CN104090463B - 一种透明正投影屏幕的构造和应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种透明正投影屏幕，它是由散射型偏光片和反射型偏光片复合成散射反射型偏光片，散射型偏光片采用复合三醋酸纤维素保护拉伸聚乙烯醇薄膜夹聚合物分散液晶层制成；反射型偏光片采用复合三醋酸纤维素保护拉伸聚乙烯薄膜和聚乙烯醇薄膜多层膜制成。制品用作透明正投影屏幕，散射型偏光片一面朝向投影机，投影自然光入射，一半光透射，一半光背散射，正投影成像效果比较好；投影偏振光入射，偏振方向与透光轴正交，没有透射光浪费，发生全背散射，正投影成像效果更好。该制品与单片液晶投影机组成黄金搭档，是成像效果神奇的透明正投影屏幕。

Description

一种透明正投影屏幕的构造和应用

技术领域

本发明技术方案涉及一种透明正投影屏幕的构造和应用，属于液晶器件物理与高分子功能薄膜材料学科交叉成果在投影显示设备——透明投影屏幕上应用的技术领域。

背景技术

透明投影屏幕是使观众隔着屏幕能看到屏幕后面的景物，又能看清屏幕上投影图像的特殊投影屏幕，具有隔空悬物魔幻成像的神奇效果。现有的透明投影屏幕技术主要是全息投影膜，这种膜是在塑料基材上用精密加工技术压印出微观的“坑坑点点”，使入射投影光在其表面的透射、反射和散射有个合理分布，要求其透明性好，则其成像性就差，反之要求其成像性好，则其透明性自然就差，譬如说入射投影光有50%的光透射，则可能有30%的光前散射，20%的光背散射，成像效果正投和背投都差不多。我们做过对比实验，用稍带雾度朦胧半透明的普通塑料书皮与全息投影膜放在一起当透明投影屏幕，看到其成像效果相差并不大。偏光片是光学元件，众所周知在液晶显示器上应用的和观看立体电影用的是吸收型偏光片，自然光入射，一半光吸收，一半光透射，此外也还有反射型偏光片和散射型偏光片等，顾名思义有一半光反射，一半光透射就是反射型偏光片；有一半光散射，一半光透射就是散射型偏光片。反射型偏光片作为液晶显示器件背光源增亮膜，已经产业化，专利为3M公司独占。散射型偏光片尚无商品，本发明人前期公开了 “一种散射偏光玻璃及其制造方法和应用”（CN 103033970 A）和“一种散射偏光片及其制造方法和应用”（CN 103592716 A）几个发明专利，提出散射型偏光片当作透明投影屏幕的主张，认为采用单片液晶投影机，投影光偏振方向与散射偏光片透光轴正交时，没有透射光浪费，发生全散射，背投影成像清晰，效果神奇。其实透明投影屏幕市场需求也十分需要寻找到一种透明正投屏幕技术，因为很多场合空间有限，会议室四面落地窗，正投白屏幕必然遮挡玻璃通透视觉，透明正投屏幕，投影光能量利用率高，玻璃隔断内观众看投影成像清楚明亮，而不需要玻璃隔断外的人能看清楚，本发明正是这样一种透明正投影屏幕的技术方案。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：一种透明正投影屏幕，有透光轴，具有比较高的透光率，也有适当的背散射性，又具有一定的偏振度，自然光投影，一半光透射，一半光背散射，正投成像清晰明亮。偏振光投影，偏振方向与透光轴正交，则没有透射光浪费，发生完全背散射，正投影成像效果更佳。

本发明解决该技术问题所采用的技术方案是：一种透明正投影屏幕，由散射型偏光片和反射型偏光片复合而成，两种偏光片透光轴平行。散射型偏光片由拉伸聚乙烯醇膜夹聚合物分散液晶层制成，制造方法如专利“一种散射偏光片及其制造方法和应用”（CN103592716 A）所述；反射型偏光片由拉伸各向同性膜与拉伸各向异性膜重复叠加复合多层膜制成，制造方法与现有多层膜反射型偏光片制造技术类似，但技术指标要求低，更简单可行。散射型偏光片和反射型偏光片的制造需要在洁净车间进行，都需要有拉伸和复合自动化控制设备，现有的吸收型偏光片制造厂商都能承担，只是需要增加紫外光曝光台装置。

拉伸聚合物分散液晶散射型偏光片的光学原理是，拉伸液晶微滴呈细长椭球形状，液晶微滴中液晶分子大致沿拉伸方向取向，在垂直拉伸方向，液晶寻常光折射率与聚合物折射率相近，光透射。在沿拉伸方向，液晶非常光折射率与聚合物折射率不相等且相差比较大，光散射。多层膜反射型偏光片的光学原理是，不同膜材料拉伸各向异性不同，垂直拉伸方向寻常光折射率接近相同，光透射。沿拉伸方向非常光折射率相差比较大，相邻层界面光大量透射，微量反射，但是当层数很多时，反射光积少成多就十分可观了。现有多层膜反射型偏光片增亮膜层数几百层，号称“千层饼”结构，外观已经亮如银镜。

