圖像顯示器屏幕、圖像顯示器屏幕的製造方法和圖像顯示器的製作方法
2023-06-15 07:35:21
專利名稱：圖像顯示器屏幕、圖像顯示器屏幕的製造方法和圖像顯示器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種圖像顯示器屏幕，當圖像顯示器將圖像顯示光投射在其上時顯示圖像；一種用於製造這樣一個圖像顯示器屏幕的方法；以及一個圖像顯示器，用於在屏幕上投射和顯示對應於圖像信息的圖像。
本申請要求2002年7月11日申請的日本專利申請No.2002-203179的優先權，其全文在此引入作為參考。
背景技術：
通常地，一種被稱為「前投」的圖像顯示器被提議作為一種圖像顯示器，使用戶能夠容易地欣賞到大屏幕圖像。
作為這樣一個圖像顯示器，建議使用如下結構的圖像顯示器具有三個陰極射線管(CRT)，分別顯示圖像的R(紅)，G(綠)和B(藍)成分，以使由這些陰極射線管顯示的圖像通過R(紅)濾光器，G(綠)濾光器，B(藍)濾光器重疊並從前面投影到屏幕上。然而，這樣一個「三-陰極射線管(three-CRT)型」圖像顯示器具有大尺寸和笨重的結構並因此在家庭使用中不太普及。
近來，一種使用液晶顯示器代替陰極射線管的「前投」型圖像顯示器被提出。就這種圖像顯示器來說，其結構尺寸和重量能夠減小並且它的裝配是容易的。因此，這種圖像顯示系統被期待在家庭使用中普及。
在上述「前投」型圖像顯示器中，當與圖像顯示無關的外部光成為入射光，就產生了被顯示圖像對比度惡化的問題，降低了圖像的可見度。尤其在一個外部光明亮的環境中，不能完成具有足夠對比度的圖像顯示。
在傳統的「前投」型圖像顯示器中，在一個白色屏幕上投影和顯示圖像。這個屏幕不僅反射用於完成投影圖像顯示的光，還反射外部光。因此，在一個明亮方間中，被顯示圖像的對比度相對惡化，降低了可見度。
在使用這樣一個圖像顯示器的情況下，必須對環境進行準備，例如，使房間變暗，從而防止外部光在屏幕上入射。然而，在日間使一個普通住宅中的房間變暗是困難的。即使在夜晚，假如關閉照明設備來使房間變暗，除了被顯示圖像外的東西都不能被看見，這帶來了不方便。
發明內容
因此，本發明的目的是提供一種圖像顯示器屏幕，能使圖像顯示具有好的對比度和高可見度，提供一種用於製造合適的圖像顯示器屏幕的方法，用於製造這樣一種圖像顯示器屏幕，和一種圖像顯示器。
為了解決上述問題，根據本發明的圖像顯示器屏幕包括一個基底件；一個光吸收層，形成在基底件上並適合於吸收充分覆蓋了整個可見光範圍的波長範圍的光；和一個形成在光吸收層上的光控制層，該光控制層具有散射成像功能，使得由投影成像裝置投射的圖像顯示光漫反射並由此形成一個圖像，還具有反射波長選擇功能，即選擇性地反射圖像顯示光波長範圍的光並透射其它波長範圍的光。
在這個圖像顯示器屏幕中，當由投影成像裝置投射的圖像顯示光被漫反射從而在光控制層中形成一個圖像，並根據波長被選擇性地反射時，該圖像顯示光以大於其它波長範圍光的量被反射。因此，在抑制外部光的影響的同時可以完成圖像顯示。
在一種製造根據本發明的圖像顯示器屏幕的方法中，使用圖像投影器中決定彩色再現波長(color reproducing wave length)的基色光束來形成一個反射型全息屏幕，例如物體光和參考光，由此提供相應於圖像投影器的彩色再現波長的反射波長特性。
在這種用於製造圖像顯示器屏幕的方法中，由於該圖像顯示器的屏幕被形成為一個反射型全息屏幕，它具有相應於圖像投影器彩色再現波長的反射波長特性，並能在抑制外部光影響的同時完成圖像顯示。
在另一個根據本發明製造圖像顯示器屏幕的方法中，一種通過混合多種類型調色劑微粒製備的材料被施加到投影器表面上，由此提供相應於圖像投影器彩色再現波長的反射波長特性。
在這種製造圖像顯示器屏幕的方法中，通過混合多種類型調色劑微粒製備的材料被施加到投影器表面上，並且圖像顯示器屏幕具有相應於圖像投影器彩色再現波長的反射波長特性。因此，圖像顯示器屏幕能在抑制外部光影響的同時完成圖像顯示。
根據本發明的圖像顯示器包括一個光源，用於發射紅、綠和藍基色光；一個空間光調製器，用於根據圖像信息調製由光源發射的光束的強度；投影成像裝置，用於引發光強由空間光調製器調製的基色光在屏幕上成像；外部光產生裝置，用波長不同於基色光的外部光照射屏幕。
在該圖像顯示器中，屏幕對基色光的反射率高於對外部光的反射率，並且對基色光的吸收率低於對外部光的吸收率。
在該圖像顯示器中，由於屏幕對於其光強由空間光調製器調製的基色光的反射率高於對外部光的反射率，並且對基色光的吸收率低於對外部光的吸收率，它能在抑制外部光影響的同時完成圖像顯示。
另一個根據本發明的圖像顯示器包括一個光源，用於發射紅、綠和藍基色光中的兩種色光和紫外線；一個空間光調製器，用於根據圖像信息調製由光源發射的光束的強度；投影成像裝置，用於引發光強由空間光調製器調製的兩個色光和紫外線在屏幕上成像；以及外部光產生裝置，用波長不同於兩色光和紫外線的外部光照射屏幕。
在該圖像顯示器中，屏幕對兩色光的反射率高於對外部光的反射率，對兩色光的吸收率低於對外部光的吸收率，該屏幕還具有一個色彩轉換層，用於將紫外線轉換為三基色光中剩餘的一個。
