CN109725484B - 一种偏轴短焦正投影光学屏幕及投影显示*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种偏轴短焦正投影光学屏幕及投影显示***，光学屏幕依次包括第一反射层(1)、功能层(2)、菲涅尔透镜层(3)、第二反射层(4)、保护层(5)和底板支承层(6)；所述第一反射层(1)为镜面增透抗反射层；所述功能层(2)包括顺序可任意变换的柱状透镜层(21)、着色层(22)和扩散层(23)。显示***包括上述光学屏幕，以及位于光学屏幕侧面的偏轴短焦投影机(9)。本发明具有高增益、宽水平视角、高清晰度的图像显示，突破了传统投影显示的图像无景深的缺陷，获得了完全可以媲美液晶显示的高景深图像显示效果。

Description

一种偏轴短焦正投影光学屏幕及投影显示***

技术领域

本发明属于投影显示技术领域，特别涉及一种偏轴短焦正投影光学屏幕及投影显示***。

背景技术

近年来，随着投影机本身发光亮度的提高，大多数投影屏幕需要在自然光或者非常明亮的环境中使用。由于技术原理的问题，使用一般的玻珠幕、白塑幕、灰幕等来投影图像时，环境光越强投影图像上的黑色图案随之越亮，投影图像的对比度严重下降，图像色彩因叠加了环境光而变淡，导致色彩还原性很不理想，图像显示也非常不清晰，缺少立体景深的视觉感受。

因而在明亮环境下使用投影屏幕，尤其是正向投影屏幕，解决投影图像的色彩还原性能和景深，特别是黑色图案的真实再现能力，显得尤为重要。因而需要一种能够真实再现黑色图像，在明亮环境下有高对比度、高景深的正向投影屏幕。

在已有的正向投影屏幕中，美国发明专利US6023369采用基底层11与反射表面层12结合的结构，如图1所示，利用了反射表面层12反射投影机20的图像光线，并用基底层的外表面14将反射的图像光线E在水平、垂直方向散射分布，增大了图像视角和亮度均匀性。同时使用对可见光线有较强吸收作用的基底层11，对上部小入射角环境光线A进行吸收，从而提高了投影图像的对比度。然而射向该屏幕上部区域的近似水平的环境光线R1以及由该屏幕上侧方向更大入射角方向射来的光线R2，经过该屏幕反射后出射，最终进入观察者30的眼睛，从而导致投影图像对比度的下降，因而并不能达到较高的显示对比度。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种具有高增益、宽水平视角、高清晰度的图像显示，能够获得可以媲美液晶显示的高景深图像显示效果的偏轴短焦正投影光学屏幕，以及包含该光学屏幕的投影显示***。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种偏轴短焦正投影光学屏幕，依次包括第一反射层、功能层、菲涅尔透镜层、第二反射层、保护层和底板支承层；

所述第一反射层为镜面增透抗反射层；所述功能层包括顺序可任意变换的着色层、柱状透镜层和扩散层。

进一步地，所述镜面增透抗反射层和功能层分别电镀或印刷或喷涂在第一基材的正反两面，所述镜面增透抗反射层的折射率小于第一基材的折射率。

进一步地，所述柱状透镜层按竖向阵列排列，柱状透镜层的折射率小于着色层和扩散层的折射率。

进一步地，所述菲涅尔透镜层涂布第二基材上；

菲涅尔透镜层的断面是锯齿状的三棱镜阵列，每个三棱镜阵列结构由两个平面构成，分别是朝向投影机入射光线并与第二基材表面成夹角α的反光表面，以及背离投影机入射光线并与水平面成夹角β的抗光表面；菲涅尔透镜层反光表面与基材面的夹角α沿远离投影机的方向保持不变或逐渐增大；菲涅尔透镜层抗光表面与水平面的夹角β等于投影机的入射光线与水平面的夹角，且沿远离投影机的方向逐渐增大，或者是该夹角β保持不变，或者是局部渐进式变化，或者是局部分段式变化。

菲涅尔透镜层按圆环阵列排列或直线阵列排列，菲涅尔透镜层的截面呈锯齿形状；菲涅尔透镜层反光表面与基材面的夹角α沿远离投影机的方向保持不变或逐渐增大；菲涅尔透镜层抗光表面与水平面的夹角β等于投影机的入射光线与水平面的夹角。

进一步地，所述菲涅尔透镜层反光表面采用对可见光有极高的镜面反射率的高反射膜制成，在可见光380nm～780nm范围内最高反射率大于等于90％，平均反射率为大于等于80％，高反射膜的厚度为0.05μm～1μm；

