抗光幕布及投影系统的制作方法

1.本技术涉及显示技术领域，尤其涉及到一种抗光幕布及投影系统。


背景技术：

2.投影机幕布是投影机周边设备中最常使用的产品之一，投影幕布如果与投影机搭配得当，可以得到优质的投影效果。随着科技发展，激光电视逐渐成为大屏显示的热点，为了提高环境光线显示下的画质，抗光幕布在激光电视显示中逐渐被重视，目前已成为激光电视市场竞争的重要配件。
3.现有的抗光幕布技术主要分为黑栅、格栅及菲涅尔，其主要抗光原理均是在空间上控制环境光线进入观察者眼睛的方向。其中，黑栅抗光幕布不能遮蔽左右、正向以及下方的光源，在白天使用时不能起到有效遮蔽效果，画面容易被环境光线漂白；格栅抗光幕布的微观结构为菱格形，在空间角度上有大部分不能匹配，且没有吸光层，其抗光能力不如黑栅抗光幕布；菲涅尔抗光幕布则采用了菲涅尔透镜技术原理，在三种抗光幕布技术中抗光性最好，但是其抗环境光线水平与液晶平板显示或有机发光显示技术仍有较大的差距，液晶平板显示或有机发光显示技术可以达到抗环境光线99％的效果，而菲涅尔抗光幕布的环境光线遮蔽率一般小于90％，目前的菲涅尔抗光幕布还不能有效遮蔽正向以及下方的反射光。此外，抗光幕布还可以在幕布的结构上作出改进，采用多层膜滤光结构实现抗环境光线的效果，但是一般这种结构设计对环境光线的角度有选择性，在大视角条件下无法将光线转至正视角实现显示效果。
4.可见，目前的抗光幕布还不能达到较高的抗环境光线效果，且显示效果不佳。


技术实现要素：

5.本技术提供了一种抗光幕布及投影系统，用于抑制环境光线以提高显示效果。
6.第一方面，本技术提供了一种抗光幕布，抗光幕布可以配合投影光机应用于投影显示。该抗光幕布包括幕布本体，该幕布本体可以具体包括基础结构层组和偏光层，其中，基础结构层组包括按照设定顺序依次设置的涂黑层、反射层、菲涅尔透镜层以及扩散层，这些结构是基础结构层组的基本结构，涂黑层位于整个结构的底层，用于吸收光线中的无用波长；反射层则用于将入射的光线反射；菲涅尔透镜层和扩散层用于对光线进行扩散，避免出现出射光线亮度下降、效率降低的问题；偏光层位于菲涅尔透镜层背离反射层的一侧，且偏光层的光轴与投影光机发出的显示光线的光轴平行；偏光层和反射层之间的结构可以形成用于消减环境光的光线吸收结构。
7.上述抗光幕布在使用时，偏光层会对光线进行偏振选择；光线在经过光线吸收结构时，环境光线会被吸收或消减，提高显示光线的出光效率；将该抗光幕布配合投影光机使用，可以取得较好的抗环境光线效果，从而取得较好的显示效果。
8.其中，光线吸收结构的透过率tr满足以下条件：
9.tr＝cos(2ф)cos2(π(
△
nd)/λ)；
10.其中，ф为光线吸收结构的光轴与偏光层光轴的夹角，
△
nd为光线吸收结构的位相差，λ为显示光线的波长。
11.在一种可能实现的方式中，
△
nd可以选择为0，或者，
△
nd可以选择为m*(λ/2)，此处的m为整数，具体可以为大于或小于0的整数，例如1、2、3，或者可以为-1、-2等。具体地，改变反射层与偏光层之间的结构，只要满足上述条件，即可取得良好的环境光消减效果。
12.其中，反射层可以为金属材质，所述反射层的表面粗糙度可以选择小于等于50nm，从而避免反射光偏振度降低。为了保护抗光幕布，该抗光幕布还可以包括设置于幕布本体表面的表面处理层，为了降低整体的反射率，此处表面处理层的反射率小于等于1.5％，并且，表面处理层的硬度需要不小于2h，以取得较好的抗划伤效果。
13.此处的偏光层的结构可以有多种实现方式，例如，偏光层可以包括线偏光片，线偏光片的偏振度可以为80-100％，具体可以为碘系线偏光片或染料系的线偏光片；或者，偏光层可以包括金属线栅结构，为了避免光线反射，可以在金属线栅结构的表面涂覆吸光涂层。
