專(zhuān)利名稱(chēng)：環(huán)境光吸收屏幕的制作方法
環(huán)境光吸收屏幕相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用本申請(qǐng)是于2006年7月31日提交的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)NO. 11/496, 774的部分繼續(xù)申請(qǐng)，并主張于2006年3月20日提交的美國(guó) 臨時(shí)申請(qǐng)No. 60/784， 125的優(yōu)先權(quán)，這兩個(gè)專(zhuān)利申請(qǐng)引用結(jié)合于此。
背景技術(shù)：
投影在正投影屏幕和背投影屏幕上的圖像的對(duì)比率由于觀看環(huán)境 中存在的環(huán)境光而顯著減小。也就是說(shuō)，使用者感覺(jué)的屏幕上的最暗 水平受到從屏幕射向使用者的環(huán)境光的數(shù)量的影響。屏幕上的最亮水 平是由投影儀的功率決定。對(duì)比率是最亮水平除以最暗水平。例如， 在電影院中，當(dāng)室內(nèi)燈打開(kāi)時(shí)，屏幕呈現(xiàn)白色或銀色且這是觀察者可 得到的最暗圖像水平。這種效應(yīng)導(dǎo)致放映之前的廣告看上去是褪色的。 然而，在電影開(kāi)始之前，光相應(yīng)地調(diào)暗或關(guān)閉且屏幕看上去是暗的， 因此降低這種最暗水平。進(jìn)行環(huán)境光的這種調(diào)暗從而實(shí)現(xiàn)電影院放映 的美侖美奐。然而，在某些情況下，例如在會(huì)議室、教堂和研討會(huì)， 需要保持環(huán)境光打開(kāi)以進(jìn)行筆記，參與者移動(dòng)或者維持會(huì)話注意力。減小環(huán)境光影響的現(xiàn)有方法已經(jīng)使用灰色屏幕來(lái)改善對(duì)比度水 平，但是這種方法也減小圖像的整體亮度。相應(yīng)地這些灰色屏幕需要 一種可以投射更多的光來(lái)補(bǔ)償?shù)母嘿F的投影儀。另一種現(xiàn)有方法涉 及調(diào)整屏幕的表面幾何以在反射層的前方包括透明散射層。這種方法 具有將更多的反射投影儀光聚焦到有限視角錐的效果，這稱(chēng)為屏幕增 益。在視角錐外部圖像質(zhì)量下降，而在視角錐內(nèi)部亮度增加，對(duì)于改 善對(duì)比率的效果有限，因?yàn)榄h(huán)境光也受到屏幕增益的影響。某些高增 益投影屏幕使用反射背景上的透鏡陣列，將投影光往回射向觀察者。 這些屏幕確實(shí)相對(duì)于投影光而擇優(yōu)地排斥環(huán)境光，不過(guò)視角嚴(yán)重受限 且趨于較昂貴。遺憾的是，大部分人選擇將就減小的對(duì)比率，而對(duì)于更強(qiáng)大投影 儀和定制屏幕的指數(shù)增長(zhǎng)的成本并不買(mǎi)賬。但愿存在更好的方式，投 影圖像的觀眾接受可以改善，從而更有力地與直觀式顯示器竟?fàn)帯?br>

圖1A為具有紋理化表面(textured surface)的正投影屏幕的實(shí)施例的示意性側(cè)視圖，材料選擇性地添加到該紋理化表面以使得該紋理化表面是反射的。圖1B為具有透明基板的背投影屏幕的實(shí)施例的示意性側(cè)視圖，該透明基板具有紋理化表面，材料選擇性地添加到該紋理化表面以使得該紋理化表面是反射的。圖1C示出背投影屏幕或LCD顯示器的另一實(shí)施例。圖2為紋理化基板的實(shí)施例的等距視圖。圖3為已經(jīng)進(jìn)行低角度沉積的基板的實(shí)施例的照片圖像。圖4示意性示出在基板上低角度沉積材料的沉積系統(tǒng)的實(shí)施例。圖5和6示意性示出在基板上低角度沉積材料的沉積系統(tǒng)的另一實(shí)施例。圖7示意性示出在具有特征的基板的暴露表面上噴射吸收或反射 元件的方法。圖8示出屏幕基板的另一實(shí)施例，其中第一層光吸收材料選擇性 地沉積在將朝向環(huán)境光源的屏幕基板的表面特征的部分上，第二層反 射材料選擇性地沉積在面向投影儀的表面特征的部分上。圖9為示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的環(huán)境光排斥投影屏幕的一部 分的正視圖。圖IO的圖示說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的圖9所示的投影屏幕部 分的側(cè)視圖。圖11的圖示說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的具有類(lèi)似圖9和10所示的基板特征的投影屏幕。圖12的流程圖說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的投影屏幕制作方法。 圖13的流程圖說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的使用投影屏幕接收來(lái)自圖像源的圖像光的方法。
具體實(shí)施方式
