專利名稱：選擇性反射的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般性地涉及選擇性反射，尤其是涉及用于諸如用在家庭影院或商務(wù)應(yīng)用中的前投影顯示系統(tǒng)的選擇性反射。
背景技術(shù)：
作為背景技術(shù)，參考美國專利No.5335022和5148309，它們涉及偏振屏(polarized screen)。提高對(duì)比率的一種現(xiàn)有技術(shù)方法是在屏中置入中性密度吸收(neutral density absorption)并適當(dāng)提高投影儀的光輸出以做補(bǔ)償。

發(fā)明內(nèi)容
一種用于制造投影屏的方法，該方法包括向具有一輪廓的漫射襯底上淀積多層高折射率(n)介質(zhì)材料和低n材料使得諸層大體上沿著漫射襯底的輪廓以提供一漫射多層干涉結(jié)構(gòu)；在另一個(gè)襯底上淀積偏振涂層以提供用于透射具有一種線偏振的光且吸收具有第二種線偏振的光的起偏器；在漫射多層干涉結(jié)構(gòu)或不光滑漫射體中的至少一個(gè)上涂布第一層未固化的粘合劑；固化第一層未固化的粘合劑以提供第一層固化粘合劑；在起偏器和不光滑漫射體中的至少一個(gè)上涂布第二層未固化的粘合劑；固化該第二層未固化的粘合劑以提供第二層固化粘合劑；以及層壓該漫射多層干涉結(jié)構(gòu)、該不光滑漫射體、該起偏器和前漫射體，其中該前漫射體的特征在于一漫射圖樣，其中的葉瓣(lobe)不垂直于該前漫射體。諸層的淀積可以進(jìn)一步包括，在淀積高n和低n介質(zhì)材料交替層之前，在漫射襯底上淀積第一反射層，以及在淀積高n和低n介質(zhì)材料交替層之后在諸交替層上淀積第二反射層。
一種光學(xué)裝置，包括第一反射層、第二反射層和基本連續(xù)的介質(zhì)材料層。每一層主要由折射率(n)不同于相鄰層材料的材料構(gòu)成。諸層淀積在該第一反射層和第二反射層之間，并且經(jīng)構(gòu)造和安排使得該光學(xué)裝置的光學(xué)輸出包括的具有多個(gè)窄波長段內(nèi)的波長的光比具有不在多個(gè)波長段內(nèi)的波長的光充分得多。
該第一反射層可以是高反射的，以便光學(xué)輸出是具有在多個(gè)窄波長段內(nèi)的波長的反射光。該第一反射層可以包括鋁。
該第一反射層可以是部分反射的，以便光學(xué)輸出包括具有在多個(gè)窄波長段中的波長的透射光。
該第一反射層包括一襯底，該襯底包括反射材料。
該第一反射層可以包括漫射體。
該第一反射層可以包括鋁。
該第一反射層可以包括漫射體。
該裝置可以具有大于七英寸的寬度和高度。
一種漫射光學(xué)裝置包括一具有不平坦表面的光漫射襯底。諸層介質(zhì)材料淀積在該襯底上。諸層大體上沿著該漫射襯底的不平坦表面的輪廓分布，從而諸層的表面是不平坦的。
每一層主要由具有不同于相鄰層材料的折射率(n)的材料構(gòu)成?？梢詫?duì)該裝置加以構(gòu)造和安排，使得具有窄波長段內(nèi)的波長的光的反射率顯著大于具有不在該波長段內(nèi)的波長的光的反射率。
該裝置可以包括第一反射層和第二反射層，安排第一反射層和第二反射層的位置使得諸介質(zhì)材料層介于該第一反射層和第二反射層之間且該第一反射層介于介質(zhì)層和襯底之間。第一反射層和第二反射層沿著該漫射襯底的不平坦表面分布，因而反射層的表面是不平坦的。
該漫射襯底可以是反射性的。
該裝置可以進(jìn)一步包括一反射層，該反射層淀積在諸介質(zhì)材料層上使得該反射層的表面是不平坦的。
襯底的表面可以具有大小在1-5微米的范圍內(nèi)且周期在10-50微米的范圍內(nèi)的不平坦度。
可以對(duì)諸層加以構(gòu)造和安排，使得具有在多個(gè)波長段內(nèi)的波長的光的反射率顯著大于具有不在該多個(gè)波長段內(nèi)的波長的光的反射率。
一種光學(xué)裝置包括第一不平坦、漫射、反射表面和與不平坦漫射表面間隔一間隙的第二反射表面。對(duì)該不平坦漫射反射表面、第二反射表面和間隙進(jìn)行構(gòu)造和安排使得具有在窄波長段中的波長的光的反射率顯著大于具有不在該波長段中的波長的光的反射率。
該光學(xué)裝置可以進(jìn)一步包括多個(gè)介質(zhì)材料層，每一層主要由具有不同于相鄰層材料的折射率(n)的材料構(gòu)成。諸層可以大體上沿著該漫射襯底的不平坦表面的輪廓分布，從而諸層的表面是不平坦的。可以對(duì)該不平坦漫射反射表面、第二反射表面和諸介質(zhì)材料層加以構(gòu)造和安排使得具有在窄波長段中的波長的光的反射率顯著大于具有不在該波長段中的波長的光的反射率。
該不平坦漫射反射表面可以是一金屬襯底的表面。
該金屬襯底可以包括鋁。
該不平坦漫射反射襯底可以包括一薄的反射涂層。
一種投影系統(tǒng)包括一多層投影屏。該投影屏包括一淀積在襯底上的厚度在1-10微米范圍內(nèi)的偏振涂層。該偏振涂層經(jīng)構(gòu)造和安排以選擇性地吸收一種偏振態(tài)的光并透射其他偏振態(tài)的光。
該投影系統(tǒng)可以進(jìn)一步包括一投影儀，該投影儀經(jīng)構(gòu)造和安排以令具有多個(gè)窄波長段中的波長的光起偏具有一種偏振態(tài)。
該投影屏可以包括多個(gè)介質(zhì)材料層，每一層主要由具有不同于相鄰層材料的折射率(n)的材料構(gòu)成。諸層可以淀積在襯底上。諸介質(zhì)材料層經(jīng)構(gòu)造和安排使得具有在多個(gè)窄波長段中的波長的光的反射率顯著大于具有不在該多個(gè)波長段中的波長的光的反射率。
該襯底可以是一種漫射襯底。
該投影屏可以進(jìn)一步包括第一反射層和第二反射層，其中諸介質(zhì)材料層置于該第一反射層和第二反射層之間且其中該第一和第二反射層以及諸介質(zhì)材料層經(jīng)構(gòu)造和安排使得具有在多個(gè)預(yù)定非諧波窄波長段中的波長的光的反射率顯著大于具有不在該多個(gè)波長段中的波長的光的反射率且具有不在該多個(gè)波長段中的波長的光發(fā)生相消干涉。
諸介質(zhì)層可以構(gòu)造并安排得透射具有不在多個(gè)波長段中的波長的光。該投影屏可以進(jìn)一步包括一吸收層，用于吸收波長不在該多個(gè)波長段中的光。
第一偏振態(tài)和第二偏振態(tài)可以是線偏振態(tài)。
一種投影屏經(jīng)構(gòu)造和安排使得波長在多個(gè)預(yù)定的非諧波窄波長段中的光的反射率顯著大于波長不在該多個(gè)波長段中的光的反射率。該投影屏包括一選擇性反射裝置。該選擇性反射裝置包括襯底和連續(xù)介質(zhì)層堆疊結(jié)構(gòu)。每一層主要由折射率(n)不同于相鄰層材料的材料構(gòu)成。諸層淀積在襯底上且經(jīng)構(gòu)造和安排使得波長在多個(gè)非諧波窄波長段中的光的反射率顯著大于波長不在該多個(gè)波長段中的光的反射率。
該投影屏可以進(jìn)一步包括一起偏器，用于透射具有被起偏為一種偏振態(tài)的波長的光且吸收未被起偏為該一種偏振態(tài)的光。
諸層可以被構(gòu)造和安排得透射未反射的光。該投影屏可以進(jìn)一步包括一吸收層以吸收透射光。
該選擇性反射裝置可以進(jìn)一步包括第一反射層和第二反射層。諸介質(zhì)材料層可以置于該第一反射層和第二反射層之間。構(gòu)造和安排該選擇性反射裝置以引起波長在多個(gè)窄波長段之外的光發(fā)生相消干涉。
該投影屏可以進(jìn)一步包括一起偏器，用來透射波長被起偏為一種偏振態(tài)且在窄波長段中的光以及吸收波長不在窄波長段中的光。
該投影屏可以進(jìn)一步包括一前漫射體。該前漫射體經(jīng)構(gòu)造和安排以在X和Y方向不對(duì)稱地漫射。
該投影屏可以進(jìn)一步包括一起偏器，用來透射波長被起偏為一種偏振態(tài)的光以及吸收波長未被起偏為一種偏振態(tài)的光。
該投影屏可以進(jìn)一步包括一起偏器，該起偏器經(jīng)構(gòu)造和安排以透射一種偏振態(tài)的光并吸收其他偏振態(tài)的光。
該投影屏可以進(jìn)一步包括一前漫射體。該前漫射體可以經(jīng)構(gòu)造和安排以在X和Y方向不對(duì)稱地漫射。
該投影屏可以進(jìn)一步包括一光學(xué)裝置，該光學(xué)裝置經(jīng)構(gòu)造和安排以使得該投影屏具有一光反射圖樣，該圖樣的特征在于一具有不垂直于投影屏平面的軸的葉瓣。
該投影屏可以進(jìn)一步包括一前漫射體。該前漫射體可以經(jīng)構(gòu)造和安排以在X和Y方向不對(duì)稱地漫射。
該投影屏可以進(jìn)一步包括一光學(xué)裝置，該光學(xué)裝置經(jīng)構(gòu)造和安排以使得該投影屏具有一光反射圖樣，該圖樣的特征在于一具有不垂直于投影屏平面的軸的葉瓣。
該光學(xué)裝置可以經(jīng)構(gòu)造和安排以使得投影屏具有特征為兩個(gè)葉瓣的光反射圖樣。
該光學(xué)裝置可以經(jīng)構(gòu)造和安排以使得該投影屏具有一光反射圖樣，該圖樣的特征在于具有一葉瓣，該葉瓣具有相對(duì)于屏的平面向上、向下、向左或向右傾斜的軸。
一種多層投影屏包括選擇性反射裝置和表面不光滑的漫射體，其中該選擇性反射裝置用于選擇性地反射光，使得波長在多個(gè)預(yù)定的非諧波波長段中的光的反射率顯著大于波長不在多個(gè)預(yù)定的非諧波波長段中的光的反射率；而表面不光滑的漫射體用于漫射波長在多個(gè)預(yù)定的波長段中的光。
該表面不光滑的漫射體可以包括襯底和表面不光滑的漫射涂層。
該表面不光滑的漫射體可以置于選擇性反射裝置和起偏器之間。
該表面不光滑的漫射體可以是用于選擇性反射裝置的襯底，該選擇性反射裝置可以包括多層介質(zhì)材料，每層主要由折射率(n)不同于相鄰層材料的材料構(gòu)成。
該表面不光滑的漫射體可以是用于諸介質(zhì)層的的襯底，其中該投影屏進(jìn)一步包括一置于另一襯底上的第一反射層。諸介質(zhì)層可以置于該第一反射層上?？梢栽谥T介質(zhì)層上設(shè)置第二反射層。
一種用于制造多層投影屏的方法包括向投影屏的第一層涂布未固化的粘合劑；固化該粘合劑；以及將該投影屏的第二層層壓到該第一層上。
向一層涂布未固化的粘合劑可以包括向選擇性反射器涂布該粘合劑。該選擇性反射器可以經(jīng)構(gòu)造和安排，使得波長在多個(gè)窄波長段中的光的反射率顯著大于波長不在該多個(gè)窄波長段中的光的反射率。
向該選擇性反射器涂布未固化的粘合劑可以包括向一多層干涉濾光片涂布未固化的粘合劑。
向該選擇性反射器涂布未固化的粘合劑可以包括向一標(biāo)準(zhǔn)具裝置涂布未固化的粘合劑。
層壓第二層可以包括層壓一起偏器。
涂布第二層可以包括往襯底淀積一偏振涂層。
