光透射滤光器及其制造方法转让专利
申请号 : CN200480006539.2
文献号 : CN100595630C
文献日 : 2010-03-24
发明人 : M·E·海宁顿
申请人 : 艾利丹尼森公司
摘要 :
一种光透射滤光器，包括光吸收层(13)和具有微结构前表面(22)及微结构背表面(25)的透明层(11)，其中前表面被嵌入光吸收层(13)。
权利要求 :
1.一种光透射滤光器，包括：
(a)光吸收层，该层具有前表面和背表面，和
(b)具有微结构化的第一表面和微结构化的第二表面的透明层， 其中第一表面的微结构具有的高度为约20微米至250微米并嵌入光吸 收层，并有暴露表面，为光透射通过所述光吸收层提供通路以及在微 结构之间形成基本用光吸收材料填充的填隙区域，第二表面的微结构 具有的高度为约10微米至300微米并与第一表面的微结构光学地对 准，以控制通过所述通路的光。
2.如权利要求1所述滤光器，其中，所述光吸收层包括聚合物材 料和至少一种颜料或着色剂。
3.如权利要求1所述滤光器，其中，所述光吸收层包括聚丙烯酸 酯、聚氨基甲酸酯或聚乙烯醇缩醛和至少一种颜料或着色剂。
4.如权利要求1所述滤光器，其中，所述透明层包括聚丙烯酸酯、 聚碳酸酯、聚氨基甲酸酯或其中两种或多种的混合物。
5.如权利要求1所述滤光器，其中，所述透明层包括聚丙烯酸酯。
6.如权利要求1所述滤光器，其中，所述第一表面的微结构的高 度为约25～约125微米。
7.如权利要求1所述滤光器，其中，所述透明层的第一表面为凸 透镜状透镜、桶状透镜或其组合覆盖。
8.如权利要求1所述滤光器，其中，所述第一表面的微结构包括 圆柱、截顶锥形、棱锥、矩形、半球形、正方形、六角形、屋脊形和/ 或其中两种或多种的组合。
9.如权利要求1所述滤光器，其中，所述透明层的第二表面为菲 涅耳透镜覆盖。
10.如权利要求1所述滤光器，其中，所述透明层包括多层膜。
11.如权利要求1所述滤光器，其中，所述第二表面的微结构与 第一表面的微结构具有相同的尺寸。
12.如权利要求1所述滤光器，其中，所述第二表面的微结构包 括半球形。
13.权利要求1所述滤光器，进一步包括：具有前、背表面的光 学透明支撑层，其中所述背表面与所述光吸收层的前表面结合。
14.如权利要求13所述滤光器，其中，所述透明支撑层包括玻璃 或光学透明的聚合物膜。
15.如权利要求13所述滤光器，其中，所述透明支撑层包括聚酯、 聚氨基甲酸酯或聚丙烯酸酯。
16.如权利要求13所述滤光器，其中，所述透明支撑层的前表面 为凸透镜状透镜、桶状透镜或其组合覆盖。
17.如权利要求1所述滤光器，其中，所述微结构化的第二表面 具有织构形态。
18.权利要求1所述滤光器，进一步包括：具有前表面和背表面 的光学透明、基本均一的共形层，其中前表面覆盖所述透明层的微结 构化的第二表面。
19.如权利要求18所述滤光器，其中，所述共形层的平均厚度为 约2.5微米～约270微米。
20.如权利要求18所述滤光器，其中，所述共形层包括聚乙烯醇 缩丁醛、聚氨基甲酸酯或聚酯。
21.如权利要求18所述滤光器，其中，所述共形层的背表面具有 织构形态。
22.一种制造光透射滤光器的方法，包括以下步骤：(1)提供具有第一微结构化的表面和第二微结构化的表面的透明 层，其中第一表面的微结构在微结构之间形成填隙区域，并与第二表 面的微结构光学地对准；
(2)提供具有第一和第二表面的光吸收层；和
(3)将透明层第一表面的微结构嵌入光吸收材料到足够的深度， 以形成通过光吸收层的光路，其中微结构之间的填隙区域基本用光吸 收材料填充。
23.如权利要求22所述方法，其中，所述第一表面的微结构的高 度为约20微米至250微米。
24.如权利要求22所述方法，其中，所述第一表面的微结构包括 圆柱、截顶锥形、棱锥、矩形、半球形、正方形、六角形、屋脊形和/ 或其中两种或多种的组合。
25.如权利要求22所述方法，其中，所述透明层的第二表面为菲 涅耳透镜覆盖。
26.如权利要求22所述方法，其中，所述第二表面的微结构的高 度为约10微米至300微米。
27.如权利要求22所述方法，其中，所述第二表面上的微结构与 所述第一表面的微结构具有相同的尺寸。
28.如权利要求22所述方法，其中第二表面微结构包括半球形。
29.权利要求22所述方法，进一步包括：将光学透明支撑层粘结 在所述光吸收层的第一表面上。
30.如权利要求29所述方法，其中，透明支撑层包括玻璃或光学 透明聚合物膜。
31.权利要求22所述方法，进一步包括步骤：将共形涂层实施在 所述透明层的第二表面的微结构上。
说明书 :
发明领域
本发明涉及背投影屏幕和滤光器，具体而言，涉及用微结构制造 的背投影屏幕和滤光器。
发明背景
背投影屏幕将图像从屏幕后面透射到屏幕对面的观众。图像受屏 幕或滤光器透射的光量或通过量影响。一般地，屏幕和滤光器能透射 的光量受其构造影响。期望具有能提高光通过量以及改进对比度的构 造。
随着投影图像清晰度的提高，像素数目从传统的几万像素提高到 超过百万像素。因此也需要投影屏幕具有更精细的透镜结构。
按具体术语而言，需要将现有投影屏幕透镜结构三维中二维减小 到0.36mm或更小。
一般地，背投影屏幕的有角性(angularity)或曲率较差。术语有 角性(angularity)用于描述观众以一定角度范围而不是近似正对屏幕 面，从屏幕或滤光器上看见良好图像的能力。当观众移动至屏幕或滤 光器的一侧，或比屏幕或滤光器高或低，图像亮度和/或质量都会下降。 角亮度可对称或不对称，期望可调节屏幕和滤光器的图像亮度和/或角 亮度，以最佳适应可能的观看条件。
通过引导光线到观众最可能所处的区域，控制屏幕亮度的角度依 赖性，这通常是有利的。例如，当背投影显示器为数据监视器时，观 众通常处在相对于显示器的中间位置，距离显示器大约1～3英尺的范 围内。观众的眼睛位于垂直屏幕中央的线上方，但观众通常不会从屏 幕上方相距1或2英尺的位置观看屏幕。进一步，出于保密或安全起 见，期望减小相对于垂直屏幕以一定角度或30°或更大角度显出的亮 度。这降低了远离屏幕轴的人以及也许是没有权利观看屏幕内容的人 看到屏幕信息的可能性。
一般地，期望提供给背投影屏幕高分辨率、高对比度和大增益 (gain)。
美国专利US 4,431,266(Mori)涉及光学折射镜，该镜由具有第一 和第二表面的透明材料板组成。同样尺寸的分段透镜元件被布置在板 的第一和第二表面上，与板形成一体。第一表面上的分段透镜元件与 第二表面上放置的分段透镜元件处于面对面的位置关系。
美国专利US 4,490,010(Honda)涉及背投影屏幕，它由位于屏幕 前面和后面的凸透镜阵列所组成。在前凸透镜周围装有投影或突出部 分(projection or raised portions)，并向前延伸，在投影或突出部分 (projection or raised portions)上方具有遮光带或遮光层。
美国专利US 5,066,099(Yoshida)涉及后投影图像显示设备，包 括一个或多个片状元件，光从屏幕的入射面一侧依次透过这些片状元 件，最后一个片状元件包括透明材料作为基底，在基底的出射面一侧 具有光漫射层。光漫射体本身带有颜色，以获得进一步增强的对比度。
