全反射屏幕和投影系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种抗环境光的全反射屏幕和使用该屏幕的投影系统。所述屏幕能够将投影光线反射至观看者的视场范围内，其包括从所述投影光线的入射侧依次布置的光扩散层、全反射层和光吸收层，所述光吸收层能够吸收入射的光线，所述光扩散层用于增大出射的光线的发散角。全反射层包括在所述全反射屏幕的平面内连续延伸并且旋转对称的多个微结构单元，各所述微结构单元包含位于所述光扩散层侧的微结构层和位于所述光吸收层侧的内侧层，微结构层与内侧层之间的界面是两个相交平面，微结构层的折射率大于内侧层的折射率，并且所述两个相交平面被设置为使得所述投影光线连续在两个相交平面处发生全反射。

【技术实现步骤摘要】
全反射屏幕和投影系统
本技术涉及投影屏幕和投影系统。具体地，本技术涉及一种能够抗环境光的高对比度全反射屏幕和使用该屏幕的投影系统。
技术介绍
近年来，随着投影机亮度的不断提高，投影显示系统在大尺寸家庭影院应用中的优势开始体现出来。相比于LCD电视和OLED电视，投影显示系统的尺寸小，便于安装，可以轻松实现大于100寸的显示画面，并且整套系统价格相对较低。在家庭应用环境中，投影显示系统往往被安装在客厅中。客厅通常具有良好的自然采光条件以及明亮的照明光源，因而存在大量的环境杂光。一般的投影机屏幕既能反射投影机的光线也能反射环境光的光线。在这样的环境中，由于受到环境光的影响，经投影屏幕反射的光线形成的画面的对比度远远低于投影机自身的对比度。为了提高在存在环境光的情况下的屏幕对比度，目前抗环境光的投影屏幕都采用阵列微结构加光反射层或者光吸收层的方法来实现。例如，如图1的a和b所示，在公开号为CN105408777A的中国专利申请中提出了一种圆形对称的菲涅尔光学屏幕结构。该屏幕采用的是阵列微结构加上光吸收层的技术方案。该屏幕的阵列微结构由透镜面32和非透镜面33组成。透镜面32与屏幕平面的夹角小于非透镜面33与屏幕平面的夹角，投影机的入射光线只入射到具有小夹角的透镜面32上。入射在透镜面32上的光线是依靠由层叠在其表面上的多个金属薄膜25构成的反射层20反射至观看者侧。虽然该屏幕可以将投影机的入射光线反射到观众的眼睛，但镜面反射层20不可避免地同时也会反射从其它方向入射的光线，比如环境中的杂光，所以无法大幅提高投影屏幕的对比度。为了提高对比度，还需要在阵列微结构的观看者侧添加一层着色层42。着色层42吸收杂光，但也吸收了部分投影光线。因此，虽然提高了屏幕的对比度，但降低了整个投影系统的光学效率，相当于在对比度和光学效率之间进行了折中。目前市场上量产的采用该结构的投影屏幕能够实现的屏幕增益仅为大约0.9～1.1。在公开号为CN1670618A的中国专利申请中公开了一种反射式屏幕，该反射式屏幕具有如图2的a所示的微结构。该微结构的单元由两个斜面组成，由白色的反射树脂形成的斜面3朝向投影机，用来反射来自投影机的光线，朝上的斜面表面涂敷有黑色的光吸收层4，用来吸收从屏幕上方入射的环境光线。公开号为CN1693989A中国专利申请中公开的屏幕具有类似的结构，如图2的b所示，构成微结构的基底材料是吸收光的材料，在朝下的斜面表面涂敷有白色树脂层6来反射来自投影机的光线。另外，公开号为CN1954260A的中国专利申请也提出了一种反射屏幕。如图2的c所示，光吸收部14和反射层13形成具有等腰梯形截面的微结构，环境光被光吸收部14吸收，投射光线在光吸收部14的表面被全反射，在梯形的窄边底面被反射层13反射。为了实现提高对比度的目的，在上述屏幕的微结构中均设置用于吸收光和/或反射光的光学功能层。但由于微结构的尺寸非常的小，间距一般在25到250微米的范围内，在微结构表面选择性的涂敷光学功能层的工艺非常复杂，成品率低，而且光学效率不高。
技术实现思路
针对上述问题，本技术期望提供一种能够在获得高对比度的同时提高屏幕增益，并且能够简化加工工艺，降低成本的全反射屏幕和投影系统。根据本技术的实施例，公开了一种全反射屏幕，所述全反射屏幕包括从所述投影光线的入射侧依次布置的光扩散层、全反射层和光吸收层，所述光吸收层能够吸收入射的光线，所述光扩散层用于增大出射的光线的发散角，所述全反射层至少包括位于所述光扩散层侧的微结构层和位于所述光吸收层侧的内侧层，所述微结构层的折射率大于所述内侧层的折射率，所述微结构层上设置有多个微结构单元，多个所述微结构单元在所述全反射屏幕的平面内连续延伸并且旋转对称，其中，每个微结构单元包括的两个相交平面被设置为使得所述投影光线连续在所述两个相交平面处发生全反射，至少部分透射所述全反射层的环境光被光吸收层吸收。优选地，所述微结构层设置成旋转对称的全反射棱镜，所述两个相交平面与所述全反射屏幕的平面的夹角分别为θ1和θ2，且θ1和θ2满足关系：θ1+θ2＜90。在所述全反射屏幕的平面内连续延伸的各所述微结构单元相对于全反射屏幕的平面的倾斜角的设置可以是相同的，但也可以是不同的。例如，在多个所述微结构单元中，各所述θ1具有不同的角度且各所述θ2均等于45度。