专利名称：光学多层膜和反射屏的制作方法
技术领域：
本发明涉及光学多层膜和反射屏，尤其涉及在其上显示来自投影型投影仪的投影图像的屏，投影型投影仪例如有视频投影仪、电影放映机和高射投影仪。特别是，本发明涉及反射选定波长的光学多层膜，该光学多层膜即使在亮环境中也可以提供由投影仪光投影的高对比度图像，并且其中能获得较高的色彩再现性；本发明还涉及包含这种光学多层薄膜的屏。
背景技术：
近来，高射投影仪和幻灯机广泛用于会议等中显示信息。另外，包括液晶的视频投影仪和电影胶片投影仪已在普通家庭中广泛使用。在这些投影仪中，来自光源的光例如通过透射型液晶板进行调制，形成成像光，然后该成像光经过例如透镜的光学系统投射到屏上。
例如，能够在屏上形成彩色图像的前投影仪包括照明光学系统，将由光源发射的光分离为红(R)、绿(G)和蓝(B)色光束，并且会聚每种颜色光束成预定的光路；液晶板(光阀)，调制由照明光学系统分离的各个颜色光束R、G和B；光合成单元，合成由液晶板调制的各颜色光束R、G和B。由光合成单元合成的彩色图像被放大并由投影透镜投影到屏上。
近来，已经开发出了其它类型的投影仪，其中使用了窄带三基色光源，并且由光栅光阀(GLV)取代液晶板来空间调制各颜色光束R、G和B。
在上述投影仪中，投影屏被用于显示投影图像。投影屏主要分为两种，即，透射型和反射型，在透射型投影屏中，从该屏的后侧发射投影光并在屏的前侧观看图像；而在反射型投影屏中，从该屏的前侧发射投影光并观看由屏反射的投影光。在任一类型中，为了获得具有高可见度的屏都必须要产生亮的、高对比度图像。
然而，与光自发射显示器和背投影仪不同，在前投影仪中不可能减少外部光的反射，例如，使用中密度(ND)滤光片，，而且难于在光亮的环境中增加反射屏的对比度。
为了克服上述问题，已经提出了包括光学薄膜的反射屏，该光学薄膜由介电多层膜(光学多层膜)构成，其对于特定波长区域的光具有高反射特性，而对于除了特定波长区域的至少可见光波长区域中的光具有高透射特性。介电多层膜中各光学层的厚度根据基于矩阵方法的模拟设计。例如，参考日本未审专利申请公开No.2003-270725。
在上述的屏中，光学多层膜起着带通滤光片的作用，并且特定波长区域中大部分的光经过光学多层膜的作用反射。另外，例如，当外部光入射到屏上时，除特定波长区域外的大部分光经过光学薄膜透射且基本上不反射。
如上所述，在反射屏中，只有特定波长的光可被选择性的反射，并且与通常使用的屏相比，可相对抑制外部光的反射。因此，可防止形成在该屏上的图像的对比度降低，并且可有效的减少外部光的反射。由此，产生明亮的图像。另外，在反射屏中，即使是光亮的投影环境，也可产生清晰的图像。所以，可以获得清晰的图像而不会受到环境亮度的影响。尤其是，当诸如GLV的光源具有陡谱，并且光源光谱的半峰全宽相对于屏的特定波长区域反射率分布的半峰全宽较窄时，可获得明显的高对比度，并且可充分利用光源的性能。
发明内容
然而，即使使用上述反射屏，在使用高压汞灯(UHP灯)的LCD投影仪中，成像光的白平衡也会变得非常不正常，从而产生问题。
因此，期望提供一种光学多层薄膜和具有该光学多层膜的反射屏，其中反射光的色度得到调整并且在整个显示器上获得均匀的颜色再现。
根据本发明实施例的光学多层膜包括在基底上层压的具有不同反射率的多种类型的光学层，该光学多层膜显示出对于红、绿和蓝波长区域中的光具有相应反射率峰的高反射特性，并且对于除红、绿和蓝波长区域外的至少可见光波长区域中的光显示出高透射特性，其中在红光和/或蓝光波长区域中的反射峰强度高于绿光波长区域中的反射峰强度。
优选的是，红光和/或蓝光波长区域中的反射峰强度是绿光波长区域中的反射峰强度的至少1.2倍。
根据本发明另一实施例中的光学多层膜包括在基底上彼此层叠的具有不同反射率的多种类型的光学层，该光学多层膜显示出对于红、绿和蓝波长区域的光具有相应反射率峰的高反射特性，并且对于除红、绿和蓝波长区域外的至少可见光波长区域中的光显示出高透射特性，其中红光和/或蓝光波长区域具有多个反射率为40％或更高的反射率峰。
根据本发明另一实施例中的光学多层膜包括光学叠层体A，其包括彼此层叠的具有不同折射率的多种类型的光学层，该光学叠层体A显示出对于红、绿和蓝波长区域的光具有反射率峰基本相同的反射特性；光学叠层体B，其包括彼此层叠的具有不同折射率的多种类型的光学层，该光学叠层体B具有反射率曲线底部位于绿光波长区域中的反射特性。
根据本发明另一实施例，用于反射来自光源以显示图像的光的反射屏包括上述任一光学多层膜，吸收经该光学多层膜透射的光的光吸收层，以及散射由光学多层膜反射的光的光散射层，该光散射层设置在该光学多层膜的最上层。
优选的是，光源是高压汞灯。
根据本发明的任一实施方案，因为响应投影仪光源的光谱而调制了反射光的色度，所以在整个显示器上获得了均匀的色彩再现。同时，允许选择性反射，其中反射来自投影仪的特定波长的光，并且透射/吸收除该特定波长区域外的波长中的入射光(例如外部光)。因此，降低了屏上图像的黑色水平，获得了高对比度，即使房间明亮其也可显示高对比度的图像。
