CN1773371A - 屏幕和使用该屏幕的图像投影系统 - Google Patents

Abstract

为了提供具有外界光对其几乎没有影响的并具有大增益的投影表面以及具有宽视角和自然视野的投影表面的屏幕，根据本发明的屏幕包括：定向漫射层，用于漫射和透射来自特定方向的光和线性透射来自其它方向的光；各向同性漫射层，用于近似各向同性地漫射光而不管其入射角如何；和设置在定向漫射层与各向同性漫射层之间的光反射层。

Description

屏幕和使用该屏幕的图像投影系统

技术领域

本发明涉及一种屏幕，其中来自高亮度CRT、液晶投影仪等的光图像投影在该屏幕上，并且本发明涉及具有该屏幕的图像投影系统。

背景技术

图像投影系统诸如投影仪设备通过利用高亮度CRT、液晶投影仪等投影光图像来显示图像，该图像投影系统可以在大屏幕上简单地和容易地显示高清晰度图像，并因此已以各种方式用作多个用户之间的信息通信工具。

在这样的图像投影系统中使用的屏幕是利用这样一种技术设计的：在屏幕的表面上分布用于光漫射的珠子(bead)以实现宽的视角，从而为多个观看者提供改善的观看能力。此外，人们已经知道，提供用于屏幕表面的定向反射结构如双凸透镜，除了使视野角度变窄之外，实现了明亮的图象区域。此外，在JP 05-061120A(专利文件1)中，公开了一种技术，利用该技术，通过在双凸透镜中散布漫射粒子，向屏幕的反射特征提供定向性和各向同性。

包含漫射材料如珠子的传统屏幕能够实现宽的视角，但是由于低增益而具有暗的图像区域。另一方面，利用双凸透镜的屏幕由于其高的定向性而具有高增益，并且能够提供明亮的图象区域，但具有窄的视野角并且趋于拾取外界光。而且，即使在双凸透镜中分散漫射粒子时，也仍然存在双凸透镜趋于拾取外界光的问题。即，不可能同时实现具有宽视角的屏幕和外界光对其几乎没有影响的具有高亮度的屏幕。

发明内容

本发明的目的是提供一种用来显示两个投影图像的屏幕，其中一个投影图像具有宽视角和自然视野(nature-view)，而另一个投影图像具有几乎不受外界光影响的高定向性和亮度。

根据本发明，提供一种用于显示投影光图像的屏幕，包括：定向漫射层，用于散射和透射(transmit)其入射角在特定角度范围之内的光，以及线性透射其入射角在特定角度范围之外的光；各向同性漫射层，用于近似各向同性地漫射光，而不考虑其入射角；和设置在定向漫射层与各向同性漫射层之间的光反射层。此外，特定角度范围根据屏幕平面中的区域而不同。

此外，作为定向漫射层，有可能使用其中交替安排沿厚度方向连续形成的高折射率区域和低折射率区域的层状透镜薄片(sheet)。这里，高折射率区域与低折射率区域之间的界面(interface)(沿厚度方向)的倾角根据屏幕的区域而不同。也就是说，定向漫射层的定向性的方向根据屏幕的区域而不同。

作为选择，作为定向漫射层，有可能使用在平面中安排的包括多个柱形结构的柱形透镜薄片，其中具有的折射率高于其外围区域的区域在厚度方向连续地形成，具有沿厚度方向导引光的功能。这里，具有高折射率区域的中心轴和定向漫射层的法线形成根据屏幕的区域而相异的角度，即，柱形透镜片的定向性的方向根据屏幕的区域而不同。

此外，各向同性漫射层是聚合物材料中包含多个气泡的各向同性的漫射薄片。这里，其反射率高于聚合物材料反射率的细粒子被混入各向同性漫射薄片中。作为细粒子，有可能使用由白颜料制成的填料。此外，为各向同性漫射薄片的至少一个表面提供保护层。作为保护层，有可能使用包含反射填料的聚合物基体部件。

此外，表面漫射层被形成用于定向漫射层的表面。表面漫射层具有表面漫射结构。

同时，根据本发明的图像投影系统包括：具有上述任何一种配置的屏幕，和用于把光图像投影到屏幕上的光图像投影仪。例如，图像投影系统包括：屏幕；和用于把光图像投影到屏幕上的光图像投影仪；其中该屏幕包括：定向漫射层，用于散射和透射其入射角在特定角度范围之内的光以及线性透射其入射角在特定角度范围之外的光；各向同性漫射层，用于近似各向同性地漫射光，而不考虑光的入射角；和设置在定向漫射层与各向同性漫射层之间的光反射层。这里，来自光图像投影仪的投影光的视角落入特定角度范围之内。作为选择，特定角度范围的中心线朝向来自光图像投影仪的投影光的中心定向。

仍然作为选择，来自光图像投影仪的投影光以特定角度范围之外的一个角度入射在定向漫射层上。作为选择，特定角度范围的中心线和来自光图像投影仪的投影光通量的中心线相对于屏幕表面的法线彼此对称。