14.一种可能实现的方式中，基础结构层组还可以包括设置于所述菲涅尔透镜层背离所述反射层一侧的颜色层，用于改变光线色彩。
15.一种可能实现的方式中，基础结构层组还可以包括设置于所述菲涅尔透镜层与所述偏光层之间的抗炫光划伤层，以取得抗炫光效果。
16.一种可能实现的方式中，基础结构层组还可以包括设置于扩散层与菲涅尔透镜层之间的散斑抑制层，散斑抑制层用于消减光线干涉产生的散斑问题。
17.一种可能实现的方式中，基础结构层组还可以包括设置于所述扩散层与所述菲涅尔透镜层之间的柱状透镜层，可以对其上下光线的视角进行处理以实现收光效果。
18.一种可能实现的方式中，基础结构层组还包括设置于所述反射层与所述偏光层之间的滤光层，滤光层中掺杂有吸光染料，吸光染料可以吸收环境光线的非显示波段。此处的滤光层可以与偏光层和反射层之间的任一层结构合并。
19.应当理解，上述偏光层和反射层之间的各层结构可以根据使用需求进行增减调整；其中，抗炫光划伤层、柱状透镜层可保留或删除，扩散层可以与散斑抑制层合并；偏光层只需要设置于菲涅尔透镜层之上，扩散层只需要设置于菲涅尔透镜层之上；总之，在保证基础结构层组基本功能实现的前提下，各个结构层可以根据使用需求灵活处理。
20.第二方面，本技术还提供一种投影系统，该投影系统包括投影光机及上述任一种抗光幕布，投影光机发出显示光线，与环境光线一起射入抗光幕布，显示光线正常反射显示，而环境光线则被抗光幕布消减吸收，最终显示光线出射可以使得观察者观察到良好的显示图像。
附图说明
21.图1为本技术实施例提供的一种抗光幕布的结构示意图；
22.图2a和图2b为本技术实施例提供的一种抗光幕布中偏光层对显示光线和环境光线的筛选原理示意图；
23.图3为本技术实施例提供的一种抗光幕布中菲涅尔透镜层的工作原理示意图；
24.图4为本技术实施例提供的一种抗光幕布中扩散层雾度与增益关系示意图；
25.图5为本技术实施例提供的一种抗光幕布的结构示意图；
26.图6为本技术实施例提供的一种抗光幕布的结构示意图；
27.图7为本技术实施例提供的一种抗光幕布中吸光染料吸收范围示意图；
28.图8为本技术实施例提供的一种抗光幕布的结构示意图；
29.图9为本技术实施例提供的一种抗光幕布的结构示意图；
30.图10为本技术实施例提供的一种抗光幕布的结构示意图；
31.图11为本技术实施例提供的一种抗光幕布的结构示意图；
32.图12为本技术实施例提供的一种抗光幕布的工作原理示意图；
33.图13为本技术实施例提供的一种投影系统的使用状态示意图。
34.附图标记：100-投影系统；10-抗光幕布；20-投影光机；1-基础结构层组；11-涂黑层；12-反射层；13-菲涅尔透镜层；14-扩散层；15-滤光层；16-颜色层；17-散斑抑制层；18-柱状透镜层；19-抗炫光划伤层；111-吸收染料；2-偏光层；3-表面处理层。
具体实施方式
35.首先介绍一下本技术的应用场景，投影机幕布是投影系统中用于接收投影机光线并反射显示的结构，为了取得良好的显示效果，投影机幕布需要具备一定的环境光遮蔽效果。但是，目前应用于投影系统的抗光幕布的环境光线遮蔽率仅有约90％，且在明亮环境下的对比度低，导致图像情绪度、色彩显示均下降明显，无法满足较高的显示要求；因此，本技术实施例提供一种抗光幕布，用于抑制环境光线以提高显示效果。
