投影屏幕的制作方法

专利名称：投影屏幕的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种投影屏幕，并尤其涉及这样一种投影屏幕，其中即使在明亮光线下来自投影仪光线的被投影图像也可得以清楚识别。
背景技术：
高射投影仪(overhead projector)和幻灯机广泛被用作一种讲演者在会议等场合显示材料的方式。同样，使用液晶的视频投影仪和电影(movingpicture film)投影仪也广泛用在普通家庭中。这些投影仪的投影方法包括用透射型液晶面板等调制从光源输出的光线以形成图像光线，并通过诸如透镜等的光学系统发射图像光线，从而投影到屏幕上。
例如，能够在屏幕上形成彩色图像的前部投影仪包括照明光学系统，用于将光源发出的光线分成红(R)、绿(G)和蓝(B)颜色的光线，并将这些光线会聚到预定光路上；液晶面板(光阀)，用于光调制已经由照明光学系统分开的R、G和B每种颜色的光通量；以及光线合成单元，用于合成已经由液晶面板调制的R、G和B每种颜色的光通量，由此通过投影透镜投影由光线合成单元合成的放大的彩色图像。
并且，最近，投影仪设备的类型已经发展成利用窄带三色光源作为光源，并利用光栅光阀(GLV)取代液晶面板，以执行对R、G和B每种颜色的光通量的空间调制。
目前，对于如上所述的投影仪，投影屏幕用于获得被投影的图像，并且投影屏幕通常可以分为透射型和反射型，在透射型投影屏幕中，投影光线从屏幕后面投射，而从屏幕前面观看，而在反射型投影屏幕中，投影光线从平面的前面投射，并且观看被投影的光线中的屏幕反射的光线。对于任一种类型的投影屏幕，明亮的图像和具有较高对比度的图像是必须的，以实现具有良好可见度的屏幕。然而，如上所述的前部投影仪不能够象发光显示器或后部投影仪那样利用ND滤光器等来减弱外部光线的影响，因此，存在难于提高屏幕上的明亮部分的对比度的问题。
也就是说，通过如上所述的投影仪的投影方法，已经经历图像处理的被投影光线在屏幕上反射，从而图像的对比度受到周围亮度的极大影响，简单地增加屏幕的反射率会增大外部光线以及被投影光线的反射率，由此减弱了图像的识别。从而，在投影环境明亮的情况下，难于获得清晰的图像。

发明内容
本发明已经鉴于传统情况而作出，于是，本发明的目的是提供不受投影环境的亮度影响的清晰图像。
用于实现上述目的的根据本发明的投影屏幕是用于在其上投影窄带三色波长带光线从而显示图像的屏幕，其包括在一支撑元件上的光学薄膜，该光学薄膜具有与窄带三色波长带光线相关的高反射特性，并具有与上述波长带光线之外的至少可见波长带光线相关的高透射特性。
通过如此构造的根据本发明的投影屏幕，光学薄膜作用为带通滤波器，就像它本身一样。也就是说，光学薄膜特别地反射窄带三色波长带光线，而投射其他波长的光线，由此作用为窄带三色波长带宽滤波器，起到分离它们的作用。
由于光学薄膜的存在，窄带三色波长带光线的大部分在这个投影屏幕上反射。相反，在外界光线投射于屏幕上的情况下，外界光线的大部分通过投影屏幕透射，而根本几乎不反射。
于是，通过根据本发明的投影屏幕，可以选择性地反射窄带三色波长带光线，并且与普通屏幕相比可以抑制外界光线的反射。于是，抑制了在投影屏幕上形成的图像的对比度恶化，同时有效地减小了外界光线的影响，由此获得明亮的图像。于是，通过这种投影屏幕，即使在投影环境明亮的情况下，也可以获得清晰的图像，并且可以在不受投影环境的亮度的影响下获得清晰的图像。
为了获得上述功能，光学薄膜的结构是至关重要的。例如，上述优点可以通过将光学薄膜设计成由介电多层薄膜形成，其中，高反射率层和低反射率层交替层叠，并且以介电多层薄膜中每层的反射率为n，并且每层的薄膜厚度为d的情况下，介电多层薄膜的每层的光学厚度nd相对于窄带三色光源的每种输出光满足以下表达式(3)
nd＝λ(a±1/4)(a是自然数) (3)现在，在光学薄膜已经设计成对于所有三色波长满足上述表达式(3)的条件的情况下，光学薄膜相对于窄带三色波长带光线形成一反射带。结果，这个反射带对于窄带三色波长带光线呈现出高反射特性。另一方面，对于这些波长之外的可见波长带光线呈现出高透射型。
例如，在结合波长457nm的蓝色激光、波长532nm的绿色激光以及波长642nm的红色激光的情况下，作为窄带三色波长带光线，可以作出对于所有三色波长满足上述表达式(3)的条件的结构，由此实现起到上述带宽滤波器的作用的光学薄膜。
对于根据本发明的投影屏幕，在起到带宽滤波器作用的光学薄膜之外，还提供了一个光漫射层作为光学薄膜的最外层，或作为光学薄膜的中间层也是有效的。光漫射层将在光学薄膜处反射的光线散射，以便获取散射的光线。在没有光漫射层的情况下，观察者仅观察到作为来自投影屏幕的反射光线的镜面反射分量。由于视野受到局限等等，单纯具有镜面反射分量是不利的。另一方面，提供一个光漫射层使得观察者可以观察到漫射的光线，由此，极大改善了视野特性，并且可以可视地识别自然图像。
另外，根据本发明的另一投影屏幕是用于在其上投影预定波长带的光线以显示图像的投影屏幕，其包括光学薄膜，该光学薄膜针对预定波长带的光线具有高反射特性，而对于该波长带光线之外的至少可见波长带光线具有高透射特性。
虽然窄带三色波长带光线可以如上所述用作投射投影屏幕的图像的光源，但是发光器件，例如如具有相对宽发光波长的发光二极管也可以用作光源。而且，该结构可以通过将一定宽度的带宽的光源与滤波器、非线性光学器件、或非线性光学薄膜相结合来实现，以便将光源的波长在可见光范围内分开，如同三基色一样。对于具有预定波长带的光线，可以使用通过将如图发光二极管一样的具有峰值但具有相对宽带宽的发射光相结合而获得的三色波长带光线，并且也可以进一步结合并使用单色、或双色或四色或更多颜色。同样利用这种结构，光学薄膜具有有效反射具有预定波长带的光线并主要反射其主波长带的光线的趋势，并通常透射其主要波长带之外的波长的光线。由于这种光学薄膜，预定波长带光线的主要波长可以通过这个投影屏幕很好地反射。相反，例如在外界光线投射于其上的情况下，外界光线的大部分通过投影屏幕透射，并几乎根本不反射。


