专利名称：投影屏及其制造方法
技术领域：
本发明涉及通过接收来自光源的光而显示图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)背景技术近来，高架投影仪和幻灯放映机被广泛用作放映者显现会议材料的装置。在普通家庭里，视频投影仪和活动图像胶片投影仪正在普及。在这些投影仪单元中，光阀把光源输出的光在空间上调制为图像光，这些图像光再通过透镜等照明光学系统投射到投影屏上。
有些此类投影单元能显示彩色图像。此时，发射含红(Q)、绿(G)、蓝(b)三基色白光的光的灯用作光源，透射液晶面板用作光阀。在这种投影单元中，光源发射的白光被照明光学系统生成红光、绿光与蓝光，这些光在各条指定的光路上会聚。这些光束由对应于图像信号的液晶面板在空间上调制，调制的光束被光合成部件组合成彩色图像光，再由投影镜延伸投射到投影屏上。
再后来，作为能显示彩色图像的投影单元，已开发出一种单元，它用窄谱三基色光源，如对三基色发射各别窄谱光的激光振荡器作为光源，并用光栅光阀(GLV)作为光阀。在该投影单元中，对应于图像信号的GLV对激光振荡器发射的各色的每条光束作空间调制。投影单元中的光合成部件将如此调制的光束组合成彩色图像光，再由投影镜把这些组合的彩色图像光延伸透射到投影屏上。
投影单元使用的投影屏分为两类一是透射型，投影光从投影屏后面照射，在前面观看；一是反射型，投影光从前面照射，在前面观看反射光。在任一类中，为实现可视性良好的屏，希望得到明亮而高反差的图像。另为了提高存贮效率，希望投影屏把高分子材料用作基片材料，屏利用这些高分子材料的挠性。
然而，能得到明亮高反差图像屏具有挠性的投影屏还未曾实现过。如在图1的投影屏1000中，把屏的表面形状构思成在透明层1112表面上形成凸部1112A，并在这些凸部1112A的侧面形成涂黑制作的不透明层1113，从而降低了黑电压，提高了亮度与反差(如日本专利NO.2889153)。但此时，问题在于，由于形成凸部1112A和不透明层1113的工艺要费大量时间和人工，其制造成本较高，也不能实现挠性。
另外，图2的投影屏2000包括一块基片1211，其上依次形成反射层1212、吸光层1213和散射层1214(如日本专利NO.3103802)。这种结构的投影屏2000因其所有的层有挠性，故在整体上具有挠性。但问题在于，由于吸光层1213的位置比反射层1212更接近光进入面一侧，而且几乎所有的入射光都被吸入吸光层1213，所以降低了白电平，不能获得足够的亮度与反差。
另外，在投影屏2000中，光从斜向进入屏面，光沿斜向进入反射层1212表面，造成反射特性变化，出现色移，因而降低了色反差，得不到鲜艳的图像。尤其在屏面较大时，这类问题更明显。
(3)发明内容本发明的第一个目的是提供一种投影屏及其制造方法，它可获得清晰而鲜艳的图像且不受投影环境的影响；具有挠性；且可提高生产率。
本发明的第二个目的是提供一种投影屏及其制造方法，其中可扩大屏尺寸，降低制造成本。
本发明的投影屏包括基片和选择性光反射层，后者形成于基片一侧，对特定波长带的光具有吸收特性。即，在这种投影屏中，由于有选择性光反射层，呈现出对特定波长带光的反射特性，并对特定波长带光以外的光呈现出吸收特性，因此可获得高光暗反差的图像。
该投影屏用一种工艺制造，其中在基片上利用溅射法形成对特定波长带光具有反射特性而对其它光具有吸收特性的选择性光反射层。
在本发明的投影屏中，可形成一种角度校正层，该层形成在基片相对一侧的选择性光反射层上，使光沿垂直于选择性光反射层表面的方向进入，这样可防止光反射层的反射特性变化，色移很难出现，从而改善了图像的彩色反差。
该投影屏通过以下步骤制造在基片上用涂布法形成反射层，该层对特定波长带光具有高反射特性，而对特定波长带以外的至少可见波长带光具有高透射特性；并在光反射层上形成让光沿垂至于光反射层表面的方向进入的角度校正层。
通过以下描述，将更全面地了解本发明的其它目的、特征与优点。
(4)
图1是常规投影屏的示意结构图；图2是另一常规投影屏的示意结构图；图3是本发明第一实施例的投影屏示意结构图；图4示出图3中投影屏多层光学膜的光学特性；图5比较了图3中投影屏多层光学膜与对比例投影屏光学膜之间的反射特性；图6比较了图3中投影屏多层光学膜与对比例投影屏光学膜之间的反射特性；图7示出图3中投影屏多层光学膜的光学特性；图8比较了图3中投影屏多层光学膜与对比例投影屏光学膜之间的反射特性；图9比较了图3中投影屏多层光学膜与对比例投影屏光学膜之间的反射特性；图10是使用图3投影屏的投影单元的示意结构图；图11是一例修正的投影屏的示意结构图；图12是一例修正的投影屏的示意结构图；图13是本发明第二实施例的投影屏截面结构图；图14示出用于图13中投影屏角度校正层的菲涅耳透镜；图15示出用于图13中投影屏角度校正层的菲涅耳透镜；图16示意示出光倾斜进入图13中投影屏的情况；图17示意示出光倾斜进入对比例投影屏的情况；图18示出图13中投影屏的多层光学膜的反射特性；和图19是一例修正的投影屏的示意结构图。
