具有螢光屏的光閥投影器的製作方法
2023-10-09 03:30:59 1
專利名稱：具有螢光屏的光閥投影器的製作方法
技術領域：
本發明涉及具有螢光屏的光閥投影器，利用澱積有被預定波長的光照射的螢光層的螢光屏及鐵電液晶光閥，改進了畫面質量和亮度並加寬使用者觀看範圍。
一般來講，投影器是投影在熒幕上的裝置。投影器分成二類通過發自紅R、綠G、藍B陰極射線管並通過光學系統而成像的彩色陰極射線管投影器；和使用具有隨機存取存儲器(RAM)裝置的反射式鐵電液晶顯示光閥的投影器。
參照圖9，其中繪出利用鐵電液晶顯示光閥的投影器，投影器包括紅R、綠G、藍B光源2；將發自光源2的光轉變成光束的第一聚光透鏡4；使光束溫射的漫射器5；在通過第一聚光透鏡4和漫射器5的入射光中選出並起偏預定方向光的偏振分束器(PBS)6；依據PBS6的偏振操作而開/關的鐵電液晶(FLC)光閥8，包括附在正對PBS6的反面的反射層和附在各像素的具有RAM裝置的超大規模集成(VLSI)電路；以預定比率放大反射自鐵電液晶光閥8的光並將其投影在熒幕上的光學系統10。
可發射白光的許多燈(例如發光二極體或金屬滷化物燈)可用於光源2。
鐵電液晶光閥8包含各附有RAM裝置的FLC像素，和附在光閥8背面的鋁(Al)反射層。
通過調整FLC的光軸外電場，鐵電液晶光閥8依據PBS6的偏振操作而開/關。
光學系統10經由透鏡系統放大得自鐵電液晶光閥8的影像，然後將放大影像投影在熒幕上，藉以得到反射式有源矩陣鐵電液晶投影顯示器的影像。
利用分時操作，使用應用RAM裝置的反射式鐵電液晶光閥8的投影器可顯示諸如紅R、綠G、藍B的天然色。由於此種投影器具有通過利用RAM裝置而使有源矩陣有源地操作各鐵電液晶像素的優點及鐵電液晶顯示器有快響應速度的優點，故在得到動態影像時，投影器可解決響應速度問題。結果，不需紅R、綠G、藍B的三個反射式光閥，而只要一光閥便足夠。所以，投影器結構簡化且製造成本降低。
但上述傳統投影器仍有缺點。亦即，因投射反射式影像，故使用者觀看範圍受限，影像在某些角度模糊及變形，亮度降低。
再者，傳統投影器無源地發光。亦即，由於影像藉反射或透射而非像素的有源發射來獲得，因而不利地影響了使用者觀看範圍、畫面質量、亮度。結果，傳統投影器不能用於小型投影器，而只用於具有40英寸以上的熒幕尺寸的大型投影器。
本發明的目的就是要解決上述問題。
本發明的目的是提供增進畫面質量和亮度的光閥投影器，利用被預定波長的光所照射的螢光屏來加寬使用者觀看範圍，使得投影器可用於大型和小型投影器。
為實現以上目的，本發明提供一種光閥投影器，包括發射預定波長的光的光源；將發自光源的光轉變成光束的第一聚光透鏡；在通過第一聚光透鏡的入射光中選出預定方向光並使光偏振的偏振分束器；依據偏振分束器的偏振操作而開/關的光閥顯示組件；具有光學系統和螢光屏的熒幕/光學組件。
最好發自光源的光波長在300nm至450nm的範圍內。
最好偏振分束器有雙折射率且由適於紫外線的透明材料製成。
光閥顯示組件依據偏振分束器的偏振操作而開/關，光閥顯示組件包括顯示光閥和附在正對偏振分束器的顯示光閥反面的反射層。
顯示光閥選自由具有隨機存取存儲器的鐵電液晶顯示光閥、薄膜電晶體液晶光閥、數字鏡顯示光閥組成的群類中。
依據本發明一方面，光學系統位於螢光屏與偏振分束器之間。
依據本發明另一方面，螢光屏位於光學系統與偏振分束器之間。
螢光屏的形成，使得反射自反射層的各像素的光經過光學系統準確對應於螢光材料。
包括在且構成說明書一部分的附圖連同說明書用以解釋本發明原理
圖1是透視圖，顯示本發明優選實施例的具有螢光屏的光閥投影器；圖2是用來解釋圖1的第一和第二聚光透鏡的操作的前視圖；圖3是用來解釋圖1的投影透鏡的操作的前視圖；圖4是透視圖，顯示本發明另一實施例的具有螢光屏的光閥投影器；
