CN112824970A - 一种直投屏幕 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种直投屏幕，该直投屏幕包括基层及设置于基层上的光学结构层，光学结构层包括多个呈阵列排布的光学结构，光学结构包括与基层贴合设置的入射面及与入射面连接的第一反射面、第二反射面、第三反射面和第四反射面，第一反射面和第二反射面连接且相对入射面倾斜设置，用于沿竖直方向对从入射面入射的投影光线进行准直，第三反射面与第四反射面分别与第一反射面和第二反射面连接，用于沿水平方向对从入射面入射的投影光线进行反射。本发明能够使得投影光线能够都被反射至观众区域，从而能够提高直投屏幕的亮度均匀性，使得直投屏幕的显示效果更好。
Description
技术领域
本发明涉及投影技术领域，特别涉及一种直投屏幕。
背景技术
屏幕是影响投影显示系统的一个重要因素，其对投影显示的图像质量影响很大。屏幕表面的菲涅尔反射跟入射角度正相关，入射角度越大，菲涅尔反射越高。表面菲涅尔反射的光线大部分都不能进入到观众的视场中，造成了能量的浪费。同时，由于表面不均匀的菲涅尔反射导致了屏幕表面中心区域和边缘区域的亮度差高达20％以上。
本申请的发明人在长期的研发中发现，目前为了提高屏幕的亮度均匀性，在直投屏幕上设置水平线栅结构，能够将大角度入射的投影光线在竖直方向上进行准直，使得更多的投影光线被反射至观众方向，并且由于线栅结构工作面的倾斜角度与投影光线的入射角匹配，可以将环境光反射向非观众区域，但是水平线栅结构不能对投影光线在水平方向进行准直，因此入射在屏幕边缘的投影光线仍会反射至非观众区域。
发明内容
本发明提供一种直投屏幕，以解决现有技术中的直投屏幕仅能对投影光线在水平方向进行准直，导致部分投影光线反射至非观众区域的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是提供一种直投屏幕，包括基层及设置于所述基层上的光学结构层，所述光学结构层包括多个呈阵列排布的光学结构，所述光学结构包括与所述基层贴合设置的入射面及与所述入射面连接的第一反射面、第二反射面、第三反射面和第四反射面，所述第一反射面和所述第二反射面连接且相对所述入射面倾斜设置，用于沿竖直方向对从所述入射面入射的投影光线进行准直，所述第三反射面与所述第四反射面分别与所述第一反射面和所述第二反射面连接，用于沿水平方向对从所述入射面入射的投影光线进行反射。
在一具体实施例中，所述第三反射面和所述第四反射面相对所述入射面垂直设置且沿竖直方向延伸，所述光学结构沿水平方向间隔设置。
在一具体实施例中，所述第三反射面和所述第四反射面相对所述入射面倾斜设置，用于沿水平方向对从所述入射面入射的投影光线进行准直。
在一具体实施例中，所述第一反射面相对于所述入射面的倾斜角度等于所述第二反射面相对于所述入射面的倾斜角度，以使得从所述入射面入射的投影光线经所述第二反射面完全反射至所述第一反射面。
在一具体实施例中，所述第一反射面相对于所述入射面的倾斜角度大于所述第二反射面相对于所述入射面的倾斜角度，以使得从所述入射面入射的投影光线经所述第二反射面部分反射至所述第一反射面。
在一具体实施例中，所述第一反射面相对于所述入射面的倾斜角度小于所述第二反射面相对于所述入射面的倾斜角度，以使得从所述入射面入射的投影光线经所述第二反射面全部反射至所述第一反射面，并且部分投影光线经第一反射面反射后再次反射至所述第二反射面。
在一具体实施例中，所述光学结构为全反射结构；或
所述直投屏幕进一步包括设置于所述光学结构层远离所述基层一侧的反射层，所述反射层用于反射经所述光学结构层透射的投影光线。
在一具体实施例中，所述直投屏幕进一步包括设置于所述光学结构层远离所述基层一侧的吸光层，用于吸收经所述光学结构层透射的环境光线。
在一具体实施例中，所述直投屏幕进一步包括设置于所述基层远离所述光学结构层一侧的散射层，用于对经所述光学结构层反射的投影光线进行散射。
在一具体实施例中，所述基层为PET、PC、PVC或PMMA材料。
本发明通过在直投屏幕的基层上设置包括多个呈阵列排布的光学结构的光学结构层，且光学结构包括四个反射面，能够沿竖直方向对入射的投影光线进行准直，并且能够沿水平方向对入射的投影光线进行反射，从而使得投影光线能够都被反射至观众区域，从而能够提高直投屏幕的亮度均匀性，使得直投屏幕的显示效果更好。
