專利名稱：屏幕、屏幕的制造方法和圖像顯示系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種特別適用于投影各種圖像的屏幕、屏幕的制造方法和圖像顯示系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)上，投影儀屏幕基本上是白色背景屏幕，可反射或散射可見(jiàn)光波長(zhǎng)區(qū)的光的幾乎所有部分。在此情形，因?yàn)樵谂c圖像無(wú)關(guān)的外部光闖入到屏幕上時(shí)這樣的屏幕也散射或反射之，所以圖像對(duì)比度劣化。因此，投影通常在暗房進(jìn)行。
然而，即使在暗房間中投影期間，該暗房間中從與圖像無(wú)關(guān)的任何光或外部過(guò)濾的任何光使圖像對(duì)比度劣化，并且提高了黑色顯示部分的亮度級(jí)。
在廣泛使用的如CRT或液晶顯示器之類的顯示器中，因?yàn)楦骰饩哂袑挼墓庾V半高全寬(FWHM)，所以色品圖(chromaticity diagram)上的彩色重現(xiàn)范圍窄，而難于表示純色。而且在液晶或CRT投影儀類顯示器中，從屏幕散射或反射形成圖像的光具有寬的光譜半高全寬，色品圖上的彩色重現(xiàn)范圍窄，而難于表示純色。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種能呈現(xiàn)清晰圖像的屏幕，其中甚至在與圖像無(wú)關(guān)的任何外部光闖入時(shí)黑色顯示部分的亮度級(jí)低，而不使圖像對(duì)比度劣化；并且還提供一種屏幕制造方法和使用該屏幕的圖像顯示系統(tǒng)。
本發(fā)明的目的還在于提供一種屏幕，甚至在普通熒光燈下或在暴露空氣中也不使圖像對(duì)比度劣化，因而不要求在暗房間中投影；并且還提供一種屏幕制造方法和使用該屏幕的圖像顯示系統(tǒng)。
本發(fā)明的目的還在于提供一種屏幕，它能通過(guò)有效地選擇性地專門(mén)反射圖像的光并去除其它波長(zhǎng)的光來(lái)維持高對(duì)比度，并且在半導(dǎo)體激光器或發(fā)光二極管(LED)的發(fā)射譜的半高全寬窄而通過(guò)投影精良純色光形成圖像的情形，能同時(shí)降低黑色顯示部分的亮度級(jí)；并且提供一種屏幕制造方法和使用該屏幕的圖像顯示系統(tǒng)。
本發(fā)明的目的還在于提供一種屏幕，甚至在從如液晶投影儀之類的顯示器投影光、而各基色具有寬的譜半高全寬時(shí)，它能確保色品圖上的寬彩色重現(xiàn)范圍，并且能呈現(xiàn)純色；并且提供一種屏幕制造方法和使用該屏幕的圖像顯示系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種屏幕，包括一種結(jié)構(gòu)，其中具有不大于1μm大小的粒子規(guī)則排列。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種屏幕，配置為通過(guò)使用光子晶體(photonic crystal)反射特定波長(zhǎng)的光。
光子晶體是一種人造晶體，其制造是通過(guò)規(guī)則排列折射率(介電常數(shù))大為不同的透明介質(zhì)(例如兩種不同透明介質(zhì))到接近光的波長(zhǎng)的周期，如到成百到千和幾百納米的周期。依賴于周期結(jié)構(gòu)的階(order)，稱為一維光子晶體、二維光子晶體或三維光子晶體。光子晶體等價(jià)于具有周期結(jié)構(gòu)和具有反射光的功能的特征的粒子的規(guī)則排列結(jié)構(gòu)。換句話說(shuō)，粒子的規(guī)則排列結(jié)構(gòu)可視為一種光子晶體。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供了一種屏幕，包括使用介電多層膜的結(jié)構(gòu)，以反射特定波長(zhǎng)的光。
介電多層膜可視為一維光子晶體。
根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供了一種用于制造屏幕的方法，該屏幕包括一種結(jié)構(gòu)，其中具有不大于1μm大小的粒子規(guī)則排列，其特征在于，所述粒子通過(guò)自組織排列。
自組織根據(jù)一種外部信息結(jié)構(gòu)一般屬于自治地系統(tǒng)化自身，但這里，它屬于自治地累積粒子并將其規(guī)則排列在系統(tǒng)中，使粒子根據(jù)系統(tǒng)的特征參數(shù)累積(例如液體)。
通過(guò)自組織累積粒子典型地以下面的方式發(fā)生。
即，根據(jù)本發(fā)明的第五方面，提供了一種用于制造屏幕的方法，該屏幕包括一種結(jié)構(gòu)，其中具有不大于1μm大小的粒子規(guī)則排列，該方法包括第一步，將襯底浸入包含2％重量比的粒子的粒子溶液；第二步，所述粒子溶液將所述襯底的表面弄濕且通過(guò)以不低于30μm/s的速度拉起所述襯底到空氣中；以及第三步，在空氣中將用所述粒子溶液弄濕的所述襯底干燥。
更優(yōu)選地，重復(fù)所述第一到第三步，直到獲得所述粒子的規(guī)則排列結(jié)構(gòu)的期望光學(xué)性質(zhì)，即粒子層，或者直到它達(dá)到期望厚度。使用第一到第三步的一個(gè)周期，難于在襯底表面的平面上獲得粒子層的均勻厚度。因此，最好在將襯底浸入前，在將襯底浸入(拉起前)期間或緊接拉起襯底后，通過(guò)在其自身平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)它來(lái)改變襯底定向。在此情形，在襯底平面內(nèi)，粒子層的厚度可在干燥該襯底后進(jìn)行檢查，以便根據(jù)結(jié)果控制襯底的定向。多達(dá)2％重量的粒子溶液的濃度通常足夠平滑地進(jìn)行粒子層累積。不過(guò)，從有效堆積粒子層的觀點(diǎn)，希望有更高的濃度。另一方面，雖然依賴于粒子材料，但是如果濃度高于50％重量比，它就會(huì)妨礙粒子層良好形成。因此，最好控制濃度不超過(guò)50％重量比。至于襯底的拉起速度，不低于30μm/s的速度通常足夠無(wú)問(wèn)題地進(jìn)行粒子層的沉積。不過(guò)，如果拉起速度過(guò)分慢，沉積的粒子層的厚度趨于增加。因此，從有效累積粒子層的觀點(diǎn)，比較高的速度是期望的?？紤]拉起速度沒(méi)有上限，但從實(shí)際觀點(diǎn)，通常將其限于不超過(guò)3m/s。
根據(jù)本發(fā)明的第六方面，提供了一種圖像顯示系統(tǒng)，包括屏幕，配置為通過(guò)使用光子晶體反射特定波長(zhǎng)的光；以及投影儀光源，包括用于發(fā)射所述特定波長(zhǎng)的光的多個(gè)半導(dǎo)體發(fā)光器件。
根據(jù)本發(fā)明的第七方面，提供了一種圖像顯示系統(tǒng)，包括屏幕，包括一種結(jié)構(gòu)，其中具有不大于1μm大小的粒子規(guī)則排列；以及投影儀光源，包括多個(gè)半導(dǎo)體發(fā)光器件，每個(gè)所述發(fā)光器件發(fā)射由所述粒子的大小和排列確定的特定波長(zhǎng)的光。
根據(jù)本發(fā)明的第八方面，提供了一種圖像顯示系統(tǒng)，包括屏幕，配置為通過(guò)使用介電多層膜來(lái)反射特定波長(zhǎng)的光；以及投影儀光源，包括用于發(fā)射所述特定波長(zhǎng)的光的多個(gè)半導(dǎo)體發(fā)光器件。
在本發(fā)明中，用于屏幕的粒子大小限于不超過(guò)1μm的原因在于，考慮粒子大小和由粒子反射的光的波長(zhǎng)的實(shí)際上的比例關(guān)系，粒子大小必須限于不超過(guò)1μm以便可靠地反射對(duì)形成圖像有貢獻(xiàn)的可見(jiàn)光。特別在將粒子排列成緊密填塞(close-packed)結(jié)構(gòu)時(shí)，為了可靠反射三基色的光，粒子大小應(yīng)該典型地控制在大約150nm到320nm的范圍。
基本上，可使用任何方法堆積用于形成屏幕的粒子，只要它能形成規(guī)則排列結(jié)構(gòu)。不過(guò)，典型地，通過(guò)使用自組織技術(shù)可容易地累積粒子。粒子典型地排列成緊密填塞結(jié)構(gòu)。緊密填塞結(jié)構(gòu)是其中粒子排列形成面心立方體晶格的緊密填塞立方體結(jié)構(gòu)，或者是其中粒子排列形成緊密填塞六邊形晶格的六邊形緊密填塞結(jié)構(gòu)。
為了使得能同時(shí)反射對(duì)應(yīng)紅、綠和藍(lán)三基色的波長(zhǎng)的光，使用了一種結(jié)構(gòu)，包括三種直徑的粒子或三種周期的光子晶體或介電多層膜。各種粒狀材料可用作為粒子，并且依賴于其使用可選擇任何。最好，使用二氧化硅粒子或折射率與二氧化硅相同的其它粒子。二氧化硅的折射率一般范圍在1.36到1.47，盡管它可根據(jù)用于其制造的條件改變。在此情形，不管粒子材料是什么，當(dāng)粒子的折射率是n時(shí)，這里使用直徑范圍從269×(1.36/n)nm到314×(1.36/n)nm用于反射紅色的粒子，直徑范圍從224×(1.36/n)nm到251×(1.36/n)nm用于反射綠色的粒子，而直徑范圍從202×(1.36/n)nm到224×(1.36/n)nm用于反射藍(lán)色的粒子。更典型地，這里使用直徑范圍從278×(1.36/n)nm到305×(1.36/n)nm用于反射紅色的粒子，直徑范圍從224×(1.36/n)nm到237×(1.36/n)nm用于反射綠色的粒子，而直徑范圍從208×(1.36/n)nm到217×(1.36/n)nm用于反射藍(lán)色的粒子。不過(guò)，如果必要，這些反射紅色的粒子、反射綠色的粒子和反射藍(lán)色的粒子可能是不同的材料。為了使得能同時(shí)反射對(duì)應(yīng)紅、綠和藍(lán)三基色的波長(zhǎng)的光，在襯底上分別堆積用于反射紅、綠和藍(lán)的光子晶體或粒子層。這些光子晶體或粒子層的堆積順序基本上是自由的，但可以這樣的順序堆積用于紅反射、綠反射和藍(lán)反射的光子晶體或粒子層，或者相反。前面的堆積配置有利于最小化Rayleigh散射的影響，而后面的特別有利于改進(jìn)粒子層的晶體性質(zhì)。在此情形，用于各顏色的光子晶體或粒子層的堆積周期最好范圍從8周期到15周期，以增強(qiáng)波長(zhǎng)選擇性。
