专利名称：具有凸的前表面的前投射屏幕的制作方法
背景技术：
本发明涉及前投射屏幕，特别涉及这种具有带有前部分和后部分的前投射屏幕的屏幕，每一部分具有前表面和后表面，前部分具有在前后表面之间定义漫散射区的光散射颗粒，前部分的前表面定义了前凸透镜阵列，阵列由相互平行的纵向延伸过屏幕的凸透镜组成，后部分定义了与前部分漫散射区隔离的反射表面。
小型显示器件的发展，例如适用于图象重建的LCDs(液晶显示)和DMDs(可形变镜面器件)，促进了对小孔径投射光器件的需求以便投射这些图象，和对前投射屏幕的需求以便在宽视角范围内显示具有足够对比度的投射图象。
众所周知，各种前投射屏幕或者利用后表面凸透镜阵列或者利用线性菲涅耳透镜阵列，他们都具有光散射颗粒以便把图象传播到观众区域。例子，见美国专利4,767,186；4,964,695；和4,911,529。这些屏幕还可以利用透镜单元间的光吸收区吸收侧面光，进而改善图象对比度。
这种小孔径系统所遇到的一个问题是光可能穿过屏幕而不遇到任何光散射颗粒，从而产生了被称为闪烁或斑点的现象，闪烁或者斑点是随机地出现在屏幕上的亮点。这种闪烁或斑点很显然是不合要求的，因为它降低了清晰度并且分散了观看者的注意力。
发明目的和概述因此本发明的目的是提供可降低闪烁或斑点的发生的前投射屏幕。
本发明的进一步目的是提供可实现稳定可靠结构的前投射屏幕。
本发明的另一个目的是提供一种前投射屏幕，其中，环境，例如热和/或者潮湿，对前投射屏幕稳定性的影响，显著地降低。
根据本发明，前投射屏幕的特征在于前投射屏幕包含前透明硬化层，硬化层包含具有前后表面的板，板的后表面与定义凸透镜阵列的前部分的前表面相接触，和板的前表面具有增透层。
在使用中，投射光的入射光线横穿漫散射区和漫散射区与反射表面之间的间隙，在被再次反射通过这些区域之前。这样，光线沿不同的方向横穿漫散射区的不同部分，增加了光线遇到至少一个光散射颗粒的可能性，由此降低斑点的发生率。硬化的前透明层为稳定结构提供了强化硬度，这样由于作为屏幕低机械形变结果的较好光学特性而导致较好的性能。并且硬化的前透明层提供了屏幕的长期稳定性能，因为来自环境的影响被屏蔽掉了。结果，可能由环境的热和/或者潮湿环境引起屏幕前后部分间部分剥离的可能性显著降低。
如这里所用的，术语“凸透镜阵列”的含义是相互平行延伸的透镜单元或微透镜阵列，沿同一方向纵向延展过屏幕，并具有横向的清晰轮廓。
漫散射区域可以延伸到前部分的后表面，例如，从前表面到后表面贯穿整个前部分，后部分在漫散射区和反射表面之间提供了间隙。另外，漫散射区可以与前部分的后表面隔离，例如，可以限制在前表面附近，在这种情况下，漫散射区和前部分的后表面间的剩余区域可以用作漫散射区和反射表面间的隔离区。反射表面可以放置在前部分的后表面。
另外，前部分的后表面可以定义与第一阵列平行的第二凸透镜阵列，第一阵列的每一个凸透镜单元或微透镜在第二阵列中具有相应的微透镜。
根据本发明的另一个实施方案，前和/或者后凸阵列由具有陡峭侧边的微透镜组成，这样至少进入这些微透镜的部分光在侧边被完全反射并聚集在微透镜的顶端。这种全内部反射(TIR)的详细描述见于前面引用的美国专利4,767,186和4,964,695，其详细说明在这里引用作为参考。
在上述任何实施方案及其变例中，光吸收材料的结构或模式可以出现在前和/或者后凸透镜阵列的微透镜之间，以便增强在环境光条件下的图象对比度。
附图
简述本发明将参照一些特定实施方案进行详细描述，如附图所示，其中图一是一个屏幕实施方案的剖面简图，该屏幕具有带有前凸透镜阵列的前部分、与阵列相接的光吸收结构、体漫散射区和具有后反射阵列的后部分；图二是另一个与图一相似的屏幕实施方案剖面简图，只是前部分还具有后凸透镜阵列；图三是另一个与图一相似的屏幕实施方案剖面简图，只是漫散射区被限制在前表面附近，且后部分具有前反射表面；图四仍是与图三相似的另一个屏幕实施方案剖面简图，只是前部分还具有后凸透镜阵列；图五是与图四相似的剖面简图，只是反射层沿着后凸阵列的轮廓；图六是与图五相似的剖面简图，只是反射层被限制在后微透镜的顶部；图七是与图二相似的剖面简图，只是隔离区出现在前部分；
