專利名稱：背投影屏幕及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及背投影屏幕和濾光器，具體而言，涉及用微結(jié)構(gòu)制造的背投影屏幕和濾光器。
背景技術(shù)：
背投影屏幕將圖像從屏幕后面透射到屏幕對面的觀眾。圖像受屏幕或?yàn)V光器透射的光量或通過量影響。一般地，屏幕和濾光器能透射的光量受其構(gòu)造影響。期望具有能提高光通過量以及改進(jìn)對比度的構(gòu)造。
隨著投影圖像清晰度的提高，像素數(shù)目從傳統(tǒng)的幾萬像素提高到超過百萬像素。因此也需要投影屏幕具有更精細(xì)的透鏡結(jié)構(gòu)。
按具體術(shù)語而言，需要將現(xiàn)有投影屏幕透鏡結(jié)構(gòu)三維中二維減小到0.36mm或更小。
一般地，背投影屏幕的有角性(angularity)或曲率較差。術(shù)語有角性(angularity)用于描述觀眾以一定角度范圍而不是近似正對屏幕面，從屏幕或?yàn)V光器上看見良好圖像的能力。當(dāng)觀眾移動至屏幕或?yàn)V光器的一側(cè)，或比屏幕或?yàn)V光器高或低，圖像亮度和/或質(zhì)量都會下降。角亮度可對稱或不對稱，期望可調(diào)節(jié)屏幕和濾光器的圖像亮度和/或角亮度，以最佳適應(yīng)可能的觀看條件。
通過引導(dǎo)光線到觀眾最可能所處的區(qū)域，控制屏幕亮度的角度依賴性，這通常是有利的。例如，當(dāng)背投影顯示器為數(shù)據(jù)監(jiān)視器時，觀眾通常處在相對于顯示器的中間位置，距離顯示器大約1～3英尺的范圍內(nèi)。觀眾的眼睛位于垂直屏幕中央的線上方，但觀眾通常不會從屏幕上方相距1或2英尺的位置觀看屏幕。進(jìn)一步，出于保密或安全起見，期望減小相對于垂直屏幕以一定角度或30°或更大角度顯出的亮度。這降低了遠(yuǎn)離屏幕軸的人以及也許是沒有權(quán)利觀看屏幕內(nèi)容的人看到屏幕信息的可能性。
一般地，期望提供給背投影屏幕高分辨率、高對比度和大增益(gain)。
美國專利US 4,431,266(Mori)涉及光學(xué)折射鏡，該鏡由具有第一和第二表面的透明材料板組成。同樣尺寸的分段透鏡元件被布置在板的第一和第二表面上，與板形成一體。第一表面上的分段透鏡元件與第二表面上放置的分段透鏡元件處于面對面的位置關(guān)系。
美國專利US 4,490,010(Honda)涉及背投影屏幕，它由位于屏幕前面和后面的凸透鏡陣列所組成。在前凸透鏡周圍裝有投影或突出部分(projection or raised portions)，并向前延伸，在投影或突出部分(projection or raised portions)上方具有遮光帶或遮光層。
美國專利US 5,066,099(Yoshida)涉及后投影圖像顯示設(shè)備，包括一個或多個片狀元件，光從屏幕的入射面一側(cè)依次透過這些片狀元件，最后一個片狀元件包括透明材料作為基底，在基底的出射面一側(cè)具有光漫射層。光漫射體本身帶有顏色，以獲得進(jìn)一步增強(qiáng)的對比度。
美國專利US 5,870,224(Saitoh)涉及透鏡片，在其透明支撐體一面上，形成有包括可輻射固化樹脂的圓柱形透鏡部分，在該透鏡片另一面的平面上，至少形成有光漫射層和光阻擋帶。圓柱形透鏡部分的小螺距可為0.3mm或更小。
美國專利US 5,933,276(Magee)涉及部分透明、定向觀看的片，由塑料制成，在片的前背表面，形成有橢圓形橫截面的凸透鏡和凹透鏡。
美國專利US 5,563,738和5,781,344(Vance)涉及低反射系數(shù)的光透射和光色散濾光器。多層濾光器將光學(xué)層加到基本的折射濾光器上，以便調(diào)節(jié)濾光器的增益、對比度和背景光抑制。
美國專利US 6,076,933(DiLoreto等)描述了類似于Vance所述的光透射和色散濾光器，它在透明珠子的背面添加了光透射材料的共形層。
發(fā)明概述本發(fā)明涉及光透射濾光器，包括(a)光吸收材料層，該層具有前表面和背表面，和(b)具有微結(jié)構(gòu)化的第一表面和微結(jié)構(gòu)化的第二表面的透明層，其中第一表面的微結(jié)構(gòu)嵌入光吸收層，并有暴露表面，為光透射通過光吸收層提供通路，在微結(jié)構(gòu)間形成基本為光吸收材料填充的填隙區(qū)域，第二表面的微結(jié)構(gòu)與第一表面的微結(jié)構(gòu)光學(xué)地對準(zhǔn)，以控制光透射通過所述通路。
在本發(fā)明的一個具體實(shí)施方式
中，光透射濾光器包括覆蓋在透明層的微結(jié)構(gòu)化的第二表面上的光學(xué)透明共形涂層，用以提高濾光器的透射率和/或改變通過濾光器的光分布。光透射濾光器也包括與光吸收層前表面結(jié)合的透明支撐層。
本發(fā)明的光透射濾光器具有改進(jìn)的光通過量和改進(jìn)的有角性(angularity)。角亮度可對稱或非對稱，期望可調(diào)節(jié)屏幕和濾光器的亮度和/或角亮度，以最佳適應(yīng)可能的觀看條件。
