CN116360201A - 一种宽视角高增益银幕 - Google Patents

Abstract

本发明适用于投影幕布技术领域，提供了一种宽视角高增益银幕，包括依次设置的基材层、微结构层、反射层；微结构层表面密布有随机分布的凹凸结构；微结构层的表面法线与基材层的法线的夹角在银幕水平方向上的角度分布范围为0～a°，在竖直方向上的角度分布范围为0～b°，其中，a°大于b°。本发明所提供的宽视角高增益银幕，微结构层的表面上密布有凹凸结构，通过对该凹凸结构光学优化设计，使其凹凸表面处的法线与银幕基材层的法线的夹角在银幕的水平方向和竖直方向具有不同的概率分布，使得光学经过银幕的反射后，在水平方向的分布更广，在竖直方向的分布收窄，银幕在水平方向具有更宽的视角范围，拓宽了高增益银幕的半增益角。

Description

一种宽视角高增益银幕

技术领域

本发明属于投影幕布技术领域，尤其涉及一种宽视角高增益银幕。

背景技术

影院中所使用的金属银幕，在制作时将铝粉添加至可挥发性溶剂中，喷涂于幕基表面，待溶剂挥发后，铝粉附着在幕基表面形成反射层。采用铝粉喷涂方式所形成的反射表面，其反射率最高一般在60～75％之间；采用镀膜方式所形成的反射表面，其反射率最高一般在85～95％之间，但成本很高。

半增益角是指银幕增益系数下降至最高增益系数的50％时所对应的倾角。在固定反射率条件下，银幕增益系数与半增益角是相互矛盾的两个性能参数，增益系数越高时半增益角越小，增益系数越小时半增益角越大。增益系数高的银幕，中心亮度越高；半增益角越大的银幕，其银幕范围内亮度均匀性越好，画面整体效果更好。提高银幕表面反射率可在一定程度上缓解增益系数和半增益角之间的矛盾，但在高增益条件下仍无法提供更大的半增益角，因此高增益银幕仍存在银幕画面整体亮度均匀性不佳的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题为如何拓宽高增益银幕的半增益角，从而提升整个银幕的亮度均匀性。

为解决上述技术问题，本发明是这样实现的，一种宽视角高增益银幕，包括依次设置的基材层、微结构层、反射层；所述微结构层表面密布有随机分布的凹凸结构，所述反射层附着在所述微结构层的表面并与所述微结构层具有相同的形状；所述微结构层的表面法线与所述基材层的法线的夹角在银幕水平方向上的角度分布范围为0～a°，在竖直方向上的角度分布范围为0～b°，其中，a°大于b°。

进一步地，所述反射层包括第一金属层。

进一步地，所述第一金属层为铝镀膜层。

进一步地，所述铝镀膜层的厚度大于40nm，小于1000nm。

进一步地，所述宽视角高增益银幕还包括：保护层，其附着于所述反射层远离所述微结构层的一面上。

进一步地，所述保护层包括第一保护层，所述第一保护层为二氧化硅层和/或三氧化二铝层。

进一步地，所述保护层还包括第二保护层，其附着于所述第一保护层的外表面，且所述第二保护层为对可见光折射率高于1.8的透明金属氧化物。

进一步地，所述基材层和所述微结构层为一体结构，所述基材层的一个表面上密布有随机分布的凹凸结构作为所述微结构层。

进一步地，所述微结构层与所述第一金属层之间还设置有第二金属层。

本发明所提供的宽视角高增益银幕，微结构层的表面上密布有凹凸结构通过对该凹凸结构光学优化设计，使其凹凸表面处的法线与银幕基材层的法线的夹角在银幕的水平方向和竖直方向具有不同的概率分布，在银幕水平方向上的角度分布范围大于其在竖直方向上的角度分布范围，使得光学经过银幕的反射后，在水平方向的分布更广，在竖直方向的分布收窄，在反射层同等反射率的条件下，可以提供更宽的可视角度和更高的增益，有效提高投影机的投影光线的利用率，最大化提升金属银幕的亮度均匀性，有效改善金属银幕中心的亮斑问题。