图八是与图二相似的前投射屏幕剖面简图，只是没有隔离层；图九是与图二相似的前投射屏幕剖面简图，只是光吸收结构与后凸透镜阵列相接；和图十是与图一相似的前投射屏幕剖面简图，包括硬化的前透明层。
优选实施方案的描述现参照图一，屏幕10由前部分12和后部分14组成。透光材料例如有机玻璃的前部分12，具有定义凸透镜阵列17的前表面16，阵列由相互平行的纵向延伸过屏幕的各个微透镜组成。图一是横向剖面图，显示了微透镜的轮廓。前表面还具有包括延伸在微透镜间的脊18的光吸收结构，和在这些脊顶部的光吸收层18.该层20用来吸收大部分以相对大的角度照射到屏幕上的光(例如环境光)，同时只吸收少部分以小角度照射到屏幕上的光(例如投射光)。
第一部分12具有弥散分布在该部分体积内的光散射颗粒，以形成漫散射区22。
屏幕10的第二部分14由透光材料隔离层24，例如玻璃，和形成光反射表面28的层26构成。层28可以是任何适于制作镜面的材料，例如银或铝。
隔离层24的功能是在漫散射区12和反射表面28之间提供间隙。这样，入射光线29穿过漫散射区22，然后穿过隔离层24，然后在离开屏幕之前被再次反射回这些层。这种配置的结果是较示于图八的前投射屏幕显著地减少斑点。
图二显示了屏幕的另一个与图一实施方案相似的实施方案，只是屏幕30的前部分32具有位于后表面的第二凸阵列50。该凸阵列也由相互平行的纵向排列的微透镜组成，每个微透镜与前表面的相应微透镜相对。这样，间距P(阵列中相邻微透镜间的距离)对于前、后阵列是相同的，同时第二阵列微透镜的轮廓可以与第一阵列的反面不同。
在图一的实施方案中，光线52横穿体漫散射区42两次，第二次横穿是在穿过隔离层44和从表面48反射之后，导致斑点较图八中的屏幕显著地减少。
图三显示了屏幕的另一个与图一实施方案相似的实施方案，只是屏幕60的光散射颗粒被限制在前部分62的前表面附近的漫散射区72，后部分64由与前部分62相接的形成光反射表面76的层74构成。在这种配置中，图一中的隔离层24由前部分62中的隔离区78代替，隔离区78不具有任何光散射颗粒。这样，进入屏幕的光线79，横穿漫散射区72、隔离区78，然后由表面76反射，再一次横穿隔离区78和漫散射区72，结果是当与图八的屏幕相比较时，斑点的发生率下降。
在图三的实施方案中，层74可以很厚，为前部分提供机械支撑，或者是一个相对薄的层，例如在前部分的后表面上的镀膜材料层或汽相淀积材料层。
图四显示了与图三实施方案相似的另一个屏幕实施方案，其中屏幕80的前部分82具有第二凸表面84，与图二的凸表面50相似。在该实施方案中，入射光线86横穿漫散射区88、隔离区90，然后由表面92反射，在离开屏幕80之前，再一次横穿隔离区90和漫散射区88，结果是当与图八的屏幕相比较时，斑点的发生率下降。
图五和图六显示了图四实施方案的两个不同变例。在图五中，屏幕100由与图四中前部分82相似的前部分102和只由一层形成与第二凸表面110的轮廓相一致的反射表面108的材料106构成的后部分104组成。例如，层104可以是银或者铝的汽相淀积层。这样，进入屏幕100的光线112，横穿漫散射区114、隔离区116，由表面108反射，在离开屏幕之前，再一次横穿隔离区116和漫散射区114，结果是当与图八的屏幕相比较时，斑点的发生率下降。
在图六中屏幕200由与前部分102相似的前部分202和经减小以隔离由限制于第二凸表面210的微透镜220顶部212的隔离材料206组成的层的后部分204构成。材料206可以由，例如银或者铝，通过掩膜汽相淀积或者利用比微透镜的尺寸大很多的涂层器，例如辊子，镀到顶部。这样，进入屏幕200的光线216，横穿漫散射区218、隔离区220，由表面208反射，在离开屏幕之前，再一次横穿隔离区220和漫散射区218，结果是当与图八的屏幕相比较时，斑点的发生率下降。
