投影屏及其制造方法

專利名稱：投影屏及其制造方法
技術領域：
本發明涉及通過接收來自光源的光而顯示圖像的投影屏及其制造方法，尤其涉及反射型投影屏及其制造方法。
(2)背景技術近來，高架投影儀和幻燈放映機被廣泛用作放映者顯現會議材料的裝置。在普通家庭里，視頻投影儀和活動圖像膠片投影儀正在普及。在這些投影儀單元中，光閥把光源輸出的光在空間上調制為圖像光，這些圖像光再通過透鏡等照明光學系統投射到投影屏上。
有些此類投影單元能顯示彩色圖像。此時，發射含紅(Q)、綠(G)、藍(b)三基色白光的光的燈用作光源，透射液晶面板用作光閥。在這種投影單元中，光源發射的白光被照明光學系統生成紅光、綠光與藍光，這些光在各條指定的光路上會聚。這些光束由對應于圖像信號的液晶面板在空間上調制，調制的光束被光合成部件組合成彩色圖像光，再由投影鏡延伸投射到投影屏上。
再后來，作為能顯示彩色圖像的投影單元，已開發出一種單元，它用窄譜三基色光源，如對三基色發射各別窄譜光的激光振蕩器作為光源，并用光柵光閥(GLV)作為光閥。在該投影單元中，對應于圖像信號的GLV對激光振蕩器發射的各色的每條光束作空間調制。投影單元中的光合成部件將如此調制的光束組合成彩色圖像光，再由投影鏡把這些組合的彩色圖像光延伸透射到投影屏上。
投影單元使用的投影屏分為兩類一是透射型，投影光從投影屏后面照射，在前面觀看；一是反射型，投影光從前面照射，在前面觀看反射光。在任一類中，為實現可視性良好的屏，希望得到明亮而高反差的圖像。另為了提高存貯效率，希望投影屏把高分子材料用作基片材料，屏利用這些高分子材料的撓性。
然而，能得到明亮高反差圖像屏具有撓性的投影屏還未曾實現過。如在圖1的投影屏1000中，把屏的表面形狀構思成在透明層1112表面上形成凸部1112A，并在這些凸部1112A的側面形成涂黑制作的不透明層1113，從而降低了黑電壓，提高了亮度與反差(如日本專利NO.2889153)。但此時，問題在于，由于形成凸部1112A和不透明層1113的工藝要費大量時間和人工，其制造成本較高，也不能實現撓性。
另外，圖2的投影屏2000包括一塊基片1211，其上依次形成反射層1212、吸光層1213和散射層1214(如日本專利NO.3103802)。這種結構的投影屏2000因其所有的層有撓性，故在整體上具有撓性。但問題在于，由于吸光層1213的位置比反射層1212更接近光進入面一側，而且幾乎所有的入射光都被吸入吸光層1213，所以降低了白電平，不能獲得足夠的亮度與反差。
另外，在投影屏2000中，光從斜向進入屏面，光沿斜向進入反射層1212表面，造成反射特性變化，出現色移，因而降低了色反差，得不到鮮艷的圖像。尤其在屏面較大時，這類問題更明顯。
(3)發明內容本發明的第一個目的是提供一種投影屏及其制造方法，它可獲得清晰而鮮艷的圖像且不受投影環境的影響；具有撓性；且可提高生產率。
本發明的第二個目的是提供一種投影屏及其制造方法，其中可擴大屏尺寸，降低制造成本。
本發明的投影屏包括基片和選擇性光反射層，后者形成于基片一側，對特定波長帶的光具有吸收特性。即，在這種投影屏中，由于有選擇性光反射層，呈現出對特定波長帶光的反射特性，并對特定波長帶光以外的光呈現出吸收特性，因此可獲得高光暗反差的圖像。
該投影屏用一種工藝制造，其中在基片上利用濺射法形成對特定波長帶光具有反射特性而對其它光具有吸收特性的選擇性光反射層。
在本發明的投影屏中，可形成一種角度校正層，該層形成在基片相對一側的選擇性光反射層上，使光沿垂直于選擇性光反射層表面的方向進入，這樣可防止光反射層的反射特性變化，色移很難出現，從而改善了圖像的彩色反差。
該投影屏通過以下步驟制造在基片上用涂布法形成反射層，該層對特定波長帶光具有高反射特性，而對特定波長帶以外的至少可見波長帶光具有高透射特性；并在光反射層上形成讓光沿垂至于光反射層表面的方向進入的角度校正層。
通過以下描述，將更全面地了解本發明的其它目的、特征與優點。
(4)


圖1是常規投影屏的示意結構圖；圖2是另一常規投影屏的示意結構圖；圖3是本發明第一實施例的投影屏示意結構圖；圖4示出圖3中投影屏多層光學膜的光學特性；圖5比較了圖3中投影屏多層光學膜與對比例投影屏光學膜之間的反射特性；圖6比較了圖3中投影屏多層光學膜與對比例投影屏光學膜之間的反射特性；圖7示出圖3中投影屏多層光學膜的光學特性；圖8比較了圖3中投影屏多層光學膜與對比例投影屏光學膜之間的反射特性；圖9比較了圖3中投影屏多層光學膜與對比例投影屏光學膜之間的反射特性；圖10是使用圖3投影屏的投影單元的示意結構圖；圖11是一例修正的投影屏的示意結構圖；圖12是一例修正的投影屏的示意結構圖；圖13是本發明第二實施例的投影屏截面結構圖；圖14示出用于圖13中投影屏角度校正層的菲涅耳透鏡；圖15示出用于圖13中投影屏角度校正層的菲涅耳透鏡；圖16示意示出光傾斜進入圖13中投影屏的情況；圖17示意示出光傾斜進入對比例投影屏的情況；圖18示出圖13中投影屏的多層光學膜的反射特性；和圖19是一例修正的投影屏的示意結構圖。
