專利名稱：具有高對比度的正投影屏幕的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明整體涉及投影屏幕。本發(fā)明尤其適用于具有高光學增益和對比度的對稱正投影屏幕。
背景技術(shù)：
顯示裝置通常向觀眾呈現(xiàn)信息。就顯示器的各種特性方面來描述顯示器的性能。一種這樣的特性是顯示器吸收源自各種光源(諸如房間中或街道上的燈泡或太陽)的環(huán)境光的能力。通常，入射到顯示器上并沒有被顯示器吸收的環(huán)境光疊加在所呈現(xiàn)的信息上，從而導致圖像對比度降低。由于環(huán)境光導致對比度降低通常被稱為“偏白現(xiàn)象(washout)”。在環(huán)境光非常亮的應用中，尤為關(guān)注偏白現(xiàn)象。例如，在室外應用中，來自太陽的環(huán)境光可以大大降低顯示器對比度，從而觀眾難以察覺到所呈現(xiàn)的信息。顯示器(如，機動車輛中用到的儀表板)尤其容易由于太陽光而出現(xiàn)偏白現(xiàn)象。通常，將顯示器置于外殼中，以減少到 達顯示器的環(huán)境光。通常，將外殼制成黑色，以通過減少外殼反射的光量來進一步減少偏白現(xiàn)象。顯示器的另一種特性是視角。通常理想的是，容易沿著水平方向和垂直方向在預定的視角范圍內(nèi)觀看到所呈現(xiàn)的信息。當一種顯示特性改進時，一種或多種其它顯示特性通常劣化。結(jié)果，為了最好地滿足給定顯示應用的性能標準，在顯示裝置中進行某些權(quán)衡。因此，仍然需要整體性能提高同時滿足最小性能標準的顯示器。

發(fā)明內(nèi)容
總體上，本發(fā)明涉及投影屏幕。本發(fā)明還涉及可以顯示具有高亮度和對比度的圖像的投影系統(tǒng)。在一個實施例中，一種光漫射光學構(gòu)造包括對稱光學漫射器，所述對稱光學漫射器以第一視角AH沿著第一方向散射光并且以等于Ah的第二視角Av沿著與第一方向正交的第二方向散射光。所述對稱光學漫射器包括第一層和多個微珠，這些微珠部分嵌入在所述第一層中，使微珠的一些部分暴露。該光學構(gòu)造還包括反射器，所述反射器反射沒有被所述對稱光學漫射器散射的光并且對于O度的入射角在可見范圍內(nèi)具有第一平均反射率R。以及對于60度的入射角在可見范圍內(nèi)具有第二平均反射率R6(i。RyR6tl為至少I. 5。該光學構(gòu)造還包括吸收沒有被所述鏡面反射器反射的光的吸光層。在一些情況下，Ah/Av不大于I. 2或不大于1.1。在一些情況下，所述第一層的平均光學透射率不小于70%或不小于80%。在一些情況下，所述微珠的平均光學透射率不小于70%或不小于80%。在一些情況下,所述微珠大體是球形的。在一些情況下，所述微珠的折射率范圍為I. 3至3. 2、或I. 4至2. 5、或I. 4至2。在一些情況下，所述微珠的折射率和所述第一層的折射率之差不大于O. 05、或不大于O. 03、或不大于O. 02。在一些情況下，所述對稱光學漫射器基本是偏振不敏感的。在這種情況下，兩個相互正交的偏振入射光的所述對稱光學漫射器的增益曲線相差不超過10%、或不超過5%。在一些情況下，可見波長下的所述鏡面反射器的鏡面反射率與總反射率之比不小于O. 7、或不小于O. 8、或不小于O. 9。在一些情況下，RyR6tl為至少I. 7、或至少2。在一些情況下，所述鏡面反射器包括可見范圍內(nèi)的基本平坦的反射譜。在一些情況下，所述鏡面反射器的藍色波長下的反射率與紅色波長下的反射率之比的范圍為O. 8至I. 2、或O. 9至1.1。在一些情況下，一種正投影屏幕包括所述光漫射光學構(gòu)造。在一些情況下，一種投影系統(tǒng)包括一個或多個成像裝置，所述成像裝置將圖像投影到顯示平面上；和所述光漫射光學構(gòu)造，所述光漫射光學構(gòu)造位于所述顯示平面中。在這種情況下，所述一個或多個成像裝置的輸出光可以是偏振或未偏振的。在另一個實施例中，一種光漫射光學構(gòu)造包括對稱光學漫射器，所述對稱光學漫射器包括多個隨機布置的微透鏡。光學漫射器以第一視角AH沿著第一方向散射光并且以等于Ah的第二視角Av沿著與第一方向正交的第二方向散射光。所述光學構(gòu)造還包括鏡面反射器，所述鏡面反射器反射沒有被所述對稱光學漫射器散射的光。所述反射器對于O度的入射角在可見范圍內(nèi)具有第一平均反射率R。以及對于60度的入射角在可見范圍內(nèi)具有第二平均反射率1 6(1。RyR6tl之比為至少I. 5。