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WO2006092319A1 - Kontrasterhöhender rückprojektionsschirm - Google Patents

Kontrasterhöhender rückprojektionsschirm Download PDF

Info

Publication number
WO2006092319A1
WO2006092319A1 PCT/EP2006/001958 EP2006001958W WO2006092319A1 WO 2006092319 A1 WO2006092319 A1 WO 2006092319A1 EP 2006001958 W EP2006001958 W EP 2006001958W WO 2006092319 A1 WO2006092319 A1 WO 2006092319A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
projection screen
spectral range
light
rear projection
projection device
Prior art date
Application number
PCT/EP2006/001958
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2006092319A8 (de
Inventor
Michael Vergöhl
Frank Neumann
Christoph Rickers
Original Assignee
Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. filed Critical Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
Priority to EP06723202A priority Critical patent/EP1853969B1/de
Priority to JP2007557436A priority patent/JP2008532079A/ja
Priority to US11/817,776 priority patent/US20110164317A1/en
Priority to DE502006007885T priority patent/DE502006007885D1/de
Publication of WO2006092319A1 publication Critical patent/WO2006092319A1/de
Publication of WO2006092319A8 publication Critical patent/WO2006092319A8/de

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    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B21/00—Projectors or projection-type viewers; Accessories therefor
    • G03B21/54—Accessories
    • G03B21/56—Projection screens
    • G03B21/567—Projection screens for colour projection
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B21/00—Projectors or projection-type viewers; Accessories therefor
    • G03B21/54—Accessories
    • G03B21/56—Projection screens
    • G03B21/60—Projection screens characterised by the nature of the surface
    • G03B21/62—Translucent screens
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
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    • G03B21/54—Accessories
    • G03B21/56—Projection screens
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals

Definitions

  • the present invention relates to a rear projection device and a rear projection screen and an associated method for displaying static and / or moving images.
  • US Pat. No. 6,769,744 B2 describes a projection method and a corresponding projection device for projection and / or back projection using a spectrally selectively absorbing or reflecting projection screen. Absorption and reflection are adjusted there by means of polymer materials or dyes and dielectric layers.
  • the object of the present invention is to improve a representation of static or moving images on an image surface, in particular in the case of ambient light such as, for example, daylight or artificial room lighting.
  • Nanoparticles are used as metals, preferably gold or silver, but other metals can also be used.
  • the projection screen is designed for example as a sheet.
  • the projection screen is a flat sheet.
  • the projection screen can also have an at least single curved surface.
  • a floor plan of a roughly planar projection screen is designed, for example, rectangular, polygonal, oval, round or generally irregular.
  • a projection device can comprise a plurality of projection screens, which are arranged next to one another, for example.
  • the projection screen comprises a particularly transparent substrate material.
  • the substrate material glass or plastic.
  • a plastic film is used as the substrate.
  • the light source is designed in such a way that the projection screen can be selectively illuminated locally and preferably over time.
  • an image is imaged on the projection screen with the aid of a projection device.
  • projection devices such as those known for example for video projection or the like, in particular using a light valve or micromirror technology, can be used for this purpose.
  • the image is generated with the aid of at least one laser beam on the projection screen. Preferably, this allows a distortion-free representation on non-planar surfaces.
  • the projection device makes it possible to display moving pictures with a frame rate of at least 50 Hz and preferably at least 100 Hz.
  • the ambient light is, for example, natural daylight or / and artificial light provided in particular for illuminating a room.
  • the spectral range of the ambient light may thus comprise the entire visible to the human eye spectral range of light.
  • the Nutzlichtspektral College preferably comprises at least a narrowband portion of the visible to the human eye spectrum of light.
  • the transmission spectral range also includes at least one narrowband portion of the visible light spectrum for the human eye.
  • a narrow-band subarea has a bandwidth between 100 nm and 50 nm, preferably between 50 nm and 20 nm, particularly preferably between 20 nm and 5 6 001958
  • the transmission spectral range indicates, in particular, the light spectral range that can be used for image generation.
  • the useful light spectral range actually used for the imaging can also be only a true subset of this spectral range. This is due, for example, to a choice of the emission spectral range of the light source.
  • a degree of absorption of ambient light by the projection screen is greater than 65%, more preferably greater than 80%, more preferably greater than 90% and most preferably greater than 95%, based on an incident intensity Ambient light on the projection screen under a vertical incidence.
  • the degree of absorption is also maintained on the basis of an averaging over an angle of incidence range.
  • the absorption is dimensioned such that these given values are fulfilled in the case of a spectrally integrated intensity of the ambient light.
  • absorption in a spectral region in which the human eye has a low sensitivity may be lower than a spectral region with high eye sensitivity.
  • the specified absorption values for each wavelength of the ambient light spectral range are fulfilled at least outside the transmission spectral range.
  • a remission of ambient light is suppressed or at least minimized.
  • the screen for a viewer without rear projection appears substantially dark.
  • the canvas can produce a dark color impression such as dark purple.
  • the absorption is particularly preferably adjusted so that the canvas appears gray or black and thus achromatic.
  • the size of the metallic nanoparticles is preferably dimensioned such that they form surface plasmons in the considered light spectral range. More preferably, the metallic nanoparticles in the respective spectral range considered a spectral narrow-band absorption.
  • a bandwidth of the absorbing spectral range is preferably between 100 nm and 50 nm, more preferably between 50 nm and 20 nm and particularly preferably smaller than 20.
  • the spectral bandwidth is defined in particular by the corresponding half-width.
  • an absorption spectral range can be achieved by a narrow average size distribution of metallic nanoparticles 01958
  • a narrow mean size distribution has a standard deviation of size between 10% and 3%, more preferably less than 3%.
  • at least two different narrow-band spectral regions in which absorption takes place can be provided by at least two different narrow mean size distributions.
  • the metallic nanoparticles have an average diameter between 100 nm and 200 nm, preferably between 60 nm and 100 nm, and particularly preferably between 5 and 60 nm.
  • the average diameter is to be understood in particular as an average lateral extent, with metallic nanoparticles preferably being approximately spherical, approximately ellipsoidal or / and approximately platelet-shaped.
  • a superposition of spectrally narrow-band absorption regions can be achieved by a corresponding size distribution of metallic nanoparticles.
  • at least one absorbing spectral range is thus provided in each case between two primary colors of the useful light.
  • the metallic nanoparticles each have an anisotropic shape and are aligned in a preferred direction relative to the projection screen.
  • the metallic nanoparticles have a needle and / or platelet shape for this purpose.
  • these nanoparticles absorb different polarization directions of the useful light and the ambient light to different degrees.
  • the anisotropic nanoparticles are aligned so that a polarization direction of the useful light is less strongly influenced, whereas the generally isotropically polarized or unpolarized ambient light is absorbed almost uniformly.
  • ellipsoidal nanoparticles are aligned with a longitudinal axis in a plane of the projection screen in each case along a polarization direction of an electric field vector of incident on the projection screen linearly polarized Nutzlichtstahles.
  • An absorption due to surface plasmons takes place, for example, in the region of a first wavelength.
  • a light beam with a polarization set transversely to the longitudinal axis is absorbed in the region of a second, different wavelength from the first.
  • an increased contrast is achieved between the transmitted useful light and the ambient light reflected from the surface of the projection screen.
  • an angle-dependent absorption, in particular of the ambient light is set. For example, so ambient light, which from 715PA04001
  • Directions comes, in which the useful light does not have to be transmitted, stronger than light from other directions are absorbed.
  • the emission spectral range of the light source is at least partially within the transmission spectral range. This is formed, in particular, by at least one spectrally narrow-band subregion of the visible light spectrum for the human eye.
  • the useful light spectral range used for the imaging can be understood as an intersection of emission and transmission spectral range.
  • the transmission spectral range is spectrally exceeded by the emission spectral range of the light source. Thus, only part of the emission spectral range is transmitted by the projection screen.
  • an emission spectral range of the light source is, for example, narrowband than the narrowband useful light spectral range.
  • At least one monochromatic laser which preferably has a bandwidth of less than 1 nm.
  • the same can also be the case when using an LED which, for example, has a spectral bandwidth of about 30 nm.
  • Transmission and emission spectral range are preferably coordinated so that the Nutzlichtspektral Scheme at least approximately corresponds to the transmission spectral range.
  • a bandwidth of the narrow-band subarea of the useful light is preferably between 100 nm and 50 nm, more preferably between 50 nm and 20 nm, and particularly preferably less than 20 nm.
  • the bandwidth of the spectral ranges in each case refers to a half-width.
  • a monochromatic image can be generated using a single spectrally narrow-band subarea of the useful light.
  • the useful-light spectral range is formed by at least three narrow-band, in particular disjoint, partial regions of the visible light spectrum for the human eye.
  • the three narrowband subregions are each in the range of a primary color.
  • a base color is in particular one of the three design-related basic colors of a color space to be imaged.
  • the primary colors are, for example, red, green and blue, with which in particular a white or uncoloured hue can be mixed additively. However, other primary colors may be used.
  • the monograph "Manfred Richter, Introduction to Colorimetry, 1981, Berlin, De 715PA04001
  • An exemplary triple of spectrally pure primary colors is 447 nm (blue), 532 nm (green), and 627 nm (red).
  • Another exemplary triple of primary colors is 445 nm (blue) 546 nm (green) and 632 nm (red), but other values can also be used, the primary colors preferably being approximately between 420 nm and 460 nm, between 520 nm and 560 nm and between 600 and 640 nm.
  • spectrally pure primary colors can also be used by using spectral regions with a finite half-width .
  • the half-width is preferably between 100 nm and 50 nm, which can be achieved, for example, with a color filter in conjunction with a spectrally broadband light source It is between 50 nm and 20 nm and particularly preferably between 20 nm and 5 nm, which can be achieved with LED or laser illumination t is less than 5 nm, which can be achieved with a laser.
  • more than three basic colors can be used.
  • monochromatic primary colors which can be provided, for example, by a respective laser, a large color space can be covered with pure colors of pure color.
  • the light source at least one laser and / or a light emitting diode (LED), in particular in the spectral range of a primary color provided.
  • the light source is a broadband light source in conjunction with a
  • Spectral range decomposition in particular for the provision of at least one spectral range of a primary color provided.
  • a broadband light source for example, a halogen lamp, a gas discharge lamp or the like can be used.
  • spectral range decomposition in particular at least one color filter element is used.
  • a spectral range decomposition is made possible with the aid of at least one color wheel.
  • An exemplary structure as well as the function of a color wheel is evident from DE 197 08 949 A1, to which reference is hereby made within the scope of this disclosure.
  • the emission spectral range of the light source comprises spectral regions of at least three primary colors.
  • the projection screen comprises at least one in at least one visible to the human eye light spectral range at least outside the transmission spectral range absorbing dye and / or color pigments and / or an inorganic material.
  • a dye and / or a color pigment mixture is provided.
  • the inorganic material for example, a metal oxide, nitride or carbide is used. In particular, by 715PA04001
  • absorbent substances preferably the entire ambient light spectral range outside the transmission spectral range and in particular the Nutzlichtspektral Kunststoffes be absorbed.
  • the projection screen at least in a first spectral range between 447 nm and 532 nm and in a second spectral range between 532 nm and 629 nm and in particular in the ultraviolet spectral range and / or absorbed in the infrared spectral range.
