專利名稱：：上轉換發光紅外激光顯示屏及其制造方法和應用的制作方法
技術領域：
：本發明屬于激光電視制造領域，特別涉及紅外激光顯示屏和紅外激光電視的制造
技術領域：
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背景技術：
：彩色顯示器自問世以來，眾所周知，首先出現的是陰極射線真空管彩色顯示器(CRTs),繼之又出現了液晶平板和等離子體平板顯示器，最近又出現激光平板顯示器。顯示器不管是玻璃真空管式結構、平板式結構、還是激光式結構，其屏的形狀，本質上都是申顯示彩色的紅、綠、藍三基色物質的性質所決定。目前，液晶顯示器的應用比較普遍，液晶顯示屏所采用的紅、綠、藍三元色是由屏背后的白光加上彩色濾光膜得到的，與CRTs顯示器相比，平板和重量輕是它的突出優點。液晶筆記本電腦或小尺寸電視機的顯示屏/器的白光源，只需兩支白光燈就可以滿足要求。但是，顯示屏尺寸再大一些，就是采用導光板技術也很難滿足要求。所以，以前大尺寸的液晶電視很少見到，即使有商品，價格也極其昂貴，不為平民所接受。由于近幾年白光LED已近普及和成本的下降，大尺寸的液晶電視顯示屏的白光源由白光LED陣列所代替，不僅可以滿足大尺寸要求，同時也提高了白光源的質量和亮度。但由于每支白光LED都需特定工作電流才能保證其亮度要求，所以，屏越大，白光LED數量就越多，耗電和成本自然相對也要增加。目前家用大尺寸液晶電視耗電量都非常大。上述液晶顯示屏諸多內在因素決定，實現幾平方米的大顯示屏是難于實現的。液晶顯示屏的另一問^，是視角差，盡管最近經過技術上的改進已普遍被人們接受，但是，靠液晶偏轉角度來調制光強，這種先天性的缺陷從理論上講是難于完全克服的。在等離子體電視、液晶電視正在走進我們的生活時，科學家巳經在激光電視的開發上取得了重大進展。激光電視是利用半導體激光器(簡稱LD)泵浦激光工作物質，先產生紅外激光，再通過倍頻晶體實現調波變換，最終輸出紅光、綠光、藍光三種波長的激光，'由紅、綠、藍三種激光器產生的三元色作為彩色激光電視的光源，電視信號通過聲光或電光調制器調制三元色激光和通過掃描器控制三元激光束方向(即光掃描，行掃描電機轉速6萬轉/min)產生彩色圖像，最后再通過背投技術(用于超大屏幕電視、激光數碼影院等多功能產品)或正投技術(用于桌面小尺寸的激光電視)構成平板顯示。激光電視克服了等離子體和液晶平板電視缺點，其優點是(1)激光電視可以成為超大屏幕電視、電影等一體化產品，大到電影院的寬銀幕，小到手機屏，且不受視角方向性影響；(2)現有電視技術只能顯示肉眼可見色彩中的30%以上，而激光電視能看到70-80%;(3)壽命可達10萬-100萬小時；(4)與5等離子體、液晶電視相比，工藝簡單，重量輕，省電(耗電量是液晶電視的一半，是等離子體的1/3);(5)能還原出真正的3D立體視覺效果。然而，雖然激光電視的優點如上所述非常突出，但下面的事實也必須承認激光電視成本太高，一臺60英寸的激光電視機價格至少30萬元人民幣。我們分析成本高的原因主要有三一是激光電視所采用的三元^，需采用三個大功率半導體LD泵浦的三個全固體激光器作為光源。這種激光器結構復雜、工藝難度高，它的成本占激光電視總成本80%左右，是關鍵因素，所以成本自然高居不下；二是掃描器成本高，這是次要因素，因為只要批量生產成本就會降下來；三是采用的是全新技術，要想生產必須建立全新的生產線，再加上國際上都是非標研制，國內也是如此。總之，激光電視難于批量化生產，特別所采用的紅、綠、藍三元色激光源，除紅光目前有半導體器件外，綠、藍光半導體器件何時出現？國際上還尚無定數。紅、綠、藍三元色激光源不實現半導體化并廉價化，激光電視成本則不會降低，所以說，激光電視為液晶電視的下一代產品可能性較小，其中間必然有一過渡階段。此過渡階段的產品應是介于液晶平板電視與激光平板電視之間的一個中間產品，即由本發明所提出的由上轉換發光粉組成的顯示屏與半導體紅外激光器(LD)所組成的顯示體系，為區別于目前傳統電視和激光電視，暫稱作"紅外激光電視"。
發明內容'現有等離子體顯示屏制造工藝過于復雜，液晶顯示屏存在不可消除的視角差，等離子體與液晶顯示屏色度均較低，且只適用于小屏幕的應用。現有的激光電視機顯示器的色度可達70-80%，但由于國際上尚未制造出綠光、藍光LD，只能用大功率LD泵浦YAG紅外激光晶體通過倍頻產生綠光和藍光，其成本占總成本的80%左右，激光電視的成本仍然太高。為克服以上問題，本發明提供一種上轉換發光紅外激光顯示屏及其制造方法，及采用這種顯示屏的顯示運轉系統。本發明采用的技術方案是上轉換發光紅外激光顯示屏包括紅外激光面板1Q1，制備于紅外激光面板101上的可見光高透射、紅外光高反射或高吸收的光學膜102，制備于光學膜102上的黑矩陣103，制備于黑矩陣103孔洞處的紅、綠、藍彩色濾光膜107、108、109和涂敷在紅、綠、藍彩色濾光膜107、108、109上的稀土摻雜上轉換紅、綠、藍三元色發光源104、105、106，所述的稀土摻雜上轉換紅、綠、藍三元色發光源104、105、106的粒徑為0.5-所述的紅外激光面板101是無機玻璃、有機玻璃或高透明塑料中的一種。