一种高增益低散斑对比度菲涅尔光学屏及其制备方法与流程

1.本发明涉及投影技术领域，具体的说，是一种高增益低散斑对比度菲涅尔光学屏及其制备方法。


背景技术：

2.随着超短焦激光投影的快速发展，投影屏幕一般与激光投影机进行搭配使用，激光投影主要是通过投影射出的光线菲涅尔光学屏幕上，在通过菲涅尔光学屏反射层反射到观影者的视野中，菲涅尔光学屏幕呈现出来的画面光线柔和、安全、护眼，提升了观影者的视角享受。
3.但是，目前菲涅尔光学屏幕主要存在增益低，散斑对比度大的现象，特别是使用三色激光的投影机投影时，菲涅尔光学屏幕上的散斑更大，严重影响观影体验。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种高增益低散斑对比度菲涅尔光学屏及其制备方法，用于解决现有技术中菲涅尔光学屏幕增益低，散斑对比度大的技术问题。
5.本发明通过下述技术方案解决上述问题：
6.一种高增益低散斑对比度菲涅尔光学屏，包括依次设置的菲涅尔基材层、菲涅尔功能层、菲涅尔光学微结构层和菲涅尔反射层，激光投影机发射的入射光依次穿过菲涅尔基材层、菲涅尔功能层和菲涅尔光学微结构层，再通过菲涅尔反射层反射至菲涅尔光学屏外；菲涅尔基材层具有菲涅尔基材层a面和菲涅尔基材层b面，菲涅尔基材层b面靠近涅菲尔功能层设置，菲涅尔基材层a面的表面粗糙度在50nm～200nm范围内；菲涅尔功能层内设有不同粒径和不同表面粗糙度的光学粒子；菲涅尔光学微结构层由若干个光学微结构成排设置而成，且若干个光学微结构的节距从下至上逐渐缩小；菲涅尔光学微结构层与菲涅尔反射层相嵌合设置。
7.作为本发明的进一步改进，所述菲涅尔基材层a面的表面粗糙度设置为150nm。
8.作为本发明的进一步改进，所述激光投影机采用三色激光投影机。
9.作为本发明的进一步改进，所述光学微结构为半圆弧结构或锯齿形结构，且光学微结构的节距在0.05mm～0.2mm之间。
10.作为本发明的进一步改进，所述光学微结构为锯齿形结构时，底角的角度为20
°
～60
°
。
11.作为本发明的进一步改进，所述菲涅尔反射层采用铝、银、铜或复合氧化钛中任一一种制作而成，厚度为0.01μm～0.1μm。
12.作为对其进一步的改进，本发明通过下述技术方案解决上述问题：
13.一种高增益低散斑对比度菲涅尔光学屏的制作方法，以制作如上所述一种高增益低散斑对比度菲涅尔光学屏，具体制作方法包括：
14.对菲涅尔基材层a面进行表面处理，并通过测试散斑对比度仪器测量菲涅尔基材
层a面的表面粗糙度，将菲涅尔基材层a面的表面粗糙度控制在50nm～200nm范围内，使低散斑对比度＜3％；
15.将菲涅尔基材层b面与菲涅尔功能层连接面相粘接；
16.将不同粒径范围、不同表面粗糙度的光学粒子，混合在丙烯酸系列胶水之中，丙烯酸系列胶水的折射率在1.35～1.6，固化之后透过率大于90％，通过uv固化后得到菲涅尔功能层；
17.由有机高分子材料通过模压制备成菲涅尔光学微结构层，菲涅尔光学微结构层的有机高分子材料折射率控制在1.4～1.65，形成为半弧形结构或锯齿形结构。
18.作为本发明的进一步改进，对菲涅尔基材层a面进行表面处理，通过电晕处理法或涂覆方式实现。
19.作为本发明的进一步改进，所述菲涅尔基材层b面与菲涅尔功能层采用丙烯酸系列胶水进行粘接，且丙烯酸系列胶水固化之后的透过率大于90％。
20.作为本发明的进一步改进，所述菲涅尔基材层的基材采用有机高分子材料，且有机高分子材料的透过率大于90％，粒径为0.2mm～0.5mm。
21.本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
22.(1)本发明利用激光相干性及光学粒子扩散理论分析，降低菲涅尔基材层表面的粗糙度、增加不同功能之间折射率插值，有效提高菲涅尔光学屏增益、降低菲涅尔散斑对比度。
