TW200527919A

TW200527919A - Optical coupler for projection display

Info

Publication number: TW200527919A
Application number: TW093138194A
Authority: TW
Inventors: Roy A Auerbach; Gunnar Hans Gunnarsson
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 2003-12-18
Filing date: 2004-12-09
Publication date: 2005-08-16
Also published as: WO2005066995A2; JP2007515052A; KR20060130104A; MXPA06006798A; US20050134164A1; WO2005066995A3; CN1894766A

Description

200527919 九、發明說明：【發明所屬之技術領域】、本：明大體上關於陰極射線管(CRT)投影顯示器。本發明、”疋可應用於具有低熱漂移的陰極射線管投影顯示哭。【先前技術】陰極射線管投影顯示器係一般用在消費者應用（諸如家庭娛樂中心）及商業應用（諸如視頻會議、t訊呈現及胃_ 示）〇陰極射線管投影顯示器通常包括—陰極射線管影像形成來源及—投影系統。陰極射線管影像形成來源在該來源之輸出處形成-小影像（例如對角線12到25公分）。投影系統包括或夕個（通常至少三個）投影透鏡元件，用以放大及投影該來源影像至一投影螢幕上。 ^普遍的是，陰極射線管投影顯示器包括三個陰極射線管影像來源’-個陰極射線管用於每—原色（紅、綠及幻。通常’各陰極射線管影像來源具有其本身專用的投影系統及投影透鏡元件。該投影系統放大、投影之影像在-投影營幕上，產生被投影的彩色顯示。-末源义陰極射線管投影顯示器可為前方或後方投影顯示器。在前方投影顯示器中，影像來源及觀看者係與所觀看影像的平面相對。相反地’在後方投影顯示器中’觀看者係位於 ^所觀看影像平面的一側’而投影系統及由該來源產生的衫像係在影像平面的另一側。所觀看影像通常是顯示在一才又影螢幕上，該螢幕通常在前方投影顯示器中是反射式， 97866.doc 200527919 而在後方投影顯示器中則為透射式。在陰極射線管玻璃板及最靠近該來源之投影透鏡元件的第一表面處的光反射可減少影像亮度、對比及解析度。為了減少光反射，通常使用一流體媒體以在陰極射線管玻璃板與一第一透鏡元件間填充及光耦合。已知的流體包括乙一醇、乙二醇及甘油的混合物、乙二醇及水的混合物、烷基二芳基烷烴，液體包括一具有甲基、苯基、及親水性側基的矽氧烷聚合物，且液體包括一具有甲基及苯基側基之石夕氧烧聚合物’及一具有甲基及親水性側基的矽氧烷聚合物之混合物。【發明内容】大體上，本發明關於陰極射線管投影顯示器。在本發明一具體實施例中，一光元件包括一陰極射線管的一面板、一面對該面板的透鏡元件，及一設置在該透鏡疋件及面板間的光耦合材料。該光耦合材料包括分散到一主材料中的微粒。在本發明另一具體實施例中，一投影顯示器系統包括一具有一面板的陰極射線管影像來源，及一面對該面板之透鏡元件。該投影顯示器系統進一步包括一設置在該透鏡元件及該面板間之光耦合材料。該光耦合材料包括分散在一主材料中的微粒。在本發明另一具體實施例中，一陰極射線管投影系統包括一陰極射線管的一面板及一透鏡元件。該面板及該透鏡元件係分隔地配置在界定一搞合器空穴之位置的相反側。 97866.doc -6- 200527919 該陰極射線管投影系統進一步包括一在該耦合器空穴内分散的耦合流體。該耦合流體包括奈米微粒。【實施方式】本發明大體上關於投影顯示器。本發明尤其是可應用於陰極射線管投影顯示器，且甚至更特別是關於陰極射線管投影顯示器，其在一陰極射線管影像來源及一投影透鏡元件間具有一光耦合材料。陰極射線管投影系統的實例可在美國專利第4,838，665 ; 5，157,554; 5,381，189; 5,625,496與 5,440,429號；及美國專利公開案第2002/0196556與2003/007 1929號中發現。已知之光麵合材料包括叙合流體，其具有低折射率及高速率之折射率對流體溫度變化dn/dT。此等柄合器的實例可在美國專利第 5，117，162 ; 5，115，163 ; 4,982,289 ; 4,904,899 ; 4,780,640 ; 4,734,613 ; 4,725,755 ; 4,665,336 ; 4,405,949與 4,651，2 17號；及美國公開案第 2003/0034727與 2003/0098944 號中發現。已知之光耦合器的折射率大體上低於位在光耦合器任一側上的光元件，及被設計由光耦合器光耦合者。例如，已知柄合流體的折射率大約是1.43。相反地，面板的折射率大約是1.56，且透鏡元件的折射率是約在1·49到 1.53的範圍中。光耦合材料及陰極射線管玻璃板及/或第一投影透鏡元件（被設計光耦合之二媒體流體耦合器）間的率失配，可造成殘餘光反射，導致減低在觀看影像平面處之亮度與對比。此外，已知的耦合流體通常具有之折射率對流體溫度的 97866.doc 200527919 變化速率（dn/dT)，係高於投影系統中其他光元件的dn/dT。例如，已知耦合流體通常具有約_3(K〇xl(r5/〇C的dn/dT。相反地，塑膠透鏡元件的dn/dT通常是約-ΐ〇χ1〇-5/π，而玻璃陰極射線管面板的dn/dT通常是+〇·4χ l(T5/°c。一較大的 dn/dT能導致在投影顯示器整體之焦距及放大率中不可接叉之改變。