专利名称：具有微透镜阵列的投影显示屏的制作方法
技术领域：
本发明通常涉及一种其具有微透镜阵列的投影显示屏，尤其是涉及一种其利用微透镜阵列板和光漫射层来调节视角的投影显示屏，其中光漫射层根据入射平行光的方向而具有不同的辐射特性，也就是说具有任意角分布。
背景技术：
为了满足对大屏幕和高质量平面显示的需要，已研制出诸如高质量和大型显示这样的各种显示。最近，因为用户对大屏幕显示的需要增加了，因此其可对在小屏幕上所显示的图像进行放大并且可使放大图像观看的投影电视系统技术正在发展之中。术语“投影系统技术”是指这样的技术，即可对在诸如阴极射线管(CRT)显示、液晶显示(LCD)、数字光处理器(LDP)显示、或者硅上液晶(LCoS)显示这样的微显示上所显示的图像进行放大并投影并且使已放大的投影图像形成于投影屏上，由此可使用户观看大屏幕上的已放大投影图像。
投影显示系统是这样的一种系统，该系统可对光源所投射出的图像进行放大、将所放大的图像投射到屏幕上、并且将最终图像提供给观察者。背投显示屏的性能是由诸如增益、视角、对比度、以及分辨率这样的特性来确定的。当许多用户同时一起观看投影电视时，需要其在纵向和横向上具有较宽视角的屏幕特性。如在传统产品这样的其利用圆柱形双凸透镜的屏幕产品中，需要对视角进行调节以符合例如对横向和纵向上较宽视角的需求这样的顾客需求。
图1和2A至2C分别给出了传统背投型电视的示意性结构和屏幕100的示意性结构及剖面的视图。
参考图1，背投型电视包括光源灯和光学设备单元102、镜子101、以及投影透镜。
参考图2A至2C，屏幕100包括菲涅耳透镜205、微透镜阵列板201、光阻挡层202、光漫射层203、以及其包括有保护层的硬涂层部分204。图2C给出了沿着线A-B的前视图、后视图、以及剖面图，其示意性的说明了一个传统透镜状投影屏的结构。
如图2A至2C所示，投影屏包括其具有双凸透镜状结构的微透镜阵列201以及菲涅耳透镜205。传统背投屏幕所使用的透镜采用双凸透镜状阵列以对横向上的视角进行放大。在这种情况下，每个双凸透镜具有其在纵向上延伸的半圆柱体形状并且具有其仅形成于横向上的曲面，以便它具有入射光仅在左右方向上折射的特性。因此，实现纵向上的视角这仅取决于光漫射层203，以便用户在除了某些受限俯视角之外的视角上看不到图像，并且俯视角被限制在大约10度。
因此，需要这样一种屏幕，该屏幕可实现纵向和横向上的较宽视角并且可实现比下述传统屏幕更宽的视角分布，所述传统屏幕具有其可仅在横向上实现较宽视角的双凸透镜状结构。
发明内容
因此，鉴于在现有技术中所出现的上述问题而提出了本发明，并且本发明的一个目的就是提供一种诸如背投屏幕这样的光学片，该光学片可实现通过微透镜阵列而在其上形成有图像的投影屏的充分侧视角和俯视角、可获得其通过细间距透镜而具有高亮度的高分辨率图像、并且使用其在横向和纵向上具有多辐射角的光漫射层，由此保持较宽侧视角，并且可很容易对俯视角进行调节。
为了实现上述目的，本发明提供了一种其具有微透镜阵列的投影屏，该投影屏包括衬底，将该衬底构造成用于将多个微透镜装配在其上；微透镜阵列，该微透镜阵列是由形成于衬底整个表面上的微透镜形成的；光阻挡层，该阻挡层形成于其上形成有衬底的微透镜阵列的表面的背面；光漫射层，该光漫射层形成于光阻挡层的底部；以及保护层，该保护层形成于光漫射层的底部。
在本发明中，优选地其构成了微透镜阵列的微透镜是平面凸透镜。
在本发明中，优选地其构成了微透镜阵列的微透镜具有不同横向和纵向曲率。
在本发明中，优选地微透镜具有球形或者非球形表面。
在本发明中，优选地使微透镜排列成蜂窝、矩形、三角形、或者菱形排列。
在本发明中，优选地微透镜阵列中的相邻微透镜之间的间距小于150μm。
在本发明中，优选地在其至少一个表面上光漫射层包括有全息形式的不规则性。
在本发明中，优选地光漫射层包括有形成于至少一个表面上的双凸透镜阵列，并且双凸透镜阵列是规则的或者不规则的排列。
在本发明中，优选地光漫射层包括有凸出和凹进交替形成于其至少一个表面上的不规则性，并且不规则性是规则的或不规则的排列的。