在下述詳細(xì)描述以及附圖的多幅圖中，相同的元件使用相同的參 考符號(hào)來(lái)表示。圖不是按比例的，且相對(duì)特征尺寸可能被夸大用以說(shuō)明的目的。為了改善投影系統(tǒng)的對(duì)比率，無(wú)論是正投影顯示器還是背投影顯 示器，本公開(kāi)內(nèi)容描述了在投影儀光反射率和環(huán)境光吸收的改善之間 的平衡的技術(shù)。也就是說(shuō)，面向?qū)⑸湎蛴^察者的投影光的屏幕的表面 特征部分應(yīng)是光反射的，而表面的其余部分應(yīng)是光吸收的。因此，本 公開(kāi)內(nèi)容描述了用于執(zhí)行"角度吸收"和"角度反射"的屏幕和技術(shù)， 相應(yīng)地用于高增益屏幕的傳統(tǒng)技術(shù)僅限制"角度反射"。因此，本公開(kāi)內(nèi)容可實(shí)現(xiàn)克服了傳統(tǒng)屏幕的前述不足和缺點(diǎn)的正 投影和背投影屏幕。這些新屏幕相對(duì)于投影儀光優(yōu)先吸收環(huán)境光，由 此通過(guò)感覺(jué)的更高對(duì)比率而不犧牲感覺(jué)的圖像亮度，改善感覺(jué)的圖像 質(zhì)量。公開(kāi)了簡(jiǎn)單、制造成本低且重量輕的投影屏幕。所公開(kāi)的一個(gè)實(shí) 施例涉及一種投影屏幕，該投影屏幕包含使用多個(gè)通常均勻的(至少 在屏幕表面上平均起來(lái)是均勻的)幾何特征來(lái)紋理化的基板。在該實(shí) 施例中，反射材料層選擇性地沉積在每個(gè)特征的表面的一部分上以形 成表面陣列，該表面陣列大部分地反射以特定角度入射到屏幕的光且 大部分地吸收以其它角度入射的光。該基板可以制成剛性的或撓性的， 平坦的或者彎曲的，視具體應(yīng)用要求而定。特征的幾何以及材料沉積 的角度可以根據(jù)具體應(yīng)用而改變，以考慮到例如環(huán)境光源的位置、屏 幕取向以及投影儀相對(duì)于屏幕的位置的因素。屏幕的表面特征的一個(gè)示例性幾何為通過(guò)壓花、光刻、化學(xué)或激 光蝕刻、或者本領(lǐng)域技術(shù)人員了解的其它方式形成的凹陷和凸起的陣 列。表面特征上的反射率圖案形成獨(dú)特微反射器的陣列。 一般而言， 特征表面的反射部分將被投影儀照射。使不照射特征表面反射部分的 特定部分的來(lái)自投影儀的光相應(yīng)地制成光吸收的，從而防止環(huán)境光射 向觀察者。因此， 一種示例性技術(shù)開(kāi)始于吸收表面，并且與屏幕表面成掠射 角地使用真空金屬沉積以在每個(gè)特征表面的限定部分上形成反射表 面。對(duì)于給定的沉積角度，每個(gè)特征幾何遮擋該特征的部分表面不進(jìn) 行沉積，使得受遮擋部分是光吸收的。鋁或者具有高反射率系數(shù)的任 意其它材料可用于實(shí)現(xiàn)反射率?？梢酝ㄟ^(guò)改變跨過(guò)屏幕的高度和幅度 的真空沉積的角度來(lái)實(shí)現(xiàn)期望的反射率圖案。這種獨(dú)特反射表面陣列的組合效應(yīng)是反射以一組角度來(lái)自投影儀的光，同時(shí)吸收該組角度以 外的入射的環(huán)境光，由此改善感覺(jué)的對(duì)比率。投影屏幕的實(shí)施例包括使用多個(gè)特征來(lái)紋理化的基板。這些特征 通常是均勻幾何形狀的特征，或者這些特征可以是不規(guī)則形狀或者隨 機(jī)形狀，或者形狀一致但隨機(jī)取向，這些特征可以從表面凸起或者是 表面內(nèi)的凹陷 可以選擇性地在每個(gè)特征的部分表面上沉積材料層， 或者從每個(gè)特征的部分表面選擇性地移除材料層，從而形成表面陣列。度:射的光。；基板本身可以是剛性的或撓性的、l坦的k者彎"的。 特征在基板表面上可以是非連續(xù)的，這減小或消除了反射圖像光中的 可感覺(jué)到的線。在其它實(shí)施例中，投影屏幕可以提供環(huán)境光反射或吸收，而不增 強(qiáng)朝向觀察者的反射。也就是說(shuō)，非吸收部分可以是基板的沒(méi)有附加 涂層或沉積的正常表面。在其它實(shí)施例中，投影屏幕可提供有角度的 表面以將投影儀光反射朝向觀察者，而不增強(qiáng)環(huán)境光的吸收或反射以 減小從屏幕到觀察者的環(huán)境光反射。然而，為了最大化感覺(jué)到的對(duì)比 率，屏幕的面向投影光的表面特征部分是反射的，其中該投影光期望被反射到觀察者；而通常面向來(lái)自投影光以外的方向的環(huán)境光的其余 部分是吸收的，無(wú)論該環(huán)境光是來(lái)自屏幕的側(cè)部還是來(lái)自屏幕的上方 或者下方，例如來(lái)自窗戶(hù)、天窗、門(mén)等。特征的幾何以及材料沉積角度可以根據(jù)應(yīng)用細(xì)節(jié)例如環(huán)境光、屏 幕以及投影儀位置而改變。 一種特定幾何包括凹陷和凸起的陣列。特 征可以通過(guò)壓印或者通過(guò)其它技術(shù)形成。在一個(gè)實(shí)施例中，特征上的 反射率圖案可以形成微反射器陣列。 一般而言，特征表面的反射部分 將被投影儀照射。如果來(lái)自投影儀的光不照射表面的特定部分，則該 特定部分配置成是光吸收的。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，屏幕基板是由光吸收材料形成，反射層 選擇性地沉積在面向投影儀的表面特征的部分上。