美国专利US 5,870,224(Saitoh)涉及透镜片，在其透明支撑体一 面上，形成有包括可辐射固化树脂的圆柱形透镜部分，在该透镜片另 一面的平面上，至少形成有光漫射层和光阻挡带。圆柱形透镜部分的 小螺距可为0.3mm或更小。
美国专利US 5,933,276(Magee)涉及部分透明、定向观看的片， 由塑料制成，在片的前背表面，形成有椭圆形横截面的凸透镜和凹透 镜。
美国专利US 5,563,738和5,781,344(Vance)涉及低反射系数的光 透射和光色散滤光器。多层滤光器将光学层加到基本的折射滤光器上， 以便调节滤光器的增益、对比度和背景光抑制。
美国专利US 6,076,933(DiLoreto等)描述了类似于Vance所述的 光透射和色散滤光器，它在透明珠子的背面添加了光透射材料的共形 层。
发明概述
本发明涉及光透射滤光器，包括：(a)光吸收材料层，该层具有 前表面和背表面，和(b)具有微结构化的第一表面和微结构化的第二 表面的透明层，其中第一表面的微结构嵌入光吸收层，并有暴露表面， 为光透射通过光吸收层提供通路，在微结构间形成基本为光吸收材料 填充的填隙区域，第二表面的微结构与第一表面的微结构光学地对准， 以控制光透射通过所述通路。
在本发明的一个具体实施方式中，光透射滤光器包括覆盖在透明 层的微结构化的第二表面上的光学透明共形涂层，用以提高滤光器的 透射率和/或改变通过滤光器的光分布。光透射滤光器也包括与光吸收 层前表面结合的透明支撑层。
本发明的光透射滤光器具有改进的光通过量和改进的有角性 (angularity)。角亮度可对称或非对称，期望可调节屏幕和滤光器的亮 度和/或角亮度，以最佳适应可能的观看条件。
本发明进一步涉及制造光透射滤光器的方法，包括以下步骤：(1) 提供具有第一微结构化的表面和第二微结构化的表面的透明膜，其中 第一表面的微结构在微结构之间形成填隙区域，并与第二表面的微结 构光学地对准；(2)提供具有第一和第二表面的光吸收材料层；和(3) 将透明膜第一表面的微结构嵌入光吸收材料到足够的深度，以形成通 过光吸收层的光路，其中微结构间的填隙区域基本用光吸收材料填充。
在另一方面，本发明涉及制造光透射滤光器的方法，包括以下步 骤：(1)提供具有第一和第二表面以及第一表面上的微结构的第一透 明膜层；(2)提供具有微结构化的第一表面和第二表面的第二透明膜 层；(3)提供具有第一和第二表面的光吸收材料层；(4)将第一透明 膜层第一表面的微结构嵌入光吸收材料到足够的深度，以形成通过光 吸收层的光通道，和(5)将第一透明膜层的第二表面层压在第二透明 膜层的第二表面上，使得第一透明膜层的微结构与第二透明膜层的微 结构光学地对准。
附图简述
图1为本发明中光透射滤光器中间部分的横截面图，用以说明与 透明支撑层接触的第一微结构化的表面。
图2为本发明中具有第一微结构化的表面和第二微结构化的表面 的光透射滤光器的横截面图。
图3为本发明中透明支撑层前表面具有透镜的光透射滤光器的横 截面图。
图4为光透射滤光器的三维图，其中第二表面的微结构形成凸透 镜状透镜。
图5为光透射滤光器的三维图，其中第二表面的微结构形成桶状 透镜。
图6为光透射滤光器的横截面图，其中第一表面的微结构为圆锥 形结构。
图7为光透射滤光器的横截面图，其中第一表面的微结构为圆柱 形结构。
图8a-8f为制造光透射滤光器的一个具体实施方式的横截面图。
图9a-9f为制造光透射滤光器的一个具体实施方式的横截面图，其 中在第二微结构化的表面上具有光学透明共形涂层。
应当理解，下述工艺步骤和结构并非制造完整光透射滤光器的完 整工艺流程。本发明可结合使用本领域现行采用的制造技术，只有那 些通常采用的工艺步骤需要用于理解本发明。
具体实施方式详述
在本说明书和权利要求书中，术语“微结构”关于聚合物膜上的 微结构。正如这里所用，术语“微结构”指至少2维特征为微观的特 征构造。特征的局部和/或横截面图一定是微观的。光透射滤光器的作 用依赖于微结构的形式，该微结构可由正和反特征组成。
正如这里所用，术语“微观的”指足够小的空间特征，从任何面 观察时，需要光学手段的辅助肉眼才能确定其形状。一个判据可见于 Modem Optic Engineering，W.J.Smith，McGraw-Hill，1966，p104-105， 其中视觉灵敏度，“...以可辨认的最小特征的角大小来定义和测定”。 标准的视觉灵敏度被认为是当最小可辨认字母对着在视网膜上5’(弧分) 高的角弧度内的情况。在通常的工作距离为250mm(10英寸)时，该 物体的侧向尺寸为0.36mm(0.0145英寸)。
微结构包括具有高度、长度和宽度的一系列特征。在一个具体实 施方式中，微结构分别具有约2.5～约360的高度和宽度尺寸，或约10～ 约300，或约15～约500，或约20～约250，或约25～约200，或约 25～约125微米。在一个具体实施方式中，微结构的平均高度为约15～ 约35微米，宽度为约50～约360微米。高度的测量为从微结构的顶点 到微结构的最深凹进处。
微结构的制造可采用本领域普通技术人员所知的许多方法。形成 微结构的具体的可用方法在美国专利US 4,486,363，4,601,861， 5,156,863以及在美国专利申请Pub.Nos.US 2003/0102591和US 2001/0009172中有详细描述，在此引入作为参考。可采用的其它方法 是浇铸和凝固法，其中将可聚合的组合物实施在基底和上面有微结构 反形的成型模具之间。组合物在UV辐射下进行聚合，然后与模具分 离。
如上所述，光透射滤光器包括：(a)光吸收材料层，该层具有前 表面和背表面，和(b)具有微结构化的第一表面和微结构化的第二表 面的透明层，其中第一表面的微结构嵌入光吸收层，并有暴露表面， 为光透射通过光吸收层提供通路，在微结构间形成基本为光吸收材料 填充的填隙区域，第二表面的微结构与第一表面的微结构光学地对准， 以对通过通路的光进行控制。这里，“光学地对准”指入射到透明层的 微结构化的第二表面(即背表面)的光聚集在透明层第一表面的微结 构所提供的通过光吸收层的通路内。
光吸收层有多个目的，包括降低滤光器的反射率，减小从背表面 通过滤光器中微结构之间的填隙区域传送到观众的光量，以及增大滤 光器的对比度。该层一般具有足够的厚度，以嵌入透明层第一表面的 微结构。嵌入微结构要使微结构存在暴露表面，以形成通过光吸收层 的光隧道。各微结构之间的填隙区域基本填充或完全填充有光吸收材 料。这里，术语“基本”指大部分，即大约50％以上的填隙区域面积 被填充。在一个具体实施方式中，被填充的面积至少为总面积的60％， 或至少为75％，或至少为90％。微结构可从光吸收层中突出来，提供 光透过光吸收层的通路。
光吸收层可为任何基本不透明的材料，能被嵌入透明层第一表面 的透明微结构，形成通过不透明层的光隧道。光吸收层可为当透明微 结构靠近它时可产生足够延展的任何材料，如部分或不完全交联的氨 基甲酸乙酯，压敏粘合剂，或者受热情况下的热塑性聚合物。光吸收 层也可以是能在微结构周围成形的材料，如沥青或粘合剂(着色的压 敏粘合剂)。
