CN1542542A - 宽视角屏幕以及包括该屏幕的投影电视 - Google Patents

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Abstract

提供一种具有宽视角的屏幕，以及包括该屏幕的投影电视。该屏幕包括：菲涅尔透镜板，用于将入射光转变为近平行光；双凸透镜板，包括垂直柱状透镜的水平阵列，用于水平地发出光，其中垂直黑色条纹平行地形成用于柱状透镜的连接部分上；以及光散射膜，其包括水平柱状透镜的垂直阵列，用于垂直地发出光，其中水平黑色条纹平行地形成在用于柱状透镜的连接部分上。特别的，该屏幕具有宽垂直视角和高对比度，从而提供高清晰度图像。

Description

宽视角屏幕以及包括该屏幕的投影电视
技术领域
符合本发明的装置和方法涉及一种屏幕以及包括该屏幕的投影电视。本发明更特别地涉及一种具有宽视角的屏幕以及包括该屏幕的投影电视。
背景技术
随着显示器屏幕尺寸的增加，已经对于能提供与观察者位置无关(既，宽视角)的良好图象质量的显示器进行了研究。
图1是传统投影屏幕的示意分解透视图。参照图1，传统投影屏幕包括菲涅尔透镜板11，其将图像源发出的光转变为平行光；水平双凸透镜板13设置在菲涅尔透镜板11的前表面上，其包括沿水平方向设置的垂直柱状透镜12，从而沿水平方向发射光；以及保护滤光器15，透射从双凸透镜板13输出的光并保护双凸透镜板13。此处，黑色条纹14设置在柱状透镜12用于连接的突出部上，其形成在水平双凸透镜板13的出射面。该黑色条纹用于吸收从突出部输出的光并且遮挡外部的光，从而提高对比度。
传统投影屏幕能够提供较宽的水平视角。然而，所提供的垂直视角相对较窄。
图2所示的曲线图表示根据观察者的视角，从图1所示的传统投影屏幕最终输出的光强。此处，f0表示没有双凸透镜板的情况下，根据水平视角的光分布，f1表示有双凸透镜板的情况下，根据垂直视角的光分布，f2表示有双凸透镜板的情况下，根据水平视角的光分布。参照图2，关于具有对应于最大光强度的一半的光强度的视角分布，f0具有标准的视角分布θO，f2具有宽水平视角分布θH，f1具有窄垂直视角分布θV。
为了增大垂直视角，传统办法是将光散射剂结合在双凸透镜板中。或者，另外利用具有水平柱状透镜的垂直阵列的垂直双凸透镜板，例如韩国专利待公开第2000-15228号中公开的背投屏幕。
然而，由于利用光散射剂提高光散射时，需大量使用光散射剂，从而将增加光量的损失。另一方面，利用垂直双凸透镜板只能少量提高垂直视角。然而，光通过两个双凸透镜板的同时，由于反射和散射造成的光损失也增加了，从而使亮度和对比度降低。此外，传统情况下，垂直双凸透镜板形成在菲涅尔透镜板的表面上或者是单独形成的，因此提高了工艺负担。
发明内容
本发明提供一种可提供宽垂直视角和高对比度的屏幕，以及包括该屏幕的投影电视。
根据本发明的一方面，提供一种屏幕，包括：第一透镜，用于将入射光转变为近平行光；第二透镜，其包括垂直柱状透镜的水平阵列，用于水平地发出光，其中吸收可见光的垂直条纹平行地形成在垂直柱状透镜的连接部分上；以及光散射膜，其包括水平柱状透镜的垂直阵列，用于垂直地发出光，其中吸收可见光的水平条纹平行地形成在水平柱状透镜的连接部分上。
第二透镜可包括光散射剂。
光散射膜的每个水平柱状透镜可具有球面或非球面入射面和平面出射面。
光散射膜可以为例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或聚碳酸酯(PC)制成的高透光膜。
