CN114815489A - 一种投影幕布 - Google Patents

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CN114815489A CN202110062212.2A CN202110062212A CN114815489A CN 114815489 A CN114815489 A CN 114815489A CN 202110062212 A CN202110062212 A CN 202110062212A CN 114815489 A CN114815489 A CN 114815489A
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朱昊枢
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Weiyeda Technology Jiangsu Co ltd
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Abstract

本发明提供一种投影幕布。所述投影幕布至少包括着色层、扩散层、菲涅尔透镜层中的一层、以及反射层；其中，菲涅尔透镜层为球面菲涅尔透镜层或非球面菲涅尔透镜层，菲涅尔透镜层包括沿着一平面突起的若干环状凸起，所述若干环状凸起以环带排列，且沿着垂直于所述平面的截面，每个环状凸起的截面形状为三角形或多台阶形或自由面形，每个截面形状平行于所述平面的边宽度渐变，截面形状及其宽度的渐变，决定球面菲涅尔透镜层或非球面菲涅尔透镜层的聚光特性；每个环状凸起表面具有散点微结构，反射层为金属层或金属合金层，且其采用电镀、蒸镀、溅射或涂布工艺制备。本发明提供的投影幕布表现出比现有投影幕布具有更高的亮度、以及更大的视角。

Description

一种投影幕布
技术领域
本发明涉及显示技术领域，尤其涉及一种投影幕布。
背景技术
随着各种显示技术的发展，作为能够实现超大显示画面的投影显示技术越来越受到人们的重视。投影显示技术在显示图像效果上要达到或者超越市场主流的液晶显示技术或者有机显示技术，除了需要高品质的投影仪外，高品质的光学投影屏幕也是必不可少的关键部件。
光学投影屏幕是由一系列微细光学结构组成的可以使投影仪和环境光强在屏幕结构中重新分布的投影屏幕。其特点是可以有效的减弱环境光强和增强投影机投射的光强，提升画面对比度、亮度增益、色彩还原性、分别率等，满足人们对超高画质的需求。其中，菲涅尔屏是常见的光学投影屏幕，菲涅尔屏采用菲涅尔透镜结构原理，将一定角度入射的光束进行准直变成平行光，并最终送入人眼成像。如何进一步增强菲涅尔屏的抗环境光干扰，进而提高屏幕亮度和对比度，一直是工程人员和研发人员不断追求的目标。
另外，目前菲涅尔屏中的菲涅尔透镜常用的制备方法是金刚石车削加工方法。该加工方法制作的菲涅尔透镜的微结构精细化程度低，其槽型宽度通常为20～50um。精细化程度如此低的微结构，不利于光效利用率的提升。同时，精细化程度高的微结构又不利于菲涅尔透镜的加工。如何在保证光效利用率不变甚至提升的情况下，降低菲涅尔透镜的加工难度，也一直是工程人员和研发人员不断追求的目标。
此外，现在市场上在售的光学投影屏幕，如大日本印刷株式会社(DNP)和成都菲斯特科技有限公司，都是以厚重的刚性背板作支撑，再辅以装饰边框、挂件等配件制成的硬幕。这种硬屏形态的光学投影屏幕不仅重量重，而且体积大，且无法卷曲，不仅不利于搬运，而且占有大量的空间。
发明内容
针对上述问题或者部分上述问题。
本发明提供一种菲涅尔透镜，该菲涅尔透镜包括沿着一平面突起的若干环状凸起，所述若干环状凸起以环带排列，且沿着垂直于所述平面的截面，每个环状凸起的截面形状为三角形，所述三角形的平行于所述平面的边称为第一边，其余的两条边称为第二边以及第三边；其中，每个三角形的第一边的高H均相同，每个三角形的第三边与第一边的夹角α1为90度。
本发明提供另一种菲涅尔透镜，所述菲涅尔透镜包括沿着一平面凸起的若干环状凸起，所述若干环状凸起以环带排列，且沿着垂直于所述平面的截面，每个环状凸起的截面形状为多台阶形，所述多台阶形的平行于所述平面的边称为第一边，具有台阶状的边称为第二边，不具有台阶状的边称为第三边，第三边垂直于第一边，且每个台阶的两条边中，一条边垂直于第一边，另一条边平行于第一边；每个多台阶形的离第一边最远的台阶的平行于第一边的边，到第一边的垂直距离称为第一边的高H，每个多台阶形的第一边的高H均相等。
可选的，第一边的高H为：
Figure BDA0002903120000000021
从中心向外数，第j个三角形或多台阶形的第一边的长度Lj:
Figure BDA0002903120000000022
其中，P为大于等于1的整数，λ为中心波长，f为菲涅尔透镜的焦距。
可选的，第一边的高H为1～20μm。
可选的，每个三角形的第二边与第一边的夹角β1为65～81度。
可选的，第一边的长度为0.02～0.3mm。
可选的，环状凸起的表面具散点微结构。
本发明提供一种菲涅尔透镜的设计方法，所述菲涅尔透镜包括沿着一平面凸起的若干环状凸起，所述若干环状凸起以环带排列，且沿着垂直于所述平面的截面，每个环状凸起的截面形状为三角形或多台阶形，所述三角形或多台阶形的平行于所述平面的边称为第一边，从中心向外数，第j个三角形或多台阶形的第一边的长度Lj:
Figure BDA0002903120000000031
其中P为大于等于1的整数，λ为中心波长，f为菲涅尔透镜的焦距。