本發(fā)明進(jìn)一步涉及制造光透射濾光器的方法，包括以下步驟(1)提供具有第一微結(jié)構(gòu)化的表面和第二微結(jié)構(gòu)化的表面的透明膜，其中第一表面的微結(jié)構(gòu)在微結(jié)構(gòu)之間形成填隙區(qū)域，并與第二表面的微結(jié)構(gòu)光學(xué)地對準(zhǔn)；(2)提供具有第一和第二表面的光吸收材料層；和(3)將透明膜第一表面的微結(jié)構(gòu)嵌入光吸收材料到足夠的深度，以形成通過光吸收層的光路，其中微結(jié)構(gòu)間的填隙區(qū)域基本用光吸收材料填充。
在另一方面，本發(fā)明涉及制造光透射濾光器的方法，包括以下步驟(1)提供具有第一和第二表面以及第一表面上的微結(jié)構(gòu)的第一透明膜層；(2)提供具有微結(jié)構(gòu)化的第一表面和第二表面的第二透明膜層；(3)提供具有第一和第二表面的光吸收材料層；(4)將第一透明膜層第一表面的微結(jié)構(gòu)嵌入光吸收材料到足夠的深度，以形成通過光吸收層的光通道，和(5)將第一透明膜層的第二表面層壓在第二透明膜層的第二表面上，使得第一透明膜層的微結(jié)構(gòu)與第二透明膜層的微結(jié)構(gòu)光學(xué)地對準(zhǔn)。
附圖簡述

圖1為本發(fā)明中光透射濾光器中間部分的橫截面圖，用以說明與透明支撐層接觸的第一微結(jié)構(gòu)化的表面。
圖2為本發(fā)明中具有第一微結(jié)構(gòu)化的表面和第二微結(jié)構(gòu)化的表面的光透射濾光器的橫截面圖。
圖3為本發(fā)明中透明支撐層前表面具有透鏡的光透射濾光器的橫截面圖。
圖4為光透射濾光器的三維圖，其中第二表面的微結(jié)構(gòu)形成凸透鏡狀透鏡。
圖5為光透射濾光器的三維圖，其中第二表面的微結(jié)構(gòu)形成桶狀透鏡。
圖6為光透射濾光器的橫截面圖，其中第一表面的微結(jié)構(gòu)為圓錐形結(jié)構(gòu)。
圖7為光透射濾光器的橫截面圖，其中第一表面的微結(jié)構(gòu)為圓柱形結(jié)構(gòu)。
圖8a-8f為制造光透射濾光器的一個具體實(shí)施方式
的橫截面圖。
圖9a-9f為制造光透射濾光器的一個具體實(shí)施方式
的橫截面圖，其中在第二微結(jié)構(gòu)化的表面上具有光學(xué)透明共形涂層。
應(yīng)當(dāng)理解，下述工藝步驟和結(jié)構(gòu)并非制造完整光透射濾光器的完整工藝流程。本發(fā)明可結(jié)合使用本領(lǐng)域現(xiàn)行采用的制造技術(shù)，只有那些通常采用的工藝步驟需要用于理解本發(fā)明。
具體實(shí)施例方式
詳述在本說明書和權(quán)利要求書中，術(shù)語“微結(jié)構(gòu)”關(guān)于聚合物膜上的微結(jié)構(gòu)。正如這里所用，術(shù)語“微結(jié)構(gòu)”指至少2維特征為微觀的特征構(gòu)造。特征的局部和/或橫截面圖一定是微觀的。光透射濾光器的作用依賴于微結(jié)構(gòu)的形式，該微結(jié)構(gòu)可由正和反特征組成。
正如這里所用，術(shù)語“微觀的”指足夠小的空間特征，從任何面觀察時，需要光學(xué)手段的輔助肉眼才能確定其形狀。一個判據(jù)可見于Modem Optic Engineering，W.J.Smith，McGraw-Hill，1966，p104-105，其中視覺靈敏度，“…以可辨認(rèn)的最小特征的角大小來定義和測定”。標(biāo)準(zhǔn)的視覺靈敏度被認(rèn)為是當(dāng)最小可辨認(rèn)字母對著在視網(wǎng)膜上5’(弧分)高的角弧度內(nèi)的情況。在通常的工作距離為250mm(10英寸)時，該物體的側(cè)向尺寸為0.36mm(0.0145英寸)。
微結(jié)構(gòu)包括具有高度、長度和寬度的一系列特征。在一個具體實(shí)施方式
中，微結(jié)構(gòu)分別具有約2.5～約360的高度和寬度尺寸，或約10～約300，或約15～約500，或約20～約250，或約25～約200，或約25～約125微米。在一個具體實(shí)施方式
中，微結(jié)構(gòu)的平均高度為約15～約35微米，寬度為約50～約360微米。高度的測量為從微結(jié)構(gòu)的頂點(diǎn)到微結(jié)構(gòu)的最深凹進(jìn)處。
微結(jié)構(gòu)的制造可采用本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所知的許多方法。形成微結(jié)構(gòu)的具體的可用方法在美國專利US 4,486,363，4,601,861，5,156,863以及在美國專利申請Pub.Nos.US 2003/0102591和US2001/0009172中有詳細(xì)描述，在此引入作為參考?？刹捎玫钠渌椒ㄊ菨茶T和凝固法，其中將可聚合的組合物實(shí)施在基底和上面有微結(jié)構(gòu)反形的成型模具之間。組合物在UV輻射下進(jìn)行聚合，然后與模具分離。