用于制造投影屏的方法可以進(jìn)一步包括向該投影屏的第二層涂布未固化的粘合劑并固化該第二層粘合劑。
一種投影屏可以包括一光學(xué)裝置，該裝置經(jīng)構(gòu)造和安排使得該投影屏具有一光反射圖樣，該反射圖樣的特征在于一葉瓣，該葉瓣具有一不垂直于該投影屏的平面的軸。
該光學(xué)裝置可以被構(gòu)造和安排得使該投影屏具有特征為兩個(gè)葉瓣的光反射圖樣。
該光學(xué)裝置可以經(jīng)構(gòu)造和安排使得該投影屏具有一光反射圖樣，該反射圖樣具有一葉瓣，該葉瓣相對(duì)于屏的平面向上、向下、向左或向右傾斜。
一種投影屏經(jīng)構(gòu)造和安排以在屏的一位置處接收光。輸入光在該位置相對(duì)于屏表面成一角度被接收。該投影屏可以進(jìn)一步經(jīng)構(gòu)造和安排以從該位置沿著可以圍繞一輸出軸分布的一系列輸出方向反射光。該輸出軸可以與該表面成一角度，該角度與該表面為簡單平面反射器時(shí)所得的角度不同。
輸入角可以是垂直的而輸出角可以不是垂直的。
輸入角可以是不垂直的而輸出角可以是垂直的。
一種用于制造投影屏的方法包括向第一襯底上淀積多層介質(zhì)材料。每一層主要由折射率(n)不同于相鄰層材料的材料構(gòu)成。該方法可以進(jìn)一步包括向諸介質(zhì)層上淀積一第一反射層。
用于制造投影屏的方法可以進(jìn)一步包括如下步驟在向該第一襯底淀積諸介質(zhì)層之前，向該第一襯底上淀積第二反射層。向該第一襯底淀積可以包括向該第二反射層上淀積諸介質(zhì)層。
向第一襯底上淀積諸介質(zhì)層可以包括向具有反射表面的襯底上淀積諸介質(zhì)層。
向第一襯底上淀積諸介質(zhì)層可以包括向漫射襯底上淀積諸層。
用于制造投影屏的方法可以進(jìn)一步包括如下步驟在向該第一襯底淀積諸介質(zhì)材料層之前，向該襯底上淀積第二反射層。向該第一襯底淀積可以包括向該第二反射層上淀積諸介質(zhì)材料層。
向第一襯底上淀積諸介質(zhì)材料層可以包括將諸層淀積到具有反射表面的襯底上。
層壓步驟可以包括向該漫射層涂布處于未固化狀態(tài)中的粘合劑以及固化該粘合劑。
該層壓步驟可以包括向漫射層涂布處于未固化狀態(tài)中的粘合劑并固化該粘合劑。
用于制造投影屏的方法可以進(jìn)一步包括向第二襯底的一個(gè)表面上涂布一偏振層；向該第二襯底的另一表面上淀積一漫射層；以及將該偏振層層壓到該反射層上。
一種方法可以包括，在一投影屏處接收投射光和環(huán)境光，處理光，相對(duì)于可能不在窄光譜段中的光的反射優(yōu)先地反射可能在至少兩個(gè)窄光譜段中的部分光。處理發(fā)生在連續(xù)交替排列的諸高折射率材料和低折射率材料層中。
光的處理可以包括利用第一和第二反射層反射光，以便波長不在多個(gè)窄波長段中的光發(fā)生相消干涉，其中第一和第二反射層經(jīng)構(gòu)造和安排使得高折射率和低折射率的諸交替層可以介于第一和第二反射層之間。
該方法可以進(jìn)一步包括利用投影儀起偏投射光和利用屏起偏投射光和環(huán)境光，其中利用投影儀起偏投射光使得投射光包含的一種線偏振的光顯著多于另一種線偏振的光，而利用屏起偏投射光和環(huán)境光使得屏基本上反射一種線偏振光而吸收第二種線偏振光。
該方法可以進(jìn)一步包括用投影儀投射光，該投影儀經(jīng)構(gòu)造和安排使得其透射的波長在多個(gè)窄波長段中的光顯著多于波長不在多個(gè)窄波長段中的光。
本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的詳情在以下的附圖和說明書中給出。本發(fā)明的其他特征、目的和長處可以從說明書、附圖和權(quán)利要求中了解。


圖1是作為波長的函數(shù)，人眼對(duì)光能量的敏感度圖示；圖2為現(xiàn)有技術(shù)中三堆疊結(jié)構(gòu)多層干涉濾光片的結(jié)構(gòu)；圖3為單堆疊結(jié)構(gòu)、多層、多波段干涉濾光片；圖4A和4B為示范性多層涂層的表格；圖5A和5B為兩個(gè)示范性多層涂層的反射率作為波長的函數(shù)圖示；圖6為多層、多波段標(biāo)準(zhǔn)具結(jié)構(gòu)；圖7為示范性多層、多波段標(biāo)準(zhǔn)具結(jié)構(gòu)的表格；圖8為一多層多波段標(biāo)準(zhǔn)具結(jié)構(gòu)和一多層多波段非標(biāo)準(zhǔn)具結(jié)構(gòu)的反射率作為波長的函數(shù)圖示；圖9為視角對(duì)多層多波段非標(biāo)準(zhǔn)具涂層的反射率的影響的圖示；圖10A為依據(jù)本發(fā)明的投影屏上的透鏡組的側(cè)視圖；圖10B為微透鏡屏的正視圖；圖11為穿過漫射多層多波段結(jié)構(gòu)的截面圖；圖12穿過圖11的結(jié)構(gòu)一部分的截面圖；
圖13為穿過依據(jù)本發(fā)明的僅有一前表面漫射體的示范性投影屏的截面圖；圖14A為穿過依據(jù)本發(fā)明的具有簡化構(gòu)造的示范性投影屏的截面圖；圖14B為穿過依據(jù)本發(fā)明的同時(shí)具有前表面漫射體和內(nèi)嵌(immersed)漫射體的示范性投影屏的截面圖；圖15A為穿過一具有示范性漫射體和示范性粘合劑層的結(jié)構(gòu)的截面圖；圖15B為用于制備圖15A的結(jié)構(gòu)的工藝的框圖；圖16A為穿過一包括示范性漫射體和包括b階段粘合劑的示范性粘合劑層的結(jié)構(gòu)的截面圖；圖16B為用于制備圖16A的結(jié)構(gòu)的工藝的框圖；圖17A-17F為穿過示范性反射反射投影屏的截面圖；圖17G為用于制備圖17F的結(jié)構(gòu)的工藝的框圖；圖18為經(jīng)濾波后的投影儀的光譜作為波長的函數(shù)的圖示；圖19為將光學(xué)波長與顏色聯(lián)系起來的色卡圖；圖20為示出本發(fā)明所獲得的改進(jìn)性能的色卡圖；圖21A和21B為示范性反射圖樣；圖22為典型觀察模式的例子；以及圖23A-23C為可選觀察模式的例子。
具體實(shí)施例方式
附圖的截面視圖未按比例繪制。實(shí)際尺寸如說明書和圖中所注。截面圖意在示出多層裝置諸層的順序。多層裝置諸層的表示為示意性的并不代表材料的實(shí)際輪廓。非對(duì)稱漫射體在說明書中描述，可能不具有如圖所示的平坦輪廓。
現(xiàn)在參考附圖，特別是圖1，其給出了人眼的敏感度作為光學(xué)波長的函數(shù)的圖示，從短波長的藍(lán)光開始延伸到長波長的紅光，峰值在中部的綠光處。
參考圖2，其示出了一種現(xiàn)有技術(shù)的選擇性反射器，該反射器包括三個(gè)多層、單波段的反射型干涉濾光片。多層干涉濾光片(MLI)一般包括多個(gè)介質(zhì)材料層，每一材料層具有不同于相鄰層或諸介質(zhì)材料層的材料的折射率(n)。使相鄰層之間的n差異最大化通常是有利的，因此一般在相鄰層中使用交替的高n材料(諸如TiO2、Nb2O5、或Ta2O5)和低n材料(諸如SiO2)層。還可能在相鄰層中使用中等n的材料(諸如Al2O3)，或者兩種具有高n的材料(或者兩種具有低n的材料)。關(guān)于多層干涉濾光片的其他信息可以參考H.A.Macleod著的Thin Film Optical Filters，書號(hào)為ISBN 0750306882。
在圖2的裝置中，用于反射波長在綠光譜段中的光的多層干涉(MLI)濾光片包括襯底102和一“堆疊結(jié)構(gòu)”，該堆疊結(jié)構(gòu)包括多層介質(zhì)材料104，每層材料具有不同于相鄰層或諸介質(zhì)材料層的材料的折射率(n)。用于反射波長在藍(lán)光譜段中的光的MLI包括襯底106和一堆疊結(jié)構(gòu)，該堆疊結(jié)構(gòu)包括多層介質(zhì)材料108，每層材料具有不同于相鄰層或諸介質(zhì)材料層的材料的折射率(n)。用于反射波長在紅光譜段中的光的MLI包括襯底110和一堆疊結(jié)構(gòu)，該堆疊結(jié)構(gòu)包括多層介質(zhì)材料112，每層材料具有不同于相鄰層或諸介質(zhì)材料層的材料的折射率(n)。襯底102、106和108應(yīng)當(dāng)比光的相干長度厚，以避免紅、綠和藍(lán)濾光片之間的干涉效應(yīng)?；赨HP的投影儀的光的典型相干長度在幾個(gè)微米的量級(jí)上。
參考圖3，其示出了一單堆疊結(jié)構(gòu)、多層、多波段選擇性反射器。該單堆疊結(jié)構(gòu)、多層、多波段選擇性反射器包括單一襯底114。襯底是用于在其上淀積薄層且為薄層提供結(jié)構(gòu)支撐的基礎(chǔ)材料。典型的襯底為光滑的厚1到10mil(密耳)的聚對(duì)苯二甲酸乙二酯(polyethelene terephthalate，PET)膜，盡管下面的一些圖中將會(huì)包括其他類型的襯底，諸如不光滑襯底和金屬襯底。該單堆疊結(jié)構(gòu)、多層、多波段選擇性反射器進(jìn)一步包括一單個(gè)堆疊結(jié)構(gòu)，其包括多個(gè)介質(zhì)材料層116，每層材料具有不同于相鄰層或諸介質(zhì)材料層的材料的折射率(n)。該選擇性反射器反射多個(gè)光譜段內(nèi)的光，在此例中為紅光、藍(lán)光和綠光。該選擇性反射器的反射多個(gè)光譜段中的光的諸層116是連續(xù)的，即，沒有中間組件，如襯底，其不是諸介質(zhì)材料層中的一層。
參考圖4A和4B，其給出了展示典型多層涂層例子的表，其中多層涂層具有多個(gè)所示材料和所示厚度的層(有些層包括2個(gè)子層)。在圖4A和4B中，以列的形式按照淀積順序列出了諸層。因此，舉例來說，在圖4A中，600nm厚的硅層是淀積的第一層，因此是底層；21.91nm厚的SiO2層為最后淀積的層，因此為頂層；而78.38nm厚的Nb2O5層是緊在23.91nm厚的SiO2層之前淀積的。使用可從Software Spectra Inc.(Internet地址www.tfcalc.com)獲得的軟件可以找到其他選擇性反射波長在諸窄波段中的光的材料組合。
圖4A和4B的表中的涂層經(jīng)構(gòu)造和安排使得在三個(gè)間隔的光能量窄波段(例如紅、綠和藍(lán)光波段)中的光的反射率顯著大于其他可見波長的反射率。在零度入射角(AOI)時(shí)，從450到490nm的平均反射率一般大于90％，從540到570nm大于75％，而從610到650nm大于80％。在零度AOI時(shí)，從500到530nm的平均反射率一般小于10％，從500到530nm平均小于20％，而從580到600nm平均小于20％。在零度AOI時(shí)，從660到780nm的反射率一般平均小于50％。
參考圖5A和5B，分別示出了圖4A和4B所示的涂層設(shè)計(jì)的光譜性能的圖示。