附图说明

图1是本发明提供的银幕所在坐标系中一些角度和方向定义的示意图；

图2是本发明提供的曲面上各点的法线示意图；

图3A和图3B是完全随机具有对称光学分布的银幕表面形貌图及表面等高图；

图4A-图4D是具有对称光学分布的银幕在水平和竖直方向上银幕表面凹凸结构的法线的倾角分布直方图；

图5是具有对称光学分布的银幕的增益系数沿方位角和倾角的分布；

图6是具有对称光学分布的银幕的增益系数沿银幕水平和竖直方向的分布曲线；

图7是具有对称光学分布的高增益银幕实际画面的亮度情况；

图8是投射比1.25:1的影厅观众在水平方向的观看角度；

图9是投射比1.25:1的影厅观众在竖直方向的观看角度；

图10是本发明所提供的宽视角高增益银幕的侧视结构图；

图11A和图11B是本发明所提供的宽视角高增益银幕表面形貌图及表面等高图；

图12A-图12D是本发明所提供的款视角高增益的银幕在水平和竖直方向上银幕表面法线的倾角分布直方图；

图13是本发明所提供的宽视角高增益银幕的增益系数沿方位角和倾角的分布；

图14是本发明所提供的宽视角高增益银幕的增益系数沿银幕水平和竖直方向的分布曲线。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明中，对银幕的水平方向和竖直方向定义如下：当银幕已悬挂后，银幕的水平方向为银幕的长边，即银幕的宽度方向，银幕的竖直方向为银幕短边，即银幕的高度方向。

另外，本发明还涉及到一些银幕所在坐标系中的一些相关的角度和方向，图1给出了各角度和方向的定义，角度θ表示倾角，角度

表示方位角。y轴代表银幕的水平方向，y轴正向代表方位角/>

为0°，y轴负向代表方位角/>

为180°；x轴代表银幕的竖直方向，x轴正向代表方位角/>

为270°，x轴负向代表方位角/>

为90°，z轴表示银幕基材法线方向。图2给出了曲面上各点的法线方向示意图。

在目前的银幕技术中，银幕增益系数沿银幕基材表面的法线方向呈中心对称分布，即在倾角θ相同条件下，在不同方位角

条件下测量到的银幕增益系数基本保持一致，银幕的增益系数仅随倾角θ发生变化。

图3A和图3B给出了完全随机且具有对称光学分布的银幕表面结构的表面形貌图以及等高图。由图3的表面结构所形成的银幕，其增益系数随倾角θ和方位角

的变化如图4A-图4D所示，呈中心对称分布，银幕的增益系数仅随倾角θ发生变化。图5给出了这种表面结构所形成的银幕，其增益在银幕水平方向和竖直方向随倾角θ的变化曲线，可以看出在水平方向和竖直方向的分布基本一致。使用这种技术的银幕，在影院的实际使用中，通常出现银幕中心亮斑问题，如图7所示，之所以形成椭圆形亮斑是由于银幕具有一定弧度，也轻微改善了圆形亮斑问题。

而在实际影院中，银幕宽度与银幕高度的比值通常接近2:1，对于大部分观众，在水平方向所观察的角度明显大于在竖直方向的观察角度。以常见投射比1.25:1的影厅为例，如图8和图9所示，影厅第一排和最后一排中间观众水平方向的观看角度分别是90°和44°，而在竖直方向的观看角度分别是54°和24°，即水平方向角度是竖直方向观看角度的1.67～1.83倍。因此，银幕反射光强的分布在水平方向需要比在竖直方向更宽广，才可确保观众看到的画面亮度的整体均匀性。

图3所给出的表面微结构具有完全随机的分布，在银幕的水平方向和竖直方向，其微结构表面处的法线方向在不同方位角具有相近的分布。图4给出了在某固定区域范围内微结构表面处法线的数量分布直方图，图中选取了x轴正向和负向、y轴正向和负向，即对应正常安装后银幕的竖直方向和水平方向。对选定的区域进行网格划分，每个网格点上取一个数据，统计所有网格点上对应位置的表面法线的方位角和与银幕基材法线的夹角。可以看出在4个角度上，银幕微结构表面的法线分布基本一致，即法线方向基本分布在0～40°之间，分布最多的位置在15°左右。因此，这种银幕在银幕平面的法线方向上，光学呈中心对称分布，参考图5和图6。

基于上述分析，为了改善银幕画面的整体亮度均匀性，结合影院实际使用情况，本发明提出一种在水平方向和竖直方向具有不同增益分布的宽视角高增益银幕，通过控制银幕表面微结构表面法线在水平方向和竖直方向上的分布，使得表面处法线在两个方向上沿倾角θ具有不同的概率分布，使得更多光学被反射至水平更宽的方向上，从而拓宽了银幕在水平方向的视角。

参照图10，本发明所提供的宽视角高增益银幕包括依次设置的基材层1、微结构层2、反射层3，微结构层2表面密布有随机分布的凹凸结构，反射层3附着在微结构层2的表面并与微结构层2具有相同的形状。

