CN1184949A - 具有荧光屏的光阀投影器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了利用荧光屏的铁电液晶显示投影器,其至少包含:发射预定波长光的光源;将发自光源的光转变成光束的第一聚光透镜;在通过第一聚光透镜的入射光中选出预定方向光并使其偏振的偏振分束器;依据偏振分束器的偏振操作而开/关的铁电液晶光阀,铁电液晶光阀包括附在背面的反射层和附在铁电液晶(FLC)的各像素上的RAM装置;以预定比率放大反射自铁电液晶光阀的光的光学系统;以预定波长发光的荧光材料的荧光幕。
Description
本发明涉及具有荧光屏的光阀投影器，利用淀积有被预定波长的光照射的荧光层的荧光屏及铁电液晶光阀，改进了画面质量和亮度并加宽使用者观看范围。
一般来讲，投影器是投影在荧幕上的装置。投影器分成二类：通过发自红R、绿G、蓝B阴极射线管并通过光学系统而成像的彩色阴极射线管投影器；和使用具有随机存取存储器(RAM)装置的反射式铁电液晶显示光阀的投影器。
参照图9，其中绘出利用铁电液晶显示光阀的投影器，投影器包括：红R、绿G、蓝B光源2；将发自光源2的光转变成光束的第一聚光透镜4；使光束温射的漫射器5；在通过第一聚光透镜4和漫射器5的入射光中选出并起偏预定方向光的偏振分束器(PBS)6；依据PBS6的偏振操作而开/关的铁电液晶(FLC)光阀8，包括附在正对PBS6的反面的反射层和附在各像素的具有RAM装置的超大规模集成(VLSI)电路；以预定比率放大反射自铁电液晶光阀8的光并将其投影在荧幕上的光学系统10。
可发射白光的许多灯(例如发光二极管或金属卤化物灯)可用于光源2。
铁电液晶光阀8包含各附有RAM装置的FLC像素，和附在光阀8背面的铝(Al)反射层。
通过调整FLC的光轴外电场，铁电液晶光阀8依据PBS6的偏振操作而开/关。
光学系统10经由透镜系统放大得自铁电液晶光阀8的影像，然后将放大影像投影在荧幕上，藉以得到反射式有源矩阵铁电液晶投影显示器的影像。
利用分时操作，使用应用RAM装置的反射式铁电液晶光阀8的投影器可显示诸如红R、绿G、蓝B的天然色。由于此种投影器具有通过利用RAM装置而使有源矩阵有源地操作各铁电液晶像素的优点及铁电液晶显示器有快响应速度的优点，故在得到动态影像时，投影器可解决响应速度问题。结果，不需红R、绿G、蓝B的三个反射式光阀，而只要一光阀便足够。所以，投影器结构简化且制造成本降低。
但上述传统投影器仍有缺点。亦即，因投射反射式影像，故使用者观看范围受限，影像在某些角度模糊及变形，亮度降低。
再者，传统投影器无源地发光。亦即，由于影像藉反射或透射而非像素的有源发射来获得，因而不利地影响了使用者观看范围、画面质量、亮度。结果，传统投影器不能用于小型投影器，而只用于具有40英寸以上的荧幕尺寸的大型投影器。
本发明的目的就是要解决上述问题。
本发明的目的是提供增进画面质量和亮度的光阀投影器，利用被预定波长的光所照射的荧光屏来加宽使用者观看范围，使得投影器可用于大型和小型投影器。
为实现以上目的，本发明提供一种光阀投影器，包括：发射预定波长的光的光源；将发自光源的光转变成光束的第一聚光透镜；在通过第一聚光透镜的入射光中选出预定方向光并使光偏振的偏振分束器；依据偏振分束器的偏振操作而开/关的光阀显示组件；具有光学系统和荧光屏的荧幕/光学组件。
最好发自光源的光波长在300nm至450nm的范围内。
最好偏振分束器有双折射率且由适于紫外线的透明材料制成。
光阀显示组件依据偏振分束器的偏振操作而开/关，光阀显示组件包括显示光阀和附在正对偏振分束器的显示光阀反面的反射层。
显示光阀选自由具有随机存取存储器的铁电液晶显示光阀、薄膜晶体管液晶光阀、数字镜显示光阀组成的群类中。
依据本发明一方面，光学系统位于荧光屏与偏振分束器之间。
依据本发明另一方面，荧光屏位于光学系统与偏振分束器之间。
荧光屏的形成，使得反射自反射层的各像素的光经过光学系统准确对应于荧光材料。
包括在且构成说明书一部分的附图连同说明书用以解释本发明原理：
图1是透视图，显示本发明优选实施例的具有荧光屏的光阀投影器；