用于紅反射、綠反射和藍(lán)反射的光子晶體或粒子層可在襯底上以橫向陣列排列。這里再一次，用于各顏色的光子晶體或粒子層的堆積周期最好范圍從8周期到15周期，以增強(qiáng)波長(zhǎng)選擇性。用于紅反射、綠反射和藍(lán)反射的粒子層可能是條形、矩形或正方形，并且它們?cè)谒鲆r底上以預(yù)定排列圖案排列。這些用于紅反射、綠反射和藍(lán)反射的光子晶體或粒子層的排列順序基本上是自由的。
為了吸收穿過(guò)光子晶體、粒子層或介電多層膜的不同于紅、綠和藍(lán)三基色的波長(zhǎng)的可見(jiàn)光，所述屏幕最好包括能吸收那部分可見(jiàn)光厚的襯底的層。最優(yōu)選地，該層或厚的襯底吸收所有波長(zhǎng)帶的可見(jiàn)光。吸收這些部分可見(jiàn)光的層或厚的襯底最好位于所述光子晶體、粒子或介電多層膜下面(在從屏幕觀察方向觀看的背面上)。在其背面具有用于吸收可見(jiàn)光的層的透明襯底可能用作為所述襯底。各種材料可用于形成襯底，如碳和其它無(wú)機(jī)材料、聚乙烯對(duì)苯二酸(polyethylene terephthalate，PET)和其它聚合材料、類似樹(shù)脂的有機(jī)材料以及合成無(wú)機(jī)材料和有機(jī)材料的復(fù)合材料。在光子晶體或粒子層以液相形成在襯底上的情形，有些種類的襯底不充分可濕。在此情形，最好在形成粒子層或光子晶體前，處理襯底以提高其表面的可濕性。更具體地，可在襯底表面上通過(guò)表面粗糙技術(shù)形成凹凸不平，可用SiO2膜或類似物涂覆表面，或者表面用如化學(xué)液體處理。此外，在粒子層以液體堆積在襯底上的情形，最好在襯底上預(yù)先形成粒子緩沖層以提高其可濕性。用作為緩沖層的粒子層中的粒子直徑控制為小于藍(lán)反射粒子的直徑，其范圍從208×(1.36/n)nm到217×(1.36/n)nm。即，它被控制為小于208×(1.36/n)nm。雖然它依賴于襯底材料，但如果控制襯底的厚度不小于20μm，那么襯底的優(yōu)點(diǎn)一般在于如不可能打破(break)的屏幕一樣的足夠的強(qiáng)度。另一方面，如果厚度不大于500μm，那么在卷和運(yùn)輸時(shí)處理屏幕更靈活和方便。在介電多層膜用于制造屏幕的情形，每個(gè)介電多層膜的周期結(jié)構(gòu)最好包括10周期或更多以增強(qiáng)其波長(zhǎng)選擇性。
為了通過(guò)使用衍射效應(yīng)分出反射光，光子晶體或粒子集合的橫向大小限于不超過(guò)22周期?；蛘?，可能使用組合傾斜表面和與所述傾斜表面角度不同的另一個(gè)表面的光子晶體、粒子集合或介電多層膜。在此情形，傾斜表面的角度θ在范圍70°≤θ≤90°調(diào)整?；蛘撸庾泳w、粒子集合或介電多層膜可能有曲面。也可接受將光子晶體、粒子集合或介電多層膜的晶體軸從光的所述入射方向傾斜角度α，其范圍是77.4°≤θ≤90°。此外，從緩和由屏幕反射的光的方向性的觀點(diǎn)，光子晶體、粒子集合或介電多層膜可能有波動(dòng)。另外，在襯底表面上制造凹凸不平也有利于緩和光的方向性。
為了緩和由屏幕反射的光的方向性和在整個(gè)屏幕上均勻發(fā)光度，通過(guò)涂覆或其它適當(dāng)技術(shù)提供光漫射介質(zhì)。具體地，光漫射介質(zhì)可能是漫射膜、微透鏡膜或微棱鏡膜，例如由聚合材料組成。為了增強(qiáng)屏幕的機(jī)械強(qiáng)度，粒子間的縫隙用聚合材料粘合劑掩埋。在此情形，粒子改變?yōu)榭障丁?br> 根據(jù)本發(fā)明的第九實(shí)施例，提供了一種屏幕，包括規(guī)則排列的粒子，以反射特定波長(zhǎng)的電磁波。
根據(jù)本發(fā)明的第十實(shí)施例，提供了一種屏幕，包括第一粒子，規(guī)則排列以反射第一波長(zhǎng)的電磁波；以及第二粒子，規(guī)則排列以反射不同于所述第一波長(zhǎng)的第二波長(zhǎng)的電磁波，其中所述第一粒子和所述第二粒子直徑不同。
在本發(fā)明的第九和第十實(shí)施例，電磁波典型地是可見(jiàn)光。在此情形，在與其性質(zhì)一致的程度內(nèi)，這里再次應(yīng)用結(jié)合本發(fā)明的第一到第八方面已經(jīng)引用的前述主題內(nèi)容。
根據(jù)具有上述概要配置的本發(fā)明，有可能通過(guò)光子晶體、粒子或介電多層膜選擇性地僅僅反射特定波長(zhǎng)的光，并且通過(guò)使用如吸收層吸收其它波長(zhǎng)的其它部分的光。
而且，通過(guò)以自系統(tǒng)化方式規(guī)則排列粒子，可容易地形成期望的粒子層。


圖1A到2B是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的屏幕原理的示意圖；圖3和圖4是顯示多層膜的反射譜的示意圖；圖5是顯示規(guī)則排列粒子的反射譜的示意圖；圖6A到6C是說(shuō)明緊密填塞結(jié)構(gòu)的示意圖；圖7是顯示規(guī)則排列粒子的散射光譜的示意圖；圖8是說(shuō)明為什么特定波長(zhǎng)的光被反射的原因的示意圖；圖9A到10是顯示用于計(jì)算粒子光場(chǎng)的模型的示意圖；圖11A到31B是顯示粒子光場(chǎng)計(jì)算的結(jié)果的示意圖；圖32是顯示用于計(jì)算對(duì)綠反射的粒子的光場(chǎng)的模型的示意圖；圖33A到39B是顯示計(jì)算對(duì)綠反射的粒子的光場(chǎng)的結(jié)果的示意圖；圖40是顯示用于計(jì)算對(duì)藍(lán)反射的粒子的光場(chǎng)的模型的示意圖；圖41A到47B是顯示計(jì)算對(duì)藍(lán)反射的粒子的光場(chǎng)的結(jié)果的示意圖；圖48是顯示二氧化硅粒子的直徑和引起B(yǎng)ragg反射的波長(zhǎng)之間關(guān)系的示意圖；圖49是顯示用于計(jì)算反射三基色的粒子的光場(chǎng)的模型的示意圖；圖50A到54B是顯示計(jì)算橫向反射三基色的粒子的光場(chǎng)的結(jié)果的示意圖；圖55是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的屏幕的橫截面視圖；圖56是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的屏幕的制造方法的示意圖；圖57A到60D是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的屏幕的更具體的制造方法的示意圖；圖61是說(shuō)明光如何通過(guò)偏轉(zhuǎn)擴(kuò)散的示意圖；圖62A到65C是顯示粒子的光場(chǎng)計(jì)算結(jié)果的示意圖；圖66到67是說(shuō)明光如何通過(guò)偏轉(zhuǎn)擴(kuò)散的示意圖；圖68是顯示用于計(jì)算粒子的光場(chǎng)的模型的示意圖；圖69A到75B是顯示粒子的光場(chǎng)計(jì)算結(jié)果的示意圖；圖76是顯示延伸反射光作為遠(yuǎn)場(chǎng)樣式的延伸的示意圖；圖77A到77B是說(shuō)明傾斜晶體軸的結(jié)果的示意圖；圖78是顯示倒易晶格空間的示意圖；圖79是說(shuō)明傾斜晶體軸和滿足Bragg條件的波長(zhǎng)的關(guān)系的示意圖；圖80是顯示緩和方向性的結(jié)構(gòu)示例的示意圖；圖81是顯示倒易晶格空間的示意圖；圖82和83是顯示多層介電膜的反射譜的示意圖；圖84到87是顯示從LCD投影儀發(fā)射的光的測(cè)量譜的示意圖；圖88到91是顯示從DLP投影儀發(fā)射的光的測(cè)量譜的示意圖；圖92是顯示色度(chromaticity)圖的示意圖；圖93是根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的屏幕的橫截面視圖；圖94是根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的屏幕的橫截面視圖；圖95是根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的屏幕的橫截面視圖；圖96是根據(jù)本發(fā)明的第五實(shí)施例的屏幕的橫截面視圖；圖97A到97C是顯示在根據(jù)本發(fā)明的第五實(shí)施例的屏幕上反射三基色的粒子層排列的平行襯底圖案的俯視圖；圖98是根據(jù)本發(fā)明的第六實(shí)施例的屏幕的橫截面視圖；圖99是根據(jù)本發(fā)明的第七實(shí)施例的屏幕的橫截面視圖；圖100是根據(jù)本發(fā)明的第八實(shí)施例的屏幕的橫截面視圖；圖101是根據(jù)本發(fā)明的第九實(shí)施例的屏幕的橫截面視圖；圖102是根據(jù)本發(fā)明的第十實(shí)施例的屏幕的橫截面視圖；圖103是根據(jù)本發(fā)明的第十一實(shí)施例的屏幕的橫截面視圖；以及圖104和105是根據(jù)本發(fā)明的第十二實(shí)施例的圖像顯示系統(tǒng)的橫截面視圖。
具體實(shí)施例下面將說(shuō)明本發(fā)明的各實(shí)施例。在說(shuō)明各實(shí)施例的所有附圖中，共同和等價(jià)部件用共同的標(biāo)號(hào)標(biāo)記。
如圖1A和1B所示，能降低黑色顯示部分的亮度級(jí)的屏幕可通過(guò)組合反射層和光吸收層實(shí)現(xiàn)，以便反射僅僅特定波長(zhǎng)的光并吸收其它波長(zhǎng)的光。圖1A所示的屏幕的特征在于高的波長(zhǎng)選擇性，而圖1B所示的屏幕的特征在于簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)。
圖2A和2B顯示用于專門(mén)反射特定波長(zhǎng)的光的結(jié)構(gòu)的特定示例。圖2A所示的結(jié)構(gòu)由在襯底上預(yù)先優(yōu)化大小的規(guī)則排列的粒子組成，以便選擇地反射滿足Bragg條件(λ＝2nΛ/m，λ入射光波長(zhǎng)；n模型折射率；Λ結(jié)構(gòu)周期(cycle)；m階order)的波長(zhǎng)的光。圖2B所示的結(jié)構(gòu)通過(guò)交替堆積具有折射率n1和n2(≠n)的膜來(lái)在襯底上形成多層膜而得到。
