CN106990665B - 一种由八种不同功能材料组成的短距离投影屏幕及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种由八种不同功能材料组成的短距离投影屏幕，涉及新型显示器件领域。一种由八种不同功能材料组成的短距离投影屏幕由8层光学功能材料制成，从屏幕底部开始依次为：基板固定层001、反射层002、偏轴菲涅尔透镜层003、散斑抑制层004、柱状透镜层005、折射层006、基础颜色层007和抗划伤抗眩光层008。本发明创造一个线性菲涅尔透镜结构，通过这种菲涅尔透镜结构逐渐变化的投射光线而达到短焦距正投射的光路系统及终端的制作方法。从而实现在短距离范围把投影机输出的光能从新分布的功能，实现短距离的图像显示并且能够达到高清晰图像显示的目的。

Description

一种由八种不同功能材料组成的短距离投影屏幕及其制作 方法

技术领域

本发明涉及新型显示器件领域，尤其是一种由八种不同功能材料组成的短距离投影屏幕。

背景技术

年来激光光源技术的发展使激光电视进入家庭成为可能。而这种激光电视成像采用的是短焦距投影显示的光学引擎，与之配套需求一种短距离投射的光学微结构屏幕。

光学屏幕通常由菲涅尔透镜和柱状透镜组成。由菲涅尔透镜对光能进行重新分布，实现汇聚、均光、匀光等功能。而柱状透镜的圆柱形光栅可以实现视觉增加的功能和提高增益的功能。一般而言，投影屏幕是将投影机投射出的光能进行反射或透射，进入观众的眼睛，实现图像显示。由于光学屏幕都是通过光学维系结构来实现图像显示所需的功能。如增益、视角、清晰度、反射和透射功能。所以在屏幕的光学设计上需要考虑到一种材料，可能实现一种功能，故很难达到高品质的图像显示。激光光源产生以后，对光学屏幕的应用提出了新的要求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种由八种不同功能材料组成的短距离投影屏幕，实现在短距离范围把投影机输出的光能从新分布的功能，实现短距离的图像显示并且能够达到高清晰图像显示的目的。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种由八种不同功能材料组成的短距离投影屏幕，其特征在于，屏幕是由8层光学功能材料制成，从远离投影设备的屏幕底部开始依次为：基板固定层、反射层、偏轴菲涅尔透镜层、散斑抑制层、柱状透镜层、折射层、基础颜色层和抗划伤抗眩光层。

进一步限定，所述的基板固定层是一种可支撑多层光学功能材料贴合的板材。

进一步限定，所述的反射层是一真空镀膜层，这一层材料是通过磁控溅射的方式覆盖于菲涅尔透镜薄膜的微结构表面。

进一步限定，所述的偏轴菲涅尔透镜层通过在一个锥形辊筒上雕刻菲涅尔透镜微结构模具，采用压印工艺完成模具制造。

进一步限定，所述的散斑抑制层是一种涂层，并将有机或者无极粒子均匀地涂布在扩散层靠菲涅尔透镜的一面。

优选的，所述的粒子粒径为10nm~300nm。

进一步限定，所述的柱状透镜层是一种半圆柱状光栅阵列。

优选的，所述的折射层是由300~500nm的光学粒子混入PET原料中制成的膜材料。

进一步限定，所述的基础颜色层的颜料均匀的混合于分子材料中制成的片状材料，调整屏幕的整体颜色，增加对比度的功能。

优选的，所述的分子材料包括PET、PC和PMMA的至少一种。

一种由八种不同功能材料组成的短距离投影屏幕的制作方法，具体包括如下步骤：

S001选择基板；

S002大口径菲涅尔透镜的制作；短焦屏幕的核心部件就是依靠偏轴菲涅尔透镜对光源进行重新分配的功能，从而实现短焦距投影。把菲涅尔透镜环带通过光学模拟设计到模拟设计的锥形辊筒上。

