弯曲的背投屏幕的制作方法
专利名称：弯曲的背投屏幕的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种弯曲的背投屏幕(back-projection screen),例如,环绕式圆柱形或圆顶屏幕(穹顶屏幕，dome screen)，例如，弯曲屏幕，特别是多角形，圆柱形或球形背投屏幕，并且还涉及一种使用该屏幕的沉浸式显示器(immersive display)或模拟器。
背景技术：
Ed Lantz在2007年8月的新兴显示技术会议论文集(the Emerging DisplayTechnology Conference Proceedings)中提供了一项由ACMSIGGRAPH公布的大型沉浸式显示器的调查。认为环绕式圆柱形或圆顶屏幕在电影应用场合中比直线沉浸式屏幕好，因为其在更大范围的视角和条件上提供了更无缝的外观。在例如对如图1中示意性地示出的基本上球形的(球形的)或具有较大角度程度(例如大于180° )的模拟器提供背投屏幕时存在特殊问题，例如，半球或半圆柱屏幕。在半透明的球形(截锥球形)屏幕2的外部，将投影仪4布置为，将模拟器所需的图像投射在屏幕2上。来自投影仪的图像重叠，使得在重叠位置需要注意，使得图像保持逼真并且不会失真。屏幕在漫射屏所需的背投中操作。虽然漫射平面背投屏幕是已知的，但是其并不是太容易适用于球形用途。在球形穹面内观察的一个问题是，来自屏幕的一侧的光将撞击另一侧。这与仅将光投射在屏幕上的平面屏幕的不同之处是，来自环境光源，并且，可通过模拟器所位于的外壳内的适当阴影来减小。但是，对于球形屏幕，图像本身位于屏幕的一侧上，其变成另一侧上的图像的环境光。这会影响可获得的对比度，并且，如果将达到相同等级的对比度，则会使适合于平面屏幕的材料不适合于球形屏幕。目前，没有结合所有对球形屏幕相冲突的需求的商用漫射器(漫散屏，diffuser)。一些漫射器以锐度为代价，具 有较宽的HGA。其他漫射器以斑点为代价，具有非常好的锐度。甚至其他漫射器具有透射/反射增益的非常好的平衡，这确保高图像亮度和高对比度，但是以透射半增益角度为代价。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种弯曲的背投屏幕，例如，环绕式圆柱形(wrap-around cylindrical)或圆顶屏幕(穹顶屏幕，dome screen),例如,弯曲屏幕,特别是多角形，圆柱形或球形背投屏幕，并且还提供一种使用该屏幕的沉浸式显示器或模拟器。本发明提供一种弯曲的背投屏幕，其具有大于180°的曲率的角度，例如，环绕式圆柱形或圆顶屏幕，该屏幕包括第一层和在第一层上的第二漫射层(扩散层，diffusinglayer)，该第二漫射层包含光吸收材料和光漫射颗粒。这样的环绕式圆柱形或圆顶屏幕可以具有从I米可达超过15米的半径。第二漫射层可以由合成树脂制成。光漫射颗粒嵌入(包埋，埋置)在树脂材料中。光吸收材料可以嵌入在树脂材料中。第二漫射层可适于具有在0.1到5之间(例如，0.5-5)的吸收系数和厚度的乘积的值。可通过喷涂来施加第二漫射层。
第二层的参数:A.漫射颗粒颗粒尺寸〈(1>=2.0-40.0[4111]颗粒浓度c=l%_25% (按重量计)B.包含颗粒的介质，配方层厚度<t>=200-2000 [ μ m]介质和颗粒之间的RI差Δη=0.01 - 0.15C.吸收体染料或颜料吸收系数α =200-6000 [1/m]本发明提供一种包括用作后投屏幕(背投屏幕)的双层片的物品(制品)，其包括第一层和第二合成树脂漫射层，第一层是玻璃或合成树脂层，第二合成树脂漫射层包含光漫射颗粒和光吸收材料，光漫射颗粒在第二合成树脂漫射层中具有1-25%的重量浓度，颗粒和树脂材料之间的折射率的差的大小是0.01-0.15，漫射层的厚度变化在具有30cm的基圆半径的球冠内小于5%，并且，该物品具有>45°或>55°的透射半增益视角和> 0.25的透射峰值增益。
