CN1205807C - 投影电视的亮度提高装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高亮度投影电视。该投影电视包括一个显示屏，具有：用于把入射光折射成会聚光的第一透镜装置；用于把第一透镜装置折射的光束折射成发散光的第二透镜装置；和保护板，用于至少保护第二透镜装置。其中至少在第一透镜装置、第二透镜装置和保护板中的一个中包含光发射材料，从而把包含在入射光束中的不可见光转变成可见光。或者，投影电视可以包括一个设置在光源和图像产生装置如液晶显示器(LCD)之间的具有光发射材料的光发射层。根据本发明提供的投影电视，增大了垂直和水平视角，并提高了图像的总亮度。
Description
技术领域
本发明涉及一种投影电视，并尤其涉及一种具有提高了的亮度的投影电视，在扩宽了水平和垂直视角的同时实现高亮度。
背景技术
图像显示器如投影电视和视频投影仪是通过利用图像产生装置如小尺寸阴极射线管(CRT)、液晶显示器和聚合物扩散型液晶(PDLC)等做为象源来产生图像，放大并把图像投影到大屏幕上以显示所需的图像。由于投影电视和视频投影仪的优点是能提供大尺寸图像，所以对投影电视和视频投影仪的需求正日益增长。
图像投影系统根据其放大和投影图像到屏幕的方法分类为前投式和背投式。
参见图1，传统的背投式投影电视包括一个机壳10、安装在机壳正面以显示图像的显示屏20、安装在机壳当中以产生并发射图像的图像产生装置11、用于放大并投影从图像产生装置11发射的图像的投影透镜单元13、和用于把从投影透镜单元13投影的图像反射到显示屏20的反射镜15。在投影电视中，因为背投式投影电视中的图像从显示屏20的后面投影，所以观众在显示屏20的正面观看图像。
一般的，多个观众从一个水平面上不同的角度观看显示在图像投影系统显示屏上的图像。因此，最好图像分布在水平面中很宽的角度范围。
因此，投影电视显示屏的光学特性很大程度地决定图像质量。特别是，投影电视显示屏的光学特性对于产生高清晰度图像的大投影电视如高清晰度电视(HD-TV)更重要。
参见图2和3，图1所示的投影电视的显示屏20包括一个用于把从投影透镜入射的光转变成平行光的菲涅耳透镜20a。因此，形成在图像产生装置11中的图像信号通过图像投影光路显示在显示屏20上，形成一个在很大的视角范围上具有均匀亮度的图像。另外，通过连结多个凸型的单元透镜20b形成的作为光扩展装置的双凸透镜20c与菲涅耳透镜20a的正面相邻。双凸透镜20c发散从菲涅耳透镜20a投射的平行光。双凸透镜20c的每个单元透镜20b的连结部分有一个隆脊部分20d，在隆脊部分上加工有多条黑带。
在双凸透镜20c的前面布置一个前保护板(未示出)以保护菲涅耳透镜20a和双凸透镜20c不受刮划和落尘。另外，使用前保护板以提高图像的对比度。前保护板由透明材料如丙稀形成，使得可以从外面看到形成在双凸透镜20c上的图像。
另外，在凸型单元透镜20b中可以包含发散剂(未示出)，如玻璃或聚合物，以便扩大双凸透镜20c的垂直和水平视角。
根据传统的显示屏，虽然通过发散剂增大视角，但由于向后散射、反射或图像光线的吸收，光透射率下降，由此降低亮度。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种高亮度投影电视，在确保宽视角的同时获得高亮度图像。
为了实现本发明的上述目的，背投式高亮度投影电视包括：一个光源；一个图像产生装置，用于形成预定图像；第一投影透镜单元，用于把图像产生装置中产生的图像放大并投影；反射装置，用于反射从第一投影透镜单元投射的图像；显示屏，显示从反射装置反射的图像；和/或光发射装置，布置在光源和图像产生装置之间，用于把从光源入射的不可见光转变成可见光并发射可见光。
光发射装置是一个具有高透射率的光发射层，它吸收紫外光和近紫外光，利用斯托克斯法和反斯托克斯法发射可见光。光发射层是一个均匀分布预定量的荧光物质的荧光层。
反射装置包括一个第一反射镜和一个第二反射镜。第一反射镜用于弯曲第一投影透镜单元投影的图像的光轴，第二反射镜用于把从光转换装置投影的图像反射到显示屏。另外，第二投影透镜单元还包含在第一反射镜和第二反射镜之间。
