專利名稱：背面投影屏幕及其制造方法及圖像顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于背面投影式圖像顯示裝置的背面投影屏幕及制造方法、以及利用這種屏幕的背面投影式圖像顯示裝置。
近年來，市場上迫切要求開發(fā)一種顯示大畫面圖像的又輕又小的背面投影式圖像顯示裝置。在這種背面投影式圖像顯示裝置中，使用背面投影屏幕的狀態(tài)模式示于圖6。
CRT(顯像管)201上的圖像從背面投影屏幕203的背面由投影透鏡202進行放大、投影，在背面投影屏幕203上成像。使用者可以從該屏幕的前方觀看形成的圖像。當不是從正對屏幕的方向而是從與其相偏離的方向來觀看圖像時，由于方向偏離正面，一般會造成圖像亮度下降。該亮度變化狀態(tài)被稱為視場特性。背面投影屏幕203由菲涅耳(環(huán)帶)鏡片204和凹凸鏡片205構(gòu)成。菲涅耳鏡片204把從投影透鏡202射入到背面投影屏幕203上的投射光變換成基本平行的光。在菲涅耳透鏡204中變成平行光線的入射光，由凹凸鏡片205使其擴散。屏幕的視場特性由該入射光的擴散方法來決定。
在凹凸鏡片205上形成半圓柱形凹凸鏡陣列，該凹凸鏡陣列以垂直方向為縱長方向排列在鏡片的后面，擴散材料分散在凹凸鏡片205的內(nèi)部。
水平方向的視場角度主要依靠凹凸鏡的折射而形成，相對地擴大，由擴散材料進行的擴散也有助于擴大視場角度。垂直方向的視場角度僅依靠擴散材料的擴散作用而形成，相對地變窄。圖像顯示裝置，根據(jù)收看環(huán)境來設(shè)定畫面的視場角度，以此來有效利用投射光，提高視場區(qū)域的亮度。
圖像顯示裝置的視場特性，從對屏幕可以看到的范圍來說，視場角度越寬越好，但是，視場特性(角度)越寬，正面亮度就越低。因此，最佳的視場特性，其決定方法是把光有效地分配到必要的方向上。
畫面顯示裝置的畫面一般在水平方向上從不同的角度觀看。但是，在垂直方向上，可以預料，觀看者是在坐下狀態(tài)或站立狀態(tài)的有限的角度范圍內(nèi)進行觀看。所以，也可以不擴大垂直方向的視場角度。背面投影屏幕的視場特性在設(shè)計上要滿足這些使用目的。因此，背面投影屏幕的光擴散特性必須是水平寬、垂直窄的各面異性擴散特性。
凹凸鏡片能實現(xiàn)這種各向異性的光擴散特性。也就是說，水平方向的光擴散特性，利用以垂直方向為縱向的凹凸鏡作用在水平方向上呈現(xiàn)較大的值；而在垂直方向上僅利用其內(nèi)部的光擴散材料的作用，因此呈現(xiàn)較小的值。
現(xiàn)利用圖7來說明利用凹凸鏡片205的凹凸鏡作用。并且，在圖7中未表示出通常配制的光擴散材料，所以，僅表示利用凹凸鏡的折射作用對水平方向的光擴散。
在圖7中用實線表示的光線軌跡是通過投影透鏡202的光瞳中央的主光線；虛線表示通過投影透鏡周圍部分的光線。
從圖中可以看出射入時方向性很強的(基本平行的)入射光，被凹凸鏡擴散成限定(廣角)的光，可以從寬廣的視場范圍來觀看圖像。
因為凹凸鏡片205的厚度基本上等于凹凸鏡的焦距，所以，投射光從凹凸鏡片205射出面的一定區(qū)域射出，不從其他區(qū)域射出。一般的做法是利用光不從該特定區(qū)(不透光區(qū))射出的特點，在射出面的不透光區(qū)內(nèi)形成采用光吸收材料的黑條206。
凹凸鏡片205由于構(gòu)成了這種黑條206，所以能夠減少外光的反射，使投影光不受損失，可以大大提高圖像對比度。
但是，從以上說明中也可看出凹凸鏡片205的厚度必須基本上等于凹凸鏡單元的焦距，若設(shè)定適當?shù)乃揭晥鼋嵌?亮度減半的角度為±30°～40°)，則為凹凸鏡片間距的1.2倍～1.5倍。
以背面投影式電視為代表的這種裝置的屏幕尺寸一般為35～70英寸，另一方面，凹凸鏡間距為0.5～1.0mm。
