专利名称：具有液体光学滤光器的图像投影设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及包含一种投影显示设备，其包括具有用于提供照明光束的光源和光学系统的照明系统；用于使用图像信息对照明光束进行调制并且将图像投影到屏幕上的图像显示系统；用于将来自该光源的辐射的第一部分传输到该光学系统的滤光器装置，并且该滤光器装置还用于吸收来自该光源的辐射的第二部分，其中该辐射的第一部分具有位于可视区域内的第一波长范围，该辐射的第二部分具有位于可视区域之外的第二波长范围；以及冷却装置，其包含用于冷却该滤光器装置的液体。
投影显示设备可被用于背面图像投影系统和正面图像投影系统。在背面投影系统中，投影显示设备将呈现电视或数据图像信息的图像投影到散射透明屏幕的背面，其正面面向观看的观众。在正面投影系统中，投影显示设备将呈现电视或数据图像信息的图像投影到反射屏幕的正面，其正面面向观看的观众。
在日本Kokai 09-005734中描述了这样一种投影显示设备。该已知的投影显示设备包含用于提供照明光束的照明系统和用于使用图像信息对由该照明系统提供的照明光束进行调制并将图像投影到屏幕上的图像显示系统。该照明系统包含用于形成照明光束的光源和光学系统。该光源可以是超高压放电灯。这种灯除了产生可见辐射之外，还产生波长范围主要位于250到425nm之间的紫外辐射和波长范围主要位于800nm到950nm之间的红外辐射。为了过滤来自光源的这些不希望得到的辐射部分，例如紫外和红外辐射，可以在光源和光学系统之间的光路上放置紫外吸收滤光器和红外吸收滤光器。为了使紫外和红外吸收滤光器保持在它们的最高工作温度之下，提供了一种包含装有冷却液的两个平行盘的冷却容器，该容器含有用于可见区域内的波长范围的透明部分，从而使照明光束通过。该冷却装置被放置在照明光束中并且贴附于紫外吸收滤光器或红外吸收滤光器从而将紫外吸收滤光器或红外滤光器中产生的热量分别传导到该投影显示设备的外界。
该投影显示设备的一个缺点是紫外吸收滤光器和容器之间的热传导是有限的，并且温度可能会超过滤光器的工作温度，这会影响滤光器的截止波长和寿命。
本发明的一个目的在于提供一种具有延长的寿命的投影显示设备。可以通过根据本发明的投影显示设备实现该目的，并且该投影显示设备的特征在于滤光器装置包含液体，其中该液体包含用于吸收第二波长范围辐射的辐射吸收添加剂。本发明基于以下认识利用液体中的对流，可以直接将由吸收辐射所产生的热量传导到外界，而在传统的系统中，热传导受限于紫外或红外吸收材料中的传导。在这种新的投影显示设备中，通过对流来实现的热传导的效率更高，从而滤光器装置可以工作在较低的工作温度，这会延长寿命。
另一个优点在于滤光器装置的截止波长的稳定性得到了改善，这是因为截止波长对温度的依从关系。更加恒定的温度提供了滤光器装置的更稳定的截止波长。另外，改善了的冷却可以允许投影显示设备的更紧凑的设计。
根据本发明的投影显示的一种特别的优选实施方案的特征在于，液体包含溶剂并且辐射吸收添加剂是一种可以溶解在该溶剂中的物质，用于吸收具有第二波长范围的辐射。该第二波长范围可以是位于250到425nm之间的紫外范围或者是位于800到950nm之间的红外范围。
投影显示设备的另一种实施方案的特征在于，溶剂是水并且辐射吸收物质是二苯酮磷酸盐和苯并三唑磷酸盐的组中的一种。二苯酮硫酸盐或者苯并三唑硫酸盐也可以被用作辐射吸收物质，这两种物质也都溶于水。这些辐射吸收物质主要吸收位于350到425nm范围内的紫外辐射。
投影显示设备的另一种实施方案的特征在于，溶剂是有机液体并且辐射吸收添加剂是二苯酮和苯并三唑的组中的一种。该辐射吸收物质也吸收位于250到425nm范围内的紫外辐射。
投影显示设备的另一种实施方案的特征在于，溶剂是水并且辐射吸收物质是羰花青的组中的一种。该辐射吸收物质主要吸收位于800到950nm波长范围内的红外辐射。
通过参考下面所描述的实施方案，本发明的这些和其它方面变得清晰，并且将得到阐明。
在附图中
图1显示了具有滤光器装置的投影显示设备的例子，图2显示了UHP灯的电磁辐射谱的图，图3显示了装有滤光器液体的容器的例子，