如上所述，光透射濾光器包括(a)光吸收材料層，該層具有前表面和背表面，和(b)具有微結(jié)構(gòu)化的第一表面和微結(jié)構(gòu)化的第二表面的透明層，其中第一表面的微結(jié)構(gòu)嵌入光吸收層，并有暴露表面，為光透射通過光吸收層提供通路，在微結(jié)構(gòu)間形成基本為光吸收材料填充的填隙區(qū)域，第二表面的微結(jié)構(gòu)與第一表面的微結(jié)構(gòu)光學(xué)地對準(zhǔn)，以對通過通路的光進(jìn)行控制。這里，“光學(xué)地對準(zhǔn)”指入射到透明層的微結(jié)構(gòu)化的第二表面(即背表面)的光聚集在透明層第一表面的微結(jié)構(gòu)所提供的通過光吸收層的通路內(nèi)。
光吸收層有多個目的，包括降低濾光器的反射率，減小從背表面通過濾光器中微結(jié)構(gòu)之間的填隙區(qū)域傳送到觀眾的光量，以及增大濾光器的對比度。該層一般具有足夠的厚度，以嵌入透明層第一表面的微結(jié)構(gòu)。嵌入微結(jié)構(gòu)要使微結(jié)構(gòu)存在暴露表面，以形成通過光吸收層的光隧道。各微結(jié)構(gòu)之間的填隙區(qū)域基本填充或完全填充有光吸收材料。這里，術(shù)語“基本”指大部分，即大約50％以上的填隙區(qū)域面積被填充。在一個具體實(shí)施方式
中，被填充的面積至少為總面積的60％，或至少為75％，或至少為90％。微結(jié)構(gòu)可從光吸收層中突出來，提供光透過光吸收層的通路。
光吸收層可為任何基本不透明的材料，能被嵌入透明層第一表面的透明微結(jié)構(gòu)，形成通過不透明層的光隧道。光吸收層可為當(dāng)透明微結(jié)構(gòu)靠近它時可產(chǎn)生足夠延展的任何材料，如部分或不完全交聯(lián)的氨基甲酸乙酯，壓敏粘合劑，或者受熱情況下的熱塑性聚合物。光吸收層也可以是能在微結(jié)構(gòu)周圍成形的材料，如瀝青或粘合劑(著色的壓敏粘合劑)。
典型地，光吸收層包括一種或多種顏料的組合，通常為碳黑或其它著色劑和一種或多種聚合物，如聚烯烴、聚丙烯酸酯、聚乙烯醇縮醛如聚乙烯醇縮丁醛(如可從Solutia購買的Butvar樹脂)、聚氨基甲酸酯、聚酯或聚乙烯羧酸酯(polyvinylcarboxylate)。聚烯烴可以是C2-12烯烴的均聚物和共聚物，例如乙烯、丙烯和丁烯。聚丙烯酸酯包括聚甲基丙烯酸酯，可為C1-12丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯單體的均聚物或共聚物，例如丙烯酸或甲基丙烯酸甲酯、乙酯、丙酯、丁酯、己酯或辛酯。在本說明書和權(quán)利要求書通篇中，有關(guān)側(cè)基的術(shù)語包括基團(tuán)的所有異構(gòu)體形式。例如，使用術(shù)語辛基囊括正辛基、異辛基和2-乙己基(2-ethylhexyl group)。聚乙烯羧酸酯包括C1-12羧酸乙烯酯(vinylcarboxylate)的均聚或共聚物，例如乙酸乙烯酯、丙酸乙烯酯(vinylpropionate)以及丁酸乙烯酯(vinyl butyrate)。商業(yè)上可用的聚丙烯酸酯的例子包括ICI公司的AcrylicHI-7和Rohm & Haas公司的AcrylicMI-7。光吸收層可包含約2wt％～約10wt％的顏料和/或著色劑。
可選地，光吸收層可為光敏薄膜，這種情況下，其光學(xué)密度由于暴露在光化性光線下而可變化。也可采用能自動根據(jù)背景光情況調(diào)整其吸收能力的光敏材料。除薄膜和聚合物材料外，光吸收層可以是金屬絲網(wǎng)或多孔金屬或聚合物板，或者金屬絲網(wǎng)與聚合物的結(jié)合。
在一個
具體實(shí)施例方式
中，光吸收層前表面由光學(xué)透明支撐層支撐，以提高濾光器的堅固性。光學(xué)透明支撐層可以是玻璃或聚合物。支撐層必須能在嵌入過程中耐住透明微結(jié)構(gòu)化層施加的壓力。支撐層可通過粘合劑、層壓或共擠與光吸收層粘結(jié)在一起。支撐層可以是任何具有足夠支撐光吸收層的強(qiáng)度和具有光學(xué)透明特征的材料，如來自茂金屬催化劑的光學(xué)透明聚烯烴、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚碳酸酯、聚氨基甲酸酯、聚酯如聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚偏二氯乙烯(polyvinylidene dichloride)、玻璃紙、乙酸纖維素、聚偏二氟乙烯(polyvinylidene difluoride)、聚氯乙稀(polyvinyl chloride)、聚乙烯醇縮醛和聚乙烯羧酸酯。支撐層的例子包括玻璃、聚丙烯、聚碳酸酯、聚氨基甲酸酯如兩份(two part)聚氨基甲酸酯和聚酯如聚對苯二甲酸乙二醇酯。
在一個
具體實(shí)施例方式
中，至少一個支撐層的主要表面是織地粗糙的或隨機(jī)不光滑的，以使從支撐層出射的光光學(xué)地散射。例如，支撐層與光吸收層接觸的表面被織構(gòu)化。可選地，支撐層的外表面可被織構(gòu)化。
