CN1815268A - 镜片、透射式屏幕及镜片制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种镜片，其包括：透镜层，在镜片的一个面上形成，包含多个凹凸；基底，从多个凹凸的相反侧支撑透镜层；以及软质中间层，设置在透镜层和基底之间，贮藏弹性率小于透镜层和基底。透镜层通过凹凸的谷部到达软质中间层而被隔离成多个区域，多个区域分别独立地支撑于软质中间层上。

Description

镜片、透射式屏幕及镜片制造方法

技术领域

本发明涉及一种在一个面上具有多个凹凸的镜片、包括该镜片的透射式屏幕、以及镜片的制造方法。

背景技术

由高分子材料制成的菲涅耳透镜存在以下问题：当与其他部件接触时，透镜面的凸部的顶端容易变形。为了解决这个问题，如果提高形成透镜的树脂硬度，则减少了变形量，但同时在凸部的顶端上容易产生破损。为此，尝试开发既防止透镜变形又防止破损的高分子材料(例如，参照日本特开2003-84101号公报)。

但是，在现有技术中，很难以高水平满足既防止透镜变形又防止透镜破损的要求。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的第一方面提供一种使光透射的镜片，包括：透镜层，在镜片的一个面上形成，包含多个凹凸；基底，从多个凹凸的相反侧支撑透镜层；以及软质中间层，设置在透镜层和基底之间，贮藏弹性率(储能弹性模量)小于透镜层以及基底。由此，当在凸部的顶端上施加外力时，通过软质中间层变形来分散应力。根据这种镜片，降低了凸部顶端的损坏，能够以高水平满足防止透镜变形和防止破损的要求。

上述镜片也可以为：透镜层通过凹凸的谷部到达软质中间层而被隔离成多个区域，多个区域分别独立地支撑于软质中间层。根据这样的镜片，增加了透镜层的每个区域的动作自由度，因此，可进一步减少凸部顶端的损坏。

透镜层以及软质中间层由高分子材料制成，软质中间层的玻璃化转变温度也可以低于透镜层的玻璃化转变温度。根据这样的镜片，透镜层不易受损。

软质中间层的厚度也可以在镜片的边缘部上比在镜片的中央部分厚。根据这样的镜片，确保了软质中间层的形态稳定性，并且可提高边缘部的凹凸的变形追随性。因此，当加压镜片边缘部并进行保持时，可进一步减小凸部顶端的损坏。

本发明的第二方面提供一种透射式屏幕，包括：镜片，该镜片包括：透镜层，在镜片的一个面上形成，包含多个凹凸；基底，从多个凹凸的相反侧支撑透镜层；以及软质中间层，设置在透镜层和基底之间，贮藏弹性率小于透镜层和基底；其他光学部件，与透镜层的多个凹凸相对设置，贮藏弹性率高于软质中间层；保持部件，在使透镜层的多个凹凸和其他光学部件抵接的状态下，保持镜片及其他光学部件。根据这样的透射式屏幕，可减少透镜层的凹凸顶端与其他光学部件接触部分的损伤。

本发明的第三方面是在一个面上具有由树脂构成的多个凹凸的镜片的生产方法，包括：软质中间层准备工序，准备片状透明基底，在该基底的一个面上层压由粘合剂构成的软质中间层，且该粘合剂固化时的贮藏弹性率低于形成多个凹凸的树脂；填充工序，在成形多个凹凸的模具中，将固化时贮藏弹性率高于软质中间层的硬质紫外线固化树脂以未固化的状态填充；加压工序，在将基底的层压有软质中间层的面紧贴在硬质紫外线固化树脂的状态下，相对模具加压基底；固化工序，在加压工序后，通过从基底侧照射紫外线，使硬质紫外线固化树脂固化；以及脱模工序，将基底、软质中间层、以及固化成凹凸形状的硬质紫外线固化树脂从模具中脱离。由此，能够高效地生产由硬质紫外线固化树脂构成的凹凸顶端不易损坏的镜片。

