抗光投影幕布研究進展

安 曼，焦 康，成志秀，梁立華，趙義麗，許 劍

（中國樂凱集團有限公司 河北 保定 071054）

1 引言

近年來，國內影音市場的快速發展帶動了投影幕布市場的不斷壯大[1]。作為投影系統的終端，投影幕布是伴隨投影技術的提高以及投影機在教育、工程、商也、家居等方面的普及而被越來越多的人們所熟悉[2]，作為畫面的呈現方式，幕布類型的選擇對影音的最終放映效果影響較大。

如今，更多的用戶喜歡在較亮的環境光下觀看投影畫面，然而幕布表面容易受環境光的影響，導致成像畫面發白、不清晰、不均勻，因此會大大降低畫面的對比度和亮度，無法達到其本身的展示或演示效果。為了降低環境光和自然光等雜散光線對投影幕布的影響，越來越多的影音設備廠商開始針對此問題推出相應的產品解決方案，以滿足在明亮環境下，客戶對高清、高對比度以及更好視覺效果的需求，抗光投影幕布正是基于此而研發。

依據抗光投影幕布結構的不同，市面上常見的抗光投影幕布大致可分為四類，包括黑柵結構抗光投影幕、菲涅爾結構抗光投影幕、PVC涂層結構抗光投影幕和PET光學微結構抗光投影幕。其中黑柵結構抗光投影幕和菲涅爾結構抗光投影幕多用于超短焦或短焦，PVC涂層結構抗光投影幕長短焦均可，PET光學微結構抗光投影幕多用于長焦或中長焦。本文主要分析了抗光投影幕布的光學參數、類型結構、優缺點以及目前所應用的工藝制備技術，以期進一步提高人們對于抗光投影幕布的了解。

2 抗光投影幕布主要光學參數

2.1 幕布增益

增益用于表征幕布反射入射光的能力，其計算公式為Gain=πL/E，其中L為亮度計所測量的屏幕上一點的反射光的亮度，E為照度計所測量的屏幕上該點的入射光的照度。提高增益并不是增強光線，而是增加幕布對入射光線的利用率。增益越高的幕布，一般反射光線越集中，因此對來自側方的光污染的免疫力就越強。但高增益的幕布也有負面作用，一般增益大于1的幕布都可能會在畫面某處形成光斑，光斑隨著視覺觀看位置的變化而不同[3]。

2.2 半增益視角

半增益視角是指水平增益降為水平峰值增益一半時的角度。半增益視角越大，所能清晰觀看到投影幕布上面的內容就越多，投影內容也就能被更多的人從不同的角度清晰而且完美地欣賞到。

2.3 環境光遮蔽率

環境光遮蔽率用于表征屏幕抵抗外來環境光影響的能力，常用百分數表示，遮蔽率越高表明在明亮環境下環境光對投影畫面的影響就越小。

2.4 對比度

對比度是幕布在環境光光源條件下，投射白畫面與黑畫面亮度的比值，對比度越高，從白到黑的層次就越多，其顯示畫面的色彩也就越豐富、生動。

3 抗光投影幕布分類

3.1 黑柵結構抗光投影幕

黑柵結構抗光投影幕由橫條光學鋸齒結構的特殊棱鏡結構構成，鋸齒結構的上側面為黑色的光線吸收層，鋸齒結構的下側面為涂有特定功能涂料結構的光反射層，其抗光原理示意如圖1所示。通過此特殊棱鏡結構，可以將上方的干擾光源進行吸收，并將下方激光電視投射的光源反射到觀看者的眼中，進行平行反射，使觀看者看到高對比度的圖像。

圖1 黑柵結構抗光投影幕抗光原理示意Fig.1 Schematic diagram of anti light principle of anti light projection screen with black grid structure

黑柵結構抗光投影幕具有較大可視角度，能接近180度，適合多人多角度觀影，正面抗光性較好且無反光，其尺寸可選、軟硬均可、方便定制，增益一般在0.6～0.9。但由于這種特殊的光學鋸齒結構其下側面涂覆寬度不足0.5mm，在其上面進行精準涂布其難度較大，稍有瑕疵整塊幕布就不能使用，這也就造成了黑柵結構抗光投影幕的良品率較低，產品價格居高不下。

