可干擦的投影制品和系统的制作方法
专利名称：可干擦的投影制品和系统的制作方法
技术领域：
本发明整体涉及能够用作干擦板和投影屏的信息传递制品，所述投影屏能够投影具有高对比度、高亮度、和宽视角的图像。
背景技术：
办公室环境通常配备书写板(如粉笔板或干擦板)和投影屏。工商企业常常改变其设施以适应个人需求和业务需求的变化。通常重新设计曾是个人办公室空间的房间以提供会议室。会议室先前包括书写板和投影屏。希望提供可满足书写表面和投影屏的需要的单个制品。干擦板由于其便利性和灵活性，已用作书写表面多年。所述板提供了一种表达装置，其消除了粉笔板的脏乱和麻烦。然而已知板因与干擦板表面相关的眩光而不可用作投影表面。如果将普通干擦板用作投影表面，则投影灯泡的炫光和反射导致观看者的眼睛疲劳和疲乏。此外，这些板通常不具有足够的亮度和对比度，尤其是在明亮的环境光条件下。希望具有能有效用作干擦板和投影屏的多功能制品，所述投影屏可投影具有高对比度、高亮度、和宽视角的图像。美国专利No. 5，200，853 (Berkman)公开了基于三聚氰胺的耐用的多用途屏幕板， 其包括上部分，包括至少两个重叠层的透明叠加片材，所述片材中的每一个具有2至120 克/平方米的重量并且已浸于聚合物树脂材料的溶液或熔体中以随后形成中间固体塑料层，上片材的上表面通过深度为0. Olmm至0. 2mm的多个紧密间隔的互补凹陷而粗糙化；芯部分，包括纸质片材，所述纸质片材具有60至140克/平方米的重量并且已浸于聚合物树脂材料的溶液或熔体中以随后形成中间固体塑料层。所公开的屏具有类似于白板的低光学增益。其不足以在明亮的环境光下投影高对比度、高亮度的图像。美国专利No. 5，361，164(Steliga)公开了具有双向透镜状压印表面的投影标记板。反光的书写表面优选由含氟聚合物(例如，乙烯和四氟乙烯的改性共聚物)的薄膜制成。所公开的屏与典型的白板具有类似的低光学增益。其不足以在明亮的环境光下投影高对比度、高亮度的图像。美国专利6，476，965 (He等人)公开了可用作可干擦的基底和投影屏的制品，所述可干擦的基底和投影屏包括可干擦的并且具有低于约60的60°光泽度的顶层。所公开的屏具有类似于白板的低光学增益。其不足以在明亮的环境光下投影高对比度、高亮度的图像。显示装置通常为观察者显示信息。以显示器的各种特性来描述显示器的性能。一种这样的特性为显示器吸收源自各种光源(例如室内或街道上的灯泡或者太阳)的环境光的能力。通常，入射在显示器上并且未被显示器吸收的环境光叠加到显示信息上，导致图像对比度降低。因环境光降低的对比度通常称为冲蚀。在环境光非常明亮的应用情况下，冲蚀尤其成问题。例如，当将干擦板和屏用于具有强顶蓬光和窗口光的房间内时，通过此前所公开的上述双功能板不能解决所投影图像的冲蚀。 显示器的另一个特性为视角。通常理想地是，应易于在沿水平和竖直方向的预定视角范围上观察显示信息。如果改善一个显示器特性，则通常会降低一个或多个其他显示器特性。因此，在显示装置中进行某些折衷，以便最好地满足针对给定显示应用的性能标准。因此，仍需要能够在强或明亮的环境光条件下投影具有高亮度、高对比度、和宽视角的图像的干擦板。
发明内容
本发明提供可用作干擦板和投影屏的信息传递制品，所述干擦板和投影屏能够投影具有高亮度、高对比度、和宽视角的图像。采用根据本发明的这种制品的系统使得(如) 会议、学术讨论会、课堂、讲座、演讲等中的所书写和投影图像清晰、容易可见。简而言之，本发明的信息传递制品包括书写构件和设置在其后面的投影构件。书写构件的前表面为可干擦的。投影构件能够通过书写构件投影优选具有高亮度、高对比度、 和宽视角的图像，从而使得信息传递制品可用于多种环境照明条件下。在示例性实施例中，本发明的制品包括具有前和后表面的书写构件，其中前表面能够用作干擦表面并且投影构件设置在书写构件的后主表面上，其中投影构件包括不对称光学漫射片，所述不对称光学漫射片沿具有第一视角Ah的第一方向、以及沿垂直于第一方向的具有第二视角Av的第二方向散射光，其中比率々/^为至少约2。投影构件还包括反射未被不对称光学漫射片散射的光的基本镜面反射器。基本镜面反射器在大致零度入射角下具有第一反射率R。并且在大致45°度入射角下具有第二反射率R45，其中比率R。/R45为至少约1. 5。在一些实施例中，光漫射光学构造另外还包括位于镜面反射器的背面上的吸收未被基本镜面反射器反射的光的吸光层。这种投影构件公开于2009年1月8日提交的美国临时专利申请号61/143，275中。这种投影制品的系统实施例将包括图像投影光源，所述图像投影光源将图像光大致沿第一方向投影到图像平面上。第一方向与水平方向成角度θ1 5投影系统还可包括环境光源，所述环境光源大致沿与水平方向成角度θ2的第二方向发射环境光。本发明的优点在于其能改善这种环境光往往对书写和投影图像的可见度造成的损害。投影系统还包括设置在图像平面内并且具有沿水平方向的第一视角Ah和沿竖直方向的第二视角Av的不对称光学漫射片。比率AH/AV*至少约2。Av大于91并且小于θ2。投影系统还包括基本镜面反射器，所述基本镜面反射器反射未被不对称光学漫射片散射的光。基本镜面反射器在约θ工的入射角下具有第一反射率R1并且在约θ 2的入射角下具有第二反射率&，其中R1/ R2为至少约1. 5。
结合附图对本发明的各种实施例所做的以下详细描述将有利于更完整地理解和领会本发明，其中图1为本发明的示例性可干擦投影系统的使用的示意图；图2为可用于本文的示例性投影构件的水平和竖直增益曲线的示意图；图3为本发明的示例性投影系统的使用的示意性侧视图；图4为光学漫射片的示意性侧视图；图5为结构化表面的示意性俯视图；并且图6为本发明的示例性信息传递制品的示意性侧视图。在本说明书中，多个附图中所使用的相同附图标记是指具有相同或类似的性质和功能的相同或类似的元件。附图未按比例绘制并且仅用于示例性目的。
具体实施例方式本发明的示例性信息传递制品的示意性侧视图示于图6中，其中信息传递制品 710包括书写构件712和设置在其后主表面716上的投影构件190。书写构件712和投影构件190可利用优选具有高光学清晰度的中间粘合剂、利用机械装置(例如框架或夹片) 等而直接接触，如，以自粘附方式固定在一起。部分地取决于所选材料，可在投影构件的前表面上(如)通过涂布直接形成书写构件，或者它们可单独地形成并且随后组装成光学装置。如本文所用，术语(例如“竖直”、“水平”、“上面”、“下面”、“左”、“右”、“上”及“下”、
“前”及“后”、“顺时针”及“逆时针”以及其他类似的术语)是指如附图所示的相对位置。通常，物理实施例可具有不同的取向，在这种情况下，所述术语意在指修改到装置的实际取向的相对位置。例如，即使图1中的构造相比图中取向旋转了 90°，箭头方向130仍然被认为是沿“水平”方向。书写构件书写构件712具有能够用作可干擦书写表面的前主表面714。本领域的技术人员可易于选择合适的材料。书写构件712必须为可干擦的和透明的。通常，书写构件对可见光具有至少70%、优选至少80%的透明度。允许油墨在书写构件712上作为书写标记而无油墨珠形成可被定义为干擦书写表面的“润湿性”。润湿性是指随着溶剂干燥可保持其形状的书写线条。溶剂的去湿使得线条向内移动或者在某些点处中断，从而引起书写中的空隙。如果书写表面的表面能大于标记油墨中的溶剂的表面张力，则实现合格的润湿性(或无去湿的书写)。书写表面另外提供一定程度的“可擦性”，其允许使用者一旦不需要标记时就可擦掉(如利用干布或干擦除器)利用干擦标记物书写的标记。如果书写表面的表面能足够低从而避免标记油墨中的粘结剂和其他固体强效粘附至书写表面，则实现合格的可擦性。