屏幕和投影系统技术方案

本发明专利技术公开了一种具有高对比度和高光效的屏幕和具有该屏幕的投影系统。所述屏幕包括从投影光线的入射侧依次层叠设置的微透镜层、透明基材层、全反射层和吸光层。所述吸光层能够吸收透过所述微透镜层、所述透明基材层和所述全反射层的光。所述微透镜层包括多个微透镜单元。所述全反射层包括多个微结构单元，所述微结构单元具有位于下侧的第一平面和位于上侧的第二平面，所述第一平面和所述第二平面相交，所述多个微结构单元构成锯齿结构。所述微透镜单元与所述微结构单元至少部分交错地设置，使得所述微透镜单元将至少部分所述投影光线会聚至所述第一平面，被会聚至所述第一平面的所述投影光线在所述第一平面和所述第二平面连续发生两次全反射之后出射。

Screen and Projection System

【技术实现步骤摘要】
屏幕和投影系统
本专利技术涉及屏幕领域。具体地，本专利技术涉及一种能够提高对投影光线的利用率并且具有高对比度的投影屏幕和投影系统。
技术介绍
近年来，超短焦投影机的出现是投影领域的一大进步。超短焦投影机具有很短的投射比，它的出现意味着在投影过程中由于人的走动或物体的摆放而挡住画面的情况将不复存在。此外，采用超短焦投影机的投影系统尺寸小，便于安装，整套系统价格低，并且能够在较小的投影距离内轻松实现大于100寸的画面。因此，在大尺寸家庭影院的应用中，投影显示系统比LCD电视更具优势。在这样的投影系统中，除了投影机之外，投影屏幕是影响投影图像效果的重要因素。在投影屏幕的投影显示中，图像对比度是评价屏幕画面质量的一个重要参数。通常，投影机的对比度可以达到数千比一，但是在客厅等实际家庭使用的环境中，环境光对屏幕画面的对比度会产生较强的影响。一般的投影屏幕既能反射投影机的投影光线也能反射环境光，使得对比度严重下降，极大地影响观看体验。因此，需要通过技术手段降低环境光对投影显示带来的不利影响，使投影画面具有较高的对比度，提升显示质量。为了提高在有大量环境光的情况下的屏幕对比度，目前抗环境光的投影屏幕大多采用阵列微结构加上光反射层或者光吸收层的技术方案。例如，图1示出了本申请人之前提出的抗环境光的投影屏幕100。如图1所示，投影屏幕100层叠设置有透明基材层101、全反射层102和吸光层103。全反射层102中设置有能够使特定的入射光线连续发生两次全反射的微结构单元。全反射层102中设置有多个微结构单元，以形成锯齿状结构。入射的投影光线中的一部分经过全反射层102的全反射后从投影屏幕入射至观看者的眼中形成图像，而另一部分由于不满足在全反射层发生全反射的光学条件而透过全反射层被屏幕后侧的黑色吸光层103吸收而损失掉。通常，图1中所示的投影屏幕对于投影机的投影光线的光能利用率仅为50％左右。可见，在上述现有技术中，投影屏幕在对投影光线和环境光进行区分的过程中损失掉了较多的投影光线，导致对投影光线的利用效率低，难以获得明亮的显示图像。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术期望提供一种能够提高对投影光线的利用率并且具有高对比度的屏幕和包含这样的屏幕的投影系统。根据本专利技术的第一实施例提供了一种屏幕。所述屏幕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，包括从所述投影光线的入射侧依次层叠设置的微透镜层、透明基材层、全反射层和吸光层。所述吸光层能够吸收透过所述微透镜层、所述透明基材层和所述全反射层的光。所述微透镜层包括多个微透镜单元。所述全反射层包括多个微结构单元，所述微结构单元具有位于下侧的第一平面和位于上侧的第二平面，所述第一平面和所述第二平面相交，所述多个微结构单元构成锯齿结构。所述微透镜单元与所述微结构单元至少部分交错地设置，使得所述微透镜单元将至少部分所述投影光线会聚至所述第一平面，被会聚至所述第一平面的所述投影光线在所述第一平面和所述第二平面连续发生两次全反射之后出射。优选地，所述全反射层和所述微透镜层具有对应的旋转对称结构。优选地，所述全反射层的旋转中心轴线和所述微透镜层的旋转中心轴线均垂直于所述屏幕的平面且可以位于所述屏幕的下方。优选地，所述微透镜层具有圆弧形的旋转对称结构。所述微透镜单元的焦距为f，所述微透镜单元的圆弧与光轴的交点和对应的所述第一平面和所述第二平面的交线在所述光轴方向上的距离为d，则所述f和所述d优选地满足关系式：f＜3d。更加优选地，f≈d。所述屏幕还可以设置有光扩散层，所述光扩散层是设置在所述微结构单元的所述第一平面和所述第二平面的至少一个平面上的微结构扩散层；或者，所述光扩散层是设置在所述微透镜层的投影光线入射侧的光学扩散薄膜。优选地，所述吸光层是黑色吸光材料层。优选地，所述微透镜层、所述透明基材层和所述全反射层是由同一PET基材一体形成的。可替代地，所述微透镜层、所述透明基材层和所述全反射层的材料互不相同。所述屏幕还可以包括内侧层，所述内侧层位于所述全反射层和所述吸光层之间，所述内侧层具有与所述全反射层的所述微结构单元相匹配的锯齿状结构，所述全反射层的折射率n1和所述内侧层的折射率n2满足关系：n2<n1-0.2。例如，所述内侧层可以是空气层、石英层或玻璃层。优选地，所述全反射层的各所述微结构单元设置成旋转对称的全反射棱镜，所述微结构单元的两个相交平面与所述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。优选地，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。可替代地，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。根据本专利技术的第二施例提供了一种投影系统，所述投影系统包括投影机和如上所述的屏幕。根据上述说明可知，根据本专利技术的屏幕和投影系统至少具有如下优势：1、通过在全反射层的表面设置具有阵列结构的微透镜层，改变以大的入射角度入射的投影光线的光路，使得绝大部分投影光线在全反射层的微结构单元的两个倾斜平面上均满足全反射条件，从而能够在连续发生两次全反射之后被反射至观看者的视场范围内，有效地提高了屏幕对投影光线的利用效率。2、微透镜层显著提高了投影光线的反射效率，从而能够获得更高的屏幕增益。3、通过设置散射层，使得经全反射层准直的光线以更大的扩散角出射，增大了屏幕的有效观看视角。应当理解，本专利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是示出了根据本专利技术的屏幕的结构示意图；图3是示出了根据本专利技术的屏幕的层叠结构的横截面示意图；图4是示出了根据本专利技术的屏幕的微透镜单元的结构设计的示意图；图5是示出了根据本专利技术的屏幕的全反射层的微结构单元的旋转对称结构的示意图；图6是示出了根据本专利技术的屏幕的微透镜层的微透镜单元的旋转对称结构的示意图；图7是示出了根据本专利技术的屏幕的光扩散层的示例的结构示意图；图8是示出了根据本专利技术的屏幕的结构示意图；图9是示出了根据本专利技术的屏幕的光扩散层的另一示例的结构示意图；图10是示出了根据本专利技术的屏幕的全反射层的微结构单元的光学原理的示意图；图11是示出了根据本专利技术的屏幕的微结构单元的倾斜角度与光路之间的关系的示意图；图12是示出了根据本专利技术的屏幕的微结构单元的光学角度的模拟实例；图13是示出了根据本专利技术的屏幕的全反射层和内侧层的材料折射率的关系的示意图；图14是示出了根据本专利技术的屏幕的加工的具体实施例。具体实施方式下面，将参照附图详细说明根据本专利技术的各具体实施例。需要强调的是，附图中的所有尺寸仅是示意性的并且不一定是按照真实比例图示的，因而不具有限定性。例如，应当理解，图示出的投影屏幕的多层结构中各层的厚度、形状、大小等并不是按照实际的尺寸和比例示出的，仅是为了图示方便。一、全反射投影屏幕的结构说明图2是示出了根据本专利技术实施例的投影屏幕的结构示意图。如图2中所示，屏幕10包括依次层叠设置的吸光层11和光学功能层12，光学功能层12相对于吸光层11位于投影机(未图示)的投影光线的入射侧。在下文中，也将屏幕10的投影光线的入射侧称为屏幕的外侧(即，面向观众一侧)，将吸光层侧称为屏幕的内侧(即，背向观众一侧)本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种屏幕，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，所述屏幕包括从所述投影光线的入射侧依次层叠设置的微透镜层、透明基材层、全反射层和吸光层，所述吸光层能够吸收透过所述微透镜层、所述透明基材层和所述全反射层的光，所述微透镜层包括多个微透镜单元，所述全反射层包括多个微结构单元，所述微结构单元具有位于下侧的第一平面和位于上侧的第二平面，所述第一平面和所述第二平面相交，所述多个微结构单元构成锯齿结构，并且所述微透镜单元与所述微结构单元至少部分交错地设置，使得所述微透镜单元将至少部分所述投影光线会聚至所述第一平面，被会聚至所述第一平面的所述投影光线在所述第一平面和所述第二平面连续发生两次全反射之后出射。

