CN1196973C - 利用双折射光学膜作不对称光散射的背投屏 - Google Patents

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Abstract

一种背投屏组件的色散元件，它对通过该元件的光的偏振很敏感。具体而言，该元件对具有第一偏振的光和对具有第二偏振的光的色散作用不一，其中第二偏振与第一偏振正交。色散元件对准的偏振轴，可以既不平行于也不垂直于光通过该元件的偏振。色散元件还可配用偏振器来除去不希望有的通过该色散元件的传播的光。色散元件还可相对于偏振光源可旋转地安装，以改变该元件的偏振轴与光偏振方向的夹角。

Description

利用双折射光学膜作不对称光散射的背投屏
                           背景
本发明一般涉及透射屏，尤其涉及适用于背投系统的透射屏。
背投屏通常设计成把投射到屏背面的图像发射入观看空间。投射系统的观看空间可能相当大(如背投电视)，或相当小(如背投数据监视器)。背投屏的性能可以用各种屏特性描述。用来描述屏性能的屏特性一般包括增益、视角、分辨率、对比度、存在不希望有的人为现象如变色与斑点等。通常希望背投屏具有高分辨率、高对比度和大增益，还希望该屏在大的观看空间中传播光。不幸得很，正如下面更全面描述的那样，提高了一种屏特性，常常会降低一个或多个其它屏特性。例如，为了以同样的整体结构提高屏增益，就必须减小容易观看屏的视角。因此，为了制作一种对特定背投显示应用具有总体合格性能的屏，要对屏特性与性能采取某些折衷。
因此，要求屏既具有改进的总体性能，又要满足使用该屏的背投显示应用中所必需的最低性能标准。
                        发明内容
通常，本发明涉及背投屏组件的色散元件，该组件对通过该元件的光的偏振很敏感。具体而言，该元件使具有第一偏振的光色散不同于使具有第二偏振的光色散，其中第二偏振与第一偏振正交。色散元件可以对准一既不平行于也不垂直于光通过该元件偏振的偏振轴。色散元件也可利用偏振器除去不希望通过该色散元件传播的光。色散元件还可以相对偏振光源可旋转地安装，以改变元件偏振轴与光偏振方向的夹角。
在一实施例中，背投系统包括一光源，投射偏振平行于光源偏振方向的光。设置的透射屏接收来自光源的光，并且具有第一散射层，对偏振平行于第一屏偏振轴的光具有第一散射分布，对偏振平行于同第一偏振轴正交的第二屏偏振轴的光具有第二散射分布。将第一偏振轴与光源偏振方向的夹角选取成大于0°和小于90°。
在另一实施例中，背投系统有一光源，投射偏振平行于光源偏振方向的光。设置的透射屏接收来自光源的光。透射屏包括第一散射层，对偏振平行于第一屏偏振轴的光具有第一散射分布，对偏振平行于同第一偏振轴正交的第二屏偏振轴的光具有第二散射分布。透射屏还包括一偏振层，取向成发射平行于光源偏振方向偏振的光，而阻止透射垂直于光源偏振方向偏振的光。
在再一实施例中，显示装置包括一光源，投射偏振平行于光源偏振方向的光。设置的透射屏接收来自光源的光。透射屏具有第一散射层，对偏振平行于第一屏偏振轴的光具有第一散射分布，对偏振平行于同第一散射轴正交的第二屏偏振轴的光具有第二散射分布。第一散射层在显示装置中可旋转地安装。第一散射层的旋转，改变了第一偏振轴与光源偏振方向的夹角。
在一些实施例中，光源是一种图像光源，向透射屏投射偏振光图像。
上述本发明内容并不描述每一例示的实施例或本发明的每种实施方法。下面的附图和详细描述将更具体地说明这些实施例。
                          附图简介
通过以下结合附图对本发明各种实施例的详述，可以更全面地理解本发明内容，其中：
图1示出一种背投显示器；
图2A和2B示出后投显示器具体实施例的剖视图；
图3示出光学增益与垂直和水平视角的曲线；
图4示出本发明一特定实施的偏振敏感散射光学装置；
图5A和5B示出本发明其它实施例的PSSD；
图6A示出使用本发明一实施例的PSSD的背投系统；
图6B-6D对图6A所示实施例示出屏散射轴与入射光偏振方向的不同夹角的光散射分布曲线；
图7示出的曲线表示增益与视角对PSSD与偏振光源相对取向的相依关系；
图8A和8B示出用可旋转的PSSD调整视角；
图9A和9B示出组合了其它光漫射元件的PSSD；和
图10A和10B示出使用PSSD的不同屏组件。