所述的稀土摻雜上轉換紅、綠、藍三元色發光源104、105、106及紅、綠、藍彩色濾光膜107，108，109可以由稀土摻雜上轉換紅、綠、藍三元色發光源104、105、106及相應的紅、綠、藍彩色濾光膜107，108，109相混合制得的附加有濾光功能的紅、綠、藍三元色發光粉111、112、113替代；所述的紅、綠、藍三元色發光源104、105、106可以由三者混合制成的發白光的上轉換白光粉或由發射R、G的二元色發光源與發射B的單元色發光源混合成的發白光的上轉換白光粉或由發射R、B的二元色發光源與發射G的單元色發光源混合成的發白光的上轉換白光粉或直接由一種化合物合成發白光的上轉換白光粉114替代，上轉換白光粉114的粒徑為0.5-lO^rn;所述的紅、綠、藍三元色發光源104、105、106可以由所述的上轉換白光粉114制成的白光發光膜115替代；所述的紅、綠、藍三元色發光源104、105、106可以由發白光的上轉換發光玻璃U6替代。.所述的稀土摻雜上轉換紅、綠、藍三元色發光源104、105、106，上轉換白光粉114的基質是硫氧化物、氟化物、鹽類和氧化物中的一種或幾種。.所述的稀土摻雜上轉換紅、綠、藍三元色發光源104、105、106，上轉換白光粉114和上轉換發光玻璃116的摻雜離子是Yb"、Er3+、Ho3+、Tm"、P,中的一種或幾種。上轉換發光紅外激光顯示屏的制造方法第一步，在紅外激光面板101的內側表面上涂或貼或粘或鍍上可見光高透射、紅外光高反射或高吸收的光學膜102;第二步，利用設計制屏的專用三元色點陣列或條形陣列模板，通過光刻工藝技術在光學膜102表面上制備黑矩陣103;所述的黑矩陣103由點陣列孔洞或條形陣列孔洞構成。第三步，在黑矩陣103孔洞處，通過噴涂或印刷或光刻工藝制備與紅、綠、藍三元色發光源104、105、106相對應的彩色濾光膜107、108、109;第四步，將摻雜稀土上轉換紅、綠、藍三元色發光源104，105，106與粘合劑以適當比例混合，制得三元色發光源104，105，106涂覆劑，在彩色濾光膜107、108、109上分別涂上摻雜稀土上轉換紅、綠、藍三元色發光源104、105、106涂覆劑，制得三元色像素基元；第五步，采用流平劑U0在涂有彩色濾光膜107、108、109和三元色發光源104、105、106涂覆劑的黑矩陣103外側制備平整表面。'在所述的第四步工序中，可以將稀土摻雜上轉換紅、綠、藍三元色發光源104、105、106與相應的紅、綠、藍彩色濾光膜107，108，109相混合制得附加有濾光功能的紅、綠、藍三元色發光粉111、112、113，以此三元色發光源111，112，113作為涂覆劑，在黑矩陣103的孔洞列陣上順次排布三元色像素基元，免除在黑矩陣103的孔洞上另外制備彩色濾光膜的工序，在第五步中，采用流平劑110在涂有三元色發光粉111、112、113的黑矩陣103外側制備平整表面；或在第四步工序中，將紅、綠、藍三元色發光源均用發白光的上轉換白光粉114替代；或在第四步工序中，將紅、綠、藍三元色發光源用所述的上轉換白光粉114制成的白光發光膜115或白光上轉換發光玻璃板116替代，在第五步中，在涂有彩色濾光膜107，108，109的黑矩陣103上首先通過流平工藝，借助流平劑IIO制備平整表面，然后在平整表面上直接涂或貼或粘或鍍上白光薄膜115或白光上轉換發光玻璃板U6，構成顯示屏。一種二維紅外激光顯示運轉系統2，包括一組或三組由半導體紅外激器LD、電光或聲光調制器、紅外激光束掃描器、激光束聚焦裝置組成的激光調制與掃描系統。每組激光調制與掃描系統工作程序如下半導體紅外激光器LD所發出的紅外激光，經由電光或聲光調制器進行調制，用于控制半導體紅外激光器LD所發激光束的強度或開關狀態和引入信號，調制后的紅外激光束經紅外激光束掃描器控制激光束的掃描方向，并通過激光聚焦裝置聚焦后，在紅外激光顯示屏/器1的尺寸范圍內進行掃描。一種三維紅外激光顯示運轉系統，包括一組或三組由半導體紅外激光器LD、電光或聲光調制器、紅外激光束掃描器、激光束聚焦裝置組成的激光調制與掃描系統。每組激光調制與掃描系統工作程序如下半導體紅外激光器LD所發出的紅外激光，經由電光或聲光調制器進行調制，用于控制半導體紅外激光器LD所發激光束的強度或開關狀態和引乂信號，調制后的紅外激光束經紅外激光束掃描器控制激光束的掃描方向，并通過激光聚焦裝置聚焦后，在紅外激光顯示屏/器1的尺寸范圍內進行掃描，所述的紅外激光顯示屏/器1的前面設有柱狀透鏡屏幕3，以實現三維顯示效果，即3D顯示。本發明的有益效果是(1)上轉換發光紅外激光顯示屏的色度遠高于目前CRTs、等離子體和液晶顯示器；(2)本發明的顯示屏所采用的紅、綠、藍三基色發光粉是上轉換發光粉，激發源可選用波長在0.8-1.5pin范圍的LD，其國內外工藝已經很成熟，不僅小型化，價格也很便宜，降低了顯示屏的制造成本；(3)紅外激光顯示屏的尺寸，小可到1平方厘米、大可到幾平方米。通過正投影技術(小尺寸屏)和背投影技術(大尺寸和超大尺寸屏)可實現顯示器平板化；(4)紅外激光顯示屏的制造可以完全利用目前CRTs的成熟制屏工藝技術和設備，或部分利用液晶屏的技術工藝和設備，CRTs或液晶屏的制造工藝略加改造，就可滿足本紅外激光顯示屏的批量生產，從而可大大降低生產成本，并加快產業化速度；(5)由紅外激光顯示屏與紅外激光顯示運轉系統組成的紅外激光電視系統中除紅外激光顯示屏外，其余的調制器、掃描器、光學聚焦裝置等工作原理和結構幾乎與激光電視機完全一致，而激光電視所用的調制器和掃描器已經成熟，改變幾個參數就可采用。