屏幕的各个层并且可由如丙烯酸、硬的光学塑料材料伸长的隔膜和玻璃材料等制造。抗反射(AR)层640可形成于基底630的表面上，激发波束120可通过该抗反射层进入屏幕。
现在特别地转向图4中的分色层412和421，第一分色层D1412可防止从荧光层400到激发侧的发射光的损失并可将发射光反射到观众侧。第二分色层421(D2)将传输可见光并反射激发激光120的波长的光。具有两个分色层412和421的屏幕设计可有效地将如UV光等激发光限制在荧光层400内，以使未被吸收的激发光在通过荧光层400之后被分色层421(D2)反射回来以与荧光层400中的荧光物质相互作用从而改善激发光的利用率。此外，最初朝向所有方向的由荧光层400发射的可见光被分色层412(D1)导向屏幕的观众侧，以由观众看到而不会从屏幕的激发侧泄露。因此，发射光的总利用率和屏幕的亮度可被提高。
图7A和图7B示出了基于上述屏幕设计的两个屏幕的实施例。提供基底701以支撑分色层412、421和荧光层400。图7A示出的实施例中，基底701位于分色层421一侧，以使发射光穿过基底701离开屏幕。图7B示出了的实施例中，基底701位于分色层412一侧，并且入射的激发波束120通过基底701进入该屏幕。在一个实施例中，激发波束120可为约405nm的UV激光。D1层412反射波长大于430nm的可见光并传输波长小于415nm或400nm的UV光。在该实施例中，D2层412反射波长小于412nm或者甚至小于400nm的UV光，并传输波长大于430nm的可见光。抗反射(AR)层可被用于进一步增强屏幕的效率。
图7A中的结构为如UV光等激发光提供了更好的传输特性，提供了朝向激发侧的最小的后向反射，并且允许基底701用作用户界面侧的防护层。图7B中的结构允许基底701被处理以形成光学衍射元件和进入层411的其它光学元件，从而改善激发光的耦合与再次利用。坚硬的保护层(例如，涂漆层或封装层)可形成于屏幕的观众或用户侧，以保护在操作或环境情况下的屏幕。
表1
结构类型 第一层 第二层 第三层 第四层 第五层 第六层
表面入射 D1 磷光 D2 S AR
表面入射 L D1 磷光 D2 S AR
表面入射 AR 基底 D1 磷光 D2 L
基底入射 AR 基底 D1 磷光 D2 AR
表1示出了6层屏幕的四个实施例，其中按照空间顺序将从激发侧到屏幕的观众侧的层标记为1至6。一个或多个磷光体被用于形成荧光层，例如涂漆层(L)的封装层被用于保护在操作中或环境情况下的完整屏幕结构。基底可由塑料材料或玻璃材料制成，并且，当其位于荧光层的观众侧时，能够传输可见光频谱范围内的光，例如，400-800nm波长的光。抗反射(AR)涂层也被包含在这些实施例中。
上述分色层D1(412)和D2(421)中的每一个均可在各种结构中被实现。对于大规格的显示器，这样的分色层可由相对便宜的材料制成，并且是相对容易加工的。可设计多个绝缘层，以通过控制这些层的折射率和物理厚度值而构造各种波长可选择的光学滤波器。例如，可设计具有交替的高折射率绝缘层和低折射率绝缘层的多个层，以实现期望的波长可选择的反射和传输光谱。具有不同折射率的多个薄膜板可被层压或熔合在一起以构造如D1或D2分色层等复合板。在一些实现中，可将具有不同折射率的两种不同材料的多个层交替放置而形成如D1或D2等复合薄膜堆叠。在其它实现中，可将具有不同折射率的三种或更多种材料堆叠在一起以形成如D1或D2等复合薄膜堆叠。用于D1层的这种复合板实质上是传输激发光(例如，UV光)并反射彩色的可见光的光学干扰反射面。复合板的材料可为有机材料、无机材料或者其组合，这些材料可为刚性的或柔性的。
柔性的多层复合板可由聚合材料、非聚合材料或者聚合与非聚合材料形成。包括聚合和非聚合材料的示例性薄膜在题为“Method forforming a multicolor interference coating”的第6,010,751号美国专利以及题为“Retroreflective articles having polymer multilayer reflectivecoatings”的第6,172,810号美国专利中被公开，上述专利的全部内容通过引用并入本文作为本申请说明书的一部分。复合板的全聚合物构造可提供制造和成本利益。具有高的光学传输和大的折射率差异的高温聚合物可被用于构造在环境上稳定的、薄的且为柔性的干扰滤波器。在题为“Color shifting film”的第6,531,230号美国专利中公开的复合多层干扰滤波器可用于提供精确的波长选择，并且可在大的区域内以相对低的成本被制为滤波薄膜。第6,531,230号美国专利的整个公开作为本申请的具体实施方式的一部分以参考的形式被并入。使用具有高折射率差异的聚合体对能构造薄的高反射镜，该反射镜不具有基底且为独立的，并且可被容易地处理以构造大的屏幕。这种复合板在功能上是一片多层光学薄膜(MOF)，其可为例如PET和co-PMMA交替的层的堆叠，以表现出适合于屏幕应用的正入射反射带宽。例如，3M公司用多层基于聚酯的薄膜制造的加强镜面反射(ESR)可被配置为产生用于本申请的期望的分色反射和传输带。多层薄膜的各种性质的实施例在题为“Method for making multilayer optical films having thinoptical layers”的第5,976,424号美国专利、题为“Biphenyl derivativesfor photostabilization in pulsed optical darkening apparatus and method”的第5,080,467号美国专利和题为“Backlight system with multilayeroptical film reflector”的第6,905,220号美国专利中被描述，以上全部专利都通过引用并入本文作为本申请的一部分。
图4、5和6中示出的带分离器在不同子像素之间提供了物理分离和光学隔离，并且可通过减少不同子像素和不同像素之间的色度亮度干扰而增强图像对比度。这些色度亮度干扰是由屏幕的内部结构引起的。各种外部因素也可相反地影响图像对比度和屏幕的其它性能参数。例如，一部分环境光可被该屏幕反射并且和由发射的荧光形成的显示图像一起进入观众的眼睛。朝向观众的环境光的反射相对于观众在屏幕上产生了闪烁并且可能减小观众可感知的图像对比度。如图4中的层422等对比度增强层可被用于减小闪烁。