可选的，第j个三角形或多台阶形的第一边的长度Lj获取包括如下步骤：
步骤1：假设球面透镜的半径为R，折射率为n，则球面透镜的焦距为
Figure BDA0002903120000000032
步骤2：将透镜曲面进行塌陷，每次塌陷的高度为：
Figure BDA0002903120000000033
第j个环，塌陷j次；
步骤3：假设第j个环带的半径为aj，根据三角关系有：
Figure BDA0002903120000000034
展开得到：
Figure BDA0002903120000000035
其中
Figure BDA0002903120000000041
相对于2R来说很小，可以作忽略近似，那么近似后的半径表达式为：
Figure BDA0002903120000000042
步骤4：第j个三角形的第一边的长度Lj:
Figure BDA0002903120000000043
本发明提供一种菲涅尔透镜的模具，所述菲涅尔透镜模具包括沿着一平面凸起的若干环状微结构单元，所述若干环状微结构单元以环带排列，且沿着垂直于所述平面的截面，每个环状微结构单元的截面形状为三角形或多台阶形，所述三角形或多台阶形的平行于所述平面的边称为第一边，从中心向外数，第j个三角形或多台阶形的第一边的长度Lj:
Figure BDA0002903120000000044
其中P为大于等于1的整数，λ为中心波长，f为菲涅尔透镜的焦距。
类似于实施例1-2中的三角形或多台阶形第一边的高H的定义，该环状微结构单元的截面形状的三角形或多台阶形的第一边的高H为：
Figure BDA0002903120000000045
其中，n为菲涅尔透镜的折射率。
本发明提供一种菲涅尔透镜的模具制备方法。该菲涅尔透镜的模具制备方法包括如下步骤：
步骤1，提供三维模型图。
步骤2：设定至少一个曲率函数f1(x)，根据所述曲率函数f1(x)，确定三维模型中点的高度。
步骤3：将所述三维模型图在高度方向上进行划分获得多个高度区间。
步骤4：将三维模型图在平面上进行投影得到灰度图；其中，所述灰度图包括多个像素点，每个像素点包括像素点的位置、以及灰度值；所述三维模型图在水平面上的投影包括多个点，每个点包括位置、以及高度值；每个点的位置对应于灰度图中的像素点的位置；根据设定的三维模型图的高度值所在的高度区间的高度范围，与对应的灰度取值范围的对应函数f2(x)，计算得到所述高度值对应的灰度值，获得所述灰度图对应像素点的灰度值。
步骤5：在目标载体上涂布光刻胶，根据所述灰度图进行光刻，其中，根据灰度值与光刻时间的对应函数f3(x)，通过曝光显影在目标载体上形成图形化结构。
步骤6：采用UV转印或金属生长的方式将图形化结构转移到另一载体上，形成与菲涅尔透镜的图案互补的模具。
本发明提供另一种菲涅尔透镜模具的制备方法。该菲涅尔透镜模具制备方法包括如下步骤：
步骤1：提供三维模型图。
步骤2：设定至少一个曲率函数f1(x)，根据所述曲率函数f1(x)，确定三维模型中点的高度。
步骤3：将所述三维模型图在高度方向上进行划分获得多个高度区间。
步骤4：将三维模型图在平面上进行投影得到灰度图；其中，所述灰度图包括多个像素点，每个像素点包括像素点的位置、以及灰度值；所述三维模型图在水平面上的投影包括多个点，每个点包括位置、以及高度值；每个点的位置对应于灰度图中的像素点的位置；根据设定的三维模型图的高度值所在的高度区间的高度范围，与对应的灰度取值范围的对应函数f2(x)，计算得到所述高度值对应的灰度值，获得所述灰度图对应像素点的灰度值。
步骤5：根据所述灰度图取样出多套二值图。
步骤6：在目标载体上涂布光刻胶，基于所述多套二值图进行叠加光刻，通过曝光显影以在目标载体上形成图形化结构。
步骤7：采用UV转印或金属生长的方式将图形化结构转移到另一载体上，形成与菲涅尔透镜的图案互补的模具。
可选的，三维模型图的三维模型为圆锥形，
圆锥形的底面圆的半径R为：
Figure BDA0002903120000000061
圆锥形母线的长度L和底面圆的夹角α为：
Figure BDA0002903120000000062
其中：
Figure BDA0002903120000000063
P为大于等于1的整数，n为菲涅尔透镜材料的折射率，λ为中心波长，f为菲涅尔透镜的焦距，N为总的环状微结构单元数。
可选的，三维模型图的三维模型为半球形，半球底面圆的半径R为：
Figure BDA0002903120000000064
可选的，曲率函数f1(x)为：
f1(x)＝xtanα …………4-5
可选的，曲率函数f1(x)为：
Figure BDA0002903120000000071
其中，
Figure BDA0002903120000000072
其中，自变量x指的是圆锥底面圆或半球底面圆的某个半径上的点，到该半径的远离底面圆中心的一端的距离。
可选的，以平行于圆锥底面的平面，把圆锥划分为N份；从圆锥的顶部数，第j+1个区间所截圆锥母线的长度ΔLj+1为：
Figure BDA0002903120000000073
可选的，以平行于半球底面圆的平面，把半球划分为N等份，每份的长度：
Figure BDA0002903120000000074
可选的，灰度取值范围内的灰度值和第j+1区间的高度范围内的高度值对应的函数f2(x)优选为：
Figure BDA0002903120000000075
可选的，灰度取值范围内的灰度值和第j+1区间的高度范围内的高度值对应的函数f2(x)优选为:
Figure BDA0002903120000000081
其中，灰度取值范围为大于等于0，小于等于Qmax。其中，Qmax为灰度值取值范围中的最大的灰度值，自变量x指的是高度范围内的高度值。
可选的，光刻时间与灰度值对应函数f3(x)优选为：
Figure BDA0002903120000000082
其中，η为光刻的速率；自变量x指的是灰度值。
可选的，
f3(x)＝f3(x2) …………4-13
其中，
x1≤x＜x2
可选的，
Figure BDA0002903120000000083
Figure BDA0002903120000000084
其中，M是台阶的个数，i是取值为大于等于0，且小于M的整数。
可选的，根据台阶个数M，取样M-1套二值图；其中，
将灰度值在第k个范围内的像素点赋值为黑，灰度值在其他范围的像素点赋值为白，以得到第k套二值图；或者，
将灰度值在第k个范围内的像素点赋值为白，灰度值在其他范围的像素点赋值为黑，以得到第k套二值图；
其中，第k个范围区间至少部分覆盖第k-1个范围区间，M为大于等于2的整数，黑代表二值中的1，白代表二值中0。
可选的，光刻后对所述目标载体进行烘烤，以获得光滑的图案化结构。
本发明提供一种投影幕布，所述投影幕布包括沿厚度方向依次层叠设置的着色层、扩散层、菲涅尔透镜层以及反射层；或者，
所述投影幕布包括沿厚度方向依次层叠设置的扩散层、着色层、菲涅尔透镜层以及反射层。
本发明提供一种投影幕布，所述投影幕布包括沿厚度方向依次层叠设置的着色层、菲涅尔透镜层以及反射层；其中，在菲涅尔透镜层中加入了扩散粒子。
本发明提供一种投影幕布，所述投影幕布包括沿厚度方向依次层叠设置的扩散层、菲涅尔透镜层以及反射层，其中，在菲涅尔透镜层中加入了着色粒子。
本发明提供一种投影幕布，所述投影幕布包括沿厚度方向依次层叠设置的菲涅尔透镜层以及反射层；其中，在菲涅尔透镜层的基材层，或者具有一定雾度的薄膜中加入了着色粒子和扩散粒子，或者在菲涅尔透镜中加入了着色粒子和扩散粒子。
可选的，菲涅尔透镜层设置在基材上，其中，基材为光透过率大于75％的高透过率树脂材料，厚度为10～200μm。
可选的，菲涅尔透镜层和基材一体形成；或者菲涅尔透镜层通过光学透明胶(OCA)贴合于基材上。
可选的，菲涅尔透镜层设置在具有一定雾度的薄膜上；其中，薄膜的雾度值为50～90％，厚度为50～200μm。
可选的，菲涅尔透镜层通过OCA贴合于一定雾度的薄膜上。
可选的，菲涅尔透镜层为球面菲涅尔透镜层或非球面菲涅尔透镜层。
可选的，OCA的厚度为10～200μm。
可选的，着色层的厚度为10～200μm，其光透过率为50～90％。
可选的，着色层为镀镍层，其光透过率为50～90％。
可选的，扩散层是混合有扩散粒子的透光性的树脂。
可选的，扩散层的厚度为50～1000μm。
可选的，扩散层为具有扩散功能的微纳结构，横截面形状为弧形、三角形、正方形、矩形、梯形或不规则形中的一种或两种及以上的组合。
可选的，微纳结构的高度为1～20μm。
可选的，微纳结构用柔性的材质制造。
可选的，扩散层为半透半反膜，其雾度值为50～90％，透过率为55-65％。
可选的，反射层是金属反射层，或者合金反射层。
可选的，所述金属反射层包括铝、银、金、铬、镍、铜；所述合金反射层包括镍铬合金、铝合金、钛合金。
可选的，反射层为铝金属反射层，采用镀膜或者喷涂技术制备。
可选的，采用镀膜技术制备时，铝金属反射层厚度为0.04～3μm。
可选的，铝粒子的粒径小于等于500nm。
可选的，采用喷涂技术制备时，铝金属反射层厚度为10～20μm。
可选的，铝粒子的粒径大于5μm。
可选的，菲涅尔透镜材料的折射率和扩散粒子的折射率之差小于0.4。
可选的，着色粒子的粒径为小于200μm。
可选的，扩散粒子粒径为1-50μm。
本发明还提供一种投影幕布的制备方法，该制备方法包括：扩散层、着色层、菲涅尔透镜层中任意两者通过OCA贴合；或者，
扩散层、着色层采用涂布的方式制备，然后再通过OCA和菲涅尔透镜层贴合；或者，
着色层镀在扩散层的一个表面、然后扩散层的另一表面通过OCA和菲涅尔透镜层贴合；或者，
着色层镀在扩散层的一个表面、然后着色层远离扩散层的一面通过OCA和菲涅尔透镜层贴合。
可选的，菲涅尔透镜层贴合好以后，在菲涅尔透镜层表面制备反射层。
可选的，在菲涅尔透镜层贴合以前，在其表面制备反射层。
可选的，OCA的厚度为10～200μm。
可选的，菲涅尔透镜层采用卷对卷工艺制备。
可选的，首先在基材、或者具有一定雾度的薄膜、或者扩散层、或者着色层上涂布胶层；然后用上述菲涅尔透镜的模具在胶层上采用卷对卷压印工艺，压印形成菲涅尔透镜层。
可选的，最后烘干固化。
可选的，在制作上述菲涅尔透镜模具时，菲涅尔透镜模具的表面，具有利用激光直写工艺制备的随机点结构，然后再用该模具来压印形成菲涅尔透镜层，使得菲涅尔透镜层的环状凸起的表面具有散点微结构。
本发明至少取得如下优点：
(1).本发明提供一种在保证光效利用率不变的情况下，降低菲涅尔透镜的加工难度的菲涅尔透镜模具的设计方法。
(2).本发明提供两种简单的菲涅尔透镜模具的制备方法。
(3).本发明提供一种比现有投影幕布更加高的亮度、以及更大视角的投影幕布。
附图说明
图1为本发明提供的第一实施例的菲涅尔透镜的结构示意图；图1a是俯视图，图1b是截面图，图1c为单个微结构单元截面图。
图2为本发明提供的第二实施例的菲涅尔透镜的结构示意图；图2a是俯视图，图2b是截面图，图2c为单个微结构单元截面图。
