CN1646944A - 光学元件用树脂组合物、光学元件和投影屏 - Google Patents

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Abstract

本发明提供即使对光学元件的透镜表面施加压力，透镜形状也不挤扁，另外，即使是挤扁的场合也能够马上地复原，能够确保良好的品质(即耐摩擦性高)的光学元件用树脂组合物、光学元件、以及投影屏。本发明的光学元件用树脂组合物，是用于构成光学元件的树脂组合物，其玻璃化转变温度是5－36℃，平衡弹性模量是0.859×108－3.06×108dyne/cm2。

Description

光学元件用树脂组合物、光学元件和投影屏
技术领域
本发明涉及用于构成光学元件的树脂组合物，特别地涉及：即使对光学元件的透镜表面施加压力，透镜形状也不挤扁(潰れ)，另外，即使是挤扁的场合也能够马上地复原，能够确保良好的品质(即耐摩擦性高)的光学元件用树脂组合物以及包含该树脂组合物的光学元件。
背景技术
光学元件有在透明基材上设置被赋予光学形状的树脂组合物层而成的结构、或者不伴有基材就对树脂组合物层直接地赋予光学形状的结构。光学元件表面的光学形状有种种的，一般地大多由排列了微细透镜状的突起部分、作为光学元件整体看具有许多凹凸形状的结构而构成。
在使用光学元件时，有时组合使用多个光学元件。这样地组合使用透镜的场合，为了最大限度地发挥光学元件的光学效果，并为了保护光学元件的透镜表面，将彼此光学元件表面面对面地密合被经常进行。最典型的例子是，在投影屏中使用的菲涅耳透镜和双凸透镜的组合。该菲涅耳透镜是具有将投射光平行光化并沿垂直方向补偿的功能的，另一方面，该双凸透镜是具有将经菲涅耳平行光化的光沿水平方向漫射的功能的。通常，在这样的投影屏上，使菲涅耳透镜(圆形菲涅耳凸透镜)的出光面侧和双凸透镜的入光面侧密合而使用。
这样，当密合光学元件的透镜面彼此时，由于任何表面都有凹凸，因此给相互的表面形状造成影响。例如，在上述例子中，菲涅耳透镜面的截面具有锯齿状的尖端尖锐的凹凸形状，另一方面，双凸透镜面的截面具有有半圆形或半椭圆等圆弧状的凸起弧状的凹凸形状。当具有这样的截面形状的菲涅耳透镜和双凸透镜片相互密合时，双凸透镜的凸起顶部、和菲涅耳透镜的尖锐的尖端接触，由于接触压力的作用，双凸透镜和/或菲涅耳透镜的形状、即透镜表面的凹凸形状变形，发生透镜挤扁。
上述的透镜形状的变形通过提高构成透镜的树脂的硬度而可消除，但单单提高硬度时，树脂变脆，在操作时或裁切时招致透镜容易缺损的问题。因此，构成透镜的树脂硬度高的另一面，必须具有某种程度的柔软性。
树脂固化物的硬度一般与玻璃化转变温度有关系，当玻璃化转变温度过低时，橡胶弹性降低，通过加压树脂发生塑性变形。通常，有某种程度的交联密度的树脂，即使玻璃化转变温度低，也呈现橡胶弹性，即使施加压力也不至于塑性变形。可是，在光学元件用树脂组合物中，为了提高作为其必需要件的折射率，需要在分子链中引入苯环或脂环基构成的刚硬的链，因此招致玻璃化转变温度上升。因此，一边维持所要求的折射率一边将玻璃化转变温度降低至常温附近非常困难。相反，当玻璃化转变温度过高时，在提高折射率方面有利，但由于树脂的刚性高，因此容易残存内部应力(应变)。因此，在与基材贴合的结构的透镜片中，由于透镜树脂的松弛而发生透镜片的弯曲。
另一方面，如果使用含有溴化合物等卤化合物或硫的材料，则不使用苯环等芳香族系化合物就能够提高折射率，而且能够很好地控制材料物性。可是，从环境负担的观点出发尽量避免使用溴为好。
另外，运输组合了2片光学元件的投影屏等时，由于彼此光学元件在长时间内在动态移动状态下相互摩擦，因此担心光学元件表面发生擦伤。另外，在运输和保管时、或TV组装工序前的暂时保管时，在堆码投影屏等的场合，由于对透镜表面施加高压的状态长时间持续，因此容易发生蠕变所致的透镜变形，担心发生透镜挤扁。而且，运输用集装箱或船舱的内部温度有时上升、或下降，因此由于光学元件被置于高温环境下或低温环境下，从而容易发生光学元件表面的变形或擦伤。
特开平10-106647号公报中公开了一种透镜片，由固化的活性能量射线固化树脂构成的透镜片的弹性模量在-20至40℃下为80-20000kg/cm2的范围，在宽的温度范围内形状稳定性优异，可维持光学特性。
另外，特开2001-228549号公报中提出了一种透镜片用树脂组合物，它考虑对透镜片施加动态力的情况，通过将构成透镜的电离性放射线固化型树脂的动态弹性模量的散逸率(tanδ)设定在规定范围，从而不积存应变，柔软且复原性优异。
可是，在特开平10-106647号公报中，采用JIS K-7113所规定的弹性模量，该弹性模量求出使用平坦膜的场合的拉伸弹性模量，因此难说再现形成光学元件的固化型树脂的实际使用环境(受到压缩力的环境)。
通过使用硬、刚性高的固化型树脂材料作为光学元件透镜用材料，可容易地避免透镜面长时间受到压力而发生的透镜挤扁。可是，由于树脂的刚性高，因此在运输时放置于低温环境下的场合，容易弄伤所接触的另一方透镜。另外，当在层叠了2片透镜的状态(横向堆码)长时间施加高压力时，弹性变形区以上的能量施加在透镜上的场合，树脂发生塑性变形，产生透镜挤扁。
另外，当构成菲涅耳透镜的树脂组合物的交联密度、弹性模量等过高时，在制造过程中附加的内部应变变大。在菲涅耳透镜中，为了改善双象，透镜片厚度薄为好，这样薄厚的透镜片，由于透镜层部分的内部应变的影响，使得基材被硬拉，因此不能保持作为透镜所要求的适当的弯曲。这样，对于某种程度宽面积的透镜片而言，为了降低透镜层的内部应变，使用弹性模量低的材料为好。
此外，在由于接触压力使得菲涅耳透镜表面的凹凸部分变形而挤扁的状态下施加振动时，两透镜间的摩擦力(静摩擦力)也变大，诱发粘性滑动，易发生摩擦。为了解决此问题，在特开2000-384258号公报、特开平9-59535号公报等中认为，作为菲涅耳透镜用途提高透镜用树脂组合物的复原力为优选，但具体有怎样的效果，另外在数值上有怎样程度的复原力才可却未详细提及。
因此，本发明的目的在于，提供即使对光学元件的透镜表面施加压力，透镜形状也不挤扁，另外，即使是挤扁的场合也能够马上地复原，能够确保良好的品质(即耐摩擦性高)的光学元件用树脂组合物、光学元件和投影屏。
发明内容
为了解决上述的课题而刻苦反复研讨的结果，在发现通过对具有规定的光学特性的固化型树脂赋予橡胶弹性的复原性(复原力、复原速度)，使得耐摩擦性提高的同时，发现了即使在使用为了显现所要求的折射率而大量地引入苯环的树脂组合物的场合，在刚性的同时也显现出橡胶弹性的物性区域。即发现，通过将玻璃化转变温度、摩擦系数、平衡弹性模量、贮能弹性模量、损耗角正切值、复原速度、和变形量在规定的范围，并且弹性变形率和压缩弹性模量、以及压缩弹性模量和蠕变变形率具有规定关系的树脂组合物用于光学元件，能够解决上述课题。
即，本发明中的光学元件用树脂组合物，玻璃化转变温度(以下叫做Tg)是5-36℃，平衡弹性模量是0.859×108-3.06×108dyne/cm2。
另外，上述的光学元件用树脂组合物，在将弹性变形率表示为We(单位：％)、将压缩弹性模量(单位：MPa)表示为E的场合，满足We＞-0.0189E+34.2的关系为好。通过使用这样的树脂，能够抑制投影屏中的透镜面彼此的压缩所致的透镜挤扁。即，使用了本发明的树脂组合物的光学元件，即使与具有弯曲度的双凸透镜密合，透镜表面的凹凸部分也不挤扁。再者，当达到We≤-0.0189E+34.2的区域时，对于透镜面彼此的压缩所致的挤扁，复原性差。
此外，在将复原速度表示为V(单位：μm/秒)、将最大变形量表示为DM(单位：μm)的场合，更优选是满足V≥0.178DM-0.852关系的树脂组合物，特别优选为V≥0.112DM-0.236。通过使用最大变形量和复原速度的关系满足上述关系式的树脂组合物，能够抑制在与双凸透镜接触时发生的透镜挤扁。另外，通过将树脂的变形度、和使该变形回复的复原速度的关系规定在所规定的范围，能够降低透镜振动时的周期性冲击所致的透镜摩擦。
