專利名稱：提高投影系統(tǒng)對(duì)比度的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種投影系統(tǒng)，特別涉及一種能提高對(duì)比度的投影系統(tǒng)的光學(xué)引擎設(shè)計(jì)，以及其中的濾光片的鍍膜方式。
背景技術(shù)：
近年來，投影顯示裝置已廣泛應(yīng)用于各種場(chǎng)合，不僅適用于公眾場(chǎng)合播放演示文稿或影片，亦已深入家庭，成為新一代的視聽娛樂設(shè)備主流。現(xiàn)今投影顯示裝置的發(fā)展趨勢(shì)為發(fā)展體積小、重量輕，而且可提供良好亮度、對(duì)比度與影像放大的高品質(zhì)投影機(jī)。尤其是便攜式投影機(jī)，由于攜帶方便，可隨時(shí)隨地使用，相當(dāng)受到消費(fèi)者青睞，此外，由于微平面顯示裝置中，大幅地節(jié)省投影機(jī)的重量與體積，因此若能搭配一良好的光學(xué)引擎，便可得到良好的放大影像品質(zhì)。
另一方面，一般投影系統(tǒng)所使用的光源通常為高壓汞燈(UHP lamp)，而此汞燈的特性在綠光的光譜相較于紅光、藍(lán)光都強(qiáng)，導(dǎo)致混成白光偏綠。為了讓投影系統(tǒng)所顯示的白場(chǎng)更白，通常都是利用微顯示器(Micro-display)電壓對(duì)透光率曲線(V-T Curve)的特性，調(diào)整其電壓，使綠光的穿透率降低。以此方法來控制綠光的能量比例，使得光學(xué)三原色，紅(R)、綠(G)、藍(lán)(B)的能量能匹配，以得到所要的色溫，此法稱為白平衡調(diào)整。然而一般電壓控制有其范圍，若為了達(dá)成白平衡的效果而降低綠光的電壓，在顯示灰級(jí)影像時(shí)將使電壓的可調(diào)整范圍縮小，故此方法會(huì)使光利用率降低，損耗光源的光度并使耗電度增加。
為得到相同效果的白場(chǎng)，除了可從電壓上著手外，亦可于光學(xué)引擎內(nèi)的光學(xué)組件著手。使用光學(xué)上達(dá)到白平衡的方法，有一種方式是使用延遲堆棧(retarder stack)技術(shù)，針對(duì)某個(gè)波長(zhǎng)的波段做90度相位差的改變，再配合偏光片的使用以得到所要的波長(zhǎng)，進(jìn)而濾掉不需要的波段，如圖1所示，圖中綠光強(qiáng)度已被衰減。此方法的缺點(diǎn)在于該濾光片所利用的延遲堆棧的貼合技術(shù)在工藝上相當(dāng)困難，所以其成本會(huì)增加，因此雖然能改善電壓對(duì)透光率曲線特性的對(duì)比問題，但卻因此而提高整體投影系統(tǒng)的成本，故此濾光片在實(shí)際商業(yè)的應(yīng)用上還有一段距離。
有鑒于上述方法的缺點(diǎn)以及市場(chǎng)需求，本發(fā)明提出一種新的提高投影系統(tǒng)對(duì)比度的裝置，能利用特殊的光學(xué)鍍膜組件，降低綠光的能量比重，而得到較白的白場(chǎng)。目前的鍍膜技術(shù)可依需求生產(chǎn)出令不同波段的光穿透的濾光片(filter)，如圖2所示，其中圖2a、圖2b及圖2c分別表示藍(lán)色濾光片(Lowpass)、綠色濾光片(Band pass)及紅色濾光片(Long pass)的穿透光譜，顯示該三種濾光片分別可讓紅、綠、藍(lán)三種顏色的光穿透并反射其它波段的光。本發(fā)明的制作原理是利用兩層不同波段的濾光膜產(chǎn)生出我們所需的穿透光譜，例如，圖2b中的綠色濾光片即由圖3a與圖3b所合成。利用這些鍍膜濾光片的制作原理，以及光的穿透光譜與反射光譜相反的特性，欲制作出符合綠光減弱需求的濾光片是可行的。此種光學(xué)鍍膜的方式相較于調(diào)整顯示器電壓的方法有較高的對(duì)比度及較好的灰級(jí)效果，而相較于延遲堆棧片的制作，則其工藝較簡(jiǎn)易且成本較低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于提供一種能提高投影系統(tǒng)對(duì)比度的裝置，利用一種雙面鍍膜的特殊濾光片，降低光源所發(fā)出光線中的綠光強(qiáng)度，再搭配光學(xué)引擎設(shè)計(jì)，能夠有效提高對(duì)比度及得到較好的灰級(jí)效果。