图8示出了屏幕800的一个实施例，其在荧光层820的观众侧上使用了对比度增强层810。如磷光层等荧光层820包括平行的磷光带。因此，对比度增强层810还包括由不同材料制成的匹配平行带。对于响应于激发光(例如，UV或紫光)的激发发射红光的红色磷光带821，对比度增强层810中的匹配带811是由“红色”材料制成的，其发射覆盖由红色磷光带821发射的红光的红色频带，并吸收或以其它方式阻挡包含绿光和蓝光等的其它可见光。同样地，对于响应于UV光的激发发射绿光的绿色磷光带，对比度增强层810中的匹配带811是由“绿色”材料制成的，其发射覆盖由绿色磷光带发射的绿光的绿色频带，而吸收或以其它方式阻挡包含红光和蓝光等的其它可见光。对于响应于UV光的激发发射蓝光的蓝色磷光带，对比度增强层810中的匹配带811是由“蓝色”材料制成的，其在覆盖由蓝色磷光带发射的蓝光的蓝色频带内发射，而吸收或以其它方式阻挡包含绿光和红光等的其它可见光。对比度增强层810中的这些匹配的平行带被分别标记为“R”、“G”和“B”。
在该实施例中，对比度增强层810包括不同的带滤波区域，这些区域在空间上沿着垂直于屏幕的方向对准于并匹配于相应的荧光区域。每个滤波区域传输由对应的匹配荧光区域发射的彩色光并阻挡其它颜色的光。层810中的不同滤波区域可由这样的材料制成，即，其吸收不同于相应的匹配荧光区域发射的颜色的其它颜色的光。合适的材料的实施例包括基于燃料的着色剂和基于颜料的着色剂。此外，对比度增强层810中的每个滤波区域可为多层结构，其实现具有期望传输带的带通干扰滤波器。不同的设计和技术可被用于设计和构造这些滤波器。题为“Three color LCD with a black matrix and red and/or bluefilters on one substrate and with green filters and red and/or blue filters onthe opposite substrate”的第5,587,81号美国专利和题为“Color liquidcrystal display having a color filter composed of multilayer thin films”的第5,684,552号美国专利描述了可用于图8中的屏幕800中的层810的红色、绿色和蓝色的滤波器的实施例。
在操作中，激发光120(例如，UV光)进入磷光层820以激发不同的磷光体发射不同颜色的可见光。发射的可见光通过对比度增强层810到达观众。进入屏幕800的环境光801进入对比度增强层810并且入射的环境光801的一部分通过第二次传输通过对比度增强层810被反射到观众。因此，朝向观众的总的光学输出802包括由磷光层820发射的图像传输彩色可见光和反射的环境光。反射的环境光未传输图像，并且因此趋向于洗掉在磷光层820处产生的图像。因为朝向观众的被反射的环境光已经两次通过对比度增强层810并且因此已经被滤波和衰减两次，因此被反射的环境光的强度约被减小为接收到的环境光的2/3。例如，入射的环境光801的绿色和蓝色部分大约包含进入红色子像素的环境光801的通量的2/3。入射的环境光801的绿色部分和蓝色部分被对比度增强层810阻挡。只有对比度增强层810中的红色滤波物质的传输带内的环境光的红色部分传输通过层810，而被传输的红色环境光的一部分被反射回到观众。反射的环境光的该部分实质上是对应于由下面的彩色磷光带产生的子像素的相同颜色，并且因此该颜色对比度并未被不利地影响。
在图8中，对比度增强层810中的两个相邻的滤波带可由带分离器830分离，该带分离器是由光学反射和不透明材料或者光学吸收材料制成的。与本申请中描述的其它带分离器一样，反射分离器830可被用于使屏幕的光输出最大化。如硫酸钡或TiO2颜料等反射的白色材料可被用于形成带分离器830。其它朗伯白色材料也可被用于形成带分离器830。带分离器的侧壁可为金属反射层。一种实现带分离器830的薄的高效反射层的方式是用金属底层覆盖侧壁并进一步将填充了白色颜料的层放置在金属底层上。吸收分离器830可被用于提供颜色隔离和像素分离，但是由于侧壁的吸收引起的光损失，屏幕的输出率可小于反射分离器的输出率。在一些实现中，带分离器830可包括反射部分和吸收部分。例如，带分离器830可具有白色的反射和不透明的侧壁，白色的反射面朝向屏幕的激发侧以提供伺服反馈的光学反射，并且变黑的吸收面朝向屏幕的观众侧以减小朝向观众的反射并改善对比度。
对每个子像素在对比度增强层810中使用颜色可选择的吸收材料以增强显示对比度的上述使用也可通过在每个子像素中将该材料与光发射荧光材料进行混合而实现，而无需使用单独的对比度增强层。在一个实现中，图6中的非重叠多层设计中的每个磷光区域可由荧光材料与颜色可选择的吸收材料的混合制成，该颜色可选择吸收材料传输荧光材料发射的光并吸收其它颜色的光。因此，对比增强性质被构造到每个子像素中以减小被反射到观众的环境光。
图9示出了使用磷光层910的另一个实现，该磷光层使用嵌入由对比度增强能力的红色、绿色和蓝色的磷光材料，以在平行的荧光带的普通荧光层910中分别发射红色、绿色和蓝色。考虑三个连续的红色、绿色和蓝色磷光带911、912和913。红色的磷光带911的材料是发射红光的红色磷光体与红色墨水或颜料的混合物，该红色墨水或颜料传输红色的光并吸收包括绿光和蓝光等的其它光。同样地，绿色的磷光带912的材料是发射绿光的绿色磷光体与绿色的墨水或颜料的混合物，该绿色的墨水或颜料传输绿色的光并吸收包括红光和蓝光等的其它光。蓝色磷光带912的材料是发射蓝光的蓝色磷光体与蓝色的墨水或颜料的混合物，该蓝色的墨水或颜料传输蓝色的光并吸收包括红光和绿光等的其它光。对比度增强磷光层910可与本申请中描述的各种屏幕设计和结构相结合。
在一些实现中，图8中的对比度增强层810可由滤波层替代，该滤波层阻挡激发光的传输并均匀地衰减荧光层发射的可见颜色的可见光。因此，对于该激发光，该滤波层是不透明的并且防止任何激发光出现在屏幕的观众侧，对于可见光，滤波层像中性密度(ND)滤波器一样衰减包含反射的环境光的可见光。因为被反射到观众的环境光通过该滤波层两次，因此被反射的环境光的衰减是荧光层产生的光的两倍。因此，与没有滤波层的相同的屏幕相比，荧光屏幕中由被发射的可见光显示的图像的对比度被提高了。这种激发光阻挡ND滤波层可比由滤色器形成的对比度增强层810更便宜。例如，激发光阻挡ND滤波层可为聚酯层，其阻挡从400nm到415nm的辐射，其对于小于410nm光的传输小于0.01％，并且其对于大于430nm的光的传输大于50％。对于430nm和670nm之间的可见光，聚酯层的光学衰减几乎是一致的。该滤波层的实际衰减量可根据特殊屏幕的具体要求而被选择，并且在某些设计中高于50％，而在其它设计中低于50％。该滤波层的光学阻挡功能可根据中性密度滤波功能被分别实现。因此，可在屏幕的荧光层的观众侧上实现两个分离的层，一个是被设计为阻挡激发光的激发光阻挡层，另一个是被设计为均匀地衰减可见光的中性密度滤波层。