菲涅尔透镜层抗光表面采用黑色材料制成，用于吸收环境杂散光线，提高屏幕对比度；

菲涅尔透镜层的相邻的三棱镜齿尖间距γ沿远离投影机的方向保持不变或者逐渐减小，且该间距满足L₁/10≤γ≤L₁/2，L₁为投影图像像素宽度。

进一步地，所述第二基材使用硬质高分子材料与功能层和菲涅尔透镜层压合以形成硬幕，或者使用软质材料与柱状透镜层和功能层压合以形成软幕。

本发明还提供了一种偏轴短焦正投影显示***，包括上述的光学投影屏幕，以及位于光学屏幕侧面的偏轴短焦投影机。

本发明的有益效果是：本发明的光学屏幕在明亮环境下，具有高增益、高对比度、高色彩还原度的优点。本发明的光学屏幕与偏轴短焦投影机组成投影显示***，具有高增益、宽水平视角、高清晰度的图像显示，突破了传统投影显示的图像无景深的缺陷，获得了完全可以媲美液晶显示的高景深图像显示效果。

附图说明

图1为本发明的现有技术的正向投影屏幕结构示意图；

图2为本发明的偏轴短焦正投影光学屏幕结构示意图；

图3为本发明的柱状透镜层结构示意图；

图4为本发明的菲涅尔透镜层圆环阵列排列示意图；

图5为本发明的菲涅尔透镜层直线阵列排列示意图；

图6为本发明的菲涅尔透镜反光表面夹角α变化示意图；

图7为本发明的菲涅尔透镜层抗光表面与基材面的夹角β变化示意图；

图8为本发明的菲涅尔透镜涂布结构示意图；

图9为本发明的本发明相邻三棱镜齿尖间距示意图；

图10为本发明的斜入射环境光线在屏幕上的走向示意图；

图11为本发明的近似水平入射环境光线在屏幕上走向示意图；

附图标记说明：1-第一反射层，2-功能层，21-柱状透镜层，22-着色层，23-扩散层，3-菲涅尔透镜层，4-第二反射层，5-保护层，6-底板支承层，7-第一基材，8-第二基材，9-偏轴短焦投影机。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明的技术方案。

如图2所示，一种偏轴短焦正投影光学屏幕，依次包括第一反射层1、功能层2、菲涅尔透镜层3、第二反射层4、保护层5和底板支承层6；

所述第一反射层1为镜面增透抗反射层；所述功能层2包括顺序可任意变换的柱状透镜层21、着色层22和扩散层23(图2仅展示了一种实现方式，依次为柱状透镜层、着色层和扩散层)。

进一步地，所述镜面增透抗反射层和功能层分别电镀或印刷或喷涂在第一基材的正反两面，所述镜面增透抗反射层的折射率小于第一基材的折射率，能够有效的增加射入屏幕内部的光线，提升投影机出射光的利用率，获得更高的画面显示亮度。

进一步地，所述柱状透镜层按竖向阵列排列，使该正投影光学屏幕能够获得更高的观看视角，如图3所示；柱状透镜层的折射率小于着色层和扩散层的折射率，低折射率的柱状透镜能够汇聚射入屏幕内部的光线，减少光线反射出屏幕，提高屏幕的亮度。

进一步地，所述菲涅尔透镜层涂布第二基材上；

菲涅尔透镜层的断面是锯齿状的三棱镜阵列，每个三棱镜阵列结构由两个平面构成，分别是朝向投影机入射光线并与第二基材表面成夹角α的反光表面，以及背离投影机入射光线并与水平面成夹角β的抗光表面；菲涅尔透镜层反光表面与基材面的夹角α沿远离投影机的方向保持不变或逐渐增大，分别如图4(a)和4(b)所示；菲涅尔透镜层抗光表面与水平面的夹角β等于投影机的入射光线与水平面的夹角；该夹角β可以是沿远离投影机的方向逐渐减小，也可以是该夹角β保持不变，如图5(a)所示；或者是局部渐进式变小，或者是局部分段式变小，如图5(b)所示。

菲涅尔透镜层按圆环阵列排列(如图6所示)或直线阵列排列(如图7所示)，菲涅尔透镜层的截面呈锯齿形状；菲涅尔透镜层反光表面与基材面的夹角α沿远离投影机的方向保持不变或逐渐增大；菲涅尔透镜层抗光表面与基材面的夹角β等于投影机的入射光线与水平面的夹角。所述的菲涅尔透镜层3既可以是涂布在第二基材8上，然后第二基材8与扩散层23覆合，如图8(a)所示；也可以涂布在第二基材8上，然后另一侧与扩散层23覆合，如图8(b)所示。

进一步地，所述菲涅尔透镜层反光表面采用对可见光有极高的镜面反射率的高反射膜制成，可以采用银、铝、金、高反射膜制成，在可见光380nm～780nm范围内最高反射率大于等于90％，平均反射率为大于等于80％，高反射膜的厚度为0.05μm～1μm；