图1是示出根据本发明的投影屏幕的结构示例的横截面图；图2是说明散射系数、以及反射光强度和散射光强度之间的关系的特性图；图3是描绘衍射光栅投影仪装置的结构的示意图；图4是示出进入GLV的光线的状态的原理图；图5是示出在GLV处的反射光的状态的原理图；图6是GLV的结构示例的平面图；图7是示出根据第一实施例的投影屏幕的结构的横截面图；图8是示出根据第一实施例的透射率特性的特性图；图9是说明光学厚度nd和平均透射率之间的关系的特性图；图10是根据第二实施例的投影屏幕的投射特性的特性图；图11是示出残留透射率的平均透射率和可见光带宽、以及折射率之间的关系的特性图；图12是示出根据第三实施例的投影屏幕的透射率特性的特性图；图13是示出银的复折射的特性图；图14是示出单个球形银颗粒的散射效率的特性图；图15是示出在球形银颗粒的多次散射的情况下波长和散射系统之间的关系的特性图；图16是示出对于根据第四实施例的投影屏幕，散射率和散射率与折射率之和以及波长之间的关系的特性图；图17是示出铜的复折射的特性图；图18是示出单个球形铜颗粒的散射效率的特性图；图19是示出在球形银颗粒多次反射的情况下波长与散射系统之间的关系的特性图；图20是示出对于根据第五实施例的投影屏幕，散射率和散射率与折射率之和以及波长之间的关系的特性图；图21是示出对于通过将根据第四实施例的光学薄膜与根据第五实施例的光学薄膜层叠而构成的投影屏幕，散射率和散射率与投射率之和以及波长之间的关系的特性图；图22是示出金的复折射的特性图；图23是示出单个球形金颗粒的散射效率的特性图；图24是示出在球形金颗粒多次散射的情况下波长和散射系数之间的关系的特性图；图25是对于根据第六实施例的投影屏幕，散射率、和散射率与反射率之和、以及波长之间的关系的特性图；图26是示出单个银颗粒的散射效率的特性图；图27是示出在球形银颗粒多次散射的情况下波长和散射系数之间的关系的特性图；图28是对于根据第七实施例的投影屏幕，散射率、和散射率和反射率之和、以及波长之间的关系的特性图；图29是示出镍的复折射的特性图；图30是示出单个球形镍颗粒的散射效率的特性图；图31是示出在球形银颗粒多次散射的情况下波长和散射系数之间的关系的特性图；图32是示出对于根据第八实施例的投影屏幕，散射率、散射率和反射率之和、以及波长之间的关系的特性图。
具体实施例方式
下面将参照附图描述本发明。应注意本发明不局限于下面的描述，而在本发明的精髓和范围内可以适当地作出各种改进。
根据本发明的投影屏幕为其上投射窄带三色波长带光线以显示图像的投影屏幕，并具有在支撑元件上的光学薄膜，该光学薄膜对于窄带三色波长带光线具有高反射特性，而对于上述波长带光线之外的可见光波长带具有高透射特性。
图1示出作为应用本发明构造的投影屏幕的前部投影屏幕的横截面图。该投影屏幕1是用于利用光栅光阀(下面称为GLV)显示来自衍射光栅投影仪的图像的投影屏幕。图像是通过投射窄带三色波长带光线来显示的，该光线从作为衍射光栅投影仪的光源的窄带三色光源输出的光线。投影屏幕1包括在屏幕基底2上的光学薄膜3，该光学薄膜是作用为带通滤波器的介电多层薄膜，在光学薄膜3上设置有光漫射层4，并且进一步在其上设置保护薄膜5。
现在，窄带三色光源不是指具有几十nm的波长带宽的光源，如同发光二极管(LED)那样，而是指具有几nm波长带宽的光源，并主要是指激光源。来自窄带三色光源的输出光线波长非常窄，从而与其他类型的光源相比，可以利用窄带三色光源形成更清晰的图像。
屏幕基底2为用于投影屏幕1的支撑元件，并例如可以由聚合物构成，该聚合物诸如为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二(醇)酯、聚醚砜(PES)、聚烯烃(PO)等。同样，屏幕基底2通过包含黑色涂料等而形成为黑色。以这种方式使得屏幕基底2的颜色为黑色可以使屏幕基底本身作用为光吸收层，由此防止透过光学薄膜3的光线被屏幕基底2反射，屏幕基底2吸收透过光学薄膜3的光线，如下面将要描述的。从而，窄带三色波长带光线可以如下面描述的以更加确定的方式作为反射光获得，并且可以改善黑色水平(black level)，并提高对比度。同样，取代利用屏幕基底2，可以使用黑色涂料施加到屏幕基底2的前侧的这种结构，在这种情况下，黑色涂料作用为光吸收层，它毫无反射地吸收透过光学薄膜3的光线，改善褐色水平，由此提高对比度。
光学薄膜3通过交替层叠高折射率层H和低折射率层L而形成，其中高折射率层H是由高折射率材料形成的介电薄膜，而低折射率层L是由低折射率材料形成的介电薄膜，并且以介电多层薄膜中的每层的折射率，即高折射率层H和低折射率层L的折射率，为n，而每层的厚度为d，关于作为来自窄带三色光源的输出光线的窄带三色波长带光线的每个波长λ，每个介电薄膜的光学厚度nd满足以下的表达式(4)。
Nd＝λ(a±1/4)(a是自然数)(4)也就是说，光学薄膜3由高折射率层H和低折射率层L的交替层构成，且每个层的光学厚度匹配预定值。在此，光学厚度nd优选地在1.462μm到1.467μm范围内。光学薄膜3形成对于在满足这种条件的波长位置处的窄带三色波长光线具有高折射特性的反射带，该窄带三色波长光线是来自窄带三色光源的输出光。由于所形成的这种反射带，作为来自窄带三色光源的输出光线的窄带三色波长光线从光学薄膜3反射而不会被投射。而且，光学薄膜3对于反射带之外的波长带的光线具有高投射特性。也就是说，光学薄膜3分别作用为窄带三色波长带滤波器，该滤波器反射窄带三色波长光线，并通常透射该光线之外的波长带的光线。
于是，由于具有这种光学薄膜3，投影屏幕1选择性反射作为来自窄带三色光源的输出光线的窄带三色波长带光线，但通常透射在此之外的波长带的光线。透过光学薄膜3的光线如上所述被作用为光吸收层的屏幕基底2吸收，而不会被反射，从而在反射带处反射的窄带三色波长光线可以作为反射光而被提取。
从而，利用投影屏幕1，即使在外界光线透射到投影屏幕1上的情况下，窄带三色波长光线之外的光线通过被透射而被消除，从而诸如由外界光线引起的对比度恶化的问题以及外界光线的影响等问题予以防止。
也就是说，利用这个投影屏幕1，窄带三色波长光线可以被选择性反射，并且与通常的屏幕相比，可以抑制外界光线的反射，从而在投影屏幕1上形成的图像的对比度下降可得以抑制，同时有效地减弱了外界光线的影响，由此获得明亮的图像。于是，利用投影屏幕1，即使在投影环境明亮的情况下，也可以获得清晰的图像，并且可以在不受投影环境的亮度的影响下获得清晰的图像。
而且，由上面描述可以得知，来自投影仪的窄带三色光源的输出光线的波长特性越陡，则由于与光学薄膜3的协同作用(synergistic effect)来自屏幕的反射光线越接近来自投影仪的输出光线，由此增强了本发明的优点。具有大约几nm波长带宽的光源，例如如激光源，适用于窄带三色光源。
而且，如上所述，在介电多层薄膜中的每层的光学厚度nd满足上述表达式(4)的条件的情况下，形成对于窄带三色波长带宽光线具有高反射特性的反射带，但是对于任意的三色波长，不总是存在光学厚度nd满足上述表达式(4)的条件的三个自然数a的组合。例如，满足该条件的一个组合的示例为波长457nm的蓝色激光、波长532nm的绿色激光、以及波长642nm的红色激光。这些波长是与利用GLV的衍射光栅投影仪装置11一同使用的光源波长。对于这个组合，在光学厚度nd设定为大约1.467μm的情况下，光学厚度nd大约是蓝色激光波长的3.25倍、绿色激光波长的2.75倍、红色激光波长的2.25倍，这接近上述表达式(4)的条件。以这种方式，利用本发明，上述表达式(4)的条件不必要严格满足，通过接近该条件也可以获得上述优点。
应指出的是，在图1中，H1、H2、H3和H4分别标识高折射率层，而L1、L2、和L3分别标识的折射率层。
