專利名稱：結合到透明基板中散射入射光以便顯示圖像的微結構的制作方法
技術領域：
本發(fā)明要求于2003年11月3日提交到美國專利商標局的申請?zhí)枮?0/516,939的臨時專利申請的優(yōu)先權。
背景技術：
圖像的再現(xiàn)在許多人的生活中具有積極的意義。最早的圖像再現(xiàn)技術之一便是電影投影儀，觀眾可以在現(xiàn)場沒有演員的情況下觀看到劇院演出。后來發(fā)明了電視機，人們便可以舒服地在自己家中觀看電影了。第一種電視機是陰極射線管(CRT)電視機，該技術目前仍然在使用。到了計算機時代，人們所期望的是通過監(jiān)視器再現(xiàn)計算機輸出的圖像。像許多電視機一樣，許多計算機監(jiān)視器使用CRT技術。
現(xiàn)在已經(jīng)開發(fā)出許多其它技術來代替CRT技術。例如，液晶顯示(LCD)技術用于計算機監(jiān)視器和電視機已是很常見的。LCD是一種相對較薄的顯示器，對于許多人而言都是很方便的。其它顯示器的示例包括等離子顯示器、背投顯示器和投影儀等。隨著顯示技術的發(fā)展，許多新的應用正在開發(fā)之中。例如，關于在玻璃中產(chǎn)生可觀察的圖像這種顯示器的開發(fā)，就已經(jīng)進行過許多的嘗試。不過，確實已有許多技術上的挑戰(zhàn)阻礙著在玻璃或其它透明材料中產(chǎn)生可觀察到的圖像。具體來講，對于玻璃而言，很難保持基本上透明的狀態(tài)并能夠顯示具有足夠亮度和清晰度的可見圖像。

發(fā)明內容
根據(jù)各實施例，在玻璃中產(chǎn)生可見圖像。在玻璃保持透明或半透明特性的同時，通過使用微結構散射來自投影儀的光線，便可以在玻璃中產(chǎn)生可見的圖像。在各實施例中，微結構按照各種圖案結合到玻璃中。
在各實施例中，一種裝置包括透明的基板(例如，玻璃或塑料)和多個微結構(例如，其直徑大約在1納米到10微米之間)。多個微結構結合到透明的基板中。多個微結構散射入射光以便在透明的基板上顯示圖像。


圖1是基本上透明或半透明的顯示器的示例圖。
圖2是用投影儀的可見光照射以顯示圖像的基本上透明或半透明的顯示器的示例圖。
圖3是分散在基本上透明或半透明的基板之中的微結構的示例圖。
圖4是位于基本上透明或半透明的基板表面上的微結構的示例圖。
圖5是分散在基本上透明或半透明的基板之中的微結構圖案的示例圖。
圖6是位于基本上透明或半透明的基板表面上的微結構圖案的示例圖。
圖7是分散在基本上透明或半透明的基板之中形成帶有角度的圖案的微結構示例圖。
具體實施例方式
圖1是根據(jù)各實施例的基本上透明或半透明的顯示器的示例圖。觀察者10能夠通過基板14看到任意的物體(例如，立方體12)?；?4可以是透明的或基本上透明的或半透明的。當觀察者10通過基板14看到任意的物體12時，該觀察者也可以看到在基板14處產(chǎn)生的圖像(例如，圓圈15和三角16)?；?4可以是車輛擋風玻璃、建筑物窗戶的一部分，可以是玻璃基板、塑料基板、聚合物基板、或其它本領域一般技術人員可認同的透明(或基本上透明)的介質。其它基板可以與作為基板14的配件以提供著色、基板保護、濾光(例如，過濾外部的紫外光)等其它功能。
圖2是根據(jù)各實施例用來自投影儀的可見光照射以顯示圖像的透明或半透明的顯示器示例圖。投影儀18將可見光圖像投射到基板14上。微結構(未示出)結合到基板14中，用于散射源自投影儀18的可見光圖像，所以可見的圖像便顯示在基板14上。因此，觀察者10可以在基板14上看到圖像(例如，圓圈15和三角16)，同時也可以通過基板14看到物體(例如，立方體)。在各實施例中，投影儀18的光線以第一角度入射到基板14上。在基板14處被散射的光線(例如，圓圈15和/或三角16的圖像的光線)以第二角度被引導至觀察者10。第一角度和第二角度可以是不同的。在各實施例中，通過印刷、沖壓、光刻、和/或微接觸印刷中的至少一種技術，可將微結構結合入基板14中。本領域的一般技術人員應該理解，投影儀18可以和觀察者10位于基板14相同的一側，或可以位于不同的兩側。