如上所述，根据本发明，使得根据目的从以下两个投影图像中进行选择变成有可能：其中一个投影图像是明亮的，具有定向性和高亮度；另一种投影图像具有宽的视角和自然视野。因此，提供了变得有可能将一个屏幕用于多个用途的效果。也就是，屏幕的定向漫射表面用于使之有可能甚至在照明灯被接通的状态下也观测到清晰的屏幕图像。此外，变得有可能甚至利用亮度低的投影仪获得明亮图像，这可以减轻投影仪产品中热设计和光源设计的负担。另一方面，屏幕的各向同性漫射表面在暗室中使用，以使之有可能投影具有高亮度、宽视角和自然视野的图像。如上所述，变得有可能投影具有与图像投影环境无关的良好图像质量和希望投影图像质量的图像。

附图说明

图1是显示根据本发明的屏幕配置的一个实例的说明图；

图2是显示根据本发明的屏幕配置的另一个实例的说明图；

图3是显示根据本发明的屏幕配置的再一个实例的说明图；

图4是显示根据本发明的屏幕配置的又一个实例的说明图；

图5是示意地显示根据本发明的屏幕的剖面配置的放大图；

图6A至图6C分别是显示屏幕和投影仪的布置的说明图；

图7A和图7B分别是显示本发明中使用的定向漫射层的微结构的示意平面图；

图8是显示本发明中使用的定向漫射层的光学特征的曲线图；

图9是显示根据本发明的屏幕的定向漫射层侧上的增益特征的曲线图；

图10是显示根据本发明的屏幕的各向同性漫射层侧上的增益特征的曲线图；

图11是显示根据本发明的屏幕的定向漫射层侧上的增益特征的另一曲线图；

图12是显示相对定向漫射层中的漫射粒子的密度和粒子直径的增益特征的曲线图。

具体实施方式

图1中显示了根据本发明的屏幕的基本配置。如图所示，该屏幕包括定向漫射层1、各向同性漫射层2和光反射层3。定向漫射层1散射和透射以特定角度范围内的角度入射的光，并线性透射以其它角度入射的光。各向同性漫射层2近似各向同性地漫射光而不管其入射角如何。光反射层3设置在定向漫射层1与各向同性漫射层2之间。利用该配置，从定向漫射层侧入射的光图像利用定向性被漫射和反射，同时线性反射沿着观看者的观看点之外的方向从天花板等入射的照明光，所以甚至在照明的明亮房间中也变得有可能获得具有高亮和高对比度的图像。另一方面，从各向同性漫射层侧入射的光以宽视角被漫射和反射，所以变得有可能获得具有宽视角的图像。从各向同性漫射层获得的图像通过其中的亮度已经被适当调整的房间中的观测而变成具有逼真度(naturalness)的图像。光反射层通过有效反射在定向漫射层和各向同性漫射层上入射的光，实现了明亮图像。利用上述的简单配置，通过选择图像投影表面，根据本发明的屏幕能够提供具有定向性的明亮投影图像和具有宽视角特性与逼真度的投影图像。

这里，定向漫射层可以是沿屏幕平面的特定方向给出定向性的单向漫射层，或者可以是沿任意多个方向给出定向性的多向漫射层。通过适当选择定向性的方向，有可能提供适于观看者安排的定向性，这使之有可能在较宽的视角范围中向观看者提供明亮图像。

此外，通过把层状透镜用作定向漫射层，其中交替安排沿平面的厚度方向连续形成的层状高折射率区域和低折射率区域，有可能在垂直于层的长边方向的一个方向与平行于长边方向的一个方向之间生成漫射特征的差异(在漫射特性中生成各向异性)。作为选择，通过在低折射率区域中以密集方式安排沿着平面的厚度方向导引光的高折射率区域的柱形透镜，变得有可能沿着其中使高折射率区域中平面的厚度方向倾斜的一个方向生成漫射特征的各向异性。

此外，当分布层状透镜或柱形透镜的倾斜时，这导致其中也分布定向性的情况。此外，由于定向漫射层具有其层状透镜或柱形透镜倾斜是彼此不同的多个区域，变得有可能构造具有多方向定向性的多向漫射层。

作为定向漫射层，例如，有可能使用由半透明聚合物制作的薄膜层，其漫射来自特定方向的光和线性透射其他光，并具有光的各向异性。此外，作为各向同性漫射层，例如，变得有可能使用近似各向同性地漫射任何入射角的光并且是光各向同性的薄膜层。

作为选择，有可能把利用密集中空(hollow)聚合物制成的薄膜用作各向同性漫射层。在这样的各向同性漫射层的情况下，在聚合物与中空聚合物的空气之间存在大的折射率差异，因此变得有可能获得高的光反射特征。此外，通过将白颜料混入聚合物薄膜中，有可能进一步改善反射能力。此外，通过利用与白颜料混合的聚合物基体材料制成的保护层涂覆凝固的中空聚合物的两个表面，可以构建各向同性漫射层。利用该配置，变得有可能增加各向同性漫射层的机械强度，并且还改善其光反射能力。

(实施例)