(5)具體實施方式
現參照附圖詳述本發明諸實施例。圖3示出本發明第一實施例的投影屏10部件的截面結構。即投影屏10是一種反射型投影屏，包括透明基片11。在其上把多層光學膜12形成為選擇性光反射層。該多層光學膜12對特定波長帶光具有高反射特性，而對其它光則具有高吸收特性，下面將作詳述。在多層光學膜12上形成一光散射層13。例如，透明基片11由高分子材料制作，厚度為188μm，有撓性。作為高分子材料，例如有聚碳酸酯(PC)、聚乙烯對酞酸鹽(PET)、聚乙烯石腦油(PEN)、聚醚砜類(PES)與聚烯烴(PO)。
多層光學膜12是一種金屬膜12Mp和介質膜12Dp交替分層的膜(p是1-n的正數)，即，多層光學膜12是一種金屬膜12M1、介質膜12D1、金屬膜12M2、介質膜12D2……，金屬膜12Mn和介質膜12Dn依次分層的膜。金屬膜12Mp由鈮(Nb)、鉛(Al)或銀(Ag)組成。如在金屬膜12Mp使用Al時，多層光學膜12的平均反射率就變大，其上限由該Al決定。在金屬膜12Mp使用Nb時，多層光學膜12的平均反射率則變小，其下限由該Nb決定。介質膜12Dp由五氧化鈮(Nb2O5)、二氧化鈦(TiO2)、五氧化鉭(Ta2O5)、氧化鉛(Al2O3)或二氧化硅(SiO2)組成。
多層光學膜12的膜厚度都被設計成具有高反射特性，例如對包含紅綠藍波長帶光的三基色波長帶光而言，反射率達70％或以上。另外，多層光學膜12的膜厚度還被設計成具有高吸收特性。如對三基色波長帶以外的波長帶光而言，吸光率達80％或以上。多層光學膜12的膜厚度經設計，使各膜的光學厚度對入射光波長λ滿足公式(1)[公式1]nd＝λ(α±1/4)(設α為自然數)式中，每個膜的厚度為d，各膜的折射率為n，進入該多層光學膜的入射光的波長為λ。
例如，把該膜設計成對金屬膜12M1使用Nb，對介質膜12D1使用Nb2O5，對金屬膜12M2使用Nb，對介質膜12D2使用Nb2O5，總層數為四層，具有圖4的光學特性。即經設計，使多層光學膜12具有高反射率，如對三基色波長帶光(紅光波長642nm，綠光波長532nm，藍光波長457nm)的反射率達70％；具有高吸收性，如對三基色波長帶以外的波長帶光的吸收率達80％或以上；并對所有的波長帶層光具有例如5～10％的透射率。對于這種設計，層厚度為金屬膜12M1為40nm，介質膜12D1，為553nm，金屬膜12M2，為20nm，介質膜12D2為553nm。
由于如此構成的多層光學膜12對三基色波長帶光具有高反射特性而對其它光具有高吸收特性。故提高了白電平和黑電平。另由于多層光學膜12的總層數變少，其膜厚度變小，故具有撓性。三基色波長光的每個波長是后面將描述的投影單元20(圖10)中光源(激光振蕩器21)發射的各色激光的波長。
在此情況下，當所有膜的厚度比照金屬膜12M1、介質膜12D1、金屬膜12M2、與介質膜12D2的厚度以同一速率變化時，在三基色波長帶光的各波長帶內，反射率變化就變成圖5中的①～③。另外，在改變對屏的入射角時，在三基色波長帶光的各波長帶內，反射率變化就變為圖6的①～③。如本申請的同一申請人在專利申請NO.2002-070799中提出的一對比例，以其投影屏的光學膜而言，反射率變化的膜厚度相依性如圖5的④～⑥所示，反射率變化的入射角相依性如圖6的④～⑥所示。該光學膜是一種高折射率層和低折射率層(其折射率比高折射率層的低)交替分層的膜。對高折射率層使用五氧化鈮(Nb2O5)，對低折射率層使用二氧化硅(SiO2)。
如圖5所示，本例中在改變多層光學膜12的膜厚度時，反射率變化的膜厚度相依性變得比對比例更小。另如圖6所示，本例中在改變相對屏的入射角時，反射率變化的入射角相依性變得比對比例更小。此時，尤其是對金屬膜12M1與12M2使用Nb時，反射率變化的入射角相依性就變小，可得到寬視場角特性。
另外，如將膜設計成對金屬膜12M1使用Al，對介質膜12D1使用Nb2O5，對金屬膜12M2使用Nb，而對介質膜12D2使用Nb2O5，使總層數為4，具有圖7的光學特性。即經設計，使多層光學膜12對三基色波長帶光具有例如80％的高反射率；對其它光具有例如90％或以上的高吸收率；屏對所有的波長帶光具有接近0％的透射率。根據這種設計。膜厚度為金屬膜12M1為50nm，介質膜12D1為551nm，金屬膜12M2為15nm，而介質膜12D2為551nm。
由于如此構成的多層光學膜12對三基色波長帶光具有高反射特性，對其它光具有高吸收特性，故能提高屏的白電平和黑電平。另外，因多層光學膜12的總層數變小，故能得到撓性。
另外，在該場合中，當比照金屬膜12M1、介質膜12D1、金屬膜12M2與介質膜12D2的厚度以同一比率改變所有膜的厚度時，在三基色波長帶光的各波長帶內，反射率變化變為圖8的①～③。另在改變它們對屏的入射角時，在三基色波長帶光的各波長帶內，反射率變化變為圖9的①～③。作為對比例，以光學膜示出了反射率變化的膜厚度相依性(圖8的④～⑥)和反射率變化的入射角相依性(圖9的④～⑥)。