在另一實(shí)施例中，屏幕基板是由光反射材料形成，光吸收材料層 選擇性地沉積在將面向環(huán)境光源的表面特征的部分上。備選地來(lái)說(shuō)， 光吸收材料層選擇性地沉積在不面向投影儀的表面特征的那些部分 上。在另一實(shí)施例中，光吸收材料層選擇性地沉積在將面向環(huán)境光源的屏幕基板的表面特征的部分上，且反射層選擇性地沉積在面向投影 儀的表面特征的部分上。在另一實(shí)施例中，例如光吸收或者光反射層的表面層選擇性地被 移除，以分別露出基板或下層的光反射部分，或者露出基板或下層的 光吸收部分。在另一實(shí)施例中，在真空中以掠射角在由光吸收材料形成的基板 上沉積金屬，以在每個(gè)特征表面的限定部分上形成反射表面。對(duì)于給 定沉積角度，每個(gè)特征幾何遮擋部分特征表面不進(jìn)行沉積，使得受遮擋部分是光吸收的。反射面積與吸收面積的比例可以為約20/80、約 40/60、約50/50、約60/40或者約80/20，取決于具體表面幾何特征。 例如，當(dāng)表面特征隨機(jī)間隔但具有與表面特征的平均高度近似相同的 平均空間分布時(shí)，反射面積與吸收面積的比例約為50/50。鋁或者具有高反射率系數(shù)的其它材料可用于實(shí)現(xiàn)反射率?？梢酝?過(guò)改變跨過(guò)屏幕的高度和幅度的沉積的角度來(lái)實(shí)現(xiàn)期望的反射率圖 案。這種反射表面陣列的效應(yīng)是反射來(lái)自投影儀的光，同時(shí)吸收不來(lái) 自同一角度的環(huán)境光，由此增強(qiáng)屏幕性能。具體實(shí)施例的細(xì)節(jié)予以進(jìn)一步描述，不過(guò)僅作為所主張的主題的 示例性示例。具體而言，給出了正^見(jiàn)(front view)和背視(rear view) 屏幕的示例性實(shí)施例以及某些示例性制作方法。其它實(shí)施例存在，且 所披露的具體實(shí)施例僅用于描述并使本領(lǐng)域技術(shù)人員知曉如何實(shí)踐所 主張的發(fā)明。因此，本發(fā)明的范圍僅由權(quán)利要求界定而不是由這些具 體實(shí)施例界定。正視實(shí)施例圖1A示出可用于投影系統(tǒng)的投影屏幕10的實(shí)施例，該投影系統(tǒng) 包括將投影儀光30引到屏幕上的投影儀40。屏幕10包括具有紋理化 表面14的基板12。在一個(gè)實(shí)施例中，用多個(gè)大致均勻的特征16紋理 化基板12的正向表面，特征16大致是均勻間隔開(kāi)的。特征16的幾何 是各種可能幾何的代表。特征的尺度，例如輪廓、高度以及側(cè)面傾斜 可以改變，從而實(shí)現(xiàn)表面反射率圖案以及反射面積與吸收面積的比例。 備選的特征幾何包括對(duì)稱(chēng)的、非對(duì)稱(chēng)的或者不規(guī)則形狀的，這些可以 根據(jù)應(yīng)用的要求而用于不同實(shí)施例。特征可包括凸半球或者錐部、凹 半球或者錐部、或者凸和凹錐部的組合。例如，基板12可以由黑色的光吸收材料制成，例如黑色素；涂 覆顆粒的織物例如SiC砂紙；涂覆薄膜的具有高吸收系數(shù)的吸收體， 例如碳化硅(SiC)、氮化鋁(A1N)、或者氮化鈦(TiN);調(diào)諧誘導(dǎo)吸 收體疊層(電介質(zhì)/金屬疊層，其中厚度被調(diào)諧用于高吸收)；或者具 有高吸收系數(shù)的金屬-陶瓷復(fù)合物。每個(gè)特征16具有背離投影儀40的表面區(qū)域，例如表面區(qū)域18， 以及面向投影儀的表面區(qū)域，例如表面區(qū)域20。在一個(gè)示例性實(shí)施例 中，面向投影儀的表面區(qū)域可以與基板表面的法線形成角度，例如在 約5度到約45度的角度范圍內(nèi)，盡管該角度范圍會(huì)根據(jù)各種因素而改 變，這些因素包括投影儀相對(duì)屏幕的布置以及表面特征的尺寸。面向 投影儀的區(qū)域20可以形成有例如鋁的光反射層或涂層22，從而是反射 的?？梢詡溥x地采用在基板的選定區(qū)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)光反射率的其它材料或 技術(shù)。不面向投影儀的表面部分18不反射入射光。從投影儀40入射的投影儀光30被高度反射的面向投影儀的表面 區(qū)域20反射。例如從屏幕上方或側(cè)部入射在非反射區(qū)域18上的環(huán)境 光32被表面區(qū)域18吸收與/或弱反射。由于反射層22的布置使得投 影光與環(huán)境光相比被更有效地反射，反射回到觀察者的大部分入射光 為投影光并且環(huán)境光不像傳統(tǒng)屏幕那樣影響黑色水平，因此感覺(jué)的圖 像對(duì)比度增大。背視實(shí)施例圖1B示出背投影屏幕50的一個(gè)實(shí)施例。該屏幕包括透明基板52。 基板52是由半透明或者透明材料例如丙烯酸或聚碳酸脂制成。用多個(gè) 大致均勻的特征56紋理化基板的正向表面54，特征56大致是均勻間 隔的。所示的特征的幾何代表各種可能的幾何。特征的尺度，例如輪 廓、高度以及側(cè)面傾斜可以改變，從而實(shí)現(xiàn)表面反射率圖案。