凹凸鏡間距越小，背面投影屏幕所造成的圖像分辨率下降越小，這是好事。按照上述的凹凸鏡間距0.5～1.0mm，在以CRT為圖像源的背面投影式圖像顯示裝置中，可以獲得實用上沒有問題的良好圖像質(zhì)量。
但是，從上述說明中也可以看出這種黑條的形成必須與對應的凹凸鏡保持正確的位置關(guān)系，若該位置出現(xiàn)偏差，則本來應當射出的光線卻被吸收，造成光效率下降。
最普通的黑條形成方法是在形成凹凸鏡片時與入射側(cè)凹凸鏡形狀一起，在出射面的與其相對應的位置上整體地形成凹凸并利用這種凹凸。利用這種方法已經(jīng)可以獲得目前一般采用的0.5～1.0mm凹凸鏡間距的位置精度。但是，形成凹凸鏡形狀的模具和形成凹凸的模具，二者的對位精度，在加工精度的極限來看，若進一步減小凹凸鏡間距，則將使相對位置誤差增大，于是難于形成更小的凹凸鏡間距。
在日本專利公報特開平8-254756號公報中公開了這樣一種方法，即利用凹凸鏡的聚光功能對感光性樹脂有選擇地進行曝光，以此來形成凹凸或掩模，將其用作不需要模具就能在正確位置上形成黑條的方法。
但是，近年來開發(fā)以液晶為圖像源的背面投影型圖象顯示裝置，需要減小凹凸鏡間距。這是因為以液晶為圖像源的背面投影式圖像顯示裝置，液晶的像素排列和凹凸鏡的透鏡排列會發(fā)生莫爾條紋。過去，以CRT為圖像源的背面投影式圖像顯示裝置，由于CRT的掃描線的周期性和凹凸鏡的周期性在空間上進行直交，所以不發(fā)生莫爾條紋。
液晶的像素排列和凹凸鏡的透鏡排列所產(chǎn)生的莫爾條紋，與屏幕上的液晶像素間距Pg和凹凸鏡片的凹凸鏡間距Ps二者的間距比Rp＝Pg/Ps有關(guān)，為了使莫爾條紋間距變得極小不易看出，最好使間距比Rp的數(shù)值接近于半整數(shù)倍，間距比Rp越大，莫爾條紋強度越小。
間距比Rp達到多大數(shù)值時才能在實用上沒有問題，這也與配制的擴散材料數(shù)量有關(guān)，不能一概而論。根據(jù)我們的研究結(jié)果，該數(shù)值為5以下時必須按上述半整數(shù)值進行優(yōu)化。最好是4.5左右，最低也必須在2.5以上。當Rp為5.5以上時，莫爾條紋強度減小，不需要按上述半整數(shù)值進行優(yōu)化。
例如，當最普通的VGA(Video Graphics Arry視頻圖形陣列)(水平640像素、垂直480像素)規(guī)格的圖像在以液晶為圖像源的背面投影式圖像顯示裝置中被顯示在40英寸的屏幕尺寸上時，背面投影屏幕上的像素間距Pg約為1.3mm。所以，可以使用的凹凸鏡間距Ps的最大值為1.3mm的二點五分之一，即約0.5mm。該0.5mm的凹凸鏡間距Ps可以適用于目前一般采用的凹凸鏡片中。
然而，如上所述，具有黑條的凹凸鏡片為了確保一定的視場角度，凹凸鏡片的厚度為使凹凸鏡間距的1.5倍以內(nèi)，即0.75mm以下。
這種0.75mm以下厚度的凹凸鏡片出現(xiàn)了非常容易撓曲、很難保持形狀的新問題。
再有，上述0.5mm間距的凹凸鏡片只能用于上述像素數(shù)、畫面尺寸。即使相同的像素數(shù)，若畫面尺寸稍有不同，就會產(chǎn)生間距大的莫爾條紋，結(jié)果不能使用。
再者，按現(xiàn)有技術(shù)是在凹凸鏡片的內(nèi)部配置擴散材料。在此情況下，由擴散材料的擴散作用，使投射光以被擴散的狀態(tài)到達黑條部分，所以產(chǎn)生光損失。另外，在特開平8-254756號日本專利公報中，公開了這樣一種方法，即在生成黑條時，利用凹凸鏡的聚光功能，有選擇地以感光性樹脂進行曝光，以此來形成凹凸或掩模，提供使用。
但是，這種方法也存在這樣的問題，即同樣地在凹凸鏡片的內(nèi)部配置擴散材料時，由于上述擴散材料的擴散作用，使照射光被擴散，由于照射光強度、曝光時間等曝光條件稍有變化，出現(xiàn)不均勻，就會使黑條的形成狀態(tài)發(fā)生變化，出現(xiàn)不均勻，難于形成穩(wěn)定的黑條。
