CN116442629A - 一种投影膜及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种投影膜及其制备方法，对称设置的五层结构中位于中间位置的是掺杂光学胶层，掺杂光学胶层的两侧均按照自内向外的顺序依次设置折射补偿层和透光层；折射补偿层的材料为表面附着有混合金属氧化物的透明球形粒子；解决了现有技术中采用反射原理的透明投影技术，会导致弱光环境透明度不够、强光环境观看面镜面效果严重的问题。本发明通过折射原理，对于无向环境光穿透性好，而定向光线折返率高，提高了投影膜的透明效果,改善了镜面效果。在正常状态下仍然保持透明玻璃的通透性；作为投影膜进行投影显示时，通过折射补偿材料显示画面；透明度高，并避免产生镜面效果，投影效果清晰。

Description

一种投影膜及其制造方法
技术领域
本发明属于影像显示设备制造技术领域，具体涉及一种投影膜及其制备方法。
背景技术
投影膜属于投影机的周边设备，用于将投影机的影像投射到膜上，以增强影像的显示效果，降低外部光线对图像的干扰，透明投影膜拥有独一无二的透明特性，在保持清晰显像的同时，能让观众透过投影膜看见背后景物，画质清晰亮丽，非凡超薄境界，绝无空间设限。有此神奇效果，得益于在国际市场上首次发表的综合衍射图技术的实际应用，是国际上首次实现在无论光源是否充足的情况下，皆能透过正面及背面两侧同时、多角度直接观看影像的划时代专利技术投影膜，性能优异的投影膜可以使得投影的内容更清晰，亮度更均匀，提高观影体验。
现有技术中的透明投影技术，主要依赖直接反射原理，在弱光环境中使用时透明度不够；而在强光环境中使用时其观看面又会产生严重的镜面效果；因此现有技术中的透明投影技术效果不理想。
发明内容
为了解决现有技术存在的上述问题，本发明目的在于提供一种投影膜及其制备方法，在正常状态下仍然保持透明玻璃的通透性；作为投影膜进行投影显示时，通过折射补偿材料显示画面；透明度高，并避免产生镜面效果，投影效果清晰。
本发明所采用的技术方案为：
一种投影膜，包括有至少五层结构，五层结构对称设置；五层结构中位于中间位置的是掺杂光学胶层，掺杂光学胶层的两侧均按照自内向外的顺序依次设置折射补偿层和透光层；
所述折射补偿层的材料为表面附着有混合金属氧化物的透明球形粒子。
所述透明球形粒子为透明纳米微球。
进一步地，所述折射补偿层为由多层透明球形粒子组合构成的膜状结构。
进一步地，所述透明球形粒子的直径小于0.5um，其表面附着的混合金属氧化物厚度为10～50nm。
进一步地，所述折射补偿层的材料为表面附着有透明材料层的混合金属氧化物粒子；所述折射补偿层为由多层混合金属氧化物粒子组合构成的膜状结构。
进一步地，所述混合金属氧化物粒子的直径小于或者等于500nm，透明材料层的厚度为0.5～0.8um。
进一步地，所述透明球形粒子的透光率大于等于90％，所述透明球形粒子的折射率与混合金属氧化物的折射率至少相差1.0。
再进一步地，所述混合金属氧化物为氧化锌、氧化铝、氧化钛、氧化铟锡中的一种或者两种以上混合物。
再进一步地，所述透光层由透光率大于等于90％的材料构成。
再进一步地，所述掺杂光学胶层的材料包括有混合氧化物和荧光物质；所述混合氧化物为氧化钛和/或氧化锌；所述荧光物质为硫化锌和/或硅酸盐；
所述掺杂光学胶层的材料中混合氧化物的掺杂比例小于5％。
本发明还涉及一种投影膜的制备方法，用于制备上述投影膜，包括有以下步骤：
S01，备料透明球形粒子；
S02，制备混合金属氧化物溶液；
S03，通过结晶法在透明球形粒子的表面附着10～50nm厚度的混合金属氧化物；
