CN115268198A - 一种广视角菲涅尔抗光屏幕及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种广视角菲涅尔抗光屏幕，包括：菲涅尔透镜层，具有厚度方向相对的背面和微结构表面；背面依次设置有基材层和着色层，微结构表面依次设置有反射层和扩散防护层；微结构表面为酸蚀雾面，菲涅尔透镜层的材质为环氧改性丙烯酸酯树脂。该广视角菲涅尔抗光屏幕中菲涅尔透镜的材质为环氧改性丙烯酸酯树脂，利用环氧基团与酸反应在菲涅尔透镜表面形成酸蚀孔隙，制得雾面化的菲涅尔透镜，利于增加屏幕的可视角范围，进一步提升屏幕的抗光性能，并具有良好的散斑抑制效果。本发明还公开了一种广视角菲涅尔抗光屏幕的生产方法。

Description

一种广视角菲涅尔抗光屏幕及其生产方法

技术领域

本发明涉及投影屏幕技术领域，具体涉及一种广视角菲涅尔抗光屏幕及其生产方法。

背景技术

在超短焦激光投影显示领域，为到达较好的亮度及显示效果，投影机一般搭配具有菲涅尔结构或者黑栅微结构的投影屏幕使用。黑栅屏幕可视角大、对屏幕上方的入射光抗光效果良好，但对侧向入射光的抗光效果较差；菲涅尔屏幕对上方和侧向入射光的抗光效果良好，但是可视角较小。

现有技术中视角问题主要通过多层结构叠加或者对模具进行喷砂两种方式解决。多层结构叠加不仅增加生产成本，还影响产品的良率。采用喷砂工艺对菲涅尔结构进行加工的缺陷在于：

第一、菲涅尔结构由同心且半径不同的锯齿形凹槽组成，相较而言，喷砂磨料对峰顶的冲击明显多于峰底，因此经喷砂处理模具制备得到的菲涅尔结构雾面效果不均匀，甚至会劣化菲涅尔结构的抗光效果；

第二、喷砂设备的工作面无法同时覆盖整个菲涅尔结构模具，因此模具不同位置的雾面效果也存在差异，因此采用喷砂实现菲涅尔结构雾面处理的可重复性较差。

发明内容

本发明的目的之一在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种广视角菲涅尔抗光屏幕的生产方法，优选菲涅尔透镜层的材质，使菲涅尔透镜层的微结构表面雾化均匀，利于增大抗光屏幕的可视角。

为了获得上述技术效果，本发明的技术方案为：一种广视角菲涅尔抗光屏幕，包括：

菲涅尔透镜层，具有厚度方向相对的背面和微结构表面；

所述背面依次设置有基材层和着色层，所述微结构表面依次设置有反射层和扩散防护层；

所述微结构表面为酸蚀雾面，所述菲涅尔透镜层的材质为环氧改性丙烯酸酯树脂。

优选的技术方案为，以菲涅尔透镜层的微结构表面面积为100%计，微结构表面的酸蚀面积之和为3%～11%。进一步的，酸蚀面积之和为4%～10%，更进一步的酸蚀面积之和为5%～10%。微结构表面的酸蚀面积之和可选为5%、6%、7%、8%、9%、10%点值或者数据相邻的两点值之间的区间值。

优选的技术方案为，所述菲涅尔透镜层的固化反应原料组合物主要组成为丙烯酸单体、引发剂、环氧改性丙烯酸酯低聚物，所述菲涅尔透镜层的固化反应原料组合物折射率为1.49~1.6。

优选的技术方案为，所述菲涅尔透镜层的固化反应原料组合物主要组成为：丙烯酸单体100份、引发剂2～8份、环氧改性丙烯酸酯低聚物150～300份。基于100份的丙烯酸单体，进一步的，固化反应原料组合物主要组成中引发剂为3～7份，和/或环氧改性丙烯酸酯低聚物为170～250份；更进一步的，固化反应原料组合物主要组成中引发剂为4～7份，和/或环氧改性丙烯酸酯低聚物为185～235份。

丙烯酸单体的作用在于稀释树脂粘度，增加固化反应原料的流平性，提高菲涅尔透镜与基材的附着力，丙烯酸单体须与环氧改性丙烯酸酯低聚物相配合。

优选的技术方案为，所述菲涅尔透镜层的固化反应原料组合物还包括丙烯酸酯流平剂。

优选的技术方案为，所述丙烯酸单体为选自三丙二醇二丙烯酸酯、己二醇二丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯中的一种或两种以上的组合。更进一步的，丙烯酸单体为三丙二醇二丙烯酸酯。