所以，紅外激光電視可省去大筆研制費用和長時間的研制過程，有可能比激光電視更早進入產業化階段；(6)本發明的紅外激光電視完全可用一個LD進行激發，實現整個電視系統運轉，而激光電視是無法實現的。而這個LD僅為激光電視所采用的三個全固體光泵激光器中的一個最廉價的基本元件，價格很便宜，國內外均已成熟批量生產，即便是采用三個LD激發運轉紅外激光電視系統；其成本、重量、體積、耗電和工藝難度也遠低于激光電視；(7)在所有電視中，紅外激光電視重量最輕、耗電最低、生產和使用最安全。圖1、三基色上轉換發光粉制造的紅外激光顯示屏的結構一。,圖2、三基色上轉換發光粉制造的紅外激光顯示屏的結構二。圖3、白光上轉換白光粉制造的紅外激光顯示屏的結構。圖4、白光上轉換發光膜制造的紅外激光顯示屏的結構。圖5、白光上轉換發光玻璃制造的紅外激光顯示屏的結構。圖6、上轉換發光粉的紅(R)、綠(G)、藍(B)三基色發光的光譜一。圖7、上轉換發光粉的紅(R)、綠(G)、愈(B)三基色發光的光譜二。圖8、上轉換發光粉(UPL)的紅(R)、綠(G)、藍(B)三基色與CRTs的紅(R)、綠(G)、藍(B)三基色CIE色坐標的對比。圖9、上轉換紅外激光顯示屏用三基色的彩色濾光膜。圖10、可見光高透、965-985咖紅外光高反(吸收)的染料光學膜。圖11、三組激光調制與掃描系統構成的二維紅外激光顯示系統原理圖。圖12、一組激光調制與掃描系統構成的二維紅外激光顯示系統原理圖。，圖13、三維紅外激光顯示系統原理圖。具體實施方式實施例1如圖1所示，上轉換發光紅外激光顯示屏的制造方法1:包括以下步驟第一步，在紅外激光面板101的內側表面上涂或貼或粘或鍍上可見光高透射、紅外光(0.8-1.5pm)高反射或高吸收的光學膜102，由于此上轉換發光紅(R)、綠(G)、藍(B)三基色紅外激光顯示屏是用0.8-1.5nmLD紅外激光激發的，在屏的觀看一側不可避免的會有未被R、G、B三基色發光材料吸收的紅外激光射出屏外，這對人眼是不安全的。需要在屏的觀看一側加上可見光高透、紅外光高反射或高吸收的光學膜i02。第二步，利用設計制屏的專用三元色點陣列或條形陣列模板，通過光刻工藝技術在光學膜102表面上制備黑矩陣103;黑矩陣103由點陣列孔洞或條形陣列孔洞構成。第三步，在黑矩陣103上，所有與紅、綠、藍像素基元所在位置相對應的矩陣空白點或空白條處通過噴涂或印刷或光刻工藝制備與紅、綠、藍三元色發光源104、105、106相對應的彩色濾光膜107、108、109，以保證R、G、B三元色的純度。第四步，將摻雜稀土上轉換R、G、B三元色發光源104，105，106與粘合劑以適當比例混合，制得R、G、B三元色發光粉104，105，106涂覆劑，在彩色濾光膜107、108、109上分別涂上摻雜稀土上轉換紅、綠、藍三元色發光源104、105、106涂覆劑，制得三元色像素基元；'第五步，通過平流工藝，采用流平劑110在涂有彩色濾光膜107、108、109和三元色發光源K)4、105、106涂覆劑的黑矩陣103外側制備平整表面。摻雜稀土上轉換發光源104、105、106的粒徑尺寸為0.5-lOpin，這個尺寸范圍可以滿足各種顯示屏分辨率的要求。.紅外激光面板101是無機玻璃、有機玻璃或高透明塑料中的一種。三種摻雜稀土上轉換發光源的制備方法如表1的分離三基色光源部分所示，其中，稀土摻雜上轉換紅、綠、藍三元色發光源的基質是硫氧化物、氟化物、鹽類和氧化物中的一種或幾種；稀土摻雜上轉換紅、綠、藍三元色發光源的摻雜離子是Yb"、Er3+、T,、Pr"中的一種或幾種組合。下面提供兩種方法分別用于制備紅、綠、藍三元色發光源，但不局限于這些方法.-(1)、紅光發光源的制備摻雜稀土上轉換紅光發光源104為在0.8-1.5pmLD激發下以只發射紅光、或以發射紅光為主并含有弱的綠光發射成分的稀土摻雜上轉換材料。制備方法l:配比7.12ml(0.5mol/L)Lu(N03)3,2.57ml(0.16mol/L)Yb(NO丄，0.4ml(lmol/L)Er(N03)3。NaOH(1mol/L)溶液用于沉淀稀土和調節反應溶液的PH。實施過程按上述配比制得Ln(N0a)3(Ln=Lu,Yb,Er)溶液，記作溶液A另外，配備lmol/L的NaOH溶液，記作溶液B。在機械攪拌條件下，滴加溶液B到溶液A中，使反應溶液的pH達13。反應30min后，將得到的白色懸浮液注入高壓釜(高壓釜體積50ml,填充度80%)。在電阻爐中220'C恒溫10h以后，取出高壓釜于室溫自然冷卻，用去離子水和無水乙醇分別洗滌3遍，在空氣中干燥過夜得到白色粉末。最后，將上述白色粉末在800t:電阻爐中煅燒lh，得到最終產物。該樣品在980iM紅外光激發下，發射出明亮的單色紅光，見圖6中的R光譜。制備方法2:'配比按化學計量比稱取10gYA，Yb203，ErA和助熔劑Li2C03。Gd3\Yb3t、E+和Li十的摩爾比為86:8:1:5實施過程按配比稱量上述原料，置于瑪瑙研缽內，滴加少量酒精，充分研磨使之均勻混合后移入AU)3坩鍋，然后置于130(TC的高溫硅鉬爐中煅燒3h，得到白色粉末樣品。該樣品在980nm紅外光激發下，發射出明亮的紅光，伴有微弱的綠色次發光，見圖7中的R光譜。10(2)、綠光發光源的制備摻雜稀土上轉換綠光發光源105為只發射綠光、或以發射綠光為主并含有弱紅光發射成分的稀土摻雜上轉換材料。