微觀結(jié)構(gòu)的背投屏幕制造技術(shù)

所揭示的背投屏幕包括多個錐形波導(dǎo)管以及淀積在波導(dǎo)管頂部的光吸收層，但不完全填充波導(dǎo)管之間的空間，從而形成光吸收層下以及波導(dǎo)管之間低折射率的間隙區(qū)域。低折射率的間隙區(qū)域可以包括空氣或具有比波導(dǎo)管材料的折射率低的折射率的材料。這種背投屏幕結(jié)構(gòu)產(chǎn)生增加了的效率和較高的對比度，并且允許在構(gòu)造具有理想特性的屏幕時有更大的設(shè)計自由度，理想特性有視角、視角不對稱性，等等。同樣也揭示了制造所述微觀結(jié)構(gòu)的背投屏幕的方法。（*該技術(shù)在2021年保護過期，可自由使用*）

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
?微觀結(jié)構(gòu)的背投屏幕本專利技術(shù)一般涉及背投屏幕，尤其涉及結(jié)合了引導(dǎo)光線通過屏幕的微觀結(jié)構(gòu)以及增加對比度的光吸收層的背投屏幕。?????????????????????????????背景背投屏幕一般被設(shè)計成將投影到屏幕背面的圖像發(fā)送到觀察空間。投影系統(tǒng)的觀察空間可以相對很大(如，背投電視機)，或者相對很小(如，背投數(shù)據(jù)監(jiān)視器)。背投屏幕的性能可以用屏幕的各種特性來描述。用于描述屏幕性能的典型屏幕特性包括增益、視角、分辨率、對比度、諸如顏色和斑點等不期望人工假像的存在、等等。一般期望具有高分辨率、高對比度和大增益的背投屏幕。也可能期望該屏幕使光線遍布在大的觀察空間。不幸的是，隨著一種屏幕特性的改進，一種或多種其它屏幕特性通常降級。例如，為了適應(yīng)位于相對于屏幕的很大范圍內(nèi)的觀察者，可以改變水平視角。然而，增加水平視角也會造成垂直視角增加到特定應(yīng)用所需的視角之上，并且因此減少了總屏幕增益。因此，為了生產(chǎn)對于特定背投顯示應(yīng)用具有總的可接受性能的屏幕，需要在屏幕特性和性能之間作出折衷。???????????????????????????專利技術(shù)摘要某些背投屏幕包括引導(dǎo)光線通過屏幕朝向觀察者的微觀結(jié)構(gòu)，波導(dǎo)管之間的空間用吸收材料裝滿來提高對比度。然而，在這種結(jié)構(gòu)中，由于光吸收材料中的吸收，可能會損失某些要在波導(dǎo)管內(nèi)被內(nèi)部反射的光。其原因之一可能在于，波導(dǎo)管中光的入射角小于波導(dǎo)管中完全內(nèi)反射所需的臨界角，完全內(nèi)反射給出波導(dǎo)管材料和光吸收材料之間的折射率差異。在本專利技術(shù)中，提供一種結(jié)合了錐形波導(dǎo)管以及屏幕前部的波導(dǎo)管之間的光吸收層的背投屏幕，光吸收層產(chǎn)生可由空氣或其它低折射率媒質(zhì)組成的波導(dǎo)管之間的間隙空間。這使波導(dǎo)管/間隙區(qū)域分界面的折射率差異大于整個間隙區(qū)域用吸收材料填滿時的折射率差異。較大的折射率差異可以用來增加屏幕效率以及允許進一步提高對比度的屏幕設(shè)計、提供較大的視角，等等。一方面，本專利技術(shù)提供了包括多個淀積在透射襯底上的波導(dǎo)管的背投屏幕，波-->導(dǎo)管的錐形從襯底附近較寬后部逐漸變細直到遠離襯底的較窄前部，光吸收層淀積在鄰近波導(dǎo)管之間并且位于波導(dǎo)管前部或其附近，從而限定了鄰近波導(dǎo)管和光吸收層之間的間隙區(qū)域，間隙區(qū)域的折射率小于波導(dǎo)管的折射率。另一方面，本專利技術(shù)提供了一種制造背投屏幕的方法，包括將多個波導(dǎo)管淀積在透射襯底上，波導(dǎo)管的錐形從襯底附近的較寬后部逐漸變細直到遠離襯底的較窄前部；以及將光吸收層淀積在鄰近波導(dǎo)管之間并且位于波導(dǎo)管前部或其附近，從而限定了鄰近波導(dǎo)管和光吸收層之間的間隙區(qū)域，間隙區(qū)域的折射率小于波導(dǎo)管的折射率。?????????????????????????????附圖簡述圖1(a)是按照本專利技術(shù)的背投屏幕的部分截面圖；圖1(b)是圖1(a)的區(qū)域1b的放大視圖；圖2(a)-(c)是按照本專利技術(shù)的背投屏幕的部分透視圖；圖3是按照本專利技術(shù)的背投屏幕的部分截面圖；圖4是按照本專利技術(shù)的背投屏幕的部分截面圖；圖5是按照本專利技術(shù)的背投屏幕的部分截面圖；圖6是按照本專利技術(shù)的背投屏幕的部分截面圖。????????????????????????