如圖8所示，本例在改變多層光學膜12的膜厚度時，反射率變化的膜厚度相依性變得比對比例更小。另如圖9所示，本例在改變對屏的入射角時，反射率變化的入射角相依性變得比對比例更小。此時，尤其在對金屬膜12M1使用Al而對金屬膜12M2使用Nb時，反射率變化的膜厚度相依性就變小。
供金屬膜12Mp使用的材料不限于上述的金屬材料，但最好選用在可見波長帶內具有均勻反射率的金屬材料。另外，供介質膜12Dp使用的材料也不限于上述的介質材料，因為存在一種趨勢，即介質膜12Dp的折射率越大，則在三基色波長帶光的各波長帶內，反射峰的半值范圍就變得越大；而折射率越小，則在各色光的波長帶內，反射峰的半值范圍變得越小。
光散射層13例如是一種含微鏡陣列(MLA)且有撓性的膜。在該光散射層13中，在多層光學膜12上反射的三基色波長帶光被散射，因而視場角變大，可得到良好的視場特性。在光散射層13中，以均勻的間隔排列了許多直徑的幾μm～幾mm的球形珠，這些珠由玻璃、高分子材料等透明材料制作。另在光散射層13中，在指定介質中散布了銀(Ag)、銅(Cu)等金屬細粒。
如上所述，本例的屏元件透明基片11、多層光學膜12和光散射層13都具撓性，故屏自身也有撓性。
現在描述制作如此構成的投影屏10的方法。先制備上述高分子材料組成的透明基片11，接著在其上用濺射法等使金屬膜12Mp與介質膜12Dp交替分層而形成多層光學膜12。經上述那樣的設計，使該多層光學膜12的各膜厚度對紅綠藍波長帶光的三基色波長帶光具有高反射特性，而對三基色波長帶光以外的光具有高吸收特性。
具體而言，多層光學膜12的4層結構包括Nb制作的金屬膜12M1、Nb2O5制作的介質膜12D1、Nb制作的金屬膜12M2和Nb2O5制作的介質膜12D2。膜的厚度，金屬膜12M1為40nm，介質膜12D1為553nm，金屬膜12M2為20nm，介質膜12D2為553nm。結果，多層光學膜12對三基色波長帶光具有如70％的高反射率，對其它光具有如80％或以上的高吸收率，而且對所有的波長帶光具有如5～10％的透射率(圖4)。
另外，多層光學膜12的4層結構包括Al制作的金屬膜12M1、Nb2O5制作的介質膜12D1、Nb制作的金屬膜12M2和Nb2O5制作的介質膜12D2。膜厚度，金屬膜12M1為50nm，介質膜12D1為551nm，金屬膜12M2為15nm，介質膜12D2為551nm。結果，該多層光學膜12對三基色波長帶光具有如80％的高反射率，對其它光具有如90％或以上的高吸收率，并對所有波長帶光具有接近0％的透射率(圖7)。
最近，通過在多層光學膜12上粘附形成了微鏡陣列(MLA)的光散射層13，制出了圖3的投影屏10。
如上所述，本例不僅通過對透明基片11起吸光層作用而提高了圖像的黑電平，還通過形成多層光學膜12提高了圖像的白電平，從而提高了圖像的亮暗反差，獲得清晰的圖像。因此，不必像往常那樣例如通過形成凸部而設計屏的表面形狀來提高圖像的亮暗反差，結果節省了人工與時間，降低了制造成本。
另外，在本例中，由于多層光學膜12具有金屬膜12Mp和介質膜12Dp交替分層的結構，因而與對比例相比，反射率的膜厚相依性變得更小，反射率變化的入射角相依性也變得更小。因此，其制造利潤邊際變大，制造成本進一步降低，生產率得以提高。
如此構成的投影屏10，例如可用作正視型投影單元20的屏。圖10示出該投影單元20的簡要結構。投影單元20包括作為光源的激光振蕩器21，它發射的三基色窄譜光包含三基色的各波長帶。例如，激光振蕩器21包括發射波長為642nm紅光的激光振蕩器21R、發射波長為532nm綠光的激光振蕩器21G和發射波長為457nm藍光的激光振蕩器2113。
另外，投影單元20還包括準直鏡22、柱形鏡23、GLV24、容積型全息元件25、檢流計小鏡26和作為照明光學系統將激光振蕩器21發射的光作為圖像光導向投影屏10的投影鏡27。準直鏡22包括紅光22R、綠光22G和藍光22B的準直鏡。GLV24包括紅光24R、綠光24G和藍光24B的帶將陣列。容積型全息元件25包括第一和第二容積型全息元件25a與25b。
在投影單元20中，諸元件排列后，使激光振蕩器21R、21G與21B發射的紅光、綠光和藍光通過準直鏡22分別進入各色的準直鏡22R、22G和22B，并通過GLV24進入各色的帶陣列22R、24R和24B。
在如此構成的投影單元20中，激光振蕩器21發射的紅綠藍光通過準直鏡22變成平行光，GLV24利用柱形鏡23的作用匯集被該準備直鏡22變成平行光的三基色波長帶光。通過激勵對應于圖像信號的GLV24的各帶陣列，在空間上修正這些匯集的三基色波長帶光。