本发明的目的之二在于提供一种广视角菲涅尔抗光屏幕的生产方法，基于上述的广视角菲涅尔抗光屏幕；包括以下步骤：

S1：基材层涂布透镜树脂；

S2：菲涅尔结构模具与透镜树脂涂布层模压的同时，固化处理透镜树脂，得菲涅尔透镜层；

S3：酸蚀处理菲涅尔透镜层的微结构表面；

S4：基于菲涅尔透镜层制备包括基材层、着色层、反射层和扩散防护层的抗光屏幕。

优选的技术方案为，所述酸蚀处理的酸剂为硝酸溶液，所述硝酸溶液中HNO₃的质量百分比浓度不大于40%。

优选的技术方案为，所述硝酸溶液中HNO₃的质量百分比浓度为10%～30%。

优选的技术方案为，所述酸蚀的工艺温度20～30℃，酸蚀时长不大于120min。进一步的，硝酸溶液中HNO₃的质量百分比浓度为10%～25%，酸蚀的工艺温度20～30℃，酸蚀时长为30～120min。

本发明的优点和有益效果在于：

该广视角菲涅尔抗光屏幕中菲涅尔透镜的材质为环氧改性丙烯酸酯树脂，利用环氧改性丙烯酸酯树脂中环氧基团与酸反应，在菲涅尔透镜表面形成酸蚀孔隙，制得雾面化的菲涅尔透镜，利于增大屏幕的可视角范围；随着菲涅尔结构破坏程度范围的增加，屏幕的环境光遮蔽率呈先上升后下降的变化趋势；

漫反射的雾面菲涅尔结构具有散斑抑制作用；

雾面孔隙不仅在菲涅尔结构锯齿凹槽的峰顶和谷底分布均匀，而且在透镜幅宽和长度方向各处分布均匀，利于生产大尺寸的屏幕。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“以上”、“以下”为包含本数，“至少一种”意为“一种或多种”， “多种”的含义是两种及其两种以上的组合。

本申请的上述申请内容并不意欲描述本申请中的每个公开的实施方式或每种实现方式。如下描述更具体地举例说明示例性实施方式。在整篇申请中的多处，通过一系列实施例提供了指导，这些实施例可以以各种组合形式使用。在各个实例中，列举仅作为代表性组，不应解释为穷举。

广视角菲涅尔抗光屏幕的结构

菲涅尔透镜层：经光固化制得，优选厚度为15~150μm，更优选为50~100μm；

扩散抗刮层：经光固化制得，扩散防护层可选为一层或者多层，多层例如扩散层和防护层的复合层叠结构，扩散防护层或者单功能的扩散层光固化胶水中含有0.01%wt～5%wt的扩散粒子，扩散粒子可选为亚克力粒子、金红石型氧化钛粒子、氧化硅粒子；

反射层：可选为铝或银镀层，优选厚度为5～30nm；

基材层：成品薄膜，厚度可选为50～200μm；基材层的材质可根据最终屏幕的种类具体选择，例如采用PET基材作为基材层生产硬屏；采用TPU基材作为基材层生产软屏。

着色层：经光固化制得，包含着色颜料，通常为灰色或者浅黑色，厚度为3~30μm。

实施例

实施例中所用原料、生产厂家及型号如下：

丙烯酸单体：沙多玛TPGDA（三缩丙二醇二丙烯酸酯）、HDDA（己二醇二丙烯酸酯）、TMPTA（三羟甲基丙烷三丙烯酸酯）；

引发剂：华钛874；

环氧改性丙烯酸酯低聚物：沙多玛CN104；

流平剂：德国BYK385N。

实施例1-12的广视角抗光幕布制备方法为：

S1、调制固化反应原料组合物UV胶水A：胶水A配方为沙多玛TPGDA310kg、华钛87420kg、沙多玛CN104 660kg、德国BYK385N 10kg，常温常压下按照丙烯酸单体、环氧改性丙烯酸酯低聚物、流平剂、引发剂顺序依次添加，搅拌均匀后密封保存，保存温度22±5℃，避免阳光直射，UV胶水A的折射率为1.51；