对于> 30°的散射角，反射增益可以为< 0.1，对于> 15°的散射角，反射增益可以为< 0.2，散射角是散射方向和镜面反射方向之间的角度。第二合成树脂漫射层的吸收系数可以在200-6000/米的范围内。颗粒可以具有2.0-40微米的等价球形直径。本发明还提供一种包括用作后投屏幕(背投屏幕)的多层片的物品，其包括至少一个包含光漫射颗粒和光吸收材料的合成树脂漫射层，光漫射颗粒在合成树脂漫射层中具有
1-25%的重量浓度，颗粒和树脂材料之间的折射率的差的大小是0.01-0.15，所有吸收层的总厚度变化在具有30cm的基圆半径的球冠内小于其总厚度的5%，并且，该物品具有> 55°的透射半增益视角和> 0.25的透射峰值增益。对于>30°的散射角，反射增益可以为<0.1，对于>15°的散射角，反射增益可以为< 0.2，散射角是散射方向和镜面反射方向之间的角度。至少一个合成树脂漫射层的吸收系数可以是200-6000/米。颗粒可以具有2.0-40微米的等价球形直径。本发明还提供一种包括用作后投屏幕(背投屏幕)的多层片的物品，其包括至少一个包含光漫射颗粒的合成树脂漫射层和至少一个合成树脂吸收层，光漫射颗粒在至少一个合成树脂漫射层中具有1-25%的重量浓度，颗粒和树脂材料之间的折射率的差的大小是0.01-0.15，所有吸收层的总厚度变化在具有30cm的基圆半径的球冠内小于其总厚度的5%，并且，该物品具有> 55°的透射半增益视角和> 0.25的透射峰值增益。对于>30°的散射角，反射增益可以为<0.1，对于>15°的散射角，反射增益可以为< 0.2，散射角是散射方向和镜面反射方向之间的角度。吸收系数可以是200-6000/米。颗粒可以具有2.0-40微米的等价球形直径。
图1示出了如在本发明中使用的圆顶屏幕。图2示出了如在本发明中使用的具有入口孔的圆顶屏幕。图3示出了用根据本发明的双层屏幕使光向前散射。图4示出了根据按照本发明的一个实施方式获得的视角的亮度。图5示出了来自屏幕的其他部分的入射光如何影响对比度。图6示出了反向散射(背散射)的光和对如在本发明中使用的屏幕的表面反射。图7示出了对在本发明的一个实施方式上的法向入射的反向散射。图8和图9示出了如在本发明中使用的屏幕上的准直光束的入射光通量。图10示出了根据本发明的一个实施方式的涂层上的透射增益的值。图11示出了根据本发明的一个实施方式的涂层上的反射增益的值。图12和图13示出了用于施加根据本发明的实施方式的涂层的喷涂图案。图14示出了着色添加剂的百分比与如用根据本发明的实施方式的涂层获得的峰值增益之间的关系。图15示出了前向和反向散射。图16不出了体积散射。图17示出了体 积散射透射(左)和反射(右)。图18示出了透射(左)和反射(右)屏幕增益。图19示出了由于体积漫射而产生的锐度损失。图20示出了由于环境光而产生的对比度减小。图21示出了由于前向散射的光的反向反射而产生的对比度减小。图22示出了如在本发明的实施方式中使用的基本上弯曲的屏幕上的背投。图23示出了对于屏幕左前方的观察者的亮度均匀性。
具体实施例方式将相对于特殊实施方式并参考某些附图描述本发明，但是，本发明并不限于其，而是仅由权利要求限制。所述附图仅是示意性的和非限制性的。在图中，为了说明性的目的，可能放大一些元件的尺寸并且不按比例地绘制。在本说明书和权利要求书中使用术语“包括”的地方，并不排除其他元件或步骤。此外，术语第一，第二，第三等在说明书中和在权利要求书中用于区分相似的元件，并且，并非必须用于描述连续或先后的顺序。应理解，这样使用的术语可在适当情况下互换，并且，这里描述的发明的实施方式能够以除了这里描述或说明的顺序以外的顺序操作。