在本发明中，优选地光漫射层包括有位于其中的光可扩散珠(lightdiffusible deads)，并且该光可扩散珠在预定方向上排成一行或者是随机的。
优选地微透镜是平面凸透镜。有效的是各个微透镜具有其横向和纵向曲率彼此不同的形状，以便根据方向来对光发射角进行不同的调节。有效的是使微透镜排列成蜂窝、其包括有长方形六边的六角形、菱形、矩形、或者三角形排列。此外，排列在衬底上的微透镜之间的间隙几乎为零，也就是说填充部分接近100％，以便使光效率最大。
同时，将形成于衬底之上的微透镜的排列构造成微透镜的边缘彼此重叠。在这种情况下，优选地将下述微透镜边缘的各个切削表面构造成具有任意的曲率，所述微透镜被构造成微透镜的边缘彼此重叠。将各个微透镜构造成球形或者非球形形状。
此外，在微透镜的光发射角范围内，优选地就其与透镜表面相垂直的法线而言沿着横轴的横向光发射角大于30度，并且沿着纵轴的纵向光发射角大于10度。术语“光发射角”是指这样的角度，即在该角度处根据前面的增益值可获得前面增益值的一半。
如上所述，利用其具有方向性的光漫射层以及微透镜阵列来对光发射角进行调节。此外，有效的是衬底是由聚合材料制成的以便当形成了微透镜时其起支架的作用。或者，聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)可用作材料。用于形成微透镜阵列的树脂材料以及其起支架作用的薄板材料具有高透射率，并且该材料具有大于1.5的折射率。
此外，优选地在微透镜阵列表面的后面形成了排列成行的以便其与各个微透镜相对应的光孔径。有效的是在除了光孔径之外的表面区域上形成了光阻挡层。该光阻挡层占据了超过整个区域50％的区域以便使亮度对比度保持在某个水平上。与光阻挡层相邻接的平面是其可对光向进行控制的光漫射层，并且通过将光漫射层附加在微透镜阵列片上来对侧视角和俯视角进行调节并对其放大。
光漫射层可以是利用全息原理所制造的光漫射层、其上排列有纵向圆柱式双凸透镜的表面上的光漫射层，其上排列有凹透镜的光漫射层、其上形成有凸出和凹进的不规则光漫射层、或者光可扩散珠在其上排列在预定方向或者随机排列的光漫射层。在表面光漫射层的情况下，将透镜阵列附加在微透镜阵列片的方向上或者相反方向上以对视角进行适当控制。可将利用全息原理所制造的其具有扩散效应的全息光漫射层设计成通过衍射效应而可使光在所期望的方向上扩散。在由珠所形成的体积光漫射层的情况下，漫射角和模糊程度随珠的排列、数量、以及密度而变，并且采用其具有适当性能的光漫射层并且将其附加在微透镜阵列片上。利用上述两个或多个光漫射层来构造光漫射层。
结合附图，从以下详细说明中可更清楚的得知本发明的上述及其他目的、特征、以及优点，在附图中图1给出了传统投影电视的内部结构视图；图2A至2C给出了投影电视的典型投影屏的结构视图；图3给出了根据本发明实施例的微透镜阵列片的平面图、根据本发明实施例的光阻挡层的底视图、以及微透镜阵列片的剖面图；图4给出了根据本发明实施例的各种类型的微透镜排列的视图；图5A至5C给出了根据本发明实施例的其包括有各种光漫射层的微透镜阵列屏幕的剖面图；并且图6A和6B给出了当应用了其具有根据本发明实施例的方向性的光漫射层时就角度而言的变化曲线图。
具体实施例方式
下面参考附图对本发明的优选实施例进行详细的说明。在整个不同的附图中使用相同的参考数字以表示相同或相似的部件。当确定出对已知功能或结构的详细说明是不必要的并且会使本发明难以理解，那么省去该详细说明。
图3给出了根据本发明实施例的投射屏的微透镜阵列片以及光阻挡层的视图。
更详细的说，图3给出了其上形成有蜂窝状微透镜阵列的投影屏的衬底301的平面图、其示出了光阻挡层304的后视图、以及沿着线A-B的剖面图。
在传统的投影屏上，仅在横向上形成了双凸透镜阵列的圆柱形曲面，并且因此，入射光仅反射在横向上，因此很难实现高于某个水平的俯视角。相反，可将根据本发明的投影屏的微透镜阵列302构造成具有蜂窝式排列，并且微透镜302′具有其分别在横向和纵向上弯曲的表面，以便可实现相当宽的视角。根据本发明的投影屏包括衬底301，该衬底301用于将微透镜302′装配在其上并且支撑以蜂窝式排列而排列在衬底301上的微透镜302′以及微透镜302′。