图1是示出作为本发明前提的反射屏结构的横截面图；图2是表示图1中的反射屏的反射特性和使用高压汞灯的投影仪的光源光谱之间关系的曲线图；图3是根据本发明一个实施方案的反射屏结构的横截面图；图4是关于根据本发明一个实施方案的光学多层膜厚度设置的流程图；图5是表示根据本发明一个实施方案的构成反射屏的光学叠层体的设计波形和复合波形的示意图；图6是根据本发明另一实施方案的反射屏结构的横截面图；图7是表示用于例10中的压敏粘合薄膜的光谱透射率曲线的曲线图。
具体实施例方式
将描述根据本发明一种实施方案的反射屏。应当理解，本发明并不局限于下述描述，在不脱离本发明主题的范围内可进行多种改变。
首先，将描述作为本发明前提的反射屏的结构。
图1是作为本发明前提的反射屏结构的横截面图。如图1所示，反射屏90包括在基底11的前表面上按顺序沉积的光学多层膜92和光散射层13，并且光吸收层14设置在基底11的后表面上。
光学多层膜92包括多个层，即，彼此交替层叠的高反射率层92H和低反射率层92L。光学多层膜92对于红光(R)、绿光(G)和蓝光(B)波长区域(RGB三基色波长区域)中的光呈现具有相应反射率峰的高反射特性，并对于除RGB三基色波长区域外的至少可见波长区域中的光显示出高透射特性。
根据基于矩阵方法的模拟设计光学多层膜92中各层的厚度，使光学多层膜92对于特定波长区域中的光呈现高反射特性，而对于除特定波长区域外的至少可见光波长区域中的光呈现高透射性。这种基于矩阵方法的模拟是披露在日本未审专利申请公开No.2003-270725中的技术。利用基于下述原理的等式实现这种模拟，即，当光以角度θ0入射到具有多层不同材料构成的多层光学薄膜上，在各层之间的界面发生多次反射时，依据所使用光源的类型和波长以及各层的光学厚度(反射率和几何厚度的乘积)，各相位可以一致，并且反射光的速率可以相干，从而在各层之间产生干涉效应。根据这种模拟，可设计出具有所需特性的光学膜的厚度。
另外，通过选择在投影仪光源中用作成像光的RGB三基色光波长区域作为特定波长区域，根据基于矩阵方法的模拟设计出各层厚度，从而仅是这些特定波长区域中的光被反射且其它波长区域中的光被透射。通过将具有如上确定的厚度的高反射率层92H和低反射率层92L叠层，该光学多层膜92允许用作反射三基色波长区域中的光的带通滤光片。
具体而言，高反射率层92H和低反射率层92L的厚度如下设置。通常，当设于基底上的材料的反射率高于基底材料的反射率时，为了允许波长λc具有反射率峰，目标厚度d需要满足等式(1)d＝m·(λc/4)/n (1)其中d为目标厚度，m是奇数，λc是波长，并且n是光学层的反射率。
此处，m相应于以λc/4作为计量单位的光学距离(qwot)，并且通过将m设为奇数，使反射率峰位于波长λc。顺便提及，如果m设为偶数，在反射率曲线中，其底部位于波长λc。另外，厚度d与m值(qwot值)成比例地增大或减小。
在高折射率层92H和低折射率层92L交替层叠的光学多层膜中，并且当最外层为高折射率层92H时，如果各层设置为具有相同qwot的奇数，则反射率峰以波长λc为中心以基本上规则的间隔分布。当qwot值增大时，即，当光学层的厚度增加时，各峰之间的距离变窄。当叠层数量增加时，各反射峰强度增加。在图1所示的光学多层膜92中，波长λc设为530至570nm，并且每个单独层的qwot数设为11，13，或15，以使RGB波长区域每一个都具有反射率基本相同的反射率峰。在未审的日本专利申请公开No.2004-61546中公开的光学多层膜中使用了这些设计值。
基底11用作反射屏90的支撑物，并且由柔性聚合物构成。光散射层13散射由光学多层膜92反射的光，产生散射光，以及光吸收层14吸收经过光学多层膜92透射的光。
包括光学多层膜92的反射屏90仅可反射RGB三基色波长区域中的光，该光来自投影仪并用于显示图像，该反射屏还可有效的消除外部光的影响。因此，即使在内部光或日光环境中，仍可获得非常高的对比度和色彩再现性。
在市售的投影仪中，最普遍使用光源灯的是高压汞灯(下文称作“UHP灯”)。如果来自使用UHP灯等作为光源的LCD投影仪的光被投影到反射屏90，则光源光谱的一部分也会被截断，导致反射光白平衡中的大的干扰。
这种情况的一个例子示于图2中。图2示出了使用UHP灯作为光源的投影仪的标准波形(图2中由实线表示)以及图1所示的反射屏90的反射率曲线(图2中用虚线表示)。反射屏90中的光学多层膜92具有五层结构。波长λc设为550nm。相对于各光学层厚度的设置，qwot数设为13。
从这两条曲线的重叠中显而易见，可通过反射屏90反射三基色波长区域中的投影光组分。由于反射屏的反射率峰d和f，对应于投影光B组分的波长区域a中的亮度峰和对应于R组分的波长区域c中的亮度峰被部分地反射，而由于屏的反射率峰e，对应于组分G的波长区域b中的大部分的亮度峰被反射。因此，由屏反射的图像显得比最初意欲由投影仪呈现的原始图像较绿。
用于将呈绿色的图像校正为具有原始色度图像的可能方法的例子包括一种其中使用投影仪本身的色彩调节功能的方法，以及一种其中在屏中的光学多层膜的各层中注入仅吸收绿色波长区域中光线的颜料或染料的方法。然而，在前一个校正方法中，由于用户自身完成投影仪光的色彩调节，所以难于将图像校正为精确的标准颜色并且操作本身也耗费时间。此外，取决于产品，可能不提供这种调节功能。在后一种校正方法中，当从倾斜方向而不是从正前方观察屏时，位于最上面的选择性膜处到达观者的外部光总反射量的百分比增加。因此，颜料或染料的颜色严重地影响了投影光，并且投影光带有颜料或染料的颜色。而且，即使从正前方观察图像，在屏的边缘也容易产生相同的现象，并且难于在整个屏上获得均匀的颜色再现。
