定向光反射元件、錐形輥筒及投影屏幕的制作方法

本發明涉及激光投影顯示領域，特別涉及定向光反射元件、錐形輥筒及投影屏幕。

背景技術：

現有的正投影屏幕，都采用散射的方式，通過不同材料(白塑、玻珠或金屬涂層等)產生散射來對光能進行重新分布，轉換成為一個面光源而成像。光能分布的特性決定了屏幕的增益、對比度和視角。這些成像方式都決定了這樣的物理特性：增益高，視角就小并且對比度低；視角大，增益就低；或者犧牲上下視角來提高左右視角，不能同時滿足高增益，高對比度和寬視角的要求。

另外，所有這些現有的正投屏幕技術，對環境光的要求較高，當環境光亮度較大時，屏幕的對比度會明顯降低。尤其當超短焦離軸投射時，屏幕表面反射較強，反射光亮度最大方向，均朝向屏幕以外，觀眾方向亮度較低，

受目前加工手段和能力的限制，在正投影顯示屏幕的制造過程中，大面積定向反射層的制作存在困難。

技術實現要素：

本發明要解決的技術問題是：提供一種定向光反射元件、錐形輥筒及投影屏幕，解決投影顯示增益不足、亮度不均勻的問題。

為解決上述問題，本發明采用的技術方案是：定向光反射元件包括基底，在基底表面設置有多個呈弧形的微反射鏡陣列；微反射鏡陣列依次排列組成上半圓形圖案；微反射鏡陣列中微反射鏡的縱截面為三角形，微反射鏡的反射面與基底面成一個銳角夾角，從所述上半圓形的圓心向外，所述銳角夾角逐漸增大。

進一步的，所述空間夾角的范圍為5.4°-40°。

進一步的，從所述上半圓形的圓心向外，在所述銳角夾角逐漸增大趨勢下，存在一定范圍的隨機振動值。

進一步的，所述微反射鏡陣列具有一個以上的焦點。

進一步的，所述基底為具有一定阻光性的灰色有機或無機介質材料。

進一步的，所述微反射鏡的反射面覆有Ag、Al、Cr膜。

用于制作上述定向光反射元件的錐形輥筒，所述錐形輥筒包括輥筒軸和輥筒本體，輥筒軸兩端設有定位錐和定位孔，輥筒本體表面具有鋸齒形條紋狀的微結構，所述微結構的鋸齒角度從輥筒本體的上表面到輥筒本體的下表面依次增大。

進一步的，所述輥筒本體的材質為有色金屬或黑色金屬。

進一步的，所述的形輥筒本體表面鍍有硬度高于輥筒本體材料的有色金屬或其氮化物、磷化物、氧化物。

正投影屏，由外到內依次包括防反射增透層、介質基底層、散射成像層以及上述的定向光反射元件。

本發明的有益效果是：本發明的光反射元件為大面積的整體光學結構，通過基底上微反射鏡將前方焦點處發射的光化成垂直于元件表面且平行的光，解決了大尺寸、超短焦距、偏軸正投影屏幕增益不足、亮度不均勻的問題，具有良好的光學性能。

附圖說明

圖1是本發明的定向光反射元件的立體圖；

圖2-1是本發明的定向光反射元件的縱截面的一種形式的光路圖；

圖2-2是本發明的定向光反射元件的縱截面的另一種形式的光路圖

圖3是錐形輥筒與定向光反射元件立體配合圖；

圖4是錐形輥筒與定向光反射元件剖面配合圖；

圖5為正投影屏的結構示意圖。

圖中編號：1為防反射增透層，2為介質基底層，3為散射成像層，4為定向光反射元件，5為微反射鏡的反射面，6為錐形輥筒，d為微反射鏡的陣列結構重復周期的步長值d，α為銳角夾角，401為定向光反射元件的基底，402為定向光反射元件的微反射鏡面，601為錐形輥筒的輥筒軸，602為錐形輥筒的輥筒本體。

具體實施方式

下面結合附圖及具體實施例就本發明的技術方案做進一步說明。

如圖5所示，本發明的正投影屏，由外到內依次包括防反射增透層1、介質基底層2、散射成像層3以及定向光反射元件4，所述防反射增透層1為一層或多層介質膜，覆蓋在介質基底層2上，可以大幅減少屏幕表面的反射光。厚度為115nm～180nm，折射率為1.3～1.6。

具體的來說，如圖1、圖2-1和圖2-2所示，定向光反射元件4包括基底401，在基底401表面設置有多個呈弧形的微反射鏡陣列；微反射鏡陣列依次排列組成上半圓形圖案；微反射鏡陣列中微反射鏡縱截面為三角形，微反射鏡的反射面402與基底面成一個銳角夾角α，從所述上半圓形的圓心向外，所述銳角夾角α逐漸增大。基于上結構，定向光反射元件4可以將屏幕上來自于投影產品的不同角度的入射光線轉變成平行或近似平行出射光，垂直于屏幕表面向觀眾方向反射。

微反射鏡的陣列結構重復周期的步長值d可以覆蓋一個像素的一部分或多個像素，優選為50um～1500um。

為了更好的實現超短焦投影反射，所述空間夾角α的范圍為5.4°-40°。

從所述上半圓形的圓心向外，在所述銳角夾角α逐漸增大趨勢下，存在一定范圍的隨機振動值，以避免產生摩爾條紋。

所述微反射鏡陣列具有雙焦點，以擴大屏幕對不同投射比投影機的適應范圍。

所述基底401為具有一定阻光性的灰色有機或無機介質材料，包括玻璃、PE、PVC、聚碳酸酯等片材單體或其片材復合物，其可見光透過率為25％～90％。

所述微反射鏡的反射面402覆有Ag、Al、Cr等金屬膜，以提高反射率。

為了解決制作上述定向光反射元件4的問題，如圖3和圖4所示，本發明提供了一種錐形輥筒6，所述錐形輥筒6包括輥筒軸601和輥筒本體602，輥筒軸601兩端設有定位錐(未畫出)和定位孔(未畫出)，輥筒本體6表面具有鋸齒形條紋狀的微結構，所述微結構的鋸齒角度從輥筒本體602的上表面到輥筒本體602的下表面依次增大。

所述輥筒本體602的材質為有色金屬或黑色金屬，如Cu、Fe、Zn或以上述元素為主的合金。

為增加輥筒本體602強度，所述的形輥筒本體602表面鍍有硬度高于輥筒本體602材料的有色金屬或其氮化物、磷化物、氧化物，包括Cr、Ti、Ni。

利用上述錐形輥筒6，一種制作定向光反射元件的方法為：

1)、在復合介質的基底401上涂布UV感光光學樹脂或者熱固化樹脂，并進行半固化處理。

2)以錐形輥筒6圓錐面所延伸出的尖端為圓心，錐形輥筒6的長度為半徑，在涂布有半固化的光學樹脂的復合介質的基底401滾壓，形成反射鏡的微結構層。

3)滾壓成型后的微反射鏡板最終固化成型。

4)通過噴涂、化學沉積或真空鍍膜制作反射面。

上述方法不受現有機械加工技術及設備能力的限制，所得的光反射元件4為大面積的整體微反射鏡光學結構，具有良好的光學性能，滿足投影光學屏幕的需要。

最終，當采用本發明上述的正投影屏，能使得從超短焦鏡頭射出的大角度范圍的光入射到正投影屏后，都以平行或近平行光反射進入人眼，光損失少，投影畫面完整且亮度損耗小。

以上描述了本發明的基本原理和主要的特征，說明書的描述只是說明本發明的原理，在不脫離本發明精神和范圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明范圍內。