CN109976081A - 屏幕和吸光膜的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有吸光层的屏幕以及用于吸光层的吸光膜的制备方法。所述屏幕包括从所述投影光线的入射侧依次层叠设置的第一透明基材层、光学功能层、粘合胶层和吸光层。所述吸光层接受并吸收透过所述贴合胶层到达所述吸光层的光。所述光学功能层包括多个微结构单元，所述多个微结构单元构成锯齿结构，所述光学功能层能够使至少部分所述投影光线在发生全反射后出射，并透过至少部分环境光。根据本发明，能够在获得高对比度的同时提高屏幕增益，并且能够简化加工工艺，降低成本。

Description

屏幕和吸光膜的制备方法

技术领域

本发明涉及投影屏幕领域，特别地，涉及具有吸光层的屏幕以及用 于形成这样的吸光层的吸光膜的制备方法。

背景技术

近年来，随着投影机亮度的不断提高，投影显示系统在大尺寸家庭 影院应用中的优势开始体现出来。相比于LCD电视和OLED电视，投影 显示系统的尺寸小，便于安装，可以轻松实现大于100寸的显示画面， 并且整套系统价格相对较低。

在家庭应用环境中，投影显示系统往往被安装在客厅中。客厅通常 具有良好的自然采光条件以及明亮的照明光源，因而存在大量的环境杂 光。一般的投影机屏幕既能反射投影机的光线也能反射环境光的光线。 在这样的环境中，由于受到环境光的影响，经投影屏幕反射的光线形成 的画面的对比度远远低于投影机自身的对比度。为了提高在存在环境光 的情况下的屏幕对比度，目前抗环境光的投影屏幕往往采用阵列微结构 加吸光层和光反射层的方法来实现。

例如，如图1所示，在公开号为CN105408777A的中国专利申请中 提出了一种圆形对称的菲涅尔光学屏幕结构。该屏幕采用的是阵列微结 构加上吸光层的技术方案。该屏幕的阵列微结构由透镜面32和非透镜面 33组成。透镜面32与屏幕平面的夹角小于非透镜面33与屏幕平面的夹 角，投影机的入射光线L1只入射到具有小夹角的透镜面32上。入射在透镜面32上的光线是依靠由层叠在其表面上的多个金属薄膜25构成的 反射层20反射至观看者侧。虽然该屏幕可以将投影机的入射光线反射到 观众的眼睛，但镜面反射层20不可避免地同时也会反射从其它方向入射 的光线，比如环境中的杂光，所以无法大幅提高投影屏幕的对比度。为 了提高对比度，还需要在阵列微结构的观看者侧添加一层着色层42。着 色层42吸收杂光，但也吸收了部分投影光线。因此，虽然提高了屏幕的 对比度，但降低了整个投影系统的光学效率，相当于在对比度和光学效 率之间进行了折中。目前市场上量产的采用该结构的投影屏幕能够实现 的屏幕增益仅为大约0.9～1.1。

另外，在公开号为CN1670618A的中国专利申请中公开了一种反射 式屏幕，该反射式屏幕具有如图2的a所示的微结构。该微结构的单元 由两个斜面组成，由白色的反射树脂形成的斜面3朝向投影机，用来反 射来自投影机的光线，朝上的斜面表面涂敷有黑色的光吸收层4，用来吸 收从屏幕上方入射的环境光线。公开号为CN1693989A中国专利申请中 公开的屏幕具有类似的结构，如图2的b所示，构成微结构的基底材料 是吸收光的材料，在朝下的斜面表面涂敷有白色树脂层6来反射来自投 影机的光线。另外，公开号为CN1954260A的中国专利申请也提出了一 种反射屏幕。如图2的c所示，光吸收部14和反射层13形成具有等腰 梯形截面的微结构，环境光被光吸收部14吸收，投射光线在光吸收部14 的表面被全反射，在梯形的窄边底面被反射层13反射。

为了实现提高对比度的目的，在上述屏幕的微结构中均设置用于吸 收光和/或反射光的光学功能层。但由于微结构的尺寸非常的小，间距一 般在25到250微米的范围内，在微结构表面选择性的涂敷光学功能层的 工艺非常复杂，成品率低，而且光学效率不高。

发明内容

针对上述问题，本发明期望提供一种能够在获得高对比度的同时提 高屏幕增益，并且能够简化加工工艺，降低成本的屏幕及该屏幕使用的 吸光膜的制备方法。

根据本发明的实施例，提供了一种屏幕。所述屏幕包括从所述投影 光线的入射侧依次层叠设置的第一透明基材层、光学功能层、粘合胶层 和吸光层。所述吸光层接受并吸收透过所述贴合胶层到达所述吸光层的 光。所述光学功能层包括多个微结构单元，所述多个微结构单元构成锯 齿结构，所述光学功能层能够使至少部分所述投影光线在发生全反射后 出射，并透过至少部分环境光。