圖5是用來解釋圖4的目鏡的操作的前視圖；圖6是用來解釋圖4的光纖的前視圖；圖7是透視圖，顯示本發明另一實施例的具有螢光屏的光閥投影器；圖8是透視圖，顯示本發明另一實施例的具有螢光屏的光閥投影器；圖9是透視圖，顯示傳統鐵電液晶顯示投影器。
下面參照附圖詳述本發明的優選實施例。
參照圖1，本發明第一實施例的具有螢光屏的光閥投影器包括發射預定波長的光的光源12；將發自光源12的光轉變成光束的第一聚光透鏡14；使第一聚光透鏡14的光漫射的漫射器13；在通過漫射器13的入射光中選出並偏振預定方向光的偏振分束器16；具有顯示光閥181和反射層182的光閥組件18，其依據偏振分束器16的偏振操作而開/關；光學/熒幕組件23，具有澱積有通過光學系統21的照射預定波長的光的螢光材料的螢光屏24，光學系統21位於熒幕24與偏振分束器16之間，並以預定比率放大反射自光閥組件18的光。
最好光源12發光的波長在300至450nm範圍內。在此範圍內，光源12發光(亦即紫外線)的波長不會破壞顯示光閥181，同時足以激勵澱積在螢光屏24上的磷光體層。為此，光源12設有彩色玻璃或光濾波器11，以便只容許在300至450nm範圍內的波長的光通過。
使用彩色玻璃時，最好將(Co)、鎳(Ni)、鐵(Fl)加入鉛玻璃從而能除去可見光；使用光濾波器時，最好使用帶通光濾波器或截止光濾波器，以除去可見光和具有短波長的紫外線。
根據熒幕尺寸，金屬滷化物燈、汞放電燈、惰性氣體放電燈、螢光燈、或發光二極體燈可用於光源12。光源12最好由容許波長範圍(亦即300-450nm)的光發射以激勵磷光體層而不破壞顯示光閥181的一種以上的材料製成，例如鎘Cd、銫Cs、氦He、HgCd、鉀K、鈉Na、氖Ne、鈦Ti、鋅Zn、汞Hg、氬Ar、或氙Xe。
偏振分束器16最好由適用於紫外線且具有雙折射率的透明材料製成，例如石英、藍寶石、雲母、或方解石。
照射偏振分束器16的入射光被反射或透射。此處，依據二個稜鏡合在一起所形成的偏振分束器16的反射表面塗層度，來調整反射率和透射率。偏振分束器16將s偏振光或p偏振光反射到顯示光閥組件18。
顯示光閥181選自由具有隨機存取存儲器的鐵電液晶顯示光閥、薄膜電晶體液晶光閥、數字鏡顯示光閥組成的群類中。顯示光閥組件18依據偏振分束器16的偏振操作而開/關，使得經由偏振分束器16所偏振的光通過顯示光閥181從反射層182反射，再度進入偏振分束器16。若顯示光閥181是鐵電液晶顯示器，則RAM裝置附在各像素上，以進行快速的各像素的操作(約50μs)。
反射層182最好由使通過鐵電液晶顯示器的入射光進行最佳反射的材料製成，例如鋁Al、鍍以氟化鎂MgF2的鋁、或鍍以氧化矽SiO的鋁。
用於本發明的光學系統21類似廣泛應用的透鏡系統，其依熒幕和光閥的尺寸而定。
光學系統21包括將通過偏振分束器16的光束轉變成輻射光的第二聚光透鏡20，和放大通過第二聚光透鏡20的輻射光並將光投影到螢光屏24的投影透鏡22。
如圖2，第一和第二聚光透鏡14和20將光束轉變成輻射光或反之。由於光在平行狀態下通過偏振分束器16和顯示光閥組件18，故光均勻透射，藉以降低光損失並進行最佳狀態的開/關操作。第一和第二聚光透鏡14和20的焦距依裝置的整個尺寸和光路徑的距離而定。
第一和第二聚光透鏡14和20及投影透鏡22最好由適于波長在300nm至450nm範圍內的紫外線的材料製成，例如熔融氧化矽、石英、BK7(商標名)、聚甲基丙烯酸甲酯PMMA、氟化鈣CaF2、或氟化鎂MgF2。
參照圖3，做為放大或縮小的光學裝置的投影透鏡22使用鏡面或光學透鏡，並可為反射式(前式)或透射式(後式)，將影像尺寸除以物體尺寸可得到其放大率M。使用以下公式之一得到投影透鏡22的焦距1/a+1/b＝1或M＝b/a參照圖1，所形成的螢光屏24，使得反射自顯示光閥181的反射層像素的光經由光學系統準確地落在並激勵對應的螢光材料上。
使用光刻法、膏劑旋轉塗層法、或加壓法(皆用以在傳統陰極射線管或等離子體顯示面板(PDP)來形成磷光體層)，從而形成螢光屏24。