【技术特征摘要】
1.一种屏幕，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，所述屏幕包括从所述投影光线的入射侧依次层叠设置的微透镜层、透明基材层、全反射层和吸光层，所述吸光层能够吸收透过所述微透镜层、所述透明基材层和所述全反射层的光，所述微透镜层包括多个微透镜单元，所述全反射层包括多个微结构单元，所述微结构单元具有位于下侧的第一平面和位于上侧的第二平面，所述第一平面和所述第二平面相交，所述多个微结构单元构成锯齿结构，并且所述微透镜单元与所述微结构单元至少部分交错地设置，使得所述微透镜单元将至少部分所述投影光线会聚至所述第一平面，被会聚至所述第一平面的所述投影光线在所述第一平面和所述第二平面连续发生两次全反射之后出射。2.如权利要求1所述的屏幕，其特征在于，所述全反射层和所述微透镜层具有对应的旋转对称结构。3.根据权利要求2所述的屏幕，其特征在于，所述全反射层的旋转中心轴线和所述微透镜层的旋转中心轴线均垂直于所述屏幕的平面且位于所述屏幕的下方。4.如权利要求2所述的屏幕，其特征在于，所述微透镜层具有圆弧形的旋转对称结构。5.如权利要求1所述的屏幕，其特征在于，所述微透镜单元的焦距为f，所述微透镜单元的圆弧与光轴的交点和对应的所述第一平面和所述第二平面的交线在所述光轴方向上的距离为d，所述f和所述d满足如下关系式：f＜3d。6.如权利要求5所述的屏幕，其特征在于，f≈d。7.如权利要求1所述的屏幕，其特征在于，所述屏幕还设置有光扩散层，所述光扩散层是设置在所述微结构单元的所述第一平面和所...

【专利技术属性】
技术研发人员：王霖，胡飞，孙微，李屹，
申请(专利权)人：深圳光峰科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44