本发明一个实施方案的特征在于，赋予光学多层膜校正色度点偏离的功能。
图3是根据本发明实施方案的反射屏结构的横截面图。反射屏10包括按顺序设置在基底11前表面上的光学多层膜12和光散射层13，以及设置在基底11后表面上的光吸收层14。
基底11是透明的，并且其由满足所需光学特性的任何材料制成。这种材料的例子包括透明薄膜，玻璃板，丙烯酸板，甲基丙酸烯苯乙烯板，聚碳酸酯板，以及透镜。关于光学特性，优选的是，构成基底11的材料具有1.3至1.7的折射率，8％或更小的混浊值，以及80％或更大的透射率。另外，可赋予基底11防眩功能。
透明膜优选为塑料膜。构成膜的材料的优选例子包括纤维素衍生物(例如丁二酮纤维素，三乙酰纤维素(TAC)，丙酰纤维素，丁基纤维素，乙酰丙酰纤维素，和硝基纤维素)；(甲基)丙烯酸树脂，例如聚(甲基丙烯酸甲酯)以及甲基丙烯酸甲酯和其它乙烯基单体的共聚物，例如，(甲基)丙烯酸烷基酯和苯乙烯；聚碳酸酯树脂，例如聚碳酸酯和二甘醇双(烯丙基碳酸盐)(CR-39)；热固(甲基)丙烯酸树脂，例如(溴化)双酚A型二(甲基丙烯酸)的均聚物或共聚物，和(溴化)双酚A的单(甲基)乙酰代的改型聚氨酯单体的均聚物或共聚物，聚酯，尤其是，聚对苯二甲酸乙二酯，聚乙烯萘亚甲酯，和不饱和聚酯；丙烯腈丙乙烯聚合物，聚氯乙稀，聚氨基甲酸酯和环氧树脂。另外，考虑到抗热，也可使用芳族聚酸胺树脂。在这种情况中，加热温度的上限为200℃或更多，并且希望温度范围因此可被加大。
可以这样制造塑料膜，例如，通过拉伸任一种这些树脂或是在溶剂中稀释任一种这些树脂并将该合成溶液形成为薄膜，然后干燥。考虑到硬度，较大的薄膜厚度是优选的，而考虑到混浊，较小的薄膜厚度是优选的。厚度通常为约25至500μm。
塑料膜的表面可用涂层材料涂覆，例如硬涂层。通过允许涂层材料出现在由无机物质和有机物质构成的光学多层膜的下面，可以提高物理性能，例如附着力、硬度、耐化学性、耐用性以及染色性。
光学多层膜12包括彼此层压的具有不同折射率的多种光学层，光学多层膜对于RGB波长区域中的光呈现具有相应反射率峰的高反射特性，并对于除RGB三基色波长区域外的至少可见光区域中的光显示出高透射特性。在光学多层膜12的反射率曲线中，在R(红)和/或B(蓝)波长区域中的反射峰强度大于G(绿)波长区域中的反射峰强度。构成光学多层膜12的光学层的数目不特别限定，并且可选择任何所需的光学层数目。优选的是，选择奇数个光学层(即，2n+1层，其中n是1或更大的整数)，并且将高折射率层设置为入射侧和相对侧上的最外层。也就是，在图3中，高折射率层12H(1)首先设置在基底11的前表面上，接下来，低折射率层12L(1)和高折射率层12H(1)再按此顺序设置于其上，然后低折射率层12L(2)设置在高折射率层12H(1)之上，最后高折射率层12H(2)设置于其上。另外，高折射率层12H(1)和高折射率层12H(2)是具有相同构成(相同折射率)不同厚度的高折射率光学层。相似地，低折射率层12L(1)和低折射率层12L(2)是具有相同构成(相同折射率)不同厚度的低折射率光学层。对于RGB波长区域，例如，R波长区域范围从600到670nm，G波长区域范围从530到570nm，并且B波长区域范围从450到500nm。
构成光学多层膜12的各光学层的目标厚度优选利用上述公式(1)中相对于m的多个qwot值设置。另外，在公式(1)中，波长λc优选设为位于投影仪的假定光源光谱分布中最高亮度峰处的波长。
具体地，优选根据图4所示的过程设置目标厚度。
(S1)确定用于形成高折射率层和低折射率层的光学层的材料成分，由此确定高折射率层和低折射率层相应折射率nH和nL。
(S2)确定投影仪光源，并且确认位于光源光谱分布中的最高亮度峰处的波长。例如，UHP灯的最高亮度峰位于530至570nm的波长范围中，但是这可随条件而变化。
(S3)根据等式(1)利用步骤S1中确定的折射率nH和nL以及步骤S2中确定的波长λc来设置高折射率层和低折射率层的目标厚度。
例如，当对从基底11开始的第一至第三光学层(12H(1)/12L(1)/12H(1))将qwot(m)数设为奇数，并且第一至第三光学层的叠层被认作是光学叠层体A时，优选将各目标厚度设置为显示出RGB波长区域具有基本上相同的反射峰强度的反射特性。在这种情况中，qwot数为1或更大的奇数，并优选是从9至19(即，9，11，13，15，17，19)的奇数。如果qwot数小于9，则不可能在R波长区域具有令人满意的反射峰作为光学多层膜12的反射特性。如果qwot数超出19，则对比度降低。图5(a)示出了一例子，其中在具有三层结构的光学叠层体A中，波长λc设为550nm，并且qwot数设为13。
