TW201502690A - 投影螢幕及其投影系統 - Google Patents

Abstract

一種投影螢幕包含一基材以及一光學微結構。基材具有一投影區域，其包含多個陣列排列之光學區域，且一影像之每一像素對應至少一光學區域。每一光學區域包含一第一光學子區域以及一第二光學子區域，其具有反射散射、透射散射、單純透射或鏡面反射等不同之光學特性。光學微結構對應於第一光學子區域以及第二光學子區域至少其中之一設置，用以導引投影裝置所投射之光線至一特定方向。上述之投影螢幕可同時作為前投影螢幕以及背投影螢幕，或者可讓使用者觀看投影螢幕後方之背景影像。同時亦揭露一種包含上述投影螢幕之投影系統。

Description

投影螢幕及其投影系統

本發明是有關一種投影螢幕，特別是一種具有多種光學特性之投影螢幕。

習知之投影螢幕主要分為前投影螢幕以及背投影螢幕，其中前投影螢幕具備反射散射之光學特性，而背投影螢幕則具備透射散射之光學特性。然而，不論是前投影螢幕或背投影螢幕皆不透明，亦即使用者無法看到另一側之背景環境，如此限制了投影螢幕的應用範圍。舉例而言，若以櫥窗玻璃作為一投影螢幕時，櫥窗內之展現物品即無法被消費者觀看。

綜上所述，如何改變投影螢幕之光學特性，使其具備多種應用方式便是目前極需努力的目標。

本發明提供一種投影螢幕，其對應於影像之每一像素之光學區域至少包含二個光學子區域，且每一光學子區域具有不同之光學特性，例如反射散射、透射散射、透射或鏡面反射等，以使本發明之投影螢幕可同時作為前投影螢幕以及背投影螢幕，或是作為前投影螢幕或背投影螢幕時，可讓使用看觀看投影螢幕另一側之環境背景。此外，藉由對應於光學子區域設置微結構，以導引光線至特定方向，進而提升投影系統之光利用率、隱密性或影像品質等。

本發明一實施例之投影螢幕包含一基材以及一光學微結 構。基材具有一投影區域，以供一投影裝置投射形成一影像之影像光至投影區域。投影區域包含多個陣列排列之光學區域，且影像之每一像素對應至少一光學區域，其中每一光學區域包含一第一光學子區域以及一第二光學子區域，第一光學子區域具有反射散射、透射散射、單純透射或鏡面反射之一第一光學特性，第二光學子區域具有反射散射、透射散射、單純透射或鏡面反射之一第二光學特性，且第二光學特性相異於第一光學特性。光學微結構設置於基材並對應於第一光學子區域以及第二光學子區域至少其中之一，用以導引影像光至一特定方向。

本發明另一實施例之投影系統包含一投影裝置以及一投影螢幕，其包含一基材以及一光學微結構。基材具有一投影區域，以供一投影裝置投射形成一影像之影像光至投影區域。投影區域包含多個陣列排列之光學區域，且影像之每一像素對應至少一光學區域，其中每一光學區域包含一第一光學子區域以及一第二光學子區域，第一光學子區域具有反射散射、透射散射、單純透射或鏡面反射之一第一光學特性，第二光學子區域具有反射散射、透射散射、單純透射或鏡面反射之一第二光學特性，且第二光學特性相異於第一光學特性。光學微結構設置於基材並對應於第一光學子區域以及第二光學子區域至少其中之一，用以導引影像光至一特定方向。

