本發(fā)明涉及一種投影設備，具體涉及一種增加對比度和亮度的投影屏幕。

背景技術(shù)：

投影屏幕是投影機周邊設備中最常使用的產(chǎn)品之一，投影屏幕與投影機搭配使用，在展示會、學會等的展示或者影院等的影像視聽所用的放大圖像的投影面，使用了各種屏幕。

投影幕一般可分為反射式、透射式兩類；反射式用于正投，透射式用于背投；正投幕又分為平面幕、弧型幕；平面幕從質(zhì)地上可分為玻珠幕、金屬幕、壓紋塑料幕、彈性幕等(壓紋塑料分為白塑、灰塑、銀塑等)。

在現(xiàn)有的投影屏例如反射性屏幕中，存在如下問題：由于在反射來自投影機的投影光而顯示投影圖像的同時，也反射外界的環(huán)境光如照明的光、從窗戶進入的太陽光等，所以在明亮的場所，作為“白(最大亮度)”和“黑(最小亮度)”的亮度的對比度降低，從而難以實現(xiàn)鮮明的圖像顯示。

例如，授權(quán)公告號為CN203365902U的中國發(fā)明專利公開了一種高清3D背投屏幕，包括透射層、成像層和散射層，所述透射層、所述成像層和所述散射層依次壓粘連接，所述散射層為不規(guī)則顆粒散射層。

公開號為CN104317153A的中國發(fā)明專利申請文獻公開了一種用于投影機的屏幕，包括依次層疊的導引層、分光層以及基層；所述導引層用于引導自外側(cè)以第一方向范圍入射的投射光線至所述導引層與分光層之間的界面，并使所述投射光線以大于在所述界面形成全反射的入射角入射至所述界面，然后反射回所述導引層的外側(cè)；所述導引層還用于引導自外側(cè)以第二方向范圍入射的環(huán)境光線至所述導引層與分光層之間的界面，并使所述環(huán)境光線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，然后穿過所述界面進入分光層；所述分光層的折射率小于所述引 導層的折射率。減少由于環(huán)境光引起的眩光現(xiàn)象。

傳統(tǒng)的方法中解決該問題還可以通過抑制太陽光、照明光等成為對比度降低原因的外光的影響而使最小亮度降低來實現(xiàn)房間中的高對比度。

也有通過將環(huán)境光吸收的投影屏，例如公開號為CN 103605258A的中國發(fā)明專利申請文獻公開了一種抗環(huán)境光投影屏幕，其特征在于，該背投影屏幕由投影成像膜、光柵層及防眩光層依次復合而成，光柵層復合于所述投影成像膜的前側(cè)表面，在該光柵層內(nèi)設有若干個橫向的并相互間隔的油墨層，所述油墨層用于吸收環(huán)境光，降低環(huán)境光對成像的干擾；所述防眩光層復合于光柵層的前側(cè)表面，用于防眩光,消除鏡面效應。。該投影屏中通過投影成像膜的表面復合一層光柵層，并通過光柵層內(nèi)部間隔設置的油墨層來吸收環(huán)境光，從而降低環(huán)境光的影響。但是該投影屏存在如下問題，不能確保所有來自投影儀的光都能被投射，而所有環(huán)境光都能被吸收，對比度增加效果不明顯。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種增加對比度和亮度的投影屏幕，解決了現(xiàn)有投影屏幕不能將環(huán)境光全部吸收、投影光全部散射或投射的技術(shù)問題。

一種增加對比度和亮度的投影屏幕，包括透射層和位于透射層后表面上的散射層，所述透射層為微透鏡陣列，所述散射層上分布有若干與微透鏡一一對應的散射區(qū)，相鄰散射區(qū)之間為吸光區(qū)；散射區(qū)的分布如下：

以投影屏幕所在平面上投影光垂直入射處為坐標原點(0，0)，每個微透鏡對應的散射區(qū)中心位置的坐標為(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為對應微透鏡在屏幕的位置坐標；

