CN101452197A - 图像荧幕 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种图像荧幕，其包括透明基板、金属膜以及光学反射叠层。金属膜是在透明基板的第一面上，有预定的厚度。光学反射叠层是在金属膜上方。金属膜与光学反射叠层一起作用产生对一部分波长的光选择性地反射。另外，在透明基板的第二面上，依需要也可以再设置扩散微结构层。又例如，另一反射层或是光吸收膜可以还设置在光学反射叠层的另一面。反射层例如是金属膜。

Description

图像荧幕

技术领域

本发明涉及一种图像荧幕，具有高对比效果以及调整出射的视角区域形状的特性。

背景技术

近年来投影机广泛应用于会议、教育及娱乐等方面，其中荧幕的性能在图像品质上扮演着关键角色，由于亮度及对比的关系，往往必须要降低荧幕周围环境的亮度才能看到清晰及色彩鲜艳的图像。

传统的荧幕例如美国专利申请公开文件U.S.2006/0103929，提出由多个介电层所组成的叠层，通过高折射系数与低折射系数的交替叠置，以达到将具有特定波长的一部分光反射。图1绘示传统的图像荧幕。参阅图1，荧幕10有一透明基板11。在透明基板11的两面设置有光学膜层12。光学膜层12是由多个高折射系数介电层12H与低折射系数介电层12L交替叠置所成。光学膜层12会将一些波长的光反射。

另外还在一边设置有光吸收层14吸收其它未被反射部分的光，以及另一边设置有光扩散层13。由显示器产生的图像光，从光扩散层13被投射到荧幕10，光学膜层12会将一部分波长的光反射。最后剩余的光被光吸收层14吸收。

在前述的传统荧幕，在基板11两侧分别镀制相同的对称膜层12，每边的膜层12都会反射红、绿、蓝光的波长，但反射率不高。两边相同的对称叠层膜可加强其反射率。因高低(H、L)两种折射系数的材料均为介电质材料，其厚度很大，会有附着性不佳的问题，且膜层12容易破裂而因此无法应用于可挠式基板。

业者仍继续研发图像荧幕的其他设计，以提升效能。

发明内容

本发明提供一种图像荧幕，包括透明基板、金属膜以及光学反射叠层。金属膜是在透明基板的第一面上，有预定的厚度。光学反射叠层是在金属膜上方。金属膜与光学反射叠层一起作用而选择性地反射一部分波长的光。

本发明又提供一种图像荧幕，包括透明基板以及光学反射滤波叠层。光学反射滤波叠层在该透明基板的第一面上，其中光学反射滤波叠层包含至少一金属膜，该光学反射滤波叠层选择性地反射一部分波长的光。

本发明又提供一种图像荧幕，包括透明基板、光学反射滤波叠层以及扩散微结构层。光学反射滤波叠层，在透明基板的第一面上，其中光学反射滤波叠层选择性地反射一部分波长的光。扩散微结构层，在透明基板的第二面上，使由光学反射滤波叠层反射出的光以一视角区域射出，其中扩散微结构层的微结构形状使其视角区域的水平宽度大于垂直宽度。

为让本发明能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图示，作详细说明如下。

附图说明

图1绘示传统的图像荧幕。

图2绘示依据本发明实施例，图像荧幕的剖面示意图。

图3绘示依据本发明实施例，由荧幕反射出的图像光示意图。

图4绘示依据本发明实施例，当金属膜的厚度太薄时，由荧幕反射出的图像光示意图。

图5绘示依据本发明实施例，当金属膜的厚度太厚时，由荧幕反射出的图像光示意图。

图6绘示依据本发明实施例，图像影幕的结构透视示意图。

图7绘示依据本发明实施例，视角范围的示意图。

附图标记说明

10：荧幕                   11：透明基板

12：光学膜层               13：光扩散层

14：光吸收层               100：基板

102：光学反射滤波叠层      102a：金属膜

102b：光学反射叠层         102c：反射层

104：入射光                106：反射图像光

108：微结构层              110：光出射区域

具体实施方式

一般要增加荧幕对比的方法主要有包括采用遮蔽外来光源或是吸收部分光谱。本发明例如采用镀膜方式吸收外界环境光的光谱以增加投影荧幕的图像对比。如此，在较亮的环境下或较低的投影亮度下依然有清晰及色彩鲜艳的图像。