容積型全息元件25通過柱形鏡23的作用，匯集利用GLV24的作用而被修正的三基色波長帶光。在該容積型全息元件25中，紅光被第一容積型全息元件25a衍射，藍光與紅光沿同一方向被第二容積型全息元件25b衍射。另在第一與第二容積型全息元件25a與25b中，綠光不衍射，而是直線通過與紅光同方向發射。這樣，利用容積型全息元件25的作用，紅綠藍光組合后以同方向發射。以同方向發射的三基色波長帶光，沿指定方向被檢流小鏡26掃描后，通過投影鏡27透射的投影屏10的正面。
在本例的投影屏10中，外界光與從投影單元20透射的三基色帶光一起通過光散射層13進入多層光學膜12。由于這種多層光學膜12具有圖4和7的反射特性，所以在該多層光學膜12上，三基色波長帶光被反射，而其它光被吸收。在多層光學膜12上反射的三基色波長帶光進入光散射層13而被其散射，在屏正面形成圖像。于是，由于多層光學膜12提高了白電平和黑電平，故能形成亮暗高反差圖像，所以能獲得清晰的圖像而不受投影環境的影響。
另外與對比例相比，由于多層光學膜12具有金屬膜12Mp與介質膜12Dp交替分層的結構，故有良好的視場特性。如在多層光學膜12中，對金屬膜12M1使用Nb，介質膜12D1使用Nb2O5，金屬膜12M2使用Nb，介質膜12D2使用Nb2O5，而總層數為4，反射率變化的膜厚相依性變得比圖6的對你立更小，因而得出良好的視場特性。又如在金屬膜12M1使用Al、介質膜12D1使用Nb2O5、金屬膜12M2使用Nb、介質膜12D2使用Nb2O5，而且總層數為4的情況下，反射率變化的膜厚相依性變得比圖8的對比例更小，反射率變化的入射角相依性變得比圖9的對比例更小，可得到寬視場，因而改善了視覺特性，擴大了其屏尺寸。
而且，由于透明基片11的上部由高分子材料制作，多層光學膜12具有金屬膜12Mp和介質膜12Dp交替分成的結構，故屏有撓性，提高了存貯效率。
再者，形成多層光學膜12可提高圖像的亮暗反差，得到清晰的圖像，因而不必為了提高圖像的亮暗反差而像往常那樣修改屏的表面形狀，如形成凸部。因此，人工和時間節省了，還可降低其制造成本。另因多層光學膜12具有金屬膜12Mp和介質膜12Dp交替分層的結構，故與對比例相比，反射率變化的膜厚相依性和入射角相依性都變得更小，因而能擴大其制造利潤邊際，結果進一步降低了其制造成本，提高了生產率。
雖然第一實施例把透明基片11用作基片，如用作圖11中的投影屏20，但是也可使用含黑涂料等高分子材料制作的黑基片31，使該基片本身起吸光層的作用。另作為圖12的投影屏30，可在透明基片11背面獨立形成由黑涂料制作的吸光層32。還可把透明基片11用作基片，在其背面獨立設置一塊黑基片。
而且，可在透明基片11與金屬膜12M1之間形成介質膜，如該介質膜由五氧化鈮(Nb2O5)、二氧化鈦(TiO2)、五氧化鉭(Ta2O5)、氧化鋁(Al2O3)或二氧化硅(SiO2)制作。
另在本例中，在多層光學膜12上形成了光散射層13，故在多層光學膜12上反射的三基色波長帶光被該光散射層13所散射。但也可在透明基片11表面上形成有許多凸部或凹部的光三射部，并在該光散射部上形成多層光學膜12，它具有與凸部或凹部同樣的形狀，對特定波長帶光具有高反射特性，而對上述波長帶以外的至少可見波長帶光具有高吸收特性。圖13示出本發明第二實施例的投影屏100的截面結構。該投影屏100為反射型投影屏，包括黑基片111，在其上形成作為光反射層的多層光學膜112，它具有例如帶通濾波器的作用。該多層光學膜112例如由溶劑材料組成，有撓性。在該多層光學膜112上行船那個角度校正層113，其作用是使光以垂至于多層光學膜112表面的方向進入。下面將詳述多層光學膜112和角度校正層113的細節。在角度校正層113上形成光散射層114。
黑基片111由含涂黑的高分子材料制作，例如厚188μm，有撓性。作為高分子材料，例如有聚碳酸酯(PC)、聚乙烯對酞酸鹽(PET)、聚乙烯石腦油(PEN)、聚醚砜類(PES)或聚烯烴(PO)。由于該黑基片111因含有涂黑而顏色為黑色，可起到吸光層的作用，吸收通過多層光學膜112的光，因此提高了屏的黑電平。
多層光學膜112的制作方法是使高折射率膜112H和折射率比高折射率膜112H低的低折射率膜112L交替分層。具體而言，高折射率膜112H由溶劑材料制成，諸如JSR公司制造的熱固樹脂Opster(JN7102，折射率1.68)；低折射率膜112L由溶劑材料制作，諸如JSR公司制造的熱固樹脂Opster(JN7215，折射率1.41)。因此，多層光學膜112有撓性。
多層光學膜112的各膜的厚度被設計成對三基色波長帶光具有如80％或以上的高反射特性，例如三基色波長帶光包含紅綠藍各波長帶的光。另外，多層光學膜112的各膜的厚度還被設計成對三基色波長帶光以外的至少可見波長帶光具有例如80％或以上的高透射率特性。多層光學膜112的各膜的厚度經設計，使各膜的光學厚度nd相對入射光波長λ滿足下面的公式(2)；(公式2)nd＝λ(α±1/4)(設α為自然數)式中各膜厚度為d，各膜的折射率為n，進入該多層光學膜的入射光的波長為λ。