为了实现本发明的上述目的，提供了一种背投式高亮度投影电视的显示屏，其包括：第一透镜装置，用于把入射光折射成会聚光；第二透镜装置，用于把第一透镜装置折射的光束折射成发散光；和保护板，用于至少保护第二透镜装置，其中至少在第一透镜装置、第二透镜装置和保护板中的一个中包含光发射材料，从而把包含在入射光束中的不可见光转变成可见光。
光发射材料嵌入在第二透镜装置的一个与保护板相邻的区域、第二透镜装置的与第一透镜装置相邻的一个区域、第二透镜装置的与保护板和第一透镜装置相邻的区域或者第一透镜装置的与第二透镜装置相邻的一个区域中。
在光发射材料嵌入在第一透镜装置的与第二透镜装置相邻的一个区域中的情况下，在第二透镜装置的与第一透镜装置相邻的区域中嵌入用于发散入射光束的发散剂。
光发射材料是一种把紫外光和近紫外光转变成可见光的荧光物质。
为了实现本发明的上述目的，还提供了一种背投式高亮度投影电视，包括：光源；图像产生装置，用于形成预定图像；第一投影透镜单元，用于把图像产生装置中产生的图像放大并投影；反射装置，用于反射从第一投影透镜单元投射的图像；显示屏，显示从反射装置反射的图像，其中，该显示屏包括：第一透镜装置，用于把入射光折射成会聚光；第二透镜装置，用于把第一透镜装置折射的光束折射成发散光；保护板，用于至少保护第二透镜装置；和光发射材料，包含在第一透镜装置、第二透镜装置和保护板的至少一个中，把包含在入射光束中的不可见光转变成可见光。
根据本发明，投影电视的垂直和水平视角增大，并且图像的亮度提高。
附图说明
通过下面参考附图的描述，本发明的上述目的和优点将变得更加清晰，其中：
图1是传统的背投式投影电视的截面图；
图2是图1所示的传统背投式投影电视的显示屏结构透视图；
图3是图2的平面图；
图4是本发明背投式高亮度投影电视的显示屏第一实施例的透视图；
图5是图4的平面图；
图6～图10是本发明背投式高亮度投影电视的显示屏第二～第六实施例的平面图；
图11是本发明背投式高亮度投影电视第七实施例的分解透视图；
图12和13是本发明的在图像产生装置和光源之间有光学投影装置的背投式高亮度投影电视优选实施例的截面图。
具体实施方式
下面将参考附图更全面地描述本发明。附图中展示了高亮度投影电视的优选实施例。在附图中，为了清楚起见夸大了层和区域的厚度。
下面描述为确保宽视角和高亮度的高亮度投影电视的显示屏。
<第一实施例>
参见图4，根据本发明高亮度投影电视的显示屏100的第一实施例包括第一透镜装置110和第二透镜装置120。第一透镜装置110布置成把入射光束折射成会聚光，并且最好第一透镜装置110是一个菲涅耳透镜，把具有投影装置的预定图像信息的入射光束转变成平行光束。第二透镜装置120布置成把第一透镜装置110折射的光束折变成一个发散光束。最好第二透镜装置120是一个双凸透镜，其中的多个凸型的单元透镜121并行连接。另外，单元透镜121的并行连接部分包括隆脊部分122。通过在隆脊部分122的前表面上印染黑色墨水形成多条黑带122b。双凸透镜把从菲涅耳透镜入射的平行光发散形成图像。在此情况下，黑带122b吸收从外部入射的部分光以提高形成在双凸透镜前表面上的图像对比度。
另外，第二透镜装置120的前表面，这是与保护板(未示出)如抗反射膜或抗眩光(AG)膜相邻的表面，它包括预定的光发射材料124。此处，保护板保护第二透镜装置120和/或第一透镜装置110不受污染，并有助于防止来自外界的任何光反射。
特别是，参见图4和5，光发射材料124嵌入到单元透镜121的隆脊部分122之间的凸出部分，并且沿隆脊部分122的方向均匀分布。
最好光发射材料124是一种荧光物质，吸收具有预定波长、即紫外(UV)或近紫外(365nm)光以发射可见光。荧光物质最好从由ZnS:Ag等蓝色荧光物质、ZnSiO4:Mn等绿色荧光物质和Zn3(PO4)2:Mn等红色荧光物质组成的物质组中选择的至少一种材料。在荧光物质由发射不同荧光束的两类荧光物质形成的情况下，最好根据投影电视的色度决定荧光物质的混合比。另外，因为一种特定的颜色可以成为背景色，所以可以提高对比度。