為了避免這些問題，可以采用這樣的方法，即僅利用透明材料來形成凹凸鏡片，如圖5B所示，在觀看該正面的一側(cè)配置擴散板108。
然而，利用這種方法不能充分減少外光的擴散反射，造成圖像對比度降低。
現(xiàn)利用以平板為模型的圖5A、圖5B來說明該基本想法。
圖5A是在制作了黑條的透明板內(nèi)部形成光擴散層；圖5B是在形成了黑條的透明板的前面配置擴散板。107是帶有黑條的擴散板，其中央部分具有光擴散層110，另外，在觀看透明擴散板畫面的一側(cè)的面上制作有黑條106。擴散板108其中央部分具有光擴散層110，其他部分是透明的；109是帶有黑條的透明板，它在透明板上制作了黑條106，黑條106的寬度為黑條周期的一半。
在上述模型中，假定透明材料的折射率為1.5，為方便起見，假定不受入射角度影響，反射率為4％，沒有吸收，各個面為鏡面。黑條部分也是假設(shè)反射率為45，其他被吸收，透過率為零。所以，黑條面107a、109a以50％的比例形成黑條，其反射率為4％，透過率為48％，吸收率為48％；未形成黑條的其他各個面，反射率為45，透過率為96％，吸收率為0％。
在以上假定條件下，對圖5A、圖5B兩種類型的擴散及射成分加以仔細分析。而且，設(shè)入射光強度為1，多次反射的成分是微量的，對其忽略不計。
在圖5A中，假定在對帶黑條的擴散板107的畫面進行觀看的一側(cè)的黑條面107a上有光強度1的外光射入。入射光中，4％被反射，48％被吸收，48透過，在光擴散層110中被擴散。被擴散的48％的光，其4％被107b面反射，并且其中的48％再透過黑條面107a返回到觀看方向。該返回到觀看方向的成分為(1)透過107a面，在107b面反射，再透過107a面的成分0.04×(0.48)2＝0.009只不過是入射光的0.9％，另一方面，若對圖5B進行同樣的分析，則對擴散板108的畫面進行觀看的一側(cè)的面108a中，射入的外光，其4％被反射，96％透過，被光擴散層110擴散，擴散后的96％的光中返回到觀看方向的成分包括以下三種(1)被108b面反射，透過108a的成分0.04×0.96＝0.038(2)透過108b面，被109a面反射，透過108b、108a面的成分0.04×(0.96)3＝0.035(3)透過108b面，109a面，被109b面反射，透過109a、108b、108a面的成分0.04×(0.96)3×(0.48)2＝0.008以上三種成分的合計值為
0.96×(0.038+0.035+0.008)＝0.078也就是說，在圖5B的模型中有圖5A的模型的約9倍，即大約8％的光被作為擴散光反射到觀看畫面的一側(cè)，這種擴散光的反射作用造成圖像對比度下降。
這樣在凹凸鏡片前方配置擴散板的方法，存在的問題是造成圖像對比度降低。
本發(fā)明目的在于解決這樣的問題；即為了把莫爾條紋干擾的影響控制在實用上沒有問題的范圍內(nèi)，若把凹凸鏡片的間距減小到0.2mm以下的精密間距，則為了得到適當?shù)乃揭晥鼋嵌?，必須減小凹凸鏡片的厚度，使其達到0.3mm以下，其結(jié)果造成背面投影屏幕過去在投影式圖像顯示裝置上安裝時操作很困難。為此提供一種具有機械強度高、使用操作方便的背面投影屏幕。
為解決上述問題，本發(fā)明的背面投影屏幕包括一個面上具有凹凸鏡陣列、另一個面是平坦狀態(tài)的凹凸鏡片、兩面均平坦的透光片、以及位于上述凹凸鏡片的平坦面和上述透光片的一面之間的光吸收層、光擴散層和光學耦合層。
本發(fā)明的背面投影屏幕及其制造方法是具有薄的凹凸鏡片和厚的透光片，在凹凸鏡片和透光片之間形成光吸收層和光擴散層，進行粘接，形成一體化結(jié)構(gòu)，使其進行光學耦合而不從界面上反射光線，以此來獲得機械強度，同時防止在粘接面上反射而造成光損失和莫爾條紋。
