安 曼，焦 康，成志秀，梁立華，趙義麗，許 劍

（中國(guó)樂(lè)凱集團(tuán)有限公司 河北 保定 071054）

1 引言

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)影音市場(chǎng)的快速發(fā)展帶動(dòng)了投影幕布市場(chǎng)的不斷壯大[1]。作為投影系統(tǒng)的終端，投影幕布是伴隨投影技術(shù)的提高以及投影機(jī)在教育、工程、商也、家居等方面的普及而被越來(lái)越多的人們所熟悉[2]，作為畫(huà)面的呈現(xiàn)方式，幕布類型的選擇對(duì)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(huán)境光下觀看投影畫(huà)面，然而幕布表面容易受環(huán)境光的影響，導(dǎo)致成像畫(huà)面發(fā)白、不清晰、不均勻，因此會(huì)大大降低畫(huà)面的對(duì)比度和亮度，無(wú)法達(dá)到其本身的展示或演示效果。為了降低環(huán)境光和自然光等雜散光線對(duì)投影幕布的影響，越來(lái)越多的影音設(shè)備廠商開(kāi)始針對(duì)此問(wèn)題推出相應(yīng)的產(chǎn)品解決方案，以滿足在明亮環(huán)境下，客戶對(duì)高清、高對(duì)比度以及更好視覺(jué)效果的需求，抗光投影幕布正是基于此而研發(fā)。

依據(jù)抗光投影幕布結(jié)構(gòu)的不同，市面上常見(jiàn)的抗光投影幕布大致可分為四類，包括黑柵結(jié)構(gòu)抗光投影幕、菲涅爾結(jié)構(gòu)抗光投影幕、PVC涂層結(jié)構(gòu)抗光投影幕和PET光學(xué)微結(jié)構(gòu)抗光投影幕。其中黑柵結(jié)構(gòu)抗光投影幕和菲涅爾結(jié)構(gòu)抗光投影幕多用于超短焦或短焦，PVC涂層結(jié)構(gòu)抗光投影幕長(zhǎng)短焦均可，PET光學(xué)微結(jié)構(gòu)抗光投影幕多用于長(zhǎng)焦或中長(zhǎng)焦。本文主要分析了抗光投影幕布的光學(xué)參數(shù)、類型結(jié)構(gòu)、優(yōu)缺點(diǎn)以及目前所應(yīng)用的工藝制備技術(shù)，以期進(jìn)一步提高人們對(duì)于抗光投影幕布的了解。

2 抗光投影幕布主要光學(xué)參數(shù)

2.1 幕布增益

增益用于表征幕布反射入射光的能力，其計(jì)算公式為Gain=πL/E，其中L為亮度計(jì)所測(cè)量的屏幕上一點(diǎn)的反射光的亮度，E為照度計(jì)所測(cè)量的屏幕上該點(diǎn)的入射光的照度。提高增益并不是增強(qiáng)光線，而是增加幕布對(duì)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(duì)來(lái)自側(cè)方的光污染的免疫力就越強(qiáng)。但高增益的幕布也有負(fù)面作用，一般增益大于1的幕布都可能會(huì)在畫(huà)面某處形成光斑，光斑隨著視覺(jué)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(shí)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(nèi)容就越多，投影內(nèi)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(huán)境光遮蔽率

環(huán)境光遮蔽率用于表征屏幕抵抗外來(lái)環(huán)境光影響的能力，常用百分?jǐn)?shù)表示，遮蔽率越高表明在明亮環(huán)境下環(huán)境光對(duì)投影畫(huà)面的影響就越小。

2.4 對(duì)比度

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

3 抗光投影幕布分類

3.1 黑柵結(jié)構(gòu)抗光投影幕

黑柵結(jié)構(gòu)抗光投影幕由橫條光學(xué)鋸齒結(jié)構(gòu)的特殊棱鏡結(jié)構(gòu)構(gòu)成，鋸齒結(jié)構(gòu)的上側(cè)面為黑色的光線吸收層，鋸齒結(jié)構(gòu)的下側(cè)面為涂有特定功能涂料結(jié)構(gòu)的光反射層，其抗光原理示意如圖1所示。通過(guò)此特殊棱鏡結(jié)構(gòu)，可以將上方的干擾光源進(jìn)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(jìn)行平行反射，使觀看者看到高對(duì)比度的圖像。

圖1 黑柵結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(wú)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(xué)鋸齒結(jié)構(gòu)其下側(cè)面涂覆寬度不足0.5mm，在其上面進(jìn)行精準(zhǔn)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(jié)構(gòu)抗光投影幕的良品率較低，產(chǎn)品價(jià)格居高不下。