S04，将透明球形粒子均匀生长在透光片材上，构成具有折射补偿膜层的透光片材；
S05，按照预设比例在光学胶中掺杂混合氧化物，制备掺杂光学胶材料；
S06，取两张步骤S04中制备的透光片材，按照生长面相对的方向对称设置；
S07，在两张透光片材之间填充步骤S05中制备的掺杂光学胶材料；
S08，固化；得到半成品投影膜；
S09，在半成品投影膜的两侧表面贴敷保护膜；
S10，裁切，得到投影膜成品。
本发明的有益效果为：
一种投影膜及其制备方法，对称设置的五层结构中位于中间位置的是掺杂光学胶层，掺杂光学胶层的两侧均按照自内向外的顺序依次设置折射补偿层和透光层；折射补偿层的材料为表面附着有混合金属氧化物的透明球形粒子；
通过前侧的折射补偿层各向折射入射光，使光线进入掺杂光学胶层,部分光线经折射直接经同侧透光层射出至人眼观看点,部分光线进入后侧的折射补偿层后，通过后侧的折射补偿层再次将光线各向折射,光线经过折射再次进入掺杂光学胶层，部分光线会进入后侧的透光层，而部分光线再次经前侧折射补偿层、光学掺杂胶层、前侧透光层传递至人眼观看点；当本发明的投影膜设置在透明玻璃板上时，在无投影的情况下玻璃板保持透明；当投影仪画面投映至透明玻璃板上时,折射补偿层会经过多次折射将大部分光线折回入射面，人眼看到画面在玻璃上呈现；解决了现有技术中采用反射原理的透明投影技术，会导致弱光环境透明度不够、强光环境观看面镜面效果严重的问题。本发明通过折射原理，对于无向环境光穿透性好，而定向光线折返率高，提高了投影膜的透明效果,改善了镜面效果。
在正常状态下仍然保持透明玻璃的通透性；作为投影膜进行投影显示时，通过折射补偿材料显示画面；透明度高，并避免产生镜面效果，投影效果清晰。
附图说明
图1是本发明实施例一的投影膜在投影显示时的光线折射路径示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
如图1所示，为解决现有技术中普遍存在的问题，本发明提供一种投影膜及其制备方法，整体策划方案为：首先提供一种投影膜结构，共设置五层结构，五层结构对称设置；五层结构中位于中间位置的是掺杂光学胶层，掺杂光学胶层的两侧均按照自内向外的顺序依次设置折射补偿层和透光层。
折射补偿层的材料为表面附着有混合金属氧化物的透明球形粒子。
透明球粒子透明纳米微球，即采用透明材料的纳米微球，例如纳米玻璃珠，或者其他透明材料的有机纳米微球。
为便于阐述具体原理，本发明在实施例过程中将五层结构依次定义为前侧透光层、前侧折射补偿层、掺杂光学胶层、后侧折射补偿层和后侧透光层。
实施例一：
实际操作过程中的具体结构如下：
在策划方案的基础上，透明球形粒子采用纳米玻璃微球。
进一步地，折射补偿层采用由多层透明球形粒子组合构成的膜状结构。
进一步地，透明球形粒子的直径范围设置为小于0.5um，在其表面附着的混合金属氧化物厚度为10～50nm。
通过在透明球形粒子的表面附着厚度为10～50nm厚度的混合金属氧化物层，使得透明球形粒子形成具有内外层不同材料的体积更大的粒子，从而使得透明球形粒子的内外层具有不同的折射率。
再进一步地，透明球形粒子的透光率大于等于90％，透明球形粒子的折射率与混合金属氧化物的折射率至少相差1.0。
再进一步地，混合金属氧化物可以选择氧化锌、氧化铝、氧化钛、氧化铟锡中的一种或者两种以上混合物。
再进一步地，透光层由透光率大于等于90％的材料构成，具体的透光层材料可以选择任意一种透光率大于等于90％的材料，例如透光层材料可以选择PET、PI或者PP等等。