首先說(shuō)明通過(guò)有效Fresnel系數(shù)方法估計(jì)多層膜的反射譜的結(jié)果。該多層膜是兩種不同折射率的介電膜的交替迭片結(jié)構(gòu)，每個(gè)堆積到與每個(gè)的折射率有關(guān)的mλ0/4n厚。一般地，m是不小于1的整數(shù)，但這里是1。λ0是光的特定波長(zhǎng)。結(jié)果顯示在圖3中。這里通過(guò)將一種介電膜的折射率設(shè)置為n＝1.2、另外一種介電膜的折射率設(shè)置為n＝1.8及λ0＝520nm來(lái)進(jìn)行計(jì)算。該結(jié)果顯示，隨著多層膜的周期從1增長(zhǎng)到5，反射增長(zhǎng)，并且在膜堆積到5周期時(shí)得到不小于90％的反射。還可知，半高全寬寬到～200nm。
圖4顯示在5周期條件下關(guān)于波長(zhǎng)λ0＝490nm(藍(lán))、λ0＝520nm(綠)和λ0＝650nm(紅)的三基色的計(jì)算結(jié)果。從該結(jié)果可知，對(duì)于三基色的任何波長(zhǎng)，由于峰的寬的半高全寬，可在一定程度上反射特定波長(zhǎng)的光。
雖然將在后面詳細(xì)說(shuō)明制造方法，但圖5顯示了通過(guò)自組織規(guī)則排列為緊密填塞結(jié)構(gòu)的二氧化硅粒子(直徑D＝280nm)的測(cè)量反射譜。不過(guò)在此測(cè)量中，白光垂直射入粒子層，而計(jì)算垂直反射光。通過(guò)用掃描電子顯微鏡(SEM)觀察，假定通過(guò)自組織，粒子形成面心立方體晶格或緊密填塞六邊形晶格的緊密填塞結(jié)構(gòu)，如圖6A、6B和6C所示。在圖5中，在波長(zhǎng)625nm附近觀察到峰。還觀察到，最大反射相對(duì)低到～54％，而半高全寬窄到～30nm。該反射是通過(guò)規(guī)則排列的粒子的Bragg反射。以此方式，由于與可見(jiàn)光波長(zhǎng)量級(jí)相同的單元周期(＜1μm)的周期結(jié)構(gòu)，發(fā)生Bragg反射。
下面將詳細(xì)說(shuō)明Bragg反射。
在緊密填塞結(jié)構(gòu)中，存在排列A、B和C的三種樣式，如圖6A所示。在面心立方體晶格情形，以A、B、C、A、B、C、…的順序堆積樣式，如圖6B所示。如果粒子直徑是D＝280nm，周期是Λ＝727.5nm。但在緊密填塞六邊形晶格情形，因?yàn)橐匀鐖D6C所示的A、B、A、B、…的順序堆積樣式，周期是Λ＝485.0nm?？紤]它們，滿足Bragg條件的波長(zhǎng)(λ＝2nΛ/m)可通過(guò)表1所示的計(jì)算估計(jì)。這里使用的模型折射率n是～1.3。
表1

計(jì)算給出兩個(gè)候選作為最接近625nm的值。即，可知在反射譜中觀察到的強(qiáng)度峰是面心立方體晶格的第三Bragg反射或緊密填塞六邊形晶格的第二Bragg反射。這意味著通過(guò)由自組織堆積的粒子的規(guī)則排列已經(jīng)確定Bragg反射。
圖7顯示由粒子層散射的光的測(cè)量譜，通過(guò)傾斜樣品表面20°得到。在此情形，確定倒易(reciprocal)樣式(dip結(jié)構(gòu))，其中幾乎沒(méi)有接近625nm波長(zhǎng)的光反射。這表明，散射光被強(qiáng)的Bragg反射抑制。這種現(xiàn)象可說(shuō)明如下。如圖8所示，接近625nm波長(zhǎng)的光在粒子層表面附近受到的Bragg反射，而不能傳播更深。因此，其散射弱，而只強(qiáng)烈地接收到Bragg反射。另一方面，沒(méi)有Bragg反射而能傳播更深的不同于625nm波長(zhǎng)的光結(jié)果被散射。
另外，使用排列為上述引用的緊密填塞結(jié)構(gòu)的粒子，呈現(xiàn)強(qiáng)烈光反射的波長(zhǎng)帶通過(guò)使用Maskwell方程的光場(chǎng)計(jì)算來(lái)估計(jì)。這里注意，雖然每個(gè)實(shí)際的粒子具有如圖9A所示的圓形，但是計(jì)算是通過(guò)將每個(gè)粒子近似為如圖9B所示的近似正方形進(jìn)行的。在計(jì)算中，正方形粒子的橫向(x)和縱向(y)間隔假定為與圓形的相等(x＝242nm，y＝280nm)。兩個(gè)也均以填充系數(shù)補(bǔ)償。粒子的折射率取為n＝1.36，并且考慮采樣的厚度，其堆積周期取為30周期(圖10)。計(jì)算結(jié)果顯示于圖11到19。這里光的密度分布通過(guò)將從圖中的左邊進(jìn)入粒子層的光分為向前傳輸?shù)牟糠?也如圖中“向前”所指示的從左到右)和相反方向傳輸?shù)牧硪徊糠?也如圖中“向后”所指示的從右到左)。不過(guò)要注意，這些密度分布圖通過(guò)先用彩色打印機(jī)打印彩色圖像然后用黑白復(fù)印機(jī)將其復(fù)印而得到，而密度不總是對(duì)應(yīng)光的密度(也在下面的說(shuō)明中)。而且因?yàn)榧垙埓笮〉南拗?，各圖像在橫向尺寸縮小了。圖11到19顯示的結(jié)果說(shuō)明，在波長(zhǎng)470nm、500nm、525nm、540nm、580nm、600nm、645nm和675nm的光中，只有向前傳播的部分強(qiáng)，并且該光到達(dá)粒子層的右端然后從其表面向右射出。相反，在相反方向傳播的部分光僅僅存在于體積內(nèi)，即使它到達(dá)粒子層的左端，幾乎也沒(méi)有光從其表面向左射出。不過(guò)，如圖17所示，在波長(zhǎng)625nm的光中，在相反方向傳播的部分強(qiáng)烈產(chǎn)生于表面附近，并且光從其表面向左密集射出。還應(yīng)該知道，因?yàn)樵谙喾捶较騻鞑サ拿芗?，在向前方向的光不?huì)從其表面向前進(jìn)入超過(guò)8到15周期的深度。特別是，考慮11周期左右為其邊界。這些結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合，實(shí)驗(yàn)說(shuō)明波長(zhǎng)接近625nm的光發(fā)生密集反射。圖20到31顯示使用接近625nm的波長(zhǎng)的詳細(xì)分析結(jié)果。這些結(jié)果說(shuō)明，在從605nm到632nm范圍的波長(zhǎng)發(fā)生反射，并且它們與反射峰的半高全寬窄到～30nm(圖5)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果很好地符合。與多層膜比較，由粒子反射的反射峰的窄半高全寬的可能原因可能是，在粒子的情形，Bragg反射也發(fā)生在橫向方向并導(dǎo)致強(qiáng)烈的約束效應(yīng)，此外，在導(dǎo)致Bragg反射的具有625nm波長(zhǎng)的光的情形，光不會(huì)從其表面進(jìn)入超過(guò)8到15周期，并且這對(duì)應(yīng)散射光被抑制的事實(shí)。
下面說(shuō)明綠和藍(lán)光如何被反射。因?yàn)槊總€(gè)粒子的直徑D和被粒子反射的光的波長(zhǎng)λ近似成比例，所以如果要反射光的波長(zhǎng)是λ0，那么對(duì)綠(λ0＝525nm)和藍(lán)(λ0＝475nm)從λ0＝475nm相對(duì)于D＝280nm的關(guān)系分別獲得直徑D＝235nm和D＝212nm。對(duì)各情形進(jìn)行光場(chǎng)計(jì)算。綠反射的模型顯示在圖32中，計(jì)算結(jié)果顯示在圖33到39中。藍(lán)反射的模型顯示在圖40中，計(jì)算結(jié)果顯示在圖41到47中。這些結(jié)果說(shuō)明，強(qiáng)反射僅僅分別發(fā)生在對(duì)綠反射的525nm和對(duì)藍(lán)反射的475nm的波長(zhǎng)，并且類似紅反射，光傳播了近似8到15周期深。
因?yàn)榱Ｗ拥闹睆紻和波長(zhǎng)λ幾乎成比例，它們呈現(xiàn)圖48所示的關(guān)系。這里說(shuō)明，直徑對(duì)藍(lán)反射是D＝202～224nm，對(duì)綠反射是D＝224～251nm，而對(duì)紅反射是D＝269～314nm。特別是對(duì)色品圖上純的三基色，對(duì)藍(lán)反射D＝208～217nm、λ0＝475±10nm，對(duì)綠反射D＝224～237nm、λ0＝515±15nm，而D＝278～305nm、λ0＝650±30nm。
從那些結(jié)果要知道，通過(guò)在襯底上對(duì)紅反射堆積11周期粒子層，在其上對(duì)綠反射堆積11周期粒子層以及在其上對(duì)藍(lán)反射堆積11周期粒子層，可能僅僅反射三基色光而傳輸其它波長(zhǎng)的光。它們通過(guò)光場(chǎng)計(jì)算類似估計(jì)。用于其的模型顯示在圖49中，而計(jì)算結(jié)果顯示在圖50到54中。這些結(jié)果說(shuō)明，強(qiáng)反射分別發(fā)生在對(duì)綠反射、藍(lán)反射和紅反射當(dāng)波長(zhǎng)是475nm、525nm和623nm時(shí)的粒子層的部分，并且光不會(huì)傳播更深。相反，對(duì)不同于三基色的波長(zhǎng)的如590nm和555nm的波長(zhǎng)，幾乎不發(fā)生反射，因而對(duì)紅反射，光到達(dá)粒子層的右端并從此向右射出。因此，不同于三基色顏色的光可通過(guò)在深部分放置光吸收材料而有效去除，例如通過(guò)放置如襯底的光吸收材料。
考慮到它，本發(fā)明的第一實(shí)施例配置屏幕具有如圖55所示的橫截面結(jié)構(gòu)。即，屏幕的制造是通過(guò)對(duì)紅反射在襯底1上堆積11周期的D＝280nm的粒子層2，對(duì)綠反射在其上堆積11周期的D＝234.5nm的粒子層3，以及對(duì)藍(lán)反射在其上堆積11周期的D＝212nm的粒子層4。在任何粒子層2到4中，粒子5排列為緊密填塞結(jié)構(gòu)。粒子層2到4的粒子可能是二氧化硅粒子。用作為襯底1的是可以吸收不同于三基色波長(zhǎng)的光的任何材料。例如，可使用碳黑色襯底。襯底1的厚度的范圍在20μm到500μm，并且它可能在50μm上下。如果襯底1的厚度在50μm上下，那么屏幕不可能破裂，同時(shí)，因?yàn)楦邚椥钥扇菀椎鼐韯?dòng)它。屏幕面積可根據(jù)其使用適當(dāng)確定。
例如，圖55所示的屏幕可通過(guò)使用自組織技術(shù)容易地制造。即，如圖56所示，例如，如果使用包含分散粒子5的水溶液6使粒子5慢慢在水溶液6中累積，粒子5通過(guò)其自組織規(guī)則排列。因而，通過(guò)使用該自組織技術(shù)，粒子層2到4可以規(guī)則排列順序堆積在襯底1上，從而制造該屏幕。