图3为本发明提供的第三实施例的菲涅尔透镜设计所用的几何图。
图4为本发明提供的第四实施例的制备菲涅尔透镜的模具所用的三维模型图；图4a是三维模型图为锥形时的立体图，图4b是锥形的轴截面。
图5a-5c为本发明提供的第六实施例的投影幕布结构示意图。
图6为本发明提供的第七实施例的投影幕布结构示意图。
图7为本发明提供的第八实施例的投影幕布结构示意图。
图8为本发明提供的第九实施例的投影幕布结构示意图。
图9为本发明提供的第十实施例的投影幕布结构示意图。
图10为菲涅尔透镜表面具随机点，且采用镀膜工艺制备反射层的测试结果。
具体实施方式
以下将通过实施例来详细说明本申请的实施方式，借此对本申请如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。
本申请中所用原料、设备，若无特别说明，均为本领域的常用原料、设备，均来自市售产品。本申请中所用方法，若无特别说明，均为本领域的常规方法。
实施例1
图1为本发明提供的第一种菲涅尔透镜的结构示意图；图1a是俯视图，图1b是截面图。如图1a-1b所示，菲涅尔透镜包括沿着一平面突起的若干环状凸起，所述若干环凸起以环带排列，且沿着垂直于所述平面的截面，每个环状凸起的截面形状为三角形，所述三角形的平行于所述平面的边称为第一边a1，其余的两条边称为第二边b1以及第三边c1，如图1c所示；其中，每个三角形的第一边a1的高H均相同。同时，为了有利于采用后述的微纳光刻方法来制备该菲涅尔透镜的模具，每个三角形的第三边c1与第一边a1的夹角α1优选为90度。其中，每个三角形截面的第一边a1宽度渐变，高度不变，使得三角形的截面呈现渐变，截面形状及其宽度的渐变，决定球面菲涅尔透镜层或非球面菲涅尔透镜层的聚光特性。
三角形第一边a1的高H为：
Figure BDA0002903120000000131
其中，P为大于等于1的整数，λ为中心波长，n为菲涅尔透镜的折射率。
从中心向外数，第j个三角形的第一边a1的长度Lj为:
Figure BDA0002903120000000132
其中P为大于等于1的整数，λ为中心波长，f为菲涅尔透镜的焦距。
作为一个可选的实施方式，每个三角形的第二边b1与第一边a1的夹角β1优选为65～81度，第一边a1的高优选为1～20μm，第一边a1的长度优选为0.02～0.3mm。
实施例2
图2为本发明提供的菲涅尔透镜的结构示意图；图2a是俯视图，图2b是截面图。如图2a-2b所示，菲涅尔透镜包括沿着一平面突起的若干环状凸起，所述若干环状凸起以环带排列，且沿着垂直于所述平面的截面，每个环状凸起的截面形状为多台阶状，所述多台阶状的平行于所述平面的边称为第一边a2，具有台阶状的边称为第二边b2，不具有台阶状的边称为第三边c2，如图2c所示。为了采用后述的微纳光刻方法，来制备该菲涅尔透镜的模具，第三边c2垂直于第一边a2，且每个台阶的两条边中，一条边d1垂直于第一边a2，另一条边d2平行于第一边a2，如图2c所示。同时，每个多台阶状离第一边a2最远的台阶的平行于第一边a2的边d2，到第一边a2的垂直距离称为第一边a2的高H，每个多台阶形的第一边a1的高H均相同。其中，每个多台阶状截面的第一边a2宽度渐变，高度不变，使得多台阶状的截面呈现渐变，截面形状及其宽度的渐变，决定球面菲涅尔透镜层或非球面菲涅尔透镜层的聚光特性。
高H为：
Figure BDA0002903120000000141
其中，P为大于等于1的整数，λ为中心波长，n为菲涅尔透镜的折射率。
从中心向外数，第j个多台阶形的第一边a2的长度Lj:
Figure BDA0002903120000000142
其中P为大于等于1的整数，λ为中心波长，f为菲涅尔透镜的焦距。
作为一个可选的实施方式，第一边a2的高优选为1～20μm，第一边a2长度优选为0.02～0.3mm。
在本发明的其他实施例中，环状凸起的截面形状还可以为自由面形。具体的，菲涅尔透镜包括沿着一平面凸起的若干环状凸起，所述若干环状凸起以环带排列，且沿着垂直于所述平面的截面，每个环状凸起的截面形状为自由面形，所述自由面形的平行于所述平面的边称为第一边，形状呈自由变化的边称为第二边，另一边称为第三边；第二边与第三边的交点到第一边的垂直距离称为第一边的高H，每个自由面形的第一边的高H均相等。同时，为了有利于采用后述的微纳光刻方法来制备该菲涅尔透镜的模具，每个第三边与第一边的夹角α1优选为90度。其中，每个自由面形截面的第一边a1宽度渐变，高度不变，使得自由面形的截面呈现渐变，截面形状及其宽度的渐变，决定球面菲涅尔透镜层或非球面菲涅尔透镜层的聚光特性。
实施例3
本发明提供一种菲涅尔透镜的设计方法。所述菲涅尔透镜包括沿着一平面突起的若干环状凸起，所述若干环状凸起以环带排列，且沿着垂直于所述平面的截面，每个环状凸起的截面形状为三角形或多台阶形或自由面形，所述三角形或多台阶形或自由面形的平行于所述平面的边称为第一边，从中心数，第j个三角形或多台阶形或自由面形的第一边的长度Lj:
Figure BDA0002903120000000151
其中P为大于等于1的整数，λ为中心波长，f为菲涅尔透镜的焦距。
其中，如图3所示，第j个三角形或多台阶形或自由面形的第一边的长度Lj通过如下步骤获得：
步骤1：假设球面透镜的半径为R，透镜材料的折射率为n，则球面透镜的焦距f为:
Figure BDA0002903120000000152
步骤2：将透镜曲面进行塌陷，每次塌陷的高度H为：
Figure BDA0002903120000000153