作为本发明的方案，光学元件用树脂组合物在将复原速度表示为V(单位：μm/秒)、残余变形量表示为R(单位：μm)的场合，满足V≥0.858R-0.644的关系为好。通过使用复原速度和残余变形量的关系满足上述关系式的树脂组合物，能够抑制透镜面彼此的压缩挤扁。即，能够得到这种菲涅耳透镜，它即使与具有弯曲度的双凸透镜密合也不挤扁，另外，在与双凸透镜组合的状态下重迭，即使是透镜一旦变形的场合，透镜形状在释放载荷的状态(组装入TV的状态)下也能复原。
另外，在将蠕变变形率表示为C(单位：％)、压缩弹性模量表示为E(单位：MPa)的场合，满足(-0.026E+3)＜C＜(-0.02E+63)的关系为好。通过使用这样的树脂，能够抑制投影屏中的透镜面彼此的压缩挤扁。即，能够得到即使与具有弯曲度的双凸透镜密合也不挤扁的菲涅耳透镜。在C＞-0.02E+63的区域、或者C＜-0.026E+3的区域，难以得到对透镜面彼此的压缩挤扁具有适当的耐蠕变性的透镜。
作为特别优选的方案，本发明中的光学元件用树脂组合物在-20℃的贮能弹性模量是2.96×1010dyne/cm2或以下，并且在-20℃的损耗角正切值是0.02或以上。具有这样的值的树脂，振动时的能量贮藏量少，作为热能损耗的比例高，易松弛振动，因此使用了该树脂的透镜能够容易避免透镜彼此动态地接触而发生的摩擦。
作为本发明的优选的方案，损耗角正切值的温度依赖性曲线中-20至50℃范围的损耗面积是20℃或以上为好，特别是损耗角正切值的温度依赖性曲线中-20至50℃范围的损耗面积优选是20-43.2℃、特别优选是20-31.7℃。通过使用在这样的数值范围的树脂组合物，对于投影屏运输时的各种各样的频率的振动，振动能转换成热能，作为基本的防振特性非常地有效。另外，损耗面积大的树脂组合物，由于发生分子运动的多重松弛，因此能够提高树脂的复原性，在宽范围的温度区域内降低外压所致的树脂的变形。
另外，在常温的动摩擦系数更优选是0.07-0.15。通过使用这样值的树脂组合物，能够有效地防止在运输时、特别是在-20℃附近的低温环境下擦伤的发生。在此，常温是指25℃。可是，既使在20℃，动摩擦系数的值基本上也不变化。当动摩擦系数的值超过0.15时，不能有效地防止在-20℃附近下运输时发生的摩擦，另一方面，不足0.07时，为了赋予润滑性，需要相当地增加硅氧烷等的添加量。另外，当增加硅氧烷的含有量时，与基材的粘结性降低，故不优选。
作为本发明的另一方案，提供含有上述的光学元件用树脂组合物的光学元件。
另外，该光学元件优选折射率是1.52或以上，可将这样的光学元件作为菲涅耳透镜片使用。
作为本发明的另一方案，提供含有上述的光学元件和双凸透镜的投影屏。
附图的简单说明
图1是表示作为光学元件的投影屏的概略图。
图2是用于说明侵入深度的载荷依赖性曲线的概略图。
图3是表示使压头作用的部位的概略图。
图4是在振动试验中使用的PSD波形的曲线图。
图5是用于说明侵入深度的载荷依赖性曲线的概略图。
图6是将在实施例和比较例中使用的树脂组合物的玻璃化转变温度和平衡弹性模量的关系绘图的曲线图。
图7是将在实施例和比较例中使用的树脂组合物的弹性变形率和压缩弹性模量的关系绘图的曲线图。
图8是将在实施例和比较例中使用的树脂组合物的压缩弹性模量和蠕变变形率的关系绘图的曲线图。
图9是将在实施例和比较例中使用的树脂组合物的最大变形量和复原速度的关系绘图的曲线图。
图10是将在实施例和比较例中使用的树脂组合物的残余变形量和复原速度的关系绘图的曲线图。
发明的具体实施方式
图1是表示作为本发明典型光学元件的使用了菲涅耳透镜片的投影屏的概略图。投影屏1是按各个透镜面2c和3c面对面的方式设置菲涅耳透镜片2和双凸透镜片3、并相互密合的。在图1中，任何片2、3都描绘成在基材2a、3a上分别层合了透镜层2b、3b，但对于各透镜片，基材与透镜层不是这样地独立成层，而是一体化的也可以。此外，如图1所示，双凸透镜片3在与菲涅耳透镜片2一侧相反一侧的面上具有小双凸透镜和突起部位以及黑条也可以。
光学元件除了参照图1说明的双凸透镜、菲涅耳(凸)透镜以外，也可以是菲涅耳凹透镜、棱镜、或縄の目透镜等具有任意的光学形状的。另外，一个光学元件也可以在其两面具有同种、或不同种光学形状的光学元件面。
在本发明中，提供通过以下说明的种种参数规定的光学元件用树脂组合物，该组合物构成光学元件整体、或光学元件在基材上具有透镜层的场合，构成其透镜层。作为包括本发明的树脂组合物的光学元件，代表性的是菲涅耳透镜片，这样的光学元件、特别是菲涅耳透镜片，能够与双凸透镜片组合制成投影屏。这里所说的光学元件用树脂组合物，直接指制品状态的、或如果是为了测定，则指薄板状的树脂板或成为透镜层状态的。其中，也包括制造制品前的状态、或测定用的薄板状状态，也包括能满足以后说明的种种参数的未固化组合物。
光学元件用树脂组合物，由以电离放射线固化性自由基聚合型丙烯酸酯系化合物的低聚物和/或单体为主体的电离性放射线固化性物质、阳离子聚合型环氧系化合物、乙烯基醚系化合物、或氧杂环丁烷系化合物的低聚物和/或单体构成，根据需要含有用于紫外线聚合引发剂、光增敏剂等固化的添加剂为好。另外，也可以使用混合了上述的自由基聚合系和阳离子聚合系化合物的。作为用于固化的添加剂，由于在树脂组合物发生聚合时分解，因此在树脂固化后那些分解物残留。
对此，当代替聚合引发剂使用马来酰亚胺衍生物时，由于以高效率固化，因此残留物也不易残留，在节能和环境方面更优选。另外，出于改善得到的制品的性状的目的，也可以含有热塑性树脂。
此外，上述自由基聚合型树脂含有硫醇化合物为好。由于通过硫醇＝烯反应而协同地引起连续增长和链增长聚合，因此固化物膜内相的均匀性提高，另外强韧性、柔软性、硬度等材料物性和与基材的粘附性提高。
另外，光学元件用树脂组合物也可以含有在制造通常的片状或板状的树脂制品时可添加的各种各样的添加剂，而且，出于改善光学元件的光学性能的目的，也可以含有光漫射剂和着色剂等。
由于双凸透镜的弯曲而发生的接触压力给予对菲涅耳透镜的压缩载荷以影响，因此规定压缩弹性模量非常有意义。另外，一并规定在压缩载荷下的蠕变变形率作为降低长时间施加载荷所致的菲涅耳透镜的透镜挤扁现象的手段非常有效(参见特愿2001-126650号公报)。上述手段可很适合地用于刚性高的、具有高能弹性的材料，但适用于具有橡胶弹性之类的熵弹性的材料是困难的。另外，有橡胶弹性的树脂，在低温下的硬度、减振性能、和施加长时间高压时的复原性优异，但作为这样的树脂的物性，只规定蠕变变形率、压缩弹性模量是不足够的。在本发明中发现，通过树脂组合物具有规定的压缩弹性模量和规定的弹性变形率，得到由接触压力引起的透镜变形的复原性优异的材料。此外明确了由于根据交联密度不同在复原性上显著地出现差别。
即，在本发明的树脂组合物中，通过使用玻璃化转变温度低的材料，在透镜使用温度下，使树脂从玻璃区域成为橡胶区域，而显现规定量的弹性变形率(橡胶弹性模量)。为了降低蠕变变形量、并给予某种程度橡胶弹性复原力，使作为使用材料的树脂的交联密度最佳，并且使适当的网络结构均匀地分布为最优选。
作为规定本发明的光学元件用树脂组合物的参数，是(1)玻璃化转变温度、(2)平衡弹性模量、(3)弹性变形率、(4)压缩弹性模量、(5)复原速度、(6)最大变形量、(7)残留变形量、根据需要、以及(8)蠕变变形率、(9)贮能弹性模量、(10)损耗角正切值、和(12)动摩擦系数。
上述之中，(1)、(2)、(9)、和(10)可从动态粘弹性测定的结果算出，关于(3)-(8)，可从显微硬度计的测定结果算出。关于这些参数以下进行说明。
在测定动态粘弹性时，制成由规定厚度的光学元件用树脂组合物构成的树脂片作为试样。使用紫外线固化性树脂组合物作成树脂片的场合，进行紫外线照射使树脂固化。使用动态粘弹性测定装置，一边改变温度，一边在试样的长轴方向以一定周期给予振动，同时进行贮能弹性模量和损耗角正切值的测定。从贮能弹性模量和温度的关系求出在规定温度下的贮能弹性模量，求出在平衡状态下的平衡弹性模量。另外，从损耗角正切值和温度的关系算出在规定温度下的损耗角正切值。
