CN107991837B

CN107991837B - 基于全反射的增强投影亮度和对比度的幕布及其制作方法

Info

Publication number: CN107991837B
Application number: CN201810088411.9A
Authority: CN
Inventors: 汪百前; 刘莹莹; 赵善政; 朱烨; 付祥恩; 袁青松
Original assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Current assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Priority date: 2018-01-30
Filing date: 2018-01-30
Publication date: 2020-05-05
Anticipated expiration: 2038-01-30
Also published as: CN107991837A

Abstract

本发明公开了一种基于全反射的增强投影亮度和对比度的幕布及其制作方法，包括基底；吸收层，生长于基底上，用于吸收环境光；多个反射腔体，并排地布满在吸收层上，包括位于吸收层边缘部位的周围反射腔体和位于吸收层中间部位的中央反射腔体，其中，每个反射腔体包括涂覆于吸收层表面的用于反射入射光的反射层以及位于该反射层表面的用于导引入射光的导引层，周围反射腔体为水滴形，由第一入射面、第一反射面以及第一出射面围成，第一入射面沿着射向对应的周围反射腔体的入射光的入射方向延伸，第一出射面沿水平方向延伸，中央反射腔体为U形，由第二入射面、第二反射面以及第二出射面围成，第二入射面以及第二出射面均沿水平方向延伸。

Description

基于全反射的增强投影亮度和对比度的幕布及其制作方法

技术领域

本发明涉及一种基于全反射的增强投影亮度和对比度的幕布及其制作方法。

背景技术

随着社会的发展，技术的进步，人们对大屏幕显示的要求也越来越高。投影仪(又称投影机)在报告厅、影院、学校等地方展露马脚，由于其实用性好，可以通过连接计算机、DVD/VCD、游戏机等播放，进而得到广泛应用。早期透射式投影仪是一种将透明幻灯片放置在书写玻璃台上，利用灯光透过玻璃台进行照射成像的投影仪。这种投影仪方便即时书写，适合在课堂、办公室中进行讲解时使用。但如今随着计算机的发展，早期透射式投影仪已经被逐渐淘汰。幻灯片投影仪在1950年代和1960年代相当的常见，主要为娱乐用途，家人和朋友会聚集在一起欣赏幻灯片。现今，因为低成本的纸本刊物、数码摄影机、DVD媒体、液晶显示器和数位投影仪相当的普及，幻灯片投影仪已被LCD投影仪取代。目前，市场上的投影仪按使用方法分为台式投影仪、便携式投影仪、落地式投影仪、反射式投影仪、透射式投影仪、单一功能投影仪、多功能投影仪、智能触控互动投影仪等。按照成像原理分为CRT投影仪、LCD投影仪、DLP投影仪、LED投影仪等。由于LCD反射式投影仪色彩还原较好、分辨率可达SXGA标准，体积小，重量轻，携带起来也非常方便，所以成为市场上的主流产品。

投影仪的亮度是衡量投影机性能的一个重要指标，亮度是投影机输出到屏幕上的光的强度，高亮度可以使投影机投射图像清晰亮丽，不过亮度越高价格越贵。高亮度的投影机在小环境中使用很刺眼，会使眼睛疲劳，长期观看会使眼睛红肿甚至出现眼病等情况。因此根据客厅面积的具体不同，挑选的家用投影机亮度一般都在500到1000流明之间。太高或太低都不太适合于照明灯光较暗的环境中使用。

常见的投影仪使用的灯泡光源亮度能达到3000流明左右，通过普通幕布反射后，亮度大大降低。特别是在周围环境光线比较充足的情况下，有时候都看不清幕布呈现的图像。并且灯泡体积大、寿命短，衰减快，需要大量维修更换，费用高，成为它的致命弱点。

通常提高亮度的方法是：

1、清洗灯头和幕布；

2、调节内置亮度和对比度；

3、更换新高亮度灯头

4、拉上窗帘，关闭室内灯光以减少环境光亮度等。

这些方法在一定程度上提高了投影仪的亮度，但是其效果以及性价比并不让人满意。

公开号为CN104317153A的中国发明专利申请文献公开了一种用于投影仪的屏幕，包括依次层叠的导引层、分光层以及基层；导引层自外侧以第一方向范围入射的投影光线至导引层与分光层之间的界面，并使投影光线以大于在界面形成全反射的入射角入射至界面，然后反射回导引层的外侧；导引层还用于引导自外侧以第二方向范围入射的环境光线至导引层与分光层之间的界面，并使环境光线以小于或等于在界面形成全反射的入射角入射至界面，然后穿过界面进入分光层；分光层的折射率小于引导层的折射率。此方法设计过于复杂，并且导引层凸起的微小尖角不便于加工，在实际使用中也容易损坏。本发明在导引层为平滑接入，易于加工不易损坏。通过上述方式，本发明能够减少由环境光线引起的眩光现象。