在黑柵結(jié)構(gòu)抗光投影幕的加工過(guò)程中，具有特殊棱鏡結(jié)構(gòu)光柵膜層的加工是其關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)。棱鏡結(jié)構(gòu)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(shù)脂涂布在基材正面，采用表面具有條紋微結(jié)構(gòu)的模具輥進(jìn)行輥壓，輥壓過(guò)程中搭配熱壓冷卻固化成型技術(shù)，將基材層上的熱塑型樹(shù)脂壓印固化，形成具有特定結(jié)構(gòu)的光學(xué)棱鏡陣列，如圖2（a）所示。王杰等[4]設(shè)計(jì)的一種線柵結(jié)構(gòu)的制造方法是將處于熔融態(tài)的混合材料體擠至鑄片輥上，形成鑄片，然后壓印輥對(duì)鑄片進(jìn)行圖案化處理，形成線柵結(jié)構(gòu)圖案的前驅(qū)體，最后經(jīng)具有預(yù)設(shè)間距的兩組輥的拉伸形成所述線柵結(jié)構(gòu)。張建平等[5]將充分?jǐn)嚢韬筇幱谡沉鲬B(tài)的PVC物料經(jīng)六輥壓延，采用鋸齒形反光設(shè)計(jì)的花紋紋路壓紋處理后，急劇冷卻形成棱鏡結(jié)構(gòu)。第二種方法是將UV樹(shù)脂涂布在基材正面，采用表面具有條紋微結(jié)構(gòu)的模具輥進(jìn)行輥壓，輥壓過(guò)程中搭配UV固化成型技術(shù)，將基材層上的UV樹(shù)脂壓印固化形成具有特定結(jié)構(gòu)的光學(xué)棱鏡陣列，如圖2（b）所示。周永南[6]將預(yù)先均勻混有黑色粒子的UV樹(shù)脂涂布在基材正面，采用上述方法，將基材層上的UV樹(shù)脂壓印固化形成表面粗糙的光學(xué)棱鏡陣列。

圖2 棱鏡結(jié)構(gòu)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(jī)、缺角輪涂布機(jī)、凹版涂布機(jī)、棒式涂布機(jī)等方式進(jìn)行涂覆[7]，也可選擇噴涂、模涂、絲網(wǎng)印刷、利用擦拭的槽填充等其他涂布方法涂布下述物質(zhì)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(shù)脂或熱固化型樹(shù)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(guò)在棱鏡結(jié)構(gòu)面上蒸鍍、濺射鋁、銀、鎳等金屬而形成，或者通過(guò)對(duì)金屬箔進(jìn)行轉(zhuǎn)印等而形成[8-9]。

3.2 菲涅爾結(jié)構(gòu)抗光投影幕

菲涅爾結(jié)構(gòu)抗光投影幕其結(jié)構(gòu)是一組從大到小，再?gòu)男〉酱蟮陌胪膱A紋路，如圖3所示。與黑柵結(jié)構(gòu)抗光投影幕的橫條光學(xué)鋸齒結(jié)構(gòu)相比，不僅可以吸收來(lái)自屏幕上方的雜散光線，同時(shí)對(duì)于來(lái)自屏幕左右兩側(cè)的雜散光線也具有一定的抑制作用，所以菲涅爾結(jié)構(gòu)抗光投影幕具有更高的增益和畫(huà)面亮度[10]。雖然菲涅爾結(jié)構(gòu)抗光投影幕的這種半同心圓結(jié)構(gòu)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(shí)其表面的反光層也會(huì)形成與液晶電視相類似的光斑。菲涅爾結(jié)構(gòu)抗光投影幕復(fù)雜的光學(xué)結(jié)構(gòu)使得其成本比黑柵結(jié)構(gòu)抗光投影幕要高，而且在使用的過(guò)程中不能大幅度地彎曲，一般需要做成硬幕，這也就進(jìn)一步加大了運(yùn)輸和安裝成本。雖然市面上也存在菲涅爾結(jié)構(gòu)的軟幕，但相關(guān)產(chǎn)品較少。

圖3 菲涅爾結(jié)構(gòu)抗光投影幕示意Fig.3 Schematic diagram of Fresnel structure anti light projection screen

菲涅爾結(jié)構(gòu)抗光投影幕的制備工藝和黑柵結(jié)構(gòu)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(cè)時(shí)通過(guò)壓印或UV膠水轉(zhuǎn)印的方式形成菲涅爾微結(jié)構(gòu)，將調(diào)制好的白色反射涂料均勻涂布在菲涅爾微結(jié)構(gòu)的表面，然后使用光束照射，光束照射方向按照投影機(jī)光線的入射方向，經(jīng)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(jié)構(gòu)。代功強(qiáng)等[12]將UV光固化膠漿料倒入攪拌器，通過(guò)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(hào)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(jìn)模具輥筒，壓印的同時(shí)經(jīng)紫外線照射成型。反射層的制備則是采用真空連續(xù)電鍍?cè)O(shè)備在光擴(kuò)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(jié)構(gòu)抗光投影幕