优选地，所述吸光层是黑色吸光材料层。

优选地，所述吸光层包括第二透明基材层和黑色吸光材料层，所述 第二透明基材层的一侧与所述粘合胶层粘接，所述黑色吸光材料层位于 所述第二透明基材层的另一侧。

优选地，所述第二透明基材层是PET层。

所述粘合胶层是由树脂、助剂和溶剂的一定比例混合物形成的。优 选地，所述粘合胶层的厚度为0.1～50微米。更加优选地，所述粘合胶层 的厚度为3～10微米。

例如，所述光学功能层的所述微结构单元可以具有三角形横截面， 且所述所述三角形横截面的顶端与所述吸光层接触。可以替代地，所述 光学功能层的所述微结构单元可以是具有梯形横截面的截头椎体，且所 述截头椎体的顶端是被所述粘合胶层粘接至所述吸光层的平台部，并且 在所述梯形横截面中，所述平台部的宽度与所述微结构单元的整体宽度 的比率k的取值范围为0＜k≤0.2。

优选地，所述光学功能层的各所述微结构单元设置成旋转对称的全 反射棱镜，所述微结构单元的两个相交平面与所述屏幕的平面的夹角分 别为θ₁和θ₂，且θ₁和θ₂满足关系：θ₁+θ₂＜90。例如，在多个所述微结 构单元中，各所述θ₁具有不同的角度，且各所述θ₂均等于45度；或者， 各所述θ₁具有不同的角度，各所述θ₂也具有不同的角度。

根据本发明的所述屏幕还可以包括光扩散层，所述光扩散层位于所 述第一透明基材层的所述投影光线的入射侧，所述光扩散层是由体散射 薄膜、不规则表面散射薄膜和规则表面微透镜阵列薄膜中的一者形成的。 可以替代地，所述光扩散层是通过层叠体散射薄膜、不规则表面散射薄 膜和规则表面微透镜阵列薄膜中的至少一者而形成的。

根据本发明的另一实施例，提供了一种用于形成吸光层的吸光膜的 制备方法。所述方法包括如下步骤：

第一步骤：将包含黑色颜料、树脂、溶剂和助剂的原料按照一定比 例搅拌混合，形成粘稠的黑色胶水；

第二步骤：将黑色胶水涂布在基材上；

第三步骤：使涂布的所述黑色胶水固化，以形成具有光吸收能力的 所述吸光膜。

在所述第二步骤中，所述黑色胶水的涂布厚度可以是1～150μm。

根据本发明的又一实施例，提供了一种用于形成吸光层的吸光膜的 制备方法。所述方法包括如下步骤：

第一步骤：将母粒切片、黑色颜料、助剂按一定比例混合并搅拌均 匀，以形成成型原料；

第二步骤：对所述成型原料进行预热和干燥处理；

第三步骤：将所述成型材料送入挤出机，以挤出所述吸光膜。

例如，所述母粒切片可以包含聚偏二氟乙烯树脂、聚甲基丙烯酸甲 酯树脂和聚酯树脂中的一种或多种。

如上所述，根据本发明的屏幕至少具有如下优点：

(1)微结构利用全反射原理对投影光线进行反射，用于吸收环境杂 光的吸光层整体地设置在微结构的背面，不需要在微结构中涂镀金属反 射膜或吸光层，降低了成本，提高了成品率。

(2)微结构利用全反射的角度选择特性反射来自投影机的至少部分 光线，同时却基本不朝观看者的观看区域反射环境杂光。来自顶部的环 境杂光大部分透过全反射微结构，被背面的吸光层吸收，小部分被反射 至观看者的观看区域之外，因此在提高投影图像的对比度的同时提高了 光学效率。