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单地介绍，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，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，其中：
图1是本发明直投屏幕一实施例的立体结构示意图；
图2是本发明直投屏幕一实施例的侧视结构示意图；
图3是本发明直投屏幕一实施例中光学结构的主视结构示意图；
图4是本发明直投屏幕一实施例中光学结构的侧视结构示意图；
图5是本发明直投屏幕一实施例中光学结构的反射原理示意图；
图6是本发明直投屏幕另一实施例中光学结构的侧视结构示意图；
图7是本发明直投屏幕另一实施例中光学结构的侧视结构示意图；
图8是本发明直投屏幕一实施例中投影光线的出射效率示意图；
图9是现有技术中直投屏幕的投影效果示意图；
图10a是现有技术中直投屏幕在观众区域的照度示意图；
图10b是本发明直投屏幕一实施例中直投屏幕在观众区域的照度示意图；
图11是本发明直投屏幕一实施例中水平观看均匀性的对比示意图；
图12是本发明直投屏幕另一实施例的立体结构示意图；
图13是本发明直投屏幕另一实施例的立体结构示意图；
图14是本发明直投屏幕另一实施例的立体结构示意图；
图15是本发明直投屏幕另一实施例的侧视结构示意图；
图16是本发明直投屏幕另一实施例的侧视结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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他实施例，均属于本发明保护的范围。
本申请中的术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。而术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
参见图1至图4，本发明直投屏幕10一实施例包括基层100及设置于基层100上的光学结构层200，光学结构层200包括多个呈阵列排布的光学结构210，光学结构210包括与基层100贴合设置的入射面211及与入射面211连接的第一反射面212、第二反射面213、第三反射面214和第四反射面215，第一反射面212和第二反射面213连接且相对入射面211倾斜设置，用于沿竖直方向对从入射面211入射的投影光线进行准直，第三反射面214与第四反射面215分别与第一反射面212和第二反射面213连接，用于沿水平方向对从入射面211入射的投影光线进行反射。
本发明实施例通过在直投屏幕10的基层100上设置包括多个呈阵列排布的光学结构210的光学结构层200，且光学结构210包括四个反射面，能够沿竖直方向对入射的投影光线进行准直，并且能够沿水平方向对入射的投影光线进行反射，从而使得投影光线能够都被反射至观众区域，从而能够提高直投屏幕10的亮度均匀性，使得直投屏幕10的显示效果更好。
在本实施例中，设定沿图1中平行于基层100表面的上下方向为竖直方向，平行于基层100表面的左右方向为水平方向。
在本实施例中，基层100可以为PET(Polyethylene Terephthalate，聚对苯二甲酸乙二醇酯)、PC(Polycarbonate，聚碳酸酯)、PVC(Polyvinyl chloride，聚氯乙烯)或PMMA(Polymethyl Methacrylate，聚甲基丙烯酸甲酯)等材料。基层100可以为透明、黑色或灰色。
在本实施例中，光学结构210可以通过紧密车床加工、激光雕刻或微结构显影曝光的方式制作在母模上，然后通过热压印或UV胶水(Ultraviolet Rays，无影胶水)转印的方式制备于基层100上。
在本实施例中，第三反射面214和第四反射面215相对入射面211垂直设置且沿竖直方向延伸，光学结构210沿水平方向间隔设置，能够为设置反射层预留一定空间，或者在将光学结构210设置为全反射结构时保证光学结构与空气接触，以满足全反射条件。
