一种投影屏幕及投影系统的制作方法

1.本发明属于投影显示技术领域，具体地，涉及一种消散斑的投影屏幕及系统。


背景技术：

2.投影显示系统中需要有投影机和投影屏幕，投影屏幕的作用是将投影机发出的图像进行成像和对投影光强进行重新分布，而对于激光光源的投影机来说，由于激光光源的单色性极好，所以在普通的投影屏幕对光强重新分布的过程中容易产生光的干涉，在屏幕上形成亮暗相间的斑点，这些亮暗相间的斑点我们称之为散斑，由于散斑由极亮和极暗的斑点组成，人眼看起来特别的刺眼，所以极大的影响了人对投影图像的观看舒适性。随着激光投影显示技术的发展和应用，对于投影系统中重要组成部分的投影屏幕消除散斑的问题，已经成为了投影显示行业亟需要解决的重大问题。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种投影屏幕方案，本方案能够有效的消除投影屏幕的散斑。
4.为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种投影屏幕，包括光学结构层和反光材料层，所述光学结构层包括若干呈阵列排布的光学结构和设置在所述光学结构的结构面上的若干呈线段式排布的纹路，所述纹路在所述光学结构层呈放射状分布。
5.作为一种可选方式，所述纹路为裂纹或褶皱。
6.作为一种可选方式，所述纹路呈放射状随机分布。
7.作为一种可选方式，所述光学结构的结构面上还设置有若干随机交错排布的纹路。
8.作为一种可选方式，所述光学结构为弧形菲涅尔结构或抛物线形菲涅尔结构或椭圆形菲涅尔结构或直线形菲涅尔结构。
9.作为一种可选方式，所述光学结构层远离所述反光材料层的面为粗糙表面。
10.作为一种可选方式，所述光学结构的结构面上还还设置有经粗糙化处理形成的粗糙面。
11.作为一种可选方式，在所述光学结构层远离所述反光材料层的一侧设置有成像层和粗糙表面，所述粗糙表面设置在所述成像层远离所述光学结构层的一侧。
12.作为一种可选方式，所述成像层内设置有染色材料和/或散射材料和/或散射微结构。
13.一种投影系统，包括投影机和前述任一所述的投影屏幕。
14.本发明具有如下有益效果：针对激光投影显示中投影屏幕易产生散斑的问题，本发明的投影屏幕通过在光学结构层中光学结构的结构面上设置放射状的纹路，扰乱了各光线间的传输路径，使各光线
间的位相差不规律，可以有效的减少各光线间的干涉，有效消除投影屏幕的散斑。
15.为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
16.图1a为本发明实施例一的投影屏幕左视图；图1b为本发明实施例一的投影屏幕正视图；图2是本发明实施例一投影屏幕光学结构层在显微镜下放大倍数为10倍的局部放大图；图3是本发明实施例一投影屏幕光学结构层在显微镜下放大倍数为20倍的局部放大图；图4是本发明实施例一投影屏幕光学结构层在显微镜下放大倍数为50倍的局部放大图；图5为本发明实施例一的投影屏幕局部放大图；图6a是本发明实施例一的第一种光学结构层主视图；图6b是本发明实施例一的第一种光学结构层主视图；图6c是本发明实施例一的第三种光学结构层主视图；图6d是本发明实施例一的第四种光学结构层主视图；图7是本发明实施例二的投影屏幕示意图；图8是本发明实施例二的投影屏幕光学结构粗糙化处理的局部放大图；图9是本发明实施例三的投影屏幕示意图；图10是本发明实施例五的投影系统示意图。
17.图标：10
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投影屏幕；20
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投影系统；101
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成像层；102
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光学结构层；1021
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光学结构；1022
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纹路；103