所述光學構(gòu)造還包括吸光層，所述吸光層吸收沒有被所述鏡面反射器反射的光。在一些情況下，所述多個隨機布置的微透鏡包括部分嵌入在第一層中并且部分暴露的多個隨機布置的顆粒。在另一個實施例中，一種投影系統(tǒng)包括圖像投影光源，所述光源沿著第一方向?qū)D像光投影到圖像平面上。所述第一方向與水平方向成角度Θ i。所述投影系統(tǒng)還包括環(huán)境光源，所述環(huán)境光源沿著第二方向發(fā)射環(huán)境光，所述第二方向與所述水平方向成角度θ2。所述投影系統(tǒng)還包括對稱光學漫射器，所述光學漫射器置于所述圖像平面內(nèi)并且沿著所述水平方向具有第一視角Ah并且沿著垂直方向具有第二視角Av。Ah等于Αν。Αν/2大于01且小于θ2。所述投影系統(tǒng)還包括鏡面反射器，所述鏡面反射器反射沒有被所述對稱光學漫射器散射的光并且對于Q1的入射角在可見范圍內(nèi)具有第一平均反射率R1以及對于θ2的入射角在可見范圍內(nèi)具有第二平均反射率R2, R1ZR2為至少I. 5。


結(jié)合附圖對本發(fā)明的各種實施例所做的以下詳細描述將有利于更完整地理解和體會本發(fā)明，其中圖I是投影系統(tǒng)的示意性側(cè)視圖；圖2是投影屏幕的水平增益曲線和垂直增益曲線的示意圖；圖3是投影系統(tǒng)的示意性側(cè)視圖；圖4是光學漫射器的示意性側(cè)視圖；圖5是結(jié)構(gòu)化表面的示意性俯視圖；圖6是另一個光學漫射器的示意性側(cè)視圖；圖7是光學構(gòu)造的示意性側(cè)視圖。在本說明書中，多個附圖中使用的相同附圖標記是指具有相同或類似性質(zhì)和功能的相同或類似的元件。
具體實施例方式本發(fā)明整體涉及投影屏幕。本發(fā)明所公開的投影屏幕具有對稱的視角并且能夠顯、示具有高對比度、高亮度和高光學增益的圖像。在一些情況下，本發(fā)明所公開的投影屏幕將所需光(如，來自圖像投影器的光)重新導向觀眾，并且重新引導不需要的光(如，來自環(huán)境光源的光)背離觀眾。本發(fā)明所公開的屏幕尤其利于戶外或光線充足環(huán)境下使用的顯示裝置。本發(fā)明所公開的屏幕利用不同的機制來增強圖像亮度并吸收環(huán)境光。投影屏幕裝配有角度敏感鏡面反射器，該反射器對較小的入射角具有高反射率而對較大的入射角具有低反射率。圖像射線通常具有較小的入射角并且被鏡面反射器反射。另一方面，環(huán)境光線通常具有較大的入射角并且被鏡面反射器透射并且被吸光層吸收。通過選擇性反射所需的圖像射線并且透射不需要的環(huán)境光線，本文所公開的屏幕提供具有高亮度和對比度的圖像。圖I是總體限定三個對角軸線x、y和z的投影系統(tǒng)100的示意性側(cè)視圖。投影系統(tǒng)100包括圖像投影光源110、環(huán)境光源140和光漫射光學構(gòu)造190，該光漫射光學構(gòu)造包括對稱光學漫射器170、大體鏡面反射器150和吸光層160。 圖像投影光源110將大體沿著第一方向112的圖像光111投影到圖像平面120上。第一方向112與沿著X軸的水平方向130成角度θ1()在一些情況下，角度Q1基本上等于零。在這種情況下，角度Q1小于20度、或小于15度、或小于10度、或小于5度、或小于3度。環(huán)境光源140大體沿著第二方向142發(fā)射環(huán)境光141，該第二方向與水平方向130成角度θ2。在一些情況下，角度θ2大體大于角度θ1()在這種情況下，角度θ2比角度Q1大至少20度、或至少30度、或至少40度、或至少50度、或至少60度、或至少70度。在一些情況下，角度Θ 2大于40度、或大于50度、或大于60度、或大于70度。對稱光學漫射器170將入射光沿著不同方向?qū)ΨQ散射。例如，對稱光學漫射器170將光沿著平行于X方向的水平方向130以及沿著平行于y方向的垂直方向132對稱散射光。圖2是沿著相互正交的水平方向和垂直方向的對稱光學漫射器170相應的水平增益曲線210和垂直增益曲線220的示意圖。對稱光學漫射器170具有對應于同軸或零視角的最大增益g。和限定水平視和垂直視角Av(245)的半最大增益gl=gy2，該水平視角等于Ahi-Ah2并且該垂直視角等于AV1-AV2。Ahi和Ah2可以分別被稱為正水平視角和負水平視角，并且Avi和Av2可以分別被稱為正垂直視角和負垂直視角。在圖2的示例性增益圖中，增益曲線210和220都關(guān)于同軸觀看方向?qū)ΨQ。