在該圖像顯示器中，屏幕對光強被調製的兩色光的反射率高於對外部光的反射率，對兩色光的吸收率低於對外部光的吸收率，屏幕還將光強被調製的紫外線轉換為三基色光中剩餘的一個。因此，該屏幕能在抑制外部光影響的同時完成圖像顯示。
如上文所述，在根據本發明的圖像顯示器屏幕中，由投影成像裝置投射的圖像顯示光被光控制層漫反射來形成一個圖像，並根據波長被選擇性地反射。因此，該圖像顯示光以大於其它波長範圍光的量被反射，在抑制外部光影響的同時能夠完成圖像顯示。
通過使用該圖像顯示器屏幕，即使在明亮環境中用戶也能容易地享受大屏幕圖像顯示的樂趣。由於該屏幕能在明亮環境中進行圖像顯示，它能在類似於傳統電視接收機的環境中使用，並具有比傳統電視接收機簡單的結構。
在使用這種圖像顯示器屏幕的圖像顯示器中，由於即使在明亮環境中也能顯示具有足夠對比度的圖像而不增加投入功率，能夠減少用於輸出投射光的功率消耗。
在根據本發明的圖像顯示器中，通過基色光把一個圖像投影在屏幕上，該屏幕及其周圍被具有不同於該基色光波長特性的外部光照射。該屏幕具有隻反射基色光的反射波長特性。因此，即使在明亮的環境中也能容易地進行大屏幕圖像顯示。
此外，由於該圖像顯示器在不使用時能被簡潔地封裝，當該圖像顯示器被丟棄時產生較少的廢棄物。
圖1是一個側面剖視圖，顯示根據本發明的圖像顯示器屏幕的結構；圖2是一個側面剖視圖，顯示另一個根據本發明的圖像顯示器屏幕的範例性結構(不具有外部光減少層)；圖3是一個側面剖視圖，顯示另一個根據本發明的圖像顯示器屏幕的範例性結構(具有布置在基底件後面的光吸收層13)；圖4是一個分解的側面剖視圖，顯示圖像顯示器屏幕的結構和具有增益控制功能的構成部分；圖5是一個分解的側面剖視圖，顯示圖像顯示器屏幕的結構和另一個範例性的具有增益控制功能的構成部分；圖6是一個分解的側面剖視圖，顯示圖像顯示器屏幕的結構和具有成像反射功能的構成部分；圖7是一個分解的側面剖視圖，顯示圖像顯示器屏幕的結構和另一個範例性的具有成像反射功能的構成部分；圖8是一個截面圖，顯示在該圖像顯示器屏幕的光控制層中發生的Bragg反射的原理；圖9是一個曲線圖，顯示當該圖像顯示器屏幕的光控制層被構造為一個使用Bragg反射膜的多層薄膜帶通濾光器時的光譜反射特性；圖10是一個側面剖視圖，顯示該圖像顯示器屏幕中具有遮光片的外部光減少層的結構；圖11是一個側面剖視圖，顯示該圖像顯示器屏幕中由吸收偏振片組成的外部光減少層的結構；
圖12是一個分解的側面剖視圖，顯示該圖像顯示器屏幕的第一個範例性結構；圖13是一個分解的側面剖視圖，顯示該圖像顯示器屏幕的第二個範例性結構；圖14是一個示意性的側面剖視圖，顯示如圖13所示圖像顯示器屏幕的基本結構；圖15是一個分解的側面剖視圖，顯示該圖像顯示器屏幕的第三個範例性結構；圖16是一個分解的側面剖視圖，顯示該圖像顯示器屏幕的第四個範例性結構；圖17是一個示意性的側面剖視圖，顯示如圖16所示圖像顯示器屏幕的基本結構；圖18是一個分解的側面剖視圖，顯示該圖像顯示器屏幕的第五個範例性結構；圖19是一個側視圖，顯示執行根據本發明的屏幕製造方法的情況，它是在該圖像顯示器屏幕製造為全息屏幕情況下該圖像顯示器的製造過程；圖20是一個曲線圖，顯示一種全息材料的範例性反射波長特性；圖21是一個側視圖，顯示該圖像顯示器中全息屏幕的操作；圖22是一個側視圖，顯示該圖像顯示器中具有多色調色劑層的屏幕的操作；圖23A至23C是曲線圖，顯示該圖像顯示器中構成屏幕的多色調色劑微粒的反射波長特性；圖23A顯示藍色(B)調色劑微粒的反射波長特性；圖23B顯示綠色(G)調色劑微粒的反射波長特性；圖23C顯示紅色(R)調色劑微粒的反射波長特性；圖24是一個側視圖，顯示根據本發明的圖像顯示器結構；圖25是一個曲線圖，顯示來自該圖像顯示器投影器的投射光的波長特性；圖26是一個曲線圖，顯示該圖像顯示器中外部光的波長特性；圖27是一個曲線圖，顯示該圖像顯示器中屏幕的反射波長特性；圖28是一個曲線圖，表示對於一個通過該圖像顯示器欣賞圖像顯示的人，關於發光效能的反射波長特性；
圖29是一個曲線圖，表示在該圖像顯示器的投影器具有一個雷射源的情況下，來自該投影器的投射光的波長特性；圖30A的曲線圖表示作為該圖像顯示器投影器光源的高壓水銀燈的發射波長特性；圖30B的曲線圖表示當來自高壓水銀燈的光被過濾並用作來自投影器的投射光時的波長特性；圖31A的曲線圖表示作為該圖像顯示器投影器光源的中壓水銀燈的發射波長特性；圖31B的曲線圖表示來自紅色半導體雷射器的光的波長特性；圖31C的曲線圖表示當來自中壓水銀燈的光和來自紅色半導體雷射器的光被疊加並用作投影器的投射光時的波長特性；圖32的曲線圖表示在該圖像顯示器中作為外部光產生裝置的螢光燈的發射波長特性；圖33A的曲線圖表示在該圖像顯示器中作為外部光產生裝置的白熾燈的發射波長特性；圖33B的曲線圖表示通過過濾來自該白熾燈的光得到的光的波長特性；圖34的曲線圖表示在該圖像顯示器中作為外部光產生裝置的發光二極體的發射波長特性；圖35的曲線圖表示在該圖像顯示器中作為外部光產生裝置的可見螢光材料的發射波長特性；圖36的側視圖表示一種圖像顯示器的結構，其中三基色光中的一個被紫外線代替；圖37的側視圖表示如圖36所示圖像顯示器中屏幕的操作；圖38A的曲線圖表示投射在如圖36所示圖像顯示器屏幕上的光的波長特性；圖38B的曲線圖表示被該屏幕反射的光的波長特性；圖39A的曲線圖表示投射到該屏幕(雷射光源)的光的波長特性；圖39B的曲線圖表示關於屏幕上反射率的波長特性；圖39C的曲線圖表示來自螢光燈的外部光的光譜強度；圖39D的曲線圖表示屏幕上的投射光和外部光的波長特性；圖40A的曲線圖表示投射到該屏幕(金屬滷化物燈)的光的波長特性；圖40B的曲線圖表示關於屏幕上反射率的波長特性；圖40C的曲線圖表示來自螢光燈經過過濾的外部光的光譜強度；圖40D的曲線圖表示屏幕上投射光和外部光的波長特性。
