专利名称：全色域反射式银幕的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种投影机用的银幕，特别是涉及一种具有灰暗色表面结构，其在开灯情况下投影时，可显现出全色域色彩及高对比影像的全色域反射式银幕。
背景技术：
目前一般电视投影机所使用的反射式银幕，大致可分为布幕及金属幕两大类。以布幕来说，其增益较低，只适合在昏暗场所使用，如强将其置于灯光下投影，则所呈现的影像色彩必然淡化，银幕表层有如罩上一层薄雾一般；相对的，金属幕的增益则较高，其在明亮灯光下投影时，仍可呈现出高对比且色彩比布幕更鲜明的影像。但美中不足者为，金属幕对于某些波长较短的蓝色光波，于开灯时仍会受到明亮灯光的淡化，而造成整体色相(Hue)往暖色调偏移。
产生前述现象的原因，主要是人类眼睛对于380nm-760nm间的可见光波长，其视觉感应度(以下简称为视感度)不完全相同。在人类眼睛的视网膜内，有感应色彩变化的锥状体与感应亮度变化的杆状体两种视觉细胞，如果眼睛处在黑暗环境中，大多数的杆状体细胞会现出兴奋状态，而锥状体细胞则趋于迟钝，此时眼睛对光波的视感度范围为380nm-660nm间；相反地，如果眼睛处在明亮的环境中，则大多数的锥状体细胞会现出兴奋状态，而杆状体细胞趋向迟钝，眼睛对光波的视感度范围则移至400nm-760nm间。此种因环境由黑暗转成明亮而引起的视感度变化，称为柏金氏转移(Purkinjeshift)或称色域偏移(Colorgamutshift)，有关视感度与光波长的曲线变化则如图1所示。图中的虚线峰形曲线是代表在黑暗环境中的视感度曲线，可知其对绿色的感应度最好，而红色最差；图中的实线峰形曲线是代表在明亮环境中的视感度曲线，可知对其黄绿色的感应度最好，而蓝色最差。因此，美国国家电视系统委员会(NTSC)对于电视亮度信号(Y信号)的规范，并非以光谱的实际波长范围来制定，而是在一种不受干扰的黑暗环境中，根据人眼对红绿蓝三原色的不同感受程度，再加以调配组合，其中红色成份占30％，绿色成份占59％，而蓝色成份占11％，对于小于400nm波长(紫色)及大于700nm波长(接近红外线)的光波则弃置不用，让眼睛在暗室内所看到的投影三原色彩，感觉都很自然而平均。然而，一旦银幕曝露在灯光下时，所有的色彩便马上被灯光罩住而变成淡化，尤其是蓝色(比例只占11％)资讯的漏失最为显著，因而形成一种色域不对应(Mapping)的影像失真。
所以，不论是布幕或金属幕，于开灯后所引起的影像色彩淡化与色域偏移现象，实为有待克服的缺失。
发明内容
本发明的目的在于提供一种明亮环境下投影时，色域不受偏移的全色域反射式银幕，以维持影像的三原色效果；本发明的另一目的，也是在提供一种对比更鲜明及色彩更亮丽的全色域反射式银幕。
本发明全色域反射式银幕，包含一以金属材质为基底且具有一皱纹面的反射层，以及一以聚合物材质为基底的透光层。该透光层具有一贴触于该反射层的皱纹面上且呈光滑状的贴触面、一相反于该贴触面且呈粗糙状的受光面，以及一位于该贴触面与该受光面间的中间夹层部，部分不透光微粒子是塑制成半圆体形凸粒群，部分不透光微粒子则塑制成连接半圆体形凸粒群底部间的临接面群。
本发明的功效在于利用透光层内的不透光微粒子，其所塑制成的半圆体形凸粒，因其高低起伏的排列方式，形成一种类似于百叶窗对斜射光的遮蔽效果，再加上不透光微粒子的灰暗色背景层，让斜射光线产生较高的光阻抗，以致于大部分的照明灯光可被吸收及抑制，影像色彩就不易被灯光淡化，色域也不受偏移；另外，也由于类似百叶窗可对直射光的穿透效果，使其对直射光线产生最低的光阻抗，再配合高反射性能的金属反射层，致使大部分投影光线被反射扩散，影像就能呈现出对比鲜明及色彩亮丽的视效。