以下藉由具體實施例配合所附的圖式詳加說明，當更容易瞭解本發明之目的、技術內容、特點及其所達成之功效。

1、1a‧‧‧投影螢幕

10‧‧‧基材

10a‧‧‧聚合物分散液晶層

10b‧‧‧透明電極

10c‧‧‧透明電極

11‧‧‧投影區域

12‧‧‧光學區域

121‧‧‧第一光學子區域

122‧‧‧第二光學子區域

123‧‧‧第三光學子區域

13‧‧‧黏著層

20‧‧‧光學微結構

30‧‧‧投影裝置

40a、40b‧‧‧觀看者

50‧‧‧透光材料

L1~L3‧‧‧光線

圖1為一示意圖，顯示本發明第一實施例之投影螢幕。

圖2為一示意圖，顯示本發明第一實施例之投影螢幕之應用例。

圖3為一示意圖，顯示本發明第二實施例之投影螢幕。

圖4為一示意圖，顯示本發明第二實施例之投影螢幕之應用例。

圖5為一示意圖，顯示本發明第三實施例之投影螢幕。

圖6為一示意圖，顯示本發明第四實施例之投影螢幕。

請參照圖1以及圖2，本發明之一實施例之投影螢幕1包含一基材10以及一光學微結構20。基材10具有一投影區域11，投影裝置30可投射影像光至投影螢幕1之投影區域11而形成影像。於一實施例中，基材10可為玻璃或高分子聚合物。舉例而言，高分子聚合物可為聚碳酸酯、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、聚丙烯酸酯、聚氨酯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚烯烴、環狀烯烴系樹脂或聚對苯二甲酸乙二酯等之光學材料。

投影區域11包含多個陣列排列之光學區域12，且投射至投影螢幕1之影像的每一像素對應一或多個光學區域12。可以理解的是，陣列排列可為週期性陣列排列或為非週期性陣列排列。舉例而言，光學區域12可依據影像之像素隨機分佈。或者，光學區域12以不同的週期陣列分佈，例如光學區域12在投影區域11之中央排列較為緊密，而在投影區域11之周圍排列較為寬鬆，或者兩者相反。每一光學區域12又包含一第一光學子區域121以及一第二光學子區域122，其中第一光學子區域121以及一第二光學子區域122具有不同的光學特性。於一實施例中，光學特性可為反射散射、透射散射、單純透射或鏡面反射等。搭配不同之光學特性之第一光學子區域121以及第二光學子區域122即可設計出不同應用場合之投影螢幕。光學微結構20則設置於基材10並對應於第一光學子區域121以及第二光學子區域122至少其中之一。光學微結構20可導引投影裝置30所投射之影像光至一特定方向，例如一特定視角範圍，進而提升投影裝置之光利用率。

舉例而言，光學微結構20可為一三角結構，投影裝置30所投射之光線可垂直於三角結構之一表面入射至三角結構內部，再由三角結構之另一表面以內部全反射(total internal reflection)將光線反射至特定方向。可以理解的是，每一光學微結構20與投影裝置30之角度或方向略有差異，因此，較佳者，每一光學微結構20可依據投影裝置30之位置進行 最佳化的設計。舉例而言，三角結構之夾角、邊長、方向、位置等參數可能各有不同。其它光學微結構20(例如曲面、球面等)之設計可依據現有技術加以實現，在此不再贅述。

請參照圖2，舉例而言，第一光學子區域121具有透射散射之一第一光學特性，而第二光學子區域122具有單純透射之一第二光學特性。當投影裝置30投射影像光至投影區域11時，第一光學子區域121可使影像光穿透並散射，以使觀看者40a可以看到投射在投影區域11的影像，如光線L1所示。如此，投影螢幕1即可視為一背投影螢幕。此外，由於第二光學子區域122具有單純透射之光學特性，因此，觀看者40a亦能夠看到投影螢幕1之另一側的環境影像，如光線L2所示。需注意的是，第一光學子區域121均勻分佈在投影區域11內，使投影之影像與環境影像實質上重疊在一起。