  • Absorption in the first spectral range between 447 nm and 532 nm is achieved, for example, with pyromethene 546.
  • blocking in this spectral region is achieved with the dye DOCl (3,3'-diethyloxacarbocyanine iodide).
  • An absorption in the second spectral range between 532 and 629 nm for example, with the dye DODCI (3,3'-Diethyloxadicarbocyanine iodide) or alternatively with the dye DQOCI (1, 3'-diethyl-4,2'-quinolyloxacarbocyanine iodide) achieved.
  • An absorption in the ultraviolet spectral range is provided in particular with Coumarin 102.
  • the dye cryptocyanines is used for absorption.
  • the dyes mentioned can be obtained as laser dyes, for example, from Lambda Physik AG, Hans-Böckler-Strasse 12, D-37079 in Germany.
  • laser dye substances can be used in particular in a combination.
  • other absorbing spectral ranges are set with other laser dyes.
  • dyes are in the form of a thin layer or in layer stacks on the
  • the concentration and / or the layer thickness is dimensioned such that preferably the above-mentioned absorption levels are achieved.
  • a ten percent width i. Wavelength values are used at which the associated absorption has dropped to 10% of a peak value of the corresponding absorption characteristic.
  • metallic nanoparticles are used.
  • the metallic nanoparticles are applied to a surface of the projection screen.
  • the projection screen has a matrix for embedding at least one in at least one for the 715PA04001
  • the inorganic matrix for example, a metal oxide, a metal nitride, a metal oxynitride or a metal carbide is used.
  • a refractive index of the matrix is adapted to a refractive index of a substrate material of the projection screen such that the refractive indices are at least approximately equal.
  • the matrix can be applied in the form of one or more layers on the substrate of the projection screen. In another embodiment, the matrix can also form a substrate material of the projection screen.
  • the projection screen comprises an interference layer system comprising at least one layer for influencing the transmission spectral range.
  • This interference layer system preferably comprises one or more dielectric layers. With the aid of this coating, it is further preferred to correct a spectral emission characteristic of the light source, for example to improve a white balance.
  • an interference layer system can be provided on a side of the projection screen facing the light source, which in particular has a transmission in each case in the region of at least one base color and otherwise has an at least almost complete reflection for an emission spectral range of the light source.
  • the projection screen comprises at least one scattering element.
  • the scattering element is formed by a rough surface of the projection screen.
  • the rough surface has, in particular, roughness structures which are larger than the wavelengths of the light spectral range visible to the human eye.
  • a surface topography is designed such that a spatial anisotropic scattering characteristic is generated, as described, for example, in DE 10245 881 A1, to which reference is made in this regard in the context of the disclosure.
  • a separate scattering element may be provided, which is introduced into a beam path of the rear projection device.
  • the scattering element can be provided both on a side of the projection screen facing the light source and on a side of the projection screen facing away from the light source.
  • the projection screen on the front side comprises a release.
  • This is, for example, a dielectric antireflection coating which consists of one or more dielectric layers.
  • the reflection can be substantially reduced.
  • these surface structures achieve a refractive index which decreases toward the surface.
  • Such antireflective coatings are known, for example, as so-called "moth-eye structures.”
  • Such moth-eye structures can be provided on a surface of the substrate itself or / and on a coating thereon.
  • the projection screen comprises an antistatic coating.
  • an electrically conductive and in particular transparent layer is used.
  • one or more transparent conductive oxide layers are used.
  • one or more thin metal layers are used, in particular in conjunction with at least one dielectric layer.
  • adhesion of dust particles due to electrical charging is avoided. This particularly preferably reduces unwanted light scattering effects on such dust particles.
  • An antistatic coating is preferably applied to a side of the projection screen facing away from the light source. In particular, however, an antistatic coating can also be applied to a side of the projection screen facing the light source.
  • the projection screen comprises a coating which reflects infrared rays. This is preferably applied to a side facing away from the light source of the projection screen.
  • This is preferably a transparent conductive layer.
  • one or more transparent conductive oxide layers are used.
  • one or more thin metal layers are used, in particular in conjunction with at least one dielectric layer.
  • in addition is a transparent conductive layer.
  • Cooling device such as a fan, provided for cooling the projection screen.
  • the projection screen preferably comprises a speckle-reducing surface topography. This particular speckles are avoided or at least reduced when illuminated with laser radiation.
  • the topography of the surface is designed so that in each case in a light spot of a laser beam lying parts of the 715PA04001
  • a surface topography has, for example, wavy or spherical cap-shaped structures.
  • the topography of the surface is designed such that parts of the surface lying in a light spot of a laser beam reflect the laser radiation in different directions, so that a remission of interference-capable wave trains is reduced by points whose distance lies below the resolution power of the eye. Accordingly, this principle is applied to the transmission, preferably for beam deflection instead of a reflection at the surface, a refraction of light at the surface is utilized.
  • the invention further relates to a projection screen for a rear projection device, in particular according to an embodiment described above, having at least one light source which is provided for backprojection onto the projection screen which is spectrally selectively absorbing at least outside a spectrally narrow-band transmission spectral range for an ambient light comprising absorbing metal nanoparticles absorbing at least one light spectral range visible to the human eye, wherein the projection screen permits a transmission of useful light within the transmission spectral range.
  • the invention further provides a method for displaying at least static images, wherein a projection screen for backprojection is illuminated with a light source having an emission spectral range visible to the human eye, useful light being formed in a transmission spectral range formed by at least one narrowband subregion of the visible light spectrum. is spectrally selectively transmitted through the projection screen and visible ambient light at least outside the transmission spectral range of the projection screen is at least almost completely absorbed, wherein metallic nanoparticles absorb the ambient light in at least one visible to the human eye spectral light spectrum.
  • a degree of absorption of ambient light by the projection screen is at least outside a Nutzlichtspektral Kunststoffes greater than 65%, more preferably greater than 80%, more preferably greater than 90% and most preferably greater than 95%, based on an intensity of the incident ambient light the projection screen under a vertical incidence.
  • the degree of absorption is also achieved on the basis of an averaging over an angle of incidence range.
  • the absorption is dimensioned so that these specified values are fulfilled in the case of a spectrally integrated intensity of the ambient light. In a further variant, these specified values are fulfilled for each wavelength of the ambient light spectrum.
  • At least three primary colors are preferably backprojected onto the projection screen at least one static and / or moving color image.
  • algorithms may be used which, based on previously displayed and still-to-be-displayed images, calculate dynamic intensification curves for primary colors and modify them to give an impression of increased color saturation and / or contrast.
  • optimized electronic interfaces are used to minimize errors due to image noise due to signal noise.
  • a polarization-dependent absorption and / or transmission in particular in the range of at least one base color achieved.
  • a contrast between the transmitted useful light and the reflected ambient light is particularly preferably increased.
  • the invention relates to a method for producing the projection screen of a rear projection device according to one of the embodiments described above, wherein at least one in at least one visible to the human eye light spectral outside the transmission spectral range and in particular the Nutzlichtspektral Kunststoffes absorbing material and / or at least one dye o- / And metallic nanoparticles are applied to a precursor of the projection screen.
  • the precursor is, for example, a substrate of the projection screen.
  • it is, for example, a substrate of the projection screen coated with at least one layer.
  • the absorbent material and / or the dye are applied, for example, in individual layers in layer thicknesses of between about 500 nm and 100 nm, preferably in a layer thickness range of 10 to 100 nm, onto the substrate material of the projection screen.
  • coating may be performed by a physical vacuum deposition (PVD) method such as vapor deposition, sputtering, magnetron sputtering or the like.
  • PVD physical vacuum deposition
  • a coating for example a particular physically assisted chemical vacuum deposition method (CVD 1 PECVD) is provided.
  • CVD 1 PECVD physically assisted chemical vacuum deposition method
  • the metallic nanoparticles can likewise be applied to the surface of the substrate.
  • the dye and / or the nanoparticles are embedded in a matrix, in particular in a substrate material of the projection screen.
  • the metallic nanoparticles are produced by means of electron beam lithography.
  • metal particles are produced in defined geometry with the aid of electron beam lithography.
  • Particular preference is given to producing nanoparticles in a two-dimensional arrangement relative to one another.
  • surfaces are produced with a regular or stochastically distributed over the surface arrangement of nanoparticles.
  • the nanoparticles are produced by means of at least one physical vacuum deposition method. Preference is given to using a plasma-ion-supported method. More preferably, at least one of magnetron sputtering, ion beam sputtering, and arc coating techniques is used. Particular preference is given to nanoparticles with an electron beam evaporation method, as described, for example, in the paper "Stenzel et al., Physics, Chemistry and Application of Nanostructures (2003), page 158ff.” In the publication "Optical response of silver film embedded in fluoride and oxide optical materials" , This document is referred to in the context of the disclosure in this regard.
  • a printing process for the production of metallic nanoparticles can be provided.
  • a print method may include a particular local functionalization of a surface.
  • a barrier discharge is used.
  • a local surface activation in particular for influencing a layer adhesion in a subsequent printing process, can take place. This is preferably used for a locally selective coating.
  • the matrix is applied by spraying, doctoring, brushing, a SoI-GeI- method and / or vapor deposition on the precursor of the projection screen.
  • At least one dye is embedded in the matrix by co-evaporation of dye and matrix.
  • matrix and dye are simultaneously vapor-deposited on a precursor of the projection screen. It is particularly expedient to use a thermal vapor deposition method.
  • an inorganic matrix is used for this purpose.
  • an organic matrix can also be used.
  • the invention relates to a use of a rear projection device according to claim 1, in particular according to one of the embodiments described above, as a display element in a daylight and / or artificial light illuminated environment.
  • a use of the projection device in an outdoor application for example, as a display element in a stadium or the like is provided.
  • a schproji becomeses image is clearly visible even in bright sunlight.
  • a use within buildings is provided for the rear projection device.
  • the rear projection device finds use in places where reduction of ambient light is not possible or desired.
  • the rear projection device is provided as a display element in publicly accessible halls, such as station halls or the like.
  • Fig. 5 shows an absorption characteristic of various metallic
  • Fig. 1 shows schematically a first rear projection device.
  • a first light source 101 with an image generation device not shown separately emits an exemplary useful light beam 102 shown as an example and a second useful light beam 103, which impinge on the first projection screen 104.
  • the latter On a side facing the first light source 101, the latter has a substrate 105 with metallic nanoparticles 106 embedded in a matrix of the substrate material, which absorbs spectrally in a selective manner.
  • the first projection screen 104 comprises a first spectrally selectively absorbing layer 107.
  • the useful light beams are transmitted through the first projection screen 104 so that on the side facing the first viewer 108 a first transmitted useful light beam 109 and a second transmitted useful light beam 110 emerge by way of example , Furthermore, by way of example, a first 111, a second 112 and a third ambient light beam 113 are shown which fall on the first projection screen 104 from the side facing the first viewer 108. Due to the first spectrally selectively absorbing layer 107 and the spectrally selectively absorbing metallic nanoparticles, a remission of the incident ambient light beams is negligible, so that the first observer 108 only perceives the exemplary transmitted useful light beams 109 and 110 from the first projection screen. 715PA04001
  • the first light source with integrated imaging device is a projection device, not shown in detail, analogously to a video projector.
