CN100456128C - 图像显示器屏幕、图像显示器屏幕的制造方法和图像显示器 - Google Patents

Abstract

根据本发明的图像显示器屏幕具有一个基底件，一个形成在基底件上并适合于吸收可见光范围内光的光吸收层，和一个形成在光吸收层上的光控制层。光控制层反射被投射的图像显示光来形成图像，并具有反射波长选择功能，选择性地反射图像显示光波长范围的光。通过使用根据本发明的图像显示器屏幕，用户即使在一个明亮环境中也能容易地欣赏大屏幕图像显示。

Description

图像显示器屏幕、图像显示器屏幕的制造方法和图像显示器

技术领域

本发明涉及一种图像显示器屏幕，当图像显示器将图像显示光投射在其上时显示图像；一种用于制造这样一个图像显示器屏幕的方法；以及一个图像显示器，用于在屏幕上投射和显示对应于图像信息的图像。

本申请要求2002年7月11日申请的日本专利申请No.2002-203179的优先权，其全文在此引入作为参考。

背景技术

通常地，一种被称为“前投”的图像显示器被提议作为一种图像显示器，使用户能够容易地欣赏到大屏幕图像。

作为这样一个图像显示器，建议使用如下结构的图像显示器：具有三个阴极射线管(CRT)，分别显示图像的R(红)，G(绿)和B(蓝)成分，以使由这些阴极射线管显示的图像通过R(红)滤光器，G(绿)滤光器，B(蓝)滤光器重叠并从前面投影到屏幕上。然而，这样一个“三-阴极射线管(three-CRT)型”图像显示器具有大尺寸和笨重的结构并因此在家庭使用中不太普及。

近来，一种使用液晶显示器代替阴极射线管的“前投”型图像显示器被提出。就这种图像显示器来说，其结构尺寸和重量能够减小并且它的装配是容易的。因此，这种图像显示系统被期待在家庭使用中普及。

在上述“前投”型图像显示器中，当与图像显示无关的外部光成为入射光，就产生了被显示图像对比度恶化的问题，降低了图像的可见度。尤其在一个外部光明亮的环境中，不能完成具有足够对比度的图像显示。

在传统的“前投”型图像显示器中，在一个白色屏幕上投影和显示图像。这个屏幕不仅反射用于完成投影图像显示的光，还反射外部光。因此，在一个明亮方间中，被显示图像的对比度相对恶化，降低了可见度。

在使用这样一个图像显示器的情况下，必须对环境进行准备，例如，使房间变暗，从而防止外部光在屏幕上入射。然而，在日间使一个普通住宅中的房间变暗是困难的。即使在夜晚，假如关闭照明设备来使房间变暗，除了被显示图像外的东西都不能被看见，这带来了不方便。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种图像显示器屏幕，能使图像显示具有好的对比度和高可见度，提供一种用于制造合适的图像显示器屏幕的方法，用于制造这样一种图像显示器屏幕，和一种图像显示器。

为了解决上述问题，根据本发明的图像显示器屏幕包括：一个基底件；一个光吸收层，形成在基底件上并适合于吸收充分覆盖了整个可见光范围的波长范围的光；一个形成在光吸收层上的光控制层；和在光控制层上的外部光减少层，该光控制层具有散射成像功能，使得由投影成像装置投射的图像显示光漫反射并由此形成一个图像，该光控制层还通过使用Bragg反射薄膜而形成为一个多层薄膜带通滤光器从而具有反射波长选择功能，即选择性地反射图像显示光波长范围的光并透射其它波长范围的光。

在这个图像显示器屏幕中，当由投影成像装置投射的图像显示光被漫反射从而在光控制层中形成一个图像，并根据波长被选择性地反射时，该图像显示光以大于其它波长范围光的量被反射。因此，在抑制外部光的影响的同时可以完成图像显示。

在一种制造根据本发明的图像显示器屏幕的方法中，使用图像投影器中决定彩色再现波长(color reproducing wave length)的基色光束来形成一个反射型全息屏幕，例如物体光和参考光，由此提供相应于图像投影器的彩色再现波长的反射波长特性。

在这种用于制造图像显示器屏幕的方法中，由于该图像显示器的屏幕被形成为一个反射型全息屏幕，它具有相应于图像投影器彩色再现波长的反射波长特性，并能在抑制外部光影响的同时完成图像显示。

在另一个根据本发明制造图像显示器屏幕的方法中，一种通过混合多种类型调色剂微粒制备的材料被施加到投影器表面上，由此提供相应于图像投影器彩色再现波长的反射波长特性。

在这种制造图像显示器屏幕的方法中，通过混合多种类型调色剂微粒制备的材料被施加到投影器表面上，并且图像显示器屏幕具有相应于图像投影器彩色再现波长的反射波长特性。因此，图像显示器屏幕能在抑制外部光影响的同时完成图像显示。

根据本发明的具有上述屏幕的图像显示器还包括：一个光源，用于发射红、绿和蓝基色光；一个空间光调制器，用于根据图像信息调制由光源发射的光束的强度；投影成像装置，用于引发光强由空间光调制器调制的基色光在屏幕上成像；外部光产生装置，用波长不同于基色光的外部光照射屏幕。在该图像显示器中，屏幕对基色光的反射率高于对外部光的反射率，并且对基色光的吸收率低于对外部光的吸收率。

