一种增加对比度和亮度的投影屏幕及其制作方法与流程

本发明涉及一种投影设备，具体涉及一种增加对比度和亮度的投影屏幕。

背景技术：

投影屏幕是投影机周边设备中最常使用的产品之一，投影屏幕与投影机搭配使用，在展示会、学会等的展示或者影院等的影像视听所用的放大图像的投影面，使用了各种屏幕。

投影幕一般可分为反射式、透射式两类；反射式用于正投，透射式用于背投；正投幕又分为平面幕、弧型幕；平面幕从质地上可分为玻珠幕、金属幕、压纹塑料幕、弹性幕等(压纹塑料分为白塑、灰塑、银塑等)。

在现有的投影屏例如反射性屏幕中，存在如下问题：由于在反射来自投影机的投影光而显示投影图像的同时，也反射外界的环境光如照明的光、从窗户进入的太阳光等，所以在明亮的场所，作为“白(最大亮度)”和“黑(最小亮度)”的亮度的对比度降低，从而难以实现鲜明的图像显示。

例如，授权公告号为CN203365902U的中国发明专利公开了一种高清3D背投屏幕，包括透射层、成像层和散射层，所述透射层、所述成像层和所述散射层依次压粘连接，所述散射层为不规则颗粒散射层。

公开号为CN104317153A的中国发明专利申请文献公开了一种用于投影机的屏幕，包括依次层叠的导引层、分光层以及基层；所述导引层用于引导自外侧以第一方向范围入射的投射光线至所述导引层与分光层之间的界面，并使所述投射光线以大于在所述界面形成全反射的入射角入射至所述界面，然后反射回所述导引层的外侧；所述导引层还用于引导自外侧以第二方向范围入射的环境光线至所述导引层与分光层之间的界面，并使所述环境光线以小于或等于在所述界面形成全反射的入射角入射至所述界面，然后穿过所述界面进入分光层；所述分光层的折射率小于所述引 导层的折射率。减少由于环境光引起的眩光现象。

传统的方法中解决该问题还可以通过抑制太阳光、照明光等成为对比度降低原因的外光的影响而使最小亮度降低来实现房间中的高对比度。

也有通过将环境光吸收的投影屏，例如公开号为CN 103605258A的中国发明专利申请文献公开了一种抗环境光投影屏幕，其特征在于，该背投影屏幕由投影成像膜、光栅层及防眩光层依次复合而成，光栅层复合于所述投影成像膜的前侧表面，在该光栅层内设有若干个横向的并相互间隔的油墨层，所述油墨层用于吸收环境光，降低环境光对成像的干扰；所述防眩光层复合于光栅层的前侧表面，用于防眩光,消除镜面效应。。该投影屏中通过投影成像膜的表面复合一层光栅层，并通过光栅层内部间隔设置的油墨层来吸收环境光，从而降低环境光的影响。但是该投影屏存在如下问题，不能确保所有来自投影仪的光都能被投射，而所有环境光都能被吸收，对比度增加效果不明显。

技术实现要素：

本发明提供一种增加对比度和亮度的投影屏幕，解决了现有投影屏幕不能将环境光全部吸收、投影光全部散射或投射的技术问题。

一种增加对比度和亮度的投影屏幕，包括透射层和位于透射层后表面上的散射层，所述透射层为微透镜阵列，所述散射层上分布有若干与微透镜一一对应的散射区，相邻散射区之间为吸光区；散射区的分布如下：

以投影屏幕所在平面上投影光垂直入射处为坐标原点(0，0)，每个微透镜对应的散射区中心位置的坐标为(δ_x，δ_y)，其中，

${\mathrm{\δ}}_x=\left(\frac{X}{L}\right)\×f,$

${\mathrm{\δ}}_y=\left(\frac{Y}{L}\right)\×f$

X,Y为对应微透镜在屏幕的位置坐标；

L为投影屏幕距离投影仪的垂直距离；

f为微透镜的焦距。

投影光垂直入射处，散射区位于对应微透镜后的光轴处，优选地，投 影光从屏幕中心处垂直入射，即优选以屏幕中心为坐标原点。该优选设置方式下，投影屏幕的中心处，散射区位于对应微透镜后的光轴处，散射区的分布在假设投影仪从投影屏幕中心处以平行光入射的基础上设定的，因此使用时，投影仪从投影屏幕中心处垂直入射；如需使用在投影仪无法从屏幕中心处入射的场合，则散射区的分布以投影仪入射光线平行入射处的微透镜为坐标原点，其他位置处散射区的分布按上述公式计算。