  • it is also preferably a laser imaging device.
  • Fig. 2 shows a second rear projection device.
  • a second light source 201 emits a first light beam 202 which illuminates a micromirror array 203. This is equipped with a variety of micromirrors, not shown, for each of the three primary colors red, green and blue.
  • the micromirrors reflect the received light in a second light beam bundle 204 onto a second projection screen 205.
  • the micromirrors are arranged such that in each case one micromirror for one color and one each also not shown on the second projection screen 205 can switch on and off.
  • the second light source 201 includes a red, a green and a blue base color.
  • spectral decomposition of a broadband light source can be generated, for example, not shown, by means of a spectral decomposition of a broadband light source.
  • the decomposition takes place for example with a color wheel.
  • another variant of the second light source 201 is laser-based primary colors.
  • the second projection screen 205 in turn is spectrally selectively absorbing for ambient light visible to the human eye.
  • useful light is transmitted in a transmission spectral range.
  • the transmission spectral range is formed by a narrowband red, blue and green spectral range.
  • a red light beam 206, a green light beam 207 and a blue light beam 208 are transmitted substantially unhindered through the second projection screen 205.
  • a scattering of the transmitted light beams takes place in the diffuser 209, so that a first scattered beam 210 and a second scattered beam 211 result here by way of example from the example of the blue light beam 208.
  • a number of other, not shown scattered rays arise.
  • a second viewer 214 therefore sees in this example only the useful light beams, which in this case are exemplarily the red light beam 206, the green light beam 207 and the blue light beam 208 and the corresponding scattered light beams.
  • the second rear projection device comprises a housing 215, which prevents a direct exit of light emitted by the second light source.
  • 715PA04001 715PA04001
  • the housing 215 ensures that the second viewer 214 can not be damaged by direct laser beams when using laser beams as the second light source 201.
  • FIG. 3 shows a schematic spectral absorption curve of a projection screen.
  • the diagram shows a first absorption curve 301 defining a first absorption spectral region 302, which in this case is defined by a ten percent width.
  • the diagram shows a second absorption curve 303, which defines a second absorption spectral region 304, which in turn is defined by the corresponding ten percent width.
  • the spectral positions of a first base color 305, a second base color 306 and a third base color 307 are entered into the diagram, each of which is spectrally pure primary colors. These primary colors are in this example 447 nm, 532 nm and 627 nm and thus form a blue, a green and a red base color.
  • the first absorption region is formed by pyrromethene 546 and the second absorption region by DODCI.
  • the basic colors 447 nm, 532 nm and 627 nm are realized, for example, by using a solid-state laser with frequency doublers.
  • FIG. 4 shows a schematic spectral transmission profile of a projection screen.
  • the diagram shows a first transmission spectral curve 401, a second transmission spectral curve 402 and a third transmission spectral curve 403.
  • These transmission spectral curves are defined by a correspondingly spectrally selective absorption of the projection screen, similar to the profile shown in FIG.
  • These transmission spectrum curves are assigned a first transmission spectral range 404, a second transmission spectral range 405, and a third transmission spectral range 406, wherein the transmission spectral ranges are each defined by a ten percent width.
  • the diagram shows a first emission spectral curve 407, a second emission spectral curve 408 and a third emission spectral curve 409, each of which is normalized to the value "1."
  • These emission spectral curves can in turn be based on the half-width, a first emission spectral region 410, a second emission spectral region 411 and In this case, the emission spectral regions 410, 411, 412 exceed the associated transmission spectral regions 404, 405, 406. Consequently, only a portion of the light emitted by the light source is used as useful light 58
  • the emission spectral curves are formed for example by a spectral decomposition of a broadband light source, for example by means of color filters. Furthermore, a first laser wavelength 413, a second laser wavelength 414 and a third laser wavelength 415 are shown in the diagram. These are the wavelengths 447 nm (blue), 532 nm (green) and 627 nm (red). In this case, only a small portion of the respective transmission spectral ranges is used for transmission of useful light.
  • FIG. 5 shows a schematic absorption characteristic of various metallic nanoparticles.
  • the diagram shows a first 501, a second 502, a third 503 and a fourth 504 characteristic absorption curve. These spectral absorption curves are each assigned to a mean size of metallic nanoparticles. The size of the metallic nanoparticles increases in the diagram from left to right from small to large wavelengths.
  • FIGS. 6 to 11 show absorption characteristics of various dyes which can be obtained as laser dyes, for example from Lambda Physik AG, Hans-Böckler-Strasse 12, D-37079 in Germany.
  • a light wavelength in nm is plotted on the abscissa.
  • a molar extinction coefficient at 10 is respectively "4 l / (mol cm).
  • As a solvent for the dyes each ethanol is used.
  • Lambdachrome ® Laser Dyes ", 3rd Edition (2000), Ulrich Brackmann, Lambda Physics AG, Hans-Böckler-Strckee 12, D-37079 Göttingen, Germany.
  • Fig. 6 shows an absorption characteristic of Coumarin 120. This dye is preferably used for obtaining absorption in the near ultraviolet spectral region.
  • Fig. 7 shows an absorption characteristic of Pyrromethene 546. This dye is used, for example, for absorption in a spectral region between a blue and a green base color.
  • Fig. 8 shows an absorption characteristic of DODCI. With this dye, it is preferable to provide absorption in a spectral range between a green and a red base color. 715PA04001
  • Fig. 9 shows an absorption characteristic of cryptocyanines. This dye preferably provides absorption in a near infrared spectral range.
  • Fig. 10 shows an absorption characteristic of DOCI.
  • This dye may alternatively or in addition to Pyrromethene 546 preferably be used to provide absorption in a spectral region between a blue and a green base color.
  • Fig. 11 shows an absorption characteristic of DQOCI.
  • this dye can provide, in particular, absorption in a spectral range between a green and a red base color.

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Abstract

Rückprojektionsvorrichtung, Rückprojektionsschirm und zugehöriges Verfahren zur Darstellung statischer oder bewegter Bilder, zur Verbesserung der Darstellung insbesondere bei Umgebungslicht, umfassend wenigstens einen Projektionsschirm (107) und wenigstens eine Lichtquelle (101), die zur Rückprojektion auf den zumindest außerhalb wenigstens eines schmalbandigen Transmissionsspektralbereiches spektral selektiv absorbierend für ein Umgebungslicht eingestellten Projektionsschirm (107) vorgesehen ist, welcher in zumindest einem für das menschliche Auge sichtbaren Lichtspektralbereich absorbierende absorbierende metallische Nanopartikel (106) umfasst, wobei der Projektionsschirm (107) eine Transmission von Nutzlicht innerhalb des Transmissionsspektraibereiches erlaubt.

Description

715PA04001 03.03.2006
Kontrasterhöhender Rückprojektionsschirm
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Rückprojektionsvorrichtung sowie einen Rückprojektionsschirm und ein zugehöriges Verfahren zur Darstellung statischer und/oder beweg- ter Bilder.
Vorrichtungen und Verfahren zur insbesondere großflächigen Auf- bzw. Rückprojektion zur Darstellung von statischen und/oder beweglichen Bildern sind vielfach bekannt. Die US-Patentschrift US 6,769,744 B2 beschreibt ein Projektionsverfahren und eine entspre- chende Projektionsvorrichtung für Auf- oder/und Rückprojektion unter Verwendung eines spektral selektiv absorbierenden oder reflektierenden Projektionsschirmes. Absorption und Reflexion werden dort mittels Polymermaterialien bzw. Farbstoffen sowie dielektrischen Schichten eingestellt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Darstellung statischer oder bewegter Bilder auf einer Bildfläche insbesondere bei Umgebungslicht wie beispielsweise Tageslicht oder künstlicher Raumbeleuchtung zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch eine Rückprojektionsvorrichtung nach Anspruch 1 , einen Pro- jektionsschirm nach Anspruch 20, ein Rückprojektionsverfahren nach Anspruch 21, ein Verfahren zur Herstellung eines Projektionsschirmes nach Anspruch 24 sowie durch eine Verwendung einer Rückprojektionsvorrichtung nach Anspruch 31 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen angegeben.
Eine erfindungsgemäße Rückprojektionsvorrichtung zur Darstellung zumindest statischer Bilder umfasst wenigstens einen Projektionsschirm und wenigstens eine Lichtquelle mit einem Emissionsspektralbereich, die zu einer Rückprojektion auf den zumindest außerhalb wenigstens eines spektral schmalbandigen Transmissionsspektralbereiches spektral selektiv absorbierend für ein Umgebungslicht eingestellten Projektionsschirm vorgesehen ist, welcher in zumindest einem für das menschliche Auge sichtbaren Lichtspektralbereich absorbierende absorbierende metallische Nanopartikel umfasst, wobei der Projektionsschirm eine Transmission von Nutzlicht innerhalb des Transmissionsspektralbereiches erlaubt.
Für die in zumindest einem für das menschliche Auge sichtbaren Lichtspektralbereich zumindest außerhalb des Transmissionsspektralbereiches absorbierenden metallischen 715PA04001
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Nanopartikel werden als Metalle bevorzugt Gold oder Silber verwendet, andere Metalle können jedoch auch verwendet werden.
Der Projektionsschirm ist dabei beispielsweise als Flächengebilde ausgestaltet. Bevorzugt ist der Projektionsschirm ein ebenes Flächengebilde. Insbesondere in Verbindung mit einer Laserprojektionsvorrichtung kann der Projektionsschirm jedoch auch eine wenigstens einfach gekrümmte Oberfläche aufweisen. Ein Grundriss eines in etwa ebenen Projektionsschirmes ist beispielweise rechteckig, polygonal, oval, rund oder allgemein unregelmäßig ausgestaltet. Insbesondere kann eine Projektionsvorrichtung mehrere Projekti- onsschirme, die beispielsweise nebeneinander angeordnet sind, umfassen. Bevorzugt umfasst der Projektionsschirm ein insbesondere transparentes Substratmaterial. Besonders bevorzugt weist das Substratmaterial Glas oder Kunststoff auf. Beispielsweise wird als Substrat eine Kunststofffolie verwendet.
Die Lichtquelle ist insbesondere so ausgestaltet, dass der Projektionsschirm örtlich selektiv und vorzugsweise zeitlich veränderlich beleuchtet werden kann. In einer ersten Variante wird beispielsweise ein Bild mit Hilfe einer Projektionsvorrichtung auf dem Projektionsschirm abgebildet. Dazu können insbesondere Projektionsvorrichtungen wie sie beispielsweise für eine Videoprojektion oder dergleichen bekannt sind, insbesondere unter Verwendung einer Lichtventil- oder Mikrospiegeltechnologie verwendet werden. In einer anderen Variante wird beispielsweise das Bild mit Hilfe wenigstens eines Laserstrahls auf dem Projektionsschirm erzeugt. Vorzugsweise ermöglicht dies eine verzerrungsfreie Darstellung auf nicht-ebenen Flächen. Insbesondere ermöglicht die Projektionsvorrichtung eine Darstellung bewegter Bilder mit einer Bildfrequenz von wenigstens 50Hz sowie be- vorzugt wenigstens 100Hz.