利用这个投影屏幕1，光学薄膜3通过层叠高折射率层H和的折射率层L来形成，从而实现选择性反射光谱，但是层的数量没有特别限制，并可以使用所需数量的层。反射带等的宽度可以通过改变层的数量来加以调节。而且，介电多层薄膜优选地由奇数层形成，且窄带三色波长带光线入射层以及在相对层上的最外层是高折射率层。构造奇数介电薄膜的介电多层薄膜、即光学薄膜3使得作为窄带三色波长带滤波器的功能比偶数介电薄膜形成的介电多层薄膜更优越。
对于层的特定数量，高折射率层H和低折射率层L的总数优选地为7到11层。在层数过少的情况下，窄带三色波长带光线的功能可能不会充分呈现，而在层数过多的情况下，光学薄膜3的制造耗时。于是，将光学薄膜3构造成高折射率层H和低折射率层L的总数为7到11层可以有效地构成起到窄带三色波长带滤波器作用的光学薄膜3。
利用光学薄膜3，通过增加层的数量，在特定波长带处的反射率增大，并且对于具有相同层数的两种结构，在高折射率层H和低折射率层L之间具有较大折射率差的结构具有较高的反射率。于是，构成光学薄膜3的高折射率层H的折射率应尽可能高，尤其是在2.1和2.7之间。在高折射率层H的折射率小于2.1的情况下，需要大量的层，来实现所需的选择性反射光谱，另一方面，折射率大于2.7的薄膜材料很少见，这就限制了用于高折射率层H的材料的选择范围。具有这种折射率的高折射率层H可以由诸如硫化锌(ZnS)、氧化钛(TiO2)、氧化铈(CeO2)、氧化锆(ZrO2)等的锆折射率材料构成。
而且，构成光学薄膜3的低折射率层L的折射率应尽可能低，尤其是在1.3和1.5之间。在此对于低折射率材料采用与高折射率材料相同的逻辑，即在低折射率层L的折射率大于1.5的情况下，需要大量的层来实现所需的选择性反射光谱，另一方面，折射率小于1.3的光学薄膜材料很少见，这会限制用于的折射率层L的材料的选择范围。具有这种折射率的低折射率材料可以由诸如氟化镁(MgF2)的低折射率材料构成。
而且，投影屏幕1包括光学薄膜3之上的漫射层4，如图1所示。投影屏幕1由于具有光学薄膜3而反射窄带三色波长带光线，因此，观察者看到投影到投影屏幕1上的图像的反射图像，即看到投影到投影屏幕1上的图像的反射光。然而，在来自屏幕的反射光仅仅为镜面反射分量的情况下，由于视野受到限制等对于观察者来说是不利的。
投影屏幕1包括光漫射层4，该层使得来自投影屏幕1的反射光漫射以得以观察到。光漫射层4被构造成选择性散射预定波长带的光线，即，窄带三色波长光线。也就是说，光漫射层4相对于窄带三色波长带光线具有光散射特性。利用如图1所示的在光学薄膜1上设置了光漫射层4的结构，穿过光漫射层4并在光学薄膜3上反射的光线再次穿过光漫射层4。此时，在光学薄膜3上反射的光线在穿过光漫射层4时被漫射，由此可以获得除了镜面反射分量之外的经漫射的反射光。在从投影屏幕1反射的光线中存在镜面反射分量和经漫射的反射光，因此，观察者除了镜面反射分量之外可以观察到被散射的反射光，于是，可以极大地提高视野特性。结果，观察者可以视觉识别自然图像。
同样，经散射的反射光是已经从光学薄膜3上反射的被散射的光线。预定波长带的光线，即窄带三色波长光线在光学薄膜3上反射，从而经散射的反射光也大致为窄带三色波长光线。于是，即使在外界光线透射到投影屏幕1上的情况下，窄带三色波长光线之外的光线不会成为经散射的反射光，从而，不会由于光漫射层4而造成对比度上和外界光的影响上恶化，并且可以获得适宜的视野。
例如，考虑下面的屏幕结构，其中具有漫射系数S的光漫射层为最顶层，具有反射率R的多层薄膜结构的光学薄膜设置在下面，且向屏幕1的入射光强度为1，来自屏幕的三色光的强度Is可以由下面的表达式(5)表示Is＝1·S+(1-S)RS (5)另一方面，镜面反射分量Ir在下面表达式(6)中示出Ir＝(1-S)R(1-S)(6)为了容易理解的原因，让我们假设R＝1和R＝0的理想情况。这些理想情况表示如下首先，在R＝1的情况下，保持以下表达式(7)到(9)Is＝1·S+(1-S)S＝S(2-S) (7)
Ir＝(1-S)2(8)Is/Ir＝S(S-2)/(1-S)2(9)而且，在R＝0的情况下，保持以下表达式(10)和(11)Is＝1.S(10)Ir＝0 (11)这些可以在图2所示中得以说明。从图2可以看出，在散射系数的值从0增大到1时，在反射率R＝1的情况下散射光的强度值Is(R＝1)大致为反射率R＝0情况下散射光的强度值Is(R＝0)的二倍，但是反射率R＝1情况下散射光的强度值Is(R＝1)与在反射率R＝0情况下散射光的强度值Is(R＝0)之间的差呈现为接近1的值S。
例如，在可以实现如下的光漫射层，即散射系数S具有光谱特性，在反射率R＝1的波长带内散射系数大，而在反射率R＝0的波长带内散射系数小的情况下，在光谱散射特性平滑的情况下，散射光的强度比可以大于上述的2。
具有这种光谱散射特性的光漫射层例如可以利用金属精细颗粒构成。一种方式是通过将金属精细颗粒散布在特定介质中来形成光漫射层。通过以这种方式散布金属精细颗粒来构成的光漫射层根据以下条件对于特定波长的光线呈现出优良的光散射特性，该条件为所使用的金属精细颗粒的类型和尺寸、用于散布金属精细颗粒的介质的折射率等等。也就是说，通过具有这种光漫射层，可以形成对于特定波长的光线具有优良散射特性的投影屏幕。
能够构成这种光漫射层的金属精细颗粒的示例为银精细颗粒。例如，通过将大约25nm半径的球形银精细颗粒散布在折射率大约为1.49的介质中所构成的光漫射层对于蓝色波长带内的光线具有优良的光散射特性。也就是说，具有利用银精细颗粒构成的光漫射层可以实现对于蓝色波长带内的光线具有优良光散射特性的投影屏幕。
对于例如通过在光学薄膜3上提供利用这种银精细颗粒所构成的光漫射层4来构造的投影屏幕1，穿过光漫射层4的光线中的窄带三色波长光线在光学薄膜3上反射，并再次返回到光漫射层。在返回到光漫射层4中的窄带三色波长带光线中，蓝色波长带的光线在穿过光漫射层4时被进一步散射，从而形成经散射的反射光线。也就是说，对于蓝色波长带的光线，存在镜面反射分量和经散射的反射光线，从而可以显著改善视野特性，并且可以实现具有优良可视性的投影屏幕。
而且，可以构成如下的结构，其中，取代如上所述的显著改善视野特性，特定波长的视野特性通过利用这种光漫射层而得以促进。例如，通过将一个大约40nm半径的银精细颗粒散布在折射率大约1.6的介质中所构成的光漫射层对于绿色波长带内的光线具有优良的光散射特性。然而，将多个这种球形银精细颗粒散布在相同的介质中产生在绿色波长带处具有倾斜缓和的峰值的光散射特性。
从而，提供一个光漫射层，其中多个这种球形银精细颗粒散布在相同的介质中，这使得促进特定补偿的视野特性，而不是明显改善绿色波长带的视野特性。这种光漫射层适于微调，如与其他波长带达成平衡。
而且，对于通过将金属精细颗粒散布在介质中而构造的光漫射层，镁单位面积金属精细颗粒的重量比金属精细颗粒的分布密度或光漫射层的厚度更加影响光漫射层的光散射特性，从而金属精细颗粒的量应该在考虑这一点的情况下加以设定。