干擦标记物中的溶剂组合物通常列于标记物上或者记录于用于标记物的MSDS上。用于干擦标记物的通用溶剂包括 (例如)乙醇、异丙醇、甲基异丁基酮、和乙酸正丁酯。具有高表面张力的一种溶剂为乙酸正丁酯，其具有约25mJ/m2的表面张力。因此，在一些实施例中，可通过表面张力为约25mJ/m2 或更低的溶剂来润湿干擦表面。在一个实施例中，书写表面的表面能位于约25mJ/m2至约 40mJ/m2的范围。在另一个实施例中，书写表面的表面能位于约30mJ/m2至约35mJ/m2的范围，如通过达因笔测试(Dyne Pen Test)所测定。在当前具有创新性的干擦制品中，可易于利用简单的毡擦除器来擦除书写表面。希望书写构件712具有大于或等于约25mJ/m2的表面能。书写表面的此表面能避免来自典型干擦和持久标记物的油墨在书写表面上成珠。以连续层接纳书写标记，从而避免在形成书写标记的线条中的成珠或“间隙”。典型的标记物溶剂包括乙醇、异丙醇、甲基异丁基酮、乙酸正丁酯、乙酸乙酯、正丙醇、和正丁醇。为了使标记物在未成珠的情况下完全润湿干擦表面，则干擦表面的表面能必须大于标记物中的溶剂的表面张力。上述列表中具有最高表面张力的溶剂为乙酸正丁酯，其具有约25mJ/m2的表面张力。因此，在一个实施例中， 干擦制品的书写表面具有大于或等于约25mJ/m2的表面能。在替代实施例中，干擦制品的书写表面具有大于或等于约30mJ/m2的表面能，如通过达因笔测试所测定。另外，可优选利用最低程度地擦拭以及通过干擦制品最低程度地吸收油墨(或“拖毛(ghosting)”)来从干擦制品快速地移除书写标记。如果书写表面的表面能足够低从而避免标记油墨中的粘结剂和其他固体强效粘附至书写表面，则实现油墨的合格可移除性。因此，在一个实施例中， 干擦制品的书写表面具有小于或等于约40mJ/m2的表面能。在替代实施例中，干擦制品的书写表面具有小于或等于约35mJ/m2的表面能。适用于书写表面的材料的示例性实例为透明聚合物树脂(包括涂布有辐射固化性硬涂层的热塑性和热固性树脂)的片材和膜。适用的实例聚合物树脂包括聚酯、聚醚、聚酰胺、聚氨酯、聚丙烯酸酯、聚乙烯、聚丙烯、乙烯类聚合物、纤维素酯、环氧树脂、酚醛树脂等等。市售的柔性干擦表面的示例性实例为紫外线辐射(UV)固化性硬质涂膜。具有UV固化性硬涂层的示例性聚酯膜得自Protect-all公司(Darien，Wis)。UV固化性硬质涂膜干擦板可从ACCO World公司(Lincolnshire，111)商购获得。根据实施例，书写构件通常具有约0. 5至约3密耳的厚度，但如果需要可使用尺寸位于此范围之外的那些书写构件。在多个实施例中，书写构件的折射率将为约1.45至约 1. 70。书写构件的前表面可根据需要为基本上平滑的或者略微粗糙的。正如可干擦表面领域的技术人员已知地是，表面的些许纹理化或粗糙化(如，例如通过压印或其他合适方式)可用于实现眩光的降低以及优化可书写和可擦除特性。例如，在一些实施例中，本发明的制品中的书写构件的前表面具有通过接触探针式台阶仪所测定的范围为约60至约1000 的平均表面粗糙度Ra。除了具有UV固化性硬涂层的膜之外，可在投影构件上直接涂布UV固化性涂布制剂。示例性的UV固化性制剂包括多官能丙烯酸酯单体、多官能氨基甲酸酯丙烯酸酯单体、 单官能丙烯酸酯单体和UV引发剂。除了这些材料之外，UV固化性制剂可包含颗粒或平光剂。可通过加入含氟或有机硅的单体来降低固化制剂的表面能。在一个实施例中，将投影屏利用UV固化性硬涂层制剂进行涂布并且随后利用UV 光进行固化以形成可干擦的投影屏。投影构件投影构件190，有时在本文中称为光漫射光学构造，设置在书写构件712的后表面 716 上。用于本发明的制品中的投影构件提供入射光的不对称投影，以使得它们将所需光 (即，来自图像投影仪的光)重新导向至观察者，并且将非所需光(例如，来自诸如窗或门、顶灯等等之类的环境光源的光)重新导向而远离观察者。因此，本发明的信息传递制品尤其适用于明亮的照明环境中，从而改善所书写和投影图像在其他挑战性环境中的清晰度和可见度。图1为通常定义三个正交轴χ、y和ζ的可干擦投影系统100的示意性侧视图。 投影系统100包括图像投影光源110、环境光源140、和位于书写构件712的后表面上的光漫射光学构造190，所述光漫射光学构造190包括不对称光学漫射片170、基本镜面反射器 150、和吸光层160。图像投影光源110将图像光111大致沿第一方向112投影到图像平面120上。第一方向112与沿χ轴的水平方向130成角度θ1()在一些情况下，角度Q1基本上等于0。 在这种情况下，角度θ工小于约20度、或小于约15度、或小于约10度、或小于约5度、或小于约3度。环境光源140(如，房间窗或门、顶照明设备等)大致沿第二方向142发射环境光 141，所述第二方向142与水平方向130成角度θ2。在一些情况下，角度θ2基本上大于角度Q1。在这种情况下，角度θ2比角度θ 1大至少约20度、或至少约30度、或至少约40度、 或至少约50度、或至少约60度、或至少约70度。在一些情况下，角度θ 2大于约40度、或大于约50度、或大于约60度、或大于约70度。不对称光学漫射片170以不同方式沿不同方向(例如沿平行于χ方向的水平方向 130以及沿平行于y方向的竖直方向13 散射入射光。图2示出不对称光学漫射片170沿互相正交的水平和竖直方向的相应水平和竖直增益曲线210和220的示意图。不对称光学漫射片170具有对应于同轴或零视角的最大增益g。以及半最大增益& = &/2，所述半最大增益定义等于Ahi-Ah2的水平视角Ah以及等于Avi-Av2的竖直视角Av。Am和Ah2可分别称为正和负水平视角，并且Avi和^2可分别称为正和负竖直视角。在图2中的示例增益图中，增益曲线210和220中每一个关于同轴视向对称。通常，增益曲线210和220可为或可不为关于同轴视向对称的。例如，在一些情况下，与用于正视角的半亮度视角相对应的正视角Ahi 可不同于与用于负视角的半亮度视角相对应的负视角αΗ2。重新参考图1，光学漫射片170为不对称漫射片，这意味着水平视角々11不同于竖直视角Αν。在一些情况下，不对称光学漫射片170沿具有第一视角Ah的第一方向(例如水平方向)、以及沿垂直于第一方向的具有第二视角Av的第二方向(例如竖直方向)散射光。 在一些情况下，比率Ah/Av为至少约2、或至少约2. 2、或至少约2. 5、或至少约2. 7、或至少约 3、或至少约3. 2、或至少约3. 5、或至少约3. 7、或至少约4。在一些情况下，水平视角Ah比竖直视角Av大至少约40度、或至少约50度、或至少约60度、或至少约70度、或至少约80 度、或至少约90度。不对称光学漫射片170设置在沿竖直方向132的图像平面120内。不对称漫射片 170接收图像光111并且散射该图像光以形成大致沿第二方向114传播的散射图像光113。 在一些情况下，方向112和114关于χ轴对称。在这种情况下，第二方向114与水平方向 130成角度θ1()在一些情况下，散射图像光113具有竖直图像光锥115，所述竖直图像光锥 115包括或覆盖与水平方向130成角度α ν的所需视位180。不对称漫射片170接收环境光141并且散射该环境光以形成大致沿第四方向144 传播的散射环境光143。在一些情况下，方向142和144关于水平方向130对称。在这种情况下，第四方向144与水平方向130成角度θ2。在一些情况下，散射环境光143具有不包括或不覆盖所需视位180的竖直环境光锥145。在一些情况下，视位180包括在或设置在竖直图像光锥115内，而非竖直环境光锥 145内。