下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明图1是一视感度曲线图，说明有关柏金氏转移现象；图2是一立体示意图，说明本发明的全色域反射式银幕的一较佳实施例；图3-1是该较佳实施例的纵剖视图；图3-2是图3-1的一倒置图；图4-1～4-2是一示意系列图，说明该较佳实施例在一光线直射于半圆体形凸粒时，所形成的光阻抗及等效对应；图5-l～5-3是一比较示意系列图，说明不同光射角入射于各种不同形态的透光层，所形成光阻抗比较系列；图6-1～6-7是一光阻抗曲线系列图，说明该较佳实施例的相邻二半圆体形凸粒间，对不同光射角所呈现的光阻抗；图7是一曲线图，说明该较佳实施例的一透光层内，所产生光阻抗与光射角的关系；图8-1～8-2是一示意系列图，说明该较佳实施例对于直射光线与斜射光线的反射效率；图9-1～9-2是一对照系列图，说明以布幕层取代该较佳实施例的一金属材质的反射层，其对于直射光线与斜射光线的反射效率。
具体实施例方式
如图2与图3-1所示，是为本发明全色域反射式银幕的较佳实施例，其主要包含一反射层1，以及一与该反射层1相贴触的透光层2。
该反射层1是以一种光线反射系数高的金属材质所制成，其表面并具有一呈凹凸状的皱纹面11，该皱纹面11可以是利用机械加工或化学腐蚀的工法成形，用以让光线扩散反射于所设计的角度内，本实施例中的反射层1是以铝金属材质制成，且其扩散反射角约80度(半增益视角范围内)。
该透光层2是以聚合物(Polymer)材质为基底所制成，并具有一贴于该反射层1的皱纹面11上且呈光滑状的贴触面20、一相反于该贴触面20且呈粗糙状的受光面21，以及一位于该贴触面20与该受光面21间的中间夹层部26。该中间夹层部26具有多数密度稀疏且分布均匀的不透光微粒子24，部分不透光微粒子24是塑制成半圆体形凸粒23(此部份不透光微粒子24可称为“半圆体形凸粒群”)；部分不透光微粒子24则塑制成“临接面群”而构成一临接面22，用以连接半圆体形凸粒23底部间。本实施例中，该透光层2可以是聚碳酸酯(Polycarbonate)材质、聚丙烯(Polypropylene)材质或是该两种以上的聚合物所混合制成，且其透光系数接近于1。
该不透光微粒子24是由一种不透光的有机或无机化合物色料，混合转移剂经多重程序的加工，而后塑制排列成由半圆体形凸粒23组成的半圆体形凸粒群，及连接半圆体形凸粒23底部的临接面群。而该临接面22通常为平坦状，但有时于固化成形时，可能会略有凹陷而成微凹面状。该半圆体形凸粒23的直径通常小于0.5毫米，所有半圆体形凸粒23的垂直影射面积约占整个中间夹层部26垂直影射面积的85％。该不透光微粒子24的平均直径通常小于25微米，且所有不透光微粒子24的覆盖面积约占“所有半圆体形凸粒23的表面积及该临接面22表面积”的总和的10％-25％，用以构成银幕的光阻抗及形成一灰暗色表面，以作为加深影像的黑色背景。另外，该透光层2的受光面21是一种略为粗糙的表面，主要是为了消除投影时所引起的眩光(glare)妨害，其表面光泽度通常低于35％。
特别说明的是，不透光微粒子24的分布密度愈高时，形成的光阻抗愈大，所构成的表面灰暗色度会更深，投影影像的色彩便不易受到周遭光线干扰，其色域也不易受偏移，但光线的反射效率会降低。相反地，若不透光微粒子24的分布密度较低时，就算光线的反射效率会提高，但投影影像易受周遭光线的干扰，且易引起色彩淡化和色域偏移等失真现象。
不过，光阻抗的大小无关于该透光层2的厚度，且该透光层2的透明系数高(近于1)，其可让光线几乎无阻碍的穿透，因此该透光层2在半圆体形凸粒23高度以外的厚度增减，对光阻抗的改变微乎其微。