第j个环，塌陷j次；
步骤3：假设第j个环带的半径为aj，根据三角关系有：
Figure BDA0002903120000000154
展开得到：
Figure BDA0002903120000000161
其中
Figure BDA0002903120000000162
相对于2R来说很小，可以作忽略近似，那么近似后的半径表达式为：
Figure BDA0002903120000000163
步骤4：第j个三角形或多台阶形或自由面形的第一边的长度Lj:
Figure BDA0002903120000000164
从上式3-4或3-5能看出，此结构的菲涅尔透镜模具的微结构单元的周期得到了明显的扩大，扩大倍数为
Figure BDA0002903120000000166
倍。因此，一定程度上能够减小加工难度。
实施例4
本发明提供一种菲涅尔透镜的模具制备方法。所述菲涅尔透镜模具包括沿着一平面凸起的若干环状微结构单元，所述若干环状微结构单元以环带排列，且沿着垂直于所述平面的截面，每个环状微结构单元的截面形状为三角形或多台阶形或自由面形，所述三角形或多台阶形或自由面形的平行于所述平面的边称为第一边，从中心向外数，第j个三角形或多台阶形或自由面形的第一边的长度Lj:
Figure BDA0002903120000000165
其中P为大于等于1的整数，λ为中心波长，f为菲涅尔透镜的焦距。
类似于实施例1-2中的三角形或多台阶形或自由面形第一边的高H的定义，该环状微结构单元的截面形状的三角形或多台阶形或自由面形的第一边的高H为：
Figure BDA0002903120000000171
其中，n为菲涅尔透镜的折射率。
该菲涅尔透镜的模具制备方法包括如下步骤：
步骤1，提供三维模型图。具体的，三维模型图的三维模型优选为圆锥形，如图4a所示。
圆锥形的底面圆的半径R为：
Figure BDA0002903120000000172
圆锥形母线的长度L和底面圆的夹角α为：
Figure BDA0002903120000000173
其中：
Figure BDA0002903120000000174
P为大于等于1的整数，λ为中心波长，n为菲涅尔透镜材料的折射率，f为菲涅尔透镜的焦距，N为总的环状微结构单元数。
作为一个可选的实施方式，三维模型图的三维模型优选为半球形。半球底面圆的半径R，也即半球的半径，为：
Figure BDA0002903120000000181
P为大于等于1的整数，λ为中心波长，n为菲涅尔透镜材料的折射率，f为菲涅尔透镜的焦距，N为总的环状微结构单元数。
步骤2：设定至少一个曲率函数f1(x)，根据所述曲率函数f1(x)，确定三维模型中点的高度。具体的，该曲率函数f1(x)优选为：
f1(x)＝xtanα …………4-5
其中，自变量x指的是圆锥形底面圆的某个半径上的点，到该半径的远离底面圆中心的一端的距离。
作为一个可选的实施方式，该曲率函数f1(x)优选为：
Figure BDA0002903120000000182
其中，
Figure BDA0002903120000000183
自变量x指的是半球底面圆的某个半径上的点，到该半径的远离半球底面圆中心的一端的距离。
步骤3：将所述三维模型图在高度方向上进行划分获得多个高度区间。具体为，以平行于圆锥底面的平面，把圆锥划分为N份，如图4b所示。从圆锥的顶部数，第j+1个区间所截圆锥母线的长度ΔLj+1为：
Figure BDA0002903120000000184
作为一个可选的实施方式，以平行于半球底面圆的平面，把半球划分为N等份。每份的长度：
Figure BDA0002903120000000191
步骤4：将三维模型图在平面上进行投影得到灰度图。其中，所述灰度图包括多个像素点，每个像素点包括像素点的位置、以及灰度值；所述三维模型图在水平面上的投影包括多个点，每个点包括位置、以及高度值。每个点的位置对应于灰度图中像素点的位置，将所述三维模型图的每个高度区间对应于灰度取值范围。例如，灰度取值范围为0～64，或者0～256。根据三维模型图的高度值所在的高度区间的高度范围，与灰度取值范围的对应函数f2(x)，计算得到所述高度值对应的灰度值，获得所述灰度图的对应像素点的灰度值。具体的，灰度取值范围内的灰度值和第j+1区间的高度范围内的高度值对应的函数f2(x)优选为：
Figure BDA0002903120000000192
作为一个可选的实施方式，灰度取值范围内的灰度值和第j+1区间的高度范围内的高度值对应的函数f2(x)优选为:
Figure BDA0002903120000000193
其中，灰度取值范围为大于等于0，小于等于Qmax。其中，Qmax为灰度值取值范围中的最大的灰度值，自变量x指的是高度范围内的高度值。
步骤5：在目标载体上涂布光刻胶，根据所述灰度图进行光刻，获得图案化结构。可以将灰度图分割成复数个单元图后进行光刻，根据灰度值与光刻时间的对应函数f3(x)，通过曝光显影在目标载体上形成斜坡。其中，灰度图的像素点的灰度值越高，光刻的时间越久，可以光刻的更深，灰度图的像素点的灰度值越低，光刻的时间越短，可以光刻的更浅。具体的，光刻时间与灰度值对应函数f3(x)优选为：
Figure BDA0002903120000000201
其中，η为光刻的速率，即单位时间光刻的深度；自变量x指的是灰度值。
作为一个可选的实施方式，当灰度值取某个范围时，光刻时间不变。即：
f3(x)＝f3(x2) …………4-13