本发明屏幕由两部分组成，一部分是微透镜阵列，另一部分是由高反射的散射材料和黑色吸光材料混合形成的散射层，由投影仪发出的光照射到微透镜上汇聚到该微透镜对应的高反射散射材料上散射回来，而外界的环境光经过微透镜后，会汇聚在黑色吸光材料上，不会产生散射。通过该方法可以增加投影显示的对比度，降低环境光的影响，由于投影仪在白天工作的时候外界环境光非常亮，严重影响投影机对比度，对于投影仪在白天工作的时候，该屏幕具有更明显效果。

屏幕不同位置接受来自投影仪的光线的角度不一样，本发明中为了使投影机不同角度照射到屏幕上的光线能被散射回去，屏幕上的高反射材料散射区域与黑色材料吸光区域的分布在屏幕不同位置分布不一样，本发明中通过反射层上散射区与吸光区的特殊分布方式确保所有的来自投影仪的光都被散射，而所有环境光都被吸收。

所述散射区为高反射材料，所述吸光区为黑色吸光材料。

所述高反射材料为二氧化钛或者是硫酸钡粉末，所述黑色吸光材料为碳粉。

作为优选，微透镜阵列中透镜的半径R与透镜周期的比值范围在0.55～2.5之间，透镜周期为0.2mm～1mm。所述透镜周期是指相邻透镜之间的距离。

作为优选，所述散射层上与微透镜阵列中每个微透镜对应的区域内散射区的面积占1/6～1/2。

本发明还提供一种增加对比度和亮度的投影屏幕的制作方法，上述投影屏幕优选采用该方法制备，包括如下步骤：

(1)采用模压方法制备得到微透镜阵列；

(2)将散射粉和紫外胶混合均匀后涂抹在微透镜阵列的后表面上；

(3)采用紫外源光照射微透镜阵列，微透镜阵列后表面上被微透镜 聚焦光束照射区域的混合胶固化形成散射区；

(4)经步骤(3)固化处理后将未固化的混合胶洗去，然后在未固化区域涂覆均匀混合的碳粉与树脂溶液，晾干形成吸光区。

作为优选，步骤(3)中紫外光源照射微透镜阵列的方法为小口径平行光扫描方式。进行小口径平行光扫描时其紫外光的入射角度模拟使用时投影仪的入射光角度。

作为优选，步骤(3)中紫外光照射微透镜阵列的方法为大视场角模拟投影机工作方式。

大视场角模拟投影机工作方式即紫外光源与投影仪的设置位置及入射角度一致。

优选地，紫外光源正对投影屏幕的中心处，即投影屏幕中心处的微透镜，来自紫外光源的紫外光平行入射。

模压方法为本领域常规方法；紫外光的强度和照射时间根据现场需要调节，以使散射层固化为准。

散射粉采用本领域常规散射粉，例如可从二氧化钛和硫酸钡粉末中选择。

紫外胶采用本领域常规紫外胶，例如可从LOCTITE的408，4201，414中选择。

本发明的制作过程中，散射粉与紫外胶的混合质量比、树脂溶液、树脂溶液的质量浓度及碳粉与树脂溶液的混合质量比均采用本领域常规参数即可。

本发明还提供一种所述制作方法制备得到的增加对比度和亮度的投影屏幕。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

本发明中由投影仪发出的光照射到微透镜上汇聚到该微透镜对应的高反射散射材料上散射回来，而外界的环境光经过微透镜后，会汇聚在黑色吸光材料上，不会产生散射。通过该方法可以增加投影显示的对比度，降低环境光的影响。

本发明中通过反射层上散射区与吸光区的特殊分布方式确保所有的来自投影仪的光都被散射，而所有环境光都被吸收。

附图说明

图1是本发明投影屏幕的基本组成图。

图2是投影仪发出的光照射在屏幕上的工作状态图。

图3是环境光照射在屏幕上的工作状态图。

图4是屏幕接收投影仪照射来的光线的角度分布图。

图5a、图5b和图5c是投影仪发出的光照射到屏幕不同位置处时的状态图(其中图5a为屏幕中心位置、图5b为偏离屏幕中心位置、图5c为屏幕边缘位置)。

图6a和图6b是微透镜阵列示意图。

图7是微透镜阵列后平面涂带散射粉的紫外胶层。

图8是紫外光源扫描照射固化紫外胶。

图9是模拟投影机工作方式照明固化紫外胶的一种实现方式。

图10是模拟投影机工作方式照明固化紫外胶的另一种实现方式。

图11是曝光后的微透镜阵列及紫外胶层。

图12是用溶剂清洗后的微透镜阵列及紫外胶层。

图13是碳粉树脂涂敷后的微透镜阵列及紫外胶层。

图14是中心区域微透镜与散射区的配合示意图。

图15是右上角微透镜与散射区配合示意图如图。

图16是左上角微透镜与散射区配合示意图。

图17是左下角微透镜与散射区配合示意图。

图18是右下角微透镜与散射区配合示意图。

图中所示附图标记如下：

10-投影屏幕 20-投影仪 11-透射层

12-散射层 121-散射区 122-吸光区

a-投影仪出射光束 b-散射光 c-环境光

111-微透镜

具体实施方式

本发明的投影屏幕10结构如图1所示，由两部分组成，一部分为由微透镜阵列组成的透射层11和复合在微透镜阵列背面的散射吸光分布层(散射层12)，散射吸光分布层上散射区121和吸光区122上间隔分布。