Bei dem Umgebungslicht handelt es sich beispielsweise um natürliches Tageslicht o- der/und um insbesondere zur Beleuchtung eines Raumes vorgesehenes Kunstlicht. Der Spektralbereich des Umgebungslichtes kann somit den gesamten für das menschliche Auge sichtbaren Spektralbereich des Lichtes umfassen.
Der Nutzlichtspektralbereich umfasst vorzugsweise wenigstens einen schmalbandigen Teilbereich des für das menschliche Auge sichtbaren Lichtspektrums. Gleichermaßen umfasst der Transmissionsspektralbereich ebenfalls wenigstens einen schmalbandigen Teilbereich des für das menschliche Auge sichtbaren Lichtspektrums. Ein schmalbandiger Teilbereich weist gemäß einer Ausgestaltung eine Bandbreite zwischen 100 nm und 50 nm, bevorzugt zwischen 50 nm und 20 nm, besonders bevorzugt zwischen 20 nm und 5 6 001958
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nm sowie ganz besonders bevorzugt von weniger als 5 nm auf. Die Bandbreite wird beispielsweise anhand der entsprechenden Halbwertsbreite definiert. Der Transmissionsspektralbereich gibt insbesondere den für eine Bilderzeugung nutzbaren Lichtspektralbereich an. Der tatsächlich für die Bildgebung verwendete Nutzlichtspektralbereich kann dabei auch lediglich eine echte Teilmenge dieses Spektralbereiches sein. Dies ist beispielsweise durch eine Wahl des Emissionsspektralbereiches der Lichtquelle bedingt.
Vorzugsweise ist ein Grad der Absorption von Umgebungslicht durch den Projektionsschirm zumindest außerhalb eines Nutzlichtspektralbereiches größer als 65%, weiter be- vorzugt größer als 80%, besonders bevorzugt größer als 90% und ganz besonders bevorzugt größer als 95%, bezogen auf eine Intensität des einfallenden Umgebungslichtes auf den Projektionsschirm unter einem senkrechten Einfall. Vorzugsweise wird der Absorptionsgrad auch unter Zugrundelegung einer Mittelung über einen Einfallswinkelbereich eingehalten. In einer ersten Variante ist die Absorption so bemessen, dass diese angegebe- nen Werte im Falle einer spektral integrierten Intensität des Umgebungslichtes erfüllt sind. Insbesondere kann eine Absorption in einem Spektralbereich, in dem das menschliche Auge eine geringe Empfindlichkeit aufweist, geringer sein als ein einem Spektralbereich mit hoher Augenempfindlichkeit. Des weiteren kann es zweckmäßig sein, für einen möglichst guten Kompromiss zwischen Transmission von Nutzlicht und Absorption von Umge- bungslicht eine spektral variierende Absorption außerhalb des Transmissionsspektralbereiches zuzulassen. In einer weiteren Variante werden die angegebenen Absorptionswerte für jede Wellenlänge des Umgebungslichtspektralbereiches zumindest außerhalb des Transmissionsspektralbereiches erfüllt. Besonders vorteilhaft wird eine Remission von Umgebungslicht unterdrückt bzw. zumindest minimiert. Weiter bevorzugt erscheint die Leinwand für einen Betrachter ohne Rückprojektion im Wesentlichen dunkel. Dabei kann die Leinwand einen dunklen Farbeindruck wie beispielsweise dunkelviolett erzeugen. Besonders bevorzugt ist die Absorption jedoch so eingestellt, dass die Leinwand grau oder schwarz und somit unbunt erscheint.
Die Größe der metallischen Nanopartikel ist vorzugsweise so bemessen, dass sie in dem betrachteten Lichtspektralbereich Oberflächenplasmonen ausbilden. Weiter bevorzugt zeigen die metallischen Nanopartikel im jeweils betrachteten Spektralbereich eine spektral schmalbandige Absorption. Eine Bandbreite des absorbierenden Spektralbereiches ist bevorzugt zwischen 100 nm und 50 nm, weiter bevorzugt zwischen 50 nm und 20 nm sowie besonders bevorzugt kleiner als 20. Die spektrale Bandbreite ist insbesondere durch die entsprechende Halbwertsbreite definiert. Besonders bevorzugt kann durch eine enge mittlere Größenverteilung metallischer Nanopartikel ein Absorptionsspektralbereich 01958
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ausgewählt werden. Eine enge mittleren Größenverteilung weist beispielsweise eine Standardabweichung der Größe zwischen 10% und 3%, insbesondere von weniger als 3% auf. Beispielsweise können durch wenigstens zwei verschiedene enge mittlere Größenverteilungen wenigstens zwei verschiedene schmalbandige Spektralbereiche, in de- nen eine Absorption stattfindet, bereitgestellt werden.
Dabei ist es besonders zweckmäßig, wenn die metallischen Nanopartikel einen mittleren Durchmesser zwischen 100 nm und 200 nm, bevorzugt zwischen 60 nm und 100 nm sowie besonders bevorzugt zwischen 5 und 60 nm aufweisen. Der mittlere Durchmesser ist dabei insbesondere als mittlere laterale Ausdehnung zu verstehen, wobei metallische Nanopartikel vorzugsweise in etwa kugelförmig, in etwa ellipsoid oder/und in etwa plätt- chenförmig ausgebildet sind. Vorzugsweise kann durch eine entsprechende Größenverteilung metallischer Nanopartikel eine Superposition von spektral schmalbandigen Absorptionsbereichen erzielt werden. Besonders bevorzugt wird damit zumindest ein absor- bierender Spektralbereich jeweils zwischen zwei Grundfarben des Nutzlichtes bereitgestellt.
Insbesondere bei der Verwendung polarisierten Nutzlichtes ist es vorteilhaft, wenn die metallischen Nanopartikel jeweils eine anisotrope Form aufweisen und in einer Vorzugs- richtung relativ zum Projektionsschirm ausgerichtet sind. Beispielsweise weisen die metallischen Nanopartikel dazu eine Nadel- und/oder Plättchenform auf. Bevorzugt absorbieren diese Nanopartikel unterschiedliche Polarisationsrichtungen des Nutzlichtes sowie des Umgebungslichtes unterschiedlich stark. Weiter bevorzugt sind die anisotropen Nanopartikel so ausgerichtet, dass eine Polarisationsrichtung des Nutzlichtes weniger stark beein- flusst wird, wohingegen das im allgemeinen isotrop polarisierte bzw. unpolarisierte Umgebungslicht nahezu gleichmäßig absorbiert wird. Beispielsweise sind ellipsoide Nanopartikel mit einer Längsachse in einer Ebene des Projektionsschirmes jeweils längs zu einer Polarisationsrichtung eines elektrischen Feldvektors eines auf den Projektionsschirm einfallenden linear polarisierten Nutzlichtstahles ausgerichtet. Eine Absorption aufgrund von Oberflächenplasmonen erfolgt dabei beispielsweise im Bereich einer ersten Wellenlänge.
Vorzugsweise wird ein Lichtstrahl mit einer quer zur Längsachse eingestellten Polarisation jedoch im Bereich einer zweiten, von der ersten verschiedenen Wellenlänge absorbiert. Besonders bevorzugt wird eine erhöhter Kontrast zwischen dem transmittierten Nutzlicht und dem von der Oberfläche des Projektionsschirmes remittierten Umgebungslichtes er- zielt. Des Weiteren wird insbesondere eine winkelabhängige Absorption insbesondere des Umgebungslichtes eingestellt. Beispielsweise kann so Umgebungslicht, welches aus 715PA04001
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Richtungen kommt, in die das Nutzlicht nicht transmittiert werden muss, stärker als Licht aus übrigen Richtungen absorbiert werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung liegt der Emissionsspektralbereich der Lichtquelle zumindest teilweise innerhalb des Transmissionsspektralbereiches. Dieser wird insbesondere der durch wenigstens einen spektral schmalbandigen Teilbereich des für das menschliche Auge sichtbaren Lichtspektrums gebildet ist. Der für die Bildgebung verwendete Nutzlichtspektralbereich kann als Schnittmenge von Emissions- und Transmissionsspektralbereich verstanden werden. In einer ersten Variante wird beispielsweise der Transmissionsspektralbereich durch den Emissionsspektralbereich der Lichtquelle spektral überschritten. Somit wird nur ein Teil des Emissionsspektralbereiches vom Projektionsschirm transmittiert. In einer weiteren Variante ist ein Emissionsspektralbereich der Lichtquelle beispielsweise schmalbandiger als der schmalbandige Nutzlichtspektralbereich. Dies wird beispielsweise durch Verwendung wenigstens eines monochromatischen Lasers erzielt, der vorzugsweise eine Bandbreite von weniger als 1 nm aufweist. Dergleichen kann dies auch bei Verwendung einer LED der Fall sein, die beispielsweise eine spektrale Bandbreite von etwa 30 nm aufweist. Transmissions- und Emissionsspektralbereich sind vorzugsweise so aufeinander abgestimmt, dass der Nutzlichtspektralbereich zumindest annähernd dem Transmissionsspektralbereich entspricht. Eine Bandbreite des schmalbandigen Teilbereiches des Nutzlichtes beträgt bevorzugt zwischen 100 nm und 50 nm, weiter bevorzugt zwischen 50 nm und 20 nm sowie besonders bevorzugt weniger als 20 nm. Die Bandbreite der Spektralbereiche bezieht sich hierbei jeweils auf eine Halbwertsbreite.
In einer ersten Variante kann unter Verwendung eines einzigen spektral schmalbandigen Teilbereiches des Nutzlichtes ein monochromatisches Bild erzeugt werden.
Insbesondere zur Erzeugung farbiger Bilder ist vorgesehen, dass der Nutzlichtspektralbereich durch wenigstens drei schmalbandige, insbesondere disjunkte, Teilbereiche des für das menschliche Auge sichtbaren Lichtspektrums gebildet ist. Die drei schmalbandigen Teilbereich liegen dabei insbesondere jeweils im Bereich einer Grundfarbe. Eine Grundfarbe ist dabei insbesondere eine der drei ausführungsbedingten Grundfarben eines abzubildenden Farbraumes. Die Grundfarben sind beispielsweise rot, grün und blau, mit denen insbesondere ein weißer bzw. unbunter Farbton additiv gemischt werden kann. Es können jedoch auch andere Grundfarben verwendet werden. Bezüglich einer Definition einer Grundfarbe sowie zur additiven Farbmischung und Farbmetrik wird an dieser Stelle auf die Monographie „Manfred Richter, Einführung in die Farbmetrik, 1981, Berlin, De 715PA04001
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Gruyter" verwiesen, auf die im Rahmen der Offenbarung Bezug genommen wird. Ein beispielhaftes Tripel spektral reiner Grundfarben ist 447 nm (blau), 532 nm (grün) und 627 nm (rot). Ein weiteres beispielhaftes Tripel von Grundfarben ist 445 nm (blau), 546 nm (grün) und 632 nm (rot). Daneben können auch andere Werte verwendet werden, wobei die Grundfarben vorzugsweise jeweils in etwa zwischen 420 nm und 460 nm, zwischen 520 nm und 560 nm sowie zwischen 600 und 640 nm liegen. Ebenso können auch spektral nicht reine Grundfarben verwendet werden, indem Spektralbereiche mit einer endlichen Halbwertsbreite verwendet werden. Die Halbwertsbreite beträgt bevorzugt zwischen 100 nm und 50 nm, was beispielsweise mit einem Farbfilter in Verbindung mit einer spekt- ral breitbandigen Lichtquelle erzielt werden kann. Weiter bevorzugt beträgt sie zwischen 50 nm und 20 nm sowie besonders bevorzugt zwischen 20 nm und 5 nm, was mit LED bzw. Laserbeleuchtung erzielt werden kann. Ganz besonders bevorzugt beträgt sie weniger als 5 nm, was mit einem Laser erzielt werden kann. Des Weiteren können auch mehr als drei Grundfarben verwendet werden. Insbesondere bei Verwendung von monochro- matischen Grundfarben, die beispielsweise durch jeweils einen Laser bereitgestellt werden können, kann ein großer Farbraum mit farbreinen Grundfarben abgedeckt werden.