在该图像显示器中，由于屏幕对于其光强由空间光调制器调制的基色光的反射率高于对外部光的反射率，并且对基色光的吸收率低于对外部光的吸收率，它能在抑制外部光影响的同时完成图像显示。

另一个根据本发明的图像显示器包括：一个光源，用于发射红、绿和蓝基色光中的两种色光和紫外线；一个空间光调制器，用于根据图像信息调制由光源发射的光束的强度；投影成像装置，用于引发光强由空间光调制器调制的两个色光和紫外线在屏幕上成像；以及外部光产生装置，用波长不同于两色光和紫外线的外部光照射屏幕。

在该图像显示器中，屏幕对两色光的反射率高于对外部光的反射率，对两色光的吸收率低于对外部光的吸收率，该屏幕还具有一个色彩转换层，用于将紫外线转换为三基色光中剩余的一个。

在该图像显示器中，屏幕对光强被调制的两色光的反射率高于对外部光的反射率，对两色光的吸收率低于对外部光的吸收率，屏幕还将光强被调制的紫外线转换为三基色光中剩余的一个。因此，该屏幕能在抑制外部光影响的同时完成图像显示。

如上文所述，在根据本发明的图像显示器屏幕中，由投影成像装置投射的图像显示光被光控制层漫反射来形成一个图像，并根据波长被选择性地反射。因此，该图像显示光以大于其它波长范围光的量被反射，在抑制外部光影响的同时能够完成图像显示。

通过使用该图像显示器屏幕，即使在明亮环境中用户也能容易地享受大屏幕图像显示的乐趣。由于该屏幕能在明亮环境中进行图像显示，它能在类似于传统电视接收机的环境中使用，并具有比传统电视接收机简单的结构。

在使用这种图像显示器屏幕的图像显示器中，由于即使在明亮环境中也能显示具有足够对比度的图像而不增加投入功率，能够减少用于输出投射光的功率消耗。

在根据本发明的图像显示器中，通过基色光把一个图像投影在屏幕上，该屏幕及其周围被具有不同于该基色光波长特性的外部光照射。该屏幕具有只反射基色光的反射波长特性。因此，即使在明亮的环境中也能容易地进行大屏幕图像显示。

此外，由于该图像显示器在不使用时能被简洁地封装，当该图像显示器被丢弃时产生较少的废弃物。

附图说明

图1是一个侧面剖视图，显示根据本发明的图像显示器屏幕的结构；

图2是一个侧面剖视图，显示另一个根据本发明的图像显示器屏幕的范例性结构(不具有外部光减少层)；

图3是一个侧面剖视图，显示另一个根据本发明的图像显示器屏幕的范例性结构(具有布置在基底件后面的光吸收层13)；

图4是一个分解的侧面剖视图，显示图像显示器屏幕的结构和具有增益控制功能的构成部分；

图5是一个分解的侧面剖视图，显示图像显示器屏幕的结构和另一个范例性的具有增益控制功能的构成部分；

图6是一个分解的侧面剖视图，显示图像显示器屏幕的结构和具有成像反射功能的构成部分；

图7是一个分解的侧面剖视图，显示图像显示器屏幕的结构和另一个范例性的具有成像反射功能的构成部分；

图8是一个截面图，显示在该图像显示器屏幕的光控制层中发生的Bragg反射的原理；

图9是一个曲线图，显示当该图像显示器屏幕的光控制层被构造为一个使用Bragg反射膜的多层薄膜带通滤光器时的光谱反射特性；

图10是一个侧面剖视图，显示该图像显示器屏幕中具有遮光片的外部光减少层的结构；

图11是一个侧面剖视图，显示该图像显示器屏幕中由吸收偏振片组成的外部光减少层的结构；

图12是一个分解的侧面剖视图，显示该图像显示器屏幕的第一个范例性结构；

图13是一个分解的侧面剖视图，显示该图像显示器屏幕的第二个范例性结构；

图14是一个示意性的侧面剖视图，显示如图13所示图像显示器屏幕的基本结构；

图15是一个分解的侧面剖视图，显示该图像显示器屏幕的第三个范例性结构；

图16是一个分解的侧面剖视图，显示该图像显示器屏幕的第四个范例性结构；

图17是一个示意性的侧面剖视图，显示如图16所示图像显示器屏幕的基本结构；

图18是一个分解的侧面剖视图，显示该图像显示器屏幕的第五个范例性结构；

图19是一个侧视图，显示执行根据本发明的屏幕制造方法的情况，它是在该图像显示器屏幕制造为全息屏幕情况下该图像显示器的制造过程；

图20是一个曲线图，显示一种全息材料的范例性反射波长特性；

图21是一个侧视图，显示该图像显示器中全息屏幕的操作；

图22是一个侧视图，显示该图像显示器中具有多色调色剂层的屏幕的操作；

图23A至23C是曲线图，显示该图像显示器中构成屏幕的多色调色剂微粒的反射波长特性；图23A显示蓝色(B)调色剂微粒的反射波长特性；图23B显示绿色(G)调色剂微粒的反射波长特性；图23C显示红色(R)调色剂微粒的反射波长特性；