制備方法l:配比6咖olNaF，12mmolNH4*HF2，12.67ml(0.16mol/L)Yb(亂)"0.4ml'(0.05咖1/L)Ho(N0丄，1,1EDTA實施過程按上述配比制得Ln(NO丄(Ln=Yb,Ho)溶液，之后，將EDTA加入到該溶液中弁機械攪拌lh，得到Ln-EDTA(Ln=Y，Yb,Tra)螯合物，計作溶液A。另外，按配比稱取NaF和NHrHF2并溶于水配制成溶液B。隨后，在機械攪拌的條件下，將溶液B滴加到溶液A中。反應30min后，將得到的白色懸浮液注入高壓釜(高壓釜體積50m1,填充度80%)。在電阻爐中220'C恒溫12h以后，取出高壓釜于室溫自然冷卻，用去離子水和無水乙醇分別洗滌3遍，最后在空氣中干燥過夜得到白色粉末。該樣品在980mn紅外光激發下，發射出明亮的單色綠光，見圖6中的G光譜。制備方法2:.配比按化學計量比稱取10gY203，Yb203，HoA，硫粉和助熔劑Na2C03，K2C03，K3P04的混合料，助熔劑的克分子比為Na2co3:k2co3:s:k3po4=o.15:o.15:i:o.2。實施過程按配比稱量上述原料，充分混合后經模壓成型為。20mm的圓片，再經200MPa冷等靜壓成型(3min)，裝入剛玉坩堝。之后，將上述配合料在1150'C的還原氣氛中燒結90min，氣氛為90%N2+10%H2。然后將燒結物通過水浸、洗滌，過濾和干燥即可得到細粒徑粉末樣該樣品在980nm紅外光激發下，發射出明亮的單色綠光，見圖7中的G光譜。(3)藍光發光源的制備摻雜稀土上轉換藍光發光源106為只發射藍光、或以發射藍光為主并含有弱紅光及700-800rmi遠紅光成分的稀土摻雜上轉換材料。，制備方法l:配比2mmolKF，20咖olNH4HF2，4.17ml(0.5mol/L)Y(N03)5.8ml(0.16mol/L)Yb(NO丄，0.3ml(0.05mol/L)Tm(N03)3，3咖o1EDTA實施過程按上述配比制得Ln(N03)3(U-Y，Yb，Tm)溶液，之后，將EDTA加入到該溶液中，得到Ln-EDTA螯合物，記作溶液A。另外，按配比稱取KF和HF2并溶于水配制成溶液B。隨后，在機械攪拌條件下，將溶液B滴加到溶液A中。反應30min后，將得到的白色懸浮液注入高壓釜(高壓釜體積50ml,填充度80%)。在電阻爐中220'C恒溫12h以后，取出高壓釜于室溫自然冷卻，用去離子水和無水乙醇分別洗滌3遍，最后在空氣中干燥過夜得到白色粉末。該樣品在980nm紅外光激發下，發射出明亮的藍光，伴有微弱的紅色次發光，見圖6中的B光譜。制備方法2:配比0.004molNaF，0.008molNH4HF"0.00278molYF3，0.0012raolYbF3，0.00002molTmF;j實施過程按上述配比稱量NaF，NH4*HF2,YF3，YbF3，TmF3。之后，置于瑪瑙研缽內，充分研磨使之均勻混合后移入帶蓋的鉑金坩鍋，然后于保護氣氛條件下800'C煅燒lh，得到白色粉末樣品。'該樣品在980nm紅外激光激發下，發射出明亮的藍色上轉換發光，伴有微弱的紅色次發光。光譜見圖7中的B光譜圖6、7是二種R、G、B三基色高效率、高色純度發光粉的光譜，這些三基色材料都是用于制造本發明的紅外激光顯示屏的理想材料。圖8中的上轉換發光(UPL)測量值是借助相應的藍色濾光膜濾掉次發光后，利用CIECalc軟件分別計算出圖6中的三基色發光色坐標值，即圖8中實線三角形所表示的UPL測量值。同時在圖8中給出了陰極射線顯像管(CRT)采用的三基色發光粉的標準色坐標進行比較對比。與CRT標準色坐標對比看出，本發明研制的圖6中的上轉換三基色發光粉的色域遠大于圖8中虛線三角形所表示的CRT標準色坐標的色域，說明，用于彩色顯示會具有比CRT更強的色彩還原能力。'制備彩色濾光膜的辦法-選用適當的有機激光染料。這類染料因為是用于激光器調諧的，它的光穩定性非常高，在強光下不產生光降解。在LD紅外激光照射下同樣能夠保持穩定，也不會影響R、G、B發光粉的上轉換發光性能。這類染料都同時有很強的吸收譜和高透射譜，且通過選用其衍生物能夠改變其吸收波段及其強度，因而可以滿足本發明紅外激光顯示屏的全部要求。表2中所列的是可采用的部分染料及其衍生物。如圖9所示，Fl、F2、F3是采用表2中離域偶氮(decolcalizedazo)、方酸(squarylium)、曙紅Y光敏體系(YellowEosinphotopolymersystem)染料及其衍生物制備的，通過彩色濾光膜Fl與F3組合可實現紅色光高透、其它光被吸收的目的，可用作紅光濾光膜；Fl與F2組合就可達到紅光吸收、藍光和綠光均高透射之目的(同時參看圖6、7)，可用作藍、綠光共用濾光膜。.濾光膜F1的制備方法(1)合成碘化1-乙基-2-甲基-3-亞甲基苯并吲哚鍮鹽將2-甲基苯并唑啉a咖ol〉與適量的溶于乙腈的頓哚烷(4mmol)的溶液25ml混合，并加12熱回流24h。冷卻后，加入乙醚，再減壓過濾后用乙醚洗滌3次，并在真空下干燥得目標的季銨鹽；(2)合成離域偶氮染料將(1)所得季銨鹽(l咖ol)和適量的4-氯_2-(4-二乙胺苯并偶氮)唑啉-5^甲醛(lmmo1)溶于15ml乙醇和1.5ral的吡啶混合溶劑中，并攪拌回流52h，直到初始加入的反應物反應完全，然后將所得混合溶液在冰浴中冷卻同時加入乙酸酐，減壓過濾得到黑色固體，用乙酸酐洗滌數次，再溶于三氯甲烷并用水洗，萃取分離的有機層用無水NaS04并蒸發至干燥，最后產物用甲醇/乙酸軒重結晶1-3次直至得到色純度高的產物。