TW594371B - Image projection system with an invisible-light reflector for heat dissipation - Google Patents

Description

594371 _案號92102065_年月曰 修正_ 五、發明說明（1) 發明所屬之技術領域： 本發明提供一種投影顯示裝置，尤指一種包含一以 預設角度及位置設置之不可見光反射片，來分散熱能的 投影顯示裝置。 先前技術

隨著光電相關科技的不斷進步，投影裝置已廣泛地 應用於各種場合。目前投影機有三大主流，映像管（CRT )、高溫多晶矽穿透式液晶面板（LCD)、以及以數位微鏡 裝置（DMD)為基礎的數位光源處理器（DLP)三大類， 另外被各界視為潛力新星的反射式液晶（LCOS)微型顯 示器也有機會在投影技術產業上佔一席之地。但無論使 用哪一種投影技術，投影機的基本原理大致上都與投影 片或幻燈片相同，即都是使用一個高亮度燈泡為光源， 並將光源通過一些特定的光學成像系統，例如濾鏡、分 光鏡等之後，將内容投射至螢幕或牆壁上。而一般在設 計投影裝置時，光線亮度通常是一個重要的考量。簡單 來說，光線越強，投影的亮度越高，投影的效果也越 好。 請參閱圖一，圖一為一習知投影顯示裝置1 0之示意 圖，投影顯示裝置1 0包含有一光源1 2、一反射罩

第6頁 594371 __塞號92102065 羊月日 修正 ^_ 五、發明說明（2) 14(Reflecting Housing)、一影像模組 16、以及一光學 元件1 8，在有些架構中會另外設置一玻片2 0作為成像所 需之三色濾光片（R、G、 B color wheel)或單純的保護用 玻片。一光源1 2用來產生一照明光束，反射罩1 4可為— 橢球型（E 1 1 i pt i c )反射罩1 4，而光源1 2就設置於橢球型 反射罩1 4内的一焦點位置上，且反射罩1 4内形成一收納 空間並具有一開口（Opening)，光源12設置於收納空間 内，使得光源1 2產生之照明光束實質在經橢球型反射罩 14反射後會沿著一光徑（0pticai path) p行進而自開口 脫離收納空間。影像模組1 6包含有複數個可控制之反射 面，可以反射的方式調變照明光束以產生一内含有影像 之投影光束，而光學元件18包含如雙色鏡、雙色稜鏡、 以及投影鏡頭用來將内含有影像之投影光束聚焦並輸出 成像。 光源系統在投影裝置的設計上是一個重要的考量， 直接影響到的是投影設備投影影像的品質，因此有許多 的習知技術在光源系統，也就是在圖一中光源1 2及反射 罩14架構的設計上著墨。例如Yeh等人提出的US Patent No· 6，281，620， '’Lamp with IR reflectivity”即利用 具有能將紅外光反射的燈泡，將反射後的紅外光熱量集 中到燈絲上以增加發光效率。在Watanabe等人所提出的 US Patent No. 6,398,367, f, Light source device and projector using the light source device”中，將圖

第7頁 594371 -Ά, 92102065__年月 曰 絛正 五、發明說明（3) " :習知技術中的光源12及反射罩14架構以可拆換的方式 安裝’提供更緊密的封裝以避免漏光，並在反射罩14的 開口平面覆蓋一透明的鏡片（fr〇nt giass)，用來防止當 光源1 2因過熱或撞擊碎裂而影響到投影顯示裝置丨〇内部 其他的成像原件，包括影像模組丨6及光學元件1 8。另外 在 Peterson等人提出的 US Patent No· 6， 185, 047，

Image projection system packaged to operate lying flat with a very low profile"t ，如同圖一之