本發(fā)明的投影式圖象顯示裝置由于使用了本發(fā)明中的背面投影屏幕，故可以使以液晶為圖像源時必需的凹凸鏡片的間距實現(xiàn)細微化。


圖1a是本發(fā)明實施例1的背面投影屏幕水平斷面圖。
圖1b為表示本發(fā)明的投影式圖象顯示裝置的基本構(gòu)成的模式圖。
圖2是本發(fā)明實施例2的背面投影屏幕水平斷面圖。
圖3是本發(fā)明實施例3的背面投影屏幕的凹凸鏡片斷面圖。
圖4是本發(fā)明的實施例4，是表示背面投影屏幕制造方法的另一實施例的工序圖。
圖5是對現(xiàn)有外光擴散反射成分進行說明用的平板模型斷面圖。
圖6是表示現(xiàn)有投影式圖像顯示裝置基本構(gòu)成的模式圖。
圖7是對現(xiàn)有凹凸鏡片作用進行說明用的凹凸斷面圖。
第1實施例圖1是本發(fā)明第1實施例的背面投影屏幕水平斷面圖，是利用透明粘合劑12把凹凸鏡片15和透光片11粘合在一起的結(jié)構(gòu)圖。另外，背面投影屏是表示象圖6中那樣由菲涅勻透鏡片和凹凸鏡片構(gòu)成的投影屏，但在下面的說明中所述的背面投影屏不包括菲涅爾鏡片。
投影式圖像顯示裝置把圖像從凹凸鏡片15側(cè)投射過來，觀看者從透光片11側(cè)觀看該圖像。
在凹凸鏡片15一方的面上形成由凹凸鏡構(gòu)成的凹凸鏡陣列16。凹凸鏡是半圓柱形，是由許多個半圓柱排列成陣列狀，使用時該半圓柱的縱向被置于垂直方向上。
在凹凸鏡片15的另一面的整個上面形成光擴散層14。在光擴散層14上分散使光各向同性地進行擴散的擴散材料。
在光擴散層14的層上形成光吸收層13。因為該光吸收層13形成在由于凹凸鏡片的折射作用而產(chǎn)生的不透光區(qū)內(nèi)，所以投射光沒有損失。并且，該光吸收層13是黑色的條狀，所以被稱為黑條。
如圖7所示，凹凸鏡陣列16，其作用是對水平方向射入的入射光進行折射和擴散。在本發(fā)明的背面投影屏幕上使凹凸鏡間距Ps達到0.2mm以下，能滿足上述減少莫爾條紋的條件。凹凸鏡的焦距被選定在間距Ps的1.2倍至1.5倍。這樣，本發(fā)明的背面投影屏幕可以獲得適合于圖像顯示面的水平視場范圍。
凹凸鏡陣列16使入射光在水平方向上折射、擴散，所以使光擴散變亮。上述光擴散層14還使光在上述凹凸鏡所產(chǎn)生的光擴散方向以外的方向上進行擴散，防止因觀看角度不同而出現(xiàn)亮度急劇下降的現(xiàn)象。另外，還使光在凹凸鏡陣列16的折射功能不起作用的垂直方向上進行擴散，以獲得相對較小的視場區(qū)。
凹凸鏡片15的厚度t1被設(shè)定為與上述焦距相等。這樣，投射光在另一面的有限區(qū)(面)內(nèi)進行聚光，從該有限區(qū)(面)射出。
因此，投射光在另一面僅通過有限區(qū)(面)，不通過其他區(qū)(面)。這種光不通過的區(qū)被稱為不透光區(qū)，在這個不透光區(qū)內(nèi)設(shè)置光吸收層13。該光吸收層13被制成黑條，使投射光不受損失。由于有光吸收層，所以能使投射光不受損失，并減少外光反射，提高圖像對比度。
這樣構(gòu)成的凹凸鏡片15的厚度t1，從上述說明中可以看出是凹凸鏡間距Ps＝0.20mm的1.2倍至1.5倍，所以，最大為0.3mm。這樣薄的鏡片單獨作為背面投影屏幕很難安裝在投影式圖像顯示裝置上。
因此，把凹凸鏡片15與厚的透光片11粘合在一起，這樣可以彌補機械強度的不足，但是，兩者的粘接條件若不能滿足光耦合條件，則在粘接面上會產(chǎn)生反射所造成的光損失和閃爍。利用能滿足光學耦合條件的透明粘合劑12，把厚度t1為0.3mm以下的凹凸鏡片15、和厚度t2為1mm至5mm的透光片11粘合在一起，使其界面上不產(chǎn)生反射。例如，若利用丙烯樹脂為主要成分的樹脂作為光擴散層14和光吸收層13；利用丙烯系透明粘合材料作為透明粘合劑12，則兩者的折射率基本相同，所以，這種結(jié)構(gòu)的背面投影屏幕通過該粘接進行光學耦合，不會產(chǎn)生在耦合面上反射而造成的光損失或閃爍。也就是說，為了滿足光學耦合條件，只要使各個部分的折射率互相接近即可。