本发明涉及一种后投或背投屏幕。后投(RP)屏幕使在不同方向上来自投影仪的入射光散射(图15)。可将光散射分成前向散射和反向散射。反向散射的光线位于屏幕的与入射光相同的一侧上，前向散射的光线位于相对的一侧上。对于后投屏幕，在前向方向上散射的光是有用的光，因为将看到该光。损失反向散射的光，并应将其最小化。光线的反向散射图案的特征在于双向反射分布函数(BRDF)，前向散射的图案的特征在于双向透射分布函数(BTDF)。这些函数包含作为参数的入射和出射光线的方向。后投屏幕的特征通常在于更简单的函数，屏幕增益。用屏幕的亮度与理想的、零吸收的朗伯屏幕的亮度的比率来定义屏幕增益。用以下等式定义理想的、零吸收的朗伯屏幕的亮度:
权利要求
1.一种弯曲的背投屏幕，具有大于180°的曲率的角度，例如，环绕式圆柱形或圆顶屏幕，所述屏幕包括第一层和在所述第一层上的第二漫射层，所述第二漫射层包含光吸收材料和光漫射颗粒，所述第二漫射层适于具有在0.1到5之间的吸收系数和厚度的乘积的值。
2.根据权利要求1所述的弯曲的背投屏幕，其中，所述第二漫射层是合成树脂层，并且所述光漫射颗粒被嵌入在树脂材料中。
3.根据权利要求1或2所述的弯曲的背投屏幕，其中，所述第二漫射层在所述第一层的内表面上。
4.根据任一前述权利要求所述的弯曲的背投屏幕，其中，所述第二漫射层包括多层。
5.根据任一前述权利要求所述的弯曲的背投屏幕，其中，所述第二漫射层包括漫射层和光吸收层的混合物。
6.根据权利要求5所述的弯曲的背投屏幕，其中，所述第二漫射层包括交替的漫射层和光吸收层。
7.根据任一前述权利要求所述的弯曲的背投屏幕，其中，所述第一层是合成树脂层，或者由玻璃制成。
8.根据任一前述权利要求所述的弯曲的背投屏幕，其中，对于角度>40°，反向散射的增益(Gr)具有值Gr < 0.1。
9.根据权利要求8所述的弯曲的背投屏幕，其中，Gr的值<0.07。
10.根据任一前述权利要求所述的弯曲的背投屏幕，其中，Y>7。
11.一种弯曲的背投屏幕，具有大于180°的曲率的角度，所述屏幕包括第一层和在所述第一层上的第二漫射层，所述第二漫射层包含光吸收材料和光漫射颗粒，通过喷射在所述第一层的内部上来施加第二合成树脂漫射层。
12.根据权利要求10所述的弯曲的背投屏幕，其中，所述第二漫射层在所述第一层的内表面上。
13.根据权利要求10或11所述的弯曲的背投屏幕，其中，所述第二漫射层包括多层。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的弯曲的背投屏幕，其中，所述第二漫射层包括漫射层和光吸收层的混合物。
15.根据权利要求14所述的弯曲的背投屏幕，其中，所述第二漫射层包括交替的漫射层和光吸收层。
16.根据权利要求11至15中任一项所述的弯曲的背投屏幕，其中，所述第一层是合成树脂层，或者由玻璃制成。
17.一种圆顶的背投屏幕，包括第一层和在所述第一层的内表面上的第二漫射层，所述第二漫射层包含嵌入在树脂材料中的光漫射颗粒和光吸收材料。
18.一种沉浸式显示器或模拟器，具有权利要求1至17中任一项所述的屏幕和至少一个投影仪。
全文摘要
描述了一种弯曲的背投屏幕，其具有大于180°的曲率的角度，例如，环绕式圆柱形或圆顶屏幕。该屏幕包括第一层和在第一层上的第二合成树脂漫射层，第二合成树脂漫射层包含光吸收材料和嵌入在树脂材料中的光漫射颗粒，第二合成树脂漫射层适于具有在0.1到2之间的吸收系数和厚度的乘积的值。可以通过喷射来施加第二合成树脂漫射层。
文档编号G09B9/32GK103250097SQ201080070375
公开日2013年8月14日 申请日期2010年10月28日 优先权日2010年10月1日
发明者克恩拉德·韦梅尔斯赫, 斯特凡·杜卡斯特埃利, 海尔特·马蒂斯, 帕特里克·坎德里 申请人:巴科股份有限公司