如上所述，光透射濾光器包括其第一和第二表面具有微結(jié)構(gòu)的透明層。透明層第一表面的微結(jié)構(gòu)可與第二表面的微結(jié)構(gòu)分開形成?？蛇x地，第一和第二表面的微結(jié)構(gòu)可同時形成。
典型地，透明層的厚度為約10～約500，或約15～約375，或約25～約250微米。厚度的測量從第一表面微結(jié)構(gòu)的最高點(diǎn)或頂點(diǎn)到第二表面微結(jié)構(gòu)的最高點(diǎn)或頂點(diǎn)。
透明層典型由能形成微結(jié)構(gòu)的光學(xué)透明的聚合物組成。光學(xué)透明聚合物包括上述用于光吸收層的聚合物。在一個具體實(shí)施方式
中，透明層由聚烯烴如來自茂金屬催化劑的光學(xué)透明聚烯烴、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚碳酸酯、聚氨基甲酸酯、聚酯如對苯二甲酸乙二醇酯、聚偏二氯乙烯、玻璃紙、乙酸纖維素、聚偏二氟乙烯、聚氯乙稀、聚乙烯醇縮醛和聚乙烯羧酸酯制成。在一個具體實(shí)施方式
中，透明層由聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯或氨基甲酸酯制成。
第一表面的微結(jié)構(gòu)被嵌入光吸收層，以形成光通過光吸收層的通道?？刹捎媚芴峁┰撏ǖ赖娜魏挝⒔Y(jié)構(gòu)，只要光通過量滿足背投影濾光器和/或屏幕。微結(jié)構(gòu)包括圓柱、圓錐、棱錐、矩形、半球形、正方形、六角形、屋脊形和其中兩種或多種的組合。圓錐和棱錐可截去頂端。在一個具體實(shí)施方式
中，微結(jié)構(gòu)使用時，其最窄的面積從透明層表面延伸出來，形成點(diǎn)式或線段式光通道。
應(yīng)當(dāng)理解，圓柱形和矩形結(jié)構(gòu)應(yīng)以其長邊放置，以形成線段式光通道，其尺寸的最長部分與透明層平行延伸。例如，小帳篷(pup tent)似或半圓拱形活動房屋(quonset hut)似微結(jié)構(gòu)形成的光通道為線段式。在一個具體實(shí)施方式
中，微結(jié)構(gòu)長度為其寬度的約0.5～約50，或約1～約35，或約1.5～約10，或約2～約5倍。在通篇說明書和權(quán)利要求書中，結(jié)合使用范圍和比例界限。當(dāng)微結(jié)構(gòu)形成線段式光通道時，應(yīng)當(dāng)理解，微結(jié)構(gòu)可形成平行的光通道或者以其它角度如垂直角度看，形成格狀圖案(waffle pattern)的光通道。
在一個
具體實(shí)施例方式
中，透明層的微結(jié)構(gòu)為不光滑或有織構(gòu)形態(tài)。微結(jié)構(gòu)也可包含在其表面上的顆粒物質(zhì)。有織構(gòu)形態(tài)或不光滑狀態(tài)有助于減少斑紋的形成。
在本發(fā)明的一個具體實(shí)施方式
中，濾光器包括位于透明層第二表面(即背表面)微結(jié)構(gòu)上的光學(xué)透明、基本均一的共形層。該層的典型厚度為微結(jié)構(gòu)長度的約10％～約90％，或約20％～約80％，或約30％～約70％。該層包括任何具有光透射濾光器所需光學(xué)透明性的聚合物。典型的聚合物有聚烯烴如茂金屬催化劑形成的光學(xué)透明聚烯烴、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚碳酸酯、聚氨基甲酸酯、聚酯如對苯二甲酸乙二醇酯、聚偏二氯乙烯、玻璃紙、乙酸纖維素、聚偏二氟乙烯、聚氯乙稀、聚乙烯醇縮醛和聚乙烯羧酸酯。
濾光器可有一個粘結(jié)層，以增強(qiáng)共形層與透明層間的粘結(jié)。這可是能改進(jìn)粘結(jié)的任何物質(zhì)。在另一個具體實(shí)施方式
中，透明層和光吸收層經(jīng)過處理，以增強(qiáng)粘結(jié)。合適的粘結(jié)層樹脂例子包括可從ElfAtochem公司購買的“Platamid”、可從杜邦公司購買的“CXA”和可從Chemplex購買的“Plexar”。
在一個
具體實(shí)施例方式
中，光學(xué)透明材料共形層的背表面具有織構(gòu)形態(tài)，以減小斑紋的形成。有織構(gòu)形態(tài)散射反射的光，對總的光透射率影響最小，因而減少斑紋的形成。在一個具體實(shí)施方式
中，有織構(gòu)形態(tài)可以是不光滑形態(tài)或者包含三維圖案的形態(tài)，其橫截面由很小的圓形、橢圓形、菱形、正方形、矩形、三角形、多邊形、線或不規(guī)則形狀組成，其橫截面平行于光吸收材料的表面。可用于在共形層背表面上形成有織構(gòu)形態(tài)的多種產(chǎn)生織構(gòu)形態(tài)的方法和技術(shù)為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所知。例如，在共形到微結(jié)構(gòu)之前，可通過與具有織構(gòu)形態(tài)或部光滑形態(tài)的薄膜或紙接觸，使光學(xué)透明材料可共形層的背表面被織構(gòu)化。當(dāng)兩個表面在壓力下結(jié)合在一起時，薄膜表面的形態(tài)就被復(fù)制到共形層的表面?？蛇x地，可將構(gòu)造通過加熱的輥?zhàn)?，其中至少一個棍子具有織構(gòu)化的表面，使沉積在如剝離襯墊上的共形層需要的表面被織構(gòu)化。在另一個方法中，通過先在澆鑄板的聚合物涂層面上印制有織構(gòu)表面，使共形層的背表面具有織構(gòu)。印制可采用普通的印刷技術(shù)完成，如苯胺印刷(Flexo)和輪轉(zhuǎn)凹版印刷(gravure)。采取加熱和加壓，將織構(gòu)壓入聚合物涂層澆鑄板的面中，使得印刷物的頂部基本與聚合物涂層表面齊平。然后將共形層實(shí)施在織構(gòu)化表面上，例如通過層壓法，由此將織構(gòu)化或印制表面復(fù)制到共形層的背表面上。