微透镜302′是平面凸透镜，在该平面凸透镜中椭圆形、六边形、或者矩形单元微透镜排列成二维排列，或者其是球形或者非球形单元微透镜。同时，衬底301是由透明聚合材料制成的以便其起下述支架的作用，所述支架是在形成微透镜302′时所必要的。确定各个单元微透镜的大小以便单元微透镜以低于大约150μm的间距而排列。考虑到要防止波纹而来设计间距的大小。
同时，其被排列成与单独的透镜相对应的光孔径303形成于其上形成有微透镜302′的透明衬底301的后部，并且除光孔径303的区域之外的后部区域起黑色光阻挡层的作用。在蜂窝状微透镜阵列302′的结构中，对适当形状透镜的设计是为保持恒定亮度同时使总的光输出始终如一且实现充分俯视角所必需的。也就是说，优选地形成了如图4所示的蜂窝形状的每个透镜，所述蜂窝形状与在纵向上、在矩形形状上、或者在三角型形状上所延伸的六边形相似。使形成于衬底301上的微透镜302′排列成其边缘彼此相重叠，并且因此，可提高微透镜302′所占用的区域与该衬底的总区域的比值。微透镜302′的特征在于形成了不同的横向和纵向曲率以对光发射角进行调节。微透镜的曲率包括每个微透镜的横向和纵向长度并且其是由每个微透镜的高度以及每个微透镜的非球形恒定值来确定的。将每个微透镜的光发射角范围构造成相对于透镜面的法线而言沿着横轴的横向光发射角大于30度并且沿着纵向的纵向光发射角大于10度。如上所述，将不同形状的微透镜应用到投影屏上，以便可实现横向上的视角以及纵向上的极好视角这样的效果，所述横向上的视角与应用蜂窝状微透镜阵列302的示例相类似。
图5A至5C给出了其上装配有若干光漫射层的屏幕示例。将根据表面形状可对其进行调节的表面光漫射层分成透镜光漫射层501a和501b、其具有全息特性的光漫射层501c、以及其具有不均匀结构的光漫射层。各个表面光漫射层具有这样的屏幕结构，即在该结构中可对侧向角和俯视角进行调节以通过附加下述体积光漫射层而符合用户需要，所述体积光漫射层通过对排列在光扩散层上的光可扩散珠的排列进行调节而具有光方向性。
图5A给出了其使用透镜光漫射层的屏幕示例。将透镜光漫射层501a构造成其向左右延伸的圆柱形状，并且因此，通过透镜光漫射层501a而将微透镜阵列302所发射出的光量进一步分布在其横向上，由此提高侧视角，同时降低俯视角。
图5B给出了其使用具有凹形透镜结构的光漫射层的屏幕示例。该示例利用其具有凹形透镜结构的透镜阵列可提高侧视角。
图5C给出了其使用全息光漫射层501c的屏幕示例。在图5c中，全息光漫射层501c可利用若干微米精细图案宽度、深度、以及长宽比来对横向和纵向光漫射角的分布进行调节。全息光漫射层501c的特征在于无周期的结构特征可使波纹和色差最小化而无需取决于波长。全息光漫射层501c可使用单个表面或者两个表面。在将其附加在其上排列有微透镜的表面上之后或者在将其附加在相对表面上之后，可使用透镜光漫射层501a或501b或者全息光漫射层501c。通常制造并使用透镜光漫射层501a或501b或者全息光漫射层，同时使其与其他组件集成在一起，但是也可单独制造并使用。
其给出了下述曲线图的图6A说明了其取决于视角的横向和纵向亮度，所述曲线图从视角和亮度的观点来对传统透镜状微透镜阵列与根据本发明实施例的蜂窝状微透镜阵列进行比较。
在图6A中，实线表示相对于蜂窝状微透镜的视角而言的亮度，并且虚线表示相对于传统透镜状微透镜的视角而言的亮度。如该曲线图所示，可以得知与传统的双凸透镜状微透镜相比较，蜂窝状微透镜的优点在于其在结构上甚至可使光在纵向上折射，并且因此，可实现充分的俯视角。此外，蜂窝状微透镜的优点在于除了可实现充分的视角之外还可将其应用到半导体加工处理技术上，由此可制造出甚细间距并且可提高分辨率。
此外，因为蜂窝状微透镜的底部具有这样的结构，即在该结构中微透镜完全占据了该底部以便使间隙最小化，并且使透镜之间的距离最小化，并且因此，可使占空系数最大化。因此，与传统结构相比较，可提供本实施例的效率。