微结构层2具有图3A和图3B所示的形貌，微结构层2的表面法线与基材层1的法线的夹角在银幕水平方向和竖直方向具有不同的概率分布，具体为该夹角在银幕水平方向上的角度分布范围为0～a°，在竖直方向上的角度分布范围为0～b°，其中，a°大于b°。

参考图2，微结构层2的表面法线应当理解为可以是微结构层2的表面上任意一点的法线，而上述“概率分布”则是指微结构层2的表面上所有法线与基材层1之间夹角的整体分布情况。

作为一个实施例，基材层1和微结构层2可以为独立的两个结构层，二者粘贴在一起。作为另一个实施例，基材层1和微结构层2也可以为一体结构，在基材层1的一个表面上设计出上述凹凸结构作为微结构层2。

图11是本发明提出的微结构表面形貌图和等高图，可以看出在水平和竖直方向上具有不同的分布趋势。同样，为了更容易看出本发明所提供的结构在水平和竖直方向的差异，图12A-图12D给出了在某固定区域范围内微结构表面处法线的数量分布直方图，图12A-图12D中选取了x轴正向和负向、y轴正向和负向，即对应正常安装后银幕的竖直方向和水平方向。对选定的区域进行网格划分，每个网格点上取一个数据，统计所有网格点上对应位置的表面法线的方位角和与银幕基材法线的夹角。可以看出，y轴正向和负向分布情况基本一致，x轴正向和负向的分布情况也基本一致。但y轴和x轴对比则存在明显差异，主要表现在y轴方向的微结构表面法线分布在0～40°之间，峰值在15°左右，数量6000～7000个点；而在x轴方向的微结构表面法线分布在0～23°之间，峰值7～8°左右，数量仅为2000个点，即概率密度为水平方向的30％左右。图13给出了采用这种结构所制作的银幕的增益系数随倾角和方位角的变化，可以看出等增益曲线基本为椭圆形。图14给出了水平方向和竖直方向的增益系数随倾角的变化，可以看出在水平方向的半增益角明显大于竖直方向的半增益角，同时也大于图6中的半增益角。

反射层3包括第一金属层，例如可以是真空镀膜形成的铝镀膜层，使之具有超过85％的可见光反射率，该铝镀膜层的厚度大于40nm，小于1000nm。

在此基础上，在微结构层2与第一金属层之间还设置有第二金属层，有助于提高整个银幕的耐划伤和耐腐蚀性能。

继续参照图10，宽视角高增益银幕还可以包括：保护层4，保护层4附着于反射层3远离所述微结构层2的一面上。

保护层4可以包括第一保护层，所述第一保护层为二氧化硅层和/或三氧化二铝层或者为二者的混合物，另外，在此基础上，保护层还可以包括第二保护层，第二保护层附着于所述第一保护层的外表面，且所述第二保护层为对可见光折射率高于1.8的透明金属氧化物。多个保护层的设计可以更好地抗摩擦、耐划，有助于延长银幕的使用寿命。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种宽视角高增益银幕，其特征在于，包括依次设置的基材层、微结构层、反射层；所述微结构层表面密布有随机分布的凹凸结构，所述反射层附着在所述微结构层的表面并与所述微结构层具有相同的形状；

所述微结构层的表面法线与所述基材层的法线的夹角在银幕水平方向上的角度分布范围为0～a°，在竖直方向上的角度分布范围为0～b°，其中，a°大于b°。

2.如权利要求1所述的宽视角高增益银幕，其特征在于，所述反射层包括第一金属层。

3.如权利要求2所述的宽视角高增益银幕，其特征在于，所述第一金属层为铝镀膜层。

4.如权利要求3所述的宽视角高增益银幕，其特征在于，所述铝镀膜层的厚度大于40nm，小于1000nm。

5.如权利要求1所述的宽视角高增益银幕，其特征在于，所述宽视角高增益银幕还包括：保护层，其附着于所述反射层远离所述微结构层的一面上。

6.如权利要求5所述的宽视角高增益银幕，其特征在于，所述保护层包括第一保护层，所述第一保护层为二氧化硅层和/或三氧化二铝层。

7.如权利要求6所述的宽视角高增益银幕，其特征在于，所述保护层还包括第二保护层，其附着于所述第一保护层的外表面，且所述第二保护层为对可见光折射率高于1.8的透明金属氧化物。

8.如权利要求1-7中任一项所述的宽视角高增益银幕，其特征在于，所述基材层和所述微结构层为一体结构，所述基材层的一个表面上密布有随机分布的凹凸结构作为所述微结构层。

9.如权利要求2至4任一项所述的宽视角高增益银幕，其特征在于，所述微结构层与所述第一金属层之间还设置有第二金属层。

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