可以理解的是，由於第二光學子區域122可讓光線直接透射，因此，若投影裝置30之投射光線之光軸與觀看者40a之視線平行，觀看者40a將看到投影裝置30所投射之強光，因而影響觀看者40a的使用感受。為了避免投影裝置30所投射之強光直射觀看者40a的眼睛，投影裝置30之投射光線之光軸與觀看者40a之視線具有一夾角為一較佳的應用方式。此時，藉由光學微結構20可將投影裝置30所投射之光線導引至觀看者40a的方向可有效提升投影裝置之光利用率。於一實施例中，為了隱密性的要求，光學微結構20可將投影裝置30所投射之影像光導引至較窄的視角範圍，以降低投影螢幕1所呈現之影像被非特定人士觀看的機會。或者，光學微結構20可將可能造成干擾之反射光線導引至視角範圍外，以避免影響影像品質。

於一實施例中，藉由調整具有單純透射光學特性之第二光學子區域122之面積比例可控制投影螢幕1之透明度。較佳者，第二光學子區域122之面積大於等於第一光學子區域121之面積。舉例而言，應用於車輛時，為了符合法規的要求，第二光學子區域122之面積相對於光學區域12之比例為75%或以上。此外，改變第一光學子區域121之光學特性即 可作為不同的應用。舉例而言，第一光學子區域121之光學特性為鏡面反射時，投影螢幕1即具有部分鏡面反射之特性，因此投影螢幕1可作為抬頭顯示器(Head Up Display，HUD)之反射螢幕。

請參照圖3以及圖4，於一實施例中，本發明之投影螢幕1a之每一光學區域12更包含一第三光學子區域123，其具有相異於第一光學子區域121以及第二光學子區域122之光學特性。舉例而言，第一光學子區域121具有透射散射之第一光學特性，第二光學子區域122具有單純透射之第二光學特性，第三光學子區域123具有反射散射之第三光學特性。依據此結構，當投影裝置30投射影像至投影區域11時，第一光學子區域121可使影像光穿透並散射，以使觀看者40a可以看到投射在投影區域11的影像，如光線L1所示。而第三光學子區域123可使影像光反射散射，以使觀看者40b可以看到投射在投影區域11的影像，如光線L3所示。如此，投影螢幕1a同時具備背投影螢幕以及前投影螢幕的性質。此外，第二光學子區域122具有單純透射之光學特性，因此，觀看者40a、40b能夠烴由第二光學子區域122看到彼此。

需注意者，圖4所示之實施例中，第三光學子區域123並未設置相對應之光學微結構20。然而，為了提升反射光之利用率或者為了隱密性或影像品質等要求，亦可在對應於第三光學子區域123之位置設置相對應之光學微結構20。於一實施例中，透射散射之第一光學子區域121以及反射散射之第三光學子區域123可分別設置在基材10之相對兩側。如此，被反射散射之光線可在與投影裝置30之相同側表面即被反射。

於一實施例中，散射之光學特性可由多種適當的方式加以實現。舉例而言，利用微柱狀透鏡陣列、將基材10之特定表面粗糙化處理、塑膠膜片或全像片可達到使光線散射的目的。或者，如圖5所示，可將散射顆粒摻雜在基材10中，以達到使光線散射的目的。

於一實施例中，第一光學子區域121以及第二光學子區域122至少其中之一之光學特性能夠以一光學調變模組加以實現，以使第一光 學子區域121以及第二光學子區域122至少其中之一之光學特性可選擇性在透射散射以及單純透射之間或反射散射以及單純透射之間改變。舉例而言，請參照圖6，光學調變模組包含一聚合物分散液晶(polymer dispersed liquid crystal，PDLC)層10a以及二個透明電極10b、10c。透明電極10b、10c分別設置於聚合物分散液晶層10a之兩側，其可選擇性提供一電場以改變聚合物分散液晶層10a之光學特性。舉例而言，聚合物分散液晶層10a在未受到電場作用的情況下具有反射散射或透射散射之光學特性；聚合物分散液晶層10a在受到電場作用的情況下則具有單純透射之光學特性。

上述實施例是利用電場將光學調變模組之光學特性在反射散射/透射散射以及單純透射之間作選擇性改變。但不限於此，藉由適當之技術亦可使光學調變模組之光學特性在鏡面反射以及單純透射，或反射散射/透射散射以及鏡面反射之間作選擇性改變。此外，亦可藉由控制電場，以調整第一光學子區域121以及第二光學子區域122之面積比，進而任意控制投影螢幕之透明度等光學特性。需注意者，依據實際需求，光學調變模組之配置可涵蓋全部或部分投影區域11。