分子式如下所示<formula>formulaseeoriginaldocumentpage13</formula>其吸收光譜見圖9中Fl,其英文名稱即表2中近紅外吸收，可見光高透波段decolcalizedazo。.濾光膜F2的制備方法'(1)合成中間體N-節基-2，3,3三甲基卩引哚啉-5-磺酸2，3，3-三甲基H引哚啉-5-磺酸鉀鹽(5.5g，0.020mol)與節基溴(3.7g，0.032tno1)溶于35ml甲苯中。攪拌并在氮氣保護下加熱回流5h,冷卻，過濾，洗滌，真空干燥，直接用于下步反應。(2)合成方酸染料將810mg(l.8ramo1)中間體N-芐基-2,3，3三甲基吲哚啉-5-磺酸溶解于5ml吡徒中。然后加入到114mg(lnimol)方酸溶解與10ml甲苯-正丁醇(體積比1:1)的混合溶液中，在氮氣保護下將混合溶液加熱回流6h，冷卻至室溫，減壓濃縮，加入異丙醇，靜置，過濾，得到藍^固體，使用反相C18(Sinochrom40-75um,lOmn)為填料，甲醇和水為洗脫劑梯度洗脫提純，得藍色固體粉末。分子式如下其吸收光譜見圖9中F2，其英文名稱即表2中紅光波段O)squarylium。濾光膜F3的制備方法首先制備聚乙烯醇水溶液將1.382g聚乙烯醇加入到一定量水中，在恒溫磁力加熱攪拌器上加熱攪拌，溫度控制在8(TC，待充分溶解后形成無色透明的13.82%聚乙烯醇溶液，向聚乙烯醇溶液中加入2.5mL配制好的丙烯酰胺溶液和1.5mL偶氮二-4-氰-戊酸溶液；然后在紅燈下,加入l.2mL配制好的曙紅Y染料溶液。為使溶液混合均勻，在磁力攪拌器上高速攪拌lh,用超聲法去除氣泡，即為所需染料體系。其中，主要組分曙紅Y的分子"構式如下.-曙紅Y光敏體系染料的吸收光譜見圖9中F3所示。其英文名稱即表2中綠光高透波段①YellowEosinphotopolymersystera。'如圖10所示，用五甲川箐(pentamethincyamine)染料制備的濾光膜F4是供紅外激光顯示屏觀看者一側用的，它具有可見光高透(400-700nm)、紅外激光(965-985nm)高吸收的功能。因為目前國際上在上轉換領域使用的LD都是以965-985nm為主，所以，本發明采用的光學膜102就是濾光膜F4。該染料濾光膜如果再加以適當的顏料，效果會更理想。濾光膜F4的制備方法(1)合成2-甲基-5-溴苯并呋喃將含有2.4g鎂和14.2g碘甲垸的50ml冷乙醚溶液，加入5g苯并二氫呋喃-3-酮的乙醚溶液，在水浴上加熱數小時，得2-甲基苯并呋喃。再將其在光照條件下與Br2反應，生成2-甲基-5-溴苯并呋喃。(2)合成5-丁基-4-[5-(5-丁基-8-甲基-7，8-二氫苯并[cd]呋喃并[2,3-f]吲哚，由(1)所制備的2-甲基-5-溴苯并呋喃(lOmmol)與丁基-順，反-2，4-戊二烯腙(lOmmol)反應，條件為在鈀和BINAP的催化作用下生成吲哚環的中間體，然后在TsOH的催化下生成穩定的吲哚環，不分離，再將其升溫至200'C并外加高壓，發生Diels-Aider反應，反應2—3小時后，萃取分離得所需產物。(3)合成縮合劑苯胺丙烯醛縮苯胺，將丙烯醛(36mraol)溶于16mL無水乙醇中，苯胺(72mmol)溶于24mL無水乙醇中，然后將苯胺的乙醇溶液迅速倒入熱的丙烯醛的乙醇溶液中，加熱回流30min，有橙黃色固體析出，抽濾，用無水乙醇重結晶，得到金屬光澤的橙黃色固體，即為所需縮合劑。(4)合成五甲川菁染料在圓底燒瓶中依次加入5-丁基-4-[5-(5-丁基-8-甲基-7,8-二氫苯并[cd]呋喃并[2，3-f]噴哚5.4mmol,縮合劑2.7mmol，45mL乙酸酐，45mL冰醋酸，45mL吡啶，氮氣保護下回流30min,'減壓蒸去溶劑，用乙醚洗滌，真空干燥，即可得到目標產物5-丁基-4-[5-(5-丁基-8-甲基-7,8-二氫苯并[cd]呋喃并[2，3-f]吲哚-4-(5H)-甲叉基)-五-l，3-二烯基]-8-甲基-7,8-二氫苯并[cd]呋喃并[2,3-f]吲哚-5-総四氟硼酸鹽，結構式如下其吸收光見圖10中F4所示，其英文名稱即表2中近紅外吸收，可見光高透波段O)pentamethincyamine染料。本實施例中，彩色濾光膜的制備也可采用成熟的CRTs制屏工藝。不過，與CRTs用下轉換三基色發光粉不同，上轉換發光材料由于采用965—985nm紅外激光激發且在700—800rnn波段存在不想要的發光，因此還須用Fl濾掉700—800nm波段的光、F4濾掉965—985nm波段的光，所以，F1和F4彩色濾光膜是不可缺少的。表l、上轉換發光基質材料與稀土離子摻雜發光源分具體基質材料稀土分色光源紅色發光粉.