在上述生产方法中，软质中间层准备工序也可以包含：在基底的一个面的、包含镜片中心部的区域上，层压粘合剂的工序；以及在包含镜片边缘部的区域上，比镜片的中心部更厚地层压粘合剂的工序。由此，确保了镜片中心部的软质中间层的形态稳定性，并且能够高效地生产进一步提高了边缘部凹凸的变形追随性的镜片。

此外，上述发明的概要没有列举出本发明全部必要的特征，这些特征组的子组合也可以构成本发明。

附图说明

图1是根据本实施例的背投显示器800的结构示意图。

图2是图1所示的屏幕500的A部分的放大图。

图3是菲涅耳透镜200的平面图。

图4是菲涅耳透镜200的截面图。

图5是表示菲涅耳透镜200的结构的第一实施例的局部截面图。

图6是表示菲涅耳透镜200的结构的第二实施例的局部截面图。

图7是表示菲涅耳透镜200的结构的第三实施例的局部截面图。

图8是菲涅耳透镜200的生产工序的一个例子的示意图。

图9是菲涅耳透镜200的生产工序的一个例子的示意图。

图10是菲涅耳透镜200的生产工序的一个例子的示意图。

图11是菲涅耳透镜200的生产工序的一个例子的示意图。

图12是菲涅耳透镜200的生产工序的一个例子的示意图。

图13是菲涅耳透镜200的生产工序的其他例子的示意图。

图14是菲涅耳透镜200的生产工序的其他例子的示意图。

图15是确认软质中间层22效果的方法的一个例子的示意图。

具体实施方式

下面，通过发明的优选实施例来说明本发明，但以下实施例并不用于限定本发明权利要求保护的范围，而且，实施例中说明的全部特征的组合并不一定是发明的技术方案所必需的。

图1表示根据本实施例的背投显示器(rear projection display)800的结构。背投显示器800包括光学引擎(optical engine)700、反射镜600及屏幕(screen)500。从光学引擎700输出的光学图像由反射镜600反射后入射到屏幕500。屏幕500通过将入射的光学图像漫射，并向观察者侧射出，从而实现适当的观察区域。

图2表示图1的屏幕500的A部分的具体结构。屏幕500包括相互平行地靠近或紧贴的菲涅耳透镜200、双凸透镜(Lenticularlens)100、以及前面板300。菲涅耳透镜200包括多个棱镜20，利用棱镜20使从光学引擎700射出的光的前进方向与基本上和屏幕500垂直的方向一致。双凸透镜100包括多个半圆柱状单透镜10，并通过单透镜10将入射的光漫射射出。前面板300在保护双凸透镜100的同时，通过施加在表面上的防炫光(Anti-Glare)(AG)处理或防反射(AR)处理，减少外界光的反射。棱镜20和单透镜10是透镜层的多个凹凸的一个例子。双凸透镜100也可以是复眼透镜(又称蝇眼透镜)。

保持部件400以使棱镜20和单透镜10相对的状态保持菲涅耳透镜200、双凸透镜100、以及前面板300的边缘端部。保持部件400设置在例如屏幕500的边缘部的上下左右四个位置。保持部件400由例如具有弹性的金属或者树脂形成。此外，屏幕500是本发明中透射式屏幕的一个例子。双凸透镜100以及菲涅耳透镜200是本发明中镜片的一个例子。当将双凸透镜100和菲涅耳透镜200中的一个作为镜片的一个例子时，则双凸透镜100和菲涅耳透镜200中的另一个是本发明中其他光学部件的一个例子。镜片也可以是包括多个圆顶状单透镜的复眼透镜。此时，多个圆顶状单透镜是本发明的透镜层中的多个凹凸的一个例子。根据屏幕500的用途，与镜片相对设置的其他光学部件使用复眼透镜、双凸透镜、漫射板、偏光板、相位差板等。

图3表示菲涅耳透镜200的平面图。图4表示菲涅耳透镜200的截面图。菲涅耳透镜200的棱镜20无间隙地排列成同心圆状。另外，菲涅耳透镜200的外形以对应于屏幕500的用途的纵横比形成。例如，当作为背投显示器800使用时，图3的横向和纵向比率大约是16∶9。横向和纵向比率的其他例子大约是4∶3。另外，如图4所示，构成菲涅耳透镜200的棱镜20的高度越向外侧去越高。