L為投影屏幕距離投影儀的垂直距離；

f為微透鏡的焦距。

投影光垂直入射處，散射區(qū)位于對應微透鏡后的光軸處，優(yōu)選地，投 影光從屏幕中心處垂直入射，即優(yōu)選以屏幕中心為坐標原點。該優(yōu)選設置方式下，投影屏幕的中心處，散射區(qū)位于對應微透鏡后的光軸處，散射區(qū)的分布在假設投影儀從投影屏幕中心處以平行光入射的基礎(chǔ)上設定的，因此使用時，投影儀從投影屏幕中心處垂直入射；如需使用在投影儀無法從屏幕中心處入射的場合，則散射區(qū)的分布以投影儀入射光線平行入射處的微透鏡為坐標原點，其他位置處散射區(qū)的分布按上述公式計算。

本發(fā)明屏幕由兩部分組成，一部分是微透鏡陣列，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層，由投影儀發(fā)出的光照射到微透鏡上匯聚到該微透鏡對應的高反射散射材料上散射回來，而外界的環(huán)境光經(jīng)過微透鏡后，會匯聚在黑色吸光材料上，不會產(chǎn)生散射。通過該方法可以增加投影顯示的對比度，降低環(huán)境光的影響，由于投影儀在白天工作的時候外界環(huán)境光非常亮，嚴重影響投影機對比度，對于投影儀在白天工作的時候，該屏幕具有更明顯效果。

屏幕不同位置接受來自投影儀的光線的角度不一樣，本發(fā)明中為了使投影機不同角度照射到屏幕上的光線能被散射回去，屏幕上的高反射材料散射區(qū)域與黑色材料吸光區(qū)域的分布在屏幕不同位置分布不一樣，本發(fā)明中通過反射層上散射區(qū)與吸光區(qū)的特殊分布方式確保所有的來自投影儀的光都被散射，而所有環(huán)境光都被吸收。

所述散射區(qū)為高反射材料，所述吸光區(qū)為黑色吸光材料。

所述高反射材料為二氧化鈦或者是硫酸鋇粉末，所述黑色吸光材料為碳粉。

作為優(yōu)選，微透鏡陣列中透鏡的半徑R與透鏡周期的比值范圍在0.55～2.5之間，透鏡周期為0.2mm～1mm。所述透鏡周期是指相鄰透鏡之間的距離。

作為優(yōu)選，所述散射層上與微透鏡陣列中每個微透鏡對應的區(qū)域內(nèi)散射區(qū)的面積占1/6～1/2。

本發(fā)明還提供一種增加對比度和亮度的投影屏幕的制作方法，上述投影屏幕優(yōu)選采用該方法制備，包括如下步驟：

(1)采用模壓方法制備得到微透鏡陣列；

(2)將散射粉和紫外膠混合均勻后涂抹在微透鏡陣列的后表面上；

(3)采用紫外源光照射微透鏡陣列，微透鏡陣列后表面上被微透鏡 聚焦光束照射區(qū)域的混合膠固化形成散射區(qū)；

(4)經(jīng)步驟(3)固化處理后將未固化的混合膠洗去，然后在未固化區(qū)域涂覆均勻混合的碳粉與樹脂溶液，晾干形成吸光區(qū)。

作為優(yōu)選，步驟(3)中紫外光源照射微透鏡陣列的方法為小口徑平行光掃描方式。進行小口徑平行光掃描時其紫外光的入射角度模擬使用時投影儀的入射光角度。

作為優(yōu)選，步驟(3)中紫外光照射微透鏡陣列的方法為大視場角模擬投影機工作方式。

大視場角模擬投影機工作方式即紫外光源與投影儀的設置位置及入射角度一致。

優(yōu)選地，紫外光源正對投影屏幕的中心處，即投影屏幕中心處的微透鏡，來自紫外光源的紫外光平行入射。

模壓方法為本領(lǐng)域常規(guī)方法；紫外光的強度和照射時間根據(jù)現(xiàn)場需要調(diào)節(jié)，以使散射層固化為準。

散射粉采用本領(lǐng)域常規(guī)散射粉，例如可從二氧化鈦和硫酸鋇粉末中選擇。

紫外膠采用本領(lǐng)域常規(guī)紫外膠，例如可從LOCTITE的408，4201，414中選擇。

本發(fā)明的制作過程中，散射粉與紫外膠的混合質(zhì)量比、樹脂溶液、樹脂溶液的質(zhì)量濃度及碳粉與樹脂溶液的混合質(zhì)量比均采用本領(lǐng)域常規(guī)參數(shù)即可。