具體而言，設計時，使高折射率膜112H和低折射率膜112L由帶上述折射率的熱固樹脂制作，而圖18中示成實線的多層光學膜112對三基色波長帶光(紅光波長642nm，綠光波長532nm，藍光波長457nm)具有諸如80％的高反射率，對這些三基色波長帶光以外的至少可見波長帶光則具有諸如20％反射率的高透射特性。鑒于這種設計，高折射率膜112H厚1023nm，低折射率膜112L厚780nm，9塊高折射率膜112H和9塊低折射率膜112L交替分層，而在諸分層膜頂部，高折射率膜112H分層。由于如此構成的多層光學膜112對三基色波長帶光具有高反射特性，所以提高了屏的白電平。另因多層光學膜112由溶劑材料制成，故有撓性。三基色波長帶光的各波長就是從上述投影單元20(圖10)的光源(激光振蕩器21)發射的各色激光的波長。
高低折射率膜112H和112L并不限于熱硬化樹脂。對于高折射率膜112H，為使折射率達到1.9，可以使用混有二氧化鈦(TiO2)細粒的樹脂。對于低折射率膜112L，為使折射率為1.2，例如可使用氟化樹脂。在使用這類折射率的材料時，總層數變為7。這樣，若高低折射率膜112H與112L的折射率之差越大，則高低折射率膜112H與112L的總層數就變得越少。因此就生產率而言，最好增大這些膜之間的折射率之差。
角度校正層113例如是一塊處理成菲涅耳鏡形狀的撓性塑料基片，能使光沿垂至于多層光學膜112表面的方向進入。菲涅耳鏡是一種同心分割球面鏡球面表面并以同心方式安排分割的球面表面的透鏡，即許多槽按透鏡中心同心排列的透鏡。這些槽經設計，可對各槽校正聚焦位置誤差。
本例把角度校正層113加工成例如菲涅耳鏡131(圖14)或菲涅耳鏡132(圖15)的形狀。在菲涅耳鏡131的情況下，其截面形狀在其中心有一曲面結構131A，在該曲面兩端具有鋸條結構131B。鋸條結構131B設置了許多指定角度的槽，且包括許多鋸條131Bm(m為1、2或3)。曲面結構131A和鋸條結構131B都被設計成復合公式(3)所示的相位φ(x)和公式(4)所示的坐標xm，Xm對應于曲面結構131A與鋸條結構131B之間的邊界坐標或鋸條結構131B的相鄰鋸條131Bm之間的邊界坐標。λ是入射光波長，f為焦距。入射光波長λ是三基色波長帶光各色的波長，如紅光波長為642nm，綠光波長為532nm，藍光波長為457nm。
(公式3)Φ(x)=2πf-f2+x2λ=2mπ]]>(公式4)Xm=m2λ2+2mfλ]]>在菲涅耳鏡132中，將曲面結構131A和鋸條結構131B的曲面變形為平滑面，帶槽結構132A。槽結構132A包括許多槽132Am，它們被設計成符合公式(3)所示的相位φ(x)和公式(4)所示的坐標Xm，與菲涅耳鏡131一樣。槽132Am右側面的坐標為Xm。
如上所述，角度校正層113被加工成菲涅耳鏡131或132的形狀，因而如圖16所示，在三基色波長帶光例如與垂至于屏的方向以30度角進入時，這些入射光被角度校正層113衍射，以垂至于多層光學膜112的方向進入。這樣，可防止降低多層光學膜112的光學特性，色移難以發生。角度校正層113因被加工成菲涅耳鏡131或132的形狀，故薄而平滑。
光散射層114例如是一種形成微鏡陣列(MLA)具有撓性的膜。通過多層光學膜112的三基色波長帶光在該光散射層114被散射，這樣可擴大視場角，得到良好的視場特性。光散射層114內部以均一的間隔排列了許多直徑約幾μm～幾mm的球珠，這些珠由透明材料制作，如玻璃、高分子材料等。而且，光散射層114內部在指定介質中散布了金屬細粒，如銀(Ag)、銅(Cu)等。
如上所述，本例的屏元件黑基片111、多層光學膜112、角度校正層113和光散射層114都具有撓性，故屏本身也有撓性。
現在描述制造如此構成的投影屏100的方法。先制備由含涂黑的高分子材料組成的黑基片111。然后在黑基板111上應用大氣中旋涂等涂布方法，使由溶劑材料組成的高低折射率膜112H和112L交替分層，形成多層光學膜112，它具有撓性。該多層光學膜2的各膜的厚度經設計，例如對包含紅綠藍各波長帶光的三基色波長帶光具有高反射特性。而且，多層光學膜112各膜的厚度設計成對三基色波長帶光以外的至少可見波長帶光具有高透射特性。
更具體地說，如圖18所示，多層光學膜112被設計成對三基色波長帶光(紅光波長642nm，綠光波長532nm，藍光波長457nm)具有如80％的高反射率，對三基色波長帶光以外的至少可見波長帶光具有反射率為20％或以下的高透射特性。首先，為形成如上設計的多層光學膜112，在黑基片111上運用涂布法由Hirano Tecseed有限公司制造的Cap涂布機施加溶劑材料，即JSR公司制造的熱固樹脂Opster(JN7102，折射率1.68)。然后以120度對它熱處理10分鐘，形成高折射率膜112H，厚度為1023nm。在高折射率膜112H的厚度超過1023nm的情況下，通過對膜112H作腐蝕處理，如氧等離子蝕刻等，通過監視膜112H的反射特性等，可達到所期望的厚度。