图2是用来解释图1的第一和第二聚光透镜的操作的前视图；
图3是用来解释图1的投影透镜的操作的前视图；
图4是透视图，显示本发明另一实施例的具有荧光屏的光阀投影器；
图5是用来解释图4的目镜的操作的前视图；
图6是用来解释图4的光纤的前视图；
图7是透视图，显示本发明另一实施例的具有荧光屏的光阀投影器；
图8是透视图，显示本发明另一实施例的具有荧光屏的光阀投影器；
图9是透视图，显示传统铁电液晶显示投影器。
下面参照附图详述本发明的优选实施例。
参照图1，本发明第一实施例的具有荧光屏的光阀投影器包括：发射预定波长的光的光源12；将发自光源12的光转变成光束的第一聚光透镜14；使第一聚光透镜14的光漫射的漫射器13；在通过漫射器13的入射光中选出并偏振预定方向光的偏振分束器16；具有显示光阀181和反射层182的光阀组件18，其依据偏振分束器16的偏振操作而开/关；光学/荧幕组件23，具有淀积有通过光学系统21的照射预定波长的光的荧光材料的荧光屏24，光学系统21位于荧幕24与偏振分束器16之间，并以预定比率放大反射自光阀组件18的光。
最好光源12发光的波长在300至450nm范围内。在此范围内，光源12发光(亦即紫外线)的波长不会破坏显示光阀181，同时足以激励淀积在荧光屏24上的磷光体层。为此，光源12设有彩色玻璃或光滤波器11，以便只容许在300至450nm范围内的波长的光通过。
使用彩色玻璃时，最好将(Co)、镍(Ni)、铁(Fl)加入铅玻璃从而能除去可见光；使用光滤波器时，最好使用带通光滤波器或截止光滤波器，以除去可见光和具有短波长的紫外线。
根据荧幕尺寸，金属卤化物灯、汞放电灯、惰性气体放电灯、荧光灯、或发光二极管灯可用于光源12。光源12最好由容许波长范围(亦即300-450nm)的光发射以激励磷光体层而不破坏显示光阀181的一种以上的材料制成，例如镉Cd、铯Cs、氦He、HgCd、钾K、钠Na、氖Ne、钛Ti、锌Zn、汞Hg、氩Ar、或氙Xe。
偏振分束器16最好由适用于紫外线且具有双折射率的透明材料制成，例如石英、蓝宝石、云母、或方解石。
照射偏振分束器16的入射光被反射或透射。此处，依据二个棱镜合在一起所形成的偏振分束器16的反射表面涂层度，来调整反射率和透射率。偏振分束器16将s偏振光或p偏振光反射到显示光阀组件18。
显示光阀181选自由具有随机存取存储器的铁电液晶显示光阀、薄膜晶体管液晶光阀、数字镜显示光阀组成的群类中。显示光阀组件18依据偏振分束器16的偏振操作而开/关，使得经由偏振分束器16所偏振的光通过显示光阀181从反射层182反射，再度进入偏振分束器16。若显示光阀181是铁电液晶显示器，则RAM装置附在各像素上，以进行快速的各像素的操作(约50μs)。
反射层182最好由使通过铁电液晶显示器的入射光进行最佳反射的材料制成，例如铝Al、镀以氟化镁MgF2的铝、或镀以氧化矽SiO的铝。
用于本发明的光学系统21类似广泛应用的透镜系统，其依荧幕和光阀的尺寸而定。
光学系统21包括将通过偏振分束器16的光束转变成辐射光的第二聚光透镜20，和放大通过第二聚光透镜20的辐射光并将光投影到荧光屏24的投影透镜22。
如图2，第一和第二聚光透镜14和20将光束转变成辐射光或反之。由于光在平行状态下通过偏振分束器16和显示光阀组件18，故光均匀透射，藉以降低光损失并进行最佳状态的开/关操作。第一和第二聚光透镜14和20的焦距依装置的整个尺寸和光路径的距离而定。
第一和第二聚光透镜14和20及投影透镜22最好由适于波长在300nm至450nm范围内的紫外线的材料制成，例如熔融氧化矽、石英、BK7(商标名)、聚甲基丙烯酸甲酯PMMA、氟化钙CaF2、或氟化镁MgF2。
参照图3，做为放大或缩小的光学装置的投影透镜22使用镜面或光学透镜，并可为反射式(前式)或透射式(后式)，将影像尺寸除以物体尺寸可得到其放大率M。使用以下公式之一得到投影透镜22的焦距：
1/a+1/b＝1或M＝b/a
参照图1，所形成的荧光屏24，使得反射自显示光阀181的反射层像素的光经由光学系统准确地落在并激励对应的荧光材料上。