本发明通过薄膜理论重新设计达到例如将红、绿、蓝三原色的反射叠层，其中至少一部分的介电层可以由至少一金属膜取代。金属膜对于也是电磁波的光，如果厚度适当，配合消光系数(extinction coefficient，k)以及折射系数(Index of Refraction，n)等的物质特性常数的选择，其仍具有介电膜层的功能。以下举一些实施例作为本发明的描述，但是本发明不限于所举实施例。另外，所举的实施例也可以做适当部分的组合，而不限制于个别的实施例。

图2绘示依据本发明实施例，图像荧幕的剖面示意图。参阅图2，图像荧幕包含有透明基板100。透明基板100可以是可挠的材料，例如塑料等，其可以不局限在平面的显示。然而，透明基板100也可以是硬式的材料，例如玻璃等。

接着光学反射滤波叠层102被设置在基板100的一面上。光学反射滤波叠层102例如包含有至少一金属膜102a以及光学反射叠层102b。光学反射滤波叠层102还可以例如包含反射层102c或是光吸收层102c。

金属膜102a例如是在基板100的一面上，有预定的厚度。金属膜102a除了与光学反射叠层102b一起作用而具有光反射，吸收与滤波的功能外，金属膜102a也可提供基板100与光学反射叠层102b之间的附着性。由于光学反射叠层102b一般是使用介电材料，其与基板100的附着性较弱，通过金属膜102a增强附着性，也因此还适合于可挠曲材料的基板。

光学反射叠层102b例如是在金属膜102a上方。金属膜102a与光学反射叠层102b一起作用，产生选择性地反射一部分波长的光，例如反射红、绿或蓝光而吸收其他波长的光。

在此，金属膜102a介于基板100与光学反射叠层102b之间可以增加附着性。然而，此方式不是唯一的方式。一般而言，光学反射滤波叠层102包含至少一金属膜，但是其在叠层结构中的位置不必限定。

入射光104从基板100入射，一部分波长的光被光学反射滤波叠层102反射出，成为反射图像光106。光学反射滤波叠层102将其他波长的光吸收，因此也具有滤波的功能，例如使红、绿或蓝光更纯净的反射，以提升图像对比。

就光学反射滤波叠层102的材料而言，光学反射叠层102b例如包括多个介电叠层，具有高折射系数与低折射系数，交替叠置。介电叠层的材料例如包括Ta₂O₅、TiO₂、Nb₂O₅、Al₂O₃、MgF₂或SiO₂。介电叠层的折射系数实质上介于1.35与2.45之间。金属膜102a的材料例如包括Ag、Al、Au、Cr、Ir、Ni、Pt、Re、Ta、Ti、或W。另外叠层的厚度例如实质上每一层约在2.5nm～200nm的范围。膜层的形成方法例如是蒸镀方式。

以下描述本发明的金属膜的光学机制。图像一般是由红绿蓝的三原色所组成，分别有其反射率。然而，由荧幕反射出来的图像光会带有一些程度的环境背景光信号。

本发明例如通过金属膜配合介电叠层的厚度调整，可以将环境光有效减低。图3绘示依据本发明实施例，由荧幕反射出的图像光示意图。参阅图3，纵轴是反射率R、横轴是光波长，此反射图像光106，有较纯的红、绿、蓝光，而环境的背景光信号可以有效被减低，因此图像的对比可以被提升。