技术领域：
本发明涉及一种弯曲的背投屏幕(back-projection screen),例如,环绕式圆柱形或圆顶屏幕(穹顶屏幕，dome screen)，例如，弯曲屏幕，特别是多角形，圆柱形或球形背投屏幕，并且还涉及一种使用该屏幕的沉浸式显示器(immersive display)或模拟器。
背景技术：
Ed Lantz在2007年8月的新兴显示技术会议论文集(the Emerging DisplayTechnology Conference Proceedings)中提供了一项由ACMSIGGRAPH公布的大型沉浸式显示器的调查。认为环绕式圆柱形或圆顶屏幕在电影应用场合中比直线沉浸式屏幕好，因为其在更大范围的视角和条件上提供了更无缝的外观。在例如对如图1中示意性地示出的基本上球形的(球形的)或具有较大角度程度(例如大于180° )的模拟器提供背投屏幕时存在特殊问题，例如，半球或半圆柱屏幕。在半透明的球形(截锥球形)屏幕2的外部，将投影仪4布置为，将模拟器所需的图像投射在屏幕2上。来自投影仪的图像重叠，使得在重叠位置需要注意，使得图像保持逼真并且不会失真。屏幕在漫射屏所需的背投中操作。虽然漫射平面背投屏幕是已知的，但是其并不是太容易适用于球形用途。在球形穹面内观察的一个问题是，来自屏幕的一侧的光将撞击另一侧。这与仅将光投射在屏幕上的平面屏幕的不同之处是，来自环境光源，并且，可通过模拟器所位于的外壳内的适当阴影来减小。但是，对于球形屏幕，图像本身位于屏幕的一侧上，其变成另一侧上的图像的环境光。这会影响可获得的对比度，并且，如果将达到相同等级的对比度，则会使适合于平面屏幕的材料不适合于球形屏幕。目前，没有结合所有对球形屏幕相冲突的需求的商用漫射器(漫散屏，diffuser)。一些漫射器以锐度为代价，具 有较宽的HGA。其他漫射器以斑点为代价，具有非常好的锐度。甚至其他漫射器具有透射/反射增益的非常好的平衡，这确保高图像亮度和高对比度，但是以透射半增益角度为代价。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种弯曲的背投屏幕，例如，环绕式圆柱形(wrap-around cylindrical)或圆顶屏幕(穹顶屏幕，dome screen),例如,弯曲屏幕,特别是多角形，圆柱形或球形背投屏幕，并且还提供一种使用该屏幕的沉浸式显示器或模拟器。本发明提供一种弯曲的背投屏幕，其具有大于180°的曲率的角度，例如，环绕式圆柱形或圆顶屏幕，该屏幕包括第一层和在第一层上的第二漫射层(扩散层，diffusinglayer)，该第二漫射层包含光吸收材料和光漫射颗粒。这样的环绕式圆柱形或圆顶屏幕可以具有从I米可达超过15米的半径。第二漫射层可以由合成树脂制成。光漫射颗粒嵌入(包埋，埋置)在树脂材料中。光吸收材料可以嵌入在树脂材料中。第二漫射层可适于具有在0.1到5之间(例如，0.5-5)的吸收系数和厚度的乘积的值。可通过喷涂来施加第二漫射层。
第二层的参数:A.漫射颗粒颗粒尺寸〈(1>=2.0-40.0[4111]颗粒浓度c=l%_25% (按重量计)B.包含颗粒的介质，配方层厚度<t>=200-2000 [ μ m]介质和颗粒之间的RI差Δη=0.01 - 0.15C.吸收体染料或颜料吸收系数α =200-6000 [1/m]本发明提供一种包括用作后投屏幕(背投屏幕)的双层片的物品(制品)，其包括第一层和第二合成树脂漫射层，第一层是玻璃或合成树脂层，第二合成树脂漫射层包含光漫射颗粒和光吸收材料，光漫射颗粒在第二合成树脂漫射层中具有1-25%的重量浓度，颗粒和树脂材料之间的折射率的差的大小是0.01-0.15，漫射层的厚度变化在具有30cm的基圆半径的球冠内小于5%，并且，该物品具有>45°或>55°的透射半增益视角和> 0.25的透射峰值增益。