在这种情况下，视位180中的观察者可观看到具有高对比度的图像，因为此图像不包括、或包括极少源自环境光源140的环境光。在一些情况下，不对称漫射片170的竖直视角足够大以使得竖直图像光锥115包括或覆盖视位180，并且足够小以使得竖直环境光锥 145不包括视位180。在一些情况下，例如当角度αν基本上等于0(如图3示意性所示)时，由不对称漫射片170散射的图像光到达视位180并且由漫射片散射的环境光远离视位传播。在这种情况下，漫射片170的半竖直视角(Αν/2)大于θ工并且小于θ 2。在这种情况下，视位180中的观察者观察到具有增强对比度的显示图像。反射器150反射未被光学漫射片170散射的图像光155。在一些情况下，反射器 150基本上为镜面反射器。在这种情况下，由反射器150反射的全部光的相当大部分被镜面反射并且全部反射光的只有小部分被漫反射。例如，在这种情况下，反射器150在可见光波长下的镜面反射与总反射的比率为至少约0. 7、或至少约0. 75、或至少约0. 8、或至少约 0. 85、或至少约0. 9、或至少约0. 95，其中可见光波长可为位于电磁波谱的可见光范围内的任何波长。在一些情况下，可见光范围为约400nm至约690nm，或约410nm至约680nm，或约 420nm 至约 670nm。反射器150将图像光155镜面反射为沿与水平方向成角度θ 的第五方向152的反射图像光151。反射器150反射未被光学漫射片170散射的环境光156。反射器150将环境光156镜面反射为沿与水平方向成角度θ 2的第六方向154的反射环境光153。在一些情况下，视位180、图像投影光源110、和环境光源140的位置使得视位180中的观察者接收和观看反射图像光151而非反射环境光153。在这种情况下，镜面反射器150朝视位反射未被不对称光学散射片170散射的图像光155并且远离视位反射未被不对称光学漫射片 170散射的环境光156。在这种情况下，位于视位180中的观察者可观察到具有增强对比度的图像。在一些情况下，镜面反射器150的反射率随入射角增大不变化、或变化极小。在这种情况下，镜面反射器150在入射角为约θ工的可见光中具有第一平均反射率R1,并且在入射角为约θ 2的可见光中具有第二平均反射率民，其中R1与&之间的差值不超过约10%、 或不超过约5%、或不超过约2%。在一些情况下，角度Q1约为0并且角度θ2约为45度。在一些情况下，镜面反射器150的反射率随入射角增大而改变，例如降低。在一些情况下，例如当角度Q1显著小于角度θ 2时，反射率随入射角增大而降低的反射器150可增加显示给视位(例如视位180)的图像的对比度。在一些情况下，镜面反射器150在入射角为约Q1的可见光中具有第一平均反射率R1，并且在入射角为约θ 2的可见光中具有第二平均反射率&，其中比率R1/^为至少约1. 2、或至少约1. 4、或至少约1. 5、或至少约1. 6、或至少约1. 8、或至少约2、或至少约2. 5、或至少约3。在一些情况下，角度θ工约为0并且角度9 2约为45度。在一些情况下，镜面反射器150可在电磁波谱的某一区域(例如可见光区域)内具有基本上平坦的反射光谱。例如，在这种情况下，镜面反射器在可见光中的反射率变化不超过20%、或不超过15%、或不超过10%、或不超过5%。在一些情况下，反射器150在蓝色波长下(例如在440nm下)的反射率与在红色波长下(例如在620nm下)的反射率的比率范围为约0. 8至约1. 2、或约0. 9至约1. 1。通常，镜面反射器150可为在应用中期望和/或实际的任何镜面反射器。例如， 镜面反射器150可为镀铝膜或多层聚合物反射膜(例如，反射偏振膜或得自3M公司(St. Paul, Minnesota)的 VIKUITI ESR 膜)。吸光层160可通过吸收未被镜面反射器150反射的图像光161和环境光162来增加显示图像的对比度。吸光层160可包括可在应用中期望和/或实际的任何吸光材料。例如，层160可包括分散在粘结剂材料中的炭黑、吸光染料(例如黑色染料或其它暗色染料)、 吸光颜料或其它暗色颜料、或者不透明颗粒。合适的粘结剂包括热塑性塑料、辐射固化性或热固性丙烯酸酯、环氧树脂、有机硅基材料、或者其它合适的粘结剂材料。在一些情况下，吸光层160在可见光中的光学吸收系数为至少约0. 1/微米、或至少约0. 2/微米、或至少约 0. 4/微米、或至少约0. 6/微米。图像投影光源110包括图像形成装置并且将由该装置形成的图案投影到显示器或图像平面120上。投影仪110的输出光111可具有可在应用中期望的任何偏振。例如， 在一些情况下，输出光111为基本上非偏振的。在这种情况下，具有第一偏振态的输出光 111的强度与具有垂直于第一偏振态的第二偏振态的输出光的强度的比率范围为约0. 8至约1. 2、或约0. 85至约1. 15、或约0. 9至约1. 1、或约0. 95至约1. 05。在一些情况下，输出光111为基本上(例如)沿第一方向偏振的。在这种情况下，具有第一偏振态的输出光 111的强度与具有正交偏振态的输出光的强度的比率为至少约100、或至少约500、或至少约1000。在一些情况下，输出光110包括偏振态的混合体。例如，在一些情况下，输出光110 可包括红光、绿光和蓝光，其中蓝光和红光具有一种偏振态并且绿光具有正交偏振态。通常，图像投影光源110可包括任何图像形成装置。例如，图像形成装置可为反射型显示器、透射型显示器、或发射型显示器、或不同显示器类型的组合(例如透射反射型显示器)。例如，在一些情况下，反射型图像形成装置可包括LCD或数字微镜阵列显示器，例如得自Texas Instruments公司的数字光处理器(DLP)显示器。通常，不对称光学漫射片170可为可在应用中期望和/或实际的任何不对称漫射片。例如，不对称漫射片170可为体漫射片和/或表面漫射片。可通过(例如)将客体材料的小颗粒掺入或分散在主体材料中来实现体漫射，其中客体和主体材料具有不同的折射率。可通过(例如)将漫射片的表面制备为糙面来实现表面漫射。在一些情况下，漫射片170为体漫射片并且客体和主体材料的折射率之间的差值为至少约0. 01、或至少约0. 02、或至少约0. 03、或至少约0. 04。在一些情况下，不对称光学漫射片170可为基本上偏振不敏感的。在这种情况下， 不对称光学漫射片对于沿给定方向(例如水平方向)的两个互相正交的偏振入射光的增益曲线(例如水平增益曲线210)为基本上相同的。例如，在这种情况下，沿水平方向的两个互相正交的偏振入射光的水平增益曲线210相差不超过约15%、或不超过约10%、或不超过约5%。又如，沿竖直方向的两个互相正交的偏振入射光的竖直增益曲线220相差不超过约15%、或不超过约10%、或不超过约5%。在一些情况下，不对称光学漫射片170可包括结构化表面或层。结构化层可包括具有可在应用中期望的任何形状的结构。示例性的形状包括平面的、凹的、凸的、非球面的、 菲涅耳的、椭球体的、纤丝的、衍射的、以及小平面化的形状。例如，图4为包括结构化表面 410的不对称光学漫射片470的示意性侧视图，所述结构化表面410包括具有间距430的多个光学透镜(例如微透镜)420。在一些情况下，光学透镜中的至少一些可为变形的，以用于(例如)改变由图像投影光源110投影的图像的纵横比。在一些情况下，变形透镜可为或可包括细长(例如圆柱形)透镜。在一些情况下，不对称光学漫射片170可包括具有无规间距430的细长光学透镜阵列，例如，柱形透镜阵列。图5为类似于结构化表面410且包括多个小透镜620的结构化表面610的示意性俯视图。各个小透镜均具有宽度％、长度 a2,以及纵横比 /ai。在一些情况下，纵横比范围为约1. 