上面描述的荧光层在不同的荧光带中使用不同的磷光材料以在激发光的激发下产生不同的颜色。可选择地，不同的荧光带可由发射白光的相同的荧光材料形成，并且可进一步包括滤色器以根据荧光产生期望的不同颜色。图8中的对比度增强层810可被用于实现这些滤色器，以使每个滤色器实现对比度增强和被指定的子像素颜色的产生。
图10示出了荧光屏设计的实施例，其具有连续且一致的混合磷光层1000。混合的磷光层1000被设计并构造为在激发光的光学激发下发射白光。混合磷光层1000中的混合磷光可以各种方式被设计，并且发射白光的混合的磷光的很多合成是已知的并被记录。其它发射白光的非磷光荧光材料也可被用于层1000。如所示出的，滤色器的层810(例如，红色传输滤波器、绿色传输滤波器和蓝色传输滤波器的带)被放置在混合磷光层1000的观众侧上，以过滤白光并向观众产生彩色的输出。在该实施例中，层1000和810被夹在基底1001和1002之间。层810中的滤色器可在不同的结构中被实现，包括在与用于彩色LCD板中的滤色器相似的设计中。例如，在红色传输滤波器区域中，该滤波器传输红光并吸收包括绿光和蓝光的其它颜色的光。两个相邻的滤色器可由分离器830分离开，例如，反射的或吸收的分离器404。
因为图10中的混合的磷光层1000是不具有条纹空间结构的连续层，所以图10中的屏幕结构比具有不同荧光带的其它屏幕设计更简单。该结构避免了与将层810中的滤波器与图8中的层820中的相应荧光带对准相关联的对准问题。基底1001接收激发光并因此可由相对于激发光透明的材料制成，例如，该激发光为紫色光或UV光。基底1002面向观众并可由对由层810中的滤波器滤波的有色光透明的材料制成。在制造中，层810可被装配在基底1002上并且层1000可被装配在基底1001上。两个基底1001和1002可相互接合以形成该屏幕。在第二基底1002的输出面处，抗反射涂层(AR)可被形成以改善朝向观众的光传输。此外，坚硬的保护层可形成于第二基底102上以保护屏幕表面。
上述系统中的激发波束120可在扫描期间以变化的角度进入屏幕的荧光层。扫描使激发波束120到屏幕的入射角在每次对屏幕的不同位置进行水平扫描时改变。对于一些屏幕结构，屏幕的有效性可对激发波束120的入射方向敏感，并且一些屏幕希望激发波束120的方向接近正入射方向从而实现激发光到荧光层的高效耦合。在用于控制激发波束120到荧光层的入射角的一个实现中，可在屏幕的入口实现光学结构(例如，图4中的入口层411)，以将入射激发波束120导向正入射或近似正入射到屏幕。入口层411的一个实施例是菲涅耳透镜层。
图11示出了具有菲涅耳透镜层1110的屏幕的实施例，该透镜层形成于屏幕的入口侧以覆盖整个接收激发波束120的屏幕区域。菲涅耳透镜层1110可形成于绝缘基底中，该绝缘基底例如可由塑料材料制成。例如，丙烯酸塑料材料可被用于形成菲涅耳透镜层1110。具有不同于菲涅耳透镜层1110的折射率的绝缘层1112可形成于菲涅耳透镜层1110和屏幕的剩余部分之间，以创建从菲涅耳透镜层1110到屏幕的下一层的折射率差异，例如，下一层可为第一分色层412。层1112可为空气间隙或对激发光透明的绝缘材料。屏幕的剩余部分包括荧光层400和屏幕的其它层。荧光层400的激发侧上可实现分色滤波层(D1)412。此外，封装层1120、屏幕增益层423、对比度增强层422和第二分色层D2421(UV阻挡物)也可被提供在该屏幕中。抗反射层640可形成于菲涅耳透镜层1110的入口表面上，以用于接收由于反射产生的具有最小损失的波束120。
在图11中的屏幕的一些实现中，第一分色层421(D1)可被设计为传输从405nm至410nm的光，其传输率约为99.75％，并反射从440nm至410nm的可见光，其反射率为95％；抗反射层640可被设计为传输405nm的UV光，其传输率约为99.75％。屏幕增益层423可被设计为光学地增强亮度并增大屏幕的视角，并且可包括具有透镜元件的透镜状的层、折射元件的折射光学层、具有全息元件的全息层或者这些结构和其它结构的组合。对比度增强层422可包括颜色可选择的吸收颜料或燃料，其被保持在每个子像素中的基本媒质或基质中以吸收环境光并传输子像素的颜色的光。封装层1120、屏幕增益层423、对比度增强层422和UV阻挡分色层421(D2)的空间顺序可根据屏幕设计而改变。
图12示出了图11中的菲涅耳透镜层1110的操作。菲涅耳透镜层1110具有菲涅耳环并且可被配置为当入射激发波束1210近似正入射到该屏幕时通过衍射、折射或两者皆有而改变入射扫描激发波束120的方向。菲涅耳透镜层1110可位于入射扫描激发波束120的远心结构中。
上述的菲涅耳透镜层1110控制激发波束120进入屏幕的剩余部分1220的入射方向。一旦激发波束120进入屏幕，激发光就应该被完全地用于激发荧光层并产生可见光以用于给观众显示图像。在该屏幕内，由于该屏幕内的各个表面和其它屏幕结构的反射和散射，激发光的一部分可被改变方向返回屏幕的激发侧。这种散射和反射激发光可通过将其改变方向返回荧光层而被重复利用。此外，还可将从荧光层发出的可见光的一部分传播到屏幕的激发侧，并且如果其未被改变方向到观众，那么将导致图像亮度的损失。
图4中的入口层411可包括棱柱层以将向后反射的激发光和从荧光层向入口层传播的可见光反射回到荧光层。这样的棱柱层具有平行的周期棱柱带，其具有预定顶角(例如，90度)的顶点以形成有角度的面从而通过折射将接收到的激发波束120导向屏幕。每个顶点具有两个相反的成角度的面，其折射并反射光，并且因此在普通的入射方向上的平行光线被折射或反射为彼此远离的两个方向上的两组平行光线。棱柱层通过在成角度的面处的反射，将从屏幕的荧光层传播到棱柱层的各个方向的光反射回到荧光层，该反射包括在入射角处以大于全内反射角的临界角的角度进入成角度的面的光线的全内反射。被反射的激发光再次利用回到荧光层以进一步激发荧光层，并因此使用激发光以用于产生可见光的效果被增强。此外，朝向棱柱层传播的荧光也被反射到荧光层和观众以增强观众观看的屏幕的亮度。
图13示出了荧光屏的一个实现，该荧光屏在屏幕内具有棱柱层1310和相邻的荧光层1320。荧光层1320可为如图所示的荧光层，并且可为荧光层的激发侧上的另一层。棱柱层1310包括一组棱柱元件1311，例如，一列具有90度顶角的成角度的面1312的棱柱带。成角度的面1312被用于接收激发光120。每个棱柱带的宽度可大于激发光的波长并且可小于每个荧光带的宽度，例如，屏幕的一个子像素的宽度。横截面图在图13中被示出，其中平行的棱柱带垂直于横截面。