第二透镜的每个垂直柱状透镜包括球面或非球面表面。第二透镜的每个垂直柱状透镜包括球面或非球面入射面，以及球面或非球面出射面，入射面具有第一曲率，出射面具有第二曲率，其中该第一曲率和该第二曲率不同。
该屏幕还可包括设置在第二透镜投影光路上的保护滤光器以保护屏幕。该保护滤光器可涂敷有抗反射材料。该保护滤光器可层压在光散射膜上。
根据本发明的另一方面，提供一种投影电视，包括：照明光学系统，其用于产生光；图像光学系统，用于根据施加的图像信号将从照明光学系统输出的光转变为图像；投影光学系统，用于投射该图像；以及屏幕，用于显示利用从投影光学系统投射的光所建立的图像，该屏幕包括：菲涅尔透镜板，用于将入射光转变为近平行光；双凸透镜板，包括垂直柱状透镜的水平阵列，用于水平地发出光，其中垂直黑色条纹平行地形成用于垂直柱状透镜的连接部分上；以及光散射膜，其包括水平柱状透镜的垂直阵列，用于垂直地发出光，其中水平黑色条纹平行地形成在用于水平柱状透镜的连接部分上。
双凸透镜板可包括光散射剂。
光散射膜的每个水平柱状透镜可具有球面或非球面入射面和平面出射面。
光散射膜可以为例如PET或PC制成的高透光膜。
双凸透镜板的每个垂直柱状透镜包括球面或非球面表面。双凸透镜板的每个垂直柱状透镜包括球面或非球面入射面，以及球面或非球面出射面，入射面具有第一曲率，出射面具有第二曲率，其中该第一曲率和该第二曲率不同。
投影电视还可包括设置在双凸透镜板投影光路上的保护滤光器以保护屏幕。该保护滤光器可涂敷有抗反射材料。该保护滤光器可层压在光散射膜上。
根据本发明，光散射膜包括水平柱状透镜的垂直阵列和形成在用于水平柱状透镜的连接部分上的水平黑色条纹。该光散射膜设置在菲涅尔透镜板和保护滤光器之间。因此能够确保宽垂直视角和高对比度。
附图说明
本发明的以上和其他特征以及优点将通过参照相应附图对其典型实施例进行详细描述而变得更加明显，其中：
图1是传统屏幕的示意分解透射图；
图2是表示传统屏幕中根据视角的光分布的曲线图；
图3是根据本发明第一实施例的屏幕的分解透射图；
图4是根据本发明第二实施例的屏幕的分解透射图；
图5A是图3的屏幕的平面图；
图5B是图3的屏幕的侧视图；
图6是根据本发明实施例的投影电视的示意结构图；以及
图7是根据本发明实施例，表示关于垂直视角的亮度的曲线图。
具体实施方式
在下文中，将参照相应的附图详细描述根据本发明的屏幕以及包括该屏幕的投影电视。
图3和4分别是根据本发明本发明的第一和第二实施例的屏幕的示意分解透视图。
参照图3，根据本发明第一实施例的屏幕包括用于将自图像源(未示出)发出的光转变为近平行光的第一透镜、用于将自第一透镜输出的光沿左和右方向(既，沿水平方向)发射从而使水平视角展宽的第二透镜、用于将自第二透镜输出的光沿顶和底方向(既，沿垂直方向)发射从而使垂直视角展宽的光散射膜35、以及设置在光散射膜35投影光路上以保护屏幕整个表面的保护滤光器37。例如，第一透镜是菲涅尔透镜板31，第二透镜板是双凸透镜板33。
在典型实施例中，该菲涅尔透镜板31具有菲涅尔凹槽，该凹槽是通过将UV固化树脂涂敷在聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)基底上形成的。菲涅尔凹槽以预定的间距形成并产生多焦距从而控制视距。
双凸透镜板33位于菲涅尔透镜板31的投影光路上。该双凸透镜板33包括多个垂直(y轴方向)柱状透镜33a的水平(x轴方向)阵列。因此，双凸透镜板33水平地发射从菲涅尔透镜板31输出的近平行光，从而使水平视角变宽并降低了色移。此处，柱状透镜33a入射面的曲率可以与该柱状透镜33a出射面的曲率不同。