例如，包括一流體光耦合器之陰極射線管投影顯示器的對比及解析度，可在暖機期間實質上改變，其中一些包括光耦合器、透鏡元件、及陰極射線管面板的光組件之折射率’在該等組件之溫度從室溫變化到操作溫度時會增加。此外，焦距及放大率之變化對於每一原色不同可能會導致（例如）由三個陰極射線管影像來源在一觀看螢幕上形成之影像間套準的誤差。在一塑膠或流體光元件之折射率中的變化，通常是元件之岔度由於（例如）元件熱膨脹或收縮而變化的結果。例如，當元件的溫度增加，元件由於密度減少而膨脹導致折射率降低。同樣地，溫度降低能夠造成元件收縮，其導致由於雄度增加而增加元件折射率。因此，一光元件的dn/dT值經节為負值。一些材料（例如一些玻璃或半導體）由於可極化性改k而具有正的dn/dT，如美國專利申請案第2〇〇2/〇12〇〇48 號中所討論者。在一陰極射線管投影系統中之光透鏡的熱膨脹或收縮可改艾透鏡的光特性。例如，透鏡的焦距及放大率可改變。此外透鏡元件溫度中的變化可導致透鏡形狀之變化。此艾化此衫響透鏡的轴上及軸外特性。例如，此一變化能 97866.doc 200527919 導入或增加不符合需求之色差。一光_合材料可被描述為用於光搞合一陰極射線管影像來源的面板與一投影透鏡系統。該光耦合材料包含一被圍置於一搞合器外罩中之流體主材料。該光耦合材料進一步包括分散在流體主材料中之奈米微粒。該等奈米微粒的平均尺寸最好不超過30奈米。該光耦合材料具有一折射率 h。該陰極射線管影像來源可在陰極射線管之面板處形成〜像，例如在该面板的輸入面。該面板的折射率是^ 1。 5亥投影透鏡系統是用以放大及投影該來源影像至一觀看螢幕（通常是一投影螢幕）上。該投影透鏡系統可包括一或多個投影透鏡元件。通常，該投影透鏡系統包括至少三（通常為四）個透鏡元件，一第一透鏡元件最靠近該陰極射線管面板第透鏡元件的折射率是η;。光耦合材料可包括分散到一主材料中的小微粒。 Λ月的 k勢疋光麵合器的高光透明度。在光麵合器中的雲（haze)或散射可減少顯示解析度及對比。本發明的光耦“才料可具有高度光透射，包括高鏡面光透射。本發明的光：合材料能夠具有很低的光曇。在光耦合材料中的微 f可能小得^以導致極少或甚至無光散射。例如，該等小微粒可能是奈米微粒’意指平均微粒尺寸在奈米範圍中，）不超過5〇〇奈米，諸如在1〇到5〇奈米的範圍中。因此， /光耦口材料對陰極射線管投影顯示器的解析度及對比可能具有極少甚至無負面影響。另優勢係有效光耦合一陰極射線管面板與一第 97866.doc 200527919 一透鏡元件。例如，嗲該面板與第—透η: 料的折射率可有效地匹配 ^透鏡兀件的折射率。施例，光輕合材料的折射率⑹二康本备明的一具體實率㈣难㈣高者。❹合材料之螢幕上顯示之影像的亮度、解此提升在-觀看此ΠΓ明另—具體實施例，n2可為一平均。在-二可等::::及〜乘積之平方根。在-些其㈣速率本發::二優r已:物 .^ yu T j員貪上呵於投影系統中的一 :成的^件’諸如陰極射線管面板及例如由玻璃或塑膠二查二凡件。例如’已知流體光麵合材料的dn/dT可能疋南達投影顯示器中其他先70件（例如陰極射線管面板及的至少兩倍。—高仙丁能導致在整體焦距及放 “為咖度之函數（有時稱為熱漂移）的—顯著變化。該變化能影響解析度及觀看影像之對比對溫度之函數，包括袖上或軸外。此外，在利用三個陰極射線管影像來源（各具有— 專用投影透鏡系統）之投影顯示器中，各投影系統之熱漂移可能不同。此可導致在軸上或軸外之二或以上被投影之影㈣的未套準。增加小微粒對一光麵合材料之流體主材料而吕，能減少導致熱漂移減少之光耦合材料的如“ 丁。圖1示範依據本發明一具體實施例之光元件1〇〇的概要側 97866.doc 200527919 視圖。光元件100包括一陰極射線管110、一具有折射率ηι 之陰極射線管面板120、一具有折射率〜之光耦合材料 180、及一投影透鏡系統17〇。投影透鏡系統17〇包括一具有折射率〜的第一透鏡元件13〇。投影透鏡系統17〇能夠進一步包括諸如透鏡元件140及150之額外透鏡元件。面板12〇具有一輸入面121及一輸出面122。同樣地，第一透鏡元件 130具一有輸入面131及一輸出面132。光耦合材料18〇可包括分散到一主媒體186中之小微粒18弘光耦合材料18〇具有高度光透射及低曇。曇通常是模糊的一計量標準。如本說明書中所用，曇是擴散地發射之光與全部發射之光的一百分比。光耦合材料180較佳是具有不超過2%之曇更佳是不超過1%’且甚至更佳是不超敎5%，^再更佳是不超過 0.2%。光散射及曇可被微粒185的尺寸影響。大體上，當微粒尺寸降低時，光散射及曇會減少。此外，光散射^可受微粒185折射率及主材料186折射率間的失配所影塑。大體上’當率失配降低，光散射及曇也減少。通常㈣微粒尺寸的範圍，比控制微粒與主材料間之失配容易。例如，可藉由將言亥等微粒通過一螢幕以控制微粒尺寸範圍之上 P艮。相反地，難以在冑求的波長範圍（諸如可見光範圍）中杵制微粒及主材料間的率失配。此可能是因為在㈣及_ 料成份中之變化。此外，大體上難以使微粒及主材料之率匹配成為溫度及/或波長的一函數。因此，微粒186較佳是足夠小以將光散射及曇減少到可接受的程度。尤盆a】微粒⑻最好是奈米微粒，意即其平均微粒尺寸係=米範 97866.doc 200527919 =中。甚至更特別的是’微粒185之平均尺寸最好不超過5〇〇微粒185的平均尺寸更佳是㈣到⑽奈米的範圍 °干均尺寸甚至更佳是在10到50奈米 ’且甚至最佳是在1G到3G奈米範圍中。應瞭解到的微粒可用在微粒⑻與主材料186間之率失配足夠小以= 致低光散射及曇的特定應用中。微粒尺寸可能是（例粒成為球形或近似球形的直徑’或（-般而言）能合理指定