PVC涂層結(jié)構(gòu)抗光投影幕主要是利用物質(zhì)對(duì)特定波長(zhǎng)的光線具有吸收或者反射的特性，來(lái)達(dá)到抗光的作用，常見(jiàn)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(zhì)的基材上涂覆不同的光學(xué)涂層，增強(qiáng)幕布對(duì)燈光或環(huán)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(duì)于畫(huà)面對(duì)比度的提高也具有一定的促進(jìn)作用，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖4所示。PVC抗光幕可同時(shí)兼顧長(zhǎng)焦投影和短焦投影，抗光性比只針對(duì)一種焦距的幕布差。

圖4 PVC涂層結(jié)構(gòu)抗光投影幕示意Fig.4 Schematic diagram of light resistant projection screen with PVC coating structure

長(zhǎng)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(huán)境光下，不僅具有優(yōu)異的抗光效果，同時(shí)還可以提升畫(huà)面亮度[14]。新一代進(jìn)口長(zhǎng)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(huán)境光對(duì)畫(huà)面的干擾性，使視野清晰自然，最大化提高畫(huà)面亮度與色彩。長(zhǎng)焦抗光軟幕采用底層、PVC顯像處理層、高清投影涂層三層復(fù)合結(jié)構(gòu)，遮蔽率達(dá)90%。黑鉆長(zhǎng)焦抗光軟幕采用PVC幕面涂布深灰色涂層，環(huán)境光抑制率為85%，增益值達(dá)1.1。

3.4 PET光學(xué)微結(jié)構(gòu)抗光投影幕

PET光學(xué)微結(jié)構(gòu)抗光投影幕由多層膜物理微結(jié)構(gòu)組成，無(wú)色感基材可以有效還原投影的色彩，微結(jié)構(gòu)可以有效降低環(huán)境光對(duì)畫(huà)面效果的干擾，提升畫(huà)面對(duì)比度，其結(jié)構(gòu)如圖5所示。幕布的特殊光學(xué)材料和構(gòu)造，支持極高的分辨率顯示，高清還原影片的真實(shí)色彩，帶來(lái)更加精致細(xì)密的景深效果和畫(huà)面立體感。與PVC抗光幕相比，其性能要好，但價(jià)格更高。

圖5 PET光學(xué)微結(jié)構(gòu)抗光投影幕示意Fig.5 Schematic diagram of PET optical microstructure anti light projection screen

PET光學(xué)微結(jié)構(gòu)抗光投影幕產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)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(qiáng)光環(huán)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(cè)表面上依次復(fù)合有百葉窗結(jié)構(gòu)光柵層、成像層和擋光層，百葉窗結(jié)構(gòu)光柵層復(fù)合于透明PET膜層的表面，包括若干個(gè)橫向均勻間隔設(shè)置的透明微結(jié)構(gòu)和橫向均勻間隔設(shè)置的遮光結(jié)構(gòu)，遮光結(jié)構(gòu)均勻分布于透明微結(jié)構(gòu)之間，用于遮擋環(huán)境光、降低環(huán)境光對(duì)成像的干擾；成像層用于投影設(shè)備投射光線成像，其復(fù)合于百葉窗結(jié)構(gòu)光柵層后側(cè)表面；擋光層由深色遮光材料制成，其復(fù)合于成像層的后側(cè)表面。專利CN201810785339.5[16]公開(kāi)了一種中長(zhǎng)焦距投影顯示屏幕，以靠近投影機(jī)一側(cè)的為外側(cè)，另一側(cè)為內(nèi)側(cè)，所述中長(zhǎng)焦距投影顯示屏幕由外側(cè)至內(nèi)側(cè)依次為表面基材層、色層、擴(kuò)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(huán)境光性能，即使在室內(nèi)明亮的環(huán)境下，也有較好的對(duì)比度，能夠使投影影像及色彩得到很好的呈現(xiàn)，同時(shí)還具有寬視角、反射光柔和減少視覺(jué)疲勞等優(yōu)點(diǎn)。

圖6 一種可在強(qiáng)光環(huán)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(zhǎng)焦距投影顯示屏幕Fig.7 A medium long focal length projection display screen

4 結(jié)語(yǔ)

隨著投影技術(shù)的不斷發(fā)展，消費(fèi)者對(duì)于中高端幕布的需求也越來(lái)越大，未來(lái)抗光投影幕布的發(fā)展趨勢(shì)可以歸納為以下三點(diǎn)。

（1）生產(chǎn)技術(shù)水平的不斷提高將進(jìn)一步降低抗光投影幕布的生產(chǎn)成本，提高幕布產(chǎn)品的良品率，其價(jià)格優(yōu)勢(shì)將會(huì)更加突顯；

（2）產(chǎn)品結(jié)構(gòu)將會(huì)呈現(xiàn)出多樣化的趨勢(shì)，從而進(jìn)一步滿足消費(fèi)者對(duì)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(guò)與其他技術(shù)相結(jié)合（如觸控技術(shù)、全息技術(shù)等），進(jìn)一步增強(qiáng)抗光投影幕布的功能性，擴(kuò)大其應(yīng)用領(lǐng)域。