虽然本发明适用于各种修正和替代形式，但是其特定形式已在附图中作为实例示出并将作详细描述。但应理解，本发明并不限于描述的诸具体实施例，而是包括所有落在所附权利要求限定的本发明精神与范围内的修正、等效技术方案和替代方案。
                            详细描述
本发明一般适用于多种不同的屏组件，尤其适用于背投系统中使用的屏组件。具体而言，本发明在知道观众最有可能的位置的应用中是有利的：本发明适合把来自屏所有部分的光导向最可能的观众位置，以提高整个屏的亮度均一性。
参照图1和2描述背投显示器100。该显示器包括向屏投射偏振光的光源102，例如光源102可能是一种图像投影仪，把偏振图像投射到屏104的背面。图像由屏104发射，使位于屏104后面某一点的观众106能看到通过屏104投射的该图像。背投显示器100可以是例如一台或多台背投电视，或一台或多台背投计算机监视器，或任何其它背投显示设备，诸如Hughes-JVC有限公司出售的ILA投影技术、Texas仪表公司出售的DLP数字光处理投射系统和Silicon光机械公司出售的扫描线性光栅光阀。
根据本发明一实施例，在背投显示器100中，可以用基于液晶显示器(LCD)的图像投射光源102将图像投射到屏组件104的背面。背投显示器的大小可能不一样，有较小的数据监视器和大屏电视与电视墙。投影显示器100还可能依赖于其机壳内折迭的图像投射路径，如题为‘Projecting Images“的欧洲专利申请EP783133所描述的各种投射系统，其内容通过引用包括在此。从以下描述显然会明白，这类系统尤其得益于下述各种屏组件的应用。
现在更详细地描述各种屏特性。一个重要屏特性是增益。屏增益代表屏作为视角函数的亮度。增益通常用一理想的Lambertian反射体校正。理想Lambertian标准的增益对所有角度都定为1。屏(或屏单元)的最大增益对应于某一角度的最高增益，例如，对于通过屏的垂直于屏表面的角度发射的光，一般可观察出从法向入射角后面消失的块状漫射屏的最大增益。
另一个主要屏特征是视角。这里使用的屏视角是屏增益跌为最大增益一半处的角度。在许多场合中，视角对应于最大辉度角与发射图像辉度跌至二分之一屏最大辉度的角之差，通常对沿垂直于屏表面的方向发射的光出现最大辉度。
背投系统的具体应用场合决定着期望的视角。将光导向观众最可能所处的区域而控制屏辉度的角度相依性，通常是有利的。例如，若背投显示器是一数据监视器，观众通常集中地相对于该屏定位，离屏约1-3英尺以内。观众的眼睛可能位于垂直于屏中心的一条线上面，但观众一般不会从屏上面一二英尺的距离观看该屏。再者，出于私人或保密的原因，可能希望减少屏以例如30°的角或相对于屏法线发出的辉度，这样就减少了远离屏轴线且未获准观看屏内容的人偷看屏上信息的机会。
背投屏的另一应用场合是家用电视系统，这时通常希望控制屏辉度在大的水平角度上的角度相依关系，因为观众一般不直接位于电视屏正面的位置。另一方面，很少有人从远远高于或低于屏的位置观看电视屏，所以通常希望减小屏辉度在垂直方向的角度相依性。相应地，电视的较佳视角在垂直方向一般小于水平方向。在某些场合中，电视屏光线的垂直发散可以较佳地相对于电视屏法线下倾，这样适合例如从地板上观看电视的观众。该例中，由于观众一般不会站着观看电视，所以光线不必从电视屏向上偏移。
一个主要的屏特性是其避免不需要的变色或斑点效应的能力。在某些屏中，可在屏上看到作为不同色彩像素状光点随机图案的变色。这类变色人为现象通常由波长相依效应造成，诸如散射中不同的波长以不同方向或不同效率作散射，结果不同的色彩可能在物理上分离，并在投射屏的观众一侧看到。为了用块状漫射作减少屏上的变色现象，可以增大屏的厚度，直到观众分辨不出任何色分离。块状漫射体的厚度不一定是仅仅选择用于减小变色效应的自由变量，通常把漫射体厚度选择成优化若干不同屏特性的折衷值。
由于背投显示器应用于分辨率要求日益提高的场合中，如高清晰度电视，所以背投屏提供的分辨率正变得更重要了。屏分辨率一般被定义为在屏上投射的图像中能予以区分的最细微细节的量度。
现在研究图2A的示图，图像投影仪102产生的图像光110指向屏组件124。屏组件124一般包括若干不同的层，用于控制观众看见的图像，其中包括色散层134和提供支承的玻璃板136。色散屏134使通过屏上某一特定点的光色散或扩散成锥角，因而在屏远侧的观众能探测出来自该点的图像光。显然，色散层134通常使来自整个屏所有点的光色散，让观众可以看到图像投影仪102投射到屏组件124上的整幅图像。