另一種類型的單堆疊結(jié)構(gòu)、多波段、多層選擇性反射器可以使用標(biāo)準(zhǔn)具、或法布理-珀羅(Fabry-Perot)裝置制造。在傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)具中，兩個(gè)平行的反射鏡以長度為d的間隙隔開，間隙中通常填充諸如空氣或氣體的媒質(zhì)。如果兩個(gè)鏡子都是部分反射的，波長為λ＝2d/m(其中m為一整數(shù))的光以最小損耗透射而其他波長的光則發(fā)生相消干涉。如果光入射一側(cè)的鏡子是部分反射的而非光入射側(cè)的鏡子是高反射的，波長為λ＝2d/m的光以最小損耗被反射而其他波長的光則在標(biāo)準(zhǔn)具內(nèi)發(fā)生相消干涉。
可以在以下Internet地址找到關(guān)于法布理-珀羅裝置的更多信息http//physics.usask.ca/～angie/ep421/lab3/theory.htm。由于m是一個(gè)整數(shù)，被選擇性反射的波長是諧波。
參考圖6，其中示出了一利用標(biāo)準(zhǔn)具(etalon)結(jié)構(gòu)的單堆疊結(jié)構(gòu)、多層、多波段干涉濾光片。第一反射層118(例如材料為鋁的高反射層)以及第二反射層120(例如材料為諸如鋁的部分反射層)由多個(gè)介質(zhì)材料層122隔開，介質(zhì)材料層的每一層材料具有不同于相鄰層或諸介質(zhì)材料層材料的折射率(n)。如箭頭124所示，處于多個(gè)非諧波波長(即，依據(jù)等式λ＝2d/m所反射的波長中的一或多個(gè)m值不是整數(shù))中的光的反射率顯著大于其他波長光的反射率，其他波長的光在標(biāo)準(zhǔn)具裝置中發(fā)生相消干涉。如果第一反射層118是部分反射的，如箭頭126所示，一般通過調(diào)節(jié)該層的材料或厚度，在多個(gè)波長中的光的透射率顯著大于其他波長的光。諸層基本上是連續(xù)的，即它們基本上在整個(gè)屏上延伸，使得屏上的所有點(diǎn)都均勻地反射同樣的波段。諸反射層也可以是多層干涉裝置，其層厚和材料通過選擇使得該多層干涉裝置是寬帶高反射的；為方便和簡單起見，附圖中的諸反射層將示為單層。如果需要，還可以有一任選的諸如SiO2的適當(dāng)材料的保護(hù)層128。
參考圖7，其中示出了一材料和厚度表，當(dāng)在圖6的結(jié)構(gòu)中使用這些材料和厚度時(shí)，選擇性地反射(或透射)在諸如紅、綠和藍(lán)波長段的多個(gè)預(yù)定非諧波波長段中的光。如圖4A和4B，諸層以淀積順序列出。因此，舉例來說，50.0nm厚的Al層是第一個(gè)淀積的層并相應(yīng)于第一反射層120，而94.7nm厚的SiO2層是最后淀積的層，因此是任選的頂部保護(hù)層。
參考圖8，其中示出了計(jì)算得到的圖7的標(biāo)準(zhǔn)具M(jìn)LI的光譜性能的曲線，與計(jì)算得到的類似于圖4A和4B的MLI涂層的非標(biāo)準(zhǔn)具M(jìn)LI的曲線190進(jìn)行了對(duì)比。使用可從Software Spectra Inc.，(Internet地址www.tfcalc.com)獲得的軟件可以設(shè)計(jì)其他選擇性反射波長在諸窄波段內(nèi)的光的材料和層的組合。諸層可以通過多種技術(shù)淀積。一種合適的技術(shù)在R.Bakish編輯的Proceedings of the Thirteen International Conference on Vacuum Web Coating(1999年10月17-19日)，pp.58-67的Shimoda，et al.，的文章“Multi-layerDichroic Coatings on Plastic Webs”中有所描述，該書可從新澤西州的BakishMaterials Corporation of Englewood得到。諸層也可以通過其他薄膜涂布技術(shù)，諸如蒸鍍淀積。諸層可以通過能將MLI做得足夠大的方式進(jìn)行淀積，MLI的尺寸足以使其成為一投影屏的基本連續(xù)層，該投影屏具有大于七英寸(17.8cm)的寬度和高度，并且可能大到60英寸(152.4cm)或更大。
參考圖9，給出了入射角為0度、7度和15度時(shí)反射率作為波長的函數(shù)的圖示，以示出典型涂層設(shè)計(jì)(并非圖4A和4B所列的)的入射角對(duì)反射率的影響。
參考圖10A，示出了投影屏上的透鏡組的側(cè)視圖，該透鏡組具有大的輸入透鏡11和小的輸出透鏡12。
參考圖10B，示出了包括輸入透鏡11和輸出透鏡12的非對(duì)稱微透鏡的布局。
參考圖11，示出了一漫射MLI(DMLI)結(jié)構(gòu)，其包括漫射元件和選擇性反射元件。DMLI結(jié)構(gòu)160包括漫射體150，其具有不平坦表面以選擇性漫射光。漫射體可以是對(duì)稱的，例如不光滑漫射體，或者是非對(duì)稱的漫射體，例如經(jīng)構(gòu)圖的漫射體，兩者都在說明書的其他部分討論。漫射體可以是帶有漫射光的不平坦表面的襯底，或者可以是具有漫射涂層的襯底。一般地，適合的漫射體是，在垂直方向上提供0-30度漫射角(即，反射光具有法線處反射光的一半功率處相對(duì)于屏表面的法線所成的角度)且在水平方向上提供5-30度漫射角。涂覆在漫射體150上的是一種標(biāo)準(zhǔn)具型的反射器152。該標(biāo)準(zhǔn)具型反射器包括第一反射層154和第二反射層156。在反射層154和156之間是多個(gè)介質(zhì)材料層158，如圖6的討論部分所述，其每一層的材料具有不同于相鄰層或諸介質(zhì)材料層的材料的折射率(n)。
參考圖12，示出了一部分(例如漫射體150的部分192)、第一反射層154和介質(zhì)層158的放大截面視圖。如上所述，諸層是基本連續(xù)的，即，它們基本延伸在屏的整個(gè)可視區(qū)域內(nèi)。反射層和介質(zhì)層一般是沿著漫射體的輪廓分布的，不過取決于所用的涂布工藝的類型，介質(zhì)層的厚度可能不是均勻的，因此后來的諸層可能具有稍微不同于漫射體和在先淀積諸層的輪廓的輪廓。例如，如圖12所示，更加平行于屏的平面194(在截面中表現(xiàn)為一直線)的部分表面處的涂層厚度可能會(huì)比較不平行于該屏的平面的部分表面的涂層厚。在一些條件下，有些涂層材料是以不垂直于屏平面的方向接近漫射體的(例如，如箭頭196所示的)，此時(shí)更加垂直于涂層材料接近方向的表面部分可能會(huì)厚于(未在此視圖中示出)較不垂直的表面部分。下面將會(huì)進(jìn)一步討論涂層厚度的變化。
參考圖13，示出了穿過依據(jù)本發(fā)明的示范性投影屏的截面圖，該投影屏形成有黑膜36，其通過透明粘合劑層附有一分色濾光片34，該分色濾光片34在將不需要的波長透射到黑膜36的同時(shí)反射有用的波長。分色濾光片34通過低雙折射透明粘合劑層附著到起偏器33上，該起偏器33透射投影儀的光而基本吸收掉環(huán)境光。起偏器33通過低雙折射透明粘合劑層附著到漫射體32上，該漫射體32具有表面部件以非對(duì)稱地增大視角并減少眩光。
參考圖14，示出了類似于圖13中的投影屏的截面圖，該投影屏具有多處變化。圖14A的投影屏包括一前漫射體41，沒有其他漫射體。圖14B的投影屏包括前漫射體和內(nèi)嵌漫射體。
漫射體可以通過粘合劑層壓到相鄰層和組件上。參考圖15A，示出了一漫射體138，其上涂覆有壓力敏感的粘合劑層140，該粘合劑層140根據(jù)圖15B的工序涂覆。在步驟206中，將固化(“黏性”或“膠粘的”)狀態(tài)下的粘合劑涂到諸如漫射體的組件上。在步驟208中，涂覆一未示出的后續(xù)組件。
參考圖16A，示出了一漫射體138，其上涂覆有壓力敏感的粘合劑層142，該粘合劑層142根據(jù)圖16B的工序涂覆。在步驟210中，將未固化的或“b階段”狀態(tài)下的粘合劑涂覆到諸如漫射體的組件上。在步驟212中，固化該粘合劑。在步驟214中，涂覆一未示出的后續(xù)層。
參考圖17A-F，示出了其他投影屏的截面圖，它們示出了一些元件的其他細(xì)節(jié)和變化。
在圖17A中，示出了一投影屏。將吸收襯底174層壓到單堆疊結(jié)構(gòu)、多波段、多層選擇性反射器175上，該反射器175，舉例來說可以是圖3所示的類型。利用粘合劑將該單堆疊結(jié)構(gòu)、多波段、多層選擇性反射器層壓到不光滑漫射體148上，粘合劑在未固化(b階段)下涂覆并隨之固化(為簡單起見，下文中和圖中稱其為“固化的b階段粘合劑”)。以同樣的方式將起偏器162層壓到不光滑漫射體148上?？梢酝ㄟ^常規(guī)方式涂覆的粘合劑將前漫射體164層壓到起偏器162上，該前漫射體164可以是不光滑漫射體，或者如該視圖所示，是某種在X和Y方向上不對(duì)稱地漫射的漫射體。
在圖17B的投影屏中，如圖11所示的漫射選擇性反射器160包括諸如漫射襯底178的漫射襯底，其可以通過在漫射體的表面上擦出諸如擦痕180的垂直擦痕來形成，這使得光在X(水平)方向上漫射得比在Y(垂直)方向上的多。漫射襯底178上涂布的是標(biāo)準(zhǔn)具型的選擇性反射器152，其包括第一反射層154和第二反射層156。反射層154和156之間是多個(gè)介質(zhì)材料層158，每層材料都具有不同于相鄰層或諸介質(zhì)材料層材料的折射率(n)，如上面在圖6的討論中所述的那樣。通過固化的b階段粘合劑層壓到漫射選擇性反射器160上的是起偏器166，其包括襯底168，該襯底涂布有一偏振涂層170，諸如美國專利5,739,296中所述的涂層。起偏器166也可以是傳統(tǒng)起偏器。通過傳統(tǒng)方式涂布的粘合劑層壓到起偏器166上的可以是一非對(duì)稱前漫射體164。
參考圖17C，示出了與圖17B的屏相似的投影屏，其中的前漫射體164為一光整形(light shaping)漫射體182所取代。該光整形漫射體可以經(jīng)構(gòu)造和安排以不對(duì)稱地漫射光或生成其他衍射圖樣，如下面在圖21的討論中所述。此外，垂直擦磨的襯底178為一不光滑襯底150所取代。
參考圖17D，示出了一種與圖17C的屏類似的投影屏，其中圖17C中的起偏器166為傳統(tǒng)起偏器162所取代且圖17B的光整形漫射體為非對(duì)稱漫射體164所取代。
參考圖17E，示出了一種類似圖17D的屏的投影屏，其中圖17D中的不光滑漫射體為一非對(duì)稱襯底(例如，如說明書其他地方所述的具有透鏡狀圖案的襯底)所取代，且圖17D的前漫射體為不光滑漫射體202所取代。