備選的 幾何包括對(duì)稱(chēng)的、非對(duì)稱(chēng)的或者不規(guī)則形狀的，這些可以根據(jù)應(yīng)用的要求而用于不同實(shí)施例。每個(gè)特征56具有背離投影儀的表面區(qū)域58，以及形成角度以反射來(lái)自投影儀的光的表面區(qū)域60。形成角度的反射器表面形成有例如 鋁或受保護(hù)的銀的光反射層62，從而是反射的。不面向投影儀的表面 部分是透明的，并將環(huán)境光傳遞離開(kāi)觀察者而不反射環(huán)境光。從基板52表面51后面的圖像源40入射在屏幕上的投影光30穿過(guò)基板，被反射區(qū)域62反射朝向觀察者。沿圖IB所示方向入射在表 面54上的環(huán)境光32主要被吸收或者朝向環(huán)境光源往回反射，或者穿 過(guò)透明部分且不反射到觀察者。附加地或者作為替代地，來(lái)自環(huán)境光 的任意表面反射可以引向觀察者以外的方向，例如往回朝向環(huán)境光源。在一個(gè)實(shí)施例中，基板是透明材料且部分表面轉(zhuǎn)變?yōu)榉瓷錉顟B(tài)。 在其它實(shí)施例中，基板表面可以是光反射材料，且不面向投影儀40的 部分表面通過(guò)蝕刻或其它手段制成透明的。圖1C示出背視屏幕100的另一實(shí)施例。在該實(shí)施例中，屏幕IOO 包括透明材料的基板102，該基板102的正表面上應(yīng)用有紋理化涂層 104。涂層104可以是漫射涂層以漫射穿過(guò)該涂層的光。涂層104具有 紋理化表面，吸收元件106沿面向環(huán)境光源的方向應(yīng)用在涂層104上。 來(lái)自屏幕后面的源的圖像光穿過(guò)屏幕到達(dá)觀察者，而來(lái)自環(huán)境光源的 環(huán)境光基本上被吸收元件106吸收而不是反射朝向觀察者。圖像源可 以是例如投影儀、光匣靜態(tài)顯示器或者LCD。例如黑色素或薄膜涂覆的吸收體的各種光吸收材料可用做光吸收表面o可通過(guò)壓花將特征形成于基板內(nèi)。備選地可以使用在基板內(nèi)形成特征的其它技術(shù)。在基板內(nèi)形成特征的備選方法包括熱壓滾軋(hot stamp rolling)和微加工。正視或背視屏幕的備選實(shí)施例包括例如黑色基板上的黑色玻璃 珠、基板表面上不規(guī)則形狀的顆粒、具有恰當(dāng)編制式樣的編織材料、 具有微柱的基板、以及具有內(nèi)在表面結(jié)構(gòu)的布狀材料。在屏幕是由編 織材料制成的實(shí)施例中，除了該編織材料之外，該材料可具有或者不 具有額外特征或顆粒。編織材料可具有三維表面輪廓。增加的特征， 例如應(yīng)用到編織材料的表面的顆粒，趨于增強(qiáng)響應(yīng)的隨機(jī)性。編織材 料的線可以涂敷有反射或者吸收材料，材料的編織視為表面"特征"。 可用于制作該屏幕的另外示例性材料包括示例性厚度為約3 mil至12 mil的聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯(PP)和聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)。 對(duì)于撓性屏幕，用于基板的另外示例性材料包括PVC/織物/PVC的3 ply 材料；示例性織物為玻璃纖維布(fiberglass cloth)。該三疊層材料 的示例性厚度為8 mil至30 mil,或者10 mil到15 mil。示例性制作方法正視或背視屏幕的一種制作方法包括提供具有紋理化表面的基 板，以及通過(guò)低角度沉積來(lái)涂覆表面。該基板可具有高反射率，例如 紋理化金屬性或白色表面。這種情況下，低角度沉積可以提供低反射， 例如黑色涂料或薄膜吸收體。在備選實(shí)施例中，該基板可以是良好光 吸收體，且該低角度沉積可以是高反射沉積，例如白色涂料或者金屬 性涂層?？梢酝ㄟ^(guò)低角度地將鋁蒸鍍到紋理化表面基板上，由此制作 一個(gè)實(shí)施例的屏幕。備選地，可以采用低成本的壓花基板，作為具有 周期性、隨機(jī)或者偽隨機(jī)結(jié)構(gòu)的紋理化表面基板。初始紋理化基板的各種其它實(shí)施例包括微加工或微壓花基板；壓 花塑料、紙或布表面；或者有玻璃珠的表面。這些表面也可以包括周 期性、隨機(jī)或者偽隨機(jī)結(jié)構(gòu)。低角度沉積的各種實(shí)施例包括高真空蒸 鍍和氣相沉積。具體沉積角度取決于應(yīng)用以及基板表面的幾何。低角 度沉積角度的示例性范圍包括5度至45度的范圍，該角度是從基板的 表面測(cè)量。對(duì)于反射材料的沉積，反射表面角度可以介于投影儀光的 入射角和到觀察者的視角之間。沉積角度對(duì)于某些實(shí)施例也可以大于 45度，例如90度，取決于制作技術(shù)以及表面特征的形狀，例如包括特 征的平坦頂部。在具體實(shí)施例中，特征尺寸可以足夠大以避免衍射和干涉效應(yīng)， 且足夠小以避免對(duì)人眼的4象素紋理(pixilation)或者閃耀。 一個(gè)示 例性范圍為約75微米至150微米的寬度，以及相當(dāng)?shù)母叨龋Q于觀 看距離、投影儀位置、環(huán)境位置以及期望的環(huán)境抑制性能。另一個(gè)示 例性范圍為4微米至20微米。