圖3是根據(jù)各實施例分散在基本上透明或半透明的基板之中的微結構的示例圖。微結構22分散在基板14中。圖4是位于基本上透明或半透明的基板表面上的微結構的示例圖。微結構24被涂在基板14的表面之上。在各實施例中，各個微結構24的直徑大約在1納米到10微米之間。在各實施例中，各個微結構的之間大約在10納米到1微米之間。在各實施例中，微結構22可以是有機色素和/或有機粒子。在各實施例中，微結構22可以是無機色素和/或無機粒子。在各實施例中，微結構可以包括氧化鈦、二氧化硅、氧化鋁、膠乳和/或聚苯乙烯粒子中的至少一種。
在各實施例中，多個微結構可以是各向同性地進行散射的粒子。各向同性散射粒子是這樣一些粒子，它們以相同的方式散射光線，而不管入射光的方向如何。不過，在各實施例中，多個微結構可以是各向異性地進行散射的粒子。各向異性散射粒子可以根據(jù)入射光的方向以不同的方式散射入射光。
圖5是分散在基本上透明或半透明的基板中的微結構圖案的示例圖。微結構26選擇性地被分散到基板14的多個區(qū)域中。微結構26的多個區(qū)域的寬度可以大約在1納米到10毫米的范圍中。微結構26的多個區(qū)域形成圖案(例如，百葉窗或格子)使得在使用微結構26的情況下觀察者10的光程30具有有限的橫截面。在各實施例中，圖案是重復的。圖案的填滿因子可以大約在0.01％到99％的范圍中。不過，投影儀18的光程28可以與微結構26的各區(qū)域有一定的角度以便使帶有微結構26的橫截面最大化，從而增大來自投影儀18的圖像的散射以便增大基板14上可見圖像的照明。微結構26的各個區(qū)域的間隔大約在1納米到10毫米的范圍中。微結構26的各個區(qū)域的厚度大約在1微米到10毫米的范圍中。微結構26的各個區(qū)域的厚度可以小于微結構26的各個區(qū)域的寬度和/或間隔。
圖6是根據(jù)各實施例位于基本上透明或半透明的基板上的微結構圖案的示例圖，這與圖5相似。微結構32可以被涂在基板14上的各個區(qū)域中。微結構32的各個區(qū)域形成百葉窗，使得在使用微結構32的情況下觀察者10的光程30的橫截面受到限制(例如，最小化)。不過，來自投影儀18的光程28可以與微結構32的各個區(qū)域形成一定角度以便使具有微結構26的橫截面最大化，從而增大投影儀18的可見圖像的散射以便增大基板14上可見圖像的照明。在各實施例中，微結構32的各個圖案單元的具有基板14表面的橫截面小于基本上垂直于基板14的圖案的深度，這可以增大基板14的透明度。
圖7是根據(jù)各實施例分散在基本上透明或半透明的基板中形成一定角度的微結構圖案的示例圖，這與圖5相似。微結構34的傾斜區(qū)域形成于基板14中。微結構34的傾斜區(qū)域的角度會影響觀察者10的光程30和投影儀18的光程28的橫截面。通過增大光程28的橫截面，可以實現(xiàn)增大對可見圖像的散射，由此增大可見圖像的基板14處的照明。在各實施例中，通過在基板14上噴涂微結構的各個區(qū)域，也可以實現(xiàn)微結構的傾斜區(qū)域。
各實施例涉及透明的投射式顯示器，它們具有部分地或方向性透明的顯示屏。在該顯示器中，規(guī)則的全彩色光學投影儀(或單色掃描儀)可以應用于部分地或方向性透明的屏幕以顯示光學圖像。部分地或方向性透明的屏幕可以具有雙重特性。首先，部分地或方向性透明的屏幕可以是足夠透明的，以便允許周圍光線穿過。其次，可以用反射性的小粒子或微結構來填充或噴涂作為顯示屏幕的部分地或方向性透明的屏幕，該微結構將使投射的光學圖像偏移或散射。這種粒子和微結構將不會完全阻擋可見圖像穿過窗口。