典型地，光吸收层包括一种或多种颜料的组合，通常为碳黑或其 它着色剂和一种或多种聚合物，如聚烯烃、聚丙烯酸酯、聚乙烯醇缩 醛如聚乙烯醇缩丁醛(如可从Solutia购买的Butvar树脂)、聚氨基甲 酸酯、聚酯或聚乙烯羧酸酯(polyvinylcarboxylate)。聚烯烃可以是C2-12 烯烃的均聚物和共聚物，例如乙烯、丙烯和丁烯。聚丙烯酸酯包括聚 甲基丙烯酸酯，可为C1-12丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯单体的均聚物或共 聚物，例如丙烯酸或甲基丙烯酸甲酯、乙酯、丙酯、丁酯、己酯或辛 酯。在本说明书和权利要求书通篇中，有关侧基的术语包括基团的所 有异构体形式。例如，使用术语辛基囊括正辛基、异辛基和2-乙己基 (2-ethylhexyl group)。聚乙烯羧酸酯包括C1-12羧酸乙烯酯(vinyl carboxylate)的均聚或共聚物，例如乙酸乙烯酯、丙酸乙烯酯(vinyl propionate)以及丁酸乙烯酯(vinyl butyrate)。商业上可用的聚丙烯酸酯 的例子包括ICI公司的AcrylicHI-7和Rohm&Haas公司的Acrylic MI-7。光吸收层可包含约2wt％～约10wt％的颜料和/或着色剂。
可选地，光吸收层可为光敏薄膜，这种情况下，其光学密度由于 暴露在光化性光线下而可变化。也可采用能自动根据背景光情况调整 其吸收能力的光敏材料。除薄膜和聚合物材料外，光吸收层可以是金 属丝网或多孔金属或聚合物板，或者金属丝网与聚合物的结合。
在一个具体实施方式中，光吸收层前表面由光学透明支撑层支撑， 以提高滤光器的坚固性。光学透明支撑层可以是玻璃或聚合物。支撑 层必须能在嵌入过程中耐住透明微结构化层施加的压力。支撑层可通 过粘合剂、层压或共挤与光吸收层粘结在一起。支撑层可以是任何具 有足够支撑光吸收层的强度和具有光学透明特征的材料，如来自茂金 属催化剂的光学透明聚烯烃、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚碳酸 酯、聚氨基甲酸酯、聚酯如聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚偏二氯乙烯 (polyvinylidene dichloride)、玻璃纸、乙酸纤维素、聚偏二氟乙烯 (polyvinylidene difluoride)、聚氯乙稀(polyvinyl chloride)、聚乙烯醇 缩醛和聚乙烯羧酸酯。支撑层的例子包括玻璃、聚丙烯、聚碳酸酯、 聚氨基甲酸酯如两份(two part)聚氨基甲酸酯和聚酯如聚对苯二甲酸 乙二醇酯。
在一个具体实施方式中，至少一个支撑层的主要表面是织地粗糙 的或随机不光滑的，以使从支撑层出射的光光学地散射。例如，支撑 层与光吸收层接触的表面被织构化。可选地，支撑层的外表面可被织 构化。
如上所述，光透射滤光器包括其第一和第二表面具有微结构的透 明层。透明层第一表面的微结构可与第二表面的微结构分开形成。可 选地，第一和第二表面的微结构可同时形成。
典型地，透明层的厚度为约10～约500，或约15～约375，或约 25～约250微米。厚度的测量从第一表面微结构的最高点或顶点到第 二表面微结构的最高点或顶点。
透明层典型由能形成微结构的光学透明的聚合物组成。光学透明 聚合物包括上述用于光吸收层的聚合物。在一个具体实施方式中，透 明层由聚烯烃如来自茂金属催化剂的光学透明聚烯烃、聚丙烯酸酯、 聚甲基丙烯酸酯、聚碳酸酯、聚氨基甲酸酯、聚酯如对苯二甲酸乙二 醇酯、聚偏二氯乙烯、玻璃纸、乙酸纤维素、聚偏二氟乙烯、聚氯乙 稀、聚乙烯醇缩醛和聚乙烯羧酸酯制成。在一个具体实施方式中，透 明层由聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯或氨基甲酸酯制成。
第一表面的微结构被嵌入光吸收层，以形成光通过光吸收层的通 道。可采用能提供该通道的任何微结构，只要光通过量满足背投影滤 光器和/或屏幕。微结构包括圆柱、圆锥、棱锥、矩形、半球形、正方 形、六角形、屋脊形和其中两种或多种的组合。圆锥和棱锥可截去顶 端。在一个具体实施方式中，微结构使用时，其最窄的面积从透明层 表面延伸出来，形成点式或线段式光通道。
应当理解，圆柱形和矩形结构应以其长边放置，以形成线段式光 通道，其尺寸的最长部分与透明层平行延伸。例如，小帐篷(puptent) 似或半圆拱形活动房屋(quonset hut)似微结构形成的光通道为线段式。 在一个具体实施方式中，微结构长度为其宽度的约0.5～约50，或约1～ 约35，或约1.5～约10，或约2～约5倍。在通篇说明书和权利要求书 中，结合使用范围和比例界限。当微结构形成线段式光通道时，应当 理解，微结构可形成平行的光通道或者以其它角度如垂直角度看，形 成格状图案(waffle pattern)的光通道。
在一个具体实施方式中，透明层的微结构为不光滑或有织构形态。 微结构也可包含在其表面上的颗粒物质。有织构形态或不光滑状态有 助于减少斑纹的形成。
在本发明的一个具体实施方式中，滤光器包括位于透明层第二表 面(即背表面)微结构上的光学透明、基本均一的共形层。该层的典 型厚度为微结构长度的约10％～约90％，或约20％～约80％，或约 30％～约70％。该层包括任何具有光透射滤光器所需光学透明性的聚 合物。典型的聚合物有聚烯烃如茂金属催化剂形成的光学透明聚烯烃、 聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚碳酸酯、聚氨基甲酸酯、聚酯如对 苯二甲酸乙二醇酯、聚偏二氯乙烯、玻璃纸、乙酸纤维素、聚偏二氟 乙烯、聚氯乙稀、聚乙烯醇缩醛和聚乙烯羧酸酯。
滤光器可有一个粘结层，以增强共形层与透明层间的粘结。这可 是能改进粘结的任何物质。在另一个具体实施方式中，透明层和光吸 收层经过处理，以增强粘结。合适的粘结层树脂例子包括可从Elf Atochem公司购买的“Platamid”、可从杜邦公司购买的“CXA”和可从 Chemplex购买的“Plexar”。
在一个具体实施方式中，光学透明材料共形层的背表面具有织构 形态，以减小斑纹的形成。有织构形态散射反射的光，对总的光透射 率影响最小，因而减少斑纹的形成。在一个具体实施方式中，有织构 形态可以是不光滑形态或者包含三维图案的形态，其横截面由很小的 圆形、椭圆形、菱形、正方形、矩形、三角形、多边形、线或不规则 形状组成，其横截面平行于光吸收材料的表面。可用于在共形层背表 面上形成有织构形态的多种产生织构形态的方法和技术为本领域普通 技术人员所知。例如，在共形到微结构之前，可通过与具有织构形态 或部光滑形态的薄膜或纸接触，使光学透明材料可共形层的背表面被 织构化。当两个表面在压力下结合在一起时，薄膜表面的形态就被复 制到共形层的表面。可选地，可将构造通过加热的辊子，其中至少一 个棍子具有织构化的表面，使沉积在如剥离衬垫上的共形层需要的表 面被织构化。在另一个方法中，通过先在浇铸板的聚合物涂层面上印 制有织构表面，使共形层的背表面具有织构。印制可采用普通的印刷 技术完成，如苯胺印刷(Flexo)和轮转凹版印刷(gravure)。采取加热 和加压，将织构压入聚合物涂层浇铸板的面中，使得印刷物的顶部基 本与聚合物涂层表面齐平。然后将共形层实施在织构化表面上，例如 通过层压法，由此将织构化或印制表面复制到共形层的背表面上。