具體實施例方式
現在參考附圖描述本發明的優選實施方式。
圖像顯示器屏幕的結構根據本發明的圖像顯示器屏幕具有這樣的結構，其中光吸收層13，光控制層18和外部光減少層19順序地層疊在基底件15的前部上，如圖1所示。光控制層18具有散射成像功能，反射波長選擇功能，和增益控制功能。當在一個圖像顯示器中構造這個圖像顯示器屏幕時，通過投影成像裝置將圖像顯示光投射到該屏幕上，如圖1中箭頭A所示。
如下文將要描述的，當在一個圖像顯示器中構造這個圖像顯示器屏幕時，由投影成像裝置投射的具有波長λr，λg和λb的圖像顯示光透射穿過外部光減少層19，然後由光控制層18根據波長選擇性地反射來執行散射成像，然後在一個預定方向進行增益控制，並發射到前側，由此到達觀者14的眼睛，如圖21所示。希望圖像顯示光的波長λr，λg和λb與光控制層18的反射波長選擇功能中的反射波長一致。
同時，具有不同於λr，λg和λb的其它波長λ其他的外部光被外部光減少層19減少。此後，未被光控制層18選擇作為反射波長的大部分外部光穿過光控制層18，然後被光吸收層13吸收。希望外部光的波長λ其他與光控制層18的反射波長選擇功能中的反射波長不一致。
根據應用和環境，可以省略外部光減少層19，如圖2所示。
基底件15由高度粘附於光吸收層13的材料造成，能夠保持圖像顯示器屏幕的形狀並易於維護。特別地，舉例說明，基底件15由合成樹脂材料例如片狀(sheet-like form)的塑料或光纖材料製造。也希望基底件15由一種材料製造，使基底件15的捲動和套在一個圓柱形中。
光吸收層13有這樣的材料製成，該材料具有基本全部可見光範圍的光吸收特性，例如，黑塗料或黑色片之類的材料。光吸收層13通過在基底件15的前部使用黑塗料或層疊黑色片之類的材料來形成。
假如基底件15本身由光吸收材料例如黑色合成樹脂製造，可以考慮使基底件15與光吸收層13整體地構成，由此不需要單獨提供光吸收層13。這樣的話，基底件15還具有光吸收功能。
假如基底件15由透明材料製造，可以在基底件15的背面部分上提供光吸收層13，如圖3所示。
光控制層18中的增益控制功能就是在一個預定方向上聚集並反射由投影成像裝置投射的圖像顯示光。當光控制層18具有透鏡作用時增益控制功能被實現。為了實現這樣一個增益控制功能，可以在光控制層18的反射層18a的前部提供一個具有多個凹面排列在其中的透鏡結構，如圖4所示。(下文中，具有多個凹面排列於其中的結構被稱為「透鏡結構」。)該反射層18a用於反射圖像顯示光並被設置在最靠近光控制層18前側的位置。為了給反射層18a提供該透鏡結構，一個從背面支撐反射層18a的支撐層18c的前部可以具有一個透鏡結構。
在支撐層18c和反射層18a之間，形成一個用於實現散射成像功能的散射結構18b，下文將對其描述。
為了實現光控制層18中的增益控制功能，可以加工基底件15的前部或黑色光吸收層13使其具有一個透鏡結構，並通過蒸發等在其上形成反射層18a，如圖5所示。同樣在這種情況下，在基底件15或光吸收層13之間形成散射結構18b。這樣的話，可以認為光控制層18的支撐層與基底件15或光吸收層13整體地構成。
光控制層18的散射成像功能是反射層18a散射圖像顯示光來形成顯示圖像的功能。為了實現反射層18a的這樣一種功能，支撐層18c和反射層18a之間的界面，或者基底件15或光吸收層13和反射層18a之間的界面具有散射結構18b，該散射結構由足夠精細的凸面和凹面結構或微鏡陣列結構組成，如圖4、5和6所示。
為了實現散射成像功能，散射層18b中分散有具有不同折射率的精細微粒，該散射層18b形成在支撐層18c和反射層18a之間或者在基底件15或光吸收層13和反射層18a之間，如圖7所示。該散射層18b具有通過把精細微粒散布到基材中而構成的結構，基材的折射率與支撐層18c或反射層18a的折射率大致相同，而精細微粒的折射率與基材不同。
其次，光控制層18中的反射波長選擇功能就是只選擇性地反射波長範圍與從前側投射的圖像顯示光相一致的光，並透射其它波長範圍的光。這樣一個反射波長選擇功能通過應用所謂的Bragg反射來實現，如圖8所示。具體地，在一個交替堆疊多個不同折射率層的結構中，假如符合下列條件的話(這裡d表示層間距離而λ表示入射光的波長)，一個在不同折射率層間的界面上以預定入射角Φ入射的光束被各層中的反射光增強，並因此在整體上顯示一個高的反射率2dsinΦ＝nλ(∵n是一個自然數(1，2，3...))通過形成一個產生這樣的圖像顯示光Bragg反射的多層薄膜結構，可以構造具有相應於圖像顯示光波長範圍的反射波長選擇功能的反射層18a。就是說，反射層18a能夠作為一個多層薄膜帶通濾光器來形成。該多層薄膜帶通濾光器具有這樣的特性，只反射相應於B(藍)，G(綠)和R(紅)的預定波長範圍的光，並透射其它波長範圍的光，如圖9所示。