下面，将说明根据本发明的屏幕的实施例。众所周知，其表面上已经形成具有各向异性的微凸凹(micro-projection-and-depression)结构的透明薄片(比如具有定向性的棱镜)具有类似于根据本发明的定向漫射层的功能。然而，在本发明中，所使用的定向漫射层具有在平面中具有预定形状的折射率分布，并且在平面的厚度方向具有连续形成的并在厚度方向引导光的微结构。具有此结构配置的定向漫射层能够有效地在特定方向散射和透射光，并有效地线性透射其它光。定向漫射层的层厚度最好设置在大约1μm至2mm。当定向漫射层是薄的并且具有约为1至20μm的厚度时，则在透明基体部件上形成和使用定向漫射层时便于处理。此外，当定向漫射层是厚的并且具有20μm至2mm厚度时，则具有足以保持机械强度的厚度。因此，即使在单独使用定向漫射层而不使用透明基体部件时，也有可能对表面进行各种处理。

在定向漫射层中，在前表面与后表面之间连续形成具有互不相同的折射率的两种类型的微区域。在平面上规则地或不规则地分布这两种类型的微区域。也就是，当局部观看时，定向漫射层具有这样的结构，其中第一微区域(高折射率区域)被第二微区域(低折射率区域)包围，并且该结构可以被称为“微透镜结构”。由于平面中微区域的形状，生成定向漫射层的光学特征的差异。图7A和图7B分别显示了构成定向漫射层的微区域的具体的平面布置形状。图7A显示了一种配置，其中在厚度方向连续形成的高折射率区域12和低折射率区域13在平面中交替布置，作为微区域的形状。当以分层方式形成平面中的微区域时，对于层的长边方向分量，入射光受到类似于光入射到普通的均匀透明薄片上的情况的作用。另一方面，对于层的短边方向分量，散射和透射具有特定入射角的光，并且线性透射具有其它入射角的光(下面将这样的微区域称为“层状透镜”)。也就是，定向漫射层具有单向漫射层的特征。在利用层状透镜构成的定向漫射层的情况下，其中当观看者观看时垂直和水平地设置层状透镜的长边方向的结构有效改善了可见度。

图7B显示了平面中的微区域具有近似圆形或多边形形状的配置。具有近似圆形或多边形的高折射率区域12形成为具有的折射率高于低折射率区域13的折射率，其中低折射率区域13包围高折射率区域12。当光入射到定向漫射层时，不论其输入方向如何，都漫射和透射具有特定入射角的光，并类似于普通的均匀透射薄片的情况，线性透射其他光。也就是，在平面的两个方向控制定向漫射层的漫射特征。利用定向漫射层，有可能以宽角度范围实现具有均匀亮度特征的投影仪屏幕，而不考虑观看方向。应当注意，当平面中的微结构具有各向异性形状，比如椭圆形形状或矩形形状时，这导致上述的其微结构是层状的那些定向漫射层与其微结构具有近似圆形形状或多边形形状的那些定向漫射层之间的特征。也就是，当平面中微结构的各相异性增加时，特征变得更接近具有层状微结构的那些定向漫射层，并且当平面中微结构的各相异性降低时，特征变得更接近具有近似圆形形状或多边形形状的微结构的那些定向漫射层。因此，通过调整平面中微结构的各相异性，变得有可能相对于特定方向调整投影仪屏幕的视角特征。下面将参照图5描述包含具有近似圆形形状的微结构的定向漫射层的屏幕。如图所示，定向漫射层9具有其中在平面中以预定密度形成微柱形结构的配置。柱形结构的轴向区域具有高于环绕轴向区域的外围区域的折射率，并且具有沿厚度方向引导光的功能。也就是，轴向区域对应于高折射率区域12，而外围区域对应于低折射率区域13。柱形结构具有与折射率分布杆状透镜相同的功能。此后，将柱形结构称为“柱状透镜”，并且将柱状透镜的光轴方向称为“偏斜方向”。这里，有可能调整并将倾斜角(相对于层平面的法线的偏斜方向的倾斜)设置到从0度到70度范围内的任意角度。

接下来，将解释定向漫射层的结构的另一实例。在该实例中，将描述这样一种结构，其中使用渐变折射率柱形透镜(其折射率朝着透镜中心连续增加)或步进折射率柱形透镜(柱形区域的折射率从环绕柱形区域的外围趋于间断地增加)，以替代上述的柱形透镜。也就是，该实例中的定向漫射层具有薄膜结构，其中以平面方式布置多个这样的透镜。即使在其微结构为层状的定向漫射层的情况下，也有可能使用上述的透镜结构。这些微结构起着层状透镜的作用，具有与折射率分布一维透镜(例如柱面透镜)相同的作用。