滤光器还可包括其它附加层，以进一步控制通过滤光器的光，这 些透光层可位于前表面，也可位于背表面。这些附加层包括，例如， 凸透镜透镜、桶状透镜和菲涅耳透镜。
参见附图，可进一步理解本发明。图1为滤光器中间部分构造的 一个具体实施方式的横截面图。构造10具有透明层11，其微结构12 嵌入光吸收层13中。任选地，光学透明支撑层14与光吸收层13的前 表面结合。填隙区域16形成于各微结构之间，基本用光吸收材料填充。 光透过光吸收层13的通路17由透明层的微结构12提供。
图2说明本发明滤光器的一个具体实施方式。滤光器20具有透明 层21，其微结构22位于其前表面，微结构25位于其背表面。前表面 的微结构22嵌入光吸收层23。填隙区域26形成于各个微结构之间。 任选地，光学透明支撑层24与光吸收层23的前表面结合。光透过光 吸收层23的通路27由透明层的微结构22提供。微结构25和22通过 同时或先后对透明层21进行微雕而制成。可选地，微结构22可在第 一透明层上形成，然后层压到具有微结构25的第二透明层上。形成的 层压结构包括透明层21。层压可在微结构22嵌入光吸收层23之前或 之后进行。微结构25与微结构22光学地对准，以控制透过通路27的 光。微结构25与微结构22的尺寸可相同或不同。
图3表示一个具体实施方式，其中滤光器包括位于其前表面的附 加透镜。滤光器30具有透明层31，其前表面上有微结构32，背表面 上有微结构35。前表面的微结构32被嵌入光吸收层33中。与支撑层 34结合的是圆柱形透镜36，显示其横截面为圆形外形。其它形状的横 截面也有可能。圆柱形透镜层36的形状可选择，使其暴露表面37比 图示更扁平或更拉长。更扁平暴露表面37和相反的更拉长暴露表面37 趋向于散开光线，使其更远离暴露表面37的顶点。
图4说明的具体实施方式中，滤光器40具有透明层41，其前表面 上有微结构42，背表面上有微结构45。前表面的微结构42被嵌入光 吸收层43。任选地，光学透明支撑层44粘结在光吸收层43的前表面 上。微结构45为半球形状。任选地，微结构45具有织构形态。
图5说明另一个具体实施方式，其中滤光器50具有透明层51，其 前表面上有微结构52，背表面上有微结构55。前表面的微结构52被 嵌入光吸收层53中。任选地，光学透明支撑层54粘结在光吸收层53 的前表面上。微结构55为圆柱状，或为“半圆拱形活动房屋”状。任 选地，微结构55具有织构形态。
图6阐明另一个具体实施方式，其中滤光器60具有透明层61，其 前表面上有微结构62，背表面上有微结构65。前表面的锥形微结构62 被嵌入光吸收层63中。任选地，光学透明支撑层64粘结在光吸收层 63的前表面上。
图7所阐明的具体实施方式中，滤光器70具有透明层71，其前表 面上有微结构72，背表面上有微结构75。前表面的圆柱形微结构72 被嵌入光吸收层73中。任选地，光学透明支撑层74粘结在光吸收层 73的前表面上。
制造光透射滤光器的方法可用热层压法。透明层的微结构在热和 压力作用下被压入光吸收层，形成光路。微结构延伸进光吸收层，通 常穿过光吸收层。层压的温度和压力与各层使用的材料(聚合物)有 关，一般地，层压温度为约175°F(79℃)～约400°F(204℃)，或约 250°F(121℃)～约350°F(177℃)。层压压力通常为约50～约150psi (磅/平方英寸)，或约75～约125psi。
在一个具体实施方式中，本发明涉及制造光透射滤光器的方法， 包括步骤：(1)提供具有微结构化的第一表面和微结构化的第二表面 的透明膜，(2)提供具有第一和第二表面的光吸收材料层；和(3)将 透明膜第一表面的微结构嵌入光吸收层到足够的深度，以形成通过光 吸收层的光路。在一个具体实施方式中，透明层的第二表面用附加的 透镜结构所覆盖，包括或例如菲涅耳透镜。在一个具体实施方式中， 该方法包括进一步将光学透明支撑层粘结在光吸收层的第一表面上的 步骤。
在另一个具体实施方式中，本发明涉及制造光透射滤光器的方法， 包括以下步骤：(1)提供具有第一微结构化的表面和第二表面的第一 透明膜层，(2)提供具有第一微结构化的表面和第二表面的第二透明 膜层，(3)提供具有第一和第二表面的光吸收材料层，和(4)将第一 透明膜层第一表面的微结构嵌入光吸收膜层到足够的深度，以形成通 过光吸收层的光路，以及(5)将第一透明层的第二表面层压在第二透 明层的第二表面上，使得第一透明膜层的微结构与第二透明膜层的微 结构光学地对准。层压步骤可在嵌入微结构步骤之前或之后进行。
图8a-f为滤光器制造方法的一个具体实施方式的横截面图。在所 有附图中，同样的结构用相同的数字表示。透明层801被雕刻形成多 个微结构802。透明层801被压入包括模塑层803和支撑层804的保护 性支撑中。模塑层803热层压到透明层801上，微结构802被嵌入模 塑层803中，这使微结构化的表面得到保护，不致受到后续加工步骤 的损坏。在一个具体实施方式中，期望透明层801的维卡(Vicat)软 化点高于模塑层803聚合物的Vicat软化点。模塑层可为任何具有合适 Vicat软化点的热塑性聚合物。如果模塑层由与透明层801性质相似的 聚合物组成，则使用硅树脂脱离层，如在压敏粘合垫中所采用的，以 使层的分离更容易。在一个具体实施方式中，模塑层803由聚烯烃组 成，例如低、中和高密度聚乙烯，聚丙烯或其混合物。通过软化和/熔 融，与微结构化的表面共形，模塑层的较低Vicat软化点有助于在滤光 器制造过程中保护微结构。在制造压力和温度下，微结构被压入模塑 层。
图8b说明，透明层801的微结构802被压入模塑层803中。在图 8c中，透明层801的第二表面被雕刻成第二多个微结构805。第二多 个微结构与第一多个微结构802的尺寸可相同或不同。图8d阐明滤光 器形成于在透明支撑层807上光吸收材料806的构造。微结构805被 压入光吸收材料806中，形成光路。图8e说明热层压结构，其中微结 构805被嵌入透明支撑层807上的光吸收材料806中。具有微结构802 的光透明层801仍层压在位于支撑层804上的模塑层803上。图8f说 明制造滤光器的最后一步，将支撑层804上的模塑层803去掉，留下 滤光器。
图9a-f说明本发明的一个具体实施方式，其中滤光器包括位于透 明层背表面微结构上的共形涂层。透明层901被雕刻形成多个微结构 902。透明层901被压入包括模塑层903和支撑层904的保护支撑中。 在模塑层903上是涂层908，其中包括共形涂层的组合物。上面有共形 涂层908的模塑层903热层压到透明层901上，微结构902被嵌入模 塑层903中。这使微结构化的表面得到保护，不致受到后续加工步骤 的损坏。