大體上，增益曲線210和220可以關(guān)于同軸觀看方向?qū)ΨQ或者可以不關(guān)于同軸觀看方向?qū)ΨQ。例如，在一些情況下，與正視角的半亮度視角對應的正視角Ahi可以不同于與負視角的半亮度視角對應的負視角AH2。重新參考圖1，光學漫射器170是對稱光學漫射器，這意味著視角Ah和Av基本相等，從而意味著Ah和Av之差小于10度、或小于8度、或小于6度、或小于5度、或小于4度、或小于2度。在一些情況下，對稱光學漫射器170對于第一視角Ah沿著第一方向(如，水平方向)散射光，并且對于第二視角Av沿著與第一方向正交的第二方向(如，垂直方向)散射光，其中，這兩個比值中大的那個比值不大于I. I、或不大于I. 08、或不大于I. 06、或不大于I. 04、或不大于I. 02。對稱光學漫射器170沿著垂直方向132置于圖像平面120中。對稱漫射器170接 收圖像光111并且散射圖像光，以形成大體沿著第二方向114傳播的散射圖像光113。在一些情況下，方向112和114關(guān)于X軸對稱。在這種情況下，第二方向114與水平方向130成角度θ1 5在一些情況下，散射圖像光113具有垂直圖像光錐115，該光錐包括或覆蓋與水平方向130成角度α ν的所需觀看位置180。對稱漫射器170接收環(huán)境光141并且散射環(huán)境光，以形成大體沿著第四方向144傳播的散射環(huán)境光143。在一些情況下,方向142和144關(guān)于水平方向130對稱。在這種情況下，第四方向144與水平方向130成角度θ2。在一些情況下，散射環(huán)境光143具有不包括或者不覆蓋所需觀看位置180的垂直環(huán)境光錐145。在一些情況下，觀看位置180包括在或者位于垂直圖像光錐115內(nèi)，但是不包括或者不位于垂直環(huán)境光錐145內(nèi)。在這種情況下，觀看位置180處的觀眾可以看到具有高對比度的圖像，此時圖像沒有包括源自環(huán)境光源140的環(huán)境光或者包括極少的環(huán)境光。在一些情況下，對稱漫射器170的視角足夠大，以致于垂直圖像光錐115包括或者覆蓋觀看位置180，并且足夠小，以致于垂直環(huán)境光錐145不包括觀看位置180。在一些情況下，例如，當角度α ν基本等于O (如圖3中示意性示出)時，對稱漫射器170散射的圖像光到達觀看位置180，并且漫射器散射的環(huán)境光背離觀看位置傳播。在這種情況下，漫射器170的半垂直視角(Αν/2)大于Q1且小于θ2。在這種情況下，觀看位置180處的觀眾觀察到對比度增強的所顯示的圖像?！し瓷淦?50反射不被光學漫射器170散射的圖像光155。在一些情況下，反射器150基本上是鏡面反射器。在這種情況下，反射器150反射的全部光中的絕大部分被鏡面反射，被反射的全部光中只有一小部分被漫射地反射。例如，在這種情況下，在可見波長下，發(fā)射器150的鏡面發(fā)射率與總發(fā)射率之比為至少O. 7、或至少O. 75、或至少O. 8、或至少O. 85、或至少O. 9、或至少O. 95，其中，可見波長可以是電磁光譜的可見范圍內(nèi)的任何波長。在一些情況下，可見范圍為400nm至690nm、或410nm至680nm、或420nm至670nm。反射器150將圖像光155沿著與水平方向成Θ丨的第五方向152鏡面反射,使之為反射的圖像光151。反射器150反射不被光學漫射器170散射的環(huán)境光156。反射器150沿著與水平方向成角度9 2的第六方向154反射環(huán)境光156,使之為反射的環(huán)境光153。在一些情況下，觀看位置180、圖像投影光源110和環(huán)境光源140的位置使得觀看位置180處的觀眾接收并觀看到反射的圖像光151而非反射的環(huán)境光153。在這種情況下，鏡面反射器150將不被對稱光學漫射器170散射的圖像光155向著觀看位置反射，并且反射不被對稱光學漫射器170散射的環(huán)境光156，使之背離觀看位置。在這種情況下，位于觀看位置180處的觀眾可以觀看到對比度提高的圖像。在一些情況下,隨著入射角的增大,鏡面反射器150的反射率沒有變化,或者變化非常小。在這種情況下，鏡面反射器150對于為Θ i的入射角，在可見范圍內(nèi)，具有第一平均反射率R1并且對于為92的入射角，在可見范圍內(nèi)，具有第二平均反射率R2，其中，&和1 2之差不大于10%、或不大于5%、或不大于2%。在一些情況下，角度Q1SO,并且角度02為45度。