另一方面，半圆体形凸粒23的间距均等时，其凸粒的高低度却可改变有效视角的范围，较低矮的会产生较宽的有效视角(有效视角的介定，请看图7中的说明)，而较高突的则会产生较窄的有效视角。而若如图3-2所示者，为半圆体形凸粒23的间距均等，以及高低度也都相同，同时透光层2的贴触面20仍与反射层1的皱纹面11相贴合，受光面21也是原有的粗糙表面，所不同者为中间夹层部26内的半圆体形凸粒23及其临接面22，是与图3-1所示者呈上下倒置的排列，就半圆体形凸粒23的圆顶部分朝下，而临接面22则朝上，由于半圆体形凸粒23的间距与高度均维持不变，虽然其反转倒置，但有效视角的范围依然不会改变。
如图4-1～图4-2所示，为说明光线直射于半圆体形凸粒23上，其所形成的光阻抗及等效对应关系(一)在图4-1中，投射光线I直射于半圆体形凸粒23的圆顶面231的宽度为ω1，投射光线I直射区域内所涵盖不透光微粒子24的数量为β1；而投射光线I直射于半圆体形凸粒23的二斜坡面232、233的宽度分别为ω2、ω3，投射光线I直射区域所涵盖不透光微粒子24的数量分别为β2、β3。当所有不透光微粒子24的间距均等，二斜坡面232、233的受光角度为对称，且投射光线I的宽度关系为ω1＝ω2＝ω3时，则投射光线I投射所涵盖不透光微粒子24的数量关系为β3＝β2＞β1，所以单位宽度内投射光线I所涵盖不透光微粒子24的数量(相当于单位面积内不透光微粒子24的密度值)关系式为(β3/ω3)＝(β2/ω2)＞(β1/ω1)。
也就是说，直射于半圆体形凸粒23的斜坡面232、233的光线，其单位面积内涵盖有较多的不透光微粒子24，所受到的光遮阻也较多，就产生较高的光阻抗；而直射于半圆体形凸粒23圆顶面231的光线，其单位面积内涵盖较少的不透光微粒子24，所受到的光遮阻较少，就产生较低的光阻抗。因此得知，不透光微粒子24是随半圆体形凸粒23的表面呈高低起伏分布，造成半圆体形凸粒23表面因区域差别，而对直射光线产生不同的光阻抗。
(二)再由图4-2中所示的对照前述的图4-1，当投射光线I直射于半圆体形凸粒23的圆顶面231时(见图4-1)，其所覆盖的不透光微粒子24的数量β1，是对应在图4-2中间的等效百叶窗片231’；当投射光线I直射于半圆体形凸粒23的斜坡面232、233时(见图4-1)，其所覆盖的不透光微粒子24的数量β2、β3，分别对应在图4-2的等效百叶窗片232’、233’。由图4-2中观知，中间的百叶窗片231’与垂直法线(Normal)η呈0度的夹角，百叶窗片232’与垂直法线η呈负45度夹角，而百叶窗片233’与垂直法线η呈正45度夹角。
当投射光线I直射于半圆体形凸粒23的圆顶面231时，由于中间的等效百叶窗片231’与光线I平行，且叶片短小，其对光线的光阻抗很微小，所以予以忽略不计；而若投射光线I直射于半圆体形凸粒23的斜坡面232、233时，其等效百叶窗片232’、233’会对直射光线产生固定数值的光阻抗，此固定数值是相对应在图4-1所设定，(β3/ω3)与(β2/ω2)不透光微粒子24于垂直影射含盖的密度值，也相对应于百叶窗片232’、233’叶片长度的0.7倍。而若投射光线I偏离直射光线正负45度(共90度)的范围时，光阻抗就随偏离角度的增加而升高。因此，偏离正负45度(共90度)的斜射光线，大部分会被百叶窗片232’或233’所吸收；而正中直射或90度范围内投射的光线，只小部份的固定数值被百叶窗片232’、233’吸收；其余大部分的光线，再由反射层1的皱纹面11所扩散反射，其中原理将配合后面的实施图例逐步说明。