透射层11由若干微透镜111阵列排布而成(如图6a和图6b所示)，微透镜阵列中的透镜的半径R与透镜的周期的比值范围在0.75～2.5之间，微透镜阵列的周期在0.3毫米～1毫米范围，一个微透镜对应一个散射区。

由于屏幕不同位置接受来自投影仪的光线的角度是不一样(如图4所示)，环境光为了使投影机不同角度照射到屏幕上的光线能被散射回去(投影仪发出的光照射在屏幕上的工作状态图如图2所示，图中a为投影仪出射光束、b为散射光)，而环境光均被吸收(环境光照射在屏幕上的工作状态图如图3所示，图中c为环境光、b为散射光)，屏幕上的高反射材料散射区域与黑色材料吸光区域的分布在屏幕不同的位置分布不一样。屏幕不同位置处散射区的分布如及图14～图17所示，不同位置处投影仪发出的光照射在屏幕上的工作状态图如图5a～图5c所示。

散射区的分布方式如下(本实施方式中以假定屏幕中心为坐标原点为例进行说明)：

以屏幕中心为坐标原点(0，0)，每个微透镜对应的散射区中心位置的坐标为(δ_x，δ_y)，其中，

${\mathrm{\δ}}_x=\left(\frac{X}{L}\right)\×f,$

${\mathrm{\δ}}_y=\left(\frac{Y}{L}\right)\×f$

X,Y为对应微透镜在屏幕的位置坐标(以对应微透镜的中心处坐标为最准确)；

L为投影屏幕距离投影仪的垂直距离；

f为微透镜的焦距。

位于投影屏幕的中心处，散射区在对应微透镜后的光轴处(如图5a和图14所示)；右上角微透镜与散射区配合示意图如图15所示；左上角微透镜与散射区配合示意图如图16所示；左下角微透镜与散射区配合示意图如图17所示；右下角微透镜与散射区配合示意图如图18所示。

本发明投影屏幕的制作方法如下：

(1)采用常规模压方法制备得到微透镜阵列(图6a和图6b所示)。

(2)将散射粉和紫外胶混合均匀后涂抹在微透镜阵列的后表面上(图7)。

(3)采用紫外光照射微透镜阵列，微透镜阵列后表面上被微透镜聚焦光束照射区域的混合胶固化形成散射区；紫外光照射微透镜阵列的方法为小口径平行光扫描方式(图8)或大视场角模拟投影机工作方式(图9和图10)；曝光后的微透镜阵列及紫外胶层如图11。

(4)经步骤(3)固化处理后将未固化的混合胶洗去(图12)，固化区域形成散射区121，然后在未固化区域涂覆均匀混合的碳粉与树脂溶液，晾干后碳粉树脂覆盖区域形成吸光区122(图13)。

本发明工作原理如下：

投影仪20发出的光照射在投影屏幕10上的状态图如图2所示：

投影仪出射光束a照射在微透镜阵列上，通过微透镜聚焦后投射到与该微透镜对应的散射区121上，散射区将来自投影仪的光散射回来形成散射光b。

周围环境光照射在投影屏幕10上的状态图如图3所示：环境光c通过微透镜汇聚到该微透镜对应的吸光区122上，被吸光区完全吸收，不会产生散射光b。

投影仪20发出的光在投影屏幕10上不同位置处的状态如图4和图5a～图5b所示：

屏幕不同位置接受来自投影仪的光线的角度不一样，如图4所示，投影仪出射光束a照射在投影屏幕10不同位置处的微透镜上的光路如图5所示，在屏幕中心位置处，散射区121位于对应微透镜111的光轴处，投影仪出射光束a水平进入微透镜内，由微透镜聚焦后汇聚到光轴处的散射区上，由散射区全部散射回来形成散射光b，环境光全部被吸光层吸收，不会形成散射光；在偏离屏幕中心位置处和屏幕边缘位置处，投影仪出射光束a以一定角度进入微透镜内，由微透镜聚焦后汇聚到对应的散射区，由散射区全部散射回来，而环境光则全部被吸光区吸收。

以上所述仅为本发明专利的具体实施案例，但本发明专利的技术特征并不局限于此，任何相关领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化 或修饰皆涵盖在本发明的专利范围之中。