通过例如经由经历浓淡度(gradation)处理的光掩膜把紫外光照射到液体电抗层上，有可能制造定向漫射层，其中所述液体电抗层由具有不同折射率的两种或多种光致聚合复合物制成。这里，有可能利用光致聚合复合物之间的光致聚合速度中的差异(可归于照射光的亮度在各点不同的情形)来控制折射率分布的状态。此外，通过调整照射到液体电抗层上的光的入射角，有可能控制柱形透镜的偏斜方向。此外，有可能根据光掩膜的图案形状随意地设置平面中柱形透镜的形状。例如，当形成层状透镜时，使用已形成条纹图案的浓淡度掩膜是足够的。

另外，通过以上述方式把紫外光照射到应用在预定基底上的液体电抗层上，有可能形成定向漫射层。在此情况下，可以使用通过电抗固化液体电抗层形成的定向漫射层，而不需剥离基底。另一方面，当通过把厚的液体电抗层施加在电抗级或电抗滚筒上并固化被施加的液体电抗层，形成具有约为20μm或以上的薄膜厚度的定向漫射层时，可以在剥离电抗级或者电抗滚筒之后，使用定向漫射层。

接下来，将说明定向漫射层中的光性能。其微结构具有不同于近似圆形的其他形状的定向漫射层所拥有的作用实质上与下面描述的其微结构具有近似圆形的定向漫射层相同，所以将省略对其的说明。

在微结构是步进折射率柱形透镜的定向漫射层的情况下，入射在高折射率区域12上的光根据Snell(斯涅尔)定律，朝着定向漫射层入射平面的法线侧折射。至高折射率区域12的输入光入射到与低折射率区域13的边界表面上，并且当边界表面的入射角大于临界角时，完全反射入射光。这样，射入光被高折射率区域12与低折射率区域13之间的边界表面重复反射，该射入光在柱形结构中被引导，并从与射入平面相反的一侧离开。

这里，光自柱形透镜的输出位置和输出方向由定向漫射层的厚度和光至高折射率区域的入射角与射入位置来确定。当光以相同入射角入射，但光在不同射入位置入射时，这导致在经由内部部分引导之后光从表面离开的不同的输出角度。从投影仪投影的图像以各种入射角和在各种射入位置上入射。因此，投影的图像经历类似于被前表面在某个散射角度范围散射的动作。散射角度由高折射率区域12与低折射率区域13之间的折射率差值或折射率梯度、定向漫射层的厚度和柱形透镜的透镜直径确定。例如，存在光离开的趋势，所以当高折射率区域12与低折射率区域13之间的折射率差值或者折射率梯度变得更大时，散射角就变得更大。此外，当高折射率区域12与低折射率区域13之间的折射率差值变得更大时，散射角就变得更大。还有，当定向漫射层的厚度变得更厚时，霾值(haze value)变得更大，透镜半径变得更小，并且平面中柱形透镜的数量和密度变得更大。此外，当光入射角超过特定角度时，射入光直线传播并且没有散射地透射。以下，把散射射入光的入射角范围称为“散射入射角”，并且把射入光直线传播并被透射的入射角范围称为“线性透射角”。即使在平面中的微区域具有层状形状或各向异性形状，散射入射角和线性透射角也以类似方式存在。

在根据本发明的屏幕中，有可能使用具有透镜直径为2μm至500μm和透镜高度(定向漫射层的厚度)为10μm至2mm的柱形透镜的定向漫射层。然而，当考虑产出、光利用效率、处理的容易等时，透镜直径最好被设置为5μm至100μm，并且透镜高度被设置为20μm至300μm。此外，有可能使用具有0.01至0.05折射率差异的柱形透镜。当需要具有1μm至20μm透镜高度的薄膜层时，在基体上形成该透镜并将其用作定向漫射层。

下面将描述入射角在线性透射角范围内的情况。在此情况下，射入光以等于或大于散射入射角的大入射角入射在定向漫射层的入射平面上。因此，即使当高折射率区域12的射入光经由薄片的内部部分传播并到达高折射率区域12与低折射率区域13之间的边界时，到这些边界的入射角小于临界角，所以光在该边界上没有完全被反射，并被透射到低折射率区域13。这与其入射角等于或大于普通光波导或类似物中截止角的光入射的情况中的特征相同，虽然在定向漫射层情况下，在薄片上连续形成彼此邻近的柱形透镜的低折射率区域，所以在低折射率区域与高折射率区域之间的边界上几乎不出现光反射。结果，类似于光入射在普通透明薄膜的情形，射入光总是被直线透射。

如上所述，本发明中所用的定向漫射层拥有优越的定向性，所以变得有可能在散射和反射光的视野方向获得非常明亮和清晰的图像。然而，在不散射和反射光的方向，被投影图像的亮度急剧下降，并且可视度被降低。由于此问题，为了调整反射光或透射光的漫射角，把漫射粒子混入定向漫射层(其内部、前表面和背表面)。利用该配置，也有可能在不散射光的方向补偿可见度的不足。