图24是一个侧视图，显示根据本发明的图像显示器结构；

图25是一个曲线图，显示来自该图像显示器投影器的投射光的波长特性；

图26是一个曲线图，显示该图像显示器中外部光的波长特性；

图27是一个曲线图，显示该图像显示器中屏幕的反射波长特性；

图28是一个曲线图，表示对于一个通过该图像显示器欣赏图像显示的人，关于发光效能的反射波长特性；

图29是一个曲线图，表示在该图像显示器的投影器具有一个激光源的情况下，来自该投影器的投射光的波长特性；

图30A的曲线图表示作为该图像显示器投影器光源的高压水银灯的发射波长特性；图30B的曲线图表示当来自高压水银灯的光被过滤并用作来自投影器的投射光时的波长特性；

图31A的曲线图表示作为该图像显示器投影器光源的中压水银灯的发射波长特性；图31B的曲线图表示来自红色半导体激光器的光的波长特性；图31C的曲线图表示当来自中压水银灯的光和来自红色半导体激光器的光被叠加并用作投影器的投射光时的波长特性；

图32的曲线图表示在该图像显示器中作为外部光产生装置的荧光灯的发射波长特性；

图33A的曲线图表示在该图像显示器中作为外部光产生装置的白炽灯的发射波长特性；图33B的曲线图表示通过过滤来自该白炽灯的光得到的光的波长特性；

图34的曲线图表示在该图像显示器中作为外部光产生装置的发光二极管的发射波长特性；

图35的曲线图表示在该图像显示器中作为外部光产生装置的可见荧光材料的发射波长特性；

图36的侧视图表示一种图像显示器的结构，其中三基色光中的一个被紫外线代替；

图37的侧视图表示如图36所示图像显示器中屏幕的操作；

图38A的曲线图表示投射在如图36所示图像显示器屏幕上的光的波长特性；图38B的曲线图表示被该屏幕反射的光的波长特性；

图39A的曲线图表示投射到该屏幕(激光光源)的光的波长特性；图39B的曲线图表示关于屏幕上反射率的波长特性；图39C的曲线图表示来自荧光灯的外部光的光谱强度；图39D的曲线图表示屏幕上的投射光和外部光的波长特性；

图40A的曲线图表示投射到该屏幕(金属卤化物灯)的光的波长特性；图40B的曲线图表示关于屏幕上反射率的波长特性；图40C的曲线图表示来自荧光灯经过过滤的外部光的光谱强度；图40D的曲线图表示屏幕上投射光和外部光的波长特性。

具体实施方式

现在参考附图描述本发明的优选实施方式。

图像显示器屏幕的结构

根据本发明的图像显示器屏幕具有这样的结构，其中光吸收层13，光控制层18和外部光减少层19顺序地层叠在基底件15的前部上，如图1所示。光控制层18具有散射成像功能，反射波长选择功能，和增益控制功能。当在一个图像显示器中构造这个图像显示器屏幕时，通过投影成像装置将图像显示光投射到该屏幕上，如图1中箭头A所示。

如下文将要描述的，当在一个图像显示器中构造这个图像显示器屏幕时，由投影成像装置投射的具有波长λr，λg和λb的图像显示光透射穿过外部光减少层19，然后由光控制层18根据波长选择性地反射来执行散射成像，然后在一个预定方向进行增益控制，并发射到前侧，由此到达观者14的眼睛，如图21所示。希望图像显示光的波长λr，λg和λb与光控制层18的反射波长选择功能中的反射波长一致。

同时，具有不同于λr，λg和λb的其它波长λ_其他的外部光被外部光减少层19减少。此后，未被光控制层18选择作为反射波长的大部分外部光穿过光控制层18，然后被光吸收层13吸收。希望外部光的波长λ_其他与光控制层18的反射波长选择功能中的反射波长不一致。

根据应用和环境，可以省略外部光减少层19，如图2所示。

基底件15由高度粘附于光吸收层13的材料造成，能够保持图像显示器屏幕的形状并易于维护。特别地，举例说明，基底件15由合成树脂材料例如片状(sheet-like form)的塑料或光纤材料制造。也希望基底件15由一种材料制造，使基底件15的卷动和套在一个圆柱形中。

光吸收层13有这样的材料制成，该材料具有基本全部可见光范围的光吸收特性，例如，黑涂料或黑色片之类的材料。光吸收层13通过在基底件15的前部使用黑涂料或层叠黑色片之类的材料来形成。

假如基底件15本身由光吸收材料例如黑色合成树脂制造，可以考虑使基底件15与光吸收层13整体地构成，由此不需要单独提供光吸收层13。这样的话，基底件15还具有光吸收功能。

假如基底件15由透明材料制造，可以在基底件15的背面部分上提供光吸收层13，如图3所示。

光控制层18中的增益控制功能就是在一个预定方向上聚集并反射由投影成像装置投射的图像显示光。当光控制层18具有透镜作用时增益控制功能被实现。为了实现这样一个增益控制功能，可以在光控制层18的反射层18a的前部提供一个具有多个凹面排列在其中的透镜结构，如图4所示。(下文中，具有多个凹面排列于其中的结构被称为“透镜结构”。)该反射层18a用于反射图像显示光并被设置在最靠近光控制层18前侧的位置。为了给反射层18a提供该透镜结构，一个从背面支撑反射层18a的支撑层18c的前部可以具有一个透镜结构。