(5)具体实施方式
现参照附图详述本发明诸实施例。图3示出本发明第一实施例的投影屏10部件的截面结构。即投影屏10是一种反射型投影屏，包括透明基片11。在其上把多层光学膜12形成为选择性光反射层。该多层光学膜12对特定波长带光具有高反射特性，而对其它光则具有高吸收特性，下面将作详述。在多层光学膜12上形成一光散射层13。例如，透明基片11由高分子材料制作，厚度为188μm，有挠性。作为高分子材料，例如有聚碳酸酯(PC)、聚乙烯对酞酸盐(PET)、聚乙烯石脑油(PEN)、聚醚砜类(PES)与聚烯烃(PO)。
多层光学膜12是一种金属膜12Mp和介质膜12Dp交替分层的膜(p是1-n的正数)，即，多层光学膜12是一种金属膜12M1、介质膜12D1、金属膜12M2、介质膜12D2……，金属膜12Mn和介质膜12Dn依次分层的膜。金属膜12Mp由铌(Nb)、铅(Al)或银(Ag)组成。如在金属膜12Mp使用Al时，多层光学膜12的平均反射率就变大，其上限由该Al决定。在金属膜12Mp使用Nb时，多层光学膜12的平均反射率则变小，其下限由该Nb决定。介质膜12Dp由五氧化铌(Nb2O5)、二氧化钛(TiO2)、五氧化钽(Ta2O5)、氧化铅(Al2O3)或二氧化硅(SiO2)组成。
多层光学膜12的膜厚度都被设计成具有高反射特性，例如对包含红绿蓝波长带光的三基色波长带光而言，反射率达70％或以上。另外，多层光学膜12的膜厚度还被设计成具有高吸收特性。如对三基色波长带以外的波长带光而言，吸光率达80％或以上。多层光学膜12的膜厚度经设计，使各膜的光学厚度对入射光波长λ满足公式(1)[公式1]nd＝λ(α±1/4)(设α为自然数)式中，每个膜的厚度为d，各膜的折射率为n，进入该多层光学膜的入射光的波长为λ。
例如，把该膜设计成对金属膜12M1使用Nb，对介质膜12D1使用Nb2O5，对金属膜12M2使用Nb，对介质膜12D2使用Nb2O5，总层数为四层，具有图4的光学特性。即经设计，使多层光学膜12具有高反射率，如对三基色波长带光(红光波长642nm，绿光波长532nm，蓝光波长457nm)的反射率达70％；具有高吸收性，如对三基色波长带以外的波长带光的吸收率达80％或以上；并对所有的波长带层光具有例如5～10％的透射率。对于这种设计，层厚度为金属膜12M1为40nm，介质膜12D1，为553nm，金属膜12M2，为20nm，介质膜12D2为553nm。
由于如此构成的多层光学膜12对三基色波长带光具有高反射特性而对其它光具有高吸收特性。故提高了白电平和黑电平。另由于多层光学膜12的总层数变少，其膜厚度变小，故具有挠性。三基色波长光的每个波长是后面将描述的投影单元20(图10)中光源(激光振荡器21)发射的各色激光的波长。
在此情况下，当所有膜的厚度比照金属膜12M1、介质膜12D1、金属膜12M2、与介质膜12D2的厚度以同一速率变化时，在三基色波长带光的各波长带内，反射率变化就变成图5中的①～③。另外，在改变对屏的入射角时，在三基色波长带光的各波长带内，反射率变化就变为图6的①～③。如本申请的同一申请人在专利申请NO.2002-070799中提出的一对比例，以其投影屏的光学膜而言，反射率变化的膜厚度相依性如图5的④～⑥所示，反射率变化的入射角相依性如图6的④～⑥所示。该光学膜是一种高折射率层和低折射率层(其折射率比高折射率层的低)交替分层的膜。对高折射率层使用五氧化铌(Nb2O5)，对低折射率层使用二氧化硅(SiO2)。
如图5所示，本例中在改变多层光学膜12的膜厚度时，反射率变化的膜厚度相依性变得比对比例更小。另如图6所示，本例中在改变相对屏的入射角时，反射率变化的入射角相依性变得比对比例更小。此时，尤其是对金属膜12M1与12M2使用Nb时，反射率变化的入射角相依性就变小，可得到宽视场角特性。
另外，如将膜设计成对金属膜12M1使用Al，对介质膜12D1使用Nb2O5，对金属膜12M2使用Nb，而对介质膜12D2使用Nb2O5，使总层数为4，具有图7的光学特性。即经设计，使多层光学膜12对三基色波长带光具有例如80％的高反射率；对其它光具有例如90％或以上的高吸收率；屏对所有的波长带光具有接近0％的透射率。根据这种设计。膜厚度为金属膜12M1为50nm，介质膜12D1为551nm，金属膜12M2为15nm，而介质膜12D2为551nm。
由于如此构成的多层光学膜12对三基色波长带光具有高反射特性，对其它光具有高吸收特性，故能提高屏的白电平和黑电平。另外，因多层光学膜12的总层数变小，故能得到挠性。
另外，在该场合中，当比照金属膜12M1、介质膜12D1、金属膜12M2与介质膜12D2的厚度以同一比率改变所有膜的厚度时，在三基色波长带光的各波长带内，反射率变化变为图8的①～③。另在改变它们对屏的入射角时，在三基色波长带光的各波长带内，反射率变化变为图9的①～③。作为对比例，以光学膜示出了反射率变化的膜厚度相依性(图8的④～⑥)和反射率变化的入射角相依性(图9的④～⑥)。