图9b说明，透明层901的微结构902被压入模塑层903中。共形 层908共形到微结构的形状上。在图9c中，透明层901的第二表面被 雕刻形成第二多个微结构905。第二多个微结构与第一多个微结构902 的尺寸可相同或不同。图9d阐明滤光器的形成于在透明支撑层907上 的光吸收材料906的构造。微结构905被压入光吸收材料906中至足 够深度，以形成通过光吸收材料906的光路。图9e说明热层压结构， 其中微结构905被嵌入透明支撑层907上的光吸收材料906中。具有 微结构902的光透明层901仍层压在模塑层903上，其中共形层908 与微结构902粘结。在图9f中，将支撑层904和模塑层903从构造中 去掉。留下的构造部分包括滤光器。
下面是制造本发明滤光器的实施例。这些实施例是说明性的，不 能被认为是对本发明范畴的限制。在实施例、说明书和权利要求书中， 如果不另外说明，温度为摄氏温度，份数和百分比为重量，压力为或 接近大气压。
实施例1
冲击改性丙烯酸如Ineos Acrylic公司的CP-927构成的透明层的前 面在热和压力作用下被微雕成直径约75微米的半球。透明层的背面同 时被微雕成相同直径的相反半球，不同的是半球被拉长。包含拉长半 球的表面在热和压力作用下被层压到保护性基底上，保护性基底由低 密度聚乙烯涂在对苯二甲酸乙二醇酯上的层所组成。前表面被层压到 热塑性氨基甲酸酯S-9815-03的不透明层上，S-9815-03可从Morton International GmbH公司购买，它含有10％的细小分散碳黑，这样，每 个半球的顶点刚好突过层，形成通过不透明层的光隧道。移去保护层， 将构造用光学粘合剂层压到玻璃板上，使拉长的半球暴露。
实施例2
聚碳酸酯透明层的前面在热和压力作用下被微雕成直径约75微米 的半球。前表面被层压到热塑性氨基甲酸酯S-9815-03的不透明层上， S-9815-03可从Morton International GmbH公司购买，它含有10％的细 小分散碳黑，这样，每个半球的顶点刚好突过层，形成通过不透明层 的光隧道。将构造用光学粘合剂层压到玻璃板上。采用光学粘合剂， 将另一形成半球形的微雕表面的聚甲基丙烯酸甲酯(polymethyl methacrylate)透明层层压到聚碳酸酯(polycarbonate)层的背面，使得聚 甲基丙烯酸甲酯层的半球暴露。
虽然利用优选的具体实施方式对本发明进行了解释，但应当理解， 对于阅读过本说明书的本领域普通技术人员来说，各种修改都是显而 易见的。因此，应当理解，这里公开的本发明覆盖落入所附权利要求 书范畴内的这些修改中。
本申请享有2003年3月12日提交的临时专利申请No.60/454197 的权益。
随着投影图像清晰度的提高，像素数目从传统的几万像素提高到 超过百万像素。因此也需要投影屏幕具有更精细的透镜结构。
按具体术语而言，需要将现有投影屏幕透镜结构三维中二维减小 到0.36mm或更小。
一般地，背投影屏幕的有角性(angularity)或曲率较差。术语有 角性(angularity)用于描述观众以一定角度范围而不是近似正对屏幕 面，从屏幕或滤光器上看见良好图像的能力。当观众移动至屏幕或滤 光器的一侧，或比屏幕或滤光器高或低，图像亮度和/或质量都会下降。 角亮度可对称或不对称，期望可调节屏幕和滤光器的图像亮度和/或角 亮度，以最佳适应可能的观看条件。
通过引导光线到观众最可能所处的区域，控制屏幕亮度的角度依 赖性，这通常是有利的。例如，当背投影显示器为数据监视器时，观 众通常处在相对于显示器的中间位置，距离显示器大约1～3英尺的范 围内。观众的眼睛位于垂直屏幕中央的线上方，但观众通常不会从屏 幕上方相距1或2英尺的位置观看屏幕。进一步，出于保密或安全起 见，期望减小相对于垂直屏幕以一定角度或30°或更大角度显出的亮 度。这降低了远离屏幕轴的人以及也许是没有权利观看屏幕内容的人 看到屏幕信息的可能性。
一般地，期望提供给背投影屏幕高分辨率、高对比度和大增益 (gain)。
美国专利US 4,431,266(Mori)涉及光学折射镜，该镜由具有第一 和第二表面的透明材料板组成。同样尺寸的分段透镜元件被布置在板 的第一和第二表面上，与板形成一体。第一表面上的分段透镜元件与 第二表面上放置的分段透镜元件处于面对面的位置关系。
美国专利US 4,490,010(Honda)涉及背投影屏幕，它由位于屏幕 前面和后面的凸透镜阵列所组成。在前凸透镜周围装有投影或突出部 分(projection or raised portions)，并向前延伸，在投影或突出部分 (projection or raised portions)上方具有遮光带或遮光层。
美国专利US 5,066,099(Yoshida)涉及后投影图像显示设备，包 括一个或多个片状元件，光从屏幕的入射面一侧依次透过这些片状元 件，最后一个片状元件包括透明材料作为基底，在基底的出射面一侧 具有光漫射层。光漫射体本身带有颜色，以获得进一步增强的对比度。
美国专利US 5,870,224(Saitoh)涉及透镜片，在其透明支撑体一 面上，形成有包括可辐射固化树脂的圆柱形透镜部分，在该透镜片另 一面的平面上，至少形成有光漫射层和光阻挡带。圆柱形透镜部分的 小螺距可为0.3mm或更小。
美国专利US 5,933,276(Magee)涉及部分透明、定向观看的片， 由塑料制成，在片的前背表面，形成有椭圆形横截面的凸透镜和凹透 镜。
美国专利US 5,563,738和5,781,344(Vance)涉及低反射系数的光 透射和光色散滤光器。多层滤光器将光学层加到基本的折射滤光器上， 以便调节滤光器的增益、对比度和背景光抑制。
美国专利US 6,076,933(DiLoreto等)描述了类似于Vance所述的 光透射和色散滤光器，它在透明珠子的背面添加了光透射材料的共形 层。
发明概述
本发明涉及光透射滤光器，包括：(a)光吸收材料层，该层具有 前表面和背表面，和(b)具有微结构化的第一表面和微结构化的第二 表面的透明层，其中第一表面的微结构嵌入光吸收层，并有暴露表面， 为光透射通过光吸收层提供通路，在微结构间形成基本为光吸收材料 填充的填隙区域，第二表面的微结构与第一表面的微结构光学地对准， 以控制光透射通过所述通路。
在本发明的一个具体实施方式中，光透射滤光器包括覆盖在透明 层的微结构化的第二表面上的光学透明共形涂层，用以提高滤光器的 透射率和/或改变通过滤光器的光分布。光透射滤光器也包括与光吸收 层前表面结合的透明支撑层。
本发明的光透射滤光器具有改进的光通过量和改进的有角性 (angularity)。角亮度可对称或非对称，期望可调节屏幕和滤光器的亮 度和/或角亮度，以最佳适应可能的观看条件。
本发明进一步涉及制造光透射滤光器的方法，包括以下步骤：(1) 提供具有第一微结构化的表面和第二微结构化的表面的透明膜，其中 第一表面的微结构在微结构之间形成填隙区域，并与第二表面的微结 构光学地对准；(2)提供具有第一和第二表面的光吸收材料层；和(3) 将透明膜第一表面的微结构嵌入光吸收材料到足够的深度，以形成通 过光吸收层的光路，其中微结构间的填隙区域基本用光吸收材料填充。