再一示例性特征尺寸范圍為約75微米 至500微米或者甚至更大。其它實(shí)施例可以使用更大尺度的特征，例 如當(dāng)距離屏幕的觀看距離較大時(shí)。圖2為用于投影屏幕的紋理化基板12的實(shí)施例的等角視圖?；?12的正向表面使用多個(gè)大致均勻的特征16來(lái)紋理化，特征16是大致 均勻地間隔的。特征16包括由坑或凹陷17分開(kāi)的大致凸半球表面部 分(虛線所示)。在一個(gè)實(shí)施例中，基板12是由光吸收材料形成，且 金屬在真空中以掠射角沉積到基板12,以在每個(gè)特征16的表面的限定 部分上形成反射表面。對(duì)于給定的沉積角度，每個(gè)特征16的幾何遮擋 特征表面的部分不進(jìn)行沉積，使得該部分是光吸收的。圖3為基板的實(shí)施例的掃描電子顯微鏡圖像，該基板鑲嵌有黑色不規(guī)則形狀的顆粒，鋁以與表面水平成低的掠射角沉積在該基板上。 本實(shí)施例的基板具有粗糙的隨機(jī)紋理化的表面，即粗糙表面。暗區(qū)為 基板的未被涂覆部分，亮區(qū)為基板的涂覆部分(即，涂覆有鋁)。圖4示意性示出用于以掠射角在紋理化基板10上低角度沉積材料 層的示例性氣相沉積系統(tǒng)200，例如小于基板10的大體平面的法線， 或者是在通常類(lèi)似但不限于投影儀光入射在基板表面上的角。該系統(tǒng) 包括沉積材料源210。沉積材料顆粒流被引導(dǎo)通過(guò)擋板230內(nèi)的開(kāi)口 232以朝向基板的表面，該基板被支撐使得顆粒通常以例如介于5度和 45度的低角度A入射在基板上。在一個(gè)實(shí)施例中，擋板開(kāi)口用于提供 有限角度范圍的顆粒流240以使其在某種程度上被準(zhǔn)直?？梢钥闯?， 擋板230可以確定在基板上沉積的實(shí)際角度范圍，并因此確定每個(gè)特 征表面的哪些部分涂覆有反射材料。特征表面的某些部分可以被其它 特征遮擋而不沉積。圖5和6示意性示出在紋理化基板10，上低角度沉積材料層的方 法和系統(tǒng)350的另一實(shí)施例。本實(shí)施例中的基板10'為形成于輥352 上的撓性基板?；遢伒亩瞬繋喞@圍繞巻取輥354,使得基板10'的 表面可以前進(jìn)通過(guò)沉積材料流。在涂層通過(guò)該沉積工藝已經(jīng)被應(yīng)用時(shí)， 基板輥可以被切割成合適尺寸的長(zhǎng)度/寬度用于給定屏幕應(yīng)用。系統(tǒng)350包括沉積材料的源360，該源可以是棒形式。如果待沉 積的層例如為鋁層，則源360可以是鋁棒。在該具體實(shí)施例中，系統(tǒng)350包括相對(duì)于源材料靶360動(dòng)態(tài)移動(dòng) 的擋板系統(tǒng)370。擋板系統(tǒng)370的一個(gè)實(shí)施例包括彎曲擋板部372和終 止于邊緣376的大致平面擋板部374。豎立擋板鰭部375從平面部374 向上延伸，并提供了在方位方向上對(duì)入射到基板上的沉積角度的控制。 通過(guò)將鰭置為更加靠近，方位方向被更緊地控制。接近法線方向的角 度的顆粒流穿過(guò)鰭部之間，且沖擊到鰭部上的顆粒流被阻擋?？梢赃x擇平面部374的長(zhǎng)度以定位擋板邊緣376，從而控制沉積 傾斜角(elevation angle)范圍。顆粒流在圖6中示為362且包括相 對(duì)于進(jìn)行該沉積工藝的基板的平面具有變化入射角的顆粒流362-l… 362-6。流從淺(流362-6 )變化到更直接的362-1。取決于源360和 邊緣376之間的平面部374的長(zhǎng)度， 一個(gè)或多個(gè)顆粒流可以被擋板阻 擋。在圖6的示例中，該擋板被設(shè)計(jì)并定位為允許較淺角度的流(362-5和362-6 )與基板10，相交，而擋板阻擋流362-l…362-4。擋板370可以置于快門(mén)設(shè)備上以沿軸378移動(dòng)擋板，從而改變相 對(duì)于靜止沉積源360的位置。因此，這種技術(shù)可以改變沉積入射角度。耙360上的源材料按照真空沉積、氣相沉積或?yàn)R射領(lǐng)域中公知的 方式在真空中被濺射或蒸鍍。源材料流362線性地行進(jìn)，直到被擋板 結(jié)構(gòu)375和376阻礙或者以掠射角觸及基板上的特征。可以看出，沒(méi) 有源材料將以大于從源靶到擋板邊緣376的路徑的角度觸及基板特征。 垂直鰭的幾何和布置將決定源材料沉積在特征表面的不同部分上的角 度。在基板滾動(dòng)經(jīng)過(guò)擋板時(shí)，通過(guò)改變擋板相對(duì)于源材料靶的位置， 可以按照與從投影儀入射到屏幕上的光的角度相對(duì)應(yīng)的方式，從屏幕 的底部到頂部改變?cè)摮练e角度。將特征表面的選定區(qū)域從吸收轉(zhuǎn)變?yōu)榉瓷涞膫溥x方法包括下述。 基板的所有特征可以全部涂覆有光吸收或者光反射光敏材料，例如鹵 化銀乳劑。隨后，屏幕表面暴露于將光敏材料永久轉(zhuǎn)變?yōu)橄喾礌顟B(tài)的 點(diǎn)輻射源即徑向膝光，線輻射源即線性膝光，或者輻射掃描束。備選 地，涂覆材料可以是熱敏的。將表面特征從光吸收轉(zhuǎn)變到光反射的附 加方法是通過(guò)使用掠射角的噴射材料。