投影屏幕的制作方法

本发明是有关于一种投影屏幕，且特别是有关于一种适用于超短焦投影系统的投影屏幕。

背景技术：

对于超短焦投影系统来说，其需要在很短的投影距离内投影出大尺寸的画面，因此用于投影的影像光束的入射角范围相对于一般的情形较大。若使用一般的投影屏幕则会衍生亮度的增益(gain)值不足或者是画面亮度分布不均的问题。举例而言，若采用长焦投影机所使用的投影屏幕于超短焦投影系统的投影屏幕，由于长焦投影机所使用的投影屏幕，在设计时只考虑到相对较小的影像光束入射角范围。因此，若将长焦投影机所使用的投影屏幕用于超短焦投影系统的投影屏幕，当在相对较大的影像光束入射角的情况下，反射的影像光束会偏离观赏者的方向，则会产生亮度的增益(gain)值不足以及画面亮度分布不均的问题。

另一方面，若将大视角的投影屏幕应用于超短焦投影系统，由于大视角的投影屏幕上具有光散射层，可将任意角度入射的影像光束均匀反射，可解决上述画面亮度分布不均的问题。然而此方式的缺点是亮度的增益值不高。接着，若将高增益的投影屏幕应用于超短焦投影系统，观赏者会于不同的观赏角度观看到亮度不均匀的投影画面。

接着，若将提高对比度的投影屏幕应用于超短焦投影系统，由于提高对比度的投影屏幕上具有光吸收材料，但是光吸收材料对于光来说仅有入射方向的选择性。也就是说，当影像光束的传递方向与环境光束的传递方向接近时，光吸收材料会同时吸收影像光束与环境光束，此方式同时也会降低亮度的增益值。也就是说，此方式是牺牲增益值以达到高对比度，并无法同时具有高增益值与高对比度的优点。

此外，若使用抗环境光束的投影屏幕应用于超短焦投影系统，由于抗环境光束的投影屏幕的反射率对于光的入射角度是有选择性的，可以将一定入射角度范围下的影像光束反射回至观赏者，其他方向的环境光束则会被吸收或者是被偏离观赏者方向。但是，若将抗环境光束的投影屏幕应用于超短焦投影系统，在设计上很难同时达到高增益、广视角与高对比度的优点。

综合以上，如何解决上述问题，实为目前研发人员研发的重点之一。

“背景技术”段落只是用来帮助了解本

技术实现要素：
，因此在“背景技术”段落所揭露的内容可能包含一些没有构成本领域技术人员所知道的已知技术。在“背景技术”段落所揭露的内容，不代表该内容或者本发明一个或多个实施例所要解决的问题，在本发明申请前已被本领域技术人员所知晓或认知。

发明内容

本发明提供一种投影屏幕，其同时具有较广的水平视角、较高的增益值、较高的对比度以及较优良的抗环境光能力。

本发明的其他目的和优点可以从本发明所揭露的技术特征中得到进一步的了解。

为达上述之部份或全部目的或是其他目的，本发明提供一种投影屏幕，用于接收影像光束，投影屏幕包括透光基板、多个光学柱状结构、光散射层、多个菲涅耳结构以及吸光层。透光基板具有相对的第一表面与第二表面。这些光学柱状结构位于透光基板的第一表面且沿第一方向排列，各光学柱状结构往第二方向延伸。光散射层位于这些光学柱状结构的一侧且这些光学柱状结构配置于光散射层与透光基板之间。这些菲涅耳结构位于透光基板的第二表面，其中各菲涅耳结构包括反射面与穿透面，反射面连接于穿透面。这些菲涅耳结构配置于透光基板与吸光层之间，其中，影像光束依序穿透光散射层、这些光学柱状结构及透光基板并传递至这些菲涅耳结构的这些反射面，并被这些反射面反射且出射于投影屏幕外，且投影屏幕在第一方向的半增益视角范围(half-gainangle)落在40度至85度的范围内。