直徑給微粒者。微粒尺寸可能是沿著不同方向之微粒尺; 的+均。例如，在微粒係桿狀時，微粒尺寸可能是沿盆主軸之微粒尺度的平均。在一些應用中，微粒尺寸可月b疋指最大的微粒尺寸。根據本發明一具體實施例，微粒185係以膠態分散至體186中’因此至少大多數微粒185在光元件100之至少預期 :=限中維持分散在主媒體186中。光元件的預期使用年

使用。例如’一消費者後方投影電視的預期吏用年限可此是約20，_小時。在此一應用中，大多數微㈣5可維持分散到主媒186體中達至少冰刚小時。再者根據本發明一具體實施例，微粒185在光元件⑽ p /使用年限中不會聚集，或在光元件1GG的預期使用年暴mi可能發生之任何聚集不會導致—明顯的光散射或一，據本發明一具體實施例，微粒185具有一正—d丁。此 m统的-實例係揭示於美國專利第6，⑷，號中的飞鎂。在本發明的一些具體實施例中，微粒185具有一負 97866.doc -12- 200527919 dn/dT。根據本發明的一具體實施例，微粒185可經表面處理以有助於且保持分散。該表面處理與主媒體1 86最好相容，意即已處理之微粒1 86在主材料中保持可溶解或可分散。適當之表面處理能夠減少或消除微粒沉澱及/或聚集。根據本發明一具體實施例，h係在光耦合材料18〇中微粒 1 85之重量或體積分數的一近似線性函數。例如，在主材料 186的折射率（nb)及微粒185的折射率（na)間之關係以通常可以下列關係式預估： n2=nb(l-VF)+na(VF) ⑴ 其中VF是在光耦合材料18〇中微粒ι85的一體積分數。體積刀數VF大體上係定義為微粒1 8 $的體積與總體積的比，其中總體積是具有微粒丨85分散其中之主材料丨86的體積。體積为數VF可藉由（例如）首先測量流體主材料186的體積Vi。其次，將微粒185加入流體中，且測量混合物的體積¥2。因此，被加入之微粒185的體積是VyVi。微粒185的體積分數 (VF)係藉由计异比例（v^vj/V2而決定。可使用一藉由重量而非體積之類似方法來決定微粒丨85的重量分數。請參考關係式（1)，折射率的變化率通常是由以下關係式預估： dn2/dT=dnb/dT(l-VF)+dna/dT(VF) ⑺ 其中τ是溫度。結果，光耦合材料的如/dT可為主材料186 中微粒1 85之體積分數的一線性函數。根據關係式（2)，當微粒體積分數增加時，dh/dT接近dna/dT。微粒丨85的如/dT，可與光7L件100中一些其他光組件（諸如面板12〇或第一透 97866.doc -13- 200527919 鏡元件130)在相同範圍中。例如，面板12〇可由玻璃製成，且微粒185可為無機物，諸如矽土。因為玻璃及矽土具有可比擬之dn/dT值，藉由增加微粒185的體積分數，光耦合材料180的dn/dT能夠趨近面板的加/打。目此，光搞合材料的 dn/dT可與面板在相同範圍中。本發明的一特定優勢在於❹dn2/dT。根據本發明一具體實施例，該diVdt最好比dnb/dt少至少15%，更佳是比 dnb/dt少至少20% ’甚至更佳是比dnb/dt少至少3〇%，甚至更佳是比dnb/dt少至少40%，且再更佳是比dnb/dt少至少。該dn/dt之減少最好是在自攝氏2()度至攝請度之溫度中，更佳是在自攝氏20度至攝氏7〇度中，且甚至更佳是在自攝氏10度至攝氏80度中。大體上，體積分數w之上限可藉由微粒185之能力控制’以保持分散到主材料186中，而體積分數之下限可藉由-用於dn2/dt的需求值建立。根據本發明一具體實施例，體積分數VF最好在從1〇%到8〇%之範圍中’更佳是在咖到㈣，且甚至更佳是在㈣到娜中。雖然以上所給定之值是與微粒185的體積分數有關，但相同或類似較佳值對於微粒185之重量分數而言也適當。光麵合材料180最好是流體，意即任何可流動之材料，包括但不限於液體、凝膠及溶凝膠。在—些應用中，可使用一固態光搞合材料。併人小微粒的固態材料先前已被揭不。匕例如’美國專利第6,586,096號描述一種聚甲基丙稀酸甲酉曰材枓’其具有十奈米尺寸之氧化㈣粒分散在盆中。其他實例可在美國專利第6,552，⑴；M4M77;4,7i〇,82〇 97866.doc 14 200527919 與6,498,2G8號中’及美國專利公開案第2_/Gi23549與 2002/0123550號中發現。流體光_合材料的__|^高熱轉移。當陰極射線管110被啟動時，面板12〇的溫度能夠到達攝氏70度或更高。需求光_合材料能將在面板12时產生的熱自s亥面板轉移到周圍區域。對於一固體光耦合材料而 5，將熱自面板1 20轉移到光耦合材料丨8〇主要是經由傳導完成。相反地，在流體型式之光耦合材料中，將熱自面板 120轉移到光耦合材料丨8〇主要是經由對流。在此一情況中，對流可能是自然或被強制。在一強制對流中，流體流動至少部分是藉由-外力造成’諸如一循環泵。在一自然對流中，流體流動主要由於流體本身的特性，其中（例如）遠離面板之較冷流體會取代較靠近面板的較暖流體，或反之亦然。熱傳導率是材料傳導熱之能力的一計量標準。大體上，流體具有比固體聚合物更高之熱傳導率。例如，聚苯乙烯的熱傳導率是約〇· i 2 Watt/mK，其中κ是克氏(Μ—) 溫度。相反地，乙二醇的熱傳導率大約是〇 26 Watt/mK，而水的熱傳導率大約是0.6 Watt/mK。因此，大體上，流體在轉移面板120中產生的熱到周圍區域上為最有效。一流體光耦合材料1 80可包括一流體主材料丨86。用於光耦合材料180及主材料186的範例性流體材料包括乙二醇、烷基二芳基烷烴，乙二醇及甘油的混合物、乙二醇及水之混合物，液體包括一具有甲基、苯基及親水性側基的矽氧烷聚合物，且液體包括一具有甲基及苯基側基之矽氧烷聚合物，及一具有曱基及親水性側基的矽氧烷聚合物的混合 97866.doc 15 200527919 物。大體上，流體材料可為能夠用在一的任何適合流體。符合需求之應