濾光器還可包括其它附加層，以進(jìn)一步控制通過濾光器的光，這些透光層可位于前表面，也可位于背表面。這些附加層包括，例如，凸透鏡透鏡、桶狀透鏡和菲涅耳透鏡。
參見附圖，可進(jìn)一步理解本發(fā)明。圖1為濾光器中間部分構(gòu)造的一個具體實(shí)施方式
的橫截面圖。構(gòu)造10具有透明層11，其微結(jié)構(gòu)12嵌入光吸收層13中。任選地，光學(xué)透明支撐層14與光吸收層13的前表面結(jié)合。填隙區(qū)域16形成于各微結(jié)構(gòu)之間，基本用光吸收材料填充。光透過光吸收層13的通路17由透明層的微結(jié)構(gòu)12提供。
圖2說明本發(fā)明濾光器的一個具體實(shí)施方式
。濾光器20具有透明層21，其微結(jié)構(gòu)22位于其前表面，微結(jié)構(gòu)25位于其背表面。前表面的微結(jié)構(gòu)22嵌入光吸收層23。填隙區(qū)域26形成于各個微結(jié)構(gòu)之間。任選地，光學(xué)透明支撐層24與光吸收層23的前表面結(jié)合。光透過光吸收層23的通路27由透明層的微結(jié)構(gòu)22提供。微結(jié)構(gòu)25和22通過同時或先后對透明層21進(jìn)行微雕而制成?？蛇x地，微結(jié)構(gòu)22可在第一透明層上形成，然后層壓到具有微結(jié)構(gòu)25的第二透明層上。形成的層壓結(jié)構(gòu)包括透明層21。層壓可在微結(jié)構(gòu)22嵌入光吸收層23之前或之后進(jìn)行。微結(jié)構(gòu)25與微結(jié)構(gòu)22光學(xué)地對準(zhǔn)，以控制透過通路27的光。微結(jié)構(gòu)25與微結(jié)構(gòu)22的尺寸可相同或不同。
圖3表示一個具體實(shí)施方式
，其中濾光器包括位于其前表面的附加透鏡。濾光器30具有透明層31，其前表面上有微結(jié)構(gòu)32，背表面上有微結(jié)構(gòu)35。前表面的微結(jié)構(gòu)32被嵌入光吸收層33中。與支撐層34結(jié)合的是圓柱形透鏡36，顯示其橫截面為圓形外形。其它形狀的橫截面也有可能。圓柱形透鏡層36的形狀可選擇，使其暴露表面37比圖示更扁平或更拉長。更扁平暴露表面37和相反的更拉長暴露表面37趨向于散開光線，使其更遠(yuǎn)離暴露表面37的頂點(diǎn)。
圖4說明的具體實(shí)施方式
中，濾光器40具有透明層41，其前表面上有微結(jié)構(gòu)42，背表面上有微結(jié)構(gòu)45。前表面的微結(jié)構(gòu)42被嵌入光吸收層43。任選地，光學(xué)透明支撐層44粘結(jié)在光吸收層43的前表面上。微結(jié)構(gòu)45為半球形狀。任選地，微結(jié)構(gòu)45具有織構(gòu)形態(tài)。
圖5說明另一個具體實(shí)施方式
，其中濾光器50具有透明層51，其前表面上有微結(jié)構(gòu)52，背表面上有微結(jié)構(gòu)55。前表面的微結(jié)構(gòu)52被嵌入光吸收層53中。任選地，光學(xué)透明支撐層54粘結(jié)在光吸收層53的前表面上。微結(jié)構(gòu)55為圓柱狀，或?yàn)椤鞍雸A拱形活動房屋”狀。任選地，微結(jié)構(gòu)55具有織構(gòu)形態(tài)。
圖6闡明另一個具體實(shí)施方式
，其中濾光器60具有透明層61，其前表面上有微結(jié)構(gòu)62，背表面上有微結(jié)構(gòu)65。前表面的錐形微結(jié)構(gòu)62被嵌入光吸收層63中。任選地，光學(xué)透明支撐層64粘結(jié)在光吸收層63的前表面上。
圖7所闡明的具體實(shí)施方式
中，濾光器70具有透明層71，其前表面上有微結(jié)構(gòu)72，背表面上有微結(jié)構(gòu)75。前表面的圓柱形微結(jié)構(gòu)72被嵌入光吸收層73中。任選地，光學(xué)透明支撐層74粘結(jié)在光吸收層73的前表面上。
制造光透射濾光器的方法可用熱層壓法。透明層的微結(jié)構(gòu)在熱和壓力作用下被壓入光吸收層，形成光路。微結(jié)構(gòu)延伸進(jìn)光吸收層，通常穿過光吸收層。層壓的溫度和壓力與各層使用的材料(聚合物)有關(guān)，一般地，層壓溫度為約175°F(79℃)～約400°F(204℃)，或約250°F(121℃)～約350°F(177℃)。層壓壓力通常為約50～約150psi(磅/平方英寸)，或約75～約125psi。
