CN106527036A - 一种投影屏幕及投影显示系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及投影显示技术领域，尤其涉及一种投影屏幕及投影显示系统，用以提高投影屏幕亮度的整体均匀性，其中投影屏幕的入光侧表面的目标区域设置有减反射材料层，减反射材料层用于减少投影机投射至目标区域的光的反射，目标区域为投影屏幕的入光侧表面与投影屏幕上亮度低于亮度阈值的区域所对应的区域。由于在投影屏幕入光侧表面的目标区域设置有减反射材料层，使得投影机投射至目标区域的光产生较少的反射，即入射至目标区域的大部分光折射进入到了投影屏幕内，提高了投影屏幕的整体均匀性；且目标区域分为N个子目标区域，每个子目标区域设置的减反射材料层的减反射率不同，从而可更好地均衡投影屏幕的亮度。

Description

一种投影屏幕及投影显示系统

技术领域

本发明涉及投影显示技术领域，尤其涉及一种投影屏幕及投影显示系统。

背景技术

在投影显示领域，投影显示系统分为背投影显示系统和正投影显示系统，其中，背投影显示系统中包含投影机和背投屏幕，正投影显示系统中包含投影机和正投屏幕。

如图1(a)所示，为现有技术中的背投影显示系统示意图，其中，背投屏幕为菲涅尔透镜屏，菲涅尔透镜屏是指具有菲涅尔透镜层的光学屏，菲涅尔透镜层的作用是将投影机的入射光进行会聚准直，以平行光出射至菲涅尔透镜层后方的光学透镜层，如图1(a)所示，菲涅尔透镜出射的光均以水平方向出射至柱状透镜层，柱状透镜层中的凸透镜部分接收准直光线并进行会聚，在凸透镜的焦平面上进行成像，并最终从柱状透镜层以会聚后发散的状态发射出去，进入人眼。在对背投显示领域用菲涅尔透镜的背投屏幕进行光学测试后发现，即使投影机本身发出光的亮度均匀性很好，但是经过背投屏幕之后，均匀性也会有所改变，，这是因为屏幕本身对光束具有一定的增益变化，人眼实际感知的亮度是投影机出射亮度和屏幕增益共同作用的结果。如图1(a)所示的背投屏幕结构，投影机发出的光线经过菲涅尔透镜层时，会在其表面发生反射，造成能量损失，而且这种反射能量损失随着入射光角度的增加而增加，比如对于投射比在0.6-0.7范围内的投影机，背投屏幕四周边缘的能量一般比中心约有20％的损失，且投影机焦距越短(即入射光线角度更大)，这种能量损失造成的背投屏幕整体亮度均匀性会更差。

对于正投影显示系统也存在类似的问题，如图1(b)所示，为现有技术中的正投影显示系统示意图，其中，给出的是桌面式正投影显示系统，即投影机放置于桌面上，正投屏幕的中心位置要高于投影机的中心位置，人眼与投影机位于正投屏幕的同一侧，此时，投影机的出射光照射到正投屏幕，且最先投射至正投屏幕的硬保护层，投影机发出的光线在经过正投屏幕表面(即硬保护层)时，大部分折射进入正投屏幕，然后经过菲涅尔透镜聚焦反射后从正投屏幕水平出射，而有约10％-20％的光会经过正投屏幕表面的反射后形成亮度损失，并且，如图1(b)所示，投影机发出光的入射角度越大，造成的表面光反射损失越严重，同时也会造成折射进入屏幕的光能量减少，进而造成正投屏幕上光的均匀性变差。

综上所述，现有技术中的投影显示系统存在投影屏幕上的光的均匀性较差的技术问题。

发明内容

本发明提供一种投影屏幕及投影显示系统，用以提高投影显示系统中投影屏幕上光的均匀性。

第一方面，本发明实施例提供一种投影屏幕，包括：投影屏幕靠近投影机一侧最外层的目标区域设置有减反射材料层，所述减反射材料层用于减少所述投影机投射至所述目标区域的光的反射。