為達(dá)成上述目的，本發(fā)明提供一種提高投影系統(tǒng)對(duì)比度裝置，至少包括一光源，用以提供光能量；一數(shù)組透鏡組，位于該光源的一側(cè)，用以均勻化該光能量；一第一集光透鏡，位于該數(shù)組透鏡組一側(cè)，用以匯聚該光源所發(fā)的光能量與增加亮度；一鍍膜濾光片，位于該光源與該數(shù)組透鏡組所連成的直線上，其表面與來自該光源的入射光呈一夾角，且為配合該光源的波段而鍍有多層膜，并在反射時(shí)衰減反射光的局部波段強(qiáng)度，以提供色彩均勻的白光；一第二集光透鏡，位于該鍍膜濾光片所反射的反射光的行進(jìn)路徑上，用以匯聚并均勻化該反射光；一顯示單元，位于該第二集光透鏡的另一側(cè)，用以分合光處理該第二集光透鏡所匯聚的該反射光，并提供影像；以及一投影鏡組，位于該顯示單元的一側(cè)，用以偏折并放大該顯示單元所提供的影像。
依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施態(tài)樣，該光源可為一高壓汞燈，該鍍膜濾光片系利用雙面鍍膜的方式疊合出可降低綠光強(qiáng)度的反射光譜；鍍膜濾光片的表面與光源的入射光軸所呈的夾角介于0度至90度之間；鍍膜過程以高折射率與低折射率的兩種光學(xué)材料利用真空蒸鍍的方式相互堆棧而成；為達(dá)到所要求的波形平坦度，該鍍膜濾光片的雙面鍍膜在一面為19層而另一面為29層時(shí)有最佳效果。


圖1為習(xí)知延遲堆棧濾光片的穿透光譜；圖2a為藍(lán)色濾光片的穿透光譜；圖2b為綠色濾光片的穿透光譜；圖2c為紅色濾光片的穿透光譜；圖3a為制作綠色濾光片所需的穿透光譜之一；圖3b為制作綠色濾光片所需的穿透光譜之二；圖4為依據(jù)本發(fā)明的提高投影系統(tǒng)對(duì)比度的裝置；圖5a為制作本發(fā)明所利用的鍍膜濾光片的反射光譜之一；圖5b為制作本發(fā)明所利用的鍍膜濾光片的反射光譜之二；圖5c為本發(fā)明所利用的鍍膜濾光片的合成反射光譜；圖6為調(diào)整電壓與光學(xué)鍍膜兩種方式的對(duì)比度的比較；其中，附圖標(biāo)記110高壓汞燈120紫外-紅外線濾光片130數(shù)組透鏡組135偏光轉(zhuǎn)換器140第一集光透鏡150鍍膜濾光片161第二集光透鏡162偏光片163延遲堆棧片170顯示單元180投影鏡n 鍍膜濾光片150表面的法線方向α入射光在鍍膜濾光片150表面的入射角
具體實(shí)施例方式
為讓本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉一較佳實(shí)施例，配合附圖，作較詳細(xì)的說明。
請(qǐng)參照?qǐng)D4，圖4依據(jù)本發(fā)明的投影顯示裝置的較佳實(shí)施例示意圖。此裝置包括一高壓汞燈110、一紫外-紅外線濾光片(UV-IR Filter)120、數(shù)組透鏡組130、一偏光轉(zhuǎn)換器135、一第一集光透鏡140、一鍍膜濾光片150、一第二集光透鏡161、一偏光片162、一延遲堆棧片163、一顯示單元170以及一投影鏡組180。其中，該紫外-紅外線濾光片120、數(shù)組透鏡組130、偏光轉(zhuǎn)換器135與第一集光透鏡140依序排列于該高壓汞燈110的一側(cè)，紫外-紅外線濾光片120設(shè)置于高壓汞燈110與數(shù)組透鏡組130之間，而數(shù)組透鏡組130與偏光轉(zhuǎn)換器135則介于高壓汞燈110與第一集光透鏡140之間。鍍膜濾光片150設(shè)置于該第一集光透鏡140的另一側(cè)，并位于高壓汞燈110與第一集光透鏡140所連成的光的行進(jìn)路線中，顯示單元170位于此鍍膜濾光片150的一側(cè)，但不在高壓汞燈110與第一集光透鏡140所連成的直線上，其內(nèi)包括有一反射式分合光系統(tǒng)及至少為一的液晶顯示面板；在鍍膜濾光片150與顯示單元170之間則依序設(shè)置有一第二集光透鏡161、一偏光片162及一延遲堆棧片163，而顯示單元170的光線輸出側(cè)則設(shè)置有一投影鏡組180。