在一個
具體實(shí)施例方式
中，本發(fā)明涉及制造光透射濾光器的方法，包括步驟(1)提供具有微結(jié)構(gòu)化的第一表面和微結(jié)構(gòu)化的第二表面的透明膜，(2)提供具有第一和第二表面的光吸收材料層；和(3)將透明膜第一表面的微結(jié)構(gòu)嵌入光吸收層到足夠的深度，以形成通過光吸收層的光路。在一個具體實(shí)施方式
中，透明層的第二表面用附加的透鏡結(jié)構(gòu)所覆蓋，包括或例如菲涅耳透鏡。在一個具體實(shí)施方式
中，該方法包括進(jìn)一步將光學(xué)透明支撐層粘結(jié)在光吸收層的第一表面上的步驟。
在另一個具體實(shí)施方式
中，本發(fā)明涉及制造光透射濾光器的方法，包括以下步驟(1)提供具有第一微結(jié)構(gòu)化的表面和第二表面的第一透明膜層，(2)提供具有第一微結(jié)構(gòu)化的表面和第二表面的第二透明膜層，(3)提供具有第一和第二表面的光吸收材料層，和(4)將第一透明膜層第一表面的微結(jié)構(gòu)嵌入光吸收膜層到足夠的深度，以形成通過光吸收層的光路，以及(5)將第一透明層的第二表面層壓在第二透明層的第二表面上，使得第一透明膜層的微結(jié)構(gòu)與第二透明膜層的微結(jié)構(gòu)光學(xué)地對準(zhǔn)。層壓步驟可在嵌入微結(jié)構(gòu)步驟之前或之后進(jìn)行。
圖8a-f為濾光器制造方法的一個具體實(shí)施方式
的橫截面圖。在所有附圖中，同樣的結(jié)構(gòu)用相同的數(shù)字表示。透明層801被雕刻形成多個微結(jié)構(gòu)802。透明層801被壓入包括模塑層803和支撐層804的保護(hù)性支撐中。模塑層803熱層壓到透明層801上，微結(jié)構(gòu)802被嵌入模塑層803中，這使微結(jié)構(gòu)化的表面得到保護(hù)，不致受到后續(xù)加工步驟的損壞。在一個具體實(shí)施方式
中，期望透明層801的維卡(Vicat)軟化點(diǎn)高于模塑層803聚合物的Vicat軟化點(diǎn)。模塑層可為任何具有合適Vicat軟化點(diǎn)的熱塑性聚合物。如果模塑層由與透明層801性質(zhì)相似的聚合物組成，則使用硅樹脂脫離層，如在壓敏粘合墊中所采用的，以使層的分離更容易。在一個具體實(shí)施方式
中，模塑層803由聚烯烴組成，例如低、中和高密度聚乙烯，聚丙烯或其混合物。通過軟化和/熔融，與微結(jié)構(gòu)化的表面共形，模塑層的較低Vicat軟化點(diǎn)有助于在濾光器制造過程中保護(hù)微結(jié)構(gòu)。在制造壓力和溫度下，微結(jié)構(gòu)被壓入模塑層。
圖8b說明，透明層801的微結(jié)構(gòu)802被壓入模塑層803中。在圖8c中，透明層801的第二表面被雕刻成第二多個微結(jié)構(gòu)805。第二多個微結(jié)構(gòu)與第一多個微結(jié)構(gòu)802的尺寸可相同或不同。圖8d闡明濾光器形成于在透明支撐層807上光吸收材料806的構(gòu)造。微結(jié)構(gòu)805被壓入光吸收材料806中，形成光路。圖8e說明熱層壓結(jié)構(gòu)，其中微結(jié)構(gòu)805被嵌入透明支撐層807上的光吸收材料806中。具有微結(jié)構(gòu)802的光透明層801仍層壓在位于支撐層804上的模塑層803上。圖8f說明制造濾光器的最后一步，將支撐層804上的模塑層803去掉，留下濾光器。
圖9a-f說明本發(fā)明的一個具體實(shí)施方式
，其中濾光器包括位于透明層背表面微結(jié)構(gòu)上的共形涂層。透明層901被雕刻形成多個微結(jié)構(gòu)902。透明層901被壓入包括模塑層903和支撐層904的保護(hù)支撐中。在模塑層903上是涂層908，其中包括共形涂層的組合物。上面有共形涂層908的模塑層903熱層壓到透明層901上，微結(jié)構(gòu)902被嵌入模塑層903中。這使微結(jié)構(gòu)化的表面得到保護(hù)，不致受到后續(xù)加工步驟的損壞。
圖9b說明，透明層901的微結(jié)構(gòu)902被壓入模塑層903中。共形層908共形到微結(jié)構(gòu)的形狀上。在圖9c中，透明層901的第二表面被雕刻形成第二多個微結(jié)構(gòu)905。第二多個微結(jié)構(gòu)與第一多個微結(jié)構(gòu)902的尺寸可相同或不同。圖9d闡明濾光器的形成于在透明支撐層907上的光吸收材料906的構(gòu)造。微結(jié)構(gòu)905被壓入光吸收材料906中至足夠深度，以形成通過光吸收材料906的光路。圖9e說明熱層壓結(jié)構(gòu)，其中微結(jié)構(gòu)905被嵌入透明支撐層907上的光吸收材料906中。具有微結(jié)構(gòu)902的光透明層901仍層壓在模塑層903上，其中共形層908與微結(jié)構(gòu)902粘結(jié)。在圖9f中，將支撐層904和模塑層903從構(gòu)造中去掉。留下的構(gòu)造部分包括濾光器。