公布号为CN106154730A的中国发明专利公开了一种增加对比度和亮度的投影屏幕及其制作方法，包括透射层和位于透射层和位于透射层表面的散射层，透射层为微透镜阵列，散射层上分布有若干与微透镜一一对应的散射区，相邻散射层之间为吸光区。通过反射层上散射区与吸光区的特殊分布方式确保所有的来自投影仪的光都被散射，而要实现所有的环境光都被吸收，则要求的制作安装精度相当高。否则，经微透镜入射到相邻固化/未固化的交替区域的光容易发生错位，使得投影机出射的光被吸收，降低幕布的显示亮度和对比度。在本发明中，相邻微结构的理论入射角几乎相同，就算是投影机出射到幕布的光有一定偏离，对亮度和对比度影响也不大，依然能够保持良好的高亮度和高对比度。

通常情况下，显示屏幕亮度达到200流明就可以做显示使用了。传统投影仪的亮度能够达到上千流明，但显示效果并不好。其主要原因是灯光打在幕布上，大部分光被幕布吸收，小部分反射入我们的眼睛里，加上环境光的干扰，使得显示效果大大降低。已有发明通过使用导引层、分光层、透射层、吸收层、散射层等复杂结构，但不能完全解决现有投影屏幕不能将环境光全部吸收、投影光全部散射或投射的问题，并且制作过程复杂，价格高昂。因此需要一种结构简单，结构简单，价格低廉的幕布。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种基于全反射的增强投影亮度和对比度的幕布及其制作方法。

本发明提供了一种基于全反射的增强投影亮度和对比度的幕布，具有这样的特征，包括：基底，采用塑料、玻璃纤维或金属等；吸收层，生长于基底上，用于吸收环境光；以及多个反射腔体，并排地布满在吸收层上，包括位于吸收层边缘部位的周围反射腔体和位于吸收层中间部位的中央反射腔体，其中，每个反射腔体包括生长于吸收层表面的用于反射入射光的反射层以及位于该反射层表面的用于导引入射光的导引层，周围反射腔体为水滴形，由第一入射面、第一反射面以及第一出射面围成，第一入射面沿着射向对应的周围反射腔体的入射光的入射方向延伸，第一出射面沿水平方向延伸，中央反射腔体为U形，由第二入射面、第二反射面以及第二出射面围成，第二入射面以及第二出射面均沿水平方向延伸。

在本发明提供的基于全反射的增强投影亮度和对比度的幕布中，还可以具有这样的特征：其中，吸收层采用的介质为六硼化镧、硫化锌或超表面材料。

在本发明提供的基于全反射的增强投影亮度和对比度的幕布中，还可以具有这样的特征：其中，反射层采用的介质为透明氧化锌时，折射率n₂为1.9。

在本发明提供的基于全反射的增强投影亮度和对比度的幕布中，还可以具有这样的特征：其中，导引层内填充的介质为玻璃，其折射率n₁为1.5。

在本发明提供的基于全反射的增强投影亮度和对比度的幕布中，还可以具有这样的特征：其中，反射腔体的纵横排列周期为50-300nm，所述每个反射腔体为一个周期。

本发明还提供了一种基于全反射的增强投影亮度和对比度的幕布的制作方法，具有这样的特征，包括如下步骤：

步骤1，在基底上生长一层吸收层；

步骤2，在吸收层表面生长一层反射层；

步骤3，在反射层的边缘部位上光刻水滴形凹槽，并在反射层的中间部位光刻U形凹槽；

步骤4，在水滴形凹槽内填充导引层介质从而形成周围反射腔体，在U形凹槽中填充满导引层介质从而能形成中央反射腔体；

步骤5，冷却并静置一段时间后得到幕布，

其中，水滴形凹槽具有第一入射面、第一反射面以及第一出射面，

U形凹槽具有第二入射面、第二反射面以及第二出射面。

在本发明提供的基于全反射的增强投影亮度和对比度的幕布的制作方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤1中，生长的方式为真空蒸镀或旋涂。

在本发明提供的基于全反射的增强投影亮度和对比度的幕布的制作方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤2中，生长的方式为真空蒸镀或旋涂。

在本发明提供的基于全反射的增强投影亮度和对比度的幕布的制作方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤4中，填充导引介质的方式为真空蒸镀或旋涂。