金属膜的厚度需要设计在适当的厚度。如果金属膜的厚度小，则反射光的选择效率会降低。图4绘示依据本发明实施例，当金属膜的厚度太薄时，由荧幕反射出的图像光示意图。参阅图4，虽然红、蓝、绿的光会有效被反射，然而背景光信号很大，因此对比度仍显不足。图5绘示依据本发明实施例，当金属膜的厚度太厚时，由荧幕反射出的图像光示意图。参阅图5，反的，当金属膜的厚度太大时，虽然可以得到更纯的红、绿、蓝光，然而反射率会太低，也不是有效的设计。换句话说，例如考量金属膜材料的消光系数(k)与折射系数(n)后，采用适当的厚度使反射光有优选的对比，并增加颜色的鲜艳度。

接着，本发明在基板100的另一面上还可以再形成一微结构层，以控制出射的视角范围。图6绘示依据本发明实施例，图像影幕的结构透视示意图。参阅图6，在基板100的另一面上设置有微结构层108，其例如直接在基板100的表面形成，或是制作好微结构层108后才设置于基板100上。微结构层108可包括多个微结构，有设计的形状。当入射光104入射时，图像通过微结构层108的作用，有一视角范围，因此在荧幕前的观众可以在不同视角观看荧幕上的图像。

本发明的微结构层108的作用包括控制视角范围使光出射区域110的水平宽度大于垂直宽度。如此的设计是基于实际使用的考量。一般观看者会大致上分布在相同水平高度的位置上，故需要较大的水平视角范围，而较不需要大的垂直视角范围。因此，本发明可将出射光更集中进而提高显示的光强度。

图7绘示依据本发明实施例，视角范围的示意图。参阅图7，视角定义为观视荧幕的角度，以正视荧幕的方向的视角为零度作为参考。通过微结构的设计，水平方向的水平视角可以控制在例如正负30度视角的扩散范围，以利多个使用者观看。在同时，由于使用者的位置，在高低上不会有太大的分布，因此垂直方向的垂直视角可以控制在例如正负15度视角的扩散范围。如此可以较为集中光的强度。换句话说，本发明实施例利用微结构，使光出射区域110的水平宽度大于垂直宽度。

一般而言，依照一实施例的图像荧幕，光学反射叠层例如可以包括多个介电叠层，具有高折射系数与低折射系数，交替叠置。

依照一实施例的图像荧幕，介电叠层的材料例如包括Ta₂O₅、TiO₂、Nb₂O₅、Al₂O₃、MgF₂或SiO₂。又例如，介电叠层的折射系数实质上介于1.35与2.45之间。