再进一步地，掺杂光学胶层的材料可以由混合氧化物和荧光物质混合构成，也可以根据使用要求特性选择添加其他相应材料组成。
具体操作中，掺杂光学胶层中的混合氧化物的材料可以选择氧化钛或者氧化锌等一种材料单独构成；混合氧化物的材料也可以选择氧化钛和氧化锌等材料混合构成，实际操作中具体根据场景使用要求或者其他要求进行适应性选择。
掺杂光学胶层中的荧光物质的材料可以选择由硫化锌或者硅酸盐等等一种材料单独构成；掺杂光学胶层中的荧光物质的材料也可以选择由硫化锌和硅酸盐等等材料混合构成，实际操作中具体根据场景使用要求或者其他要求进行适应性选择。
最后，掺杂光学胶层的材料中混合氧化物的掺杂比例小于5％，以确保透明度。
图1中的各结构特征仅仅是原理示意图，不代表实际尺寸特征，也不代表透明球形粒子的实际排列方式。
图1中的投影膜由五层结构组合构成，依次为透光层1、折射补偿层、掺杂光学胶层4、折射补偿层和透光层1。
光源6发出的光线通过前侧的折射补偿层各向折射入射光，使光线进入掺杂光学胶层,部分光线经折射直接经同侧透光层射出至人眼观看点5,部分光线进入后侧的折射补偿层后，通过后侧的折射补偿层再次将光线各向折射,光线经过折射再次进入掺杂光学胶层，部分光线会进入后侧的透光层，而部分光线再次经前侧折射补偿层、光学掺杂胶层、前侧透光层传递至人眼观看点；当本发明的投影膜设置在透明玻璃板上时，在无投影的情况下玻璃板保持透明；当投影仪画面投映至透明玻璃板上时,折射补偿层会经过多次折射将大部分光线折回入射面，人眼看到画面在玻璃上呈现；解决了现有技术中采用反射原理的透明投影技术，会导致弱光环境透明度不够、强光环境观看面镜面效果严重的问题。本发明通过折射原理，对于无向环境光穿透性好，而定向光线折返率高，提高了投影膜的透明效果,改善了镜面效果。
经过不同折射率，在一定角度入射光会大部分折返返回，因折射补偿层中作为折射物质的透明球形粒子是微球体，通过调整微球体的球体层结构厚度和折射率，使得大部分射入微球体的光线在球体里面转一圈后都从正面出来；并且折射补偿层的微球体也并不一定如图示那样规则排列，微球体之间的光学胶主要起透明作用；
球体本身的透过率并不算高，能达到透明的目的，主要依赖在微球体与微球体之间的缝隙，从而能透明看到对面。
在入射光束集中时，折射效应明显，从而实现画面显示效果。
对于漫反射的环境光线，因为环境光线可以通过任意物体反射，人眼所能看到的一切凹凸不平的表面都是因为反射光向四面八方反射，所以当没有集中的定向强入射光时，本发明的投影膜呈现透明效果。
在正常状态下仍然保持透明玻璃的通透性；作为投影膜进行投影显示时，通过折射补偿材料显示画面；透明度高，并避免产生镜面效果，投影效果清晰。
实施二：在上述实施例一的基础上，以下述结构为替代方案。
折射补偿层的材料采用表面附着有透明材料层的混合金属氧化物粒子；折射补偿层的具体结构是由多层混合金属氧化物粒子组合构成的膜状结构。
进一步地，混合金属氧化物粒子的直径小于500nm，透明材料层的厚度为0.5～0.8um。
通过在混合金属氧化物粒子的表面附着厚度为0.5～0.8um透明材料层，使得混合金属氧化物粒子形成具有内外层不同材料的体积更大的粒子，从而使得混合金属氧化物粒子的内外层具有不同的折射率。
实施例三：
本发明还提供一种投影膜的制备方法，用于制备上述投影膜，包括有以下步骤：
S01，备料透明球形粒子；具体操作中可以直接采购市场上在售的小直径透明球形粒子，即纳米玻璃微球，例如上海诺彩贸易有限公司经销的日本JIS Z 8901试验用粉体2GBL-100玻璃珠等等；