使用光刻法、膏剂旋转涂层法、或加压法(皆用以在传统阴极射线管或等离子体显示面板(PDP)来形成磷光体层)，从而形成荧光屏24。
亦即，先经由以下步骤形成光敏树脂图型；清洁玻璃板；在玻璃板内表面上淀积由丙烯乳胶、纯水、聚塑性醇的聚合物、二铬酸钠、丙烯氧化物的聚合物、乙烯氧化物组成的光敏树脂；将光敏树脂干燥并显影。然后，在光敏树脂图型上淀积黑铅。并使用过氧化氢由蚀刻除去光敏树脂，从而以预定图型形成中断外部光并防止颜色混合的黑矩阵层。随后，包含第一磷光体粒子、纯水、聚乙烯醇的第一磷光体膏剂淀积在黑矩阵层上，经由干燥、曝光、显影、清洁、干燥的工艺形成第一磷光体。然后，经由相同工艺，形成第二和第三荧光层以制成荧光屏。
最好依据光谱色散而使用红R、绿G、蓝B的最有效磷光体，由荧幕尺寸和光种类改变色散图型。
波长在300nm至450nm范围内的红R荧光材料可选自由Y2O2S∶Eu3+、La2O2S∶Eu3+、Y2O3∶Eu3+、3.5MgO·0.5MgF2·GeO2∶Mn4+、YVO4∶Eu3+、SrY2S4∶Eu2+、K5Eu(WO4)4组成的群类中；
绿G荧光材料可选自由SrAl2O4∶Eu2+、SrGaS4∶Eu2+、Y3Al5O12∶Ge3+、ZnS∶Cu、ZnS∶(Cu，Al)、ZnS∶(Cu，Al，Au)、Zn2GeO4∶Mn2+、(Ca，Mg，Sr)3MgSi2O8∶Eu2+、(Ca，Mg，Sr)SiO4∶Eu2+、La2O2S∶Tb3+、Y2O2S∶Tb3+组成的群类中；
蓝B荧光材料可选自由Sr10(PO4)6Cl2∶Eu2+、(Sr0.9Ca0.1)10(PO4)6C12∶Eu2+、BaMg2Al16O27∶Eu2+、Sr3MgSi2O8∶Eu2+、Ba3MgSi2O8∶Eu2+、ZnS∶(Ag，Cl)、ZnS∶(Ag，Al)、ZnS∶(Ag，Ga)组成的群类中。
利用本发明的荧光屏24的光阀投影器使影像通过将在具有预定范围的波长的光(例如紫外线)通过显示光阀组件18时所得到的光，经过第二聚光透镜20和投影透镜22而显像，使得光照射对应于以预定图型淀积在荧光屏24上的荧光材料。亦即，藉由调整第二聚光透镜20和投影透镜22，令显示光阀18的像素精确对应于荧光屏24的像素来显像。
为防止颜色混合，第二聚光透镜20和投影透镜22最好只激励荧光屏24的各像素尺寸的90-95％。
也为防止颜色混合，可将罩插在荧光屏24与光学系统之间。罩最好由抗紫外线并吸收可见光的材料(例如钢或金属，或彩色塑性材料)制成，并形成具有使光通过的孔的预定图型。
参照图4，其中显示利用本发明第二实施例的荧光屏的光阀投影器。此实施例与第一实施例的一差异是荧光屏28由各做为像素的一束光纤26形成，荧光屏28淀积有由反射自显示光阀181的预定波长的光照射的荧光材料。另一差异是光学系统31包括将通过荧光屏28的光束转变成辐射光的第二聚光透镜30，和放大或缩小经由第二聚光透镜30而汇聚的光的目镜32。
如图6，光纤26包括淀积有荧光材料的芯25，和覆盖芯25以防淀积在芯25上的荧光材料颜色混合的包覆材料27。
以一束形式形成荧光屏28的光纤26最好由具有高外线透射性的材料制成，例如高级熔融氧化矽或液态玻璃，其中各有不同折射率的材料分别用于芯25和包覆材料27上。
如图5，光学系统31的目镜32是将形成于荧光屏28上的影像放大或缩小成保持可见范围的幻影的光学装置，其中目镜32最好由适于波长在400nm至780nm范围内的光的材料制成。最好使用轻薄短小的一至三个透镜以便根据荧幕尺寸而选出几种放大率或缩小率；或利用可变转接器或变焦透镜，改变目镜32的放大率。将远景最小距离除以目镜放大率得到目镜32的焦距；由于远景最小距离为250nm，故公式可表示成：250/目镜放大率。
参照图7，显示利用本发明第三实施例的荧光屏的光阀投影器。此实施例与第二实施例的差异是使用铺以荧光材料的荧光屏34。
参照图8，显示类似第二实施例的第四实施例的光阀投影器。
此实施例与第二实施例的差异是光学系统21位于一束光纤26所形成的荧幕36与分束器16之间。