依照一实施例的图像荧幕，金属膜的考量参数例如包括预定的厚度、消光系数(k)以及折射系数(n)。

依照一实施例的图像荧幕，例如被选择性地反射的波长包含红光、绿光、蓝光的波长区段。

依照一实施例的图像荧幕，例如金属膜与该光学反射叠层一起作用，对一环境光选择性地吸收。

依照一实施例的图像荧幕，荧幕还例如包括反射层，在该光学反射叠层的一边，与该透明基板相对。

依照一实施例的图像荧幕，荧幕例如还包括光吸收层，在该光学反射叠层的一边，与该透明基板相对。

依照一实施例的图像荧幕，金属膜的材料例如包括Ag、Al、Au、Cr、Ir、Ni、Pt、Re、Ta、Ti、或W。

依照一实施例的图像荧幕，荧幕例如还包括扩散微结构层，在该透明基板的第二面上，与该金属膜相对。

依照一实施例的图像荧幕，例如使反射的图像光的视角区域有水平宽度大于垂直宽度。

本发明所举多个实施例，是可以相互做适当组合，以达到所要的产品，无需限制在单一的实施例。

本发明实施例以超薄金属膜充当软性基板与后续光学叠层膜之间的结合层，以增加附着性，并同时显现后续光学叠层膜的光学性质。

介电质材料叠层膜之后，例如还可设置高反射金属膜或是光吸收膜，全部的叠层膜可以镀制在基板的同一侧，因而大幅缩短工艺时间。

金属膜可以大幅减少荧幕的介电质层数及整个叠层膜的应力，增加了叠层膜的弹性及可挠性。也因此，叠层膜可镀制于可挠式基板。

另外、基板另外一侧可依不同用途做各种表面微结构处理，以控制荧幕视角。

使用时，因叠层膜制作于基板的背面，所以较不受外界影响，例如可经常清洁擦拭，而不会造成刮伤或脱落。

本发明至少包括上述的特点，但是不仅限于所举的特点。

虽然本发明已以实施例披露如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求所界定者为准。

Claims (21)

1.一种图像荧幕，包括：

透明基板；

金属膜，在该透明基板的第一面上；以及

光学反射叠层，在该金属膜上方，

其中该金属膜与该光学反射叠层一起作用，产生对一部分波长的光选择性地反射。

2.如权利要求1所述的图像荧幕，其中该光学反射叠层包括多个介电叠层，具有高折射系数与低折射系数，交替叠置。

3.如权利要求2所述的图像荧幕，其中这些介电叠层的材料包括Ta₂O₅、TiO₂、Nb₂O₅、Al₂O₃、MgF₂或SiO₂。

4.如权利要求2所述的图像荧幕，其中这些介电叠层的折射系数实质上介于1.35与2.45之间。

5.如权利要求1所述的图像荧幕，其中该金属膜与该光学反射叠层一起作用，对一部份波长的光选择性地吸收。

6.如权利要求1所述的图像荧幕，其中被选择性地反射的该部分波长的光包含红、绿或蓝的光。

7.如权利要求6所述的图像荧幕，其中该金属膜与该光学反射叠层一起作用，对红、绿或蓝以外波长的光吸收。

8.如权利要求1所述的图像荧幕，还包括反射层，在该光学反射叠层的一边，与该透明基板相对。

9.如权利要求1所述的图像荧幕，还包括光吸收层，在该光学反射叠层的一边，与该透明基板相对。

10.如权利要求1所述的图像荧幕，其中该金属膜的材料包括Ag、Al、Au、Cr、Ir、Ni、Pt、Re、Ta、Ti、或W。

11.如权利要求1所述的图像荧幕，还包括扩散微结构层，在该透明基板的第二面上，与该金属膜相对。

12.一种图像荧幕，包括：

透明基板；以及

光学反射滤波叠层，在该透明基板的第一面上，其中该光学反射滤波叠层包含至少一金属膜，该光学反射滤波叠层对一部分波长的光选择性地反射。

13.如权利要求12所述的图像荧幕，其中该光学反射滤波叠层吸收至少一部分不被反射的光。

14.如权利要求12所述的图像荧幕，其中被选择性地反射的该部分波长的光包含红、绿或蓝的光。

15.如权利要求12所述的图像荧幕，其中该光学反射滤波叠层还包括叠置的多个介电层，包含有多种折射系数。

16.如权利要求15所述的图像荧幕，其中这些折射系数实质上介于1.35与2.45之间。

17.一种图像荧幕，包括：

透明基板；

光学反射滤波叠层，在该透明基板的第一面上，其中该光学反射滤波叠层对一部分波长的光选择性地反射；以及

扩散微结构层，在该透明基板的第二面上，使由该光学反射滤波叠层反射出的光以一视角区域射出，其中该扩散微结构层的一微结构形状使该视角区域的水平宽度大于垂直宽度。

18.如权利要求17所述的图像荧幕，其中该光学反射滤波叠层包含至少一金属膜。

19.如权利要求18所述的图像荧幕，其中该光学反射滤波叠层还包括叠置的多个介电层，包含有多种折射系数。

20.如权利要求19所述的图像荧幕，其中这些折射系数实质上介于1.35与2.45之间。

21.如权利要求17所述的图像荧幕，其中被选择性地反射的该部分波长的光包含红、绿或蓝的光。

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