架構中所述，在於距離反射罩1 4之開口平面一預定距離 之位置上但偏斜一角度設置一濾光片（color wheel) 20， 以一預設之高轉速運行输出成像所需之三色光，並在表 面鍍上一反射紫外線的鍍膜，以避免紫外光損壞圖一投 影顯示裝置1 0内部的影像模組1 6及光學元件1 8。類似阻 隔紫外線進入投影顯示裝置1 0内部之影像模組1 6及光學 元件1 8的設計也在R e i s等人提出的US Patent No. 6,299,310, "Luminous intensity detection and control system for slit lamps and slit lamp projections”中出現。

上述的習知技術在現今欲利用大幅提高光源之光強 度以增加成像党度的考量下已顯的左支右独，首先，若 將光源的功率由原先的一百餘瓦（W)大幅提升為超過兩百 瓦，甚至三到四百瓦的高功率出光時，在圖一投影顯示 裝置中就出現了關鍵的散熱問題（heat dissipation)。

第8頁 594371 _案號92102065_年月曰 修正_ 五、發明說明（4) 傳統以一至二盞風扇散熱的設計在光強度過高的情況下 無法完全消散由光源發出的紅外線熱能，過多或過強的 風扇又會帶來過高的雜訊而影響系統效能，再者，在習 知技術中已有所提及之破壞性的紫外線的問題，在光源 的功率大幅提昇下也會更加嚴重，此時，若以圖一為 例，不論在含有光源1 2的反射罩1 4之内亦或反射罩1 4之 外的其他裝置，都可能因過量的熱能及紫外線而毁損， 因此，在今日消費者對投影顯示裝置影像的亮度、對 比、以及晝面大小日益重視的趨勢下，具備高功率光源 的投影顯示裝置則急需更佳的阻絕或散熱設計及架構。 發明内容 因此本發明的主要目的在於一種包含有一以預設角 度及位置設置之不可見光反射片的投影顯示裝置，來分 散投影顯示裝置之熱能，以解決上述問題。 本發明之投影顯示裝置利用在系統中設置一不可見 光反射片，將包含有過量的紅外光熱能及紫外線之照明 光束主要阻隔於一反射罩所形成之收納空間内，以避免 投影顯示裝置内的其他元件毀損，且不可見光反射片以 一預設之位置及角度設置，可避免不可見光破壞投影顯 示裝置之光源及反射罩等裝置。

594371 _索號 92102065_年月日____ 五、發明說明（5) 本發明之目的為提供一種投影顯示裝置，該投影顯 示裝置包含有一光源（Light source)，用來產生一照明 光束；一反射罩（Reflecting Housing)，其具有一開口 (Opening)，該反射罩内形成一收納空間，該光源設置於 該收納空間内，使該光源產生之照明光束實質沿著一光 徑（Opt i cal Path)行進而自該開口脫離該收納空間；以 及一不可見光反射片（Invisible-Light Reflector)，設 置於該反射罩開口外與該光徑交會之一反射位置上，且 該不可見光反射片之法線與該光徑間具有一預設夾角， 將由該開口釋出之照明光束中的不可見光反射回該反射 罩收納空間之内。 本發明之另一目的為提供一種投影顯示裝置，其包 含有一光源（Light Source)，用來產生一照明光束；一 橢球型反射罩（Reflecting Housing)，其具有一開口 (0 p e n i n g )，該反射罩内形成一收納空間，該光源設置於 該收納空間内，使該光源產生之照明光束實質沿著該橢 球型反射罩之一長軸（M a j 〇 r A X i s )行進而自該開口脫離 該收納空間；一影像模組，其包含有複數個可控制的光 學反射面，用來調變該照明光束，以產生一内含有光學 影像之投影光束；以及 一不可見光反射片（Invisible-Light Reflector)，設置 於該反射罩開口與該影像模組之間且該不可見光反射片 與該橢球型反射罩之該長軸交會之一反射位置上，且該 不可見光反射片之法線與該擴球型反射罩之該長袖間具