詳細說明圖1(a)示出包括淀積在襯底120上的一系列波導(dǎo)管110的背投屏幕100。或者，波導(dǎo)管110和襯底120可以是一個整體。波導(dǎo)管110的錐形從鄰近于襯底的后部逐漸變細直到朝向觀察者位置160的前部。錐形程度可由鄰近波導(dǎo)管間包括的角度來測量，指定為圖1(a)中的θ。雖然說明性地示出波導(dǎo)管110帶有對稱的截面，然而它們的截面也可以是不對稱的，例如一個側(cè)壁比另一側(cè)壁更陡。另外，盡管圖1(a)中示出波導(dǎo)管110的錐形壁為直線，然而它們也可以是曲線的，譬如凹入或凸起。光吸收層130存在于鄰近波導(dǎo)管之間并且位于波導(dǎo)管前部。光吸收層130增加了屏幕100的對比度并且減少了來自觀察者一邊(由160表示的觀察者位置)存在的環(huán)境光的眩光。間隙區(qū)域140存在于鄰近波導(dǎo)管和吸收層之間。操作中，可以定向投射屏幕100以便來自投影儀或其它適當(dāng)顯示器的光150可以通過屏幕100被發(fā)送到觀察者位置160。光可以直接地通過波導(dǎo)管到達觀察者或者可從波導(dǎo)管側(cè)-->壁被反射然后通過波導(dǎo)管到達觀察者。在某些示例性實施例中，投射屏幕可包括在屏幕的前部或后部的任一面(或兩面)的剛性襯底(未示出)，從而得到結(jié)構(gòu)上的整合性。在本專利技術(shù)中，光吸收層是位于波導(dǎo)管前部或其附近的一層，由此產(chǎn)生間隙區(qū)域。間隙區(qū)域無須用任何特定材料來填滿，實際上可由空氣或折射率為1或接近于1(1是真空的折射率)的其它氣體媒質(zhì)組成。或者，間隙區(qū)域可以用非氣體材料填滿，最好是低折射率的材料。通過具有相對低的間隙折射率，最好接近真空的折射率，波導(dǎo)管和間隙區(qū)域間的折射率差異可能相對大，這取決于波導(dǎo)管的材料。對于以超過臨界角的入射角入射到波導(dǎo)管側(cè)壁上的光，光完全被內(nèi)部反射，從而被導(dǎo)出波導(dǎo)管到達觀察者位置。波導(dǎo)管110的折射率(折射率表示為nw)與間隙區(qū)域140的折射率(折射率表示為ni)之比越大，臨界角越小，很可能光完全被內(nèi)部反射并且以最小的損耗到達觀察者。這可以增加通過量，并從而提高屏幕效率。為了簡化，并且不喪失一般性，本文件中將波導(dǎo)管側(cè)壁和間隙區(qū)域的媒質(zhì)間表面處的折射率之比(nw/ni)指定為N。使用了該術(shù)語以后，可以說較大的N會導(dǎo)致更高效率的屏幕，這是由于即使在較寬范圍的入射角上，光也很可能完全被內(nèi)部反射，而沒有由于穿透間隙區(qū)域引起的很大損耗。較大的N也允許具有對呈現(xiàn)給觀察者的光吸收材料的較大比例表面區(qū)域覆蓋的屏幕設(shè)計，從而得到較大的對比度。這個概念可通過參考圖1(b)來理解，該圖示出圖1(a)的區(qū)域1b的放大視圖。圖1(b)示出以角度α1(從入射點處側(cè)壁的法線測得)入射到錐形波導(dǎo)管的側(cè)壁上的光線R。光線R被反射并且在離開波導(dǎo)管之前遇到另一個波導(dǎo)管側(cè)壁。由于波導(dǎo)管側(cè)壁呈錐形，也就是它們在接近錐形基部處較寬而在接近錐形頂部處較窄，光線R在第二波導(dǎo)管側(cè)壁上的入射角α2小于α1。如果N足夠大，則α2和α1都可能超出臨界角，并且兩個反射可能都會發(fā)生完全內(nèi)反射(TIR)。然而當(dāng)N較小時，α1可能超出臨界角，而α2可能小于臨界角。在這些情況下，由于缺少TIR可能會丟失某些光，除非使波導(dǎo)管較短以便像光線R這樣的光線在遇到第二側(cè)壁之前就能離開波導(dǎo)管。雖然減短波導(dǎo)管可以減少由波導(dǎo)管中多次反射的非TIR反射引起的損耗，它也減少了屏幕前部光吸收材料對波導(dǎo)管頂部的覆蓋面積比例。參考圖1(b)，所示層130的部分橫跨波導(dǎo)管頂部附近鄰近波導(dǎo)管110之間的間隙。如果波導(dǎo)管被截斷，則鄰近波導(dǎo)管之間的間隙較小，從而減小光吸收層的面積覆蓋，從而降低了對比度。通過提供較大的N，本專利技術(shù)的投射屏幕允許較高波導(dǎo)管(對于特定的錐形角)-->的設(shè)計，這是由于TIR的臨界角較小，從而適應(yīng)諸如圖1(b)所示的多重反射情況。這又增加了屏幕前部光吸收層的覆蓋面積比例，從而增加了對比度。除了提高效率并且允許波導(dǎo)管中的多次TIR反射之外，波導(dǎo)管和間隙區(qū)域間較大的N能允許較大包含的側(cè)壁角(如圖1中的θ)而保持高通量。