專利名稱：具有液體光學(xué)濾光器的圖像投影設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及包含一種投影顯示設(shè)備，其包括具有用于提供照明光束的光源和光學(xué)系統(tǒng)的照明系統(tǒng)；用于使用圖像信息對(duì)照明光束進(jìn)行調(diào)制并且將圖像投影到屏幕上的圖像顯示系統(tǒng)；用于將來自該光源的輻射的第一部分傳輸?shù)皆摴鈱W(xué)系統(tǒng)的濾光器裝置，并且該濾光器裝置還用于吸收來自該光源的輻射的第二部分，其中該輻射的第一部分具有位于可視區(qū)域內(nèi)的第一波長(zhǎng)范圍，該輻射的第二部分具有位于可視區(qū)域之外的第二波長(zhǎng)范圍；以及冷卻裝置，其包含用于冷卻該濾光器裝置的液體。
投影顯示設(shè)備可被用于背面圖像投影系統(tǒng)和正面圖像投影系統(tǒng)。在背面投影系統(tǒng)中，投影顯示設(shè)備將呈現(xiàn)電視或數(shù)據(jù)圖像信息的圖像投影到散射透明屏幕的背面，其正面面向觀看的觀眾。在正面投影系統(tǒng)中，投影顯示設(shè)備將呈現(xiàn)電視或數(shù)據(jù)圖像信息的圖像投影到反射屏幕的正面，其正面面向觀看的觀眾。
在日本Kokai 09-005734中描述了這樣一種投影顯示設(shè)備。該已知的投影顯示設(shè)備包含用于提供照明光束的照明系統(tǒng)和用于使用圖像信息對(duì)由該照明系統(tǒng)提供的照明光束進(jìn)行調(diào)制并將圖像投影到屏幕上的圖像顯示系統(tǒng)。該照明系統(tǒng)包含用于形成照明光束的光源和光學(xué)系統(tǒng)。該光源可以是超高壓放電燈。這種燈除了產(chǎn)生可見輻射之外，還產(chǎn)生波長(zhǎng)范圍主要位于250到425nm之間的紫外輻射和波長(zhǎng)范圍主要位于800nm到950nm之間的紅外輻射。為了過濾來自光源的這些不希望得到的輻射部分，例如紫外和紅外輻射，可以在光源和光學(xué)系統(tǒng)之間的光路上放置紫外吸收濾光器和紅外吸收濾光器。為了使紫外和紅外吸收濾光器保持在它們的最高工作溫度之下，提供了一種包含裝有冷卻液的兩個(gè)平行盤的冷卻容器，該容器含有用于可見區(qū)域內(nèi)的波長(zhǎng)范圍的透明部分，從而使照明光束通過。該冷卻裝置被放置在照明光束中并且貼附于紫外吸收濾光器或紅外吸收濾光器從而將紫外吸收濾光器或紅外濾光器中產(chǎn)生的熱量分別傳導(dǎo)到該投影顯示設(shè)備的外界。
該投影顯示設(shè)備的一個(gè)缺點(diǎn)是紫外吸收濾光器和容器之間的熱傳導(dǎo)是有限的，并且溫度可能會(huì)超過濾光器的工作溫度，這會(huì)影響濾光器的截止波長(zhǎng)和壽命。
本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種具有延長(zhǎng)的壽命的投影顯示設(shè)備?？梢酝ㄟ^根據(jù)本發(fā)明的投影顯示設(shè)備實(shí)現(xiàn)該目的，并且該投影顯示設(shè)備的特征在于濾光器裝置包含液體，其中該液體包含用于吸收第二波長(zhǎng)范圍輻射的輻射吸收添加劑。本發(fā)明基于以下認(rèn)識(shí)利用液體中的對(duì)流，可以直接將由吸收輻射所產(chǎn)生的熱量傳導(dǎo)到外界，而在傳統(tǒng)的系統(tǒng)中，熱傳導(dǎo)受限于紫外或紅外吸收材料中的傳導(dǎo)。在這種新的投影顯示設(shè)備中，通過對(duì)流來實(shí)現(xiàn)的熱傳導(dǎo)的效率更高，從而濾光器裝置可以工作在較低的工作溫度，這會(huì)延長(zhǎng)壽命。
另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于濾光器裝置的截止波長(zhǎng)的穩(wěn)定性得到了改善，這是因?yàn)榻刂共ㄩL(zhǎng)對(duì)溫度的依從關(guān)系。更加恒定的溫度提供了濾光器裝置的更穩(wěn)定的截止波長(zhǎng)。另外，改善了的冷卻可以允許投影顯示設(shè)備的更緊湊的設(shè)計(jì)。