或者，在多个所述微结构单元中，各所述θ1具有不同的角度，并且各所述θ2也具有不同的角度。优选地，所述微结构层的折射率n1和所述内侧层的折射率n2满足关系：n2<n1-0.2。例如，所述内侧层是空气层。优选地，所述光扩散层可以是由体散射薄膜、不规则表面散射薄膜和规则表面微透镜阵列薄膜中的一者形成的。或者，所述光扩散层也可以是通过层叠体散射薄膜、不规则表面散射薄膜和规则表面微透镜阵列薄膜中的至少一者而形成的。优选地，各所述微结构单元的所述两个相交平面被设置为使得所述投影光线在发生第一次全反射之后沿着与所述全反射屏幕的平面平行的方向行进。优选地，旋转对称的多个所述微结构单元的旋转中心轴线垂直于所述全反射屏幕的平面且位于所述全反射屏幕的下方。根据本技术的另一实施例公开了一种投影系统，所述系统包括如上所述的全反射屏幕以及所述投影机。其中，所述投影机优选是位于所述全反射屏幕下方的超短焦投影机。如上所述，根据本技术的全反射屏幕和投影系统至少具有如下优点：(1)微结构利用全反射原理对投影光线进行反射，用于吸收环境杂光的光吸收层整体地设置在微结构的背面，不需要在微结构中涂镀金属反射膜或光吸收层，降低了成本，提高了成品率。(2)微结构利用全反射的角度选择特性反射来自投影机的至少部分光线，同时却基本不朝观看者的观看区域反射环境杂光。来自顶部的环境杂光大部分透过全反射微结构，被背面的光吸收层吸收，小部分被反射至观看者的观看区域之外，因此在提高投影图像的对比度的同时提高了光学效率。应当理解，本技术的有益效果不限于上述效果，而可以是本文中说明的任何有益效果。附图说明图1是示出了现有技术中的投影屏幕的示例的示意图。图2是示出了现有技术中的投影屏幕的其它示例的示意图。图3是示出了根据本技术实施例的投影系统的结构示意图。图4是示出了根据本技术实施例的的全反射屏幕的全反射层的旋转对称结构的示意图。图5是示出了根据本技术实施例的全反射屏幕的全反射层的微结构单元的截面结构示意图。图6是示出了根据本技术实施例的全反射屏幕的全反射层的微结构的光学原理的示意图。图7是示出了根据本技术实施例的全反射屏幕的微结构的光学倾角的选择示意图。图8是示出了根据本技术实施例的全反射屏幕的微结构单元的光学角度的模拟实例。图9是示出了根据本技术实施例的全反射屏幕的全反射层和光吸收层的材料折射率的选择范围示意图。图10是示出了根据本技术实施例的全反射屏幕的散射薄膜层的示意图。图11示出了根据本技术实施例的全反射屏幕的散射分布及屏幕增益的仿真模拟结果。图12示出了根据本技术实施例的全反射屏幕的散射分布及屏幕增益的仿真模拟结果。图13示出了根据本技术的实施例的全反射屏幕的散射分布及屏幕增益的仿真模拟结果。图14示出了根据本技术实施例的全反本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种全反射屏幕，其能够将来自投影机的投影光线反射至观看者的视场范围内，其特征在于，所述全反射屏幕包括从所述投影光线的入射侧依次布置的光扩散层、全反射层和光吸收层，所述光吸收层能够吸收入射的光线，所述光扩散层用于增大出射的光线的发散角，所述全反射层至少包括位于所述光扩散层侧的微结构层和位于所述光吸收层侧的内侧层，所述微结构层的折射率大于所述内侧层的折射率，所述微结构层上设置有多个微结构单元，多个所述微结构单元在所述全反射屏幕的平面内连续延伸并且旋转对称，其中，每个微结构单元包括的两个相交平面被设置为使得所述投影光线连续在所述两个相交平面处发生全反射，至少部分透射所述全反射层的环境光被所述光吸收层吸收。

【技术特征摘要】
1.一种全反射屏幕，其能够将来自投影机的投影光线反射至观看者的视场范围内，其特征在于，所述全反射屏幕包括从所述投影光线的入射侧依次布置的光扩散层、全反射层和光吸收层，所述光吸收层能够吸收入射的光线，所述光扩散层用于增大出射的光线的发散角，所述全反射层至少包括位于所述光扩散层侧的微结构层和位于所述光吸收层侧的内侧层，所述微结构层的折射率大于所述内侧层的折射率，所述微结构层上设置有多个微结构单元，多个所述微结构单元在所述全反射屏幕的平面内连续延伸并且旋转对称，其中，每个微结构单元包括的两个相交平面被设置为使得所述投影光线连续在所述两个相交平面处发生全反射，至少部分透射所述全反射层的环境光被所述光吸收层吸收。2.根据权利要求1所述的全反射屏幕，其特征在于，所述全反射层还包括透明基材层，所述微结构单元通过涂布树脂，并经过UV固化或热成型方式固化于所述透明基材层上。3.根据权利要求2所述的全反射屏幕，其特征在于，所述微结构层设置成旋转对称的全反射棱镜，所述两个相交平面与所述全反射屏幕的平面的夹角分别为θ1和θ2，且θ1和θ2满足关系：θ1+θ2＜90。4.根据权利要求3所述的全反射屏幕，其特征在于，在多个所述微结构单元中，各所述θ1具有不同的角度且各所述θ2均等于45度。5.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：王霖，胡飞，李屹，
申请(专利权)人：深圳市光峰光电技术有限公司，
类型：新型
国别省市：广东,44