流體主材料1 8 6最好具有一 a滿里上这 ’回，弗點及一低冰點。主材料 186的沸點最好不低於攝氏⑶度，且更Μ不低㈣氏16〇度’且甚至更佳是不低於攝氏度。主材料186的冰點最好不低於攝氏·20度，且更佳是不低於攝氏·4G度，且甚至更佳是不低於攝氏-60度。微粒185最好是mm而在—麵用巾且取決於n

與間的差，而可使用更女的外私 ^ 」從用更大的槭粒，諸如微米微粒。一趨而言，難以將〜與…間之差降低至用於所有陰極射線管操竹溫度及波長的-足夠低且可接受的程度。因此，根據本發明-具體實施例’微粒185的平均尺寸最好不超過5〇〇奈米’更佳是不超過⑽奈米’且尤其更佳是不肖過5〇奈米，

且再更佳是不超過30奈米。平均尺寸可為平均或中間尺寸，或是一般可用以特徵化微粒尺寸的任何其他平均。面板12 0最好是由光透明玻璃的任何型式製造。範例性玻璃材料包括鈉鈣玻璃、硼矽酸鹽玻璃、氮化硼玻璃、矽酸鹽玻璃、氧化物麵切土玻璃，或可適料面板的任何其他玻璃材料。圖i中的面板12()顯示具有矩㈣面。—般而言’面板12〇可有任何形狀之剖面。—般而言，面板輸入面m與輸出面122不必有相同形狀。例如，輸入面121可為曲狀而輸出面U2可為平直或平坦。至於另一實例，輸出面 122可為曲狀。再者’面板120可具有光動力，因而（部分）功能如一透鏡。光耦合材料180可與面板120接觸。尤其是， 97866.doc -16- 200527919 光耦合㈣中刚可與面板120的輸出面122接觸。在一些應用或設計中，可將其他組件置於面板m及光“材料⑽ 間。光元件100可進一步包括一搞合器外罩⑽，用於容置光麵合材料180。當光㉝合材料包括流體時可能是必須的。在此-情況中，外罩可包括―;多卜個罩密封機制（未顯示於圖1中），以在光耦合材料中密封。耦人琴外罩160可主要設計用以容置光麵合材料⑽。光輕合^卜罩 160可經進一步設計用以容置額外的元件，諸如第一透鏡元件130及面板12〇。一般而言，光元件剛可包括_或多㈣罩’以容置各種元件及組件。麵合器外罩⑽可由金屬或塑膠製成。範例性金屬材料包括鋁、銅、鎂及鋅。—般而古，耦合益外罩160可用任何適合的材料製成，以容置光耦合料180 〇 ° 再者，光元件ΗΚ)可包括一機制(諸如一栗；未顯示於圖 1)，以循環-流體光叙合材料18()。循環光麵合材料可增強自面板120之熱轉移。此外，光元件1〇〇曰 ^ 附加之貯存器190,用於容置過量之光耦合材料191，（例如）用以協助流體循環或防止在流體滲漏時在光路徑中形成氣泡。貯存器190可部分填滿以允許流體膨脹。此一膨脹室的實例揭^ 在美國專利第4,740,727號中。 ’、為求簡化而不失一般性，圖丨中第一透鏡元件係顯八為具有一曲狀剖面。第一透鏡元件13〇可具有_光動力、"' 一透鏡元件130可具有場校正特性，用於在軸上或軸^第卜—者 97866.doc -17- 200527919 杈正或改進橫越一觀看螢幕之影像品質。第一透鏡元件130可用塑膠或玻璃製成。大體上需求在一陰極射線管投影系統中製成一透鏡元件，當可能及適當時可用塑膝而非玻璃。塑膠透鏡是成本上較經濟的。此外，塑穋透鏡可經模造以具有（例如卜非球狀。非球狀透鏡的使用，體上能夠減少在—投影系統中所需透鏡的總數，以在 -觀看螢幕產生可接受的投影影像。因此，當可能時，在一陰極射線管投影系統中之光元件（例如透鏡）可由塑膠製成。同時對於光元件（尤其是具有一光動力的元件）也需求一低dn/dT。因此，在—陰極射線管投影系統中放大透鏡通常是由具有在自ΙΟ·5到5xl0，c或更少的範圍中之的玻璃製成。用於第一透鏡元件130的典型塑膠材料包括丙烯酸。第二透鏡元件140及第三透鏡元件15〇可由玻璃或塑膠製成。光耦合材料180最好與透鏡元件130接觸。尤其是光耦合材料 180最好與第一透鏡元件13〇的輸入面131接觸。在一些應用及/或設計中，其他光組件可置於光耦合材料18〇及第一透鏡元件130間。光元件100可包括其他組件，為求簡化且不失一般性而未顯示在圖1中。例如，光元件100可包括一或多層磷光體，係置於（例如）面板120的輸入面12 1上。至於另一實例，光元件100可包括用於支撐且將各種元件維持定位之固定件’及額外的透鏡元件。在本發明中描述的折射率可在一受關注的特定波長處加 97866.doc -18- 200527919 以測里。例如，折射率可一在鈉〇線（約59〇奈米），或在一諸如633示米之需求雷射（HeNe雷射）波長處測量。折射率可 2或多個陰極射線管主要發射線處測量，例如紅（如咖 :米）、綠（如544奈米）或藍（如455奈米）。折射率也可能是平均值，例如橫越整個可見光區域。該可見光區域可包括自420到65G奈米的範圍。纟此一情況中，#先可在數個波長處測里率（例如，陰極射線管之主要發射線）。經測量出的值可接著適配於一公式（例如一分散公式）中，以產生一折射率相對波長分散之曲線。其次，該率之平均可藉由计π (例如）在一需求波長範圍（諸如可見光範圍）中之分散曲線下的面積，且使用該波長範圍除該已計算出之面積而定出。 Μ粒185可為有機或無機或其等之組合。微粒可包括氧化物、氟化物、及硫化物。例如，微粒丨85可包括矽土、氧化鋁、二氧化鈦、鈽土、氧化锆、氧化釔及氧化辞。微粒1 85在受關注之波長區域（例如可見光區域）中最好具有低 g 光吸收。一些諸如矽土的微粒材料在可見光範圍中能具有極少甚至無光吸收。一些其他微粒（諸如二氧化鈦），可在可見光中稍微吸收。