图5是表示菲涅耳透镜200结构的第一实施例的截面图。菲涅耳透镜200包括基底24、透镜层26、以及软质中间层22。透镜层26以及软质中间层22都由透明高分子材料构成。例如，透镜层26是紫外线固化性的聚氨酯丙烯酸酯树脂。另外，软质中间层22是非紫外线固化性的丙烯酸类粘合剂。基底24由透明的高分子材料或透明玻璃构成。透镜层26在菲涅耳透镜200的一个面上形成，包含多个棱镜20。基底24从多个棱镜20的相反侧支撑透镜层26。软质中间层22设置在透镜层26和基底24之间，其贮藏弹性率小于透镜层26和基底24。根据这种结构，当在棱镜20的顶端上施加外力时，通过软质中间层22变形而使透镜层26弯曲，从而分散棱镜20顶端的应力。由此，可减少棱镜20顶端的损坏，能够以高水平满足透镜的防变形和防破损的要求。

在此，构成软质中间层22以及透镜层26的高分子材料的贮藏弹性率用以下方法测量。

测量仪器：动态粘弹性测量装置(DMA)

测量方法：拉伸测量

升温速度：3℃/分

拉伸速度：1Hz

测量温度范围：-20℃～80℃

读取方法：读取各温度的贮藏弹性率(E’)。

在图2的结构中，与透镜层26相对组装的单透镜10的贮藏弹性率至少大于等于软质中间层22的贮藏弹性率。或者，软质中间层22的玻璃化转变温度小于等于单透镜10的玻璃化转变温度。由此，在透射式屏幕500组装时或者运输时，即使透镜层26与单透镜10接触，利用软质中间层22的缓冲作用也不会使其受到损伤。

此外，软质中间层22的玻璃化转变温度低于透镜层26的玻璃化转变温度。另外，软质中间层22的贮藏弹性率低于双凸透镜100的贮藏弹性率。由此，如图2所示，在保持部件400以使棱镜20和单透镜10相对的状态挟持双凸透镜100和菲涅耳透镜200时，可降低在单透镜10以及棱镜20上产生的损伤。

透镜层26在软质中间层22的一个面中被隔离成多个区域，多个区域也可以分别独立地支撑于软质中间层22上。此时，透镜层26的每个区域的动作自由度增加，因此，进一步降低了棱镜20顶端的损坏。这种方式的一例如图6所示。

图6表示菲涅耳透镜200结构的第二实施例。本实施例与所述第一实施例的不同点在于，在透镜层26中，多个棱镜20分别独立地支撑于软质中间层22上。其他方面与第一实施例相同，因此，省略其说明。棱镜20的谷部(凹部)到达软质中间层22，邻接的棱镜20之间相互隔离。根据这样的结构，棱镜20不会受到相邻棱镜20的限制，可自由地向软质中间层22的方向深入。从而，提高了在棱镜20上施加局部外力时的透镜层26的变形追随性。由此，进一步降低了棱镜20顶端的损坏。

图7表示菲涅耳透镜200结构的第三实施例。本实施例与第一实施例不同点在于，软质中间层22的厚度在菲涅耳透镜200的边缘部比在菲涅耳透镜200的中央部分厚。其他方面与第一实施例相同，因此，省略其说明。根据本实施例的结构，可确保菲涅耳透镜200的中央部分的软质中间层22的形态稳定性，并且，可提高边缘部的透镜层26的变形追随性。从而，当加压保持菲涅耳透镜200的边缘部时，可进一步降低棱镜20顶端的损坏。

图8至图12表示菲涅耳透镜200的生产方法的第一实施例。本实施例中的菲涅耳透镜200的生产方法包含软质树脂准备工序、填充工序、加压工序、固化工序、以及脱模工序。

图8表示本实施例的软质树脂准备工序。软质树脂准备工序是在基底24的一个面上以同样的厚度层压软质中间层22。基底24使用透明树脂板，该透明树脂板的面积大于菲涅耳透镜200的工作面积。基底24的材质是MS等苯乙烯类透明树脂、聚碳酸酯、以及PET等。