Besonders bevorzugt ist als Lichtquelle wenigstens ein Laser oder/und eine Leuchtdiode (LED), insbesondere im Spektralbereich einer Grundfarbe, vorgesehen. In einer weiteren Ausgestaltung wird als Lichtquelle eine breitbandige Lichtquelle in Verbindung mit einer
Spektralbereichszerlegung, insbesondere zur Bereitstellung wenigstens eines Spektralbereiches einer Grundfarbe, vorgesehen. Als breitbandige Lichtquelle kann beispielsweise eine Halogenlampe, eine Gasentladungslampe oder dergleichen verwendet werden. Zur Spektralbereichszerlegung wird insbesondere wenigstens ein Farbfilterelement verwen- det. Bevorzugt wird eine Spektralbereichszerlegung mit Hilfe wenigstens eines Farbrades ermöglicht. Ein beispielhafter Aufbau wie auch Funktion eines Farbrades geht aus der DE 197 08 949 A1 hervor, auf die hiermit im Rahmen dieser Offenbarung verwiesen wird.
Besonders zweckmäßig umfasst der Emissionsspektralbereich der Lichtquelle Spektralbe- reiche wenigstens dreier Grundfarben.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Projektionsschirm wenigstens einen in zumindest einem für das menschliche Auge sichtbaren Lichtspektralbereich zumindest außerhalb des Transmissionsspektralbereiches absorbierenden Farbstoff und/oder Farbpigmente und/oder ein anorganisches Material umfasst. Insbesondere ist eine Farbstoff- und/oder eine Farbpigmentmischung vorgesehen. Des weiteren wird als anorganisches Material beispielsweise ein Metalloxid-, -nitrid oder -carbid verwendet. Insbesondere kann durch 715PA04001
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Verwendung verschiedener vorgenannter absorbierender Stoffe vorzugsweise der gesamte Umgebungslichtspektralbereich außerhalb des Transmissionsspektralbereiches und insbesondere des Nutzlichtspektralbereiches absorbiert werden.
Insbesondere bei einer Verwendung dreier Grundfarben bei 447 nm, 532 nm und 629 nm ist vorgesehen, dass der Projektionsschirm zumindest in einem ersten Spektralbereich zwischen 447 nm und 532 nm und in einem zweiten Spektralbereich zwischen 532 nm und 629 nm sowie insbesondere im ultravioletten Spektralbereich und/oder im infraroten Spektralbereich absorbiert. Eine Absorption im ersten Spektralbereich zwischen 447 nm und 532 nm wird beispielweise mit Pyrromethen 546 erzielt. Alternativ wird eine Blockung in diesem Spektralbereich mit dem Farbstoff DOCI (3,3'-Diethyloxacarbocyanine lodide) erzielt. Eine Absorption im zweiten Spektralbereich zwischen 532 und 629 nm wird beispielsweise mit dem Farbstoff DODCI (3,3'-Diethyloxadicarbocyanine lodide) oder alternativ mit dem Farbstoff DQOCI (1 ,3'-Diethyl-4,2'-quinolyloxacarbocyanine lodide) erzielt. Eine Absorption im ultravioletten Spektralbereich wird insbesondere mit Coumarin 102 bereitgestellt. Im infraroten Spektralbereich wird für eine Absorption beispielsweise der Farbstoff Cryptocyanine verwendet. Die genannten Farbstoffe können als Laserfarbstoffe beispielsweise von der Lambda Physik AG, Hans-Böckler-Straße 12, D-37079 in Deutschland bezogen werden. Neben den vorgenannten Farbstoffen können weitere Laserfarb- Stoffe insbesondere in einer Kombination verwendet werden. Beispielsweise werden mit anderen Laserfarbstoffen andere absorbierende Spektralbereiche eingestellt. Bezüglich der genannten und weiterer Laserfarbstoffe wird im Rahmen der Offenbarung auf den Katalog „Lambdachrome® Laser Dyes", 3rd Edition (2000), Ulrich Brackmann, Lambda Physik AG, Hans-Böckler-Straße 12, D-37079 Göttingen, Deutschland, verwiesen. Bevor- zugt sind Farbstoffe in Form einer dünnen Schicht oder in Schichtstapeln auf der dem
Betrachter zu- oder abgewandten Seite der Projektionsfläche des Projektionsschirmes aufgebracht. Ebenso können diese auf beiden Seiten vorgesehen sein. Die Konzentration und/oder die Schichtdicke ist dabei so bemessen, dass vorzugsweise die eingangs genannten Absorptionsgrade erzielt werden. Für die jeweiligen Grenzen der Spektralberei- che wird vorzugsweise eine Zehnprozent-Breite, d.h. Wellenlängenwerte herangezogen, an denen die zugehörige Absorption auf 10% eines Scheitelwertes der entsprechenden Absorptionscharakteristik abgesunken ist. Insbesondere zusätzlich zu Farbstoffen werden metallische Nanopartikel verwendet.
In einer ersten Variante sind die metallischen Nanopartikel auf einer Oberfläche des Projektionsschirmes aufgebracht. In einer zweiten Variante ist vorgesehen, dass der Projektionsschirm eine Matrix zur Einbettung wenigstens eines in zumindest einem für das 715PA04001
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menschliche Auge sichtbaren Lichtspektralbereich insbesondere außerhalb des Nutzlichtspektralbereiches absorbierenden Stoffes und/oder eines Farbstoffes und/oder metallischer Nanopartikel umfasst. Beispielsweise handelt es sich dabei um eine polymere oder anorganische Matrix. Als anorganische Matrix wird beispielsweise ein Metalloxid, ein Me- tallnitrid, ein Metalloxinitrid oder ein Metallkarbid verwendet. Insbesondere zur Vermeidung von Reflexionen ist ein Brechungsindex der Matrix an einen Brechungsindex eines Substratmaterial des Projektionsschirmes so angepasst, dass die Brechungsindizes zumindest in etwa gleich sind. Die Matrix kann dabei in Form einer oder mehrer Schichten auf dem Substrat des Projektionsschirmes aufgebracht sein. In einer anderen Ausgestal- tung kann die Matrix auch ein Substratmaterial des Projektionsschirmes bilden. Bei der Einbettung metallischer Nanopartikel in die Matrix ist vorgesehen, dass die Abmessungen der Partikel entsprechend des verwendeten Matrixmateriales adaptiert werden.
In einer weiteren Variante ist vorzugsweise zusätzlich vorgesehen, dass der Projektions- schirm ein wenigstens eine Schicht umfassendes Interferenzschichtsystem zur Beeinflussung des Transmissionsspektralbereiches umfasst. Bevorzugt umfasst dieses Interferenzschichtsystem eine oder mehrere dielektrischen Schichten. Weiter bevorzugt erfolgt mit Hilfe dieser Beschichtung eine Korrektur einer spektralen Emissionscharakteristik der Lichtquelle, beispielsweise zur Verbesserung eines Weißabgleiches. Des weiteren kann ein Interferenzschichtsystem auf einer der Lichtquelle zugewandten Seite des Projektionsschirmes vorgesehen werden, welches insbesondere jeweils im Bereich wenigstens einer Grundfarbe eine Transmission aufweist und im übrigen für einen Emissionsspektralbereich der Lichtquelle eine zumindest nahezu vollständige Reflexion aufweist.
Für eine verbesserte Abstrahlcharakteristik der Projektionsleinwand umfasst der Projektionsschirm wenigstens ein Streuelement. Beispielsweise wird das Streuelement durch eine rauhe Oberfläche des Projektionsschirmes gebildet. Die rauhe Oberfläche weist dabei insbesondere Rauhigkeitsstrukturen auf, die größer als die Wellenlängen des für das menschliche Auge sichtbaren Lichtspektralbereiches liegen. Vorzugsweise ist eine Ober- flächentopographie so ausgestaltet, dass eine räumliche anisotrope Streucharakteristik erzeugt wird, wie dies beispielsweise in der DE 10245 881 A1 beschrieben ist, auf die hiermit diesbezüglich im Rahmen der Offenbarung verwiesen wird. Zusätzlich oder alternativ kann ein separates Streuelement vorgesehen sein, welches in einen Strahlengang der Rückprojektionsvorrichtung eingebracht wird. Das Streuelement kann sowohl auf ei- ner der Lichtquelle zugewandten als auch auf einer der Lichtquelle abgewandten Seite des Projektionsschirmes vorgesehen sein. 715PA04001
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Projektionsschirm auf der Frontseite eine Entspie- gelung umfasst. Dabei handelt es sich beispielsweise um eine dielektrische Antireflexbe- schichtung, die aus einer oder mehreren dielektrischen Schichten besteht. Des Weiteren kann beispielsweise mit Hilfe von Oberflächenstrukturen, die kleiner als die Lichtwellen- länge des Umgebungslichtes sind, die Reflexion wesentlich verringert werden. Diese O- berflächenstrukturen erzielen dabei insbesondere einen zur Oberfläche hin abnehmenden Brechungsindex. Derartige Entspiegelungen sind beispielsweise als sogenannte „Mottenaugen-Strukturen" bekannt. Derartige Mottenaugenstrukturen können an einer Oberfläche des Substrates selbst oder/und einer darauf befindlichen Beschichtung vorgesehen sein.
Des Weiteren ist es zweckmäßig, wenn der Projektionsschirm eine Antistatikbeschichtung umfasst. Dazu wird beispielsweise eine elektrisch leitfähige und insbesondere transparente Schicht eingesetzt. Z.B. werden eine oder mehrere transparente leitfähige Oxidschichten verwendet. Alternativ oder zusätzlich werden eine oder mehrere dünne Metallschich- ten insbesondere in Verbindung mit wenigsten einer dielektrischen Schicht verwendet. Bevorzugt wird ein Anhaften von Staubpartikeln aufgrund einer elektrischen Aufladung vermieden. Besonders bevorzugt werden dadurch unerwünschte Lichtstreueffekte an derartigen Staubpartikeln vermindert. Eine Antistatikbeschichtung wird vorzugsweise auf einer der Lichtquelle abgewandten Seite des Projektionsschirmes aufgebracht. Insbesonde- re zusätzlich kann eine Antistatikbeschichtung jedoch auch auf einer der Lichtquelle zugewandten Seite des Projektionsschirmes aufgebracht sein.