S2、准备软膜和基材层：硝酸浸泡具有菲涅尔结构的母膜软膜，干燥，将软膜安装在软膜机上，生产100寸屏幕所需软膜的周长为2300mm左右，幅宽为1300mm左右；实施例采用125μm厚度的TPU作为基材层；

S3、制备菲涅尔透镜：在TPU基材层的表面按照预定的涂布量涂布UV胶水A，软膜与UV胶水A涂布层复合，同时基材层非涂布面一侧入射UV光（>250mJ/cm²），涂布速度10米/分钟，UV胶水固化并复制出菲涅尔结构，菲涅尔透镜层厚度为75μm；

S4、常温（温度26±1℃，湿度50~60%）常压下将包含菲涅尔透镜层和基材层的层叠结构导入酸剂中，酸蚀预定时长后导出，清洗干燥，得具有雾面同心圆微结构的菲涅尔透镜层；

S5、在菲涅尔透镜层的微结构表面反射斜面镀反射层，镀层厚度为铝，铝膜厚度大约为13nm；背面着色层的材料为光固化的浅黑色胶水，固化后厚度为10μm，在具有反射镀层的微结构表面涂布扩散抗刮层，扩散抗刮层的光固化胶水中含有3.5%wt的亚克力粒子；经过以上步骤制得广视角菲涅尔抗光屏幕成品。

铝反射层采用物理气相沉积的方式镀于菲涅尔透镜层的同心圆微结构雾面，将具有菲涅耳结构的卷料(基材层和菲涅尔透镜层的层叠结构)置于真空蒸镀镀膜机内，镀膜机抽真空，真空度为10^-3Pa～10^-4Pa，加热铝丝使铝丝熔化并蒸发为气态，卷料放卷和收卷的速度即镀膜速度为500m/min。气态铝微粒在卷料的同心圆微结构雾面沉积、冷却还原。

实施例和对比例酸蚀所用酸剂酸剂以及酸蚀时长见下表：

对实施例1-12和对比例1-2菲涅尔透镜层和广视角抗光幕布进行以下性能检测：

1、菲涅尔结构的酸蚀评价：获得菲涅尔透镜微结构表面积以及菲涅尔结构表面酸蚀面积之和，按照以下公式计算菲涅尔结构破坏程度：

计算菲涅尔结构破坏程度=（酸蚀面积之和/菲涅尔透镜微结构表面积）*100%；

2、可视角检测：以屏幕正中间的垂直法线为准，在垂直法线的左侧和右侧沿水平法线移动并观察屏幕，当角度加大至图像对比度下降为10：1时，该角度为最大可视角；

3、根据JB/T-13294-2017中环境光遮蔽率的测试方法对实施例和对比例屏幕的环境光遮蔽率进行测试。

以上菲涅尔结构破坏程度、最大可视角、环境光遮蔽率均平行试验5组取平均值。

实施例和对比例菲涅尔透镜层的酸蚀评价和广视角抗光幕布性能检测结果如下：

由上表可知：

1、菲涅尔结构破坏程度不小于3.5%，雾面处理菲涅尔透镜层制抗光屏幕的最大可视角普遍优于空白对照的对比例1屏幕；菲涅尔结构破坏程度3%～3.5%范围内，最大可视角下降幅度较小；

2、菲涅尔结构破坏程度大于11%，雾面处理菲涅尔透镜层制抗光屏幕的环境光遮蔽率较空白对照的对比例1屏幕差；

3、硝酸中HNO₃质量百分比浓度越大，对菲涅尔透镜材料的酸蚀速率越快；硝酸中HNO₃质量百分比浓度越大，菲涅尔结构的酸蚀孔径越大；

4、实施例4硝酸中HNO₃质量百分比浓度为30%，酸蚀时长30min，酸蚀效率较高，菲涅尔结构破坏程度达9.6%，最大可视角120.8°，并且在环境光遮蔽率小幅提高至83.4%。

实施例13-21

实施例13-18的广视角抗光幕布制备方法为：

S1、调制固化反应原料组合物UV胶水B：基于沙多玛HDDA280kg、华钛874 20kg、沙多玛CN104 690kg、德国BYK385N 10kg的预定配方，常温常压下按照丙烯酸单体、环氧改性丙烯酸酯低聚物、流平剂、引发剂顺序依次添加，搅拌均匀后密封保存，保存温度22±5℃，避免阳光直射；UV胶水B的折射率为1.49。