双凸透镜板33的出射面包括连接柱状透镜33a的突出部的水平阵列。在突出部的上表面上形成条纹，从而遮挡了外部光并吸收了一些从双凸透镜板33输出散射后的光。例如，该条纹是黑色条纹33b。此处，所形成的黑色条纹33b占双凸透镜板33整个面积的预定比例，从而适当地调整亮度和对比度。在典型实施例中，该双凸透镜板33包括光散射剂，从而增大从菲涅尔透镜板31输出的光的散射。
光散射膜35设置在双凸透镜板33的投影光路上，以垂直地发出从双凸透镜板33输出的光，从而使垂直视角变宽。该光散射膜35包括半柱形透镜35a的垂直阵列，该半柱形透镜35a在基膜上具有预定曲率的球面或非球面表面。半柱形透镜35a设置为垂直于组成双凸透镜板33的柱状透镜33a的阵列方向。光散射膜35的出射面包括黑色条纹35b以防止对比度降低。在典型实施例中，光散射膜35的半柱形透镜35a具有预定的间距，所以在光散射膜35和菲涅尔透镜板31之间不会出现莫尔干涉。
该黑色条纹35b能够由墨印刷方法形成。在典型实施例中，黑色条纹35b由光刻工艺形成。既，高透射膜，诸如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)膜或聚碳酸酯(PC)膜，形成在光散射膜35的出射面上，光致抗蚀剂继而沉积在透射膜上。当水平光进入光散射膜35的入射面时，光被半柱形透镜35a反射。结果，光致抗蚀剂的一些区域曝光。如图3所示，当利用显影液将曝光区域移除时，仅在未曝光区域留有透射膜。当墨被包括透射膜的区域吸收时，就形成了黑色条纹。黑色条纹35b的面积和位置能够根据菲涅尔透镜板31和双凸透镜板33的特性改变。光刻工艺使根据期望的光学特性能够轻松地调整黑色条纹35b的面积。
在典型实施例中，根据本发明第一实施例的屏幕还包括与光散射膜35相邻的保护滤光器37，用于保护屏幕的外表面。因此，该保护滤光器37可以涂敷有抗静电材料及用于防止外部划痕产生的材料。另外，该保护滤光器37可以数次涂敷抗反射材料，或者，涂敷抗眩目材料以引入漫反射。
为了简化屏幕制造工艺，该保护滤光器37可以层压在光散射膜35上。层压工艺可利用粘合剂完成，但不仅限于此。层压工艺可提供足够强度以防止光散射膜35的弯曲和变形，并可防止光散射膜35处微小折痕的形成，从而提高了图像质量。
图4是根据本发明第二实施例的屏幕的示意分解透射图。与图3不同，光散射膜45设置在菲涅尔透镜板41和双凸透镜板43之间。
菲涅尔透镜板41、光散射膜45、双凸透镜板43、以及保护膜47的结构和功能与上述图3中相应组件的相同。光散射膜45可以包括光散射剂以提高从光散射膜45输出的光的散射和发射。
光散射膜45和双凸透镜板43的结构不局限于上述。必须注意光散射膜45和双凸透镜板43的形状彼此可以改变。光散射膜45可以仅形成在双凸透镜板43的某些区域上。黑色条纹可形成为各种状，诸如圆形或多边形。
图5A和图5B分别是图3所示的根据本发明第一实施例的屏幕的示意平面图和侧面图。
参照图5A，从菲涅尔透镜板31发出的光被反射并转变为近平行光。双凸透镜板33的入射光在柱状透镜的入射面33ai处反射，继而从柱状透镜的出射面33ao沿水平方向发出。当从屏幕顶部观察时，表现的情况是光连续地径直通过光散射膜35和保护滤光器37直到到达观察者，而未反射。
参照图5B，当从屏幕的侧面观察时，通过双凸透镜板33的光看上去是径直行进的。从菲涅尔透镜板31输出的光经双凸透镜板33输入到光散射膜35中。光在光散射膜35的柱状透镜的入射面35ai处反射。从光散射膜35的柱状透镜的出射面35ao输出的光沿垂直方向射出，继而在未被反射的情况下通过保护滤光器37，如图5B所示。