(3)吸光层的结构简单，不需要复杂的涂布工艺。光学功能层与吸 光层之间通过粘合胶层粘接，减低成本，提高了产率。

(4)构成光学功能层的全反射棱镜结构与吸光层之间的粘接面积可 以根据需要进行设计，增大整体的层间粘接强度。

应当理解，本发明的有益效果不限于上述效果，而可以是本文中说 明的任何有益效果。

附图说明

图1是示出了现有技术中的投影屏幕的示例的示意图；

图2是示出了现有技术中的投影屏幕的其它示例的示意图；

图3是示出了根据本发明实施例的投影系统的结构示意图；

图4是示出了根据本发明实施例的的屏幕的光学功能层的旋转对称 结构的示意图；

图5是示出了根据本发明实施例的屏幕的光学功能层的微结构单元 的截面结构示意图；

图6是示出了根据本发明实施例的屏幕的光学功能层的微结构的光 学原理的示意图；

图7是示出了根据本发明实施例的屏幕的微结构的光学倾角的选择 的示意图；

图8是示出了根据本发明实施例的屏幕的微结构单元的光学角度的 模拟实例；

图9是示出了根据本发明实施例的屏幕的光学功能层和吸光层的材 料折射率的选择范围示意图；

图10是示出了根据本发明实施例的屏幕的散射薄膜层的示意图；

图11是图示了根据本发明实施例的屏幕的光学功能层和吸光层的示 意图；

图12是图示了根据本发明实施例的屏幕的光学功能层和吸光层的另 一示意图；

图13是图示了用于形成吸光层的吸光膜的涂布制备工艺的示意图；

图14是图示了用于形成吸光层的吸光膜的挤出成型制备工艺的示意 图；

图15是图示了根据本发明实施例的屏幕的光学功能层与吸光层的粘 接方式的示意图；

图16是图示了根据本发明实施例的屏幕的光学功能层与吸光层的另 一粘接方式的示意图；

图17是图示了根据本发明实施例的屏幕的光学功能层与吸光层的又 一粘接方式的示意图；

图18是图示了根据本发明实施例的屏幕的光学功能层与吸光层的其 它粘接方式的示意图；

图19是图示了根据本发明实施例的屏幕的光学功能层与吸光层的结 构示意图；

图20示出了根据本发明实施例的屏幕的散射分布及屏幕增益的仿真 模拟结果；

图21示出了根据本发明实施例的屏幕的散射分布及屏幕增益的仿真 模拟结果；

图22示出了根据本发明的实施例的屏幕的散射分布及屏幕增益的仿 真模拟结果；

图23示出了根据本发明实施例的屏幕的光学对比度的仿真模拟结 果。

具体实施方式

下面，将参照附图详细说明根据本发明的各具体实施例。需要强调 的是，附图中的所有尺寸仅是示意性的并且不一定是按照真实比例图示 的，因而不具有限定性。例如，应当理解，图示出的投影屏幕的多层结 构中各层的厚度以及厚度比例并不是按照实际的尺寸和比例示出的，仅 是为了图示方便。

一、全反射投影系统概述

图3是示出了根据本发明实施例的投影系统的结构示意图。如图3 中所示，投影系统包括屏幕10和投影机20。屏幕10包括从投影机的投 影光线的入射侧依次层叠布置的表面全反射层14、体扩散层13、光学功 能层12和吸光层11。来自投影机20的投影光线透过表面全反射层14、 体扩散层13入射至光学功能层12。在下文中，也将屏幕10的投影光线 的入射侧称为屏幕的外侧(即，面向观众一侧)，将吸光层侧称为屏幕的 内侧(即，背向观众一侧)。光学功能层12形成有微结构单元阵列。每 个微结构单元包含两个倾斜平面。这两个倾斜平面的倾斜角度经过精确 的设计，使得从屏幕10下方入射的投影光线在两个倾斜面大致发生全反 射，最终被反射至观看者的视场范围内，而来自于屏幕10上方的环境杂 光绝大部分的角度无法满足全反射条件而透过所述光学功能层12被吸光 层11吸收。也即至少部分透射所述光学功能层的环境光被吸光层吸收。 其中，所述吸光层11包括黑色的材料。

光学功能层12包括多个微结构单元，其中每个微结构单元优选为菲 涅尔结构，还可包括其他形状的结构，比如：二维结构为梯形结构。

如图4所示，光学功能层12的微结构单元在屏幕平面上具有旋转对 称的阵列排布结构。该旋转对称的阵列排布结构的旋转中心(光学中心) 轴线垂直于屏幕平面且位于屏幕的下方。优选地，投影机20布置在该旋 转中心轴线上。

在光学功能层12的外侧依次设置有体扩散层13和表面全反射层14。 体扩散层13和表面全反射层14可以统称为光扩散层，均用于扩散从光 学功能层12反射出的准直光束，以使屏幕10具有更大的可视角度。应 当理解，虽然图3中图示了同时设置有体扩散层13和表面全反射层14 的示例，但是屏幕10可以仅设置有体扩散层13或表面全反射层14。此 外，屏幕10也可以不包括光扩散层。

进一步的，在表面全反射层14的外侧还可以添加设置保护层以防止 刮伤或者化学腐蚀，该保护层可以是聚酰亚胺(PI)膜、聚酯(PET)膜、 聚萘酯(PEN)膜、聚氯乙烯(PVC)膜、聚碳酸酯(PC)膜或液晶聚 合物(LCP)膜、玻璃板、PC板、布料等的一种或几种，比如玻璃板上 的聚萘酯(PEN)膜。当然，还可以根据设计需要设置其它的辅助功能 层。