亦即，先經由以下步驟形成光敏樹脂圖型；清潔玻璃板；在玻璃板內表面上澱積由丙烯乳膠、純水、聚塑性醇的聚合物、二鉻酸鈉、丙烯氧化物的聚合物、乙烯氧化物組成的光敏樹脂；將光敏樹脂乾燥並顯影。然後，在光敏樹脂圖型上澱積黑鉛。並使用過氧化氫由蝕刻除去光敏樹脂，從而以預定圖型形成中斷外部光並防止顏色混合的黑矩陣層。隨後，包含第一磷光體粒子、純水、聚乙烯醇的第一磷光體膏劑澱積在黑矩陣層上，經由乾燥、曝光、顯影、清潔、乾燥的工藝形成第一磷光體。然後，經由相同工藝，形成第二和第三螢光層以製成螢光屏。
最好依據光譜色散而使用紅R、綠G、藍B的最有效磷光體，由熒幕尺寸和光種類改變色散圖型。
波長在300nm至450nm範圍內的紅R螢光材料可選自由Y2O2S∶Eu3+、La2O2S∶Eu3+、Y2O3∶Eu3+、3.5MgO·0.5MgF2·GeO2∶Mn4+、YVO4∶Eu3+、SrY2S4∶Eu2+、K5Eu(WO4)4組成的群類中；綠G螢光材料可選自由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+組成的群類中；藍B螢光材料可選自由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)組成的群類中。
利用本發明的螢光屏24的光閥投影器使影像通過將在具有預定範圍的波長的光(例如紫外線)通過顯示光閥組件18時所得到的光，經過第二聚光透鏡20和投影透鏡22而顯像，使得光照射對應於以預定圖型澱積在螢光屏24上的螢光材料。亦即，藉由調整第二聚光透鏡20和投影透鏡22，令顯示光閥18的像素精確對應於螢光屏24的像素來顯像。
為防止顏色混合，第二聚光透鏡20和投影透鏡22最好只激勵螢光屏24的各像素尺寸的90-95％。
也為防止顏色混合，可將罩插在螢光屏24與光學系統之間。罩最好由抗紫外線並吸收可見光的材料(例如鋼或金屬，或彩色塑性材料)製成，並形成具有使光通過的孔的預定圖型。
參照圖4，其中顯示利用本發明第二實施例的螢光屏的光閥投影器。此實施例與第一實施例的一差異是螢光屏28由各做為像素的一束光纖26形成，螢光屏28澱積有由反射自顯示光閥181的預定波長的光照射的螢光材料。另一差異是光學系統31包括將通過螢光屏28的光束轉變成輻射光的第二聚光透鏡30，和放大或縮小經由第二聚光透鏡30而匯聚的光的目鏡32。
如圖6，光纖26包括澱積有螢光材料的芯25，和覆蓋芯25以防澱積在芯25上的螢光材料顏色混合的包覆材料27。
以一束形式形成螢光屏28的光纖26最好由具有高外線透射性的材料製成，例如高級熔融氧化矽或液態玻璃，其中各有不同折射率的材料分別用於芯25和包覆材料27上。
如圖5，光學系統31的目鏡32是將形成於螢光屏28上的影像放大或縮小成保持可見範圍的幻影的光學裝置，其中目鏡32最好由適于波長在400nm至780nm範圍內的光的材料製成。最好使用輕薄短小的一至三個透鏡以便根據熒幕尺寸而選出幾种放大率或縮小率；或利用可變轉接器或變焦透鏡，改變目鏡32的放大率。將遠景最小距離除以目鏡放大率得到目鏡32的焦距；由於遠景最小距離為250nm，故公式可表示成250/目鏡放大率。
參照圖7，顯示利用本發明第三實施例的螢光屏的光閥投影器。此實施例與第二實施例的差異是使用鋪以螢光材料的螢光屏34。
參照圖8，顯示類似第二實施例的第四實施例的光閥投影器。
此實施例與第二實施例的差異是光學系統21位於一束光纖26所形成的熒幕36與分束器16之間。
利用本發明螢光屏的投影器中，通過使用螢光屏增進畫面質量和亮度並加寬使用者觀看範圍。
再者，使用便宜且易製造的光閥、薄膜電晶體液晶光閥、或有良好反射效率的數字鏡顯示光閥，可將本發明用於小型顯示裝置，例如攜帶型電腦監視器或車輛導航系統的顯示裝置等。