发明的作用与效果

根据本发明所涉及的基于全反射的增强投影亮度和对比度的幕布及其制作方法，因为本发明的基于全反射的增强投影亮度和对比度的幕布因为吸收层能够吸收环境光，从而使入射光几乎完全被反射，所以起到了增强亮度和对比度的作用。因为采用的反射腔体的反射层的折射率大于导引层的折射率，且入射角大于等于临界角时会发生全反射，从而使得入射到屏幕的绝大部分入射光反射进入人眼，所以大大提高了投影机灯光的使用效率。因此，本发明的基于全反射的增强投影亮度和对比度的幕布结构简单，制作方便，价格低廉，且利用反射腔体来代替传统投影幕布的漫散射颗粒结构实现了对光线的调控，从而增强了亮度和对比度。

附图说明

图1是本发明的实施例中的幕布整体结构的侧视图；

图2是本发明的实施例中的投影机与幕布的关系示意图；

图3是本发明的实施例中的入射光进入中央反射腔体的示意图；

图4是本发明的实施例中的入射光进入周围反射腔体的示意图；

图5是本发明的实施例中的反射腔体的结构示意图；

图6是本发明的实施例中的应用的全反射原理的示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段与功效易于明白了解，以下结合实施例及附图对本发明作具体阐述。

实施例：

图1是本发明的实施例中的幕布整体结构的侧视图；图2是本发明的实施例中的投影机与幕布的关系示意图。

如图1和图2所示，本实施例的一种基于全反射的增强投影亮度和对比度的幕布，包括：基底，吸收层1以及多个反射腔体2。

基底，采用塑料、玻璃纤维或金属等。

吸收层1，生长于基底上，用于吸收环境光，从而使入射光几乎被完全反射。

吸收层1采用的介质为掺杂硅、六硼化镧、硫化锌或超表面材料等在可见光波段具有强吸收性的介质。

图3是本发明的实施例中的入射光进入中央反射腔体的示意图，图4是本发明的实施例中的入射光进入周围反射腔体的示意图，图5是本发明的实施例中的反射腔体的结构示意图。

如图3-5所示，多个反射腔体2，并排地布满在吸收层1上，包括位于吸收层1边缘部位的周围反射腔体22和位于吸收层中间部位的中央反射腔体21。

反射腔体2的大小和深度由入射时发生全反射的临界角θ_c确定，θ_c的计算公式为：

反射腔体2的纵横排列周期为50-300nm，每个反射腔体为一个周期，在基底上下左右按周期排布，每个反射腔体反射特定角度入射的光线。

每个反射腔体2包括生长于吸收层1表面的用于反射入射光的反射层201以及位于该反射层201表面的用于导引入射光的导引层202。

反射层201采用的介质为透明氧化锌。

反射层201采用的介质为透明氧化锌时，折射率n₂为1.9。

导引层202内填充的介质为玻璃，其折射率n₁为1.5。

通过θ_c的计算公式可知：此时的临界角为52.1°。

周围反射腔体22为水滴形，由第一入射面2201、第一反射面2202以及第一出射面2203围成，第一入射面2201沿着射向对应的周围反射腔体22的入射光的入射方向延伸，第一出射面2201沿水平方向延伸，入射光不垂直于周围反射反射腔体。

中央反射腔体21为U形，由第二入射面2101、第二反射面2102以及第二出射面2103围成，第二入射面2101以及第二出射面2103均沿水平方向延伸，入射光垂直于中央反射腔体。

当入射光经过临界角或大于临界角时，入射光在反射腔体2内依次经过入射面、反射面和出射面完成三次全反射后垂直于幕布射出。

图6是本发明的实施例中的应用的全反射原理的示意图。

如图6所示，a、b、c是三条以不同角度入射的光线，当光线a以小于临界角从折射率较高的水入射到折射率较低的空气时，在法线的另一侧除了水中的反射光以外还有空气中的折射光为图中虚线；当光线b以临界角入射时，空气中的折射光消失，转变成沿着空气与水的分界面传播的屈折光为图中粗实线；当光线c以大于临界角入射时，所有光线都向水中反射为图中细实线，即发生全反射。