基于上述，本发明的实施例可达到下列优点或功效的至少其中之一。在本发明的实施例的投影屏幕中，影像光束依序穿透光散射层、这些光学柱状结构及透光基板并传递至这些菲涅耳结构的这些反射面，并被这些反射面反射的影像光束再依序经透光基板、光学柱状结构、光散射层后而于投影屏幕射出，投影屏幕在第一方向(水平方向)上的半增益视角范围落在40度至85度的范围内。光学柱状结构用以扩大入射于投影屏幕的影像光束的在第一方向的散射角度，并将影像光束导向观赏者的方向。因此本发明的实施例的投影屏幕具有较广的水平方向的散射视角，适用于大尺寸的超短焦投影系统。这些菲涅耳结构的这些反射面的配置可将原本以第二方向(垂直方向)大角度反射的部分影像光束导向投影屏幕的正向(观赏者的方向)，进一步地提高影像光束的亮度增益值。此外，部分的环境光束会传递至这些菲涅耳结构的这些穿透面，并由吸光层吸收此部分的环境光束，可提高投影屏幕的对比度与抗环境光束的能力。因此，本发明的实施例的投影屏幕同时具有较大的水平视角、较高的增益值、较高的对比度以及较优良的抗环境光能力。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附附图作详细说明如下。

附图说明

图1a为本发明一实施例的投影屏幕的立体示意图。

图1b为沿着图1a实施例的投影屏幕的切线a-a的剖面示意图。

图1c为沿着图1a实施例的投影屏幕的切线c-c的剖面示意图。

图1d为图1b中的区域f的放大示意图

具体实施方式

有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图的一优选实施例的详细说明中，将可清楚地呈现。以下实施例中所提到的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明。

图1a为本发明一实施例的投影屏幕的立体示意图。图1b为沿着图1a的切线a-a的剖面示意图。图1c为沿着图1a的切线c-c的剖面示意图。请同时参照图1a、图1b与图1c，本实施例的投影屏幕100用于接收影像光束b，投影屏幕100包括透光基板110、多个光学柱状结构120、光散射层130、多个菲涅耳结构140以及吸光层150。透光基板110具有相对的第一表面112与第二表面114，其材质例如为聚乙烯对苯二甲酸(polyethyleneterephthalate，pet)。这些光学柱状结构120位于透光基板110的第一表面112，而这些菲涅耳结构140则位于透光基板110的第二表面114。

这些光学柱状结构120沿着第一方向d1(例如是水平方向)排列，且各光学柱状结构120往第二方向d2(例如是垂直方向)延伸，其材质例如是紫外光固化胶(uv胶)或其他可透光材质等。

光散射层130位于这些光学柱状结构120的一侧，且这些光学柱状结构120配置于光散射层130与透光基板110之间。光散射层130使出射于投影屏幕100的影像光束b散射，以避免影像光束b沿着同一方向反射并在投影屏幕100上产生过亮的亮点。此外，在本实施例中，光散射层130的表面可涂布表面硬化镀膜(hardcoating)(未示出)，因此光散射层130还具有保护的功能，其用以保护投影屏幕100内部的元件。

这些菲涅耳结构140沿着第二方向d2排列，且各菲涅耳结构140沿着第一方向d1延伸。各菲涅耳结构140包括反射面142与穿透面144，反射面142连接穿透面144。在本实施例中，第一方向d1例如是水平方向，第二方向d2例如是垂直方向，其中第一方向d1与第二方向d2实质上垂直。另外，各反射面142及各穿透面144都为沿着第一方向d1延伸的表面。

吸光层150配置于这些菲涅耳结构140上，换言之，这些菲涅耳结构140配置于透光基板110与吸光层150之间。具体来说，吸光层150覆盖(直接接触)各菲涅耳结构140的穿透面144。此外，吸光层150的材质例如是黑色涂料、掺杂黑色材料的胶体或者是其他具有高光吸收率的材料。