Zur Vermeidung einer Aufheizung des Projektionsschirmes infolge einer Bestrahlung durch Umgebungslicht wie beispielsweise Sonnenlicht ist vorgesehen, dass der Projekti- onsschirm eine Infrarotstrahlen reflektierende Beschichtung umfasst. Diese ist vorzugsweise auf einer der Lichtquelle abgewandten Seite des Projektionsschirmes aufgebracht. Bevorzugt handelt es sich hierbei um eine transparente leitfähige Schicht. Z.B. werden hier eine oder mehrere transparente leitfähige Oxidschichten verwendet. Alternativ oder zusätzlich werden eine oder mehrere dünne Metallschichten insbesondere in Verbindung mit wenigsten einer dielektrischen Schicht verwendet. Insbesondere zusätzlich ist eine
Kühlvorrichtung, wie beispielsweise ein Gebläse, zur Kühlung des Projektionsschirmes vorgesehen.
Bevorzugt umfasst der Projektionsschirm eine specklevermindernde Oberflächentopogra- phie. Damit werden insbesondere Speckies bei einer Beleuchtung mit Laserstrahlung vermieden oder zumindest vermindert. Beispielsweise ist die Topographie der Oberfläche so ausgestaltet, dass jeweils in einem Lichtfleck eines Laserstrahls liegende Teile der 715PA04001
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Oberfläche die zur Rückprojektion verwendete Laserstrahlung in Transmission in unterschiedliche Richtungen ablenken, so dass eine Ausbildung interferenzfähiger Wellenzüge durch Punkte, deren Abstand unterhalb des Auflösungsvermögens des Auges liegt, vermindert wird. Eine Oberflächentopographie weist dabei beispielsweise wellige oder kugel- kappenförmige Strukturen auf. Diesbezüglich wird im Rahmen der Offenbarung auf die 10 2004042648 A1 verwiesen. Dort ist die Topographie der Oberfläche so ausgestaltet, dass jeweils in einem Lichtfleck eines Laserstrahls liegende Teile der Oberfläche die Laserstrahlung in unterschiedliche Richtungen reflektieren, so dass eine Remission interferenzfähiger Wellenzüge durch Punkte, deren Abstand unterhalb des Auflösungsvermö- gens des Auges liegt, vermindert wird. Entsprechend wird dieses Prinzip auf die Transmission angewendet, wobei vorzugsweise zur Strahlablenkung anstelle einer Reflexion an der Oberfläche eine Lichtbrechung an der Oberfläche ausgenutzt wird.
Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Projektionsschirm für eine Rückprojektionsvor- richtung, insbesondere gemäß einer oben beschriebenen Ausgestaltung, mit wenigstens einer Lichtquelle, die zur Rückprojektion auf den zumindest außerhalb wenigstens eines spektral schmalbandigen Transmissionsspektralbereiches spektral selektiv absorbierend für ein Umgebungslicht eingestellten Projektionsschirm vorgesehen ist, welcher in zumindest einem für das menschliche Auge sichtbaren Lichtspektralbereich absorbierende ab- sorbierende metallische Nanopartikel umfasst, wobei der Projektionsschirm eine Transmission von Nutzlicht innerhalb des Transmissionsspektralbereiches erlaubt.
Weiter ist Gegenstand der Erfindung ein Verfahren zur Darstellung zumindest statischer Bilder, wobei ein Projektionsschirm zur Rückprojektion mit einer Lichtquelle mit einem für das menschliche Auge sichtbaren Emissionsspektralbereich beleuchtet wird, wobei Nutzlicht in einem Transmissionsspektralbereich, der durch zumindest einen schmalbandigen Teilbereich des sichtbaren Lichtspektrums gebildet ist, spektral selektiv durch den Projektionsschirm transmittiert wird und sichtbares Umgebungslicht zumindest außerhalb des Transmissionsspektralbereiches vom Projektionsschirm zumindest nahezu vollständig absorbiert wird, wobei metallische Nanopartikel das Umgebungslicht in zumindest einem für das menschliche Auge sichtbaren Lichtspektralbereich absorbieren. Vorzugsweise ist ein Grad der Absorption von Umgebungslicht durch den Projektionsschirm zumindest außerhalb eines Nutzlichtspektralbereiches größer als 65%, weiter bevorzugt größer als 80%, besonders bevorzugt größer als 90% und ganz besonders bevorzugt größer als 95%, bezogen auf eine Intensität des einfallenden Umgebungslichtes auf den Projektionsschirm unter einem senkrechten Einfall. Vorzugsweise wird der Absorptionsgrad auch unter Zugrundelegung einer Mittelung über einen Einfallswinkelbereich erreicht. In einer 715PA04001
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ersten Variante ist die Absorption so bemessen, dass diese angegebenen Werte im Falle einer spektral integrierten Intensität des Umgebungslichtes erfüllt sind. In einer weiteren Variante werden diese angegebenen Werte für jede Wellenlänge des Umgebungslichtspektrums erfüllt.
Bevorzugt wird dabei mit mindestens drei Grundfarben, insbesondere mit jeweils zumindest einem Laser und/oder einer LED, wenigstens ein statisches und/oder bewegtes Farbbild auf dem Projektionsschirm rückprojiziert.
Insbesondere können bei der Rückprojektion bewegter Bilder Algorithmen verwendet werden, die auf Basis zuvor gezeigter und noch zu zeigender Bilder dynamische Verstärkungskurven für Grundfarben berechnen und zur Erzielung eines Eindruckes einer erhöhten Farbsättigung und/oder eines erhöhten Kontrastes modifizieren. Des weiteren werden beispielsweise optimierte elektronische Schnittstellen zur Minimierung von Fehlern auf- grund eines Bildrauschens infolge eines Signalrauschens verwendet.
Weiter bevorzugt wird mittels metallischer Nanopartikel, die eine anisotrope Form aufweisen und in einer Vorzugsrichtung relativ zum Projektionsschirm ausgerichtet sind, eine polarisationsabhängige Absorption und/oder Transmission, insbesondere im Bereich we- nigstens einer Grundfarbe, erzielt. Besonders bevorzugt wird dabei ein Kontrast zwischen dem transmittierten Nutzlicht und dem remittierten Umgebungslicht erhöht.
Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung des Projektionsschirmes einer Rückprojektionsvorrichtung gemäß einer der oben beschriebenen Ausgestaltungen, wobei wenigstens ein in zumindest einem für das menschliche Auge sichtbaren Lichtspektralbereich außerhalb des Transmissionsspektralbereiches und insbesondere des Nutzlichtspektralbereiches absorbierender Stoff oder/und wenigstens ein Farbstoff o- der/und metallische Nanopartikel auf ein Vorprodukt des Projektionsschirmes aufgebracht werden. Bei dem Vorprodukt handelt es sich beispielsweise um ein Substrat des Projekti- onsschirmes. Des weiteren handelt es sich beispielsweise um ein mit wenigstens einer Schicht beschichtetes Substrat des Projektionsschirmes. Der absorbierende Stoff und/oder der Farbstoff werden beispielsweise in einzelnen Schichten in Schichtdicken zwischen etwa jeweils 500 nm und 100 nm, bevorzugt in einem Schichtdickenbereich von 10 bis 100 nm auf das Substratmaterial des Projektionsschirmes aufgebracht. Insbeson- dere im Falle eines anorganischen absorbierenden Stoffes kann eine Beschichtung mittels eines physikalischen Vakuumdepositionsverfahrens (PVD), wie beispielsweise Aufdampfen, Sputtern, Magnetronsputtern oder dergleichen erfolgen. Des weiteren ist für 715PA04001
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eine Beschichtung beispielsweise ein insbesondere physikalisch unterstütztes chemisches Vakuumdepositionsverfahren (CVD1 PECVD) vorgesehen.
Die metallischen Nanopartikel können ebenfalls auf die Oberfläche des Substrates aufge- bracht werden. Besonders vorteilhaft werden der Farbstoff und/oder die Nanopartikel in eine Matrix, insbesondere in ein Substratmaterial des Projektionsschirmes, eingebettet.
Für eine Herstellung der metallischen Nanopartikel ist in einer ersten Variante vorgesehen, dass die metallischen Nanopartikel mittels Elektronenstrahl-Lithographie hergestellt werden. Vorzugsweise werden mit Hilfe der Elektronenstrahl-Lithographie Metallpartikel in definierter Geometrie hergestellt. Besonders bevorzugt werden Nanopartikel in einer zweidimensionalen Anordnung zueinander erzeugt. Dabei werden insbesondere Flächen mit einer regelmäßigen oder stochastisch über die Fläche verteilten Anordnung von Nanopartikel hergestellt.
In einer weiteren Variante für die Herstellung der Nanopartikel werden die Nanopartikel mittels wenigstens eines physikalischen Vakuumdepositionsverfahren hergestellt. Bevorzugt wird dabei ein plasma-ionengestütztes Verfahren verwendet. Weiter bevorzugt wird wenigstens ein Verfahren aus der Gruppe Magnetron-Sputtem, lonenstrahl-Sputtem und Arc-Beschichtungsverfahren verwendet. Besonders bevorzugt werden Nanopartikel mit einem Elektronenstrahl-Verdampfungsverfahren, wie beispielsweise in der Veröffentlichung „The optical response of silver island films embedded in fluoride and oxide optical materials", Stenzel et al., Physics, Chemistry and applϊcation of nanostructures (2003), Seite 158ff., beschrieben ist, hergestellt. Auf diese Veröffentlichung wird im Rahmen der Offenbarung diesbezüglich verwiesen.
Des weiteren kann ein Printverfahren zur Herstellung metallischer Nanopartikel vorgesehen werden. Ein Printverfahren kann dabei eine insbesondere lokale Funktionalisierung einer Oberfläche beinhalten. Dazu wird beispielsweise eine Barriereentladung eingesetzt. Z.B. kann mittels einer Barriereentladung eine lokale Oberflächenaktivierung insbesondere zur Beeinflussung einer Schichthaftung in einem nachfolgenden Printprozess erfolgen. Vorzugsweise wird dies für eine lokal selektive Beschichtung genutzt.
Zur Herstellung eines Projektionsschirmes sowie metallischer Nanopartikel kann auch eine Kombination mehrerer insbesondere der vorstehenden Verfahren herangezogen werden. 715PA04001
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Weiter vorteilhaft wird die Matrix mittels Aufsprühen, Rakeln, Pinseln, eines SoI-GeI- Verfahren oder/und Aufdampfen auf das Vorprodukt des Projektionsschirmes aufgebracht.
In einer bevorzugten Ausgestaltung wird wenigstens ein Farbstoff mittels Co-Verdampfen von Farbstoff und Matrix in die Matrix eingebettet. Insbesondere werden Matrix und Farbstoff gleichzeitig auf ein Vorprodukt des Projektionsschirmes aufgedampft. Besonders zweckmäßig wird dabei ein thermisches Aufdampfverfahren angewendet. Bevorzugt wird dazu eine anorganische Matrix eingesetzt. In einer anderen Variante kann jedoch auch eine organische Matrix verwendet werden.