如图8所示，本例在改变多层光学膜12的膜厚度时，反射率变化的膜厚度相依性变得比对比例更小。另如图9所示，本例在改变对屏的入射角时，反射率变化的入射角相依性变得比对比例更小。此时，尤其在对金属膜12M1使用Al而对金属膜12M2使用Nb时，反射率变化的膜厚度相依性就变小。
供金属膜12Mp使用的材料不限于上述的金属材料，但最好选用在可见波长带内具有均匀反射率的金属材料。另外，供介质膜12Dp使用的材料也不限于上述的介质材料，因为存在一种趋势，即介质膜12Dp的折射率越大，则在三基色波长带光的各波长带内，反射峰的半值范围就变得越大；而折射率越小，则在各色光的波长带内，反射峰的半值范围变得越小。
光散射层13例如是一种含微镜阵列(MLA)且有挠性的膜。在该光散射层13中，在多层光学膜12上反射的三基色波长带光被散射，因而视场角变大，可得到良好的视场特性。在光散射层13中，以均匀的间隔排列了许多直径的几μm～几mm的球形珠，这些珠由玻璃、高分子材料等透明材料制作。另在光散射层13中，在指定介质中散布了银(Ag)、铜(Cu)等金属细粒。
如上所述，本例的屏元件透明基片11、多层光学膜12和光散射层13都具挠性，故屏自身也有挠性。
现在描述制作如此构成的投影屏10的方法。先制备上述高分子材料组成的透明基片11，接着在其上用溅射法等使金属膜12Mp与介质膜12Dp交替分层而形成多层光学膜12。经上述那样的设计，使该多层光学膜12的各膜厚度对红绿蓝波长带光的三基色波长带光具有高反射特性，而对三基色波长带光以外的光具有高吸收特性。
具体而言，多层光学膜12的4层结构包括Nb制作的金属膜12M1、Nb2O5制作的介质膜12D1、Nb制作的金属膜12M2和Nb2O5制作的介质膜12D2。膜的厚度，金属膜12M1为40nm，介质膜12D1为553nm，金属膜12M2为20nm，介质膜12D2为553nm。结果，多层光学膜12对三基色波长带光具有如70％的高反射率，对其它光具有如80％或以上的高吸收率，而且对所有的波长带光具有如5～10％的透射率(图4)。
另外，多层光学膜12的4层结构包括Al制作的金属膜12M1、Nb2O5制作的介质膜12D1、Nb制作的金属膜12M2和Nb2O5制作的介质膜12D2。膜厚度，金属膜12M1为50nm，介质膜12D1为551nm，金属膜12M2为15nm，介质膜12D2为551nm。结果，该多层光学膜12对三基色波长带光具有如80％的高反射率，对其它光具有如90％或以上的高吸收率，并对所有波长带光具有接近0％的透射率(图7)。
最近，通过在多层光学膜12上粘附形成了微镜阵列(MLA)的光散射层13，制出了图3的投影屏10。
如上所述，本例不仅通过对透明基片11起吸光层作用而提高了图像的黑电平，还通过形成多层光学膜12提高了图像的白电平，从而提高了图像的亮暗反差，获得清晰的图像。因此，不必像往常那样例如通过形成凸部而设计屏的表面形状来提高图像的亮暗反差，结果节省了人工与时间，降低了制造成本。
另外，在本例中，由于多层光学膜12具有金属膜12Mp和介质膜12Dp交替分层的结构，因而与对比例相比，反射率的膜厚相依性变得更小，反射率变化的入射角相依性也变得更小。因此，其制造利润边际变大，制造成本进一步降低，生产率得以提高。
如此构成的投影屏10，例如可用作正视型投影单元20的屏。图10示出该投影单元20的简要结构。投影单元20包括作为光源的激光振荡器21，它发射的三基色窄谱光包含三基色的各波长带。例如，激光振荡器21包括发射波长为642nm红光的激光振荡器21R、发射波长为532nm绿光的激光振荡器21G和发射波长为457nm蓝光的激光振荡器2113。
另外，投影单元20还包括准直镜22、柱形镜23、GLV24、容积型全息元件25、检流计小镜26和作为照明光学系统将激光振荡器21发射的光作为图像光导向投影屏10的投影镜27。准直镜22包括红光22R、绿光22G和蓝光22B的准直镜。GLV24包括红光24R、绿光24G和蓝光24B的带将阵列。容积型全息元件25包括第一和第二容积型全息元件25a与25b。
在投影单元20中，诸元件排列后，使激光振荡器21R、21G与21B发射的红光、绿光和蓝光通过准直镜22分别进入各色的准直镜22R、22G和22B，并通过GLV24进入各色的带阵列22R、24R和24B。
在如此构成的投影单元20中，激光振荡器21发射的红绿蓝光通过准直镜22变成平行光，GLV24利用柱形镜23的作用汇集被该准备直镜22变成平行光的三基色波长带光。通过激励对应于图像信号的GLV24的各带阵列，在空间上修正这些汇集的三基色波长带光。
容积型全息元件25通过柱形镜23的作用，汇集利用GLV24的作用而被修正的三基色波长带光。在该容积型全息元件25中，红光被第一容积型全息元件25a衍射，蓝光与红光沿同一方向被第二容积型全息元件25b衍射。另在第一与第二容积型全息元件25a与25b中，绿光不衍射，而是直线通过与红光同方向发射。这样，利用容积型全息元件25的作用，红绿蓝光组合后以同方向发射。以同方向发射的三基色波长带光，沿指定方向被检流小镜26扫描后，通过投影镜27透射的投影屏10的正面。