5至约200、或约2至约100、或约 2至约50、或从2至约25。在一些情况下，不对称光学漫射片170为体漫射片并且包括多个位于第二材料内的具有第一材料的细长结构或颗粒，其中两种材料具有不同的折射率。在一些情况下，细长颗粒大致沿相同方向(例如沿竖直方向13 取向。在一些情况下，细长颗粒的长度范围为约50nm至约100微米、或约IOOnm至约50微米、或约200nm至约10微米。在一些情况下， 细长颗粒的纵横比范围为约5 1至约1000 1、或约10 1至约200 1、或约20 1 到约50 1。在一些情况下，光学构造190为一体化构造，这意味着构造中的各个部件通过(例如)一种或多种粘合剂层而彼此附接。在一些情况下，所述制品还可包括任选基底185。在一些情况下，基底185可主要为所述制品中的其它部件提供支承。在一些情况下，基底185可提供一个或多个附加的光学功能。例如，基底185可为或可包括具有在应用中可为所需功能的光学漫射片、宽带吸光器、吸收型偏振器、反射型偏振器、或任何其它膜。基底185可为可在应用中合适和/或实际的任何材料，例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚氯乙烯(PVC)、聚碳酸酯、丙烯酸、铝片、 和玻璃、以及它们的复合物。通过下面的实例进一步说明本发明所公开的系统和构造的一些优点。本实例中列出的特定材料、量和尺寸以及其他条件和细节不应被解释为不当地限制本发明。实例为了形成干擦层，根据美国专利No. 6，299, 799中的实例3来制备硬涂层组合物。 所述组合物包含18.4重量％的由甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(丙烯酸酯硅烷)表面改性的20nm的二氧化硅颗粒(NALC0 2327) ,25. 5重量％的季戊四醇三/四丙烯酸酯 (PETA)、4. 0 重量％的 N，N- 二甲基丙烯酰胺(DMA)、1. 2 重量％的 IRGACURE 184,1. 0 重量％的TINUVIN 292、46.9重量％的异丙醇溶剂、和3.0重量(％的水。然后利用溶剂1_甲氧基-2-丙醇/乙酸乙酯(1 4v/v比)将大约50固体重量％的所述组合物稀释至30固体重量％。将1. 8 克二氧化硅微珠(得自 Evonik Industries 的 DEGUSSA 0K607)和 0. 03 克 TEG0 rad 2250(Evonik Industries)与100克上述涂布溶液混合到一起以形成均勻溶液。然后使用#10缠线棒(购自RD Specialties (Webster, NY))将所得溶液分别涂覆到底漆MELINEX 618的PET膜的顶部。然后将所得膜在85°C的烘箱中干燥1分钟、 随后使用 Fusion UV-Systems 公司的配备有 H 灯泡的 Light-Hammer 6UV (Gaithersburg,
11Maryland)处理器进行固化，所述H灯泡以30英尺/分钟的线速度(1通道)工作在100% 灯功率下的氮气气氛中。所得涂层的为90. 和47. 6%。加入不同量的TEG0 rad 2250以制备不同的涂布溶液。通过利用指定的标记物在膜上书写并且随后利用干布清洁来测定干擦特性。结果总结在表1中。表 权利要求
1.一种信息传递制品，包括(a)书写构件，具有前和后主表面，其中所述前主表面能够用作干擦表面，所述书写构件为基本上透明的；和(b)投影构件，设置在所述书写构件的所述后主表面上，所述投影构件包括(1)不对称光学漫射片，沿具有第一视角Ah的第一方向、以及沿垂直于所述第一方向的具有第二视角Av的第二方向散射光，Ah/Av为至少约2 ；和(2)基本镜面反射器，反射未被所述不对称光学漫射片散射的光。
2.根据权利要求1所述的制品，其中所述书写构件的所述前主表面具有热或辐射固化涂层。
3.根据权利要求2所述的制品，其中所述固化涂层包括具有纳米颗粒的硬涂层。
4.根据权利要求3所述的制品，其中所述纳米颗粒包括二氧化硅。
5.根据权利要求1所述的制品，其中所述书写构件的所述前主表面具有压印图案。
6.根据权利要求1所述的制品，其中所述书写构件的前主表面具有通过接触探针轮廓仪所测定的范围为60至1000的预定义平均表面粗糙度Ra。
7.根据权利要求1所述的制品，其中比率々/^为至少约2.5。
8.根据权利要求1所述的制品，其中所述不对称光学漫射片包括位于第一材料内的多个细长结构，所述细长结构大致沿所述第二方向取向。
9.根据权利要求1所述的制品，其中所述不对称光学漫射片为基本上偏振不敏感的。
10.根据权利要求9所述的制品，其中所述不对称光学漫射片对于两个互相正交的偏振入射光的增益曲线相差不超过约10%。
11.根据权利要求9所述的制品，其中所述不对称光学漫射片对于两个互相正交的偏振入射光的增益曲线相差不超过约5%。
12.根据权利要求1所述的制品，其中所述镜面反射器在大致零度入射角下的可见光中具有第一平均反射率R0,并且在大致45度入射角下的可见光中具有第二平均反射率R45， R。/R45为至少约1. 5。
13.根据权利要求1所述的制品，其中所述基本镜面反射器在可见光波长下的镜面反射率与总反射率的比率为至少约0. 7。
14.根据权利要求1所述的制品，其中所述镜面反射器为基于银或铝的反射镜。
15.根据权利要求1所述的制品，其中所述镜面反射器为介电多层。
16.根据权利要求1所述的制品，其中所述基本镜面反射器在可见光波长下的镜面反射率与总反射率的比率为至少约0. 8。
17.根据权利要求1所述的制品，其中所述基本镜面反射器在可见光波长下的镜面反射率与总反射率的比率为至少约0. 9。
18.根据权利要求1所述的制品，其中所述基本镜面反射器在可见光中具有基本上平坦的反射光谱。
19.根据权利要求1所述的制品，其中所述不对称光学漫射片包括多个光学透镜。
20.根据权利要求19所述的制品，其中所述多个光学透镜中的至少一些为变形透镜。
21.根据权利要求20所述的制品，其中所述变形光学透镜中的至少一些包括柱形透镜。
22.根据权利要求1所述的制品，其中所述不对称光学漫射片包括无规的全息光学透^Ml O
23.根据权利要求1所述的制品，其中所述不对称光学漫射片包括具有无规间距的细长光学透镜阵列。
24.—种投影系统，包括根据权利要求1所述的信息传递制品；图像投影光源，将图像光大致沿第一方向投影到图像平面上，所述第一方向与水平方向成角度Q1 ；环境光源，大致沿第二方向发射环境光，所述第二方向与所述水平方向成角度θ2 ； 不对称光学漫射片，设置在所述图像平面中，并且具有沿所述水平方向的第一视角Ah 以及沿与所述水平方向正交的竖直方向的第二视角~冰/~为至少约2 ;Αν/2大于θ工并且小于θ2 ；以及基本镜面反射器，反射未被所述不对称光学漫射片散射的光，并且在入射角为约θ i的可见光中具有第一平均反射率R1,且在入射角为约θ 2的可见光中具有第二平均反射率&， R1ZR2为至少约1. 5。
全文摘要
本发明公开了一种信息传递制品和系统，其包括具有可干擦前表面的书写构件和投影构件。所述投影构件包括不对称光学漫射片，所述不对称光学漫射片沿具有第一视角AH的第一方向、以及沿垂直于所述第一方向的具有第二视角AV的第二方向散射光。比率AH/AV为至少约2。
文档编号B43L1/12GK102405142SQ201080010225
公开日2012年4月4日 申请日期2010年1月8日 优先权日2009年1月8日
发明者刘兰虹, 刘宇锋, 大卫·T·尤斯特, 威廉·V·巴斯蒂安斯, 弗雷德里克·J·古斯塔夫森, 於阳, 郝恩才 申请人:3M创新有限公司
技术领域：
