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增益的结构简单的屏幕和采用这种屏幕的投影系统。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。所述屏幕至少包括从所述投影光线的入射侧依次层叠设置的透明基材层、全反射层和吸光层。所述吸光层能够吸收透过所述透明基材层和所述全反射层到达所述吸光层的光。所述全反射层包括多个微结构单元，所述微结构单元具有两个相交平面，所述多个微结构单元构成锯齿结构，所述全反射层能够透过环境光，并且使至少部分所述投影光线在发生全反射后出射。所述微结构单元的所述两个相交平面中的至少一个平面上设置有微结构扩散层。

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具有高对比度的结构简单的投影屏幕和投影系统。
技术介绍
近年来，随着投影机亮度的不断提高，大尺寸的投影显示系统被广泛使用。例如，投影显示系统在大尺寸家庭影院应用中的优势日益体现了出来。相比于传统的LCD电视，投影系统整体尺寸小，便于安装和收纳，整套系统价格低，并可以轻松实现大于100寸的显示画面。在投影显示系统中，除了投影机之外，投影屏幕是周边设备中最常使用的产品之一。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，但是在实际的使用中，环境光对屏幕画面的对比度会产生较强的影响，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。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吸光层的技术方案。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L1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。另外，如图2所示，在公开号为CN1954260A的中国专利申请也提出了一种反射屏幕。该反射屏幕10设置有基底部11、光透过部12、反射层13和光吸收部14能够使从影像源L投影的影像光L1、L2反射，同时，能够使来自设置于反射屏10的上方的室内照明G等的外部光G1、G2被光吸收部14吸收。此外，反射屏幕还设置有前面处理层15。前面处理层15可以根据需要选择设置，从而实现防眩光处理、散射处理、防反射处理、防带电处理、硬涂层处理、防污处理等各种技术效果。可见，在上述现有技术中，一方面，难以有效地同时提供屏幕的光学增益和对比度，另一方面，现有的屏幕一般具有多层结构，结构复杂，导致成本高且成品率较低。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术期望提供一种兼具高对比度和高屏幕增益，并且结构简单、低成本的屏幕和投影系统。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。所述屏幕至少包括从所述投影光线的入射侧依次层叠设置的透明基材层、全反射层和吸光层。所述吸光层能够吸收透过所述透明基材层和所述全反射层到达所述吸光层的光，所述全反射层包括多个微结构单元，所述微结构单元具有两个相交平面，所述多个微结构单元构成锯齿结构，所述全反射层能够透过环境光，并且使至少部分所述投影光线在发生全反射后出射。所述微结构单元的所述两个相交平面中的至少一个平面上设置有微结构扩散层。优选地，所述微结构扩散层的折射率与所述全反射层的折射率的差值不大于0.1。优选地，所述微结构单元的所述两个相交平面上均设置有所述微结构扩散层。优选地，所述微结构扩散层的厚度小于50微米。例如，所述微结构扩散层是通过在所述全反射层上进行喷砂处理而形成的。可替代地，所述微结构扩散层是通过模具表面粗糙化处理而形成在所述全反射层上的胶水转印结构。可替代地，所述微结构扩散层是通过在对所述全反射层的表面进行光滑处理时喷涂具有散射粒子的胶水而形成的。所述全反射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。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。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，所述两个相交平面被设置为使得所述投影光线在所述两个相交平面中的一个平面上发生全反射之后沿着与所述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屏幕的平面且位于所述屏幕的下方。根据本专利技术的第二实施例提供了一种投影系统。所述投影系统包括投影机和上述屏幕。如上所述，根据本专利技术的屏幕和投影系统至少具有如下优势：1、简化投影屏幕的结构，只需要通过设置包括光学功能层和黑色吸光层的双层简单结构就能够实现提高增益和对比度的技术效果；2、相比于单独设置厚重的散射膜，设置于光学功能层的微结构单元中的散射材料层更轻薄且更容易加工，降低了成本，提高了成品率；3、通过对光学功能层角度的设计，既可以将来自投影机的投影光线和来自环境的环境光线区分开，提高屏幕的对比度，又可以将投影光线以一定散射角反射至观众的视野中，增大了投影屏幕的视场角。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是示出了现有技术中的投影屏幕的另一示例的示意图；图3是示出了根据本专利技术实施例的投影系统的结构示意图；图4是示出了根据本专利技术实施例的的全反射屏幕的光学功能层的旋转对称结构的示意图；图5是示出了根据本专利技术实施例的屏幕的光学功能层的微结构单元的截面结构示意图；图6是示出了根据本专利技术实施例的屏幕的光学功能层的微结构的光学原理的示意图；图7是示出了根据本专利技术实施例的屏幕的微结构单元的光学倾角的选择的示意图；图8是示出了根据本专利技术实施例的屏幕的微结构单元的光学角度的模拟实例；图9是示出了根据本专利技术实施例的屏幕的光学功能层和吸光层的材料折射率的选择范围示意图；图10是示出了根据本专利技术实施例的屏幕的微结构扩散层的示意图；图11示出了根据本专利技术实施例的屏幕的散射分布及屏幕增益的仿真模拟结果；图12示出了根据本专利技术实施例的屏幕的散射分布及屏幕增益的仿真模拟结果；图13示出了根据本专利技术的实施例的屏幕的散射分布及屏幕增益的仿真模拟结果；图14示出了根据本专利技术实施例的屏幕的光学对比度的仿真模拟结果。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以及厚度比例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、全反射投影系统概述图3是示出了根据本专利技术实施例的投影系统的结构示意图。如图3中所示，投影系统包括屏幕10和投影机20。屏幕10包括依次层叠设置的吸本文档来自技高网...

【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，所述屏幕至少包括从所述投影光线的入射侧依次层叠设置的透明基材层、全反射层和吸光层，所述吸光层能够吸收透过所述透明基材层和所述全反射层到达所述吸光层的光，所述全反射层包括多个微结构单元，所述微结构单元具有两个相交平面，所述多个微结构单元构成锯齿结构，所述全反射层能够透过环境光，并且使至少部分所述投影光线在发生全反射后出射，并且所述微结构单元的所述两个相交平面中的至少一个平面上设置有微结构扩散层。

【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，所述屏幕至少包括从所述投影光线的入射侧依次层叠设置的透明基材层、全反射层和吸光层，所述吸光层能够吸收透过所述透明基材层和所述全反射层到达所述吸光层的光，所述全反射层包括多个微结构单元，所述微结构单元具有两个相交平面，所述多个微结构单元构成锯齿结构，所述全反射层能够透过环境光，并且使至少部分所述投影光线在发生全反射后出射，并且所述微结构单元的所述两个相交平面中的至少一个平面上设置有微结构扩散层。2.如权利要求1所述的屏幕，其特征在于，所述微结构扩散层的折射率与所述全反射层的折射率的差值不大于0.1。3.如权利要求1所述的屏幕，其特征在于，所述微结构单元的所述两个相交平面上均设置有所述微结构扩散层。4.如权利要求1或2所述的屏幕，其特征在于，所述微结构扩散层的厚度小于50微米。5.根据权利要求4所述的屏幕，其特征在于，所述微结构扩散层是通过在所述全反射层上进行喷砂处理而形成的；或者所述微结构扩散层是通过模具表面粗糙化处理而形成在所述全反射层上的胶水转印结构；或者所述微结构扩散层是通过在对所述全反射层的表面进行光滑处理时喷涂具有散射粒子的胶水而形成的。6.根据权利要求1或...

【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