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反光材料层；104
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粗糙表面；105
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粗糙面；t
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投影光线；g
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观看者；y
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投影机。
具体实施方式
18.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
19.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
20.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
21.在本发明的描述中的用词，除非另有明确的规定和限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
22.实施例一图1a为本发明实施例一的投影屏幕左视图，图1b为本发明实施例一的投影屏幕正视图。
23.如图1a和图1b所示，投影屏幕包括层叠设置的光学结构层102和反光材料层103，光学结构层包括若干呈阵列排布的光学结构1021和设置在光学结构1021的结构面上的若干呈线段式排布的纹路1022，纹路1022在光学结构层中呈放射状分布。
24.作为进一步地解释说明，光学结构层102中光学结构的断面可以是如图1a中的类三角形形状，还可以是梯形，多边形以及圆弧形等形状；另外在同一投影屏幕上，呈阵列排布的光学结构1021的断面形状可以是前述任意一种形状，也可以是前述两种或更多种形状的组合，只要能够有效的使投影光线在光学结构层102中的光学结构1021的结构面上反射后传输到观看者的位置就行。
25.进一步地，反光材料层103可以通过在光学结构层102上电镀或印刷或喷涂或涂布金属材料形成，金属材料可以是铝、银、镍、钛、锆等；也可以是前述金属材料的氧化物与低折射率的金属材料如氟化镁、二氧化硅的组合多层膜。
26.进一步地，反光材料层103中还可以加入吸光材料如炭黑、黑色氧化铁等，用于吸收入射到反光材料层上的环境光线，提升投影屏幕的对比度；另外反光材料层103对光线的反射可以是镜面反射，也可以是漫反射；当使用镜面反射时，可以使投影屏幕对光线的反射能力增强，提升投影屏幕的亮度；而使用漫反射时，可以扩大投影屏幕对光线的散射能力，提升投影屏幕的观看视场。
27.进一步地，反光材料层103可以是完全的填平覆盖住光学结构层102的沟槽，也可以是仅仅在光学结构层102的各光学结构的结构面上覆盖上薄薄一层薄膜，可根据不同亮度需求的投影屏幕任意的选择。
28.图2～4为本发明实施例一投影屏幕光学结构层在显微镜下的局部放大图。
29.图2为本发明实施例一投影屏幕光学结构层在显微镜下放大倍数为10倍的局部放大图。从图2中可看出，在光学结构1021的面上设置有多段纹路1022，这些纹路1022也是沿着圆弧形的光学结构发散排布。当多条相邻的光学结构1021组成阵列后，从投影屏幕整体上观看，就呈现出如图1b所示的线段式、放射状排布的纹路1022。由于单条的光学结构1021的节距大小为微米量级，一般需要使用显微镜进行观看才能看见；但是当多条光学结构1021相邻排列后，由于相邻光学结构1021上的纹路1022出现有相互对齐的现象，就间接加长了纹路的视觉长度，所以在投影屏幕上，直接可以从各个方向，用肉眼可以看到这些线段式、放射状的纹路1022，此时观看到的线段式的纹路1022是由在多条光学结构1021上相互
沿发散方向对齐的纹路的叠加长度。