对于> 30°的散射角，反射增益可以为< 0.1，对于> 15°的散射角，反射增益可以为< 0.2，散射角是散射方向和镜面反射方向之间的角度。第二合成树脂漫射层的吸收系数可以在200-6000/米的范围内。颗粒可以具有2.0-40微米的等价球形直径。本发明还提供一种包括用作后投屏幕(背投屏幕)的多层片的物品，其包括至少一个包含光漫射颗粒和光吸收材料的合成树脂漫射层，光漫射颗粒在合成树脂漫射层中具有
1-25%的重量浓度，颗粒和树脂材料之间的折射率的差的大小是0.01-0.15，所有吸收层的总厚度变化在具有30cm的基圆半径的球冠内小于其总厚度的5%，并且，该物品具有> 55°的透射半增益视角和> 0.25的透射峰值增益。对于>30°的散射角，反射增益可以为<0.1，对于>15°的散射角，反射增益可以为< 0.2，散射角是散射方向和镜面反射方向之间的角度。至少一个合成树脂漫射层的吸收系数可以是200-6000/米。颗粒可以具有2.0-40微米的等价球形直径。本发明还提供一种包括用作后投屏幕(背投屏幕)的多层片的物品，其包括至少一个包含光漫射颗粒的合成树脂漫射层和至少一个合成树脂吸收层，光漫射颗粒在至少一个合成树脂漫射层中具有1-25%的重量浓度，颗粒和树脂材料之间的折射率的差的大小是0.01-0.15，所有吸收层的总厚度变化在具有30cm的基圆半径的球冠内小于其总厚度的5%，并且，该物品具有> 55°的透射半增益视角和> 0.25的透射峰值增益。对于>30°的散射角，反射增益可以为<0.1，对于>15°的散射角，反射增益可以为< 0.2，散射角是散射方向和镜面反射方向之间的角度。吸收系数可以是200-6000/米。颗粒可以具有2.0-40微米的等价球形直径。
图1示出了如在本发明中使用的圆顶屏幕。图2示出了如在本发明中使用的具有入口孔的圆顶屏幕。图3示出了用根据本发明的双层屏幕使光向前散射。图4示出了根据按照本发明的一个实施方式获得的视角的亮度。图5示出了来自屏幕的其他部分的入射光如何影响对比度。图6示出了反向散射(背散射)的光和对如在本发明中使用的屏幕的表面反射。图7示出了对在本发明的一个实施方式上的法向入射的反向散射。图8和图9示出了如在本发明中使用的屏幕上的准直光束的入射光通量。图10示出了根据本发明的一个实施方式的涂层上的透射增益的值。图11示出了根据本发明的一个实施方式的涂层上的反射增益的值。图12和图13示出了用于施加根据本发明的实施方式的涂层的喷涂图案。图14示出了着色添加剂的百分比与如用根据本发明的实施方式的涂层获得的峰值增益之间的关系。图15示出了前向和反向散射。图16不出了体积散射。图17示出了体 积散射透射(左)和反射(右)。图18示出了透射(左)和反射(右)屏幕增益。图19示出了由于体积漫射而产生的锐度损失。图20示出了由于环境光而产生的对比度减小。图21示出了由于前向散射的光的反向反射而产生的对比度减小。图22示出了如在本发明的实施方式中使用的基本上弯曲的屏幕上的背投。图23示出了对于屏幕左前方的观察者的亮度均匀性。
具体实施例方式将相对于特殊实施方式并参考某些附图描述本发明，但是，本发明并不限于其，而是仅由权利要求限制。所述附图仅是示意性的和非限制性的。在图中，为了说明性的目的，可能放大一些元件的尺寸并且不按比例地绘制。在本说明书和权利要求书中使用术语“包括”的地方，并不排除其他元件或步骤。此外，术语第一，第二，第三等在说明书中和在权利要求书中用于区分相似的元件，并且，并非必须用于描述连续或先后的顺序。应理解，这样使用的术语可在适当情况下互换，并且，这里描述的发明的实施方式能够以除了这里描述或说明的顺序以外的顺序操作。本发明涉及一种后投或背投屏幕。后投(RP)屏幕使在不同方向上来自投影仪的入射光散射(图15)。可将光散射分成前向散射和反向散射。