屏幕的制造方法將在下面詳細(xì)說(shuō)明。制造這種屏幕一般使用的方法包括自然沉淀(例如Masuda，et al(2001)Material Integration 14，37-44)和浸入拉起(immerse pull-up)單層粒子膜制造方法(單層粒子膜拉起)(例如Nagayama(1995)Powder Technology 32，476-485)。在自然沉淀過(guò)程中，將低濃縮粒子溶液倒在襯底上，或者將襯底垂直浸入低濃縮粒子溶液。然后，沉淀在襯底上的粒子通過(guò)蒸發(fā)溶劑以自組織方式在襯底上結(jié)晶。自然沉淀是通過(guò)這種過(guò)程在襯底上獲得粒子的三維晶體薄膜的方法。用這種方法的問(wèn)題是需要至少幾小時(shí)用于溶劑的蒸發(fā)。因此，干燥襯底費(fèi)時(shí)長(zhǎng)，而且因?yàn)槿軇囊r底沿表面不均勻蒸發(fā)，薄膜沿表面變得厚度不均勻，特別是制造大到幾個(gè)cm2的大面積晶體薄膜時(shí)。另一方面，單層粒子膜拉起技術(shù)是使用在單層粒子中形成二維晶體薄膜的過(guò)程的方法，通過(guò)將襯底浸入低濃縮粒子溶液并將其拉起到空氣中。在這種方法中，具有任何期望厚度的三維晶體薄膜通過(guò)重復(fù)上述過(guò)程以堆積每個(gè)是單層粒子的薄膜而獲得。使用這種方法的問(wèn)題是堆積每個(gè)單層粒子膜的過(guò)程復(fù)雜并且需要長(zhǎng)時(shí)間制造，而且拉起速度必須保持低以確保沿表面二維均勻結(jié)晶。在大到幾個(gè)cm2的大面積晶體薄膜的情形，要求長(zhǎng)時(shí)間控制以保持空氣-液體彎月面界面適宜，而這是不容易的。
考慮到它們，這里使用拉起和旋轉(zhuǎn)過(guò)程，作為顯著縮短制造時(shí)間的方法，既使用由自然沉淀進(jìn)行的三維晶體制造，也使用由單層粒子膜拉起技術(shù)減輕沿表面的不均勻厚度。雖然由單層粒子膜拉起技術(shù)可在一個(gè)浸入和拉起周期中制造只有單層二維粒子排列的薄膜，但是通過(guò)使用高濃縮粒子溶液，拉起和旋轉(zhuǎn)方法可在類似單層粒子膜拉起技術(shù)的一個(gè)浸入和拉起周期中制造三維排列的晶體薄膜。結(jié)果，這種方法可象自然沉淀那樣制造三維晶體。然后，通過(guò)旋轉(zhuǎn)襯底，沿表面的厚度不均勻性可象單層粒子膜拉起方法被減少。此外，這種方法可顯著縮短制造過(guò)程需要的時(shí)間。
在這種拉起和旋轉(zhuǎn)方法中，在將襯底浸入高濃縮粒子溶液并拉起到空氣中時(shí)，由于襯底干燥費(fèi)時(shí)長(zhǎng)而使厚度變得不均勻，并且粒子濃縮到潮濕部分。厚度不均勻性從襯底的垂直方向的較低部分和水平方向的左和右端發(fā)生。因而在浸入期間或緊接拉起它控制潮濕后，在浸入前將襯底平行其表面旋轉(zhuǎn)。結(jié)果，減少了厚度不均勻性，并且獲得具有遍及其整體延伸的均勻厚度的薄膜。
參考圖57到60，下面以更實(shí)際的方式說(shuō)明拉起和旋轉(zhuǎn)方法。
如圖57A所示，首先準(zhǔn)備包含高濃縮(例如從重量比2％到50％)粒子溶液8的溶液容器7。此后，如圖57B所示，從溶液容器7上方降低襯底1進(jìn)入粒子溶液8。然后，在如圖57C所示高速(例如范圍從30μm/s到3m/s)拉起襯底1后，如圖57D所示在空氣中自然干燥。
在這些步驟中，以前粘附在襯底1上的粒子溶液8在其干燥時(shí)由于重力向下移動(dòng)。因此，粒子分布局限于襯底1的較低部分，在襯底1干燥后，得到的薄膜使得產(chǎn)生不均勻分布，在其伸展(extension)內(nèi)的垂直方向上較低部分厚而較高部分薄。在垂直方向上，薄膜的伸展的厚度不均勻性可通過(guò)執(zhí)行下面的步驟避免。
如圖58A所示，在如圖57D所示步驟中干燥后的襯底1平行其平面顛倒旋轉(zhuǎn)180°。此后，如圖58B所示，從溶液容器7上方降低襯底1進(jìn)入粒子溶液8。此后，以已經(jīng)說(shuō)明的同樣方式，執(zhí)行襯底1的高速拉起(圖58C)和在空氣中自然干燥(圖58D)的步驟。結(jié)果，雖然粒子層厚度具有包括在襯底1的較低部分的局部厚部分和在襯底1的較高部分的局部薄部分的分布，但是由于它與較早堆積的粒子層的厚度分布相反，因而整體的襯底1的厚度分布在垂直方向是均勻的。同樣在浸入期間執(zhí)行襯底1的顛倒旋轉(zhuǎn)時(shí)，或緊接代替浸入前旋轉(zhuǎn)的拉起之后，獲得了同樣的效果。
為了襯底1上在水平方向上也有均勻的厚度分布，執(zhí)行類似圖57和58的步驟。
即，如圖59A所示，在如圖58D所示步驟中干燥后的襯底1平行其平面順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°。此后，以已經(jīng)說(shuō)明的同樣方式，執(zhí)行將襯底1浸入粒子溶液8(圖59B)，快速拉起襯底1(圖59C)和在空氣中自然干燥(圖59D)。
此后，如圖60A所示，在如圖59D所示步驟中干燥后的襯底1顛倒旋轉(zhuǎn)180°。隨后，以已經(jīng)說(shuō)明的同樣方式，執(zhí)行將襯底1浸入粒子溶液8(圖60B)，快速拉起襯底1(圖60C)和在空氣中自然干燥(圖60D)。
通過(guò)上面說(shuō)明的方法，以在其伸展遍及之處均勻結(jié)晶的寬面積粒子薄膜可在短時(shí)間獲得。
有可能利用降低厚度不均勻性的替代方法通過(guò)水平放置襯底1，從而使遍及襯底1整個(gè)平面的液體保持能力均勻，此后將其干燥。不過(guò)，就本發(fā)明人實(shí)際嘗試地，液體保持能力不能保持均勻，而在其平面內(nèi)產(chǎn)生了厚度不均勻性。
這里說(shuō)明通過(guò)自然沉淀準(zhǔn)備的粒子薄膜和通過(guò)拉起和旋轉(zhuǎn)方法準(zhǔn)備的粒子薄膜之間的厚度不均勻性的比較結(jié)果。
在此比較中，具有280nm直徑的二氧化硅粒子(Nippon Catalyst的產(chǎn)品KE-P30)用作為粒子，純水作為溶劑，而商用可得的等離子體洗滌過(guò)的(plasma-washed)鋁箔(每短邊26mm和每長(zhǎng)邊76mm的矩形形式)作為襯底。
在通過(guò)自然沉淀準(zhǔn)備樣品時(shí)，將包含20％重量比的二氧化硅的20μl量的水溶液倒在襯底的一個(gè)表面上并擴(kuò)展。保持襯底水平并在樹(shù)脂的樣品容器內(nèi)干燥三天。
在通過(guò)拉起和旋轉(zhuǎn)方法準(zhǔn)備樣品時(shí)，將襯底浸入包含20％重量比的二氧化硅的水溶液中，襯底的較長(zhǎng)邊垂直定向，然后保持那個(gè)姿態(tài)以10m/s速度垂直拉起并干燥。在它干燥后，顛倒旋轉(zhuǎn)襯底，類似地浸入、拉起并干燥。隨后，平行其表面旋轉(zhuǎn)襯底90°，然后以其短邊垂直定向浸入，在保持姿態(tài)時(shí)以10mm/s速度垂直拉起并干燥。在它干燥后，顛倒旋轉(zhuǎn)襯底，并類似地浸入、拉起和干燥。以此方式，重復(fù)4周期浸入和拉起步驟。
作為兩個(gè)樣品的可視比較結(jié)果，厚度不均勻性在通過(guò)拉起和旋轉(zhuǎn)方法的樣品中小于通過(guò)自然沉淀的樣品。此外，呈現(xiàn)的Bragg反射和二氧化硅粒子都被確認(rèn)形成三維晶體。
每個(gè)準(zhǔn)備的薄膜的厚度沿連接其短對(duì)邊的直線在5點(diǎn)(中心點(diǎn)和離中心點(diǎn)距離10mm和20mm的各點(diǎn))上測(cè)量。通過(guò)光學(xué)測(cè)量來(lái)測(cè)量厚度，作為每個(gè)準(zhǔn)備的薄膜表面和作為襯底的鋁箔表面之間的垂直距離。其結(jié)果如下。
自然沉淀平均值 14.8μm標(biāo)準(zhǔn)差 3.1μm拉起和旋轉(zhuǎn)方法平均值 9.9μm標(biāo)準(zhǔn)差 0.6μm從標(biāo)準(zhǔn)差之間的差別可以確認(rèn)通過(guò)拉起和旋轉(zhuǎn)方法的膜厚度的變化遠(yuǎn)小于通過(guò)自然沉淀的膜厚度的變化。通過(guò)4周期拉起和旋轉(zhuǎn)過(guò)程，可以獲得由具有小的厚度不均勻性的大約35層組成的三維晶體的二氧化硅薄膜。
如以上說(shuō)明地，根據(jù)第一實(shí)施例，因?yàn)橛锌赡茉谝r底1上在吸收其它波長(zhǎng)的光時(shí)專門(mén)反射三基色的光，因而可獲得降低黑色顯示部分的亮度級(jí)的屏幕。在此情形，甚至在與圖像無(wú)關(guān)的外部光進(jìn)入屏幕時(shí)，也由于波長(zhǎng)差別而被去除，而避免了對(duì)比度劣化。特別在圖像形成于具有窄半高全寬發(fā)射峰和優(yōu)異的純色的光時(shí)，如來(lái)自半導(dǎo)體激光器或LED的光，有可能通過(guò)選擇僅僅反射圖像的光而去除其它波長(zhǎng)的光，保持高對(duì)比度并降低黑色顯示部分的亮度級(jí)。因此，圖像的劣化甚至在非暗房間的環(huán)境中也不發(fā)生。此外，甚至在從如液晶投影儀投影具有寬的譜半高全寬的光時(shí)，由于選擇窄波長(zhǎng)光，因而擴(kuò)大了在色品圖上的彩色可重現(xiàn)范圍，并且也提高了顏色純度。
下面說(shuō)明通過(guò)使用衍射效應(yīng)擴(kuò)展反射光的遠(yuǎn)場(chǎng)樣式(FFP)的方法。
如圖61所示，一般地，如果物體的尺寸在入射光方向的法向方向足夠小，那么光被該物體衍射和擴(kuò)散?？紤]此，通過(guò)形成集合粒子屏幕，將有可能用粒子的衍射效應(yīng)使反射光的FFP擴(kuò)展。這對(duì)應(yīng)在倒晶格(reciprocallattice)空間上橫向擴(kuò)展晶格點(diǎn)?？紤]此，橫向尺寸為22周期、16周期和11周期情形的反射波在寬區(qū)域(100μm×30μm)計(jì)算。其結(jié)果顯示在圖62到65。從這些結(jié)果可知，F(xiàn)FP隨橫向周期減小而變寬。更具體地，雖然橫向尺寸為22周期時(shí)FFP窄到～8°，但隨周期數(shù)減少FFP增大到～11°(16周期)及～17°(11周期)。