再者，因為增加了屏幕的機械強度，所以可單獨作為背面投影屏幕很容易地安裝在投影式圖像顯示裝置上。
再者，透光片11若其厚度t2為1mm以下，則強度不夠；若為5mm以上，則重量過大，這兩種情況下均難于使用。
第2實施例圖2是表示本發(fā)明背面投影屏的第2實施例的水平斷面圖，在凹凸鏡片25的射出面的光不能通過的部分即不透光區(qū)內(nèi)設(shè)置黑條、即光吸收層23。
在透光片21的一個面的整個面上形成光擴散層24，該擴散層中分散了可使光各向相同擴散的擴散材料。
利用透明粘合劑22來使由黑條構(gòu)成的光吸收層23和由擴散劑構(gòu)成的光擴散層24進行光學耦合，并使其界面上不產(chǎn)生反射，使凹凸鏡片25和透光片21構(gòu)成一個整體。
通過采用這種結(jié)構(gòu)，凹凸鏡陣列26能夠起到使沿水平方向射入的入射光折射、擴散的作用。因為光吸收層23形成在由于凹凸鏡片的折射作用而產(chǎn)生的不透光區(qū)內(nèi)，所以，投射光不會損失，并能夠抑制外光反射。在光擴散層24中，分散了能使光各向相同擴散的擴散材料，所以使投射光進行散射。
再者，被光擴散層24擴散后的外光在黑條面上不反射。到達黑條的成分100％地被吸收，到達開口部的成分100％透過，可以減少外光的擴散反射成分。
也可以利用2次擠壓成形方法把光擴散層24和上述透光片21制作成一個整體，再利用透明粘合劑將其與具有光吸收層的凹凸鏡片粘合在一起，使二者進行光學耦合。
再者，光吸收層23面和光擴散層24利用粘合劑進行了粘接，而利用透明粘合劑也可達到同樣的效果。
下面，描述實施例1和2所述本發(fā)明的背面投影屏幕的作用及效果。
第1，可把凹凸鏡間距Ps定為0.2mm以下。其結(jié)果，采用VGA規(guī)格的液晶板的、畫面尺寸為35英寸以上的背面投影式圖像顯示裝置，其像素間距Pg約為1.3mm，所以，可以使間距比Pd/Ps達到5.5倍以上；可以使莫爾條紋干擾達到實用范圍以內(nèi)；可以解決現(xiàn)存的第1個問題。
第2，由于采用的結(jié)構(gòu)是凹凸鏡間距Ps為0.2mm以下，在其焦點面上形成黑條的、厚度為0.3mm以下的凹凸鏡片，以形成黑條的面為結(jié)合面，與1mm以上厚度的透光片粘合在一起，使二者進行光學耦合，所以，能提高結(jié)構(gòu)強度，而又不影響光學性能，例如不會出現(xiàn)反射所造成的光損失和閃爍等。
第3，由于采用的結(jié)構(gòu)是把凹凸鏡片和透光片粘合在一起，使其進行光學耦合，所以可以提供這樣一種優(yōu)良的背面反射屏幕，即不會出現(xiàn)反射所造成的光損失和閃爍等，不影響光學性能，沒有光損失，外光反射減小。
上面描述了將光擴散層24形成在透光片21的一個面的整個一個面上的情形，但不形成光擴散層，而是把擴散材料分散到整體凹凸鏡片內(nèi)也是可以的。
另外，也可以把光吸收材料分散到透光片11內(nèi)。在此情況下雖然透光率下降，但是，正因為投射光在透光片11內(nèi)受到損失。所以也能夠減少外光反射，能夠提高圖像對比度。
再者，通過對透光片的表面進行防反射處理、防帶電處理和表面硬化處理等眾所周知的處理，可以提高背面投影屏幕的附加價值。
由于把上述結(jié)構(gòu)的背面投影屏幕用于以液晶板為圖像源的背面投影式圖像顯示裝置中，所以，可以實現(xiàn)這樣的背面投影屏幕，即不限于特定大小的屏幕，對各種尺寸的屏幕均能達到不出現(xiàn)莫爾條紋所造成的圖像質(zhì)量下降，對比度特性良好，而且使用方便。