同时，光发射材料124可以是任何一种利用荧光物质的余辉特性的材料。
光发射材料以及荧光物质通过将紫外光和近紫外光转变成可见光来提高显示屏的亮度，并且用作一种现存的发散剂以发散入射光。因此，优选形成预定量的光发射材料以有效地发散光束，同时又不限制荧光特性。
如上所述，在光发射材料124嵌入到显示屏的情况下，亮度以及垂直和水平视角增大，这是因为光发射材料124具有荧光特性和光发散特性。
根据本发明第二至第七实施例的显示屏与本发明第一实施例的显示屏除了荧光物质嵌入其中的部分外，其余的都相同。因此，下面对第二至第七实施例所述显示屏的描述将限定在嵌入荧光物质的部分。
<第二实施例>
参见图6，根据第一实施例的光发射材料124嵌入在第二透镜装置120的与第一透镜装置110相邻的背面。
特别是，光发射材料124嵌入在第二透镜装置120与第一透镜装置110面对的凸部。此处，光发射材料124最好沿第二透镜装置120的表面嵌入并从第二透镜装置120的顶部到底部均匀分布。
<第三实施例>
根据本发明显示屏的第三实施例通过第一和第二实施例相结合而形成。在此情况下，光发射材料124嵌入在第二透镜装置120与保护板(未示出)相邻的光发射表面中以及第二透镜装置120与第一透镜装置110相邻的表面凸部中。在此情况下，最好把同样的光发射材料124布置在第二透镜装置120的两个表面上。但是，嵌入到第二透镜装置120两个表面中的光发射材料124的荧光特性或多少也可以不同。
例如，把选自由红、绿和兰荧光物质组成的物质组中的一种荧光物质嵌入到第二透镜装置120与保护板相邻的凸部，而选自同样物质组的另一种荧光物质嵌入在第二透镜装置120与第一透镜装置110相邻的凸部。此处，嵌入在第二透镜装置120任一面上的凸部中的荧光物质的多少可以相等也可以不等。
<第四实施例>
参见图8，荧光物质124均匀地嵌入在第二透镜装置120除隆脊部分122以外的所有区域。
<第五实施例>
根据本发明显示屏的第五实施例包括光发射材料和发散剂。在此情况下，因为发散剂充分地发散光束，所以最好布置光发射材料以发射光束。
特别是，参见图9，光发射材料124嵌入在第二透镜装置120与第一透镜装置110相邻的表面凸部，发散剂126嵌入在光发射表面的隆脊部分122之间的凸部。在此情况下，发散剂126是一种具有预定颗粒直径的玻璃粉或聚合物粉。因为发散光束的轮廓依据发散剂126的颗粒直径变化，所以发散光束的轮廓可以通过控制发散剂的颗粒直径来调节。
<第六实施例>
参见图10，光发射材料124嵌入在第一透镜装置110中。此处，光发射材料124嵌入在第一透镜装置110中与第二透镜装置120相邻的区域，即嵌入在把光束折射并发射向第二透镜装置120的表面中。
因此，当从投影单元(未示出)投射的光束通过第一透镜装置110时，可见光入射到第二透镜装置120，同时光发射材料124把不可见波长、即紫外光转变成可见光。结果，从第一透镜装置110输入到第二透镜装置120的可见光量增大。
另一方面，因为嵌入到第一透镜装置110中的光发射材料124提高了亮度并发散光束，所以不需要额外的发散剂。不过，可以把预定的发散剂嵌入到第二透镜装置120光发射面的凸部。
另一方面，在嵌入到第一透镜装置110中的光发射材料124为选自由红、绿和兰荧光物质组成的物质组中的一种荧光物质的情况下，可以把不同于嵌入到第一透镜装置110中的荧光物质的另一种荧光物质嵌入到第二透镜装置120。在此情况下，光发射材料124在第二透镜装置120中的分布可以与本发明第一至第四实施例中的任何一种相同。
<第七实施例>
参见图11，显示屏由第一和第二透镜装置110和120以及保护板128形成，其中保护板128含有光发射材料124。
通过利用本发明的显示屏，投影电视的亮度得以提高，投影电视的视角得以增大。下面将描述通过在从光源到显示屏的光路中布置光发射装置而提高亮度和视角的背投式投影电视。