通過形成為一個反射全息圖(reflective hologram)或一個塗敷有混合預加工的幾種類型調色劑(顏料)微粒的調色劑層，反射層18a也能夠具有反射波長選擇功能。隨後將參照圖19至23A-23C描述形成反射全息圖和調色劑層的方法以及它們的特性。
外部光減少層19是這樣的層，即設置成幾乎不吸收圖像顯示光但透射圖像顯示光，並吸收其它光。如圖10所示，外部光減少層19具有包括多個精細遮光片19a類似所謂的遮光簾(shade curtain)的結構。該外部光減少層19充分地透射來自前面的在圖像顯示器屏幕上入射的入射光，如通過投影成像裝置投射的圖像顯示光，如圖10中箭頭A所示。外部光減少層19還具有多個精細遮光片19a，截取從另一方向入射的入射光，如圖10中箭頭B所示。就是說，這些遮光片19a被排列在大致沿著圖像顯示光入射方向的方向上，並在大致垂直於圖像顯示器屏幕前部的方向上。這些遮光片19a的表面部分塗有黑色塗料，以此來吸收在遮光片表面部分上入射的光。
外部光減少層19也可使用一個吸收偏振片來構成，如圖11所示。具體地，假設使圖像顯示光偏振在一個特定方向上，例如，P-偏振，並假設一個只透射該特定方向上的偏振光(如圖11中箭頭A所示)並吸收其它方向上偏振光的吸收偏振片被用作外部光減少層19。那麼，在由不同偏振狀態的光混合得到的外部光中，如圖11中箭頭B所示，只有偏振狀態類似於圖像顯示光的成分被透射通過該外部光減少層19，而其它偏振狀態的成分被該外部光減少層19吸收。
對於本發明的圖像顯示器屏幕，為了實現上述功能，可以通過選擇和組合負責各個功能的構件來實現不同的結構。在下文中，將描述圖像顯示器屏幕結構的典型例子，其中恰當組合了負責上述功能的構件。
在這個圖像顯示器屏幕中，如圖12所示，光吸收功能可以通過使用一個結合到基底件15前部的黑色薄膜來實現，增益控制功能可以通過處理光控制層18的支撐層18c的前部從而具有一個透鏡結構來實現。散射成像功能可以通過在支撐層18c和反射層18a間的界面上提供凸面和凹面散射結構18b來實現，反射波長選擇功能可以通過將一個多層薄膜帶通濾光器用作反射層18a來實現。外部光減少功能可以通過由吸收偏振片構成的外部光減少層19來實現。
可備選的是，在這個圖像顯示器屏幕中，當具有光吸收功能的黑色光吸收層13的前部具有細微的凹凸表面(粗糙表面)並在其上形成一個透鏡結構，如圖13所示，使得在光吸收層13的前側面上的構成一個帶通濾光器的光控制層18跟隨光吸收層13前部的形狀。這能夠實現增益控制功能和散射成像功能，如圖14所示，還能夠在光控制層18中實現反射波長選擇功能。在這個圖像顯示器屏幕中，通過由吸收偏振片構成的外部光減少層19來實現外部光減少功能。
可備選的是，在這個圖像顯示器屏幕中，由於在具有光吸收功能的黑色光吸收層13的前部上形成一個透鏡結構，如圖15所示，使得在光吸收層13的前側面上構成一個帶通濾光器的光控制層18跟隨光吸收層13前部的形狀，由此實現增益控制功能。此外，能夠實現光控制層18中的反射波長選擇功能。散射成像功能通過在光控制層18和外部光減少層19間提供散射片20來實現，在該散射片的結構中分散有由具有與基底材料不同折射率的微粒構成的散射體，外部光減少層19是一個具有外部光減少功能的吸收偏振片。
可備選的是，在這個圖像顯示器屏幕中，通過黑色光吸收層13來實現光吸收功能，如圖16所示。增益控制功能，散射成像功能和反射波長選擇功能由安排在光吸收層13前側面上的用作光控制層的全息材料12來實現，如圖17所示。隨後將描述具有該功能的全息材料12的製造方法。此外，在這個圖像顯示器屏幕中，通過由吸收偏振片構成的外部光減少層19來實現外部光減少功能。
可備選的是，在這個圖像顯示器屏幕中，如圖18所示，外部光減少功能通過外部光減少層19來實現，該層具有多個精細遮光片19a，截取和吸收來自前上側和前下側的入射光，如圖18中箭頭B和C所示，並透射圖像顯示光如圖18中箭頭A所示。除外部光減少層以外，這個圖像顯示器屏幕的構成部分與圖13所示圖像顯示器屏幕的構成部分相似。
在所有上文描述的圖像顯示器屏幕結構中，可以根據該圖像顯示器屏幕的應用和環境省略外部光減少功能。此外，在所有上述的圖像顯示器屏幕結構中，在最靠外的前側面上的表面部分可以具有一個表面防反射功能。這個表面防反射功能可以通過在該圖像顯示器屏幕的最靠外前側面上的表面部分中形成細微的凹凸面來實現。
現在將描述根據本發明的圖像顯示器屏幕的製造方法。
首先，在光控制層中，為了將反射層構造成一個多層薄膜帶通濾光器、且該濾光器通過產生圖像顯示光的Bragg反射而具有相應於圖像顯示光波長的反射波長選擇功能，通過蒸發等方法以多層薄膜的形式將形成反射層的介質材料等沉積在支撐層前部或光吸收層前部上。