能够构造这种光漫射层的金属精细颗粒的另一示例是铜精细颗粒。对于在红色波长带内的光线，铜精细颗粒具有优良的光漫射特性，因此，使用铜精细颗粒可以构造出对于红色波长带内的光线具有优良的光散射特性的光漫射层。也就是说，具有利用铜精细颗粒构造的光漫射层实现了对于红色波长带内的光线具有优良光散射特性的投影屏幕。
例如利用通过将使用这种铜精细颗粒构造的光漫射层4设置在光学薄膜上而构成的投影屏幕1，穿过光漫射层4的光线中的窄带三色波长光线被光学薄膜3反射，并再次返回到光漫射层4。在返回到光漫射层4的窄带三色波长带光线中，红色波长带的光线在穿过光漫射层4时被进一步散射，从而形成经散射的反射光线。也就是说，对于红色波长带，存在镜面反射分量和经散射的反射光，从而可以明显改善视野特性，并且可以实现具有优良可视性的投影屏幕。
而且，金精细颗粒可以用于上述金属精细颗粒。利用金精细颗粒的光漫射层对于在绿色波长带内的光线具有优良的光漫射特性。也就是说，具有利用铜精细颗粒构造的光漫射层实现了对于绿色波长带内的光线具有优良光散射特性的投影屏幕。
借助于例如通过在光学薄膜3上设置利用这种铜精细颗粒构造的光漫射层4的投影屏幕1，穿过光漫射层4的光线中的窄带三色波长光在光学薄膜3上反射，并在此返回到光漫射层4。在返回到光漫射层4的窄带三色波长光中，绿色波长带的光线在穿过光漫射层4时被进一步散射，从而形成经散射的反射光线。也就是说，对于绿色波长带的光线，存在镜面反射分量和经散射的反射光线，从而明显改善了视野特性，并且可以实现具有优良可视性的投影屏幕。
而且，镍精细颗粒可以用于上述金属精细颗粒。通过将一个球形镍精细颗粒散布在折射率大约为1.6的介质中而构成的光漫射层对于主要在绿色波长带内的光线具有优良的光散射特性。然而，将多个这种球形银精细颗粒散布在相同的介质内产生宽泛的光散射特性。
从而，提供一光漫射层，其中，多个这种球形镍精细颗粒设置在相同的介质中，这允许蓝色波长带、绿色波长带和红色波长带的视野特性得以促进，而不是针对蓝色波长带、绿色波长带和红色波长带之一明显改善特定波长带的视野特性。这允许对诸如整个图像的对比度和亮度进行微调。从而，可以通过提供利用镍精细颗粒构成的光漫射层来实现对于整个图像具有优良对比度和亮度的投影屏幕。
可以由上述光漫射层4提供一个层，或者可以提供多个光漫射层4，这取决于投影屏幕的用途。光漫射层4可以设置在光学薄膜3，即介电多层薄膜的最上层上，或者可以作为介电多层薄膜的中间层来设置。同样在这种情况下，可以具有如上所述的相同优点。
而且，如上所述，这个光漫射层4不必要如光学薄膜3那样构造成散布在介质中的单独层，而是可以形成如下的结构，例如，运定的金属精细颗粒可以散布在低折射率层中，使得低折射率层也作用为光漫射层。这种构造可以简化投影屏幕的结构，由此减小投影屏幕的厚度。
保护薄膜5不起光学作用，即，象带通滤波器那样，而是用于从外部保护光漫射层4和光学薄膜3。例如，在高折射率层由硫化锌(ZnS)形成的情况下，这种结构易于被潮湿损坏，因此，在投影屏幕用于潮湿环境或暴露于水的情况下，光学薄膜3可能会恶化，这将导致耐久性和质量降低。而且，由于外部因素造成的划伤或刮伤会导致耐久性和质量下降。于是，形成保护层5会保护光漫射层4和光学薄膜3，从而可以实现具有良好耐久性和质量的投影屏幕。
而且，对于衍射光栅投影仪，可以使用诸如如下所述的利用GLV构造的衍射光栅投影仪装置11。
如图3所示，衍射光栅投影仪装置11包括第一激光振荡器21r，第二激光振荡器21g，以及第三激光振荡器21b，分别作为用于红色光、蓝色光和绿色光的光源。在下面的描述中，第一到第三激光振荡器21r、21g和21b可以简单地总称为“激光振荡器21”。激光振荡器21可以例如由半导体激光器件或固态激光器件构成。从第一到第三激光振荡器21r、21g和21b投射的激光是分别由波长642nm的红色激光、波长532nm的绿色激光以及波长457nm的蓝色激光构成的窄带三色波长带光线。
而且，在衍射光栅投影仪装置11处，红色准直透镜22r、绿色准直透镜22g、和蓝色准直透镜22b分别放置在从激光振荡器21发出的光束的光路上。准直透镜将简单地总称为“准直透镜22”。从激光振荡器21发出的光线被准直透镜22变成平行光线，并投射到柱面透镜23上。投射到柱面透镜23上的光线由柱面透镜23会聚到GLV24上。
也就是说，利用衍射光栅投影仪装置11，并不是使用来自单个光源的光线，而是提供如下的光源，其中三种颜色的光线分别独立地由激光振荡器21发出。而且，衍射光栅投影仪装置11布置成从激光振荡器21发出的光线通过准直透镜22直接投射到柱面透镜23内。
现在，将描述GLV24。首先，将描述GLV的原理。GLV具有多个微小的带条，它们通过各种半导体制造技术形成在衬底上。每个带条可以通过压电器件等升高或降低。利用如此构造的GLV，每个带条的高度被动态驱动，并且通过将预定波长的光线投射于其上，这个结构构成相位衍射光栅。即，在光线照射于其上时，GLV产生一阶(或更高阶)衍射光线。
于是，通过将光线照射到这种GLV上并屏蔽零阶衍射光线，可以通过上、下驱动GLV的每个带条而将衍射光线形成为脉冲，由此显示图像。
例如，已经提出了各种类型的显示装置，它们利用上述GLV特性显示图像。利用这种显示装置，对于显示有待显示的二维图像的结构增量(configuration increment)(以下称为象素)，用大约六个带条显示一个象素。而且，与一个象素相当的带条组使其相邻的带条交替上升或下降。
然而，如果GLV的每个带条可以独立地布线并且可以独立地被驱动，则可以产生任意的一维相位分布。以这种方式构造的GLV可以被认为是反射型一维相位空间调制器。
在GLV被构造为反射型移位相位空间调制器的情况下，通过独立地驱动GLV31地每个带条32，可以产生任意相位分布，如图4所示。投射预定波长带的光线同时其相位与图4中箭头所示的GLV31对齐，会导致入射光被调制并被反射，由此产生如图5所示的任意的一维波阵面。
基于这个原理构造的GLV24具有形成在衬底41上的多个微小带条42，如图6所示。每个带条42具有电路和布线等构成的驱动单元43，用于驱动，并且可以被驱动单元43驱动而相对于衬底41的主表面上升或下降。
GLV24的每个带条42一维设置，形成带条行。多个带条行针对要投射于其上的光线的每个波长带设置。具体地说，例如在图6所示的示例中，GLV24为要投射其上的三种颜色光(它们为红光、绿光和蓝光)而布置，并且红色带条行44r、绿色带条行44g和蓝色带条行44b排列在这些光线射入的平行位置处。下面，带条行44r、44g和44b将简单地总称为带条行44。现在，虽然已经描述了红色带条行44r、绿色带条行44g、蓝色带条行44b排列在相同表面上的理想结构，但是它们并不一定要在相同表面上，只要位置关系保持平行即可，并且通常设置在单独的表面上。
带条行44形成为使得每个带条42可以被独立驱动，并且如参照图4和5所描述的，能够产生任意的相位分布。于是，利用相应的红色带条行44r、绿色带条行44g和蓝色带条行44b，GLV24能够对于入射的红光、绿光和蓝光独立地产生一维波阵面。