棱柱层1310可被对准以将棱柱带放置在与平行的结构中荧光层1320中的荧光带平行的位置或与横向结构中的荧光带垂直的位置。在每个棱柱带中，在棱柱顶点1313处彼此相交的两个成角度的面将光平行光线折射或反射为垂直于棱柱带的平面中的两个不同方向上的两组平行光。在横向结构中，从激发波束120分离出来的两个分离波束被导向相同的荧光带中的两个位置，并且因此不会导致激发光沿着垂直于荧光带的方向的空间扩展。因此，横向结构可被用于防止激发波束120的光进入同时进入两个相邻的荧光带。回忆激发波束120被激发以照射一个荧光带从而一次提供一个子像素。当期望提供一个荧光带的激发波束120中的一个光学脉冲的一部分被棱柱带分离并且被导向相邻的荧光带时，两个相邻的子像素之间发生串扰并且可导致颜色纯度和图像分辨率的降低。其发生在棱柱层1310在平行的结构中时，其中被每个棱柱带分离的激发波束120是沿着垂直于荧光带的方向上。在平行结构中，在一个荧光带中产生的朝向棱柱层1310传播的可见荧光也可具有被成角度的棱柱面反射到相邻荧光带中的更高的概率。
图13A示出了棱柱层1310的棱柱带1311的将激发波束120耦合到屏幕中的操作。两个成角度的面1312被分离为面1312A和1312B，它们在顶点1313处相交。在所示的xyz坐标系中，棱柱带被放置为平行于y方向。在示出的正入射到棱柱层1310的激发波束120被面1312A和1312B分别分离为两个波束120A和120B。在两个不同方向上的两个波束沿着x轴的方向到达荧光层400的两个不同的位置x1和x2。棱柱带的这个性质产生了重像。因此，在横向结构中，棱柱带是沿着y方向而荧光层400中的荧光带是在x方向上，此时位置x1和x2是沿着荧光带的纵向的两个不同的位置并且因此是相同的荧光带。在平行的结构中，棱柱带和荧光带是平行的并且都是沿着y方向的，此时两个位置x1和x2是沿着垂直于荧光带纵向的方向彼此分离的并且因此可变为两个相邻的荧光带。荧光层400处两个波束120A和120B之间的分离量取决于棱柱层1310的厚度和荧光层200与棱柱层1310之间的距离。棱柱层1310的两种对准结构都可被使用，而横向结构在一些屏幕设计中可为优选的。在任何一种结构中，棱柱层的厚度都可被最小化以使荧光层上的棱柱带的重像的效果最小化。
棱柱层1310可形成于绝缘层中，该绝缘层相对于激发光120是透明的并且具有折射率n2，该折射率大于成角度的面1312上方的透镜材料的折射率n1。成角度的面1312上方的材料是空气或低折射率的透明材料。棱柱层1310的材料被选择为具有大的折射率n2，以在直成角度的面1312处达到全内反射(TIR)的小临界角θcr＝arcsin(n1/n2)。成角度的面1312被用于接收激发光120。
根据屏幕设计，紧跟着棱柱层1310的屏幕层可从各种层中被选择，例如，空气间隙、具有比棱柱层的折射率更低的折射率的低折射率层或者具有比棱柱层的折射率更高的折射率的高折射率层。在图13中示出的具体实施例中，在棱柱层1310之后是折射率为n3的层1320，该折射率近似等于棱柱层1310的折射率。折射率匹配条件减小了棱柱层1310与层1320之间的接触面的不期望的光学反射，并且因此减小了激发光120的光学损失。层1320可为绝缘层，其相对于激发光120是透明的并且位于棱柱层1310与屏幕的荧光层之间。层1320也可为由一层包含荧光粒子的粘合物质形成的荧光层。
在操作中，当扫描激发光120进入棱柱层1310时它被成角度的面折射，并且折射的激发光进入该屏幕以激发产生可见荧光的荧光层以显示图像。一部分未被吸收的激发光和一部分荧光可向棱柱层1310传播。尽管所有角度内的光被都被成角度的面反射，但是通过对入射角大于TIR临界角的光线的全内反射(TIR)，这些光中的一部分可在成角度的面处被完全地反射回屏幕。因此，通过与磷光层的再次相互作用并使该磷光辐射荧光，反射的激发光被再次利用。反射的荧光被磷光散射，其中的一部份离开观看侧。因此，棱柱层1310改善了激发光的利用并增强了磷光屏的观看侧上的亮度。
特别地，棱柱的顶角和棱柱层1310的折射率可被选择以使屏幕的正入射或接近于屏幕的正入射的后向传输光线在每个成角的面1312处的入射角等于或大于面1312的TIR临界角。所示出的光线1341是这种光线的一个实施例，并且在成角度的面1312处被完全反射。每个成角度的面1312的法线方向均不同于屏幕的法线方向，并且与屏幕的法线方向形成的角度为棱柱顶角的一半。所示出的光线1342以与屏幕平面的法线方向成约棱柱顶角的一半的角度入射到成角度的面1312，并且因此与面1312的正入射方向接近。因此，光线1342部分地被反射，并且剩余的光线传输通过棱柱层。光线1342中被传输的部分被损失并且代表屏幕的损失。因此，棱柱层1310可将以很宽范围内的角度的入射的后向传输光线完全反射，其包括正入射到屏幕和以大角度入射的光线。然而，以约棱柱顶角的一半的角度入射到棱柱层1310上的光线并未完全被反射而只是部分地被反射。
入口层411可通过使用由高折射率的材料n2制成的相对于激发光120透明的平面层替代棱柱层1310实现。图14示出了示例性的高折射率层1410。图6中的基底或坚硬层也是这种入口层的实施例。层1410的入口面是平的，并且在入口面1412处的包含TIR的反射可将后向传播激发光和荧光向后导向屏幕以再次利用激发光并将更多的荧光“推进”到屏幕的观众侧。平的高折射率层1410的这一功能类似于棱柱层1310。平面层1410的折射率n2应该尽可能地高，以使入口层1412处的TIR临界角尽可能地小，从而增加总反射。不同于棱柱层1310，入口面1412的法线方向是屏幕的法线方向，并且因此正入射到屏幕或者以小于表面1412处的TIR临界角入射的入射角接近于正入射到屏幕的光线被部分地反射而部分地传输。与屏幕的正入射方向所成的角度大于TIR临界角的光线被完全反射。在图13中的棱柱层或者图14中的高折射率层1410作为屏幕的入口层的某些实现中，紧接着层1310或1410的折射率匹配层1320可由折射率小于层1310或1410的折射率的低折射率层替代，例如，空气间隙或低折射率绝缘层。
上面的棱柱层1310和高折射率层1410具有不同的TIR特征，包括对以不同角度入射的光的不同角度的反射响应。因此，图13中的棱柱层1310和图14中的高折射率层1410可被一起结合在荧光层的激发侧，以增加该屏幕的光学通过量。在一个实现中，图13中的棱柱层1310和图14中的高折射率层1410可由作为屏幕入口层的空气间隔或低折射率层分离。棱柱层1310通过全内反射反射小入射角度的光，而高折射率层1410通过全内反射反射大入射角度的光。例如，层1310和1410可被用作入口层的一部分，并且由低折射率层或空气间隔隔开。棱柱层1310可为第一层以接收通过空气间隔或低折射率层传输进入层1410的激发波束120，或者，层1410可为第一层以接收通过空气间隔或低折射率层传输进入棱柱层1310的激发波束120。层1410的表面1412被设计为其TIR临界角小于棱柱层1310的每个成角度的面1312的TIR临界角，以使被棱柱层1310部分反射的光线被层1410完全反射。在该配置下，屏幕的法线方向或近似法线方向上未被层1410完全反射的光线被棱柱层1310完全反射。因此，层1310和1410的结合实现了分色层(D1)412的功能。当分色层(D1)412通过多层结构被实现为干扰滤波器时，它可对入射角度敏感，其中分色功能可对正入射或近似正入射的光线或者在入射角的有线角度范围内的光线被实现。层1310和1410的上述结合对入射角度不敏感，并且会反射所有角度的后向传输光。此外，多层干扰分色滤波器的频谱特征可是有限的，并且随着波束的入射角的变化而变化。层1310和1410的上述结合基本不受多层干扰分色滤波器的性能限制。