在一些情況下，角度Q1SO,并且角度02為60度。在一些情況下，隨著入射角的增大,鏡面反射器150的反射率發(fā)生變化,例如，反射率減小。在一些情況下，例如，當角度Q1大體小于角度θ 2，其反射率隨著入射角增大而減小的反射器150可以提高呈現(xiàn)于觀看位置(如，觀看位置180)的圖像的對比度。在一些情況下，鏡面反射器150對于為Θ i的入射角，在可見范圍內(nèi)，具有第一平均反射率R1并且對于為92的入射角，在可見范圍內(nèi)，具有第二平均反射率民，其中，R1ZiR2之比為至少I. 2、或至少I. 4、或至少I. 5、或至少I. 6、或至少I. 8、或至少2、或至少2. 5、或至少3。在一些情
況下，角度Q1S O并且角度92為45度。在一些情況下，角度Q1SO并且角度02為60度。在一些情況下，鏡面反射器150可以在電磁光譜的區(qū)域(如，可見區(qū)域)中具有基本平坦的反射譜。例如，在這種情況下，在可見范圍內(nèi)，鏡面反射器的反射率變化不超過20%、或不超過15%、或不超過10%、或不超過5%。在一些情況下,藍色波長(如，440nm)下反射器150的反射率與紅色波長(如，620nm)下的反射率之比為O. 8至I. 2的范圍，或者O. 9至I. I的范圍。 通常，鏡面反射器150可以是任何在應用中可能理想和/或?qū)嶋H的鏡面反射器。例如，鏡面反射器150可以是鋁質(zhì)膜、多層無機介電膜或多層聚合物反射膜，如得自3M公司(St. Paul, Minnesota)的反射偏振膜或 Vikuiti ESR 膜。吸光層160可以通過吸收沒有被鏡面反射器150反射的環(huán)境光161和環(huán)境光162來提高所顯示圖像的對比度。吸光層160可以包含任何在應用中可能理想和/或?qū)嶋H的吸光材料。例如，層160可以包含分散在粘結(jié)劑材料中的炭黑、吸光染料(如，黑色染料或其它暗色染料)、吸光顏料或其它暗色顏料、或不透明顆粒。合適的粘結(jié)劑包括熱塑性塑料、輻射固化性或熱固性丙烯酸酯、環(huán)氧樹脂、有機硅基材料或其它合適的粘結(jié)劑材料。在一些情況下，在可見范圍內(nèi)，吸光層160的光學吸收系數(shù)為至少O. I每微米、或至少O. 2每微米、或至少O. 4每微米、或至少O. 6每微米。在一些情況下，光學構(gòu)造190包括可選的基板185。在一些情況下，基板185可以主要對光學構(gòu)造中的其它組件提供支承。在一些情況下，基板185可以提供一個或多個額外的光學功能。例如，基板185可以是或者可以包括光學漫射器、寬帶吸光器、吸收型偏振器、反射型偏振器或具有應用中可能理想的功能的任何其它膜?；?85可以是可能適用于應用和/或在應用中實踐的任何材料，如，聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚氯乙烯(PVC)、聚碳酸酯、丙烯酸類樹脂、鋁片和玻璃及它們的復合物。通常，在可能有利的是對稱散射光的任何應用中，可以采用光學構(gòu)造190。例如，光學構(gòu)造190可以是正投影屏幕或者可以是其一部分。圖像投影光源110包括成像裝置并且將裝置形成的圖像投影到顯示器或圖像平面120上。投影儀110的輸出光111可以具有在應用中可能理想的任何偏振。例如，在一些情況下，輸出光111基本上未偏振。在這種情況下，具有第一偏振態(tài)的輸出光111的強度與具有第二偏振態(tài)的輸出光的強度之比的范圍為O. 8至I. 2、或O. 85至I. 15、或O. 9至I. I、或O. 95至I. 05,第二偏振態(tài)垂直于第一偏振態(tài)。在一些情況下,例如，輸出光111基本上沿著第一方向偏振。在這種情況下，具有第一偏振態(tài)的輸出光111的強度與具有正交偏振態(tài)的輸出光的強度之比為至少100、或至少500、或至少1000。在一些情況下，輸出光110包括偏振態(tài)的混合。例如，在一些情況下，輸出光110可以包括紅光、綠光和藍光,其中，藍光和紅光具有一個偏振態(tài)并且綠光具有正交偏振態(tài)。通常，圖像投影光源110可以包括任何成像裝置。例如，成像裝置可以是反射型顯示器、透射型顯示器或發(fā)射型顯示器、或者不同顯示類型的組合如透反射型顯示器。例如，在一些情況下，反射型成像裝置可以包括液晶陣列或數(shù)字微鏡陣列，如，得自TexasInstruments有限公司的數(shù)字光處理器(DLP)。