这里的“色散”指利用透镜或任何其它沿一个或多个方向形成视角的方法改变图像光方向的任何过程，如散射、漫射、发散或会聚。使用该术语不一定意味着(也不排除)波长相关特性。
同轴光线束112经色散层134的色散而形成视角2θ。图像投影仪102的偏轴光线110照射屏组件124的边缘，与同轴光线112分开α角。当偏轴光线110通过色散层时，它们围绕相对于屏法线成α角的光线111色散±θ′。由于散射现象的特性取决于背投屏的其它光学特性，所以角θ′可以等于或可以不等于角θ。
另一种屏组件104示于图2B，其中来自图像投影仪102的光110在色散层114上入射之前，由菲涅耳透镜113准直。色散层114支承在支持层116上，后者可以是例如玻璃屏。此时，通过屏104边缘发射的色散光围绕垂直于屏的光线115色散。与不用任何菲涅耳透镜的屏组件124相比，屏组件104的一个优点在于，减小了屏边缘的光必须色散才能被同轴观众探测到的角度。由于色散光的强度一般随着角度增大而减小，所以观众在带菲涅耳透镜的屏组件104上看到的图像，通常比不用菲涅耳透镜的屏呈现更均匀的强度。
图3示出一例期望的电视屏增益特性。图示的两条曲线302和304使增益与视角θ相关，这种关系可对电视中使用的屏得到。较宽的曲线302表示沿水平方向作为角θ函数的增益G，换言之，曲线302描绘观众横斜地离开屏的所感到的屏的亮度。水平视角θH是水平色散光的辉度跌到二分之一最大辉度的角度。
较窄的曲线304表示作为角函数的增益相对于垂直方向观看屏的相依关系。如上所述，在电视应用中，为了避免丢失照射地面与天花板的光，一般希望以相对窄的角度范围垂直地控制屏发出的图像，这样可以增大观众感受到的屏亮度。垂直视角θV是光强为二分之一最大光强的角度，小于水平视角θH。
应该明白，在背投显示屏的若干应用中，视角不对称，换言之，垂直视角θV与水平视角θH不一样。而且，某一方向如垂直方向的视角不一定是对称的角度函数。例如，垂直方向的增益随角度增大得高于屏轴线比角度减小得低于屏轴线可以更迅速的跌落，如曲线306所示，它在θ＝0°时具有最大增益，但向下比向上散发更多的光。
本发明涉及利用偏振敏感的光色散光学装置在水平和垂直方向产生不同的视角。根据入射光的偏振，偏振敏感光色散光学装置以更多或更少的量对发射光作散射或漫射。水平与垂直方向的视角可以相同或不同。
这类光学装置的一个特定实施例示于图4。光学装置400包括一种例如由聚合的形成的连续材料相402，它含有埋在里面的另一种材料的分立实体404。实体404可以用不同于连续相402的某一聚合物的色散相形成，也可用折射率与该连续相折射率不一的液晶或其它介质材料形成。埋置的实体404可以具有不同的形态，例如可以是颗粒或纤维。
装置400参照笛卡尔轴系来描述。这里常用的是，光通过装置400基本是沿Z方向传播，而X与Y轴表示垂直于Z轴的方向。连续相402的折射率参照X、Y、Z、轴描述。该连续相有三种折射率nX、nY与nZ，各自描绘光通过连续相402传播所受到的折射率，光的电矢量对准成分别平行于X、Y、与、Z轴。连续相402可以为各向同性，nX＝nY＝nZ。连续相402可以是单轴向双折射，其中诸折射率之一与其它折射率不同，如nX＝nZ≠nY。连续相402也可以是双轴向双折射率，三种折射率相互都不一，nX≠nY≠nZ。同样地，实体404可以是各向同性、单轴向双折射或双轴向双折射。对于偏振敏感的光学装置400，或是连续相402或实体404为双折射，或是连续相402与实体404都可能是双折射。
当实体404与聚合物连续相402存在折射率差时，便出现散射。一般而言，折射率差越大，散射度就增大。在一实施例中，连续相402为各向同时，实体404为双折射，因而在ncx≠npx时，X偏振光出现散射，但若例如ncy≈npy，其中相对于Y轴的折射率差ΔnY＝|nCY-nPY|≈0，则Y偏振光很少出现散射。附加的下标“C”指连续相402的折射率，“P”指实体404的折射率。如图所示，nCX是连续相402对平行于X轴偏振光的折射率，nPY是实体404对平行于Y轴偏振光的折射率。因此，双折射导致偏振相关的散射。
对于偏振敏感光色散光学装置，其中折射率差△n小于0.03-0.05，具体取决于有关系统特征的其它因素，光通过该光学装置发射基本上不散射。因此，该偏振敏感散射光学装置可以散射以第一偏振通过其传播的光，同时允许其第二偏振与第一偏振正交的光通过而基本上不散射。散射度可能很大，此时第一偏振的光可通过大角度散射，或可以基本上为背散射。