下面将说明各向同性漫射层。图5是示意地显示使用包括无限数量的中空聚合物的各向同性漫射层2的根据本发明的屏幕的配置的截面视图。光反射层3被设置在定向漫射层与各向同性漫射层2之间，其中定向漫射层具有其中高折射率区域12被夹在低折射率区域13之间的配置。在图5中，各向同性漫射层2是通过凝固无限数目的中空聚合物形成的，并且中空聚合物具有其中气泡16被包围在聚合物涂层15中的结构。中空聚合物以各种直径分布，尽管具有从20μm到200μm范围的平均直径的产品是可能的。此外，凝固的中空聚合物的两个表面被夹在第一保护层14与第二保护层17之间。保护层是通过混合诸如氧化物粒子的填料形成的，具有聚合物基体材料中的高反射率。因此，保护层具有高光反射能力和机械强度，并且具有机械保护中空聚合物的作用，同时改善了各向同性漫射层的光反射能力。有可能将各向同性漫射层的层厚度设置在25μm至400μm。当各向同性漫射层的层厚度自该范围降低时，这导致光反射能力急剧降低以及漫射特征也被降低的不可取情形。此外，当降低薄片的厚度时，制造时的处理变得困难。

具有上述配置的各向同性漫射层几乎不吸收光，所以当厚度降低时，一部分光被透射，被布置在各向同性漫射层的背面的光反射层3反射，并从表面离开。通过适当调整各向同性漫射层的层厚度，出现光反射层3所反射的光的作用。因此，通过调整光的漫射角的分布，有可能最佳化视角特征。

通过扩充通过把诸如氧化物粒子的填料混合到聚合物基体材料中获得的材料，有可能容易地获得各向同性漫射层。利用该方法，变得有可能生产在聚合物材料中包含多个气泡的各向同性漫射薄片。利用通过混合诸如BaSO₄、TiO₂、或MgO材料(具有进入普通填料的高反射能力)的超细粒子填料获得的填料，有可能把BaSO₄、TiO₂、MgO或类似物混入中空聚合物层和保护层，并且也获得具有高反射能力的漫射薄片。

图8显示了定向漫射层的光透射特征。在图8中，水平轴代表光至定向漫射层的入射角，而垂直轴代表以每个入射角透射的光强。在图中，特征曲线20显示了偏斜方向为0度情况下的定向漫射层的特征，而特征曲线21显示偏斜方向为α度情况下的定向漫射层的特征。可以看到，在特征曲线20的情况下，经由定向漫射层以角度±β透射的光强变成近似为零。当入射角在从-β到β范围内时，散射并透射光，并且当入射角的绝对值大于β时，光被线性透射而不被散射。换言之，在透射情况下，从-β到β范围内的入射角是散射入射角，并且该范围外的入射角是线性透射角。在本说明书中，为了便于解释，角度β被称作“散射入射角”。另一方面，在柱形透镜的偏斜方向倾斜α度的特征曲线21的情况中，与偏斜方向为零度的情况相比，散射入射角的范围被偏移α度。在此情况下，散射入射角的角宽度实际上不改变，并且散射入射角的范围偏移到从(α-β)到(α+β)的范围。因此，在图8中，以角度α入射的光在透射时间被散射，而以角度-α入射的光被线性透射而不被散射。结果，通过相对于屏幕利用光轴倾斜α从投影仪中照射光图像，并同时把投影图像的发散角设置为±β，有可能获得具有宽视角的明亮图像。通过调整定向漫射层的层厚度、柱形透镜的直径、柱形透镜的折射率差值或折射率分布等，有可能控制β，以采用大约10至45度数量级的任意值。

接下来，将利用图6A至图6C描述屏幕与投影仪之间的位置关系。图6A显示了投影仪5设置在与屏幕100的下部相对位置的状况，图6B显示了投影仪5设置在与屏幕100的中心部分相对位置的状况，而图6C显示了投影仪5设置在与屏幕100的上部相对位置的状况。下面，将图6A至图6C所示的布置分别称为“下部位置”、“中心位置”和“上部位置”。本发明的屏幕适用于所有上述布置。当从定向漫射层侧投影图像时，重要的是，定向漫射层中的柱形透镜的偏斜方向大致与投影图像的光轴方向一致，或者柱形透镜的偏斜方向大致与相对于屏幕表面上的垂直线与光轴方向对称的方向一致。此外，重要的是，已投影的光图像的入射角位于投影仪屏幕中使用的定向漫射层的散射入射角范围内。

此外，本发明的屏幕是通过把公共光反射层夹在定向漫射层与各向同性漫射层之间而构成的，其中利用定向漫射层即使在照明下也有可能获取具有高亮度的图像，并且有可能利用各向同性漫射层获得具有宽视角和逼真度的图像，所以变得有可能实现有可能减少厚度和减轻重量的柔性结构。例如，有可能把本发明的屏幕卷到管状容器中，用于存储，以及为了使用而围绕支撑架来伸展屏幕，这便于处理。

下面将详细描述根据本发明的屏幕的具体实例。

(第一具体实例)