在支撑层18c和反射层18a之间，形成一个用于实现散射成像功能的散射结构18b，下文将对其描述。

为了实现光控制层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层13使其具有一个透镜结构，并通过蒸发等在其上形成反射层18a，如图5所示。同样在这种情况下，在基底件15或光吸收层13之间形成散射结构18b。这样的话，可以认为光控制层18的支撑层与基底件15或光吸收层13整体地构成。

光控制层18的散射成像功能是反射层18a散射图像显示光来形成显示图像的功能。为了实现反射层18a的这样一种功能，支撑层18c和反射层18a之间的界面，或者基底件15或光吸收层13和反射层18a之间的界面具有散射结构18b，该散射结构由足够精细的凸面和凹面结构或微镜阵列结构组成，如图4、5和6所示。

为了实现散射成像功能，散射层18b中分散有具有不同折射率的精细微粒，该散射层18b形成在支撑层18c和反射层18a之间或者在基底件15或光吸收层13和反射层18a之间，如图7所示。该散射层18b具有通过把精细微粒散布到基材中而构成的结构，基材的折射率与支撑层18c或反射层18a的折射率大致相同，而精细微粒的折射率与基材不同。

其次，光控制层18中的反射波长选择功能就是只选择性地反射波长范围与从前侧投射的图像显示光相一致的光，并透射其它波长范围的光。这样一个反射波长选择功能通过应用所谓的Bragg反射来实现，如图8所示。具体地，在一个交替堆叠多个不同折射率层的结构中，假如符合下列条件的话(这里d表示层间距离而λ表示入射光的波长)，一个在不同折射率层间的界面上以预定入射角Ф入射的光束被各层中的反射光增强，并因此在整体上显示一个高的反射率：

2dsinФ＝nλ(∵n是一个自然数(1，2，3...))

通过形成一个产生这样的图像显示光Bragg反射的多层薄膜结构，可以构造具有相应于图像显示光波长范围的反射波长选择功能的反射层18a。就是说，反射层18a能够作为一个多层薄膜带通滤光器来形成。该多层薄膜带通滤光器具有这样的特性，只反射相应于B(蓝)，G(绿)和R(红)的预定波长范围的光，并透射其它波长范围的光，如图9所示。

通过形成为一个反射全息图(reflective hologram)或一个涂敷有混合预加工的几种类型调色剂(颜料)微粒的调色剂层，反射层18a也能够具有反射波长选择功能。随后将参照图19至23A-23C描述形成反射全息图和调色剂层的方法以及它们的特性。

外部光减少层19是这样的层，即设置成几乎不吸收图像显示光但透射图像显示光，并吸收其它光。如图10所示，外部光减少层19具有包括多个精细遮光片19a类似所谓的遮光帘(shade curtain)的结构。该外部光减少层19充分地透射来自前面的在图像显示器屏幕上入射的入射光，如通过投影成像装置投射的图像显示光，如图10中箭头A所示。外部光减少层19还具有多个精细遮光片19a，截取从另一方向入射的入射光，如图10中箭头B所示。就是说，这些遮光片19a被排列在大致沿着图像显示光入射方向的方向上，并在大致垂直于图像显示器屏幕前部的方向上。这些遮光片19a的表面部分涂有黑色涂料，以此来吸收在遮光片表面部分上入射的光。

外部光减少层19也可使用一个吸收偏振片来构成，如图11所示。具体地，假设使图像显示光偏振在一个特定方向上，例如，P-偏振，并假设一个只透射该特定方向上的偏振光(如图11中箭头A所示)并吸收其它方向上偏振光的吸收偏振片被用作外部光减少层19。那么，在由不同偏振状态的光混合得到的外部光中，如图11中箭头B所示，只有偏振状态类似于图像显示光的成分被透射通过该外部光减少层19，而其它偏振状态的成分被该外部光减少层19吸收。

对于本发明的图像显示器屏幕，为了实现上述功能，可以通过选择和组合负责各个功能的构件来实现不同的结构。在下文中，将描述图像显示器屏幕结构的典型例子，其中恰当组合了负责上述功能的构件。

在这个图像显示器屏幕中，如图12所示，光吸收功能可以通过使用一个结合到基底件15前部的黑色薄膜来实现，增益控制功能可以通过处理光控制层18的支撑层18c的前部从而具有一个透镜结构来实现。散射成像功能可以通过在支撑层18c和反射层18a间的界面上提供凸面和凹面散射结构18b来实现，反射波长选择功能可以通过将一个多层薄膜带通滤光器用作反射层18a来实现。外部光减少功能可以通过由吸收偏振片构成的外部光减少层19来实现。

可备选的是，在这个图像显示器屏幕中，当具有光吸收功能的黑色光吸收层13的前部具有细微的凹凸表面(粗糙表面)并在其上形成一个透镜结构，如图13所示，使得在光吸收层13的前侧面上的构成一个带通滤光器的光控制层18跟随光吸收层13前部的形状。这能够实现增益控制功能和散射成像功能，如图14所示，还能够在光控制层18中实现反射波长选择功能。在这个图像显示器屏幕中，通过由吸收偏振片构成的外部光减少层19来实现外部光减少功能。