於一實施例中，可利用電場選擇性控制光學微結構20之光學特性。舉例而言，光學微結構20能夠以電濕潤(Electrowetting)方式或液晶透鏡加以實現，亦即在施加電場時才形成曲面以實現光學微結構20之光學特性。此外，亦可藉由改變電場大小來控制曲面之曲率。詳細之實施方式可參考現有技術，在此不再贅述。

於一實施例中，光學區域12、第一光學子區域121以及一第二光學子區域122可為相同或不同之幾何圖案。幾何圖案可為圓形或多角形，例如三角形、矩形或六角形等。當其中之一光學子區域具有單純透射之光學特性時，另一光學子區域更可為不規則之形狀。

請再參照圖5，於一實施例中，本發明之投影螢幕可包含一黏著層13，其設置於基材10之表面。黏著層13可使基材10依據需求黏著於一透光材料50上，以使透光材料50可作為一投影螢幕。舉例而言，透 光材料50可為櫥窗之玻璃或車窗等。

綜合上述，本發明之投影螢幕在對應於影像之每一像素之光學區域至少包含二個光學子區域，且每一光學子區域具有不同之光學特性，例如反射散射、透射散射、透射或鏡面反射等，以使本發明之投影螢幕可適用於多種應用場合。舉例而言，本發明之投影螢幕可同時作為前投影螢幕以及背投影螢幕，或是在作為前投影螢幕、背投影螢幕或抬頭顯示器之反射螢幕時，仍可讓使用者觀看投影螢幕另一側之環境背景。此外，藉由光學微結構對應設置於光學子區域使光線導引至特定方向，可有效提升光利用率、隱密性或影像品質。

以上所述之實施例僅是為說明本發明之技術思想及特點，其目的在使熟習此項技藝之人士能夠瞭解本發明之內容並據以實施，當不能以之限定本發明之專利範圍，即大凡依本發明所揭示之精神所作之均等變化或修飾，仍應涵蓋在本發明之專利範圍內。

1‧‧‧投影螢幕

10‧‧‧基材

11‧‧‧投影區域

121‧‧‧第一光學子區域

122‧‧‧第二光學子區域

20‧‧‧光學微結構

30‧‧‧投影裝置

40a‧‧‧觀看者

L1、L2‧‧‧光線

Claims (18)