下面结合图1描述根据本发明的屏幕的第一具体实例。该实例中的屏幕包括定向漫射层1、各向同性漫射层2和光反射层3。屏幕的两个表面可用于图像投影。定向漫射层1包括具有上述的层状透镜或柱形透镜的微结构。此外，各向同性漫射层2包括上述的凝固中空聚合物。此外，光反射层3是经由蒸汽淀积而在定向漫射层1的背表面上形成的约为200nm Ag反射膜。此外，光反射层3和各向同性漫射层2利用透明粘合剂结合在一起。第一投影仪5a被安排在定向漫射层1一侧，并把光图像投影到定向漫射层1上。在该实例中，存在于定向漫射层1中的微结构9近似面向从投影仪5a投影的光通量的光轴6a定向。此外，构成投影光的视角的光7a和8a的发散角处于定向漫射层1的散射反射角范围内。微结构9是层状透镜结构还是柱形透镜结构是无关紧要的。在图1的配置中，当微结构9是层状透镜结构时，导致在垂直于纸平面的方向延伸的层状透镜从顶部一直布置到底部的情况。

来自第一投影仪5a的光图像以散射入射角入射到定向漫射层1上，在散射射入之后被光反射膜3反射，经由定向漫射层1被再次透射，进入第一观看点10a，并且被观看。此时，进入第一观看点10a的光的漫射角的范围处于近似与散射入射角相同的角度范围内，并且有可能观看具有高定向性的明亮图像。此外，来自屏幕上部附近的照明的光包含定向漫射层1的许多线性透射角成分。因此，大多数光经由定向漫射层1被线性透射，被光反射层3镜面反射，并且不进入第一观看点10a。因此，即使在照明条件下，观众也有可能观看到带有少量照明影响的高对比度和高亮度图像。

另一方面，来自第二投影仪5b的光图像被各向同性漫射层2和光反射层3各向同性地漫射，并且在第二观看点上被观看。各向同性漫射层2具有近似各向同性漫射特征，所以不论从利用线条7b和8b指示的第二投影仪5b投影的光的发散角的量值如何，以及不论投影光的光轴6b的方向如何，都有可能从第二观看点10b观看到良好的图像。在此情况下，图像被各向同性地漫射和反射，所以有可能获得自然图象而不耀眼。然而，各向同性漫射层2还同时反射诸如照明光的外界光，并且外界光作为一个偏置被叠加在投影图像上，所以恶化了图象质量。因此，当从各向同性漫射层2侧执行图像投影时，最好在外界光影响小的暗室执行图像投影。

应当注意，光反射层3的材料并不限于Ag，并且只要具有高反射率，任何其它金属如Ag和Pd或Al的合金都可以被替代使用。此外，除了金属之外，还可以替代使用介电多层镜，该介电多层镜是通过交替对低折射率介电物质如MgF₂或SiO₂和高折射率介电物质如TiO₂或ZrO₂分层而构成的。

图9是第一具体实例中的屏幕的定向漫射层侧上的亮度特征与传统透镜式屏幕的亮度特征相互比较的曲线图。首先，将白图像从前面投影到屏幕的定向漫射层侧，并且通过在相对于屏幕中心的圆弧上沿水平方向移动亮度计，测量屏幕上的亮度。然后，对于白校准板(whitecalibration plate)，实施相同的测量。随后，把为屏幕获得的测量结果与为白校准板获得的测量结果之比值计算为增益。图9显示了用于比较的根据本发明屏幕的测量结果22和涉及透镜式屏幕的测量结果23。从此图中可以看出，根据本发明的屏幕的定向漫射层侧具有类似于传统透镜式屏幕的定向性，并且还具有高于在-45度至+45度的视野角度范围内传统透镜式屏幕的亮度。

图10是根据第一具体实例的屏幕的各向同性漫射层侧的亮度特征与传统珠子屏幕的亮度特征相互比较的曲线图。用于测量特征的方法与图9的情况相同，所以将省略对其的说明。图10显示了用于比较的关于本发明的屏幕的测量结果24和关于珠子屏幕的测量结果25。可以从这些结果中理解到，与传统珠子屏幕相比，根据本发明屏幕的各向同性漫射层侧在每个视野角度上具有高亮度特征。还可以了解到，根据本发明屏幕的各向同性漫射层侧在从-45度至+45度的视野角度范围具有超过白校准板的亮度特征。此外，业已证实，与传统珠子屏幕上显示的图像相比，根据本发明的屏幕的各向同性漫射层侧上显示的图像变成细粒子和自然图像。

(第二具体实例)

图2是显示根据本发明屏幕的第二具体实例的说明图。在该实例中，具有与第一具体实例相同作用的每个元素被给予相同的参考标记，并将省略对其的说明。第二具体实例与第一具体实例不同之处在于，与其中偏斜方向向下倾斜的第一具体实例相比，构成定向漫射层1的微区域9的偏斜方向向上倾斜。利用该配置，从第一投影仪5a投影的光以线性透射角入射在定向漫射层1上。因此，投影光通过定向漫射层1的内部被直线传播而不被漫射，并且被光反射层3反射。被反射的投影光以散射入射角重新进入定向漫射层1，当从定向漫射层1的表面离开时被漫射，并进入第一观看点10a。