通常，對稱光學漫射器170可以是在應用中可能理想和/或?qū)嶋H的任何對稱漫射器。例如，對稱漫射器170可以是體漫射器和/或表面漫射器。例如，可以通過將客體材料的小顆粒摻入或分散在主體材料中來實現(xiàn)體漫射，其中，客體材料和主體材料具有不同的折射率。例如，可以通過使漫射器的表面粗糙來實現(xiàn)表面漫射。在一些情況下，漫射器170是體漫射器并且客體材料和主體材料的折射率之差為至少O. 01、或至少O. 02、或至少
0.03、或至少 O. 04。在一些情況下，對稱光學漫射器170可以基本上是對偏振不敏感的。在這種情況下，沿著給定方向(如，水平方向)的兩個相互正交偏振入射光的對稱光學漫射器的增益曲線(如，水平增益曲線210)基本上相同。例如，在這種情況下，沿著水平方向的兩個相互正交偏振入射光的水平增益曲線210相差不超過15%、或不超過10%、或不超過5%。作為另一個例子，沿著垂直方向的兩個相互正交偏振入射光的垂直增益曲線220相差不超過15%、或不超過10%、或不超過5%。
在一些情況下，對稱光學漫射器170可以包括結(jié)構(gòu)化的表面或?qū)?。結(jié)構(gòu)化的層可以包括隨機布置的結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)具有在應用中可能理想的任何形狀。示例性的形狀包括平面、凹面、凸面、球面、非球面、菲涅耳面、橢球體、原纖、衍射和小平面形狀。例如，圖4是包括結(jié)構(gòu)化表面410的對稱光學漫射器470的示意性側(cè)視圖，該結(jié)構(gòu)化表面包括多個隨機布置的結(jié)構(gòu)或光學透鏡，如微透鏡420。在一些情況下，結(jié)構(gòu)420可以具有不同形狀。例如，一些結(jié)構(gòu)(如，結(jié)構(gòu)430)可以具有彎曲的小平面，并且一些結(jié)構(gòu)(如，結(jié)構(gòu)440)可以具有平坦的小平面。在一些情況下，至少一些結(jié)構(gòu)420可以是變形的，例如，用于改變圖像投影光源110投影的圖像的長寬比。在一些情況下，變形的透鏡或結(jié)構(gòu)可以是或者可以包括細長(如，圓柱形)透鏡。在一些情況下，對稱光學漫射器170可以包括隨機布置的細長光學透鏡陣列，如，隨機布置的圓柱形透鏡陣列。例如，圖5是與結(jié)構(gòu)化表面410類似的結(jié)構(gòu)化表面510的示意性俯視圖，該結(jié)構(gòu)化表面包括多個隨機布置并取向的小透鏡520。每個小透鏡具有S1的寬度、a2的長度和a2/ai的長寬比。在一些情況下，長寬比的范圍為I. 5至200、或2至100、或2至50、或2至25。結(jié)構(gòu)化表面510是對稱光學漫射器，意味著該表面將光沿著兩個相互正交方向?qū)ΨQ地散射。在一些情況下，對稱光學漫射器170是體漫射器并且包括在第二材料內(nèi)隨機布置并取向的第一材料的多個細長結(jié)構(gòu)或顆粒，其中，這兩種材料具有不同的折射率。在一些情況下,細長顆粒的長度范圍為50nm至100微米、或IOOnm至50微米、或200nm至10微米。在一些情況下，細長顆粒的長寬比范圍為5:1至1000: I、或10:1至200: I、或20:1至50: I。圖6是與光學漫射器170類似的對稱光學漫射器670的示意性側(cè)視圖，該光學漫射器包括基板610、位于基板上的光學透明的第一層620和部分嵌入在第一層中的多個隨機布置的光學透明微珠630?；?10是基本光學透明的，意味著第一層的平均光學透射率不小于60%、或不小于70%、或不小于80%、或不小于90%。微珠630是基本光學透明的，意味著微珠的平均光學透射率不小于60%、或不小于70%、或不小于80%、或不小于90%。微珠630可以具有在應用中可能理想的任何形狀。例如，在一些情況下，微珠630可以是任何三維的曲線或線性主體。例如，在一些情況下，微珠620可以大體是球形或球體、類球體或橢圓體。在一些情況下，微珠630的折射率范圍為I. 3至3. 2、或I. 3至3、或