23.(2)本发明通过将菲涅尔基材层的表面粗糙度控制在50纳米到200纳米范围内，有效降低散斑对比度＜3％，降低菲涅尔光学屏的溢光现象，且菲涅尔光学屏无镜面现象。
24.(3)本发明通过光学微结构的底角θ与节距d的合理搭配可以大幅度提高光能量利用率。
附图说明
25.图1为本发明实施例所述的波长点函数示意图；
26.图2为本发明实施例所述的一种高增益低散斑对比度菲涅尔光学屏散斑形成示意图
27.图3为本发明实施例中一种高增益低散斑对比度菲涅尔光学屏的结构示意图；
28.图4为本发明实施例中菲涅尔基材层的结构示意图；
29.附图标记：x-波长位移，y-脉冲函数加权；1-激光投影机；2-入射光；3-菲涅尔基材层a面；4-菲涅尔基材层；5-菲涅尔基材层b面；6-涅菲尔功能层；7-菲涅尔光学微结构层，8-菲涅尔反射层，9-菲涅尔支撑层，10-出射光，11-光学粒子，12-连接层，θ-光学微结构的底角，d-光学微结构的节距。
具体实施方式
30.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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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。
31.实施例1：
32.如图3-4所示，本发明的一种高增益低散斑对比度菲涅尔光学屏，包括依次设置的菲涅尔基材层4、菲涅尔功能层6、菲涅尔光学微结构层7、菲涅尔反射层8和菲涅尔支撑层9；菲涅尔基材层具有菲涅尔基材层a面和菲涅尔基材层b面，菲涅尔基材层b面靠近涅菲尔功能层设置，菲涅尔基材层a面3进行基材表面处理，使菲涅尔基材层a面的表面粗糙度控制在50nm～200nm范围内，作为优选，菲涅尔基材层a面的表面粗糙度设置为150nm；菲涅尔基材层b面5连接菲涅尔功能层6，菲涅尔功能层内设有不同粒径和不同表面粗糙度的光学粒子11；菲涅尔光学微结构层由若干个光学微结构成排设置而成，且若干个光学微结构的节距从下至上逐渐缩小；菲涅尔光学微结构层与菲涅尔反射层相嵌合设置。激光投影机1发射出来的入射光2依次经过菲涅尔基材层4、菲涅尔功能层6和菲涅尔光学微结构层7，再通过菲涅尔反射层8反射，出射光10依次穿过菲涅尔光学微结构层7、菲涅尔功能层6、菲涅尔基材层4，以穿过菲涅尔光学屏之外，可以直观地被观看者的大脑接受和处理，获得更为舒适的观看体验。
33.本实施例中，如图1所示，波长位移x与脉冲函数加权y之间的关系图展示点扩散函数，物体表面通过光学系统成像，只要成像系统的点扩散函数具有足够的“宽度”，如图2所示，折算到物平面后能在物体表面覆盖足够多的面元，则来自这些面元的光线将在同一像点处相干叠加，从而形成散斑。因此，运用光学传递函数，利用激光相干性及光学粒子扩散理论分析发现，降低基材表面的粗糙度、增加不同功能之间折射率插值，可有效提高菲涅尔光学屏增益、降低菲涅尔散斑对比度。因此，本实施例对菲涅尔基材层a面进行表面处理，可以通过电晕处理法，也可以通过涂覆方式，仅需将表面粗糙度控制为50nm～200nm范围内即可。通过测试散斑对比度仪器测量，将菲涅尔基材层a面的表面粗糙度控制为50nm～200nm范围内时，有效降低散斑对比度，使低散斑对比度＜3％，从而降低菲涅尔光学屏的溢光现象，且菲涅尔光学屏无镜面现象。
34.激光投影机可以分为单色激光投影机、双色激光投影机和三色激光投影机，由于三色激光投影机的色域高，色彩还原性好，受到广大消费者的喜爱，三色激光投影机的激光器可以发出红色激光、绿色激光和蓝色激光。发射出红色激光的波长范围是620nm到680nm，发射出绿光的波长范围是520nm到560nm，发射出蓝光的波长范围是450nm到500nm。因此，本实施例的激光投影机采用三色激光投影机。