于是，GLV24通过红色带条行44r、绿色带条行44g和蓝色带条行44b空间调制三种颜色入射光中的每一种，并作为任意一维波阵面反射这些入射光。也就是说，GLV24作用为显示装置30内的空间调制器。
以这种方式构造的GLV可以利用各种半导体制造技术制造成微小尺寸，并可以在极其高的速度下工作。于是，它们可以例如用作图像显示装置中的空间调制器。而且，GLV对于每种要会聚的波长带光线具有带条行44，并且这些带条行44一体地设置在衬底41上，因此，在它用作图像显示装置中的空间调制器的情况下，不仅可以减少零件数量，而且对每种波长带光线定位带条行变得不再需要。
而且，利用衍射光栅投影仪装置11，由GLV24调制并反射的光线再次投射到柱面透镜23上，并由柱面透镜23形成为平行光线。第一体积全息器件25a和第二体积全息器件25b设置在由柱面透镜23形成为平行光线的光线的光路上。
例如，第一和第二体积全息器件25a和25b作用为通过第一体积全息器件25a衍射红色光WR，并通过第二体积全息器件25b在与红色光WR相同的方向上衍射蓝色光WB。第一和第二体积全息器件25a和25b不衍射绿色光WG，而是允许绿色光WG径直行进并透射，并在与红色光WR相同的方向上发射。从而，由GLV24调制的三种颜色光线在特定的方向上被耦合并发射。也就是说，利用衍射光栅投影仪装置，第一和第二体积全息器件25a和25b构成光学耦合器机构。
由第一和第二体积全息器件25a和25b耦合的光线在预定方向上由电反射镜(galvano mirror)26扫描，并通过投影透镜27投影到投影屏幕1上。从而，衍射光栅投影仪装置11被构造成将以色彩显示的图像显示在投影屏幕1上。
如上所述，借助于已经应用本发明的投影屏幕1，来自衍射光栅投影仪装置11的窄带三色波长带光线通过保护薄膜5和光漫射层4投射到光学薄膜3内，并由光学薄膜3反射。反射光线被再次投射到光漫射层4内，并以预定比率漫射，作为经漫射的反射光线穿过保护层5，并射出。而且，没有在光漫射层4处被漫射的反射光线作为镜面反射分量被通过保护层5射出。于是，镜面反射分量和经散射的反射光线作为来自投影屏幕1的反射光而存在，因此，在观察者观察与平行于镜面反射分量的方向的方向不同的方向时，可以观察到经散射的反射光线，由此具有优良的可视性。
而且，镜面反射分量和经散射的反射光线是在光学薄膜3处反射的光线，且预定波长带的光线，即窄带三色波长光线在光学薄膜3处被选择性反射，从而镜面反射分量和经散射的反射光线也大致为窄带三色波长光线。于是，即使在外界光线投射到投影屏幕1上的情况下，窄带三色波长光线之外的光线不会成为反射光线，从而可以有效减弱由于外界光线造成的对比度恶化以及外界光线的影响，并且可以获得明亮的图像。结果，对于投影屏幕1，即使在投影环境明亮的情况下，也可以获得清晰的图像，并且可以在不受投影环境的亮度影响下提供清晰的图像。
而且，根据本发明的投影屏幕不局限于窄带三色波长带光线作为用于投影的光源，并也可以利用具有在该波长中具有特定宽度的波长带的光线，并且在这种情况下，对于波长带光线的主要波长λp，介电多层薄膜的每一层的光学厚度nd优选地满足以下表达式(12)的条件。
nd＝λp(a±1/4)(a是自然数) (12)这表明窄带三色波长带光线的多层薄膜结构可以通过取代其主要波长λp而对于其他波长带光线以相同的方式构造，因此，可以同样获得透射光和反射光的充分选择性。
实施例以下是基于特定实施例对本发明的详细描述。应注意的是本发明不局限于下面的实施例，而是在不背离本发明范围的前提醒可以作出各种修改。
第一实施例对于第一实施例，作为根据本发明的投影屏幕，构成具有光学薄膜的衍射光栅投影屏幕，该光学薄膜作用为窄带三色波长带滤波器。这个衍射光栅投影屏幕例如可以用于如图3所示的衍射光栅投影仪投影，如上所述。
衍射光栅投影屏幕51是通过制备厚度为500μm的黑色PET形成的屏幕基底52作为屏幕基底，并且在屏幕基底52的一侧上形成介电多层薄膜的光学薄膜53而制造。
光学薄膜53形成为介电多层薄膜，并且通过溅射交替层叠七层作为高折射率材料形成的介电薄膜的高折射率层H11到H14和作为低折射率材料形成的介电薄膜的低折射率层L11到L13而形成，如图7所示。对于本实施例，高折射率层的折射率鉴于减小在蓝色波长、绿色波长和红色波长的三色波长处的残留透射率而设定得相对高，并尤其是，高折射率层的折射率通过由硫化锌(ZnS)形成而成为2.4，而且，低折射率层由氟化镁(MgF2)形成，且低折射率层的折射率设定为1.4。
介电多层薄膜在其光学厚度对于来自窄带三色光源的每种输出光的波长带光线的波长λ满足以下关系式(13)的条件下构造，而形成光学薄膜53，且介电多层薄膜的每层的折射率为n，而每层的厚度为d。
nd＝λ(a±1/4)(a是自然数)(13)以下是根据第一实施例制造的光学薄膜53的形成条件。
光学薄膜形成条件高折射率层的折射率nH＝2.4低折射率层的折射率nL＝1.4高折射率层的厚度dH＝611nm低折射率层的厚度dL＝1047nm高折射率层的数量4层低折射率层的数量3层真空(空气)的折射率n0＝1屏幕基底的折射率ng＝1.49光学厚度nd＝1.467μm为如上所述制造的投影屏幕测量在400nm到700nm波长带范围内对于S偏振和P偏振的光谱透射特性。光相对屏幕的入射角度为15°，结果如图8所示。
从图8中可以看出，蓝色波长(大约450nm)、绿色波长(大约540nm)以及红色波长(大约650nm)的光的透射率非常低，而其他波长的光显示出较高的透射特性。这表明蓝色波长、绿色波长和红色波长的光线被光学薄膜53有效地反色和，使得蓝色波长、绿色波长和红色波长的光线被根据本实施例的投影屏幕1选择性反射，并且其他波长的光线被选择性透射。对于这个投影屏幕51，黑色PET形成的投影基底52用于这个投影屏幕51，并且屏幕基底52作用为光吸收层，从而已经穿过光学薄膜53的光线被屏幕基底52吸收，并且不反射。
也就是说，仅仅是蓝色波长、绿色波长和红色波长的光线作为反射光线被获取，从而与普通屏幕相比，可以显著抑制外界光线的反射，并于是可以有效减弱形成在投影屏幕51上的图像的对比度恶化以及外界光线的影响。于是，对于本发明，可以说可以实现具有高对比度并能够产生不受投影环境的亮度影响的清晰图像的投影屏幕。
而且，通常在屏幕上形成薄膜会缩窄视野，但是根据上述结果，即使在入射角度不为0°，即垂直于屏幕的情况下，也可以获得适当的结果，并因此，可以理解到可以实现对于入射到投影屏幕的入射光具有较大自由度的投影屏幕，这具有优越的可用性。
而且，上述条件中，介电薄膜的光学厚度nd通过改变构成光学薄膜53的每个介电薄膜的厚度来改变，测量其平均透射率(％)，并研究光学厚度nd的最佳范围。其结果示于图9中。
从图9的结果可以理解到在介电薄膜光学厚度在1.462μm到1.467μm的范围内，获得适宜的平均透射率，因此，介电薄膜的光学厚度nd的最佳范围为1.462μm到1.467μm。
