[發(fā)明專利]透明投影屏幕

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410574358.5
• 申請日: 2014-10-24
• 公開（公告）號: CN104298063A
• 公開（公告）日: 2015-01-21
• 發(fā)明（設計）人: 樓益民
• 申請（專利權）人: 蘇州大學
• 主分類號: G03B21/62
• 分類號: G03B21/62;G03B21/625;G02B1/11
• 代理公司: 蘇州創(chuàng)元專利商標事務所有限公司 32103
• 代理人: 陶海鋒

技術領域

本發(fā)明涉及一種透明投影屏幕，具體涉及一種采用微納結構實現(xiàn)高增益投影顯示的透明投影屏幕。

背景技術

目前市場上常見的投影屏幕包括：白塑布投影屏幕、玻璃珠投影屏幕和銀色珍珠投影屏等，這類屏幕基于反射及散射原理，無法實現(xiàn)透明投影顯示，且存在增益低、信噪比低和易受環(huán)境光干擾等不足。

近期出現(xiàn)了一種透明或者半透明的投影屏幕，這類屏幕在投影顯示圖像的同時能夠透過屏幕觀察屏幕后面的物體，具有魔幻新奇的效果，應用廣泛。公開號為WO?99/64902的?PCT國際專利中公開了一種基于全息光學元件的多層透明投影顯示屏幕，其全息光學元件在普通環(huán)境光照明下肉眼不可見，成透明狀態(tài)。當特定角度的投影光照射屏幕時，屏幕顯示投影圖像，觀察者能夠同時看到投影圖像和屏幕后的物體。日本DNP公司利用4層全息結構設計了一種具有類似效果的透明投影屏幕。這類屏幕結構復雜制作成本高。中國發(fā)明專利CN101030027A公開了一種具有全息柱面透鏡結構的投影屏；中國發(fā)明專利CN101034252A公開了一種具有像面全息結構的投影屏；中國發(fā)明專利CN101030028A公開了一種衍射投影屏；中國發(fā)明專利CN1811589A公開了一種基于全息透鏡的投影屏幕。這類投影屏幕具有一定的透明度，但是其顯示亮度受到衍射效率的嚴重制約，光能利用率低。中國發(fā)明專利CN102354081A公開了一種基于聚合物分散液晶的透明投影屏幕，液晶材料成本高，制作工藝復雜。中國發(fā)明專利CN103246102A公開了一種反式應變液晶多功能調光玻璃可用于透明投影顯示，這種屏幕需通過外加電壓來調節(jié)其透明程度，不利于節(jié)能環(huán)保。

發(fā)明內容

?本發(fā)明所要解決的問題是克服現(xiàn)有技術存在的不足，提供一種零能耗、結構簡單、高增益、高能量利用率的透明投影顯示屏。

為達到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術方案提供一種透明投影屏幕，它的結構為：第一基材層的上表面與空氣接觸，第一基材層的下表面依次分布聚焦結構和擴散結構；所述聚焦結構將來自投影系統(tǒng)的光線聚焦于觀察者所在位置，所述擴散結構將來自投影系統(tǒng)的光線在觀察者所在位置擴散成一個觀察區(qū)域；在所述的擴散結構上鍍有部分反射薄膜結構；部分反射薄膜結構表面覆蓋有折射率匹配層，折射率匹配層材料的折射率與聚焦結構和擴散結構材料的折射率一致；第二基材層的一個表面覆蓋于折射率匹配層上，第二基材層的另一表面與空氣接觸；所述的投影系統(tǒng)與觀察者所在位置在投影屏幕的同側。

?本發(fā)明所述的聚焦結構為V型槽結構、變頻光柵結構、微棱鏡陣列結構中的一種。各具體結構為：所述的V型槽結構的分布、取向、槽深與槽寬為連續(xù)變化，其結構參數滿足將入射的投影光線聚焦于觀察者所在位置；所述的變頻光柵結構的分布、取向、頻率參數滿足將入射的投影光線聚焦于觀察者所在位置；所述的微棱鏡陣列結構包括棱鏡單元，棱鏡單元的截面為直角三角形，其中一條直角邊與陣列所在的平面垂直，另一條直角邊位于陣列平面內，棱鏡單元的頂角為銳角，頂角的角度與棱鏡的取向滿足將入射的投影光線聚焦于觀察者所在位置。

本發(fā)明所述的擴散結構為隨機相位結構、微透鏡陣列結構、二元光學元件結構中的一種。各具體結構為：所述隨機相位結構為表面起伏的浮雕結構，浮雕結構的形狀、尺寸高度為隨機分布，浮雕結構的擴散性能包括擴散角度分布和能量分布，由浮雕結構的形狀與平均尺度確定，滿足在觀察者所在位置形成一個均勻觀察區(qū)域；所述的微透鏡陣列結構的擴散性能包括擴散角度分布和能量分布由微透鏡的半徑與口徑形狀確定，滿足在觀察者所在位置形成一個均勻觀察區(qū)域；所述的二元光學元件通過二元光學設計方法獲得相應的擴散結構，滿足在觀察者所在位置形成一個均勻觀察區(qū)域。

?本發(fā)明所述的部分反射薄膜結構為介質膜結構，介質膜結構對投影系統(tǒng)輸出的光譜實現(xiàn)部分反射，對其余的可見光譜實現(xiàn)透射，介質膜結的平均反射率為5%～70%。所述的部分反射薄膜結構也可以為金屬膜結構，金屬膜結構對可見光譜實現(xiàn)部分反射，平均反射率為5%～70%。

本發(fā)明所述的折射率匹配層填充在由部分反射膜、聚焦結構與擴散結構形成的微結構空隙中；折射率匹配層材料的折射率與聚焦結構和擴散結構的材料的折射率一致。光線透過聚焦結構、擴散結構、部分反射膜、折射率匹配層如同穿過一層透明玻璃，不發(fā)生匯聚或者發(fā)散現(xiàn)象。