CN1683993A - 用于背面投影屏的透镜片 - Google Patents

Abstract

用作背面投影屏的菲涅耳透镜片和双凸透镜片的透镜片，它包括塑料基材和位于塑料基材上的透镜元件。塑料基材至少包括第一表面层、中间层和第二表面层。第一表面层和第二表面层每个的饱和吸水率高于中间层的饱和吸水率。

Description

用于背面投影屏的透镜片

发明背景

1.发明领域

本发明涉及用于在背面投影电视机中使用的背面投影屏的透镜片。

2.现有技术的描述

如图1所示，用于背面投影电视机的背面投影屏至少是如下部分的结合：位于光源5一侧的菲涅耳透镜片1和位于观看者一侧的双凸透镜片2，和还有在观看者一侧邻近双凸透镜片布置的面板3。进一步布置镜子4以反射来自光源5的光线到背面投影屏。在背面投影电视机中几乎以彼此紧密接触安装这些片。菲涅耳透镜片和双凸透镜片包括由其聚焦图象的漫射元件。因此，如果由于某些原因片之间的距离加宽，投影的图象会变得模糊。加宽片之间距离的主要原因是片的翘曲或变形，这是由于依赖于环境湿度的变化而使它们的吸水性发生变化。

为防止这样的缺点，已经提出各种技术用于降低由环境条件的变化引起的片的翘曲或变形。例如，JP11-072848A提出从水吸收大于相对层的材料制备面板和菲涅耳透镜片的表面层，每个该表面层面向双凸透镜片。JP2000-214533A提出控制片的厚度、翘曲或变形的程度和饱和吸水率。JP2002-207253A提出在PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)树脂层的两个表面上形成聚碳酸酯树脂或MS树脂(MMA-苯乙烯共聚物树脂)。

提出的现有技术希望通过从低吸水性树脂形成菲涅耳透镜片和双凸透镜片的表面层或通过从低吸水性树脂形成菲涅耳透镜片/双凸透镜片堆叠物的表面层，来降低每个片或片堆叠物由于环境湿度而引起的翘曲或变形。然而，在两个表面中层结构不同的单层片，如在JP11-72848A中描述的片可能因为它的不对称，从而在它的运输期间由于水吸收而很可能经历翘曲或变形。当两个表面层如在JP2002-207253A中所述由低吸水性树脂组成和具有大厚度时，要加入到表面层中的抗静电剂数量增加了。如果表面层薄，片的吸水率由中间层的吸水率支配，从而增加了翘曲或变形的程度。

为降低菲涅耳透镜片和双凸透镜片由于吸水(水分吸收)而引起的翘曲或变形，有效的是降低整个片的吸水率。一般情况下，菲涅耳透镜片由塑料基材和由紫外线固化树脂组成的菲涅耳透镜构成，其中将该菲涅耳透镜叠层到基材的表面上。菲涅耳透镜由一系列取自简单透镜的环形透镜切片组成，它们同心布置在表面上，和尽管具有更小的厚度而显示与简单透镜相同的效果。由如下方式生产菲涅耳透镜片：在基材的表面上涂敷可紫外线固化的树脂，将形状与菲涅耳透镜表面轮廓匹配的金属或树脂模挤压在涂敷的树脂上，和从与模相反的一侧照射紫外线以固化树脂成菲涅耳透镜形状。塑料基材的厚度通常为1.0-4.0mm，和由紫外线固化树脂制成的透镜部分的厚度是约100μm。由于如果粘合强度低，它们可能在组装入电视机等期间彼此分离，因此在紫外线固化树脂和塑料基材之间的粘合强度是重要的。降低粘合强度的主要原因可以是原材料自身的极性。基于聚氨酯的树脂和基于丙烯酸酯的树脂广泛用作可紫外线固化的树脂。如果塑料基材包含低极性组分如苯乙烯，那么就降低了塑料基材和紫外线固化树脂之间的粘合强度。

发明概述

本发明的目的是解决现有技术中的以上问题，和提供有效降低由于水吸收(水分吸收)而引起的翘曲或变形的方法。

由于鉴于以上目的广泛研究，本发明人发现通过具有特定层结构的透镜片可降低由于水吸收(水分吸收)而引起的翘曲或变形。

因此，本发明涉及一种用于背面投影屏的透镜片，该透镜片包括塑料基材和透镜元件，其中塑料基材包括第一表面层、中间层和第二表面层，和构成第一表面层和第二表面层每个的树脂的饱和吸水率大于构成中间层的树脂的饱和吸水率。