本发明整体涉及能够用作干擦板和投影屏的信息传递制品，所述投影屏能够投影具有高对比度、高亮度、和宽视角的图像。
背景技术：
办公室环境通常配备书写板(如粉笔板或干擦板)和投影屏。工商企业常常改变其设施以适应个人需求和业务需求的变化。通常重新设计曾是个人办公室空间的房间以提供会议室。会议室先前包括书写板和投影屏。希望提供可满足书写表面和投影屏的需要的单个制品。干擦板由于其便利性和灵活性，已用作书写表面多年。所述板提供了一种表达装置，其消除了粉笔板的脏乱和麻烦。然而已知板因与干擦板表面相关的眩光而不可用作投影表面。如果将普通干擦板用作投影表面，则投影灯泡的炫光和反射导致观看者的眼睛疲劳和疲乏。此外，这些板通常不具有足够的亮度和对比度，尤其是在明亮的环境光条件下。希望具有能有效用作干擦板和投影屏的多功能制品，所述投影屏可投影具有高对比度、高亮度、和宽视角的图像。美国专利No. 5，200，853 (Berkman)公开了基于三聚氰胺的耐用的多用途屏幕板， 其包括上部分，包括至少两个重叠层的透明叠加片材，所述片材中的每一个具有2至120 克/平方米的重量并且已浸于聚合物树脂材料的溶液或熔体中以随后形成中间固体塑料层，上片材的上表面通过深度为0. Olmm至0. 2mm的多个紧密间隔的互补凹陷而粗糙化；芯部分，包括纸质片材，所述纸质片材具有60至140克/平方米的重量并且已浸于聚合物树脂材料的溶液或熔体中以随后形成中间固体塑料层。所公开的屏具有类似于白板的低光学增益。其不足以在明亮的环境光下投影高对比度、高亮度的图像。美国专利No. 5，361，164(Steliga)公开了具有双向透镜状压印表面的投影标记板。反光的书写表面优选由含氟聚合物(例如，乙烯和四氟乙烯的改性共聚物)的薄膜制成。所公开的屏与典型的白板具有类似的低光学增益。其不足以在明亮的环境光下投影高对比度、高亮度的图像。美国专利6，476，965 (He等人)公开了可用作可干擦的基底和投影屏的制品，所述可干擦的基底和投影屏包括可干擦的并且具有低于约60的60°光泽度的顶层。所公开的屏具有类似于白板的低光学增益。其不足以在明亮的环境光下投影高对比度、高亮度的图像。显示装置通常为观察者显示信息。以显示器的各种特性来描述显示器的性能。一种这样的特性为显示器吸收源自各种光源(例如室内或街道上的灯泡或者太阳)的环境光的能力。通常，入射在显示器上并且未被显示器吸收的环境光叠加到显示信息上，导致图像对比度降低。因环境光降低的对比度通常称为冲蚀。在环境光非常明亮的应用情况下，冲蚀尤其成问题。例如，当将干擦板和屏用于具有强顶蓬光和窗口光的房间内时，通过此前所公开的上述双功能板不能解决所投影图像的冲蚀。 显示器的另一个特性为视角。通常理想地是，应易于在沿水平和竖直方向的预定视角范围上观察显示信息。如果改善一个显示器特性，则通常会降低一个或多个其他显示器特性。因此，在显示装置中进行某些折衷，以便最好地满足针对给定显示应用的性能标准。因此，仍需要能够在强或明亮的环境光条件下投影具有高亮度、高对比度、和宽视角的图像的干擦板。
发明内容
本发明提供可用作干擦板和投影屏的信息传递制品，所述干擦板和投影屏能够投影具有高亮度、高对比度、和宽视角的图像。采用根据本发明的这种制品的系统使得(如) 会议、学术讨论会、课堂、讲座、演讲等中的所书写和投影图像清晰、容易可见。简而言之，本发明的信息传递制品包括书写构件和设置在其后面的投影构件。书写构件的前表面为可干擦的。投影构件能够通过书写构件投影优选具有高亮度、高对比度、 和宽视角的图像，从而使得信息传递制品可用于多种环境照明条件下。在示例性实施例中，本发明的制品包括具有前和后表面的书写构件，其中前表面能够用作干擦表面并且投影构件设置在书写构件的后主表面上，其中投影构件包括不对称光学漫射片，所述不对称光学漫射片沿具有第一视角Ah的第一方向、以及沿垂直于第一方向的具有第二视角Av的第二方向散射光，其中比率々/^为至少约2。投影构件还包括反射未被不对称光学漫射片散射的光的基本镜面反射器。基本镜面反射器在大致零度入射角下具有第一反射率R。并且在大致45°度入射角下具有第二反射率R45，其中比率R。/R45为至少约1. 5。在一些实施例中，光漫射光学构造另外还包括位于镜面反射器的背面上的吸收未被基本镜面反射器反射的光的吸光层。这种投影构件公开于2009年1月8日提交的美国临时专利申请号61/143，275中。这种投影制品的系统实施例将包括图像投影光源，所述图像投影光源将图像光大致沿第一方向投影到图像平面上。第一方向与水平方向成角度θ1 5投影系统还可包括环境光源，所述环境光源大致沿与水平方向成角度θ2的第二方向发射环境光。本发明的优点在于其能改善这种环境光往往对书写和投影图像的可见度造成的损害。投影系统还包括设置在图像平面内并且具有沿水平方向的第一视角Ah和沿竖直方向的第二视角Av的不对称光学漫射片。比率AH/AV*至少约2。Av大于91并且小于θ2。投影系统还包括基本镜面反射器，所述基本镜面反射器反射未被不对称光学漫射片散射的光。基本镜面反射器在约θ工的入射角下具有第一反射率R1并且在约θ 2的入射角下具有第二反射率&，其中R1/ R2为至少约1. 5。
结合附图对本发明的各种实施例所做的以下详细描述将有利于更完整地理解和领会本发明，其中图1为本发明的示例性可干擦投影系统的使用的示意图；图2为可用于本文的示例性投影构件的水平和竖直增益曲线的示意图；图3为本发明的示例性投影系统的使用的示意性侧视图；图4为光学漫射片的示意性侧视图；图5为结构化表面的示意性俯视图；并且图6为本发明的示例性信息传递制品的示意性侧视图。在本说明书中，多个附图中所使用的相同附图标记是指具有相同或类似的性质和功能的相同或类似的元件。附图未按比例绘制并且仅用于示例性目的。
具体实施例方式本发明的示例性信息传递制品的示意性侧视图示于图6中，其中信息传递制品 710包括书写构件712和设置在其后主表面716上的投影构件190。书写构件712和投影构件190可利用优选具有高光学清晰度的中间粘合剂、利用机械装置(例如框架或夹片) 等而直接接触，如，以自粘附方式固定在一起。部分地取决于所选材料，可在投影构件的前表面上(如)通过涂布直接形成书写构件，或者它们可单独地形成并且随后组装成光学装置。如本文所用，术语(例如“竖直”、“水平”、“上面”、“下面”、“左”、“右”、“上”及“下”、
“前”及“后”、“顺时针”及“逆时针”以及其他类似的术语)是指如附图所示的相对位置。通常，物理实施例可具有不同的取向，在这种情况下，所述术语意在指修改到装置的实际取向的相对位置。例如，即使图1中的构造相比图中取向旋转了 90°，箭头方向130仍然被认为是沿“水平”方向。书写构件书写构件712具有能够用作可干擦书写表面的前主表面714。本领域的技术人员可易于选择合适的材料。书写构件712必须为可干擦的和透明的。通常，书写构件对可见光具有至少70%、优选至少80%的透明度。允许油墨在书写构件712上作为书写标记而无油墨珠形成可被定义为干擦书写表面的“润湿性”。润湿性是指随着溶剂干燥可保持其形状的书写线条。溶剂的去湿使得线条向内移动或者在某些点处中断，从而引起书写中的空隙。如果书写表面的表面能大于标记油墨中的溶剂的表面张力，则实现合格的润湿性(或无去湿的书写)。书写表面另外提供一定程度的“可擦性”，其允许使用者一旦不需要标记时就可擦掉(如利用干布或干擦除器)利用干擦标记物书写的标记。如果书写表面的表面能足够低从而避免标记油墨中的粘结剂和其他固体强效粘附至书写表面，则实现合格的可擦性。干擦标记物中的溶剂组合物通常列于标记物上或者记录于用于标记物的MSDS上。