贮能弹性模量，与相对于施予材料的应变而弹性地贮存能量的能力有关系，是一种力学物性，为表示材料(树脂组合物)的弹性性质的指标。另外，损耗角正切值从损耗弹性模量/贮能弹性模量求出。损耗弹性模量是表示材料(树脂组合物)的粘性性质的，与变形中的材料以热的形式散失的能量的量有关系，为松弛振动能的指标。在损耗角正切值为最大值的温度或以上，树脂的高分子链段处于已松弛的状态，那时的贮能弹性模量成分起因于作为键合部分的交联点。因此，作为橡胶状弹性区的贮能弹性模量的平衡弹性模量与该树脂的交联密度有关系。损耗角正切值的温度依赖性曲线中的与损耗角正切值最大值对应的温度，表示该材料的相转变，大致相当于表示从玻璃区向橡胶区转变的玻璃化转变温度。对于玻璃化转变温度，一边改变物质与基准物质的温度，一边测定该物质和相对于基准物质的能量输入差作为温度的函数(DSC曲线或DTA曲线)，通过从其吸热的行为确定相转变温度的DSC(差示扫描量热测定)测定而可测定。
另外，通过在宽的温度和频率的区域内进行介电弛豫测定，也能够得到关于作为分子链运动的微观布朗运动、侧链旋转、末端基旋转等、以及均聚物相转变等、高分子物质结构和性能的详细的信息。因此，可反映这些信息而进行树脂设计。即，如专利第3318593号公报中记载的那样，为了通过将振动能转换成热能而吸收振动，评价电场所致偶极子的取向变得重要，如果考虑介电弛豫带来的力学松弛，则可容易地进行树脂的设计。
本发明中的用于构成光学元件的树脂组合物的固化物，其玻璃化转变温度是5.0℃-36.0℃，平衡弹性模量是0.859×108-3.06×108dyne/cm2。使用了这样的树脂组合物的光学元件，即使对其透镜片面施加压力，透镜表面也不会挤扁，能确保良好的品质。
即使是上述玻璃化转变温度的范围，当平衡弹性模量超过3.06×108dyne/cm2时，交联密度增加，因此体现粘性结构的分子链运动被冻结，树脂的复原性降低。即，通过提高分子链的交联密度，树脂变得刚直，不易变形，但只增加交联密度时，当由于大载荷作用而一旦树脂变形时，难以回复原来的状态。为此，对于超过上述平衡弹性模量的树脂，作为投影屏，不仅不耐受在叠加2片透镜片时施加的接触压力，也不耐受在透镜片包装运输时、和向TV中组装屏时、由片堆码引起的高压力。
另外，本发明的树脂固化物，表示从玻璃区到橡胶区的转变的玻璃化转变温度是常温(25℃)附近，因此在通常操作的环境温度下该树脂固化物的柔软性高。通过使用具有这样的玻璃化转变温度和上述平衡弹性模量的树脂组合物，在保持树脂成型物柔软性的同时，与历来使用的光学元件用树脂比，可形成相当高的弹性模量。为了得到这样的树脂组合物，通过：(i)调整单官能、二官能、三官能、更高多官能单体的配合比、或(ii)选定具有用环氧乙烷改性的单体、用环氧丙烷改性的单体、二丙烯酸二甘醇酯和二丙烯酸聚乙二醇酯等二醇系单体、以及、二丙烯酸1，4-丁二醇酯和二丙烯酸1，6-己二醇酯等二醇系单体等的具有赋予韧性的结构的各官能团的单体，并调整那些单体的配合比率和它们的分子量，或(iii)调整环氧(甲基)丙烯酸酯低聚物或氨酯(甲基)丙烯酸酯低聚物的配合比、或分子量，使交联密度最佳化，并均匀地分散树脂分子结构中的网络结构即可。自由基聚合的场合，为了避免由于其高的反应速度导致的未反应双键的残留，从网络结构的均匀分散的观点出发，使用5或6官能或以上的单体时需要注意，这是不用说的。
而且，为了使网络结构均匀，也需要对交联点间的分子链长进行考虑。即，有需要注意氨酯低聚物中聚醚链或聚酯链的重复、单体中环氧乙烷链或环氧丙烷链等的重复的调整、以及它们的分子量分布或配合率。
橡胶状物质一般由长链分子构成，它们通过弱范德华力(二次结合力)相互结合，另外，具有在各处于长链分子间形成由原子价键而成的桥连(交联)的结构。橡胶的链状分子的各部分有橡胶特有的间隙(空间)，通过长链分子向该间隙移动，引起分子运动，但由于分子链用交联点固定着，因此由微观布朗运动引起的分子链整体的自由变形被限制。另一方面，当没有交联点时，在玻璃化转变温度以上的温度区，由于分子链的微观布朗运动使得弹性丧失。可是，当交联点较多地存在、链彼此的结合力过强时，链状分子各部分的比较小范围中的不规则运动(微观布朗运动)也被抑制，因此橡胶弹性未体现。即，为了使橡胶弹性体现，在助长微观布朗运动的另一方面又抑制微观布朗运动变得重要。另外，为了抑制微观布朗运动，有必要调整交联密度，但该交联点的分布均匀也是重要的。另一方面，为了助长微观布朗运动，有必要调整玻璃化转变温度。通过考虑投影屏通常使用的温度区而进行材料设计，能够得到不易发生屏挤扁、高回弹性、高折射率的固化型树脂。即，在本发明中，根据上述分子论考察，通过从交联密度和玻璃化转变温度的观点出发进行材料设计，提供很适合投影屏使用的具有柔软性(橡胶弹性)的光学元件用树脂组合物。
对于本发明的树脂组合物，在将弹性变形率表示为We(％)、将压缩弹性模量表示为E(MPa)的场合，满足We＞-0.0189E+34.2的关系。
另外，对于本发明的树脂组合物，在将蠕变变形率表示为C(％)、将压缩弹性模量表示为E(MPa)的场合，满足(-0.026E+3)＜C＜(-0.02E+63)的关系。
说明这些弹性变形率(弹性功的量)、压缩弹性模量和蠕变变形率。这些材料物性参数，可应用使用了显微硬度计的通用硬度试验算出。即，使压头产生的载荷缓慢增加直到达到规定的值，其后，慢慢地减少，求出侵入深度的载荷依赖性曲线，解析得到的曲线而算出。
光学元件用树脂组合物，在常温下，作为树脂成型物整体，柔软性和复原性是必要的，对于树脂成型物的一部分(透镜的一部分)而言，未完全松弛压力导致的变形。也就是说，在投影屏中，菲涅耳透镜和双凸透镜部分地接触，其接触点支撑着整体。一般地，从由变形后回复为原来的观点出发，树脂成型物整体具有柔软性和复原性，为此，需要具有在整体固化物中可松弛力学变形的结构，并且，该结构必须按其塑性成分不受到外力的影响的方式存在于基体中。因此，成为柔软性和复原性指标的别的什么指标变得必要，在本发明中，将作为弹性功量的参数的弹性变形率作为柔软性和复原性参数使用。
弹性变形率等材料物性值的评价，可根据通用硬度试验进行。即，应用求出通用硬度的测定方法，将压头压入试样面，在施加载荷的状态下直接读出凹坑的压入深度。具体讲，不是只1点测定在压头下的压入深度，通过缓慢增加或减少载荷直到设定的载荷为止，可求出树脂膜的各种物性。(参见通用硬度试验的材料物性值的评价(材料试验技术Vol.43 No.2 1998年4月))。
另外，在本发明中，通过使用弹性变形率和弹性模量的关系在规定范围的树脂组合物，从而减少接触压力导致的透镜挤扁。
另外，在本发明中，树脂组合物的复原速度和最大变形量处于规定的关系是重要的。
可使用弹性变形率，评价复原性，但对于弹性变形率而言，不成为依赖于实际变形量的绝对评价。另一方面，用最大变形量和复原速度评价从某个变形量具有怎样程度的复原性能是非常重要的。即，可以说当弹性模量小时，变形大，但如果复原速度高，则弹性功的比例大、复原性高，但另一方面，当弹性模量大时，变形小，能量积蓄，弹性功的比例变高，但如果复原速度慢，则复原性低。因此，在评价弹性变形率之外，还需要将最大变形量、复原速度加在指标中进行绝对值评价。这样，通过评价最大变形量，可明确地评价：如果透镜变形怎样程度则形成光学缺陷、或即使发生变形，如果有怎样程度的复原性，才能在不显现光学缺陷下满足要求。
作为投影屏用途要求最高的复原性的情况是在制造工序中水平堆码透镜那种对透镜负载高载荷的情况。因高载荷而变形的透镜，释开载荷后，其变形能回复怎样程度，需要在设计时估算。那样的估算可由V≥0.112DM-0.236的关系导出。
在安装了双凸透镜和菲涅耳透镜的投影屏中，在室温附近的温度下，即使透镜发生挤扁的场合，随时间经过的同时，透镜挤扁会消除。作为该原因认为是因为，当将带有弯曲度的双凸透镜强行地按压在平面状菲涅耳透镜上时，最初由于透镜的弯曲度而负载压力，但随时间经过的同时，双凸透镜由于蠕变而与菲涅耳透镜平面顺合，接触压力降低。另外认为也与下述情况有关系：双凸透镜由于其薄厚，往往负载因透镜安装时的应变等而不均衡的接触压力，这样的不均衡的接触压力因环境温度或湿度、或时间，使得接触压力变得均匀，局部的压力被释放，树脂复原。
当在透镜挤扁的状态下施加振动时，透镜彼此摩擦、或冲撞，因此摩擦力(静摩擦力)变大，易发生透镜擦伤。因此认为，如果在透镜接触部引起变形，而形状马上复原，则摩擦力也降低，降低透镜摩擦。在本发明中发现，通过使用复原速度和最大变形量处于规定关系的树脂组合物而制作光学元件，不只能够防止透镜挤扁，还能够有效地防止透镜摩擦。
