[發明專利]一種正向投影屏及其制造方法

無效

• 申請號: 200910149608.X
• 申請日: 2009-06-08
• 公開（公告）號: CN101907821A
• 公開（公告）日: 2010-12-08
• 發明（設計）人: 陳波
• 申請（專利權）人: 陳波
• 主分類號: G03B21/26
• 分類號: G03B21/26;G02B3/00;G02B3/02;G03F1/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及正向投影屏及其制造方法，尤其涉及強環境光條件下實現高亮度和高對比度的正向投影屏及其制造方法。

背景技術

正向投影能夠從很小的投影儀圖像獲得所需的大屏幕圖像，原則上投影出的圖像大小不受限制。然而隨著投影圖像的增大，來自投影儀的光能量被分散到與尺寸成平方關系增大的面積中，造成圖像亮度急劇下降。另外，由于環境光的影響，圖像的對比度也會大大降低。

單純增加投影儀的光能量輸出，可以改善投影圖像的亮度，但會要求投影燈的功率輸出增大，隨之帶來散熱問題及投影燈的壽命問題，投影儀的體積和電功率消耗也會增加。提高投影儀的光能量輸出也不能有效解決強環境光對投影圖像的對比度影響問題。

如圖1所示，普通的白屏幕(101)基于朗伯散射，將來自投影儀(102)的光能量分散到屏幕前半球的所有方向，其中許多是不需要的，如朝上方向(103)、朝下方向(104)、朝左方向(105)、朝右方向(106)，而有用的方向只在屏幕前方觀眾眼睛(107)所在的一條觀察帶(108)內(相對于屏幕角度而言，上下約30度，水平約100度---依應用環境而不同)，所述的觀察帶的水平寬度(109)大于垂直寬度(110)。

從投影屏的光學性能著手是解決正向投影屏亮度和對比度的一條捷徑，現有技術采用多種方案達到改善屏幕亮度和對比度的目的。很常見的是玻璃微珠屏，在屏幕上分散了大量微小的具有溯源反射性能的玻璃微珠，這些玻璃微珠將投影光反射回投影儀方向，大大增加了投影圖像亮度。但這種屏幕有其局限性，如果投影儀偏離觀眾所在方向(如上掛式或地落式的情形)，觀眾看到的屏幕亮度會大大降低。另外，玻璃微珠反射的發散角為圓形，與前述之水平帶有較大差距，故不能充分利用光能。此外，玻璃微珠之間的間隙仍舊具有朗伯散射的特征，不能充分抑制環境光的影響(降低屏幕的對比度)。

美國專利發明6842282B2采用了玻璃微珠(201)與光柵(202)結合的結構，利用了微珠屏溯源反射的特征，并用光柵的涂黑側壁(203)吸收了部分環境光，提高了投影圖像的對比度。然而，微珠屏固有的局限性使得這種屏仍然不能解決投影儀和觀眾不在同一方向時亮度下降的問題。如果觀察者(205)偏離溯源反射光線(204)的方向，其觀察到的屏幕亮度大大降低。

圖3是中國專利(申請號85105808)采用二維反射微透鏡陣列(301)所發明的一種投影屏，可實現如前所述的帶狀反射，即在水平和垂直方向具有不同的發散角(α和β)，此特征是反射微透鏡單元(302)在水平和垂直方向的光焦度不同形成的；另外，反射微透鏡單元的低散射特性使得環境光不能散射，并偏離水平觀察帶，減少了環境光造成的對比度損失。然而該種屏幕有一個局限性，那就是屏幕上各處反射出的觀察帶并不重合，這是由于來自投影儀的投影光到達屏幕上各點的角度不同造成的。如圖3b中來自投影儀(309)的光線到達屏幕(303)中間處，經微透鏡單元(304)反射后形成一觀察帶(306)；而投影到屏幕左下方處的光線，經微透鏡單元(305)反射后形成另一觀察帶(307)，只有在兩個帶交叉處(308)才能同時看到微透鏡單元(304)和(305)處的圖像。如需看到屏幕的整體圖像，觀察者需處在屏幕所有各點反射形成的所有觀察帶交疊處，由于屏幕上各點反射形成的觀察帶中間位置都有不同，交疊面積會遠小于每個透鏡所生成的觀察帶面積，限制了觀察者的視場范圍。

由于微透鏡陣列反射屏具有較高的屏幕增益，在制造方法上，有許多現有技術致力于制造出此種屏幕。

美國專利US7239445B2發明了一種使用變形板來制造微透鏡陣列反射屏的技術，如圖4所示，預先成型的具有許多尖緣的刀具模(401)用于支撐可變形板(402)，當適當的外力施加于可變形板(402)上時，可變形板依據刀具模的形狀變形，形成透鏡列陣的弧面。可變形板預先作過拋光處理，因此由此方法制造出的微透鏡陣列反射屏具有光學表面，背景光的散射和影響被有效抑制。此項技術對于制造透鏡單元相同的屏幕是合適的，然而，由于刀具模(401)制作的復雜度，對于制造每個反射單元都不同的反射屏將極為困難。

熱熔法也是一種制造微透鏡列陣的常用技術，首先在光刻材料表面用光刻的方法形成所需的預形狀，再使用加溫熔融形成透鏡形狀。如美國專利US5718830提供了一種在有機玻璃上形成微透鏡列陣的方法。這種方法的缺點是制作的透鏡之間有盲區，會成為朗伯散射的區域，因而投影圖像的對比度會受環境光的影響而降低。另外，這種方法也不能制造透鏡單元各不相同的列陣，也不能制造在兩個方向具有不同光焦度的透鏡及列陣。