在本实施例中，投影屏幕100包括影像源侧101以及相对影像源侧101的后侧102。一外部的影像源50(例如是一般投影机、短焦投影机或超短焦投影机)设置于投影屏幕100的影像源侧101，且朝投影屏幕100发出影像光束b。由投影屏幕100的影像源侧101至后侧102的方向来说，上述投影屏幕100的内部元件的排列方式依序为光散射层130、这些光学柱状结构120、透光基板110、这些菲涅耳结构140以及吸光层150。于本实施例中，透光基板110从影像源侧101至后侧102的方向上的厚度约为100微米至200微米，而各光学柱状结构120从影像源侧101至后侧102的方向上的厚度约为40微米，然而于其他实施例中，透光基板110的厚度及各光学柱状结构120的厚度可依设计的需求而对应改变，本发明不限于此。请参照图1b，影像光束b依序穿透光散射层130、这些光学柱状结构120及透光基板110并传递至这些菲涅耳结构140的这些反射面142，而被这些反射面142反射的影像光束b再依序经透光基板110、光学柱状结构120、光散射层130后于投影屏幕100射出。投影屏幕100的增益值(亮度)由中心向外逐渐递减，定义一可观赏半增益值的角度(half-gainangle)为半增益视角，而在本实施例中，投影屏幕100在第一方向d1(水平方向)上的半增益视角范围落在40度至85度的范围内。此外，投影屏幕100在第二方向d2(垂直方向)上的半增益视角范围则落在40度至70度的范围内。

在本实施例中，这些光学柱状结构120用以扩大投影屏幕100在第一方向d1上的半增益视角，并将影像光束b导向位于影像源侧101的观赏者(未示出)，而投影屏幕100在第一方向d1(水平方向)的半增益视角范围落在40度至85度的范围内。因此，本实施例的投影屏幕100具有较广的水平视角(wideviewingangle)，其可用于超短焦投影系统，特别适用于大尺寸的超短焦投影系统。

请再参照图1a至1b，如此一来，当来自于影像源50的影像光束b入射于投影屏幕100时，影像光束b依序穿透光散射层130、这些光学柱状结构120及透光基板110并传递至这些菲涅耳结构140的这些反射面142，影像光束b被这些反射面142反射且出射于投影屏幕100后传递至观赏者的眼睛。由此可知，这些菲涅耳结构140的这些反射面142的配置可将原本以第二方向d2(垂直方向)大角度反射的部分影像光束b导向投影屏幕100的正向(观赏者的方向)，以避免影像光束b朝无观赏者的方向投射。换言之，这些菲涅耳结构140能够调整投影屏幕100在第二方向d2(垂直方向)上的垂直视角，即可使影像光束b出射投影屏幕100后在第二方向d2上有较小的散射角度。在本实施例中，在第二方向d2(垂直方向)上的垂直视角相对于在第一方向d1(水平方向)上的水平视角相对较小。如此一来，能够进一步地提高影像光束b的利用效率，投影在投影屏幕100上的影像光束b的亮度增益值(gain)便可以因为这些菲涅耳结构140的这些反射面142的配置而有效地增加。

此外，在本实施例中，影像源50例如是设置相对于投影屏幕100的相对下侧，且各菲涅耳结构140的反射面142及穿透面144是分别朝向投影屏幕100的两相对侧(投影屏幕100的相对下侧与相对上侧)。由投影屏幕100的相对下侧朝相对上侧投射影像光束b，依照上述的光路径进入投影屏幕100并反射至观赏者的眼睛，其中观赏者位于影像源50的同一侧。另一方面，当环境光束(举例来说为位于投影屏幕100的相对上侧的日光灯所发出的环境光束或透过位于投影屏幕100的相对上侧的天花板反射而朝下传递的其他光源所发出的环境光束，未示出)入射于投影屏幕100时，若环境光束与影像光束b两者入射于投影屏幕100的入射方向不同时(举例来说环境光束由投影屏幕100的相对上侧入射于投影屏幕100，而影像光束b由投影屏幕100的相对下侧入射于投影屏幕100)，则部分的环境光束会传递至这些菲涅耳结构140的这些穿透面144，并由位于这些穿透面144后侧的吸光层150吸收此部分的环境光束，即环境光束不会从投影屏幕100射出而影响影像的品质。如此一来，本实施例的投影屏幕100具有可抗单方向环境光束(anti-ambientlight)的功能，并且可提高投影屏幕100的对比度(contrast)与抗环境光束的能力。