当对从基底11开始的第四至第五光学层(12L(2)/12H(2))将qwot(m)数设为偶数，并且第四至第五光学层的叠层被认作为光学叠层体B时，优选将各目标厚度设置为显示出反射曲线的底部位于绿(G)波长区域的反射特性。在这种情况中，qwot数为2或更大的偶数，并优选是从2至12(即，2，4，6，8，12)的偶数。图5(b)示出了一例子，其中在具有两层结构的光学叠层体B中，波长λc设为550nm。
接下来，当由光学叠层体A和光学叠层体B组合形成具有五层结构的光学多层膜12作为多层膜时，如图5(c)所示，在反射曲线中，G波长区域中的反射峰强度可比R和/或B波长区域中的反射峰强度设置得更低。换言之，R和/或B波长区域中的反射峰强度高于G波长区域中的反射峰强度。
因此，可防止投影到反射屏10上的图像变得呈现绿色，并且可不利用颜料或染料调节色彩平衡。另外，在RGB波长区域中每个都具有如图5(c)所示的一个主峰时，期望的是，红和/或蓝波长区域中的反射峰强度是绿波长区域中反射峰强度的至少1.2倍。
在光学多层膜12的实际制造中，不是通过设置目标膜厚度这一个步骤就可以经常获得具有所需反射特性的光学多层膜。在这种情况中，如图4所示，可根据下述过程校正目标膜厚度。
(S4)用步骤S3中设置的目标膜厚度试制光学多层膜12。
(S5)对于步骤S4中试制出的光学多层膜12，测试其反射特性以检查它们是否为所希望的。
也就是说，如果测量结果为NG，则返回到步骤S3，重新设置目标膜厚度。在这种情况中，可分别调节多个qwot数。例如，对于偶数qwot，为了通过移动光学多层膜B的反射曲线中的底部来调节反射光的RGB平衡，进行精细调节，其中改变小数点后的值。如果测量结果为OK，则完成光学多层膜。
光学多层膜12可认作是光学叠层体A和光学叠层体B结合的多层膜，其中，光学叠层体A包括高折射率层和的折射率层并具有图5(a)示出的特性，光学叠层体B包括高折射率层和低折射率层并具有图5(b)示出的特性。即，在图3中，光学叠层体A对应于高折射率层12H(1)/折射率层12L(1)/高折射率层12H(1)的叠层，光学叠层体B对应于低折射率层12L(2)/高折射率层12H(2)的叠层。
根据本发明实施方案的光学叠层体A和光学叠层体B组合的结构的例子中包括下列各项，其中仅由附图标记指示光学层。
(1)(基底11)/12H(1)/12L(1)/12H(2)/12L(2)/12H(2)其中改变了光学叠层体A和B中的层数。
(2)(基底11)/12H(2)/12L(2)/12H(1)/12L(1)/12H(1)其中光学叠层体A设置在光学叠层体B上。
(3)(基底11)/12H(2)/12L(2)/12H(2)/12L(1)/12H(1)其中光学叠层体A设置在光学叠层体B上，并且改变了层数。
(4)(基底11)/12H(1)/12L(2)/12H(1)/12L(1)/12H(2)其中构成光学叠层体A的光学层和构成光学叠层体B的光学层的排列相互交换。
(5)(基底11)/12L(1)/12H(1)/12L(2)/12H(2)其中改变了光学叠层体A中的层数。
另外，光学多层膜12可构造为具有一种反射特性，其中，R和/或B波长区域具有为40％或更大反射率的多个反射峰。这样，也可防止投影到反射屏10上的图像变得呈现绿色。在这种情况中，当设置各光学层的厚度时，一种方法是有效的，其中，对于构成qwot为奇数的光学多层膜(即光学叠层体A)的一部分光学膜，设置qwot数使其不为整数(具有低于小数点的数值)。
高折射率层和低折射率层每个可或者通过干法形成，例如溅射，或者通过湿法形成，例如旋涂或浸涂。
当使用干法时，具有折射率为约2.0至2.6的各种材料可用作高折射率层。类似的，具有折射率为约1.3至1.5的各种材料可用作低折射率层。例如，高折射率层可由TiO2、Nb2O5、或Ta2O5构成，低折射率层可由SiO2、MgF2构成。
另外，构成由干法形成的光学多层膜12的光学层数目并不特别限制，并且可根据需要设置。优选的是，光学多层膜12由奇数个光学层构成，并且构造成在光入射侧和其相对侧上的最外层都是高折射率层。
当使用湿法时，优选的是，光学多层膜12被形成为具有奇数层，其中通过涂覆并固化高折射率层的溶剂型涂层材料获得高折射率层，并且通过涂覆并固化低折射率层的溶剂型涂层材料获得低折射率层，其产生具有比高折射率层的折射率低的较低折射率光学层，高折射率层和低折射率层交替层叠。另外，优选的是，每个光学层由含有树脂的涂层材料涂覆形成，其中固化作用由通过加热施加的能量吸收、紫外线辐射等等产生。例如，优选的是，高折射率层由JSR公司，Opstar制造的热固化树脂(JN7102，折射率为1.68)构成，低折射率层由JSR公司，Opstar制造的热固化树脂(JN7215，折射率为1.41)构成。采用该方法，获得了具有柔性的光学多层膜12。
用于高折射率层的材料不局限于上述热固化树脂，可使用任何一种确保折射率为约1.6至2.1的溶剂型涂层材料。低折射率层的材料不局限于上述热固化树脂，可使用任何一种确保折射率为约1.3至1.59的溶剂型涂层材料。另外，当高折射率层和低折射率层之间的折射率差增大时，可减少将要层叠的层的数目。