荧光层可被设计为结合荧光层的另一侧上的第二分色层421(D2)、棱柱层1310或高折射率层1410和第二分色层421(D2)以限制来回通过棱柱层1310(或高折射率层1410)和第二分色层421(D2)之间的荧光层的激发光的有效总量，从而改善激发光的利用和产生的荧光的总量。
现在，下面的部分描述了实现上述被选择的屏幕元件的一些具体荧光屏设计。
图15示出了多层荧光屏，其实现棱柱层1310以将激发光耦合到荧光层1570。该屏幕包括透明的基底1510，其面向观众侧，并将携带图像的彩色光传输给观众。不透明的子像素带分离器阵列1520形成于透明的基底1510的一个表面上，以定义荧光带并在光学上将相邻的或邻近的荧光带(即，相邻的子像素)分离。带分离器1520可由固体的不透明薄膜层、印刷在基底1510上的墨水材料、或者光学反射的或吸收的材料制成。带分离器1520之间是形成平行带的对比增强彩色滤波器1530，其中三个相邻的滤波器分别传输三种不同的指定颜色，并且吸收不同于其指定颜色的其它颜色的光。三个相邻的滤波器1531、1532和1533是滤波器1530的实施例，其中滤波器1531是吸收绿光和蓝光的红色传输滤波器，滤波器1532是吸收红光和蓝光的绿色传输滤波器，而滤波器1533是吸收绿光和红光的蓝色传输滤波器。参照图8描述了与具有发射不同荧光颜色的荧光带的荧光层1570相结合的滤波器1530的操作和作用。
图15中的屏幕包括形成于带分离器1520之上并由带分离器1520支撑且位于荧光层1570下方的绝缘层1540。绝缘层1540和滤波器1530被折射率低于绝缘层1540的折射率的低折射率层或空气间隔1550隔开。带分离器1520的高度可被用于控制低折射率层或空气间隙1550的厚度，其可为10-50微米。在一些实现中，绝缘层1540可为折射率低于荧光层1570的折射率的透明材料，例如，约50微米的清晰PET塑料层。在另一些实现中，绝缘层1540可为分色层(D2)，其传输可见光并反射UV或紫色波长的激发光，其可形成于带分离器阵列的顶部和荧光层的下面。
图15中的荧光层1570可为重复的不同平行荧光带，其用于发射不同的荧光颜色(例如，红色、绿色和蓝色)，并形成于层1540上。空间上对应于不透明的子像素带分离器1520的带分离器1560的第二阵列形成于层1540上，以在物理上分离不同的荧光带1570，以使每个荧光带1570与各自的滤波器1530对准。
带分离器1560可由光学反射或扩散材料制成，以将入射激发光120的至少一部分作为反馈光导向回到屏幕的激发侧，从而被一个或多个伺服光检测器接收以用于伺服控制显示系统。带分离器1560产生的反射激发光的功率随着荧光带上的波束的位置而改变，并且因此可被用于确定荧光带上的激发波束的相对位置，并且可被用于在水平扫描期间控制激发波束120和相应的荧光带之间的光学对准。在这样的情况下，带分离器1560用作伺服标志，并且至少在面向屏幕的激发侧的面上是反射的。带分离器1560还可被制成包括IR发射荧光材料或其它的荧光材料，该荧光材料发射的光的波长不同于激发光120的波长和由荧光层1570的相同激发激光120激发荧光层1570而发射的可见光的波长。因为散射的激发光和由荧光层1570产生的可见荧光可被滤波以使仅IR光能被一个或多个伺服光检测器检测以用于伺服控制操作，因此这些荧光带分离器1560可被用于改善一个或多个伺服光检测器处的检测信噪比。如伺服带标志等的带分离器1560和伺服控制的细节在2007年2月15日提交的题为“Servo-Assisted Scanning BeamDisplay Systems Using Fluorescent Screens”的第PCT/US2007/004004号PCT申请中被描述，该申请通过引用并入本文作为本申请的具体实施方式的一部分。
在图56中的荧光层1570的顶部，棱柱层1310被形成以传输UV或紫色范围内的激发激光并反射来自于荧光层1570的激发光和荧光。因此，棱柱层1310实现上述分色层412(D1)的功能，用于减小朝向屏幕的激发侧的荧光的损失。此外，棱柱层1310还再次利用回到荧光层1570的未被吸收的激发光。
特别地，在棱柱层1310与荧光层1570之间形成有折射率低于荧光层1570的折射率的低折射率透明层1580，以增加屏幕的光学通过量。聚合体材料或空气间隙可被用作第二低折射率透明层1580。参照前面描述的图13中的棱柱层1310和图14中的平面高折射率层1410，层1310和1410可被结合以实现对向后传播所有角度的光线的全内反射。在图15中，荧光层1570有效地提供了图14中的高折射率层1410的功能。与层1570和1580之间的接触面的所成的入射角大于该接触面处的TIR临界角的后向传输光线被完全反射，包括激发光和层1570中产生的荧光。入射角度小于该接触面的TIR临界角的后向传输光线被该接触面部分地反射并且传输通过层1580以进入棱柱层1310。然后，这部分后向传输光被棱柱层1310的成角度的面1312完全反射。
图16示出了基于图15的设计的另一个屏幕，其中，使用具有由发射白光的不同磷光体的单一混合制成的相同的平行带的荧光层1610替代具有由不同磷光材料制成的荧光层1570。颜色的产生是通过使用基于图10中的设计的滤色器1530而实现的。
图17示出了具有棱柱层1310的屏幕设计的另一个实施例，其中使用带分离器1710的单一阵列用于分离平行的带滤色器1530和平行的荧光带1720，荧光带1720由单个白光发射荧光材料或发射不同颜色的不同荧光材料制成。图15和16中的设计中作为伺服标志的另一带分离器1560阵列被删除以简化屏幕结构。带分离器1710的单一阵列被用作带分离器和伺服标志，并且可由带分离器1560的材料制成。不同于图15和16中的设计，该实施例使用低折射率透明层1730，其形成于每个滤色器1530与荧光层1720之间并与它们直接接触。低折射率透明层1730的折射率小于荧光材料的折射率，以增加进入屏幕中每个滤色器1530的光学通过量，该屏幕具有在接触面处的全内反射产生的减小的光学损失。荧光层1730可为封接在层1720与1730之间的凝胶层。折射率小于棱柱层1310和荧光材料的折射率的第二低折射率透明层1580形成于棱柱层1310与荧光层1720之间，以增加屏幕的光学通过量。聚合体材料或空气间隙可被用作第二低折射率透明层1580。