软质中间层22是例如以粘合片的状态准备的透明的丙烯类粘合剂。不会产生由紫外线引起的固化。或者作为其他例，软质中间层22也可以是聚氨酯丙烯酸酯树脂等透明的紫外线固化性粘合剂。当软质中间层22是紫外线固化性粘合剂时，在软质树脂准备工序中层压未固化的紫外线固化树脂，通过后述固化工序中的紫外线照射，转化为软质中间层22。软质中间层22满足以下物性。

E’(贮藏弹性率)＝0.01MPa～1MPa(15℃～40℃)

Tanδ(损耗角正切)＝0.5以下(15℃～40℃、1Hz、在每个温度下测量)

Tg(玻璃化转变温度)＝-70℃～0℃

此外，Tanδ＝E”/E’(E’：贮藏弹性率，E”：损耗弹性模量)，表示树脂的易恢复度、以及易损伤度。例如，Tanδ的值越大，该树脂越容易恢复、难以受损伤。Tg是Tanδ形成峰值的温度，表示树脂硬度。

降低作为丙烯类粘合剂的软质中间层22的贮藏弹性率的方法有降低软质中间层22的交联密度的方法、以及选择Tg(玻璃化转变温度)低的材料的方法。其中，为降低软质中间层22的交联密度，使用例如侧链中具有羧基等官能团的丙烯酸酯类单体共聚而成的主剂。官能团的量相对总单体调整为小于等于5％、最好是为小于等于1％。当选择Tg低的材料时，作为主剂使用2-乙基己基丙烯酸酯类材料、使用例如在侧链中具有羧基等官能团的单体共聚而成的共聚物。具有所述官能团的单体量相对总单体调整为小于等于5％、最好是小于等于1％。当选择Tg低的材料时，使用例如2-乙基己基丙烯酸酯共聚而成的共聚物。作为交联剂，通过相对所述共聚体固体份100混合小于等于1％的甲苯二异腈酸酯类或六亚甲基二异氰酸酯类的化合物，可得到贮藏弹性率低的丙烯类粘合剂。当降低软质中间层22的贮藏弹性率时，可提高棱镜20的损伤难度，另一方面，降低了菲涅耳透镜200的软质中间层22的形态稳定性。从而，当调整软质中间层22的贮藏弹性率时，要调整软质中间层22的形态稳定性和棱镜20的损伤难度之间的平衡到最合适。关于定量确认棱镜20的损伤难度的方法，将参照图15进行下面叙述。

图9表示本实施例的填充工序。在填充工序中，使用分配器40将透镜用未固化树脂21以未固化的状态填充到用于成形多个棱镜20的成形模具30中。透镜用未固化树脂21是固化后的贮藏弹性率高于软质中间层22的硬质紫外线固化树脂的一例。透镜用未固化树脂21是例如聚氨酯丙烯酸酯树脂等透明的紫外线固化树脂(2P树脂)。本实施例的未固化状态的透镜用未固化树脂21是粘度高的粘性流体状态。当透镜用未固化树脂21是聚氨酯丙烯酸酯树脂时，准备固化后满足以下物性的等级。此外，测量条件与上述软质中间层22相同。

E’(贮藏弹性率)＝5MPa～2000MPa(15℃～40℃)

Tanδ(损耗角正切)＝0.01～1.2(15℃～40℃、1Hz、在每个温度下测量)

Tg(玻璃化转变温度)＝15℃～60℃

图10表示本实施例的加压工序。在加压工序中，在将基底24的层压有软质中间层22的面紧贴在透镜用未固化树脂21上的状态下，相对成形模具30加压基底24。例如，通过调节辊42的高度使从成形模具30的上面到基底24上面的距离为从菲涅耳透镜200的棱镜20谷部到基底24背面的距离，在该状态下，使辊42从基底24的一端向另一端移动。另外，加压工序在将成形模具30的周围减压后的真空槽内部进行。由此，透镜用未固化树脂21不会包含气泡，从而准确填充到成形模具30的整个腔内。另外，在成形模具30中的棱镜20的腔外侧形成有阻流部32。阻流部32用于阻止在加压工序中从基底24的区域中溢出的多余透镜用未固化树脂21。