其中，
x1≤x＜x2
作为一个可选的实施方式，，
Figure BDA0002903120000000202
Figure BDA0002903120000000203
其中，M是台阶的个数，i是取值为大于等于0，且小于M的整数。
步骤6：采用UV转印或金属生长的方式将图案化结构转移到另一载体上，形成与菲涅尔透镜的图案互补的模具。
与现有技术相比，本实施例的菲涅尔透镜的模具制备方法是，通过将三维模型图在平面上进行投影得到灰度图，按照高度将所述三维模型图划分成多个高度区间，每个高度区间的高度范围对应于灰度取值范围，可以将三维模型图轻易的转化成灰度图，从而容易实现菲涅尔透镜模具的制作。
实施例5
本发明提供一种菲涅尔透镜模具的制备方法。该菲涅尔透镜模具制备方法包括如下步骤：
步骤1：提供三维模型图。
步骤2：设定至少一个曲率函数，根据所述曲率函数，确定三维模型中点的高度。
步骤3：将所述三维模型图在高度方向上进行划分获得多个高度区间。
步骤4：将三维模型图在平面上进行投影得到灰度图。
其中，步骤1-4的具体过程，和实施例4的步骤1-4相同，在此不再累述。
步骤5：根据所述灰度图取样出多套二值图。具体为，
根据台阶个数M，取样M-1套二值图；
将灰度值在第一个范围内的像素点赋值为黑(或白)，灰度值在其他范围的像素点赋值为白(或黑)，以得到第一套二值图；
将灰度值在第二个范围内的像素点赋值为黑(或白)，灰度值在其他范围的像素点赋值为白(或黑)，以得到第二套二值图；
将灰度值在第k个范围内的像素点赋值为黑(或白)，灰度值在其他范围的像素点赋值为白(或黑)，以得到第k套二值图；
其中，第k个范围区间至少部分覆盖第k-1个范围区间，M为大于等于2的整数，黑代表二值中的1，白代表二值中0。
步骤6：在目标载体上涂布光刻胶，基于所述的多套二值图进行叠加光刻，通过曝光显影以在目标载体上形成多台阶形的图案化结构。
作为一个优选的实施实施方式，在叠加光刻后对所述目标载体进行烘烤，以获得光滑的图案化结构。
步骤7：采用UV转印或金属生长的方式将图案化结构转移到另一载体上，形成与菲涅尔透镜的图案互补的模具。
本实施例采用多套二值图进行叠加光刻的方式来制备菲涅尔透镜模具。因此，可以有效解决灰度光刻法制备菲涅尔透镜模具耗时长，效率低的问题。
实施例6
本发明提供一种投影幕布，如图5a-5b所示，该投影幕布包括沿厚度方向依次层叠设置的着色层、扩散层、菲涅尔透镜层以及反射层。菲涅尔透镜层为球面菲涅尔透镜层或非球面菲涅尔透镜层。
作为一个可选的实施方式，如图5c所示，投影幕布包括沿厚度方向依次层叠设置的扩散层、着色层、菲涅尔透镜层以及反射层。
作为一个可选的实施方式，投影幕布包括沿厚度方向依次层叠设置的扩散层、菲涅尔透镜层、着色层以及反射层。其中，着色层设置在菲涅尔透镜层的若干环状凸起表面，反射层设置在着色层的表面。
着色层具有吸收入射至投影幕布的环境光、降低图像的黑色亮度、提高图像的对比度等功能。着色层通常是在光透过率大于75％的高透过率树脂中均匀混合着色剂，再通过注塑挤出拉伸或热固化等方式加工成型。作为着色剂，优选使用灰色系或黑色系等暗色系的染料或颜料等；例如，炭黑、石墨、黑色氧化铁等金属盐等。作为高透光率的树脂可选用PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)树脂、PC(聚碳酸酯)树脂、MS(甲基丙烯酸甲酯·苯乙烯)树脂、MBS(甲基丙烯酸甲酯·丁二烯·苯乙烯)树脂、TAC(三乙烯纤维素)树脂、PEN(聚萘二甲酸乙二醇酯)树脂、丙烯酸系树脂等。着色层的厚度优选10～200μm，其光透过率优选50～90％。
作为一个可选的实施方式，着色层为镀镍层，其光透过率优选50～90％。
扩散层是为了扩大视场角、以及增加幕布面内光亮度的均匀性。扩散层可以是在具有透光性的树脂中均匀混合具有漫光散射功能的扩散粒子的薄膜，如图5a所示。其中，为了扩大视场角以及增加亮度的面均匀性，树脂的折射率和扩散粒子的折射率之差小于0.4。树脂例如优选使用PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)树脂、PC(聚碳酸酯)树脂、MS(甲基丙烯酸甲酯·苯乙烯)树脂、MBS(甲基丙烯酸甲酯·丁二烯·苯乙烯)树脂、TAC(三乙烯纤维素)树脂、PEN(聚萘二甲酸乙二醇酯)树脂、丙烯酸系树脂等。扩散粒子可以选择无机扩散粒子和/或有机扩散粒子，无机扩散粒子选自氧化铝、氧化锑、氧化镉、氧化钽、氧化锆、氧化铁、氧化铜、氧化铅、氧化锰、氧化锡、氧化钨、硒化锌、氧化铌、碲化锌、氧化钒、氧化钼、硫化锌、氧化锌、硫化镉、硒化镉、氧化钛、硫化铅中的一种或多种材料形成的粒子；有机扩散粒子可选自聚苯乙烯、丙烯酸树脂、聚氨酯、聚四氟乙烯、密胺树脂、苯代三聚氰胺树脂、环氧树脂或硅树脂中的一种或多种材料形成的粒子。扩散粒子的粒径为1～50μm，优选5～30μm。扩散层的厚度为50～1000μm，优选为188μm。
作为一个可选的实施方式，如图5b所示，扩散层为具有扩散功能的微纳结构，其高度为1～20μm，横截面形状为弧形、三角形、正方形、矩形、梯形或不规则形中的一种或两种及以上的组合。出于投影幕布具有柔性，能够被卷曲的目的，微纳结构优选用柔性的材质制造，例如树脂。
作为一个可选的实施方式，扩散层可为半透半反膜，其雾度值优选为50～90％，透过率优选为55～65％。
所述反射层可以是金属反射层，也可以是合金反射层。所述金属反射层包括但不限于：铝、银、金、铬、镍、铜；所述合金反射层包括但不限于：镍铬合金、铝合金、钛合金。