第二方面，本发明实施例还提供一种投影显示系统，包含上述第一方面所述的投影屏幕以及投影机。

本发明实施例中的投影屏幕，投影屏幕的入光侧表面的目标区域设置有减反射材料层，所述减反射材料层用于减少所述投影机投射至所述目标区域的光的反射，所述目标区域为所述投影屏幕的入光侧表面与所述投影屏幕上亮度低于亮度阈值的区域所对应的区域，所述目标区域分为N个子目标区域，且所述N个子目标区域上的减反射材料层的减反射率不同，N为正整数。该投影屏幕可以是正投屏幕也可以是背投屏幕，由于在投影屏幕入光侧表面的目标区域设置有减反射材料层，从而使得投影机投射至目标区域的光产生较少的反射，即入射至目标区域的大部分光折射进入到了投影屏幕内，从而实现提高了投影屏幕的整体均匀性；且目标区域分为多个子目标区域，每个子目标区域设置的减反射材料层的减反射率不同，从而可实现更好地均衡投影屏幕的亮度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1(a)为背景技术中的背投影显示系统示意图；

图1(b)为背景技术中的正投影显示系统示意图；

图2为本发明实施例提供的背投影显示系统示意图；

图3为本发明实施例提供的背投影显示系统中菲涅尔透镜层正视图；

图4为本发明实施例提供的背投影显示系统中目标区域设置示意图；

图5为本发明实施例提供的正投影显示系统示意图；

图6为本发明实施例提供的正投影显示系统中目标区域设置示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

投影显示系统分为背投影显示系统和正投影显示系统。其中，背投影显示系统中，人眼与投影机分别位于投影屏幕的两侧，即，投影机将光投射至投影屏幕上，然后通过投影屏幕折射，然后出射至人眼，在背投影显示系统中，投影屏幕称为背投屏幕；正投影显示系统中，人眼与投影机位于投影屏幕的同一侧，正投影显示系统中投影屏幕称为正投屏幕，正投屏幕沿投影机光线入射方向依次包括硬质层，扩散层，菲涅尔透镜层以及反射层。投影机发出的光线在经过正投屏幕表面时大部分折射进入屏幕，然后经过菲涅尔透镜聚焦反射后水平出射屏幕，到达人眼。常见的正投影显示系统有桌面式正投影显示系统和吊装式正投影显示系统，其中，桌面式正投影显示系统中，投影机的中心轴要低于投影屏幕的中心轴；吊装式正投影显示系统投影机的中心轴要高于投影屏幕的中心轴。

下面结合说明书附图对本发明实施例作进一步详细描述。

本发明实施例提供的投影屏幕，在投影屏幕的入光侧表面的目标区域设置有减反射材料层，所述减反射材料层用于减少投影机投射至目标区域的光的反射，其中，目标区域为投影屏幕的入光侧表面与所述投影屏幕上亮度低于亮度阈值的区域所对应的区域，目标区域分为N个子目标区域，且N个子目标区域上的减反射材料层的减反射率不同，N为正整数。

在投影屏幕的目标区域(其中，目标区域一般为光能量损失比较大的区域)表面设置减反射材料层，该减反射材料层可以是光学减反射膜(增透膜)。通过设置减反射材料层，可以提高目标区域的光线入射量，从而以缩小与非目标区域(一般为亮度较亮的区域)的亮度差异，提升整个屏幕的亮度均匀性。具体地，该减反射层可以具体为光学减反射膜，例如，为实现对380nm-760nm整个可见光区域均有较好的减反射效果，该光学减反射膜为大于或等于2层的减反射膜，膜层材料可以为氟化镁(MgF2)、二氧化钛(TiO2)、硒化锌(ZnSe)等，采用的镀膜方法有真空蒸镀、化学起相沉积、溶胶—凝胶镀膜等。

并且，由于目标区域上不同位置的光能量损失也不尽相同，因此本发明实施例汇总，在对目标区域设置减反射材料层时，将目标区域细分为N个子目标区域，N个子目标区域上的减反射材料层的减反射率不同，从而可实现更好地均衡投影屏幕的亮度。