图5示出了根据本发明实施例的屏幕的光学功能层12的微结构单元 的截面结构示意图。所图5所示，光学功能层12包括透明基材层120(对 应于本文中的第一透明基材层)、全反射层121和内侧层122。透明基材 层120位于光学功能层12的最靠近光扩散层侧并且与光扩散层接触，其 中所述透明基材层120包括PET、PC或PMMA等透明材料。全反射层121设置在透明基材层120的与光扩散层接触的一侧的相对侧。其中，所 述全反射层121采用树脂材料，所述树脂通常为环氧树脂胶系、丙烯酸 酯胶系、聚酯胶系、聚氨酯胶系或聚酰亚胺胶系等。透明基材层120和 全反射层121通过UV涂布设备或者热成型设备形成一体。内侧层122 形成在全反射层121的靠近吸光层侧，并且与吸光层11相接触。形成内 侧层122的材料的折射率低于形成全反射层121的材料的折射率。所述 全反射层121与内侧层122相邻的表面设置有多个微结构单元。其中， 在光学功能层12的每一个微结构单元中，全反射层121被形成为全反射 棱镜并且具有两个倾斜的相交表面124和125。换言之，在光学功能层12的每一个微结构单元中，全反射层121是在透明基材层120的表面上 形成的一排旋转对称的棱镜，相交表面124和125是全反射层121与内 侧层122这两种不同的材料层之间的界面，其中全反射层121为第一材 料层，所述内侧层122为第二材料层。例如，这样的棱镜是通过在透明 基材层120上采用对涂布树脂和UV固化或热固化工艺加工而成的。图5 中为了图示清楚，仅示出了两个微结构单元。来自屏幕下方的投影机的 入射光线123在两个倾斜表面124和125处分别发生一次全反射，最终 反射到观看者的眼睛方向。环境杂光127主要来自于房间中的顶灯。在 绝大部分情况下，顶灯远离屏幕的微结构单元的旋转对称结构的旋转轴 线并且环境杂光127的入射角远小于投影光线的入射角度。因此，环境 杂光127无法满足在表面124和表面125均发生全反射的条件，绝大部 分透过了微结构单元被吸光层11吸收。由于吸光层11整体地设置在光 学功能层12的内侧，所以制造工艺简单，且不会导致投影光线损失。其 中，内侧层122可以是空气或石英或玻璃。

如上所述，根据本发明实施例的屏幕10利用了光学功能层12的角 度选择性反射特性，使得屏幕能够自动区分投影光线与环境光线，并且 用于吸收环境杂光的吸光层11整体地设置在光学功能层12的内侧，从 而实现了高对比度，高增益的光学特性，同时简化了加工工艺，降低了 成本，提高了成品率。

二、全反射微结构单元的光学原理及角度选择

图6图示了根据本发明实施例的屏幕的全反射微结构单元的光学原 理。如图6所示，全反射层121的折射率为n₁和内侧层122的折射率为 n₂，微结构单元的两个斜面与屏幕平面(即，垂直方向)的夹角分别为θ₁和θ₂(单位为度，下同)。入射光线和反射光线与水平方向的夹角分别为 α和β(单位为度，下同)。其中，当反射光线水平出射时，β显然为0 度，并且设定：当反射光线在水平线以下(即，偏向地面)时β为负值， 当反射光线在水平线以上(即，偏向天花板)时β为正值。为了使来自 投影机20的入射光线在两个倾斜面上发生两次全反射后向着观看者的眼 睛方向出射，根据几何光学原理和光学全反射条件，必须要满足如下的 公式(1)～(3)：

基于上述公式(1)～(3)并不能完全确定θ₁和θ₂的值，还留有一 定的设计自由度。假设入射光线和出射光线之间的中间光线与屏幕平面 (即，垂直方向)的夹角为γ，并且设定当中间光线偏向观众侧时γ为正 值，当中间光线偏向远离观众侧时γ为负值。则根据几何光学原理和光 学全反射条件可以计算出：

由公式(4)和(5)可知，只要确定了入射光线、出射光线和中间 光线的光路(即，确定了α、β和γ)，就可以完全确定微结构的两个相交 平面的倾斜角度θ₁和θ₂。

此外，由公式(4)和(5)还可知，即便在确定了入射光线、出射 光线的光路的情况下，还可以根据不同的应用需求，通过调整中间光线 的光路(即，调整γ的取值)在一定范围内对θ₁和θ₂的取值进行选择。 例如，在超短焦投影的应用中，投影机位于屏幕的下方，所以α>0总是 成立；且观众的眼睛位于投影机的上方，为了保证出射光线入射至观众 眼睛，所以α+β>0也总是成立；在此情况下，由公式(1)可以得到：

θ₁+θ₂＜90 (6)

由公式(4)可知，在超短焦投影的应用中，根据本发明的屏幕的微结 构单元的两个倾斜面124和125之间的夹角必须为钝角。

图7的a中示出了一种理想的光路情况，其中，入射的投影光线Vin 经过微结构单元的一个斜面的全反射后的中间光线Vmid在全反射层121 中沿着与屏幕平面平行的方向行进，Vmid经过微结构单元的另一个斜面 的全反射之后成为向着观看者方向水平出射的出射光线Vout。