1. 一種投影螢幕，包含：一基材，其具有一投影區域，以供一投影裝置投射形成一影像之影像光至該投影區域，該投影區域包含多個陣列排列之光學區域，且該影像之每一像素對應至少一該光學區域，其中每一該光學區域包含一第一光學子區域以及一第二光學子區域，該第一光學子區域具有反射散射、透射散射、單純透射或鏡面反射之一第一光學特性，該第二光學子區域具有反射散射、透射散射、單純透射或鏡面反射之一第二光學特性，且該第二光學特性相異於該第一光學特性；以及一光學微結構，其設置於該基材並對應於該第一光學子區域以及該第二光學子區域至少其中之一，用以導引該影像光至一特定方向。
2. 如請求項1所述之投影螢幕，其中每一該光學區域包含一第三光學子區域，其具有反射散射、透射散射、單純透射或鏡面反射之一第三光學特性，該第三光學特性相異於該第一光學特性以及該第二光學特性，且該光學微結構對應於該第一光學子區域、該第二光學子區域以及該第三光學子區域至少其中之一。
3. 如請求項1所述之投影螢幕，其中該第一光學子區域具有反射散射、透射散射或鏡面反射之該第一光學特性，該第二光學子區域具有單純透射之該第二光學特性，且該第二光學子區域之面積大於等於該第一光學子區域之面積。
4. 如請求項1所述之投影螢幕，其中反射散射或透射散射之該第一光學特性或該第二光學特性是以微柱狀透鏡陣列、表面粗糙化處理、塑膠膜片、全像片或將散射顆粒摻雜在該基材中來實現。
5. 如請求項1所述之投影螢幕，其中該第一光學特性或該第二光學特性是以一光學調變模組加以實現，該光學調變模組選擇性改變該第一光學特性或該第二光學特性為單純透射或反射散射/透射散射/鏡面反射。
6. 如請求項5所述之投影螢幕，其中該光學調變模組包含一聚合物分散液晶(polymer dispersed liquid crystal，PDLC)層以及二個透明電極，該二個透 明電極分別設置於該聚合物分散液晶層之兩側，用以選擇性提供一電場以改變該聚合物分散液晶層之光學特性。
7. 如請求項1所述之投影螢幕，其中該光學區域、該第一光學子區域以及該第二光學子區域為相同或不同之圓形或多角形。
8. 如請求項1所述之投影螢幕，其中該光學微結構是以電場選擇性控制光學特性加以實現。
9. 如請求項1所述之投影螢幕，其中該基材為聚碳酸酯、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、聚丙烯酸酯、聚氨酯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚烯烴、環狀烯烴系樹脂或聚對苯二甲酸乙二酯。
10. 一種投影系統，包含：一投影裝置，其用以投射形成一影像之影像光；以及一投影螢幕，其包含：一基材，其具有一投影區域，以供該投影裝置投射該影像光至該投影區域，該投影區域包含多個陣列排列之光學區域，且該影像之每一像素對應至少一該光學區域，其中每一該光學區域包含一第一光學子區域以及一第二光學子區域，該第一光學子區域具有反射散射、透射散射、單純透射或鏡面反射之一第一光學特性，該第二光學子區域具有反射散射、透射散射、單純透射或鏡面反射之一第二光學特性，且該第二光學特性相異於該第一光學特性；以及一光學微結構，其設置於該基材並對應於該第一光學子區域以及該第二光學子區域至少其中之一，用以導引該影像光至一特定方向。
11. 如請求項10所述之投影系統，其中每一該光學區域包含一第三光學子區域，其具有反射散射、透射散射、單純透射或鏡面反射之一第三光學特性，該第三光學特性相異於該第一光學特性以及該第二光學特性，且該光學微結構對應於該第一光學子區域、該第二光學子區域以及該第三光學子區域至少其中之一。
12. 如請求項10所述之投影系統，其中該第一光學子區域具有反射散射、透射散射或鏡面反射之該第一光學特性，該第二光學子區域具有單純透射 之該第二光學特性，且該第二光學子區域之面積大於等於該第一光學子區域之面積。
13. 如請求項10所述之投影系統，其中反射散射或透射散射之該第一光學特性或該第二光學特性是以微柱狀透鏡陣列、表面粗糙化處理、塑膠膜片、全像片或將散射顆粒摻雜在該基材中來實現。
14. 如請求項10所述之投影系統，其中該第一光學特性或該第二光學特性是以一光學調變模組加以實現，該光學調變模組選擇性改變該第一光學特性或該第二光學特性為單純透射或反射散射/透射散射/鏡面反射。
15. 如請求項14所述之投影系統，其中該光學調變模組包含一聚合物分散液晶(polymer dispersed liquid crystal，PDLC)層以及二個透明電極，該二個透明電極分別設置於該聚合物分散液晶層之兩側，用以選擇性提供一電場以改變該聚合物分散液晶層之光學特性。
16. 如請求項10所述之投影系統，其中該光學區域、該第一光學子區域以及該第二光學子區域為相同或不同之圓形或多角形。
17. 如請求項10所述之投影系統，其中該光學微結構是以電場選擇性控制光學特性加以實現。
18. 如請求項10所述之投影系統，其中該基材為聚碳酸酯、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、聚丙烯酸酯、聚氨酯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚烯烴、環狀烯烴系樹脂或聚對苯二甲酸乙二酯。