第二实施例对于第二实施例，投影屏幕以与第一实施例相同的方式制造，除了形成氧化钛(TiO2)的高折射率层以便高折射率层具有2.7的折射率并且高折射率层的厚度形成为543nm之外。下面是根据第二实施例制造的光学薄膜的形成条件。
光学薄膜形成条件高折射率层的折射率nH＝2.7低折射率层的折射率nL＝1.4高折射率层的厚度dH＝543nm低折射率层的厚度dL＝1047nm高折射率层的数量4层低折射率层的数量3层真空(空气)的折射率n0＝1屏幕基底的折射率ng＝1.49光学厚度nd＝1.467μm为如上所述制造的投影屏幕测量在400nm到700nm波长带范围内对于S偏振和P偏振的光谱透射特性。光相对屏幕的入射角度为15°，结果如图10所示。
从图10可以理解到，蓝色波长、绿色波长和红色波长的光线的透射率甚至低于第一实施例中的，即，蓝色波长、绿色波长和红色波长的光线的残留透射率甚至更低。这表明蓝色波长、绿色波长和红色波长的光线甚至更有效地被反射。另一方面，可以理解到黄色波长左右的高透射带的透射率稍低于第一实施例中的。这意味着黄色波长左右的高透射带的透射率稍低于第一实施例中的。
这些实事表明调节与第一实施例相同的7层结构中的高折射率层的折射率可以使光学薄膜的特性发生变化，并通过将高折射率层的折射率设定为例如大约2.7，蓝色波长、绿色波长和红色波长的光线的反射率可以形成得更高，从而可以获得更亮的图像。
于是，同时考虑第一实施例的结果，可以说通过将高折射率层的折射率设定为2.4或更高，可以实现选择性反射蓝色波长、绿色波长和红色波长的光线，并选择性透射其他波长的光线的投影屏幕，该投影屏幕具有高对比度，并且能够产生不受投影环境的亮度影响的清晰图像。根据使用目的，高折射率层的折射率可以例如设定为大约2.7那么高。
而且，对于本实施例，与第一实施例相同，光线的入射角度设定为15°，于是，可以理解到可以实现对于入射到投影屏幕的入射光具有较大自由度的投影屏幕，这就具有优越的可用性。
第三实施例虽然第一实施例和第二实施例从减小蓝色波长、绿色波长和红色波长的光线的残留透射率的角度，即从提高蓝色波长、绿色波长和红色波长的光线的反射率的角度将高折射率层的折射率设定得较高，但是在其他波长带处得平均透射率稍有下降。于是，研究残留透射率与可见光带得平均透射率之比最大处的折射率，对于与第一实施例和第二实施例相同的7层结构来说，在残留透射率和可见光带的平均透射率之比最大处的折射率的答案存在于高折射率层的折射率在2.1到2.2左右，如图11所示。在图11中，垂直轴表示残留透射率与可见光带的平均透射率之比。
于是，对于第三实施例，以与第一实施例相同的方式制造投影屏幕，除了形成氧化铈(CeO2)的高折射率层使得高折射率层具有2.1的折射率，并将高折射率层的厚度形成为698nm之外。下面是根据第三实施例制造的光学薄膜的形成条件。
光学薄膜的形成条件高折射率层的折射率nH＝2.1低折射率层的折射率nL＝1.4高折射率层的厚度dH＝698nm低折射率层的厚度dL＝1047nm高折射率层的数量4层低折射率层的数量3层真空(空气)的折射率n0＝1屏幕基底的折射率ng＝1.49光学厚度nd＝1.467μm为如上所述制造的投影屏幕测量在400nm到700nm波长带范围内对于S偏振和P偏振的光谱透射特性。光相对屏幕的入射角度为15°，结果如图12所示。
如从图12所理解到的，蓝色波长、绿色波长和红色波长的光线的透射率稍高于第一实施例的，但仍然呈现出足够低的值。也就是说，可以理解到这表明对于蓝色波长、绿色波长和红色波长的光线良好的反射特性。而且，在这些之外的波长处，即使与第一实施例和第二实施例相比，可以获得良好的透射特性。这表明蓝色波长、绿色波长和红色波长的光线被根据本实施例的投影屏幕选择性反射，而其他波长的光线被有效地透射。
而且，对于本实施例，如图12所示，被屏蔽的带宽的宽度，即对于蓝色波长、绿色波长和红色波长的光线的反射带宽被缩窄。这表明只有较窄的波长带宽的光线被反射，并由于可以进一步改善对比度而是优选的。
从而，根据本实施例，可以说可以实现对比度较高并且可以不受投影环境的亮度影响地获得清晰图像的投影屏幕。
而且，对于本实施例，与第一实施例一样，光线的入射角度设定为15°，于是，可以理解到可以实现对于入射到投影屏幕的入射光线具有较大自由度的投影屏幕，这具有优越的可用性。
如上所述，利用根据第一到第三实施例的光学薄膜使得可以实现如下的投影屏幕，即该投影屏幕在三色波长带处具有高的反射率，并在其他波长带处具有高透射率。
第四实施例对于第四实施例，研究具有利用球形银颗粒作为金属精细颗粒的光谱散射特性的光漫射层、以及利用该光漫射层的投影屏幕。首先，银的复折射率的实部n，即折射率、以及虚部k，即消光系数的值如图13所示。在图13中，垂直轴代表实部n和虚部k的值，而水平轴代表波长。
现在，在25nm半径的球形银颗粒25散布在折射率为1.49的介质中的情况下，通过用投影面积除散射横截面而得到的散射系数如图14所示。散射效率是通过利用复折射率相对于一个球形银颗粒的Mie(米氏)散射而计算出的。
在图14中，垂直轴代表散射效率，即散射导致的面积是投影面积的多少倍。从图14可以理解到散射效率在波长457nm处最大，并可以在大约投影面积的7倍上散射光线。
接着，球形银颗粒散布在类似的介质中，使得数量密度是3×1010颗粒/cm3，并且形成漫射薄膜。漫射薄膜的厚度形成为大约775nm。研究利用如此形成的漫射薄膜多次散射的散射效率。其结果示于图15中。在图15中，垂直轴表示散射系数。如图15所示，峰值散射系数大约在450nm，即，在蓝色波长带，在此该系数为0.4。这意味着光线中的40％被散射。从而，可以说通过将25nm半径的球形银颗粒散布在折射率为1.49的介质中，可以实现其中选择性散射蓝色波长光线的具有波长选择性的光漫射层。现在，影响峰值散射系数的因素是每单位面积的球形银颗粒重量，而不是球形银颗粒的数量密度或者漫射薄膜的厚度，并且在此情况下为1.5mg/ft2，即0.135mg/m2。
下面，将漫射薄膜设置在第一实施例中的投影屏幕51的光学薄膜53上的研究结果如图16所示，并且可以理解到在蓝色波长中的光线的散射优于在其他波长带宽中的。于是，可以说通过在第一实施例的投影屏幕51的光学薄膜53上提供如上所述的光漫射层，可以实现在蓝色波长中具有良好散射特性并且具有优越可视性的投影屏幕。应指出的是，图16中的垂直轴表示散射率和散射率与反射率之和。
第五实施例对于第五实施例，研究具有光谱散射特性的利用作为金属精细颗粒的球形铜颗粒的光漫射层以及利用该光漫射层的投影屏幕。首先，铜的复折射的实部n，即折射率以及虚部k，即消光系数的值如图17所示。在图17中，垂直轴表示实部n和虚部k的值，而水平轴表示波长。
现在，在49nm的球形银颗粒散布在折射率为1.6的介质中的情况下，通过将散射横截面积被投影面积除而得到的散射效率如图18中所示。散射效率是通过利用相对于一个球形银颗粒的复折射率Mie散射而计算出的。在图18中，垂直轴表示散射效率，即散射所实现的投影面积的倍数。从图18可以看到散射效率在波长632nm处最大，并且可以将光线散射大约投影面积的六倍。