可备选的是，在这个图像显示器屏幕中，由于在具有光吸收功能的黑色光吸收层13的前部上形成一个透镜结构，如图15所示，使得在光吸收层13的前侧面上构成一个带通滤光器的光控制层18跟随光吸收层13前部的形状，由此实现增益控制功能。此外，能够实现光控制层18中的反射波长选择功能。散射成像功能通过在光控制层18和外部光减少层19间提供散射片20来实现，在该散射片的结构中分散有由具有与基底材料不同折射率的微粒构成的散射体，外部光减少层19是一个具有外部光减少功能的吸收偏振片。

可备选的是，在这个图像显示器屏幕中，通过黑色光吸收层13来实现光吸收功能，如图16所示。增益控制功能，散射成像功能和反射波长选择功能由安排在光吸收层13前侧面上的用作光控制层的全息材料12来实现，如图17所示。随后将描述具有该功能的全息材料12的制造方法。此外，在这个图像显示器屏幕中，通过由吸收偏振片构成的外部光减少层19来实现外部光减少功能。

可备选的是，在这个图像显示器屏幕中，如图18所示，外部光减少功能通过外部光减少层19来实现，该层具有多个精细遮光片19a，截取和吸收来自前上侧和前下侧的入射光，如图18中箭头B和C所示，并透射图像显示光如图18中箭头A所示。除外部光减少层以外，这个图像显示器屏幕的构成部分与图13所示图像显示器屏幕的构成部分相似。

在所有上文描述的图像显示器屏幕结构中，可以根据该图像显示器屏幕的应用和环境省略外部光减少功能。此外，在所有上述的图像显示器屏幕结构中，在最靠外的前侧面上的表面部分可以具有一个表面防反射功能。这个表面防反射功能可以通过在该图像显示器屏幕的最靠外前侧面上的表面部分中形成细微的凹凸面来实现。

[图像显示器屏幕的制造方法]

现在将描述根据本发明的图像显示器屏幕的制造方法。

首先，在光控制层中，为了将反射层构造成一个多层薄膜带通滤光器、且该滤光器通过产生图像显示光的Bragg反射而具有相应于图像显示光波长的反射波长选择功能，通过蒸发等方法以多层薄膜的形式将形成反射层的介质材料等沉积在支撑层前部或光吸收层前部上。

然后，可以考虑一种使用上述全息材料12实现上述反射波长特性的制造方法。具体地，通过使用具有与经过投影成像装置投射的图像显示光相同或实质相同的波长特性的激光束4(如物体光4a和参考光4b)制备一个反射型全息屏幕，如图19所示，可以制造只选择性地反射图像显示光波长的屏幕。

在构造为反射型全息屏幕的图像显示器屏幕的制造中，通过半透镜5将激光束4分离为两条光路。物体光4a(object light)，它是两条光路之一，通过多个反射镜6、7、9和散射片8入射到全息材料12上。参考光4b(reference light)，两条光路中的另一个，通过多个反射镜10、11入射到全息材料12上。在全息材料12中，物体光4a和参考光4b互相干涉并形成干涉条纹，相应于干涉条纹的部分被曝光。当对三基色执行这样的曝光并进行显影，就形成一个具有相应于三基色的衍射光栅的反射型全息屏幕。

这种全息材料12的典型反射波长特性就是在R(红)，G(绿)和B(蓝)波长范围内具有高反射率，而在其它波长范围内反射率几乎为零，如图20所示。

在用这种全息材料12构成的图像显示器屏幕中，具有不同于物体光4a和参考光4b的其它波长λ_其他的光不被全息材料12反射，并透射过全息材料12，如图21所示。在全息材料12背面上的光吸收层13吸收透射过全息材料12的光(具有其它波长λ_其他)。

在构造为反射型全息屏幕的图像显示器屏幕中，具有物体光4a和参考光4b波长的光，就是说经过投影成像装置投射的具有波长λr，λg和λb的图像显示光，被全息材料12反射并到达观者14的眼睛。

作为制造这种图像显示器屏幕的一种方法，提供一个通过采用预制的多种类型的调色剂(颜料)微粒而形成的调色剂层16，作为基底件15前部上的光控制层，并成为一个投影表面，如图22所示。该调色剂层16由反射红色(R)的调色剂微粒，反射绿色(G)的调色剂微粒和反射蓝色(B)的调色剂微粒构成。当被不包括三基色的具有其它波长λ_其他的外部光照射时，调色剂层16看上去呈黑色。

反射蓝色(B)的调色剂微粒只反射蓝色(B)而吸收其它波长的光，如图23A所示。反射绿色(G)的调色剂微粒只反射绿色(G)而吸收其它波长的光，如图23B所示。反射红色(R)的调色剂微粒只反射红色(R)而吸收其它波长的光，如图23C所示。

当由三基色(具有波长λr，λg，λb)组成的图像显示光经过投影成像装置投射在调色剂层16上时，这些彩色光束被相应彩色的调色剂微粒反射并到达观者的眼睛。

[图像显示器的结构]

根据本发明的图像显示器具有三个组成部分，分别是，一个用于投射图像光的具有投影成像装置的投影器1，一个用于图像显示器屏幕2，投影器1在图像显示器2上投影图像，以及一个发光体3，它是一个外部光产生装置，用于照射图像显示器屏幕2及其周围，如图24所示。

在这个图像显示器中，图像显示器屏幕2是上述根据本发明的图像显示器屏幕。因此，该图像显示器中的用于图像显示器屏幕2能够使用上述图像显示器屏幕的示例结构中的任何一个。