這可以通過(guò)掃描方式來(lái)達(dá)成。 一種附加方法是通過(guò)機(jī)械方法將特征表面從光吸收轉(zhuǎn)變?yōu)楣夥瓷?。這 些機(jī)械方法包括消融和切割。表面改造的附加方法包括化學(xué)方法，例 如蝕刻、電化學(xué)、光化學(xué)或者靜電方法。另一種方法是使用光敏吸收 材料涂覆基板，并以掠射角暴露該光敏吸收材料，使得露出表面變?yōu)?反射的以在露出表面上形成該組反射區(qū)域。備選地，該基板可涂覆有 光敏反射材料，且該光敏反射材料以掠射角被暴露，使得露出表面變 暗以在露出表面上形成該組吸收區(qū)域。另一種方法包括使用電子照相 工藝、電化學(xué)工藝或者二者的組合在光吸收基板的特定表面上沉積光 反射材料，其中指向第一組角度的該特定表面面向源圖像光，由此形 成該組反射區(qū)域。備選地， 一種方法包括使用電子照相工藝、電化學(xué) 工藝或者二者的組合在光反射基板的特定表面上沉積光吸收材料，該 特定表面不指向笫一組角度，由此形成該組吸收區(qū)域。該屏幕可以用于非可見(jiàn)投影儀光與/或非可見(jiàn)環(huán)境光，而不是可見(jiàn) 光或者包括可見(jiàn)光。例如，某些應(yīng)用可以被設(shè)計(jì)用于增強(qiáng)屏幕對(duì)于紫 外光或紅外光的對(duì)比度。圖7示意性示出在具有特征的基板410的露出表面上噴射吸收或 反射元件420的方法。噴射噴嘴402連接到涂料貯存器404，且布置為 以低角度將涂料流體或顆粒噴射到基板上。噴射噴嘴可以是角度噴嘴 用以低角度發(fā)射流體或顆粒。噴射噴嘴可以在流體壓力下工作，這僅 僅是示例性的。其它實(shí)施例可以使用其它機(jī)構(gòu)來(lái)噴出涂覆材料?；?410可以沿圖7所示方向移動(dòng)經(jīng)過(guò)噴射噴嘴，且可以是板或輥形式。圖8示出屏幕基板430的另一實(shí)施例，其中第一層光吸收材料440 選擇性地沉積在將朝向環(huán)境光源的屏幕基板的表面特征432的部分上， 第二層反射材料442選擇性地沉積在面向投影儀的表面特征的部分上。 第一和第二層的布置順序可以相反，使得先沉積反射材料并接著沉積 光吸收材料。環(huán)境光排斥投影屏幕實(shí)施例圖9為示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的環(huán)境光排斥投影屏幕500的 一部分的正視圖。圖10的圖示說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的圖9所示 的投影屏幕部分500的側(cè)視圖。屏幕部分500配置成從面向投影儀方 向接收投影儀光，并將接收的投影儀光反射朝向觀察者，同時(shí)吸收或 者引導(dǎo)入射在屏幕上的環(huán)境光遠(yuǎn)離觀察者。屏幕部分500包括基板 502,該基板包括多個(gè)特征504和多個(gè)凹陷或腔506。每個(gè)特征504包 括朝面向投影儀方向取向的反射表面508。每個(gè)反射表面508在第一方 向(即，在水平X軸)上彎曲，如510所示，以提供期望的水平視角。 每個(gè)反射表面508沿第二方向(即，沿垂直Y軸)彎曲，如512所示， 以提供期望的垂直視角。在圖9所示的實(shí)施例中，每個(gè)特征504為具 有基底514和反射表面508的拱形或弓形錐部。反射表面508從基底 514延伸到錐部的端頭516。在一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)特征504的基底514 是取向?yàn)榇笾律洗怪庇谕队捌聊黄矫?即，圖9中的紙面)的吸收表 面。在所示實(shí)施例中，多個(gè)特征504和多個(gè)凹陷506均勻地二維布置 遍布基板502的表面。多個(gè)特征504在基板502的表面上不是連續(xù)的， 通過(guò)多個(gè)凹陷506相互分離。在一個(gè)實(shí)施例中，凹陷506為吸收凹陷， 且每個(gè)凹陷506包括多個(gè)光吸收表面518。在圖9和10所示的實(shí)施例 中，每個(gè)凹陷506包括三個(gè)光吸收表面518，且每個(gè)吸收凹陷506通常 為錐體形狀。在所示實(shí)施例中，每個(gè)光吸收表面518是平坦的或者大致上平坦的，且通常為三角形形狀。在所示實(shí)施例中，特征504和凹 陷506分別布置在六角格柵上以最小化莫爾(Moir6 )效應(yīng)。在一個(gè)實(shí)施例中，基板502為被壓花以形成特征504和凹陷506 的光吸收塑料膜(例如聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯(PP)和聚對(duì)苯二甲 酸乙二醇酯(PET))，且反射表面508是通過(guò)以掠射角將光反射材料(例 如鋁)沉積在基板502上來(lái)形成。對(duì)于圖9所示實(shí)施例，光反射材料 沿Y方向以掠射角來(lái)沉積。在沉積時(shí)，凹陷506凈皮特征504遮擋，使 得反射材料不沉積在凹陷506內(nèi)或者特征504的基底514上，且凹陷 506和基底514仍為光吸收的。在特定實(shí)施例中，特征504的尺寸足夠大以避免衍射和干涉效應(yīng)， 且足夠小以避免對(duì)人眼的像素紋理或者閃耀。