30.进一步地，由于每一单条光学结构1021上的纹路也是随机排布的，那么当多条相邻的光学结构组合成阵列后，纹路1022也呈现出随机的对齐叠加长度，在未能对齐叠加的纹路位置，光学结构层102中的纹路叠加的长度就从视觉上断开了，所以从投影屏幕整体上观看时，这些纹路仅仅是一段一段的，并且排布密集，也同时呈现出了随机分布的线段式排布形状，因此我们肉眼观看到的线段式的纹路，是通过多条光学结构1021上的同方向发散的纹路对齐形成的。
31.进一步地，由于纹路是设置在光学结构1021上的，所以纹路的整体排布方式是跟光学结构阵列的排布形状相似的，比如光学结构1021是呈圆弧形阵列排布，那么从投影屏幕整体上观看纹路1022也是以相同的圆心沿各半径方向呈放射状排布；当光学结构1021是呈直线形阵列排布时，那么从投影屏幕整体上观看纹路1022呈现出垂直于光学结构阵列方向的线段式排布。
32.进一步地，图3为本发明实施例一投影屏幕光学结构层在显微镜下放大倍数为20倍的局部放大图，从图中可以看出光学结构1021上设置的纹路1022的外观形状与常见的裂纹（中间近似“v”型的凹陷，两边轻微的凸起）或者褶皱形状（中间凸起，两边有轻微凹凸痕）相似，并且各纹路间的高低或深浅还不完全一样，在微观下有些纹路还不完全是直线形的。这些纹路经过辊筒模具一次复制后，一般呈现出裂纹形状，若再将复制的产品进行复制，则纹路就呈现出褶皱形状，所以不同的复制次数直接影响着纹路的外观形状。但是在经过测试后发现，纹路不管是呈现出裂纹还是褶皱形状，投影光线都能在密集的纹路上发生折射或衍射，从而扰乱各光线间的传输路径，使各光线间的位相差不规律，都可以有效的减少各光线间的干涉，对于消除投影屏幕的散斑有很好的效果。
33.进一步地，光学结构1021上这些呈裂纹或褶皱状的纹路，是在辊筒模具制造时，通过腐蚀或刻蚀或激光雕刻等方式在辊筒模具的结构上形成随机排布的纹路，后使用辊筒模具复制光学结构后，这些模具上的纹路也一同复制到了包含该光学结构的产品上，从而使使用该光学结构的投影屏幕具备了前述消除散斑的效果。
34.图4为本发明实施例一投影屏幕光学结构层在显微镜下放大倍数为50倍的局部放大图。可以看出，光学结构1021的结构面上除了有前述的与光学结构对应的发散式、线段式、随机排布的纹路外，还设置有若干随机交错排布的纹路1022，这些纹路1022就像树枝状延展交错的排布在光学结构1021的结构面上，并且纹路的排布更加的随机，没有规律，从而进一步地扰乱各光线间的传输路径，使各光线间的位相差不规律，更加有效的减少各光线间的干涉，对于消除投影屏幕的散斑有更好的效果。
35.进一步地，图5为本发明实施例一的投影屏幕局部放大图，可以看出纹路在投影屏幕上整体分布呈现出密集的、线段式的和与光学结构对应的发散式排布，很明显的可以看到，各纹路有长短、高低或深浅的不同，分布也呈现出随机性。相同地，由于存在多条光学结构上部分纹路发散方向一致的情况，所以纹路呈现出相对较长的线段式的视觉效果，当然也会有部分纹路在光学结构的上的发散方向不一致，所以就呈现出视觉上的断开，表现出线段式（直线或曲线等线段式）的效果。
36.作为进一步的解释说明，图6a、图6b、图6c和图6d为四种光学结构层的主视图，光学结构层由若干光学结构1021组成。光学结构层中的光学结构1021可以如图6a所示的圆弧
形菲涅尔结构，若干光学结构以投影屏幕的长边中点为中心，往外依次层叠设置；光学结构层中的光学结构1021也可以是如图6b所示的椭圆形菲涅尔结构，若干光学结构也以投影屏幕的长边中点为中心，往外依次层叠设置；光学结构层中的光学结构1021也可以是如图6c所示的抛物线形菲涅尔结构，若干光学结构也以投影屏幕的长边中点为中心，往外依次层叠设置；光学结构层中的光学结构1021还可以是如图6d所示的直线形菲涅尔结构，若干光学结构以投影屏幕的长边为基准，依次层叠设置。此外，若干光学结构还可以呈其它高阶曲线形状排列，由于排列方式很多，在此不一一举例。
37.本发明实施例一的投影屏幕通过在光学结构的结构面上设置若干线段式排布的纹路，进一步扰乱各光线的传输路径，使得各光线间的位相差不规律，有效减少各光线间的干涉，有效消除投影屏幕的散斑。
38.实施例二图7为本发明实施例二的投影屏幕示意图。与实施例一的投影屏幕相比，区别在于：光学结构层102远离反光材料层103的一侧设置有粗糙表面104，该粗糙表面104是使用喷砂或涂布散射粒子或辊筒模具转印微结构的方法制作形成，能够使投影光线在粗糙表面上发生往各个方向均匀的扩散或者某一特定方向扩散强于往其它方向的扩散，这对于投影屏幕成像和改善观看视场有很好效果。