根據(jù)本發(fā)明的投影顯示的一種特別的優(yōu)選實(shí)施方案的特征在于，液體包含溶劑并且輻射吸收添加劑是一種可以溶解在該溶劑中的物質(zhì)，用于吸收具有第二波長(zhǎng)范圍的輻射。該第二波長(zhǎng)范圍可以是位于250到425nm之間的紫外范圍或者是位于800到950nm之間的紅外范圍。
投影顯示設(shè)備的另一種實(shí)施方案的特征在于，溶劑是水并且輻射吸收物質(zhì)是二苯酮磷酸鹽和苯并三唑磷酸鹽的組中的一種。二苯酮硫酸鹽或者苯并三唑硫酸鹽也可以被用作輻射吸收物質(zhì)，這兩種物質(zhì)也都溶于水。這些輻射吸收物質(zhì)主要吸收位于350到425nm范圍內(nèi)的紫外輻射。
投影顯示設(shè)備的另一種實(shí)施方案的特征在于，溶劑是有機(jī)液體并且輻射吸收添加劑是二苯酮和苯并三唑的組中的一種。該輻射吸收物質(zhì)也吸收位于250到425nm范圍內(nèi)的紫外輻射。
投影顯示設(shè)備的另一種實(shí)施方案的特征在于，溶劑是水并且輻射吸收物質(zhì)是羰花青的組中的一種。該輻射吸收物質(zhì)主要吸收位于800到950nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的紅外輻射。
通過參考下面所描述的實(shí)施方案，本發(fā)明的這些和其它方面變得清晰，并且將得到闡明。
在附圖中

圖1顯示了具有濾光器裝置的投影顯示設(shè)備的例子，圖2顯示了UHP燈的電磁輻射譜的圖，圖3顯示了裝有濾光器液體的容器的例子，
圖4顯示了Eusolex 9020溶于有機(jī)溶劑中所形成的溶液的紫外吸收與波長(zhǎng)之間的關(guān)系圖，以及圖5顯示了靛青綠溶于水中所形成的溶液的紅外吸收與波長(zhǎng)之間的關(guān)系圖。
圖1顯示了第一圖像投影設(shè)備1的一個(gè)例子，該圖像投影設(shè)備包含用于提供照明光束的照明系統(tǒng)3和用于調(diào)制該照明光束的傳統(tǒng)圖像顯示系統(tǒng)5。照明系統(tǒng)3包含光源7、反射器9、紫外吸收濾光器11、聚光透鏡13和偏振轉(zhuǎn)換器15。反射器9確保了由光源7所發(fā)出的偏離照明系統(tǒng)的光的大部分仍然可以到達(dá)圖像顯示系統(tǒng)5。由照明系統(tǒng)3所產(chǎn)生的照明光束入射到圖像顯示系統(tǒng)5上。圖像顯示系統(tǒng)5包含分色鏡17、21，鏡19、23、25，十字形分色鏡33，以及例如為透射液晶顯示板的透射顯示板27、29、31，分析儀35和投影透鏡37。
在工作中，來自光源7和反射器9的白光通過紫外吸收濾光器11、聚光器板13和偏振轉(zhuǎn)換系統(tǒng)15被耦合進(jìn)顯示系統(tǒng)5。聚光器板13提供均勻的照明光束。偏振轉(zhuǎn)換系統(tǒng)15將入射的非偏振照明光束轉(zhuǎn)換為具有單一線性偏振方向的照明光束。紫外吸收濾光器吸收照明光束中的位于250到425nm范圍內(nèi)的輻射。
此外，紅外吸收濾光器12可以被放置在光源7和聚光器板13之間，用于吸收來自光源的位于800到950nm范圍內(nèi)的輻射。在顯示系統(tǒng)5中，第一分色鏡17從白色照明光束中分離出紅色子光束。鏡19將該紅色子光束引導(dǎo)到第一液晶顯示板27。第一分色鏡17將藍(lán)和綠色子光束引導(dǎo)到第二分色鏡21。第二分色鏡21將綠色部分引導(dǎo)到第二液晶顯示板29并且藍(lán)色部分通過鏡23和25被傳輸?shù)降谌壕э@示板31。液晶顯示板27、29、31根據(jù)所提供的圖像信息對(duì)紅色、綠色和藍(lán)色部分進(jìn)行調(diào)制。十字形分色鏡33將紅色、綠色和藍(lán)色子光束合并為單個(gè)的受調(diào)制的光束并且通過分析儀35將該受調(diào)制的光束引導(dǎo)到投影透鏡。投影透鏡37使受調(diào)制的光束在投影屏幕(未示出)上成像。
光源7可以是超高壓放電燈，例如由菲利浦電子(PhilipsElectronics)提供的UHP-100。除了可見波長(zhǎng)范圍之內(nèi)的輻射，該UHP燈還產(chǎn)生位于電磁譜的紫外部分和紅外部分中的輻射。