在一個(gè)實(shí)施例中，特征 504足夠小，使得投影屏幕看上去不呈粒狀。特征504的恰當(dāng)尺寸可以 根據(jù)具體投影儀系統(tǒng)實(shí)施，包括屏幕尺寸、觀看距離、投影儀位置和 環(huán)境位置，來(lái)改變。在一個(gè)實(shí)施例中，特征504的平均特征長(zhǎng)度和寬 度為約75微米至500微米。再一示例性特征尺寸范圍為約25微米至 500微米或者甚至更大。在會(huì)議室配置中，200-300微米或更小的特征 尺寸是可接受的。對(duì)于更大的屏幕，更大的特征是可接受的。圖11的圖示說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的具有類(lèi)似圖9和10所 示的基板特征的投影屏幕600。投影屏幕600配置成用于包括投影儀 40的投影系統(tǒng)，該投影儀40將投影儀光30射到屏幕600上。在一個(gè) 實(shí)施例中，投影屏幕600包括跨過(guò)投影屏幕600的整個(gè)前表面的圖9 和10所示特征504和凹陷506的相同的圖案。圖11中放大示出一個(gè) 特征504以說(shuō)明根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的表面圖案的取向。從投影儀40入射的投影儀光30被特征504的彎曲反射表面508 (圖9和10)反射。反射光36被從屏幕600向外朝向觀察者引導(dǎo)。入 射在特征504的吸收凹陷506或吸收基底514上的環(huán)境光32 (例如來(lái) 自屏幕600上方或側(cè)部的環(huán)境光)被吸收凹陷506或吸收基底514吸 收與/或弱反射。由于特征504和凹陷506的設(shè)計(jì)使得投影光與環(huán)境光 相比被更有效地反射，反射回到觀察者的大部分入射光為投影光且環(huán) 境光不像傳統(tǒng)屏幕那樣影響黑色水平，因此感覺(jué)到的圖像對(duì)比度增大。屏幕600具有關(guān)聯(lián)的水平視角602 (在X-Z平面)和垂直視角604 (在Y-Z平面)。根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的視角定義為亮度或?qū)Ρ榷认陆档阶畲笾档?0%以下的角度。視角602和604定義屏幕600的觀察 錐。通過(guò)沿水平軸(即X軸)和垂直軸(即Y軸)恰當(dāng)?shù)剡x擇特征504 和凹陷506的表面的幾何，則可以獨(dú)立地調(diào)諧水平和垂直視角602、 604，以及屏幕600的整體亮度。在一個(gè)實(shí)施例中，投影屏幕600的特 征504和凹陷506設(shè)計(jì)成最大化從表面反射的環(huán)境光和投影光的對(duì)比 率。通過(guò)調(diào)諧觀察錐，可以操控光的去向，獲得更亮的屏幕。通過(guò)控 制屏幕600的表面的幾何，可以保證具有已知性能的可靠的亮屏幕。如圖9和10所示，特征504的光反射表面508如箭頭510所示沿 水平軸(即X軸)以及如箭頭512所示沿垂直軸(即Y軸)彎曲。沿水平和垂直軸的彎曲程度由期望的觀察錐的形狀決定。在垂直軸上的 表面508的傾斜由投影儀40相對(duì)于屏幕600的位置決定，在一個(gè)實(shí)施 例中，定義凹陷506的光吸收表面518通常是陡峭的(例如，接近垂 直于屏幕600的平面)，以防止從這些表面反射的光到達(dá)觀察者。特征504的形狀將^f艮據(jù)屏幕600被設(shè)計(jì)的具體應(yīng)用而改變。例如， 對(duì)于設(shè)計(jì)用于短距(short throw)投影儀(例如，投影儀布置在屏幕 600底部下方約1至2英尺且在屏幕后方約l2至14英寸)的屏幕600, 反射表面508將向下取向以面對(duì)投影儀，且表面508沿垂直軸的傾斜 較大。對(duì)于設(shè)計(jì)用于桌面投影儀(例如，投影儀甚至與屏幕600底部 布置在桌上且在屏幕后方約6至10英尺)的屏幕600，反射表面508 將向下取向以面對(duì)投影儀，且表面508沿垂直軸的傾斜較小(即，與 設(shè)計(jì)用于短距投影儀的屏幕相比，表面508沿垂直軸更為平坦)。對(duì)于 設(shè)計(jì)用于頂棚安裝投影儀(例如，投影儀布置在屏幕600上方且在屏 幕后方約6至8英尺)的屏幕600，反射表面508將向上取向以面對(duì)投 影儀，且表面508沿垂直軸的傾斜較小(即，與設(shè)計(jì)用于短距投影儀 的屏幕相比，表面508沿垂直軸更為平坦)。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的投影屏幕600具有出色的環(huán)境光抑制、寬視角、 且制造成本較低。在本發(fā)明的一個(gè)形式中，不同于某些現(xiàn)有的環(huán)境光 抑制屏幕，投影屏幕600與短距投影儀兼容。本發(fā)明的實(shí)施例提供了 較現(xiàn)有投影屏幕的改善?，F(xiàn)有方法的一個(gè)示例為包括條紋表面幾何的 投影屏幕，該條紋表面幾何反射條紋下表面上的光并吸收入射在條紋 上側(cè)的光。