图18和19示出了两个示例性的屏幕，其均使用图14中的高折射率平面层1410作为屏幕的入口层。在图3B的屏幕是基于图15和16中的屏幕结构，并且使用高折射率层1410替代棱柱层1310和低折射率层1580。在图19中的屏幕是基于图17中的屏幕结构，并且使用高折射率层1410替代棱柱层1310和低折射率层1580。
图20示出了荧光屏设计，其中分色层412(D1)和421(D2)形成于基于图4中的设计的荧光层1720的两侧。低折射率透明层2010形成于分色层421与基底1510之间，以改善到达观众的光学通过量。带分离器1560阵列被形成以分离相邻的荧光带，并且还用作参照图15中所述的伺服反馈控制的伺服标志。
图21示出了基于图17中的设计的屏幕设计。传输激发光120并反射由荧光层1720发射的荧光的分色层412(D1)被用于替换棱柱层1310。平行的荧光带1720可由单一的白光发射荧光材料或发射不同颜色的不同荧光材料制成。带分离器1710被用于在物理上分离相邻的荧光带，并用作参照图15所描述的伺服反馈控制的伺服标志。
图22示出了基于图14中的设计的另一个屏幕设计。坚硬的支撑基底2230(例如，透明的塑料或玻璃材料)被用作底板，以支撑具有平面的屏幕堆叠2210的各种屏幕层。例如，光学倾斜的丙烯酸基底可被用于形成基底2230。平面的屏幕堆叠2210包括薄膜底层2202，其用作图14中示出的高折射率层1410以将光耦合到该屏幕，并基于全内反射将光反射回到该屏幕。聚酯薄膜(例如，商用的杜邦帝人薄膜和聚酯DL薄膜)可被用作层2202。滤波器支撑层2201(例如，保护衬板)可被安装到聚酯薄膜2202上。支撑层2201可被用于在制造期间保护薄膜底层2202，并可在该屏幕被完全装配之后被移除。在制造为保护层之后，支撑层2201也可被保留。荧光带的层1570被形成为与薄膜底层2202接触，并且被带分离器2203分离。分离器2203在与薄膜底层2202和荧光层1570中的荧光带接触的表面和侧壁上被光学反射。绝缘层1540被形成于带分离器2203上，以在层1540和荧光层1570之间形成空隙。该空隙可为空气间隙或者被填充有折射率低于荧光层1570中的荧光区域的折射率的低折射率层1730。具有不同的滤色器的对比度增强层1530形成于层1540上。粘贴层2220(例如，光学上光亮的层压粘贴)被用于将平面的屏幕堆叠2210粘贴到基底2230。在面向观众的基底2230的出口面处，可形成抗反射层2240以减小由于环境光的反射引起的屏幕闪烁。
图23示出了根据一个实现的带分离器2203的细节。所有的尺寸都是微米的并且是示例性的。每个分离器2202的主体均是光学反射的，并且可由光学反射材料制成。作为一种选择，面向屏幕的观众侧的分离器表面可被涂上黑色的吸收层2310，以减少朝向观众侧的任何反射，例如，从400nm至650nm的反射小于10％而吸收大于80％。该性质可增强屏幕的分辨率和对比度。各种光学反射材料可用于形成分离器2203。如铝等金属材料可用于建造分离器2203，或者作为涂层材料在需要成为可反射的每个分离器的表面或小平面上形成涂层。此外，白色的颜料材料也可被用于形成分离器2203以实现高反射率。例如，可配置由填充TiO2的树脂或者填充硫酸钡的树脂制成的白色颜料，以实现对金属涂层的高级反射特征，特别是当反射回到光亮的聚合体时。从400nm至650nm的白色颜料材料的反射可大于90％。
此外，带分离器2203还可被制为包括IR发射荧光材料或发射波长不同于激发光120波长和由荧光层1570的相同激发激光120激发荧光层1570而发射的可见光波长的光的荧光材料。因为散射的激发光和由荧光层1570产生的可见荧光可被滤波以只允许IR光被一个或多个伺服光检测器检测以用于伺服控制操作，因此这些荧光带分离器2203可被用于改善一个或多个伺服光检测器处的检测信噪比。面向观众侧的每个分离器2203的面均可涂上吸收层2310。
图24和25示出了两个示例性的屏幕设计，其中，使用阻挡激发光并一致地衰减可见光以增强显示对比度的滤色器替换了基于滤色器的对比度增强层。在图24中，平面的屏幕堆叠2410替换了图22中的堆叠2210。堆叠2410包括滤波器层2413，其作为ND滤波器阻挡传输到观众侧的激发光并一致地衰减可见光，例如，从430nm至670nm。聚酯薄膜可被用作滤波器层2413。两个光学光亮层压粘贴层2411和2412被用于将滤波层2412的一侧与带分离器2203接合和并将其另一侧上与基底2230接合。
在图25中，坚硬的支撑基底2520被用于提供激发阻挡功能和图24中的滤波器层2413的ND滤波功能，从而除去滤波层2413。这简化了屏幕构造。该实施例中的平行的屏幕堆叠2510包括层压粘贴层2511、带分离器2203、具有荧光带1570的荧光层、荧光层和层压粘贴层2511之间的低折射率层1730和高折射率薄膜底层2202。
在一些屏幕设计中，一个或多个层可为荧光带上的连续层，而未被带分离器分为带。例如，图22、24和25中的薄膜底层2202和图15、16、18和22中的绝缘层1540、图4和11中的封装层1120、增益层423和图14、18、22、23、24和25中的高折射率层1401都是这样的连续层。在这样的连续层中，荧光体发射的可见光可在连续层的两个表面上来回反射，并且因此可被反射到相邻的子像素中从而产生图像的污点。此外，以一个子像素为目标的激发光也可被反射到相邻的子像素，在相邻的子像素处激发不当的颜色从而导致不期望的光环效果。减小这些不利的效果的一种方法是将这种连续层的厚度限制为小于子像素的宽度的值，例如，比沿着垂直于荧光带的水平方向的子像素的宽度小10倍。
在上面的屏幕设计中，磷光层发射的彩色荧光在朝向观众传输的路径上通过两个不同层或材料之间的各种接触面。在这些接触面中的每一个上，接触面两侧的折射率差异导致了不期望的反射。特别地，当发射的彩色光从折射率比下一层的折射率更高的层传播并且入射角大于接触面的临界角时，在接触面上可能发生全内反射。因此，在一些实现中，光学材料可被选者为具有的尽可能接近的折射率以使反射最小化。在其它实现中，接触面处的折射率差异是被故意地创建以实现某些效果。