在图7的a中所示的情况下，此时，γ＝0度，β＝0度，当θ₂等于或者 约等于45度，出射光线沿着与屏幕垂直的出射即β＝0度，再依据上述公 式(6)可知θ₁<45度，也即θ₁<θ₂。

但在实际应用中，也可能存在如图7的b和c示出了非理想的光路 情况。在图7的b中，入射光线Vin经微结构单元的第一斜面的全反射 后产生了中间光线Vmid，但Vmid的行进方向不平行于屏幕平面，而是 偏向于观看者一侧(此时γ为正值)。因此，部分Vmid可能不被第二斜 面反射而直接出射，无法充分利用微结构单元的第一斜面。在图7的c 中，入射光线Vin经微结构单元的第一斜面的全反射后产生了中间光线 Vmid，但Vmid的行进方向不平行于屏幕平面，而是偏向于背向观看者 的一侧(此时γ为负值)。因此，无法充分利用微结构单元的第二斜面。

另外，如上所述，根据本发明的屏幕10具有旋转对称结构，且包含 多个微结构单元。因此，每个微结构单元的角度设计可以是相同的或不 同的。例如，图8图示了根据本发明的屏幕的微结构单元的光学角度的 模拟实例。图8的a所示的屏幕的焦点位于无穷远处，也即是说，在屏 幕的所有微结构单元中，出射光线均水平地射向观看者的方向，所以β＝0度且θ₂约等于45度一直成立。根据模拟结果可知，微结构单元的θ₁随 着靠近屏幕的上方而逐渐减小，且θ₁<θ₂，因而满足上述公式(6)。在图 8的b所示的屏幕中，屏幕的焦点不再位于无穷远处。在此情况下，沿着 从屏幕的中心至屏幕边缘的方向，屏幕的微结构单元的θ₁的取值不断减 小而θ₂的取值不断增大。因此，可以在满足上述公式的前提下，根据具 体的设计需求来设定θ₁和θ₂的取值，以实现所需的光路和效果。

三、全反射微结构单元的折射率选择

除了θ₁和θ₂的取值之外，由光学全反射公式可知，满足两次全反射 的全反射微结构单元还受到全反射层121的折射率n₁和内侧层122的折 射率n₂的影响。根据本发明的屏幕的全反射层121通常是由透明树脂材 料制成的，其折射率在1.3～1.7的范围内。或者，全反射层121也可以使 用具有类似折射率的其它材料制成。另外，还可以在制成全反射层121的材料中掺杂散射离子或吸收材料等。因而，为了满足全反射的条件， 需要考虑内侧层122的折射率n₂的选择。图9显示了内侧层122的不同 折射率n₂对于微结构单元的入射光线的全反射区域的影响。如图9的a 所示，入射光线V可以表示成(V_x,V_y,V_z)，其中z轴垂直于屏幕，而X,Y 轴平行于屏幕。显然，入射光线的全反射区域取决于V_x和V_y的取值范 围。V_z满足：

假定出射光线朝向观看者的眼睛且全反射层121的折射率n₁为1.6， 根据上述公式(2)和(3)可以获得满足全反射条件的入射光线的分量 (V_x,V_y)的取值范围随内侧层122的折射率n₂的变化趋势。如图9的b 所示，随着n₂的增大，满足在微结构单元的两个斜面均发生全反射的入 射光线的区域不断减少。换言之，随着n₂的增大，从投影机发出的光线 无法在微结构单元的两个斜面发生两次全反射的几率增大。因此，为了 保证一定的屏幕反射效率，需要使n₁和n₂满足：

n₂<n₁-0.2 (8)

应当理解，在满足上述条件的情况下，内侧层122可以是空气层。

四、光扩散层的选择

如上所述，投影光线经过光学功能层12反射后，出射光线的发散角 一般都很小，为了增加投影画面的可视范围，优选地，可以在光学功能 层12的外侧设置光扩散层。在图3所示的示例中，光学功能层12的外 侧依次设置有体扩散层13和表面全反射层14作为光扩散层。然而，也 可以仅设置有一层光扩散层或者不设置光扩散层。图10的a～c分别示出 了3种可以用作光扩散层的商业化光学散射薄膜结构：体散射薄膜，不 规则表面散射薄膜和规则表面微透镜阵列薄膜。这几种散射薄膜材料都 可以用来增加屏幕的可视范围，并且可以根据需要单独使用或层叠使用。 例如，可以通过叠加使用体散射薄膜和规则表面微透镜阵列薄膜形成图3 中的体扩散层13和表面全反射层14。层叠的数量和种类不限于此。