在另一方面，本发明涉及制造光透射滤光器的方法，包括以下步 骤：(1)提供具有第一和第二表面以及第一表面上的微结构的第一透 明膜层；(2)提供具有微结构化的第一表面和第二表面的第二透明膜 层；(3)提供具有第一和第二表面的光吸收材料层；(4)将第一透明 膜层第一表面的微结构嵌入光吸收材料到足够的深度，以形成通过光 吸收层的光通道，和(5)将第一透明膜层的第二表面层压在第二透明 膜层的第二表面上，使得第一透明膜层的微结构与第二透明膜层的微 结构光学地对准。
附图简述
图1为本发明中光透射滤光器中间部分的横截面图，用以说明与 透明支撑层接触的第一微结构化的表面。
图2为本发明中具有第一微结构化的表面和第二微结构化的表面 的光透射滤光器的横截面图。
图3为本发明中透明支撑层前表面具有透镜的光透射滤光器的横 截面图。
图4为光透射滤光器的三维图，其中第二表面的微结构形成凸透 镜状透镜。
图5为光透射滤光器的三维图，其中第二表面的微结构形成桶状 透镜。
图6为光透射滤光器的横截面图，其中第一表面的微结构为圆锥 形结构。
图7为光透射滤光器的横截面图，其中第一表面的微结构为圆柱 形结构。
图8a-8f为制造光透射滤光器的一个具体实施方式的横截面图。
图9a-9f为制造光透射滤光器的一个具体实施方式的横截面图，其 中在第二微结构化的表面上具有光学透明共形涂层。
应当理解，下述工艺步骤和结构并非制造完整光透射滤光器的完 整工艺流程。本发明可结合使用本领域现行采用的制造技术，只有那 些通常采用的工艺步骤需要用于理解本发明。
具体实施方式详述
在本说明书和权利要求书中，术语“微结构”关于聚合物膜上的 微结构。正如这里所用，术语“微结构”指至少2维特征为微观的特 征构造。特征的局部和/或横截面图一定是微观的。光透射滤光器的作 用依赖于微结构的形式，该微结构可由正和反特征组成。
正如这里所用，术语“微观的”指足够小的空间特征，从任何面 观察时，需要光学手段的辅助肉眼才能确定其形状。一个判据可见于 Modem Optic Engineering，W.J.Smith，McGraw-Hill，1966，p104-105， 其中视觉灵敏度，“...以可辨认的最小特征的角大小来定义和测定”。 标准的视觉灵敏度被认为是当最小可辨认字母对着在视网膜上5’(弧分) 高的角弧度内的情况。在通常的工作距离为250mm(10英寸)时，该 物体的侧向尺寸为0.36mm(0.0145英寸)。
微结构包括具有高度、长度和宽度的一系列特征。在一个具体实 施方式中，微结构分别具有约2.5～约360的高度和宽度尺寸，或约10～ 约300，或约15～约500，或约20～约250，或约25～约200，或约 25～约125微米。在一个具体实施方式中，微结构的平均高度为约15～ 约35微米，宽度为约50～约360微米。高度的测量为从微结构的顶点 到微结构的最深凹进处。
微结构的制造可采用本领域普通技术人员所知的许多方法。形成 微结构的具体的可用方法在美国专利US 4,486,363，4,601,861， 5,156,863以及在美国专利申请Pub.Nos.US 2003/0102591和US 2001/0009172中有详细描述，在此引入作为参考。可采用的其它方法 是浇铸和凝固法，其中将可聚合的组合物实施在基底和上面有微结构 反形的成型模具之间。组合物在UV辐射下进行聚合，然后与模具分 离。
如上所述，光透射滤光器包括：(a)光吸收材料层，该层具有前 表面和背表面，和(b)具有微结构化的第一表面和微结构化的第二表 面的透明层，其中第一表面的微结构嵌入光吸收层，并有暴露表面， 为光透射通过光吸收层提供通路，在微结构间形成基本为光吸收材料 填充的填隙区域，第二表面的微结构与第一表面的微结构光学地对准， 以对通过通路的光进行控制。这里，“光学地对准”指入射到透明层的 微结构化的第二表面(即背表面)的光聚集在透明层第一表面的微结 构所提供的通过光吸收层的通路内。
光吸收层有多个目的，包括降低滤光器的反射率，减小从背表面 通过滤光器中微结构之间的填隙区域传送到观众的光量，以及增大滤 光器的对比度。该层一般具有足够的厚度，以嵌入透明层第一表面的 微结构。嵌入微结构要使微结构存在暴露表面，以形成通过光吸收层 的光隧道。各微结构之间的填隙区域基本填充或完全填充有光吸收材 料。这里，术语“基本”指大部分，即大约50％以上的填隙区域面积 被填充。在一个具体实施方式中，被填充的面积至少为总面积的60％， 或至少为75％，或至少为90％。微结构可从光吸收层中突出来，提供 光透过光吸收层的通路。
光吸收层可为任何基本不透明的材料，能被嵌入透明层第一表面 的透明微结构，形成通过不透明层的光隧道。光吸收层可为当透明微 结构靠近它时可产生足够延展的任何材料，如部分或不完全交联的氨 基甲酸乙酯，压敏粘合剂，或者受热情况下的热塑性聚合物。光吸收 层也可以是能在微结构周围成形的材料，如沥青或粘合剂(着色的压 敏粘合剂)。
典型地，光吸收层包括一种或多种颜料的组合，通常为碳黑或其 它着色剂和一种或多种聚合物，如聚烯烃、聚丙烯酸酯、聚乙烯醇缩 醛如聚乙烯醇缩丁醛(如可从Solutia购买的Butvar树脂)、聚氨基甲 酸酯、聚酯或聚乙烯羧酸酯(polyvinylcarboxylate)。聚烯烃可以是C2-12 烯烃的均聚物和共聚物，例如乙烯、丙烯和丁烯。聚丙烯酸酯包括聚 甲基丙烯酸酯，可为C1-12丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯单体的均聚物或共 聚物，例如丙烯酸或甲基丙烯酸甲酯、乙酯、丙酯、丁酯、己酯或辛 酯。在本说明书和权利要求书通篇中，有关侧基的术语包括基团的所 有异构体形式。例如，使用术语辛基囊括正辛基、异辛基和2-乙己基 (2-ethylhexyl group)。聚乙烯羧酸酯包括C1-12羧酸乙烯酯(vinyl carboxylate)的均聚或共聚物，例如乙酸乙烯酯、丙酸乙烯酯(vinyl propionate)以及丁酸乙烯酯(vinyl butyrate)。商业上可用的聚丙烯酸酯 的例子包括ICI公司的AcrylicHI-7和Rohm&Haas公司的Acrylic MI-7。光吸收层可包含约2wt％～约10wt％的颜料和/或着色剂。
可选地，光吸收层可为光敏薄膜，这种情况下，其光学密度由于 暴露在光化性光线下而可变化。也可采用能自动根据背景光情况调整 其吸收能力的光敏材料。除薄膜和聚合物材料外，光吸收层可以是金 属丝网或多孔金属或聚合物板，或者金属丝网与聚合物的结合。
在一个具体实施方式中，光吸收层前表面由光学透明支撑层支撑， 以提高滤光器的坚固性。光学透明支撑层可以是玻璃或聚合物。支撑 层必须能在嵌入过程中耐住透明微结构化层施加的压力。支撑层可通 过粘合剂、层压或共挤与光吸收层粘结在一起。支撑层可以是任何具 有足够支撑光吸收层的强度和具有光学透明特征的材料，如来自茂金 属催化剂的光学透明聚烯烃、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚碳酸 酯、聚氨基甲酸酯、聚酯如聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚偏二氯乙烯 (polyvinylidene dichloride)、玻璃纸、乙酸纤维素、聚偏二氟乙烯 (polyvinylidene difluoride)、聚氯乙稀(polyvinyl chloride)、聚乙烯醇 缩醛和聚乙烯羧酸酯。支撑层的例子包括玻璃、聚丙烯、聚碳酸酯、 聚氨基甲酸酯如两份(two part)聚氨基甲酸酯和聚酯如聚对苯二甲酸 乙二醇酯。