用于干擦标记物的通用溶剂包括 (例如)乙醇、异丙醇、甲基异丁基酮、和乙酸正丁酯。具有高表面张力的一种溶剂为乙酸正丁酯，其具有约25mJ/m2的表面张力。因此，在一些实施例中，可通过表面张力为约25mJ/m2 或更低的溶剂来润湿干擦表面。在一个实施例中，书写表面的表面能位于约25mJ/m2至约 40mJ/m2的范围。在另一个实施例中，书写表面的表面能位于约30mJ/m2至约35mJ/m2的范围，如通过达因笔测试(Dyne Pen Test)所测定。在当前具有创新性的干擦制品中，可易于利用简单的毡擦除器来擦除书写表面。希望书写构件712具有大于或等于约25mJ/m2的表面能。书写表面的此表面能避免来自典型干擦和持久标记物的油墨在书写表面上成珠。以连续层接纳书写标记，从而避免在形成书写标记的线条中的成珠或“间隙”。典型的标记物溶剂包括乙醇、异丙醇、甲基异丁基酮、乙酸正丁酯、乙酸乙酯、正丙醇、和正丁醇。为了使标记物在未成珠的情况下完全润湿干擦表面，则干擦表面的表面能必须大于标记物中的溶剂的表面张力。上述列表中具有最高表面张力的溶剂为乙酸正丁酯，其具有约25mJ/m2的表面张力。因此，在一个实施例中， 干擦制品的书写表面具有大于或等于约25mJ/m2的表面能。在替代实施例中，干擦制品的书写表面具有大于或等于约30mJ/m2的表面能，如通过达因笔测试所测定。另外，可优选利用最低程度地擦拭以及通过干擦制品最低程度地吸收油墨(或“拖毛(ghosting)”)来从干擦制品快速地移除书写标记。如果书写表面的表面能足够低从而避免标记油墨中的粘结剂和其他固体强效粘附至书写表面，则实现油墨的合格可移除性。因此，在一个实施例中， 干擦制品的书写表面具有小于或等于约40mJ/m2的表面能。在替代实施例中，干擦制品的书写表面具有小于或等于约35mJ/m2的表面能。适用于书写表面的材料的示例性实例为透明聚合物树脂(包括涂布有辐射固化性硬涂层的热塑性和热固性树脂)的片材和膜。适用的实例聚合物树脂包括聚酯、聚醚、聚酰胺、聚氨酯、聚丙烯酸酯、聚乙烯、聚丙烯、乙烯类聚合物、纤维素酯、环氧树脂、酚醛树脂等等。市售的柔性干擦表面的示例性实例为紫外线辐射(UV)固化性硬质涂膜。具有UV固化性硬涂层的示例性聚酯膜得自Protect-all公司(Darien，Wis)。UV固化性硬质涂膜干擦板可从ACCO World公司(Lincolnshire，111)商购获得。根据实施例，书写构件通常具有约0. 5至约3密耳的厚度，但如果需要可使用尺寸位于此范围之外的那些书写构件。在多个实施例中，书写构件的折射率将为约1.45至约 1. 70。书写构件的前表面可根据需要为基本上平滑的或者略微粗糙的。正如可干擦表面领域的技术人员已知地是，表面的些许纹理化或粗糙化(如，例如通过压印或其他合适方式)可用于实现眩光的降低以及优化可书写和可擦除特性。例如，在一些实施例中，本发明的制品中的书写构件的前表面具有通过接触探针式台阶仪所测定的范围为约60至约1000 的平均表面粗糙度Ra。除了具有UV固化性硬涂层的膜之外，可在投影构件上直接涂布UV固化性涂布制剂。示例性的UV固化性制剂包括多官能丙烯酸酯单体、多官能氨基甲酸酯丙烯酸酯单体、 单官能丙烯酸酯单体和UV引发剂。除了这些材料之外，UV固化性制剂可包含颗粒或平光剂。可通过加入含氟或有机硅的单体来降低固化制剂的表面能。在一个实施例中，将投影屏利用UV固化性硬涂层制剂进行涂布并且随后利用UV 光进行固化以形成可干擦的投影屏。投影构件投影构件190，有时在本文中称为光漫射光学构造，设置在书写构件712的后表面 716 上。用于本发明的制品中的投影构件提供入射光的不对称投影，以使得它们将所需光 (即，来自图像投影仪的光)重新导向至观察者，并且将非所需光(例如，来自诸如窗或门、顶灯等等之类的环境光源的光)重新导向而远离观察者。因此，本发明的信息传递制品尤其适用于明亮的照明环境中，从而改善所书写和投影图像在其他挑战性环境中的清晰度和可见度。图1为通常定义三个正交轴χ、y和ζ的可干擦投影系统100的示意性侧视图。 投影系统100包括图像投影光源110、环境光源140、和位于书写构件712的后表面上的光漫射光学构造190，所述光漫射光学构造190包括不对称光学漫射片170、基本镜面反射器 150、和吸光层160。图像投影光源110将图像光111大致沿第一方向112投影到图像平面120上。第一方向112与沿χ轴的水平方向130成角度θ1()在一些情况下，角度Q1基本上等于0。 在这种情况下，角度θ工小于约20度、或小于约15度、或小于约10度、或小于约5度、或小于约3度。环境光源140(如，房间窗或门、顶照明设备等)大致沿第二方向142发射环境光 141，所述第二方向142与水平方向130成角度θ2。在一些情况下，角度θ2基本上大于角度Q1。在这种情况下，角度θ2比角度θ 1大至少约20度、或至少约30度、或至少约40度、 或至少约50度、或至少约60度、或至少约70度。在一些情况下，角度θ 2大于约40度、或大于约50度、或大于约60度、或大于约70度。不对称光学漫射片170以不同方式沿不同方向(例如沿平行于χ方向的水平方向 130以及沿平行于y方向的竖直方向13 散射入射光。图2示出不对称光学漫射片170沿互相正交的水平和竖直方向的相应水平和竖直增益曲线210和220的示意图。不对称光学漫射片170具有对应于同轴或零视角的最大增益g。以及半最大增益& = &/2，所述半最大增益定义等于Ahi-Ah2的水平视角Ah以及等于Avi-Av2的竖直视角Av。Am和Ah2可分别称为正和负水平视角，并且Avi和^2可分别称为正和负竖直视角。在图2中的示例增益图中，增益曲线210和220中每一个关于同轴视向对称。通常，增益曲线210和220可为或可不为关于同轴视向对称的。例如，在一些情况下，与用于正视角的半亮度视角相对应的正视角Ahi 可不同于与用于负视角的半亮度视角相对应的负视角αΗ2。重新参考图1，光学漫射片170为不对称漫射片，这意味着水平视角々11不同于竖直视角Αν。在一些情况下，不对称光学漫射片170沿具有第一视角Ah的第一方向(例如水平方向)、以及沿垂直于第一方向的具有第二视角Av的第二方向(例如竖直方向)散射光。 在一些情况下，比率Ah/Av为至少约2、或至少约2. 2、或至少约2. 5、或至少约2. 7、或至少约 3、或至少约3. 2、或至少约3. 5、或至少约3. 7、或至少约4。在一些情况下，水平视角Ah比竖直视角Av大至少约40度、或至少约50度、或至少约60度、或至少约70度、或至少约80 度、或至少约90度。不对称光学漫射片170设置在沿竖直方向132的图像平面120内。不对称漫射片 170接收图像光111并且散射该图像光以形成大致沿第二方向114传播的散射图像光113。 在一些情况下，方向112和114关于χ轴对称。在这种情况下，第二方向114与水平方向 130成角度θ1()在一些情况下，散射图像光113具有竖直图像光锥115，所述竖直图像光锥 115包括或覆盖与水平方向130成角度α ν的所需视位180。不对称漫射片170接收环境光141并且散射该环境光以形成大致沿第四方向144 传播的散射环境光143。在一些情况下，方向142和144关于水平方向130对称。在这种情况下，第四方向144与水平方向130成角度θ2。在一些情况下，散射环境光143具有不包括或不覆盖所需视位180的竖直环境光锥145。在一些情况下，视位180包括在或设置在竖直图像光锥115内，而非竖直环境光锥 145内。在这种情况下，视位180中的观察者可观看到具有高对比度的图像，因为此图像不包括、或包括极少源自环境光源140的环境光。