图11表示本实施例的固化工序。固化工序在大气压下进行。固化工序在加压工序后，通过从基底24侧照射紫外线，使透镜用未固化树脂21固化。紫外线照射是使用紫外线灯44。为使透镜用未固化树脂21固化，从基底24的上方使紫外线灯44发光足够时间。透镜用未固化树脂21固化后成为透镜层26。另外，作为软质中间层22的材料，使用紫外线固化性粘合剂时，也可以通过在图10所示的加压工序前，对在软质树脂准备工序中层压在基底24一个面上的未固化的紫外线固化性粘合剂照射紫外线，从而使紫外线固化性粘合剂固化。此时，在加压工序阶段中，紫外线固化性粘合剂已经结束固化，且转变为软质中间层22，因此，相对加压工序时的压力，可稳定保持软质中间层22的形状。

图12表示本实施例的脱模工序。在脱模工序中，将基底24、软质中间层22、以及透镜层26从成形模具30中脱离。此时，从基底24的一端向另一端弯曲基底24并脱模。脱模后，通过切出使用于屏幕500的区域，从而制成菲涅耳透镜200。根据以上生产方法，可高效率地生产由硬质紫外线固化树脂构成的棱镜20顶端较少损坏的菲涅耳透镜200。

图13以及图14表示菲涅耳透镜200的生产方法的第二实施例。根据本实施例的生产方法，可生产图7中说明的菲涅耳透镜200结构的第三实施例。根据本实施例的菲涅耳透镜200的生产方法，其包含软质树脂准备工序、填充工序、加压工序、固化工序、以及脱模工序。其中，软质树脂准备工序和加压工序与所述实施例不同。

图13表示本实施例中的软质树脂准备工序。本实施例的软质树脂准备工序包含：在基底24一个面中的、包含菲涅耳透镜200的中心部的区域中，以相同厚度层压丙烯类粘合剂的软质中间层22的工序；以及在包含菲涅耳透镜200的边缘部的区域中，比菲涅耳透镜200的中心部更厚地层压软质中间层22的工序。例如，将以粘合片的状态准备的软质中间层22在基底24的整体上以相同厚度层压，之后，在包含菲涅耳透镜200的边缘部的区域中，进一步局部地层压软质中间层22。填充工序与第一实施例的填充工序(图9)相同，因此省略其说明。

图14表示本实施例中的加压工序。在本实施例的加压工序中，将在包括菲涅耳透镜200的边缘部的区域上，比中心部更厚地层压有软质中间层22的基底24，用与第一实施例的加压工序(图10)相同的方法相对成形模具30加压。以后的工序与第一实施例的固化工序(图11)、以及脱模工序(图12)相同，因此省略其说明。根据本实施例的生产方法，可高效率地生产图7所示的第三实施例的菲涅耳透镜200、即软质中间层22的厚度在菲涅耳透镜200的边缘部比在中央部分厚的菲涅耳透镜200。即，可高效率地生产如下的菲涅耳透镜200：可确保软质中间层22的形态稳定性，并且，进一步提高边缘部的棱镜20的变形追随性。

图15表示定量确认软质中间层22效果的方法的一个例子。在本实施例中，以在两片玻璃板46之间，使菲涅耳透镜200的棱镜20和双凸透镜100的单透镜10紧贴的状态，将整体保持为水平。其次，从上侧的玻璃板46的上面向下施加负载。此时，优选确保玻璃板46的平行度，同时在玻璃板46整体上均匀地施加负载。例如，通过在玻璃板46上面的四角上施加均匀的负载，在双凸透镜100以及菲涅耳透镜200整体上均匀地施加负载。当逐渐加大施加在玻璃板46上的负载时，菲涅耳透镜200的棱镜20从双凸透镜100接受的外力加大，从而很快在棱镜20顶端产生可肉眼确认程度的损坏。通过测量在棱镜20顶端产生可肉眼确认程度的损坏的最小负载，可定量判断相对外力的棱镜20顶端的损坏难度。