其属于投影屏部件的光漫射层基本上执行这样的功能，即通过其从位于间隔中的并且不变的背部照明所投射出的均匀分布光来保持整个屏幕的亮度、使穿透损失最小化、并且对斑点和色调进行调节。因此，在本发明中，另外提供了其具有光分布方向性的光漫射层并且可使侧视角和俯视角根据观众的偏好而改变。其起光漫射层作用的大量现有产品已商业化并且可利用适当产品来对视角进行调节。
图6B给出了根据本发明实施例的利用其具有双凸透镜结构的光漫射层的示例。可以得知由于使用光漫射层而可通过对侧视角进行放大并且降低俯视角来将视角调节为等于或高于现有透镜状屏幕的水平。这仅仅是个示例，并且通过改变光漫射层和微透镜阵列的结构可对视角的分布进行各种调节。
如上所述，本发明的优点在于即使在除了其需要附加处理和设计的非球形微透镜排列之外的球面透镜排列中也可对视角进行调节、可降低制造成本、并且可很容易使其具有用户所期望的各种视角分布的屏幕产品商业化。
虽然利用着重于优选实施例而参考附图已对本发明进行了描述，但是对于本领域普通技术人员来说应该知晓的是在不脱离随后权利要求中所公开的本发明的范围和精神的情况下可对其做出各种改进、添加、以及替换。
权利要求
1.一种其具有微透镜阵列的投影屏，该投影屏包括衬底，将该衬底构造成用于将多个微透镜装配在其上；微透镜阵列，该微透镜阵列是由形成于衬底整个表面上的微透镜形成的；光阻挡层，该光阻挡层形成于其上形成有衬底的微透镜阵列的表面的背面；光漫射层，该光漫射层形成于光阻挡层的底部；以及保护层，该保护层形成于光漫射层的底部。
2.如权利要求1中所述的投影屏，其中其构成了微透镜阵列的微透镜是平面凸透镜。
3.如权利要求1中所述的投影屏，其中其构成了微透镜阵列的微透镜具有球形或者非球形表面。
4.如权利要求1中所述的投影屏，其中其构成了微透镜阵列的微透镜具有不同的横向和纵向曲率。
5.如权利要求1中所述的投影屏，其中其形成了微透镜阵列的微透镜排列成蜂窝、矩形、三角形、或者菱形排列。
6.如权利要求1中所述的投影屏，其中将其形成了微透镜阵列的微透镜之间的间隙确定为填充部分是95％。
7.如权利要求1中所述的投影屏，其中将其形成了微透镜阵列的微透镜之间的光发射角范围确定为就透镜表面的法线而言，沿着横轴的横向光发射角大于30度。
8.如权利要求1中所述的投影屏，其中将其形成了微透镜阵列的微透镜之间的光发射角范围确定为就透镜表面的法线而言，沿着纵轴的纵向光发射角大于10度。
9.如权利要求1中所述的投影屏，其中微透镜阵列中的相邻微透镜之间的间距小于150μm。
10.如权利要求1中所述的投影屏，其中衬底是由聚合材料制成的。
11.如权利要求10中所述的投影屏，其中聚合材料是聚对苯二甲酸乙二醇酯。
12.如权利要求1中所述的投影屏，其中光阻挡层包括用于使光穿过其中的光孔径以及用于阻挡光的黑色矩阵。
13.如权利要求12所述的投影屏，其中黑色矩阵占据了其超过光阻挡层的全部区域50％的一区域。
14.如权利要求1所述的投影屏，其中在其至少一个表面上光漫射层包括全息形式的不规则性。
15.如权利要求1所述的投影屏，其中光漫射层包括形成于其至少一个表面上的双凸透镜阵列，该双凸透镜是规则的或者不规则的排列的。
16.如权利要求1所述的投影屏，其中光漫射层包括有凸出和凹进交替形成于其至少一个表面上的不规则性，并且不规则性是规则的或无规则的排列的。
17.如权利要求1所述的投影屏，其中光漫射层包括有位于其中的光可扩散珠，该光可扩散珠排列在预定方向上或者是随机排列的。
全文摘要
这里公开了一种其具有微透镜阵列的投影屏。该投影屏包括衬底、光阻挡层、光漫射层、以及保护层。将该衬底构造成用于将多个微透镜装在其上。该微透镜阵列是由排列并形成于衬底整个表面上的微透镜形成的。该光阻挡层形成于其上形成有衬底的微透镜阵列的表面的背面。该光漫射层形成于光阻挡层的底部。该保护层形成于光漫射层的底部。
文档编号G02B3/00GK1743899SQ20051009967
公开日2006年3月8日 申请日期2005年9月2日 优先权日2004年9月3日
发明者李泳柱, 权赫, 郑志赫, 吴昌勋, 林泰宣, 朴纪垣, 成东默, 李根雨 申请人:Lg电子株式会社, Lg麦可龙电子公司