在一些情况下，不对称漫射片170的竖直视角足够大以使得竖直图像光锥115包括或覆盖视位180，并且足够小以使得竖直环境光锥 145不包括视位180。在一些情况下，例如当角度αν基本上等于0(如图3示意性所示)时，由不对称漫射片170散射的图像光到达视位180并且由漫射片散射的环境光远离视位传播。在这种情况下，漫射片170的半竖直视角(Αν/2)大于θ工并且小于θ 2。在这种情况下，视位180中的观察者观察到具有增强对比度的显示图像。反射器150反射未被光学漫射片170散射的图像光155。在一些情况下，反射器 150基本上为镜面反射器。在这种情况下，由反射器150反射的全部光的相当大部分被镜面反射并且全部反射光的只有小部分被漫反射。例如，在这种情况下，反射器150在可见光波长下的镜面反射与总反射的比率为至少约0. 7、或至少约0. 75、或至少约0. 8、或至少约 0. 85、或至少约0. 9、或至少约0. 95，其中可见光波长可为位于电磁波谱的可见光范围内的任何波长。在一些情况下，可见光范围为约400nm至约690nm，或约410nm至约680nm，或约 420nm 至约 670nm。反射器150将图像光155镜面反射为沿与水平方向成角度θ 的第五方向152的反射图像光151。反射器150反射未被光学漫射片170散射的环境光156。反射器150将环境光156镜面反射为沿与水平方向成角度θ 2的第六方向154的反射环境光153。在一些情况下，视位180、图像投影光源110、和环境光源140的位置使得视位180中的观察者接收和观看反射图像光151而非反射环境光153。在这种情况下，镜面反射器150朝视位反射未被不对称光学散射片170散射的图像光155并且远离视位反射未被不对称光学漫射片 170散射的环境光156。在这种情况下，位于视位180中的观察者可观察到具有增强对比度的图像。在一些情况下，镜面反射器150的反射率随入射角增大不变化、或变化极小。在这种情况下，镜面反射器150在入射角为约θ工的可见光中具有第一平均反射率R1,并且在入射角为约θ 2的可见光中具有第二平均反射率民，其中R1与&之间的差值不超过约10%、 或不超过约5%、或不超过约2%。在一些情况下，角度Q1约为0并且角度θ2约为45度。在一些情况下，镜面反射器150的反射率随入射角增大而改变，例如降低。在一些情况下，例如当角度Q1显著小于角度θ 2时，反射率随入射角增大而降低的反射器150可增加显示给视位(例如视位180)的图像的对比度。在一些情况下，镜面反射器150在入射角为约Q1的可见光中具有第一平均反射率R1，并且在入射角为约θ 2的可见光中具有第二平均反射率&，其中比率R1/^为至少约1. 2、或至少约1. 4、或至少约1. 5、或至少约1. 6、或至少约1. 8、或至少约2、或至少约2. 5、或至少约3。在一些情况下，角度θ工约为0并且角度9 2约为45度。在一些情况下，镜面反射器150可在电磁波谱的某一区域(例如可见光区域)内具有基本上平坦的反射光谱。例如，在这种情况下，镜面反射器在可见光中的反射率变化不超过20%、或不超过15%、或不超过10%、或不超过5%。在一些情况下，反射器150在蓝色波长下(例如在440nm下)的反射率与在红色波长下(例如在620nm下)的反射率的比率范围为约0. 8至约1. 2、或约0. 9至约1. 1。通常，镜面反射器150可为在应用中期望和/或实际的任何镜面反射器。例如， 镜面反射器150可为镀铝膜或多层聚合物反射膜(例如，反射偏振膜或得自3M公司(St. Paul, Minnesota)的 VIKUITI ESR 膜)。吸光层160可通过吸收未被镜面反射器150反射的图像光161和环境光162来增加显示图像的对比度。吸光层160可包括可在应用中期望和/或实际的任何吸光材料。例如，层160可包括分散在粘结剂材料中的炭黑、吸光染料(例如黑色染料或其它暗色染料)、 吸光颜料或其它暗色颜料、或者不透明颗粒。合适的粘结剂包括热塑性塑料、辐射固化性或热固性丙烯酸酯、环氧树脂、有机硅基材料、或者其它合适的粘结剂材料。在一些情况下，吸光层160在可见光中的光学吸收系数为至少约0. 1/微米、或至少约0. 2/微米、或至少约 0. 4/微米、或至少约0. 6/微米。图像投影光源110包括图像形成装置并且将由该装置形成的图案投影到显示器或图像平面120上。投影仪110的输出光111可具有可在应用中期望的任何偏振。例如， 在一些情况下，输出光111为基本上非偏振的。在这种情况下，具有第一偏振态的输出光 111的强度与具有垂直于第一偏振态的第二偏振态的输出光的强度的比率范围为约0. 8至约1. 2、或约0. 85至约1. 15、或约0. 9至约1. 1、或约0. 95至约1. 05。在一些情况下，输出光111为基本上(例如)沿第一方向偏振的。在这种情况下，具有第一偏振态的输出光 111的强度与具有正交偏振态的输出光的强度的比率为至少约100、或至少约500、或至少约1000。在一些情况下，输出光110包括偏振态的混合体。例如，在一些情况下，输出光110 可包括红光、绿光和蓝光，其中蓝光和红光具有一种偏振态并且绿光具有正交偏振态。通常，图像投影光源110可包括任何图像形成装置。例如，图像形成装置可为反射型显示器、透射型显示器、或发射型显示器、或不同显示器类型的组合(例如透射反射型显示器)。例如，在一些情况下，反射型图像形成装置可包括LCD或数字微镜阵列显示器，例如得自Texas Instruments公司的数字光处理器(DLP)显示器。通常，不对称光学漫射片170可为可在应用中期望和/或实际的任何不对称漫射片。例如，不对称漫射片170可为体漫射片和/或表面漫射片。可通过(例如)将客体材料的小颗粒掺入或分散在主体材料中来实现体漫射，其中客体和主体材料具有不同的折射率。可通过(例如)将漫射片的表面制备为糙面来实现表面漫射。在一些情况下，漫射片170为体漫射片并且客体和主体材料的折射率之间的差值为至少约0. 01、或至少约0. 02、或至少约0. 03、或至少约0. 04。在一些情况下，不对称光学漫射片170可为基本上偏振不敏感的。在这种情况下， 不对称光学漫射片对于沿给定方向(例如水平方向)的两个互相正交的偏振入射光的增益曲线(例如水平增益曲线210)为基本上相同的。例如，在这种情况下，沿水平方向的两个互相正交的偏振入射光的水平增益曲线210相差不超过约15%、或不超过约10%、或不超过约5%。又如，沿竖直方向的两个互相正交的偏振入射光的竖直增益曲线220相差不超过约15%、或不超过约10%、或不超过约5%。在一些情况下，不对称光学漫射片170可包括结构化表面或层。结构化层可包括具有可在应用中期望的任何形状的结构。示例性的形状包括平面的、凹的、凸的、非球面的、 菲涅耳的、椭球体的、纤丝的、衍射的、以及小平面化的形状。例如，图4为包括结构化表面 410的不对称光学漫射片470的示意性侧视图，所述结构化表面410包括具有间距430的多个光学透镜(例如微透镜)420。在一些情况下，光学透镜中的至少一些可为变形的，以用于(例如)改变由图像投影光源110投影的图像的纵横比。在一些情况下，变形透镜可为或可包括细长(例如圆柱形)透镜。在一些情况下，不对称光学漫射片170可包括具有无规间距430的细长光学透镜阵列，例如，柱形透镜阵列。图5为类似于结构化表面410且包括多个小透镜620的结构化表面610的示意性俯视图。各个小透镜均具有宽度％、长度 a2,以及纵横比 /ai。在一些情况下，纵横比范围为约1. 5至约200、或约2至约100、或约 2至约50、或从2至约25。