S02，制备混合金属氧化物溶液；采用实施例一或者实施例二中的配方方案，采用氧化锌、氧化铝、氧化钛、氧化铟锡中的一种或者两种以上混合物，按照常规操作过程进行操作制备混合金属氧化物溶液即可；
S03，通过结晶法在所有透明球形粒子的表面附着10～50nm厚度的混合金属氧化物；结晶法按照常规操作即可；
S04，备料透光层；
具体可以直接采购市场上在售的PET、PI或者PP等材料的透光片材，作为透光层；
再将透光片材作为基底，通过旋涂、溅射、蒸镀等工艺方法，将步骤S03中制得的透明球形粒子生长在透光片材上，具体按照常规操作即可；
从而实现将透明球形粒子均匀生长在透光片材上构成折射补偿膜层；
S05，按照预设比例在光学胶中掺杂混合氧化物，制成掺杂光学胶材料；光学胶可以选择任何能够从熔融状态固化转变为固体的光学胶，例如可以选择UV光学胶、OCA光学胶、SCA光学胶等等，
S06，取两张步骤S04中制备的透光片材，按照生长面相对的方向对称设置；
S07，在两张透光片材之间填充步骤S05中制备的掺杂光学胶材料；
S08，固化，掺杂光学胶材料固化构成掺杂光学胶层，使得两张透光片材通过掺杂光学胶层固定粘合，得到半成品投影膜；
S09，在半成品投影膜的两侧表面贴敷保护膜；贴敷保护膜可以直接选择现有技术中的离型纸及其贴敷工艺，也可以按照手机屏幕的保护膜及其贴敷工艺；
S10，裁切：根据使用要求，通过将贴敷有保护膜的半成品投影膜裁切为相应大小的块状投影膜，可以通过膜材切割机、激光切割机进行裁切，也可以通过手工用刀片进行切割；
得到投影膜成品。
本发明的投影膜及其制备方法，对称设置的五层结构中位于中间位置的是掺杂光学胶层，掺杂光学胶层的两侧均按照自内向外的顺序依次设置折射补偿层和透光层；折射补偿层的材料为表面附着有混合金属氧化物的透明球形粒子。
实施例四：
本发明还提供一种投影膜的制备方法，用于制备上述投影膜，包括有以下步骤：
S1、将陶瓷珠、白色氟硅酸钠玻璃以及玻璃珠经至少一次以上振动筛选过滤，然后升温至120-220℃；
步骤S1中，经至少一次以上振动筛选过滤后且在升温加热前，采用粒径为0.3-0.8mm的金属铁质微球与陶瓷珠、白色氟硅酸钠玻璃以及玻璃珠在容器内按2：1：1：1进行混合，再进行高速球磨，转速设定为200-600转/秒；
陶瓷珠、白色氟硅酸钠玻璃以及玻璃珠经高速球磨后再次进行振动筛选过滤，而后进行加热升温；
S2、将陶瓷珠和白色氟硅酸钠玻璃制成珠核，并在珠核周圈外表面上于50-70℃温度下熔附上一层由聚酯树脂或环氧树脂和聚酯树脂的混合组成的粉末涂料；
S3、将折射率1.7以上粒径30-50微米的玻璃珠，于60-80℃温度下，粘附于珠核周圈外表的粉末涂料上形成反光球状微粒子；
S4、取表面覆盖有PE膜的PET基底，对其表面进行打磨处理，然后利用气相沉积法将反光球状微粒子植入PE膜表面；具体为：
反光球状微粒子由主流气体进来，以扩散机制传输到PE膜表面.反光球状微粒子在PE膜上的浓度是零，亦即在PE膜上立刻反应；
反光球状微粒子吸附在PE膜上，此时仍容许反光球状微粒子在PE膜上进行有限程度的表面横向移动；
反光球状微粒子在PE膜上进行化学反应,产生沉积物的化学分子,然后经积聚成核、迁移、成长，形成连续的膜；
把多余的反光球状微粒子以及未成核的气体生成物去吸附；
被去吸附的气体,以扩散机制传输到主流气相,并经传送排出；
S5、在植入反光球状微粒子的PE膜表面涂覆金属层，然后再采用涂布设备在金属层上涂覆高折射率涂料；的高折射率涂料由溴苯改性聚氨酯丙烯酸酯和苯氧乙基丙烯酸酯类单体为基体，并添加乙酸乙酯、正丁醇、引发剂、流平剂、消泡剂制备而成；
高折射率涂料的制备步骤为：
将正丁醇和部分乙酸乙酯加入搅拌釜中搅拌；