请同时参照图1b与图1d，图1d为图1b中的区域f的放大示意图。应注意的是，为求清楚说明，图1d仅示出光学柱状结构120与透光基板110，其他元件则省略。在本实施例中，各光学柱状结构120例如是一在第一方向d1的截面积为梯形的梯形柱状结构120，各梯形柱状结构120在第一方向d1上的宽度由光散射层130往透光基板110的方向递增。换言之，也就是各梯形柱状结构120在第一方向d1上的宽度由影像源侧101往后侧102的方向递增，而各梯形柱状结构120在第二方向d2的宽度不变。在一实施例中，各梯形柱状结构120例如是一等腰梯形柱状结构120。再另一实施例中，各梯形柱状结构120的一底角α1的角度以及另一底角α2的角度落在60度至80度的范围内，若各梯形柱状结构120的底角α1及底角α2在上述范围之外，则无法有效降低光束的于水平方向上的指向性。又一实施例中，这些梯形柱状结构120在第一方向d1的排列周期p定义为在第一方向d1上每隔一定距离配置一个梯形柱状结构120，而排列周期p落在30微米至100微米的范围内，若排列周期p大于100微米，则容易导致投影屏幕100的成像画面不良或产生叠纹(moire)；若排列周期p小于30微米，则会提高生产制造的难度。再另一实施例中，各梯形柱状结构120于透光基板110的第一表面112上112的宽度w与在第一方向d1的排列周期p的比值落在0.3至0.8的范围内，而上述比值若符合0.3至0.8的范围内，则可有效地提高投影屏幕100的降低光指向性的功能。符合上述条件的任一者的光学柱状结构120可具有较佳的光学品质，并使投影屏幕100于第一方向d1(水平方向)上具有较大的半增益视角。

值得一提的是，在其他未示出的实施例中，光学柱状结构120的形状也可以是长方柱状结构、三角柱状结构或者是其他形状的柱状结构，本发明并不限于此。

请参照图1c，在本实施例中，各菲涅耳结构140中的反射面142与透光基板110的第二表面114形成一夹角θ，其中这些反射面142所对应的这些夹角θ实质上相同。在其他未示出的实施例中，这些菲涅耳结构140的这些反射面所对应的这些夹角θ沿着第二方向d2渐变。进一步来说，这些夹角θ例如是相对于投影屏幕100的下方沿着第二方向d2往相对于投影屏幕100的上方逐渐递增，藉此，可以更有效地增加投影屏幕100上的影像光束b的亮度增益值(gain)。

请同时参照图1a至图1c，本实施例的投影屏幕100更包括多个反射层170，其中各反射层170沿着菲涅耳结构140的反射面142的延伸方向配置于各反射面142上。反射层170的材料例如是具有高反射率的材料所制成，举例来说，是反射率在70％以上的材料，且反射层170的材料例如是选自铝(al)、银(ag)或其组合。

请再参照图1a至图1c，具体而言，在本实施例中，相邻的光学柱状结构120之间具有间隙g，且此间隙g中的介质例如是空气，进入投影屏幕100且穿透光散射层130后的影像光束(b、b’、b”)于该些光学柱状结构120内及相邻的这些光学柱状结构120的间隙g内进行多次反射与折射，影像光束(b、b’、b”)接续传递至透光基板110及这些菲涅耳结构140的这些反射面142，而被这些反射面142反射且穿透透光基板110后的影像光束(b、b’、b”)于这些光学柱状结构120内及相邻的这些光学柱状结构120的间隙g内进行多次反射与折射，影像光束(b、b’、b”)接续通过光散射层130而从投影屏幕100出射。在其他的未示出的实施例中，相邻的光学柱状结构120之间的间隙g内可配置有光学材料层(未示出)，光学材料层可为透明材料且其折射率小于或等于这些光学柱状结构120的折射率，其中光学材料层包括多个扩散粒子(未示出)，上述的配置可以进一步将入射于投影屏幕100的影像光束(b、b’、b”)于位于相邻的这些光学柱状结构120之间的间隙g的光学材料层中进行散射。