利用该具体实例的配置，有可能获得更清晰的图像，因为光漫射小于第一具体实例的情况。然而，定向漫射层1最初拥有的视野角在该实例中成为实际视野角，所以实际视野角变得窄于第一具体实例的视野角。此外，在该具体实例中，微结构的方向是向上定向的，所以最好从底侧进行屏幕附近的照明。作为选择，通过把投影仪安排在上部，有可能获得不受在普通照明安排环境下照明影响的高亮度图像。此外，由于定向漫射层1的偏斜方向的改变不会引起各向同性漫射层2的漫射特征的改变。

(第三具体实例)

图3示出了根据本发明屏幕的第三具体实例。在该实例中，将描述表面漫射层4结合到第二具体实例中的介电漫射层1的表面的配置。在该实例中，具有与第二具体实例相同功能的每个元件被给予相同的参考符号，并省略对其的说明。定向漫射层1漫射以预定入射角经由内部透射的光，但其表面是平滑的，因此被表面反射的光出现并降低图像质量。特别地，在从第一投影仪5a投影的光被镜面反射的位置上，出现称为“热点(hot spot)”的亮点。在该具体实例中，为了避免该问题，表面漫射层4结合到定向漫射层1的表面上。表面漫射层4是如此获得的：通过使薄膜粒化等对于透明薄膜的表面形成随机的微凸凹结构；或者通过把微漫射粒子与粘合剂一起施加在薄膜表面上，对于透明薄膜的表面形成凸凹结构，并且表面漫射层4散射从表面反射的光。散射的量值还取决于光照射强度和屏幕表面上的表面反射率。根据霾值，散射量值优选约为5至55％，并且最好大约为15至45％。

此外，表面漫射层4的霾值还取决于表面的反射率。当通过以湿方式或干方式把低折射率介电薄膜或介电多层薄膜施加在透明薄膜表面上形成低反射涂层或不反射涂层，并且在涂层上形成漫射粒子层时，或者当在透明薄膜的表面上形成微漫射结构，并且通过以湿方式或干方式施加介电薄膜或介电多层薄膜在薄膜的表面上进一步形成低反射涂层或不反射涂层时，有可能进一步降低霾值。

此外，当构成表面漫射层4的透明薄膜具有400μm或以上的厚度时，表面漫射层4还能够起到保护基体部件的功能，使定向漫射层1的表面免受外力、潮湿和人手的污物等的影响。当保护基体部件期望用于屏幕的两个表面时，与表面漫射层4相同的表面漫射层可以附加地结合到各向同性漫射层的表面。

(第四具体实例)

在该具体实例中，通过在图1所示的配置中对于定向漫射层1的表面创建微凸起和凹槽，形成表面漫射结构。通过在其背表面被保护薄片覆盖的状态下将定向漫射层1浸泡在甲醇中，形成用于表面的微凸凹结构。利用该方法，洗提构成定向漫射层1的微结构的高折射率区域的表面早于洗提低折射率区域的表面，因此有可能形成其中高折射率区域表面被凹陷的凸凹结构。这里，有可能通过调整溶剂中浸泡的时间来改变凸起和下凹的深度。类似于第三具体实例，通过为定向漫射层1的表面形成微凸凹结构，有可能防止外界光的反射如热点的出现。

应当注意，用于形成表面的凸凹结构的溶剂，除了甲醇之外，还有可能使用溶解定向漫射层的低分子醇如乙醇或异丙基醇、酮诸如丙酮或类似物。

(第五具体实例)

在该具体实例中，类似于第四具体实例，通过对于定向漫射层1的表面创建微凸凹结构，形成表面漫射结构。在该实例中，通过把透明的球形珠子混入紫外线固化粘结剂、把混合物施加到定向漫射层1的表面、并且通过紫外光的照射固化粘结剂，形成表面的微凸凹结构。这里，具有5μm粒子直径的聚丙烯珠子被混入紫外线固化粘结剂中。此外，通过调整珠子的混合密度，将相对于表面漫射的haze值设置为大约5至55％。

在该实例中，有可能使用具有1至20μm粒子直径的球形珠子。此外，作为球形珠子，除了聚丙烯珠子之外，还有可能使用透明聚合物珠子诸如苯乙烯珠子，或者无机氧化物珠子诸如二氧化硅珠子或二氧化钛珠子。

(第六具体实例)

图4中显示了根据本发明屏幕的第六具体实例。该实例的配置不同于第一具体实例，其中漫射粒子11被混入定向漫射层1中。该实例中使用的漫射粒子是平均粒子直径为60nm至20μm的粒子，并且具有不同于定向漫射层的材料的折射率。作为粒子的形状，有可能使用不确定的形状、杆状、球形珠子或类似物。特别地，利用sol-gel方法生产的球形珠子的粒子直径被适当控制，并且有可能从具有各种折射率的材料中选择，所以控制屏幕特征变得容易。

图11显示了根据该具体实例的屏幕的定向漫射层侧的漫射特征的测量结果。用于测量特征的方法与图9的情况相同，所以将省略对其的说明。与图9中的曲线22相比，峰值亮度被降低，但是其中视角大的区域中的亮度得到改善。