在本实施例中，光学结构210沿竖直方向相邻设置。在其他实施例中，光学结构210也可以沿竖直方向间隔设置，在此不做限制。
在本实施例中，多个光学结构210之间的区域既可以同光学结构210一同设置反射结构，也可以通过选择性涂布的方式只在光学结构210上设置反射机构，从而实现半透明半反射的直投屏幕10。
在本实施例中，第一反射面212相对于入射面211的倾斜角度等于第二反射面213相对于入射面211的倾斜角度，以使得从入射面211入射的投影光线经第二反射面213完全反射至第一反射面212。
一并参见图5，在本实施例中，第一反射面212及第二反射面213的反射原理如下：
投影光线从入射面211入射至光学结构210内，经第二反射面213反射至第一反射面212，再经第一反射面212从入射面211出射，其中，光学结构210的折射率为n1，光学结构210外部(可以为空气)的折射率为n2，投影光线的入射角度为α，投影光线的出射角度为β，第二反射面213与平行于基层100方向的夹角为θ1，第一反射面212与平行于基层100方向的夹角为θ2，由几何关系和光学远离得到：
在本实施例中，光学结构210可以为全反射结构，能够对投影光线进行全反射，省去反射层的制备，结构简单易于实现，能够减少直投屏幕10的加工工序。
光学结构210为全反射结构时，θ1和θ2还需满足：
在上述公式中，θ1为变量，可在满足条件的情况下变换。例如，参见图6，在另一具体实施例中，光学结构220的第一反射面222相对于入射面221的倾斜角度可以大于第二反射面223相对于入射面221的倾斜角度，以使得从入射面221入射的投影光线经第二反射面223部分反射至第一反射面222。参见图7，在另一具体实施例中，光学结构230的第一反射面232相对于入射面231的倾斜角度可以小于第二反射面233相对于入射面231的倾斜角度，以使得从入射面231入射的投影光线经第二反射面233全部反射至第一反射面232，并且经第一反射面232反射至地面，可能造成浪费。
一并参见图8，图8为当第二反射面213与平行于基层100方向的夹角θ1在不同范围时投影光线的出射效率，其中，θ1可以为0°至90°，例如0°、48°或90°等。优选的，θ1可以为20°至50°，例如20°、25°或50°。更优选的，θ1可以为35°至45°，例如35°、40°或45°。由此可以看出当使得中间光线l平行于直投屏幕10的表面时，投影光线的出射效率最高，会使得显示效果更好。
一并参见图9至图11，图9为现有技术中投影光线投射在直投屏幕10上的效果图，且图9中的虚线框为非中心线区域；图10a为现有技术中直投屏幕10上观众视场区域的照度图，图10b为本申请中直投屏幕10上观众视场区域的照度图；图11为竖直方向观看均匀性的仿真图。
具体的，图10a和图10b中的光斑对应图9中的数字7对应的点。其中，M点为数字7对应的点经竖直方向反射的光斑，N点为数字7对应的点经水平方向反射的光斑。在图10a对应的现有技术中，由于只在竖直方向对投影光线进行准直，因此其水平光向上形成的光斑位于观看区域外，在图中未显示。而图10b对应的本申请中，在竖直方向和水平方向都对投影光线进行准直，因此其竖直方向和水平方向上形成的光斑都位于观看区域内。对比图9至图10b可以看出，由于现有技术中仅能在竖直方向上实现对投影光线的准直，在直投屏幕10上呈现的投影画面的均匀性较差，而本申请中不仅能在竖直方向上实现对投影光线的准直，还能在水平方向上反射投影光线，并且在本申请中，经过准直的投影光线还可以经散射层作用，使得光斑M和光斑N重合，能够使得在直投屏幕10上呈现的投影画面的亮度更大、均匀性更好。
参见图12，本发明直投屏幕10另一实施例包括基层100及光学结构层200，光学结构层200包括多个呈阵列排布的光学结构240，光学结构240包括与基层100贴合设置的入射面(图中未示出)及与入射面连接的第一反射面241、第二反射面242、第三反射面243和第四反射面244，第一反射面241和第二反射面242连接且相对入射面倾斜设置，用于沿竖直方向对从入射面入射的投影光线进行准直，第三反射面243与第四反射面244分别与第一反射面241和第二反射面242连接，且第三反射面214和第四反射面215相对所述入射面倾斜设置，用于沿水平方向对从入射面入射的投影光线进行准直。