再一些其他微粒（例如鈽土），尤其可在光譜的藍光區具有高光吸收率。微粒丨85在可見光區的光透射率最好大於90%，更佳是大於98%，且甚至更佳是大於 · 99.5%。應瞭解到，一吸收光的微粒（例如在藍中但不是在紅中）’可與一紅陰極射線管配合使用而不會負面影響影像特性’例如亮度及對比。 97866.doc -19- 200527919 微粒185可具有任何形狀。微粒185可具有一隨機形狀或一固定形狀。微粒185可對—給定方向排列或具有_隨機方位。微粒185可具有-窄尺寸分佈《較大尺寸分佈。窄尺寸分佈通常指其中心圍繞一明確界定之顯著峰值的微粒尺寸分佈。相反地，-較大或廣之尺寸分佈通常意味著微粒尺寸分佈不包括-明確界定的顯著峰值，或該微粒尺寸分佈包括多個峰值。大體上，對於平均微粒尺寸增加，一較窄微粒尺寸分佈較佳是能減少曇及光散射。微粒185可包括超過一種型式之微粒。例如，微粒185可匕括兩種不同型式A及B的微粒。微粒A主要可設計用以減少光耦合材料180的dn/dT。微粒B主要可設計用以增加光耦合材料180的折射率。一般而言，微粒185可包括一或多個型式之微粒，其中不同微粒型式主要可設計用以符合不同要求。圖2顯示根據本發明一具體實施例之投影顯示器系統2〇〇的概要側視圖。在本說明書中，使用於多個圖表中的相同參考數字指具有相同或類似特性及功能性之相同或類似元件。投影顯示器系統200包括一光元件ι〇〇及一觀看發幕 220。在前方投影顯示器系統中，觀看者可與光元件ι〇〇位於螢幕220之相同側，如位置240。在後方投影顯示器系統中’ Μ看者可位於觀看螢幕220之相反侧，如位置23〇。圖2中的光元件1〇〇類似參考圖1所述的光元件尤其是，光元件100包括一陰極射線管影像來源u〇，用於形成一影像。光元件100進一步包括一具有折射率ηι之面板 97866.doc •20- 200527919 12〇’及-面對面板12G且具有折射率n3之透鏡元件i3〇。透鏡元件！30放大及/或投影由陰極射線管影像來源ιι〇形成的影像。光元件100可包括額外之透鏡元件，以放大及/或投影由陰極射線管影像來源110形成的影像。面板12〇及透鏡元件130可分隔地配置在界定一耦合器空穴183的位置之相反側。光元件100進一步包括一配置在面板12〇及透鏡元件130間之光麵合材料⑽，其具有折射率n”光麵合材料 180包括分散到-主材#中之小微#，例如奈米微粒。儘管在一些應用中主材料最好是流體，但主材料可為固體。一耦合流體可分散在耦合器空穴183内。在本發明的一具體實施例中，h不低於⑴及“中最低者，且不高於其等最高者。觀看螢幕220接收由包括在光元件1〇〇中的透鏡元件13〇及其他透鏡元件所放大及/或投影之來源影像。投影系統 2〇〇可具有一以單一陰板射線管為基礎的光元件1〇〇。在此一情況中，光元件100可被設計用以產生一彩色影像。在一些應用中，光元件100可被設計用以產生一被放大及投影至觀看螢幕220上的單色影像。投影顯示器系統2〇〇可包括超過一個的陰極射線管影像來源。例如，除光元件1⑼外，投衫糸統200可包括光元件201及202，其中光元件201及202 可類似光元件100。一般而言，各光元件100、2〇1及2〇2可包括不同透鏡及/或其他包括不同光耦合材料的其它元件。在三陰極射線管投影顯示器系統中，各光元件1〇〇、2(Η 及202可被設計用於以不同原色產生相同影像。例如，光元件202可產生、放大及投影一紅影像；光元件1〇〇可產生、 97866.doc -21 - 200527919 放大及投影一綠影像；且光元件2〇1可產生、放大及投影一監影像。三個被投影之影像可被疊置在觀看螢幕220上，以產生一彩色影像。在一 A方投影系統2〇〇中，觀看螢幕22〇可實質上是光反射。在一後方投影系統中2〇〇，觀看螢幕22〇可實質上是光可透射。圖3顯不依據本發明另一具體實施例之光元件300的概要側視圖。為易於示範而不失一般性，在圖丨中顯示的一些元件在圖3中未重現。光元件3〇〇包括一陰極射線管1〇〇、一陰極射線官面板120、及一投影透鏡系統37〇。投影透鏡系統 370包括一第一透鏡元件130、一第二透鏡元件140、一第三透鏡元件150、及一第四透鏡元件155。第四透鏡元件155 通常地是一輸出透鏡，主要設計用以校正影像色差，且經常稱為一「A」透鏡。第二透鏡元件ι4〇及第三透鏡元件 ^0(通常稱為「b」透鏡），通常地具有光動力且主要係設計用以放大由陰極射線管110產生的影像。例如，第三透鏡元件150通常稱作「B1」透鏡，且第二透鏡元件14〇通常稱作ΓΒ2」透鏡。第一透鏡元件丨3〇經常稱作一 rc」透鏡或一「C殼」透鏡，且主要係設計用以與陰極射線管u〇光耦合。一用於陰極射線管投影系統的透鏡元件之實例可在美國專利第4,776,681號；及美國公開案第2〇〇3/〇〇71929號中發現。投影透鏡系統370進一步包括一置於第一及第二透鏡元件間的第一間隙區域3 1 0、一置於第二及第三透鏡元件間之 97866.doc -22- 200527919 第二間隙區域320、及一置於第三及第四透鏡元件間之第三間隙區域330。光元件300進一步包括一用於容置該等透鏡元件（例如第二、第三及第四透鏡元件）且用於維持其等在某處之固定件340。第一、第二、第三及第四透鏡元件中任何一或多個可由玻璃或塑膠製成，雖然第一透鏡元件130、第二透鏡元件 140、及第四透鏡元件155大體上是由塑膠製成，而第三透鏡元件150由玻璃製成。