两种偏振的折射率差可以选成两种偏振都不通过而无明显的散射。也可以把偏振相关的折射率差选成使每个偏振都以选定的量散射，例如，一个偏振的光可通过漫射的光学装置向散射发射，而正交偏振的光作背散射，使其基本上被该光学装置反射掉。
除了折射率差以外，膜400特征散射还取决于若干参数，包括埋置实体的容积百分数、实体的特征尺度和光学装置的总厚度。
光散射度一般反比例于埋置实体的Z轴特征尺度，Z轴是光传入该实体的方向。因此，若使用较小的埋置实体，散射一般增强。另外，若埋置实体形状细长，则散射与方向有关，美国专利No.5,751,388已揭示了若干不同的偏振敏感光散射体的实施例，该专利通过引用包括在此。
在图5A所示的光学装置500一实施例中，设置在连续基质502内的埋置实体504，其Y方向的尺度比X方向更小。例如，埋置实体504可以是聚合物连续基质502中的几滴液晶，例如通过沿轴506拉伸装置500，使实体504的细长轴对准成平行于一公共轴。在图5B所示的另一实施例中，光学装置520包括埋置在聚合物基质522内的聚合物纤维524，纤维524对准成平行于基质522内的公共轴。制作偏振敏感光散射体的其它方法，包括将聚合物滴料埋在聚合物基质内并拉伸该基质，如美国专利No.5,825,543揭示的那样，该专利通过引用包括在此，把双折射晶体(或类似的颗粒)埋在基质内，基是双折射或是非双折射；以及美国专利No.5.751.388揭示的其它诸方法。
与不延长的颗粒相比，沿第一轴延长的颗粒在第二正交轴上以更高的角度出现散射，尽管散射分布曲线的特性取决于光学装置的若干特性。要产生期望的散射分布曲线，可选择相对于两根正交轴的颗粒尺度。换言之，可以引入选定X方向颗粒尺度与Y方向颗粒尺度之比，以产生期望的θX/θY比值，其中θX与θY分别代表在X-Z平面和Y-Z平面测得的视角。例如，可以屏内用图5B所示的光学装置产生图3所示的不同水平视角与垂直视角，为了沿垂直与水平方向产生不同的色散，纤维长度要大于纤维直径。
在本发明中，埋置颗粒的容积百分数影响着光的散射。在极限范围内，增大埋置颗粒的容积百分数，倾向于增大光线在进入光学装置后对偏振光的匹配方向和失配方向所经受的散射量，这一因素在控制光学装置的反射与透射特性方面很重要。然而，若埋置颗粒的容积百分数过大，光散射就减弱。其一个理由是，当埋置颗粒靠在一起时，相对于通过光学装置的光的波长，颗粒共同起着少量有效大颗粒作用。
在本发明中，光学装置的厚度也是一个能影响反射和透射特性的重要控制参数。随着光学装置厚度的增大，尽管颗粒密度保持不变，也会增强漫反射，并且减弱了镜面与漫射透射。
因此，为了提供具有特定偏振敏感射特性的光学装置，可以调节若干参数，虽然不是限制性的，下面一组参数却可以用于漫发射一选择光偏振的偏振敏感光色散光学装置：
Δn，用于散射偏振，在约0.03与0.25之间；
dz，在约0.1与20微米之间；
容积百分数为5-50％；和
光学装置厚度约为5-10,000微米。
应该明白，偏振敏感漫发射光学装置可以偏离这些范围工作。
“镜面透射”与“镜面透射率”指光线基本上沿镜面方向通过偏振敏感光散射装置的透射，无任何明显的漫射或色射。“漫透射”与“漫透射率”指通过漫射或色散的光学装置的透射。“总透射”与“总透射率”指所有光通过某一光学实体的组合透射，因此总透射是镜面与漫透射之和。
尺度对准对埋置颗粒的散射行为有作为。具体而言，在按本发明制作的光学实体中，对准的散射体并非像随机对准的散射体那样围绕镜面透射方向对称地散射光。例如，在连续相基质内延长成棒状的埋置实体，主要沿垂直延伸轴方向散射光，散射的光在垂直于延伸方向的平面内呈一光带，随着角度离开入射方向增大，光强减小。修正埋置实体的几何形状，可在透射半球内对散射光分布作一些控制。
合适的漫射体颗粒包括挤压成形的相分离颗粒和聚合物颗粒，尤其是预成形珠。非双折射颗粒可用丙烯酸聚合物与共聚物制作，聚氨基甲酸酯和聚碳酸酯可用于非双折射树脂，而双折射颗粒可用半结晶(共)聚合物制作，诸如聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、PEN与PET共聚物(COPEN)，以及间规聚苯乙烯、聚酰胺和各种非吸附材料。