实施例19-21的广视角抗光幕布制备方法为：

S1、调制固化反应原料组合物UV胶水C：基于沙多玛TMPTA 340kg、华钛874 2kg、沙多玛CN104 630kg、德国BYK385N 10kg的预定配方，常温常压下按照丙烯酸单体、环氧改性丙烯酸酯低聚物、流平剂、引发剂顺序依次添加，搅拌均匀后密封保存，保存温度22±5℃，避免阳光直；UV胶水C的折射率为1.48。

采用UV胶水B和UV胶水C替代UV胶水A，制备与实施例1相同的菲涅尔透镜和抗光屏幕试样。实施例中菲涅尔透镜酸蚀所用酸剂以及酸蚀时长见下表：

检测实施例13-21和对比例3-4菲涅尔结构破坏程度以及抗光屏幕试样的最大可视角和环境光遮蔽率，结果如下：

综上，以己二醇二丙烯酸酯和三羟甲基丙烷三丙烯酸酯作为菲涅尔透镜层材料丙烯酸单体，经酸蚀处理，抗光屏幕的最大可视角较空白试验大多得到提高。以三缩丙二醇二丙烯酸酯作为丙烯酸单体的菲涅尔透镜层酸蚀处理对屏幕最大可视角和环境光遮蔽率的改善效果较优。

结构光集中会在屏幕上形成散斑，由于酸蚀处理的菲涅尔结构表面呈漫反射结构，实施例屏幕投影成像的散斑问题均得到改善。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种广视角菲涅尔抗光屏幕，包括：

菲涅尔透镜层，具有厚度方向相对的背面和微结构表面；

所述背面依次设置有基材层和着色层，所述微结构表面依次设置有反射层和扩散防护层；其特征在于，

所述微结构表面为酸蚀雾面，所述菲涅尔透镜层的材质为环氧改性丙烯酸酯树脂。

2.根据权利要求1所述的广视角菲涅尔抗光屏幕，其特征在于，以菲涅尔透镜层的微结构表面面积为100%计，微结构表面的酸蚀面积之和为3%～11%。

3.根据权利要求1所述的广视角菲涅尔抗光屏幕，其特征在于，其特征在于，所述菲涅尔透镜层的固化反应原料组合物主要组成为丙烯酸单体、引发剂、环氧改性丙烯酸酯低聚物，所述菲涅尔透镜层的固化反应原料组合物折射率为1.49~1.6。

4.根据权利要求3所述的广视角菲涅尔抗光屏幕，其特征在于，按重量份数计，所述菲涅尔透镜层的固化反应原料组合物主要组成为：丙烯酸单体100份、引发剂2～8份、环氧改性丙烯酸酯低聚物150～300份。

5.根据权利要求3所述的广视角菲涅尔抗光屏幕，其特征在于，所述菲涅尔透镜层的固化反应原料组合物还包括丙烯酸酯流平剂。

6.根据权利要求3所述的广视角菲涅尔抗光屏幕，其特征在于，所述丙烯酸单体为选自三丙二醇二丙烯酸酯、己二醇二丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯中的一种或两种以上的组合。

7.一种广视角菲涅尔抗光屏幕的生产方法，其特征在于，基于权利要求1至6中任意一项所述的广视角菲涅尔抗光屏幕；包括以下步骤：

S1：基材层涂布透镜树脂；

S2：菲涅尔结构模具与透镜树脂涂布层模压的同时，固化处理透镜树脂，得菲涅尔透镜层；

S3：酸蚀处理菲涅尔透镜层的微结构表面；

S4：基于菲涅尔透镜层制备包括基材层、着色层、反射层和扩散防护层的抗光屏幕。

8.根据权利要求7所述的广视角菲涅尔抗光屏幕的生产方法，其特征在于，所述酸蚀处理的酸剂为硝酸溶液，所述硝酸溶液中HNO₃的质量百分比浓度不大于40%。

9.根据权利要求8所述的广视角菲涅尔抗光屏幕的生产方法，其特征在于，所述硝酸溶液中HNO₃的质量百分比浓度为10%～30%。

10.根据权利要求9所述的广视角菲涅尔抗光屏幕的生产方法，其特征在于，所述酸蚀的工艺温度20～30℃，酸蚀时长不大于120min。