在圖像顯示在如劇院的大型場(chǎng)所中的屏幕上的情形，觀看場(chǎng)的角度可能比較窄，而要求亮度更合適。在此情形，比較窄的FFP有可能窄到10～17°以給出一定方向從而增加光密度，即，使屏幕更亮。
下面說(shuō)明通過(guò)使用折射擴(kuò)展反射光的FFP的方法。
為了用通過(guò)折射擴(kuò)展提供反射光的FFP，將有可能將集合的粒子形成為如圖66所示的具有水平表面和傾斜表面的結(jié)構(gòu)，或?qū)⒓狭Ｗ拥谋砻嫘纬蔀槿鐖D67所示的曲面結(jié)構(gòu)。在如圖66所示的例子中，反射光僅僅在特定表面中傾斜發(fā)射，但在如圖67所示的例子中，反射光按照曲面在任何方向發(fā)射。
通過(guò)改變?nèi)鐖D68所示的集合粒子的傾斜表面相對(duì)法向方向(晶體軸方向)的角度θ進(jìn)行計(jì)算。在此計(jì)算中，入射光波長(zhǎng)是625nm，而每個(gè)粒子的直徑是280nm(在光法向進(jìn)入水平表面(圖68中的左端表面)時(shí)，這些是導(dǎo)致Bragg反射的條件)。其結(jié)果顯示在圖69到73。從這些結(jié)果可知，幾乎沒(méi)有Bragg反射發(fā)生，而且甚至在光以θ＝14.4°和θ＝58.2°照射表面時(shí)光可通過(guò)。相反，在θ＝70.2°、θ＝75.7°和θ＝78.9°的傾斜表面上光被反射。
此外，在更寬的反射側(cè)上向后的結(jié)果顯示在圖74和75中。從這些結(jié)果可知，傾斜反射在θ＝14.4°和θ＝58.2°不發(fā)生而在θ＝70.2°、θ＝75.7°和θ＝78.9°發(fā)生。圖76是顯示其結(jié)果作為FFP的圖。該結(jié)果顯示，峰出現(xiàn)在35°附近。從這些結(jié)果可知，如果傾斜表面在θ＝90～70°范圍形成，折射方法可提供FFP直到70°的擴(kuò)展。
下面說(shuō)明晶體軸從如圖77所示的光入射方向傾斜的情形。在此情形，滿足Bragg條件的波長(zhǎng)移動(dòng)。如果垂直入射(入射方向平行于晶體軸)時(shí)的波長(zhǎng)是λ0，滿足Bragg條件的波長(zhǎng)變成λ(θ)＝λ0sinθ。這意味著，由于偏離光入射方向，晶格點(diǎn)繞著在倒晶格空間中的原點(diǎn)旋轉(zhuǎn)，并且導(dǎo)致不能位于同一Ewald球(半徑1/λ的球)表面上?？紤]此效應(yīng)的計(jì)算結(jié)果顯示在圖79中。該結(jié)果顯示，當(dāng)譜的半高全寬是30nm時(shí)，Bragg反射發(fā)生在θ＝77.4～90°的范圍。在θ＝77.4°的情形，光將在從法向方向傾斜2θ＝25.6°的方向反射。不過(guò)，如果軸向相反方向傾斜，即傾斜θ＝-77.4°，那么FFP總地增大到FFP＝51.6°。
使用折射的方法和傾斜晶體軸的方法適用于投射到如民用房屋(privatehouse)中窄空間中的屏幕上，因?yàn)閺?qiáng)方向性將使圖像從偏移位置不可見(jiàn)。
為了緩和方向性，粒子集合9可能具有如圖80所示的波動(dòng)。
下面解釋屏幕的波長(zhǎng)選擇性。
波長(zhǎng)選擇性也可通過(guò)使用倒晶格空間解釋。即，如圖81所示，在光的入射方向的尺寸小的情形，倒晶格空間中的晶格點(diǎn)在那方向擴(kuò)展。這導(dǎo)致存在與晶格點(diǎn)交叉的數(shù)個(gè)Ewald球，并且導(dǎo)致擴(kuò)展?jié)M足Bragg條件的波長(zhǎng)λ的范圍。分別采用堆積5層和10層的介電多層膜，其反射譜通過(guò)有效Fresnel系數(shù)方法計(jì)算。其結(jié)果顯示在圖82和83中。從這些結(jié)果可知，在5層膜半高全寬約200nm，但在10層膜半高全寬窄到50nm。不過(guò)，為增強(qiáng)波長(zhǎng)選擇性而簡(jiǎn)單地增加層是不夠地，但有必要增加對(duì)光的有效尺寸。即使堆積層直到100層左右(在幾層的組合中100％反射)，有效尺寸也只是那幾層，波長(zhǎng)選擇性仍不好。因此，希望最小化粒子的各衍射光柵的反射效率，以便形成其中衍射在許多層上發(fā)生的結(jié)構(gòu)。
如上說(shuō)明地，使用根據(jù)第一實(shí)施例的屏幕使三基色的每個(gè)的譜的半高全寬變窄。下面說(shuō)明它提高顏色純度并擴(kuò)展在色品圖上的可重現(xiàn)范圍。
圖84到87和圖88到91分別顯示從LCD(液晶顯示)投影儀和DLP(數(shù)字光處理)投影儀發(fā)射的光的測(cè)量譜。圖84和88顯示在顯示白色時(shí)測(cè)量的譜，圖85和89顯示在顯示藍(lán)色時(shí)測(cè)量的譜，圖86和90顯示在顯示綠色時(shí)測(cè)量的譜，而圖87和91顯示在顯示紅色時(shí)測(cè)量的譜。因?yàn)槭褂脼V色器選擇波長(zhǎng)，LCD投影儀和DLP投影儀都發(fā)射其中每基色的譜半高全寬寬到60～100nm的光。如果這里使用普通屏幕，甚至在反射光時(shí)在半高全寬中也不發(fā)生變化，并且譜半高全寬決定顏色重現(xiàn)性。相反，在使用根據(jù)第一實(shí)施例的屏幕的情形，甚至當(dāng)在從投影儀反射的光中的每基色的譜具有寬的半高全寬時(shí)，在屏幕反射光時(shí)選擇預(yù)定波長(zhǎng)，而且半高全寬窄到30nm。此時(shí)，增大了色品圖上的顏色重現(xiàn)范圍，并且提高了顏色重現(xiàn)性。圖92將它顯示在色品圖上。雖然用DLP和LCD顏色可重現(xiàn)范圍窄，但使用根據(jù)第一實(shí)施例的屏幕增大了范圍并同時(shí)提高了顏色重現(xiàn)性。
下面說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的屏幕。圖93顯示該屏幕。
如圖93所示，在根據(jù)第二實(shí)施例的屏幕中，漫射膜(diffusion film)10位于粒子層4的上表面上。漫射膜10用于漫射光并保護(hù)屏幕表面。即，通過(guò)用漫射膜10漫射屏幕反射的光，有可能緩和方向性來(lái)使全屏幕發(fā)光度均勻化。換句話說(shuō)，可消除所謂熱點(diǎn)。漫射膜10還可防止機(jī)械損傷引起的粒子脫落。
在可見(jiàn)光和漫射光區(qū)域透明的材料最好用作為漫射膜10。對(duì)漫射光，可平行膜表面產(chǎn)生不同折射率的分布，或可在膜表面產(chǎn)生波動(dòng)。漫射膜10的特定材料包括光漫射聚乙烯(polyethylene)膜(在制造時(shí)內(nèi)在具有平行膜表面的折射率的分布)、聚碳酸酯(polycarbonate)膜、聚乙烯對(duì)苯二酸酯(polyethylene terephthalate)膜和聚氯乙烯(polyvinyl chloride)膜，其表面被處理形成波動(dòng)。漫射膜10的厚度通常不大于5mm，最好不大于1mm。
為了增加漫射膜10，在襯底1上堆積粒子層2到4后，可擴(kuò)展漫射膜10并應(yīng)用張力將其粘結(jié)在粒子層4表面上?；蛘撸墒褂孟惹巴扛苍诼淠?0背面的粘合劑粘結(jié)漫射層10。此外，為了改進(jìn)其光學(xué)性質(zhì)，漫射膜10的表面可通過(guò)1/4波長(zhǎng)涂層處理以防止反射。在此情形，重要的是涂層材料具有比膜材料更低的折射率。更具體地，通過(guò)機(jī)械涂覆或蒸發(fā)沉積涂覆SiO2玻璃膜到～100nm厚度。
在其它方面，這里采用的屏幕與根據(jù)第一實(shí)施例的屏幕相同，略去其詳細(xì)說(shuō)明。
下一步說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的屏幕。圖94顯示該屏幕。
如圖94所示，在根據(jù)第三實(shí)施例的屏幕中，形成二維微透鏡陣列的微透鏡膜11位于粒子層4的上表面。微透鏡膜11的微透鏡可為任何凸透鏡、凹透鏡或其混合。通過(guò)將用微透鏡膜11從屏幕反射回的光漫射，有可能緩和方向性并使遍及屏幕的發(fā)光度均勻，從而消除熱點(diǎn)。微透鏡膜11還可防止機(jī)械損傷引起的粒子脫落。
在可見(jiàn)光區(qū)域透明的任何材料基本可用作為微透鏡膜11。例如，聚碳酸酯、聚乙烯對(duì)苯二酸酯和聚氯乙烯是可接受的。微透鏡膜11的微透鏡足夠等于或小于像素尺寸，并且例如直徑約0.1mm大小的透鏡可沿平面緊密填塞。此外，為了改進(jìn)其性質(zhì)，表面可通過(guò)1/4波長(zhǎng)涂層處理以防止反射。在此情形，重要的是涂層材料具有比微透鏡膜11的透鏡材料更低的折射率。更具體地，通過(guò)機(jī)械涂覆或蒸發(fā)沉積可涂覆SiO2玻璃膜到～100nm厚度。
這里再次使用與第二實(shí)施例中相同的方法增加微透鏡膜11。
在其它方面，這里采用的屏幕與根據(jù)第一實(shí)施例的屏幕相同，因而略去其詳細(xì)說(shuō)明。
下一步說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的屏幕。圖95顯示該屏幕。
如圖95所示，在根據(jù)第四實(shí)施例的屏幕中，形成二維微棱鏡陣列的微棱鏡膜12位于粒子層4的上表面。通過(guò)將用微棱鏡膜12從屏幕反射回的光漫射，有可能緩和方向性并使遍及屏幕的發(fā)光度均勻，從而消除熱點(diǎn)。微棱鏡膜12還可防止機(jī)械損傷引起的粒子脫落。
在可見(jiàn)光區(qū)域透明的任何材料基本可用作為微棱鏡膜12。例如，聚碳酸酯、聚乙烯對(duì)苯二酸酯和聚氯乙烯是可接受的。微棱鏡膜12的微透鏡足夠等于或小于像素尺寸，并且例如直徑約0.1mm大小的棱鏡可沿平面緊密填塞。此外，為了改進(jìn)其性質(zhì)，表面可通過(guò)1/4波長(zhǎng)涂層處理以防止反射。在此情形，重要的是涂層材料具有比微棱鏡膜12的棱鏡材料更低的折射率。更具體地，通過(guò)機(jī)械涂覆或蒸發(fā)沉積可涂覆SiO2玻璃膜到～100nm厚度。
這里再次使用與第二實(shí)施例中相同的方法增加微棱鏡膜12。
在其它方面，這里采用的屏幕與根據(jù)第一實(shí)施例的屏幕相同，因而略去其詳細(xì)說(shuō)明。
下一步說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的第五實(shí)施例的屏幕。圖96顯示該屏幕。