利用本发明荧光屏的投影器中，通过使用荧光屏增进画面质量和亮度并加宽使用者观看范围。
再者，使用便宜且易制造的光阀、薄膜晶体管液晶光阀、或有良好反射效率的数字镜显示光阀，可将本发明用于小型显示装置，例如携带型电脑监视器或车辆导航系统的显示装置等。
再者，若使用一束淀积有荧光材料的光纤的荧光屏，则因光纤尺寸能以1∶1比率或放大或缩小比率对应于像素，故分辩率和亮度可得到改善，且因荧光材料只淀积在光纤芯上，且包覆材料覆盖芯，故可防止发射红、绿、蓝光时的颜色混合，而增进亮度。
虽配合视为最实际的优选实施例来说明本发明，但本发明不限于所公开的实施例，相反地，要涵盖包含在权利要求范围的精神和范畴内的各种修改和等效配置。
Claims (16)
1.一种光阀投影器，其至少包括：
发射预定波长的光的光源；
将辐射自光源的光转变成光束的第一聚光透镜；
在通过第一聚光透镜的入射光中选出预定方向的光并使其偏振的偏振分束器；
依据偏振分束器的偏振操作而开/关的光阀显示组件；
具有光学系统和荧光屏的荧幕/光学组件。
2.如权利要求1所述的投影器，其中发自光源的光的波长在300nm至450nm范围内。
3.如权利要求1所述的投影器，其中偏振分束器有双折射率，并由适于紫外线的透明材料制成。
4.如权利要求1所述的投影器，其中光阀显示组件依据偏振分束器的偏振操作而开/关，光阀显示组件包括显示光阀和附在正对偏振分束器的显示光阀的反面的反射层。
5.如权利要求1所述的投影器，其中显示光阀选自由具有随机存取存储器的铁电液晶显示光阀、薄膜晶体管液晶光阀、数字镜显示光阀组成的群类中。
6.如权利要求1所述的投影器，其中光学系统位于荧光屏与偏振分束器之间。
7.如权利要求1所述的投影器，其中荧光屏位于光学系统与偏振分束器之间。
8.如权利要求6所述的投影器，其中光学系统包括将通过偏振分束器的光束转变成辐射光的第二聚光透镜，和放大通过第二聚光透镜的辐射光并将其投影到荧光屏的投影透镜。
9.如权利要求1所述的投影器，其中荧光屏的形成，使得反射自反射层的各像素的光经由光学系统准确对应于荧光材料。
10.如权利要求1所述的投影器，其中淀积在荧光屏上的荧光材料发光的波长在300nm至450nm范围内。
11.如权利要求1所述的投影器，其中淀积在荧光屏上的荧光材料选自由以下组成的群类中：
对于红R荧光材料，有Y2O2S∶Eu3+、La2O2S∶Eu3+、Y2O3∶Eu3+、3.5MgO·0.5MgF2·GeO2∶Mn4+、YVO4∶Eu3+、SrY2S4∶Eu2+、K5Eu(WO4)4；
对于绿G荧光材料，有SrAl2O4∶Eu2+、SrGa2S4∶Eu2+、Y3Al5O12∶Ge3+、ZnS∶Cu、ZnS∶(Cu，Al)、ZnS∶(Cu，Al，Au)、Zn2GeO4∶Mn2+、(Ca，Mg，Sr)3MgSi2O8∶Eu2+、(Ca，Mg，Sr)SiO4∶Eu2+、La2O2S∶Tb3+、Y2O2S∶Tb3+；
对于蓝B荧光材料，有Sr10(PO4)6Cl2∶Eu2+、(Sr0.9Ca0.1)10(PO4)6C12∶Eu2+、BaMg2Al16O27∶Eu2+、Sr3MgSi2O8∶Eu2+、Ba3MgSi2O8∶Eu2+、ZnS∶(Ag，Cl)、ZnS∶(Ag，Al)、ZnS∶(Ag，Ga)。
12.如权利要求1所述的投影器，其中荧光屏由其中每根光纤做为像素的一束光纤形成。
13.如权利要求12所述的投影器，其中各光纤包括其上淀积荧光材料的芯，和覆盖芯以在淀积于芯上的荧光材料发光时防止颜色混合的包覆材料。
14.如权利要求12所述的投影器，其中光纤由具有高紫外线透射性的材料制成，各具有不同折射率的材料分别用于芯和包覆材料上。
15.如权利要求7所述的投影器，其中光学系统包括将通过荧光屏的光束转变成辐射光的第二聚光透镜，和放大或缩小经由第二聚光透镜而汇聚的光的目镜。
16.如权利要求15所述的投影器，其中目镜由适于波长在400nm至780nm范围内的光的材料制成。
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