投影器1具有一个用于发射红、绿、蓝基色光光束的光源，一个空间光调制器(光泡(light bulb))用于根据图像信息调制由光源射出的各色光束的强度，以及投影成像装置(投影透镜)，用于叠加由空间光调制器调制其强度的基色光束从而在图像显示器屏幕2上形成一个图像。可以使用一个反射或透射型液晶调制器，或一个开关元件例如一个微镜阵列作为空间光调制器。

就是说，投影器1用红光把被显示图像的红色分量图像投射在图像显示器屏幕2上，用绿光把被显示图像的绿色分量图像投射在图像显示器屏幕2上，以及用蓝光把被显示图像的蓝色分量图像投射在图像显示器屏幕2上。然后投影器1叠加这些光束，由此再生原始显示图像。

由投影器1投射的光束的波长分量是基色光红(R)，绿(G)和蓝(B)的波长分量，如图25所示。(水平坐标轴表示波长λ，垂直坐标轴表示投射光强。)

发光体3使用具有不同于基色光光束波长的外部光照射图像显示器屏幕2，如图26所示。(水平坐标轴表示波长λ，垂直坐标轴表示照射光强。)图像显示器屏幕2对于由投影器1投射的基色光的反射率高于对外部光的反射率，而对于该基色光的吸收率低于对外部光的吸收率，如图27所示。(水平坐标轴表示波长λ，垂直坐标轴表示反射光强。)

如同随后将描述的，即使在一个明亮环境里，该图像显示器也能显示一个高可见度的图像。就是说，人的视觉特性(可见波长特性)在一个所谓的可见光范围(大约400至700nm的波长)内显示出大致一致的发光效能，如图28所示。

因此，由投影器1投射在图像显示器屏幕2上的光被图像显示器屏幕2反射并到达观看者的眼睛，但所有额外光包括该屏幕上的外部光被该图像显示器屏幕2吸收。因此，在图像显示器屏幕2上，只有由投影器1投影的图像对于观者的眼睛成为一个可视图像。

[投影器的光源]

假如使每个基色光光束的波长宽度尽可能地窄，就能够容易地从外部光中识别出由投影器1投射的基色光光束。就是说，当一个激光光源被用作投影器1的光源时，可以使每个基色光光束的波长宽度变得极窄，如图29所示。这种情况下，投影器1具有一个扫描装置，并使该扫描装置扫描由激光源发射的激光束的照射方向上的图像显示范围。根据扫描装置在激光束照射方向上的扫描时间改变激光束光强的光强控制装置能被用作空间光调制器(the spatial light modulator)。

由于使用激光光源的基色光波长宽度的变窄，能够容易地减少与外部光波长重叠的范围，设计自由度得到了增加而投影器特性得到了改善。

可替代地，在该图像显示器的投影器1中，一个放电管例如金属卤化物灯，一个高压水银灯或一个氙气灯能被用作光源。由高压水银灯发射的光具有清晰的发射谱线但包含了除该发射谱线之外的波长分量，如图30A所示。因此，如果通过一个只透射特定波长的滤光器进行滤光后，则只提供特定波长分量的光，如图30B所示。

当使用一个氙气灯时，由于发射光具有宽的波长特性，必须通过具有不同波长特性的滤光器组合进行复合过滤来控制投射光的波长特性。执行这样一种滤光，能够提供具有足够窄的波长宽度的基色光。

可替代地，假如由一个相对的低压水银灯(中压水银灯)和一个红色半导体激光器构成的混合光源被用作投影器1的光源，可以使用该水银灯的蓝和绿发射谱线峰点(如图31A所示)和具有窄的波长宽度的红色激光光谱(如图31B所示)，不经过滤光地提供具有窄的波长宽度的基色光如图31C所示。

[发光体(外部光产生装置)]

作为发光体3，它是一个外部光产生装置，可以使用一种暖白色荧光灯，这种灯使用一种合适的经过处理的荧光材料以使它的发射波长特性不和由投影器1投射的光的波长重叠，如图32所示。

作为发光体3，可以使用一个照明光源例如白炽灯和一个滤光器的组合，该滤光器阻断来自该照明光源的基色光光束波长范围的光。来自照明光源例如白炽灯的光具有一个宽的波长特性，足以遍布整个可见光范围，如图33A所示。然而，当这种光被过滤后，变成了具有基色光光束的波长范围被阻断的波长特性的光，如图33B所示。

为了提供发光体3，可以用上述的一种使用了合适的经过处理的荧光材料的暖白色荧光灯或一种与滤光器组合的白炽灯来代替通常使用的荧光灯或白炽灯。

外部光产生装置也可以使用一个发光二极管(LED)来构成。这种情况下，发光二极管具有不同于光源、空间光调制器和投影器1的投影成像装置中的彩色再现波长的发射波长特性，并发射波长不与由投影器1投射的光的波长重叠的外部光，如图34所示。可以使用多个类型发光二极管的组合。对于人眼，该外部光看起来非常白。

可以通过一个紫外线发光二极管(LED)和由紫外线发光二极管发射的紫外线激活的可见荧光材料来构成外部光产生装置。这种情况下，该可见荧光材料具有不同于光源、空间光调制器和投影器1的投影成像装置中的彩色再现波长的发射波长特性，并发射外部光，该外部光的波长不与由投影器1投射的光的波长重叠，如图35所示。可以使用多个类型发光二极管或可见荧光材料的组合。对于人眼，该外部光看起来非常白。