第10頁 594371 ^案號92102065 年月日 佟,下_ ⑹ /預設夾角，將由該開口釋出之照明光束中的不可見 光反射回該反射罩收納空間之内。 本發明之又一目的為提供一種投影顯示裝置，其包 含有〆光源（Light Source)，用來產生一照明光束；一 樹物曲面（Parabola)反射罩（Reflecting Housing)，其 具有z開口（Opening)，該反射罩内形成一收納空間，該 ^源設置於該拋物曲面之收納空間内，使該光源產生之 照明光束實質平行地（S u b s t a n t i a 1 1 y P a r a 1 1 e 1 )沿著一 光徑（0 p t i c a 1 P a t h)行進而自該開口脫離該收納空間；

以及一不可見光反射片（Invisible_Light; Reflect〇r)， 設置於該反射罩開口外與該光徑交會之_反射位置上， 且該不可見光反射片之法線與該光徑間具有一預設夾 角，將由該開口釋出之照明光束中的不可見光反射回該 收納空間内，且該不可見光反射後集中於偏離該焦點之 一預設散熱位置。 實施方式

本發明所揭露之投影顯示裝置是具備高功率光源的 投影顯示裝置，而在光源所產生的照明光束中，除了可 產生影像的可見光成分之外，還包含了對電子元件和部 分光學元件有損害性的不可見光成分，主要包含低頻波 段的紅外光及高頻波段的紫外線，紅外光會產生熱能而 紫外線會造成分子鍵的破壞，強度愈高的照明光束意味

第11頁 594371 _室號 92102065_丰月日__ 五、發明說明（7) 著紅外光及紫外線的成分也愈多，因此，所有不可見光 成分所造成的損壞現象在高功率的光源出光照射下會變 得更加嚴重。 請參閱圖二，圖二為本發明投影顯示裝置3 0之一實 施例的示意圖，投影顯示裝置30包含有一光源（Light Source)32、一 反射罩（Reflecting H〇using)34、一影像 模組36、以及一不可見光反射片（Invisible-Light Ref lector) 38。光源32是用來產生一照明光束，反射罩 34具有一開口（Opening)，且在反射罩34内形成一收納空 間，光源3 2則設置於此收納空間内，使光源3 2產生之照 明光束實質沿著一光徑p行進而自開口脫離收納空間；影 像模組3 6包含有複數個可控制的光學反射面，用來調變 照明光束以產生一内含有光學影像之投影光束，影像模 組36可為一數位式微鏡面裝置（1)1211^11〇“〇1丨1^01> Device)或一液晶顯示面板。不可見光反射片38設置於反 射罩34之，口與影像模組36之間，且位於與光徑p交會之 一反射位苴上，不可見光反射片3 8可將由開口釋出之照 明光束中的不可見光反射回反射罩34之收納空間之内， 而如圖二所示，不可見光反射片38在設置時，此不可見 光反射片38之法線N與光徑p間具有一預設夾角0 ，且此 預設夾角0之值不為〇度。 承上所述，本發明重要的技術特徵即在於不可見光

594371 _案號 921020fi5 _年月日_修正 五、發明說明（8) 反射片38的設置及其設置的方式，首先，由於不可見光 反射片38設置於相當接近於反射罩34開口，且位於與光 徑P交會之一反射位置R上，因此實質沿著光徑p行進而由 開口釋出之照明光束絕大部分必會受到不可見光反射片 3 8的阻擋，而不可見光反射片3 8則能將照明光束中絕大 部分的不可見光反射回反射罩3 4所形成之收納空間之 内，以避免投影顯示裝置3 0内的影像模組3 6受到照明光 束中具有破壞性之不可見光所影響，如前所述，若未裝 置不可見光反射片38以施予完善的隔離，不可見光之紅 外光會升高影像模組3 6的溫度而紫外光會破壞影像模組 3 β的結構。 再者，不可見光反射片3 8在設置時必須偏斜一特定 角度，請繼續參閱圖二，不可見光反射片之法線Ν (此法 線Ν垂直於不可見光反射片）與光徑所形成之預設夾角0 為一不為0度之銳角夾角（Acute Angle)，且在考量實際 上投影顯不裝置3 0整體的設計及對相關情況加以核擬之 後，此銳角夾角0之度數設計為小於4 5度。 請見圖三（a)，圖三（a)為不可見光反射片設置之預 設夾角0為0度時之實施例的示意圖，投影顯示裝置3 0另 包含一連接於光源3 2之燈柱4 0，而圖三（a )實施例之反射 罩34係為橢球型（El 1 iptic)(曲面公式： Y2/b2 = X2/a2 + K)，光源32則設置於橢球型反射罩34内的 焦點位置，由於橢圓的光學性質即為由其中一焦點發出