本发明进一步涉及包括上述透镜片的背面投影屏。

附图简述

图1是说明背面投影电视机的内部和其中布置的屏的配置的简图。

图2是显示根据本发明的一个方面用于背面投影屏的塑料基材的层结构的简图。

图3是显示用于评价透镜片的翘曲或变形程度的测量位置的简图。

发明详述

在图2中显示本发明的塑料基材的例子。中间层6由低吸水性树脂制成。用于中间层的树脂的饱和吸水率优选小于0.4wt％(包括0)。具有这样饱和吸水率的树脂的例子包括但不限于由10-35wt％MMA和90-65wt％苯乙烯组成的甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯共聚物树脂(MMA-苯乙烯共聚物树脂)、由10-20wt％丙烯腈和90-80wt％苯乙烯组成的丙烯腈-苯乙烯共聚物树脂和聚碳酸酯。中间层的饱和吸水率更优选是0.3wt％或更小。具有这样饱和吸水率的树脂可以是由10-30wt％MMA和90-70wt％苯乙烯组成的MMA-苯乙烯共聚物树脂。由于翘曲或变形的程度随吸水率降低而下降，优选中间层的饱和吸水率比下述表面层的饱和吸水率低0.05wt％或更大，和更优选低0.05-0.5wt％。尽管在浸入水中24小时之后它的吸水率是约0.3wt％，但是由于它的高饱和吸水率，聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)不适用于中间层。

第一和第二表面层7a、7b由具有相对较高吸水率的树脂制成以保证与紫外线固化树脂的高粘合强度。其饱和吸水率优选是0.4wt％或更大，更优选0.4-2.0wt％。满足这样要求的树脂的例子包括但不限于由40-90wt％MMA和60-10wt％苯乙烯组成的MMA-苯乙烯共聚物树脂、由25-50wt％丙烯腈和75-50wt％苯乙烯组成的丙烯腈-苯乙烯共聚物树脂，和PMMA，及更优选是由60-80wt％MMA和40-20wt％苯乙烯组成的MMA-苯乙烯共聚物树脂和由25-40wt％丙烯腈和75-60wt％苯乙烯组成的丙烯腈-苯乙烯共聚物树脂。

第一表面层和第二表面层可以由不同的树脂制成和可具有不同的饱和吸水率。考虑到有效降低翘曲或变形，它们优选由相同的树脂制成和具有基本相同的饱和吸水率。

特别优选的是含有如下层的塑料基材：由10-30wt％MMA和90-70wt％苯乙烯组成的MMA-苯乙烯共聚物树脂所制成的中间层，和每个由60-80wt％MMA和40-20wt％苯乙烯组成的MMA-苯乙烯共聚物树脂所制成的第一和第二表面层。

为降低透镜片如菲涅耳透镜片或双凸透镜片由于水吸收而引起的翘曲或变形，第一和第二表面层和中间层每个的厚度是重要的。为降低由于水吸收而引起的翘曲或变形，优选降低整个透镜片的吸水率，这要求使具有低吸水率的中间层变厚和具有相对较高吸水率的表面层变薄。考虑到生产成本，减小表面层的厚度也是有利的。由于仅要求将抗静电剂和其它添加剂加入到表面层中，因此通过减小表面层的厚度减少了要加入的这样添加剂的数量。如果表面层过薄，那么在挤出期间的生产稳定性就会差和可能劣化塑料基材的外观。因此，用于透镜片的塑料基材的总厚度优选是1.0-4.0mm，和每个表面层的厚度优选是50-300μm。尽管第一表面层和第二表面层可具有不同的厚度，但考虑到有效降低翘曲和变形，它们优选具有相同的厚度。

塑料基材也可包含漫射光的细颗粒，该细颗粒可以掺入中间层或表面层中。漫射光的细颗粒可以是无机细颗粒或有机细颗粒。无机细颗粒的例子包括但不限于碳酸钙、硫酸钡和玻璃珠的细颗粒。有机细颗粒的例子包括但不限于交联苯乙烯聚合物、交联MMA聚合物和交联苯乙烯-MMA共聚物的细颗粒。