[使用紫外线的结构]

此外，在根据本发明的图像显示器中，将被投射到图像显示器屏幕2上的基色光光束中的一个可以由投影器1中的紫外线替代，并且在图像显示器屏幕2中可以提供一个色彩转换层(荧光层)，用于将紫外线转换为在投影器1中由紫外线替代的一个基色光束，如图36所示。特别地，在该图像显示器中，投影器1将三个基色光光束中的两个基色光光束(具有波长λr，λb)和一个紫外线(具有波长λuv)投射到图像显示器屏幕2上。如上文所述的在图像显示器屏幕2前侧面上形成的全息材料12反射投射在屏幕上的两个基色光光束(具有波长λr，λb)，如图37所示。投射在图像显示器屏幕2上的紫外线(具有波长λuv)透射穿过全息材料12，然后在形成于全息材料12之后的荧光层17中被变换为剩余的一个基色光光束(具有波长λg)，然后被反射，并再次透射穿过全息材料12。来自发光体3的外部光(具有其它波长λ_其他)被透射穿过全息材料12和荧光层17，并被图像显示器屏幕2后侧面上的光吸收层13所吸收。就是说，这种情况下图像显示器屏幕2包括全息材料12、荧光层17和光吸收层13的组合。

在这个图像显示器中，当由投影器1投射的两个基色光光束(具有波长λr，λb)和紫外线(具有波长λuv)被图像显示器屏幕2反射时，如图38A所示，光束变成了三个基色光光束(具有波长λr，λg，λb)，由此完成图像显示。

[具体的波长特性]

对于具有从前述各种结构选出的投影器1，图像显示器屏幕2和发光体3的合适组合的图像显示器中的来自投影器1的投射光的波长特性、图像显示器屏幕2的反射波长特性和外部光的波长特性，现在将描述具体实施例。

首先，假如一个具有激光光源作为其光源的激光显示器被用作投影器，由该投影器投射的光是在波长457nm(B)，532nm(G)，647nm(R)处具有尖锐峰点的基色光，如图39A所示。用一个反射型全息屏幕作为屏幕，并使来自这个屏幕的反射光的波长特性与由投影器1投射的基色光的波长特性一致，如图39B所示。一个暖白色的荧光灯被用作发射外部光的发光体，并使这个灯产生具有这样波长特性的外部光：即在不同于基色光的波长范围中具有峰值，如图39C所示。当投影器在屏幕上投影一个图像以及外部光照射该屏幕及其周围时，屏幕上的外部光被该屏幕吸收并且只有由投影器投射的用于执行图像显示的光被该屏幕反射，如图39D所示。

接下来，假如一个过滤的金属卤化物灯被用作该投影器的光源，由该投影器投射的光是在波长440nm(B)，532nm(G)和647nm(R)左右具有峰值的基色光，如图40A所示。用一个反射型全息屏幕作为屏幕，并使来自这个屏幕的反射光的波长特性与由投影器1投射的基色光的波长特性一致，如图40B所示。一个过滤的白炽灯被用作发射外部光的发光体，并使这个灯产生具有这样波长特性的外部光：即基色光光束的波长范围被阻断，如图40C所示。当投影器在屏幕上投影一个图像以及外部光照射该屏幕及其周围时，屏幕上的外部光被该屏幕吸收并且只有由投影器投射的用于执行图像显示的光被该屏幕反射，如图40D所示。

虽然根据附图所示的优选实施例叙述了本发明并在上文中进行了详细描述，熟悉本领域的普通技术人员应当理解，本发明并不局限于上述实施方式，可以进行各种修改、等同结构替换而不偏离如所附权利要求提出和定义的本发明的范围和精神。

Claims (33)

1.一个图像显示器屏幕包含：

基底件；

光吸收层，形成在基底件上并适合于吸收大致覆盖了整个可见光范围的波长范围的光；

形成在光吸收层上的光控制层；和

在光控制层上的外部光减少层，

所述光控制层具有散射成像功能，使得由投影成像装置投射的图像显示光漫反射并由此形成一个图像，所述光控制层还通过使用Bragg反射薄膜而形成为一个多层薄膜带通滤光器从而具有反射波长选择功能，选择性地反射图像显示光波长范围的光并透射其它波长范围的光。