然后，像在高折射率膜112H中一樣，在高折射率膜112上用上述Cap涂布機施加溶劑材料，即JSR公司制造的熱固樹脂Opster(JN7215，折射率1.41)。再在120度對它熱處理60分鐘，形成低折射率膜112L，其厚度為780nm。在低折射率膜112L的厚度大于780nm時，以高折射率膜112H中同樣的方法對低折射率膜112L作蝕刻處理，可達到期望的厚度。重復此類工藝，使9塊高折射率膜112H和9塊低折射率膜112L交替分層，然后在分層膜頂部使高折射率膜112H成層，這樣就形成了具有如圖18實線所示反射特性的多層光學膜112。
接著，在多層光學膜112上附接角度校正層113。該角度校正層13是一種把撓性塑料基片加工成菲涅耳鏡131或132形狀而制成的層。在將角度校正層113加工成菲涅耳鏡131的形狀時，形成的截面形狀在中心具有曲面結構131A，而在鋸條結構131B內，在曲面兩側按指定角度形成許多槽。鋸條結構131B以指定角度形成許多槽，包括許多鋸條131Bm(m為1、2或3)。曲面結構131A和鋸條結構131B都被設計成符合公式(3)的相位φ(x)和公式(4)的坐標Xm。
在把角度校正層113加工成菲涅耳鏡132形狀時，使曲面結構131A和鋸條結構131B的曲面變形成平表面，并形成槽結構132A，這些槽結構132A有多條槽132Am，且被設計成符合公式(3)的相位φ(x)和公式(4)的坐標Xm，與菲涅耳鏡131一樣。入射光波長λ是三基色波長帶光各色的波長，如紅光波長為642nm，綠光波長為532nm，藍光被長為457nm。角度校正層113因被加工成菲涅耳鏡131或132的形狀，故變得薄而平滑。
最后，在多層光學膜112上附接內部形成了例如微鏡陣列(MLA)的光散射層114，完成圖13的投影屏100。如上所述，本例不僅使黑基片111具備吸光層作用而提高了圖像的黑電平，還通過形成多層光學膜112而提高了圖像的白電平，故提高了圖像的亮暗反差，可得到情況的圖像，所以不必像以往那樣要改變屏的表面形狀(如形成凸部)來提高圖像的亮暗反差，從而節省了人工和時間，降低了制造成本。
在這方面，本申請的申請人提出了一種具有用無機材料制作的光學膜的投影屏(專利申請NO.2002-070799)。該光學膜通過使高折射率層和低折射率層(其折射率低于高折射率層的折射率)交替分層而制成。作為高折射率層的無機材料，例如可使用五氧化鈮(Nb2O5)、二氧化鈦或五氧化鉭(Ta2O5)；作為低折射率層的無機材料，例如可使用二氧化硅(SiO2)或氟化錳(MgF2)。由此類無機材料組成的光學膜，用濺射等真空法形成。另一方面，由于本例的多層光學膜112是在大氣中用涂布法形成的，故其制造成本比真空處理低。
作為上述正面型投影單元20的屏(圖10)，例如可使用如此構成的投影屏100。
在投影屏100中，運用外界光，從該投影單元20投射的三基色波長帶光通過光散射層114和角度校正層113，進入多層光學膜112。如圖17所示，在不形成角度校正層113的情況下，當三基色波長帶光例如對垂至于屏的方向以30度角度進入時，會斜著進入多層光學膜112，因而在多層光學膜112上反射的三基色波長帶光會改變期望的光學特性和產生色移(圖18中虛線)。但在本例中，在多層光學膜112上形成了角度校正層113，它起到菲涅耳鏡的作用，故三基色波長帶光被該角度校正層113衍射，以垂至于多層光學膜112的方向進入，如圖16所示。
在該多層光學膜12中，三基色波長帶光被反射，但至少三基色波長帶光以外的可見波長帶光可通過而被吸入黑基片111。于是，在多層光學膜112上反射的三基色波長帶光幾乎不產生色移，如圖18的實線所示，并按期望的光學特性被反射。這樣，三基色波長帶光進入光散射層114后被該光散射層114散射，在屏正面形成圖像。
因此，不僅黑電平被黑基片111提高了，而且白電平也被多層光學膜112提高了，從而形成亮暗高反差的圖像。再者，角度校正層113可防止降低多層光學膜112的光學特性，幾乎部出現色移，故可形成高色差的圖像。
如上所述，本例中，多層光學膜112對三基色波長帶光具有高反射特性，而對至少三基色波長帶光以外的可見波長帶光則具有高透射特性，使圖像的白電平提高，故能得到清晰的圖像而不受投影環境的影響。另在多層光學膜112上形成了角度校正層113，因而即使入射光斜向進入屏，該角度校正層113也使三基色波長帶光以垂至于多層光學膜112的方向進入，故可防止降低多層光學膜112的光學特性。幾乎不發生色移。結果，由于能提高色反差，所以可得到鮮艷的圖像，并擴大其屏尺寸。而且，由于在高分子材料組成的黑基片111上用溶劑材料形成了多層光學膜112，故屏變得有撓性，提高了存貯效率。