第三透鏡元件1 50 —般是設計用以放大一由陰極射線管 110形成之影像，用於顯示在一觀看螢幕上（未顯示在圖3 中）。因此，第三透鏡元件150最好由一具有低加/打之材料製成，諸如玻璃。第一透鏡元件13〇、第二透鏡元件14〇及第四透鏡元件155 —般是設計用以改進投影在一觀看螢幕上之影像的特性。此等影像特性包括對比、解析度及亮度。各個第一、第二及第三間隙區域大體上是一空氣間隙，意即該區域大多數包括空氣，雖然各該等間隙區域可包括除空氣外的一材料，例如一流體材料或一固體材料。根據本發明一特定具體實施例，第一透鏡元件1 30面對界定一耦合器空穴380之面板120。光元件300進一步包括一在耦合器空穴380内且置於面板12〇及透鏡元件13〇間的光耦合材料1 8〇。光耦合材料1 80包括小微粒1 85，例如奈米微粒’係分散至一主材料186中。該主材料最好是流體，儘管在些應用中主材料可能是固體。一耦合主流體材料1 86 可分散於耦合器空穴380内。 97866.doc -23 - 200527919 藉由以下實例可進—牛一 Μ 备 ^示範本發明的優勢及具體實施例。在此等實例中引用 ^ yiL 得疋材料、數量及尺寸，以及其他條件及細節，不應不當田地限制本發明。實例1 : 石夕土微粒係被分散到雨- 曰 —醇耦合流體中。平均微粒尺i 疋20奈米。微粒的折射二一 > 手在、力590奈米（鈉D線）測量係1.46 < 丙二醇的折射率在2(TC及s 及590不米處是1.432。所載入之微粒重罝計係6〇〇/0 〇矽土埴☆工一上