向搅拌釜中加入引发剂，搅拌至引发剂完全溶解，制得引发剂溶液，备用；
向另一个搅拌釜中加入配方比例的溴苯改性聚氨酯丙烯酸酯搅拌，而后加入苯氧乙基丙烯酸酯类单体，继续搅拌；
将制备的引发剂溶液加到苯氧乙基丙烯酸酯类单体的搅拌釜中，继续搅拌，搅拌过程中，搅拌釜外部用冷却水冷却，控制搅拌釜内温度在50℃以下；
向搅拌釜中加入流平剂、边加边搅拌，然后加入消泡剂，继续搅拌,同时通过加乙酸乙酯调节至所需粘度，经过滤，得到高折射率涂料；
另外，值得说明的是，在植入反光球状微粒子的PE膜表面涂覆金属层，采用溅射涂覆法，利用金属材料荷能粒子轰击PE膜，使PE膜表面原子或原子团逸出，逸出的原子在工件的表面形成与PE膜成分相同的薄膜；
溅射涂覆法具体为：
1)采用平行板电极结构，膜料物质做成的大面积靶为阴极，支持基体的基板为阳极，安装于钟罩式真空容器内；
2)先将钟罩内的压强抽到小于l0-3-10-4Pa，然后充入Ar，使压强维持在l-10Pa；
3)在两极之间加数千伏的电压进行溅射镀膜
S6、采用逆向转移黏辊将PE膜从PET基底剥离出，再采用反向转压辊，使得反光球状微粒子经步骤S1-S6形成的膜从PE膜中剥离出来，即得到投影膜。
其中，作为本实施例值得说明的是，反光球状微粒子是以两种深浅度密集敷设的，即微粒子与基层的距离有二种长度，其一与基层表面的距离恰是等于微粒子的聚焦位置，另一则与基层表面的距离长度乃小于该等微粒子群的焦距；
其次，投影膜厚度的条件是：
L＝m×λ/(4×n)，
式中，m表示奇数，λ表示滤光片的工作波长，而n表示相应的折射率。
具体实施中，石英玻璃作为基片以氧化铪作为金属层，具体如下：
将0.5克分子浓度的乙醇铪溶液与0.5克分子浓度由盐酸酸化的氧化钛酒精溶液混合以得到TixHf1-xO2，其中：
x＝0/0.33/0.52/0.627/0.75/0.816/0.88/0.94/0.95/0.98/以及1(作为对照)。
采用浸渍工艺随后在空气中900℃或1100℃温度下加热处理5分钟制成不同组分的、厚度约为0.055μm(±10％)的混合氧化物层。石英管以每秒3.5毫米的速度从液体中取出。厚度为0.11μm的λ/4光学涂层需要连续进行两次浸渍过程。
采用低克分子浓度(0.16摩尔/升)的溶液，并以6次浸渍代替2次时，才能获得光学性能可靠的膜层，根据加热的温度(900，1100℃)其红外折射率也只能达到1.85或1.95。
同样适用于混合比x＝0.37的情况，这种情况中进行两次以上浸渍过程，其折射率也仅为1.92或2.0。
与此相对应，可以制成混合比从x＝0.50到0.98范围内的很光亮的TiO2-HfO2金属膜层，0.11μm厚的金属膜层无裂纹，具有高反射性，且即使经过1100℃温度的处理后也明显没有或基本上没有扩散。
基于上述，金属层反射满足阿贝正弦条件，具体如下：
nysinU＝n1y1sinU1
其中，n表示入射折射率，y表示入射光线在光学系统表面的高度，U表示入射光线与光轴的夹角；
n1表示反射折射率，y1表示反射光线在光学系统表面的高度，U1表示反射光线与光轴的夹角；
中间层波浪形曲面的反射还满足赫歇尔条件，具体如下：
nysin＝n1y1sin
其中，n表示入射折射率，y表示入射光线在光学系统表面的高度，U表示入射光线与光轴的夹角；
n1表示反射折射率，y1表示反射光线在光学系统表面的高度，U1表示反射光线与光轴的夹。
进一步的，高折射率涂料反射原理依据Kubelka-Munk方程，具体如下：
F(R∞)＝＝
式中，K为吸收系数，S为散射系数，R∞表示无限厚样品的反射率；