第13頁 594371 修正 案號 92102065 五、發明說明（9) $光必會聚集至另一焦點，由於不可見光反射片以垂直 於光徑P設置的緣故，使得燈柱4〇的位置又位於接近非光 源3 2所在的另一焦點的鏡像位置時，由不可見光反射片 3 8所反射回收納空間内的不可見光成分就會集中於燈柱 4 0之上或附近而造成燈柱4 0的損壞，另外，這些反射回 來的不可見光成分很可能再次經橢球型反射罩3 4的反射 而集中於光源32之上或附近，造成光源32的損壞。 請參閱圖三（b)，圖三（b)之反射罩34為橢球型曲面 (曲面公式：Y2/b2 = X2/a2 + K)，光源32設置於橢球型曲面 反射罩3 4内的焦點位置，且圖三（a )不可見光反射片設置 之預設夾角<9不為〇度之實施例的示意圖，由於此不為〇 度之銳角夾角，使得由不可見光反射片3 8所反射回收納 空間内的紅外線成分不會集中於燈柱4 0之上，以及偏離 了光徑P，另外，適當調整預設夾角Θ的角度，可使得不 可見光反射片3 8所反射回收納空間内的紅外線成分亦不 會集中於反射罩3 4之上。此時，該光徑p係該橢球型反射 罩之數學定義上之長轴 （Major Axis)。 請參閱圖四，圖四為本發明投影顯示裝置5 0之另一 實施例的示意圖，在本實施例中說明了本發明之技術特 徵在不同樣式的反射罩5 4下仍能充分發揮其分散熱能的 功能。投影顯示裝置5 0亦包含有包含有一光源52、一反 射罩（Reflecting Housing)54、一影像模組 56、一不可 見光反射片 58(Invisible-Light Reflector)、以及一燈

第14頁 594371 _案號92102065_年月曰 鉻丨下__ 五、發明說明（10) 柱6 0。光源5 2是用來產生一照明光束，反射罩5 4具有一 開口（Opening)，且在反射罩5 4内形成一收納空間，光源 5 2則設置於此收納空間内，使光源5 2產生之照明光束沿 著一光徑P行進而自開口脫離收納空間；影像模組5 6包含 有複數個可控制的光學反射面，用來調變照明光束以產 生一内含有光學影像之投影光束。 與前述實施例的差異之處在於，本實施例之反射罩 5 4為一對稱式拋物曲面（拋物曲面公式：丫42/32 + 1〇，而 光源5 2設置於對稱式拋物曲面之收納空間内的中心點位 置上，此時該光徑p係為該照明光束經由該拋物曲面反射 罩反射後之平行路徑。如此，使光源5 2產生之照明光束 實質平行地（S u b s t a n t i a 1 1 y P a r a 1 1 e 1)沿著一光徑p行進 而自開口脫離收納空間，而不可見光反射片5 8亦設置於 反射罩5 4開口外與光徑p交會之一反射位置r上，且不可 見光反射片5 8之法線n與光徑間仍具有一預設夾角0 ，將 由開口釋出之照明光束中的不可見光反射回收納空間 内，同樣由於此不為〇度之預設夾角0 ，使得不可見光反 射後集中於偏離焦點之一預設散熱位置Η，避免破壞位於 焦點上之光源5 2，同時也使得不可見光反射後不會集中 於燈柱60之上，當然預設夾角θ的角度在適當調整下， 不可見光反射片5 8所反射回收納空間内的不可見光成分 亦不會集中於反射軍54之上，如此一來，在避免不可見 光中之紅外線及紫外線成分逸出收納空間破壞影像模組 5 6的同時，也完善維護了光源5 2、燈柱6 0、以及反射罩