這種條紋表面幾何導(dǎo)致非常有限的觀察錐，因?yàn)槊總€(gè)面是 平坦的，不像本發(fā)明實(shí)施例中使用的彎曲反射表面。此外，使用這種現(xiàn)有的設(shè)計(jì)，沒(méi)有試圖操控沿水平軸的光?，F(xiàn)有方法的第二個(gè)示例為 具有由單獨(dú)取向反射鏡的陣列組成的表面幾何的投影屏幕。這種現(xiàn)有 方法存在配置不靈活的問(wèn)題，且這些屏幕難以制造。現(xiàn)有方法的第三 個(gè)示例為使用反射背景上的透鏡陣列將投影光往回導(dǎo)向觀察者的投影 屏幕。這些屏幕具有極為有限的觀察錐，趨于較為昂貴，且不適于短 距投影系統(tǒng)。圖12的流程圖說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的投影屏幕600的形成 方法700。在702，多個(gè)特征504形成于吸收基板502上(圖9和10)。 在一個(gè)實(shí)施例中，在702形成的每個(gè)特征504包括在笫一方向510上 彎曲以提供期望的水平視角602和在第二方向512上彎曲以提供期望 的垂直—見(jiàn)角604的第一表面508。在704,多個(gè)吸收凹陷506形成于基 板502內(nèi)并置于多個(gè)特征504之間。在706,在每個(gè)特征504的笫一表 面508上沉積反射材料。圖13的流程圖說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的使用投影屏幕600接 收來(lái)自圖像源40的圖像光30的方法800。在802，提供具有多個(gè)特征 504的基板502。每個(gè)特征504包括反射表面508。每個(gè)反射表面508 在第一方向510上彎曲以提供期望的水平視角602并在第二方向512 上彎曲以提供期望的垂直視角604。在804，將圖像源40布置在與反 射表面508的形狀及取向相對(duì)應(yīng)的位置。在806，將圖像光從圖像源引 到特征504的反射表面508上。前文已經(jīng)描述和示出具體實(shí)施例，不過(guò)本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不 背離本發(fā)明主題的范圍和精神的情況下進(jìn)行各種調(diào)整和改變。
權(quán)利要求
1.一種用于從面向投影儀方向接收投影儀光(30)的投影屏幕(600)，所述屏幕包括具有多個(gè)特征(504)的基板(502)，每個(gè)特征包括朝面向投影儀方向取向的反射表面(504)，每個(gè)反射表面在第一方向(510)上彎曲以提供期望的水平視角且在第二方向(512)上彎曲以提供期望的垂直視角。
2. 如權(quán)利要求1所述的投影屏幕，其中每個(gè)特征為具有基底(514 ) 和所述反射表面的拱形錐部，且其中所述反射表面從所述基底延伸到 所述錐部的端頭(516)。
3. 如權(quán)利要求1所述的投影屏幕，其中每個(gè)特征的所述基底是取 向?yàn)榇笾律洗怪庇谒鐾队捌聊坏钠矫娴奈毡砻妗?br> 4. 如權(quán)利要求1所述的投影屏幕，還包括形成于所述基板內(nèi)的多 個(gè)吸收凹陷(506 )。
5. 如權(quán)利要求4所述的投影屏幕，其中每個(gè)吸收凹陷包括多個(gè)光 吸收表面(518)，且其中所述多個(gè)特征通過(guò)所述多個(gè)吸收凹陷相互分 離，且其中所述多個(gè)特征和所述多個(gè)凹陷遍布所述基板的表面均勻地 二維布置。
6. 如權(quán)利要求5所述的投影屏幕，其中每個(gè)吸收凹陷大致為錐體 形狀。
7. 如權(quán)利要求1所述的投影屏幕，其中所述多個(gè)特征形成于六角 格柵上。
8. 如權(quán)利要求1所述的投影屏幕，其中所述基板由光吸收材料制 成，且所述反射表面通過(guò)以掠射角在所述基板上沉積光反射材料來(lái)形 成。
9. 如權(quán)利要求1所述的投影屏幕，其中所述多個(gè)特征具有約75 微米至500微米的平均特征長(zhǎng)度和寬度。
10. —種形成投影屏幕(600 )的方法，包括 在吸收基板(502 )上形成多個(gè)特征(504 )，每個(gè)特征包括在第一方向(510)上彎曲以提供期望的水平視角和在第二方向(512)上彎 曲以提供期望的垂直視角的第一表面(504 );在所述基板內(nèi)形成置于所述多個(gè)特征之間的多個(gè)吸收凹陷(506 );以及在每個(gè)特征的所述第一表面上沉積反射材料(706 )。
全文摘要
一種用于從面向投影儀方向接收投影儀光(30)的投影屏幕(600)，包括具有多個(gè)特征(504)的基板(502)。每個(gè)特征包括朝面向投影儀方向取向的反射表面(504)。每個(gè)反射表面在第一方向(510)上彎曲以提供期望的水平視角，且在第二方向(512)上彎曲以提供期望的垂直視角。
文檔編號(hào)G03B21/00GK101405652SQ200780009829
公開(kāi)日2009年4月8日 申請(qǐng)日期2007年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月20日
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