在一些情况下，不对称光学漫射片170为体漫射片并且包括多个位于第二材料内的具有第一材料的细长结构或颗粒，其中两种材料具有不同的折射率。在一些情况下，细长颗粒大致沿相同方向(例如沿竖直方向13 取向。在一些情况下，细长颗粒的长度范围为约50nm至约100微米、或约IOOnm至约50微米、或约200nm至约10微米。在一些情况下， 细长颗粒的纵横比范围为约5 1至约1000 1、或约10 1至约200 1、或约20 1 到约50 1。在一些情况下，光学构造190为一体化构造，这意味着构造中的各个部件通过(例如)一种或多种粘合剂层而彼此附接。在一些情况下，所述制品还可包括任选基底185。在一些情况下，基底185可主要为所述制品中的其它部件提供支承。在一些情况下，基底185可提供一个或多个附加的光学功能。例如，基底185可为或可包括具有在应用中可为所需功能的光学漫射片、宽带吸光器、吸收型偏振器、反射型偏振器、或任何其它膜。基底185可为可在应用中合适和/或实际的任何材料，例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚氯乙烯(PVC)、聚碳酸酯、丙烯酸、铝片、 和玻璃、以及它们的复合物。通过下面的实例进一步说明本发明所公开的系统和构造的一些优点。本实例中列出的特定材料、量和尺寸以及其他条件和细节不应被解释为不当地限制本发明。实例为了形成干擦层，根据美国专利No. 6，299, 799中的实例3来制备硬涂层组合物。 所述组合物包含18.4重量％的由甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(丙烯酸酯硅烷)表面改性的20nm的二氧化硅颗粒(NALC0 2327) ,25. 5重量％的季戊四醇三/四丙烯酸酯 (PETA)、4. 0 重量％的 N，N- 二甲基丙烯酰胺(DMA)、1. 2 重量％的 IRGACURE 184,1. 0 重量％的TINUVIN 292、46.9重量％的异丙醇溶剂、和3.0重量(％的水。然后利用溶剂1_甲氧基-2-丙醇/乙酸乙酯(1 4v/v比)将大约50固体重量％的所述组合物稀释至30固体重量％。将1. 8 克二氧化硅微珠(得自 Evonik Industries 的 DEGUSSA 0K607)和 0. 03 克 TEG0 rad 2250(Evonik Industries)与100克上述涂布溶液混合到一起以形成均勻溶液。然后使用#10缠线棒(购自RD Specialties (Webster, NY))将所得溶液分别涂覆到底漆MELINEX 618的PET膜的顶部。然后将所得膜在85°C的烘箱中干燥1分钟、 随后使用 Fusion UV-Systems 公司的配备有 H 灯泡的 Light-Hammer 6UV (Gaithersburg,
11Maryland)处理器进行固化，所述H灯泡以30英尺/分钟的线速度(1通道)工作在100% 灯功率下的氮气气氛中。所得涂层的为90. 和47. 6%。加入不同量的TEG0 rad 2250以制备不同的涂布溶液。通过利用指定的标记物在膜上书写并且随后利用干布清洁来测定干擦特性。结果总结在表1中。表 权利要求
1.一种信息传递制品，包括(a)书写构件，具有前和后主表面，其中所述前主表面能够用作干擦表面，所述书写构件为基本上透明的；和(b)投影构件，设置在所述书写构件的所述后主表面上，所述投影构件包括(1)不对称光学漫射片，沿具有第一视角Ah的第一方向、以及沿垂直于所述第一方向的具有第二视角Av的第二方向散射光，Ah/Av为至少约2 ；和(2)基本镜面反射器，反射未被所述不对称光学漫射片散射的光。
2.根据权利要求1所述的制品，其中所述书写构件的所述前主表面具有热或辐射固化涂层。
3.根据权利要求2所述的制品，其中所述固化涂层包括具有纳米颗粒的硬涂层。
4.根据权利要求3所述的制品，其中所述纳米颗粒包括二氧化硅。
5.根据权利要求1所述的制品，其中所述书写构件的所述前主表面具有压印图案。
6.根据权利要求1所述的制品，其中所述书写构件的前主表面具有通过接触探针轮廓仪所测定的范围为60至1000的预定义平均表面粗糙度Ra。
7.根据权利要求1所述的制品，其中比率々/^为至少约2.5。
8.根据权利要求1所述的制品，其中所述不对称光学漫射片包括位于第一材料内的多个细长结构，所述细长结构大致沿所述第二方向取向。
9.根据权利要求1所述的制品，其中所述不对称光学漫射片为基本上偏振不敏感的。
10.根据权利要求9所述的制品，其中所述不对称光学漫射片对于两个互相正交的偏振入射光的增益曲线相差不超过约10%。
11.根据权利要求9所述的制品，其中所述不对称光学漫射片对于两个互相正交的偏振入射光的增益曲线相差不超过约5%。
12.根据权利要求1所述的制品，其中所述镜面反射器在大致零度入射角下的可见光中具有第一平均反射率R0,并且在大致45度入射角下的可见光中具有第二平均反射率R45， R。/R45为至少约1. 5。
13.根据权利要求1所述的制品，其中所述基本镜面反射器在可见光波长下的镜面反射率与总反射率的比率为至少约0. 7。
14.根据权利要求1所述的制品，其中所述镜面反射器为基于银或铝的反射镜。
15.根据权利要求1所述的制品，其中所述镜面反射器为介电多层。
16.根据权利要求1所述的制品，其中所述基本镜面反射器在可见光波长下的镜面反射率与总反射率的比率为至少约0. 8。
17.根据权利要求1所述的制品，其中所述基本镜面反射器在可见光波长下的镜面反射率与总反射率的比率为至少约0. 9。
18.根据权利要求1所述的制品，其中所述基本镜面反射器在可见光中具有基本上平坦的反射光谱。
19.根据权利要求1所述的制品，其中所述不对称光学漫射片包括多个光学透镜。
20.根据权利要求19所述的制品，其中所述多个光学透镜中的至少一些为变形透镜。
21.根据权利要求20所述的制品，其中所述变形光学透镜中的至少一些包括柱形透镜。
22.根据权利要求1所述的制品，其中所述不对称光学漫射片包括无规的全息光学透^Ml O
23.根据权利要求1所述的制品，其中所述不对称光学漫射片包括具有无规间距的细长光学透镜阵列。
24.—种投影系统，包括根据权利要求1所述的信息传递制品；图像投影光源，将图像光大致沿第一方向投影到图像平面上，所述第一方向与水平方向成角度Q1 ；环境光源，大致沿第二方向发射环境光，所述第二方向与所述水平方向成角度θ2 ； 不对称光学漫射片，设置在所述图像平面中，并且具有沿所述水平方向的第一视角Ah 以及沿与所述水平方向正交的竖直方向的第二视角~冰/~为至少约2 ;Αν/2大于θ工并且小于θ2 ；以及基本镜面反射器，反射未被所述不对称光学漫射片散射的光，并且在入射角为约θ i的可见光中具有第一平均反射率R1,且在入射角为约θ 2的可见光中具有第二平均反射率&， R1ZR2为至少约1. 5。
全文摘要
本发明公开了一种信息传递制品和系统，其包括具有可干擦前表面的书写构件和投影构件。所述投影构件包括不对称光学漫射片，所述不对称光学漫射片沿具有第一视角AH的第一方向、以及沿垂直于所述第一方向的具有第二视角AV的第二方向散射光。比率AH/AV为至少约2。
文档编号B43L1/12GK102405142SQ201080010225
公开日2012年4月4日 申请日期2010年1月8日 优先权日2009年1月8日
发明者刘兰虹, 刘宇锋, 大卫·T·尤斯特, 威廉·V·巴斯蒂安斯, 弗雷德里克·J·古斯塔夫森, 於阳, 郝恩才 申请人:3M创新有限公司
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