在黑柵結構抗光投影幕的加工過程中，具有特殊棱鏡結構光柵膜層的加工是其關鍵技術環節。棱鏡結構光柵膜層的加工方法主要有兩種，如圖2所示。第一種方法是將熱塑型樹脂涂布在基材正面，采用表面具有條紋微結構的模具輥進行輥壓，輥壓過程中搭配熱壓冷卻固化成型技術，將基材層上的熱塑型樹脂壓印固化，形成具有特定結構的光學棱鏡陣列，如圖2（a）所示。王杰等[4]設計的一種線柵結構的制造方法是將處于熔融態的混合材料體擠至鑄片輥上，形成鑄片，然后壓印輥對鑄片進行圖案化處理，形成線柵結構圖案的前驅體，最后經具有預設間距的兩組輥的拉伸形成所述線柵結構。張建平等[5]將充分攪拌后處于粘流態的PVC物料經六輥壓延，采用鋸齒形反光設計的花紋紋路壓紋處理后，急劇冷卻形成棱鏡結構。第二種方法是將UV樹脂涂布在基材正面，采用表面具有條紋微結構的模具輥進行輥壓，輥壓過程中搭配UV固化成型技術，將基材層上的UV樹脂壓印固化形成具有特定結構的光學棱鏡陣列，如圖2（b）所示。周永南[6]將預先均勻混有黑色粒子的UV樹脂涂布在基材正面，采用上述方法，將基材層上的UV樹脂壓印固化形成表面粗糙的光學棱鏡陣列。

圖2 棱鏡結構光柵膜層的加工方法Fig.2 Processing method of grating film with prism structure

光反射層可利用反向涂布機、缺角輪涂布機、凹版涂布機、棒式涂布機等方式進行涂覆[7]，也可選擇噴涂、模涂、絲網印刷、利用擦拭的槽填充等其他涂布方法涂布下述物質并使其固化而形成，包括白色或銀色系的涂料，如氧化鈦、氧化鋅、氧化鋯、氧化鋁、硫酸鋇、云母和硅石；含有白色或銀色系的顏料或微珠等的紫外線固化型樹脂或熱固化型樹脂；含有銀或鋁等金屬蒸鍍膜或金屬箔等粉碎而成的顆?；蛭⑿”∑耐苛系?。另外，光反射層可以通過在棱鏡結構面上蒸鍍、濺射鋁、銀、鎳等金屬而形成，或者通過對金屬箔進行轉印等而形成[8-9]。

3.2 菲涅爾結構抗光投影幕

菲涅爾結構抗光投影幕其結構是一組從大到小，再從小到大的半同心圓紋路，如圖3所示。與黑柵結構抗光投影幕的橫條光學鋸齒結構相比，不僅可以吸收來自屏幕上方的雜散光線，同時對于來自屏幕左右兩側的雜散光線也具有一定的抑制作用，所以菲涅爾結構抗光投影幕具有更高的增益和畫面亮度[10]。雖然菲涅爾結構抗光投影幕的這種半同心圓結構雖然可抵擋更多的雜散光線，提高幕布的增益和亮度，但也大幅度降低了幕布的可視角度，同時其表面的反光層也會形成與液晶電視相類似的光斑。菲涅爾結構抗光投影幕復雜的光學結構使得其成本比黑柵結構抗光投影幕要高，而且在使用的過程中不能大幅度地彎曲，一般需要做成硬幕，這也就進一步加大了運輸和安裝成本。雖然市面上也存在菲涅爾結構的軟幕，但相關產品較少。

圖3 菲涅爾結構抗光投影幕示意Fig.3 Schematic diagram of Fresnel structure anti light projection screen

菲涅爾結構抗光投影幕的制備工藝和黑柵結構抗光投影幕的制備工藝原理基本相同。王霖等[11]在制作有微透鏡陣列的透明基材的另外一側時通過壓印或UV膠水轉印的方式形成菲涅爾微結構，將調制好的白色反射涂料均勻涂布在菲涅爾微結構的表面，然后使用光束照射，光束照射方向按照投影機光線的入射方向，經光束照射的部分被固化，去除未被光束照射的反射涂料后形成菲涅爾反射結構。代功強等[12]將UV光固化膠漿料倒入攪拌器，通過高速分散攪拌，然后加壓將料打入光固化涂布線料槽，利用逗號刮刀在膜層涂布厚約80um的UV光固化膠漿料，以一定速度輸送進模具輥筒，壓印的同時經紫外線照射成型。反射層的制備則是采用真空連續電鍍設備在光擴散菲涅爾透鏡層工作面鍍上一層反射率為92%的鋁，然后在鋁反射層上鍍一層二氧化硅膜層。