根據(jù)各實施例，有許多種方法來準備部分地或方向性透明的屏幕。可以用1納米到10微米的精細粒子來填充透明的或半透明的玻璃或塑料板。可以用1納米到10微米的精細粒子來填充透明或半透明的薄玻璃板或塑料膜。可以用1納米到10微米的精細顆粒來噴涂透明或半透明的薄玻璃板或塑料膜?？梢杂?納米到10微米的精細粒子涂布在透明或半透明的玻璃板或塑料膜上。在透明或半透明的玻璃或塑料板表面上，可以嵌入分散的格子或使其圖形化。
有機和無機的粒子或色素可以應用于部分地或方向性透明的屏幕之中或應用于其上。一些示例包括氧化鈦、氧化硅、氧化鋁、膠乳、聚苯乙烯粒子。在各實施例中，粒子的大小大約為1納米到10微米。在各實施例中，粒子的大小大約為10納米到1微米。這些光散射材料可以按合適的濃度均勻地分散到玻璃或塑料主體之中，或者可以按合適的厚度將它們噴涂在玻璃或塑料表面上。保護性的外層或另一層主體可以被應用于粒子涂層，以防止該表面在物理接觸時的損耗。
用于部分地或方向性透明的屏幕的玻璃可以包括對于可見光而言是透明或半透明的無機固體。這種無機固體的示例是氧化物和鹵化物。這種玻璃可以包括硅酸鹽、硼硅酸鹽、鉛晶質玻璃、氧化鋁、二氧化硅、熔融二氧化硅、石英、玻璃陶瓷、金屬氟化物以及其它相似的材料。這些類型的玻璃可以用作房間、建筑物和/或移動的交通工具的窗戶。
用于部分地或方向性透明的屏幕的塑料包括有機和聚合的固體，這些固體對可見光而言是透明或半透明的。用于熒光屏的熱塑性塑料可以包括特殊的熱固型固體，比如，透明的膠體。塑料的一些示例包括聚丙烯酸、聚碳酸酯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、PVC、硅樹脂以及其它相似的材料。微結構可以結合到屏幕板中或表面上，以便使投射的圖像偏移一定的角度，同時還允許在正常觀察角度處具有基本上可見的透明度。不透明的分散格子可以被嵌入薄玻璃或塑料板中。與圖像投影儀相比，從站在屏幕前面的觀察者來看，散光格子的面積較小。
根據(jù)各實施例，方向性透明的屏幕結構可以提供許多優(yōu)點。對觀察者而言，正對著屏幕或稍微偏離一點時，方向性透明的屏幕結構可以基本上是透明的。在與屏幕成一個傾斜角處，方向性透明的屏幕結構可以具有高反射率或向投射圖像偏移。對于投射圖像而言，在該傾斜角處，柱狀透明區(qū)域可以是固體不透明的。這種強烈的圖像散射可以增強顯示窗上投射圖像的對比度，同時并不阻礙正對著屏幕視線。方向性透明的屏幕結構可以用于汽車，其中司機的視線通常正對著擋風玻璃。在各實施例中，不透明的柱狀物侵入透明主體玻璃或塑料的深處。在各實施例中，可以改變屏幕上微結構的大小和密度，以調節(jié)正視的透明度和反射率圖像對比度。也可以改變屏幕的深度和投射角度以調節(jié)對比度和透明度。
在各實施例中，可以使屏幕的表面圖形化為各種各向異性的結構以便充當“各向異性”的屏幕。例如，通過各種印刷、沖壓、光刻方法、微接觸印刷和其它相似的方法，具有一定厚度(例如，10納米到1毫米)的復蓋層圖案便可以應用到屏幕表面上。這種印刷可以在屏幕表面上形成非常精細的散射特征和結構的圖案，這便可以允許對被投射的圖像進行角度散射和顯示，同時允許在基本上正對著屏幕的情況下基本上直接透視過該屏幕。
上述各個實施例(例如，結合到透明基板中的微結構，用于散射入射光以便顯示圖像)和優(yōu)點僅是示例，并不應該被理解為限制所附的權利要求書。如本領域一般技術人員可以理解的那樣，上述內容可以應用于其它裝置和方法。對于本領域的一般技術人員而言，許多替換、修改和變化都是很明顯的。
權利要求
1.一種裝置，它包括透明基板；以及結合到所述透明基板之中的多個微結構，用于散射入射光以便在透明基板上顯示圖像。
2.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，各個微結構具有大約在1納米到10微米之間的直徑。
3.如權利要求2所述的裝置，其特征在于，各個微結構具有大約在10納米到1微米之間的直徑。