由光源高壓汞燈110所發(fā)出的光線經(jīng)由紫外-紅外線濾光片120而過濾其紫外線與紅外線，再經(jīng)由數(shù)組透鏡組130、偏光轉(zhuǎn)換器135與第一集光透鏡140而均勻化并聚焦和增加亮度，然后以一角度為α的入射角投射至鍍膜濾光片150的表面，通過鍍膜濾光片150衰減其反射光的綠光強(qiáng)度后(下文將詳述)，再反射至顯示單元170，其中依序經(jīng)由第二集光透鏡161、偏光片162及延遲堆棧片163而增加亮度并極化光線。該反射光在顯示單元170中歷經(jīng)分合光程序，將白光分成紅、綠、藍(lán)光后再合成并形成影像，最后通過投影鏡組180將影像偏折并放大，使該反射光形成一虛像而投射至屏幕(未繪示)。
來自高壓汞燈110的光線與鍍膜濾光片150表面的法線方向(n)的夾角(亦即入射角)α介于0度到90度之間，于此最佳實(shí)施例，α等于45度。
為能達(dá)成降低綠光強(qiáng)度的目的，該鍍膜濾光片150以真空蒸鍍的方式，在B270的玻璃材質(zhì)上雙面鍍膜而成。圖5a與圖5b為鍍膜時(shí)所參考的反射光譜的示意圖，當(dāng)濾光片的兩個(gè)表面分別鍍上符合該光譜的鍍膜時(shí)，經(jīng)由鍍膜濾光片150所反射的反射光即能符合綠光被衰減的特性，如圖5c的反射光譜所示。鍍膜過程以高折射率的二氧化鈦(TiO2)與低折射率的二氧化硅(SiO2)兩種光學(xué)材料相互堆棧而成，選用此兩種材料的原因是因?yàn)榇藘煞N材料對(duì)可見光波段的吸收最小，相對(duì)的效能亦較高。又，若光學(xué)材料的堆棧層數(shù)太少，反射波段會(huì)較不平坦，且反射率會(huì)不足，而若堆棧層數(shù)太多，雖可得到較平坦的反射光，但反射率會(huì)變高而不符合需求，于此最佳實(shí)施例，當(dāng)鍍膜濾光片150的表面鍍膜層數(shù)在其一面為19層而另一面為29層時(shí)，可達(dá)到綠光衰減20％的最佳狀態(tài)。
請(qǐng)參考圖6，所示為利用調(diào)整電壓方式與利用光學(xué)鍍膜方式的對(duì)比度的比較。如圖6所示，若初始狀態(tài)的對(duì)比值為1100∶11，利用電壓調(diào)整方式降低亮場(chǎng)的綠光強(qiáng)度后，因電壓調(diào)整不改變暗場(chǎng)強(qiáng)度，其對(duì)比值為1000∶11，而利用光學(xué)鍍膜方式因可同時(shí)改變亮場(chǎng)及暗場(chǎng)的綠光強(qiáng)度，故其對(duì)比值為1000∶10，所以，相對(duì)于利用電壓調(diào)整綠光強(qiáng)度的方式，光學(xué)鍍膜可得到較高的對(duì)比及較好的灰級(jí)效果。
由上述可知，本發(fā)明利用一特殊的鍍膜濾光片，搭配光學(xué)引擎設(shè)計(jì)，將來自光源的光線過濾出符合白場(chǎng)需求的波段后，反射至顯示單元，因此而提高顯像的對(duì)比度，其工藝較簡(jiǎn)單且成本較低，無論就目的、手段及功效而言，均顯示本發(fā)明不同于現(xiàn)有技術(shù)的特征。
雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例公開如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，可作一些變動(dòng)與修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種提高投影系統(tǒng)對(duì)比度的裝置，包括一光源，以提供光能量；一數(shù)組透鏡組，位于該光源的一側(cè)，用以均勻化該光源所發(fā)的光能量；一第一集光透鏡，位于該數(shù)組透鏡組的一側(cè)，使該數(shù)組透鏡組位于該光源與該第一集光透鏡之間，用以匯聚該光源所發(fā)的光能量與增加亮度；一鍍膜濾光片，位于該光源與該數(shù)組透鏡組所連成的直線上，用以反射該光源所發(fā)的光，其表面與來自該光源的入射光呈一夾角，且為配合該光源的波段而鍍有多層膜，并在反射時(shí)衰減反射光的局部波段強(qiáng)度，以提供色彩均勻的白光；一第二集光透鏡，位于該鍍膜濾光片所反射的該反射光的行進(jìn)路徑上，用以匯聚并均勻化該反射光；一顯示單元，位于該第二集光透鏡的另一側(cè)，用以分合光處理該第二集光透鏡所匯聚后的該反射光，并提供影像；以及一投影鏡組，位于該顯示單元的一側(cè)，用以偏折并放大該顯示單元所提供的影像。