本发明的一个重要特征在于，发射光的散射角依赖于光学装置入射光的偏振矢量与光学装置各轴之间的相对角度。这一特征可用来选择特定的视角。参照图5B所示的光学装置520，其中实体524为各向同性，折射率为nP，连续相聚合的522具有双折射性，折射率nCX≠nP，nCY≈nP，因为光学装置基本上镜面发射Y偏振光，同时漫发射X偏振光。本例中，入射光水平偏振，平行于X轴。
图6A示出投射系统一实施例，图像光源602向屏604发射光，屏604包括的色散元件在结构上类似于图5B中光学装置520的结构。图像光源602发射的光，其偏振(双箭头指示)平行于垂直方向。屏604以实体606的延伸方向(示意画出一些实体606)与X方向平行取向。角β定义为X轴与光偏振方向的夹角，如图所示。对于图示屏的具体取向，X轴平行于光偏振方向，所以β＝0°。由于膜的特性对平行于X轴和Y轴的偏振光不同，所以可将X与Y轴称作偏振轴。
图6B的曲线610示出屏604漫发射光的散射分布曲线。对于屏604的法向入射光，椭圆形代表作为角θ函数的辉度或增益，即二分之一最大辉度或增益。曲线610的椭圆特征示出本发明的一个实施例，其中垂直方向的视角θV小于水平方向的视角θH。曲线610代表散射分布曲线，沿双箭头方向偏振的光通过光学装置在其上散射。这里，光被偏振成平行于光学装置的X轴。
当屏604绕入射轴转动时，如β＝45°，则屏604上的入射光具有X与Y两种偏振分量，Y分量近似镜面发射，而X分量为漫发射。相对于图6B的情况，θV与θH都减小了，如图6C所示。扁形散射分布曲线620的长轴与Y轴保持平行。散射分布曲线的角度范围减小了，因漫散光的光焦度很小，而镜面发射光的光焦度很大。
在屏604旋转时，光大部分由屏604作镜面发射，故Y轴平行于偏振方向，β＝90°，如图6D所示。因此，如小圆630所示，散射分布曲线基本上为圆形，视角θV与θH明显减小。
这种行为为还可用视角和同轴增益表示。图7的曲线700和702分别表示视角和同轴增益作为偏振方向与X轴夹角β函数的相依关系，视角从β＝0°的最大减小到β＝90°的最小值，而同轴增益从β＝0°的最小增大到β＝90°的最大值。
由视角对β的相依性引出的一个优点在于，可以调节光学装置提供的视角，并导致伴随的同轴增益变化。例如，在对偏振光源把偏振敏感漫透射光学装置用作散射屏时，可以绕光轴转动该光学装置而改变β，从而对视角和增益选择不同的值。在改变环境光条件的场合中，用户愿使角与增益折衷时，这是有利。
偏振敏感漫透射光学装置可以应用于背光照显示器，如图8A所示，可对手表800配备一个可以转动的偏振相依漫透射光学装置802。在低照明条件下，光学装置可以转到低增益大视角位置，使用户能利用大视角：光线804通过大的角度范围从装置802传播。在明亮照明条件下，用户为了看清楚明亮背景的信息，要求从表面发出更多的光。此时，用户可将光学装置802转到增益更高视角更小的位置，如图8B所示。减小大视角很方便，用户能在不理想的照明条件下更清楚地看到表面发出的光。
可调节视角/增益的显示器可应用于其它场合，如航空电子设备仪表显示面板等，环境照明条件变化迅速。例如在保密显示得重要的场合中，这类显示器和屏还可用来减少位于偏轴的人观看屏上信息的能力。
偏振敏感漫透射光学装置可以用于使光沿选择的方向色散。这种光学装置可以单独使用，也可与其它装置一起使光色散入具体需要的水平与垂直视角。图9A示出一列组合透射屏900，它包括偏振敏感不对称漫发射光学层的第一层902，使光在一个方向比另一方向漫射成更大的程度。屏900还包括各向同性散射的块状漫射体光学层904，各向同性地漫射光。例如，该偏振敏感光学装置902可以形成30°的水平视角和10°的垂直视角。各向同性散射光学装置904可以是一种20°散射体，使通过屏900发射的光的最终视角沿水平与垂直两个方向增大，且水平视角大于垂直视角。
图9B示出另一实施例的偏振敏感漫发射屏920。偏振敏感散射光学装置922的散射表面924，其轮廓做成使从中通过的光色散。散射表面924可以是一种沿一个尺度发散光的双凸表面，如图所示。应该理解，表面924可以是任何一种其它合适的光色散表面，如随机粗糙表面、显微全息照相散射表面、微透镜表面等。为了便于制造，可在散射表面924的输出例附着一低折射率层926，这样可让带构造型输出表面924的偏振敏感散射光学装置922同屏的其它诸层合成一体而无需气隙。或者，可将散射表面924设置在偏振敏感散射光学装置922的输入侧。