第15頁 594371 案號92102065 年月日 修正 五 '發明說明（11) 5 4的正常運作。

上述本發明投影顯示裝置之所有實施例中的光源、 反射罩、以及不可見光反射片係可設計為一體成型之結 構，請參閱圖五（a )及圖五（b )，圖五（a )及圖五（b )分別 為本發明包含反射罩74以及不可見光反射片78之一具體 實施例的外觀側視圖及三視圖，而另有一光源位於反射 罩74内，本實施利亦另包含一支撐殼體70，光源（不可 見）、反射罩74、支撐殼體70、以及不可見光反射片78等 所有元件係設計為一體成型之結構。圖五（a )及圖五（b) 清楚顯示不可見光反射片7 8以一不為0度之預設夾角Θ設 置於緊貼反射罩74開口的位置，而不可見光反射片78的 面積大小要能覆蓋住反射罩74之開口，以達阻絕不可見 光逸出之功效，而以不為0度之預設夾角0設置不可見光 反射片7 8的重要技術特徵及意義已於前述之所有實施例 中詳述，最後請注意，在實際實施時，不可見光反射片 78是由一玻片（glass)鍍上複數層薄膜而產生反射不可見 光的功效，由於光源產生之照明光束功率過高，不可見 光，尤其是紅外線的成分過高，為避免不可見光反射片 78損壞，可將複數層薄膜鍍於玻片上遠離反射罩74開口 的那一面。 本發明所揭露之投影顯示裝置利用在系統中設置一 不可見光反射片，將包含有過量紅外線及紫外線之照明 光束主要阻隔於反射罩所形成之收納空間内，以避免投

第16頁 594371 _案號92102065_年月日__ 五、發明說明（12) 影顯示裝置5 0内的其他元件毀損，且不可見光反射片以 與一光徑間成一預設夾角的方式設置，可避免不可見光 破壞投影顯示裝置之光源、反射罩、燈柱等相關裝置。 以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申 請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明專利 的涵盖範圍。

第17頁 594371 _案號92102065_年月曰 修正_ 圖式簡單說明 圖式之簡單說明 圖一為習知投影顯示裝置之示意圖。 圖二為本發明投影顯示裝置之一橢球型反射罩實施 例的示意圖。 圖三（a )為圖二實施例之預設夾角為0度時的解說示 意圖。 圖三（b )為圖二實施例之預設夾角不為0度時的解說 示意圖。

圖四為本發明投影顯示裝置之另一拋物曲面反射罩 實施例的示意圖。 圖五（a )為本發明投影顯示裝置一實施例之外觀側視 圖。 圖五（b)為本發明投影顯示裝置一實施例之外觀三視 圖。 圖式之符號說明

10> 30 > 50 投 影 顯 示 裝 置 12> 32 ^ 52 光 源 14、 34、 54^ 74 反 射 罩 16^ 36^ 56 影 像 模 組 18 光 學 元 件 20 玻 片 38> 58 > 78 不 可 見 光 反 射片

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Claims (1)

1. 594371 _案號92102065_年月曰 修正_ 六、申請專利範圍 4. 如申請專利範圍第3項之投影顯示裝置，其中該投影 顯示裝置另包含一燈柱，其係連接於該光源，其中該不 可見光反射片所反射回該收納空間内的紅外線成分不會 集中於該燈柱之上。 5. 如申請專利範圍第3項之投影顯示裝置，其中該銳角 夾角之度數小於4 5度。