在制作幕布之前先根据使用场景需求，测出不同部位的凹糟处的入射光角度及出射光角度，然后设置相应面的倾斜角度。

一种基于全反射的增强投影亮度和对比度的幕布的制作方法，包括如下步骤：

步骤1，在基底上生长一层吸收层1。

生长的方式为真空蒸镀或旋涂。

步骤2，在吸收层1表面生长一层反射层201。

生长的方式为真空蒸镀或旋涂。

步骤3，在反射层201的边缘部位上光刻水滴形凹槽，并在反射层201的中间部位光刻U形凹槽。

步骤4，在水滴形凹槽内填充导引层介质从而形成周围反射腔体22，在U形凹槽中填充满导引层介质从而能形成中央反射腔体21。

填充导引介质的方式为真空蒸镀或旋涂。

水滴形凹槽具有第一入射面2201、第一反射面2202以及第一出射面2203。

U形凹槽具有第二入射面2101、第二反射面2202以及第二出射面2203。

步骤5，冷却并静置一段时间后得到幕布。

实施例的作用与效果

本实施例的基于全反射的增强投影亮度和对比度的幕布因为吸收层能够吸收环境光，从而使入射光几乎完全被反射，所以起到了增强亮度和对比度的作用。因为采用的反射腔体的反射层的折射率大于导引层的折射率，且入射角大于等于临界角时会发生全反射，从而使得入射到屏幕的绝大部分入射光反射进入人眼，所以大大提高了投影机灯光的使用效率。因此，本实施例的基于全反射的增强投影亮度和对比度的幕布结构简单，制作方便，价格低廉，且利用反射腔体来代替传统投影幕布的漫散射颗粒结构实现了对光线的调控，从而增强了亮度和对比度。

上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。

Claims

1.一种基于全反射的增强投影亮度和对比度的幕布，其特征在于，包括：

基底，采用塑料、玻璃纤维或金属；

吸收层，生长于所述基底上，用于吸收环境光；以及

多个反射腔体，并排地布满在所述吸收层上，包括位于所述吸收层边缘部位的周围反射腔体和位于所述吸收层中间部位的中央反射腔体，

其中，每个所述反射腔体包括生长于所述吸收层表面的用于反射入射光的反射层以及位于该反射层表面的用于导引所述入射光的导引层，

所述周围反射腔体为水滴形，由第一入射面、第一反射面以及第一出射面围成，所述第一入射面沿着射向对应的所述周围反射腔体的入射光的入射方向延伸，所述第一出射面沿水平方向延伸，

所述中央反射腔体为U形，由第二入射面、第二反射面以及第二出射面围成，所述第二入射面以及第二出射面均沿水平方向延伸。

2.根据权利要求1所述的基于全反射的增强投影亮度和对比度的幕布，其特征在于：

其中，所述吸收层采用的介质为掺杂硅、六硼化镧、硫化锌或超表面材料。

3.根据权利要求1所述的基于全反射的增强投影亮度和对比度的幕布，其特征在于：

其中，所述反射层采用的介质为透明氧化锌或光子晶体。

4.根据权利要求3所述的基于全反射的增强投影亮度和对比度的幕布，其特征在于：

其中，所述反射层采用的介质为透明氧化锌时，折射率n₂为1.9。

5.根据权利要求1所述的基于全反射的增强投影亮度和对比度的幕布，其特征在于：

其中，所述导引层内填充的介质为玻璃，其折射率n₁为1.5。

6.根据权利要求1所述的基于全反射的增强投影亮度和对比度的幕布，其特征在于：

其中，所述反射腔体的纵横排列周期为50-300nm，所述每个反射腔体为一个周期。

7.一种如权利要求1所述的基于全反射的增强投影亮度和对比度的幕布的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，在所述基底上生长一层所述吸收层；

步骤2，在所述吸收层表面生长一层所述反射层；

步骤3，在所述反射层的边缘部位上光刻水滴形凹槽，并在所述反射层的中间部位光刻U形凹槽；

步骤4，在所述水滴形凹槽内填充导引层介质从而形成所述周围反射腔体，在所述U形凹槽中填充满导引层介质从而能形成所述中央反射腔体；

步骤5，冷却并静置一定时间后得到所述幕布，

其中，所述水滴形凹槽具有第一入射面、第一反射面以及第一出射面，

所述U形凹槽具有第二入射面、第二反射面以及第二出射面。

8.根据权利要求7所述的基于全反射的增强投影亮度和对比度的幕布的制作方法，其特征在于：

其中，所述步骤1中，生长的方式为真空蒸镀或旋涂。

9.根据权利要求7所述的基于全反射的增强投影亮度和对比度的幕布的制作方法，其特征在于：

其中，所述步骤2中，生长的方式为真空蒸镀或旋涂。

10.根据权利要求7所述的基于全反射的增强投影亮度和对比度的幕布的制作方法，其特征在于：

其中，所述步骤4中，填充导引介质的方式为真空蒸镀或旋涂。