透鏡片的樹脂組合物、透鏡片和投影屏的製作方法

2023-11-07 18:44:37 1

專利名稱：透鏡片的樹脂組合物、透鏡片和投影屏的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種形成如菲涅耳(Fresnel)透鏡片之類的透鏡片的電離輻射可固化樹脂組合物，一種使用該組合物形成透鏡部的透鏡片和一種配備該透鏡片的投影屏。
背景技術：
迄今為止，與投影屏一樣，使雙面凸透鏡和菲涅耳透鏡相互結合而形成的雙層結構的投影屏是比較常用的。在這種結構中，為了使兩個透鏡相互粘接，在實際中將一個預先已被彎曲的雙面凸透鏡片組裝到一平面菲涅耳透鏡片上，如圖1所示，這樣的一種組裝方式可使前透鏡片壓靠後透鏡片。因此，就會在經過組裝的透鏡片之間的接觸部產生壓力。例如，如圖6所示，在已經垂直形成脊雙面凸透鏡的鏡面疊加在圓形菲涅耳透鏡的鏡面上的屏幕情況下，在屏幕的左右部分主要發生線接觸，而在屏幕的垂直端部主要發生點接觸。在此投影屏中，在與雙面凸透鏡片相對的菲涅耳透鏡片的側端，其剖面大致呈三角形的每個部分與其末端的每個頂點同心排列。在與菲涅耳透鏡片相對的雙面凸透鏡片的表面上，其剖面結構形成為一半圓柱形結構。因此，組成在其接觸部具有尖銳前端的菲涅耳透鏡片的鏡面的材料(樹脂組合物)，從壓碎這方面來說必須具有一設定值或更強的機械性能。這是因為如果鏡面在上述壓力下很容易被壓碎，在透鏡片用作投影屏時，就不能獲得精美的圖像。
針對上述問題，在公開的日本專利申請JP10-10647說明書中披露了一種透鏡片，它的結構穩定性在較寬的溫度範圍時是非常優越的，通過將在透鏡片的透鏡部中使用的有源能量輻射可固化樹脂的彈性模量，在溫度範圍為-20至+40℃下設定在80至20000kg/cm2範圍內。
而且，在日本專利申請JP2000-036435中，考慮了在動力已作用於透鏡片上的情況下，在固化組成透鏡的電離輻射可固化樹脂後，動態粘彈性的耗散因數tanδ設定在一預定範圍內，由此提供一種用於其內沒有形成應力、而且柔性和可恢復性極佳的透鏡片的樹脂組合物。
但是，在上述公開的日本專利申請JP10-10647說明書中，可採用在JISK-7113中定義的彈性模量。該彈性模量是一種通過使用平膜來確定張力彈性模量的值而獲得的模量，因此據說不能是一種在放置實際電離輻射可固化樹脂的環境(接收壓力)中確實產生的模量。
而且，在樹脂組合物實際上用作投影屏時，在兩個透鏡之間產生的壓力具有較長的持續時間。即，透鏡的部分樹脂組合物具有一個用作逐漸擊退該壓力的恢復力。因此，在設計和選擇透鏡的樹脂組合物時，就必須考慮包括樹脂組合物的機械性能的時間因數。