另外，通过使用复原速度和残留变形量处于规定关系的树脂组合物，能够抑制透镜变形导致的光学缺陷。即，通过控制塑性变形量，可避免透镜对所有载荷的形状缺陷。另外认为，即使是永久应变在树脂组合物中某种程度残存的场合，如果某种程度维持复原速度，则透镜挤扁也被避免，并且光学缺陷被抑制。
此外，从成型金属模剥离菲涅耳透镜的场合，根据剥离的方向，由金属模和透镜的凹凸部分的位置关系，有时剪切力会作用在透镜上。这样的场合，在金属模和透镜的界面摩擦力大，也有时因负荷作用而发生透镜变形。由此，剥离的透镜有时会部分变形而产生光学缺陷。为了降低此光学缺陷，有使用外部或内部脱模剂等降低剥离时的摩擦力的方法。可是，只使用脱模剂时，难以适应于种种的光学元件形状。因此，使用树脂的复原性优异、没有永久应变的树脂变得必要。即，在本发明中，通过使用满足V≥0.858R-0.644关系的树脂组合物，来解决上述问题。
残留变形量大的场合，外力给予粘性结构以影响，因此一般地可预想到复原速度(复原性能)低，事实上残留变形量某种程度地小的场合，复原速度也具有大的值。因此，通过使用那样的复原速度(复原性能)大的树脂，抑制透镜的变形变得可能。即使最大变形量为规定量，并且具有某种程度的复原速度，残留变形(永久变形)也有时比较大。即，变形怎样程度、具有怎样程度复原性、怎样程度的变形残留，确认这三个参数是重要的。双凸透镜的弯曲度导致的接触压力虽然因该透镜的蠕变而随时间降低，但是负载压力状态下的菲涅耳透镜树脂相对于该压力而想要推回的复原力使变形降低，因此变得重要，讨论表示之的复原速度、残留变形量变得必要。
此外，在制造投影屏TV时(组装工序时)，有重叠大面积屏而进行的堆码工序，也得考虑透镜从负担这种高载荷的水平堆码被释放载荷时的复原性和永久变形率。
另外，在大量生产投影屏TV等时，在组合双凸透镜和菲涅耳透镜的状态下重叠了好几层的状态下保管。因菲涅耳透镜和双凸透镜的材质的关系，需要考虑两透镜片的变形。例如，在作为菲涅耳透镜使用固化性树脂、作为双凸透镜使用热塑性树脂的场合，考虑菲涅耳透镜的变形，需要使用具有规定机械特性的树脂组合物。因此，在菲涅耳透镜上使用本发明树脂组合物的场合，可以说残留变形量越小越好。可是，在本发明中发现，即使是残留变形量具有某种程度大的值的树脂，如果复原速度在规定范围内，则也有抑制透镜挤扁的效果。
另外，本发明的光学元件用树脂组合物，动态粘弹性在-20℃下的贮能弹性模量是2.96×1010dyne/cm2或以下，在-20℃下的损耗角正切值是0.02或以上为好。当为了提高由树脂组合物固化物构成的光学元件的折射率，而在分子链中引入苯环时，该树脂组合物硬而脆，但即使在常温下硬，如果在低温下弹性模量低，则也能够避免某种程度的光学元件面彼此摩擦导致的擦伤。此外，如果将动态粘弹性的损耗角正切值规定在规定范围，降低在低温下的贮能弹性模量，并且赋予树脂组合物润滑性，则即使在低温(0℃)、或极低温(-20℃)下也能够使之具有对光学元件面彼此的摩擦的耐受性。
在使用菲涅耳金属模成型菲涅耳透镜片之际，当使用硬的树脂时，车床加工的金属模的平面性良好的场合，不易发生成型品摩擦而产生的擦伤，但在该金属模的平面性不好的场合，容易发生擦伤。本发明的树脂组合物由于动态粘弹性的损耗角正切值大达0.02或以上，并且贮能弹性模量小，因此即使金属模的平面性不好、有突起部分，也能够分散该部分的冲击或振动能量，控制振动，因此成型品不易弄伤。这认为是由于，损耗角正切值越大，在振动系统共振点下的振动传递率越易被降低。
作为与贮能弹性模量有关联的参数，有损失弹性模量。通过在低温下增大此损失弹性模量值(增大低温下的损耗角正切值)，能增大材料以热的形式耗散振动的能力，能够减少在低温下的光学元件彼此的擦伤发生。另外，通过减小贮能弹性模量值，也能够减少在低温下的光学元件彼此的擦伤发生。
另外，使用损失弹性模量值大的树脂形成光学元件的场合，由于材料整体内结构的粘性增加，因此在静态外力波及时诱发塑性变形，易发生透镜面等光学元件面的挤扁。即，在本发明中，通过使用贮能弹性模量值小的树脂组合物，消除了这样的问题。
再有，在本发明中，如果树脂组合物损耗角正切值的损耗面积为规定值的范围，则在宽的频率范围下可将振动能转换成热能，因此能够减轻透镜彼此动态接触导致的透镜摩擦。另外，在本发明中发现，投影屏因运输时的振动，从10Hz左右的低频率范围到100Hz左右的比较高的频率范围，在宽范围的频带范围内发生振动，因此为了在宽范围的频率范围内发挥良好的能量散逸效果，损耗面积大为好。
损耗角正切值的温度依赖性曲线中的峰宽、即温度分布宽度，表示分子运动的松弛，意指该宽度越宽，松弛越多重地重叠，另外，表示出现了起因于具有复原性的结构的粘性。即，通过充分考虑交联密度，在宽的温度范围内赋予树脂韧性，在宽的温度范围内赋予投影屏以用于抵抗外力的复原力，使透镜的塑性变形降低。此外，由于复原速度大，对于释放大载荷这种透镜挤扁也获得效果。
另一方面，当损耗面积大时粘性的贡献大，因此塑性变形增加。作为这样针对透镜诸特性进行综合调整的结果，为了抑制塑性变形，通过提高交联密度(赋予复原性)、或引入用于提高折射率的刚直链，使得松弛被抑制。即，通过这样的松弛抑制，损耗角正切值的上限值被确定。
如上述说明那样，在本发明中发现，当规定温度下的损耗角正切值在一定值以上时，耐摩擦性改善。即，在宽范围的温度范围内且宽范围的振动频率下，为了保持耐摩擦性，在-20至50℃范围下的损耗面积为20℃或以上是必要的，优选为20-43.2℃、特别优选为20-31.7℃。损耗面积是损耗角正切值温度依赖性曲线中损耗角正切峰的面积，通过将该曲线关于规定温度范围积分而可算出。
使用上述树脂组合物得到的光学元件，其折射率是1.52或以上为好。如上述，光学元件的要求特性之一列举出折射率，为了提高折射率，需要在构成树脂组合物的化合物中引入苯环，但折射率提高和树脂柔软性存在折衷选择的关系。使用本发明中的树脂组合物得到的光学树脂，其折射率为1.52或以上。作为具有这样的折射率的光学用树脂组合物，具体讲，通过在双酚A等有着具有两个苯环的结构的化合物中配合规定量的用于赋予韧性的环氧乙烷(EO)改性二丙烯酸酯单体，又，只从折射率的观点看，通过配合规定量的丙烯酸苯氧基乙基酯、苯氧基乙基EO改性丙烯酸酯、2-羟基-3-苯氧基丙基丙烯酸酯、对枯基酚EO改性丙烯酸酯、对枯基苯氧基乙二醇丙烯酸酯、双酚A型环氧丙烯酸酯等，能够调整交联密度、韧性、折射率。
此外，作为在本发明的树脂组合物中与上述化合物一起使用的氨酯丙烯酸酯，可使用使甲苯二异氰酸酯(TDI)、六亚甲基二异氰酸酯(HMDI)、亚甲基二异氰酸酯(MDI)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)等异氰酸酯化合物与邻苯二甲酸、己二酸、戊二酸、或己内酯等多元酸、以及乙二醇、双酚A、二甘醇、三甘醇、新戊二醇、1，4-丁二醇、3-甲基-1，5-戊二醇等多元醇、和含羟基(甲基)丙烯酸酯反应而制造的聚酯型氨酯丙烯酸酯、以及使异氰酸酯与聚乙二醇、聚丙二醇、和聚四亚甲基二醇等聚醚多元醇、以及聚醚二醇和含羟基(甲基)丙烯酸酯反应而制造的聚醚型氨酯丙烯酸酯。要使折射率为1.52-1.55、或该值以上，需要增加使用的化合物的苯环含有量，但当苯环含有量增加时，树脂组合物的柔软性失去，因此在上述化合物中引入环氧乙烷等具有粘性结构的化合物变得必要。
本发明的光学元件用树脂组合物，更优选在常温下的动摩擦系数是0.07-0.15。通过使用具有这样值的树脂组合物，能够有效地防止在运输时、特别是-20℃附近的低温环境下的擦伤发生。在此，常温是指25℃，但即使是-20℃对动摩擦系数值也基本上没有予影响。当动摩擦系数值超过0.15时，不能够有效地防止在-20℃附近下运输时发生的摩擦。另一方面，不足0.07时，为了赋予润滑性，需要相当大地增加硅氧烷等的添加量。当润滑剂的添加量增加时，在各种各样的温度环境下使用时、特别是在高温环境下使用时，润滑剂容易渗出到外部，另外，光学元件的光学性能以及透镜与基材的附着性降低。
为使动摩擦系数值为0.07-0.15，向树脂组合物中配合润滑剂(或增滑剂)为好。作为润滑剂，优选对树脂组合物没有光学损害的、例如不发生透射率降低、或高温环境试验中润滑剂渗出等的润滑剂，另外，虽在成型时引起向表面的迁移，但固化后难发生渗出的润滑剂，进一步优选具有与树脂组合物的折射率尽量接近的值的润滑剂、或使用粒子状润滑剂(二氧化硅)等的场合，粒径为光波长以下的润滑剂。