反向散射的光线位于屏幕的与入射光相同的一侧上，前向散射的光线位于相对的一侧上。对于后投屏幕，在前向方向上散射的光是有用的光，因为将看到该光。损失反向散射的光，并应将其最小化。光线的反向散射图案的特征在于双向反射分布函数(BRDF)，前向散射的图案的特征在于双向透射分布函数(BTDF)。这些函数包含作为参数的入射和出射光线的方向。后投屏幕的特征通常在于更简单的函数，屏幕增益。用屏幕的亮度与理想的、零吸收的朗伯屏幕的亮度的比率来定义屏幕增益。用以下等式定义理想的、零吸收的朗伯屏幕的亮度:
权利要求
1.一种弯曲的背投屏幕，具有大于180°的曲率的角度，例如，环绕式圆柱形或圆顶屏幕，所述屏幕包括第一层和在所述第一层上的第二漫射层，所述第二漫射层包含光吸收材料和光漫射颗粒，所述第二漫射层适于具有在0.1到5之间的吸收系数和厚度的乘积的值。
2.根据权利要求1所述的弯曲的背投屏幕，其中，所述第二漫射层是合成树脂层，并且所述光漫射颗粒被嵌入在树脂材料中。
3.根据权利要求1或2所述的弯曲的背投屏幕，其中，所述第二漫射层在所述第一层的内表面上。
4.根据任一前述权利要求所述的弯曲的背投屏幕，其中，所述第二漫射层包括多层。
5.根据任一前述权利要求所述的弯曲的背投屏幕，其中，所述第二漫射层包括漫射层和光吸收层的混合物。
6.根据权利要求5所述的弯曲的背投屏幕，其中，所述第二漫射层包括交替的漫射层和光吸收层。
7.根据任一前述权利要求所述的弯曲的背投屏幕，其中，所述第一层是合成树脂层，或者由玻璃制成。
8.根据任一前述权利要求所述的弯曲的背投屏幕，其中，对于角度>40°，反向散射的增益(Gr)具有值Gr < 0.1。
9.根据权利要求8所述的弯曲的背投屏幕，其中，Gr的值<0.07。
10.根据任一前述权利要求所述的弯曲的背投屏幕，其中，Y>7。
11.一种弯曲的背投屏幕，具有大于180°的曲率的角度，所述屏幕包括第一层和在所述第一层上的第二漫射层，所述第二漫射层包含光吸收材料和光漫射颗粒，通过喷射在所述第一层的内部上来施加第二合成树脂漫射层。
12.根据权利要求10所述的弯曲的背投屏幕，其中，所述第二漫射层在所述第一层的内表面上。
13.根据权利要求10或11所述的弯曲的背投屏幕，其中，所述第二漫射层包括多层。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的弯曲的背投屏幕，其中，所述第二漫射层包括漫射层和光吸收层的混合物。
15.根据权利要求14所述的弯曲的背投屏幕，其中，所述第二漫射层包括交替的漫射层和光吸收层。
16.根据权利要求11至15中任一项所述的弯曲的背投屏幕，其中，所述第一层是合成树脂层，或者由玻璃制成。
17.一种圆顶的背投屏幕，包括第一层和在所述第一层的内表面上的第二漫射层，所述第二漫射层包含嵌入在树脂材料中的光漫射颗粒和光吸收材料。
18.一种沉浸式显示器或模拟器，具有权利要求1至17中任一项所述的屏幕和至少一个投影仪。
全文摘要
描述了一种弯曲的背投屏幕，其具有大于180°的曲率的角度，例如，环绕式圆柱形或圆顶屏幕。该屏幕包括第一层和在第一层上的第二合成树脂漫射层，第二合成树脂漫射层包含光吸收材料和嵌入在树脂材料中的光漫射颗粒，第二合成树脂漫射层适于具有在0.1到2之间的吸收系数和厚度的乘积的值。可以通过喷射来施加第二合成树脂漫射层。
文档编号G09B9/32GK103250097SQ201080070375
公开日2013年8月14日 申请日期2010年10月28日 优先权日2010年10月1日
发明者克恩拉德·韦梅尔斯赫, 斯特凡·杜卡斯特埃利, 海尔特·马蒂斯, 帕特里克·坎德里 申请人:巴科股份有限公司
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