上述的第1、第2背面投影屏可以用在圖1 B中所示的那種背面投影式圖象顯示裝置中。液晶屏50上的圖象被燈51的光所照射，由投射透鏡52加以放大、投影，并由菲涅爾透鏡片54形成平行光線，最后在凹凸鏡片55上成象。在使用了上述的第1、第2實施例的背面投影屏的背面投影式圖象顯示裝置中，間距比Pd/Ps可以定為5.5以上，可以減少莫爾條紋強度，另外，(圖6中的)液晶屏也可以是CRT等離子顯示陣列等視頻顯示裝置。
第3實施例圖3是表示本發(fā)明背面投影屏幕的第3實施例的凹凸鏡片的圖。
在凹凸鏡片35的平坦面一側(cè)形成黑條，作為光吸收層33。在其上面用印刷、噴涂等方法直接形成光擴散層34，在該擴散層內(nèi)分散了能使光各向相同擴散的擴散材料，這時通過增加印刷次數(shù)或選擇最佳噴涂材料粘度，使光擴散層34的表面達到基本平滑。
具有圖3所示結(jié)構(gòu)的光擴散層34和光吸收層33的凹凸鏡片35，在與透光片進行光學耦合時，由于兩個面都是平坦的，沒有凹凸，所以透明粘接劑內(nèi)不會進入氣泡，容易形成光耦合層。
第4實施例圖4A、圖4B、圖4C、圖4D是表示本發(fā)明背面投影屏幕的凹凸鏡片制造方法之一例的工序圖。
首先，把未固化的丙烯系紫外線固化樹脂充填到已加工成與凹凸鏡陣列相反的形狀的模具內(nèi)，其上面放置聚酯片，注意防止氣泡進入與紫外線固化樹脂的界面內(nèi)，從聚酯膠片一側(cè)照射紫外線，使紫外線固化樹脂固化，形成圖4A所示的薄膜狀凹凸鏡片25。這時，聚酯片的厚度被設(shè)定為凹凸鏡和聚酯膠片的合計厚度大致等于凹凸鏡的焦距。
為了在薄膜狀凹凸鏡片25上形成光吸收層23，采用“底層剝離”方法。
在薄膜狀凹凸鏡片25的平坦面上涂敷紫外線固化樹脂，然后利用與凹凸鏡光軸相平行的紫外線從凹凸鏡面進行照射。通過紫外線照射，在作為屏幕使用時光線可以透過的透光部分(區(qū))的紫外線固化樹脂被固化。光線不能透過的不透光部分(區(qū))的未固化的紫外線固化樹脂在顯影工序中被除掉。這樣就能制成在透光部分上形成有條狀的紫外線固化樹脂的凹凸鏡片。
然后，利用印刷或噴涂方法在整個平坦面上涂敷黑色墨水，并使其干燥。利用能溶解紫外線固化樹脂但不能溶解黑色黑水的化學材料溶液把與透光部分相對應的位置的黑色墨水和透光部分上留存的紫外線固化樹脂一起除掉。這樣就僅在不透光區(qū)內(nèi)留下黑色墨水，制造成如圖4B所示形成黑條的即具有光吸收層23的薄膜狀凹凸鏡片。
另一方面，利用2次擠壓成型法制造出如圖4C所示的具有光擴散層24的透光片21?，F(xiàn)對其所用的材料及其特性加以說明。作為基材的透光片21的材料采用PMMA(丙烯樹脂)。光擴散層24以PMMA為分散劑，使MS(丙烯和苯乙烯的聚合物)小珠進行分散而形成。光的擴散作用是由于作為分散劑的PMMA的折射率和作為小珠材料的MS的折射率互不相同使光在小珠界面上進行折射而產(chǎn)生的。通過MS調(diào)整小珠的折射率、小珠直徑和分散層的厚度，可以獲得需要擴散特性。對于分散劑PMMA的折射率1.49來說，若設(shè)定小珠材料MS的折射率為1.52～1.55，小珠直徑為3μm～20μm，分散濃度按體積濃度計算為5～20％，則光擴散層厚度約為100μm，可以實現(xiàn)屏幕所需的垂直視場特性。
其次，利用圖4D來說明這樣的制造方法，即利用2層擠壓成形方法制作的具有光擴散層24的透光片21(圖4C)、和已形成了光吸收層23的薄膜狀凹凸鏡片(圖4B)，借助于透明粘合劑2進行光學耦合。
透光片21的適當厚度隨屏幕尺寸不同而異，要在1mm～5mm的范圍內(nèi)適當設(shè)定，以保證在與凹凸鏡片粘接后整體上具有足夠的機械強度，并且又不太重，以免使用困難。帶黑條的凹凸鏡片和透光片21，以黑條面和光擴散層面為結(jié)合面，利用丙烯系透明粘合劑22(折射率1.49)進行粘合。