在一个具体实施方式中，至少一个支撑层的主要表面是织地粗糙 的或随机不光滑的，以使从支撑层出射的光光学地散射。例如，支撑 层与光吸收层接触的表面被织构化。可选地，支撑层的外表面可被织 构化。
如上所述，光透射滤光器包括其第一和第二表面具有微结构的透 明层。透明层第一表面的微结构可与第二表面的微结构分开形成。可 选地，第一和第二表面的微结构可同时形成。
典型地，透明层的厚度为约10～约500，或约15～约375，或约 25～约250微米。厚度的测量从第一表面微结构的最高点或顶点到第 二表面微结构的最高点或顶点。
透明层典型由能形成微结构的光学透明的聚合物组成。光学透明 聚合物包括上述用于光吸收层的聚合物。在一个具体实施方式中，透 明层由聚烯烃如来自茂金属催化剂的光学透明聚烯烃、聚丙烯酸酯、 聚甲基丙烯酸酯、聚碳酸酯、聚氨基甲酸酯、聚酯如对苯二甲酸乙二 醇酯、聚偏二氯乙烯、玻璃纸、乙酸纤维素、聚偏二氟乙烯、聚氯乙 稀、聚乙烯醇缩醛和聚乙烯羧酸酯制成。在一个具体实施方式中，透 明层由聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯或氨基甲酸酯制成。
第一表面的微结构被嵌入光吸收层，以形成光通过光吸收层的通 道。可采用能提供该通道的任何微结构，只要光通过量满足背投影滤 光器和/或屏幕。微结构包括圆柱、圆锥、棱锥、矩形、半球形、正方 形、六角形、屋脊形和其中两种或多种的组合。圆锥和棱锥可截去顶 端。在一个具体实施方式中，微结构使用时，其最窄的面积从透明层 表面延伸出来，形成点式或线段式光通道。
应当理解，圆柱形和矩形结构应以其长边放置，以形成线段式光 通道，其尺寸的最长部分与透明层平行延伸。例如，小帐篷(puptent) 似或半圆拱形活动房屋(quonset hut)似微结构形成的光通道为线段式。 在一个具体实施方式中，微结构长度为其宽度的约0.5～约50，或约1～ 约35，或约1.5～约10，或约2～约5倍。在通篇说明书和权利要求书 中，结合使用范围和比例界限。当微结构形成线段式光通道时，应当 理解，微结构可形成平行的光通道或者以其它角度如垂直角度看，形 成格状图案(waffle pattern)的光通道。
在一个具体实施方式中，透明层的微结构为不光滑或有织构形态。 微结构也可包含在其表面上的颗粒物质。有织构形态或不光滑状态有 助于减少斑纹的形成。
在本发明的一个具体实施方式中，滤光器包括位于透明层第二表 面(即背表面)微结构上的光学透明、基本均一的共形层。该层的典 型厚度为微结构长度的约10％～约90％，或约20％～约80％，或约 30％～约70％。该层包括任何具有光透射滤光器所需光学透明性的聚 合物。典型的聚合物有聚烯烃如茂金属催化剂形成的光学透明聚烯烃、 聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚碳酸酯、聚氨基甲酸酯、聚酯如对 苯二甲酸乙二醇酯、聚偏二氯乙烯、玻璃纸、乙酸纤维素、聚偏二氟 乙烯、聚氯乙稀、聚乙烯醇缩醛和聚乙烯羧酸酯。
滤光器可有一个粘结层，以增强共形层与透明层间的粘结。这可 是能改进粘结的任何物质。在另一个具体实施方式中，透明层和光吸 收层经过处理，以增强粘结。合适的粘结层树脂例子包括可从Elf Atochem公司购买的“Platamid”、可从杜邦公司购买的“CXA”和可从 Chemplex购买的“Plexar”。
在一个具体实施方式中，光学透明材料共形层的背表面具有织构 形态，以减小斑纹的形成。有织构形态散射反射的光，对总的光透射 率影响最小，因而减少斑纹的形成。在一个具体实施方式中，有织构 形态可以是不光滑形态或者包含三维图案的形态，其横截面由很小的 圆形、椭圆形、菱形、正方形、矩形、三角形、多边形、线或不规则 形状组成，其横截面平行于光吸收材料的表面。可用于在共形层背表 面上形成有织构形态的多种产生织构形态的方法和技术为本领域普通 技术人员所知。例如，在共形到微结构之前，可通过与具有织构形态 或部光滑形态的薄膜或纸接触，使光学透明材料可共形层的背表面被 织构化。当两个表面在压力下结合在一起时，薄膜表面的形态就被复 制到共形层的表面。可选地，可将构造通过加热的辊子，其中至少一 个棍子具有织构化的表面，使沉积在如剥离衬垫上的共形层需要的表 面被织构化。在另一个方法中，通过先在浇铸板的聚合物涂层面上印 制有织构表面，使共形层的背表面具有织构。印制可采用普通的印刷 技术完成，如苯胺印刷(Flexo)和轮转凹版印刷(gravure)。采取加热 和加压，将织构压入聚合物涂层浇铸板的面中，使得印刷物的顶部基 本与聚合物涂层表面齐平。然后将共形层实施在织构化表面上，例如 通过层压法，由此将织构化或印制表面复制到共形层的背表面上。
滤光器还可包括其它附加层，以进一步控制通过滤光器的光，这 些透光层可位于前表面，也可位于背表面。这些附加层包括，例如， 凸透镜透镜、桶状透镜和菲涅耳透镜。
参见附图，可进一步理解本发明。图1为滤光器中间部分构造的 一个具体实施方式的横截面图。构造10具有透明层11，其微结构12 嵌入光吸收层13中。任选地，光学透明支撑层14与光吸收层13的前 表面结合。填隙区域16形成于各微结构之间，基本用光吸收材料填充。 光透过光吸收层13的通路17由透明层的微结构12提供。
图2说明本发明滤光器的一个具体实施方式。滤光器20具有透明 层21，其微结构22位于其前表面，微结构25位于其背表面。前表面 的微结构22嵌入光吸收层23。填隙区域26形成于各个微结构之间。 任选地，光学透明支撑层24与光吸收层23的前表面结合。光透过光 吸收层23的通路27由透明层的微结构22提供。微结构25和22通过 同时或先后对透明层21进行微雕而制成。可选地，微结构22可在第 一透明层上形成，然后层压到具有微结构25的第二透明层上。形成的 层压结构包括透明层21。层压可在微结构22嵌入光吸收层23之前或 之后进行。微结构25与微结构22光学地对准，以控制透过通路27的 光。微结构25与微结构22的尺寸可相同或不同。
图3表示一个具体实施方式，其中滤光器包括位于其前表面的附 加透镜。滤光器30具有透明层31，其前表面上有微结构32，背表面 上有微结构35。前表面的微结构32被嵌入光吸收层33中。与支撑层 34结合的是圆柱形透镜36，显示其横截面为圆形外形。其它形状的横 截面也有可能。圆柱形透镜层36的形状可选择，使其暴露表面37比 图示更扁平或更拉长。更扁平暴露表面37和相反的更拉长暴露表面37 趋向于散开光线，使其更远离暴露表面37的顶点。
图4说明的具体实施方式中，滤光器40具有透明层41，其前表面 上有微结构42，背表面上有微结构45。前表面的微结构42被嵌入光 吸收层43。任选地，光学透明支撑层44粘结在光吸收层43的前表面 上。微结构45为半球形状。任选地，微结构45具有织构形态。