本發(fā)明還提供一種所述制作方法制備得到的增加對比度和亮度的投影屏幕。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點：

本發(fā)明中由投影儀發(fā)出的光照射到微透鏡上匯聚到該微透鏡對應的高反射散射材料上散射回來，而外界的環(huán)境光經(jīng)過微透鏡后，會匯聚在黑色吸光材料上，不會產(chǎn)生散射。通過該方法可以增加投影顯示的對比度，降低環(huán)境光的影響。

本發(fā)明中通過反射層上散射區(qū)與吸光區(qū)的特殊分布方式確保所有的來自投影儀的光都被散射，而所有環(huán)境光都被吸收。

附圖說明

圖1是本發(fā)明投影屏幕的基本組成圖。

圖2是投影儀發(fā)出的光照射在屏幕上的工作狀態(tài)圖。

圖3是環(huán)境光照射在屏幕上的工作狀態(tài)圖。

圖4是屏幕接收投影儀照射來的光線的角度分布圖。

圖5a、圖5b和圖5c是投影儀發(fā)出的光照射到屏幕不同位置處時的狀態(tài)圖(其中圖5a為屏幕中心位置、圖5b為偏離屏幕中心位置、圖5c為屏幕邊緣位置)。

圖6a和圖6b是微透鏡陣列示意圖。

圖7是微透鏡陣列后平面涂帶散射粉的紫外膠層。

圖8是紫外光源掃描照射固化紫外膠。

圖9是模擬投影機工作方式照明固化紫外膠的一種實現(xiàn)方式。

圖10是模擬投影機工作方式照明固化紫外膠的另一種實現(xiàn)方式。

圖11是曝光后的微透鏡陣列及紫外膠層。

圖12是用溶劑清洗后的微透鏡陣列及紫外膠層。

圖13是碳粉樹脂涂敷后的微透鏡陣列及紫外膠層。

圖14是中心區(qū)域微透鏡與散射區(qū)的配合示意圖。

圖15是右上角微透鏡與散射區(qū)配合示意圖如圖。

圖16是左上角微透鏡與散射區(qū)配合示意圖。

圖17是左下角微透鏡與散射區(qū)配合示意圖。

圖18是右下角微透鏡與散射區(qū)配合示意圖。

圖中所示附圖標記如下：

10-投影屏幕 20-投影儀 11-透射層

12-散射層 121-散射區(qū) 122-吸光區(qū)

a-投影儀出射光束 b-散射光 c-環(huán)境光

111-微透鏡

具體實施方式

本發(fā)明的投影屏幕10結(jié)構(gòu)如圖1所示，由兩部分組成，一部分為由微透鏡陣列組成的透射層11和復合在微透鏡陣列背面的散射吸光分布層(散射層12)，散射吸光分布層上散射區(qū)121和吸光區(qū)122上間隔分布。

透射層11由若干微透鏡111陣列排布而成(如圖6a和圖6b所示)，微透鏡陣列中的透鏡的半徑R與透鏡的周期的比值范圍在0.75～2.5之間，微透鏡陣列的周期在0.3毫米～1毫米范圍，一個微透鏡對應一個散射區(qū)。

由于屏幕不同位置接受來自投影儀的光線的角度是不一樣(如圖4所示)，環(huán)境光為了使投影機不同角度照射到屏幕上的光線能被散射回去(投影儀發(fā)出的光照射在屏幕上的工作狀態(tài)圖如圖2所示，圖中a為投影儀出射光束、b為散射光)，而環(huán)境光均被吸收(環(huán)境光照射在屏幕上的工作狀態(tài)圖如圖3所示，圖中c為環(huán)境光、b為散射光)，屏幕上的高反射材料散射區(qū)域與黑色材料吸光區(qū)域的分布在屏幕不同的位置分布不一樣。屏幕不同位置處散射區(qū)的分布如及圖14～圖17所示，不同位置處投影儀發(fā)出的光照射在屏幕上的工作狀態(tài)圖如圖5a～圖5c所示。