透明正投影屏幕的制造方法基本工艺过程由散射型偏光片制造和反射型偏光片制造以及两种偏光片的复合这三个过程构成。

散射型偏光片制造方法：

第一步，配制预聚物，用20~30%的烷氧基壬苯基丙烯酸酯、65~75%的三羟甲基丙烷三丙烯酸酯和3~5%的光引发剂1173配制预聚物，将混合物在室温条件下搅拌2分钟充分混合均匀。

第二步，配制液晶胶，将第一步配制的预聚物与向列相液晶材料以2：1的质量比混合，并加入适量的塑料微球衬垫料，室温下用搅拌器搅拌2分钟使其充分混合形成液晶胶，液晶胶呈无色透明状态，且粘度较小。

第三步，夹胶复合，在精密覆膜机上进行，把两卷聚乙烯醇薄膜（约0.2mm厚）开卷，从两个方向拉过来夹到覆膜机对转粗辊间，用大号注射器向薄膜之间注射液晶胶，经过覆膜机压合，两张薄膜中夹着液晶胶被压合成厚度高度均匀的夹层薄膜。

第四步，曝光，将复合夹层薄膜传送到紫外光灯曝光台上进行曝光，紫外光灯强度400W/m²，灯距10cm，曝光2min，预聚物发生聚合反应，向列相液晶从聚合物中析出，形成直径接近1μm的液晶微滴，制品外观为朦胧散射雾态。

第五步，拉伸，对第四步得到的制品在拉伸设备上进行拉伸，拉伸辊加热温度约60度，拉伸比4倍以上，制品外观半透明态。

第六步，复合保护膜，在复合机上把第五步得到的制品两面涂胶复合上三醋酸纤维素保护膜（约0.1mm厚），就得到散射型偏光片，设计制品厚度约0.3mm，透光率60%以上，偏振度70%以上。

反射型偏光片制造方法：

第一步，把厚度同为0.2mm的聚乙烯薄膜和聚乙烯醇薄膜开卷，两种薄膜叠加在一起，在加热覆膜设备上压延成双层复合膜，将复合膜收卷。

第二步，重复第一步，得到第二卷制品。

第三步，把上述两步得到的制品重新开卷，两张双层复合膜叠加在一起，聚乙烯膜与聚乙烯醇膜面相贴合，重复第一步和第二步，得到两卷4层压延复合膜。

第四步，把第三步得到的制品重新开卷，两张四层压延复合膜叠加在一起，还是与聚乙烯醇膜面相贴合，加热压延，得到两卷8层压延复合膜。每次压延都将两张膜压延成一张膜的厚度，至此8层压延复合膜厚度约0.2mm。如此反复，得到16层、32层、64层等制品。

第五步，拉伸，把64层复合膜在拉伸设备上拉伸，拉伸比4倍以上，得到制品外观半透明态。

第六步，复合保护膜，在复合机上把第五步得到的制品两面涂胶复合上三醋酸纤维素保护膜（约0.1mm厚），就得到散射型偏光片，设计制品厚度约0.3mm，透光率60%以上，反射率40%以下，偏振度70%以上。

在复合设备上把两种偏光片复合在一起，最后得到透明正投屏幕制品，优化设计液晶与预聚物比例和薄膜层数，改进曝光、压延和拉伸工艺，可望得到透光率50%以上，偏振度80%以上的散射反射偏光片制品。

本发明的有益效果：所述一种透明正投影屏幕，具有散射反射偏光片新颖功能。当然光束先经过散射偏光片还是先经过反射偏光片的状态是不同的，散射反射偏光片作透明投影屏幕，必须是散射型偏光片一面朝向投影机和观众。散射型偏光片用作透明投影屏幕，由于前散射成分多，背散射成分少，所以适合作透明背投影屏幕。单纯的反射型偏光片作透明正投影屏幕，由于镜面反射的性质，有的角度投影刺眼明亮，而有的角度什么都看不见，因此如果是投影光从反射型偏光片一面入射则不能当作正投屏幕用。仅仅是把反射型偏光片做雾化处理，虽然削弱了镜面反射，增强了漫反射，但是透光率会严重下降而不再透明。本发明把散射型偏光片和反射型偏光片复合到一起，解决了既保障屏幕较高透光率的透明性问题，也克服散射型偏光片的前散射强背散射弱问题，又消除了反射型偏光片镜面反射的问题。

现有正规反射型偏光片增亮膜商品，性能指标要求高，透光率40%以上，偏振度95%以上，反射率50%以上，外观看上去反射光太强，干扰人的视觉已经不能感到它是半透明的。本发明要达到制品有比较高的透光率，则对偏振度要求就可以比较低。在散射型偏光片方面，增加聚合物比例减少液晶比例，减少膜层厚度，弱光源曝光等都可以用来增强透光率降低偏振度。在反射型偏光片方面，增加两种膜拉伸各向异性差距，减少膜层数，可以增强透光率，降低反射率，降低偏振度。