偏振敏感散射光学装置可以包含在不同类型的透射屏组件里。在一个屏组件中可以使用许多不同组合的光学装置，这里图出于两种。在图10A中，屏组件1000由四层组成。如1999年1月13日提交的美国专利申请09/229,198教授的那样，可将菲涅耳透镜1002埋在低折射率层1004里，所述申请通过引用包括在此。该低折射率光学层1004可以层迭到偏振敏感漫发射光学装置1008的输入表面1006，而后者层迭或附着于块状漫射膜等各向同性散射层1010。应该理解，除了这里图示的该特定实施例外，可将其它实施例的偏振敏感散射光学装置包含在这种屏组件结构中。菲涅耳透镜1002有利于准直或至少再引导接收自图像投影仪(未示出)的光，以保持整个屏表面的亮度均匀。屏1000可以用表面漫射体代替各向同性散射层1010。
另一实施例的屏组件示于图10B。该组件1020包括附着于散射装置基片层1024的偏振敏感漫发射光学装置1022，基片层1024对散射光学装置1022提供支承。该组件还包括一取向成发射偏振光的线性偏振层1026，所述偏振光通过偏振敏感漫发射光学装置1022漫发射。偏振层1026阻止透射正交偏振的光。
该图示出的入射光线1032可以不偏振，或可以包含混合的不同偏振分量。入射光线1032的一个偏振分量是偏振敏感散射光学装置1022漫散射并被漫发射为光线1034的偏振。有正交偏振的光可由偏振敏感漫发射散射光学装置1022发射，例如可将它镜面发射成光线1036，在偏振层1026里吸收。因此，偏振层1026只发射入射光中由偏振敏感散射光学装置1022漫发射的分量1034，这有利于减少将会不希望编振的光通过装置1022透射给观众一侧而增强屏对比度。偏振层1026还有利于减少从观众一侧入射到装置1022的环境光的反射，这样可进一步提高屏对比度。
光学装置1022还可以漫发射与光线1034的偏振正交偏振的光。偏振层1026还有利于防止通过屏1020透射与光线1034的偏振正交偏振的光。
可将偏振光学装置附着于支承的玻璃板1028。每一层1022、1024、1026与1028都可层迭在其它层上，利用例如光学透明粘剂附着于另一层，或用某种其它方法附着于其它各层。
下面描述应用偏振敏感散射层的不同屏组件和某些测得的特性，这些实便证明偏振敏感漫发射层可以有效地应用于背投屏。
实例1：散布于热塑粘合剂里的热塑珠
偏振敏感散射光学装置的制作方法是，在270℃时，在购自Dow化学公司的Questra MA405中挤压10wt％聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)珠混合物。PMMA珠的平均直径为5微米，折射率np＝1.49。在125℃时，将一部分挤压成形的光学装置沿下腹板(down-web)方向拉长四倍，改变Questra连续相的折射率。拉伸的光学装置表明，PMMA颗粒沿拉伸方向变细了。该偏振敏感散射光学装置沿X轴(拉伸)与Y轴(不拉伸)方向的视角分别为3°和8°。由于挤压温度高，一些PMMA珠结团，减弱了这种光学装置的散射作用。
实例2：散布于热塑粘合剂里的部分交联珠
将40wt％改性(部分交联)PMMA珠混合物挤压成形为偏振敏感散射光学装置。改性剂为Plexiglas“L”改性剂，购自AutoHaas，Philadelphia，PA。PMMA珠的平均直径为7微米，折射率np＝1.46。连续相为PMMA树脂(Plexiglas DR-100，N-1.49，购自AutoHaas，Philadelphia，PA)。挤压温度为22℃，一部分挤压成形膜在105℃温度下沿一个方向拉伸，形成7密耳厚的偏振敏感散射光学装置。用SEM检查得到的光学装置，表明颗粒沿拉伸方向变细了，漫射体的最大增益为12.5，X(拉伸)与Y轴方向的视角分别为8°和11°。
实例3：散布于双折射树脂里的聚合物珠
在270℃下，在Questra MA405中将15wt％交联的苯乙烯-二乙烯基苯共聚物珠混合物剂压成形为偏振敏感散射光学装置。珠购自Nagase America，NY，NY的SBX-6材料形成，平均直径为6微米，折射率np＝1.59。当在125°℃下沿X方向拉伸时，透明间规聚苯乙烯光学装置的折散率沿X方向从1.58降至1.53，沿Y方向增至1.61。在125℃下，沿X方向将挤压成形的漫射体光学装置样品拉伸1.5倍，形成175微密耳厚的偏振敏感散射光学装置。该装置沿X(拉伸)与Y轴方向显现的视角分别为14°和26°。
实例4：双折射树脂中的相分离聚苯乙烯颗粒