图4显示了Eusolex 9020溶于有机溶剂中所形成的溶液的紫外吸收与波长之间的关系图，以及图5显示了靛青绿溶于水中所形成的溶液的红外吸收与波长之间的关系图。
图1显示了第一图像投影设备1的一个例子，该图像投影设备包含用于提供照明光束的照明系统3和用于调制该照明光束的传统图像显示系统5。照明系统3包含光源7、反射器9、紫外吸收滤光器11、聚光透镜13和偏振转换器15。反射器9确保了由光源7所发出的偏离照明系统的光的大部分仍然可以到达图像显示系统5。由照明系统3所产生的照明光束入射到图像显示系统5上。图像显示系统5包含分色镜17、21，镜19、23、25，十字形分色镜33，以及例如为透射液晶显示板的透射显示板27、29、31，分析仪35和投影透镜37。
在工作中，来自光源7和反射器9的白光通过紫外吸收滤光器11、聚光器板13和偏振转换系统15被耦合进显示系统5。聚光器板13提供均匀的照明光束。偏振转换系统15将入射的非偏振照明光束转换为具有单一线性偏振方向的照明光束。紫外吸收滤光器吸收照明光束中的位于250到425nm范围内的辐射。
此外，红外吸收滤光器12可以被放置在光源7和聚光器板13之间，用于吸收来自光源的位于800到950nm范围内的辐射。在显示系统5中，第一分色镜17从白色照明光束中分离出红色子光束。镜19将该红色子光束引导到第一液晶显示板27。第一分色镜17将蓝和绿色子光束引导到第二分色镜21。第二分色镜21将绿色部分引导到第二液晶显示板29并且蓝色部分通过镜23和25被传输到第三液晶显示板31。液晶显示板27、29、31根据所提供的图像信息对红色、绿色和蓝色部分进行调制。十字形分色镜33将红色、绿色和蓝色子光束合并为单个的受调制的光束并且通过分析仪35将该受调制的光束引导到投影透镜。投影透镜37使受调制的光束在投影屏幕(未示出)上成像。
光源7可以是超高压放电灯，例如由菲利浦电子(PhilipsElectronics)提供的UHP-100。除了可见波长范围之内的辐射，该UHP灯还产生位于电磁谱的紫外部分和红外部分中的辐射。
图2显示了由100瓦UHP灯所辐射的频谱图。
该图显示了三条线，第一条线，用0-0-0-0标出，指示了灯的燃烧器或中央部分，即实际放电发生处的灯的输出，其单位是瓦/nm。第二条线，用x-x-x-x标出，指示了在反射器之前测量得到的UHP灯的输出，以及第三条线，用----标出，指示了在反射器之后测量得到的灯的输出。
来自UHP灯7的光的紫外部分可能会破坏偏振转换系统15、液晶显示板29、31、33和可能位于分析仪35内的偏振器箔。因此，紫外滤光器11被放置在UHP灯7和偏振转换系统15之间。紫外吸收滤光器11吸收来自UHP灯的辐射的、位于250到425nm范围内的辐射。
UHP灯的辐射的红外部分会加热偏振转换系统15和液晶显示板27、29、31，因此，偏振转换系统15和液晶显示板27、29、31可能需要额外的冷却。为了防止对偏振转换系统15或液晶显示板27、29、31的不必要的加热，红外吸收滤光器12被放置在UHP灯5和聚光器板13之间。红外吸收滤光器12吸收来自UHP灯5的位于800到950nm范围内的辐射并且减轻对偏振转换系统15和液晶显示板29、31、33的加热。较低的工作温度会延长这些器件的寿命并且因此会延长投影显示设备的寿命。为了提高紫外吸收滤光器11和红外吸收滤光器12的冷却，这些滤光器可以被连接到装有冷却液的容器。该容器和冷却液的一部分是透明的，用于传输来自UHP灯7的位于425到800nm范围内的辐射的一部分。冷却容器39可以配有冷却散热片(未示出)，从而将热量从冷却容器39传导到外界。
为了进一步提高紫外和红外滤光器11、12的冷却，两个滤光器都被做成具有用于将辐射传输到聚光器板13的透明部分的容器，并且该容器含有用于位于425到800nm的可见范围辐射的液体透明部分，其中该液体包含紫外吸收物质。红外滤光器12也包括一个容器，其具有用于将425到800nm可见范围内的辐射传输到聚光器板13的透明部分，其中该液体包括一种对425到800nm可见范围内的辐射透明的液体，其中该液体包含一种红外吸收物质。