1.4至3、或I. 4至2. 5、或I. 4至2. 3、或I. 4至2. I、或I. 4至2。在一些情況下，微珠和第一層具有基本相等的折射率。例如，在這種情況下，微珠的折射率和第一層的折射率之差不大于O. 05、或不大于O. 04、或不大于O. 03、或不大于O. 02、或不大于O. 01。微珠630可以具有在應用中可能理想的任何直徑或直徑范圍。在一些情況下，微珠630的平均直徑不小于2微米、或不小于4微米、或不小于5微米、或不小于6微米、或不小于8微米、或不小于10微米、或不小于15微米、或不小于20微米。在一些情況下，微珠630的直徑范圍為I微米至100微米、或2微米至80微米、或2微米至60微米、或2微米至60微米、或5微米至50微米、或5微米至40微米、或5微米至30微米、或5微米至20微米。在一些情況下，光學構(gòu)造190是一體化構(gòu)造，意味著該構(gòu)造中的各個組件通過(例如)一個或多個粘合劑層相互粘附。用以下實例進一步示出本發(fā)明所公開的系統(tǒng)和構(gòu)造的一些優(yōu)點。這個實例中敘述的具體材料、量和尺寸以及其它條件和細節(jié)不應該被理解為不當?shù)叵拗票景l(fā)明。實例I 構(gòu)造光學構(gòu)造700，在圖7中示出其示意性側(cè)視圖。該光學構(gòu)造包括吸光層160 ；鏡面反射器150，所述鏡面反射器通過第一光學粘合劑層710層合于吸光層；以及對稱光學漫射器670,所述對稱光學漫射器通過第二光學粘合劑層720層合于鏡面反射器。第一光學粘合劑層和第二光學粘合劑層包括得自3M公司(St. Paul, Minnesota)的光學透明粘合劑 0CA-8171。吸光層 160 是吸光黑膜(ScotchCal Graphic Film 7725，得自 3M 公司(St.Paul, Minnesota))。鏡面反射器150是得自3M公司(St. Paul, Minnesota)的窄帶鏡面反射膜(c-ESR)鏡面反射器對垂直入射的400nm至700nm的波長范圍的反射率為99%。在可見范圍內(nèi)，鏡面反射器對于O度入射角的平均反射率和對于60度入射角的平均反射率之比為I. 7。對稱光學漫射器670中的基板610的平均光學透射率為95%。第一層620具有
I.49的折射率、90%的平均光學透射率和10微米的平均厚度。微珠630大體是球形并且具 有I. 49的折射率、90%的平均光學透射率和8微米的平均直徑。微珠隨機布置并部分嵌入在第一層620中，使微珠的一些部分暴露。光學構(gòu)造700具有2. 9的同軸光學增益。光學構(gòu)造的總光學反射率比反射性朗伯漫射器大42%。光學構(gòu)造具有54度的水平視角和54度的垂直視角。光學構(gòu)造吸收300勒的環(huán)境光的43%。項I，一種光漫射光學構(gòu)造，包括對稱光學漫射器，所述對稱光學漫射器以第一視角AH沿著第一方向散射光并且以等于Ah的第二視角Av沿著與第一方向正交的第二方向散射光，所述對稱光學漫射器包括光學透明的第一層；和多個隨機布置的光學透明微珠，所述微珠部分嵌入在所述第一層中；基本鏡面反射器，所述基本鏡面反射器反射沒有被所述對稱光學漫射器散射的光并且對于O度的入射角在可見范圍內(nèi)具有第一平均反射率R。對于60度的入射角在可見范圍內(nèi)具有第二平均反射率R6tl, RyR6tl為至少I. 5 ;以及吸光層，所述吸光層吸收沒有被所述鏡面反射器反射的光。項2是項I所述的光漫射光學構(gòu)造，其中Ah/Av不大于I. 2。項3是項I所述的光漫射光學構(gòu)造,其中Ah/Av不大于I. I。項4是項I所述的光漫射光學構(gòu)造，其中所述第一層的平均光學透射率不小于70%。項5是項I所述的光漫射光學構(gòu)造，其中所述第一層的平均光學透射率不小于80%。項6是項I所述的光漫射光學構(gòu)造，其中所述微珠的平均光學透射率不小于70%。項7是項I所述的光漫射光學構(gòu)造，其中所述微珠的平均光學透射率不小于80%。項8是項I所述的光漫射光學構(gòu)造，其中所述微珠大體是球形。項9是項I所述的光漫射光學構(gòu)造，其中所述微珠的折射率范圍為I. 3至3. 2。
項10是項I所述的光漫射光學構(gòu)造，其中所述微珠的折射率范圍為I. 4至2. 5。項11是項I所述的光漫射光學構(gòu)造，其中所述微珠的折射率范圍為I. 4至2。項12是項I所述的光漫射光學構(gòu)造，其中所述微珠的折射率和所述第一層的折射率之差不大于O. 05。項13是項I所述的光漫射光學構(gòu)造，其中所述微珠的折射率和所述第一層的折射率之差不大于O. 03。項14是項I所述的光漫射光學構(gòu)造，其中所述微珠的折射率和所述第一層的折射率之差不大于O. 02。項15是項I所述的光漫射光學構(gòu)造，其中所述對稱光學漫射器基本是偏振不敏感的。項16是項15所述的光漫射光學構(gòu)造,其中兩個相互正交的偏振入射光的所述對稱光學漫射器的增益曲線相差不超過10%。