根据模拟设计的锥形辊筒制作坯辊锥形辊的表面加工到所需要的尺寸精度，进行表面处理，一般是采用镀铜。

但铜的硬度要达到HV220以上，才能满足金刚石刀具的雕刻。所雕刻的菲涅尔透镜环带表面粗糙度应达到≤10nm, 满足光学材料成型的精度及表面粗糙度的要求。

表面环带雕刻完成后，表面处理镀一层铬层，而这一铬层厚度仅为1 μm左右，才能确保菲涅尔透镜环带的精确度，达到光学性能。

菲涅尔透镜成型是在一特制的锥辊UV涂布机上制作，在PET膜材上涂上UV光固胶，通过紫外光照射后固化成型菲涅尔透镜的环带结构，达到模具压印复制的功能，成品收卷存放备用。

S003在菲涅尔透镜的背面，通过磁控溅射的方式镀一层反光膜；

S004制作柱透镜，柱透镜是一种圆柱状结构的透镜，首先在辊筒上加工通过光学设计的3D柱状结构；其辊筒的制作达到尺寸精度要求，在表面镀上硬度达到HV220以上硬铜，在铜的表面用金刚石刀具雕刻柱状透镜的微结构；通过辊筒将柱透镜压印成型；

S005在柱透镜微结构表面闪镀一层1μm厚的铬作为保护层；

S006在UV涂布机上制作柱透镜膜；

S007在薄膜挤出成型机上制作出颜色层的光学膜；

S008在颜色层表面涂布一层抗眩光材料；

S009按设计顺序把其它几层光学材料叠合于蜂窝基板上。

本发明的有益效果是：本发明创造一个线性菲涅尔透镜结构，通过这种菲涅尔透镜结构逐渐变化的投射光线而达到短焦距正投射的光路系统及终端的制作方法。从而实现在短距离范围把投影机输出的光能从新分布的功能，实现短距离的图像显示并且能够达到高清晰图像显示的目的。

附图说明

图1为一种由八种不同功能材料组成的短距离投影屏幕结构示意图；

图2为本发明柱状透镜层结构示意图；

图3为圆心在长边中间的菲涅尔透镜的结构示意图；

图4为制作菲涅尔透镜的锥辊示意图。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

如图1所示，一种多层光学功能材料，短距离正面投影屏幕，其特征在于屏幕是由8层光学功能材料制成，从远离投影设备的屏幕底部开始为：基板固定层001、反射层002、偏轴菲涅尔透镜层003、散斑抑制层004、柱状透镜层005、折射层006、基础颜色层007、抗划伤抗眩光层008。

基板固定层001是一种具备足够支撑多层光学功能材料贴合的板材，应当是重量轻、平整和牢固性能。

反射层002其实质是一真空镀膜层，这一层材料是通过磁控溅射的方式覆盖于菲涅尔透镜薄膜的微结构表面。

散斑抑制层004，是一种涂层。这种涂层混合的有机或者无极粒子粒径为10nm~300nm,均匀地涂布在扩散层靠菲涅尔透镜的一面，可以有效消除散斑。

如图2所示，柱状透镜层通过在光学功能材料的表面加工成型一种柱状透镜。是一种在压印辊筒不上加工R为返乡的半圆柱状光栅阵列。达到光能重新分布，实现增透及增大视角功能。

折射层是006由300~500nm的光学粒子混入PET原料中制成的膜材料起到均光、匀光的作用，使屏幕的图像显示从屏幕中心到边缘均匀一致。

基础颜色层007，颜料均匀的混合于PET、PC、PMMA等分子材料中制成的片状材料，调整屏幕的整体颜色，增加对比度的功能。

抗划伤抗眩光层008一般的PET、PC等材料表面硬度不足，在装配和运输中易造成划伤。观看时屏幕表面太光滑有眩光。本层涂料制作在颜色层的表面，提高屏幕整体的物理性能和抗眩光功能。