菲涅尔透镜层抗光表面采用黑色材料制成，用于吸收环境杂散光线，提高屏幕对比度，该表面可以是光滑表面，也可以是粗糙表面；

菲涅尔透镜层的相邻的三棱镜齿尖间距γ沿远离投影机的方向保持不变或者逐渐减小，且该间距满足L₁/10≤γ≤L₁/2，L₁为投影图像像素宽度，如图9所示。

进一步地，所述第二基材使用硬质高分子材料(如PMMA、PC、PVC等)与功能层和菲涅尔透镜层压合以形成硬幕，或者使用软质材料(如TPU、EVA、PET、硅橡胶等)与柱状透镜层和功能层压合以形成软幕。

该正投影光学屏幕的底板支撑层，可以是1mm～20mm厚的铝塑板、蜂窝铝板、PS发泡板、玻璃平板等组成，底板支撑层有很高平整度和刚性，保证屏幕在长时间使用后不变形或变形量小于5mm。

该正投影光学屏幕结构中的保护层，可以电镀或喷涂或涂布的抗划伤材料，也可以是粘贴的PET、PVC等软质的保护膜，能够有效的防止反射层被划伤，影响反射效果。

本发明还公开了一种偏轴短焦正投影显示***，包括上述光学投影屏幕，以及位于光学屏幕侧面的偏轴短焦投影机9。

由该正投影光学屏幕和偏轴投影机侧，上方一较高位置斜向下入射的环境光线，刚好射向具有菲涅尔透镜层抗光表面，对可见光的吸收率大于等于90％，只有很少部分被菲涅尔透镜层抗光表面反射，进入观察点侧。从而有效的提高了在明亮环境下，投影图像的对比度和色彩还原度。如图10所示。

由该正投影光学屏幕和偏轴投影机侧，上方一较高位置近似水平入射的环境光线R3、R4，刚好射向菲涅尔透镜层反光表面和菲涅尔透镜层抗光表面，对可见光的吸收率大于等于90％，环境光R4几乎被完全吸收。只有环境光R3经由菲涅尔透镜层反光表面反射，并再次经由扩散层和着色层吸收，最终极少的环境光线射出进入观察点侧，从而更佳高效的提高了在明亮环境下，投影图像的对比度和色彩还原度。如图11所示。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种偏轴短焦正投影光学屏幕，其特征在于，依次包括第一反射层(1)、功能层(2)、菲涅尔透镜层(3)、第二反射层(4)、保护层(5)和底板支承层(6)；

所述第一反射层(1)为镜面增透抗反射层，所述镜面增透抗反射层和功能层分别电镀或印刷或喷涂在第一基材(7)的正反两面，所述镜面增透抗反射层的折射率小于第一基材的折射率；所述功能层(2)包括顺序可任意变换的柱状透镜层(21)、着色层(22)和扩散层(23)，柱状透镜层按竖向阵列排列，柱状透镜层的折射率小于着色层和扩散层的折射率；

所述菲涅尔透镜层(3)涂布第二基材(8)上；

菲涅尔透镜层的断面是锯齿状的三棱镜阵列，每个三棱镜阵列结构由两个平面构成，分别是朝向投影机入射光线并与第二基材表面成夹角α的反光表面，以及背离投影机入射光线并与第二基材表面成夹角β的抗光表面；菲涅尔透镜层反光表面与基材面的夹角α沿远离投影机的方向保持不变或逐渐增大；菲涅尔透镜层抗光表面与第二基材表面的夹角β等于投影机的入射光线与第二基材表面的夹角，且沿远离投影机的方向逐渐减小；

菲涅尔透镜层按圆环阵列排列或直线阵列排列；所述菲涅尔透镜层反光表面采用对可见光有极高的镜面反射率的高反射膜制成，在可见光380nm～780nm范围内最高反射率大于等于90％，平均反射率为大于等于80％，高反射膜的厚度为0.05μm～1μm；

菲涅尔透镜层抗光表面采用黑色材料制成，用于吸收环境杂散光线，提高屏幕对比度；

菲涅尔透镜层的相邻的三棱镜齿尖间距γ沿远离投影机的方向保持不变或者逐渐减小，且该间距满足L₁/10≤γ≤L₁/2，L₁为投影图像像素宽度。

2.根据权利要求1所述的一种偏轴短焦正投影光学屏幕，其特征在于，所述第二基材使用硬质高分子材料与功能层和菲涅尔透镜层压合以形成硬幕，或者使用软质材料与柱状透镜层和功能层压合以形成软幕。

3.一种偏轴短焦正投影显示***，其特征在于，包括权利要求1或2所述的偏轴短焦正投影光学屏幕 ，以及位于光学屏幕侧面的偏轴短焦投影机。

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