接着，球形铜颗粒散布在类似的介质中，以便数量密度为0.8×1010颗粒/cm3，并且形成漫射薄膜。漫射薄膜的厚度形成为大约550μm。研究由如此形成的漫射薄膜的多次散射的散射系数。其结果示于图19中。在图19中，垂直轴表示散射系数。如图19所示，峰值散射系数大约在640nm波长处，即，在红色波长带内，在此该系数大约为0.3。这意味着30％的光线被散射。由此，可以说通过将49nm半径的球形铜颗粒散布在折射率1.6的介质中可以实现具有波长选择性的光漫射层，其中该光漫射层可以选择性散射红色波长带的光线。
然后，研究将这种漫射层设置在第一实施例的投影屏幕51的光学薄膜53上的结果在图20中示出，并且可以理解到在红色波长带内光线的散射比在其他波长带内的光线有所提高。于是，可以说通过在第一实施例的投影屏幕51的光学薄膜53上设置上述的光漫射层，可以实现在红色波长带内具有良好散射特性并且可见性优越的投影屏幕。应注意，图20中的垂直轴表示散射率、以及散射率和反射率之和。
而且，通过将根据第四实施例的利用球形银颗粒的光漫射薄膜与根据第五实施例的利用球形铜颗粒的光漫射薄膜层叠而获得的特性在图21中示出。从图21可以看出在波长457nm左右的蓝色波长带内的光线的散射和在波长642nm左右的红色波长带内的光线的散射得以提高，并且可以获得良好的可视性。
另一方面，可以理解到在波长532nm左右的绿色波长带内的光线的散射低于在蓝色波长带和在红色波长带内的，并且可视性稍微下降。在这种情况下，在绿色波长带内的散射可以通过利用诸如在第六实施例和第七实施例中所描述的辅助装置来予以补充，由此构造在可视性上具有良好平衡的投影屏幕51。
第六实施例对于第六实施例，研究利用球形金颗粒作为金属精细颗粒的具有光谱散射特性的光漫射层以及利用这种光漫射层的投影屏幕。首先，金的复折射率的实部n，即折射率，以及虚部k，即消光系数的值在图22中示出。在图22中，垂直轴表示实部n和虚部k的值，而水平轴表示波长。
现在，在20nm半径的球形金颗粒散布在折射率为1.49的介质中的情况下，通过将散射横截面积被投影面积除而得到的散射效率在图23中示出。散射效率是通过利用相对于一个球形金颗粒的复折射率的Mie散射而计算出的。在图23中，垂直轴表示散射效率，即散射所影响的投影面积为多少倍，从图23可以看出，散射效率在波长550nm处最大。
然后，球形金颗粒散布在类似的介质中，以便数量密度为5×1011颗粒/cm3，从而形成漫射层。漫射层的厚度形成为大约444μm。研究如此形成的漫射层的多次散射的散射系数。其结果示于图24中。在图24中，垂直轴表示散射系数。如图24所示，峰值散射系数在大约550nm波长左右，即，在绿色波长带内，在此该系数为0.3。这意味着，30％的光线被散射。由此，可以说通过将半径20nm的球形金颗粒散布在折射率为1.49的介质中可以获得具有波长选择性的光漫射层，其中，绿色波长带内的光线可以选择性地散射。
下面，研究将这个漫射薄膜设置到第一实施例的投影屏幕51的光学薄膜53上的结果示于图25中，并可以看出在红色波长带内的光线的散射比其他波长带内的光线有所提高。于是，可以说通过在第一实施例的投影屏幕51的光学薄膜53上设置如上所述的光漫射层，可以在绿色波长带内改善散射特性，但是利用金颗粒作为金属精细颗粒的光漫射层在大约550nm处具有较大的吸收区，从而不能实现在散射特性上的明显改善，于是，这需要辅助的微调。应注意的是图25中的垂直轴表示散射率和散射率与反射率之和。
第七实施例对于第七实施例，研究具有利用球形银颗粒作为金属精细颗粒的光漫射层以及利用这种光漫射层的投影屏幕。首先，银的复折射率的实部n，即折射率，以及虚部k，即消光系数值，如同在第四实施例中所描述的。
对于第七实施例，与第四实施例不同，半径40nm的球形银颗粒散布在折射率为1.6的介质中，来形成光漫射层。通过将散射横截面积由投影面积除而获得的散射效率如图26所示。散射效率是通过利用相对于一个球形银颗粒的复折射率的Mie散射来计算出来的。在图26中，垂直轴表示散射效率，即，散射所影响的投影面积的多少倍。从图26可以看出散射效率在527nm处最大。
下面，球形银颗粒散布在类似的介质中，以便数量密度为3×1011颗粒/cm3，从而形成漫射薄膜。漫射薄膜的厚度形成为大约87μm。研究如此形成的漫射薄膜的多次散射的散射效率。其结果示于图27中。在图27中，垂直轴表示散射系数。如图27所示，散射系数具有一个平缓的峰值，并且峰值散射系数在波长530nm左右，即，在绿色波长带内，在此该系数为0.2。这意味着20％的光线被散射。从而，可以说通过将半径为40nm的球形银颗粒散布在折射率为1.6的介质中可以实现具有波长选择性的光漫射层，其中光漫射层可以选择性散射绿色波长带内的光线。
下面，对将这种漫射薄膜设置在第一实施例的投影屏幕51的光学薄膜53上加以研究的结果在图28中示出，并且可以理解到在红色波长带内的光线的散射比其他波长带内的有所提高。于是，可以说通过将上述光漫射层设置在第一实施例的投影屏幕51的光学薄膜53上，可以改善在绿色波长带内的散射特性，但是如同第四实施例一样对于散射特性的明显改善不能实现，于是，这需要辅助的微调。应注意，在图28中，垂直轴表示散射率和散射率与反射率之和。
第八实施例对于第八实施例，研究具有比第七实施例更宽的多次散射特性的情况。即，对于第八实施例，研究利用球形镍颗粒作为金属精细颗粒的具有光谱散射特性的光漫射层以及利用这种光漫射层的投影屏幕。首先，在图29中示出镍的复折射率的实部n，即折射率，以及虚部k，即消光系数的值。在图29中，垂直轴表示实部n和虚部k的值，而水平轴表示波长。
现在，在半径为49nm的球形镍颗粒散布在折射率为1.6的介质中的情况下，通过将散射横截面积由投影面积除而获得的散射效率在图30中示出。散射效率是通过利用相对于一个球形镍颗粒的复折射率的Mie散射来计算的。在图30中，垂直轴表示散射效率，即，散射所影响的投影面积的多少倍。如图30所示，散射效率具有带较大弯曲的平缓峰值，并且在波长542nm处最大。
下面，球形银颗粒散布在类似的介质中，使得数量密度为8×109颗粒/cm3，从而形成漫射薄膜。漫射薄膜的厚度被形成为大约468μm。对如此形成的漫射层的多次散射的散射系数加以研究。其结果示于图31中。在图31中，垂直轴表示散射系数。如图30所示，在多次散射情况下的散射系数与一个颗粒的情况不同，并呈现出如图31所示的宽的特性，且峰值散射系数为0.1。这意味着10％的光线被散射，并且散射特性在从蓝色波长带到红色波长带的更宽波长带上大致均匀地提高。由此，可以说通过将半径49nm的球形镍颗粒散布在折射率为1.6的介质中可以实现如下的光漫射层，其中，散射特性能够在从蓝色波长带到红色波长带的更宽波长带上散射。