從以上說明中可以看出構(gòu)成屏幕的各主要部分即凹凸鏡片25、光擴散層24的分散劑以及透光片21時，采用丙烯樹脂或以丙烯樹脂為主要成分，其折射率與粘接用的丙烯系透明粘接劑22基本相同，能滿足光耦合條件，在其邊界上沒有光反射。
采用這種制造方法，在形成黑條時光擴散層沒有妨礙，可以形成正確而穩(wěn)定的黑條。并且，因為光擴散層與黑條面進行光學耦合，其間沒有反射界面，所以，不會因反射而降低對比度，另外，黑條的光吸收作用能形成高對比度的圖像。
因為與具有較厚基材的擴散板進行光學耦合而提高了機械強度，所以，本發(fā)明的背面投影屏幕能使過去單獨難于使用的薄膜狀凹凸鏡片很容易安裝到投影式圖像顯示裝置上。
再者，上述制造方法是利用2層擠壓成形法來制作光擴散層24和透明的透光片21的，但是，也可以把薄膜狀的光擴散層置于薄膜狀的帶黑條的凹凸鏡片和作為透明層的透光片21之間，利用上述丙烯系透明粘接劑22(折射率1.49)使三者進行光學耦合。
另外，也可以利用上述丙烯系透明粘接劑22使薄膜狀光擴散層與不帶薄膜狀黑條的凹凸鏡片進行光學耦合，在其上面用上述加工方法生成黑條，利用上述透明粘接劑22使該面和上述透光片21進行光學耦合。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，將凹凸鏡片的凹凸鏡陣列間距調(diào)到0.2mm以下，用于以液晶板為圖像源的背面投影式圖像顯示裝置，也不會出現(xiàn)莫爾條紋所造成的圖像質(zhì)量下降，并且，在結(jié)構(gòu)上把凹凸鏡片和1mm至5mm厚的透光片粘合在一起，使其進行光耦合，這樣，即可使其使用方便，不影響光學特性。
本發(fā)明的背面投影屏幕及其制造方法，還可以有其他各種不同的實施例。所以，屬于本發(fā)明的真實精神和范圍內(nèi)的其他不同實施例均應包含在權(quán)利要求范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種背面投影屏幕，其特征在于包括一個面上有凹凸鏡陣列，另一面上有平坦面的凹凸鏡片；兩面均為平坦狀態(tài)的透光片、以及位于上述凹凸鏡片的平坦面和上述透光片的一個面之間的下列膜層光吸收層、光擴散層、和光學耦合層。
2.一種背面投影式屏幕，其特征在于包括一側(cè)具有凹凸鏡陣列，另一面是平坦面的凹凸鏡片、與上述凹凸鏡片的平坦面相鄰接的光吸收層、與上述光吸收層相鄰接的光學耦合層、與上述光學耦合層相鄰接的光擴散層、以及與上述光擴散層相鄰接的兩面均為平坦狀態(tài)的透光片；具有上述光吸收層的面和具有上述光擴散層的面進行光學耦合。
3.一種背面投影式屏幕，其特征在于從投影側(cè)觀看畫面時，其構(gòu)成部分依次為在投射側(cè)有凹凸鏡陣列，另一個面是平坦狀態(tài)的凹凸鏡片、光擴散層、光吸收層、光學耦合層、以及兩面均為平坦狀態(tài)的透光片；形成上述光吸收層的面和上述透光片進行光學耦合。
4.如權(quán)利要求2所述的背面投影屏幕，其中上述凹凸鏡片的厚度大體上等于上述凹凸鏡陣列的透鏡焦距，在上述凹凸鏡片的平坦面的不透光區(qū)內(nèi)形成上述光吸收層的面、和在上述透光片的投射側(cè)的面上形成的光擴散層的面，借助于透明粘接劑進行光學耦合。
5.如權(quán)利要求4所述的背面投影屏幕，其中上述凹凸鏡陣列的透鏡排列間距為0.2mm以下。
6.如權(quán)利要求4所述的背面投影屏幕，其中上述透光片的厚度為1mm以上5mm以下。
7.如權(quán)利要求4所述的背面投影屏幕，其中上述光擴散層中分散了使光各向相同擴散的擴散材料。
8.如權(quán)利要求4所述的背面投影屏幕，其中，上述凹凸鏡陣列的透鏡排列間距為0.2mm以下；上述透光片的厚度為1mm以下5mm以上，將光等方向擴散的擴散材料分散在上述的光擴散層中。