再者，不僅通過對黑基片111提供吸光層作用而提高了圖像的黑電平，還通過形成多層光學膜112而提高了圖像的白電平，故能提高圖像的亮暗反差，得到清晰的圖像，所以不必像往常那樣要修改屏的表面形狀如形成凸部來提高圖像的亮暗反差，結果可節省人工和時間，降低制造成本。另因應用涂布法形成多層光學膜112，與真空工藝相比，可減少其制造成本。
雖然按第二實施例描述了本發明，但本發明并不限于上述實施例，可以作各種修正。例如，雖在本例中把加熱固化的熱固樹脂用作溶劑材料來形成多層光學膜112，但也可交替使用通過照射紫外線而固化的熱固樹脂。
而且，本例雖對角度校正層113使用了塑膠制作的塑料基片，但也可使用非塑料材料制作的基片，例如可使用玻璃料制作的基片。再者，本例雖然把角度校正層113加工成菲涅耳鏡131或132的形狀，但是也可將其加工成其它菲涅耳鏡的形狀。另在本例中，角度校正層113形成在溶劑材料制作的多層光學膜112上，但也可形成在無機材料等其它材料制作的多層光學膜上。還有，本例中雖將角度校正層113形成在多層光學膜上，但也可把它形成在具有反射光功能的任何光學反射層上。
再者，本例中雖將黑基片111用作基片而且具有吸光層的作用，但也可把透明141用作基片，并在其背面分開形成涂黑制作的吸光層142(圖19)。另可將透明基片141用作基片，在其背面分開設置一黑基片。
如上所述，根據本發明的投影屏，在基片上設置了選擇性光反射層，它對特定波長帶光具有反射特性，而對至少特定波長帶光以外的可見波長帶光具有吸收特性，因而可提高圖像的白電平與黑電平，能得到清晰的圖像而不受投影環境的影響。
具體而言，鑒于選擇性光反射層的結構，其中金屬膜和介質膜交替分層，可實現寬的視場角，因而提高了視場特性，可獲得擴大的屏尺寸。
而且，由于基片由高分子材料制成，選擇性光反射層的結構使金屬膜和介質膜交替分層，故屏變得有撓性，提高了存貯效率。
再者，根據本發明制造投影屏的方法，通過形成選擇性光反射層來提高圖像的黑白電平，可提高圖像的亮暗反差，得到清晰的圖像，這樣就不必像以往那樣通過改變屏的表面形狀如形成凸部來提高圖像的亮暗反差，可降低其制造成本。
具體而言，由于選擇性光反射層具有金屬膜和介質膜交替分層的結構，反射率變化的膜厚相依性變得更小，其入射角相依性也變得更小，所以能擴大其制造利潤邊際，進一步降低制造成本，提高生產率。
另外，角度校正層形成在選擇性光反射層上，故在入射光斜向進入屏的情況下，由于這一角度校正層，當使光以垂至于該選擇性光反射層表面的方向進入時，可防止降低選擇性光反射層的光學特性，不發生色移。因此，由于提高了色反差，可得到清晰的圖像，并擴大其屏尺寸。
根據以上內容，顯然可對本發明作出許多修正與變更，因此應該理解，本發明可在所附權項的范圍內實施而不只是具體描述的那樣。
權利要求
1.一種投影屏，其特征在于，它包括基片；和選擇性光反射層，它形成在所述基片的一側，對特定波長的光具有反射特性，而對除所述特定波長的光以外的其它光則具有吸收特性。
2.如權利要求1所述的投影屏，其特征在于，所述選擇性光反射層對所述特定波長的光具有70％或以上的反射率，而對除所述特定波長的光以外的其它光具有80％或以上的吸收率。
3.如權利要求1所述的投影屏，其特征在于，所述選擇性光反射層是一種使金屬膜和介質膜交替分層而制成的多層光學膜。
4.如權利要求3所述的投影屏，其特征在于，所述金屬膜由Nb、Al或Ag制成。
5.如權利要求3所述的投影屏，其特征在于，所述介質膜由Nb2O5、TiO2、Ta2O5、Al2O3或SiO2制成。
6.如權利要求3所述的投影屏，其特征在于，所述選擇性光反射層具有由Nb制成的第一金屬膜、由Nb2O5制成的第一介質膜、由Nb制成的第二金屬膜和Nb2O5制成的第二介質膜依次分層而形成的結構。
7.如權利要求3所述的投影屏，其特征在于，所述選擇性光反射層具有由Al制成的第一金屬膜、由Nb2O5制成的第一介質膜、由Nb制成的第二金屬膜和由Nb2O5制成的第二介質膜依次分層而形成的結構。
8.如權利要求1所述的投影屏，其特征在于，所述基片由高分子材料制成。
9.如權利要求8所述的投影屏，其特征在于，所述高分子材料是聚碳酸酯、聚乙烯對酞酸鹽、聚乙烯石腦油、聚醚砜類或聚烯烴。
10.如權利要求1所述的投影屏，其特征在于，在所述基片相對一側上的選擇性光反射層上設置有光散射層。
11.如權利要求1所述的投影屏，其特征在于，把具有多個凸部或多個凹部的光散射部分設置在基片上，形成了選擇性光反射層的表面上。
12.如權利要求1所述的投影屏，其特征在于，所述特定波長帶包括紅光、綠光和藍光各自的波長帶。
13.如權利要求1所述的投影屏，其特征在于，它包括一角度校正層，所述角度校正層形成在基片相對一側的選擇性光反射層上，使光以垂至于所述選擇性光反射層表面的方向進入。
14.如權利要求13所述的投影屏，其特征在于，所述選擇性光反射層對特定波長帶的光具有80％或以上的反射率，而對至少除所述特定波長帶的光以外的可見波長帶的光具有80％或以上的透射率。