在图七中屏幕300由与示于图二的前部分32和后部分34相似的前部分302和后部分304构成，只是在前部分302中漫散射区被限制在前表面附近的区域306，留出无光散射颗粒的隔离区308。后部分304与后部分34相似，由隔离层310和形成反射表面314的层312构成。这样入射光线316在被面314反射之前，横穿漫散射区306，隔离区308和隔离层310，在离开屏幕之前，再次横穿这些区域和层，结果是当与图八的屏幕相比较时，斑点的发生率下降。
图2、4、5、6和7的实施方案是特别有优势的，因为商业上可行的具有面或体漫散射的后投射屏幕可以用作前投射屏幕的前部分。例如，这种后投射屏幕描述于JEI，December，1993，PP.27，33。
图八显示了前投射屏幕400，具有由现有后投射屏幕技术制作的前部分402，具有前凸阵列404，带有光吸收层408的凸起部分406，后凸阵列410和体漫散射区412。后部分由镜面403构成。这样，屏幕缺少图一中的隔离层24。
图二和图八的屏幕对于不同厚度的隔离层44直观地比较聚焦、莫尔条纹、和斑点。结果示于下表。
表隔离层聚焦莫尔条纹斑点无(图八) 最佳强 强3/32英寸 好 中 弱1/8英寸 中等弱 弱1/4英寸 差 弱 最弱图九显示了前投射屏幕500，具有前部分502和后部分504，与图二的前部分32和后部分34相似，只是在前部分502中光吸收结构与后凸透镜阵列510相接，而不是前阵列507。这样脊512和光吸收层514位于微透镜511之间，任何到达层514的光线，例如光线524，都将被吸收。
图十显示了前投射屏幕1000，具有与图一相同前部分12和后部分14，和包括板13和增透层15的硬化的前透明层27。例如，板13可以是塑料或玻璃合成物，层15可以是1/4波长厚的MgF2，例如波长是投射光的中心波长或主波长。层27势必防止前部分12和后部分14之间的例如由潮湿环境所造成的剥离。众所周知，增透层15优选地用来以防止发生由入射光线29在透明层27入口处的反射(显示为出射光线29A)引起的图象模糊(gost images)。
值得注意的是前部分12和后部分14可以由任何在这里描述的其它实施方案的前和后部分代替。
本发明已根据有限数目的实施方案和实施方案的变例进行了描述。其它的实施方案和变例对于本领域的技术人员是易懂的，并将包含在附属权利要求所定义的发明范围之内。
权利要求
1.前投射屏幕具有前部分和后部分，每一部分具有前表面和后表面，前部分具有在前后表面间定义漫散射区的光散射颗粒，前部分的前表面定义前凸透镜阵列，阵列由相互平行的纵向延伸过屏幕的微透镜组成，后部分定义与前部分漫散射区隔离的反射表面，其特征在于前投射屏幕包含前透明硬化层，硬化层包含具有前后表面的板，板的后表面与定义凸透镜阵列的前部分的前表面相接，板的前表面具有增透层。
2.根据权利要求1的前投射屏幕，其中板是玻璃的，增透层是MgF2.
3.根据权利要求1或2的前投射屏幕，其中增透层的厚度是1/4投射光中心波长。
全文摘要
前投射屏幕由前部分和后部分组成，前部分具有定义前凸透镜阵列的前表面和在前后表面之间形成漫散射区的光散射颗粒，后部分具有与漫散射区隔离的反射表面。在使用中，投射光的入射光线在被再次反射通过这些区域之前，横穿漫散射区和漫散射区与反射表面之间的间隙。这样，光线沿不同的方向横穿漫散射区的不同部分，增加了光线至少遇到一个散射颗粒的可能性，这样降低了斑点的发生率。带有增透膜的玻璃板硬化层固定在屏幕前表面。
文档编号G03B21/60GK1158170SQ96190769
公开日1997年8月27日 申请日期1996年7月15日 优先权日1995年7月21日
发明者S·梅戈斯, S·H·贝克 申请人:菲利浦电子有限公司