2.如权利要求1所述的图像显示器屏幕，其中光控制层具有形成于其表面部分中的细微凹凸面，或微镜。

3.如权利要求1所述的图像显示器屏幕，其中光控制层由于具有在该层中分散的不同折射率的细微散射体而具有散射成像功能。

4.如权利要求1所述的图像显示器屏幕，其中光控制层具有增益控制功能，依赖于反射光的出口方向，使反射光的数量关于入射光而改变。

5.如权利要求4所述的图像显示器屏幕，其中光控制层由于在其表面部分具有多个细微的凹面部分而具有透镜效应，从而具有增益控制功能。

6.如权利要求4所述的图像显示器屏幕，其中基底件的表面部分中具有多个细微凹面部分，光控制层的形状跟随基底件表面的形状并具有透镜效应，从而具有增益控制功能。

7.如权利要求1所述的图像显示器屏幕，其中所述外部光减少层适合透射由投影成像装置投射的图像显示光波长范围的光，并吸收其它波长范围的光。

8.如权利要求1所述的图像显示器屏幕，其中所述外部光减少层具有多个细微遮光片，用于透射由投影成像装置投射的图像显示光入射方向上的光，并遮断其它方向上的入射光。

9.如权利要求1所述的图像显示器屏幕，其中所述外部光减少层适合透射由投影成像装置投射的图像显示光的偏振状态的光，并吸收其它偏振状态的光。

10.一种具有如权利要求1所述的屏幕的图像显示器还包括：

光源，用于发射红、绿和蓝基色光；

空间光调制器，用于根据图像信息调制由光源发射的光束的强度；

投影成像装置，用于使光强由空间光调制器调制的基色光在屏幕上成像；

外部光产生装置，用波长不同于基色光的外部光照射屏幕；

其中所述屏幕对基色光的反射率高于对外部光，并且对基色光的吸收率低于对外部光。

11.如权利要求10所述的图像显示器，其中的光源是一个激光光源，

所述显示器具有扫描装置，用于在一个图像显示范围上扫描由所述激光光源发射的激光束的照射方向，和

所述空间光调制器是光强控制装置，它相应于扫描装置在激光束照射方向上的扫描时间改变所述激光束的光强。

12.如权利要求10所述的图像显示器，其中的光源是一个激光光源，

所述显示器具有扫描装置，用于在一个图像显示范围上扫描由所述激光光源发射的激光束的照射方向，和

所述空间光调制器是开关元件，用于改变屏幕上由扫描装置扫描其照射方向的激光束的光强。

13.如权利要求12所述的图像显示器，其中的开关元件是液晶调制器。

14.如权利要求12所述的图像显示器，其中的开关元件是微镜阵列。

15.如权利要求10所述的图像显示器，其中所述光源具有一个放电管和用于遮断由所述放电管发射光束中部分波长范围的光束的滤光装置，和

空间光调制器是一个开关元件，用于改变屏幕上经过滤光装置的光束的光强。

16.如权利要求15所述的图像显示器，其中所述开关元件是液晶调制器。

17.如权利要求15所述的图像显示器，其中所述开关元件是微镜阵列。

18.如权利要求10所述的图像显示器，其中所述光源具有一个放电管，用于遮断由所述放电管发射的光束的部分波长范围的滤光装置，和一个用于发射红色激光束的激光振荡器，和

所述空间光调制器是开关元件，用于改变屏幕上经过滤光装置的光束和所述红色激光束的光强。

19.如权利要求18所述的图像显示器，其中所述开关元件是液晶调制器。

20.如权利要求18所述的图像显示器，其中所述开关元件是微镜阵列。

21.如权利要求18所述的图像显示器，其中所述放电管是金属卤化物灯，高压水银灯，或氙气灯。

22.如权利要求10所述的图像显示器，其中光控制层具有形成于其表面部分中的细微凹凸面或微镜。

23.如权利要求10所述的图像显示器，其中光控制层由于具有在所述层中分散的不同折射率的细微散射体而具有散射成像功能。

24.如权利要求10所述的图像显示器，其中光控制层具有增益控制功能，依赖于反射光的出口方向，使反射光的量关于入射光而改变。

25.如权利要求24所述的图像显示器，其中光控制层由于在其表面部分具有多个细微的凹面部分而具有透镜效应，从而具有增益控制功能。

26.如权利要求24所述的图像显示器，其中基底件的表面部分中具有多个细微凹面部分，所述光控制层的形状跟随基底件表面的形状并具有透镜效应，从而具有增益控制功能。

27.如权利要求10所述的图像显示器，进一步包含在光控制层上的外部光减少层，使所述外部光减少层适合透射由投影成像装置投射的图像显示光波长范围的光，并吸收其它波长范围的光。

28.如权利要求10所述的图像显示器，进一步包含在光控制层上的外部光减少层，所述外部光减少层具有多个细微遮光片，用于透射由投影成像装置投射的图像显示光入射方向上的光，并遮断其它方向上的入射光。

29.如权利要求10所述的图像显示器，进一步包含在光控制层上的外部光减少层，使所述外部光减少层适合透射由投影成像装置投射的图像显示光的偏振状态的光，并吸收其它偏振状态的光。

30.如权利要求10所述的图像显示器，其中外部光产生装置具有一个荧光管，其具有不同于光源、空间光调制器和投影成像装置中彩色再现波长的波长特性，并使所述荧光管发射外部光。

31.如权利要求10所述的图像显示器，其中外部光产生装置具有一个荧光管和用于遮断由所述荧光管发射光束中部分波长范围光束的滤光装置，并经过所述滤光装置发射外部光，所述外部光具有不同于光源、空间光调制器和投影成像装置中彩色再现波长的波长特性。

32.如权利要求10所述的图像显示器，其中外部光产生装置包括一个发光二极管并发射外部光，所述外部光具有不同于光源、空间光调制器和投影成像装置中彩色再现波长的波长特性。

33.如权利要求10所述的图像显示器，其中外部光产生装置包括一个紫外线发光二极管和由所述紫外线发光二极管发射的紫外线激活的可见荧光材料，并发射外部光，所述外部光具有不同于光源、空间光调制器和投影成像装置中彩色再现波长的波长特性。

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