下面根据投影屏幕的类型，来分别加以说明。

一、投影屏幕为背投屏幕

如图2所示，为本发明实施例提供的投影显示系统，其中，投影屏幕为背投屏幕，所述投影屏幕的入光侧表面为菲涅尔透镜层。

在背投影显示系统中，由于投影机位于经过背投屏幕中心且与背投屏幕垂直的直线上，因此，在背投屏幕上，一般是中间区域较亮，四周区域较暗，即背投屏幕的亮度由中心向四周逐渐变暗，因此在背投影显示系统中，目标区域一般为四周区域，即需要进行优化的区域分布于菲涅尔透镜层四周。

由于菲涅尔透镜为矩形，其与背投屏幕的尺寸相同，因此，在本发明实施例中，参照图2，背投影显示系统中的目标区域设置为菲涅尔透镜层上除目标圆形区域外的区域，其中，目标圆形区域为以菲涅尔透镜层的中心为圆心，以预设长度为直径的圆形区域。并且，目标区域的面积与投影机的投射比成反比，目标圆形区域的面积与投影机的投射比成正比。并且，一般对于投射比＞0.4的情况，目标区域所占面积比＜60％时，会达到比较好的优化效果。

举例来说，使用投射比为0.68的投影机，投射在70寸，长宽比为16:9的背投屏幕上时，经过实测，减反射材料层应该设置菲涅尔透镜上在与投影机光轴夹角为22.5°-40°的范围内(这里是半角度)，如果按照投影机本身发出光的角度范围来算，应该是以光轴为对称轴，在45°-80°的角度范围内。本实施例中，减反射材料层设置的区域面积(即目标区域的面积)约占整个背投屏幕面积的56％。

如图3所示，为背投影显示系统中菲涅尔透镜正视图，其中，示例性地以菲涅尔透镜层的宽度为预设长度进行说明，因此，目标圆形区域的直径等于菲涅尔透镜层的宽度。在目标区域(即图3中的阴影区域)表面设置有减反射材料层，目标区域保持现状，即不设置减反射材料层。

下面给出设置目标区域的具体方法，在图3中目标区域的基础上，目标区域包含N个子目标区域，所述N个子目标区域中距离投影屏幕的中心的距离依次增大，且所述N个子目标区域中每个子目标区域的减反射材料层的反射率与子目标区域距离菲涅尔透镜层的中心的距离成正比。

参考图4，为本发明实施例提供的背投影显示系统中目标区域设置示意图，其中以N＝3为例进行示例性地说明。

目标区域被设置为3个子目标区域1，2，3(是需要设置减反射材料层的区域)，图4中的区域4为目标圆形区域(即非目标区域，是不需要优化的)，在区域1，2，3上设置有减反射材料层，并且区域1，2，3上设置的减反射材料层的反射率依次减小，即各区域减反射材料层对光线的反射率关系为：1＞2＞3。之所以这么设置，是基于以下原因：由于现有技术中的背投屏幕的作用是将投影机投射在屏幕上的能量按照中心高且向背投屏幕边缘逐渐降低的趋势设置，因此在本发明实施例中，通过设置减反射材料层来提高屏幕边缘亮度的同时，也可以保留此种趋势，因此通过设置区域1，2，3的3个减反射材料层，在投影机投射在屏幕上照度均匀的前提下，各区域减反射材料层对光线的反射率关系为：1＞2＞3，这样就可以保证在提升屏幕整体亮度均匀性的同时，也能够保证屏幕上亮度由中心向边缘逐渐递减而连续变化，不至于出现亮度突变的情况而影响观看效果，当然，减反射材料层设置区域分的区域越多越可以使得亮度连续，但是太多又会增加成本和工艺复杂度，对于小于100寸的背投屏幕，子目标区域以少于7个为最好。

此外，对于子目标区域1，2，3上设置的减反射材料层的反射率的关系，也可以设置为1<2<3，这样设置可以实现使得投影屏幕的整体亮度更加均匀，即各处亮度保持一致。

具体如何设置各个子目标区域上的减反射材料层的反射率，可根据实际需要而定，本发明实施例对比没有限制。

对于子目标区域的设置，由于背投屏幕的菲涅尔透镜层结构是中心对称的，屏幕上的亮度分布一般也是由屏幕中心向周围对称式递减，因而为达到较好的亮度均匀性提升效果且依然有亮度递减式的分布，细分区域依然为圆形，且半径等分式增加，例如，对于上述实施例，对于70寸，长宽比为16:9的背投屏幕，背投屏幕长度为1550mm，宽度为872mm，一种实现方式中，区域3可位于直径872-1174mm的圆环型区域、区域2位于直径1174-1476mm的圆环形区域、区域1位于直径1476-1778mm的圆环形区域，三个圆环形区域等间距排列，每个圆环区域的宽度均是302mm。当然，由于背投屏幕是矩形的，所有的环形区域均会被矩形屏幕的外轮廓截成半圆环形区域，如图4所示。