例如，一些荧光设计中的荧光层可具有相邻的低折射率的绝缘层，其在荧光层的观众侧上具有低折射率。低折射率层的折射率小于荧光层的折射率和与低折射率绝缘层接触的另一个屏幕层的折射率。图26示出了作为荧光屏的一部分的结构的实施例。该实施例仅示出了屏幕的一部分以说明该结构的三个连续屏幕层：荧光层2600、低折射率绝缘层2610和作为屏幕的观众侧外部层的屏幕层2620。在荧光层2600中发出的荧光可传输通过低折射率绝缘层2610和屏幕层2620以离开屏幕并达到观众。图26中的结构可使用低折射率层2610增加从荧光层2600到屏幕的观众侧的荧光的通过量，并减小由荧光层2600的观众侧上的荧光反射而导致的荧光层2600之间的两个相邻的荧光带之间的干扰。
在该设计中，在荧光层2600内朝向层2610传播的大多数荧光在层2600与2610之间的接触面2601上被部分地传输部分地反射。因为低折射率层2610的折射率小于荧光层2600的折射率，因此，以大于全内反射(TIR)的临界角的角度到达接触面的荧光的一部分被完全地反射回到荧光层2600。因此，TIR条件在接触面2601处创建了角滤波功能，以允许具有小于TIR临界角的小入射角的荧光的传输并阻挡具有更大的入射角的荧光的传输。在层2610与2620之间的接触面2611处，因为层2610的折射率小于层2620的折射率，因此不会出现朝向层2610的全内反射。所有角度的荧光通过接触面2611部分地传输进入层2620，并被部分地反射回到层2610。因为接触面2601处的TIR条件将进入层2610的荧光的角度限制为小于接触面2601处的TIR临界角，因此，2620中的荧光射线2632(更确切地说，层2631中的射线2631的传输)也具有由层2600、2610和2620的折射率决定的最大角度。层2620具有出口面2621，也就是接触空气的屏幕表面。因此，可发生全内反射以照亮层2620中入射角大于接触面2621处的TIR临界角的光。
然后，接触面2621处的TIR减小了朝向观众离开屏幕的荧光的总量。这就减小了屏幕亮度。此外，接触面2621处的TIR的反射光可使由一个荧光带产生的一种颜色的荧光进入不同颜色的相邻荧光带，并因此导致两个相邻荧光带之间的干扰。例如，蓝色荧光带的蓝光可激发红色和绿色荧光带以发光。当该干扰发生时，屏幕上的蓝点使相邻的红色和绿色像素发光，这通常被称作图像光环。因此，接触面261上的TIR可使颜色的纯度和图像分辨率降低。
根据至少上述内容，层2600、2610和2620的折射率可被选择以使当从层2610中的光线2631和层2620中的光线2632发出的荧光层2600中的荧光射线2630的入射角等于接触面2601处的TIR临界角时，会使层2620的出口面2621的光线2632的入射角不大于接触面2621处的TIR临界角。在该条件下，从荧光层2600通过接触面2601传输进入低折射率层2610的荧光将在接触面2621处不被完全反射。特别地，低折射率层2610可为具有低折射率的空气间隙或者具有期望的低折射率的绝缘材料。该性质已经在上述的一些实施例中被示出，包括图15、16、18、22、24和25中的屏幕。
如上所述，屏幕的荧光区域中的伺服参考标记产生的反馈光可被用于检测扫描波束120相对于屏幕上的各个子像素的位置。荧光带的周期结构或形成于荧光带的周期结构上的周期特征可被用作伺服参考标记，其散射或反射一部分的扫描激发波束120，并且，从这些伺服参考标记散射的或反射的光被检测以测量偏移的存在和偏移的方向。荧光带或磷光带之间的带分离器可被制为光学地反射激发光并因此产反馈光，用于对激发光的光学脉冲和各个子像素的对准进行伺服控制。
图27示出了荧光屏的一个实施例，其具有提供伺服反馈光的光学反射带分离器。在该实施例中，屏幕包括支撑基底层3760以支撑其它屏幕层和元件。所示出的荧光层包括平行分离的带分离器3730和位于带分离器3730之间的荧光带3740。相邻的荧光带3740由发射不同颜色的光的不同材料制成，例如，三个连续带中的红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)。空气间隙3750或低折射率绝缘层可形成于每个荧光带3740和支撑基底层3760之间，以增强发射的可见光从荧光带3740通过支撑基底层3760到达观众的传输。绝缘层3720形成于荧光带3740之上，并可被配置为传输激发光120而由荧光带3740(例如，分色材料)反射已发射的可见光。因为支撑基底层3760位于荧光带3740的观众侧，因此支撑基底层3760可由相对于由荧光带3740发射的可见光透明或部分透明的材料制成。对包含由荧光带发射的三种颜色的可见光具有一致衰减的部分透明材料可被用在支撑基底层3760中以用作光学中性密度(ND)滤波器。此外，支撑基底层3760可被制成相对于激发波束120的激发光是反射的且不透明的，以阻挡激发光到达观众并再次利用回到荧光带3740的未被吸收的激发光。
激发光120通过扫描透镜360被导向屏幕，并且提供至少一个伺服光学检测器3710以检测主要由带分离器反射的作为反馈光的激发光。示出的两个伺服光学检测器3710位于图27中的实施例中的扫描透镜360附近。一个或多个伺服检测器可被放置在其它位置以接收反馈光，例如，接近屏幕101处。
图28示出了反射带分离器的一个实施例，其用于包括图23和27中的设计的本申请中的各种屏幕设计。每个反射带分离器3730是由珠3821和珠粘合材料3822的混合物制成，其中珠粘合材料3822提供了基体，在该基体中分布着并支撑着珠3821。珠3821可由折射率大于珠粘合剂3822的折射率的绝缘材料制成，以进行光学反射。例如，珠3821可由折射率为2.0或者更大的玻璃或其它透明的材料制成，而珠粘合材料3822是由折射率为1.5的树脂或其它材料制成。珠3821可具有不同的尺寸，例如，从几个微米到几十个微米，或者几百个微米。例如，10微米的玻璃珠可被用作珠3821。
在操作中，每个珠3821均实现光学反射镜以反射进入珠3821的至少一部分激发光120。因为珠粘合材料3922的折射率小于珠3821的折射率，因此从珠粘合材料3822入射到珠3821的激发光在粘合剂到珠的接触面处被至少部分地折射进入珠3821而没有发生全内反射。珠3821中的至少一部分激发光被作为反馈光3770被反射回去。珠3821和珠粘合材料3822的混合物相对于光还应该是不透明的，以在光学上将两个相邻的荧光带3740分离，从而避免将降低显示的图像质量的干扰。不透明度的程度可随着对显示中的干扰的容忍度的要求而改变。
珠3821和珠粘合材料3822的混合物具有的光学反射和光学不透明特性可通过各种混合物的设计而被实现。图29A和29B示出了用于图28中的带分离器3720的珠3821的珠设计的两个实施例。