散射區(qū)的分布方式如下(本實施方式中以假定屏幕中心為坐標原點為例進行說明)：

以屏幕中心為坐標原點(0，0)，每個微透鏡對應的散射區(qū)中心位置的坐標為(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為對應微透鏡在屏幕的位置坐標(以對應微透鏡的中心處坐標為最準確)；

L為投影屏幕距離投影儀的垂直距離；

f為微透鏡的焦距。

位于投影屏幕的中心處，散射區(qū)在對應微透鏡后的光軸處(如圖5a和圖14所示)；右上角微透鏡與散射區(qū)配合示意圖如圖15所示；左上角微透鏡與散射區(qū)配合示意圖如圖16所示；左下角微透鏡與散射區(qū)配合示意圖如圖17所示；右下角微透鏡與散射區(qū)配合示意圖如圖18所示。

本發(fā)明投影屏幕的制作方法如下：

(1)采用常規(guī)模壓方法制備得到微透鏡陣列(圖6a和圖6b所示)。

(2)將散射粉和紫外膠混合均勻后涂抹在微透鏡陣列的后表面上(圖7)。

(3)采用紫外光照射微透鏡陣列，微透鏡陣列后表面上被微透鏡聚焦光束照射區(qū)域的混合膠固化形成散射區(qū)；紫外光照射微透鏡陣列的方法為小口徑平行光掃描方式(圖8)或大視場角模擬投影機工作方式(圖9和圖10)；曝光后的微透鏡陣列及紫外膠層如圖11。

(4)經(jīng)步驟(3)固化處理后將未固化的混合膠洗去(圖12)，固化區(qū)域形成散射區(qū)121，然后在未固化區(qū)域涂覆均勻混合的碳粉與樹脂溶液，晾干后碳粉樹脂覆蓋區(qū)域形成吸光區(qū)122(圖13)。

本發(fā)明工作原理如下：

投影儀20發(fā)出的光照射在投影屏幕10上的狀態(tài)圖如圖2所示：

投影儀出射光束a照射在微透鏡陣列上，通過微透鏡聚焦后投射到與該微透鏡對應的散射區(qū)121上，散射區(qū)將來自投影儀的光散射回來形成散射光b。

周圍環(huán)境光照射在投影屏幕10上的狀態(tài)圖如圖3所示：環(huán)境光c通過微透鏡匯聚到該微透鏡對應的吸光區(qū)122上，被吸光區(qū)完全吸收，不會產(chǎn)生散射光b。

投影儀20發(fā)出的光在投影屏幕10上不同位置處的狀態(tài)如圖4和圖5a～圖5b所示：

屏幕不同位置接受來自投影儀的光線的角度不一樣，如圖4所示，投影儀出射光束a照射在投影屏幕10不同位置處的微透鏡上的光路如圖5所示，在屏幕中心位置處，散射區(qū)121位于對應微透鏡111的光軸處，投影儀出射光束a水平進入微透鏡內(nèi)，由微透鏡聚焦后匯聚到光軸處的散射區(qū)上，由散射區(qū)全部散射回來形成散射光b，環(huán)境光全部被吸光層吸收，不會形成散射光；在偏離屏幕中心位置處和屏幕邊緣位置處，投影儀出射光束a以一定角度進入微透鏡內(nèi)，由微透鏡聚焦后匯聚到對應的散射區(qū)，由散射區(qū)全部散射回來，而環(huán)境光則全部被吸光區(qū)吸收。

以上所述僅為本發(fā)明專利的具體實施案例，但本發(fā)明專利的技術(shù)特征并不局限于此，任何相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明的領(lǐng)域內(nèi)，所作的變化 或修飾皆涵蓋在本發(fā)明的專利范圍之中。