再者，若使用一束澱積有螢光材料的光纖的螢光屏，則因光纖尺寸能以1∶1比率或放大或縮小比率對應於像素，故分辯率和亮度可得到改善，且因螢光材料只澱積在光纖芯上，且包覆材料覆蓋芯，故可防止發射紅、綠、藍光時的顏色混合，而增進亮度。
雖配合視為最實際的優選實施例來說明本發明，但本發明不限於所公開的實施例，相反地，要涵蓋包含在權利要求範圍的精神和範疇內的各種修改和等效配置。
權利要求
1.一種光閥投影器，其至少包括發射預定波長的光的光源；將輻射自光源的光轉變成光束的第一聚光透鏡；在通過第一聚光透鏡的入射光中選出預定方向的光並使其偏振的偏振分束器；依據偏振分束器的偏振操作而開/關的光閥顯示組件；具有光學系統和螢光屏的熒幕/光學組件。
2.如權利要求1所述的投影器，其中發自光源的光的波長在300nm至450nm範圍內。
3.如權利要求1所述的投影器，其中偏振分束器有雙折射率，並由適於紫外線的透明材料製成。
4.如權利要求1所述的投影器，其中光閥顯示組件依據偏振分束器的偏振操作而開/關，光閥顯示組件包括顯示光閥和附在正對偏振分束器的顯示光閥的反面的反射層。
5.如權利要求1所述的投影器，其中顯示光閥選自由具有隨機存取存儲器的鐵電液晶顯示光閥、薄膜電晶體液晶光閥、數字鏡顯示光閥組成的群類中。
6.如權利要求1所述的投影器，其中光學系統位於螢光屏與偏振分束器之間。
7.如權利要求1所述的投影器，其中螢光屏位於光學系統與偏振分束器之間。
8.如權利要求6所述的投影器，其中光學系統包括將通過偏振分束器的光束轉變成輻射光的第二聚光透鏡，和放大通過第二聚光透鏡的輻射光並將其投影到螢光屏的投影透鏡。
9.如權利要求1所述的投影器，其中螢光屏的形成，使得反射自反射層的各像素的光經由光學系統準確對應於螢光材料。
10.如權利要求1所述的投影器，其中澱積在螢光屏上的螢光材料發光的波長在300nm至450nm範圍內。
11.如權利要求1所述的投影器，其中澱積在螢光屏上的螢光材料選自由以下組成的群類中對於紅R螢光材料，有Y2O2S∶Eu3+、La2O2S∶Eu3+、Y2O3∶Eu3+、3.5MgO·0.5MgF2·GeO2∶Mn4+、YVO4∶Eu3+、SrY2S4∶Eu2+、K5Eu(WO4)4；對於綠G螢光材料，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+；對於藍B螢光材料，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.如權利要求1所述的投影器，其中螢光屏由其中每根光纖做為像素的一束光纖形成。
13.如權利要求12所述的投影器，其中各光纖包括其上澱積螢光材料的芯，和覆蓋芯以在澱積於芯上的螢光材料發光時防止顏色混合的包覆材料。
14.如權利要求12所述的投影器，其中光纖由具有高紫外線透射性的材料製成，各具有不同折射率的材料分別用於芯和包覆材料上。
15.如權利要求7所述的投影器，其中光學系統包括將通過螢光屏的光束轉變成輻射光的第二聚光透鏡，和放大或縮小經由第二聚光透鏡而匯聚的光的目鏡。
16.如權利要求15所述的投影器，其中目鏡由適于波長在400nm至780nm範圍內的光的材料製成。
全文摘要
本發明公開了利用螢光屏的鐵電液晶顯示投影器,其至少包含:發射預定波長光的光源;將發自光源的光轉變成光束的第一聚光透鏡;在通過第一聚光透鏡的入射光中選出預定方向光並使其偏振的偏振分束器;依據偏振分束器的偏振操作而開/關的鐵電液晶光閥,鐵電液晶光閥包括附在背面的反射層和附在鐵電液晶(FLC)的各像素上的RAM裝置;以預定比率放大反射自鐵電液晶光閥的光的光學系統;以預定波長發光的螢光材料的螢光幕。
文檔編號G02F1/13GK1184949SQ9712227
公開日1998年6月17日 申請日期1997年11月14日 優先權日1996年12月12日
發明者都永洛, 樸昌元, 金壯鎬, 裵宰右, 李準培 申請人:三星電管株式會社