在使用光学散射薄膜作为光扩散层的情况下，先分别制成光学功能 层和光扩散层，然后通过光学贴合工艺粘接一起。可替代地，也可以通 过对同一基材载体(例如，PET)的两个表面进行加工，分别形成光散射 层和光学功能层。

五、吸光层的结构和制备工艺

设置在光学功能层12后方的吸光层11能够有效地消除环境杂光并 且不会吸收被全反射的投影光，因此能够提高屏幕的环境光对比度。此 外，由于吸光层11是整体的设置在屏幕上的，因此结构简单，制造方便。 如图5所示，吸光层11例如是黑色吸光材料层。这样的黑色吸光材料层 例如可以采用如下的黑色吸光材料：通过将有机或无机的黑色染料和树 脂材料混合，并通过涂布或者挤出的加工方式而形成。黑色的吸光材料 再通过透明胶贴合的方式与全反射结构接合在一起。

如图11所示，在以上部分作为示例说明的是构成全反射层121的全 反射棱镜具有三角形截面且顶部尖端(即，全反射层121的两个斜面的 相交部)与吸光层11接触并通过粘合胶层15粘接的情况。在此情况下， 光学功能层12与吸光层11之间的接触是全反射层121的两个斜面的相 交线与吸光层11的线接触，因此粘接面积非常小，粘接强度不高。为了 进一步提高光学功能层与吸光层11之间的粘接强度，可以如图12所示， 将光学功能层12的全反射层121中的全反射棱镜的顶端截去，使得全反 射层121中的各个微结构单元成为顶端具有平台部126的截头椎体(即， 在图12中具有梯形横截面)，并且通过粘合胶层15将全反射层121(光 学功能层12)与吸光层11粘接。在此情况下，可以根据设计需求调整平 台部126的宽度(即，在图11中全反射层121中的各微结构单元的梯形 横截面的上表面宽度)与微结构的整体宽度(即，在图11中全反射层121 中的各微结构单元的梯形横截面的下表面宽度)的比率，从而在确保光 学功能层12的全反射效果的前提下尽量增大光学功能层12与吸光层11 之间的粘接强度。通常，该比率k的取值范围为0＜k≤0.2。为了更好地 透射光线并同时起到牢固粘接的作用，粘合胶层15的厚度为0.1～50微米， 优选地，为3～10微米。粘合胶层过薄，粘接不牢固；粘合胶层过厚，全 反射层的透光特性会受影响。

吸光层11可以如上所述地具有仅包含黑色吸光材料层的单层结构。 此外，也可以包括黑色吸光材料层和透明基材层(对应于本文中的第二 透明基材层)的双层结构。在此情况下，透明基材层的一侧通过粘合胶 层与全反射层121粘接，黑色吸光材料层位于透明基材层的另一侧，即 全反射层121的相对侧。吸光层11具有含有透明基材层的双层结构的优 势和效果在于：在UV固化的情况下，UV光可以直接透过透明基材层， 因此能够实现全反射层和透明基材层的机械固定。此外，透明基材层还 能够起到对全反射层的更好的支撑、保护和防尘作用。应当理解的是， 在使用热固化的情况下，优选采用单层结构的吸光层11。

下面将参照附图详细说明用于形成吸光层11的吸光膜的制备工艺。

用于形成吸光层11的黑色吸光材料层的吸光膜可以通过涂布的方式 制备成型。吸光膜例如是含有黑色颜料、树脂、溶剂和助剂的黑色胶层。 黑色颜料包括有机颜料(偶氮等)及无机颜料(例如炭黑、金属氧化物 等)。树脂为环氧树脂胶系、丙烯酸酯胶系、聚酯胶系、聚氨酯胶系或聚 酰亚胺胶系等，其涂布厚度为1～150μm。溶剂和助剂包含：流平剂、润湿剂与消泡剂等增加涂布效果的按照一定比例添加的混合物；无水丙酮、 无水二甲苯、无水环已酮、无水丁酮、乙酸乙酯和无水醋酸丁醋等一定 比例的混合物等。

图12示出了采用涂布法制备吸光膜的工艺。具体地，首先，将上述 材料按照一定的配比溶解并搅拌，形成粘稠的黑色胶水。然后，将黑色 胶水涂布在基材上，形成黑色胶层。基材可以是聚酰亚胺(PI)膜、聚酯 (PET)膜、聚萘酯(PEN)膜、聚氯乙烯(PVC)膜、聚碳酸酯(PC) 膜或液晶聚合物(LCP)膜等，或者玻璃板/PC板/布料等，其厚度为 10-500μm。第三步，涂布的液态胶水经过固化设备(热固型胶水使用烘 箱热固化，紫外型胶水使用紫外光照固化)，进行固化处理以形成黑色吸 光膜。最后，收卷得到具有光吸收能力的黑色吸光膜。