作为一个优选的实施方式，反射层优选铝金属反射层，采用电镀或者喷涂技术制备。采用电镀技术制备时，其厚度优选0.04～3μm，且其铝粒子的粒径优选500nm以内；采用喷涂技术制备时，其厚度小于10～20μm，粒径大于5μm。
菲涅尔透镜层起到调节投影光束传输方向的作用。菲涅尔透镜层为实施例1-2所述的菲涅尔透镜。
作为一个可选的实施方式，为了使投影幕布具有更强的亮度(即增益)、以及更大的视角(即半视角)，菲涅尔透镜层的凸起的表面具有散点微结构，如图5c所示。
作为一个可选的实施方式，菲涅尔透镜层设置在基材上。其中，基材优选光透过率大于75％的高透过率树脂材料，其厚度优选为10～200μm。
作为一个可选的实施方式，菲涅尔透镜层可以和基材一体形成。
作为一个可选的实施方式，菲涅尔透镜层可以通过光学透明胶(OCA)贴合于基材上，光学透明胶的厚度优选为10～200μm。
作为一个可选的实施方式，菲涅尔透镜层设置在具有一定雾度的薄膜上。其中，薄膜的雾度值优选为50～90％，厚度优选为50～200μm。
作为一个可选的实施方式，菲涅尔透镜层通过OCA贴合于一定雾度的薄膜或板材上，OCA的厚度优选为10～200μm。
本发明还提供一种投影幕布的制备方法。
扩散层、着色层、菲涅尔透镜层依次通过OCA贴合；或者着色层、扩散层、菲涅尔透镜层依次通过OCA贴合；其中OCA的厚度为10～200μm。
作为一个可选的实施方式，扩散层、着色层依次采用涂布的方式制备，然后再通过OCA和菲涅尔透镜层贴合；或者着色层、扩散层依次采用涂布的方式制备，然后再通过OCA和菲涅尔透镜层贴合；其中，OCA的厚度为10～200μm。
作为一个可选的实施方式，菲涅尔透镜层采用卷对卷工艺制备。具体地，首先在基材、或者具有一定雾度的薄膜、或者扩散层、或着色层上涂布胶层；然后用实施例4-5所述的菲涅尔透镜模具在胶层上采用卷对卷压印工艺，压印形成菲涅尔透镜层；最后烘干固化。
作为一个可选的实施方式，为了使投影幕布具有更强的亮度(即增益)、以及更大的视角(即半视角)，在制作实施例4-5的菲涅尔透镜模具时，菲涅尔透镜模具的表面，具有利用激光直写工艺制备的随机点结构，然后再用该模具来压印形成菲涅尔透镜层，使得菲涅尔透镜层的环状凸起的表面具有散点微结构。
作为一个可选的实施方式，着色层镀在扩散层的一个表面、然后扩散层的另一表面通过OCA和菲涅尔透镜层贴合；或者着色层镀在扩散层的一个表面、然后着色层远离扩散层的一面通过OCA和菲涅尔透镜层贴合；其中，OCA的厚度为10～200μm。
菲涅尔透镜层贴合好以后，在菲涅尔透镜层表面制备反射层。
作为一个优选的实施方式，在菲涅尔透镜层贴合以前，在其表面制备反射层。
作为一个可选的实施方式，上述贴合采用卷对卷工艺。
实施例7
本发明提供一种投影幕布，如图6所示，该投影幕布包括沿厚度方向依次层叠设置的着色层、菲涅尔透镜层以及反射层。菲涅尔透镜层为球面菲涅尔透镜层或非球面菲涅尔透镜层。
着色层、反射层如实例中6所述，在此不再累述。菲涅尔透镜层的制作方法如实例中6所述，在此不再累述，只不过在制作菲涅尔透镜层的胶层中加入了扩散粒子。菲涅尔透镜层的材料的折射率和扩散粒子的折射率的差小于0.4。扩散粒子可以是实施例5中所述的无机或有机材料的扩散粒子，在此不在累述。
该实施例的投影幕布，一方面少了扩散层，使得投影幕布变的更薄，更柔软，从而更加有利于卷曲；另一方面，菲涅尔透镜层中加入了扩散粒子，使得投影在投影幕布上的图像的观看视角更大，且亮度的面均匀性更好。
本发明还提供一种投影幕布制备方法。
着色层、菲涅尔透镜层依次通过OCA贴合；其中OCA的厚度为10～200μm。
菲涅尔透镜层贴合好以后，在菲涅尔透镜层表面制备反射层。
作为一个可选的实施方式，在菲涅尔透镜层贴合以前，在其表面制备反射层。
作为一个可选的实施方式，上述贴合采用卷对卷工艺。
实施例8
本发明提供一种投影幕布，如图7所示，该投影幕布包括沿厚度方向依次层叠设置的扩散层、菲涅尔透镜层以及反射层。菲涅尔透镜层为球面菲涅尔透镜层或非球面菲涅尔透镜层。
扩散层、反射层如实例6所述，在此不再累述。菲涅尔透镜层的制作方法如实例中6所述，在此不再累述，只不过在制作菲涅尔透镜层的胶层中加入了着色粒子。着色粒子材料，优选使用灰色系或黑色系等暗色系的染料或颜料等；例如，炭黑、石墨、黑色氧化铁等金属盐等。着色粒子的粒径优选为小于200μm。
该实施例的投影幕布，一方面减少了着色层，使得投影幕布变的更薄，更柔软，从而更加有利于卷曲；另一方面，菲涅尔透镜层中加入了着色粒子，显著降低环境光引起的图像黑色亮度、极大的提高图像的对比度。
本发明还提供一种投影幕布制备方法。
扩散层、菲涅尔透镜层依次通过OCA贴合；其中OCA的厚度为10～200μm。
菲涅尔透镜层贴合好以后，在菲涅尔透镜表面制备反射层。
作为一个可选的实施方式，在菲涅尔透镜层贴合以前，在其表面制备反射层。
作为一个可选的实施方式，上述贴合采用卷对卷工艺。
实施例9
本发明提供一种投影幕布，如图8所示，该投影幕布包括沿厚度方向依次层叠设置的菲涅尔透镜层以及反射层。菲涅尔透镜层为球面菲涅尔透镜层或非球面菲涅尔透镜层。
反射层如实例6所述，在此不再累述。菲涅尔透镜层的制作方法如实例中6所述，在此不再累述，只不过在菲涅尔透镜层的基材层或具有一定雾度的薄膜中加入了着色粒子和扩散粒子。着色粒子的材质，优选使用灰色系或黑色系等暗色系的染料或颜料等；例如，炭黑、石墨、黑色氧化铁等金属盐等。扩散粒子可选择无机扩散粒子和/或有机扩散粒子，其材料如实施例6所述，在此不再累述。着色粒子粒径小于200μm。扩散粒子粒径为1～50μm，优选5～30μm。基材层的厚度优选50～200μm。