Schließlich betrifft die Erfindung eine Verwendung einer Rückprojektionsvorrichtung nach Anspruch 1, insbesondere gemäß einer der oben beschriebenen Ausgestaltungen, als Anzeigelement in einer mit Tageslicht oder/und Kunstlicht beleuchteten Umgebung. Bei- spielsweise ist eine Verwendung der Projektionsvorrichtung in einer Außenanwendung, zum Beispiel als Anzeigeelement in einem Stadion oder dergleichen vorgesehen. Vorzugsweise ist ein rückprojiziertes Bild auch bei hellem Tageslicht deutlich zu erkennen. Des Weiteren ist für die Rückprojektionsvorrichtung beispielweise eine Verwendung innerhalb von Gebäuden vorgesehen. Vorzugsweise findet die Rückprojektionsvorrichtung an Orten Verwendung, an denen eine Reduktion von Umgebungslfcht nicht möglich oder nicht gewünscht ist. Beispielsweise ist die Rückprojektionsvorrichtung als Anzeigeelement in öffentlich zugänglichen Hallen, wie beispielsweise Bahnhofshallen oder dergleichen, vorgesehen.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung im Einzelnen erläutert. Die
Merkmale sind dort jeweils jedoch nicht auf die einzelnen Ausgestaltungen beschränkt. Vielmehr sind jeweils in der Zeichnung oder/und in der Beschreibung einschließlich der Figurenbeschreibung angegebene Merkmale jeweils zu Weiterbildungen kombinierbar.
Es zeigen:
Fig. 1 eine erste Rückprojektionsvorrichtung,
Fig. 2 eine zweite Rückprojektionsvorrichtung,
Fig. 3 einen spektralen Absorptionsverlauf eines Projektionsschirmes, 58
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Fig. 4 einen spektralen Transmissionsverlauf eines Projektionsschirmes,
Fig. 5 eine Absorptionscharakteristik verschiedener metallischer
Nanopartikel,
Fig. 6 eine Absorptionscharakteristik von Coumarin 120,
Fig. 7 eine Absorptionscharakteristik von Pyrromethene 546,
Fig. 8 eine Absorptionscharakteristik von DODCI,
Fig. 9 eine Absorptionscharakteristik von Cryptocyanine,
Fig. 10 eine Absorptionscharakteristik von DOCI und
Fig. 11 eine Absorptionscharakteristik von DQOCI.
Fig. 1 zeigt schematisch eine erste Rückprojektionsvorrichtung. Eine erste Lichtquelle 101 mit einer darin enthaltenen nicht separat dargestellten Bilderzeugungsvorrichtung emittiert einen exemplarisch gezeigten ersten Nutzlichtstrahl 102 sowie einen zweiten Nutzlichtstrahl 103, welche auf den ersten Projektionsschirm 104 treffen. Dieser weist auf einer der ersten Lichtquelle 101 zugewandten Seite ein Substrat 105 mit in einer Matrix des Substratmaterials eingebetteten metallischen Nanopartikeln 106 auf, die spektral selektiv ab- sorbieren. Des Weiteren umfasst der erste Projektionsschirm 104 eine erste spektral selektiv absorbierende Schicht 107. Die Nutzlichtstrahlen werden durch den ersten Projektionsschirm 104 transmittiert, so dass auf der dem ersten Betrachter 108 zugewandten Seite exemplarisch ein erster transmittierter Nutzlichtstrahl 109 und ein zweiter transmit- tierter Nutzlichtstrahl 110 austreten. Des Weiteren sind exemplarisch ein erster 111 , ein zweiter 112 und ein dritter Umgebungslichtstrahl 113 gezeigt, die von der dem ersten Betrachter 108 zugewandten Seite auf den ersten Projektionsschirm 104 fallen. Aufgrund der ersten spektral selektiv absorbierenden Schicht 107 sowie der spektral selektiv absorbierenden metallischen Nanopartikel ist eine Remission der einfallenden Umgebungslichtstrahlen vernachlässigbar, so dass der erste Betrachter 108 vom ersten Projektionsschirm lediglich die exemplarisch gezeigten transmittierten Nutzlichtstrahlen 109 und 110 wahrnimmt. 715PA04001
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Bei der ersten Lichtquelle mit integrierter Bilderzeugungsvorrichtung handelt es sich beispielsweise um eine nicht im Detail dargestellte Projektionsvorrichtung analog einem Videoprojektor. Bevorzugt handelt es sich beispielsweise auch um eine Laserbilderzeu- gungsvorrichtung.
Fig. 2 zeigt eine zweite Rückprojektionsvorrichtung. Eine zweite Lichtquelle 201 sendet ein erstes Lichtstrahlbündel 202 aus, welches ein Mikrospiegelarray 203 beleuchtet. Dieses ist mit einer Vielzahl von nicht dargestellten Mikrospiegeln für jeweils die drei Grundfarben rot, grün und blau ausgestattet. Die Mikrospiegel spiegeln das empfangene Licht in einem zweiten Lichtstrahlbündel 204 auf einen zweiten Projektionsschirm 205. Dabei sind die Mikrospiegel so angeordnet, dass jeweils ein Mikrospiegel für eine Farbe und jeweils einen ebenfalls nicht dargestellten Bildpunkt auf dem zweiten Projektionsschirm 205 an- und ausschalten kann. Die zweite Lichtquelle 201 umfasst eine rote, eine grüne und eine blaue Grundfarbe. Diese können beispielsweise, nicht dargestellt, mittels einer spektralen Zerlegung einer breitbandigen Lichtquelle erzeugt werden. Die Zerlegung erfolgt beispielsweise mit einem Farbrad. Des Weiteren handelt es sich in einer anderen, ebenfalls nicht gezeigten Variante der zweiten Lichtquelle 201 um laser-basierte Grundfarben. Der zweite Projektionsschirm 205 ist wiederum für mit dem menschlichen Auge sichtbares Umgebungslicht spektral selektiv absorbierend. Dahingegen wird Nutzlicht in einem Transmissionsspektralbereich transmittiert. Der Transmissionsspektralbereich wird durch jeweils einen schmalbandigen roten, blauen und grünen Spektralbereich gebildet. Somit werden ein roter Lichtstrahl 206, ein grüner Lichtstrahl 207 sowie ein blauer Lichtstrahl 208, die jeweils exemplarisch gezeigt sind, im wesentlichen ungehindert durch den zweiten Projektionsschirm 205 transmittiert. Aufgrund des verwendeten Diffusors 209 erfolgt im Diffusor 209 eine Streuung der transmittierten Lichtstrahlen, so dass hier exemplarisch am Beispiel des blauen Lichtstrahls 208 gezeigt, ein erster Streustrahl 210 und ein zweiter Streustrahl 211 resultieren. Daneben entstehen eine Reihe weiterer, nicht dargestellter Streustrahlen. Aufgrund der spektral selektiven Absorption des zweiten Projektionsschirmes 205 wird ein vierter Umgebungslichtstrahl 212 und ein fünfter Umgebungslichtstrahl 213 von dem zweiten Projektionsschirm 205 absorbiert, so dass eine Remission der Umgebungslichtstrahlen vernachlässigbar ist. Ein zweiter Betrachter 214 sieht daher in diesem Beispiel lediglich die Nutzlichtstrahlen, die in diesem Fall exemplarisch gezeigt der rote Lichtstrahl 206, der grüne Lichtstrahl 207 und der blaue Lichtstrahl 208 sowie die entsprechenden gestreuten Lichtstrahlen sind.
Des Weiteren umfasst die zweite Rückprojektionsvorrichtung ein Gehäuse 215, welches einen direkten Austritt von der zweiten Lichtquelle emittierten Lichtes verhindert. Insbe- 715PA04001
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sondere stellt das Gehäuse 215 sicher, dass der zweite Betrachter 214 bei Verwendung von Laserstrahlen als zweite Lichtquelle 201 nicht durch direkte Laserstrahlen geschädigt werden kann.
Fig. 3 zeigt einen schematischen spektralen Absorptionsverlauf eines Projektionsschirmes. Das Diagramm zeigt eine erste Absorptionskurve 301, die einen ersten Absorptionsspektralbereich 302 definiert, der in diesem Fall durch eine Zehnprozent-Breite definiert ist. Des Weiteren zeigt das Diagramm eine zweite Absorptionskurve 303, die einen zweiten Absorptionsspektralbereich 304 definiert, wobei dieser wiederum durch die entspre- chende Zehnprozentbreite festgelegt ist. Außerdem sind in das Diagramm die spektralen Lagen einer ersten Grundfarbe 305, einer zweiten Grundfarbe 306 sowie einer dritten Grundfarbe 307 eingetragen, wobei es sich jeweils um spektral reine Grundfarben handelt. Diese Grundfarben liegen in diesem Beispiel bei 447 nm, 532 nm sowie 627 nm und bilden somit eine blaue, eine grüne und eine rote Grundfarbe. Zusätzlich zu dem hier ge- zeigten ersten 302 und zweiten Absorptionsspektraibereich 304 kann eine hier nicht dargestellte Absorption im nahen infraroten Spektralbereich 308 und/oder im ultravioletten Spektralbereich 309 vorgesehen sein. In dem gezeigten Beispiel wird der erste Absorptionsbereich durch Pyrromethen 546 sowie der zweite Absorptionsbereich durch DODCI gebildet. Die Grundfarben 447 nm, 532 nm und 627 nm werden beispielsweise durch Verwendung eines Festkörperlasers mit Frequenzverdopplern realisiert.
Fig. 4 zeigt einen schematischen spektralen Transmissionsverlauf eines Projektionsschirmes. Das Diagramm zeigt eine erste Transmissionsspektralkurve 401, eine zweite Transmissionsspektralkurve 402 sowie eine dritte Transmissionsspektralkurve 403. Diese Transmissionsspektralkurven werden durch eine entsprechend spektral selektive Absorption des Projektionsschirmes ähnlich zu dem in Fig. 3 gezeigten Verlauf definiert. Diesen Transmissionsspektralkurven ist ein erster Transmissionsspektralbereich 404, ein zweiter Transmissionsspektralbereich 405 sowie ein dritter Transmissionsspektralbereich 406 zugeordnet, wobei die Transmissionsspektralbereiche jeweils durch eine Zehnprozent- Breite definiert sind. Des Weiteren zeigt das Diagramm eine erste Emissionsspektralkurve 407, eine zweite Emissionsspektralkurve 408 sowie eine dritte Emissionsspektralkurve 409, wobei diese jeweils auf den Wert „1" normiert sind. Diesen Emissionsspektralkurven können wiederum beispielsweise anhand der Halbwertsbreite ein erster Emissionsspektralbereich 410, ein zweiter Emissionsspektralbereich 411 sowie ein dritter Emissions- spektralbereich 412 zugeordnet werden. In diesem Fall überschreiten die Emissionsspektralbereiche 410, 411, 412 die zugehörigen Transmissionsspektralbereiche 404, 405, 406. Demzufolge wird nur ein Anteil des von der Lichtquelle emittierten Lichtes als Nutzlicht 58
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transmittiert, wohingegen die übrigen Anteile absorbiert werden. Die Emissionsspektralkurven werden beispielsweise durch eine spektrale Zerlegung einer breitbandigen Lichtquelle, beispielsweise mittels Farbfiltern, gebildet. Des Weiteren sind in dem Diagramm eine erste Laserwellenlänge 413, eine zweite Laserwellenlänge 414 sowie eine dritte La- serwellenlänge 415 eingezeichnet. Dabei handelt es sich um die Wellenlängen 447 nm (blau), 532 nm (grün) und 627 nm (rot). In diesem Fall wird nur ein kleiner Teilbereich der jeweiligen Transmissionsspektralbereiche zur Transmission von Nutzlicht verwendet.