參考圖17F，示出了一投影屏，該投影屏包括通過固化的b階段粘合劑層壓到起偏器/漫射體218上的DMLI。該漫射MLI包括一具有諸如隆起216的隆起的鋁襯底。起偏器/漫射體包括襯底，該襯底一側(cè)涂布有一偏振涂層(如上所述)，另一測具有一諸如非對(duì)稱漫射層的漫射體。該起偏器/漫射體被層壓到漫射選擇性反射器上，具有偏振涂層的一側(cè)面向該漫射選擇性反射器。
圖17F的投影屏可以通過圖17G所示的工藝制造。在任選的步驟220中，在第一襯底上淀積一DMLI第一反射層。該步驟是任選的，因?yàn)槿绻褂镁哂蟹瓷浔砻娴牡谝灰r底，該第一襯底可以用作第一反射表面。在步驟222中，在第一反射層或襯底上淀積諸介質(zhì)層。在步驟224中，在諸介質(zhì)層上淀積第二反射層以形成該DMLI。在步驟226中，在第二襯底上淀積前漫射層或偏振層。在步驟228中，在該第二襯底的另一側(cè)上淀積漫射層或偏振層中的另一個(gè)。在步驟230中，向第二反射層上涂覆優(yōu)選為b階段形態(tài)的粘合劑。在任選的步驟232中，如果需要，固化該粘合劑。在步驟234中，將該DMLI層壓到漫射體/起偏器上，第二反射層鄰接偏振層。
一般地，圖17A-17F的投影屏可以通過如下方式制造獲得或制作諸組件，層壓諸如圖所示排列的組件，使用粘合劑，粘合劑可以以固化方式常規(guī)地涂布，或者以未固化方式涂布并固化，如本說明書的其他地方所述的。MLI或DMLI結(jié)構(gòu)可以通過圖17G的步驟222(以及用于標(biāo)準(zhǔn)具裝置的步驟220和224)形成。前漫射體可以為漫射襯底的形式或者如說明書它處所述的為帶有漫射涂層的襯底。起偏器可以通過在襯底上淀積偏振涂層制作或者作為傳統(tǒng)起偏器制造或獲得。內(nèi)嵌起偏器可以作為傳統(tǒng)不光滑漫射體獲得或者通過使用漫射粘合劑或者，或者通過兩種方式獲得。吸收襯底可以通過在襯底上淀積吸收涂層或者通過獲得傳統(tǒng)吸收襯底制作。在如圖17F所示的構(gòu)造中，可以如圖17G中步驟226和228所示制造組合的起偏器/漫射體，并代替圖17D中的起偏器和漫射體。
參考圖18，示出了示范性的經(jīng)濾波的投影儀光的作為波長的函數(shù)的光譜，其具有將在以下討論的優(yōu)點(diǎn)。
參考圖19，示出了具有不同顏色光學(xué)波長的色卡圖。
參考圖20，給出了色彩性能的比較，示出了隨著如下進(jìn)展色彩性能的改善(1)投影儀在白色屏上，(2)濾波的投影儀在白色屏上，以及(3)濾波的投影儀在依據(jù)本發(fā)明的屏上。注意，由相應(yīng)于濾波的投影儀在依據(jù)本發(fā)明的屏上的點(diǎn)3所包圍的基色三角形的面積大于點(diǎn)1和點(diǎn)2所包圍的三角形。
圖21A，21B，和22給出了反射圖樣，以便解釋圖23的反射圖樣。反射圖樣由“葉瓣”表示，葉瓣代表著在每一方向上由屏所漫射的光的量。諸如圖21A中的半圓形葉瓣236的反射圖樣為高度漫射的，即，光在所有方向上都均勻反射。諸如圖21B中的反射圖樣為高度方向性的，如狹窄的葉瓣198所示，其沿著軸200具有最大值。
參考圖22，示出了傳統(tǒng)的觀看安排，其適用于如下的配置在這種配置中，投影儀130固定在觀眾的頭頂之上，而屏132反射的光具有由諸如瓣元(element)134的葉瓣所示的反射圖樣，瓣元134具有諸如軸184的軸，軸184在X-Z平面內(nèi)基本垂直于屏平面。
參考圖23A，示出了一種觀看安排，其適用于如下的配置在這種配置中，投影儀130和屏132基本與觀眾位于同一水平面上，因此沒有位于屏中間正前方的觀眾。屏反射的光具有雙葉瓣反射圖樣，如諸如瓣元136的雙葉瓣反射圖樣標(biāo)志所示。該雙葉瓣反射圖樣在軸186所示的方向上具有兩個(gè)局部最大值，軸186不垂直于屏。如果需要，葉瓣可以是水平對(duì)稱的。
參考圖23B，示出了一種配置，其中屏132位于觀眾上方。屏反射的光具有諸如瓣元134的葉瓣所示的反射圖樣，瓣元134具有軸184，軸184一般向下朝向觀看區(qū)域，因此其在Y-Z平面中不垂直于屏平面。類似地，其他配置可以具有朝左、朝右、或朝上的反射圖樣。在另一種配置中，如圖22中的配置，反射圖樣可以如此朝向，使得以一角度接近屏的光垂直于屏反射。以下將討論一種用于控制反射圖樣的方法。
參考圖23C，示出了一種配置，其中投影儀130位于偏離屏132的中心處并以一角度面對(duì)屏。屏反射的光具有諸如葉瓣124的葉瓣所示的反射圖樣，葉瓣124具有軸184，該軸184垂直于X-Y平面中的屏。
在介紹過一些結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和光學(xué)概念之后，現(xiàn)在適于考慮本發(fā)明的更加詳細(xì)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)了。
本發(fā)明提供了一種高對(duì)比度前投影視頻系統(tǒng)，其在豐富環(huán)境光的地方，例如有燈光的房間中使用尤其有利。該高對(duì)比度投影屏將投影儀的光反射回觀眾，而不反射來自房間的豐富的環(huán)境光。其典型地通過如下方式實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)(1)反射藍(lán)、綠和紅色的投影儀的光的窄帶峰而吸收其他波長的光能，例如那些在更寬帶寬的環(huán)境光譜中的光，(2)反射來自偏振投影儀的光而吸收非偏振的環(huán)境光的大部分，以及(3)通過透鏡處理和/或漫射將投影屏所反射的投影儀的光引導(dǎo)到視域而不接收偏離軸的環(huán)境光。不僅這些特性提高了對(duì)比率，而且反射原色的窄帶峰也改善了如上所示的顏色。
一種實(shí)現(xiàn)波長選擇性反射的方法是使用如圖4A和4B所示的多層干涉涂層，該多層干涉涂層反射窄帶的藍(lán)、綠和紅光而透射其他波長的光能或者使其他波長的光發(fā)生相消干涉。如果需要，該干涉涂層后面的黑涂層吸收其他波長的透射能量。波長可選涂層的譜形優(yōu)選匹配投影儀光源的譜形并反射高強(qiáng)度的基色。匹配投影儀光源的譜形獲得了對(duì)投影儀的光的高反射，同時(shí)吸收了高水平的環(huán)境光。通過有選擇地反射高強(qiáng)度的基色光，通過去除屏中的黃色玷污、去除紅色中的橙色玷污和將藍(lán)色峰向基色三角形的藍(lán)角移動(dòng)，有效實(shí)現(xiàn)了更大的色域。
圖2和3示出了兩種不同類型的包括多層干涉(MLI)涂層的選擇性反射器。在圖2所示的現(xiàn)有技術(shù)MLI中，一個(gè)在另一個(gè)上面安排了用于反射紅光的MLI濾光片、用于反射藍(lán)光的MLI濾光片和用于反射綠光的MLI濾光片。每一MLI濾光片包括襯底102、106、110，每一襯底都比光的相干長度厚，典型地，對(duì)于使用UHP燈的投影儀來說在幾個(gè)微米的量級(jí)上。每一MLI濾光片還包括多個(gè)交替排列高n和低n材料的層104、108、112(稱為“堆疊結(jié)構(gòu)”)。每一個(gè)MLI濾光片都獨(dú)立工作。例如，如果除去了紅色MLI濾光片，藍(lán)色MLI濾光片將繼續(xù)反射在藍(lán)色波長段中的光而綠色MLI濾光片將繼續(xù)反射在綠色波長段中的光。此外，裝置的總體效果不受藍(lán)、綠和紅色MLI涂層順序的影響。因此，舉例來說，如果綠色MLI濾光片是頂部濾光片而紅色MLI濾光片是底部濾光片，則圖2的MLI涂層的光學(xué)效果是不受影響的。
在圖3中，有單一的襯底114和單一的堆疊結(jié)構(gòu)，該堆疊結(jié)構(gòu)包括多個(gè)連續(xù)的介質(zhì)材料層116(亦即，沒有介于其間的并非介質(zhì)材料層之一的組件，例如襯底)，該多個(gè)連續(xù)的介質(zhì)材料層116總體在紅、綠和藍(lán)波長段中具有比其他波長段中高得多的光反射率。圖4A和4B中示出了兩種反射波長在紅、綠和藍(lán)波長段中的光的層材料和層厚度的組合。如果圖4A和4B中的任何一層被省掉或者除去，紅、藍(lán)和綠光的反射將全部受到影響。沒有某一單層或者諸層的組合是僅僅影響紅、綠或藍(lán)波長的光的反射的。如果諸層的順序改變了，紅、藍(lán)和綠波長段將全部受到影響。
依據(jù)圖3的多波段MLI涂層對(duì)所有反射的三個(gè)波長段只有一個(gè)襯底，由于具有更少的襯底，這相比圖2的配置尤其具有優(yōu)勢。圖3的多波段MLI涂層不需要三個(gè)單波段濾光片之間的粘合劑層。多波段MLI涂層中介質(zhì)層的總數(shù)遠(yuǎn)少于三個(gè)單波段MLI涂層的介質(zhì)層的總數(shù)，且多波段MLI涂層中介質(zhì)層的總厚度遠(yuǎn)小于三個(gè)單波段MLI涂層的介質(zhì)層的總厚度。在另一個(gè)實(shí)施例中，可以通過粘合劑層將一選擇性反射兩個(gè)窄波長段的多波段MLI涂層層壓到一單波段MLI涂層上。多波段MLI是有益的，因?yàn)檩^少的襯底、較少的粘合劑層和較小的介質(zhì)層總厚度允許屏更薄，這樣就可以把屏做成可卷起的。減少的屏的涂層總厚度和三個(gè)單波段濾光片之間粘合劑層的消除使更簡單、成本更低的涂布工藝成為可能。
對(duì)于基于紅綠藍(lán)(RGB)三基色的彩色投影儀來說，在屏處反射的波長區(qū)域優(yōu)選為大約(藍(lán)色)450-490nm、(綠色)540-570nm和(紅色)610-650nm。使這些區(qū)域更窄就增加了光譜選擇性的效用。其他波長的光能優(yōu)選在屏處被吸收或者引起相消干涉。
一種可選的描述波長選擇特性的方法是通過反射波段的狹窄程度。要至少獲得一些對(duì)比度的改善，諸波段優(yōu)選不寬于中心波長的大約百分之十(半最大值全寬，F(xiàn)WHM)。要獲得更大的對(duì)比度改善效果，諸波段優(yōu)選不寬于中心波長的百分之六。如圖1所示，由于眼睛對(duì)綠色波長附近的光是最為靈敏的，這些寬度準(zhǔn)則主要適用于該綠光峰。紅光和藍(lán)光峰的寬度不必如此重要。
該多層干涉(MLI)涂層，也稱為多層介質(zhì)涂層或分色涂層，包括許多層介質(zhì)材料，每一層由具不同于相鄰層或諸層材料的折射率(n)的材料形成。一種MLI的常用形式包括如圖4A和4B所示的交替的低折射率和高折射率材料。這些材料典型地是通過濺射方式在真空室中淀積的介質(zhì)(不吸收光的)材料。一種典型的低折射率材料是SiO2。典型的高折射率材料是TiO2、Ta2O5和Nb2O5。通過適當(dāng)選擇每一層的厚度，圖4A和4B給出了例子，可以使得諸層之間小的反射作為光波長的函數(shù)形成相長或相消干涉。對(duì)每一波長的光能，這種結(jié)構(gòu)依照需要允許光被反射或者透射。諸層的典型厚度對(duì)于低折射率材料約為100nm，對(duì)于高折射率材料約為70nm。為了實(shí)現(xiàn)依據(jù)本發(fā)明的足夠窄帶的峰和谷，優(yōu)選有約5到50層。總的涂層厚度典型地在大約1000到6000nm的范圍內(nèi)。圖4A和4B給出了帶有層厚的依據(jù)本發(fā)明的多層干涉涂層例子。圖5給出了圖4所示的設(shè)計(jì)(沒有漫射體)的光譜性能。