(R)硫氧化物Ln202S(Ln=Y，.Gd,La,Lu);氟化物MLnF4(M=Li，Na,K，Ln=Y,Gd,La,Yb，Lu);■(Ln=Y，La);KY3F10;鹽類XYQi;LnP04(Ln=Y，Gd,La，Lu);Ln3Gas0,2(Ln=Y,Gd,Lu);氧化物M;Ln^(Ln=Y，Gd,La,Lu)9種綠色發光粉(G)硫氧化物Ln202S(Ln=Y,Gd,La,Lu):氟化物MLnF4(M=Li,Na,K，Ln=Y,Gd,La,Yb，Lu):(Ln=Y，La);BaYF5;KY3F10:鹽類HQi;LnP04(Ln=Y，Gd,La,Lu);Ln2(M04)3(Ln=Y，Gd，La,Lu);氧化物(Ln=Y,Gd，La，Lu)9種Yb-Er或Yb-Ho藍色發光粉(B)硫氧化物LnAS(Ln=Y，Gd，La,Lu);氟化物MLnF4(M=Li,Na,K，Ln=Y，Gd,La,Yb,Lu);LnF3(Ln=Y,La);Yb-TmBaYF"KY3F10;鹽類里；LnP04(Ln=Y，Gd,La，Lu);或Ln2(M04)3(Ln=Y，Gd，La,Lu);氧化物|^(Ln=Y,Gd，Yb-PrLa，Lu)9種合色光源白色發光粉硫氧化物LnAS(Ln=Y，Gd,La,Lu);氟化物MLnF4(M二Li，Na，K，Ln=Y'Gd,La,Yb，Lu);LnF3(Ln=Y,La);KMi5:鹽類Ln2(M04)3(Ln=Y，Gd，La,Lu);Ln3Ga50i2(Ln=Y，Gd，La,Lu);氧化物，；Ln203(Ln=Y,Gd,La,Lu)8種白色發光玻璃0)30A1F3-20CaF2-22.6YbF3-15BaF2-ll.4MgF廠0.5ErF「0.5TmF@44Si02-28Al203—17NaF—11YF3;<2>53ZrF4-20BaF2-2.4LaF33.3_A1F3-20NaF(ZBLAN);€>94.5SiO廠5LaF3:70PbGeO廠15PbtVl5CdF2;75Te02-25Li2C03;Yb-ErTm(Pr或Yb-HoTm(Pr表2、紅外激光顯示屏所需彩色濾光膜可用染料及其組合<table>tableseeoriginaldocumentpage17</column></row><table>實施例2上轉換發光紅外激光顯示屏的制造方法2:如圖2所示，為了簡化制屏工藝，將實施例1所述的R、G、B三元色發光源104，105，106與相應的彩色濾光膜107,108，109均勻混合，即在R、G、B三基色發光源與粘合劑混合時，同時加入相應R、G、B彩色濾光膜107,108，109，各自構成發光粉與彩色濾光膜的混合涂敷漿，制得附加有濾光功能的R、G、B三元色發光粉111，112，113。以此三元色發光源lll，1,12，113作為涂覆劑時，在黑矩陣103的孔洞列陣上順次排布三元色像素基元，從而無需在黑矩陣103的孔洞上另外制備彩色濾光膜。除此之外，實施與實施例1相同的制造方法。實施例3上轉換發光紅外激光顯示屏的制造方法3:如圖3，用由發射R、G、B三元色發光源混合成發白光的上轉換白光粉或由發射R、G二元色發光源與發射B單元色發光源混合成發白光的上轉換白光粉或由發射R、B二元色發光源與發射G單元色發光源混合成發白光的上轉換白光粉或直接由一種化合物合成發白光的上轉換白光粉114替代實施例1中的R、G、B三元色發光源104，105,106，其粒徑尺寸為0.5-10um。它是通過上述R、G、B發光源以適當比例混合制成的白光源，混合后發射^:的CIE(x，y)接近等能白光色坐標值(0.3333，0.3333);或通過稀土離子摻雜，在同一種基質材料中實現R、G、B全色發光，并構成白光，且所發白光的CIE(x,y)接近等能白光色坐標值(O.3333，0.3333)。它的制備方法如表l中復合三基色光源的白色發光粉部分所示，其中，白色發光粉的基質是硫氧化物、氟化物、鹽類和氧化物中的一種或幾種；稀土摻雜上轉換紅、綠、藍三元色發光源的摻雜離子是Yb"、Er3+、Ho3+、Tm3+、P,中的一種或幾種組合。除此之外，實施與實施例1相同的制造方法。(1)混合白光發光粉的調制方法-提供一種混合白光發光粉的調制方法，但不局限于這種方法-利用OriginPro②軟件計算圖6中R、G、B三元色發光的比列，直至得到C'IE(x,y)接近等能白光色坐標值(0.3333，0.3333)的白光。測量R、G、B三元色發光粉的質量比為3:2:5。(2)直接合成白光發光粉的制備方法.提供一種直接合成白光發光粉的制備方法，但不局限于這種方法配比6,1NaF,12ramolNH4HF2，0.002mlYb(N03)3(0.16mol/L)，0.8mlHo(N03)3(0.05mol/L)，0.3ml(0.05mol/L)Tm(N03)3，1咖olEDTA實施過程按上述配比制得Ln(N03)3(Ln-Yb，Ho，Tm)溶液，之后，將EDTA加入到該溶液中并機械攪拌lh，得到Ln-EDTA(Ln=Yb，Ho,Tm)螯合物，計作溶液A。另外，按配比稱取NaF和NHrHF2并溶于水配制成溶液B。隨后，在機械攪拌的條件下，將溶液B滴加到溶液A中。反應30min后，將得到的白色懸浮液注入高壓釜(高壓釜體積50.ral，填充度80%)。在電阻爐中220'C恒溫12h以后，取出高壓釜于室溫自然冷卻，用去離子水和無水乙醇分別洗滌3遍，最后在空氣中干燥過夜得到白色粉末。'該樣品在980nm紅外光激發下，發射出明亮的白光，其色點坐標為(0.3125，0.3278)。18實施例4上轉換發光紅外激光顯示屏的制造方法4:如圖4所示，將實施例3所述的上轉換白光粉114制成的白光發光膜115，白光薄膜115的厚度在O.l—0.5mm范圍，作為三原色發光源。使用白光發光膜115作為三基色發光源，可在錚有彩色濾光膜107，108,109的黑矩陣103上首先通過流平工藝，借助流平劑110制備平整表面，然后在平整表面上直接涂或貼或粘或鍍上白光薄膜115，構成顯示屏。除此之外，實施如實施例1所述的制造方法。