15.如權利要求13所述的投影屏，其特征在于，所述選擇性光反射層由溶劑材料制成。
16.如權利要求15所述的投影屏，其特征在于，所述選擇性光反射層的溶劑材料通過加熱或照射紫外線而固化。
17.如權利要求16所述的投影屏，其特征在于，所述選擇性光反射層是一種多層光學膜，通過使高折射率膜和折射率比高折射率更低的低折射率交替分層而制成。
18.如權利要求13所述的投影屏，其特征在于，把角度校正層加工成菲涅耳鏡的形狀。
19.如權利要求13所述的投影屏，其特征在于，所述基片呈黑色，具有吸光層的作用。
20.如權利要求13所述的投影屏，其特征在于，所述基片為透明，在所述選擇性光反射層相對一側的基片上具有涂黑制成的吸光層。
21.如權利要求13所述的投影屏，其特征在于，在所述選擇性光反射層相對一側的角度校正層上包括一光散射層。
22.如權利要求21所述的投影屏，其特征在于，所述光散射層是一薄膜。
23.一種制造投影屏的方法，其特征在于，它包括在基片上應用濺射法形成選擇性光反射層的步驟，所述選擇性光反射層對特定波長帶的光具有反射特性，而對除所述特定波長帶以外的其它光則具有吸收特性。
24.如權利要求23所述的制造投影屏的方法，其特征在于，所述選擇性光反射層對特定波長帶的光具有70％或以上的反射率，而對除所述特定波長帶以外的其它光則具有80％或以上的吸收率。
25.如權利要求23所述的制造投影屏的方法，其特征在于，所述選擇性光反射層是一種金屬膜和介質膜交替分層而形成的多層光學膜。
26.如權利要求25所述的制造投影屏的方法，其特征在于，所述金屬膜由Nb、Al或Ag制成。
27.如權利要求25所述的制造投影屏的方法，其特征在于，所述介質膜由Nb2O5、TiO2、Ta2O5、Al2O3或SiO2制成。
28.如權利要求25所述的制造投影屏的方法，其特征在于，所述選擇性光反射層具有由Nb制成的第一金屬膜、由Nb2O5制成的第一介質膜、由Nb制成的第二金屬膜和Nb2O5制成的第二介質膜依次分層所形成的結構。
29.如權利要求25所述的制造投影屏的方法，其特征在于，所述選擇性光反射層具有由Al制成的第一金屬膜、由Nb2O5制成的第一介質膜、由Nb制成的第二金屬膜和Nb2O5制成的第二介質膜依次分層所形成的結構。
30.如權利要求23所述的制造投影屏的方法，其特征在于，所述基片由高分子材料制成。
31.如權利要求30所述的制造投影屏的方法，其特征在于，所述高分子材料是聚碳酸酯、聚乙烯對酞酸鹽、聚乙烯石腦油、聚醚砜類或聚烯烴。
32.如權利要求23所述的制造投影屏的方法，其特征在于，在所述選擇性光反射層上形成光散射層。
33.如權利要求23所述的制造投影屏的方法，其特征在于，在所述基片的表面上形成具有多個凸部或凹部的光散射部。
34.如權利要求23所述的制造投影屏的方法，其特征在于，所述特定波長帶包括紅光、綠光和藍光的各波長帶。
35.如權利要求23所述的制造投影屏的方法，其特征在于，它包括在所述選擇性光反射層上形成角度校正層的步驟，所述角度校正層使光以垂至于所述選擇性光反射層表面的方向進入。
36.如權利要求35所述的制造投影屏的方法，其特征在于，所述選擇性光反射層對特定波長帶的光具有80％或以上的反射率，對除至少所述特定波長光以外的可見波長帶的光具有80％或以上的透射率。
37.如權利要求35所述的制造投影屏的方法，其特征在于，所述選擇性光反射層由溶劑材料制成。
38.如權利要求37所述的制造投影屏的方法，其特征在于，所述選擇性光反射層的溶劑材料通過加熱或照射紫外線而固化。
39.如權利要求38所述的制造投影屏的方法，其特征在于，所述選擇性光反射層是一種使高折射率膜和折射率比所述高折射率膜更低的低折射率膜交替分層而制成的多層光學膜。
40.如權利要求35所述的制造投影屏的方法，其特征在于，把所述角度校正層加工成菲涅耳鏡的形狀。
41.如權利要求35所述的制造投影屏的方法，其特征在于，所述基片呈黑色，且具有吸光層的作用。
42.如權利要求35所述的制造投影屏的方法，其特征在于，所述基片透明，并在所述基片下形成涂黑制成的吸光層。
43.如權利要求35所述的制造投影屏的方法，其特征在于，它包括在光反射層上形成光散射層的步驟。
44.如權利要求43所述的制造投影屏的方法，其特征在于，所述光散射層是一薄膜。
全文摘要
本發明提供一種投影屏，其中能獲得清晰的圖像而不受投影環境的影響，具有撓性，并降低了其制造成本；還提供該投影屏的制造方法。運用濺射法使金屬膜和介質膜交替分層，在透明基片上形成多層光學膜，該膜對三基色波長帶光具有高反射特性，而對其它光則具有高吸收特性，因而能提高圖像的黑白電平。另對于多層光學膜，由于反射率變化的膜厚相依性和入射角相依性都變得更小，故能得到寬的視場角。
文檔編號G03B21/62GK1475857SQ0313317
公開日2004年2月18日 申請日期2003年7月23日 優先權日2002年7月24日
發明者下田和人 申請人:索尼株式會社