其中，第一反射面241和第二反射面242的结构参见上述直投屏幕实施例，且第三反射面243和第四反射面244与第一反射面241和第二反射面242反射原理类似，在此不再赘述。
在本实施例中，多个光学结构240分别沿竖直方向和水平方向相邻设置。
在其他实施例中，多个光学结构240还可以沿竖直方向间隔设置，沿水平方向相邻设置，如图13所示；多个光学结构240还可以分别沿竖直方向和水平方向都间隔设置，如图14所示，在此不做限制。
参见图15，在另一具体实施例中，直投屏幕10进一步还可以包括反射层300和散射层400，反射层300设置于光学结构层200远离基层100的一侧，反射层300用于反射经光学结构层200透射的投影光线，散射层400设置于基层100远离光学结构层200的一侧，用于对经光学结构层200反射的投影光线进行散射。
在本实施例中，反射层可以通过PVD(Physical Vapor Deposition，物理气相沉积)或喷涂的方式将高反射率的金属铝、银或添加了吸收/散射粒子的反射涂料制备于光学结构层200上。
在本实施例中，散射层400可以为不规则面散射薄膜，也可以为规则的微透镜阵列薄膜，且不同类型的薄膜可单独使用，也可以叠加使用，能够增加直投屏幕10的可视范围。
参见图16，在另一具体实施例中，当光学结构层200为全反射结构层，直投屏幕10进一步还可以包括吸光层500，吸光层500设置于光学结构层200远离基层100的一侧，用于吸收经光学结构层200透射的环境光线。
在本实施例中，吸光层500可以为黑色吸光层，能够将不满足光学机构层200的全反射条件的环境光吸收，从而提高直投屏幕10的对比度。
以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种直投屏幕，其特征在于，包括基层及设置于所述基层上的光学结构层，所述光学结构层包括多个呈阵列排布的光学结构，所述光学结构包括与所述基层贴合设置的入射面及与所述入射面连接的第一反射面、第二反射面、第三反射面和第四反射面，所述第一反射面和所述第二反射面连接且相对所述入射面倾斜设置，用于沿竖直方向对从所述入射面入射的投影光线进行准直，所述第三反射面与所述第四反射面分别与所述第一反射面和所述第二反射面连接，用于沿水平方向对从所述入射面入射的投影光线进行反射。
2.根据权利要求1所述的直投屏幕，其特征在于，所述第三反射面和所述第四反射面相对所述入射面垂直设置且沿竖直方向延伸，所述光学结构沿水平方向间隔设置。
3.根据权利要求1所述的直投屏幕，其特征在于，所述第三反射面和所述第四反射面相对所述入射面倾斜设置，用于沿水平方向对从所述入射面入射的投影光线进行准直。
4.根据权利要求1所述的直投屏幕，其特征在于，所述第一反射面相对于所述入射面的倾斜角度等于所述第二反射面相对于所述入射面的倾斜角度，以使得从所述入射面入射的投影光线经所述第二反射面完全反射至所述第一反射面。
5.根据权利要求1所述的直投屏幕，其特征在于，所述第一反射面相对于所述入射面的倾斜角度大于所述第二反射面相对于所述入射面的倾斜角度，以使得从所述入射面入射的投影光线经所述第二反射面部分反射至所述第一反射面。
6.根据权利要求1所述的直投屏幕，其特征在于，所述第一反射面相对于所述入射面的倾斜角度小于所述第二反射面相对于所述入射面的倾斜角度，以使得从所述入射面入射的投影光线经所述第二反射面全部反射至所述第一反射面，并且部分投影光线经第一反射面反射后再次反射至所述第二反射面。
7.根据权利要求1所述的直投屏幕，其特征在于，所述光学结构为全反射结构；或
所述直投屏幕进一步包括设置于所述光学结构层远离所述基层一侧的反射层，所述反射层用于反射经所述光学结构层透射的投影光线。
8.根据权利要求7所述的直投屏幕，其特征在于，所述直投屏幕进一步包括设置于所述光学结构层远离所述基层一侧的吸光层，用于吸收经所述光学结构层透射的环境光线。
9.根据权利要求1所述的直投屏幕，其特征在于，所述直投屏幕进一步包括设置于所述基层远离所述光学结构层一侧的散射层，用于对经所述光学结构层反射的投影光线进行散射。
10.根据权利要求1所述的直投屏幕，其特征在于，所述基层为PET、PC、PVC或PMMA材料。
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