3.3 PVC涂層結構抗光投影幕

PVC涂層結構抗光投影幕主要是利用物質對特定波長的光線具有吸收或者反射的特性，來達到抗光的作用，常見的有黑鉆、銀鉆、黑晶、黑耀以及珍珠幕等。此類幕布主要是在PVC材質的基材上涂覆不同的光學涂層，增強幕布對燈光或環境光等一些雜散光線的抑制能力[13]。如果涂層的顏色偏向深色系，對于畫面對比度的提高也具有一定的促進作用，其結構示意圖如圖4所示。PVC抗光幕可同時兼顧長焦投影和短焦投影，抗光性比只針對一種焦距的幕布差。

圖4 PVC涂層結構抗光投影幕示意Fig.4 Schematic diagram of light resistant projection screen with PVC coating structure

長焦抗光幕以PVC布基為底層，在其表面涂覆黑晶抗光涂層，在較亮的環境光下，不僅具有優異的抗光效果，同時還可以提升畫面亮度[14]。新一代進口長焦抗光幕，表面有高清抗光涂層，幕面呈銀灰色，可有效降低環境光對畫面的干擾性，使視野清晰自然，最大化提高畫面亮度與色彩。長焦抗光軟幕采用底層、PVC顯像處理層、高清投影涂層三層復合結構，遮蔽率達90%。黑鉆長焦抗光軟幕采用PVC幕面涂布深灰色涂層，環境光抑制率為85%，增益值達1.1。

3.4 PET光學微結構抗光投影幕

PET光學微結構抗光投影幕由多層膜物理微結構組成，無色感基材可以有效還原投影的色彩，微結構可以有效降低環境光對畫面效果的干擾，提升畫面對比度，其結構如圖5所示。幕布的特殊光學材料和構造，支持極高的分辨率顯示，高清還原影片的真實色彩，帶來更加精致細密的景深效果和畫面立體感。與PVC抗光幕相比，其性能要好，但價格更高。

圖5 PET光學微結構抗光投影幕示意Fig.5 Schematic diagram of PET optical microstructure anti light projection screen

PET光學微結構抗光投影幕產品的結構形式多樣，不同的膜層其作用效果不同。專利CN201621060132.4[15]提供了一種可在強光環境中使用的正投投影屏幕（如圖6所示），其包括透明PET膜層，在透明PET膜層的一側表面上依次復合有百葉窗結構光柵層、成像層和擋光層，百葉窗結構光柵層復合于透明PET膜層的表面，包括若干個橫向均勻間隔設置的透明微結構和橫向均勻間隔設置的遮光結構，遮光結構均勻分布于透明微結構之間，用于遮擋環境光、降低環境光對成像的干擾；成像層用于投影設備投射光線成像，其復合于百葉窗結構光柵層后側表面；擋光層由深色遮光材料制成，其復合于成像層的后側表面。專利CN201810785339.5[16]公開了一種中長焦距投影顯示屏幕，以靠近投影機一側的為外側，另一側為內側，所述中長焦距投影顯示屏幕由外側至內側依次為表面基材層、色層、擴散層、基材底層和反射層（如圖7所示）。該顯示屏幕具有良好的抗環境光性能，即使在室內明亮的環境下，也有較好的對比度，能夠使投影影像及色彩得到很好的呈現，同時還具有寬視角、反射光柔和減少視覺疲勞等優點。

圖6 一種可在強光環境中使用的正投投影屏幕Fig.6 A projection screen that can be used in strong light environment

圖7 一種中長焦距投影顯示屏幕Fig.7 A medium long focal length projection display screen

4 結語

隨著投影技術的不斷發展，消費者對于中高端幕布的需求也越來越大，未來抗光投影幕布的發展趨勢可以歸納為以下三點。

（1）生產技術水平的不斷提高將進一步降低抗光投影幕布的生產成本，提高幕布產品的良品率，其價格優勢將會更加突顯；

（2）產品結構將會呈現出多樣化的趨勢，從而進一步滿足消費者對于防眩光、防靜電、防污、耐刮傷、抗沖擊、可擦拭等多種多樣的需求；

（3）通過與其他技術相結合（如觸控技術、全息技術等），進一步增強抗光投影幕布的功能性，擴大其應用領域。