項17是項15所述的光漫射光學構(gòu)造，其中兩個相互正交的偏振入射光的所述對稱光學漫射器的增益曲線相差不超過5%。項18是項I所述的光漫射光學構(gòu)造，其中可見波長下的所述基本鏡面反射器的鏡面反射率與總反射率之比不小于O. 7。項19是項I所述的光漫射光學構(gòu)造，其中可見波長下的所述基本鏡面反射器的鏡面反射率與總反射率之比不小于O. 8。項20是項I所述的光漫射光學構(gòu)造，其中可見波長下的所述基本鏡面反射器的鏡面反射率與總反射率之比不小于O. 9。項21是項I所述的光漫射光學構(gòu)造，其中RyR6tl為至少I. 7。項22是項I所述的光漫射光學構(gòu)造，其中RyR6tl為至少2。項23是項I所述的光漫射光學構(gòu)造，其中所述基本鏡面反射器包括可見范圍內(nèi)的基本平坦的反射譜。項24是項23所述的光漫射光學構(gòu)造，其中所述基本鏡面反射器的藍色波長下的反射率與紅色波長的反射率之比為O. 8至I. 2。項25是項23所述的光漫射光學構(gòu)造，其中所述基本鏡面反射器的藍色波長下的反射率與紅色波長下的反射率之比為O. 9至I. I。項26是一種正投影屏幕，所述正投影屏幕包括項I所述的光漫射光學構(gòu)造。項27是一種投影系統(tǒng)，所述投影系統(tǒng)包括一個或多個成像裝置，所述成像裝置將圖像投影到顯示平面上；和項I所述的光漫射光學構(gòu)造，所述光學構(gòu)造位于所述顯示平面中。
項28是項27所述的投影系統(tǒng)，其中所述一個或多個成像裝置的輸出光基本上是未偏振的。項29是項27所述的投影系統(tǒng)，其中所述一個或多個成像裝置包括數(shù)字微鏡陣列。項30是項27所述的投影系統(tǒng)，其中所述一個或多個成像裝置包括液晶陣列。項31是一種光漫射光學構(gòu)造,包括對稱光學漫射器，所述對稱光學漫射器包括多個基本隨機布置的微透鏡以第一視角AH沿著第一方向散射光并且以等于Ah的第二視角Av沿著與所述第一方向正交的第二方向散射光；基本鏡面反射器，所述基本鏡面反射器反射沒有被所述對稱光學漫射器散射的光 并且對于O度的入射角在可見范圍內(nèi)具有第一平均反射率R。對于60度的入射角在可見范圍內(nèi)具有第二平均反射率R6tl, RyR6tl為至少I. 5 ;以及吸光層，所述吸光層吸收沒有被所述鏡面反射器反射的光。項32是項31所述的光漫射光學構(gòu)造，其中所述多個基本隨機布置的微透鏡包括部分嵌入在第一層中的多個基本隨機布置的顆粒。項33是一種投影系統(tǒng)，包括圖像投影光源，所述圖像投影光學沿著第一方向?qū)D像光投影到圖像平面上，所述第一方向與水平方向成角度Q1 ;環(huán)境光源，所述環(huán)境光學沿著第二方向發(fā)射環(huán)境光，所述第二方向與所述水平方向成角度θ2 ;對稱光學漫射器，所述對稱光學漫射器置于所述圖像平面內(nèi)并且沿著所述水平方向具有第一視角Ah并且沿著與所述水平方向正交的垂直方向具有第二視角Av，Ah等于Αν，Αν/2大于Θ工且小于θ2;以及基本鏡面反射器，所述基本鏡面反射器反射沒有被所述對稱光學漫射器散射的光并且對于Q1的入射角在可見范圍內(nèi)具有第一平均反射率R1以及對于02的入射角在可見范圍內(nèi)具有第二平均反射率R2, R1ZR2為至少I. 5。如本文所使用的，術(shù)語如“垂直”、“水平”、“上方”、“下方”、“左”、“右”、“上”和“下”、
“前”和“后”、“順時針”和“逆時針”和其它類似術(shù)語是指如圖中所示的相對位置。通常，物理實施例可以具有不同的取向，并且在這種情況下，這些術(shù)語旨在指修改成裝置實際取向的相對位置。例如，即使圖I的構(gòu)造與圖中的取向相比旋轉(zhuǎn)了 90度，箭頭方向130仍然被視為是沿著“水平”方向。以上引用的所有的專利、專利申請以及其它出版物均以如同全文復制的方式引入本文以供參考。雖然以上詳細描述了本發(fā)明的具體實例來幫助說明本發(fā)明的各種方面，但是應該理解，其目的不在于將本發(fā)明限于實例的具體方式。確切地講，其目的在于覆蓋落入所附權(quán)利要求書限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的所有修改形式、實施例和替代形式。
權(quán)利要求