光散射层13设置在光学多层膜12的最外层膜上，并散射由光学多层膜12反射的光。不特别限定用于该光散射层13的材料，可使用任何公知的材料。例如，光散射层13可由其中排列有小珠的层构成。在其中排列有小珠的层构成的光散射层中，可根据各种条件，例如所使用的小珠的类型和大小，来设计各特性，例如对于特定波长区域中的光具有极好的散射特性。另外，具有微透镜阵列(MLA)的膜也可用作光散射层。
光吸收层14是黑涂层膜，其通过将黑涂层材料施加到基底11的后表面上或是将黑膜粘附到基底11的后表面上形成。光吸收层14具有吸收光的功能。光吸收层14吸收经过光学多层膜12透射的光，由此防止透射光被反射。因此，反射屏10可更确定地仅获得RGB三基色波长区域中的光作为反射光。可替换的，通过将黑涂层材料等加入到基底11中使基底具有黑颜色，基底11本身可具有光吸收层的作用。
响应投影仪光源的光谱通过反射屏10来调节反射光的色度，从而能使整个显示屏上的颜色再现均匀。同时，也能够进行选择性反射，其中特定波长区域中的光被反射，并且除该特定波长区域外的入射光，诸如外部光，被透射和吸收。因此，可以降低屏10上的图像的黑色水平来获得高对比度。这样，即使室内明亮也可显示高对比度图像。
也就是说，入射到屏10上的光经过光散射层13到达光学多层膜12，包含在入射光中的外部光组分经过光学多层膜12透射并由光吸收层14吸收，并且只有与图像相关的特定波长区域中的光被选择性地反射。在该阶段中，G波长区域中的入射光被反射，其反射率与R和B波长区域中的入射光相比被降低了，由此获得了作为反射光的RGB平衡。接下来，反射光在光散层13的表面上被散射，并对观者提供了具有宽视角的成像光。因此，可以高水平消除外部光对为反射光的成像光的影响，并且使色彩再现均匀，这在过去是不可能的，以及可增加对比度。
作为根据本发明另一实施方案的反射屏，可使用图6所示的结构，其中具有同样结构的光学多层膜12设置在基底11的两侧表面上，光吸收层14设置在基底11的后侧。在该屏中，通过反射来自投影仪的特定波长区域中的光并透射和吸收除特定波长区域外的波长区域中的光，例如外部光，也可获得高对比度和极好的色彩再现性，由此降低屏上的黑色水平。
另外，优选的是，半透明层设置在与根据本发明任一实施方案的反射屏的投影光的反射路径相对应的部分，即在反射屏10或20中的光散射层13和光学多层膜12之间，该透明层由于含有颜料或染料所以相对于可见光区域具有光吸收特性。由此，因为可以容易地仅降低屏的反射亮度，所以可降低屏上图像的黑色亮度，即，突出图像中黑色图像的暗度(黑纯度的较高水平)，同时获得由光学多层膜12反射的光的色度平衡。另外，如果对特定波长区域中的吸收比其它波长区域中的光极高或极低，将难于保持原始图像的色度。因此，理想的是，该半透明层的吸收特性至少在整个可见光波长区域中是基本上均匀的。另外，在半透明层中，用于调节色度的可见光波长吸收颜料或染料可与上述颜料或染料混合。
另外，取代提供的新的半透明层，通过将颜料或染料引入到用于彼此粘结光散射层13和光学多层膜12的粘结层或是引入到光散射层13中，可以赋予其半透明层的功能。可替换的是，含有颜料或染料的涂层膜可形成在光散射层13的前表面或后表面上。
下面将根据本发明实施方案描述反射屏10的制造方法。在此将描述按照涂覆过程形成光学多层膜12的情形。
(S11)制备聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)膜作为基底11，施加预定量的高折射率光学层的材料A到基底11的主表面(前表面)上。材料A的涂覆量设为可获得根据步骤S1至S5已经设定的高折射率层12H(1)的目标厚度。
(S12)在干燥材料A的涂层膜之后，通过紫外光辐射实现固化，以形成具有预定厚度的高折射率层12H(1)。
(S13)接下来，施加预定量的低折射率光学层的材料B到高折射率层12H(1)上。材料B的涂覆量设为可获得根据步骤S1至S5已经设定的低折射率层12L(1)的目标厚度。
(S14)在干燥涂层膜之后，进行热固化，形成具有预定厚度的低折射率层12L(1)。由此，制造出高折射率层12H(1)和低折射率层12L(1)的叠层体。
(S15)接下来，根据步骤S11和S12处理基底11最外层的低折射率层12L(1)，形成高折射率层12H(1)。由此，制造出光学叠层体A(12H(1)/12L(1)/12H(1))。
(S16)接下来，预定量的低折射率光学层的材料B施加到基底11最外层的高折射率层12H(1)上。材料B的涂覆量设置为可获得根据步骤S1至S5已经设定的低折射率层12L(2)的目标厚度。
(S17)在干燥涂层膜之后，进行热固化，形成具有预定厚度的低折射率层12L(2)。
(S18)接下来，预定量的高折射率光学层的材料A施加到低折射率层12L(2)上。材料A的涂覆量设置为可获得根据步骤S1至S5已经设定的高折射率层12H(2)的目标厚度。
(S19)在干燥材料A的涂层膜之后，通过紫外光辐射固化形成具有预定厚度的高折射率层12H(1)。由此，制造出光学叠层体B(12L(2)/12H(2))。结果，获得了具有叠层体A和叠层体B相结合的光学多层膜12。
(S1a)片状光散射层13设置在光学多层膜12前侧的最外层上，具有在其间的粘接层或压敏粘接层，光散射层13的不均匀表面的相对表面与光学多层膜12相接触。