35.可选的，菲涅尔基材层4与涅菲尔功能层6之间设置有连接层12。菲涅尔光学微结构层是有机高分子材料通过模压制备而成，其中的光学微结构为半圆弧结构或锯齿形结构等三面抗光能力微结构，且光学微结构的节距d在0.05mm～0.2mm之间。当通过模压固化成型为三角形的锯齿形结构时，菲涅尔光学微结构层的节距d从下向上是逐渐变化，本实施例中，光学微结构的节距d设置为从下向上依次缩小，光学微结构的节距d具体控制在0.05mm～0.2mm范围内。从而形成菲涅尔反射层与菲涅尔光学微结构层锯齿状嵌合，且菲涅尔光学微结构层形成有若干个类三角形，类三角形光学微结构的底角θ沿一个方向渐变，由下向上逐渐增大，控制在20
°
～60
°
，通过光学微结构的底角θ与节距的合理搭配可以大幅度提高光能量利用率。
36.菲涅尔反射层由具有高反射率材料制备而成，其厚度在0.01μm～0.1μm，高反射率的材料包括铝、银、铜或复合氧化钛；优选为，金属铝。菲涅尔支撑层9决定了一种高增益低
散斑对比度菲涅尔光学屏形态，可以是柔性材料，磁性材料等。
37.实施例2：
38.本发明的一种高增益低散斑对比度菲涅尔光学屏的制作方法，具体制作方法包括以下步骤：
39.对菲涅尔基材层a面进行表面处理，并通过测试散斑对比度仪器测量菲涅尔基材层a面的表面粗糙度，将菲涅尔基材层a面的表面粗糙度控制在50nm～200nm范围内，使低散斑对比度＜3％；
40.将菲涅尔基材层b面与菲涅尔功能层连接面相粘接；
41.将不同粒径范围、不同表面粗糙度的光学粒子，混合在丙烯酸系列胶水之中，丙烯酸系列胶水的折射率在1.35～1.6，固化之后透过率大于90％，通过uv固化后得到菲涅尔功能层。通过控制光学粒子的粒径、表面粗糙度及混合比例来实现高增益菲涅尔光学屏；光学粒子是由高性能的有机高分子复合材料和辅助剂制作而成，其中有机高分子复合材料如丙烯酸性粒子、聚苯乙烯系粒子、聚碳酸脂、有机硅树脂材料等，辅助剂如有机稳定剂、抗氧化剂、荧光增白剂等。光学粒子有机高分子复合材料的表面粗糙度控制在纳米级，如1nm到20nm。光学粒子有机高分子复合材料是两种或是多种粒径混合而成。光学粒子粒径范围控制在0.05微米到5微米之间，表面粗糙度控制在1nm～20nm。
42.菲涅尔光学微结构层由有机高分子材料通过模压制备而成，菲涅尔光学微结构层的材料折射率控制在1.4～1.65，形成为半弧形结构或锯齿形结构。菲涅尔光学微结构层通过模压曝光固化制备，模压的模具如圆柱形、锥形或是平板形。进一步的，菲涅尔光学微结构设计为具有聚光、匀光且抗环境光结构，如半弧形结构、或是锯齿形结构，以提高投影机入射光能量的利用率。
43.作为优选，对菲涅尔基材层a面进行表面处理，可通过电晕处理法或涂覆方式实现。
44.可选的，菲涅尔基材层b面与菲涅尔功能层采用丙烯酸系列胶水进行粘接，且丙烯酸系列胶水固化之后的透过率大于90％。菲涅尔基材层的基材采用有机高分子材料，且有机高分子材料的透过率大于90％，粒径为0.2mm～0.5mm，优选为0.25mm。
45.可选的，菲涅尔光学反射层为具有高反射率金属材料或金属氧化物材料，增加膜片增益，采用蒸镀或是磁控溅射方式制备反射层。
46.进一步的，菲涅尔基材、菲涅尔光学粒子、菲涅尔光学微结构所用材料的折射率相差0.15以上。
47.本发明根据激光相干性及光学粒子扩散理论，改变菲涅尔基材层的表面性能，增加菲涅尔功能层材料折射率差值，改变光学粒子表面性能，从而提高菲涅尔光学屏增益、降低菲涅尔光学屏散斑对比度，降低菲涅尔光学屏溢光现象，且菲涅尔光学屏无镜面现象，提升菲涅尔光学屏带给观影者视角享受。
48.尽管这里参照本发明的解释性实施例对本发明进行了描述，上述实施例仅为本发明较佳的实施方式，本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本技术公开的原则范围和精神之内。