该实施例的投影幕布，一方面减少了着色层和扩散层，使得投影幕布变的更薄，更柔软，从而更加有利于卷曲；另一方面，这样制备的投影幕布，不仅显著降低环境光引起的图像黑色亮度、极大的提高图像的对比度，而且更能扩大投影在投影幕布上的图像的观看视角，以及极大提高亮度的面均匀性。
实施例10
本发明提供一种投影幕布，如图9所示，该投影幕布包括沿厚度方向依次层叠设置菲涅尔透镜层以及反射层。菲涅尔透镜层为球面菲涅尔透镜层或非球面菲涅尔透镜层。
反射层如实例6所述，在此不再累述。菲涅尔透镜层的制作方法如实例中6所述，在此不再累述，只不过在制作菲涅尔透镜层的胶层中加入了着色粒子和扩散粒子。扩散粒子和着色粒子如实施例9所述，在此不再累述。
本发明人无意发现，当实施例5-10中的菲涅尔透镜层采用实施例4-5所示的菲涅尔透镜模具进行压印制作，且实施例4-5所示的菲涅尔透镜模具的表面，具有利用激光直写工艺制备的随机点结构时，反射层采用镀膜(例如电镀、蒸镀、或者溅射)工艺，其表现出比现有投影幕布更加高的亮度(即增益)、以及更大的视角(即半视角)。其中，现有的投影幕布的菲涅尔透镜层采用实施例4-5所述的菲涅尔透镜模具进行压印制作，但菲涅尔透镜模具的表面没有激光直写工艺制备的随机点结构，反射层采用喷铝的工艺。其实验数据如图10所示。其原因不详，正在进一步研究中。
本申请还存在其它多种可实施的技术方案，在此不做一一列举，本申请权利要求中要求保护的技术方案都是可以实施的。
本申请说明书中未作详细描述的内容属于本领域技术人员的公知常识。
如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。
上述说明示出并描述了本申请的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本申请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，并能够在本文所述发明构想范围内，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申请的精神和范围，则都应在本申请所附权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种投影幕布，其特征在于，所述投影幕布包括沿厚度方向依次层叠设置的着色层、扩散层、菲涅尔透镜层以及反射层；或者，所述投影幕布包括沿厚度方向依次层叠设置的扩散层、着色层、菲涅尔透镜层以及反射层；其中，所述菲涅尔透镜层包括沿着一平面突起的若干环状凸起，所述若干环状凸起以环带排列，且沿着垂直于所述平面的截面，每个环状凸起的截面形状为三角形或多台阶形或自由面形。
2.一种投影幕布，其特征在于，所述投影幕布包括沿厚度方向依次层叠设置的着色层、菲涅尔透镜层以及反射层；其中，所述菲涅尔透镜层包括沿着一平面突起的若干环状凸起，所述若干环状凸起以环带排列，且沿着垂直于所述平面的截面，每个环状凸起的截面形状为三角形或多台阶形或自由面形；在菲涅尔透镜层的环状凸起中加入了扩散粒子。
3.一种投影幕布，其特征在于，所述投影幕布包括沿厚度方向依次层叠设置的扩散层、菲涅尔透镜层以及反射层；其中，所述菲涅尔透镜层包括沿着一平面突起的若干环状凸起，所述若干环状凸起以环带排列，且沿着垂直于所述平面的截面，每个环状凸起的截面形状为三角形或多台阶形或自由面形；在菲涅尔透镜层的环状凸起中加入了着色粒子。
4.如权利要求1-3任一项权利要求所述的投影幕布，其特征在于，菲涅尔透镜层还包括设置在若干环状凸起底部的基材层、或者具有一定雾度的薄膜层。
5.一种投影幕布，其特征在于，所述投影幕布包括沿厚度方向依次层叠设置的菲涅尔透镜层以及反射层，其中，所述菲涅尔透镜层包括沿着一平面突起的若干环状凸起，所述若干环状凸起以环带排列，且沿着垂直于所述平面的截面，每个环状凸起的截面形状为三角形或多台阶形或自由面形；在菲涅尔透镜层的底部的基材层，或者底部的具有一定雾度的薄膜中加入了着色粒子和扩散粒子，或者在环状凸起中加入了着色粒子和扩散粒子。
6.如权利要求1-5任一项权利要求所述的投影幕布，其特征在于，菲涅尔透镜层的环状凸起的表面具有散点微结构。
7.如权利要求6所述的投影幕布，其特征在于，反射层是金属反射层，或者合金反射层；所述金属反射层包括铝、银、金、铬、镍、铜；所述合金反射层包括镍铬合金、铝合金、钛合金。
8.如权利要求7所述的投影幕布，其特征在于，反射层采用电镀、蒸镀、溅射或涂布工艺制备。
9.一种如权利要求1-7所述的投影幕布的制备方法，该制备方法包括：扩散层、着色层、菲涅尔透镜层中任意两者通过OCA贴合；或者，
扩散层、着色层采用涂布的方式制备，然后再通过OCA和菲涅尔透镜层贴合；或者，
着色层镀在扩散层的一个表面、然后扩散层的另一表面通过OCA和菲涅尔透镜层贴合；或者，
着色层镀在扩散层的一个表面、然后着色层远离扩散层的一面通过OCA和菲涅尔透镜层贴合。
10.如权利要求9所述的投影幕布的制备方法，其特征在于，菲涅尔透镜层采用卷对卷工艺制备，所述卷对卷工艺包括步骤：(1)在基材、或者具有一定雾度的薄膜、或者扩散层、或者着色层上涂布胶层，(2)用菲涅尔透镜模具在胶层上卷对卷压印。
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