36.为了使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本技术作进一步地详细描述。以下实施例中所使用的术语只是为了描述特定实施例的目的，而并非旨在作为对本技术的限制。如在本技术的说明书和所附权利要求书中所使用的那样，单数表达形式“一个”、“一种”、“所述”、“上述”、“该”和“这一”旨在也包括例如“一个或多个”这种表达形式，除非其上下文中明确地有相反指示。
37.在本说明书中描述的参考“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本技术的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例，而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”，除非是以其他方式另外特别强调。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。
38.如图1所示，为本技术实施例提供的一种抗光幕布10的剖面结构示意图，其主要包括按照设定顺序依次设置的基础结构层组1和偏光层2，此处的基础结构层组1和偏光层2形成幕布本体(未在图中示出)；基础结构层组1具体可以包括依次设置的涂黑层11、反射层12、菲涅尔透镜层13以及扩散层14，其中，涂黑层11位于远离偏光层2的一侧。该抗光幕布10在使用时，搭配投影光机，投影光机发出显示光线到抗光幕布10，依次经过偏光层2、扩散层14、菲涅尔透镜层13后，被反射层12反射射出，在抗光幕布10上显示出需要的图像。其中，偏光层2可以设置于整个基础结构层组1的表面一侧(即用于接收光线的一侧)，当然，偏光层2还可以设置于其他位置，只要偏光层2位于菲涅尔透镜层13背离反射层12的一侧即可。
39.在上述抗光幕布10使用过程中，环境光线会与显示光线一起进入抗光幕布10，为了取得较好的显示效果，需要在不影响显示光线入射反射形成显示图像的情况下，尽可能
吸收环境光线。
40.其中，如图2a所示，显示光线是经过选择的光线，其光线具有设定的角度，偏光层2的光轴与显示光线的光轴平行，使得显示光线可以穿过偏光层2，且亮度损失较小，从而显示光线具有较高的入射效率；而环境光线为自然光线，如图2b所示，当环境光线进入偏光层2，偏光层2可以对显示光线和环境光线进行筛选，与偏光层2的光轴方向不平行的光线会被遮挡吸收，从而减弱环境光线。
41.关于偏光层2的结构，可以有多种结构，只要能够满足与显示光线光轴平行即可。例如，偏光层2可以包括线偏光片，线偏光片的偏振度可以具体选择80-100％，此处，偏振度指的是线偏振片互相垂直的透过轴和吸收轴的透过光之差与透过光之和的比值；当偏光层2选择线偏光片，具体可以是碘系线偏光片，还可以是染料系线偏光片。
42.或者，偏光层2可以包括金属线栅结构，为避免光线反射影响显示效果，在金属线栅结构表面涂覆有吸光涂层，吸光涂层可以是黑色金属层或其他黑色涂层。
43.偏光层2与反射层12之间的结构可以形成用于消减环境光的光线吸收结构，用于至少部分吸收或消减环境光，该光线吸收结构的透过率tr可以满足以下条件：
44.tr＝cos(2ф)cos2(π(
△
nd)/λ)
45.其中，ф为光线吸收结构的光轴与偏光层2光轴的夹角，
△
nd为光线吸收结构的位相差，λ为显示光线的波长。
46.上述公式中，
△
nd为光线吸收结构的位相差，通过不同膜层搭配，使得该位相差可以使显示光线实现最大透过率；并对环境光线的非显示波段则进行抑制，减少环境光线的出光量，实现高亮度环境下的高对比度。