4.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，多個微結構是各向同性散射粒子。
5.如權利要求4所述的裝置，其特征在于所述多個微結構散射來自投影儀的光線以便在所述透明基板上顯示圖像；并且所述投影儀以第一角度將光線投射到所述透明基板上。
6.如權利要求5所述的裝置，其特征在于，所述多個微結構以不同于所述第一角度的第二角度來散射從所述投影儀中投射過來的光線。
7.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述多個微結構是各向異性散射粒子。
8.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述微結構被涂在所述透明基板上。
9.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述微結構分散在所述透明基板中。
10.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述微結構按某一圖案結合到所述透明基板之中。
11.如權利要求10所述的裝置，其特征在于，所述圖案在所述透明基板上是重復的。
12.如權利要求10所述的裝置，其特征在于，所述圖案的節(jié)距大約在1納米到10毫米的范圍中。
13.如權利要求10所述的裝置，其特征在于，所述圖案的厚度大約在1微米到10毫米的范圍中。
14.如權利要求10所述的裝置，其特征在于，所述圖案的寬度大約在1納米到10毫米的范圍中。
15.如權利要求10所述的裝置，其特征在于，所述圖案的填充因子大約在0.01％到99％的范圍中。
16.如權利要求10所述的裝置，其特征在于所述圖案使從第一角度看的橫截面最大化；并且所述圖案使從第二角度看的橫截面最小化。
17.如權利要求16所述的裝置，其特征在于所述多個微結構散射來自投影儀的光線以便在所述透明基板上顯示圖像；并且所述投影儀以所述第一角度將光線投射到所述透明基板上。
18.如權利要求17所述的裝置，其特征在于，所述多個微結構以所述第二角度來散射來自所述投影儀的光線。
19.如權利要求10所述的裝置，其特征在于，各個圖案單元中的透明基板表面的橫截面小于基本上垂直于所述透明基板的圖案的深度。
20.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述透明基板包括玻璃和塑料中的至少一種。
21.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述微結構包括下列的至少一個有機色素；以及有機粒子。
22.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述微結構包括下列的至少一個無機色素；以及無機粒子。
23.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述微結構包括下列的至少一個氧化鈦；二氧化硅；氧化鋁；膠乳；以及聚苯乙烯粒子。
24.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述微結構通過下列中的至少一種方法被結合到所述透明基板之中印刷；沖壓；光刻；以及微接觸印刷。
25.一種裝置，包括透明基板；以及在所述透明基板上顯示圖像的裝置。
全文摘要
根據(jù)各實施例，在玻璃中產(chǎn)生可見圖像。在玻璃保持透明或半透明特性的同時，通過使用微結構散射來自投影儀的光線，便可以在玻璃(或其它至少部分透明的基板)中或其上產(chǎn)生可見圖像。在各實施例中，微結構都按照各種圖案結合到玻璃中。
文檔編號G03B21/60GK1875318SQ200480032680
公開日2006年12月6日 申請日期2004年11月3日 優(yōu)先權日2003年11月3日
發(fā)明者孫曉東, 劉建強 申請人:超級影像股份有限公司