2.如權(quán)利要求1所述的提高投影系統(tǒng)對(duì)比度的裝置，其特征在于，該光源為一高壓汞燈。
3.如權(quán)利要求2所述的提高投影系統(tǒng)對(duì)比度的裝置，其特征在于，該鍍膜濾光片所衰減的該反射光的局部波段為綠光波段。
4.如權(quán)利要求1所述的提高投影系統(tǒng)對(duì)比度的裝置，其特征在于，于該光源與該數(shù)組透鏡組之間還包括一紫外-紅外線濾光片。
5.如權(quán)利要求1所述的提高投影系統(tǒng)對(duì)比度的裝置，其特征在于，于該數(shù)組透鏡組與該第一集光透鏡之間還包括一偏光轉(zhuǎn)換器。
6.如權(quán)利要求1所述的提高投影系統(tǒng)對(duì)比度的裝置，其特征在于，該鍍膜濾光片的表面與該光源的入射光軸所呈的夾角介于0度至90度之間。
7.如權(quán)利要求1所述的提高投影系統(tǒng)對(duì)比度的裝置，其特征在于，該鍍膜濾光片以真空蒸鍍的方法制作。
8.如權(quán)利要求1所述的提高投影系統(tǒng)對(duì)比度的裝置，其特征在于，該鍍膜濾光片的材質(zhì)以高折射率與低折射率的兩種光學(xué)材料相互堆棧而成。
9.如權(quán)利要求8所述的提高投影系統(tǒng)對(duì)比度的裝置，其特征在于，該高折射率材料的材質(zhì)為二氧化鈦。
10.如權(quán)利要求8所述的提高投影系統(tǒng)對(duì)比度的裝置，其特征在于，該低折射率材料的材質(zhì)為二氧化硅。
11.如權(quán)利要求1所述的提高投影系統(tǒng)對(duì)比度的裝置，其特征在于，該鍍膜濾光片采用雙面鍍膜。
12.如權(quán)利要求11所述的提高投影系統(tǒng)對(duì)比度的裝置，其特征在于，該雙面鍍膜的一面為19層，另一面為29層。
13.如權(quán)利要求1所述的提高投影系統(tǒng)對(duì)比度的裝置，其特征在于，于該第二集光透鏡與該顯示單元之間還包括一偏光片。
14.如權(quán)利要求1所述的提高投影系統(tǒng)對(duì)比度的裝置，其特征在于，于該第二集光透鏡與該顯示單元之間還包括一延遲堆棧片。
15.如權(quán)利要求1所述的提高投影系統(tǒng)對(duì)比度的裝置，其特征在于，該顯示單元包括一分合光系統(tǒng)與至少為一的液晶顯示面板。
16.如權(quán)利要求14所述的提高投影系統(tǒng)對(duì)比度的裝置，其特征在于，該分合光系統(tǒng)為反射式架構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種提高投影系統(tǒng)對(duì)比度的裝置，依據(jù)光源所提供的光譜特性，在光源與顯示單元之間設(shè)置一鍍膜濾光片，反射光源所發(fā)射的光線并衰減反射光的局部波段強(qiáng)度，以達(dá)到較佳的白場(chǎng)效果及提高對(duì)比度。鍍膜的方式以低折射率與高折射率的兩種光學(xué)材料利用真空蒸鍍法相互堆棧而成；對(duì)于光源為高壓汞燈的投影系統(tǒng)，該鍍膜濾光片經(jīng)雙面鍍膜，且其鍍膜的層數(shù)在一面為19層、另一面為29層時(shí)，可得到較佳的綠光衰減效果。
文檔編號(hào)G02B5/20GK1786768SQ20041009702
公開日2006年6月14日 申請(qǐng)日期2004年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月8日
發(fā)明者吳世民, 劉家麟, 嚴(yán)一暉, 林嘉進(jìn), 何明宗 申請(qǐng)人:中華映管股份有限公司