一种由八种不同功能材料组成的短距离投影屏幕的制作方法，具体包括如下步骤：

S001选择基板，基板主要功能是屏幕的支撑，性能指标需要要求达到强度好、足以支撑多层光学膜的贴合而不变形，同时确保平整、重量轻的要求。故本专利选择了市面有售通用型蜂窝铝板作基板，能够满足多层光学膜的叠合。

S002大口径菲涅尔透镜的制作；短焦屏幕的核心部件就是依靠偏轴菲涅尔透镜对光源进行重新分配的功能，从而实现短焦距投影。把菲涅尔透镜环带通过光学模拟设计到模拟设计的锥形辊筒上。

根据模拟设计的锥形辊筒制作坯辊锥形辊的表面加工到所需要的尺寸精度，进行表面处理，一般是采用镀铜。

但铜的硬度要达到HV220以上，才能满足金刚石刀具的雕刻。所雕刻的菲涅尔透镜环带表面粗糙度应达到≤10nm, 满足光学材料成型的精度及表面粗糙度的要求。

表面环带雕刻完成后，表面处理镀一层铬层，而这一铬层厚度仅为1 μm左右，才能确保菲涅尔透镜环带的精确度，达到光学性能。

菲涅尔透镜成型是在一特制的锥辊UV涂布机上制作，在PET膜材上涂上UV光固胶，通过紫外光照射后固化成型菲涅尔透镜的环带结构，达到模具压印复制的功能，成品收卷存放备用。

S003在菲涅尔透镜的背面，通过磁控溅射的方式镀一层反光膜。

S004制作柱透镜，柱透镜是一种圆柱状结构的透镜，首先在辊筒上加工通过光学设计的3D柱状结构；其辊筒的制作达到尺寸精度要求，在表面镀上硬度达到HV220以上硬铜，在铜的表面用金刚石刀具雕刻柱状透镜的微结构；通过辊筒将柱透镜压印成型。

S005在柱透镜微结构表面闪镀一层1μm厚的铬作为保护层。

S006在UV涂布机上制作柱透镜膜。

S007在薄膜挤出成型机上制作出颜色层的光学膜。

S008在颜色层表面涂布一层抗眩光材料。

S009按设计顺序把其它几层光学材料叠合于蜂窝基板上。

如图3所示，菲涅尔透镜层是一偏轴的菲涅尔透镜，是通过把圆盘式的菲涅尔透镜的微结构三角形齿环光学模拟仿真到一圆锥形的辊筒上，这只锥形辊的锥度由光学设计获得，偏轴是指设计一张直径4000mm的菲涅尔透镜所需的辊筒锥度是8.2135度，其工作面展开是1860mm，可以得到一张4000×1260mm的圆心在长边中间的菲涅尔透镜。

菲涅尔透镜层的加工流程具体为：

S201确定超大口径菲涅尔透镜的口径，透镜口径是根据菲涅尔光学透镜所要求的光学设计来确定的；

S202将待制作的超大口径的菲涅尔透镜分为多个环带，确定每个环带的宽度；

S203根据最大能够加工的锥辊大端尺寸和环带位置，确定锥辊的锥度和尺寸；

S204根据原材料最大幅宽，确定每一环带上拼接体的数量，超大口径菲涅尔透镜中心是一个完整的圆形菲涅尔透镜或者多块拼接体，每一个环带又由多个拼接体组成，每一个拼接体具有相同的光学参数或不同的光学参数，相同的尺寸或不同的尺寸；

S205用锥辊制造局部菲镜即各个拼接体，以锥形辊筒小端为圆心，锥形辊筒的长度为半径，在涂布有光学树脂的介质基材上滚压以制备局部菲涅尔透镜的拼接体。

S206将局部菲涅尔透镜即拼接体，拼接成完整的菲涅尔透镜。

如图4所示，所述的锥辊，以直径4000mm的透镜为例，辊的长度应大于2000mm,锥度8.2135实际加工的工作面幅宽为1860mm，是通过在由花岗石机床床身制造了超精密机床制造，这个机床需保证重复对位精度达到0.5μm,由金刚石刀具加工出表的菲涅尔透镜微光学结构模具的表面粗糙度≤10 nm。以满足图像显示中对透镜尺寸的精度要求。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (1)