(S1b)含有带黑色光吸收剂的树脂施加到与具有光学多层膜12的表面相对的基底11的表面(后表面)上，形成黑色的光吸收层14。由此完成根据本发明实施例的反射屏10。
对于光学层的材料A和材料B的涂覆方法，可使用任何已知的涂覆方法，例如浸渍、照相凹板式涂敷、辊涂、刮涂，压模涂覆或者顶盖涂覆。
实例下面，将描述根据本发明实施方案的实例。应当理解，本发明并不局限于这些实例。
(例1)在例1中将在以下描述高折射率层的涂层材料(I)和低折射率层的涂层材料(II)的组分，形成光学多层膜的方法，以及制造屏的方法。
(1)涂层材料(I)颜料微粒TiO2微粒(由Ishihara Sangyo Kaisha，Ltd.制造；平均颗粒大小约20nm；折射率2.48)100重量份(2.02％按重量)粘结剂含SO3Na基聚氨酯丙烯酸酯(数均分子量350；SO3Na浓度1×10-1mol/g)9.2重量份(0.19％按重量)分散剂聚氧乙烯磷酸酯7.5重量份(0.15％按重量)有机溶剂甲基异丙酮(MIBK)4800重量份(97.19％按重量)UV固化树脂二季戊四醇六硝酸酯和二季戊四醇五丙稀酸酯的混合物(由Nippon Kayaku Co.，Ltd.制造；商标名DPHA)22重量份(0.45％按重量)混合预定量的颜料微粒、分散剂、粘结剂和有机溶剂，并用涂料混合器进行分散处理，制备出微粒分散液体。接下来，将UV可固化树脂添加于其中并用搅拌器进行搅拌，形成涂层材料(I)。关于用涂层材料(I)形成的光学膜，用Filmetrix(由Matsushita Intertechno Co.，Ltd.制造)测量折射率。结果，在可见光区域中的平均折射率为1.94。
(2)涂层材料(II)粘合剂羧基终止全氟丁烯基乙烯醚聚合物100重量份(5.66％按重量)有机溶剂含氟基乙醇(C6F13C2H4OH)和全氟丁脒的混合物(混合比95∶5)1666重量份(94.34％按重量)混合并充分搅拌粘结剂和有机溶剂，制备出涂层材料(II)。对于用涂层材料(II)形成的光学膜，用Filmetrix(由Matsushita Intertechno Co.，Ltd.制造)测量折射率。结果，在可见光区域中的平均折射率为1.34。
(3)设定目标膜厚度(S21)如上所述，高折射率层的折射率nH为1.94，低折射率层的折射率nL为1.34。
(S22)选择UHP灯作为投影仪光源，并从光源光谱分布，确认最高亮度峰的波长λc位于550nm。
(S23)利用在步骤S21中确定的折射率nH和nL以及在步骤S22中确认的波长λc，基于图6中预定的光学多层膜12的结构，根据上述公式(1)设定高折射率层和低折射率层的目标厚度。具体来说，根据公式(1)设置膜层厚度，光学叠层体A的qwot数为13。高折射率层12H(1)的目标厚度设为921nm，低折射率层的目标厚度12L(1)设为1,334nm。随后，通过在光学叠层体B中将低折射率层12L(2)的qwot数设为8，将高折射率层12H(2)的qwot数设为4，根据公式(1)分别设定目标厚度为821nm和284nm。
(4)制造反射屏的方法(S31)通过浸渍工艺将涂层材料(I)施加到PET膜(厚度188um；由Toray Industries，Inc.制造；商标名U426)的每个主面上。通过控制拉出速度调节涂层材料(I)的涂覆量，从而获得921nm的目标厚度。
(S32)在80℃干燥涂层膜的涂层材料(I)，然后紫外线(UV)固化(1,000mJ/cm2)形成高折射率层12H(1)。
(S33)接下来，通过浸渍工艺将涂层材料(II)施加到高折射率层12H(1)。通过控制拉出速度调节涂层材料(II)的涂覆量，从而获得1,334nm的目标厚度。
(S34)在室温下干燥涂层膜的涂层材料(II)，然后在90℃下热固化形成低折射率层12L(1)。
(S35)在与步骤S31和S32所述相同的条件下，在低折射率层12L(1)上形成高折射率层12H(1)。由此产生出具有下列六层结构的光学层叠体A，包括层叠在PET膜的前表面上的三层(12H(1)/12L(1)/12H(1))和叠层在PET膜的后表面上的三层(12H(1)/12L(1)/12H(1))。
(S36)接下来，通过浸渍工艺将涂层材料(II)施加到叠层体A上。将涂层材料(II)的涂覆量设置为达到821nm的目标厚度。
(S37)在室温下干燥涂层膜的涂层材料(II)，并且在90℃下热固化形成低折射率层12L(2)。
(S38)接下来，通过浸渍处理将涂层材料(I)施加到低折射率层12H(2)上。将涂层材料(I)的涂覆量设置为达到284nm的目标厚度。
(S39)在80℃下干燥涂层膜的涂层材料(I)，然后紫外线(UV)固化(1,000mJ/cm2)形成高折射率层12H(2)。
由此，制造出其中组合光学叠层体A和光学叠层体B的光学多层膜12(具有在PET膜的每个表面上有五层的十层结构)。
(S3a)用其间的压敏粘结剂膜将片状光散射层粘结到光学多层膜12上。
(S3b)将用作光吸收层的黑PET膜粘结到另一光学多层膜12上。由此，获得了如图6中所示的反射屏20。