另外，优选添加剂自身的粘度低、在附着于基材侧的场合易均化的润滑剂、或与基材的折射率接近的润滑剂。进一步优选是不损害与基材的附着性的润滑剂。
作为这样的润滑剂，优选硅氧烷、硅氧烷聚合物，还优选改性硅氧烷，进一步优选聚醚改性聚二甲基硅氧烷添加剂。通过含有这样的添加剂，在使该树脂组合物固化形成透镜片的场合，能够降低透镜片彼此摩擦导致的透镜表面擦伤的发生。
上述添加剂相对于树脂组合物全体的含有量，优选为0.01-10重量％。不足0.01重量％的场合，得不到规定的润滑性，另一方面，当超过10重量％时，损害树脂组合物的材料物性。
作为上述的硅氧烷、硅氧烷聚合物，具体列举出ビツグケミ-ジャパン(株)制的BYK-307、BYK-333、BYK-332、BYK-331、BYK-345、BYK-348、BYK-370、BYK-UV3510、信越化学工业(株)制的X-22-2404、KF-62-7192、KF-615A、KF-618、KF-353、KF-353A、KF-96、KF-54、KF-56、KF-410、KF-412、HIVACF-4、HIVACF-5、KF-945A、KF-354、以及KF-353、东レ·ダウコ-ニング·ジャパン(株)制的SH-28PA、SH-29PA、SH-190、SH-510、SH-550、SH-8410、SH-8421、SYLGARD309、BY16-152、BY16-152B、以及BY16-152C、日本ユニカ-(株)制的FZ-2105、FZ-2165、FZ-2163、L-77、L-7001、L-7002、L-7604、以及L-7607、エフカ·アデイテイプス制的EFKA-S018、EFKA-3033、EFKA-83、EFKA-3232、EFKA-3236、以及EFKA-3239、以及共荣社化学(株)制的グラノ-ル410等。
另外，为了防止由于树脂固化后的环境变化，硅氧烷成分随时间经过渗出，也可辅助地并用硅氧烷丙烯酸酯、或者硅氧烷甲基丙烯酸酯等反应性硅氧烷。作为该反应性硅氧烷的具体的例子列举出ビツグケミ-ジャパン(株)制的BYK-UV3500、和BYK-UV3530、日本コニカ(株)制的ベンタツド UV-31、以及信越化学工业(株)制的X-24-8201、X-22-174DX、X-22-2426、X-22-2404、X-22-164A、X-22-164B、X-22-164C等。
另外，作为二氧化硅粒子的市售产品，例如列举出サンスフエアNP-100、NP-200(洞海化学工业)、シルスタ-MK-08、MK-15(日本化学工业)、FB-48(电气化学工业)、Nipsil E220A(日本シリカ工业)等。
实施例
以下使用各树脂组合物作成试样，测定上述说明的种种参数的结果、和对制成了菲涅耳透镜片的进行实际使用评价的结果表示于表1-表5。作为参数，是折射率、玻璃化转变温度、平衡弹性模量、弹性变形率、压缩弹性模量、最大变形量、残留变形量、复原速度、蠕变变形率、-20℃下的贮能弹性模量、各温度下的损耗角正切值、损耗面积和动摩擦系数。
另外，作为评价结果，在表1-表5中表示出TV安装挤扁试验、载荷堆码试验、以及各温度下的振动试验的结果。关于没有规定温度的项目，表示在温度25℃时的测定结果。
评价结果的树脂组合物A1-A22相当于本发明光学元件用树脂组合物的实施例，另外，树脂B1-B27相当于本发明光学元件用树脂组合物的比较例。
表1
树脂A1 树脂A2 树脂A3 树脂A4 树脂A5 树脂A6 树脂A7 树脂A8 树脂A9 树脂A10
折射率(D线) 1.551 1.551 1.552 1.553 1.552 1.551 1.551 1.551 1.549 1.549
压缩弹性模量(MPa) 95.29 136.3 118.8 148.7 112.9 625.1 489.1 1171.3 842.5 603.4
弹性变形率(％) 45.869 47.72 44.65 31.35 45.43 22.43 19.16 18.85 34.3 36.86
交联密度(dyne/cm2)(1Hz：80℃) 1.01E+8 1.15E+8 1.18E+8 0.97E+8 1.58E+8 1.31E+8 1.07E+8 1.29E+8 1.77E+8 1.44E+8
玻璃化转变温度(Tp) 22.6 19.5 22.9 23.7 22.2 29.8 34.5 30.6 27.1 23.9
蠕变变形率(％) 8.859 10.92 14.43 24.88 16.75 36.91 62.99 49.37 26.59 17.90
最大变形量(μm) 7.94 6.71 7.543 9.13 7.505 4.23 6.04 3.39 3.83 2.85
复原速度(μm/秒) 1.13 0.921 1.01 0.788 1.07 0.206 0.223 0.0963 0.193 0.274
残留变形量(μm) 0.523 0.721 0.889 1.668 0.477 1.058 2.256 1.011 0.975 0.429
Tanδ(10Hz)25℃0℃-20℃ 1.11290.05560.0183 1.04470.04120.0113 1.064570.043740.01374 0.889760.04020.01285 1.02170.03960.0139 0.50520.06710.0235 0.26310.08470.0352 0.43930.06250.0245 0.4130.09380.0275 0.6520.1250.0321
LA(损耗面积) 31.7 22.7 29.4 29.5 24.6 27.84 29.02 28.41 26.05 27.74
贮能弹性模量(dyne/cm2)(10Hz：-20℃) 4.21E+10 2.05E+10 4.51E+10 3.26E+10 2.96E+10 2.58E+10 2.52E+10 2.60E+10 2.66E+10 2.44E+10
动摩擦系数 0.08 0.14 0.14 0.13 0.09 0.10 0.09 0.11 0.16 0.11
TV安装挤扁试验 ○ ○- ○- △ ○ △ △ △ ○- ○-
载荷堆码试验(20g/cm2) ○ ○ ○ △ ○ × × × △ △
振动试验25℃(10次循环)0℃(5次循环)-20℃(3次循环) ○○△ ○○△ ○○× ○○× ○○△ ○○○ ○○○ ○○○ ○○△ ○○○
表2
树脂A11 树脂A12 树脂A13 树脂A14 树脂A15 树脂A16 树脂A17 树脂A18 树脂A19 树脂A20 树脂A21 树脂A22
折射率(D线) 1.551 1.548 1.549 1.551 1.551 1.549 1.550 1.551 1.550 1.520 1.550 1.520
压缩弹性模量(MPa) 535.0 127.40 164.24 200.4 187.86 226.7 317.62 497.96 123.96 212.97 133.2 290.79
弹性变形率(％) 33.89 60.56 52.244 47.239 46.08 50.52 44.957 24.92 54.925 61.004 33.984 61.037
交联密度(dyne/cm2)(1Hz：80℃) 1.43E+8 1.47E+8 1.56E+8 1.39E+8 1.67E+8 1.58E+8 2.33E+8 0.859E+8 1.37E+8 2.22E+8 2.02E+7 3.09E+8
玻璃化转变温度(Tp) 27.0 18.0 21.2 23.7 23.6 26.9 26.9 35.0 17.0 5.0 37.5 5.5
蠕变变形率(％) 25.44 10.216 13.146 15.771 19.932 18.94 26.742 45.198 15.56 14.71 26.81 15.89
最大变形量(μm) 3.31 5.69 4.85 5.012 5.420 4.467 3.903 4.627 6.159 3.963 10.1 3.20
复原速度(μm/秒) 0.29 1.02 0.94 0.634 0.691 0.579 0.435 0.176 0.904 0.646 1.28 0.523