可替代地，用于形成吸光层11的吸光膜可以通过挤出成型的方式制 备。用于吸光膜挤出成型的原材料例如可以是母粒切片、黑色颜料和助 剂的混合物。粒状或粉状的热塑性材质母粒切片包含：聚偏二氟乙烯树 脂、聚甲基丙烯酸甲酯树脂、聚酯树脂等。黑色颜料包括CICP、炭黑等 无机颜料。助剂包括增韧剂、增白剂等增加基膜效果的以一定比例添加的混合物。

图14示出了采用挤出成型法制备吸光膜的工艺。具体地，首先，将 母粒切片、黑色颜料、助剂按一定比例混合并搅拌均匀，以制备成型原 料；然后，对混合后的原料进行预热及干燥处理。此后，将干燥后的成 型原料送入挤出机。在挤出机中，成型原料依次经过挤出成型、定型、 冷却、牵引和分切等加工工序，最终挤出黑色吸光膜。最后，收卷得到 具有光吸收能力的黑色吸光膜。

在通过涂布或者挤出工艺得到黑色吸光膜后，可以使用胶水将黑色 吸光膜直接粘接至光学功能层12，以形成吸光层11。例如，可以在黑色 吸光膜的表面均匀的涂布一层厚度为0.1～50微米的贴合胶水。胶水的成 分为树脂、助剂和溶剂的一定比例混合物。图15示出了通过上述方式将 吸光层11与光学功能层12粘接在一起的示意图。其中，吸光层11是由 通过如图13所示的涂布方式制备的黑色吸光膜制成的。光学功能层12 中的全反射层121中的各微结构单元可以根据需要而设计成如图11所示 的三角棱柱或如图12所示的截头棱柱形状。

此外，当吸光层11具有如上所述的双层结构时，如图16所示，通 过厚度为0.1～50微米的粘合胶层15将PET等透明基材层(对应于本文 中的第二透明基材层)粘接至光学功能层12，然后将如图13或142所示 制备的黑色吸光膜固定至透明基材层，从而形成吸光层11。或者，如图 17所示，吸光层11包括如PET等的透明基材层和如图13或14所示制 备的薄膜、板或布类的黑色吸光材料层。在此情况下，通过厚度为0.1～50 微米的粘合胶层15将粘合PET等的透明基材层粘接至全反射层121。黑 色吸光材料层与透明基材层120、光学功能层121和上述PET层可以是 相互独立地固定，中间也可存在空气层。可以通过使用固定架或夹具等 机械方式来进行上述固定。

应当理解的是，吸光层11与光学功能层12的粘接方式不限于通过 粘合胶层15，而是可以采用任何适合的其它粘接方式。例如，吸光层11 可以通过如图18所示的工艺而直接粘接至光学功能层12，从而获得如图 19所示的结构。在此情况下，如图18所示，吸光层11采用如上所述的 聚酯胶系原料以形成黑色胶水。黑色胶水被涂布在无附着性基材表面。 通过贴合工艺和固化工艺之后，黑色胶水与光学功能层12接合并且与无 附着性基材脱离，从而获得了如图19所示的结构。

六、屏幕的性能的仿真结果

图20至图22分别示出了根据本发明的实施例的屏幕的散射分布及 屏幕增益的仿真模拟结果。

图20图示了在使用15度的高斯散射薄膜作为光扩散层的情况下屏 幕对投影机的光线的反射的仿真模拟。图20的a示出了屏幕反射的投影 光线在全视场中的分布，图20的b示出了屏幕的屏幕增益。由图20的a 可知，来自投影机的大部分光线都集中在靠近屏幕中心的圆形有效视场 区域中；小部分光线因屏幕表面的菲涅尔反射而被反射至天花板的方向。 由图20的b可知，在20度增益角的情况下，可以实现峰值增益5.5的水 平。图21图示了在使用15度的高斯散射薄膜作为光扩散层的情况下屏 幕对环境光线的反射的仿真模拟。仿真结果显示大部分环境光线透过光 学功能层后被黑色的吸光层吸收，只有小部分环境光线因屏幕表面的菲 涅尔反射而被反射至地面的方向。因而，仅有极少部分的环境光线会进 入到观看者的有效视场中，因此不会对投影画面的对比度造成影响。

在实际的应用场景中，观众观看屏幕的水平视角大于垂直视角。因 此采用椭圆高斯散射分布的散射薄膜作为光扩散层可以有效的增大反射 光束的水平散射分布，从而增加了反射光的利用率。图22的仿真结果显 示，采用椭圆的高斯分布散射薄膜的屏幕可以将屏幕的水平视角扩大到 35～40度，而垂直视角在20度的范围内，增益的峰值仍然可以高达3～5 或更高。