为了评价得到的光学多层膜，利用分光光度计(JASCO制造的V-550ST)测量光谱反射率曲线，在每个波长区域，即，450至500nm，530至570nm，600至670nm，获得反射率为40％或更大的峰的数目。另外，获得了450至500nm波长区域中的峰值反射率(R)与530至570nm波长区域中的峰值反射率(G)之比(R/G)，450至500nm波长区域中的峰值反射率(B)与530至570nm波长区域中的峰值反射率(G)之比(B/G)。另外，当多个反射率为40％或更大的反射率峰出现在一个波长区域中时，用最高峰值计算出反射率比。
为了评价得到的反射屏，利用下述方法进行色度评价。
首先，来自使用UHP作为光源的投影仪(由Sony Corp.制造的HS20)的白色图像投影到屏的中心区域，且对于来自屏中央区域的反射光，用分光光度计(由Minolta制造的CS1000)测量CIE1960uv色度坐标。接下来，获得该坐标和全辐射体位置之间的距离Δuv。较低的Δuv被认为表示较好的色彩再现性。
另外，当白色图像投射到反射屏上时，用分光光度计测量亮度，然后当投射黑色图像时再测量亮度。基于投射白色图像时测量到的亮度和投射黑色图像时测量到的亮度之间的比率确定对比度。
(例2和3)在与例1相同的条件下制造反射屏，除了高折射率层12H(2)的qwot数分别设为6和5.8，并且其目标厚度分别设在425nm和412nm。以同样的方式评价生产出的该反射屏。
(例4)在与例2相同的条件下制造反射屏，除了光学叠层体A的qwot数设为15，高折射率层12H(1)的目标厚度设为1,063nm，以及低折射率层12L(1)的目标厚度设为1,539nm。以同样的方式评价生产出的反射屏。
(例5)在与例1相同的条件下制造反射屏，除了低折射率层12L(1)的qwot数设为9.2，低折射率层12L(2)的qwot数设为10，低折射率层12L(1)的目标厚度设为944nm，以及低折射率层12L(2)的目标厚度设为1,026nm。以同样的方式评价生产出的反射屏。
(例6)在与例1相同的条件下制造反射屏，除了改变光学层的叠层顺序以及改变层数，使得PET膜的每个表面上设为如下的五层结构基底11/12H(2)/12L(2)/12H(2)/12L(1)/12H(1)，其中光学叠层体A设置在光学叠层体B上；高折射率层12H(2)的qwot数设为8；低折射率层12L(2)的qwot数设为4；低折射率层12L(1)的qwot数设为1；高折射率层12H(1)的qwot数设为13；高折射率层12H(2)的目标厚度设为567nm；低折射率层12L(2)的目标厚度设为410nm；低折射率层12L(1)的目标厚度设为103nm；以及高折射率层12H(1)的目标厚度设为921nm。以同样的方式评价产生的反射屏。
(例7)
在与例1相同的条件下制造反射屏，除了没有在基底11上直接施加12H(1)的情况下，形成的光学多层膜在PET膜的每个表面上具有四层结构，即，具有下述结构基底11/12L(1)/12H(1)/12L(2)/12H(2)；低折射率层12L(1)的qwot数设为9.1；高折射率层12H(1)的qwot数设为13；低折射率层12L(2)的qwot数设为10；高折射率层12H(2)的qwot数设为6.1；低折射率层12L(1)的目标厚度设为930nm；高折射率层12H(1)的目标厚度设为921nm；低折射率层12L(2)的目标厚度设为1,026nm；高折射率层12H(2)的目标厚度设为432nm；以同样的方式评价产生的反射屏。
(例8)在与例4相同的条件下制造反射屏，除了没有在基底11上直接施加12H(1)的情况下，形成的光学多层膜在PET膜的每个表面上具有四层结构，即，具有下述结构基底11/12L(1)/12H(1)/12L(2)/12H(2)；高折射率层12H(2)的qwot数设为6.1；高折射率层12H(2)的目标厚度设为432nm。以同样的方式评价产生的反射屏。
(例9)在与例5相同的方法制造反射屏，除了构成直接位于基底11上的每个高反射率层12H(1)即从基底11数的第一层起的材料改变为Nb2O5(可见光区域中的平均折射率为2.30)，高折射率层12H(1)的qwot数设为13，其目标厚度设为771nm；构成每个低折射率层12L(1)即从基底11数的第二层起的材料改变为SiO2(在可见光区域中的平均折射率为1.45)，低折射率层12L(1)的qwot数设为9.2，并且其目标厚度设为869nm；并且用干法形成高折射率层12H(1)(Nb2O5)和低折射率层12L(1)(SiO2)，例如汽相沉积法或溅射法。以同样的方式评价产生的反射屏。
(比较例1)在与1相同的条件下制造反射屏，除了在PET膜每个表面上的所有五层的qwot数都设为11，每一个高折射率层(12H(1)和12H(2))的目标厚度都设为779nm，并且每一个低折射率层(12L(1)和12L(2))的目标厚度都设为1,129nm。以同样的方式评价产生的反射屏。
(比较例2和3)
在与例1相同的条件下分别制造反射屏，除了qwot数分别设为13和15；每个高折射率层(12H(1)和12H(2))的目标厚度分别设为921nm和1,063nm；每个低折射率层(12L(1)和12L(2))的目标厚度分别设为1,334nm和1,539nm。以同样的方式评价产生的反射屏.