實施例5上轉換發光紅外激光顯示屏的制造方法4:如圖5，將白光上轉換發光玻璃板116作為三基色發光源，白光上轉換發光玻璃板116的制備方法如表1中復合三基色光源的白色發光玻璃部分所示，其中，白光上麵換發光玻璃板116的基質材料是表2中所示的兩種或兩種以上單質化合物的復合材料構成，其摻雜離子是Yb"、Er3+、Ho"、TnT、Pr"中的一種或幾種組令，白光上轉換發光玻璃板116的厚度在0.5—2mm范圍。使用白光上轉換發光玻璃板116作為三基色發光源，可以在涂有彩色濾光膜107，108，109的黑矩陣103上首先通過流平工藝，借助流平劑110制備平整表面，然后在平整表面上直接涂或貼或粘或鍍上白光玻璃板116，構成顯示屏。除此之外，實施如實施例l所述的制造方法。實施例6二維紅外激光顯示運轉系統，可以由三組激光調制與掃描系統構成，即三束掃描系統，如圖11所示。第一半導體紅外激光器LD201、第一電光或聲光調制器202、第一紅外激光束掃描器203、第一激光束聚焦裝置204組成的激光調制與掃描系統用于調制激發紅色發光源104;第二半導體紅外激光器LD205、第二電光或聲光調制器206、第二紅外激光束掃描器207、第二激光束聚焦裝置208組成的激光調制與掃描系統用于調制激發綠色發光源105;第三半導體紅外激光器LD209、第三電光或聲光調制器210、第三紅外激光束掃描器211、.第三激光束聚焦裝置212組成的激光調制與掃描系統用于調制激發藍色發光源106。經第一、第二、第三紅外激光束掃描器203、207、211后的激光束由第一、第二、第三激光聚焦裝置204、208、212聚焦后，獲得經聚焦的激光束213、214、215。激光束213、214、215聚焦到紅外激光顯示屏1的R、G、B像素基元所處的焦平面上，并激發紅外激光顯示屏/器,l上的R、G、B三元色發光源104，105，106。三元色發光源104，105，106分別發出紅216、綠217、藍19218單色光構成的圖像，供觀看者219觀看。半導體紅外激光器LD的波長范圍為0.8-1.5pm，通常以980nm為主。實施例7二維紅外激光顯示運轉系統也可以由一組激光調制與掃描系統構成，即單束掃描系統，如圖12所示。第一半導體紅外激光器LD201、第一電光或聲光調制器202、第^紅外激光束掃描器203、第一激光束聚焦裝置204組成的激光調制與掃描系統用于調制激發R、G、B三元色發光源104，105，106。經紅外激光束掃描器203后的激光束由激光聚焦裝置204聚焦后，獲得經聚焦的激光束220、221、222。激光束220、221、222聚焦到紅外激光顯示屏1的R、G、B像素基元所處的焦平面上，并激發紅外激光顯示屏上的R、G、B三元色發光源104,105，106。三元色發光源104，105，106分別發出紅216、綠217、藍218單色光構成的圖像，供觀看者219觀看。半導體紅外激光器LD的波長范圍為0.8-1.5pm，通常以980nm為主。與三束掃描系統相比，單束掃描時對掃描器的要求指標遠高于三束掃描的標準。如，三束光掃描時，掃描器電機的轉速約為6萬轉/min，單束光掃描時，掃描器電機哼轉速在18-20萬轉/rain間。實施例8三維紅外激光顯示運轉系統，利用己有的柱狀透鏡式裸視三維顯示技術(leuticularlens)，將給左眼及給右眼的可視畫面分開，觀看者從柱面透鏡屏幕上看到的圖像便是三維圖像。在實施例1-5所述的紅外激光顯示屏1和實施例6、7所述的二維紅外激光運轉系統2的基礎上，提供一個柱面影像顯示部件3，用于使本發明的紅外激光顯示屏實現三維顯示效果，即3D顯示。如圖13所示，在紅外激光顯示屏的前面加上柱狀透鏡屏幕，便可將左影像4和右影像5發出的光線分開為光束6和光束7，光束6和光束7分別由觀看者的左眼8和右眼9觀察到，觀看者看到的影像便是三維圖像。'權利要求1、上轉換發光紅外激光顯示屏，其特征在于，包括紅外激光面板(101)，制備于紅外激光面板(101)上的可見光高透射、紅外光高反射或高吸收的光學膜(102)，制備于光學膜(102)上的黑矩陣(103)，制備于黑矩陣(103)孔洞處的紅、綠、藍彩色濾光膜(107)、(108)、(109)和涂敷在紅、綠、藍彩色濾光膜(107)、(108)、(109)上的稀土摻雜上轉換紅、綠、藍三元色發光源(104)、(105)、(106)，所述的稀土摻雜上轉換紅、綠、藍三元色發光源(104)、(105)、(106)的粒徑為0.5-10μm。2、根據權利要求l所述的上轉換發光紅外激光顯示屏，其特征在于，所述的紅外激光面板(101)是無機玻璃、有機玻璃或高透明塑料中的一種。3、根據權利要求l所述的上轉換發光紅外激光顯示屏，其特征在于，所述的稀土摻雜上轉換紅、綠、藍三元色發光源(104)、(105)、(106)及紅、綠、藍彩色濾光膜(i07)，(108),(109)可以由稀土摻雜上轉換紅、綠、藍三元色發光源(104)、(105)、(106)與相應的紅、綠、藍彩色濾光膜(107)，(108)，(109)相混合制得的附加有濾光功能的紅、綠、藍三元色發光粉(lll)、(112)、(U3)替代；所述的紅、綠、藍三元色發光源(104)、(105)、(106)可以由紅、綠、藍三元色發光源(104)、(105)、(106)混合制成的發白光的上轉換白光粉或直接合成的發白光的上轉換白光粉(U4〉替代，上轉換白光粉(1H)的粒徑為0.5-10nm;所述的紅、綠、藍三元色發光源(104)、(105)、(106)可以由所述的上轉換白光粉(114)制成的白光發光膜(115)替代；所述的紅、綠、藍三元色發光源(104)、(105)、(106)可以由發白光的上轉換發光玻璃(U6)替代。'