参见图12，根据本发明的背投式高亮度投影电视的第一实施例包括一个在机壳130正面上的显示屏100，图像显示在该显示屏100上。在机壳130的后表面上放置一个倾斜的第二反射镜142，与显示屏100面对。投影单元安装在机壳130的下部，从而通过第二反射镜142把具有预定的图像信息的光束投影到显示屏100上。此处，投影单元由下述组件组成：一个光源132，如氙灯、金属汞灯或超高性能(UHP)灯，通过利用汞或氙辐射光束；一个液晶显示器(LCD)136，作为图像产生装置，通过利用从单独的图像信号源输入的图像信号产生图像；一个光发射装置134，布置在光源132和LCD136之间，把从光源132输入的光束的不可见部分转变成可见光，并将转变的可见光与光源132输入的原始可见光部分一起传输到LCD 136；投影透镜单元138，用于放大并投影LCD 136产生的图像；和第一反射镜，用于把放大的图像反射到第二反射镜142。此处，具有荧光特性的光发射装置134吸收入射光并发射具有更长波长的光。另外，光发射装置134由一个高透射率层形成，并且优选由一个通过均匀分布预定的荧光物质134a而具有高透射率的荧光层形成。光发射装置134可以由一种被施加了荧光物质的材料形成。
最好荧光物质具有如第一实施例中所述的荧光特性。投影透镜单元138可以有各种透镜分布以校准光轴或消除光学相差。LCD 136可以使反射式或透射式，或者可以由数字微反射镜器件(DMD)形成。
参见图13，下面将描述根据本发明的背投式高亮度投影电视的第二实施例，其中省去对与第一实施例中相同的部件的描述。
机壳150在正面有一个显示屏166，在后面有一个倾斜的并与显示屏166隔开的反射镜164。机壳150包括一个用于把图像投影到反射镜164上的投影单元。投影单元有一个光源152、一个作为图像产生装置的LCD156、一个形成在光源152和LCD156之间并具有预定的荧光物质154a的光发射装置154、一个用于投影图像的第一投影透镜单元158、一个用于弯曲从第一投影透镜单元158投影的图像光轴的方向的光轴转变装置160、和一个用于放大和投影从光转变装置160入射的图像的第二投影透镜单元162。虽然优选光转变装置160是一个反射镜，但也可以用棱镜或多面反射镜代替。
注意，本发明不限于上述的优选实施例，并且显而易见，本领域的技术人员在权利要求书限定的本发明的实质和范围内可以进行改型和调整。例如，可以把荧光物质以带状施用到分布在光源和图像产生装置之间的光发射层，代替均匀地分布。另外，荧光膜可以附着到显示屏的保护板从而覆盖保护板的整个表面或均匀分布的小区。可以把对应于主光发射层的附加光发射层涂覆到分布在图像产生装置和光源之间的光折射元件的一个表面上。可以在使用阴极射线管(CRT)作为图像产生装置的背投式投影电视中布置具有荧光物质或荧光层的显示屏，并且也可以在以CRT或LCD作为图像产生装置的前投式投影电视中布置该荧光层。因此，本发明的范围由权利要求限定。
如上所述，根据本发明的高亮度投影电视在光源和图像产生装置之间包括一个具有把紫外光和近紫外光转变成可见光的荧光物质的显示屏，或是具有荧光物质的荧光层。由于显示屏或荧光层，电视在可见区域的亮度提高。另外，因为荧光物质具有发散功能，所以可以在较宽的垂直和水平角度范围内观看电视。
Claims (29)
1.一种背投式投影电视的显示屏，包括：
第一透镜装置，用于把入射光折射成会聚光；
第二透镜装置，用于把第一透镜装置折射的光束折射成发散光；和
保护板，用于至少保护第二透镜装置，
其中，在第一透镜装置、第二透镜装置和保护板中的至少一个中包含有光发射材料，从而把包含在入射光束中的不可见光转变成可见光。
2.如权利要求1所述的显示屏，其特征在于，光发射材料嵌入在第二透镜装置的一个与保护板相邻的区域。
3.如权利要求1所述的显示屏，其特征在于，光发射材料嵌入在第二透镜装置的与第一透镜装置相邻的一个区域。
4.如权利要求1所述的显示屏，其特征在于，光发射材料嵌入在第二透镜装置中与保护板相邻的区域以及与第一透镜装置相邻的区域。
5.如权利要求3所述的显示屏，其特征在于，用于发散入射光束的发散剂嵌入在第二透镜装置中与第一透镜装置相邻的区域。