图23示出了对根据本发明的屏幕进行的对比度的仿真测试结果。如 图23的a所示，将屏幕分成若干区域，并在位于屏幕下方的投影机和位 于屏幕上方的客厅顶灯在屏幕上的照度相同的情况下测试其中9个点的 对比度。如图23的b所示，仿真结果显示对比度的平均值可以高于60， 已经远远超过目前市场上的投影屏幕的水平。在实际使用的情况下，投 影机的投影光线在屏幕上的照度会大于环境光的照度。因而，随着投影 光线的照度的增大，相对于环境光的对比度还会进一步增大，完全可以 满足家庭投影和商业投影对投影画面对比度的需求。

值得说明的是，上述实施例之间可以自由组合，并不限于上述所举 例的实施例。

尽管在上面已经参照附图说明了根据本发明的屏幕，但是本发明不 限于此，且本领域技术人员应理解，在不偏离本发明随附权利要求书限 定的实质或范围的情况下，可以做出各种改变、组合、次组合以及变型。

Claims (16)

1.一种屏幕，其特征在于，所述屏幕包括从所述投影光线的入射侧依次层叠设置的第一透明基材层、光学功能层、粘合胶层和吸光层，

所述吸光层接受并吸收透过所述贴合胶层到达所述吸光层的光，

所述光学功能层包括多个微结构单元，所述多个微结构单元构成锯齿结构，所述光学功能层能够使至少部分所述投影光线在发生全反射后出射，并透过至少部分环境光。

2.如权利要求1所述的屏幕，其特征在于，所述吸光层是黑色吸光材料层。

3.如权利要求1所述的屏幕，其特征在于，所述吸光层包括第二透明基材层和黑色吸光材料层，所述第二透明基材层的一侧与所述粘合胶层粘接，所述黑色吸光材料层位于所述第二透明基材层的另一侧。

4.如权利要求3所述的屏幕，其特征在于，所述第二透明基材层是PET层。

5.如权利要求1所述的屏幕，其特征在于，所述粘合胶层的厚度为0.1～50微米；或者，所述粘合胶层的厚度为3～10微米。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的投影屏幕，其特征在于，所述粘合胶层是由树脂、助剂和溶剂的一定比例混合物形成的。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的屏幕，其特征在于，所述光学功能层的所述微结构单元具有三角形横截面，且所述所述三角形横截面的顶端与所述吸光层接触。

8.根据权利要求1至5中任一项所述的屏幕，其特征在于，所述光学功能层的所述微结构单元是具有梯形横截面的截头椎体，且所述截头椎体的顶端是被所述粘合胶层粘接至所述吸光层的平台部，并且

在所述梯形横截面中，所述平台部的宽度与所述微结构单元的整体宽度的比率k的取值范围为0＜k≤0.2。

9.根据权利要求1至5中任一项所述的屏幕，其特征在于，所述光学功能层的各所述微结构单元设置成旋转对称的全反射棱镜，所述微结构单元的两个相交平面与所述屏幕的平面的夹角分别为θ₁和θ₂，且θ₁和θ₂满足关系：θ₁+θ₂＜90。

10.根据权利要求9所述的屏幕，其特征在于，在多个所述微结构单元中，各所述θ₁具有不同的角度，且各所述θ₂均等于45度；或者各所述θ₁具有不同的角度，各所述θ₂也具有不同的角度。

11.根据权利要求9所述的屏幕，其特征在于，旋转对称的多个所述微结构单元的旋转中心轴线垂直于所述屏幕的平面且位于所述屏幕的下方。

12.根据权利要求1至5中任一项所述的屏幕，其特征在于，所述屏幕还包括光扩散层，所述光扩散层位于所述第一透明基材层的所述投影光线的入射侧，所述光扩散层是由体散射薄膜、不规则表面散射薄膜和规则表面微透镜阵列薄膜中的一者形成的；或者

所述光扩散层是通过层叠体散射薄膜、不规则表面散射薄膜和规则表面微透镜阵列薄膜中的至少一者而形成的。

13.一种用于形成吸光层的吸光膜的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

第一步骤：将包含黑色颜料、树脂、溶剂和助剂的原料按照一定比例搅拌混合，形成粘稠的黑色胶水；

第二步骤：将黑色胶水涂布在基材上；

第三步骤：使涂布的所述黑色胶水固化，以形成具有光吸收能力的所述吸光膜。

14.如权利要求13所述的制备方法，其特征在于，在所述第二步骤中，所述黑色胶水的涂布厚度为1～150μm。

15.一种用于形成吸光层的吸光膜的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

第一步骤：将母粒切片、黑色颜料、助剂按一定比例混合并搅拌均匀，以形成成型原料；

第二步骤：对所述成型原料进行预热和干燥处理；

第三步骤：将所述成型材料送入挤出机，以挤出所述吸光膜。

16.如权利要求15所述的制备方法，其特征在于，所述母粒切片包含聚偏二氟乙烯树脂、聚甲基丙烯酸甲酯树脂和聚酯树脂中的一种或多种。