39.进一步地，图8为本发明实施例二的投影屏幕光学结构粗糙化处理的局部放大图，此图为投影屏幕光学结构粗糙化处理在显微镜下放大倍数为50倍的局部放大图。光学结构层中的光学结构1021的结构面上经过粗糙化处理形成粗糙面105，该粗糙面105是使用喷砂或涂布散射粒子或辊筒模具转印微结构的方法制作形成，能够使投影光线在粗糙面上发生往各个方向均匀的扩散或者某一特定方向扩散强于往其它方向的扩散，这对于提升投影屏幕的观看视场有很好效果。
40.实施例三图9为本发明实施例三的投影屏幕示意图。与实施例一的投影屏幕相比，区别在于：在光学结构层102远离反光材料103的一侧依次设置有成像层101和粗糙表面。
41.进一步地，实施例三中的粗糙表面，是使用喷砂或涂布散射粒子或辊筒模具转印微结构的方法制作形成，能够使投影光线在粗糙表面上发生往各个方向均匀的扩散或者某一特定方向扩散强于往其它方向的扩散，这对于投影屏幕成像和改善观看视场有很好效果。
42.进一步地，成像层101内还可以设置有散射材料和树脂材料，这些散射材料能够使经过成像层101内部的光线发生均匀散射，使得光强分布更均匀。散射材料包括但不限于二氧化硅粒子、三氧化二铝粒子、氧化钛粒子、氧化铈粒子、氧化锆粒子、氧化钽粒子、氧化锌粒子、氟化镁粒子等，它们的粒径优选5nm~200nm。
43.需要说明的是，当在成像层101内设置散射材料时，散射材料可以均匀分布在成像层101内，也可以非均匀分布在成像层101内，为了达到最佳效果，优选散射材料均匀分布在成像层101内的方式。
44.进一步地，成像层101内还可以设置散射微结构，比如单层或多层弧形柱状微透镜，通过弧形柱状微透镜的弧形面对光线进行扩散，以增大投影屏幕的观看视场和改善显示亮度均匀性。
45.作为进一步地解释说明，成像层101内还可以设置染色材料，调节成像层颜色，作用是调整投影光线在投影屏幕显示中光的强度和吸收环境光提升显示对比度，使投影屏幕的显示色彩更饱和真实。本发明设置的染色材料还可以是具有选择性吸收功能的材料，比如吡唑啉酮染料、二苯甲酮染料、苯基三嗪染料、苯并三唑染料、草酰苯胺染料、水杨酸脂染料、甲基染料、偶氮金属染料、蒽醌染料、莱醌染料、花菁染料、酞菁染料、偶氮染料等，能够针对投影光线中各颜色的光的强度不同，去选择性的吸收一些颜色光的一部分光强，使各颜色光的均衡融合，从而满足不同的人对颜色的观看需求，具有更加实用的效果。
46.进一步地，成像层内还可以设置前述任意的两种材料或结构的组合，比如散射材料与散射微结构的组合；或者散射材料与染色材料的组合等。还可以是散射材料、散射微结构和染色材料三种组合。
47.实施例四在实施例一至实施例三的基础上，投影屏幕还可以包括黑色背板、装饰边框和挂件，黑色背板设置在反光材料层远离微结构层的一侧，装饰边框包裹在光学投影屏幕的四周，挂件设置在黑色背板远离微结构层的一侧。
48.进一步地，黑色背板可以通过双面胶或者eva热熔胶与反光材料层紧密贴合在一起，可在黑色背板的面上设置黑色涂料，以吸收入射到黑色背板上不必要的光，能够适当提高投影屏幕的对比度。
49.进一步地，装饰边框安装在黑色背板的四周，在投影屏幕厚度方向上包围投影屏幕的各层结构，以固定、美化投影屏幕的外观，分割形成投影显示区域的作用。装饰边框与黑色背板之间的固定方式可以是通过双面胶粘贴，还可以是通过螺钉/螺栓方式固定。
50.进一步地，挂件通过双面胶粘贴或螺钉固定方式固定在黑色背板的相应位置，以方便后续将投影屏幕安装在墙面上。
51.作为进一步地补充说明，也可以将所述挂件更换成磁性材料，以便于通过磁性吸附的方式将投影屏幕安装到墙面上，保证墙面的美观性。
52.实施例五图10为本发明实施例五提供的投影系统示意图，该投影系统是基于实施例三的投影屏幕构成的。整个投影系统包括投影机y和实施例三描述的投影屏幕从投影出射的投影光线t入射到投影屏幕上依次经过粗糙表面、成像层101、光学结构层102和反射材料层103，经反射材料层103反射后再次返回出射到观看者g的方向。通过使用上述投影屏幕能有效的消除投影屏幕的散斑。
53.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围内。