二、投影屏幕为正投屏幕

如图5所示，为本发明实施例提供的投影显示系统，其中，投影屏幕为正投屏幕，且投影屏幕的入光侧表面为硬保护层，即投影机的透射光最先投射到正投屏幕的硬保护层上。因此，将减反射材料层设置在硬保护层上。

以桌面式正投影显示系统为例，参考图5，投影机的中心轴要低于投影屏幕的中心轴，因此，一般情况下，正投屏幕的亮度为从下往上依次逐渐变暗。

因此，在该情形下，由于硬保护层为矩形，因此本发明实施例将硬保护层上的目标区域划分为N个子目标区域，所述N个子目标区域与目标位置的距离沿目标位置到硬保护层的中心的方向依次增大，所述目标位置为经过所述硬保护层的中心且平行于所述硬保护层的直线与所述投影机的水平光轴相交的位置。具体地，所述N个子目标区域中的每个子目标区域为所述子目标区域对应的第一目标区域与所述目标区域相交的区域，所述第一目标区域为以所述目标位置为圆心，以所述目标区域对应的半径为半径的圆形区域中去除所述子目标区域对应的第二目标区域的区域，所述第二目标区域为所述N个子目标区域中与所述目标位置的距离小于所述子目标区域与所述目标位置的距离的所有子目标区域。

可选地，N个子目标区域中的每个子目标区域的减反射材料层的反射率与所述子目标区域与所述目标位置的距离成正比。

参考图6，本发明实施例提供的正投影显示系统中目标区域设置示意图，以目标区域被划分为5个子目标区域为例进行说明，其中：

A、每个区域均为圆环状区域，所有圆环区域的圆心在目标位置(即正投屏幕正下方与投影机的水平光轴交汇的位置)。

B、各圆环状区域(即5个子目标区域)的半径关系为：5＞4＞3＞2＞1。

C、各区域所设置的减反射材料层对相应入射角度的光线的反射率近似相同，反射率从区域1-5逐渐增大，反射率之间的差异≤2％，且区域1的反射率与区域5之间的反射率差值不能超过3％。

其中，区域1到区域5的反射率依次增大，从而可以实现提高屏幕整体亮度的同时，保持屏幕亮度从区域1到区域5逐渐降低的趋势。

需要说明的是：实际中由于投影机的投射比、正投屏幕的尺寸、投影机的offset等不一样，造成的反光现象及亮度均匀性情况不一样，那么需进行设计优化的目标区域及目标区域中的子目标区域就要重新计算，亦即减反射材料设置区域的大小需要重新计算，但原理都是一样的。

正投屏幕的反光严重程度与屏幕尺寸、投影机的投射比、投影机的offset均有关系，一般屏幕尺寸越大、投影机的投射比越小、投影机的offset越大，屏幕的反光越严重，实际应用中，对于投射比＜0.3，屏幕尺寸≤120寸，投影机offset＞120％的情况，均需要设置减反射材料层。

举例来说，使用投射比为0.24、offset为145％的超短焦投影机投射在100寸16:9的正投屏幕上，其中正投屏幕的长度为2214mm，宽度为1245mm，经过实测，投影机发出光的角度为28°-71°，那么因表面反射造成的能量损失约5％-12％，为实现减反射的效果，同时提升屏幕的亮度均匀性，可根据下列方式设置目标区域：

参考图6，子目标区域1设置为半径280-529mm的圆环形区域，子目标区域2设置为半径529-778mm的圆环形区域，子目标区域3设置为半径778-1027mm的圆环形区域，子目标区域4设置为半径1027mm-1276mm的圆环形区域，子目标区域5设置为半径1276mm-1525mm的圆环形区域，每个圆环区域的宽度均为249mm。其中，目标位置位于正投屏幕正下方280mm的位置。经计算各区域所在的投影机的发光角度区域为：区域1：28°-45°；区域2：45°-56°；区域3：56°-63°；区域4：63°-67°；区域5：67°-71°