   6. 如申請專利範圍第1項之投影顯示裝置，其中該投影 顯示裝置另包含一影像模組，其包含有複數個可控制的 光學反射面，用來調變經過該不可見光反射片之照明光 束，以產生一内含有光學影像之投影光束，其中經過該 不可見光反射片之照明光束不含有紅外線成分。 7. 如申請專利範圍第6項之投影顯示裝置，其中該影像 模組係為一數位式微鏡面裝置（Digital Micro-mirror De v i ce )或一液晶顯示面板。

   8. 如申請專利範圍第1項之投影顯示裝置，其中該反射 罩係為一拋物曲面（P a r a b ο 1 a )反射罩，該光徑係該照明 光束經由該拋物曲面反射罩反射後之平行路徑。 9. 一種投影顯示裝置，其包含有： 一光源（L i gh t Sour ce )，用來產生一照明光束；

   第21頁 594371 __案號92102065_年月日 修正____ 六、申請專利範圍 一橢球型反射罩（Reflecting Housing)，其具有〆 開口（ 0 p e n i n g )，該反射罩内形成一收納空間，該光源設 置於該收納空間内，使該光源產生之照明光束實質沿著 該擴球型反射罩之一長軸（M a j 〇 r A X i s )行進而自該開口 脫離該收納空間； 一影像模組，其包含有複數個可控制的光學反射 面’用來調變該照明光束，以產生一内含有光學影像之 投影光束；以及 一不可見光反射片（Invisible- Light Reflector)， 設置於該反射罩開口與該影像模組之間且該不可見光反 射片與該橢球型反射罩之該長軸交會之一反射位置上， 且該不可見光反射片之法線與該橢球型反射罩之該長軸 間具有一預設夾角，將由該開口釋出之照明光束中的不 可見光反射回該反射罩收納空間之内。 I 0 ·如申請專利範圍第9項之投影顯示裝置’其中該不可 見光反射片之法線與該橢球型反射罩之該長軸所形成之 預設角度係為一不為0度之銳角夾角（Acute Angle)绩， 得該不可見光反射片所反射回該收納空間内的紅外線成 分不會集中於該反射罩之上。 II ·如申請專利範圍第1 〇項之投影顯示裝置’其中f $ 影顯示裝置另包含一燈柱，其係連接於該光源’其I“ 不可見光反射片所反射回該收納空間内的紅外線成分不

   594371 _案號 92102065_年月日_^JE._ 六、申請專利範圍 會集中於該燈柱之上。 1 2 ·如申請專利範圍第9項之投影顯示裝置，其中該銳角 爽角之度數小於45度。 1 3 ·如申請專利範圍第9項之投影顯示裝置，其中該影像 模組係為一數位式微鏡面裝置（Digital Micro-mirror D e v i c e )或一液晶顯示面板。 1 4 ·如申請專利範圍第9項之投影顯示裝置，其中該光 源、該反射罩、以及該不可見光反射片係為一體成型之 結構。 1 5 · —種投影顯示裝置，其包含有： 一光源（Light Source)，用來產生一照明光束； 一拋物曲面（Parabola)反射罩（Reflecting Housing)，其具有一開口（Opening)，該反射罩内形成一 收納空間，該光源設置於該拋物曲面之收納空間内，使 該光源產生之照明光束實質平行地（S u b s t a n t i a 1 1 y Paral lei )沿著一光徑（Optical Path )行進而自該開口脫 離該收納空間；以及 一不可見光反射片（Invisible-Light Reflector)， 設置於該反射罩開口外與該光徑交會之一反射位置上， 且該不可見光反射片之法線與該光徑間具有一預設夾

   第23頁 594371 _案號 92102065_年月日__ 六、申請專利範圍 角，將由該開口釋出之照明光束中的不可見光反射回該 收納空間内，且該不可見光反射後集中於偏離該焦點之 一預設散熱位置。 1 6 .如申請專利範圍第1 5項之投影顯示裝置，其中該不 可見光反射片係可反射該照明光束中之紅外線或紫外 線0

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