如图5-1～图5-3所示，是用以比较不透光微粒子24分布于不同形状的透光层2时，所形成光阻抗的关系图(一)在图5-1中，当投射光线I1、I2、I3以0度入射角(就是与法线η呈0度夹角，以下说明从略)直射穿过该透光层2内的半圆体形凸粒23(见图左处)时，其与半圆体形凸粒23的交会处分别为I11、I21、I31等三点。当投射光线I1、I2、I3以30度入射角投射于半圆体形凸粒23(见图中处)时，其与半圆体形凸粒23的交会处也是I11、I21、I31三个点。而若投射光线I1、I2、I3以60度入射角穿过半圆体形凸粒23(见图右处)时，光线I3已可穿透过半圆体形凸粒23的内层且到达于该临接面22，并形成三个交会点，分别为I31、I32、与I33，而光线I1与I2同样只交会一个点，分别为I11与I21。由上可知，光射角若为0度与30度，其光阻抗(相当于不透光微粒子24的单位密度值)并无变化，而光射角若为60度时，则有一部分光线受到较大的遮阻(交会点I31、I32与I33对光线I3形成的高阻力)，因此整体的光阻抗便会增加，其光阻抗与投射角是一种对数函数(Larithmicfunction)的关系。
(二)在图5-2中，是不透光微粒子24’覆盖于一表面平坦的透光层2’表面上，当投射光线I1、I2、I3以0度入射角穿过该平坦面25(见图左处)上的不透光微粒子24’时，其交会处为I’11、I’21与I’31等三个点。若投射光线I1、I2、I3以30度入射角穿过该平坦面25(见图中处)上的不透光微粒子24’时，其交会处也是I’11、I’21、与I’31等3个点，而若投射光线I1、I2、I3以60度入射角穿过该平坦面25(见图右处)上的不透光微粒子24’时，其交会点仍然是I’11、I’21、与I’31等3个点。也就是说，光线I1、I2、I3以不同角度，投射于具有平坦表面25上的不透光微粒子241时，其所形成的光阻抗维持不变。
(三)在图5-3中，是不透光微粒子24”均匀的布植于表面平坦的透光层2”内部中，当投射光线I1、I2、I3以0度入射角直射穿过该透光层2”内部(见图左处)时，其所交会的不透光微粒子24”数目，则相当于透光层2”的垂直线与不透光微粒子24”层交会的数目。当投射光线I1、I2、I3以30度投射角穿过该透光层2”的内部(见图中处)时，由于光线斜度的关系，其交会的不透光微粒子24”层数目略有增加。而若投射光线I1、I2、I3以60度入射角穿过该透光层2”的内部(见图右处)时，由于光线更为偏斜，使交会的不透光微粒子24”层数目，比图左及图中处更为增加。由上可知，当投射光线I1、I2、I3以不同角度，穿过透光层2”内部的不透光微粒子24”时，其光阻抗会随投射角的增加而增加(从0度以上就开始增加)，且其光阻抗与投射角是一种余弦函数(Cosinefunction)的关系。
如图6-1～图6-7所示，为相邻二半圆体形凸粒23间，其对不同光射角所呈现的光阻抗对照曲线图
(一)在图6-1中，假设相邻二半圆体形凸粒23的间距χ为500μm。投射光线I的光射角相同时，对于间距χ中不同区域处的不透光微粒子24而言，所产生光阻抗仍不同。投射光线I光射角不同时，对于间距χ中相同区域处的不透光微粒子24而言，所产生光阻抗也不同。
(二)在图6-2中，投射光线I以0度入射角直射于半圆体形凸粒23上，由于不透光微粒子24是呈高低起伏状排列，因而在不同区域处，其对投射光线I产生不同的光阻抗。如图中所示曲线的双峰部分是阻抗最高者，其正好对应在图6-1中，其中一半圆体形凸粒23的斜坡面233，及另一半圆体形凸粒23的斜坡面232。
(三)在图6-3中，投射光线I以15度入射角入射，由于光射角与半圆体形凸粒23表面的夹角改变，因而引起光阻抗的转变，图中曲线的左峰部分逐渐增高，右峰部分反而降低。
(四)在图6-4中，投射光线I以30度入射角入射，图中曲线左峰部分更为高突，而右峰部份已趋平坦，但平均光阻抗尚未增加。
(五)在图6-5中，投射光线I以45度入射角入射，由于角度较为偏斜，因此有部份的入射光线必须贯穿两个半圆体形凸粒23(见图6-1)上的微粒子24，所以从入射角45度角以上，平均光阻抗就开始增加。