图29A示出了具有涂层3920的珠3910，该涂层是整个外表面上的部分传输和部分反射层。涂层3920的部分传输允许激发光120的输入和光的输出，而涂层3920的部分反射允许具有珠粘合材料3822的接触面处的珠3910内或珠3910外的光的反射。这种具有涂层的珠可被用于产生生成反馈光3770的期望的反射，并产生期望的带分离器3730的不透明度。例如，透明的玻璃、塑料或聚合体珠可涂覆有半传输金属层作为涂层3920。
图29B示出了珠3910，其一部分外表面被涂上反射涂层3930，而剩余的外表面是暴露的。例如，一个珠3910的半球可被涂上反射涂层3930。在一个实现中，反射涂层3930是完全反射的金属涂层。当这种部分具有涂层的珠与如树脂等适当的珠粘合材料混合时，这些珠可相对于彼此朝向所有方向。因此，在由这样的混合物制成的带分离器3730中，一些珠可位于“理想的”方向，其不具有涂层的部分面向屏幕的激发侧以接收激发光并向后反射接收到的激发光，而其它珠可位于其它方向，其中一些珠的具有涂层的部分朝向屏幕的激发侧。珠的方向的随机性确保了至少一部分光将向后反射，而未向后反射的一部分光将被阻挡穿透该混合物，从而提供每个带分离器中的不透明度的期望水平。
珠的材料和粘合剂的材料可被选择为使每个珠的向后反射最优化。参照图29B，位于空气中的珠的球形内表面的焦距f满足1/f＝(nbead-1)/2r，其中nbead是珠的折射率。因此，当珠的折射率是2时，焦距是2r，其中在珠3910的内表面处的单一反射引起的反射波束3770是平行于作为“向后反射”的波束的入射光波束120。
图30示出了图27中的反射带分离器3730的一个实施例，其中棱柱带被放置在每个带分离器3730上的绝缘层3720的顶部，以与下面的带分离器3730重叠从而产生反射的反馈光。图30示出了位于屏幕的三个不同的位置处的三个这样的棱柱带4010、4020和4030，这三个位置分别是：接近屏幕的左手侧、屏幕的中心和接近屏幕的右手侧。各种棱柱设计可被用于这些棱柱带。在示出的实施例中，每个棱柱带是直角的棱柱，该棱柱的直角的一侧位于绝缘层3720上。如三个棱柱4010、4020和4030中的每一个的光线所示，每个棱柱中的反射均产生期望的反射反馈光4040。当直角棱柱被使用时，屏幕中心的右手侧和左手侧上的棱柱的方向可为所示出的相反的方向。
参照图23和27，屏幕101的屏幕层可由平板底部2202和平板底部2202上的带分离器2203形成(图23)。磷光材料可沉淀在带分离器2203之间的带中。可选择地，具有由不同的磷光材料或其它在光激发下的光发射材料制成的平行荧光带的荧光屏101也可被设计为允许首先在平面上形成荧光带，并且然后在两个相邻的荧光带之间形成带分离器。
图31A、31B和31C示出了屏幕设计的实施例，其具有金属化的带分离器和制造过程。
在图31A中，屏幕基底或薄膜4110被提供以支撑磷光带。薄膜4110的基底可由很多材料制成，例如，聚酯薄膜(例如，聚酯胶片)或具有多层绝缘材料的复合薄膜、具有其上形成有磷光带的平坦表面的棱柱薄膜以及具有棱柱带的结构表面。在一个实现中，基底或薄膜4110的厚度可为约25毫米或更小。磷光带可通过印刷过程被直接印刷在基底4110上。可选择地，可使用带模型，其中可首先将磷光材料应用于该模型以形成磷光带，然后将被制模的磷光带转移到基底4110。不同的磷光带由两个相邻带之间的分离带隔开而彼此分离。
接下来，金属层被沉淀在基底4101和磷光带上，以完全覆盖磷光带(图31B)。两个相邻的磷光带之间的分离间隙用金属材料部分地或者完全地填充以形成金属层。紧接着，实现抛光过程以移除磷光带和部分磷光带的顶部上的部分金属材料，从而暴露每个磷光带的中心部分(图31C)。金属材料保留在除了中心暴露部分之外的磷光带上。被抛光的表面由暴露的磷光带和金属层形成。两个相邻的磷光带之间的中间可具有空隙或者可由抛光的金属填充。特别地，两个相邻的磷光带被不透明的且反射的金属材料分离，其被用作金属层以防止来自于一个带的光进入相邻的带。图31C示出了空隙形成于两个相邻的磷光带之间的中间处的金属上。
各种技术可被使用以移除具有涂层的金属和部分磷光材料。例如，可使用砂光、抛光或切割过程将金属和磷光材料从顶部移除。因为印刷线的横截面形状近似是半球面的，因此，在进一步地抛光的情况下，每个颜色的发射宽度变得更宽。当抛光进行到用作移除材料的自然停止点时，可实现依赖于表面区域的快速增加的过程。一些微观结构可被留在平面化的表面上以创建接下来的分层的空气间隙，并且该结构提供了粘贴的“凸点”而无需完全的表面接触。
然后，图31C中示出的屏幕结构可被用于创建各种配置中的屏幕101。下面提供了具体的实施例。
图32示出了一个设计，其中基底或薄膜4110在激发侧上被使用。两个相邻的磷光带之间的金属层中的面向观众的空隙可用如黑色颜料等不透明的黑色过滤材料填充，以减小朝向观众的光的反射(例如，环境光或者其它杂散光)。
图33示出了另一个设计，其中基底或薄膜4110朝向观众侧被使用，以将光传输给观众。第二基底或薄膜被啮合到磷光带的激发侧上的抛光顶面。如果两个相邻的磷光带之间的金属层中存在空隙，那么反射的填充材料可被填充到该空隙中，以将光反射回到激发侧作为伺服控制的反馈光。例如反射填充材料可为具有反射珠的反射白色颜料或反射材料。不同于图28和30中的设计，该设计在朝向观众侧的每个磷光带中提供了更大的区域，并使用每个带上的剩余金属层以朝向观众反射发射的彩色光。该设计可被用于改进朝向观众的光通过量。
图34示出了具有包含反射珠的金属化带分离器的屏幕的实施例。其上形成有磷光带的基底或薄膜4110朝向激发侧被使用。该屏幕的制造不同于图31A至31C中示出的过程。在制造图34中的屏幕中，在磷光带形成于图31A中示出的层4110上之后，包含反射珠的反射填充材料或反射白色颜料(例如，BaSO4)可被填充在不同磷光带之间的空隙中。接下来，金属层被沉淀在磷光带、空隙中的反射填充材料和这些空隙之上，以完全地覆盖磷光带。紧接着，实现抛光过程以移除磷光带顶部上的部分金属材料和部分磷光带，以暴露出每个磷光带的中心部分。反射填充材料仍然由沉淀的金属材料覆盖。重新参照图29A和29B，上述反射珠可被用作珠和珠粘合材料的混合物，其中珠粘合材料提供了基体，在该基体中分布了和支撑了这些珠。
虽然该具体实施方式包含了很多详细说明，但是这些不应该被理解为对本发明或要求的权利的范围的限制，而应该被理解为具体到本发明的特殊实施方式的特征描述。在不同的实施方式的情况下的具体实施方式中描述的某些特征也可在单个实施方式的结合中被实现。相反地，在单个实施方式的情况下被描述的各个特征也可在多个不同的实施方式中或者在任何合适的子结合中被实现。此外，尽管当这些性质因为某些结合中起作用而被描述并且甚至最初这样被要求，但是被要求的结合的一个或多个特征可在一些情况中从这些结合中被删除，并且要求的结合可被应用为子结合或子结合的变化。
只有很少的实现被公开。然而，应该理解，可进行变化和改进。