下面是制造本發(fā)明濾光器的實(shí)施例。這些實(shí)施例是說明性的，不能被認(rèn)為是對本發(fā)明范疇的限制。在實(shí)施例、說明書和權(quán)利要求書中，如果不另外說明，溫度為攝氏溫度，份數(shù)和百分比為重量，壓力為或接近大氣壓。
實(shí)施例1沖擊改性丙烯酸如Ineos Acrylic公司的CP-927構(gòu)成的透明層的前面在熱和壓力作用下被微雕成直徑約75微米的半球。透明層的背面同時被微雕成相同直徑的相反半球，不同的是半球被拉長。包含拉長半球的表面在熱和壓力作用下被層壓到保護(hù)性基底上，保護(hù)性基底由低密度聚乙烯涂在對苯二甲酸乙二醇酯上的層所組成。前表面被層壓到熱塑性氨基甲酸酯S-9815-03的不透明層上，S-9815-03可從MortonInternational GmbH公司購買，它含有10％的細(xì)小分散碳黑，這樣，每個半球的頂點(diǎn)剛好突過層，形成通過不透明層的光隧道。移去保護(hù)層，將構(gòu)造用光學(xué)粘合劑層壓到玻璃板上，使拉長的半球暴露。
實(shí)施例2聚碳酸酯透明層的前面在熱和壓力作用下被微雕成直徑約75微米的半球。前表面被層壓到熱塑性氨基甲酸酯S-9815-03的不透明層上，S-9815-03可從Morton International GmbH公司購買，它含有10％的細(xì)小分散碳黑，這樣，每個半球的頂點(diǎn)剛好突過層，形成通過不透明層的光隧道。將構(gòu)造用光學(xué)粘合劑層壓到玻璃板上。采用光學(xué)粘合劑，將另一形成半球形的微雕表面的聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate)透明層層壓到聚碳酸酯(polycarbonate)層的背面，使得聚甲基丙烯酸甲酯層的半球暴露。
雖然利用優(yōu)選的具體實(shí)施方式
對本發(fā)明進(jìn)行了解釋，但應(yīng)當(dāng)理解，對于閱讀過本說明書的本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，各種修改都是顯而易見的。因此，應(yīng)當(dāng)理解，這里公開的本發(fā)明覆蓋落入所附權(quán)利要求書范疇內(nèi)的這些修改中。
權(quán)利要求
1.一種光透射濾光器，包括(a)光吸收材料層，該層具有前表面和背表面，和(b)具有微結(jié)構(gòu)化的第一表面和微結(jié)構(gòu)化的第二表面的透明層，其中第一表面的微結(jié)構(gòu)嵌入光吸收層，并有暴露表面，為光透射通過所述光吸收層提供通路，在微結(jié)構(gòu)之間形成基本用光吸收材料填充的填隙區(qū)域，第二表面的微結(jié)構(gòu)與第一表面的微結(jié)構(gòu)光學(xué)地對準(zhǔn)，以控制通過所述通路的光。
2.如權(quán)利要求1所述濾光器，其中，所述光吸收層包括聚合物材料和至少一種顏料或著色劑。
3.如權(quán)利要求1所述濾光器，其中，所述光吸收層包括聚丙烯酸酯、聚氨基甲酸酯或聚乙烯醇縮醛和至少一種顏料或著色劑。
4.如權(quán)利要求1所述濾光器，其中，所述透明層包括聚丙烯酸酯、聚碳酸酯、聚氨基甲酸酯或其中兩種或多種的混合物。
5.如權(quán)利要求1所述濾光器，其中，所述透明層包括聚丙烯酸酯。
6.如權(quán)利要求1所述濾光器，其中，所述第一表面的微結(jié)構(gòu)的高度可達(dá)約250微米。
7.如權(quán)利要求1所述濾光器，其中，所述第一表面的微結(jié)構(gòu)的高度為約25～約125微米。
8.如權(quán)利要求1所述濾光器，其中，所述透明層的第一表面為凸透鏡狀透鏡、桶狀透鏡或其組合覆蓋。
9.如權(quán)利要求1所述濾光器，其中，所述第一表面的微結(jié)構(gòu)包括圓柱、截頂錐形、棱錐、矩形、半球形、正方形、六角形、屋脊形和或其中兩種或多種的組合。
10.如權(quán)利要求1所述濾光器，其中，所述透明層的第二表面為菲涅耳透鏡覆蓋。
11.如權(quán)利要求1所述濾光器，其中，所述透明層包括多層膜。
12.如權(quán)利要求1所述濾光器，其中，所述第二表面的微結(jié)構(gòu)的高度達(dá)約300微米。
13.如權(quán)利要求1所述濾光器，其中，所述第二表面的微結(jié)構(gòu)與第一表面的微結(jié)構(gòu)具有相同的尺寸。
14.如權(quán)利要求1所述濾光器，其中，所述第二表面的微結(jié)構(gòu)包括半球形。
15.權(quán)利要求1所述濾光器，進(jìn)一步包括具有前、背表面的光學(xué)透明支撐層，其中所述背表面與所述光吸收層的前表面結(jié)合。
16.如權(quán)利要求15所述濾光器，其中，所述透明支撐層包括玻璃或光學(xué)透明的聚合物膜。
17.如權(quán)利要求15所述濾光器，其中，所述透明支撐層包括聚酯、聚氨基甲酸酯或聚丙烯酸酯。
18.如權(quán)利要求15所述濾光器，其中，所述透明支撐層的前表面為凸透鏡狀透鏡、桶狀透鏡或其組合覆蓋。