在本例的投影屏10中，外界光与从投影单元20透射的三基色带光一起通过光散射层13进入多层光学膜12。由于这种多层光学膜12具有图4和7的反射特性，所以在该多层光学膜12上，三基色波长带光被反射，而其它光被吸收。在多层光学膜12上反射的三基色波长带光进入光散射层13而被其散射，在屏正面形成图像。于是，由于多层光学膜12提高了白电平和黑电平，故能形成亮暗高反差图像，所以能获得清晰的图像而不受投影环境的影响。
另外与对比例相比，由于多层光学膜12具有金属膜12Mp与介质膜12Dp交替分层的结构，故有良好的视场特性。如在多层光学膜12中，对金属膜12M1使用Nb，介质膜12D1使用Nb2O5，金属膜12M2使用Nb，介质膜12D2使用Nb2O5，而总层数为4，反射率变化的膜厚相依性变得比图6的对你立更小，因而得出良好的视场特性。又如在金属膜12M1使用Al、介质膜12D1使用Nb2O5、金属膜12M2使用Nb、介质膜12D2使用Nb2O5，而且总层数为4的情况下，反射率变化的膜厚相依性变得比图8的对比例更小，反射率变化的入射角相依性变得比图9的对比例更小，可得到宽视场，因而改善了视觉特性，扩大了其屏尺寸。
而且，由于透明基片11的上部由高分子材料制作，多层光学膜12具有金属膜12Mp和介质膜12Dp交替分成的结构，故屏有挠性，提高了存贮效率。
再者，形成多层光学膜12可提高图像的亮暗反差，得到清晰的图像，因而不必为了提高图像的亮暗反差而像往常那样修改屏的表面形状，如形成凸部。因此，人工和时间节省了，还可降低其制造成本。另因多层光学膜12具有金属膜12Mp和介质膜12Dp交替分层的结构，故与对比例相比，反射率变化的膜厚相依性和入射角相依性都变得更小，因而能扩大其制造利润边际，结果进一步降低了其制造成本，提高了生产率。
虽然第一实施例把透明基片11用作基片，如用作图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，使该基片本身起吸光层的作用。另作为图12的投影屏30，可在透明基片11背面独立形成由黑涂料制作的吸光层32。还可把透明基片11用作基片，在其背面独立设置一块黑基片。
而且，可在透明基片11与金属膜12M1之间形成介质膜，如该介质膜由五氧化铌(Nb2O5)、二氧化钛(TiO2)、五氧化钽(Ta2O5)、氧化铝(Al2O3)或二氧化硅(SiO2)制作。
另在本例中，在多层光学膜12上形成了光散射层13，故在多层光学膜12上反射的三基色波长带光被该光散射层13所散射。但也可在透明基片11表面上形成有许多凸部或凹部的光三射部，并在该光散射部上形成多层光学膜12，它具有与凸部或凹部同样的形状，对特定波长带光具有高反射特性，而对上述波长带以外的至少可见波长带光具有高吸收特性。图13示出本发明第二实施例的投影屏100的截面结构。该投影屏100为反射型投影屏，包括黑基片111，在其上形成作为光反射层的多层光学膜112，它具有例如带通滤波器的作用。该多层光学膜112例如由溶剂材料组成，有挠性。在该多层光学膜112上行船那个角度校正层113，其作用是使光以垂至于多层光学膜112表面的方向进入。下面将详述多层光学膜112和角度校正层113的细节。在角度校正层113上形成光散射层114。
黑基片111由含涂黑的高分子材料制作，例如厚188μm，有挠性。作为高分子材料，例如有聚碳酸酯(PC)、聚乙烯对酞酸盐(PET)、聚乙烯石脑油(PEN)、聚醚砜类(PES)或聚烯烃(PO)。由于该黑基片111因含有涂黑而颜色为黑色，可起到吸光层的作用，吸收通过多层光学膜112的光，因此提高了屏的黑电平。
多层光学膜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交替分层。具体而言，高折射率膜112H由溶剂材料制成，诸如JSR公司制造的热固树脂Opster(JN7102，折射率1.68)；低折射率膜112L由溶剂材料制作，诸如JSR公司制造的热固树脂Opster(JN7215，折射率1.41)。因此，多层光学膜112有挠性。
多层光学膜112的各膜的厚度被设计成对三基色波长带光具有如80％或以上的高反射特性，例如三基色波长带光包含红绿蓝各波长带的光。另外，多层光学膜112的各膜的厚度还被设计成对三基色波长带光以外的至少可见波长带光具有例如80％或以上的高透射率特性。多层光学膜112的各膜的厚度经设计，使各膜的光学厚度nd相对入射光波长λ满足下面的公式(2)；(公式2)nd＝λ(α±1/4)(设α为自然数)式中各膜厚度为d，各膜的折射率为n，进入该多层光学膜的入射光的波长为λ。