图3是紫外吸收滤光器11的截面图。紫外吸收滤光器11包含具有矩形框架41的容器39，该矩形框架配有两个透明表面43、45，例如玻璃或有机玻璃。容器39装有溶剂47和可溶于该溶剂的紫外吸收物质。另外，散热片49可以连接到框架41。该溶剂可以是水或者有机溶剂。可溶于水的物质的例子为二苯酮磷酸盐、苯并三唑磷酸盐、二苯酮硫酸盐、苯并三唑硫酸盐。
实际可应用的物质可以是Eusolex 232(苯基苯并咪唑磺酸)，它是可溶于水的UV-B滤光剂，并且可以从Merck获得该物质。
可溶于油的物质的例子是二苯酮和苯并三唑。
实际可应用的物质可以是可溶于油的UV-A滤光剂，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滤光剂Eusolex 2292(甲氧基肉桂酸辛酯)。所有这些物质都可以从Merck获得。
图4显示了Eusolex 9020溶于油后的吸收效力与波长之间的关系的特性图。该特性显示了对位于300到425nm的频谱的UV-B部分的高效力。
红外吸收滤光器12的结构与图3中所示的紫外吸收滤光器11的结构类似。容器39装有溶剂和可溶于该溶剂的红外吸收物质。该溶剂可以是水或有机溶剂。水和其它溶剂(如甲醇、乙醇、乙二醇)吸收波长大于1000nm的辐射。为了吸收波长位于800到1000nm范围内的辐射，可以加入红外吸收添加剂，如羰花青。例如，IR1000、IR27(它们可以从Sigma-Aldrich定购)，以及靛青绿(ICG)。
图5显示了靛青绿的吸收特性。ICG是一种三碳菁染料，它在800nm处具有吸收峰值并且在电磁谱的可见范围内具有很小的吸收。
在工作中，该散逸热现在将直接产生在液体47中，并且主要通过液体47中的对流而不是像在传统紫外和红外吸收滤光器中那样通过辐射吸收材料中的传导被传递到散热片49。这会带来紫外和红外吸收滤光器的有效冷却。
本发明不限于上述投影系统，而是也可以被应用于具有例如硅上液晶(LCOS)板的反射显示板的滚动彩色投影系统。
权利要求
1.一种投影显示设备，包含具有用于提供照明光束的光源和光学系统的照明系统，用于利用图像信息对照明光束进行调制并且将图像投影到屏幕上的图像显示系统，滤光器装置，用于将来自该光源的辐射的第一部分传输到该光学系统，该第一部分辐射具有位于可见区域内的第一波长范围，该滤光器装置还用于吸收来自该光源的辐射的第二部分，该第二部分具有位于该可见区域之外的第二波长范围，以及包含用于冷却该滤光器装置的液体的冷却装置，其特征在于该滤光器装置包含液体，该液体包含用于吸收该第二波长范围的辐射吸收添加剂。
2.如权利要求2所述的投影显示设备，其特征在于该液体包含溶剂并且该辐射吸收添加剂是可以溶于该溶剂的物质。
3.如权利要求2所述的投影显示设备，其特征在于该第二波长范围位于250到425nm之间。
4.如权利要求3所述的投影显示设备，其特征在于溶剂是水并且该辐射吸收物质是二苯酮磷酸盐和苯并三唑磷酸盐的组中的一种。
5.如权利要求3所述的投影显示设备，其特征在于溶剂是水并且该辐射吸收物质是二苯酮硫酸盐和苯并三唑硫酸盐的组中的一种。
6.如权利要求3所述的投影显示设备，其特征在于溶剂是有机的并且该辐射吸收添加剂是二苯酮和苯并三唑的组中的一种。
7.如权利要求2所述的投影显示设备，其特征在于该第二波长范围位于800到950nm之间。
8.如权利要求8所述的投影显示设备，其特征在于溶剂是水并且该辐射吸收物质是羰花青的组中的一种。
全文摘要
本发明涉及具有照明系统的投影显示设备，该照明系统包含用于提供照明光束的光源和光学系统。该投影显示设备还具有图像显示系统，用于使用图像信息对照明光束进行调制并且将图像投影到屏幕上。为了从光源中过滤紫外和红外辐射，提供了一种传输可见光的滤光器装置。提供了一种包含冷却液的用于冷却该滤光器装置的冷却装置。在该投影显示设备中，该滤光器装置包含冷却液，该冷却液包含用于吸收紫外和红外辐射的辐射吸收添加剂。
文档编号G03B21/14GK1554197SQ02817676
公开日2004年12月8日 申请日期2002年7月24日 优先权日2001年9月11日
发明者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·索尔斯, P 索尔斯 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司