F(R∞)称为Kubelka-Munk函数；
假设标准样品在所研究的光谱范围内不吸收，则R∞(标准)＝1，实际上一般只有0.98-0.99。在此条件下，测定样品的相对反射率r∞。
r∞＝R∞(样品)/R∞(标准)，设log1/r∞＝A，则A称为表观吸光度，类似于透射光谱的吸光度。
基于上述，由于反光球状微粒子是以两种深浅度密集敷设的，因此，该投影膜具备至少两次反射效果，两次反射的计算式为：
2n2dcos(θ2)＝mλ
其中，全介质结构色薄膜的折射率为n，全介质结构色薄膜厚度为d，入射角度为θ，光的波长为λ，则当m为整数时，光的强度会被加强；
根据上述计算式，能有效说明当该投影膜设置在透明玻璃板上时，该投影膜反射效果变强，提高了光密度。
本发明不局限于上述可选实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是落入本发明权利要求界定范围内的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种投影膜，其特征在于：包括有至少五层结构，五层结构对称设置；五层结构中位于中间位置的是掺杂光学胶层，掺杂光学胶层的两侧均按照自内向外的顺序依次设置折射补偿层和透光层；
所述折射补偿层的材料为表面附着有混合金属氧化物的透明球形粒子。
所述透明球形粒子为透明纳米微球。
2.根据权利要求1所述的投影膜，其特征在于：所述折射补偿层为由多层透明球形粒子组合构成的膜状结构。
3.根据权利要求2所述的投影膜，其特征在于：所述透明球形粒子的直径小于0.5um，其表面附着的混合金属氧化物径向厚度为10～50nm。
4.根据权利要求1所述的投影膜，其特征在于：所述折射补偿层的材料为表面附着有透明材料层的混合金属氧化物粒子；所述折射补偿层为由多层混合金属氧化物粒子组合构成的膜状结构。
5.根据权利要求4所述的投影膜，其特征在于：所述混合金属氧化物粒子的直径小于或者等于500nm，透明材料层的径向厚度为0.5～0.8um。
6.根据权利要求1所述的投影膜，其特征在于：所述透明球形粒子的透光率大于等于90％，所述透明球形粒子的折射率与混合金属氧化物的折射率至少相差1.0。
7.根据权利要求1所述的投影膜，其特征在于：所述混合金属氧化物为氧化锌、氧化铝、氧化钛、氧化铟锡中的一种或者两种以上混合物。
8.根据权利要求1所述的投影膜，其特征在于：所述透光层由透光率大于等于90％的材料构成。
9.根据权利要求1所述的投影膜，其特征在于：所述掺杂光学胶层的材料包括有混合氧化物和荧光物质；所述混合氧化物为氧化钛和/或氧化锌；所述荧光物质为硫化锌和/或硅酸盐；
所述掺杂光学胶层的材料中混合氧化物的掺杂比例小于5％。
10.一种投影膜的制备方法，用于制备权利要求1～9之一所述投影膜，其特征在于：包括有以下步骤：
S01，备料透明球形粒子；
S02，制备混合金属氧化物溶液；
S03，通过结晶法在透明球形粒子的表面附着10～50nm厚度的混合金属氧化物；
S04，将透明球形粒子均匀生长在透光片材上，构成具有折射补偿膜层的透光片材；
S05，按照预设比例在光学胶中掺杂混合氧化物，制备掺杂光学胶材料；
S06，取两张步骤S04中制备的透光片材，按照生长面相对的方向对称设置；
S07，在两张透光片材之间填充步骤S05中制备的掺杂光学胶材料；
S08，固化；得到半成品投影膜；
S09，在半成品投影膜的两侧表面贴敷保护膜；
S10，裁切，得到投影膜成品。
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