較大的側(cè)壁角能導(dǎo)致鄰近波導(dǎo)管在其頂部的更大空間，這可以導(dǎo)致吸收層的較大覆蓋比例以及較大的對比度。如果沒有這種波導(dǎo)管側(cè)壁間的大折射率差異，那么增加的側(cè)壁角會導(dǎo)致光很可能不被完全內(nèi)反射(較大的側(cè)壁角減本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種背投屏幕，其特征在于包括：淀積在透射襯底上的多個波導(dǎo)管，波導(dǎo)管的錐形從襯底附近的較寬后部逐漸變細直到遠離襯底的較窄前部；以及淀積在鄰近波導(dǎo)管之間并且位于波導(dǎo)管前部或其附近的光吸收層，由此定義了鄰近波導(dǎo)管和光吸收層之間的間隙區(qū)域， 間隙區(qū)域的折射率低于波導(dǎo)管的折射率。

【技術(shù)特征摘要】
US 2000-12-27 09/748,9771.一種背投屏幕，其特征在于包括：淀積在透射襯底上的多個波導(dǎo)管，波導(dǎo)管的錐形從襯底附近的較寬后部逐漸變細直到遠離襯底的較窄前部；以及淀積在鄰近波導(dǎo)管之間并且位于波導(dǎo)管前部或其附近的光吸收層，由此定義了鄰近波導(dǎo)管和光吸收層之間的間隙區(qū)域，間隙區(qū)域的折射率低于波導(dǎo)管的折射率。2.一種制造背投屏幕的方法，其特征在于包括下列步驟：在透射襯底上淀積多個波導(dǎo)管，波導(dǎo)管的錐形從襯底附近的較寬后部逐漸變細直到遠離襯底的較窄前部；以及在波導(dǎo)管前部或其附近淀積鄰近波導(dǎo)管之間的光吸收層，由此定義了鄰近波導(dǎo)管和光吸收層之間的間隙區(qū)域，間隙區(qū)域的折射率低于波導(dǎo)管的折射率。3.如權(quán)利要求1所述的背投屏幕或權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述波導(dǎo)管由丙烯酸鹽、聚碳酸酯或環(huán)氧樹脂組成。4.如權(quán)利要求1所述的背投屏幕或權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述波導(dǎo)管包括一系列平行凸紋。5.如權(quán)利要求1所述的背投屏幕或權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述波導(dǎo)管包括一列柱狀凸起。6.如權(quán)利要求1所述的背投屏幕或權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述波導(dǎo)管具有對稱的截面剖面。7.如權(quán)利要求1所述的背投屏幕或權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述波導(dǎo)管具有不對稱的截面剖面。8.如權(quán)利要求1所述的背投屏幕或權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述波導(dǎo)管包括漫射粒子。9.如權(quán)利要求1所述的背投屏幕或權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述波導(dǎo)管還包括其最前部分上的小透鏡。10.如權(quán)利要求1所述的背投屏幕或權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述襯底包括聚碳酸酯、玻璃或聚對苯二甲酸乙二醇酯。11.如權(quán)利要求1所述的背投屏幕或權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述光吸收層包括分布在粘合劑內(nèi)的光吸收染料或顏料。12.如權(quán)利要求1所述的背投屏幕或權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述光吸收層包括粘合劑內(nèi)的炭黑。13.如權(quán)利要求1所述的背投屏幕或權(quán)利要...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：RS莫什雷夫扎德，SJ賴內(nèi)爾，PF卡倫，PA托馬斯，RJ波科爾尼，JC納爾遜，
申請(專利權(quán))人：三M創(chuàng)新有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：US[美國]