图6是根据本发明实施例的投影电视的示意结构图。
参照图6，根据本发明实施例的投影电视100包括设置在外壳109前表面的屏幕30、设置在外壳109中并具有光源的照明光学系统101、用于根据图像信号调制从照明光学系统101输出的光的图像光学系统103、用于放大将要投影到屏幕30上的从图像光学系统103输出的光的投影光学系统105、以及用于反射从投影光学系统105射出将要投影在屏幕30上的光的反射镜107。反射镜107可改变光路，从而减少投影电视的尺寸。
将如图3和4所示的根据本发明第一和第二实施例的屏幕之一用作根据本发明实施例的投影电视100的屏幕30。
图7为曲线图，示出在具有普通屏幕的传统投影电视f1中与具有根据本发明第一实施例的屏幕的投影电视f2中，关于垂直视角的亮度分布。此处，在根据本发明的投影电视中，单色阴极射线管(CRT)用作图像源。菲涅尔透镜板包括通过UV固化形成在PMMA基底上并具有0.068mm的间距的红、绿、及蓝光透镜。双凸透镜板包括由PMMA的突出部形成并具有0.52mm的间距的黑色条纹。黑色条纹占双凸透镜板总面积的45％。光散射膜包括在PET基膜上、间距为0.155mm的柱状透镜阵列。光散射膜的黑色条纹占光散射膜总面积的60％。保护膜涂敷有抗眩目材料。
参照图7，曲线f1中，随着垂直视角增大，亮度显著降低。特别是，大于6度时，亮度迅速降低到小于50％(cd/m2)。另一方面，在曲线f2中，亮度分布不受垂直视角影响保持不变。也就是说，可见包括根据本发明的屏幕的投影电视在较宽的视角上提供了均匀光散射分布。
由以上描述显见，根据本发明的屏幕提供了较宽的垂直和水平视角及较高的对比度，从而产生了高性能、高清晰度的投影电视。
虽然已参照典型实施例对本发明进行了具体的演示和描述，本领域技术人员将会理解，在不背离由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围情况下，可以对其中的形式和细节作各种改变。

Claims (34)

1.一种屏幕，包括：
第一透镜，用于将入射光转变为近平行光；
第二透镜，其包括垂直柱状透镜的水平阵列，用于水平地发出光，其中吸收可见光的垂直条纹平行地形成在垂直柱状透镜的连接部分上；以及
光散射膜，其包括水平柱状透镜的垂直阵列，用于垂直地发出光，其中吸收可见光的水平条纹平行地形成在水平柱状透镜的连接部分上。
2.根据权利要求1的屏幕，其中光散射膜的每个水平柱状透镜包括球面入射面和平面出射面。
3.根据权利要求1的屏幕，其中光散射膜的每个水平柱状透镜包括非球面入射面和平面出射面。
4.根据权利要求1的屏幕，其中光散射膜由聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或聚碳酸酯(PC)制成。
5.根据权利要求1的屏幕，其中第二透镜的每个垂直柱状透镜包括球面表面。
6.根据权利要求1的屏幕，其中第二透镜的每个垂直柱状透镜包括非球面表面。
7.根据权利要求1的屏幕，其中第二透镜的每个垂直柱状透镜包括具有第一曲率的球面入射面，以及具有第二曲率的球面出射面，其中该第一曲率和该第二曲率不同。
8.根据权利要求1的屏幕，其中第二透镜的每个垂直柱状透镜包括具有第一曲率的球面入射面，以及具有第二曲率的非球面出射面，其中该第一曲率和该第二曲率不同。
9.根据权利要求1的屏幕，其中第二透镜的每个垂直柱状透镜包括具有第一曲率的非球面入射面，以及具有第二曲率的球面出射面，其中该第一曲率和该第二曲率不同。