(六)在图6-6中，投射光线I以60度入射角入射，由于渐多的入射光线I，必须一次贯穿两个半圆体形凸粒23(见图6-1)上的微粒子24，光阻抗因而更为增加，其原有的波峰再孳生另一个波峰。
(七)最后，在图6-7中，投射光线I以75度入射角入射，较多的入射光线I，须贯穿两个以上(小部份已增为三个)的半圆体形凸粒23上的微粒子24，此时曲线的波峰拉宽，波谷提升，光阻抗也急遽增加。
如图7所示，是为说明该透光层2所生成光阻抗与光射角的关系。其中，该透光层2的最低光阻抗比率约10％(相当于不透光微粒子24的单位密度)，图中所示的最低光阻抗射角为正45度到负45度这一段范围(共约90度)，称为光的最低阻抗角区域(或简称ν角)。当光射角超过ν角时，光阻抗便呈对数曲线升高，所以90度范围内的ν角，也是眼睛对直射光线(就投影光线)感觉最亮的区域，其又可称为有效视角区。图中所示光阻抗平均值约22％，等于是环境光(AmbientLight，一般指的是照明灯光)穿过该透光层2时，眼睛看到的平均背景暗度，其会随视角的不同而略有增减。
图8-1～图8-2所示，是为说明该全色域反射式银幕对直射光线及斜射光线的反射效率(一)在图8-1中，灯源3所散发的斜射光线II1，其入射角θ为60度(与法线η的夹角)，由于透光层2具有光阻抗，使得光线II1的光损失率约20％(由图7所估算出)。当光线II1碰到反射层1时，其折返光线II3的反射角也为60度，若以反射线II3为中央基准线，其反射后的扩散反射角α为80度，光线II2与II4(为幕后的镜影虚线)是扩散反射角α的边缘线，α角度内的光线第二次通过该透光层2时，只有一部份与该透光层2的有效视角ν(为90度)重迭，其重迭角度α1约25度，且其二度穿过该透光层2的光损失率约10％(有效视角ν内的光阻抗，见图7)，所以最后的灯光总反射效率计算法如下设κ1为灯光II1首度进入透光层2的损失率，约20％；κ2为灯光II1二度折返透光层2的损失率，约10％；κ3为灯光II1的总反射效率；α为反射层1的扩散反射角，约80度；α1为反射层1的扩散反射角α，与透光层2的有效视角ν的重迭角(就α角与ν角的重迭角)，约25度；则——(1-κ1)×(1-κ2)×(α1/α)κ3 (1)所以，(1-20％)×(1-10％)×(25°/80°)23％。
由以上计算结果得知，灯光II1经反射后，其总反射效率剩为原来的23％。由此可证明，该全色域反射式银幕对于有效视角区外的照明灯光，确可产生极佳的抑制能力。
(二)在图8-2中，投影机4的投射光线III1，其入射角θ为0度(与法线η的夹角)。光线III1初通过透光层2时，光的损失率κ1约10％(有效视角内的光阻抗，见图7)；当光线III1碰到反射层1时，其折返光线III3的反射角也为0度，若以反射线III3为中央基准线，其反射后的扩散反射角α为80度，光线III2与III4是扩散反射角α的边缘线；α角度内的光线第二次通过透光层2时，全部落在有效视角ν的区域内，其重迭角度α1约80度，且其二度穿过透光层2的光损失率κ2约10％(有效视角内的光阻抗，见图7)。由前述图8-1算式(1)导出的结果为，直射光线的总反射效率约81％。可证明该全色域反射式银幕，对于有效视角区内的投射光线，确实有极佳的反射效率。
如图9-1～图9-2所示，是以一种席白布幕层5(其扩散反射角α为180度)，取代该较佳实施例的金属反射层1，而透光层2仍与图8的较佳实施例属同一材质，说明对于直射及斜射光线的反射效率(一)在图9-1中，灯源3散发的光线II1，其入射角θ为60度角(与法线η的夹角)。初通过的光线II1，其光损失率κ1约20％，当光线II1碰到布幕层5，其折返光线II3的反射角也为60度；而光线II2与II4(幕后的镜影虚线)是扩散反射角α的边缘线，α角度内的光线第二次通过透光层2时，只有一部份与有效视角ν(90度)重迭，其重迭角度α1约75度，且其二度穿过透光层2的光阻抗损失率κ2约10％。由前述图8-1的算式(1)导出结果为，斜射光线的总反射效率约30％，表示其对灯光的抑制能力比本发明所得23％为差。