圖2顯示了由100瓦UHP燈所輻射的頻譜圖。
該圖顯示了三條線，第一條線，用0-0-0-0標(biāo)出，指示了燈的燃燒器或中央部分，即實(shí)際放電發(fā)生處的燈的輸出，其單位是瓦/nm。第二條線，用x-x-x-x標(biāo)出，指示了在反射器之前測(cè)量得到的UHP燈的輸出，以及第三條線，用----標(biāo)出，指示了在反射器之后測(cè)量得到的燈的輸出。
來自UHP燈7的光的紫外部分可能會(huì)破壞偏振轉(zhuǎn)換系統(tǒng)15、液晶顯示板29、31、33和可能位于分析儀35內(nèi)的偏振器箔。因此，紫外濾光器11被放置在UHP燈7和偏振轉(zhuǎn)換系統(tǒng)15之間。紫外吸收濾光器11吸收來自UHP燈的輻射的、位于250到425nm范圍內(nèi)的輻射。
UHP燈的輻射的紅外部分會(huì)加熱偏振轉(zhuǎn)換系統(tǒng)15和液晶顯示板27、29、31，因此，偏振轉(zhuǎn)換系統(tǒng)15和液晶顯示板27、29、31可能需要額外的冷卻。為了防止對(duì)偏振轉(zhuǎn)換系統(tǒng)15或液晶顯示板27、29、31的不必要的加熱，紅外吸收濾光器12被放置在UHP燈5和聚光器板13之間。紅外吸收濾光器12吸收來自UHP燈5的位于800到950nm范圍內(nèi)的輻射并且減輕對(duì)偏振轉(zhuǎn)換系統(tǒng)15和液晶顯示板29、31、33的加熱。較低的工作溫度會(huì)延長(zhǎng)這些器件的壽命并且因此會(huì)延長(zhǎng)投影顯示設(shè)備的壽命。為了提高紫外吸收濾光器11和紅外吸收濾光器12的冷卻，這些濾光器可以被連接到裝有冷卻液的容器。該容器和冷卻液的一部分是透明的，用于傳輸來自UHP燈7的位于425到800nm范圍內(nèi)的輻射的一部分。冷卻容器39可以配有冷卻散熱片(未示出)，從而將熱量從冷卻容器39傳導(dǎo)到外界。
為了進(jìn)一步提高紫外和紅外濾光器11、12的冷卻，兩個(gè)濾光器都被做成具有用于將輻射傳輸?shù)骄酃馄靼?3的透明部分的容器，并且該容器含有用于位于425到800nm的可見范圍輻射的液體透明部分，其中該液體包含紫外吸收物質(zhì)。紅外濾光器12也包括一個(gè)容器，其具有用于將425到800nm可見范圍內(nèi)的輻射傳輸?shù)骄酃馄靼?3的透明部分，其中該液體包括一種對(duì)425到800nm可見范圍內(nèi)的輻射透明的液體，其中該液體包含一種紅外吸收物質(zhì)。
圖3是紫外吸收濾光器11的截面圖。紫外吸收濾光器11包含具有矩形框架41的容器39，該矩形框架配有兩個(gè)透明表面43、45，例如玻璃或有機(jī)玻璃。容器39裝有溶劑47和可溶于該溶劑的紫外吸收物質(zhì)。另外，散熱片49可以連接到框架41。該溶劑可以是水或者有機(jī)溶劑?？扇苡谒奈镔|(zhì)的例子為二苯酮磷酸鹽、苯并三唑磷酸鹽、二苯酮硫酸鹽、苯并三唑硫酸鹽。
實(shí)際可應(yīng)用的物質(zhì)可以是Eusolex 232(苯基苯并咪唑磺酸)，它是可溶于水的UV-B濾光劑，并且可以從Merck獲得該物質(zhì)。
可溶于油的物質(zhì)的例子是二苯酮和苯并三唑。
實(shí)際可應(yīng)用的物質(zhì)可以是可溶于油的UV-A濾光劑，例如Eusolex9020(丁基甲氧基二苯甲酰甲烷(butyl metoxydibenzoylmethane)、Eusolex 6007(辛基二甲基(octyldimethyl)PABA)或者可溶于油的UV-B濾光劑Eusolex 2292(甲氧基肉桂酸辛酯)。所有這些物質(zhì)都可以從Merck獲得。
圖4顯示了Eusolex 9020溶于油后的吸收效力與波長(zhǎng)之間的關(guān)系的特性圖。該特性顯示了對(duì)位于300到425nm的頻譜的UV-B部分的高效力。