残留变形量(μm) 0.518 0.245 0.272 0.480 0.501 0.419 0.4978 1.964 0.471 0.278 1.35 0.139
Tanδ(10Hz)25℃0℃-20℃ 0.5910.1180.0326 0.6160.1720.0393 0.6160.1590.0367 0.5420.1530.041 0.5010.1560.0379 0.4870.13310.0403 0.3720.1190.0344 0.3520.0780.025 0.5380.1350.025 0.2740.2730.155 0.4080.0650.0438 0.2430.2310.1411
LA(损耗面积) 27.68 25.97 26.40 26.06 25.13 25.67 23.01 28.34 25.33 21.96 29.02 20.13
贮能弹性模量(dyne/cm2)(10Hz：-20℃) 2.59E+10 2.09E+10 2.32E+10 1.41E+10 9.12E+9 9.76E+9 2.27E+10 2.24E+10 1.37E+10 2.20E+10 1.57E+10 1.73E+10
动摩擦系数 0.08 0.10 0.10 0.10 0.18 0.19 0.15 0.07 0.09 0.09 0.15 0.10
TV安装挤扁试验 ○- ○ ○ ○ ○ ○ ○ △ ○ ○ △ ○
载荷堆码试验(20g/cm2) △ ○ ○ ○ ○ ○ ○ × ○ ○ ○ ○
振动试验25℃(10次循环)0℃(5次循环)-20℃(3次循环) ○○○ ○○○ ○○○ ○○○ ○△× ○△× ○○○ ○○○ ○○○ ○○○ ○○○ ○○○
表3
树脂B1 树脂B2 树脂B3 树脂B4 树脂B5 树脂B6 树脂B7 树脂B8 树脂B9
折射率(D线) 1.552 1.551 1.553 1.551 1.549 1.549 1.552 1.551 1.550
压缩弹性模量(MPa) 376.6 95.44 188.7 323.3 144.0 172.5 411.85 548.75 210.5
弹性变形率(％) 15.47 21.39 21.77 26.05 40.72 34.68 26.895 33.035 23.58
交联密度(dyne/cm2)(1Hz：80℃) 0.545E+8 0.346E+8 0.33E+8 0.598E+8 0.516E+8 0.592E+8 3.39E+7 9.72E+7 8.18E+7
玻璃化转变温度(Tp) 29.2 25.6 23.8 23.8 18.9 18.5 40.9 43.4 34.6
蠕变变形率(％) 40.3 32.43 28.54 22.3 10.15 13.27 31.531 37.216 58.421
最大变形量(μm) 8.016 15.72 21.82 5.79 6.73 6.99 6.81 5.19 9.069
复原速度(μm/秒) 0.256 0.955 1.42 0.411 0.793 0.701 0.412 0.220 0.541
残留变形量(μm) 2.077 1.346 2.204 0.780 0.386 0.598 3.452 3.000 1.371
Tanδ(10Hz)25℃0℃-20℃ 0.630.06340.0242 0.960.0430.0195 1.1440.04430.0185 1.18450.05320.0225 1.24410.14150.0348 1.53210.08610.0237 0.22060.0890.0692 0.20400.10360.0792 0.63310.10260.0312
LA(损耗面积) 34.65 37.51 37.94 33.59 33.92 33.04 27.00 28.77 28.71
贮能弹性模量(dyne/cm2)(10Hz：-20℃) 2.89E+10 2.87E+10 2.98E+10 2.96E+10 2.60E+10 1.49E+10 8.02E+9 2.02E+10 3.19E+10
动摩擦系数 0.12 0.12 0.11 0.07 0.11 0.11 0.15 0.14 0.14
TV安装挤扁试验 × × × × × × × × △-
载荷堆码试验(20g/cm2) × × × × × × × × ×
振动试验25℃(10次循环)0℃(5次循环)-20℃(3次循环) △△× △△× △△× △○○ ○○△ ○△× △○○ △△△ ○△×
表4
树脂B10 树脂B11 树脂B12 树脂B13 树脂B14 树脂B15 树脂B16 树脂B17 树脂B18
折射率(D线) 1.551 1.551 1.551 1.551 1.551 1.551 1.551 1.551 1.551
压缩弹性模量(MPa) 1167.5 995.56 1167.5 384.37 221.73 265.3 1160.2 92.4 135.5
弹性变形率(％) 11.79 14.78 11.79 14.626 22.45 19.04 22.79 28.17 28.02
交联密度(dyne/cm2)(1Hz：80℃) 6.71E+7 5.59E+7 4.33E+7 1.23E+7 6E+7 7.87E+7 4.63E+7 2.78E+7 6.57E+7
玻璃化转变温度(Tp) 38.3 35.5 31.6 34.8 29.4 31.5 34.7 25.3 24.7
蠕变变形率(％) 73.501 51.414 73.501 51.819 30.33 47.15 32.07 19.05 19.59
最大变形量(μm) 10.62 5.51 6.77 8.77 8.27 8.87 2.64 11.71 9.12
复原速度(μm/秒) 0.201 0.103 0.203 0.232 0.506 0.401 0.102 0.963 0.73
残留变形量(μm) 6.298 3.08 2.22 4.27 1.269 1.769 1.203 1.256 1.051
Tanδ(10Hz)25℃0℃-20℃ 0.36490.03860.0220 0.33720.11180.1082 0.43370.08490.0673 0.3080.0880.0611 0.74160.0710.0577 0.45030.05050.0214 0.37570.0740.0412 0.94200.05360.0178 1.04560.06090.0228
LA(损耗面积) 32.13 36.46 41.51 43.16 33.23 30.02 31.56 35.47 33.10
贮能弹性模量(dyne/cm2)(10Hz：-20℃) 2.76E+10 1.51E+10 1.61E+10 1.62E+10 2.65E+10 3.47E+10 1.64E+10 2.46E+10 3.60E+10
动摩擦系数 0.13 0.22 0.13 0.14 0.14 0.15 0.12 0.12 0.15
TV安装挤扁试验 × × × × × × × × ×
载荷堆码试验(20g/cm2) × × × × × × × × ×
振动试验25℃(10次循环)0℃(5次循环)-20℃(3次循环) △△△ ××× ×△△ △△△ △△△ △△× ○△△ △△× ○××
表5
树脂B19 树脂B20 树脂B21 树脂B22 树脂B23 树脂B24 树脂B25 树脂B26 树脂B27
折射率(D线) 1.551 1.551 1.551 1.551 1.551 1.551 1.551 1.551 1.551
压缩弹性模量(MPa) 95.54 87.78 121.12 170.68 192.13 254.1 111.46 167.66 132.85
弹性变形率(％) 35.34 34.67 25.90 25.07 26.73 22.86 28.17 22.50 32.13
交联密度(dyne/cm2)(1Hz：80℃) 3.70E+7 3.56E+7 5.98E+7 4.62E+7 2.69E+7 3.51E+7 3.79E+7 6.47E+7 6.77E+7
玻璃化转变温度(Tp) 24.8 25.5 28.5 25.3 25.2 29.2 26.6 25.9 25.7