此外，通过把透明粒子用作漫射粒子11，有可能避免由于漫射粒子的吸收造成的光损失，并有效显示投影仪图像。不一定需要把透明粒子用作漫射粒子，并且可以替代使用半透明粒子。即使当粒子的材料是透明的时，当凸起和下凹存在于粒子的表面上或者粒子是多孔粒子时，有可能把这些粒子视为半透明粒子。即使当使用这样的半透明粒子时，降低光利用效率的程度也是小的。

此外，图12中显示了通过把二氧化钛珠子用作漫射粒子产生样本，同时把它们的平均粒子直径从20nm改变到20μm，并且通过类似第一具体实例将测量角设置到30度而实施的增益测量的结果。在此图中，特征曲线26显示了二氧化钛珠子的混合密度被设置为800的情况下的特征，而特征曲线27显示了混合密度被设置为1200情况下的特征。从图12中可以看到：不论混合密度如何，当二氧化钛珠子的平均粒子直径增加到60nm时增益开始上升，并且当平均粒子直径超过1μm时，光漫射急剧增加。应当注意，当平均粒子直径超过大约10μm时，漫射特征开始被饱和。

从上述的结果中可以理解，当漫射粒子的平均粒子直径增加时，以及当漫射粒子的混合密度增加时，漫射特征增加，并因此改善了视角特征。

应当注意，在其漫射粒子大于柱形透镜的透镜直径的1/5的样本情况下，经由光固化的产物是不稳定的，并且当混合其平均粒子直径大约等于或小于1/5的漫射粒子时，稳定的样本产物成为可能。

如上所述，本发明提供了一种轻便的和容易操作的具有两个图像投影表面的屏幕，其中一个图像投影表面具有高的定向性和光亮度，而利用另一个图像投影表面有可能获得具有宽视角的逼真图像。

Claims (19)

1、一种用于显示投影光图像的屏幕，包括：

定向漫射层，用于散射和透射其入射角在特定角度范围之内的光，和线性透射其入射角在特定角度范围之外的光；

各向同性漫射层，用于近似各向同性地漫射光而不管其入射角如何；和

设置在定向漫射层与各向同性漫射层之间的光反射层。

2、根据权利要求1所述的屏幕，其中特定角度范围根据屏幕平面中的区域而不同。

3、根据权利要求1所述的屏幕，其中定向漫射层是层状透镜薄片，其中交替安排在厚度方向中连续形成的高折射率区域和低折射率区域。

4、根据权利要求3所述的屏幕，其中高折射率区域与低折射率区域彼此接触，以具有在厚度方向形成依据屏幕上的区域而不同的倾角的界面。

5、根据权利要求1所述的屏幕，其中定向漫射层是包括多个柱形结构的柱形透镜薄片，沿着厚度方向连续地形成其中具有的折射率高于其外围区域的折射率的区域，将被安排在平面中，具有在厚度方向中导引光的功能。

6、根据权利要求5所述的屏幕，其中具有高折射率的区域包括相对于定向漫射层的表面的法线形成依据屏幕上的区域而不同的角度的中心轴线。

7、根据权利要求1所述的屏幕，其中各向同性漫射层包括凝固的中空聚合物，具有其中气体被包围在聚合物涂层中的结构。

8、根据权利要求1所述的屏幕，其中各向同性漫射层是在聚合物材料中包含多个气泡的各向同性漫射薄片。

9、根据权利要求8所述的屏幕，其中各向同性漫射薄片包括其反射率高于其中混合的聚合物材料的细粒子。

10、根据权利要求9所述的屏幕，其中细粒子是由白颜料制成的填料。

11、根据权利要求8所述的屏幕，其中各向同性漫射薄片具有为其至少一个表面提供的保护层。

12、根据权利要求11所述的屏幕，其中保护层是包含反射填料的聚合物基体部件。

13、根据权利要求1所述的屏幕，其中定向漫射层被设置有为其表面形成的表面漫射层。

14、根据权利要求13所述的屏幕，其中表面漫射层具有为定向漫射层的表面形成的漫射结构。

15、一种图像投影系统，包括：

屏幕；和

光图像投影仪，用于把光图像投影到该屏幕上；

其中该屏幕包括：定向漫射层，用于漫射和透射其入射角在特定角度范围之内的光，和线性透射其入射角在特定角度范围之外的光；各向同性漫射层，用于近似各向同性地漫射光而不管其入射角如何；和设置在定向漫射层与各向同性漫射层之间的光反射层。

16、根据权利要求15所述的图像投影系统，其中光图像投影仪投影其视角包含在特定角度范围之内的光。

17、根据权利要求15所述的图像投影系统，其中特定角度范围包括指向来自光图像投影仪的投影光的中心的中心线。

18、根据权利要求15所述的图像投影系统，其中光图像投影仪投影以特定角度范围之外的角度入射在定向漫射层上的光。

19、根据权利要求15所述的图像投影系统，其中特定角度范围包括中心线，该中心线相对于屏幕表面的法线近似地与来自光图像投影仪的投影光通量的中心线对称。

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