47.本技术实施例提供的抗光幕布10中，菲涅尔透镜层13和扩散层14用于对光线进行扩散，上述偏光层2可以设置于扩散层14的表面一侧，经过反射层12反射的光线经过菲涅尔透镜层13和扩散层14扩散后射出。菲涅尔透镜层13和扩散层14搭配使用可以避免偏振光褪偏以及中心角度光线扩散，造成出射光线亮度下降、效率降低的问题。
48.其中，菲涅尔透镜层13可以采用热压或注塑等行业成熟技术进行制作；图3示出了菲涅尔透镜层13的工作原理，光线自光源发出打到菲涅尔透镜层13上的反射面a(对于本技术，可以相当于反射层12)之后会反射到观察者的眼睛；在菲涅尔透镜层13朝向观察者的一侧形成有多个同心圆，每个同心圆的结构角度如图3所示为α，改变该结构角度α，可以将入射光线调控到想要的角度，以实现扩散视角的功能。此处，该结构角度α可以根据显示尺寸进行设计，从而配合其他结构使得整个抗光幕布10的雾度达到小于等于30％的效果。
49.而扩散层14为角度选择性扩散膜，具体材料可以选择uv固化的高分子薄膜，此处的扩散层14对光线具有选择性，与扩散层14垂直的光线可以直接透过扩散层14，其他方向的光线则被扩散层14扩散，并且，不存在双折射特性以及褪偏特性。将扩散层14设置于偏光层2之下，并将扩散层14的轴向角度设置为30-40
°
，使得入射光线(此处可以理解为显示光线)可正常入射无散射；图4示出了扩散层14的雾度与增益的对应关系，可以看出，随着雾度增大，扩散层14对显示光线的扩散越强，导致显示光线中心视角的亮度下降(即增益降低)，体现在抗光幕布10的显示亮度下降；因此，本技术实施例中，需要对扩散层14合理设计，在实现扩视角显示的同时，避免影响增益。
50.在一种可能实现实施例中，上述反射层12选用金属材质，具体可以为铝、银或其他
材料。反射层12选用金属材料的原因在于，金属表面具有较好的镜面特性；对金属材质的反射层12的表面进行处理，使其粗糙度达到小于等于50nm，可以避免反射光偏振度降低。
51.为了保护抗光幕布10，还可以如图5所示，在抗光幕布10的幕布本体表面设置表面处理层3，应当理解，图5所示的抗光幕布10的结构是在图1所示结构上的改进，因此，表面处理层3位于偏光层2背离扩散层14的一侧。此处，表面处理层3的反射率可以设定为小于等于1.5％，以降低入射光线(包括显示光线以及环境光线)。此处的表面处理层3硬度较高(其硬度可以不小于2h)，容易擦拭，且不容易被刮伤，因此，处于抗光幕布10表层的表面处理层3可以对整个抗光幕布10的结构起到保护作用。
52.如图6所示，在一些可能实现的实施例中，本技术提供的抗光幕布10中的基础结构层1还可以包括设置在反射层12与偏光层2之间的滤光层15，具体地，图6中将滤光层15设置于偏光层2朝向菲涅尔透镜层13的一侧且滤光层15与偏光层2接触。当然，滤光层15还可以设置在其他位置，只要位于反射层12与偏光层2之间即可。在滤光层15内掺杂吸光染料111，吸光染料111以颗粒的形式掺杂在滤光层15中。此处的吸光染料111的光谱具有在600nm附近的窄吸收峰，对显示光线的波段无影响，但是可以吸收大约25％的环境光线。此处，滤光层15可以选择光学镀膜形成，还可以选择树脂薄膜涂布拉伸制成。
53.具体到本实施例中，如图7所示，依据现有的4k清晰度标准，三原色的波长要求分别为：r630nm、g532nm、b467nm，根据人眼对视见函数的敏感，要求吸光染料111吸收范围为双色，本技术实施例中的吸光染料111能够吸收的波段范围介于rg和bg之间，分别为：470～515nm以及535～630nm。因此，在滤光层15中掺杂吸光染料111后，可以吸收占据人眼响应较为敏感的近滤光波段的非显示波段的环境光，在不影响显示光线波段的同时，可以提高对环境光遮蔽率。