具体而言，设计时，使高折射率膜112H和低折射率膜112L由带上述折射率的热固树脂制作，而图18中示成实线的多层光学膜112对三基色波长带光(红光波长642nm，绿光波长532nm，蓝光波长457nm)具有诸如80％的高反射率，对这些三基色波长带光以外的至少可见波长带光则具有诸如20％反射率的高透射特性。鉴于这种设计，高折射率膜112H厚1023nm，低折射率膜112L厚780nm，9块高折射率膜112H和9块低折射率膜112L交替分层，而在诸分层膜顶部，高折射率膜112H分层。由于如此构成的多层光学膜112对三基色波长带光具有高反射特性，所以提高了屏的白电平。另因多层光学膜112由溶剂材料制成，故有挠性。三基色波长带光的各波长就是从上述投影单元20(图10)的光源(激光振荡器21)发射的各色激光的波长。
高低折射率膜112H和112L并不限于热硬化树脂。对于高折射率膜112H，为使折射率达到1.9，可以使用混有二氧化钛(TiO2)细粒的树脂。对于低折射率膜112L，为使折射率为1.2，例如可使用氟化树脂。在使用这类折射率的材料时，总层数变为7。这样，若高低折射率膜112H与112L的折射率之差越大，则高低折射率膜112H与112L的总层数就变得越少。因此就生产率而言，最好增大这些膜之间的折射率之差。
角度校正层113例如是一块处理成菲涅耳镜形状的挠性塑料基片，能使光沿垂至于多层光学膜112表面的方向进入。菲涅耳镜是一种同心分割球面镜球面表面并以同心方式安排分割的球面表面的透镜，即许多槽按透镜中心同心排列的透镜。这些槽经设计，可对各槽校正聚焦位置误差。
本例把角度校正层113加工成例如菲涅耳镜131(图14)或菲涅耳镜132(图15)的形状。在菲涅耳镜131的情况下，其截面形状在其中心有一曲面结构131A，在该曲面两端具有锯条结构131B。锯条结构131B设置了许多指定角度的槽，且包括许多锯条131Bm(m为1、2或3)。曲面结构131A和锯条结构131B都被设计成复合公式(3)所示的相位φ(x)和公式(4)所示的坐标xm，Xm对应于曲面结构131A与锯条结构131B之间的边界坐标或锯条结构131B的相邻锯条131Bm之间的边界坐标。λ是入射光波长，f为焦距。入射光波长λ是三基色波长带光各色的波长，如红光波长为642nm，绿光波长为532nm，蓝光波长为457nm。
(公式3)Φ(x)=2πf-f2+x2λ=2mπ]]>(公式4)Xm=m2λ2+2mfλ]]>在菲涅耳镜132中，将曲面结构131A和锯条结构131B的曲面变形为平滑面，带槽结构132A。槽结构132A包括许多槽132Am，它们被设计成符合公式(3)所示的相位φ(x)和公式(4)所示的坐标Xm，与菲涅耳镜131一样。槽132Am右侧面的坐标为Xm。
如上所述，角度校正层113被加工成菲涅耳镜131或132的形状，因而如图16所示，在三基色波长带光例如与垂至于屏的方向以30度角进入时，这些入射光被角度校正层113衍射，以垂至于多层光学膜112的方向进入。这样，可防止降低多层光学膜112的光学特性，色移难以发生。角度校正层113因被加工成菲涅耳镜131或132的形状，故薄而平滑。
光散射层114例如是一种形成微镜阵列(MLA)具有挠性的膜。通过多层光学膜112的三基色波长带光在该光散射层114被散射，这样可扩大视场角，得到良好的视场特性。光散射层114内部以均一的间隔排列了许多直径约几μm～几mm的球珠，这些珠由透明材料制作，如玻璃、高分子材料等。而且，光散射层114内部在指定介质中散布了金属细粒，如银(Ag)、铜(Cu)等。
如上所述，本例的屏元件黑基片111、多层光学膜112、角度校正层113和光散射层114都具有挠性，故屏本身也有挠性。
现在描述制造如此构成的投影屏100的方法。先制备由含涂黑的高分子材料组成的黑基片111。然后在黑基板111上应用大气中旋涂等涂布方法，使由溶剂材料组成的高低折射率膜112H和112L交替分层，形成多层光学膜112，它具有挠性。该多层光学膜2的各膜的厚度经设计，例如对包含红绿蓝各波长带光的三基色波长带光具有高反射特性。而且，多层光学膜112各膜的厚度设计成对三基色波长带光以外的至少可见波长带光具有高透射特性。
更具体地说，如图18所示，多层光学膜112被设计成对三基色波长带光(红光波长642nm，绿光波长532nm，蓝光波长457nm)具有如80％的高反射率，对三基色波长带光以外的至少可见波长带光具有反射率为20％或以下的高透射特性。首先，为形成如上设计的多层光学膜112，在黑基片111上运用涂布法由Hirano Tecseed有限公司制造的Cap涂布机施加溶剂材料，即JSR公司制造的热固树脂Opster(JN7102，折射率1.68)。然后以120度对它热处理10分钟，形成高折射率膜112H，厚度为1023nm。在高折射率膜112H的厚度超过1023nm的情况下，通过对膜112H作腐蚀处理，如氧等离子蚀刻等，通过监视膜112H的反射特性等，可达到所期望的厚度。