再次參考圖6-8，一種利用標(biāo)準(zhǔn)具結(jié)構(gòu)的單堆疊結(jié)構(gòu)、多層、多波段選擇性反射器能夠經(jīng)構(gòu)造和安排使得其適于投影屏。圖8所示的光譜響應(yīng)具有以所需波長為中心的基本對(duì)稱的峰和適合的斜率。其他利用具有單介質(zhì)層的標(biāo)準(zhǔn)具結(jié)構(gòu)的方法可能具有不良的“鋸齒狀”光譜圖樣。與非標(biāo)準(zhǔn)具干涉濾光片相對(duì)，標(biāo)準(zhǔn)具結(jié)構(gòu)合乎選擇性反射屏的需要，因?yàn)椴恍枰牟ㄩL的光能在標(biāo)準(zhǔn)具結(jié)構(gòu)中發(fā)生相消干涉，因此利用標(biāo)準(zhǔn)具型干涉濾光片的投影屏不需要獨(dú)立的吸收器。
分色涂層的光學(xué)性能與其上照射的光的入射角(AOI)有關(guān)。圖9給出了在典型投影屏整個(gè)幾何結(jié)構(gòu)的范圍中變化AOI的結(jié)果。在本例中，投影儀一般固定在天花板上。最小角度大約為零度，其發(fā)生在屏的上部中心。最大角度大約15度，發(fā)生在屏的下部左側(cè)和右側(cè)。在實(shí)際中，在整個(gè)屏內(nèi)可見的差別并不像圖9所示的那么大，這部分是因?yàn)槁潴w往往會(huì)將諸角度平均化，這樣所有位置都具有更加相似的角度范圍了。
可以使用多種方法減少大入射角的光對(duì)干涉涂層的影響?？梢圆痪鶆虻赝坎计?，使得屏上的每一位置具有預(yù)變化的涂層，以補(bǔ)償該位置的入射角。另一種方法是弄彎屏，這樣角度就更加保持恒定了。
環(huán)境光有大部分是以較大角度入射的。在大角度處，綠色峰顯著向左偏移，這樣在綠光中會(huì)發(fā)生反射下降。因?yàn)檠劬?duì)綠色比其他顏色更加靈敏，這種偏移顯著減少了從屏上所看到的環(huán)境光的量，因此就幫助提高了對(duì)比率。另一個(gè)與角度有關(guān)的考慮是圖9最右側(cè)的偏移。在大角度處，遠(yuǎn)紅光區(qū)(660到750nm)的光偏移到近紅光區(qū)(630到650nm)并將使得屏總體上看起來過紅。通過將涂層構(gòu)造和安排得在遠(yuǎn)紅光區(qū)具有較低的反射，降低了這一效應(yīng)。
分色涂層可以在小批量工藝中制造，或者使用輥涂機(jī)器，使用大的輥涂機(jī)在薄塑料膜上制造多層干涉涂層?？梢愿吆偷驼凵渎什牧铣蓪?duì)地在兩個(gè)方向淀積涂層。在每一對(duì)的材料厚度之間可以有一恒定比率(由相對(duì)的淀積速度決定)。每一次通過涂布機(jī)都允許變化涂布速度，這使得“x+1”層的涂布具有與“x”無關(guān)的變量，而始終允許所有材料高速度淀積。
通過利用本征吸收的材料層(例如Si和Nb)連同典型的介質(zhì)材料層，可以省掉后吸收器，要實(shí)現(xiàn)相同的光學(xué)效果涂層可以做成約一般的厚度，從而降低了成本。可選地，可以直接在吸收襯底上直接淀積涂層或者，可以直接在介質(zhì)材料下的襯底上直接淀積材料吸收層。
另一種可選的使用干涉涂層的方法是將涂層從其原來的襯底上轉(zhuǎn)移到另一襯底的背后。這可以取消PET襯底，因此使屏更薄且更加可卷起?？梢詫⑼繉愚D(zhuǎn)移到內(nèi)部漫射體或者起偏器后邊，這兩者由于釋放氣體和不佳的涂層粘著力，都是典型的不能直接干涉涂布的材料(CTA或聚碳酸酯)。
依據(jù)本發(fā)明的高對(duì)比度投影屏的另一個(gè)特征是漫射體，其將反射光引導(dǎo)至觀察地點(diǎn)。該漫射體可以是表面漫射體或者帶紋理的體漫射體。表面漫射體是以多種方法制造的。有些漫射體，例如不光滑漫射體，可以做得具有不平坦表面。其他表面漫射體可以通過以下方式制造使用全息或數(shù)控制作工藝蝕刻一原版(master)，然后利用該原版在薄的UV固化的涂層上壓印出表面圖案。表面漫射體可以是具有透鏡狀圖案的構(gòu)圖的漫射體。透鏡狀圖案可以包括這樣的圖案其在Y方向延伸，在X-Z平面具有半圓形、半橢圓形、或某些其他形狀的橫截面。具有透鏡狀圖案的表面漫射體起到漫射體的作用并有利于遮蓋接縫。體漫射體通常通過將不混溶的具有稍稍不同的折射率的材料混合到一起制造的，這樣在該種材料的體塊中會(huì)形成小的顆粒或透鏡。有紋理的前表面可以有助于避免前表面的眩光。
水平方向和垂直方向不對(duì)稱的漫射(X和Y)是有利的，因?yàn)樗椒较蛞话愀采w更多的視域，以便占據(jù)水平屏幾何結(jié)構(gòu)和觀看位置水平分布的可能發(fā)生的事情(probability)。體漫射或表面漫射方法能在X和Y方向提供不對(duì)稱的漫射。其他制造非對(duì)稱漫射體的方法包括添加定向玻璃纖維，這樣在玻璃纖維和固定它們的塑料或粘性基體之間就有一折射率差；添加窄的空氣室，這樣空氣在塑料或粘性薄板內(nèi)部形成柱面透鏡以及使用表面壓有或擦有線的塑料薄板。其他非對(duì)稱漫射體如以下圖18所示。
在觀眾的方向(z)的不對(duì)稱也可能是有利的，并且可以利用微透鏡實(shí)現(xiàn)，該微透鏡將入射光聚焦，使得其從屏反射時(shí)通過具有高漫射或光束分散度的相對(duì)小的點(diǎn)，如圖10A和10B所示。這一z非對(duì)稱性增大了對(duì)比率并降低了大角度對(duì)多層干涉涂層的影響。Z非對(duì)稱性可以通過根據(jù)位置連續(xù)變化屏上的微透鏡實(shí)現(xiàn)，如圖10B所示。另一個(gè)實(shí)現(xiàn)z方向非對(duì)稱性的方法是設(shè)置高折射率材料粗糙表面的方向，使其隆起方向背離投影儀。這種安排使得從屏離開的光比進(jìn)入屏的光漫射得少。一種簡單的制造這種屏的方法是在內(nèi)部在粗糙表面和分色表面之間制造氣隙。另一種方法是使用一種低折射率的粘合劑連接粗糙的高折射率材料以形成內(nèi)嵌的表面漫射體。兩層，一層為低折射率粘合劑(硅酮壓力敏感粘合劑，折射率1.41)，另一層為粗糙的高折射率材料(聚碳酸酯，折射率1.58)，可能對(duì)于實(shí)現(xiàn)足夠的漫射是有利的。更高的隆起后者更大的折射率差可以使得一個(gè)內(nèi)嵌漫射體獲得足夠漫射成為可能。另一種制造內(nèi)嵌漫射體的方法是使用一種高折射率的粘合劑和一種低折射率的隆起。熱塑性粘合劑可以達(dá)到高達(dá)1.71的折射率。
另一種改善漫射特性的方法是使用不光滑漫射體作為圖13、14和17中的一個(gè)或多個(gè)漫射體。不光滑漫射體有著看似平坦和平面但實(shí)際粗糙的表面。表面不平坦度大小(參見圖16A)在1-5微米范圍內(nèi)、周期p(參見圖16A)在10-50微米范圍內(nèi)的不光滑漫射體是合適的。不光滑漫射體可以有多種形式。在一種形式中，不光滑漫射體可以具有不光滑表面的襯底材料。在另一種形式中，不光滑漫射體可以是涂布有薄的漫射涂層的襯底。
對(duì)于表面漫射體，僅利用多層干涉抗反射(AR)涂層或結(jié)合使用抗眩光涂層可以實(shí)現(xiàn)眩光減少進(jìn)一步的改善。
再次參考圖15和16，將固化狀態(tài)的壓力敏感粘合劑涂布到諸如不光滑表面的不平坦表面上可以導(dǎo)致在粘合劑基體中捕獲諸如空氣泡144的氣泡。氣泡可能對(duì)漫射產(chǎn)生不良影響，例如將光漫射到大角度，而這種角度中光是無用的。氣泡隨著時(shí)間可能會(huì)遷移，這導(dǎo)致不太穩(wěn)定的漫射圖樣。如果是在未固化狀態(tài)下涂布的壓力敏感粘合劑，不良?xì)馀莶惶型瑯涌赡苄纬?，如圖15和16所示，因此實(shí)現(xiàn)了更大的時(shí)間穩(wěn)定性和更可預(yù)測的漫射特性。
可以將漫射元件和選擇性反射元件組合到一個(gè)包含DMLI(漫射多層干涉)結(jié)構(gòu)的多波段多層干涉裝置中。如圖12所示，在整個(gè)屏表面的范圍內(nèi)，標(biāo)準(zhǔn)具結(jié)構(gòu)的諸層的涂層厚度可以是不均勻的，在微米的范圍內(nèi)。由于被反射的波長段是與涂層厚度有關(guān)的，如果涂層的厚度是不均勻的，在整個(gè)屏的范圍內(nèi)被選擇性反射的波長段也可能有著微米范圍內(nèi)的差別。不過，這種差別是在足夠小的范圍內(nèi)的，人眼是不能發(fā)現(xiàn)的。大反射率的波長段的寬度相比非DMLI結(jié)構(gòu)來說十分接近。DMLI結(jié)構(gòu)可以被構(gòu)造得有選擇地反射或透射單個(gè)或者多個(gè)波段的光能。DMLI相對(duì)其他形式的MLI的優(yōu)點(diǎn)在以下圖18B的討論中加以討論。
有益的偏振濾波可以利用屏中的線性起偏器實(shí)現(xiàn)。優(yōu)選地，對(duì)所有三種基色將投影儀起偏到同一方向。典型的透射型液晶顯示器(LCD)投影儀不是這樣起偏的，可以通過利用1/2波長延遲器旋轉(zhuǎn)綠光的偏振加以改造。對(duì)于數(shù)字微鏡裝置(DMD)投影儀，在起偏三基色的同時(shí)可以使用偏振恢復(fù)系統(tǒng)保持高的光處理量。另一種方法是使用硅上液晶(LCOS)投影儀，其固有地具有三基色相同的偏振。
傳統(tǒng)的起偏器可以包括偏振片，該偏振片通過拉伸聚乙烯醇(PVA)制得，然后對(duì)其染色使得透射一種偏振光而吸收其他偏振的光。該聚乙烯醇典型約厚0.001”。在一側(cè)或者兩側(cè)增加三乙酸纖維素(CTA)或乙酸丁酸纖維素(CAB)層以保護(hù)和加強(qiáng)起偏器。每一保護(hù)層典型地至少有0.001”厚?！半p折射”是一種材料性質(zhì)，其描述了沿著材料的不同方向的不同折射率。屏中使用的塑料膜材料優(yōu)選具有被控制的雙折射以保持適當(dāng)?shù)钠?。為了抵抗膜不受控制的雙折射，可以設(shè)置其方向使得雙折射不會(huì)引起來自投影儀的偏振光發(fā)生旋轉(zhuǎn)。另一種方法是使用具有非常低的雙折射的襯底材料，例如CTA或CAB。還可以使用雙折射非常低的特殊粘合劑。特別地，在分色濾光片前面的漫射體襯底和粘合劑優(yōu)選具有受控制的雙折射。分色濾光片后面的分色濾光片襯底和粘合劑不必具有受控制的雙折射，因?yàn)橥ㄟ^這些背面材料的光是被舍棄掉的。