54.此外，在图6所示抗光幕布10的基础上，在一些可能实现的实施例中，基础结构层组1还可以包括颜色层16，当颜色层16如图8所示设置于滤光层15的朝向菲涅尔透镜层13的一侧且与滤光层15接触时，颜色层16可以与上述滤光层15合并为一层，即二者可以具有一体式结构。当然，颜色层16的位置不做限定，可以设置于菲涅尔透镜层13背离所述反射层12一侧即可。
55.在一些可能实现的实施例中，如图9所示，基础结构层组1还可以包括设置在扩散层14与菲涅尔透镜层13之间的散斑抑制层17。光线具有波动性，当显示光线和环境光线进入抗光幕布10，抗光幕布10各层结构对入射光线进行反射或透射产生不同相位，不同位置的光线随空间变化产生剧烈无规则的强弱变化，干涉后的光线会形成无规则的散斑，这些散斑会影响最终抗光幕布10上图像的显示效果，散斑抑制层17即用于消减这种散斑问题。
56.需要说明的是，此处的散斑抑制层17可以与扩散层14合并为一层结构。而图9所示的抗光幕布10的结构是在图8所示的抗光幕布10基础上所做的改进，应当理解，该改进仅做示例，并非说明散斑抑制层17的结构必须依赖于图8所示的抗光幕布10的结构。
57.在一些可能实现实施例中，如图10所示，在扩散层14与菲涅尔透镜层13之间设置柱状透镜层18，图10中柱状透镜层18设置于扩散层14朝向菲涅尔透镜层13的一侧且柱状透镜层18与扩散层14接触。柱状透镜层18可以对其上下光线的视角实现收光效果。当然，图10中的抗光幕布10结构也仅做示例，并非说明柱状透镜层18的结构必须依赖于图9所示的抗光幕布10的结构。
58.此外，如图11所示，本技术实施例提供的一种抗光幕布10，还可以在滤光层15朝向菲涅尔透镜层13的一侧设置有抗炫光划伤层19。图11示出的抗炫光划伤层19与滤光层15接触，应当理解，抗炫光划伤层19可以设置于菲涅尔透镜层13背离所述反射层12一侧即可，具体位置可以不做限定。
59.基于图11所示的抗光幕布10的多层结构，在一些可能实现的实施例中，相邻两层结构之间可以采用光学胶粘合，光学胶可以为oca(optically clear adhesive，光学胶剂)、ocr(optical clear resin，光学透明树脂)或者psa(pressure sensitive adhesive，压敏胶)。不论哪种光学胶，需要其具有各向同性，在粘合时以全贴合的方式粘接，以降低界面反射以及损耗。
60.另外，基于抗光幕布10的基础结构层组1的多层结构，上述滤光层15可以合并于偏光层2和反射层12之间的任一层结构中(例如，滤光层15与颜色层16合并为一层，或，滤光层15与抗炫光划伤层19合并为一层)，均能取得吸收环境光线中非显示光线的效果。
61.以图11所示的抗光幕布10的结构为例，应当理解，其偏光层2和反射层12之间的各层结构可以根据使用需求进行增减调整；其中，抗炫光划伤层19、柱状透镜层18可保留或删除，扩散层14可以与散斑抑制层17合并；偏光层2只需要设置于菲涅尔透镜层13之上，扩散层14只需要设置于菲涅尔透镜层13之上；总之，在保证基础结构层组1基本功能实现的前提下，各个结构层可以根据使用需求灵活处理。
62.对本技术实施例所提供的抗光幕布10的抗环境光原理做以详细介绍。请参照图12，当显示光线(箭头方向向下的实线)和环境光线(箭头方向向下的虚线)一起进入抗光幕布10，首先，偏光层2对光线进行一次筛选，由于显示光线的光轴与偏光层2的光轴方向一致，显示光线在通过偏光层2时无损失；而环境光线的光轴方向复杂，会有部分环境光线无法穿过偏光层2，导致环境光线在通过偏光层2时会产生大约50％以上的损失。当显示光线和环境光线进入基础结构层组1的滤光层15，滤光层15中的吸光染料111对显示光线的波段无影响，显示光线可以顺利穿过滤光层15；但是滤光层15中的吸光染料111会吸收大约25％左右的环境光线。同时，偏光层2和反射层12之间结构透过率tr满足tr＝cos(2ф)cos2(π(
