專利名稱：彎曲的背投屏幕的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種彎曲的背投屏幕(back-projection screen),例如,環(huán)繞式圓柱形或圓頂屏幕(穹頂屏幕，dome screen)，例如，彎曲屏幕，特別是多角形，圓柱形或球形背投屏幕，并且還涉及一種使用該屏幕的沉浸式顯示器(immersive display)或模擬器。
背景技術(shù)：
Ed Lantz在2007年8月的新興顯示技術(shù)會議論文集(the Emerging DisplayTechnology Conference Proceedings)中提供了一項由ACMSIGGRAPH公布的大型沉浸式顯示器的調(diào)查。認為環(huán)繞式圓柱形或圓頂屏幕在電影應(yīng)用場合中比直線沉浸式屏幕好，因為其在更大范圍的視角和條件上提供了更無縫的外觀。在例如對如圖1中示意性地示出的基本上球形的(球形的)或具有較大角度程度(例如大于180° )的模擬器提供背投屏幕時存在特殊問題，例如，半球或半圓柱屏幕。在半透明的球形(截錐球形)屏幕2的外部，將投影儀4布置為，將模擬器所需的圖像投射在屏幕2上。來自投影儀的圖像重疊，使得在重疊位置需要注意，使得圖像保持逼真并且不會失真。屏幕在漫射屏所需的背投中操作。雖然漫射平面背投屏幕是已知的，但是其并不是太容易適用于球形用途。在球形穹面內(nèi)觀察的一個問題是，來自屏幕的一側(cè)的光將撞擊另一側(cè)。這與僅將光投射在屏幕上的平面屏幕的不同之處是，來自環(huán)境光源，并且，可通過模擬器所位于的外殼內(nèi)的適當(dāng)陰影來減小。但是，對于球形屏幕，圖像本身位于屏幕的一側(cè)上，其變成另一側(cè)上的圖像的環(huán)境光。這會影響可獲得的對比度，并且，如果將達到相同等級的對比度，則會使適合于平面屏幕的材料不適合于球形屏幕。目前，沒有結(jié)合所有對球形屏幕相沖突的需求的商用漫射器(漫散屏，diffuser)。一些漫射器以銳度為代價，具 有較寬的HGA。其他漫射器以斑點為代價，具有非常好的銳度。甚至其他漫射器具有透射/反射增益的非常好的平衡，這確保高圖像亮度和高對比度，但是以透射半增益角度為代價。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供一種彎曲的背投屏幕，例如，環(huán)繞式圓柱形(wrap-around cylindrical)或圓頂屏幕(穹頂屏幕，dome screen),例如,彎曲屏幕,特別是多角形，圓柱形或球形背投屏幕，并且還提供一種使用該屏幕的沉浸式顯示器或模擬器。本發(fā)明提供一種彎曲的背投屏幕，其具有大于180°的曲率的角度，例如，環(huán)繞式圓柱形或圓頂屏幕，該屏幕包括第一層和在第一層上的第二漫射層(擴散層，diffusinglayer)，該第二漫射層包含光吸收材料和光漫射顆粒。這樣的環(huán)繞式圓柱形或圓頂屏幕可以具有從I米可達超過15米的半徑。第二漫射層可以由合成樹脂制成。光漫射顆粒嵌入(包埋，埋置)在樹脂材料中。光吸收材料可以嵌入在樹脂材料中。第二漫射層可適于具有在0.1到5之間(例如，0.5-5)的吸收系數(shù)和厚度的乘積的值?？赏ㄟ^噴涂來施加第二漫射層。
第二層的參數(shù):A.漫射顆粒顆粒尺寸〈(1>=2.0-40.0[4111]顆粒濃度c=l%_25% (按重量計)B.包含顆粒的介質(zhì)，配方層厚度<t>=200-2000 [ μ m]介質(zhì)和顆粒之間的RI差Δη=0.01 - 0.15C.吸收體染料或顏料吸收系數(shù)α =200-6000 [1/m]本發(fā)明提供一種包括用作后投屏幕(背投屏幕)的雙層片的物品(制品)，其包括第一層和第二合成樹脂漫射層，第一層是玻璃或合成樹脂層，第二合成樹脂漫射層包含光漫射顆粒和光吸收材料，光漫射顆粒在第二合成樹脂漫射層中具有1-25%的重量濃度，顆粒和樹脂材料之間的折射率的差的大小是0.01-0.15，漫射層的厚度變化在具有30cm的基圓半徑的球冠內(nèi)小于5%，并且，該物品具有>45°或>55°的透射半增益視角和> 0.25的透射峰值增益。

對于> 30°的散射角，反射增益可以為< 0.1，對于> 15°的散射角，反射增益可以為< 0.2，散射角是散射方向和鏡面反射方向之間的角度。第二合成樹脂漫射層的吸收系數(shù)可以在200-6000/米的范圍內(nèi)。顆?？梢跃哂?.0-40微米的等價球形直徑。本發(fā)明還提供一種包括用作后投屏幕(背投屏幕)的多層片的物品，其包括至少一個包含光漫射顆粒和光吸收材料的合成樹脂漫射層，光漫射顆粒在合成樹脂漫射層中具有