“消光比”是一個(gè)度量尺度，為通過兩個(gè)偏振軸垂直對(duì)準(zhǔn)的起偏器的光的量除以通過兩個(gè)偏振軸平行對(duì)準(zhǔn)的起偏器的光的量。要從在投影屏中包括一起偏器的做法中得到大的益處，適中的消光比是可接受的。低成本起偏器，例如為太陽鏡或玩具制作的品種，對(duì)于本發(fā)明來說是足夠的。
另一種提供有益偏振的方法是使用如美國專利壙296中所述的涂層的偏振涂層?？梢灾苯釉谒芰夏ど匣騇LI涂層上淀積偏振涂層制得適合的起偏器。使用偏振涂層是有利的，因?yàn)榘ㄆ裢繉拥钠鹌骺梢宰龅帽葌鹘y(tǒng)起偏器薄且便宜，還因?yàn)樗诖蠼嵌忍幈葌鹘y(tǒng)起偏器性能更好。
另一種在屏中實(shí)現(xiàn)光譜選擇性的方法是使用一種能夠控制作為波長函數(shù)的偏振方向的相位延遲器。該相位延遲器可以放入投影儀中且可以包括一個(gè)或許多個(gè)元件。當(dāng)紅、綠和藍(lán)色被旋轉(zhuǎn)至(例如)垂直偏振而其他顏色被旋轉(zhuǎn)至水平偏振時(shí)，就實(shí)現(xiàn)了有利的偏振態(tài)。屏中的起偏器方向如此設(shè)置，使得它選擇性地允許紅、綠和藍(lán)光的反射而吸收其他顏色的光。非偏振的環(huán)境光被部分地吸收，因此在對(duì)比率和顏色方面的改善與多層干涉涂層所獲得的結(jié)果類似。這種方法可以單獨(dú)使用或者與多層干涉涂層一起使用。還可以將相位延遲器安裝在屏中以進(jìn)一步改變或增強(qiáng)光譜選擇效果。
參考圖13，示出了本發(fā)明的一有益實(shí)施例。頂層31是在CTA32上淀積的利用全息原版制得的漫射體涂層。然后使用低雙折射透明粘合劑將該層貼附到光譜性能基本平坦的起偏器33上。然后使用另一層低雙折射透明粘合劑將該起偏器33貼附到分色濾光片34上。該分色濾光片34典型地包括在聚對(duì)苯二酸鹽酯(PET)膜上濺射涂布的SiO2和Nb2O5層。將分色濾光片34貼附于黑色PET膜36上。典型的厚度如下0.003”漫射體，0.001”粘合劑，0.001”起偏器，0.001”粘合劑，0.003”PET膜上的分色濾光片，0.001”粘合劑和0.001”黑色PET?？偤穸燃s為0.011”，這一厚度足以允許方便地卷起和鋪開屏。
參考圖14，示出了本發(fā)明的兩個(gè)更高級(jí)版本的例子，其特征在于更少的成本和厚度。在FIG 14A中，頂層是直接淀積在起偏器42上的利用全息原版制得的漫射體涂層41。分色濾光片43包括吸收材料，直接淀積在起偏器42的底部。典型的厚度如下遠(yuǎn)小于0.001”漫射體，0.003”起偏器，遠(yuǎn)小于0.001”分色涂層。因此總厚度大約為0.003”。在圖14B中，包括一個(gè)內(nèi)嵌的表面漫射體。可以僅結(jié)合圖15中的部分高級(jí)方法實(shí)現(xiàn)其他組合。
圖15B所示的構(gòu)造將漫射體主要放在了起偏器的后面。這種構(gòu)造獲得了更高的“對(duì)比率改善”(CRI)，因?yàn)榄h(huán)境光在起偏器中被部分地吸收之前沒有機(jī)會(huì)從漫射體直接反射。在該實(shí)施例中，表面隆起仍然是用于防止表面眩光的。內(nèi)嵌漫射體可以是具有X-Y不對(duì)稱性質(zhì)的體或表面型。
圖17A所示的構(gòu)造有利地組合了多層、多波段、單堆疊結(jié)構(gòu)MLI(作為選擇性反射器)、不光滑表面內(nèi)嵌漫射體、傳統(tǒng)的起偏器和粘合劑，其中粘合劑在未固化狀態(tài)或“b階段”狀態(tài)涂布然后固化(以下簡稱“固化的b階段粘合劑”)。
圖17B所示的構(gòu)造有利地組合了一具有不對(duì)稱漫射圖樣的DMLI、包括偏振涂層的起偏器和固化的b階段粘合劑。標(biāo)準(zhǔn)具型MLI濾光片的使用取消了對(duì)獨(dú)立吸收器的需要，而DMLI結(jié)構(gòu)的使用還可以取消對(duì)內(nèi)嵌漫射體的需要。獨(dú)立吸收器和內(nèi)嵌漫射體的取消還可以消除對(duì)用以將吸收器或內(nèi)嵌漫射體層壓到相鄰組件上的粘合劑層的需要。層和組件的取消使得并能夠更薄且可以更簡單更低成本地制造。
圖17C的構(gòu)造有利地組合了具有圖17B的不光滑襯底的DMLI結(jié)構(gòu)、用偏振涂層制得的起偏器、b階段粘合劑和將在下面解釋的光整形漫射體。不光滑襯底是非常合乎需要的，因?yàn)樗鼈冇懈鞣N各樣的組分和尺寸可供使用。光整形漫射體的使用使如圖23A、23B和23C所示的可選觀看模式成為可能。
圖17D的構(gòu)造包括一使用不光滑漫射體的DMLI結(jié)構(gòu)、一傳統(tǒng)的起偏器和一不對(duì)稱漫射的圖案化漫射體。傳統(tǒng)起偏器可能在有些情況下是有利的，因?yàn)樗鼈兒苋菀椎玫健?br> 圖17E的構(gòu)造包括一具有漫射襯底的DMLI結(jié)構(gòu)、一傳統(tǒng)起偏器，和不光滑漫射體。圖17E的構(gòu)造可能是合乎需要的，因?yàn)榭梢杂蒁MLI襯底的漫射襯底提供不對(duì)稱的漫射，從而能夠?qū)⒑苋菀撰@得的不光滑漫射體用作前漫射體。圖17A-17E的襯底、漫射體和傳統(tǒng)起偏器使用便利，因?yàn)樗鼈兒苋菀撰@得且能夠利用已知技術(shù)處理。
圖17F的構(gòu)造包括一作為反射元件之一的使用漫射襯底的DMLI結(jié)構(gòu)和一用單個(gè)襯底形成的起偏器/漫射體。圖17F的構(gòu)造是合乎需要的，因?yàn)樗浅１∏冶绕渌麡?gòu)造具有更少的粘合劑層。使用反射性漫射襯底是有利的，因?yàn)樗氖褂每梢韵龑?duì)反射層的需要。圖17F的構(gòu)造還可以使用圖17C的起偏器。圖17F的起偏器是有利的，因?yàn)樗藢?duì)粘合劑層之一的需要。圖17C的起偏器是有利的，因?yàn)榭梢岳酶唵蔚闹圃旃に囍圃焖?br> 圖17A-17F中的任一種構(gòu)造都能夠包括傳統(tǒng)的固化粘合劑以取代b階段粘合劑。其他地方已經(jīng)講過了b階段粘合劑的益處。傳統(tǒng)的固化粘合劑的好處在于更容易從市場獲得。
還可能有很多其他的襯底、MLI和DMLI結(jié)構(gòu)、內(nèi)嵌漫射體、粘合劑層和起偏器的組合方式。如前面討論所述的，使用有些組合方式可以允許省掉一些層或組件。可以根據(jù)成本、性能、制造的容易程度、材料的市場供應(yīng)情況以及其他考慮選擇某種組合。
在本發(fā)明的一種形式中，使用窄帶光源是有利的。該光源可以是氣體或半導(dǎo)體二極管激光器。在本發(fā)明說明的大部分中，所指定的波長是基于一特定的投影儀實(shí)施例的，這種投影儀使用UHP燈泡構(gòu)成其光源。如果使用了不同的光源，可以適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)波長。特別是，綠色波長可能會(huì)偏移到約520nm附近的更純的綠色處。圖18示出了適于和波長選擇性投影屏一起使用的典型投影儀(有附加的綠光功能，除去UHP的黃色峰)的輸出光譜。UHP燈泡往往紅光性能不佳，因此將UHP燈泡與另一窄帶紅光光源組合是有利的。可以使用很多個(gè)LED提供紅光。另一光源可以是經(jīng)濾光的鎢絲燈?？梢詫RI用作度量依據(jù)本發(fā)明的高對(duì)比度投影屏的效果的標(biāo)準(zhǔn)。使用適度的窄帶投影儀光、典型的濾出黃色的超高壓(UHP)汞燈，隨著所需的發(fā)散量的變化，測量得到的示范性高對(duì)比度屏的CRI在約3.5到約4.5之間變化。在典型的垂直約45度水平65度(全角，半功率)的發(fā)散角的情況下，大小為4的CRI是適當(dāng)?shù)?。這一數(shù)值是針對(duì)對(duì)比率為10比1的白色屏在光線良好的房間而言的，在這種房間中很難看到圖像。在那種場合下，新系統(tǒng)將把對(duì)比率提高到大約40比1，這對(duì)于前投影系統(tǒng)來說是令人滿意的。在光線暗的房間中，本發(fā)明仍然提供了顏色改善，并吸收了從屏上和從墻上反射的投影儀的雜散光中的很大一部分。光從墻上反射回來之后基本是消偏振的，因此屏中的起偏器對(duì)于提高對(duì)比率仍然有用。同樣，從墻上反射的光大部分被重定向到大角度，在大角度的時(shí)候，屏的介質(zhì)涂層和漫射體經(jīng)構(gòu)造和安排以避免將環(huán)境光返回到觀眾。
參考圖19，示出了一色卡圖，標(biāo)識(shí)了顏色和相應(yīng)的波長。參考圖21，示出了顏色改善的效果。標(biāo)記為“1”的三角形是由Viewsonic PJ1060投影儀(具有修正的偏振和用于高對(duì)比度的典型設(shè)置)在白色屏上生成的色域。標(biāo)記為“2”的三角形示出了同樣情形的色域，只是在投影儀的輸出端增加了一適度窄帶的RGB濾光片。標(biāo)記為“3”的三角形示出了進(jìn)一步增加了依據(jù)本發(fā)明的波長選擇投影屏的色域。在本例中，增加窄帶濾光片和屏在色域面積上帶來了53％的改善。
從圖20看出，本發(fā)明將藍(lán)點(diǎn)從大約u′＝.18、v′＝.13移到了大約u′＝.21、v′＝.08。這一變化意味著一種使藍(lán)色變得略帶紫色的偏移。為了修正藍(lán)色并實(shí)現(xiàn)更大的色域，在430到450nm的范圍內(nèi)減少反射是有利的。可以通過適當(dāng)?shù)刂谱鞫鄬油繉踊蚴褂萌玖蠈?shí)現(xiàn)這種反射的減少。改變藍(lán)色將會(huì)劣化屏在僅反射環(huán)境光時(shí)較好的中性灰色或略帶紫色的顏色。其他變化，例如減少綠光反射的量，可能對(duì)保持適當(dāng)?shù)沫h(huán)境色是有利的。
依據(jù)本發(fā)明的高對(duì)比度投影屏顯著地提高了對(duì)比率并改善了顏色。多層干涉涂層對(duì)于在波長選擇中獲得銳利的開始(cut-on)和截止(cut-off)斜率是有利的。同樣，可以使其在任意位置開始和截止。這一特性允許調(diào)整獲得更好的顏色和對(duì)比率。例如染料的著色劑對(duì)輸入和輸出光的角度具有一般性的不敏感性，這使得它們尤其有利于投影屏環(huán)境。
可以使用多種方法減少大入射角的光對(duì)干涉涂層的影響。一種方法是不均勻地涂布屏，使得屏上的每一位置具有預(yù)變化的涂層，以補(bǔ)償這種情況下的入射角。另一種方法是弄彎屏，這樣角度就更加保持恒定了。優(yōu)選地，將具有已知光源光譜功率密度的燈與具有所需發(fā)射特性的彩色屏匹配。除RGB之外還可以使用其他的基色方案以制作全色顯示器。實(shí)際上，從二基色系統(tǒng)中能獲得許多顏色。另一種方法是只使用單色，制作單色顯示器。單色系統(tǒng)能夠設(shè)計(jì)得在分色濾光片中具有更少的層或者能夠設(shè)計(jì)得比全色系統(tǒng)更多地提高對(duì)比度。