1.一種光漫射光學構(gòu)造，包括 對稱光學漫射器，所述對稱光學漫射器以第一視角Ah沿著第一方向散射光并且以等于Ah的第二視角Av沿著與所述第一方向正交的第二方向散射光，所述對稱光學漫射器包括 光學透明的第一層；和 多個隨機布置的光學透明微珠，所述微珠部分嵌入在所述第一層中； 基本鏡面反射器，所述基本鏡面反射器反射沒有被所述對稱光學漫射器散射的光，并且對于O度的入射角在可見范圍內(nèi)具有第一平均反射率R。，對于60度的入射角在可見范圍內(nèi)具有第二平均反射率R6tl, RyR6tl為至少I. 5 ;以及 吸光層，所述吸光層吸收沒有被所述鏡面反射器反射的光。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光漫射光學構(gòu)造，其中Ah/Av不大于I.2。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光漫射光學構(gòu)造，其中所述第一層的平均光學透射率不小于70%。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光漫射光學構(gòu)造，其中所述微珠的折射率范圍為I.4至2. 5。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光漫射光學構(gòu)造，其中所述微珠的折射率和所述第一層的折射率之差不大于O. 03。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光漫射光學構(gòu)造，其中兩個相互正交的偏振入射光的所述對稱光學漫射器的增益曲線相差不超過10%。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光漫射光學構(gòu)造，其中RyR6tl為至少2。
8.一種光漫射光學構(gòu)造，包括 對稱光學漫射器，所述對稱光學漫射器包括多個隨機布置的微透鏡，以第一視角Ah沿著第一方向散射光，并且以等于Ah的第二視角Av沿著與所述第一方向正交的第二方向散射光; 基本鏡面反射器，所述基本鏡面反射器反射沒有被所述對稱光學漫射器散射的光并且對于O度的入射角在可見范圍內(nèi)具有第一平均反射率R。以及對于60度的入射角在可見范圍內(nèi)具有第二平均反射率R6tl, RyR6tl為至少I. 5 ;以及 吸光層，所述吸光層吸收沒有被所述鏡面反射器反射的光。
9.一種投影系統(tǒng)，包括 圖像投影光源，所述圖像投影光源沿著第一方向?qū)D像光投影到圖像平面上，所述第一方向與水平方向成角度Q1; 環(huán)境光源，所述環(huán)境光源沿著第二方向發(fā)射環(huán)境光，所述第二方向與所述水平方向成角度θ2; 對稱光學漫射器，所述對稱光學漫射器置于所述圖像平面內(nèi)并且沿著所述水平方向具有第一視角Ah并且沿著與所述水平方向正交的垂直方向具有第二視角Av，Ah等于Αν，Αν/2大于Θ I且小于Θ 2 ； 基本鏡面反射器，所述基本鏡面反射器反射沒有被所述對稱光學漫射器散射的光并且對于Q1的入射角在可見范圍內(nèi)具有第一平均反射率R1以及對于θ2的入射角在可見范圍內(nèi)具有第二平均反射率R2, R1ZR2為至少I. 5。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種光漫射光學構(gòu)造。該光學構(gòu)造包括對稱光學漫射器，所述對稱光學漫射器以第一視角AH沿著第一方向散射光并且以第二視角AV沿著與第一方向正交的第二方向散射光，其中，AV基本等于AH。該對稱光學漫射器包括光學透明的第一層和多個隨機布置的光學透明微珠，光學透明微珠部分嵌入在第一層中，使微珠的一些部分暴露。該光學構(gòu)造還包括鏡面反射器，該鏡面反射器反射沒有被對稱光學漫射器散射的光。所述鏡面反射器對于0度的入射角在可見范圍內(nèi)具有第一平均反射率Ro以及對于60度的入射角在可見范圍內(nèi)具有第二平均反射率R60。Ro/R60為至少1.5。該光學構(gòu)造還包括吸光層，該吸光層吸收沒有被所述鏡面反射器反射的光。
文檔編號G03B21/56GK102667618SQ201080052940
公開日2012年9月12日 申請日期2010年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月23日
發(fā)明者劉宇鋒, 大衛(wèi)·T·尤斯特 申請人:3M創(chuàng)新有限公司