蠕变变形率(％) 14.06 17.12 27.40 25.62 20.73 27.80 20.78 29.29 18.51
最大变形量(μm) 6.37 10.35 10.54 8.768 7.647 7.209 10.587 9.788 8.444
复原速度(μm/秒) 0.473 1.03 0.733 0.603 0.595 0.438 0.789 0.600 0.766
残留变形量(μm) 1.017 0.759 1.376 1.319 0.938 1.225 1.017 1.556 0.822
Tanδ(10Hz)25℃0℃-20℃ 0.81750.09580.0268 0.84910.11670.0400 0.71730.13140.1021 0.75110.09320.0309 0.81560.10630.0347 0.64580.0490.0205 0.9840.08990.0277 0.7860.0850.0316 0.85110.11540.0340
LA(损耗面积) 31.57 34.00 31.98 33.29 32.54 33.28 33.73 32.26 32.33
贮能弹性模量(dyne/cm2)(10Hz：-20℃) 1.57E+10 3.50E+10 1.88E+10 2.36E+10 1.37E+10 3.38E+10 3.32E+10 3.89E+10 3.74E+10
动摩擦系数 0.14 0.13 0.20 0.18 0.15 0.14 0.15 0.14 0.14
TV安装挤扁试验 △ △ × × × × × × ×
载荷堆码试验(20g/cm2) × × × × × × × × ×
振动试验25℃(10次循环)0℃(5次循环)-20℃(3次循环) ○○○ ○△× ××× △×× △△○ △×× △×× △×× △××
上述的各评价和测定结果采用以下的方法得到。
动态粘弹性测定用试样的调整
贮能弹性模量、损耗角正切值、以及平衡弹性模量的动态粘弹性测定用试样的制作如以下那样进行。以温度控制在40-42℃、表面平坦的不锈钢板作为金属模，在该金属模面涂布调整为40-42℃的各树脂组合物，使厚度达到200μm。使用金属卤化物型紫外线灯(日本电池(株)制)，在累积光量2000mJ/cm2、峰值照度250mW/cm2的条件下进行照射，使树脂组合物固化后，剥离固化物，得到测定用试样。
压缩弹性模量测定用试样的调整
压缩弹性模量测定用试样的作成，代替表面平坦的不锈钢板，使用在表面具有菲涅耳透镜的反模形状的镍制金属模，除此以外，与上述的动态粘弹性测定用试样的调整同样地得到具有菲涅耳透镜形状的测定用试样。
动态粘弹性的测定
将得到的试样成型为30mm×3mm×0.2mm的长方形状，使用动态粘弹性测定装置((株)オリエンテック制、“レオバイブロン”)，给予试样0.05％的负载应变，进行了贮能弹性模量、以及损耗角正切值的测定。频率为1-10Hz，温度范围为-100至100℃(3℃/分的升温速度)。通过该测定，得到贮能弹性模量的温度依赖性曲线、以及损耗角正切值的温度依赖性曲线。
从得到的贮能弹性模量的温度依赖性曲线求出在25℃(常温)、0℃、以及-20℃各温度下的贮能弹性模量。与此另外地，从强制振动频率为1Hz、其他与上述同样而得到的贮能弹性模量的温度依赖性曲线，求出在80℃下的贮能弹性模量，作为平衡弹性模量。
另外，从得到的损耗角正切值的温度依赖性曲线求出在25℃(常温)、0℃、以及-20℃各温度下的损耗角正切值。
玻璃化转变温度规定为损耗角正切(tanδ)在1Hz下峰位置下的温度。
动摩擦系数的测定
除了厚度为100μm、用丙烯酸材质板覆盖而照射紫外线以外，与上述的动态粘弹性测定用试样同样地得到试样。测定使用了表面性测定装置(新东科学(株)制、ヘイドン·トライポギア型号：14DR)。在得到的试样表面用球压头施加垂直载荷(100g的点压)，将球压头以300mm/分的速度在试样表面滑动，测定动摩擦系数。进行5次该测定，将其平均值作为动摩擦系数的值。再者，将测定载荷除以垂直载荷的值作为动摩擦系数。
压缩弹性模量的测定
通过应用使用了超显微硬度计(德国フィッシャ-公司制、H-100V)的ユニバ-サル硬度试验，算出了压缩弹性模量。即，将压头产生的载荷缓慢增加直到达到规定的值，其后，缓慢减少，由此得到侵入深度的载荷依赖性曲线，通过解析其测定结果，算出了压缩弹性模量。作为压头使用了直径0.4mm的碳化钨(WC)制的球压头。
侵入深度的载荷依赖性曲线，典型地显示图2所示的情形。首先，当载荷从0(点a)缓慢增加载荷f时，引起变形，压头的侵入深度缓慢地增加。当在某个载荷值下停止载荷增加时，塑性变形所致的侵入停止(点b)，其后，当那样不变地维持载荷值时，其间由于蠕变变形侵入深度的增加继续，直至停止维持载荷值的点c。其后，当缓慢减少载荷时，由于弹性变形，朝向点d，侵入深度减少。
在上述中，作为图2中点b下载荷值的最大载荷值F设定成20mN。其理由见下面。实际的投影屏中菲涅耳透镜片和双凸透镜片的接触压力很难实测。可是，构成屏的透镜的变形，如果在条件严格的透镜片的外周部是10μm左右的话，则在透镜的性能上能够容许。可是，从测定繁杂、形状而致截面形状不同导致的数据离散看，可以说在形状比较接近于平面的中心附近(0-100mm)处进行测定为好。因此，由于过去使用的为使透镜片变形10μm而必需的载荷大致为20mN，因此将最大载荷值定为20mN。另外，进行蠕变变形的时间适宜定为60秒。
以下表示出求出侵入深度的载荷依赖性曲线的顺序。
(1)将用于压缩的载荷值从0每隔0.1秒以100步长增加直到达到20mN。
(2)将达到20mN的载荷值维持60秒，使发生蠕变变形。
(3)载荷值每隔0.1秒以40步长减少直到变为0.4mN(试验机最低载荷)。
(4)在载荷值保持为0.4mN的状态下维持60秒，使侵入深度回复。
(5)反复进行3次上述(1)-(4)的操作。
作为使球压头作用的部位，如图3所示，优选是构成菲涅耳透镜的各个细分透镜面(例如图3中用2c、2c’、以及2c”表示的部分)的中央部附近。如果将透镜面相邻凹部彼此的间隔记为间距P，则是相当于P/2的位置附近。在其他透镜形状的场合，也优选在形成透镜的各个透镜面的中央附近作用球压头。
压缩弹性模量(E)采用下述式求出。
E＝1/(2(hr(2R-hr))1/2×H×(ΔH/Δf)-(1-n)/e)
其中，hr是载荷f为最大值F时的载荷减少区域的、侵入深度的载荷依赖性曲线的切线与侵入深度轴(横坐标轴)的交点的侵入深度(单位：mm)。
R是球压头的半径(2R＝0.4mm)。
H是侵入深度h的最大值(单位：mm)。
ΔH/Δf是载荷f为最大值F时的载荷减少区域的、侵入深度对载荷的曲线的斜率的倒数。
n是球压头的原材料(WC)的泊松比(n＝0.22)。
e是球压头的原材料(WC)的弹性模量(e＝5.3×105N/mm2)。
如前述说明那样，以(1)-(4)的顺序反复进行3次载荷的增减等，每次求出侵入深度的载荷依赖性曲线，分别从各曲线求出压缩弹性模量(E)(单位：MPa)，将它们的平均值作为压缩弹性模量。
最大变形量和残留压缩量
在测定上述的压缩弹性模量之际，将图2所示的点c处的变形量定义为最大变形量。
另外，将点e处的变形量定义为残留变形量。
复原速度
复原速度，在将从图2的点c、即最大变形时开始经过2秒后(从试验开始时开始经过72秒后)的位移量记为Δh(μm)、将复原时间记为Δt(秒)的场合，用V＝Δh/Δt定义之。
蠕变变形率
蠕变变形率(C)用下述的式子求出。
C＝(h2-h1)·100/h1
其中，h1表示达到一定试验载荷(在此为20mN)时(图2中点b)的侵入深度，h2表示保持该试验载荷经过规定时间(60秒)后(图2中点c)的侵入深度(单位：mm)。
弹性变形率
图5是表示侵入深度的载荷依赖性曲线的曲线图。弹性变形率是弹性变形能相对于总负载能的比例，可从图5的侵入深度的载荷依赖性曲线求出。在图5中，
A：初始状态
B：最大载荷负载时、最大变形时
B-C：蠕变变形量
D：去载荷后(直到最低载荷)
D-E：最低载荷时的蠕变变形量
E-A：残留变形量
hmax-E：回复变形量，
弹性变形率(ηe)可用ηe＝W弹性/W总表示。其中，