在实例4中，按本发明应用常规三层共挤技术制作三层光学膜，膜有一芯层，芯层每侧有一表层。芯层用88wt％第一共聚多酯、10wt％间规聚苯乙烯与2wt％Dylavk332-80的混合物形成。第一共聚多酯是一种基于70mole％萘二甲酸酯与30mole％对苯二甲酸二甲酯的共聚物，在60％苯酚、40％二氯苯中测得的本征粘度约0.56。间规聚苯乙烯是一种基于93mole％苯乙烯与70mole％对甲基苯乙烯的共聚物，分子量为250,000道尔顿。间规聚苯乙烯购自Dow化学公司。
表层由第二共聚多酯形成，第二共聚多酯基于70mole％萘二甲酸酯和30mole％间苯二甲酸二甲酯，在60％苯酚、40％二氯苯中测得的本征粘度约0.48。
实例4在118℃下在普通共聚多酯生产线上沿横向拉成5∶1，拉伸后，最终的膜厚为120微米。对于偏振与膜机加工方向一致的线性偏振光，该膜呈现的单通透射率为84.3％。对于偏振与膜横向一致的线性偏振光，单通透射率为47.8％。
利用平行于各机加工方向(MD)与横向(TD)的偏振光测量了峰值增益(PG)与视角(VA)，结果列于表I。
         表I增益与视角测量结果
    TD PG   TD VA   MD PG   MD VA
    1.89   43°   1.94   1.2°
把视角22°的对称漫射体层迭于与入射光相对的表面，测量最大增益和视角，还对漫射、变色与斑点作出定性表征，结果列于表II。
                  表II增益与视角测量结果
  TD PG   TD VA   MDPG   MDVA   漫射   变色   斑点
  0.65   68°   0.65   50°   优   优   优
实例5和6：双折射树脂中的相分离聚苯乙烯颗粒
实例5和6应用实例4描述的同样技术制作，不过取向温度不同。实例5和6分别以130℃和135℃取向。对于偏振与膜机加工方向一致的线性偏振光，实例5和6呈现的单通透射值分别为87.5％和87.3％。对于偏振与膜横向一致的线性偏振光，实例5和6呈现的单通透射值分别为59.6和62.3％。
实例5和6按实例4使用的方法表征其特性，结果列于表III。
                   表III增益与视角测量结果
  实例   漫射体     TD PG     TD VA     MDPG     MDVA   漫射   变色   斑点
    5     否     6.39     23°     0.65     6°   --   --   --
    5     是     1.12     46°     1.13     30°   优   优   好
    6     否     8.82     20°     8.85     5°   --   --   --
    6     是     1.25     42°     1.25     28°   优   优   好
实例4-6证明，这里讨论的方法可用来制作光色散特性明显不对称的光色散膜。这种膜可以与对称漫射体有选择地组合，得到的结构显现出优良的漫射、变色与斑点特性。
如上所述，本发明适用于背投屏，而且相信尤其适用于要求不对称视角的场合中使用的屏。本发明还有利于向用户提供调节所需视角或光学增益的能力。
因此，本发明不应认为限于上述的特定实例，而应理解为包括所附权利要求公平地提出的本发明的所有方面，受过本说明书指导的本领域技术人员，很容易明白本发明可以适用的各种修改、等效工艺和各种结构。权利要求包括这类修改和装置。

Claims (32)

1.一种背投系统，其特征在于，包括：
光源，用于投射偏振平行于源偏振方向的光；
设置成从光源接收光的透射屏，所述透射屏的第一散射层，对于偏振平行于第一屏偏振轴的光具有第一散射分布，对于偏振平行于同第一偏振轴正交的第二屏偏振轴的光具有第二散射分布，第一偏振轴与源偏振方向的夹角选成大于0°且小于90°。
2.如权利要求1所述的背投系统，其特征在于，光源是一种向透射屏投射偏振光图像的图像光源。
3.如权利要求1所述的背投系统，其特征在于，第一散射层包括埋置了分立实体的聚合基质层，分立实体与聚合基质层的折射率差，对偏振平行于第一偏振轴的光和对偏振平行于第二偏振轴的光呈现为不同。
4.如权利要求3所述的背投系统，其特征在于，聚合基质层为双折射的。
5.如权利要求3所述的背投系统，其特征在于，分立实体为双折射的。
6.如权利要求3所述的背投系统，其特征在于，分立实体用聚合材料形成。