图5说明另一个具体实施方式，其中滤光器50具有透明层51，其 前表面上有微结构52，背表面上有微结构55。前表面的微结构52被 嵌入光吸收层53中。任选地，光学透明支撑层54粘结在光吸收层53 的前表面上。微结构55为圆柱状，或为“半圆拱形活动房屋”状。任 选地，微结构55具有织构形态。
图6阐明另一个具体实施方式，其中滤光器60具有透明层61，其 前表面上有微结构62，背表面上有微结构65。前表面的锥形微结构62 被嵌入光吸收层63中。任选地，光学透明支撑层64粘结在光吸收层 63的前表面上。
图7所阐明的具体实施方式中，滤光器70具有透明层71，其前表 面上有微结构72，背表面上有微结构75。前表面的圆柱形微结构72 被嵌入光吸收层73中。任选地，光学透明支撑层74粘结在光吸收层 73的前表面上。
制造光透射滤光器的方法可用热层压法。透明层的微结构在热和 压力作用下被压入光吸收层，形成光路。微结构延伸进光吸收层，通 常穿过光吸收层。层压的温度和压力与各层使用的材料(聚合物)有 关，一般地，层压温度为约175°F(79℃)～约400°F(204℃)，或约 250°F(121℃)～约350°F(177℃)。层压压力通常为约50～约150psi (磅/平方英寸)，或约75～约125psi。
在一个具体实施方式中，本发明涉及制造光透射滤光器的方法， 包括步骤：(1)提供具有微结构化的第一表面和微结构化的第二表面 的透明膜，(2)提供具有第一和第二表面的光吸收材料层；和(3)将 透明膜第一表面的微结构嵌入光吸收层到足够的深度，以形成通过光 吸收层的光路。在一个具体实施方式中，透明层的第二表面用附加的 透镜结构所覆盖，包括或例如菲涅耳透镜。在一个具体实施方式中， 该方法包括进一步将光学透明支撑层粘结在光吸收层的第一表面上的 步骤。
在另一个具体实施方式中，本发明涉及制造光透射滤光器的方法， 包括以下步骤：(1)提供具有第一微结构化的表面和第二表面的第一 透明膜层，(2)提供具有第一微结构化的表面和第二表面的第二透明 膜层，(3)提供具有第一和第二表面的光吸收材料层，和(4)将第一 透明膜层第一表面的微结构嵌入光吸收膜层到足够的深度，以形成通 过光吸收层的光路，以及(5)将第一透明层的第二表面层压在第二透 明层的第二表面上，使得第一透明膜层的微结构与第二透明膜层的微 结构光学地对准。层压步骤可在嵌入微结构步骤之前或之后进行。
图8a-f为滤光器制造方法的一个具体实施方式的横截面图。在所 有附图中，同样的结构用相同的数字表示。透明层801被雕刻形成多 个微结构802。透明层801被压入包括模塑层803和支撑层804的保护 性支撑中。模塑层803热层压到透明层801上，微结构802被嵌入模 塑层803中，这使微结构化的表面得到保护，不致受到后续加工步骤 的损坏。在一个具体实施方式中，期望透明层801的维卡(Vicat)软 化点高于模塑层803聚合物的Vicat软化点。模塑层可为任何具有合适 Vicat软化点的热塑性聚合物。如果模塑层由与透明层801性质相似的 聚合物组成，则使用硅树脂脱离层，如在压敏粘合垫中所采用的，以 使层的分离更容易。在一个具体实施方式中，模塑层803由聚烯烃组 成，例如低、中和高密度聚乙烯，聚丙烯或其混合物。通过软化和/熔 融，与微结构化的表面共形，模塑层的较低Vicat软化点有助于在滤光 器制造过程中保护微结构。在制造压力和温度下，微结构被压入模塑 层。
图8b说明，透明层801的微结构802被压入模塑层803中。在图 8c中，透明层801的第二表面被雕刻成第二多个微结构805。第二多 个微结构与第一多个微结构802的尺寸可相同或不同。图8d阐明滤光 器形成于在透明支撑层807上光吸收材料806的构造。微结构805被 压入光吸收材料806中，形成光路。图8e说明热层压结构，其中微结 构805被嵌入透明支撑层807上的光吸收材料806中。具有微结构802 的光透明层801仍层压在位于支撑层804上的模塑层803上。图8f说 明制造滤光器的最后一步，将支撑层804上的模塑层803去掉，留下 滤光器。
图9a-f说明本发明的一个具体实施方式，其中滤光器包括位于透 明层背表面微结构上的共形涂层。透明层901被雕刻形成多个微结构 902。透明层901被压入包括模塑层903和支撑层904的保护支撑中。 在模塑层903上是涂层908，其中包括共形涂层的组合物。上面有共形 涂层908的模塑层903热层压到透明层901上，微结构902被嵌入模 塑层903中。这使微结构化的表面得到保护，不致受到后续加工步骤 的损坏。
图9b说明，透明层901的微结构902被压入模塑层903中。共形 层908共形到微结构的形状上。在图9c中，透明层901的第二表面被 雕刻形成第二多个微结构905。第二多个微结构与第一多个微结构902 的尺寸可相同或不同。图9d阐明滤光器的形成于在透明支撑层907上 的光吸收材料906的构造。微结构905被压入光吸收材料906中至足 够深度，以形成通过光吸收材料906的光路。图9e说明热层压结构， 其中微结构905被嵌入透明支撑层907上的光吸收材料906中。具有 微结构902的光透明层901仍层压在模塑层903上，其中共形层908 与微结构902粘结。在图9f中，将支撑层904和模塑层903从构造中 去掉。留下的构造部分包括滤光器。
下面是制造本发明滤光器的实施例。这些实施例是说明性的，不 能被认为是对本发明范畴的限制。在实施例、说明书和权利要求书中， 如果不另外说明，温度为摄氏温度，份数和百分比为重量，压力为或 接近大气压。
实施例1
冲击改性丙烯酸如Ineos Acrylic公司的CP-927构成的透明层的前 面在热和压力作用下被微雕成直径约75微米的半球。透明层的背面同 时被微雕成相同直径的相反半球，不同的是半球被拉长。包含拉长半 球的表面在热和压力作用下被层压到保护性基底上，保护性基底由低 密度聚乙烯涂在对苯二甲酸乙二醇酯上的层所组成。前表面被层压到 热塑性氨基甲酸酯S-9815-03的不透明层上，S-9815-03可从Morton International GmbH公司购买，它含有10％的细小分散碳黑，这样，每 个半球的顶点刚好突过层，形成通过不透明层的光隧道。移去保护层， 将构造用光学粘合剂层压到玻璃板上，使拉长的半球暴露。
实施例2
聚碳酸酯透明层的前面在热和压力作用下被微雕成直径约75微米 的半球。前表面被层压到热塑性氨基甲酸酯S-9815-03的不透明层上， S-9815-03可从Morton International GmbH公司购买，它含有10％的细 小分散碳黑，这样，每个半球的顶点刚好突过层，形成通过不透明层 的光隧道。将构造用光学粘合剂层压到玻璃板上。采用光学粘合剂， 将另一形成半球形的微雕表面的聚甲基丙烯酸甲酯(polymethyl methacrylate)透明层层压到聚碳酸酯(polycarbonate)层的背面，使得聚 甲基丙烯酸甲酯层的半球暴露。
虽然利用优选的具体实施方式对本发明进行了解释，但应当理解， 对于阅读过本说明书的本领域普通技术人员来说，各种修改都是显而 易见的。因此，应当理解，这里公开的本发明覆盖落入所附权利要求 书范畴内的这些修改中。
本申请享有2003年3月12日提交的临时专利申请No.60/454197 的权益。