(二)在图9-2中，投影机4的投射光线III1，其入射角θ为0度(与法线η的夹角)。光线III1首度通过透光层2时，光的损失率κ1约10％；折返光线III3的反射角也为0度；光线III2与IIII4是扩散反射角α的边缘线，α角度内的光线第二次通过透光层2时，部分光线落在有效视角ν的区域内，其重迭角度α1约90度，且其二度穿过透光层2的光损失率κ2约10％。由前述图8-1的算式(1)可算得其对于直射光线的总反射效率约41％，表示其对直射光线的反射效果，确实不如本发明所得81％的效果。
现综合两种银幕的总反射效率数据，制表如下
归纳上述，本发明的全色域反射式银幕，是利用不透光微粒子24所塑制成的半圆体形凸粒23形状，由于其上下起伏的排列方式，形成一种等效百叶窗式的遮光效果，及不透光微粒子24所构成的灰暗色背景，再加上金属反射层1的高反射效能，因而能对斜射光线产生较高的光阻抗，使大部分的照明灯光被抑制，影像色彩就不易淡化，色域也不会偏移；也能对直射的光线产生最低的光阻抗，使大部分的投影光被银幕所扩散反射，影像自可呈现出对比鲜明及色彩亮丽的视效。因此，整体确能有效改善现有布幕或金属幕，在开灯后引起的影像色彩淡化与色域偏移等失真现象，确实可达到本发明的功效目的。
权利要求
1.一种全色域反射式银幕，包含一反射层，以及一与所述反射层相贴的透光层，其特征在于所述反射层是以金属材质为基底，并具有一皱纹面，所述透光层是以聚合物材质为基底，并具有一贴于所述反射层的皱纹面上且呈光滑状的贴触面、一相反于所述贴触面且呈粗糙状的受光面，以及一位于所述贴触面与所述受光面间的中间夹层部，所述中间夹层部具有多数密度稀疏且分布均匀的不透光微粒子，部分不透光微粒子是塑制成半圆体形凸粒群，部分不透光微粒子则塑制成连接半圆体形凸粒群底部间的临接面群。
2.如权利要求1所述的全色域反射式银幕，其特征在于每一半圆体形凸粒的直径小于0.5毫米，所有半圆体形凸粒的垂直影射面积是占所述透光层的中间夹层部垂直影射面积的85％。
3.如权利要求1或2所述的全色域反射式银幕，其特征在于其中，每一不透光微粒子的直径小于25微米，所有不透光微粒子的覆盖面积是占半圆体形凸粒表面积与所述临接面表面积总合的10％-25％。
4.如权利要求3所述的全色域反射式银幕，其特征在于所述反射层的皱纹面对光线的扩散反射角为80度。
5.如权利要求4所述的全色域反射式银幕，其特征在于所述反射层是铝金属材质制成。
6.如权利要求5所述的全色域反射式银幕，其特征在于所述透光层是以聚碳酸酯材质制成。
7.如权利要求5所述的全色域反射式银幕，其特征在于所述透光层是以聚丙烯制成。
8.如权利要求5所述的全色域反射式银幕，其特征在于所述透光层是以聚碳酸酯与聚丙烯混合制成。
全文摘要
一种全色域反射式银幕，包含一具有一皱纹面且以金属材料为基底的反射层，及一以聚合物材质为基底的透光层。该透光层具有一贴于该皱纹面上的光滑贴触面、一相反于该贴触面的粗糙受光面，及一位于该贴触面与该受光面间的中间夹层部。该中间夹层部具有多数密度稀疏且分布均匀的不透光微粒子，部分不透光微粒子是塑制成半圆体形凸粒群，部分不透光微粒子则塑制成连接半圆体形凸粒群底部间的临接面群。利用半圆体形凸粒的高低起伏排列及灰暗色背景，大部份斜射灯光被吸收且大部份投影光被反射，所以在开灯情况下整体能显现全色域色彩及高对比影像。
文档编号H04N5/74GK1949078SQ20051011279
公开日2007年4月18日 申请日期2005年10月14日 优先权日2005年10月14日
发明者尤四龙 申请人:尤四龙