当确定菲涅耳透镜200中的软质中间层22的厚度和贮藏弹性率时，制作使两者的值产生各种变化的样品，通过选择取得了软质中间层22的形态稳定性和棱镜20的损伤难度的平衡的样品来进行。此外，与菲涅耳透镜200的透镜层26相对的光学部件作为在屏幕500中实际组装的光学部件使用。从而，除本实施例的双凸透镜100之外，可以假设复眼透镜、漫射板、偏光板、以及相位差板等。

从以上说明中可明确，根据本实施例，当在透镜层凸部顶端上施加外力时，通过软质中间层变形可分散应力。由此，可降低凸部顶端的损坏，能够以高水平满足透镜的防变形和防破损的要求。

以上，利用实施例对本发明进行了说明，但本发明的技术范围并不仅限于上述实施例中所记载的范围。对于本领域的技术人员来说，上述实施例可以有各种更改和改进。任何修改或改进的实施例也均应包含在本发明的保护范围之内，这在权利要求范围内有明确记载。

Claims (7)

1.一种镜片，用于使光透射，包括：

透镜层，在所述镜片的一个面上形成，包含多个凹凸；

基底，从所述多个凹凸的相反侧支撑所述透镜层；以及软质中间层，设置在所述透镜层和所述基底之间，且贮藏弹性率小于所述透镜层和所述基底。

2.根据权利要求1所述的镜片，其中，

所述透镜层通过所述凹凸的谷部到达所述软质中间层而被隔离成多个区域；

所述多个区域分别独立地支撑于所述软质中间层上。

3.根据权利要求1所述的镜片，其中，所述透镜层及所述软质中间层由高分子材料制成，所述软质中间层的玻璃化转变温度低于所述透镜层的玻璃化转变温度。

4.根据权利要求1所述的镜片，其中，所述软质中间层的厚度在所述镜片的边缘部上比在所述镜片的中央部分厚。

5.一种透射式屏幕，包括：

镜片，所述镜片包括：透镜层，在所述镜片的一个面上形成，包含多个凹凸；基底，从所述多个凹凸的相反侧支撑所述透镜层；以及软质中间层，设置在所述透镜层和所述基底之间，贮藏弹性率小于所述透镜层和所述基底；

其他光学部件，与所述透镜层的所述多个凹凸相对设置，贮藏弹性率高于所述软质中间层；以及

保持部件，在使所述透镜层的所述多个凹凸和所述其他光学部件抵接的状态下，保持所述镜片及所述其他光学部件。

6.一种镜片的生产方法，所述镜片的一个面上具有由树脂构成的多个凹凸，所述生产方法包括以下工序：

软质中间层准备工序，准备片状透明基底，在该基底的一个面上层压由粘合剂构成的软质中间层，其中，所述粘合剂的贮藏弹性率低于形成所述多个凹凸的树脂；

填充工序，将硬质紫外线固化树脂以未固化的状态填充到用于成形所述多个凹凸的模具中，其中，所述硬质紫外线固化树脂固化时的贮藏弹性率高于所述软质中间层；

加压工序，在使所述基底的层压有所述软质中间层的面紧贴在所述硬质紫外线固化树脂上的状态下，相对所述模具加压所述基底；

固化工序，在所述加压工序后，通过从所述基底侧照射紫外线，使所述硬质紫外线固化树脂固化；以及

脱模工序，使所述基底、所述软质中间层、以及固化成所述凹凸形状的所述硬质紫外线固化树脂从所述模具中脱离。

7.根据权利要求6所述的镜片的生产方法，其中，所述软质中间层准备工序包括：在所述基底的所述一个面的、包含所述镜片中心部的区域上，层压所述粘合剂的工序；以及在包含所述镜片边缘部的区域上，比所述镜片的所述中心部更厚地层压所述粘合剂的工序。

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