7.如权利要求3所述的背投系统，其特征在于，分立实体对准成平行于公共轴。
8.如权利要求1所述的背投系统，其特征在于，对在第一散射分布中沿第一偏振轴方向散射的光所限定的第一视角，不同于在第一散射分布中沿第二偏振轴方向散射的光的第二视角。
9.如权利要求1所述的背投系统，其特征在于，透射屏还包括设置成散射通过第一散射层的光的第二散射层，所述第二散射层的第三散射分布与光通过第二散射层的光的偏振方向无关。
10.如权利要求1所述的背投系统，其特征在于，透射屏还包括设置在所述透射屏某一层上的漫射表面，对来自光源通过该漫射表面的光漫射。
11.如权利要求1所述的背投系统，其特征在于，在透射屏面对光源的输入一侧还包括一块菲涅耳透镜，用于改变光从光源到达透射屏的发散度。
12.如权利要求1所述的背投系统，其特征在于，透射屏还包括一偏振层，所述偏振层取向成发射通过第一散射层发射且偏振成平行于源偏振方向的光，并且阻止透射通过第一散射层发射且偏振成垂直于源偏振方向的光。
13.如权利要求1所述的背投系统，其特征在于，透射屏可转动，第一偏振轴与源偏振方向的夹角可在0-90°内转动选择。
14.一种背投系统，其特征在于，包括：
光源，用于投射偏振平行于源偏振方向的光；
设置成从光源接收光的透射屏，所述透射屏的第一散射层，对于偏振平行于第一屏偏振轴的光具有第一散射分布，对于偏振平行于同第一偏振轴正交的第二屏偏振轴的光具有第二散射分布，所述透射屏还包括一偏振层，它取向成发射平行于源偏振方向偏振的光，并且阻止透射垂直于源偏振方向偏振的光。
15.如权利要求14所述的背投系统，其特征在于，光源是一种向透射屏投射偏振光图像的图像光源。
16.如权利要求14所述的系统，其特征在于，第一散射层镜面发射偏振方向垂直于源偏振方向的光。
17.如权利要求14所述的系统，其特征在于，第一散射层包括埋置了分立实体的聚合基质层，分立实体与聚合基质层的折射率差，对偏振平行于第一偏振轴的光和对偏振平行于第二偏振轴的光呈现为不同。
18.如权利要求17所述的系统，其特征在于，聚合基质层为双折射的。
19.如权利要求17所述的系统，其特征在于，分立实体为双折射的。
20.如权利要求17所述的系统，其特征在于，分立实体用聚合材料形成。
21.如权利要求17所述的系统，其特征在于，分立实体对准得平行于公共轴。
22.如权利要求14所述的系统，其特征在于，光通过屏发射的色散不对称。
23.如权利要求14所述的系统，其特征在于，透射屏还包括设置成散射通过第一散射层的光的第二散射层，所述第二散射层的第三散射分布与光通过第二散射层的偏振方向无关。
24.如权利要求14所述的系统，其特征在于，透射屏还包括设置在透射屏某一层上的色散表面，使从光源通过该色散表面的光色散。
25.如权利要求14的系统，其特征在于，还包括一块位于透射屏面对光源的输入一侧的菲涅耳透镜，用于改变光从光源到达第一散射层的发散度。
26.如权利要求14所述的系统，其特征在于，把第一偏振轴与源偏振方向的夹角选成大于0°且小于90°。
27.一种显示装置，其特征在于，包括：
光源，用于投射偏振平行于源偏振方向的光；
设置成从光源接收光的透射屏，所述透射屏的第一散射层，对于偏振平行于第一屏偏振轴的光具有第一散射分布，对于偏振平行于同第一偏振轴正交的第二屏偏振轴的光具有第二散射分布，第一散射层可转动地装在显示装置中；
其中第一散射层的转动改变了第一偏振轴与源偏振方向的夹角。
28.如权利要求27所述的显示装置，其特征在于，第一散射层包括埋置了分立实体的聚合基质层，分立实体与聚合基质层的折射率差，对于偏振平行于第一偏振轴的光和对于偏振平行于第二偏振轴的光呈现为不同。
29.如权利要求27所述的显示装置，其特征在于，透射屏还包括第二散射层，使通过第一散射层的光色散，所述第二散射层的第三散射分布与光通过第二散射层的偏振无关。
30.如权利要求27所述的显示装置，其特征在于，透射屏还包括设置在透射屏某一层上的色散表面，使来自光源通过该色散表面的光色散。
31.如权利要求27所述的显示装置，其特征在于，还包括一块位于透射屏面对光源的输入一侧的菲涅耳透镜，用于改变光从光源到达第一散射层的发散度。
32.如权利要求27所述的背投系统，其特征在于，光源是一种向透射屏投射偏振光图像的图像光源。
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