本发明实施例中的投影屏幕，投影屏幕的入光侧表面的目标区域设置有减反射材料层，所述减反射材料层用于减少所述投影机投射至所述目标区域的光的反射，所述目标区域为所述投影屏幕的入光侧表面与所述投影屏幕上亮度低于亮度阈值的区域所对应的区域，所述目标区域分为N个子目标区域，且所述N个子目标区域上的减反射材料层的减反射率不同，N为正整数。该投影屏幕可以是正投屏幕也可以是背投屏幕，由于在投影屏幕入光侧表面的目标区域设置有减反射材料层，从而使得投影机投射至目标区域的光产生较少的反射，即入射至目标区域的大部分光折射进入到了投影屏幕内，从而实现提高了投影屏幕的整体均匀性；且目标区域分为多个子目标区域，每个子目标区域设置的减反射材料层的减反射率不同，从而可实现更好地均衡投影屏幕的亮度。

另一方面，本发明实施例还提供一种投影显示系统，包含上述任一实施例所述的投影屏幕，及投影机。

上述投影显示系统可实现提高投影屏幕的亮度的均匀性，其中，投影屏幕的具体结构可参照上述实施例，在此不再赘述。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (11)

1.一种投影屏幕，其特征在于，所述投影屏幕的入光侧表面的目标区域设置有减反射材料层，所述减反射材料层用于减少所述投影机投射至所述目标区域的光的反射，所述目标区域为所述投影屏幕的入光侧表面与所述投影屏幕上亮度低于亮度阈值的区域所对应的区域，所述目标区域分为N个子目标区域，且所述N个子目标区域上的减反射材料层的减反射率不同，N为正整数。

2.如权利要求1所述的投影屏幕，其特征在于，所述投影屏幕为背投屏幕，所述投影屏幕的入光侧表面为菲涅尔透镜层。

3.如权利要求2所述的投影屏幕，其特征在于，所述目标区域为所述菲涅尔透镜层上除目标圆形区域外的区域，所述目标圆形区域为以所述投影屏幕的中心为圆心，以预设长度为直径的圆形区域。

4.如权利要求3所述的投影屏幕，其特征在于，所述目标区域的面积与所述投影机的投射比成反比，所述目标圆形区域的面积与所述投影机的投射比成正比。

5.如权利要求3所述的投影屏幕，其特征在于，所述N个子目标区域与所述投影屏幕的中心的距离依次增大，且所述N个子目标区域中每个子目标区域的减反射材料层的反射率与所述子目标区域距离所述菲涅尔透镜层的中心的距离成正比。

6.如权利要求1所述的投影屏幕，其特征在于，所述投影屏幕为正投屏幕，所述投影屏幕的入光侧表面为硬保护层。

7.如权利要求6所述的投影屏幕，其特征在于，所述N个子目标区域与目标位置的距离沿所述目标位置到所述硬保护层的中心的方向依次增大，所述目标位置为经过所述硬保护层的中心且平行于所述硬保护层的直线与所述投影机的水平光轴相交的位置。

8.如权利要求7所述的投影屏幕，其特征在于，所述N个子目标区域中的每个子目标区域为所述子目标区域对应的第一目标区域与所述目标区域相交的区域，所述第一目标区域为以所述目标位置为圆心，以所述目标区域对应的半径为半径的圆形区域中去除所述子目标区域对应的第二目标区域的区域，所述第二目标区域为所述N个子目标区域中与所述目标位置的距离小于所述子目标区域与所述目标位置的距离的所有子目标区域。

9.如权利要求7或8所述的投影屏幕，其特征在于，所述N个子目标区域中的每个子目标区域的减反射材料层的反射率与所述子目标区域到所述目标位置的距离成正比。

10.如权利要求1-8中任一项所述的投影屏幕，其特征在于，所述减反射材料层为光学减反射膜，所述光学减反射膜包含至少两层膜层材料。

11.一种投影显示系统，其特征在于，包含权利要求1-8中任一项所述的投影屏幕及投影机。