10.根据权利要求1的屏幕，其中第二透镜的每个垂直柱状透镜包括具有第一曲率的非球面入射面，以及具有第二曲率的非球面出射面，其中该第一曲率和该第二曲率不同。
11.根据权利要求1的屏幕，其中第二透镜包括光散射剂。
12.根据权利要求1的屏幕，还包括设置在第二透镜投影光路上的保护滤光器以保护屏幕。
13.根据权利要求1的屏幕，其中该保护滤光器涂敷有抗反射材料。
14.根据权利要求1的屏幕，其中该保护滤光器层压在光散射膜上。
15.根据权利要求1的屏幕，其中该光散射膜设置在第一透镜和第二透镜之间。
16.根据权利要求1的屏幕，其中该第二透镜设置在第一透镜和光散射膜之间。
17.一种投影电视，包括：
照明光学系统，其用于产生光；
图像光学系统，用于根据施加的图像信号将从照明光学系统输出的光转变为图像；
投影光学系统，用于投射该图像；以及
屏幕，用于显示利用从投影光学系统投射的光所建立的图像，该屏幕包括：菲涅尔透镜板，用于将入射光转变为近平行光；双凸透镜板，包括垂直柱状透镜的水平阵列，用于水平地发出光，其中垂直黑色条纹平行地形成用于垂直柱状透镜的连接部分上；以及光散射膜，其包括水平柱状透镜的垂直阵列，用于垂直地发出光，其中水平黑色条纹平行地形成在用于水平柱状透镜的连接部分上。
18.根据权利要求17的投影电视，其中光散射膜的每个水平柱状透镜包括球面入射面和平面出射面。
19.根据权利要求17的投影电视，其中光散射膜的每个水平柱状透镜包括非球面入射面和平面出射面。
20.根据权利要求17的投影电视，其中该光散射膜由聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或聚碳酸酯(PC)制成。
21.根据权利要求17的投影电视，其中双凸透镜板的每个水平柱状透镜包括球面表面。
22.根据权利要求17的投影电视，其中双凸透镜板的每个水平柱状透镜包括非球面表面。
23.根据权利要求17的投影电视，其中双凸透镜板的每个水平柱状透镜包括具有第一曲率的球面入射面，以及具有第二曲率的球面出射面，其中该第一曲率和该第二曲率不同。
24.根据权利要求17的投影电视，其中双凸透镜板的每个水平柱状透镜包括具有第一曲率的非球面入射面，以及具有第二曲率的球面出射面，其中该第一曲率和该第二曲率不同。
25.根据权利要求17的投影电视，其中双凸透镜板的每个水平柱状透镜包括具有第一曲率的球面入射面，以及具有第二曲率的非球面出射面，其中该第一曲率和该第二曲率不同。
26.根据权利要求17的投影电视，其中双凸透镜板的每个水平柱状透镜包括包括具有第一曲率的非球面入射面，以及具有第二曲率的非球面出射面，其中该第一曲率和该第二曲率不同。
27.根据权利要求17的投影电视，其中双凸透镜板包括光散射剂。
28.根据权利要求17的投影电视，还包括设置在双凸透镜板投影光路上的保护滤光器以保护屏幕。
29.根据权利要求17的投影电视，其中该保护滤光器涂敷有抗反射材料。
30.根据权利要求29的投影电视，其中该保护滤光器层压在光散射膜上。
31.根据权利要求17的投影电视，其中该光散射膜设置在菲涅尔透镜板和双凸透镜板之间。
32.根据权利要求17的投影电视，其中该双凸透镜板膜设置在菲涅尔透镜板和光散射膜之间。
33.根据权利要求1的屏幕，其中第一透镜包括菲涅尔透镜板，第二透镜包括双凸透镜板。
34.根据权利要求1的屏幕，其中该垂直条纹和水平条纹是黑色条纹。
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