然后，像在高折射率膜112H中一样，在高折射率膜112上用上述Cap涂布机施加溶剂材料，即JSR公司制造的热固树脂Opster(JN7215，折射率1.41)。再在120度对它热处理60分钟，形成低折射率膜112L，其厚度为780nm。在低折射率膜112L的厚度大于780nm时，以高折射率膜112H中同样的方法对低折射率膜112L作蚀刻处理，可达到期望的厚度。重复此类工艺，使9块高折射率膜112H和9块低折射率膜112L交替分层，然后在分层膜顶部使高折射率膜112H成层，这样就形成了具有如图18实线所示反射特性的多层光学膜112。
接着，在多层光学膜112上附接角度校正层113。该角度校正层13是一种把挠性塑料基片加工成菲涅耳镜131或132形状而制成的层。在将角度校正层113加工成菲涅耳镜131的形状时，形成的截面形状在中心具有曲面结构131A，而在锯条结构131B内，在曲面两侧按指定角度形成许多槽。锯条结构131B以指定角度形成许多槽，包括许多锯条131Bm(m为1、2或3)。曲面结构131A和锯条结构131B都被设计成符合公式(3)的相位φ(x)和公式(4)的坐标Xm。
在把角度校正层113加工成菲涅耳镜132形状时，使曲面结构131A和锯条结构131B的曲面变形成平表面，并形成槽结构132A，这些槽结构132A有多条槽132Am，且被设计成符合公式(3)的相位φ(x)和公式(4)的坐标Xm，与菲涅耳镜131一样。入射光波长λ是三基色波长带光各色的波长，如红光波长为642nm，绿光波长为532nm，蓝光被长为457nm。角度校正层113因被加工成菲涅耳镜131或132的形状，故变得薄而平滑。
最后，在多层光学膜112上附接内部形成了例如微镜阵列(MLA)的光散射层114，完成图13的投影屏100。如上所述，本例不仅使黑基片111具备吸光层作用而提高了图像的黑电平，还通过形成多层光学膜112而提高了图像的白电平，故提高了图像的亮暗反差，可得到情况的图像，所以不必像以往那样要改变屏的表面形状(如形成凸部)来提高图像的亮暗反差，从而节省了人工和时间，降低了制造成本。
在这方面，本申请的申请人提出了一种具有用无机材料制作的光学膜的投影屏(专利申请NO.2002-070799)。该光学膜通过使高折射率层和低折射率层(其折射率低于高折射率层的折射率)交替分层而制成。作为高折射率层的无机材料，例如可使用五氧化铌(Nb2O5)、二氧化钛或五氧化钽(Ta2O5)；作为低折射率层的无机材料，例如可使用二氧化硅(SiO2)或氟化锰(MgF2)。由此类无机材料组成的光学膜，用溅射等真空法形成。另一方面，由于本例的多层光学膜112是在大气中用涂布法形成的，故其制造成本比真空处理低。
作为上述正面型投影单元20的屏(图10)，例如可使用如此构成的投影屏100。
在投影屏100中，运用外界光，从该投影单元20投射的三基色波长带光通过光散射层114和角度校正层113，进入多层光学膜112。如图17所示，在不形成角度校正层113的情况下，当三基色波长带光例如对垂至于屏的方向以30度角度进入时，会斜着进入多层光学膜112，因而在多层光学膜112上反射的三基色波长带光会改变期望的光学特性和产生色移(图18中虚线)。但在本例中，在多层光学膜112上形成了角度校正层113，它起到菲涅耳镜的作用，故三基色波长带光被该角度校正层113衍射，以垂至于多层光学膜112的方向进入，如图16所示。
在该多层光学膜12中，三基色波长带光被反射，但至少三基色波长带光以外的可见波长带光可通过而被吸入黑基片111。于是，在多层光学膜112上反射的三基色波长带光几乎不产生色移，如图18的实线所示，并按期望的光学特性被反射。这样，三基色波长带光进入光散射层114后被该光散射层114散射，在屏正面形成图像。
因此，不仅黑电平被黑基片111提高了，而且白电平也被多层光学膜112提高了，从而形成亮暗高反差的图像。再者，角度校正层113可防止降低多层光学膜112的光学特性，几乎部出现色移，故可形成高色差的图像。
如上所述，本例中，多层光学膜112对三基色波长带光具有高反射特性，而对至少三基色波长带光以外的可见波长带光则具有高透射特性，使图像的白电平提高，故能得到清晰的图像而不受投影环境的影响。另在多层光学膜112上形成了角度校正层113，因而即使入射光斜向进入屏，该角度校正层113也使三基色波长带光以垂至于多层光学膜112的方向进入，故可防止降低多层光学膜112的光学特性。几乎不发生色移。结果，由于能提高色反差，所以可得到鲜艳的图像，并扩大其屏尺寸。而且，由于在高分子材料组成的黑基片111上用溶剂材料形成了多层光学膜112，故屏变得有挠性，提高了存贮效率。
再者，不仅通过对黑基片111提供吸光层作用而提高了图像的黑电平，还通过形成多层光学膜112而提高了图像的白电平，故能提高图像的亮暗反差，得到清晰的图像，所以不必像往常那样要修改屏的表面形状如形成凸部来提高图像的亮暗反差，结果可节省人工和时间，降低制造成本。另因应用涂布法形成多层光学膜112，与真空工艺相比，可减少其制造成本。