4、根據權利要求1或3所述的上轉換發光紅外激光顯示屏，其特征在于，所述的稀土摻雜上轉換紅、綠、藍三元色發光源(104)、(1'05)、(106)，上轉換白光粉(U4)的基質是硫氧化物、氟化物、鹽類和氧化物中的一種或幾種。5、根據權利要求1或3或4所述的上轉換發光紅外激光顯示屏，其特征在于，所述的稀土摻雜上轉換紅、綠、藍三元色發光源(104)、(105)、(106),上轉換白光粉(114)和上轉換發光玻璃(116)的摻雜離子是YbS+、Er3+、Ho3+、Tm3+、P一+中的一種或幾種。6、上轉換發光紅外激光顯示屏的制造方法，其特征在于，第一步，在紅外激光面板(101)的內側表面上涂或貼或粘或鍍上可見光高透射、紅外光高反射或高吸收的光學膜(102);第二步，利用設計制屏的專用三元色點陣列或條形陣列模板，通過光刻工藝技術在光學膜(102)表面上制備黑矩陣(103);所述的黑矩陣(103)由點陣列孔洞或條形陣列孔洞構成；第三步，在黑矩陣(103)孔洞處，通過噴涂或印刷或光刻工藝制備與紅、綠、藍三元色發光源(104)、(105)、(106)相對應的彩色濾光膜(107)、(108)、(109);'第四步，將摻雜稀土上轉換紅、綠、藍三元色發光源(104)，(105)，(106)與粘合劑以適當比例混合，制得三元色發光源(104)，(105)，(106)涂覆劑，在彩色濾光膜(107)、(108)、(109)上分別涂上摻雜稀土上轉換紅、綠、藍三元色發光源(104)、(105)、(106)涂覆劑，制得三元色像素基元第五步，采用流平劑(110)在涂有彩色濾光膜(107)、(108)、(109)和三元色發光源(104)、(105)、(106)涂覆劑的黑矩陣(103)外側制備平整表面。7、根據權利要求6所述的上轉換發光紅外激光顯示屏的制造方法，其特征在于，在所述的第四步工序中，將稀土摻雜上轉換紅、綠、藍三元色發光源(104)、(105)、(106)與相應的紅、綠、藍彩色濾光膜(107)，(108)，(109)相混合制得附加有濾光功能的紅、綠、藍三元色發光粉(lll)、(112)、(113)，以此三元色發光源(111)，(112)，(113)作為涂覆劑，在黑矩陣(103)的孔洞處順次排布三元色像素基元，免除在黑矩陣(103)的孔洞處另外制備彩色濾光膜的工序;.在第五步中，采用流平劑(110)在涂有三元色發光粉(111)、(112)、(113)的黑矩陣(1Q3)外側制備平整表面；或在第四步工序中，將紅、綠、藍三元色發光源(104)、(105)、(106)均用發白光的上轉換白光粉(114)替代；或在第四步工序中，將紅、綠、藍三元色發光源(104)、(105)、(106)用所述的上轉換白光粉(114)制成的白光發光膜(115)或白光上轉換發光玻璃板(116)替代，在第五步中，在涂有彩色濾光膜(107)，(108)，(109)的黑矩陣(103)上首先通過流平工藝，借助流平劑(110)制備平整表面，然后在平整表面上直接涂或貼或粘或鍍上白光薄膜(115)或白光上轉換發光玻璃板(116)，構成顯示屏。8、一種二維紅外激光顯示運轉系統(2)，其特征在于，包括一組或三組由半導體紅外激器LD、電光或聲光調制器、紅外激光束掃描器、激光束聚焦裝置組成的激光調制與掃描系統。每組激光調制與掃描系統工作程序如下半導體紅外激光器LD所發出的紅外激光，經由電光或聲光調制器進行調制，用于控制半導體紅外激光器LD所發激光束的強度或開關狀態和引入信號，調制后的紅外激光束經紅外激光束掃描器控制激光束的掃描方向，并通過激光聚焦裝置聚焦后，在紅外激光顯示屏/器(l)的尺寸范圍內進行掃描。9、一種三維紅外激光顯示運轉系統，其特征在于，包括一組或三組由半導體紅外激光器LD、電光或聲光調制器、紅外激光束掃描器、激光束聚焦裝置組成的激光調制與掃描系統。每組激光調制與掃描系統工作程序如下半導體紅外激光器LD所發出的紅外激光，經由電光或聲光調制器進行調制，用于控制半導體紅外激光器LD所發激光束的強度或開關狀態和引入信號，調制后的紅外激光束經紅外激光束掃描器控制^t光束的掃描方向，并通過激光聚焦裝置聚焦后，在紅外激光顯示屏/器(l)的尺寸范圍內進行掃描，所述的紅外激光顯示屏/器(1)的前面設有柱狀透鏡屏幕(3)，以實現三維顯示效果，即3D顯示。全文摘要本發明屬于激光電視制造領域，特別涉及紅外發光顯示屏和紅外激光電視的制造
技術領域：
。針對現有等離子體與液晶顯示屏色度較低，又不能實現大屏幕的應用，及現有的激光電視機成本過高的缺陷，本發明提供一種上轉換發光紅外激光顯示屏及其制造方法，及采用這種顯示屏的顯示運轉系統。該顯示屏包括紅外激光面板，制備于紅外激光面板上的可見光高透射、紅外光高反射或高吸收的光學膜，制備于光學膜上的黑矩陣，制備于黑矩陣孔洞處的紅、綠、藍彩色濾光膜和涂敷在紅、綠、藍彩色濾光膜上的稀土摻雜上轉換紅、綠、藍三元色發光源。由該顯示屏與紅外激光顯示運轉系統組成的紅外激光電視系統不僅具有高色度，而且其成本也較激光電視低得多，其將成為液晶電視與激光電視之間的過渡產物。文檔編號H04N5/44GK101673488SQ20091018762公開日2010年3月17日申請日期2009年9月27日優先權日2009年9月27日發明者曹望和申請人:曹望和