一種可選的使用多層干涉涂層的方法包括從襯底上除去涂層薄片、將其研磨成較小片并將其放入膠合劑以制作涂料的方法。這種方法的好處在于，在整個(gè)屏的范圍中獲得的顯著改善的涂層均勻性和從干涉涂層薄片得到的更多漫射可以允許取消內(nèi)部漫射體。
圖21A和21B中的反射圖樣示出了圖22和23中的圖的一些特征。如圖21A所示的反射圖樣具有半圓形的葉瓣，這種葉瓣表明光是在所有方向上均勻反射的。反射圖樣如圖21A所示的屏具有非常寬的視角，不過在有環(huán)境光的房間中可能缺少足以看到的亮度。具有圖21B的有著窄葉瓣200的反射圖樣的屏沿著葉瓣200的軸198非常亮，不過視角非常窄且有眩光。
圖22的反射圖樣在整個(gè)水平視域238中都具有令人滿意的亮度、具有充分大的視角并具有充分漫射的反射圖樣，因此沒有過多的眩光。
圖23A的反射圖樣反射到水平視域238中的光比到投影儀130附近的非視域240的光多。
圖23B的反射圖樣對(duì)于屏在觀眾上方的情形是有用的。圖23C的反射圖樣在水平平面中使用了圖23B的技術(shù)并允許比圖23A的實(shí)施例更大的水平視域240。
可以使用如圖18C的光整形漫射體182的光漫射體創(chuàng)建圖23A、23B和23C所示的觀看模式。可以從以下公司經(jīng)商業(yè)渠道獲得適合的光整形漫射體加利福尼亞州Torrance的Physical Optics Corporation(Internet地址www.poc.com)，商標(biāo)為LSD的光整形漫射體，MN圣保羅的3M Corporation，商標(biāo)為VikuityTM的顯示增強(qiáng)膜或棱鏡形屏表面。具有依據(jù)圖23A、23B和23C的觀看模式的屏是有利的，因?yàn)樗鼈儗⒏嗟墓夥瓷涞接杏^眾的位置而將較少的光反射到?jīng)]有觀眾的位置。
關(guān)于投影屏的更多信息在與本申請(qǐng)同一天提交的名稱為“顯示屏”的美國專利申請(qǐng)討論，并將其全文引入以做參考。
顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員現(xiàn)在可以在不背離本發(fā)明理念的前提下不采用此處公開的特定裝置和技術(shù)采用多種用法并做出多種改變。因此，應(yīng)當(dāng)將本發(fā)明解釋為涵蓋此處公開的裝置和技術(shù)中所存在的或所具有的每一新穎特征或特征的新穎組合且僅受權(quán)利要求書的精神和范圍所限制。
權(quán)利要求
1.一種用于制造投影屏的方法，其包括在一具有輪廓的漫射襯底上淀積高折射率(n)介質(zhì)材料和低n材料層，使得所述諸層基本沿該漫射襯底的所述輪廓分布以提供漫射多層干涉結(jié)構(gòu)；在另一襯底上淀積一偏振涂層以提供一起偏器，用于透射一種線偏振光并吸收第二線偏振光；在所述漫射多層干涉結(jié)構(gòu)和不光滑漫射體的第一表面中的至少一個(gè)上涂布第一層未固化粘合劑；固化所述第一層未固化粘合劑以提供第一層固化粘合劑；在所述不光滑漫射體的第二表面上涂布第二層未固化粘合劑；固化所述第二層未固化粘合劑以提供第二層固化粘合劑；以及層壓所述漫射多層干涉結(jié)構(gòu)、所述不光滑漫射體、所述起偏器和一前漫射體，所述前漫射體的特征在于一漫射圖樣，其中葉瓣不垂直于所述前漫射體。
2.如權(quán)利要求1所述的用于制造投影屏的方法，其中所述交替層的淀積進(jìn)一步包括，在淀積所述高n和低n介質(zhì)材料交替層之前，在所述漫射襯底上淀積第一反射層，以及在淀積所述高n和低n介質(zhì)材料交替層之后，在所述交替層上淀積第二反射層。
3.一種光學(xué)裝置，其包括第一反射層；第二反射層；基本連續(xù)的介質(zhì)材料層，每一層主要包括一種具有不同于相鄰層、所述第一反射層和第二反射層之間諸層的材料的折射率(n)的材料構(gòu)成，所述基本連續(xù)的介質(zhì)材料層經(jīng)構(gòu)造和安排使得所述光學(xué)裝置的光學(xué)輸出包括的波長在多個(gè)窄波長段中的光顯著多于波長不在所述多個(gè)波長段中的光。
4.如權(quán)利要求3所述的光學(xué)裝置，其中所述第一反射層是高反射的，因此所述光學(xué)輸出為波長在所述多個(gè)窄波長段中的反射光。
5.如權(quán)利要求4所述的光學(xué)裝置，其中所述第一反射層包括鋁。
6.如權(quán)利要求3所述的光學(xué)裝置，其中所述第一反射層是部分反射的，因此所述光學(xué)輸出包括波長在所述多個(gè)窄波長段中的透射光。
7.如權(quán)利要求3所述的光學(xué)裝置，其中所述第一反射層包括一包括反射材料的襯底。
8.如權(quán)利要求7所述的光學(xué)裝置，其中所述第一反射層包括漫射體。
9.如權(quán)利要求8所述的光學(xué)裝置，其中所述第一反射層包括鋁。
10.如權(quán)利要求3所述的光學(xué)裝置，其中所述第一反射層包括漫射體。
11.如權(quán)利要求3所述的光學(xué)裝置，其中所述裝置具有寬度、高度和厚度且其中所述寬度和高度大于七英寸。
12.一種漫射光學(xué)裝置，其包括具有不平坦表面的光漫射襯底；設(shè)置在所述襯底上的介質(zhì)材料層，所述諸層基本沿著所述漫射襯底的不平坦表面的輪廓分布，因此所述諸層的表面是不平坦的。
13.如權(quán)利要求12所述的光學(xué)裝置，其每一層主要由具有不同于相鄰層的材料的折射率(n)的材料構(gòu)成，所述光學(xué)裝置經(jīng)構(gòu)造和安排使得波長在窄波長段中的光的反射率顯著大于波長不在所述波長段中的光的反射率。
14.如權(quán)利要求13所述的光學(xué)裝置，其進(jìn)一步包括第一反射層和第二反射層，設(shè)置所述第一反射層和第二反射層的位置使得所述諸介質(zhì)材料層介于所述第一反射層和所述第二反射層之間且使得所述第一反射層介于所述諸介質(zhì)層和所述襯底之間且其中所述第一反射層和第二反射層沿著所述漫射襯底的不平坦表面的輪廓分布，因此所述反射層的表面是不平坦的。
15.如權(quán)利要求12所述的光學(xué)裝置，其中所述漫射襯底是反射的。
16.如權(quán)利要求15所述的光學(xué)裝置，其進(jìn)一步包括一反射層，所述反射層置于所述諸介質(zhì)材料層上使得所述反射層的表面是不平坦的。
17.如權(quán)利要求12所述的光學(xué)裝置，其中所述襯底的表面具有大小在1-5微米范圍內(nèi)和周期在10-50微米范圍內(nèi)的不平度。
18.如權(quán)利要求12所述的光學(xué)裝置，其中所述諸層經(jīng)構(gòu)造和安排使得波長在多個(gè)波長段中的光的反射率顯著大于波長不在所述多個(gè)波長段中的光的反射率。
19.一種光學(xué)裝置，其包括第一不平坦、漫射、反射表面；第二反射表面，其通過一間隙與所述不平坦漫射表面分隔，其中所述不平坦漫射反射表面、所述第二反射表面和所述間隙經(jīng)構(gòu)造和安排使得波長在窄波長段中的光的反射率顯著大于波長不在所述波長段中的光的反射率。
20.如權(quán)利要求19所述的光學(xué)裝置，其進(jìn)一步包括介質(zhì)材料層，其每一層主要由具有不同于相鄰層的材料的折射率(n)的材料構(gòu)成，所述諸層基本沿著所述漫射襯底的不規(guī)則表面分布，因此所述諸層的表面是不平坦的，其中所述不平坦漫射反射表面、所述第二反射表面和所述諸介質(zhì)材料層經(jīng)構(gòu)造和安排使得波長在窄波長段中的光的反射率顯著大于波長不在所述波長段中的光的反射率。
21.如權(quán)利要求19所述的光學(xué)裝置，其中所述不平坦漫射反射表面為金屬襯底的表面。
22.如權(quán)利要求21所述的光學(xué)裝置，其中所述金屬襯底包括鋁。
23.如權(quán)利要求19所述的光學(xué)裝置，其中所述不平坦漫射反射襯底包括一薄反射涂層。
24.一種投影系統(tǒng)，其包括一多層投影屏，其包括一厚度在1到10微米范圍內(nèi)的偏振涂層，其淀積在一襯底上，其經(jīng)構(gòu)造和安排以選擇性地吸收一種偏振光并透射其他偏振光。
25.如權(quán)利要求24所述的投影系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括一投影儀，所述投影儀經(jīng)構(gòu)造和安排以使得波長在多個(gè)窄波長段中的光起偏到一種偏振態(tài)。
26.如權(quán)利要求25所述的投影系統(tǒng)，其中所述投影屏進(jìn)一步包括淀積在襯底上的諸介質(zhì)材料層，每一層主要由具有不同于相鄰層材料的折射率(n)的材料構(gòu)成，其中所述諸介質(zhì)材料層經(jīng)構(gòu)造和安排使得波長在多個(gè)窄波長段中的光的反射率顯著大于波長不在所述多個(gè)波長段中的光的反射率。
27.如權(quán)利要求26所述的投影系統(tǒng)，其中所述襯底為漫射襯底。
28.如權(quán)利要求26所述的投影系統(tǒng)，其中所述投影屏進(jìn)一步包括第一反射層和第二反射層，其中所述諸介質(zhì)材料層設(shè)置得介于所述第一反射層和第二反射層之間且其中所述第一和第二反射層以及所述諸介質(zhì)材料層經(jīng)構(gòu)造和安排使得波長在多個(gè)預(yù)定非諧波窄波長段中的光的反射率顯著大于波長不在所述多個(gè)波長段中的光的反射率，且使得波長不在所述多個(gè)波長段中的光發(fā)生相消干涉。
29.如權(quán)利要求26所述的投影系統(tǒng)，其中所述諸介質(zhì)層進(jìn)一步經(jīng)構(gòu)造和安排以透射波長不在所述多個(gè)波長段中的光，且其中所述投影屏進(jìn)一步包括一吸收層用于吸收波長不在所述多個(gè)波長段中的光。
30.如權(quán)利要求25所述的投影屏，其中所述第一偏振和第二偏振為線偏振。
31.一種投影屏，經(jīng)構(gòu)造和安排使得波長在多個(gè)預(yù)定非諧波窄波長段中的光的反射率顯著大于波長不在所述多個(gè)波長段中的光的反射率，所述投影屏包括一選擇性反射裝置，所述選擇性反射裝置包括襯底；以及連續(xù)介質(zhì)材料層的堆疊結(jié)構(gòu)，其每一層主要包括一種具有不同于相鄰層的材料的折射率(n)的材料構(gòu)成，所述諸層設(shè)于所述襯底上，所述諸層經(jīng)構(gòu)造和安排使得波長在多個(gè)非諧波窄波長段中的光的反射率顯著大于波長不在所述多個(gè)波長段中的光的反射率。
32.如權(quán)利要求31所述的投影屏，其進(jìn)一步包括一起偏器，用于透射波長被起偏為一種偏振態(tài)的光和吸收未被起偏為所述偏振態(tài)的光。