然後，可以考慮一種使用上述全息材料12實現上述反射波長特性的製造方法。具體地，通過使用具有與經過投影成像裝置投射的圖像顯示光相同或實質相同的波長特性的雷射束4(如物體光4a和參考光4b)製備一個反射型全息屏幕，如圖19所示，可以製造只選擇性地反射圖像顯示光波長的屏幕。
在構造為反射型全息屏幕的圖像顯示器屏幕的製造中，通過半透鏡5將雷射束4分離為兩條光路。物體光4a(object light)，它是兩條光路之一，通過多個反射鏡6、7、9和散射片8入射到全息材料12上。參考光4b(reference light)，兩條光路中的另一個，通過多個反射鏡10、11入射到全息材料12上。在全息材料12中，物體光4a和參考光4b互相干涉並形成幹涉條紋，相應於幹涉條紋的部分被曝光。當對三基色執行這樣的曝光並進行顯影，就形成一個具有相應於三基色的衍射光柵的反射型全息屏幕。
這種全息材料12的典型反射波長特性就是在R(紅)，G(綠)和B(藍)波長範圍內具有高反射率，而在其它波長範圍內反射率幾乎為零，如圖20所示。
在用這種全息材料12構成的圖像顯示器屏幕中，具有不同於物體光4a和參考光4b的其它波長λ其他的光不被全息材料12反射，並透射過全息材料12，如圖21所示。在全息材料12背面上的光吸收層13吸收透射過全息材料12的光(具有其它波長λ其他)。
在構造為反射型全息屏幕的圖像顯示器屏幕中，具有物體光4a和參考光4b波長的光，就是說經過投影成像裝置投射的具有波長λr，λg和λb的圖像顯示光，被全息材料12反射併到達觀者14的眼睛。
作為製造這種圖像顯示器屏幕的一種方法，提供一個通過採用預製的多種類型的調色劑(顏料)微粒而形成的調色劑層16，作為基底件15前部上的光控制層，並成為一個投影表面，如圖22所示。該調色劑層16由反射紅色(R)的調色劑微粒，反射綠色(G)的調色劑微粒和反射藍色(B)的調色劑微粒構成。當被不包括三基色的具有其它波長λ其他的外部光照射時，調色劑層16看上去呈黑色。
反射藍色(B)的調色劑微粒只反射藍色(B)而吸收其它波長的光，如圖23A所示。反射綠色(G)的調色劑微粒只反射綠色(G)而吸收其它波長的光，如圖23B所示。反射紅色(R)的調色劑微粒只反射紅色(R)而吸收其它波長的光，如圖23C所示。
當由三基色(具有波長λr，λg，λb)組成的圖像顯示光經過投影成像裝置投射在調色劑層16上時，這些彩色光束被相應彩色的調色劑微粒反射併到達觀者的眼睛。
根據本發明的圖像顯示器具有三個組成部分，分別是，一個用於投射圖像光的具有投影成像裝置的投影器1，一個用於圖像顯示器屏幕2，投影器1在圖像顯示器2上投影圖像，以及一個發光體3，它是一個外部光產生裝置，用於照射圖像顯示器屏幕2及其周圍，如圖24所示。
在這個圖像顯示器中，圖像顯示器屏幕2是上述根據本發明的圖像顯示器屏幕。因此，該圖像顯示器中的用於圖像顯示器屏幕2能夠使用上述圖像顯示器屏幕的示例結構中的任何一個。
投影器1具有一個用於發射紅、綠、藍基色光光束的光源，一個空間光調製器(光泡(light bulb))用於根據圖像信息調製由光源射出的各色光束的強度，以及投影成像裝置(投影透鏡)，用於疊加由空間光調製器調製其強度的基色光束從而在圖像顯示器屏幕2上形成一個圖像。可以使用一個反射或透射型液晶調製器，或一個開關元件例如一個微鏡陣列作為空間光調製器。
就是說，投影器1用紅光把被顯示圖像的紅色分量圖像投射在圖像顯示器屏幕2上，用綠光把被顯示圖像的綠色分量圖像投射在圖像顯示器屏幕2上，以及用藍光把被顯示圖像的藍色分量圖像投射在圖像顯示器屏幕2上。然後投影器1疊加這些光束，由此再生原始顯示圖像。
由投影器1投射的光束的波長分量是基色光紅(R)，綠(G)和藍(B)的波長分量，如圖25所示。(水平坐標軸表示波長λ，垂直坐標軸表示投射光強。)發光體3使用具有不同於基色光光束波長的外部光照射圖像顯示器屏幕2，如圖26所示。(水平坐標軸表示波長λ，垂直坐標軸表示照射光強。)圖像顯示器屏幕2對於由投影器1投射的基色光的反射率高於對外部光的反射率，而對於該基色光的吸收率低於對外部光的吸收率，如圖27所示。(水平坐標軸表示波長λ，垂直坐標軸表示反射光強。)如同隨後將描述的，即使在一個明亮環境裡，該圖像顯示器也能顯示一個高可見度的圖像。就是說，人的視覺特性(可見波長特性)在一個所謂的可見光範圍(大約400至700nm的波長)內顯示出大致一致的發光效能，如圖28所示。
因此，由投影器1投射在圖像顯示器屏幕2上的光被圖像顯示器屏幕2反射併到達觀看者的眼睛，但所有額外光包括該屏幕上的外部光被該圖像顯示器屏幕2吸收。因此，在圖像顯示器屏幕2上，只有由投影器1投影的圖像對於觀者的眼睛成為一個可視圖像。
假如使每個基色光光束的波長寬度儘可能地窄，就能夠容易地從外部光中識別出由投影器1投射的基色光光束。就是說，當一個雷射光源被用作投影器1的光源時，可以使每個基色光光束的波長寬度變得極窄，如圖29所示。這種情況下，投影器1具有一個掃描裝置，並使該掃描裝置掃描由雷射源發射的雷射束的照射方向上的圖像顯示範圍。根據掃描裝置在雷射束照射方向上的掃描時間改變雷射束光強的光強控制裝置能被用作空間光調製器(the spatial light modulator)。
由於使用雷射光源的基色光波長寬度的變窄，能夠容易地減少與外部光波長重疊的範圍，設計自由度得到了增加而投影器特性得到了改善。