塑料基材可以由已知的共挤出方法生产。

例如由如下方式生产菲涅耳透镜片：涂敷可紫外线固化的树脂到塑料基材的表面上，将形状与菲涅耳透镜表面轮廓匹配的金属或树脂模挤压在涂敷的可紫外线固化的树脂上，和从相反的一侧照射紫外线以将可紫外线固化的树脂固化成菲涅耳透镜形状。菲涅耳透镜片的总厚度优选为1.0-4.0mm，和由紫外线固化树脂组成的透镜部分的厚度优选为约100μm。

双凸透镜片包括塑料基材和圆柱形透镜，该圆柱形透镜在塑料基材的至少一个表面上平行布置，和在水平方向或在垂直方向漫射光。

例如由这样的方法生产本发明的双凸透镜片，即其中在由挤出进行生产时在塑料基材的表面上通过使用表面形状与双凸透镜轮廓匹配的金属辊形成双凸透镜，或其中将双凸透镜膜层压到塑料基材表面上的方法。例如，由JP11-288084A中描述的方法，通过粘合双凸透镜与聚对苯二甲酸乙二醇酯膜等来生产双凸透镜膜。

双凸透镜片的总厚度优选大约是0.5-2.0mm，和透镜部分的厚度优选是约100μm。

通常的背面投影屏至少包括菲涅耳透镜片、双凸透镜片和面板。面板用于保护双凸透镜片，和一般由具有坚硬涂层的塑料片制成。

通过采用本发明的透镜片代替已知背面投影屏的菲涅耳透镜片和双凸透镜片之中的任一种或两者，可获得本发明的背面投影屏。通过使用本发明的背面投影屏，可提供再现良好图像的背面投影电视机。

通过参考如下实施例更详细地描述本发明。

由如下方法评价菲涅耳透镜片和双凸透镜片。

(1)菲涅耳透镜片的翘曲或变形程度

由MMA-苯乙烯共聚物树脂A(60wt％MMA和40wt％苯乙烯)制成的2.0mm厚的塑料片用作双凸透镜片和面板。

从市售背面投影电视机中取出其中安装的背面投影屏。然后，将在如下实施例或对比例中获得的菲涅耳透镜片、所述双凸透镜片和所述面板以此顺序从光源一侧堆叠并在背面投影电视机中固定。

在背面投影电视机周围的环境温度和湿度每24小时变化，以测量于就在安装之后的初始位置9a和测量位置9b之间的菲涅耳透镜片中心位置的水平位移8(mm)(图3)。朝向观看者一侧的位移由正值表示，和朝向光源一侧的位移由负值表示。

(2)双凸透镜片的翘曲或变形程度

由MMA-苯乙烯共聚物树脂A(60wt％MMA和40wt％苯乙烯)制成的2.0mm厚的塑料片用作菲涅耳透镜片和面板。

从市售背面投影电视机中取出其中安装的背面投影屏。然后，将所述菲涅耳透镜片、在如下实施例或对比例中获得的双凸透镜片和所述面板以此顺序从光源一侧堆叠并在背面投影电视机中固定。

在背面投影电视机周围的环境温度和湿度每24小时变化。以与在菲涅耳透镜片的翘曲或变形程度测量中相同的方式测量双凸透镜片中心位置的水平位移(mm)。朝向观看者一侧的位移由正值表示，和朝向光源一侧的位移由负值表示。

(3)粘合强度

由剥离测试评价塑料基材的表面层和紫外线固化树脂之间的粘合强度。结果由相对剥离强度表示，同时取对MMA-苯乙烯共聚物树脂A(60wt％MMA和40wt％苯乙烯)的剥离强度为100。

剥离测试条件

测量设备：购自Shimadzu Corporation的“Autograph EZ-TEST”