、充丙一醇的dn/d丁是無微粒之丙二醇的約1 /2。 1.5%的曇。無;^粒的丙二醇具有來自 Hunterlab之 Col〇rqUest χΕ分石夕土填充丙二醇具有約約〇·2%的曇。曇是使用一光光度計測量。其次’-投影系統的熱漂移係使用一具有微粒之丙二丨及無❹的乙二醇作為光搞合材料測量。—類似圖1之光件100的陰極射線管影像來源（具有在綠光⑽奈幻中的:

要發射波長），被用以放大及投影一光目標在—投影们上。該目標包括-成為-透明方形之不透明方形，有㈣為一邊界目標。、百先，該目標的-影像係使用無微粒之丙二醇作為麵合材料投影在該螢幕上。該來源係在二個不同溫度(攝氏 20度及60度）在螢幕上決定最銳利料的位置。熱漂移係定義為該來源位置對於二溫度的偏移。熱漂移之決定是針對一被投影之水平邊緣及一被投影之垂直邊緣。 ' 移係在軸上決定’在5〇%點(該影像中心及影像邊緣間：中、 97866.doc -24- 200527919 點），及90%點（離影像中心90%，離影像邊緣10%)。其次，使用具有微粒分散在其中作為一光耦合材料之丙二醇溶液重複相同的實驗。針對被投影之垂直邊緣的產生值係提供於下表1中。針對被投影之水平影像的類似值如下表2 : 表1 熱漂移(毫米） (垂直邊緣）無微粒之溶液具有微粒之溶液 %改變軸上 0.29 0.22 24 50% 0.46 0.42 13 90% 0.85 0.89 -5 表2 熱漂移(宅米） (水平邊緣）無微粒之溶液具有微粒之溶液 %改變軸上 0.29 0.22 24 50% 0.35 0.32 14 90% 0.53 0.49 8 在表1及2中所列之測量值指出，將奈米微粒加入丙二醇可實質上減少熱漂移。實例2 : 矽土微粒被分散到乙二醇耦合材料流體中。矽土微粒的平均尺寸是20奈米。該等微粒之折射率在大約590奈米（鈉D 線）處是1.433。乙二醇的折射率在590奈米處是1.431。載入之微粒佔重量百分比為30%。矽土填充至乙二醇之dn/dT的測量值是-2.3\10_4。無微粒乙二醇的（111/4丁是-2.7><10_4。微粒的加入使dn/dT減少大約1 4.8%。上述引用的所有專利、專利申請案以及其他公開案均以 97866.doc -25- 200527919 引用方式併入本文。雖秋 … 、 …、以上砰細說明本發明的特定實例以協助解釋本發明各種转成、 Λ _ 、，，、、，應瞭解本發明並不受限於該寺、疋λ μ。而疋，本發明涵蓋落人由中請專利範圍界定之本务明精神或範疇的所有修改、具體實施例以及改變。【圖式簡單說明】在考慮以上結合附圖的本發明各種具體實施例之詳細說明下，將可對本發明有更完整的了解與認知，其中：圖1顯示依據本發明一具體實施例的光元件的概要側視圖；圖2不範依據本發明另一具體實施例之陰極射線管投影顯示器之概要侧視圖；及圖3顯示一依據本發明又另一具體實施例的光元件的概要側視圖。【主要元件符號說明】 100 光元件 110 陰極射線管 120 陰極射線管面板 121 輸入面 122 輸出面 130 第一透鏡元件 131 輸入面 132 輸出面 140 第二透鏡元件 150 第三透鏡元件 97866.doc -26- 200527919 155 第四透鏡元件 160 耦合器外罩 170 投影透鏡系統 180 光耦合材料 183 耦合器空穴 185 微粒 186 主媒體 190 貯存器 191 光耦合材料 200 投影顯示器系統 201 光元件 202 光元件 220 觀看螢幕 230 位置 240 位置 300 光元件 310 第一間隙區域 320 第二間隙區域 330 第三間隙區域 340 固定件 370 投影透鏡系統 380 耦合器空穴 97866.doc -27-