请再参照图1b，影像光束有多种不同可能的光路径，以下举出三种可能的示例性的光路径，影像光束的光路径并不以下列三种示例性的光路径为限。具体而言，在本实施例中，在一种影像光束光路径中，影像光束b入射至投影屏幕100且于这些光学柱状结构120内进行多次折射后、被这些菲涅耳结构140的这些反射面142反射的影像光束b再传递至这些光学柱状结构120，影像光束b于这些光学柱状结构120内再进行多次反射与折射后而以较大的角度离开这些光学柱状结构120，接续影像光束b通过光散射层130而从投影屏幕100出射。接着，影像光束b’的另一种的光路径为穿透光散射层130、于这些光学柱状结构120内进行多次反射与折射、穿透透光基板110并传递至这些反射面142，随后，被这些反射面142反射后的影像光束b’再入射至这些光学柱状结构120并再一次在这些光学柱状结构120内进行多次反射及折射后，通过光散射层130而从投影屏幕100出射。再来，影像光束b”的另一种的光路径为穿透光散射层130、光学柱状结构120、透光基板110并传递至反射面142，影像光束b”再被这些反射面142反射至另外的光学柱状结构120、又传递至另外的光学柱状结构120，并再一次穿透透光基板110且又一次传递至这些反射面142，影像光束b”再次被这些反射面142反射至其他的光学柱状结构120，并在其他的光学柱状结构120内进行多次反射及折射后，通过光散射层130而从投影屏幕100出射。进一步来说，这些光学柱状结构120可使影像光束(b、b’、b”)的指向性降低，且主要出射于投影屏幕100的方向为水平方向，用以增加投影屏幕100在水平方向的散射角度且扩大水平方向的半增益视角。

请同时参照图1a至图1c，本实施例的投影屏幕100更包括光学胶层160(opticalclearadhesive，oca)，其中光学胶层160配置于光散射层130与透光基板110之间，光散射层130透过光学胶层160胶合于这些光学柱状结构120。应注意的是，光学胶层160系为可选择性地设置于投影屏幕100内。

承上述，在其他的实施例中，投影屏幕100可更包括多个扩散微结构(未示出)，这些扩散微结构可配置于透光基板110的第一表面112、透光基板110的第二表面114、这些光学柱状结构120的表面、这些菲涅耳结构140的这些反射面142、光学胶层160内及/或光学胶层160的表面，上述的配置可以进一步将入射于投影屏幕100的影像光束(b、b’、b”)于上述所提到的这些位置散射。

此外，在其他未示出的实施例中，各光学柱状结构120更包括多个扩散微结构(未示出)，这些扩散微结构均匀地配置于各光学柱状结构120的内部，上述的配置可以进一步将入射于投影屏幕100的影像光束(b、b’、b”)于上述所提到的位置散射。

综上所述，本发明的实施例可达到下列优点或功效的至少其中之一。在本发明的实施例的投影屏幕中，影像光束依序穿透光散射层、这些光学柱状结构及透光基板并传递至这些菲涅耳结构的这些反射面，影像光束接续被这些反射面反射且再依序穿透透光基板、这些光学柱状结构及光散射层后，进而从投影屏幕射出，投影屏幕在第一方向(水平方向)上的半增益视角范围落在40度至85度的范围内。透过这些光学柱状结构，使出射于投影屏幕的影像光束在第一方向上的散射角度被扩大，并将影像光束导向观赏者的方向。因此本发明的实施例的投影屏幕具有较广的水平方向的散射角度，适用于大尺寸的超短焦投影系统。这些菲涅耳结构的这些反射面的配置可将原本以第二方向(垂直方向)大角度反射的部分影像光束导向投影屏幕的正向(观赏者的方向)，进一步地提高影像光束的亮度增益值。此外，部分的环境光束会传递至这些菲涅耳结构的这些穿透面，并由位于这些菲涅耳结构后侧的吸光层吸收此部分的环境光束，可提高投影屏幕的对比度与抗环境光束的能力。因此，本发明的实施例的投影屏幕同时具有较大的水平视角、较高的增益值、较高的对比度以及较优良的抗环境光能力。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即所有依本发明权利要求书及说明书所作的简单的等效变化与修改，都仍属本发明专利覆盖的范围内。另外本发明的任一实施例或权利要求不须实现本发明所揭露的全部目的或优点或特点。此外，摘要和发明名称仅是用来辅助专利文件检索之用，并非用来限制本发明的权利范围。另外，说明书中提及的第一表面、第二表面等用语，仅用以表示元件的名称，并非用来限制组件数量上的上限或下限。

附图标记说明

50：影像源

100：投影屏幕

101：影像源侧

102：后侧

110：透光基板

112：第一表面

114：第二表面

120：光学柱状结构

130：光散射层

140：菲涅耳结构

142：反射面

144：穿透面

150：吸光层

160：光学胶层

170：反射层

f：区域

g：间隙

θ：夹角

b、b’、b”：影像光束

d1：第一方向

d2：第二方向

α1、α2：底角

a-a、c-c：切线