1-25%的重量濃度，顆粒和樹脂材料之間的折射率的差的大小是0.01-0.15，所有吸收層的總厚度變化在具有30cm的基圓半徑的球冠內(nèi)小于其總厚度的5%，并且，該物品具有> 55°的透射半增益視角和> 0.25的透射峰值增益。對于>30°的散射角，反射增益可以為<0.1，對于>15°的散射角，反射增益可以為< 0.2，散射角是散射方向和鏡面反射方向之間的角度。至少一個合成樹脂漫射層的吸收系數(shù)可以是200-6000/米。顆?？梢跃哂?.0-40微米的等價球形直徑。本發(fā)明還提供一種包括用作后投屏幕(背投屏幕)的多層片的物品，其包括至少一個包含光漫射顆粒的合成樹脂漫射層和至少一個合成樹脂吸收層，光漫射顆粒在至少一個合成樹脂漫射層中具有1-25%的重量濃度，顆粒和樹脂材料之間的折射率的差的大小是0.01-0.15，所有吸收層的總厚度變化在具有30cm的基圓半徑的球冠內(nèi)小于其總厚度的5%，并且，該物品具有> 55°的透射半增益視角和> 0.25的透射峰值增益。對于>30°的散射角，反射增益可以為<0.1，對于>15°的散射角，反射增益可以為< 0.2，散射角是散射方向和鏡面反射方向之間的角度。吸收系數(shù)可以是200-6000/米。顆?？梢跃哂?.0-40微米的等價球形直徑。


圖1示出了如在本發(fā)明中使用的圓頂屏幕。圖2示出了如在本發(fā)明中使用的具有入口孔的圓頂屏幕。圖3示出了用根據(jù)本發(fā)明的雙層屏幕使光向前散射。圖4示出了根據(jù)按照本發(fā)明的一個實施方式獲得的視角的亮度。圖5示出了來自屏幕的其他部分的入射光如何影響對比度。圖6示出了反向散射(背散射)的光和對如在本發(fā)明中使用的屏幕的表面反射。圖7示出了對在本發(fā)明的一個實施方式上的法向入射的反向散射。圖8和圖9示出了如在本發(fā)明中使用的屏幕上的準(zhǔn)直光束的入射光通量。圖10示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的涂層上的透射增益的值。圖11示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的涂層上的反射增益的值。圖12和圖13示出了用于施加根據(jù)本發(fā)明的實施方式的涂層的噴涂圖案。圖14示出了著色添加劑的百分比與如用根據(jù)本發(fā)明的實施方式的涂層獲得的峰值增益之間的關(guān)系。圖15示出了前向和反向散射。圖16不出了體積散射。圖17示出了體 積散射透射(左)和反射(右)。圖18示出了透射(左)和反射(右)屏幕增益。圖19示出了由于體積漫射而產(chǎn)生的銳度損失。圖20示出了由于環(huán)境光而產(chǎn)生的對比度減小。圖21示出了由于前向散射的光的反向反射而產(chǎn)生的對比度減小。圖22示出了如在本發(fā)明的實施方式中使用的基本上彎曲的屏幕上的背投。圖23示出了對于屏幕左前方的觀察者的亮度均勻性。
具體實施例方式將相對于特殊實施方式并參考某些附圖描述本發(fā)明，但是，本發(fā)明并不限于其，而是僅由權(quán)利要求限制。所述附圖僅是示意性的和非限制性的。在圖中，為了說明性的目的，可能放大一些元件的尺寸并且不按比例地繪制。在本說明書和權(quán)利要求書中使用術(shù)語“包括”的地方，并不排除其他元件或步驟。此外，術(shù)語第一，第二，第三等在說明書中和在權(quán)利要求書中用于區(qū)分相似的元件，并且，并非必須用于描述連續(xù)或先后的順序。應(yīng)理解，這樣使用的術(shù)語可在適當(dāng)情況下互換，并且，這里描述的發(fā)明的實施方式能夠以除了這里描述或說明的順序以外的順序操作。本發(fā)明涉及一種后投或背投屏幕。后投(RP)屏幕使在不同方向上來自投影儀的入射光散射(圖15)?？蓪⒐馍⑸浞殖汕跋蛏⑸浜头聪蛏⑸洹７聪蛏⑸涞墓饩€位于屏幕的與入射光相同的一側(cè)上，前向散射的光線位于相對的一側(cè)上。對于后投屏幕，在前向方向上散射的光是有用的光，因為將看到該光。損失反向散射的光，并應(yīng)將其最小化。光線的反向散射圖案的特征在于雙向反射分布函數(shù)(BRDF)，前向散射的圖案的特征在于雙向透射分布函數(shù)(BTDF)。這些函數(shù)包含作為參數(shù)的入射和出射光線的方向。后投屏幕的特征通常在于更簡單的函數(shù)，屏幕增益。用屏幕的亮度與理想的、零吸收的朗伯屏幕的亮度的比率來定義屏幕增益。用以下等式定義理想的、零吸收的朗伯屏幕的亮度:
權(quán)利要求
1.一種彎曲的背投屏幕，具有大于180°的曲率的角度，例如，環(huán)繞式圓柱形或圓頂屏幕，所述屏幕包括第一層和在所述第一層上的第二漫射層，所述第二漫射層包含光吸收材料和光漫射顆粒，所述第二漫射層適于具有在0.1到5之間的吸收系數(shù)和厚度的乘積的值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的彎曲的背投屏幕，其中，所述第二漫射層是合成樹脂層，并且所述光漫射顆粒被嵌入在樹脂材料中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的彎曲的背投屏幕，其中，所述第二漫射層在所述第一層的內(nèi)表面上。
4.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的彎曲的背投屏幕，其中，所述第二漫射層包括多層。
5.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的彎曲的背投屏幕，其中，所述第二漫射層包括漫射層和光吸收層的混合物。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的彎曲的背投屏幕，其中，所述第二漫射層包括交替的漫射層和光吸收層。
7.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的彎曲的背投屏幕，其中，所述第一層是合成樹脂層，或者由玻璃制成。
8.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的彎曲的背投屏幕，其中，對于角度>40°，反向散射的增益(Gr)具有值Gr < 0.1。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的彎曲的背投屏幕，其中，Gr的值<0.07。
10.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的彎曲的背投屏幕，其中，Y>7。
11.一種彎曲的背投屏幕，具有大于180°的曲率的角度，所述屏幕包括第一層和在所述第一層上的第二漫射層，所述第二漫射層包含光吸收材料和光漫射顆粒，通過噴射在所述第一層的內(nèi)部上來施加第二合成樹脂漫射層。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的彎曲的背投屏幕，其中，所述第二漫射層在所述第一層的內(nèi)表面上。
13.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的彎曲的背投屏幕，其中，所述第二漫射層包括多層。
14.根據(jù)權(quán)利要求11至13中任一項所述的彎曲的背投屏幕，其中，所述第二漫射層包括漫射層和光吸收層的混合物。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的彎曲的背投屏幕，其中，所述第二漫射層包括交替的漫射層和光吸收層。
16.根據(jù)權(quán)利要求11至15中任一項所述的彎曲的背投屏幕，其中，所述第一層是合成樹脂層，或者由玻璃制成。
17.一種圓頂?shù)谋惩镀聊?，包括第一層和在所述第一層的?nèi)表面上的第二漫射層，所述第二漫射層包含嵌入在樹脂材料中的光漫射顆粒和光吸收材料。
18.一種沉浸式顯示器或模擬器，具有權(quán)利要求1至17中任一項所述的屏幕和至少一個投影儀。
全文摘要
描述了一種彎曲的背投屏幕，其具有大于180°的曲率的角度，例如，環(huán)繞式圓柱形或圓頂屏幕。該屏幕包括第一層和在第一層上的第二合成樹脂漫射層，第二合成樹脂漫射層包含光吸收材料和嵌入在樹脂材料中的光漫射顆粒，第二合成樹脂漫射層適于具有在0.1到2之間的吸收系數(shù)和厚度的乘積的值?？梢酝ㄟ^噴射來施加第二合成樹脂漫射層。
文檔編號G09B9/32GK103250097SQ201080070375
公開日2013年8月14日 申請日期2010年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月1日
發(fā)明者克恩拉德·韋梅爾斯赫, 斯特凡·杜卡斯特埃利, 海爾特·馬蒂斯, 帕特里克·坎德里 申請人:巴科股份有限公司