比较例4)制造反射屏，该反射屏包括设置在基底11(PET膜)上的金属层和光学多层膜，该金属层由100nm厚的Al构成，在光学多层膜中，由Nb2O5构成的介电层(1)，由厚20nm的Nb构成的光吸收层，该光吸收层是光透射的，以及由Nb2O5构成的介电层(2)顺序层叠，光学多层膜设置在金属层上。以同样的方式评价产生的反射屏。每个电介质层(1)和(2)的qwot数设为9.4，每个电介质层(1)和(2)的目标厚度设为560nm，并且通过溅射的方法形成金属层和光学多层膜。
表1和表2示出了在各例和各比较例中的qwot数。在表3中示出了各例和各比较例的评价结果。
从评价结果可看出，对于例1、4和7中的光学多层膜，在B波长区域中可观察到折射率为40％或更大的两个反射率峰。对于例9中的光学多层膜，在R波长区域中可观察到反射率为40％或更大的两个反射率峰。在例5中，在R和B波长区域中可观察到反射率为40％或更大的两个反射率峰。
对于例1至4、6、和7中的光学多层膜，反射率比R/G和B/G两个都为1.2或更大。在例5和例8中，反射率比R/G为1.2或更大。在例9中，反射率比B/G为1.1或更大。相反，在比较率1至4中的每个光学多层膜中，反射率比R/G和B/G都小于1.1。
另外，对于例1至9的所有反射屏中，Δuv值为0.02或更小，表示良好的色彩再现性。相反，对于比较例1至4中的每个反射屏，Δuv值高于0.02，表示较差的色彩再现性。
表1
表2
表3
(例10)在例5中，在制造反射屏的方法中，对于步骤S3a中使用的压敏粘结层，通过添加碳基颜料改变透射率(吸收特性)。在与例1相同的条件下制造反射屏。可使用四种类型的压敏粘结层，即，例1中透明的压敏粘结膜A，以及其中碳基颜料以不同浓度分散的压敏粘结膜B、C和D。图7示出了这些压敏粘结膜的光谱透射率的测量结果。
所得的包括压敏粘结膜A、B、C和D的反射屏分别被称为屏A、B、C和D。以下述方法评价其光学特性。
(1)白光亮度将来自使用UHP灯作为光源(60英寸对角线投影尺寸；长宽比为4∶3)的投影仪(由Sony Corp制造的HS20)的白色图像投影到每个样品屏的中心区域上。对于投影图像，用分光光度计(由Minolta制造的CS1000)测量出屏中心区域的亮度。另外，用作为外部光的汞灯照明测量房间，以便很容易地测量出由碳基颜料导致的黑色亮度中的改变，并将屏表面的照度设为201x。
(2)色度差Δxy另外，对于白色图像投影过程中的反射光，测量CIE 1931xy色度坐标。基于屏A的白色色度(x，y)以及其它屏B、C和D的各色度(x’，y’)，根据下述公式(2)计算出色度差ΔxyΔxy＝((x-x′)2+(y-y′)2)1/2(2)(3)黑色亮度将来自使用UHP灯作为光源(60英寸对角线投影尺寸；长宽比为4∶3)的投影仪(由Sony Corp制造的HS20)的黑色图像投影到每个样品屏的中心区域上。对于投影图像，用分光光度计(由Minolta制造的CS1000)测量出屏中心区域的亮度。
测量结果示于表4中。
从表4中显而易见，通过赋予用于粘结光学多层膜和光散射层的压敏粘结层以半透明层的功能，可任意的改变亮度和突出黑色图像的暗度，同时将色度差Δxy限制为0.01或更小。
表4
应当理解，对于本领域的技术人员，在本发明的权利要求或其等同物的范围内，根据设计需要和其它因素可产生各种改变、组合、子组合和替换。
本申请包含涉及分别于2004年6月18日、2004年9月1日及2005年5月16日向日本专利局申请的日本专利申请JP2004-181078、JP2004-254329及JP2005-142704的主题，其全文在此引入作为参考。
权利要求
1.一种光学多层膜，包括基底；以及具有不同折射率的多种类型的光学层，层叠于所述基底上，其中，所述光学多层膜显示出对于红、绿和蓝波长区域中的光具有相应反射率峰的高反射特性，并且对于除红、绿和蓝波长区域外的至少可见光波长区域中的光显示出高透射特性；以及在红光和/或蓝光波长区域中的所述反射峰强度高于绿光波长区域中的所述反射峰强度。
2.根据权利要求1所述的光学多层膜，其中，红光和/或蓝光波长区域中的所述反射峰强度是绿光波长区域中的所述反射峰强度的至少1.2倍。
3.一种光学多层膜，包括基底；以及具有不同折射率的多种类型的光学层，层叠于所述基底上，其中，所述光学多层膜显示出对于红、绿和蓝波长区域的光具有相应反射率峰的高反射特性，并且对于除红、绿和蓝波长区域外的至少可见光波长区域中的光显示出高透射特性；以及其中红光和/或蓝光波长区域具有多个反射率为40％或更高的反射峰。
4.一种光学多层膜，包括光学叠层体A，其包括彼此层叠的具有不同折射率的多种类型的光学层，所述光学叠层体A显示出对于红、绿和蓝波长区域的光具有反射率峰基本相同的反射特性；光学叠层体B，其包括彼此层叠的具有不同折射率的多种类型的光学层，所述光学叠层体B具有反射率曲线底部位于绿光波长区域中的反射特性。
5.一种用于反射来自光源以显示图像的光的反射屏，所述反射屏包括根据权利要求1至4任一种的光学多层膜；光吸收层，吸收经所述光学多层膜传输的光；以及光散射层，散射由所述光学多层膜反射的光，所述光散射层设置在所述光学多层膜的最上层上。
6.根据权利要求5所述的反射屏，其中所述光源为高压汞灯。
全文摘要
本发明公开了一种光学多层膜和反射屏，所述光学多层膜包括光学叠层体A，其包括彼此层叠的具有不同折射率的多种类型的光学层，该光学多层膜显示出对于红、绿和蓝波长区域的光具有反射率峰基本相同的反射特性；光学叠层体B，其包括彼此层叠的具有不同折射率的多种类型的光学层，该光学叠层体B具有反射率曲线底部位于绿光波长区域中的反射特性。
文档编号G02B1/11GK1725040SQ20051009137
公开日2006年1月25日 申请日期2005年6月20日 优先权日2004年6月18日
发明者瀬上正晴, 守泽和彦, 梅屋慎次郎, 下田和人, 梶谷俊一 申请人:索尼株式会社