在已經(jīng)說(shuō)明的第一到第四實(shí)施例中，紅色反射粒子層2、綠色反射粒子層3和藍(lán)色反射粒子層4以垂直方向(垂直于襯底的方向)堆積在襯底1上。不過(guò)，在第五實(shí)施例中，粒子層2到4在橫向方向(平行于襯底的方向)排列形成。
即，如圖96所示，在根據(jù)第五實(shí)施例的屏幕中，紅色反射粒子層2、綠色反射粒子層3和藍(lán)色反射粒子層4在襯底1上并排排列。
粒子層2到4的平行襯底配置及其平行襯底排列圖案的例子顯示在圖97中。在圖97中，每個(gè)具有條形平行襯底配置的粒子層2到4交替排列。每個(gè)粒子層2、3、4的寬度可等于或小于1/3像素尺寸。在圖97B顯示的例子中，每個(gè)具有矩形平行襯底形狀的粒子層2、3、4以棋盤(pán)格圖案排列。每個(gè)矩形粒子層2、3、4的尺寸可等于或小于1/3像素尺寸。在圖97C顯示的例子中，每個(gè)具有正方形平行襯底形狀的粒子層2、3、4以棋盤(pán)格圖案排列。每個(gè)正方形粒子層2、3、4的尺寸可等于或小于1/3像素尺寸。
為了在襯底1上形成粒子層2到4，可在襯底1上選擇各顏色粒子以噴墨方式或者通過(guò)屏幕印刷或凹版印刷局部涂覆。也可能使用具有對(duì)應(yīng)各粒子層2到4的圖案的開(kāi)口的掩膜，分別在使用掩膜涂覆的三步中涂覆各顏色粒子。
在其它方面，這里采用的屏幕與根據(jù)第一實(shí)施例的屏幕相同，因而略去其詳細(xì)說(shuō)明。
根據(jù)第五實(shí)施例，因?yàn)槿Ｗ訉釉跈M向方向排列在襯底1上，整個(gè)粒子層2到4使厚度在垂直方向小于垂直堆積在襯底1上的粒子層，從而減小通過(guò)光散射的損失，例如確保光的有效吸收。
下一步說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的第六實(shí)施例的屏幕。圖98顯示該屏幕。
如圖98所示，在根據(jù)第六實(shí)施例的屏幕中，粘合劑13掩埋粒子層2到4中的粒子5中間的縫隙。重要的是，作為粘合劑13的材料，使用折射率不同于粒子材料的物質(zhì)。更具體地，在粒子是二氧化硅粒子的情形，例如，如聚丙烯(polypropylene)、聚乙烯、聚異丁烯(polyisobutylene)和聚醋酸乙烯酯(polyvinyl acetate)這樣的基于聚烯烴(polyolefin)的材料用作為粘合劑13。
為了制造該屏幕，有一些可利用的方法，如先在襯底1上形成粒子層2到4、此后將包含粘合劑材料的溶液引入粒子層2到4并將其在其中凝固(cure)的方法，以及先將包含粘合劑材料的溶液混合入粒子(如二氧化硅粒子)的膠體溶液、使粘合劑材料填充粒子間的縫隙作為粒子堆積的方法。
在其它方面，這里采用的屏幕與根據(jù)第一實(shí)施例的屏幕相同，因而略去其詳細(xì)說(shuō)明。
根據(jù)第六實(shí)施例，除了與第一實(shí)施例相同的優(yōu)點(diǎn)，優(yōu)點(diǎn)還有，如通過(guò)粘合劑13填充粒子5中間的縫隙對(duì)屏幕機(jī)械強(qiáng)度的增強(qiáng)，光學(xué)性質(zhì)的改進(jìn)，如通過(guò)控制粘合劑13相對(duì)于粒子5材料的折射率而使反射譜的半高全寬變窄。
下一步說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的第七實(shí)施例的屏幕。圖99顯示該屏幕。
如圖99所示，在根據(jù)第七實(shí)施例的屏幕中，對(duì)應(yīng)圖98所示的屏幕的粒子層2到4中的粒子5的部分保持為空隙(void)14以形成所謂的反向乳白(opal)結(jié)構(gòu)。
制造該屏幕可通過(guò)一次在襯底1上形成粒子層2到4，然后將粘合劑材料引入粒子層2到4，此后將其在其中凝固以填充粒子5間的縫隙，此后襯底1和粒子層2到4浸入預(yù)定的如氫氟酸溶液的蝕刻劑(etchant)，以溶解粒子(如二氧化硅粒子)。
在其它方面，這里采用的屏幕與根據(jù)第一實(shí)施例的屏幕相同，因而略去其詳細(xì)說(shuō)明。
根據(jù)第七實(shí)施例，除了與第一實(shí)施例相同的優(yōu)點(diǎn)，優(yōu)點(diǎn)還有，例如，可獲得比粒子5是二氧化硅粒子時(shí)大為不同的折射率，因?yàn)閷?duì)應(yīng)粒子的空隙14和粘合劑13之間折射率差異是空氣(air)和粘合劑13之間折射率差異。結(jié)果，可減小確保要求的反射需要的粒子層的迭片結(jié)構(gòu)周期，并且這有利于減小屏幕厚度。
下一步說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的第八實(shí)施例的屏幕。圖100顯示該屏幕。
如圖100所示，在根據(jù)第八實(shí)施例的屏幕中，在其背面具有吸收層16的透明襯底15用作為襯底。吸收層16可由能吸收不同于三基色波長(zhǎng)的光的材料組成。例如，可使用碳膜。更具體地，透明襯底15可為如透明玻璃襯底或聚碳酸酯襯底，而吸收層16可為涂覆在襯底背面上的碳膜。
吸收層16的厚度根據(jù)其材料確定，以便充分吸收不同于三基色波長(zhǎng)的光。這里說(shuō)明在其是碳膜時(shí)、吸收層16的厚度。即，雖然依賴制造方法，但碳的吸收系數(shù)α一般是103～105cm-1。在吸收層16中光的傳播距離是x時(shí)，光強(qiáng)P表示為P(x)/P(0)＝exp(-αx)。因此，在α＝105cm-1的情形，碳膜的厚度d可為0.1μm以使在充分吸收時(shí)光強(qiáng)減弱到1/e(e自然對(duì)數(shù)的底)。因此，至少d＝0.1μm的厚度是必要的。此外，為了在α＝103cm-1下也使光強(qiáng)減弱到1/e，碳膜的厚度必須為d＝10μm?？紤]到這些，重要的是碳膜的厚度不小于0.1μm，而更優(yōu)選地不小于10μm。
在其它方面，這里采用的屏幕與根據(jù)第一實(shí)施例的屏幕相同，因而略去其詳細(xì)說(shuō)明。
根據(jù)第八實(shí)施例，除了與第一實(shí)施例相同的優(yōu)點(diǎn)，優(yōu)點(diǎn)還有，襯底材料可更自由地選擇，因?yàn)橐r底本身可能不能吸收光。
下一步說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的第九實(shí)施例的屏幕。圖101顯示該屏幕。
如圖101所示，在根據(jù)第九實(shí)施例的屏幕中，具有通過(guò)用沙處理使表面粗糙而成的粗糙表面的黑色(能吸收不同于三基色波長(zhǎng)的光)PET膜17用作為襯底。沙處理是通過(guò)用如銼刀(file)摩擦而使表面粗糙的表面處理。PET膜17的表面上從底到頂凹凸不平的高度可能是例如0.8～4μm。在此情形，PET膜17的粗糙表面展示了好的可濕性，包含象在其中彌漫的二氧化硅粒子的粒子5的溶液6可容易地涂覆。此外，因?yàn)镻ET膜17的表面凹凸不平緩和了光的方向性，熱點(diǎn)不可能產(chǎn)生。
在其它方面，這里采用的屏幕與根據(jù)第一實(shí)施例的屏幕相同，因而略去其詳細(xì)說(shuō)明。
根據(jù)第九實(shí)施例，除了與第一實(shí)施例相同的優(yōu)點(diǎn)，優(yōu)點(diǎn)還有，使用便宜的PET膜17作為襯底降低了屏幕的制造成本。
下一步說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的第十實(shí)施例的屏幕。圖102顯示該屏幕。
在已經(jīng)說(shuō)明的第一實(shí)施例中，紅色反射粒子層2、綠色反射粒子層3和藍(lán)色反射粒子層4順序垂直堆積在襯底1上。不過(guò)，粒子層2到4的堆積順序不需要總是按照這個(gè)順序。從更好地排列(晶體的性質(zhì))粒子5的觀點(diǎn)，反向堆積順序更好。在第十實(shí)施例中，將說(shuō)明以反向順序堆積粒子層2到4的結(jié)構(gòu)。
即，如圖102所示，在根據(jù)第十實(shí)施例的屏幕中，藍(lán)色反射粒子層4、綠色反射粒子層3和紅色反射粒子層2順序堆積在襯底1上。在此情形，因?yàn)樵谒{(lán)色反射粒子層4中的粒子5的顆粒大小最小。所以，如果粒子5排列在襯底1上，粒子層的表面凹凸不平最小。在具有下一個(gè)較大顆粒大小的綠色反射粒子層3的粒子排列在最小凹凸不平的基表面的情形，其排列不可能變得劣化，其晶體質(zhì)量改善了。類似地，也在具有下一個(gè)較大顆粒大小的紅色反射粒子層2的粒子5排列在粒子層3上，其排列不可能變得劣化，而晶體質(zhì)量改善了。以此方式，晶體質(zhì)量可在所有粒子層2到4中改善。
在其它方面，這里采用的屏幕與根據(jù)第一實(shí)施例的屏幕相同，因而略去其詳細(xì)說(shuō)明。
根據(jù)第十實(shí)施例，除了與第一實(shí)施例相同的優(yōu)點(diǎn)，優(yōu)點(diǎn)還有，因?yàn)樵谒辛Ｗ訉又泻玫木w質(zhì)量，反射譜的半高全寬窄，在可靠地吸收進(jìn)入襯底1的光的其它部分時(shí)，可能有效反射三基色。
下一步說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的第十一實(shí)施例的屏幕。圖103顯示該屏幕。
如圖103所示，在根據(jù)第十一實(shí)施例的屏幕中，紅色反射粒子層2、綠色反射粒子層3和藍(lán)色反射粒子層4經(jīng)緩沖層18順序堆積在襯底1上。緩沖層18是由直徑比藍(lán)色反射粒子層4的粒子(即如D＝120nm的粒子)小的粒子組成粒子層。
該屏幕的制造是通過(guò)先在襯底上堆積粒子層作為緩沖層18，此后在其上堆積粒子層2到4。
在其它方面，這里采用的屏幕與根據(jù)第一實(shí)施例的屏幕相同，因而略去其詳細(xì)說(shuō)明。
根據(jù)第十一實(shí)施例，除了與第一實(shí)施例相同的優(yōu)點(diǎn)，還有下面的優(yōu)點(diǎn)。因?yàn)榱Ｗ訉有问降木彌_層18首先堆積在襯底1上并且粒子層2到4堆積在其上，所以與直接在襯底1上堆積粒子層2到4的結(jié)構(gòu)比較，粒子層2到4的基層的可濕性改善了。結(jié)果，可改善粒子層2到4的晶體質(zhì)量。此外，因?yàn)樽鳛榫彌_層18的粒子層的粒子直徑是D＝120nm，小于藍(lán)色反射粒子層4的粒子直徑，在將光投射到屏幕上時(shí)，來(lái)自緩沖層18的Bragg反射的波長(zhǎng)比可見(jiàn)光波長(zhǎng)短，并且Bragg反射對(duì)屏幕性質(zhì)沒(méi)有不利影響。