下面，对于将这种漫射薄膜设置在第一实施例的投影屏幕51的光学薄膜53上加以研究的结果示于图32中，并且可以理解到在蓝色波长带、绿色波长带和红色波长带内的光线的散射比在其他波长带内的光线稍有提高。于是，可以说通过将上述光漫射层设置在第一实施例的投影屏幕51的光学薄膜53上，在绿色波长带内的散射特性可得以提高，但在这种情况下不能实现在散射特性内的明显改善，于是这需要辅助的微调。应注意，在图32中，垂直轴表示散射率和散射率与反射率之和。
现在，虽然在上述实施例中已经描述了通过主要投影窄带三色波长带光线来显示图像的示例，根据本发明的投影屏幕不局限于窄带三色波长带光线，例如也可以使用诸如发光二极管的发光装置作为光源，该发光装置与激光等相比具有相对宽的发光波长。而且，可以通过将具有稍宽带宽的光源与滤波器、非线性光学器件、或非线性光学薄膜相结合来实现一种结构，该结构将波长在可见范围内划分，如同三基色一样。即，本发明可以与波长的宽窄在一定程度内的LED投影仪一同使用，或者与使用普通三色波长带的其他类型的投影仪一同使用。本发明也可以有效地与单色光源一同使用。
根据本发明的投影屏幕是用于在其上投影窄带三色波长带光线来显示图像的投影屏幕，并包括在支撑元件上的光学薄膜，该光学薄膜对于窄带三色波长带光线具有高反射特性，而对于该波长带光线之外的至少可见波长带光线具有高透射特性。
如上所述构造的投影屏幕具有如上所述的光学薄膜，因此，窄带三色波长带光线被反射，而其他波长带的光线通常透射过光学薄膜。
于是，利用这种投影屏幕，与普通屏幕相比可以极大地抑制外界光线的反射。结果，抑制了投影屏幕上形成的图像对比度的恶化，同时有效地减弱了外界光线的影响，由此获得明亮的图像。从而，利用根据本发明的这种投影屏幕，即使在投影环境明亮的情况下也可以获得清晰的图像，并且可以不受投影环境的亮度影响地获得清晰图像。
而且，本发明在支撑元件上具有如下的光学薄膜的结构，该光学薄膜对于预定波长带的光线具有高反射特性，而对于该波长带光线之外的可见波长带光线具有高透射特性，使得预定波长带的光线以相同的方式在其主要波长带处反射，而其他波长带的光线通常透射过光学薄膜。从而，对于预定波长带的光线也可以获得清晰的图像，并且根据本发明，可以不受投影环境的亮度影响地获得清晰图像。
权利要求
1.一种用于在其上投影窄带三色波长带光线以显示图像的投影屏幕，包括一光学薄膜，该光学薄膜对于所述窄带三色波长带光线具有高反射特性，而对于所述波长带光线之外的至少可见波长带光线具有高透射特性。
2.如权利要求1所述的投影屏幕，其中，所述光学薄膜由介电多层薄膜形成，其中高折射率层和低折射率层交替层叠，并且在介电多层薄膜中的每层的折射率为n，而每层的厚度为d的情况下，介电多层薄膜的每一层的光学厚度nd对于所述窄带三色波长带光线的每个波长λ满足以下表达式(1)nd＝λ(a±1/4)(a是自然数)(1)
3.如权利要求2所述的投影屏幕，其中，介电多层薄膜的每一层的光学厚度在1.462μm到1.467μm的范围内。
4.如权利要求2所述的投影屏幕，其中，介电多层薄膜形成有窄带三色波长带光线的入射侧，而在其相对侧上的最外层为高折射率层。
5.如权利要求2所述的投影屏幕，其中，所述高折射率层由氧化铈形成，而所述低折射率层由氟化镁形成。
6.如权利要求2所述的投影屏幕，其中，所述高折射率层由氧化锆形成，而所述低折射率层由氟化镁形成。
7.如权利要求2所述的投影屏幕，其中，所述高折射率层由硫化锌形成，而所述低折射率层由氟化镁形成。
8.如权利要求2所述的投影屏幕，其中，所述高折射率层由氧化钛形成，而所述低折射率层由氟化镁形成。
9.如权利要求1所述的投影屏幕，其特征在于，还包括光吸收层，用于吸收透射过所述光学薄膜的光线。
10.如权利要求9所述的投影屏幕，其中，所述光吸收层包括黑色涂料。
11.如权利要求10所述的投影屏幕，其中，所述光吸收层是包含黑色涂料的背衬。
12.如权利要求1所述的投影屏幕，其中，所述窄带三色波长带光线是激光。
13.如权利要求12所述的投影屏幕，其中，所述窄带三色波长带光线是波长457nm的蓝色激光、波长532nm的绿色激光、和波长642nm的红色激光。
14.如权利要求1所述的投影屏幕，其特征在于，还包括作为所述光学薄膜的最外层或作为所述光学薄膜的中间层的光漫射层。
15.如权利要求14所述的投影屏幕，其中，所述光漫射层对于所述窄带三色波长带光线具有高散射特性。
16.如权利要求14所述的投影屏幕，其特征在于，包括多个所述光漫射层。
17.如权利要求14所述的投影屏幕，其中，光漫射层包括银颗粒、铜颗粒、金颗粒或镍颗粒之一。
18.一种用于在其上投影预定波长带的光线来显示图像的投影屏幕，包括一光学薄膜，该光学薄膜对于所述预定波长带的光线具有高反射特性，并对于所述波长带光线之外的至少可见波长带光线具有高透射特性。
19.如权利要求18所述的投影屏幕，其中，所述光学薄膜由介电多层薄膜形成，其中交替层叠高折射率层和低折射率层，并且在介电多层薄膜中每一层的折射率为n而每一层的薄膜厚度为d的情况下，对于所述波长带的主要波长λP，介电多层薄膜的每一层的光学厚度nd满足以下表达式(2)nd＝λP(a±1/4)(a是自然数)(2)
20.如权利要求19所述的投影屏幕，其中，介电多层薄膜的每一层的光学厚度nd在1.462μm到1.467μm的范围内。
21.如权利要求19所述的投影屏幕，其中，介电多层薄膜形成有具有所述波长带的光线的入射侧，而在其相对侧上的最外层为高折射率层。
22.如权利要求19所述的投影屏幕，其中，所述高折射率层由氧化铈、氧化锆、氧化锌、氧化钛或其组合形成，而所述低折射率层由氟化镁形成。
23.如权利要求18所述的投影屏幕，其特征在于，还包括光吸收层，用于吸收透射过所述光学薄膜的光线。
24.如权利要求23所述的投影屏幕，其中，所述光吸收层包括黑色涂料。
25.如权利要求24所述的投影屏幕，其中，所述光吸收层是包括黑色涂料的背衬。
26.如权利要求18所述的投影屏幕，其中，具有所述波长带的光线是由相应的发光二极管发出的光线。
27.如权利要求18所述的投影屏幕，其特征在于，还包括作为所述光学薄膜的最外层或作为所述光学薄膜的中间层的一个或多个光漫射层。
28.如权利要求27所述的投影屏幕，其中，光漫射层包括银颗粒、铜颗粒、金颗粒或镍颗粒之一。
全文摘要
一种不受投影环境的亮度影响而能够在其上提供清晰和锐利图像的投影屏幕，该投影屏幕通过投射窄带三原色波长光线来显示图像，并包括在屏幕衬底(2)上的光学薄膜(3)，该光学薄膜对于窄带三原色波长带光线具有高反射特性，而对于上述波长带光线之外的可见波长带光线具有高透射特性。在这种投影屏幕中，光学薄膜(3)起到所谓的带通滤波器的作用。即，光学薄膜(3)作用为一个窄带三原色波长带滤波器，具有特定地反射窄带三原色波长带光线并基本上透射其他波长的光线的效果，由此分离这两种光线。
文档编号G02B5/20GK1514951SQ0380039
公开日2004年7月21日 申请日期2003年3月14日 优先权日2002年3月14日
发明者久保田重夫, 大迫纯一, 柿沼正康, 下田和人, 一, 人, 康 申请人:索尼公司