虽然按第二实施例描述了本发明，但本发明并不限于上述实施例，可以作各种修正。例如，虽在本例中把加热固化的热固树脂用作溶剂材料来形成多层光学膜112，但也可交替使用通过照射紫外线而固化的热固树脂。
而且，本例虽对角度校正层113使用了塑胶制作的塑料基片，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，本例虽然把角度校正层113加工成菲涅耳镜131或132的形状，但是也可将其加工成其它菲涅耳镜的形状。另在本例中，角度校正层113形成在溶剂材料制作的多层光学膜112上，但也可形成在无机材料等其它材料制作的多层光学膜上。还有，本例中虽将角度校正层113形成在多层光学膜上，但也可把它形成在具有反射光功能的任何光学反射层上。
再者，本例中虽将黑基片111用作基片而且具有吸光层的作用，但也可把透明141用作基片，并在其背面分开形成涂黑制作的吸光层142(图19)。另可将透明基片141用作基片，在其背面分开设置一黑基片。
如上所述，根据本发明的投影屏，在基片上设置了选择性光反射层，它对特定波长带光具有反射特性，而对至少特定波长带光以外的可见波长带光具有吸收特性，因而可提高图像的白电平与黑电平，能得到清晰的图像而不受投影环境的影响。
具体而言，鉴于选择性光反射层的结构，其中金属膜和介质膜交替分层，可实现宽的视场角，因而提高了视场特性，可获得扩大的屏尺寸。
而且，由于基片由高分子材料制成，选择性光反射层的结构使金属膜和介质膜交替分层，故屏变得有挠性，提高了存贮效率。
再者，根据本发明制造投影屏的方法，通过形成选择性光反射层来提高图像的黑白电平，可提高图像的亮暗反差，得到清晰的图像，这样就不必像以往那样通过改变屏的表面形状如形成凸部来提高图像的亮暗反差，可降低其制造成本。
具体而言，由于选择性光反射层具有金属膜和介质膜交替分层的结构，反射率变化的膜厚相依性变得更小，其入射角相依性也变得更小，所以能扩大其制造利润边际，进一步降低制造成本，提高生产率。
另外，角度校正层形成在选择性光反射层上，故在入射光斜向进入屏的情况下，由于这一角度校正层，当使光以垂至于该选择性光反射层表面的方向进入时，可防止降低选择性光反射层的光学特性，不发生色移。因此，由于提高了色反差，可得到清晰的图像，并扩大其屏尺寸。
根据以上内容，显然可对本发明作出许多修正与变更，因此应该理解，本发明可在所附权项的范围内实施而不只是具体描述的那样。
权利要求
1.一种投影屏，其特征在于，它包括基片；和选择性光反射层，它形成在所述基片的一侧，对特定波长的光具有反射特性，而对除所述特定波长的光以外的其它光则具有吸收特性。
2.如权利要求1所述的投影屏，其特征在于，所述选择性光反射层对所述特定波长的光具有70％或以上的反射率，而对除所述特定波长的光以外的其它光具有80％或以上的吸收率。
3.如权利要求1所述的投影屏，其特征在于，所述选择性光反射层是一种使金属膜和介质膜交替分层而制成的多层光学膜。
4.如权利要求3所述的投影屏，其特征在于，所述金属膜由Nb、Al或Ag制成。
5.如权利要求3所述的投影屏，其特征在于，所述介质膜由Nb2O5、TiO2、Ta2O5、Al2O3或SiO2制成。
6.如权利要求3所述的投影屏，其特征在于，所述选择性光反射层具有由Nb制成的第一金属膜、由Nb2O5制成的第一介质膜、由Nb制成的第二金属膜和Nb2O5制成的第二介质膜依次分层而形成的结构。
7.如权利要求3所述的投影屏，其特征在于，所述选择性光反射层具有由Al制成的第一金属膜、由Nb2O5制成的第一介质膜、由Nb制成的第二金属膜和由Nb2O5制成的第二介质膜依次分层而形成的结构。
8.如权利要求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.如权利要求8所述的投影屏，其特征在于，所述高分子材料是聚碳酸酯、聚乙烯对酞酸盐、聚乙烯石脑油、聚醚砜类或聚烯烃。
10.如权利要求1所述的投影屏，其特征在于，在所述基片相对一侧上的选择性光反射层上设置有光散射层。
11.如权利要求1所述的投影屏，其特征在于，把具有多个凸部或多个凹部的光散射部分设置在基片上，形成了选择性光反射层的表面上。
12.如权利要求1所述的投影屏，其特征在于，所述特定波长带包括红光、绿光和蓝光各自的波长带。
13.如权利要求1所述的投影屏，其特征在于，它包括一角度校正层，所述角度校正层形成在基片相对一侧的选择性光反射层上，使光以垂至于所述选择性光反射层表面的方向进入。
14.如权利要求13所述的投影屏，其特征在于，所述选择性光反射层对特定波长带的光具有80％或以上的反射率，而对至少除所述特定波长带的光以外的可见波长带的光具有80％或以上的透射率。
15.如权利要求13所述的投影屏，其特征在于，所述选择性光反射层由溶剂材料制成。
16.如权利要求15所述的投影屏，其特征在于，所述选择性光反射层的溶剂材料通过加热或照射紫外线而固化。