测量温度：23℃

测量湿度：50％RH

测量速度：50mm/分钟

测量宽度：20mm

剥离角：90°

实施例1

由共挤出方法生产由如下层构成的两类、三层塑料基材1：由100重量份的MMA-苯乙烯共聚物树脂C(MMA/苯乙烯＝20/80，按重量计；重均分子量：150,000；饱和吸水率：0.2wt％)和0.5重量份的漫射光的细颗粒(交联的苯乙烯-MMA共聚物；平均粒度：12μm；折光率：1.55)的混合物制成的中间层，和各由MMA-苯乙烯共聚物树脂A(MMA/苯乙烯＝60/40，按重量计；重均分子量：150,000；饱和吸水率：0.8wt％)制成的表面层。总厚度是2.0mm，每个表面层的厚度是约0.1mm和中间层的厚度是约1.8mm。将可紫外线固化的树脂涂敷到塑料基材1上。然后，将形状与菲涅耳透镜表面轮廓匹配的树脂模挤压在涂敷的可紫外线固化的树脂上。通过从相反的一侧照射紫外线，将可紫外线固化的树脂固化成菲涅耳透镜的形状，以生产菲涅耳透镜片1。由紫外线固化树脂制成的透镜部分的厚度是大约100μm。由上述方法测量的菲涅耳透镜片1的翘曲或变形程度和粘合强度示于表1和2。

实施例2

由共挤出方法生产由如下层构成的两类、三层塑料基材2：由100重量份的MMA-苯乙烯共聚物树脂C(MMA/苯乙烯＝20/80，按重量计)和0.2重量份的硫酸钡的混合物制成的中间层，和各由MMA-苯乙烯共聚物树脂A(MMA/苯乙烯＝60/40，按重量计)制成的表面层。总厚度是2.0mm，每个表面层的厚度是约0.05mm和中间层的厚度是约1.9mm。使用塑料基材2，采用与实施例1相同的方式生产菲涅耳透镜片2。由上述方法测量的菲涅耳透镜片2的翘曲或变形程度和粘合强度示于表1和2。

实施例3

由共挤出方法生产由如下层构成的两类、三层塑料基材3：由100重量份的MMA-苯乙烯共聚物树脂C(MMA/苯乙烯＝20/80，按重量计)和1重量份的漫射光的细颗粒(交联的苯乙烯-MMA共聚物；平均粒度：12μm；折光率：1.55)的混合物制成的中间层，和各由MMA-苯乙烯共聚物树脂A(MMA/苯乙烯＝60/40，按重量计)制成的表面层。总厚度是2.0mm，每个表面层的厚度是约0.05mm和中间层的厚度是约1.9mm。通过粘合双凸透镜膜(含有粘合的双凸透镜的聚对苯二甲酸乙二醇酯膜)与塑料基材3来生产双凸透镜片1。双凸透镜片1的翘曲或变形程度示于表1。

对比例1

由共挤出方法生产由如下物质的混合物组成的单层塑料基材4：100重量份的MMA-苯乙烯共聚物树脂A(MMA/苯乙烯＝60/40，按重量计)和0.1重量份的硫酸钡。总厚度是2.0mm。使用塑料基材4，采用与实施例1相同的方式生产菲涅耳透镜片3。菲涅耳透镜片3的翘曲或变形程度和粘合强度示于表1和2。

对比例2

由共挤出方法生产由如下物质的混合物组成的单层塑料基材5：100重量份的MMA-苯乙烯共聚物树脂C(MMA/苯乙烯＝20/80，按重量计)和0.1重量份的硫酸钡。总厚度是2.0mm。使用塑料基材5，采用与实施例1相同的方式生产菲涅耳透镜片4。菲涅耳透镜片4的翘曲或变形程度和粘合强度示于表1和2。

对比例3

由共挤出方法生产由如下层构成的两类、三层塑料基材6：由100重量份的MMA-苯乙烯共聚物树脂B(MMA/苯乙烯＝30/70，按重量计；重均分子量：150,000；饱和吸水率：0.3wt％)和1重量份的漫射光的细颗粒(交联的苯乙烯-MMA共聚物；平均粒度：12μm；折光率：1.55)的混合物制成的中间层，和各由MMA-苯乙烯共聚物树脂A(MMA/苯乙烯＝60/40，按重量计)制成的表面层。总厚度是2.0mm，每个表面层的厚度是约0.1mm和中间层的厚度是约1.8mm。使用塑料基材6，采用与实施例1相同的方式生产菲涅耳透镜片5。菲涅耳透镜片5的翘曲或变形程度和粘合强度示于表1和2。