1.一种由八种不同功能材料组成的短距离投影屏幕，其特征在于，屏幕是由8层光学功能材料制成，从远离投影设备的屏幕底部开始依次为：基板固定层001、反射层002、偏轴菲涅尔透镜层003、散斑抑制层004、柱状透镜层005、折射层006、基础颜色层007和抗划伤抗眩光层008；所述基板固定层001是一种可支撑多层光学功能材料贴合的板材；

所述反射层002是一真空镀膜层，这一层材料是通过磁控溅射的方式覆盖于菲涅尔透镜薄膜的微结构表面；

所述偏轴菲涅尔透镜层003通过在一个锥形辊筒上雕刻菲涅尔透镜微结构模具，采用压印工艺完成模具制造；

所述偏轴菲涅尔透镜层003的加工流程具体为：确定超大口径菲涅尔透镜的口径，透镜口径是根据菲涅尔光学透镜所要求的光学设计来确定的；将待制作的超大口径的菲涅尔透镜分为多个环带，确定每个环带的宽度；根据最大能够加工的锥辊大端尺寸和环带位置，确定锥辊的锥度和尺寸；根据原材料最大幅宽，确定每一环带上拼接体的数量，超大口径菲涅尔透镜中心是一个完整的圆形菲涅尔透镜或者多块拼接体，每一个环带又由多个拼接体组成，每一个拼接体具有相同的光学参数或不同的光学参数，相同的尺寸或不同的尺寸；用锥辊制造局部菲镜即各个拼接体，以锥形辊筒小端为圆心，锥形辊筒的长度为半径，在涂布有光学树脂的介质基材上滚压以制备局部菲涅尔透镜的拼接体；

所述散斑抑制层004为菲涅尔透镜的背面通过磁控溅射的方式镀一层反光膜将有机或者无极粒子均匀地涂布在扩散层靠菲涅尔透镜的一面，粒子粒径为10nm~300nm；

所述柱状透镜层005是一种半圆柱状光栅阵列，首先在辊筒上加工通过光学设计的3D柱状结构；在表面镀上硬度达到HV220以上硬铜，在铜的表面用金刚石刀具雕刻柱状透镜的微结构；通过辊筒将柱透镜压印成型；所述柱状透镜层005结构表面闪镀一层1μm厚的铬作为保护层；

折射层006是由300~500nm的光学粒子混入PET原料中制成的膜材料；

所述基础颜色层007的光学膜在薄膜挤出成型机上制作，基础颜色层007的颜料均匀的混合于分子材料中制成的片状材料，调整屏幕的整体颜色，增加对比度的功能，分子材料包括PET、PC和PMMA的至少一种；

所述短距离投影屏幕的制作方法，具体包括如下步骤：

S001选择基板；基板主要功能是屏幕的支撑，性能指标需要要求达到强度好、足以支撑多层光学膜的贴合而不变形，同时确保平整、重量轻的要求，故本专利选择了市面有售通用型蜂窝铝板作基板，能够满足多层光学膜的叠合；

S002大口径菲涅尔透镜的制作；

S003在菲涅尔透镜的背面，通过磁控溅射的方式镀一层反光膜；

S004制作柱透镜，柱透镜是一种圆柱状结构的透镜，首先在辊筒上加工通过光学设计的3D柱状结构；其辊筒的制作达到尺寸精度要求，在表面镀上硬度达到HV220以上硬铜，在铜的表面用金刚石刀具雕刻柱状透镜的微结构；通过辊筒将柱透镜压印成型；

S005在柱透镜微结构表面闪镀一层1μm厚的铬作为保护层；

S006在UV涂布机上制作柱透镜膜；

S007在薄膜挤出成型机上制作出颜色层的光学膜；

S008在颜色层表面涂布一层抗眩光材料；

S009按设计顺序把其它几层光学材料叠合于蜂窝基板上。

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