17.如权利要求16所述的投影屏，其特征在于，所述选择性光反射层是一种多层光学膜，通过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层而制成。
18.如权利要求13所述的投影屏，其特征在于，把角度校正层加工成菲涅耳镜的形状。
19.如权利要求13所述的投影屏，其特征在于，所述基片呈黑色，具有吸光层的作用。
20.如权利要求13所述的投影屏，其特征在于，所述基片为透明，在所述选择性光反射层相对一侧的基片上具有涂黑制成的吸光层。
21.如权利要求13所述的投影屏，其特征在于，在所述选择性光反射层相对一侧的角度校正层上包括一光散射层。
22.如权利要求21所述的投影屏，其特征在于，所述光散射层是一薄膜。
23.一种制造投影屏的方法，其特征在于，它包括在基片上应用溅射法形成选择性光反射层的步骤，所述选择性光反射层对特定波长带的光具有反射特性，而对除所述特定波长带以外的其它光则具有吸收特性。
24.如权利要求23所述的制造投影屏的方法，其特征在于，所述选择性光反射层对特定波长带的光具有70％或以上的反射率，而对除所述特定波长带以外的其它光则具有80％或以上的吸收率。
25.如权利要求23所述的制造投影屏的方法，其特征在于，所述选择性光反射层是一种金属膜和介质膜交替分层而形成的多层光学膜。
26.如权利要求25所述的制造投影屏的方法，其特征在于，所述金属膜由Nb、Al或Ag制成。
27.如权利要求25所述的制造投影屏的方法，其特征在于，所述介质膜由Nb2O5、TiO2、Ta2O5、Al2O3或SiO2制成。
28.如权利要求25所述的制造投影屏的方法，其特征在于，所述选择性光反射层具有由Nb制成的第一金属膜、由Nb2O5制成的第一介质膜、由Nb制成的第二金属膜和Nb2O5制成的第二介质膜依次分层所形成的结构。
29.如权利要求25所述的制造投影屏的方法，其特征在于，所述选择性光反射层具有由Al制成的第一金属膜、由Nb2O5制成的第一介质膜、由Nb制成的第二金属膜和Nb2O5制成的第二介质膜依次分层所形成的结构。
30.如权利要求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.如权利要求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、聚乙烯对酞酸盐、聚乙烯石脑油、聚醚砜类或聚烯烃。
32.如权利要求23所述的制造投影屏的方法，其特征在于，在所述选择性光反射层上形成光散射层。
33.如权利要求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个凸部或凹部的光散射部。
34.如权利要求23所述的制造投影屏的方法，其特征在于，所述特定波长带包括红光、绿光和蓝光的各波长带。
35.如权利要求23所述的制造投影屏的方法，其特征在于，它包括在所述选择性光反射层上形成角度校正层的步骤，所述角度校正层使光以垂至于所述选择性光反射层表面的方向进入。
36.如权利要求35所述的制造投影屏的方法，其特征在于，所述选择性光反射层对特定波长带的光具有80％或以上的反射率，对除至少所述特定波长光以外的可见波长带的光具有80％或以上的透射率。
37.如权利要求35所述的制造投影屏的方法，其特征在于，所述选择性光反射层由溶剂材料制成。
38.如权利要求37所述的制造投影屏的方法，其特征在于，所述选择性光反射层的溶剂材料通过加热或照射紫外线而固化。
39.如权利要求38所述的制造投影屏的方法，其特征在于，所述选择性光反射层是一种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层而制成的多层光学膜。
40.如权利要求35所述的制造投影屏的方法，其特征在于，把所述角度校正层加工成菲涅耳镜的形状。
41.如权利要求35所述的制造投影屏的方法，其特征在于，所述基片呈黑色，且具有吸光层的作用。
42.如权利要求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层。
43.如权利要求35所述的制造投影屏的方法，其特征在于，它包括在光反射层上形成光散射层的步骤。
44.如权利要求43所述的制造投影屏的方法，其特征在于，所述光散射层是一薄膜。
全文摘要
本发明提供一种投影屏，其中能获得清晰的图像而不受投影环境的影响，具有挠性，并降低了其制造成本；还提供该投影屏的制造方法。运用溅射法使金属膜和介质膜交替分层，在透明基片上形成多层光学膜，该膜对三基色波长带光具有高反射特性，而对其它光则具有高吸收特性，因而能提高图像的黑白电平。另对于多层光学膜，由于反射率变化的膜厚相依性和入射角相依性都变得更小，故能得到宽的视场角。
文档编号G03B21/62GK1475857SQ0313317
公开日2004年2月18日 申请日期2003年7月23日 优先权日2002年7月24日
发明者下田和人 申请人:索尼株式会社