下一步說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的第十二實(shí)施例的圖像顯示系統(tǒng)。圖104顯示該圖像顯示系統(tǒng)的配置，而圖105顯示同一圖像顯示系統(tǒng)的外觀視圖。
如圖104和105所示，根據(jù)第十二實(shí)施例的圖像顯示系統(tǒng)包括根據(jù)第一到第十一實(shí)施例的任何一個(gè)的屏幕19以及用于將圖像投影在屏幕19上的投影儀20。投影儀20包括光源21，能發(fā)射紅、綠和藍(lán)光；以及聚光器和投影儀透鏡22、23。光源21包括可能是半導(dǎo)體激光器或發(fā)光二極管的半導(dǎo)體發(fā)光元件，能發(fā)射紅、綠和藍(lán)光。更具體地，在使用半導(dǎo)體激光器作為光源21的情形，例如，AlGaInP化合物半導(dǎo)體激光器可能用作為發(fā)射紅光的半導(dǎo)體激光器，ZnSe化合物半導(dǎo)體激光器作為發(fā)射綠光的半導(dǎo)體激光器，而GaN化合物半導(dǎo)體激光器作為發(fā)射藍(lán)光的半導(dǎo)體激光器。
直到此時(shí)，通過(guò)一些實(shí)施例已經(jīng)說(shuō)明了本發(fā)明。不過(guò)，本發(fā)明不限于這些實(shí)施例，而是在本發(fā)明的技術(shù)概念和范圍內(nèi)包括各種變化和修飾。
例如，結(jié)合實(shí)施例顯示和說(shuō)明的數(shù)值、結(jié)構(gòu)、形狀、材料和堆積粒子的方法僅僅是示例，可替代選擇使用其它數(shù)值、結(jié)構(gòu)、形狀、材料和堆積粒子的方法。
此外，雖然已經(jīng)說(shuō)明第三實(shí)施例作為在粒子層4的上表面上提供微透鏡膜11，而已經(jīng)說(shuō)明第四實(shí)施例作為在粒子層4的上表面上提供微棱鏡膜12，但是在粒子層4的上表面上提供由微透鏡和微棱鏡混合組成的膜也是可接受的。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，甚至在與圖像無(wú)關(guān)的外部光侵入到屏幕上時(shí)，也可得到清楚的圖像，其中降低了黑色顯示部分的亮度級(jí)而不劣化圖像對(duì)比度。此外，使用根據(jù)本發(fā)明的屏幕，暗房間不總是需要用于投影，但是甚至在通常的熒光燈下或開(kāi)放空氣下，對(duì)比度也不降級(jí)。
此外，在從半導(dǎo)體激光器或LED投影光而形成圖像的情形，它的半高全寬窄而且顏色純度優(yōu)良，提供有效選擇性地專門(mén)反射圖像的光而去除其它波長(zhǎng)的光，可能保持高對(duì)比度并顯著降低黑色顯示部分的亮度級(jí)。而且，甚至在每基色的譜半高全寬寬的光從液晶投影儀投影時(shí)，例如，改進(jìn)了色品圖上的顏色可重現(xiàn)性，并且可表示純色。
權(quán)利要求
1.一種屏幕，包括一種結(jié)構(gòu)，其中具有不大于1μm大小的粒子規(guī)則排列。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的屏幕，其中所述粒子通過(guò)自組織規(guī)則地排列。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的屏幕，其中所述粒子排列成緊密填塞結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的屏幕，具有一種結(jié)構(gòu)，包括不同直徑的三種所述粒子，同時(shí)反射對(duì)應(yīng)紅、綠和藍(lán)三基色的波長(zhǎng)的光。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的屏幕，其中二氧化硅粒子或折射率等于二氧化硅的粒子用作所述粒子。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的屏幕，其中直徑不小于269×(1.36/n)nm并且不大于314×(1.36/n)nm的粒子用于反射紅色，直徑不小于224×(1.36/n)nm并且不大于251×(1.36/n)nm的粒子用于反射綠色，而直徑不小于202×(1.36/n)nm并且不大于224×(1.36/n)nm的粒子用于反射藍(lán)色(其中n是粒子的折射率)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的屏幕，其中直徑不小于278×(1.36/n)nm并且不大于305×(1.36/n)nm的粒子用于反射紅色，直徑不小于224×(1.36/n)nm并且不大于237×(1.36/n)nm的粒子用于反射綠色，而直徑不小于208×(1.36/n)nm并且不大于217×(1.36/n)nm的粒子用于反射藍(lán)色(其中n是粒子的折射率)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的屏幕，其中紅色反射粒子層、綠色反射粒子層和藍(lán)色反射粒子層在襯底上的垂直方向堆積。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的屏幕，其中紅色反射粒子層、綠色反射粒子層和藍(lán)色反射粒子層在襯底上的垂直方向順序堆積。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的屏幕，其中藍(lán)色反射粒子層、綠色反射粒子層和紅色反射粒子層在襯底上的法向方向順序堆積。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的屏幕，其中所述堆積周期不少于8而且不多于15。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的屏幕，其中紅色反射粒子層、綠色反射粒子層和藍(lán)色反射粒子層在襯底上的橫向方向排列。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的屏幕，其中所述堆積周期不少于8周期而且不多于15周期。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的屏幕，其中所述紅色反射粒子層、所述綠色反射粒子層和所述藍(lán)色反射粒子層是條形、矩形或正方形，而所述粒子層在所述襯底上以預(yù)定排列圖案排列。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的屏幕，包括用于吸收可見(jiàn)光的層或厚的襯底。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的屏幕，其中用于吸收可見(jiàn)光的所述層或厚的襯底吸收所有波長(zhǎng)帶的可見(jiàn)光。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的屏幕，其中用于吸收可見(jiàn)光的所述層或厚的襯底位于所述粒子下面。
18.根據(jù)權(quán)利要求8或12所述的屏幕，其中所述襯底是在其背面具有用于吸收可見(jiàn)光的層的透明襯底。
19.根據(jù)權(quán)利要求8或12所述的屏幕，其中所述襯底是PET膜。
20.根據(jù)權(quán)利要求8或12所述的屏幕，其中用于改進(jìn)濕度性的凹凸不平或膜形成在所述襯底的所述表面上。
21.根據(jù)權(quán)利要求8或12所述的屏幕，其中在所述粒子層上設(shè)有光漫射介質(zhì)。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的屏幕，其中所述光漫射介質(zhì)是漫射膜。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的屏幕，其中所述光漫射介質(zhì)是微透鏡膜。
24.根據(jù)權(quán)利要求21所述的屏幕，其中所述光漫射介質(zhì)是微棱鏡膜。
25.根據(jù)權(quán)利要求1所述的屏幕，其中所述粒子間的縫隙由粘合劑填充。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的屏幕，其中所述粒子是空隙。
27.根據(jù)權(quán)利要求1所述的屏幕，包括所述粒子的集合。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的屏幕，其中在平行所述襯底方向的所述粒子的所述集合的大小不大于22周期。
29.根據(jù)權(quán)利要求27所述的屏幕，其中所述粒子的所述集合組合從其晶體軸傾斜的傾斜表面和與所述傾斜表面角度不同的表面。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的屏幕，其中所述傾斜表面的所述角度θ的范圍是70°≤θ≤90°。
31.根據(jù)權(quán)利要求27所述的屏幕，其中所述粒子集合有曲面。
32.根據(jù)權(quán)利要求27所述的屏幕，其中所述粒子集合的所述晶體軸從光的所述入射方向傾斜角度α，其范圍是77.4°≤α≤90°。
33.根據(jù)權(quán)利要求27所述的屏幕，其中所述粒子集合有波動(dòng)。
34.根據(jù)權(quán)利要求8或12所述的屏幕，其中紅色反射粒子層、綠色反射粒子層和藍(lán)色反射粒子層經(jīng)緩沖層形成在所述襯底上。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的屏幕，其中所述緩沖層是粒子直徑不大于208×(1.36/n)nm的粒子層。
36.一種屏幕，配置為通過(guò)使用光子晶體反射特定波長(zhǎng)的光。
37.根據(jù)權(quán)利要求36所述的屏幕，其中所述光子晶體具有規(guī)則排列粒子的結(jié)構(gòu)。
38.根據(jù)權(quán)利要求37所述的屏幕，其中所述粒子通過(guò)自組織規(guī)則排列。
39.根據(jù)權(quán)利要求37所述的屏幕，其中所述粒子排列為緊密填塞結(jié)構(gòu)。
40.根據(jù)權(quán)利要求36所述的屏幕，包括三種周期的所述光子晶體，以同時(shí)反射對(duì)應(yīng)紅、綠和藍(lán)三基色的波長(zhǎng)的光。