紅外吸收濾光器12的結(jié)構(gòu)與圖3中所示的紫外吸收濾光器11的結(jié)構(gòu)類似。容器39裝有溶劑和可溶于該溶劑的紅外吸收物質(zhì)。該溶劑可以是水或有機(jī)溶劑。水和其它溶劑(如甲醇、乙醇、乙二醇)吸收波長(zhǎng)大于1000nm的輻射。為了吸收波長(zhǎng)位于800到1000nm范圍內(nèi)的輻射，可以加入紅外吸收添加劑，如羰花青。例如，IR1000、IR27(它們可以從Sigma-Aldrich定購(gòu))，以及靛青綠(ICG)。
圖5顯示了靛青綠的吸收特性。ICG是一種三碳菁染料，它在800nm處具有吸收峰值并且在電磁譜的可見范圍內(nèi)具有很小的吸收。
在工作中，該散逸熱現(xiàn)在將直接產(chǎn)生在液體47中，并且主要通過液體47中的對(duì)流而不是像在傳統(tǒng)紫外和紅外吸收濾光器中那樣通過輻射吸收材料中的傳導(dǎo)被傳遞到散熱片49。這會(huì)帶來紫外和紅外吸收濾光器的有效冷卻。
本發(fā)明不限于上述投影系統(tǒng)，而是也可以被應(yīng)用于具有例如硅上液晶(LCOS)板的反射顯示板的滾動(dòng)彩色投影系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種投影顯示設(shè)備，包含具有用于提供照明光束的光源和光學(xué)系統(tǒng)的照明系統(tǒng)，用于利用圖像信息對(duì)照明光束進(jìn)行調(diào)制并且將圖像投影到屏幕上的圖像顯示系統(tǒng)，濾光器裝置，用于將來自該光源的輻射的第一部分傳輸?shù)皆摴鈱W(xué)系統(tǒng)，該第一部分輻射具有位于可見區(qū)域內(nèi)的第一波長(zhǎng)范圍，該濾光器裝置還用于吸收來自該光源的輻射的第二部分，該第二部分具有位于該可見區(qū)域之外的第二波長(zhǎng)范圍，以及包含用于冷卻該濾光器裝置的液體的冷卻裝置，其特征在于該濾光器裝置包含液體，該液體包含用于吸收該第二波長(zhǎng)范圍的輻射吸收添加劑。
2.如權(quán)利要求2所述的投影顯示設(shè)備，其特征在于該液體包含溶劑并且該輻射吸收添加劑是可以溶于該溶劑的物質(zhì)。
3.如權(quán)利要求2所述的投影顯示設(shè)備，其特征在于該第二波長(zhǎng)范圍位于250到425nm之間。
4.如權(quán)利要求3所述的投影顯示設(shè)備，其特征在于溶劑是水并且該輻射吸收物質(zhì)是二苯酮磷酸鹽和苯并三唑磷酸鹽的組中的一種。
5.如權(quán)利要求3所述的投影顯示設(shè)備，其特征在于溶劑是水并且該輻射吸收物質(zhì)是二苯酮硫酸鹽和苯并三唑硫酸鹽的組中的一種。
6.如權(quán)利要求3所述的投影顯示設(shè)備，其特征在于溶劑是有機(jī)的并且該輻射吸收添加劑是二苯酮和苯并三唑的組中的一種。
7.如權(quán)利要求2所述的投影顯示設(shè)備，其特征在于該第二波長(zhǎng)范圍位于800到950nm之間。
8.如權(quán)利要求8所述的投影顯示設(shè)備，其特征在于溶劑是水并且該輻射吸收物質(zhì)是羰花青的組中的一種。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有照明系統(tǒng)的投影顯示設(shè)備，該照明系統(tǒng)包含用于提供照明光束的光源和光學(xué)系統(tǒng)。該投影顯示設(shè)備還具有圖像顯示系統(tǒng)，用于使用圖像信息對(duì)照明光束進(jìn)行調(diào)制并且將圖像投影到屏幕上。為了從光源中過濾紫外和紅外輻射，提供了一種傳輸可見光的濾光器裝置。提供了一種包含冷卻液的用于冷卻該濾光器裝置的冷卻裝置。在該投影顯示設(shè)備中，該濾光器裝置包含冷卻液，該冷卻液包含用于吸收紫外和紅外輻射的輻射吸收添加劑。
文檔編號(hào)G03B21/14GK1554197SQ02817676
公開日2004年12月8日 申請(qǐng)日期2002年7月24日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月11日
發(fā)明者P·B·J·沙雷曼, P B J 沙雷曼, J 哈德曼, T·B·J·哈德曼, F·G·P·索爾斯, P 索爾斯 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司