可替代地，在該圖像顯示器的投影器1中，一個放電管例如金屬滷化物燈，一個高壓水銀燈或一個氙氣燈能被用作光源。由高壓水銀燈發射的光具有清晰的發射譜線但包含了除該發射譜線之外的波長分量，如圖30A所示。因此，如果通過一個只透射特定波長的濾光器進行濾光後，則只提供特定波長分量的光，如圖30B所示。
當使用一個氙氣燈時，由於發射光具有寬的波長特性，必須通過具有不同波長特性的濾光器組合進行複合過濾來控制投射光的波長特性。執行這樣一種濾光，能夠提供具有足夠窄的波長寬度的基色光。
可替代地，假如由一個相對的低壓水銀燈(中壓水銀燈)和一個紅色半導體雷射器構成的混合光源被用作投影器1的光源，可以使用該水銀燈的藍和綠髮射譜線峰點(如圖31A所示)和具有窄的波長寬度的紅色雷射光譜(如圖31B所示)，不經過濾光地提供具有窄的波長寬度的基色光如圖31C所示。
作為發光體3，它是一個外部光產生裝置，可以使用一種暖白色螢光燈，這種燈使用一種合適的經過處理的螢光材料以使它的發射波長特性不和由投影器1投射的光的波長重疊，如圖32所示。
作為發光體3，可以使用一個照明光源例如白熾燈和一個濾光器的組合，該濾光器阻斷來自該照明光源的基色光光束波長範圍的光。來自照明光源例如白熾燈的光具有一個寬的波長特性，足以遍布整個可見光範圍，如圖33A所示。然而，當這種光被過濾後，變成了具有基色光光束的波長範圍被阻斷的波長特性的光，如圖33B所示。
為了提供發光體3，可以用上述的一種使用了合適的經過處理的螢光材料的暖白色螢光燈或一種與濾光器組合的白熾燈來代替通常使用的螢光燈或白熾燈。
外部光產生裝置也可以使用一個發光二極體(LED)來構成。這種情況下，發光二極體具有不同於光源、空間光調製器和投影器1的投影成像裝置中的彩色再現波長的發射波長特性，並發射波長不與由投影器1投射的光的波長重疊的外部光，如圖34所示。可以使用多個類型發光二極體的組合。對於人眼，該外部光看起來非常白。
可以通過一個紫外線發光二極體(LED)和由紫外線發光二極體發射的紫外線激活的可見螢光材料來構成外部光產生裝置。這種情況下，該可見螢光材料具有不同於光源、空間光調製器和投影器1的投影成像裝置中的彩色再現波長的發射波長特性，並發射外部光，該外部光的波長不與由投影器1投射的光的波長重疊，如圖35所示。可以使用多個類型發光二極體或可見螢光材料的組合。對於人眼，該外部光看起來非常白。
此外，在根據本發明的圖像顯示器中，將被投射到圖像顯示器屏幕2上的基色光光束中的一個可以由投影器1中的紫外線替代，並且在圖像顯示器屏幕2中可以提供一個色彩轉換層(螢光層)，用於將紫外線轉換為在投影器1中由紫外線替代的一個基色光束，如圖36所示。特別地，在該圖像顯示器中，投影器1將三個基色光光束中的兩個基色光光束(具有波長λr，λb)和一個紫外線(具有波長λuv)投射到圖像顯示器屏幕2上。如上文所述的在圖像顯示器屏幕2前側面上形成的全息材料12反射投射在屏幕上的兩個基色光光束(具有波長λr，λb)，如圖37所示。投射在圖像顯示器屏幕2上的紫外線(具有波長λuv)透射穿過全息材料12，然後在形成於全息材料12之後的螢光層17中被變換為剩餘的一個基色光光束(具有波長λg)，然後被反射，並再次透射穿過全息材料12。來自發光體3的外部光(具有其它波長λ其他)被透射穿過全息材料12和螢光層17，並被圖像顯示器屏幕2後側面上的光吸收層13所吸收。就是說，這種情況下圖像顯示器屏幕2包括全息材料12、螢光層17和光吸收層13的組合。
在這個圖像顯示器中，當由投影器1投射的兩個基色光光束(具有波長λr，λb)和紫外線(具有波長λuv)被圖像顯示器屏幕2反射時，如圖38A所示，光束變成了三個基色光光束(具有波長λr，λg，λb)，由此完成圖像顯示。
對於具有從前述各種結構選出的投影器1，圖像顯示器屏幕2和發光體3的合適組合的圖像顯示器中的來自投影器1的投射光的波長特性、圖像顯示器屏幕2的反射波長特性和外部光的波長特性，現在將描述具體實施例。
首先，假如一個具有雷射光源作為其光源的雷射顯示器被用作投影器，由該投影器投射的光是在波長457nm(B)，532nm(G)，647nm(R)處具有尖銳峰點的基色光，如圖39A所示。用一個反射型全息屏幕作為屏幕，並使來自這個屏幕的反射光的波長特性與由投影器1投射的基色光的波長特性一致，如圖39B所示。一個暖白色的螢光燈被用作發射外部光的發光體，並使這個燈產生具有這樣波長特性的外部光即在不同於基色光的波長範圍中具有峰值，如圖39C所示。當投影器在屏幕上投影一個圖像以及外部光照射該屏幕及其周圍時，屏幕上的外部光被該屏幕吸收並且只有由投影器投射的用於執行圖像顯示的光被該屏幕反射，如圖39D所示。
接下來，假如一個過濾的金屬滷化物燈被用作該投影器的光源，由該投影器投射的光是在波長440nm(B)，532nm(G)和647nm(R)左右具有峰值的基色光，如圖40A所示。用一個反射型全息屏幕作為屏幕，並使來自這個屏幕的反射光的波長特性與由投影器1投射的基色光的波長特性一致，如圖40B所示。一個過濾的白熾燈被用作發射外部光的發光體，並使這個燈產生具有這樣波長特性的外部光即基色光光束的波長範圍被阻斷，如圖40C所示。當投影器在屏幕上投影一個圖像以及外部光照射該屏幕及其周圍時，屏幕上的外部光被該屏幕吸收並且只有由投影器投射的用於執行圖像顯示的光被該屏幕反射，如圖40D所示。