33.如權(quán)利要求31所述的投影屏，其中所述諸層經(jīng)構(gòu)造和安排以透射未被反射的光，所述投影屏進(jìn)一步包括吸收層以吸收被透射的光。
34.如權(quán)利要求31所述的投影屏，所述選擇性反射裝置進(jìn)一步包括第一反射層和第二反射層，其中所述諸介質(zhì)材料層置于所述第一反射層和所述第二反射層之間且其中所述選擇性反射裝置經(jīng)構(gòu)造和安排以使波長在所述多個(gè)窄波長段之外的光發(fā)生相消干涉。
35.如權(quán)利要求34所述的投影屏，其進(jìn)一步包括起偏器，用于透射波長未被起偏為一種偏振態(tài)且在所述窄波長段中的光以及吸收波長不在所述窄波長段中的光。
36.如權(quán)利要求34所述的投影屏，其進(jìn)一步包括前漫射體，其中所述前漫射體經(jīng)構(gòu)造和安排以在X和Y方向上不對(duì)稱地漫射。
37.如權(quán)利要求36所述的投影屏，其進(jìn)一步包括一起偏器，用于透射波長被起偏為一種偏振態(tài)的光和吸收未被起偏為所述偏振態(tài)的光。
38.如權(quán)利要求31所述的投影屏，其進(jìn)一步包括一起偏器，所述起偏器經(jīng)構(gòu)造和安排以透射一種偏振光和吸收其他偏振光。
39.如權(quán)利要求38所述的投影屏，其進(jìn)一步包括前漫射體，其中所述前漫射體經(jīng)構(gòu)造和安排以在X和Y方向上不對(duì)稱地漫射。
40.如權(quán)利要求38所述的投影屏，其中所述屏基本是平面的，且進(jìn)一步包括一光學(xué)裝置，所述光學(xué)裝置經(jīng)構(gòu)造和安排使得所述投影屏具有一光反射圖樣，所述光反射圖樣的特征在于一軸不垂直于所述投影屏平面的葉瓣。
41.如權(quán)利要求31所述的投影屏，其進(jìn)一步包括前漫射體，其中所述前漫射體經(jīng)構(gòu)造和安排以在X和Y方向上不對(duì)稱地漫射。
42.如權(quán)利要求31所述的投影屏，其中所述屏基本是平面的，且進(jìn)一步包括一光學(xué)裝置，所述光學(xué)裝置經(jīng)構(gòu)造和安排使得所述投影屏具有一光反射圖樣，所述光反射圖樣的特征在于一軸不垂直于所述投影屏平面的葉瓣。
43.如權(quán)利要求42所述的投影屏，其中所述光學(xué)裝置經(jīng)構(gòu)造和安排使得所述投影屏具有一特征在于兩個(gè)葉瓣的光反射圖樣。
44.如權(quán)利要求42所述的投影屏，其中所述光學(xué)裝置經(jīng)構(gòu)造和安排使得所述投影屏具有一光反射圖樣，所述光反射圖樣具有一葉瓣，所述葉瓣具有一軸，所述軸在相對(duì)于所述屏的平面的向上、向下、向左和向右中的一個(gè)方向傾斜。
45.一種多層投影屏，其包括一用于選擇性反射光的選擇性反射裝置，使得波長在多個(gè)預(yù)定非諧波波長段中的光的反射率顯著大于波長不在所述多個(gè)預(yù)定非諧波波長段中的光的反射率；以及一表面不光滑的漫射體，用于漫射波長在預(yù)定多個(gè)波長段中的光。
46.如權(quán)利要求45所述的投影屏，其中所述表面不光滑的漫射體包括襯底和表面不光滑的漫射涂層。
47.如權(quán)利要求45所述的投影屏，其中所述表面不光滑的漫射體位于所述選擇性反射裝置和起偏器之間。
48.如權(quán)利要求45所述的投影屏，其中所述表面不光滑的漫射體為一用于選擇性反射裝置的襯底，所述選擇性反射裝置包括介質(zhì)材料層，其每一層主要由具有不同于相鄰層的材料的折射率(n)的材料構(gòu)成。
49.如權(quán)利要求48所述的投影屏，其中所述表面不光滑的漫射體為用于介質(zhì)層的襯底且其中所述投影屏進(jìn)一步包括置于另一襯底上的第一反射層，其中所述介質(zhì)層置于所述第一反射層上；以及置于所述介質(zhì)層上的第二反射層。
50.一種用于制作多層投影屏的方法，其包括向所述投影屏的第一層涂布未固化粘合劑；固化所述粘合劑；以及將所述投影屏的第二層層壓到所述第一層上。
51.一種用于制作如權(quán)利要求50所述的投影屏的方法，其中將所述未固化粘合劑涂布到所述第一層上包括將所述粘合劑涂布到選擇性反射器上，所述選擇性反射器經(jīng)構(gòu)造和安排使得波長在多個(gè)窄波長段中的光的反射率顯著大于波長不在所述多個(gè)窄波長段中的光的反射率。
52.一種用于制作如權(quán)利要求51所述的投影屏的方法，其中將所述粘合劑涂布到所述選擇性反射器上包括將所述未固化粘合劑涂布到一多層干涉濾光片上。
53.一種用于制作如權(quán)利要求51所述的投影屏的方法，其中將所述未固化粘合劑涂布到所述選擇性反射器上包括將所述未固化粘合劑涂布到一標(biāo)準(zhǔn)具裝置上。
54.一種用于制作如權(quán)利要求51所述的投影屏的方法，其中層壓所述第二層包括層壓一起偏器。
55.一種用于制作如權(quán)利要求54所述的投影屏的方法，其中涂布所述第二層包括在襯底上淀積一偏振涂層。
56.一種用于制作如權(quán)利要求50所述的投影屏的方法，其進(jìn)一步包括向所述投影屏的第二層涂布第二層未固化粘合劑；以及固化所述第二層粘合劑。
57.一種基本為平面的投影屏，其包括一光學(xué)裝置，所述光學(xué)裝置經(jīng)構(gòu)造和安排使得所述投影屏具有一光反射圖樣，所述光反射圖樣的特征在于一葉瓣，所述葉瓣具有一不垂直于所述投影屏平面的軸。
58.如權(quán)利要求57所述的投影屏，其中所述光學(xué)裝置經(jīng)構(gòu)造和安排使得所述投影屏具有一特征在于兩個(gè)葉瓣的光反射圖樣。
59.如權(quán)利要求57所述的投影屏，其中所述光學(xué)裝置經(jīng)構(gòu)造和安排使得所述投影屏具有一光反射圖樣，所述光反射圖樣具有一葉瓣，所述葉瓣具有一軸，所述軸在相對(duì)于所述屏的平面的向上、向下、向左和向右中的一個(gè)方向傾斜。
60.一種投影屏，其經(jīng)構(gòu)造和安排以在所述屏的一個(gè)位置接收輸入光，所述輸入光在所述位置處以與所述屏的表面成一角度被吸收，所述投影屏進(jìn)一步經(jīng)構(gòu)造和安排以沿著一系列圍繞輸出軸分布的輸出方向從所述位置反射光，所述輸出軸相對(duì)于所述表面成一角度，所述角度不同于所述表面為簡單平面反射器時(shí)所成的角度。
61.如權(quán)利要求60所述的投影屏，其中所述入射角是直角且所述輸出角不是直角。
62.如權(quán)利要求60所述的投影屏，其中所述入射角不是直角且所述輸出角是直角。
63.一種用于制造投影屏的方法，其包括向第一襯底上淀積介質(zhì)材料層，每一層主要由具有不同于相鄰層的材料的折射率(n)的材料構(gòu)成；向所述諸介質(zhì)材料層上淀積第一反射層。
64.一種用于制作如權(quán)利要求63所述的投影屏的方法，其進(jìn)一步包括如下步驟在向所述第一襯底上淀積所述諸介質(zhì)材料層之前，向所述第一襯底上淀積第二反射層，其中向所述第一襯底上淀積包括向所述第二反射層上淀積所述諸介質(zhì)材料層。
65.一種用于制作如權(quán)利要求63所述的投影屏的方法，其中向所述第一襯底上淀積諸介質(zhì)材料層包括將所述諸介質(zhì)材料層淀積到具有反射表面的襯底上。
66.一種用于制作如權(quán)利要求63所述的投影屏的方法，其中向所述第一襯底上淀積諸介質(zhì)材料層包括將所述諸層淀積到漫射襯底上。
67.一種用于制作如權(quán)利要求66所述的投影屏的方法，其進(jìn)一步包括如下步驟在向所述第一襯底上淀積所述諸介質(zhì)材料層之前，向所述襯底上淀積第二反射層，其中向所述第一襯底上淀積包括向所述第二反射層上淀積所述諸介質(zhì)材料層。
68.一種用于制作如權(quán)利要求67所述的投影屏的方法，其中向所述第一襯底上淀積諸介質(zhì)材料層包括將所述諸層淀積到具有反射表面的襯底上。
69.一種用于制作如權(quán)利要求68所述的投影屏的方法，其中所述層壓步驟包括向所述漫射襯底涂布一處于未固化狀態(tài)的粘合劑；以及固化所述粘合劑。
70.一種用于制作如權(quán)利要求63所述的投影屏的方法，其中所述層壓步驟包括向所述漫射襯底涂布一處于未固化狀態(tài)的粘合劑；以及固化所述粘合劑。
71.一種用于制作如權(quán)利要求63所述的投影屏的方法，其進(jìn)一步包括向第二襯底的一個(gè)表面淀積一偏振層；向所述第二襯底的另一個(gè)表面上淀積漫射層；以及將所述偏振層層壓到所述反射層上。
72.一種方法，其包括在投影屏上接收投射光和環(huán)境光，處理所述光，以及相對(duì)于反射不在至少兩個(gè)窄光譜段中的光優(yōu)先反射在所述窄光譜段中的光部分，所述處理發(fā)生在連續(xù)的高折射率材料和低折射率材料層之中。
73.如權(quán)利要求72所述的方法，其中所述的光處理包括通過第一和第二反射層反射所述光，所述第一和第二反射層經(jīng)構(gòu)造和安排使得所述高折射率和低折射率材料連續(xù)層介于所述第一和第二反射層之間，因此波長不在多個(gè)窄波長段中的光發(fā)生相消干涉。
74.如權(quán)利要求72所述的方法，其進(jìn)一步包括通過投影儀起偏和通過所述屏起偏所述投射光和所述環(huán)境光，其中通過投影儀起偏使得所述投射光具有的一種線偏振光大致上多于另一種線偏振光，通過所述屏起偏所述投射光和所述環(huán)境光使得所述屏反射顯著更多的所述一種線偏振光并吸收所述第二種線偏振光。
75.如權(quán)利要求72所述的方法，其進(jìn)一步包括通過一投影儀投射所述光，所述投影儀經(jīng)構(gòu)造和安排使得其投射的波長在所述多個(gè)窄波長段中的光大致上多于波長不在所述多個(gè)窄波長段中的光。
全文摘要
一種投影屏及其制造方法，該投影屏包括一多層、多波段、單堆疊裝置，該裝置選擇性地反射波長在多個(gè)窄波長段內(nèi)的光。該多層、多波段、單堆疊裝置可以是一種標(biāo)準(zhǔn)具裝置。該多層可以淀積在漫射襯底上。該投影屏還可以包括與投影儀共同運(yùn)行的起偏器。投影儀使窄波長段內(nèi)的透射光起偏至同樣的極性，而屏則反射具有同樣偏振態(tài)的光且不反射另一偏振態(tài)的光。該起偏器可以包括帶有薄的偏振涂層的襯底。該屏可以包括表面不光滑的漫射體。
文檔編號(hào)G02B5/02GK1664695SQ20051005212
公開日2005年9月7日 申請(qǐng)日期2005年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月27日
發(fā)明者巴雷特·利佩, 馬克·尼芬, 斯蒂芬·R·奧迪婭 申請(qǐng)人:伯斯有限公司