Fig. 5 zeigt eine schematische Absorptionscharakteristik verschiedener metallischer Na- nopartikel. Das Diagramm zeigt einen ersten 501, einen zweiten 502, einen dritten 503 sowie einen vierten 504 charakteristischen Absorptionsverlauf. Diese spektralen Absorptionsverläufe sind jeweils einer mittleren Größe metallischer Nanopartikel zugeordnet. Die Größe der metallischen Nanopartikel nimmt dabei im Diagramm von links nach rechts von kleinen zu großen Wellenlängen zu.
Die Figuren 6 bis 11 zeigen Absorptionscharakteristiken verschiedener Farbstoffe, die als Laserfarbstoffe beispielsweise von der Lambda Physik AG, Hans-Böckler-Straße 12, D- 37079 in Deutschland bezogen werden können. In den gezeigten Diagrammen ist auf der Abszisse jeweils eine Lichtwellenlänge in nm aufgetragen. Auf der Ordinate ist jeweils ein molarer Extinktionskoeffizient in 10"4 l/(mol cm) aufgetragen. Als Lösungsmittel ist für die Farbstoffe jeweils Ethanol verwendet. Für Einzelheiten bezüglich der Farbstoffe wird im Rahmen der Offenbarung auf den Katalog „Lambdachrome® Laser Dyes", 3rd Edition (2000), Ulrich Brackmann, Lambda Physik AG, Hans-Böckler-Straße 12, D-37079 Göttingen, Deutschland, verwiesen.
Fig. 6 zeigt eine Absorptionscharakteristik von Coumarin 120. Dieser Farbstoff wird vorzugsweise zur Erzielung einer Absorption im nahen ultravioletten Spektralbereich verwendet.
Fig. 7 zeigt eine Absorptionscharakteristik von Pyrromethene 546. Dieser Farbstoff beispielsweise zur Absorption in einem Spektralbereich zwischen einer blauen und einer grünen Grundfarbe verwendet.
Fig. 8 zeigt eine Absorptionscharakteristik von DODCI. Mit diesem Farbstoff lässt sich bevorzugt eine Absorption in einem Spektralbereich zwischen einer grünen und einer roten Grundfarbe bereitstellen. 715PA04001
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Fig. 9 zeigt eine Absorptionscharakteristik von Cryptocyanine. Dieser Farbstoff stellt vorzugsweise eine Absorption in einem nahen infraroten Spektralbereich bereit.
Fig. 10 zeigt eine Absorptionscharakteristik von DOCI. Dieser Farbstoff kann alternativ oder zusätzlich zu Pyrromethene 546 vorzugsweise zur Bereitstellung einer Absorption in einem Spektralbereich zwischen einer blauen und einer grünen Grundfarbe verwendet werden.
Fig. 11 zeigt eine Absorptionscharakteristik von DQOCI. Zusätzlich oder alternativ zu DODCI kann dieser Farbstoff insbesondere eine Absorption in einem Spektralbereich zwischen einer grünen und einer roten Grundfarbe bereitstellen.

Claims

715-PA-04001 03.03.2006Patentansprüche
1. Rückprojektionsvorrichtung zur Darstellung zumindest statischer Bilder, umfassend wenigstens einen Projektionsschirm (104; 205) und wenigstens eine Lichtquelle (101; 201) mit einem Emissionsspektralbereich (410; 411; 412), die zur Rückprojektion auf den zumindest außerhalb wenigstens eines spektral schmal- bandigen Transmissionsspektralbereiches (404; 405; 406) spektral selektiv absorbierend für ein Umgebungslicht eingestellten Projektionsschirm (104; 205) vorgesehen ist, welcher in zumindest einem für das menschliche Auge sichtbaren Lichtspektralbereich absorbierende metallische Nanopartikel (106) umfasst, wobei der Projektionsschirm (104; 205) eine Transmission von Nutzlicht innerhalb des
Transmissionsspektralbereiches (404; 405; 406) erlaubt.
2. Rückprojektionsvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Größe der metallischen Nanopartikel so bemessen ist, dass an den metallischen Nanopartikeln innerhalb des für das menschliche Auge sichtbaren Lichtspektralbe- reiches Oberflächenplasmonen anregbar sind.
3. Rückprojektionsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass durch die metallischen Nanopartikel zumindest ein absorbierender Spektralbereich zwischen zwei Grundfarben des Nutzlichtes bereitgestellt ist.
4. Rückprojektionsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die metallischen Nanopartikel (106) einen mittleren Durchmesser zwischen 100 nm und 200 nm, bevorzugt zwischen 60 und 100 nm sowie besonders bevorzugt zwischen 5 und 60 nm aufweisen.
5. Rückprojektionsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die metallischen Nanopartikel (106) jeweils eine anisotrope Form aufweisen und in einer Vorzugsrichtung relativ zum Projektionsschirm (104;
205) ausgerichtet sind.
6. Rückprojektionsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Emissionsspektralbereich (410; 411; 412) zumindest teilweise innerhalb des Transmissionsspektralbereiches (404; 405; 406) liegt.
7. Rückprojektionsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Transmissionsspektralbereich (404; 405; 406) durch wenigstens drei schmalbandige Teilbereiche, insbesondere jeweils im Bereich ei- 6 001958
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8. Rückprojektionsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Lichtquelle (101; 201) wenigstens ein Laser oder/und ei- ne LED, insbesondere im Spektralbereich einer Grundfarbe (305; 306; 307), vorgesehen ist.
9. Rückprojektionsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Lichtquelle (101; 201) eine spektral breitbandige Lichtquelle in Verbindung mit einer Spektralbereichzerlegung, insbesondere zur Bereit- Stellung wenigstens eines Spektralbereiches einer Grundfarbe (305; 306; 307), vorgesehen ist.
10. Rückprojektionsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Emissionsspektralbereich (410; 411; 412) der Lichtquelle (101; 201) Spektralbereiche wenigstens dreier Grundfarben (305; 306; 307) um- fasst.
11. Rückprojektionsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Projektionsschirm (104; 205) wenigstens einen in zumindest einem für das menschliche Auge sichtbaren Lichtspektralbereich absorbierenden Farbstoff und/oder Farbpigmente und/oder wenigstens ein anorgani- sches Material umfasst.
12. Rückprojektionsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Projektionsschirm (104; 205) zumindest in einem ersten Spektralbereich (302) zwischen 447 nm und 532 nm und in einem zweiten Spektralbereich (304) zwischen 532 nm und 629 nm sowie insbesondere im ultraviolet- ten Spektralbereich (309) und/oder im infraroten Spektralbereich (308) absorbiert.
13. Rückprojektionsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Projektionsschirm (104; 205) eine Matrix zur Einbettung wenigstens eines in zumindest einem für das menschliche Auge sichtbaren Lichtspektralbereich absorbierenden Stoffes und/oder eines Farbstoffes und/oder me- tallischer Nanopartikel (106) umfasst.
14. Rückprojektionsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Projektionsschirm (104; 205) ein wenigstens eine 715-PA-04001 03.03.2006
Schicht umfassendes Interferenzschichtsystem zur Beeinflussung des Transmissionsspektralbereiches umfasst.
15. Rückprojektionsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Projektionsschirm (104; 205) wenigstens ein Streuele- ment (209) umfasst.
16. Rückprojektionsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Projektionsschirm (104; 205) auf einer Frontseite eine Entspiegelung umfasst.
17. Rückprojektionsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Projektionsschirm (104; 205) eine Antistatikbeschich- tung umfasst.
18. Rückprojektionsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Projektionsschirm (104; 205) eine Infrarotstrahlen reflektierende Beschichtung umfasst.
19. Rückprojektionsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Projektionsschirm (104; 205) eine specklevermindemde Oberflächentopographie umfasst
20. Projektionsschirm für eine Rückprojektionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19.
21. Verfahren zur Darstellung zumindest statischer Bilder, wobei ein Projektionsschirm
(104; 205) zur Rückprojektion mit einer Lichtquelle (101; 201) mit einem für das menschliche Auge sichtbaren Emissionsspektralbereich (410; 411; 412)) beleuchtet wird, wobei Nutzlicht in einem Transmissionsspektralbereich (404; 405; 406), der durch zumindest einen schmalbandigen Teilbereich des sichtbaren Lichtspekt- rums gebildet ist, spektral selektiv durch den Projektionsschirm (104; 205) trans- mittiert wird und sichtbares Umgebungslicht zumindest außerhalb des Transmissionsspektralbereiches (404; 405; 406) vom Projektionsschirm (104; 205) zumindest nahezu vollständig absorbiert wird, wobei metallische Nanopartikel (106) das Umgebungslicht in zumindest einem für das menschliche Auge sichtbaren Lichtspekt- ralbereich absorbieren.
22. Verfahren nach Anspruch 21 , dadurch gekennzeichnet, dass mit wenigstens drei Grundfarben (305; 306; 307), insbesondere mit jeweils zumindest einem Laser 715-PA-04001 03.03.2006 und/oder einer LED, wenigstens ein statisches und/oder bewegtes Farbbild auf den Projektionsschirm (104; 205) rückprojiziert wird.
23. Verfahren nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass mittels metallischer Nanopartikel, die eine anisotrope Form aufweisen und in einer Vorzugs- richtung relativ zum Projektionsschirm (104; 205) ausgerichtet sind, eine polarisationsabhängige Absorption und/oder Transmission, insbesondere im Bereich wenigstens einer Grundfarbe (305; 306; 307), erzielt wird.
24. Verfahren zur Herstellung eines Projektionsschirmes (104; 205) einer Rückprojektionsvorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 19, wobei wenigs- tens ein in zumindest einem für das menschliche Auge sichtbaren Lichtspektralbereich außerhalb des Transmissionsspektralbereiches (404; 405; 406) absorbierender Stoff oder/und wenigstens ein Farbstoff oder/und metallische Nanopartikel auf ein Vorprodukt des Projektionsschirmes (104; 205) aufgebracht werden.
25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Nanopartikel (106) mittels wenigstens eines physikalischen Vakuumdepositionsverfahrens hergestellt werden.
26. Verfahren nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Nanopartikel mittels eines Print-Verfahrens hergestellt werden.
27. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Nanopartikel mittels Elektronenstrahl-Lithographie hergestellt werden.
28. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass der Farbstoff oder/und die Nanopartikel (106) in eine Matrix, insbesondere in ein Substratmaterial des Projektionsschirmes (104; 205), eingebettet werden.
29. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrix mittels Aufsprühen, Rakeln, Pinseln, Sol-Gel-Verfahren oder/und Aufdampfen auf ein Vorprodukt des Projektionsschirmes (104; 205) aufgebracht wird.
30. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Farbstoff mittels Co-Verdampfen von Farbstoff und Matrix in die Matrix eingebettet wird.
31. Verwendung einer Rückprojektionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19 als Anzeigeelement in einer mit Tageslicht oder/und Kunstlicht beleuchteten Umgebung.
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