6.如权利要求1所述的显示屏，其特征在于，光发射材料均匀地分布在第二透镜装置透光的整个区域。
7.如权利要求1所述的显示屏，其特征在于，光发射材料嵌入在第一透镜装置中与第二透镜装置相邻的一个区域。
8.如权利要求1所述的显示屏，其特征在于，光发射材料均匀地分布在保护板中。
9.如权利要求7所述的显示屏，其特征在于，用于发散入射光束的发散剂嵌入在第二透镜装置中与保护板相邻的区域。
10.如权利要求8所述的显示屏，其特征在于，用于发散入射光束的发散剂嵌入在第二透镜装置中与保护板相邻的区域。
11.如权利要求1所述的显示屏，其特征在于，光发射材料是一种把紫外光和近紫外光转变成可见光的荧光物质。
12.如权利要求11所述的显示屏，其特征在于，荧光物质是选自由兰、绿和红荧光物质组成的物质组中的至少一种物质。
13.如权利要求12所述的显示屏，其特征在于，荧光物质是一种混合物，即按照根据投影电视的色度决定的混合比混合至少两种不同的荧光物质形成的混合物。
14.如权利要求12所述的显示屏，其特征在于，蓝色荧光物质为ZnS:Ag，绿色荧光物质为ZnSiO4:Mn，红色荧光物质为Zn3(PO4)2:Mn。
15.一种背投式高亮度投影电视，包括：
光源；
图像产生装置，用于形成预定图像；
第一投影透镜单元，用于把图像产生装置中产生的图像放大并投影；
反射装置，用于反射从第一投影透镜单元投射的图像；
显示屏，显示从反射装置反射的图像，
其中，该显示屏包括：第一透镜装置，用于把入射光折射成会聚光；第二透镜装置，用于把第一透镜装置折射的光束折射成发散光；保护板，用于至少保护第二透镜装置；和光发射材料，包含在第一透镜装置、第二透镜装置和保护板的至少一个中，把包含在入射光束中的不可见光转变成可见光。
16.如权利要求15所述的背投式高亮度投影电视，其特征在于，光发射材料嵌入在第二透镜装置的一个与保护板相邻的区域。
17.如权利要求15所述的背投式高亮度投影电视，其特征在于，光发射材料嵌入在第二透镜装置的与第一透镜装置相邻的一个区域。
18.如权利要求15所述的背投式高亮度投影电视，其特征在于，光发射材料嵌入在第二透镜装置中与保护板相邻的区域以及与第一透镜装置相邻的区域。
19.如权利要求17所述的背投式高亮度投影电视，其特征在于，用于发散入射光束的发散剂嵌入在第二透镜装置中与第一透镜装置相邻的区域。
20.如权利要求15所述的背投式高亮度投影电视，其特征在于，光发射材料均匀地分布在第二透镜装置透光的整个区域。
21.如权利要求15所述的背投式高亮度投影电视，其特征在于，光发射材料嵌入在第一透镜装置中与第二透镜装置相邻的一个区域。
22.如权利要求15所述的背投式高亮度投影电视，其特征在于，光发射材料均匀地分布在保护板中。
23.如权利要求21所述的背投式高亮度投影电视，其特征在于，用于发散入射光束的发散剂嵌入在第二透镜装置中与保护板相邻的区域。
24.如权利要求22所述的背投式高亮度投影电视，其特征在于，用于发散入射光束的发散剂嵌入在第二透镜装置中与保护板相邻的区域。
25.如权利要求15所述的背投式高亮度投影电视，其特征在于，光发射材料是一种把紫外光和近紫外光转变成可见光的荧光物质。
26.如权利要求25所述的背投式高亮度投影电视，其特征在于，荧光物质是一种混合物，即按照根据投影电视的色度决定的混合比混合至少两种不同的荧光物质形成的混合物。
27.如权利要求25所述的背投式高亮度投影电视，其特征在于，荧光物质为ZnS:Ag、ZnSiO4:Mn和Zn3(PO4)2:Mn中的一种。
28.如权利要求15所述的背投式高亮度投影电视，其特征在于，反射装置包括：
用于弯曲第一投影透镜单元投影的图像光轴的光轴变换装置；和
用于把从光转换装置投影的图像反射到显示屏的第二反射镜。
29.如权利要求28所述的背投式高亮度投影电视，其特征在于，在光轴变换装置和第二反射镜之间还包括一个第二投影透镜单元。
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