雖然根據附圖所示的優選實施例敘述了本發明並在上文中進行了詳細描述，熟悉本領域的普通技術人員應當理解，本發明並不局限於上述實施方式，可以進行各種修改、等同結構替換而不偏離如所附權利要求提出和定義的本發明的範圍和精神。
權利要求
1.一個圖像顯示器屏幕包含基底件；光吸收層，形成在基底件上並適合於吸收大致覆蓋了整個可見光範圍的波長範圍的光；和形成在光吸收層上的光控制層；所述光控制層具有散射成像功能，使得由投影成像裝置投射的圖像顯示光漫反射並由此形成一個圖像，還具有反射波長選擇功能，選擇性地反射圖像顯示光波長範圍的光並透射其它波長範圍的光。
2.如權利要求1所述的圖像顯示器屏幕，其中光控制層具有形成於其表面部分中的細微凹凸面，或微鏡。
3.如權利要求1所述的圖像顯示器屏幕，其中光控制層由於具有在該層中分散的不同折射率的細微散射體而具有散射成像功能。
4.如權利要求1所述的圖像顯示器屏幕，其中光控制層使用Bragg反射薄膜而形成為一個多層薄膜帶通濾光器，具有反射波長選擇功能。
5.如權利要求1所述的圖像顯示器屏幕，其中光控制層由於具有一個全息反射膜而具有反射波長選擇功能，並被形成為一個反射型全息屏幕。
6.如權利要求1所述的圖像顯示器屏幕，其中光控制層通過使其表面部分被以下調色劑微粒的混合物覆蓋而具有反射波長選擇功能，所述混合物中第一調色劑微粒對紅色波長範圍的光的反射率高於其它波長範圍的光，第二調色劑微粒對綠色波長範圍的光的反射率高於其它波長範圍的光，第三調色劑微粒對藍色波長範圍的光的反射率高於其它波長範圍的光。
7.如權利要求1所述的圖像顯示器屏幕，其中光控制層具有增益控制功能，依賴於反射光的出口方向，使反射光的數量關於入射光而改變。
8.如權利要求7所述的圖像顯示器屏幕，其中光控制層由於在其表面部分具有多個細微的凹面部分而具有透鏡效應，從而具有增益控制功能。
9.如權利要求7所述的圖像顯示器屏幕，其中基底件的表面部分中具有多個細微凹面部分，光控制層的形狀跟隨基底件表面的形狀並具有透鏡效應，從而具有增益控制功能。
10.如權利要求1所述的圖像顯示器屏幕，進一步包含一個在光控制層上的外部光減少層，使所述外部光減少層適合透射由投影成像裝置投射的圖像顯示光波長範圍的光，並吸收其它波長範圍的光。
11.如權利要求1所述的圖像顯示器屏幕，進一步包含一個在光控制層上的外部光減少層，所述外部光減少層具有多個細微遮光片，用於透射由投影成像裝置投射的圖像顯示光入射方向上的光，並遮斷其它方向上的入射光。
12.如權利要求1所述的圖像顯示器屏幕，進一步包含一個在光控制層上的外部光減少層，使所述外部光減少層適合透射由投影成像裝置投射的圖像顯示光的偏振狀態的光，並吸收其它偏振狀態的光。
13.一種製造圖像顯示器屏幕的方法，所述方法包括使用決定圖像投影器中彩色再現波長的基色光束作為物體光和參考光，形成一個反射型全息屏幕，由此提供相應於所述圖像投影器的彩色再現波長的反射波長特性。
14.一種製造圖像顯示器屏幕的方法，所述方法包括把一種經過混合多種類型調色劑微粒製備的材料加到投影器表面，由此提供相應於圖像投影器彩色再現波長的反射波長特性。
15.一種圖像顯示器包括光源，用於發射紅、綠和藍基色光；空間光調製器，用於根據圖像信息調製由光源發射的光束的強度；投影成像裝置，用於使光強由空間光調製器調製的基色光在屏幕上成像；外部光產生裝置，用波長不同於基色光的外部光照射屏幕；其中所述屏幕對基色光的反射率高於對外部光，並且對基色光的吸收率低於對外部光。
16.如權利要求15所述的圖像顯示器，其中的光源是一個雷射光源，所述顯示器具有掃描裝置，用於在一個圖像顯示範圍上掃描由所述雷射光源發射的雷射束的照射方向，和所述空間光調製器是光強控制裝置，它相應於掃描裝置在雷射束照射方向上的掃描時間改變所述雷射束的光強。
17.如權利要求15所述的圖像顯示器，其中的光源是一個雷射光源，所述顯示器具有掃描裝置，用於在一個圖像顯示範圍上掃描由所述雷射光源發射的雷射束的照射方向，和所述空間光調製器是開關元件，用於改變屏幕上由掃描裝置掃描其照射方向的雷射束的光強。
18.如權利要求17所述的圖像顯示器，其中的開關元件是液晶調製器。
19.如權利要求17所述的圖像顯示器，其中的開關元件是微鏡陣列。
20.如權利要求15所述的圖像顯示器，其中所述光源具有一個放電管和用於遮斷由所述放電管發射光束中部分波長範圍的光束的濾光裝置，和空間光調製器是一個開關元件，用於改變屏幕上經過濾光裝置的光束的光強。
21.如權利要求20所述的圖像顯示器，其中所述開關元件是液晶調製器。
22.如權利要求20所述的圖像顯示器，其中所述開關元件是微鏡陣列。
23.如權利要求15所述的圖像顯示器，其中所述光源具有一個放電管，用於遮斷由所述放電管發射的光束的部分波長範圍的濾光裝置，和一個用於發射紅色雷射束的雷射振蕩器，和所述空間光調製器是開關元件，用於改變屏幕上經過濾光裝置的光束和所述紅色雷射束的光強。