△
nd)/λ)这样的条件，可以对显示光线的出光效率进行提升，还可以对非显示光线的波段(例如环境光线中的部分波段)进行抑制；配合扩散层14，可以对显示光线的出光效率和视角特性进行平衡；最终，显示光线和环境光线到达反射层12被反射后射出，出射的环境光线(箭头方向向上的虚线)被多次消减较弱，射出的显示光线(箭头方向向上的实线)可以取得较好的显示效果。
63.其中，对于偏光层2和反射层12之间的结构在具体实施时，可能至少存在以下几种实施方式。
64.方式一：
△
nd＝0，即要求偏光层2和反射层12之间的结构(即上述用于消减环境光的光线吸收结构)的位相差为0，偏光层2和反射层12之间的任一层结构的材料可以选择无双折射高分子材料，例如cr-39(dially glycol carbonates，丙烯基二甘醇碳酸酯，或哥伦比亚树脂)等。具体在实施时，这些高分子材料需要减少苯环结构、减少共聚单元、减少助剂添加，在制作过程中还要避免取向，可以采用浇铸等工艺避免物料流动的垂直方向和水平方向的取向差异。
65.方式二：
△
nd＝m*(λ/2)，其中m取非0的整数，该方式要求自图12所示的颜色层16
起至菲涅尔透镜层13的结构(包括颜色层16，也包括菲涅尔透镜层13)为一个结构组合，该结构组合的光轴与偏光层2的吸收轴之间的夹角为0
°
或90
°
；对于偏光层2和反射层12之间结构，其总位相差
△
nd为λ/2的整数倍；其中偏光层2和反射层12之间的任一层结构的材料选择tac(tricarboxylic acid cycle，三醋酸纤维薄膜)、cop(cyclo olefin polymer，环烯烃聚合物)、acryl(丙烯)、pc(polycarbonate，聚碳酸酯)、lc(liquid crystal，液晶)等材料。
66.方式三：基于基础结构层1的多层结构(例如图12所示的基础结构层1的结构)，可以对偏光层2和反射层12之间的各层结构进行双折射以及折射率匹配，使得偏光层2和反射层12之间的各层结构在rgb的不同波段具有不同的总位相差
△
nd，保证整个基础结构层1在rgb的主波长b 467nm、g 535nm、r 642nm具有λ/2整数倍的位相差，即可最大化出光效率。
67.在此基础上，对本技术实施例所提供的抗光幕布10可以选择柔性基材(例如聚酰亚胺、涤纶树脂)制作，具有可卷曲的有点，方便收纳，节省空间。
68.综上，本技术实施例提供的抗光幕布10可以对入射光线的显示光线和环境光线进行区分选择，在保证显示光线正常显示的情况下消减吸收环境光线，可以提升环境光遮蔽率(高达97％以上)；同时，该抗光幕布10还具有较高的对比度以及色彩饱和度，在白天或夜晚室内照明状态下使用，也可以取得良好的显示效果。
69.基于上述抗光幕布10，本技术实施例还提供一种投影系统100，如图13所示，该投影系统100包括投影光机20以及上述抗光幕布10，图13示出了投影系统100的使用状态，投影光机20发出显示光线，与环境光线一起射入抗光幕布10，显示光线正常反射显示，而环境光线则被抗光幕布10消减吸收，最终显示光线出射可以使观察者观察到良好的显示图像。
70.以上，仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应以权利要求的保护范围为准。