9.如權(quán)利要求3所述的背面投影屏幕，其中利用透明粘接劑使下列兩個面進行光學耦合凹凸鏡片的光吸收層面，該凹凸鏡片的厚度大體上等于上述凹凸鏡陣列的管鏡焦距，光吸收層形成在凹凸鏡片的平坦面的不透光區(qū)內(nèi)；以及光擴散層面，它形成在上述透光片的投射側(cè)的面上。
10.如權(quán)利要求9所述的背面投影屏幕，其凹凸鏡陣列的透鏡排列間距為0.2mm以下。
11.如權(quán)利要求9所述的背面投影屏幕，其透光層的厚度為1mm以上5mm以下。
12.如權(quán)利要求9所述的背面投影屏幕，其光擴散層內(nèi)分散著能使光各向相同擴散的擴散材料。
13.如權(quán)利要求9所述的背面投影屏幕，其中，上述凹凸鏡陣列的透鏡排列間距為0.2mm以下；上述透光片的厚度為1mm以上5mm以下。將光等向擴散的擴散材料分散在上述光擴散層中。
14.如權(quán)利要求4所述的背面投影屏幕的制造方法，其中包括以下工序通過使紫外線固化樹脂進行固化來形成這樣一種凹凸鏡片，即在其一個面上形成凹凸鏡，另一面是平坦的，厚度大體上等于上述凹凸鏡的焦距；利用紫外線固化樹脂的底層剝離法，在上述透明凹凸鏡片的平坦面的不透光區(qū)內(nèi)形成光吸收層；利用透明粘接劑把上述凹凸鏡片的具有光吸收層的面和上述透光片的具有光擴散層的面粘接在一起。
15.如權(quán)利要求4所述的背面投影屏幕的制造方法，其中所述的透明粘接劑是丙烯系透明粘接劑。
16.如權(quán)利要求4所述的背面投影屏幕的制造方法，其中，利用2層擠壓成形方法來形成具有光擴散層的透光片。
17.如權(quán)利要求9所述的背面投影屏幕的制造方法，其中包括以下工序利用使紫外線固化樹脂進行固化的方法來形成這樣一種凹凸鏡片，即在其一個面上形成凹凸鏡，另一個面是平坦的，厚度大體上等于上述凹凸鏡的焦距；在上述凹凸鏡片的平坦面上設(shè)置一個光擴散層，該光擴散層中分散了用于將光等向擴散的擴散材料；利用紫外線固化樹脂底層剝離法，在上述光擴散層上的不透光區(qū)內(nèi)形成光吸收層；利用透明粘接劑把上述凹凸鏡片的具有光吸收層的面和上述透光片的具有光擴散層的面粘合在一起。
18.如權(quán)利要求9所述的背面投影屏幕的制造方法，其中所述的透明粘接劑是丙烯系透明粘合材料。
19.如權(quán)利要求9所述的背面投影屏幕的制造方法，它利用2層擠壓成形方法來形成具有光擴散層的透光片。
20.如權(quán)利要求1、2或3所述的背面投影屏幕，其構(gòu)成部分包括凹凸鏡陣列、透光片、光吸收層、光擴散層以及光學耦合層的折射率均大致相同的材料。
21.采用如權(quán)利要求1、2或3所述的背面投影屏幕的背面投影式圖像顯示裝置。
22.采用如權(quán)利要求1、2或3所述的背面投影屏幕的、以液晶板為圖像源的背面投影式圖像顯示裝置。
全文摘要
本發(fā)明一種背面投影屏幕及其制造方法以及使用該屏幕的圖像顯示裝置,其結(jié)構(gòu)是在一個面上設(shè)置排列間距Ps為0.2mm以下的凹凸鏡陣列,在平坦的另一個面上設(shè)置光擴散層和光吸收層的厚度為0.3mm的凹凸鏡片,在光吸收層的面上通過透明粘合劑與厚度為1mm～5mm的透光片進行粘合并使其進行光學耦合。屏幕上的像素間距與凹凸鏡間距之比可以選擇得足夠大而不產(chǎn)生莫爾條紋。
文檔編號G03B21/62GK1175006SQ9711465
公開日1998年3月4日 申請日期1997年7月10日 優(yōu)先權(quán)日1996年7月11日
發(fā)明者山口博史, 池田健一, 三谷勝昭 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社