24.如權利要求23所述的圖像顯示器，其中所述開關元件是液晶調製器。
25.如權利要求23所述的圖像顯示器，其中所述開關元件是微鏡陣列。
26.如權利要求23所述的圖像顯示器，其中所述放電管是金屬滷化物燈，高壓水銀燈，或氙氣燈。
27.如權利要求15所述的圖像顯示器，其中所述屏幕是一個反射型全息屏幕，具有相應於光源、空間光調製器和投影成像裝置中彩色再現波長的反射波長特性。
28.如權利要求15所述的圖像顯示器，其中所述屏幕使其投影表面被經過混合多種類型調色劑微粒製備的材料覆蓋，從而具有相應於光源、空間光調製器和投影成像裝置中彩色再現波長的反射波長特性。
29.如權利要求15所述的圖像顯示器，其中所述屏幕包括基底件，形成在所述基底件上的光吸收層，所述光吸收層適合於吸收大致覆蓋了整個可見光範圍的波長範圍的光，和形成在所述光吸收層上的光控制層，和所述光控制層具有散射成像功能，由投影成像裝置投射的基色光漫反射並由此形成圖像，還具有反射波長選擇功能，選擇性地反射基色光波長範圍的光並透射其它波長範圍的光。
30.如權利要求29所述的圖像顯示器，其中光控制層具有形成於其表面部分中的細微凹凸面或微鏡。
31.如權利要求29所述的圖像顯示器，其中光控制層由於具有在所述層中分散的不同折射率的細微散射體而具有散射成像功能。
32.如權利要求29所述的圖像顯示器，其中光控制層使用Bragg反射膜而形成為一多層薄膜帶通濾光器，從而具有反射波長選擇功能。
33.如權利要求29所述的圖像顯示器，其中光控制層由於具有全息反射膜而具有反射波長選擇功能，並被形成為一個反射型全息屏幕。
34.如權利要求29所述的圖像顯示器，其中光控制層通過使其表面部分被以下調色劑微粒的混合物覆蓋而具有反射波長選擇功能，所述混合物中第一調色劑微粒對紅色波長範圍光的反射率高於其它波長範圍的光，第二調色劑微粒對綠色波長範圍光的反射率高於其它波長範圍的光，第三調色劑微粒對藍色波長範圍光的反射率高於其它波長範圍的光。
35.如權利要求29所述的圖像顯示器，其中光控制層具有增益控制功能，依賴於反射光的出口方向，使反射光的量關於入射光而改變。
36.如權利要求35所述的圖像顯示器，其中光控制層由於在其表面部分具有多個細微的凹面部分而具有透鏡效應，從而具有增益控制功能。
37.如權利要求35所述的圖像顯示器，其中基底件的表面部分中具有多個細微凹面部分，所述光控制層的形狀跟隨基底件表面的形狀並具有透鏡效應，從而具有增益控制功能。
38.如權利要求29所述的圖像顯示器，進一步包含在光控制層上的外部光減少層，使所述外部光減少層適合透射由投影成像裝置投射的圖像顯示光波長範圍的光，並吸收其它波長範圍的光。
39.如權利要求29所述的圖像顯示器，進一步包含在光控制層上的外部光減少層，所述外部光減少層具有多個細微遮光片，用於透射由投影成像裝置投射的圖像顯示光入射方向上的光，並遮斷其它方向上的入射光。
40.如權利要求29所述的圖像顯示器，進一步包含在光控制層上的外部光減少層，使所述外部光減少層適合透射由投影成像裝置投射的圖像顯示光的偏振狀態的光，並吸收其它偏振狀態的光。
41.如權利要求15所述的圖像顯示器，其中外部光產生裝置具有一個螢光管，其具有不同於光源、空間光調製器和投影成像裝置中彩色再現波長的波長特性，並使所述螢光管發射外部光。
42.如權利要求15所述的圖像顯示器，其中外部光產生裝置具有一個螢光管和用於遮斷由所述螢光管發射光束中部分波長範圍光束的濾光裝置，並經過所述濾光裝置發射外部光，所述外部光具有不同於光源、空間光調製器和投影成像裝置中彩色再現波長的波長特性。
43.如權利要求15所述的圖像顯示器，其中外部光產生裝置包括一個發光二極體並發射外部光，所述外部光具有不同於光源、空間光調製器和投影成像裝置中彩色再現波長的波長特性。
44.如權利要求15所述的圖像顯示器，其中外部光產生裝置包括一個紫外線發光二極體和由所述紫外線發光二極體發射的紫外線激活的可見螢光材料，並發射外部光，所述外部光具有不同於光源、空間光調製器和投影成像裝置中彩色再現波長的波長特性。
45.一種圖像顯示器包括光源，用於發射紅、綠和藍基色光中的兩個，和一個紫外線；空間光調製器，用於根據圖像信息調製由光源發射的光束的強度；投影成像裝置，用於使光強由空間光調製器調製的兩個色光和紫外線在屏幕上成像；和外部光產生裝置，用波長不同於兩個色光和紫外線的外部光照射屏幕；其中，屏幕對兩色光的反射率高於對外部光的反射率，對兩色光的吸收率低於對外部光的吸收率，並且所述屏幕具有一個色彩轉換層，用於將紫外線轉換為三基色光中剩餘的一個。
全文摘要
根據本發明的圖像顯示器屏幕具有一個基底件，一個形成在基底件上並適合於吸收可見光範圍內光的光吸收層，和一個形成在光吸收層上的光控制層。光控制層反射被投射的圖像顯示光來形成圖像，並具有反射波長選擇功能，選擇性地反射圖像顯示光波長範圍的光。通過使用根據本發明的圖像顯示器屏幕，用戶即使在一個明亮環境中也能容易地欣賞大屏幕圖像顯示。
文檔編號H01J9/227GK1487357SQ03155509
公開日2004年4月7日 申請日期2003年7月11日 優先權日2002年7月11日
發明者梅屋慎次郎, 田中義禮, 禮 申請人:索尼公司