W总＝∫F1(h)dh
W弹性＝∫F2(h)dh
损耗面积
在上述的动态粘弹性测定中，针对在10Hz下的损耗角正切的温度依赖性曲线，将在-20℃至50℃的范围内积分的值作为损耗面积(℃)。
TV安装挤扁试验
使用与测定上述说明的压缩弹性模量(E)、和蠕变变形率(C)的各树脂组合物同样的组合物，将成型的菲涅耳透镜片与规定的双凸透镜片合在一起，用胶带固定四边，嵌入到各电视尺寸的木框中，进行电视安装，经目视观察评价白画面。在经过1小时后菲涅耳透镜片挤扁的记为“×”，未看到挤扁的记为“○”。另外，在△-○的范围中可看到少量挤扁的记为○-。
折射率
作为试样，使用与动态粘弹性用试样同样地调整的已固化片，使用1-溴代萘将该试样密着于阿贝折射率计的棱镜部，使试样温度为25℃，测定在D线(λ＝589nm)下的折射率。(其他依据JIS K7105)
振动试验
将菲涅耳透镜片和双凸透镜片使各个透镜面彼此紧密接触，用胶带固定四边，嵌入TV画面尺寸的木框中，安置在在温度保持为一定的环境试验室内设置的振动试验机((株)アカシ制、振动试验机、EDS252)中。作为振动条件，为图3示出的PSD(功率谱密度)波形所示的无规则波，将4320秒作为1个循环周期，将相当于5000km的卡车运输的振动试验在25℃温度下进行10个循环周期，在0℃温度下进行5个循环周期，在-20℃温度下进行3个循环周期。
该无规则波是有统计性质的不确定波，可采用PSD函数表现性质，在该振动试验中，以该函数为指标确定试验条件。使用这样的无规则波的理由是因为，可排除振动的非线性因素、即排除因投影屏的安装、包装形态等所致的非线性因素，使在一定状况下施加对象物振动变得可能。另外是因为，振动在将试验开始时定为0的时间轴的任何处都是不同的，作出更接近于实际运输时的振动的状况。
环境温度规定为25℃(常温)、0℃、以及-20℃，试验结束后，采用投影仪全体投影白色画面时，将明显地看到摩擦所致的亮度不匀的记为×，将可看到亮度不匀但不明显的记为△，将看不到亮度不匀的记为○。
载荷堆码试验
使用与测定上述说明的压缩弹性模量、和蠕变变形率的各树脂组合物同样的组合物，将成型的菲涅耳透镜片与规定的双凸透镜片合在一起，用胶带固定四边，嵌入到电视尺寸的木框中，进行电视安装，在透镜间加40g/cm2的压力，在常温下放置10天。其后释放载荷。释放载荷后，经目视观察评价TV的白画面。在从载荷释放时起20分钟内形状复原，看不到挤扁的记为“○”，在1-6小时内复原而看不到挤扁的记为“△”，经过6小时以上看不到挤扁的、以及完全未复原的记为“×”。
图6表示出将上述评价结果中、树脂组合物A1-A18、以及B1-B27的玻璃化转变温度(Tg)和平衡弹性模量(CLD)的数据绘图的曲线图。另外，图7表示出将各树脂组合物的弹性变形率(We)和压缩弹性模量(E)的数据绘图的曲线图。
此外，图8表示出将各树脂组合物的压缩弹性模量(E)和蠕变变形率(C)的数据绘图的曲线图。
看上述的评价结果和各曲线图判断，对于树脂A1-A5，在-20℃下的损耗角正切值(tanδ)不足0.02，在低温环境下在光学元件面彼此接触的状态下运输的场合，成为易产生擦伤的结果。(振动试验)
另外，比较树脂A2和A3，树脂A2的-20℃的贮能弹性模量是2.96×1010dyne/cm2以下，而树脂A3的-20℃的贮能弹性模量是超过2.96×1010dyne/cm2的大的值，因此在低温环境下在光学元件面彼此接触的状态下运输的场合，成为易产生擦伤的结果。(振动试验)
树脂A7的弹性变形率(We)和压缩弹性模量(E)的关系是We≤-0.0189E+34.2，不满足本发明规定的第2项要求，对于透镜面彼此的压缩导致的挤扁缺乏复原性。
另外，树脂A8的压缩弹性模量(E)和蠕变变形率(C)的关系处于本发明第6项要求规定的范围之外，对于透镜面彼此的压缩导致的挤扁，蠕变性能差，因此发生挤扁。
树脂A9、A15、A16的动摩擦系数不在0.07-0.15的范围内，为大的数值，易发生在-20℃附近运输时发生的擦伤。
另外，树脂A12、A13、A14、A17的TV安装挤扁试验、载荷堆码试验、以及各温度下的振动试验的结果全部良好。
树脂A18的玻璃化转变温度是上限值35℃，对于透镜面彼此的压缩导致的挤扁，稍稍缺乏复原性。
另外，比较树脂A9、A10、A11的场合，各自具有同等的材料物性(-20℃的贮能弹性模量、弹性变形率、压缩弹性模量等)，但动摩擦系数大，易发生在-20℃附近运输时发生的擦伤。
此外，树脂A11和A18以及B4的动摩擦系数在0.07-0.15的范围内，为接近于下限值的低值，即使TV安装挤扁试验、载荷堆码试验是不好的结果，也成为运输时防止发生擦伤的结果。
树脂B11和B21的动摩擦系数为0.20以上，从常温到低温容易较多地发生运输时发生的擦伤。
树脂B19为防止常温至低温下运输时发生摩擦的最好结果。但是，TV安装挤扁试验、载荷堆码试验是不好的结果。
另外，比较树脂B23和B25的场合，两者动摩擦系数都相同，为0.15，但因储藏弹性模量是否在2.96×1010dyne/cm2以下而在低温运输时发生擦伤方面产生大的差别。也就是说认为，树脂B23在常温下挤扁，接触面积大，易摩擦(易发生擦伤)，但在低温下变硬，接触面积变小，不易摩擦(不易发生擦伤)。
此外，图9是基于上述评价结果，将各树脂组合物的最大变形量和复原速度的关系绘图的曲线图。另外，图10是将各树脂组合物的残留变形量和复原速度的关系绘图的曲线图。
从图9所示可知，A19-A22的树脂组合物，复原速度V(μm/秒)和最大变形量DM(μm)的关系在V≥0.178DM-0.852的区域内，载荷堆码试验和振动试验的结果也好，降低了透镜挤扁和透镜摩擦。
如图10所示，A19-A22的树脂组合物，复原速度V(μm/秒)和残留变形量(μm)的关系在V≥0.858R-0.644的区域内，是载荷堆码试验、TV安装挤扁试验、和载荷堆码试验全部试验中结果均良好，没有透镜挤扁，透镜的复原性也高，并且耐摩擦性高的树脂组合物。

Claims (13)

1.一种光学元件用树脂组合物，在用于构成光学元件的树脂组合物中，玻璃化转变温度是5-36℃，平衡弹性模量是0.859×108-3.06×108dyne/cm2。
2.根据权利要求1所述的光学元件用树脂组合物，在将弹性变形率表示为We(％)、将压缩弹性模量表示为E(MPa)的场合，满足We＞-0.0189E+34.2的关系。
3.根据权利要求1所述的光学元件用树脂组合物，在将复原速度表示为V(μm/秒)、将最大变形量表示为DM(μm)的场合，满足V≥0.178DM-0.852的关系。
4.根据权利要求3所述的光学元件用树脂组合物，上述的关系是V≥0.112DM-0.236。
5.根据权利要求1-4的任1项所述的光学元件用树脂组合物，在将复原速度表示为V(μm/秒)、残余变形量表示为(μm)的场合，满足V≥0.858R-0.644的关系。
6.根据权利要求1-5的任1项所述的光学元件用树脂组合物，在将蠕变变形率表示为C(％)、压缩弹性模量表示为E(MPa)的场合，满足(-0.026E+3)＜C＜(-0.02E+63)的关系。
7.根据权利要求6的任1项所述的光学元件用树脂组合物，在-20℃的贮能弹性模量是2.96×1010dyne/cm2或以下，并且在-20℃的损耗角正切值是0.02或以上。
8.根据权利要求7所述的光学元件用树脂组合物，损耗角正切的温度依赖性曲线中的-20至50℃范围的损耗面积是20℃或以上。
9.根据权利要求1-8的任1项所述的光学元件用树脂组合物，在常温下的动摩擦系数是0.07-0.15。
10.一种光学元件，包含权利要求1-9的任1项所述的光学元件用树脂组合物。
11.根据权利要求10所述的光学元件，上述光学元件是菲涅耳透镜片。
12.根据权利要求11所述的光学元件，折射率为1.52或以上。
13.一种投影屏，由权利要求10-12的任1项所述的光学元件、和双凸透镜构成。
CNA038088681A 2002-02-20 2003-02-20 光学元件用树脂组合物、光学元件和投影屏 Pending CN1646944A (zh)

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