                            表1

	翘曲或变形的程度(mm)
					25℃35％RH	40℃95％RH	25℃50％RH	40℃13％RH
	实施例123对比例123	+1.5+0.5+1.0+1.0+0.0+0.5	+1.0+2.0+2.0+6.0+1.5+2.0	+4.0+2.0+3.5+6.0+1.0+1.5					+5.0+4.0+5.5-19.0+1.0+3.5

         表2

	粘合强度
		实施例12对比例123	86(良好)86(良好)100(良好)11(差)10(差)

如上所述，通过从这样的塑料基材形成透镜片的基材改进了基材和紫外线固化树脂之间的粘合强度，和同时有效降低了透镜片如菲涅耳透镜片和双凸透镜片的翘曲或变形，所述塑料基材含有由低吸水性树脂制成的中间层以及每个由具有相对较高极性和吸水率的树脂制成的第一和第二表面层。

通过从低吸水性树脂形成中间层，降低了整个塑料基材的吸水率。这是由于中间层比表面层厚，因此整个塑料基材的吸水率由中间层的吸水率支配。由于表面层由高吸水性树脂即高极性树脂制成，所以塑料基材和形成透镜部分的紫外线固化树脂之间的粘合强度足够用于实际使用。通过制备层结构对称的塑料基材，也可降低运输期间的翘曲或变形。

含有至少一个本发明透镜片的背面投影屏提供了这样的背面投影电视机，该电视机可再现良好的图像而不用考虑周围大气的湿度变化。

Claims (11)

1.一种透镜片，包括塑料基材和在塑料基材上的透镜元件，其中塑料基材包括第一表面层、中间层和第二表面层，并且构成第一表面层和第二表面层每个的树脂的饱和吸水率大于构成中间层的树脂的饱和吸水率。

2.根据权利要求1的透镜片，其中透镜元件是菲涅耳透镜。

3.根据权利要求1的透镜片，其中透镜元件是双凸透镜。

4.根据权利要求1-3中任一项的透镜片，其中中间层的饱和吸水率小于0.4wt％，第一表面层和第二表面层每个的饱和吸水率是0.4wt％或更大，和中间层的饱和吸水率比第一表面层和第二表面层每个的饱和吸水率低0.05wt％或更多。

5.根据权利要求1-4中任一项的透镜片，其中中间层由如下物质制成：包含10-35wt％甲基丙烯酸甲酯和90-65wt％苯乙烯的甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯共聚物树脂、包含10-20wt％丙烯腈和90-80wt％苯乙烯的丙烯腈-苯乙烯共聚物树脂或聚碳酸酯；和第一表面层和第二表面层每个由如下物质制成：包含40-90wt％甲基丙烯酸甲酯和60-10wt％苯乙烯的甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯共聚物树脂、包含25-50wt％丙烯腈和75-50wt％苯乙烯的丙烯腈-苯乙烯共聚物树脂或聚甲基丙烯酸甲酯。

6.根据权利要求1-5中任一项的透镜片，其中中间层由包含10-35wt％甲基丙烯酸甲酯和90-65wt％苯乙烯的甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯共聚物树脂制成；和第一表面层和第二表面层每个由包含40-90wt％甲基丙烯酸甲酯和60-10wt％苯乙烯的甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯共聚物树脂制成。

7.根据权利要求1-6中任一项的透镜片，其中选自中间层、第一表面层和第二表面层的至少一个层进一步包含无机细颗粒或有机细颗粒。

8.根据权利要求7的透镜片，其中无机细颗粒是至少一种选自如下物质的粒子：碳酸钙、硫酸钡和玻璃珠。

9.根据权利要求7的透镜片，其中有机细颗粒是至少一种选自如下物质的粒子：交联苯乙烯聚合物、交联甲基丙烯酸甲酯聚合物和交联甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯共聚物。

10.根据权利要求1-9中任一项的透镜片，其中第一表面层和第二表面层每个的厚度为50-300μm，和塑料基材的总厚度是1.0-4.0mm。

11.一种背面投影屏，包括菲涅耳透镜片和双凸透镜片的组合，其中菲涅耳透镜片或双凸透镜片的至少一个由权利要求1定义的透镜片构成。

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