19.如權(quán)利要求1所述濾光器，其中，所述微結(jié)構(gòu)化的第二表面具有織構(gòu)形態(tài)。
20.權(quán)利要求1所述濾光器，進(jìn)一步包括具有前表面和背表面的光學(xué)透明、基本均一的共形層，其中前表面覆蓋所述透明層的微結(jié)構(gòu)化的第二表面。
21.如權(quán)利要求20所述濾光器，其中，所述共形層的平均厚度為約2.5微米～約270微米。
22.如權(quán)利要求20所述濾光器，其中，所述共形層包括聚乙烯醇縮丁醛、聚氨基甲酸酯或聚酯。
23.如權(quán)利要求20所述濾光器，其中，所述共形層的背表面具有織構(gòu)形態(tài)。
24.一種制造光透射濾光器的方法，包括以下步驟(1)提供具有第一微結(jié)構(gòu)化的表面和第二微結(jié)構(gòu)化的表面的透明膜，其中第一表面的微結(jié)構(gòu)在微結(jié)構(gòu)之間形成填隙區(qū)域，并與第二表面的微結(jié)構(gòu)光學(xué)地對準(zhǔn)；(2)提供具有第一和第二表面的光吸收材料層；和(3)將透明膜第一表面的微結(jié)構(gòu)嵌入光吸收材料到足夠的深度，以形成通過光吸收層的光路，其中微結(jié)構(gòu)之間的填隙區(qū)域基本用光吸收材料填充。
25.如權(quán)利要求24所述方法，其中，所述第一表面的微結(jié)構(gòu)的高度達(dá)約250微米。
26.如權(quán)利要求24所述方法，其中，所述第一表面的微結(jié)構(gòu)包括圓柱、截頂錐形或棱錐、矩形、半球形、正方形、六角形、屋脊形和或其中兩種或多種的組合。
27.如權(quán)利要求24所述方法，其中，所述透明層的第二表面為菲涅耳透鏡覆蓋。
28.如權(quán)利要求24所述方法，其中，所述第二表面的微結(jié)構(gòu)的高度達(dá)約300微米。
29.如權(quán)利要求24所述方法，其中，所述第二表面上的微結(jié)構(gòu)與所述第一表面的微結(jié)構(gòu)具有相同的尺寸。
30.如權(quán)利要求24所述方法，其中第二表面微結(jié)構(gòu)包括半球形。
31.權(quán)利要求24所述方法，進(jìn)一步包括將光學(xué)透明支撐層粘結(jié)在所述光吸收層的第一表面上。
32.如權(quán)利要求31所述方法，其中，透明支撐層包括玻璃或光學(xué)透明聚合物膜。
33.權(quán)利要求24所述方法，進(jìn)一步包括步驟將共形涂層實(shí)施在所述透明層的第二表面的微結(jié)構(gòu)上。
34.一種制造光透射濾光器的方法，包括以下步驟(1)提供具有第一和第二表面以及第一表面上微結(jié)構(gòu)的第一透明膜層；(2)提供具有微結(jié)構(gòu)化的第一表面和第二表面的第二透明膜層；(3)提供具有第一和第二表面的光吸收材料層；(4)將所述第一透明膜層的第一表面的微結(jié)構(gòu)嵌入光吸收材料到足夠的深度，以形成通過光吸收層的光路，和(5)將所述第一透明膜層的第二表面層壓在所述第二透明膜層的第二表面上，使得所述第一透明膜層的微結(jié)構(gòu)與所述第二透明膜層的微結(jié)構(gòu)光學(xué)地對準(zhǔn)。
35.如權(quán)利要求34所述方法，其中，層壓步驟在嵌入微結(jié)構(gòu)步驟之前進(jìn)行。
36.如權(quán)利要求34所述方法，其中，層壓步驟在嵌入微結(jié)構(gòu)步驟之后進(jìn)行。
37.如權(quán)利要求34所述方法，其中，所述第一透明膜層的微結(jié)構(gòu)的高度達(dá)約250微米。
38.如權(quán)利要求35所述方法，其中，所述第一透明膜層的微結(jié)構(gòu)包括圓柱、截頂錐形或棱錐、矩形、半球形、正方形、六角形、屋脊形和或其中兩種或多種的組合。
39.如權(quán)利要求34所述方法，其中，所述第二透明膜層的微結(jié)構(gòu)的高度達(dá)約300微米。
40.如權(quán)利要求34所述方法，其中，兩個膜層上的微結(jié)構(gòu)的尺寸基本相同。
41.如權(quán)利要求34所述方法，其中，所述第二透明膜層的微結(jié)構(gòu)包括半球形。
42.權(quán)利要求34所述方法，進(jìn)一步包括將光學(xué)透明支撐層粘結(jié)在所述光吸收層的第一表面上。
43.如權(quán)利要求42所述方法，其中，透明支撐層包括玻璃或光學(xué)透明聚合物膜。
44.權(quán)利要求34所述方法，進(jìn)一步包括將共形涂層實(shí)施在所述第二透明層的微結(jié)構(gòu)上。
全文摘要
一種光透射濾光器，包括光吸收層(13)和具有微結(jié)構(gòu)前表面(22)及微結(jié)構(gòu)背表面(25)的透明層(11)，其中前表面被嵌入光吸收層(13)。
文檔編號G03B21/62GK1759340SQ200480006539
公開日2006年4月12日 申請日期2004年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月12日
發(fā)明者M·E·海寧頓 申請人:艾利丹尼森公司