本发明与现有透明投影屏幕比较，正投影效果更理想，其他技术没有散射反射偏光片功能，正投影效果越好透明性就越差，应用中通常也是需要暗环境（关灯和挡窗帘），不然就是采用超强功率的投影机。而本发明制品正投亮背投暗，采用普通DLP自然光投影机，一半光前透射，一半光背散射，正投影效果颇佳。但是当对投影机加偏光片镜头或采用单片液晶投影机时效果则大不相同，投影光是偏振光，当偏振方向与散射反射偏光片透光轴正交时，没有透射光浪费，发生全背散射，因此正投影成像清晰明亮。如果隔着散射反射偏振片透明屏幕观察，看到自然光投影机如同正午太阳一般刺眼的话，偏振光投影机就如同十五的月亮了。

附图说明

附图1为本发明产品结构示意图，图1中，101——三醋酸纤维素保护膜；102——聚乙烯醇膜；103——聚合物分散液晶层；104——拉伸长椭球形液晶微滴；105——聚乙烯醇与聚乙烯复合多层膜。

具体实施方式

散射型偏光片制造方法：

第一步，配制预聚物，用30%的烷氧基壬苯基丙烯酸酯、65%的三羟甲基丙烷三丙烯酸酯和5%的光引发剂1173配制预聚物，将混合物在室温条件下搅拌2分钟充分混合均匀。

第二步，配制液晶胶，将第一步配制的预聚物与向列相液晶材料以2：1的质量比混合，并加入适量的塑料微球衬垫料，室温下用搅拌器搅拌2分钟使其充分混合形成液晶胶，液晶胶呈无色透明状态，且粘度较小。

第三步，夹胶复合，在精密覆膜机上进行，把两卷聚乙烯醇薄膜（约0.2mm厚）开卷，从两个方向拉过来夹到覆膜机对转粗辊间，用大号注射器向薄膜之间注射液晶胶，经过覆膜机压合，两张薄膜中夹着液晶胶被压合成厚度高度均匀的夹层薄膜。

第四步，曝光，将复合夹层薄膜传送到紫外光灯曝光台上进行曝光，紫外光灯强度400W/m²，灯距10cm，曝光2min，预聚物发生聚合反应，向列相液晶从聚合物中析出，形成直径接近1μm的液晶微滴，制品外观为朦胧散射雾态。

第五步，拉伸，对第四步得到的制品在拉伸设备上进行拉伸，拉伸辊加热温度约60度，拉伸比4倍以上，制品外观半透明态。

第六步，复合保护膜，在复合机上把第五步得到的制品两面涂胶复合上三醋酸纤维素保护膜（约0.1mm厚），就得到散射型偏光片。

反射型偏光片制造方法：

第一步，把厚度同为0.2mm的聚乙烯薄膜和聚乙烯醇薄膜开卷，两种薄膜叠加在一起，在加热覆膜设备上压延成双层复合膜，将复合膜收卷。

第二步，重复第一步，得到第二卷制品。

第三步，把上述两步得到的制品重新开卷，两张双层复合膜叠加在一起，聚乙烯膜与聚乙烯醇膜面相贴合，重复第一步和第二步，得到两卷4层压延复合膜。

第四步，把第三步得到的制品重新开卷，两张四层压延复合膜叠加在一起，还是与聚乙烯醇膜面相贴合，加热压延，得到两卷8层压延复合膜。每次压延都将两张膜压延成一张膜的厚度，至此8层压延复合膜厚度约0.2mm。如此反复，得到16层、32层、64层等制品。

第五步，拉伸，把64层复合膜在拉伸设备上拉伸，拉伸比4倍以上，得到制品外观半透明态。

第六步，复合保护膜，在复合机上把第五步得到的制品两面涂胶复合上三醋酸纤维素保护膜（约0.1mm厚），就得到散射型偏光片。

在复合设备上把两种偏光片复合在一起，最后得到透明正投影屏幕制品，透光率50%以上，偏振度80%以上的散射反射偏光片制品。

把制品贴合在会议室落地窗玻璃上，就是透明正投影屏幕。

Claims (4)

1.一种透明正投影屏幕，其特征在于其是由散射偏光片和反射偏光片贴合成；所述散射偏光片是拉伸法制备的聚合物分散液晶散射偏光片；所述反射偏光片是各向异性膜与各向同性膜复合的多层膜结构反射偏光片。

2.根据权利要求1所述的透明正投影屏幕，特征在于其，所述聚合物分散液晶散射偏光片由两张聚乙烯醇薄膜夹层聚合物分散液晶层，经紫外光固化发生相分离，再经加热拉伸，两侧又复合上三醋酸纤维素保护膜而制成。

3.根据权利要求2所述的透明正投影屏幕，特征在于，所述多层膜反射偏光片由聚乙烯膜和聚乙烯醇膜两种材料重复交替叠在一起复合成的多层膜，加热软化拉伸，两侧又复合上三醋酸纤维素保护膜而制成。

4.根据权利要求1所述的透明正投影屏幕的应用，具有透明性好和正投影成像性也好的原理性优势，其特征在于，该透明正投影屏幕与单片液晶投影机配合使用。