41.根據(jù)權(quán)利要求36所述的屏幕，其中紅色反射光子晶體、綠色反射光子晶體和藍(lán)色反射光子晶體在襯底上在垂直方向堆積。
42.根據(jù)權(quán)利要求36所述的屏幕，其中紅色反射光子晶體、綠色反射光子晶體和藍(lán)色反射光子晶體在襯底上在垂直方向順序堆積。
43.根據(jù)權(quán)利要求36所述的屏幕，其中藍(lán)色反射光子晶體、綠色反射光子晶體和紅色反射光子晶體在襯底上在垂直方向順序堆積。
44.根據(jù)權(quán)利要求41所述的屏幕，其中所述堆積周期不少于8而且不多于15。
45.根據(jù)權(quán)利要求36所述的屏幕，其中紅色反射光子晶體、綠色反射光子晶體和藍(lán)色反射光子晶體在襯底上在橫向方向排列。
46.根據(jù)權(quán)利要求45所述的屏幕，其中所述堆積周期不少于8而且不多于15。
47.根據(jù)權(quán)利要求45所述的屏幕，其中所述紅色反射光子晶體、所述綠色反射光子晶體和所述藍(lán)色反射光子晶體是條形、矩形或正方形，而所述光子晶體在所述襯底上以預(yù)定排列圖案排列。
48.根據(jù)權(quán)利要求36所述的屏幕，包括用于吸收可見(jiàn)光的層或厚的襯底。
49.根據(jù)權(quán)利要求48所述的屏幕，其中用于吸收可見(jiàn)光的所述層或厚的襯底吸收所有波長(zhǎng)帶的可見(jiàn)光。
50.根據(jù)權(quán)利要求48所述的屏幕，其中用于吸收可見(jiàn)光的所述層或厚的襯底位于所述粒子下面。
51.根據(jù)權(quán)利要求41或45所述的屏幕，其中所述襯底是在其背面具有用于吸收可見(jiàn)光的層的透明襯底。
52.根據(jù)權(quán)利要求41或45所述的屏幕，其中所述襯底是PET膜。
53.根據(jù)權(quán)利要求41或45所述的屏幕，其中用于改進(jìn)濕度性的凹凸不平或膜形成在所述襯底的所述表面上。
54.根據(jù)權(quán)利要求41或45所述的屏幕，其中在所述光子晶體上設(shè)有光漫射介質(zhì)。
55.根據(jù)權(quán)利要求54所述的屏幕，其中所述光漫射介質(zhì)是漫射膜。
56.根據(jù)權(quán)利要求54所述的屏幕，其中所述光漫射介質(zhì)是微透鏡膜。
57.根據(jù)權(quán)利要求54所述的屏幕，其中所述光漫射介質(zhì)是微棱鏡膜。
58.根據(jù)權(quán)利要求36所述的屏幕，其中在平行所述襯底方向的每個(gè)所述光子晶體的大小不大于22周期。
59.根據(jù)權(quán)利要求36所述的屏幕，其中所述光子晶體組合從其晶體軸傾斜的傾斜表面和與所述傾斜表面角度不同的表面。
60.根據(jù)權(quán)利要求59所述的屏幕，其中所述傾斜表面的所述角度θ的范圍是70°≤θ≤90°。
61.根據(jù)權(quán)利要求36所述的屏幕，其中所述光子晶體有曲面。
62.根據(jù)權(quán)利要求36所述的屏幕，其中所述光子晶體的所述晶體軸從光的所述入射方向傾斜角度α，其范圍是77.4°≤α≤90°。
63.根據(jù)權(quán)利要求36所述的屏幕，其中所述光子晶體有波動(dòng)。
64.一種屏幕，包括使用介電多層膜的結(jié)構(gòu)，以反射特定波長(zhǎng)的光。
65.根據(jù)權(quán)利要求64所述的屏幕，其中每個(gè)所述介電多層膜的所述周期結(jié)構(gòu)包括至少10周期。
66.根據(jù)權(quán)利要求64所述的屏幕，具有包括三種周期的每個(gè)所述介電多層膜的結(jié)構(gòu)，以同時(shí)反射對(duì)應(yīng)紅、綠和藍(lán)三基色的波長(zhǎng)的光。
67.根據(jù)權(quán)利要求64所述的屏幕，其中紅色反射介電多層膜、綠色反射介電多層膜和藍(lán)色反射介電多層膜在襯底上在垂直方向堆積。
68.根據(jù)權(quán)利要求64所述的屏幕，其中紅色反射介電多層膜、綠色反射介電多層膜和藍(lán)色反射介電多層膜在襯底上在垂直方向順序堆積。
69.根據(jù)權(quán)利要求64所述的屏幕，其中藍(lán)色反射介電多層膜、綠色反射介電多層膜和紅色反射介電多層膜在襯底上在垂直方向順序堆積。
70.根據(jù)權(quán)利要求64所述的屏幕，其中紅色反射介電多層膜、綠色反射介電多層膜和藍(lán)色反射介電多層膜在襯底上在橫向方向排列。
71.根據(jù)權(quán)利要求70所述的屏幕，其中所述紅色反射介電多層膜、所述綠色反射介電多層膜和所述藍(lán)色反射介電多層膜是條形、矩形或正方形，而所述介電多層膜在所述襯底上以預(yù)定排列圖案排列。
72.根據(jù)權(quán)利要求64所述的屏幕，包括用于吸收可見(jiàn)光的層或厚的襯底。
73.根據(jù)權(quán)利要求72所述的屏幕，其中用于吸收可見(jiàn)光的所述層或厚的襯底吸收所有波長(zhǎng)帶的可見(jiàn)光。
74.根據(jù)權(quán)利要求72所述的屏幕，其中用于吸收可見(jiàn)光的所述層或厚的襯底位于所述粒子下面。
75.根據(jù)權(quán)利要求67或70所述的屏幕，其中所述襯底是在其背面具有用于吸收可見(jiàn)光的層的透明襯底。
76.根據(jù)權(quán)利要求67或70所述的屏幕，其中所述襯底是PET膜。
77.根據(jù)權(quán)利要求67或70所述的屏幕，其中用于改進(jìn)濕度性的凹凸不平或膜形成在所述襯底的所述表面上。
78.根據(jù)權(quán)利要求67或70所述的屏幕，其中在所述介電多層膜上設(shè)有光漫射介質(zhì)。
79.根據(jù)權(quán)利要求78所述的屏幕，其中所述光漫射介質(zhì)是漫射膜。
80.根據(jù)權(quán)利要求78所述的屏幕，其中所述光漫射介質(zhì)是微透鏡膜。
81.根據(jù)權(quán)利要求78所述的屏幕，其中所述光漫射介質(zhì)是微棱鏡膜。
82.根據(jù)權(quán)利要求64所述的屏幕，其中所述介電多層膜組合從其晶體軸傾斜的傾斜表面和與所述傾斜表面角度不同的表面。
83.根據(jù)權(quán)利要求82所述的屏幕，其中所述傾斜表面的所述角度θ的范圍是70°≤θ≤90°。
84.根據(jù)權(quán)利要求64所述的屏幕，其中所述介電多層膜有曲面。
85.根據(jù)權(quán)利要求64所述的屏幕，其中所述介電多層膜的所述晶體軸從光的所述入射方向傾斜角度α，其范圍是77.4°≤α≤90°。
86.根據(jù)權(quán)利要求64所述的屏幕，其中所述介電多層膜有波動(dòng)。
87.一種用于制造屏幕的方法，該屏幕包括一種結(jié)構(gòu)，其中具有不大于1μm大小的粒子規(guī)則排列，其特征在于，所述粒子通過(guò)自組織排列。
88.一種用于制造屏幕的方法，該屏幕包括一種結(jié)構(gòu)，其中具有不大于1μm大小的粒子規(guī)則排列，該方法包括第一步，將襯底浸入包含2％重量比的粒子的粒子溶液；第二步，所述粒子溶液將所述襯底的表面弄濕且通過(guò)以不低于30μm/s的速度拉起所述襯底到空氣中；以及第三步，在空氣中將用所述粒子溶液弄濕的所述襯底干燥。
89.根據(jù)權(quán)利要求88所述的用于制造屏幕的方法，其中重復(fù)所述第一到第三步，直到獲得具有期望的光學(xué)性質(zhì)或厚度的粒子層。
90.根據(jù)權(quán)利要求88所述的用于制造屏幕的方法，其中通過(guò)在其平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)所述襯底而改變所述襯底定向。
91.根據(jù)權(quán)利要求88所述的用于制造屏幕的方法，其中處理所述襯底以在浸入前提高其所述表面的可濕度性。
92.一種圖像顯示系統(tǒng)，包括屏幕，具有一種結(jié)構(gòu)，其中具有不大于1μm大小的粒子規(guī)則排列；以及投影儀光源，包括多個(gè)半導(dǎo)體發(fā)光器件，每個(gè)所述發(fā)光器件發(fā)射由所述粒子的大小和排列確定的特定波長(zhǎng)的光。
93.一種圖像顯示系統(tǒng)，包括屏幕，配置為通過(guò)使用光子晶體反射特定波長(zhǎng)的光；以及投影儀光源，包括用于發(fā)射所述特定波長(zhǎng)的光的多個(gè)半導(dǎo)體發(fā)光器件。
94.一種圖像顯示系統(tǒng)，包括屏幕，配置為通過(guò)使用介電多層膜反射特定波長(zhǎng)的光；以及投影儀光源，包括用于發(fā)射所述特定波長(zhǎng)的光的多個(gè)半導(dǎo)體發(fā)光器件。
95.一種屏幕，包括規(guī)則排列的粒子，以反射特定波長(zhǎng)的電磁波。
96.根據(jù)權(quán)利要求95所述的屏幕，其中所述電磁波是可見(jiàn)光。
97.一種屏幕，包括第一粒子，規(guī)則排列以反射第一波長(zhǎng)的電磁波；以及第二粒子，規(guī)則排列以反射不同于所述第一波長(zhǎng)的第二波長(zhǎng)的電磁波，其中所述第一粒子和所述第二粒子直徑不同。
98.根據(jù)權(quán)利要求97所述的屏幕，其中所述第一波長(zhǎng)的所述電磁波和所述第二波長(zhǎng)的所述電磁波都是可見(jiàn)光。
全文摘要
一種投影屏幕，通過(guò)在襯底上按層依次形成用于反射紅色的精細(xì)粒子層、用于反射綠色的精細(xì)粒子層和用于反射藍(lán)色的精細(xì)粒子層而構(gòu)成。在每個(gè)精細(xì)粒子層中，在最緊密結(jié)構(gòu)中例如以11周期規(guī)則放置各精細(xì)粒子。用于反射紅色的精細(xì)粒子具有約280nm的直徑，用于反射綠色的精細(xì)粒子具有約235nm的直徑，而用于反射藍(lán)色的精細(xì)粒子具有約212nm的直徑。每個(gè)精細(xì)粒子層通過(guò)自組織技術(shù)沉積。使用這樣的襯底，使其能吸收不同于紅、綠和藍(lán)三基色的光。
文檔編號(hào)G03B21/56GK1496494SQ0280627
公開(kāi)日2004年5月12日 申請(qǐng)日期2002年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月13日
發(fā)明者戶田淳, 黑木義彥, 大西通博, 赤尾裕隆, 石本光, 博, 彥, 隆 申請(qǐng)人:索尼公司