Claims

200527919 十、申請專利範圍·· 1 · 一種光元件，其包含：陰極射線管的一面板，其在可見光範圍中具有之平均折射率為ηι ; 一面對該面板的透鏡元件，其在可見光範圍中具有之平均折射率為n3 ;及、一光耦合材料，其係置於該透鏡元件及該面板間，用 2光耦合該面板至該透鏡元件，該光耦合材料在可見光 1中具有之平均折射率為〜’該光_合材料包含分散於一材料中的奈米微粒，該等奈米微粒在可見光範圍中具有之平均折射率為化，且該主材料在可見光範圍中具有之平均折射率為…。 2. 3. 、、由明求項1之光元件’丨中該流體主材料包含乙二醇、甘 :由丙二醇、烷基二芳基烷烴、水及一矽氧烷聚合物之一或多個。 1之光元件，進一步包含-搞合器外罩，其係用置5亥光辆合材料。 4·如請求項1之光元件，i中nt 不古# 一中n2不低於ηι與n3中最低者，且 +问於化與〜中最高者。 6·如請求項1之光元件 7·如請求項1之光元件 8·如請求項1之光元件 9·如請求項1之光元件 5.如請求们之光元件，其中―以之平均。其中112係n]與n3之乘積的平方根。其中112係等於化。其中η〗係等於。其中該光輕合材料係與該面板接 97866.doc 200527919 觸。 ίο. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 2L· 如請求項1之光元件，其中該光耦合材料係與該透鏡元接觸。如晴求項1之光元件，其中在該光耦合材料中之該等奈米微粒的重量分數係在自10%至80%之範圍中。如請求項1之光元件，其中在該光耦合材料中之該等奈米微粒的重量分數係在自20%至70%之範圍中。如請求項1之光元件，其中在該光耦合材料中之該等奈米微粒的重量分數係在自30%至70%之範圍中。如請求項1之光元件，其中奈米微粒的平均尺寸不超過 5〇〇奈米。女明求項丨之光元件，其中奈米微粒的平均尺寸係在自1 〇至奈米之範圍中。女明求項1之光元件，其中奈米微粒的平均尺寸係在自1 〇至50奈米之範圍中。士月求項1之光TL件’其巾奈米微粒的平均尺寸係在自i 〇至30奈米之範圍中。士。月求工員1之光TL件，纟中該等奈米微粒係以膠態分散在 δ亥流體主材料中。如請求们之光元件’|中_、在該光耗合材料中奈米微粒之重量分數的一線性函數。如W求項1之光元件’纟中112隨溫度τ改變之速率係該光耦^材料中的奈米微粒之重量分數的一線性函數。月求項1之光7L件，其中在自攝氏2〇度至攝氏6〇度之範 97866.doc 200527919 圍中，n2隨溫度改變之速率係比〜隨溫度改變之少5%。夕主 22. 如請求机光元件，其中在自攝氏2〇度至攝氏的圍中，n2隨溫度改變之速率係隨溫度改變之速率已少10%。夕 23. 如請求们之光元件，其中在自攝氏2〇度至攝氏度之範圍中’ n2隨溫度改變之速率係比叫隨溫度?文變之速率少至少 15% 〇 24. 如請求们之光元件，其中在自攝氏2〇度至攝氏的度之範圍中，h隨溫度改變之速率係比…隨溫度改變之速率少至少 20〇/〇〇 A如請求们之光元件’其中在自攝氏⑽至攝氏6〇度之範圍中，ns隨溫度改變之速率係比〜隨温度改變之速率少至少 25% 〇 26· 士明求項丨之光元件，其中該光耦合材料具有之曇不超過 2% 〇 · 27. 士明求項光元件，其中該光耦合材料具有之曇不超過 1 %。 ' 28. 如請求項丨之光元件，其中該光耦合材料具有之曇不超過 0 · 5 % 〇 29. 如％求項丨之光元件，其中該光耦合材料具有之曇不超過 0.2% 〇 3〇·如請求項丨之光元件，其中微粒折射率隨溫度改變之速率為正值。 97866.doc 200527919 31. 32. 33. 34. 35. 36. 37. 如請求項1之光元件，其中杩+枏〇粒折射率隨溫度改變之速率為負值。種才又衫顯不為糸統，其包含：一用於形成一影像之陰極射線瞽且y 片、、g衫像來源，該陰極射線管具有一面板； -透鏡元件’其用於投影由該來源形成之該影像，該透鏡元件面對該面板；及一光輕合材料’其係、置於該透鏡元件及該面板之間，用於光輕合該面板至該透鏡元件，該光輕合材料包含分散在一流體主材料中的奈米微粒。 :請求項32之投影顯示器系、統，進一步包含一觀看螢幕，其用於顯示由該透鏡元件投影之影像。 ::求項32之投影顯示器系統’其包含三個陰極射線管影像來源。如請求項32之投影顯示器系統，i伤 a ^ /、你刖方投影顯示器糸統。如請求項32之投影顯示器系統，其係_後方投影顯示器糸統。一種陰極射線管投影系統，其包含：一陰極射線管的-面板及—透鏡元件，該面板及透鏡 -件係分隔地配置在界定一•合器空穴之，·及一分散在該_合器1六内的輕合流體，該輕合流體包括奈米微粒。 97866.doc 200527919 3 8.如請求項37之陰極射線管投影系統，進一步包含一耦合器外罩，其係用於容置該面板、該透鏡元件及該耦合流體。 97866.doc