發明內容
因此，本發明的目的是提供一種透鏡片的樹脂組合物、透鏡片和使用該透鏡片的投影屏，其中，通過在考慮到電離輻射可固化樹脂組合物實際接收的壓力和時間因數的基礎上限定機械性能，即使在任何壓力作用於透鏡片的表面上時，也能夠獲得精美的圖像，而不會使透鏡結構由於壓力產生破碎。
下面，將解釋本發明。在本發明的一個方面中，使用電離輻射可固化樹脂組合物解決上述問題，該電離輻射可固化樹脂組合物形成透鏡片的透鏡部分，其中彈性壓縮模量大於0MPa小於840MPa；蠕變變形因數大於0％小於57％。這裡提及的「彈性模量」和「蠕變變形因數」各指通過使用「小等級硬度測試機」進行測量而獲得的值，後面將會描述「小等級硬度測試機」。
而且，在本發明的第二方面中，使用電離輻射可固化樹脂組合物解決上述問題，該電離輻射可固化樹脂組合物形成透鏡片的透鏡部分，其中彈性壓縮模量大於840MPa小於3500MPa；蠕變變形因數大於-10％小於20％。
此外，在本發明的第三方面中，使用一電離輻射可固化樹脂組合物解決上述問題，該電離輻射可固化樹脂組合物形成透鏡片的透鏡部分，其中E(MPa)表示彈性壓縮模量，C(％)表示蠕變變形因數，電離輻射可固化樹脂組合物的彈性壓縮模量和蠕變變形因數具有下列關係C＜-2X×10-2E+63 而且C＞-2.6×10-3E+3
根據本發明的每個方面，有可能在用於模製鏡面的情況下，獲得一種電離輻射可固化樹脂組合物，即使在任何壓力作用於透鏡片的表面上時，也能夠獲得精美的圖像，且不會使透鏡結構由於壓力產生破碎。
在本發明的第四方面中，菲涅耳透鏡片可構成的鏡面是由如上述的其中一個方案中所述的電離輻射可固化樹脂組合物形成的菲涅耳鏡片。
而且，在本發明的第五方面中，投影屏可構成為一種配備有根據上述各方面所述的菲涅耳透鏡片的投影屏。
本發明的上述功能和效果從下面解釋的實施例中將會變得更加清楚。


圖1表示三視圖，各表示把雙面凸透鏡片組裝到菲涅耳透鏡片上以此形成屏幕的狀態；圖2表示負荷/侵入-深度曲線的曲線圖；圖3表示硬度計侵入樣品透鏡位置的視圖；圖4表示彈性模量/蠕變變形因數與壓碎評估關係的曲線圖；圖5是在圖4中關注僅針對彈性模量E和蠕變變形因數C之間的關係時，表示能夠獲得不會涉及任何壓碎問題的透鏡的範圍的曲線圖；圖6表示三視圖，各表示在其它部分產生接觸時菲涅耳透鏡和雙面凸透鏡疊加形成一整體的狀態；圖7表示從進行一種通用硬度試驗中獲得的負荷/侵入-深度曲線的視圖。
實施方式作為研究各種測試方法的結果，為了測量另外涉及電離輻射可固化樹脂組合物時間因數的機械性能，本申請的發明人已經發現小等級硬度測量設備是最適用的。而且，通過將彈性模量(E)和蠕變變形因數(C)作為通過使用上述小等級硬度測量設備進行測量而獲得測量值，本發明人還發現能夠有選擇地確定菲涅耳透鏡片的電離輻射可固化樹脂組合物，該透鏡片可被使用，而不會在它用於相關投影屏中時在它接收的壓力下產生任何問題。在下文中，將詳細地連續解釋小等級硬度測試設備、測試-樣品-準備方法、測量條件、測量項目、對通過使用在上述試驗中使用的電離輻射可固化樹脂組合物模製的菲涅耳透鏡的壓碎評估、這些試驗的測量結果和它們的分析結果。
(1)小等級硬度測試設備本申請發明實施例中使用的小等級硬度測試設備是一種通用類型的硬度測試設備，在市場上，可使用Fisher公司製造的「Fisher』觀測設備H-100V」。這種測試設備原來是一種將壓頭擠壓到樣品表面上，並在已經施加預定幅度的負荷的情況下直接讀取凹槽的侵入深度，以此確定通用硬度的設備。在這種測試設備中，本申請的發明人使作用於壓頭上的負荷在預定條件下產生變化，並測量出樣品(樹脂組合物)的各種機械性能。使用該測試設備，有可能測量各種性能(通用硬度HU的特性值、塑性硬度HUPLART、流動特性、蠕變特性、彈性恢復特性等)。在這種測試設備中，作為壓頭，使用一種尺寸精度特別高的維氏(vichers)硬度計稜錐型壓頭，測量出負荷/侵入-深度曲線的結果如圖7所示。測量出的數據使用配備在測試機上的計算機進行處理，使用該結果可獲得如附圖中用虛線表示的「彈性變形直線」、以及如附圖中用虛線表示的、由「彈性變形直線」測算出、並表示在測試負荷條件下侵入深度的「塑料變形量」hr』。而且，不僅通用硬度和侵入深度之間的關係而且其它關係都能被簡單地顯示出來。關於測試值之間這種理論上相互關係的細節，建議參考在1998年4月發行的月刊「材料-測試技術」的43卷第2期和參考單行卷「使用通用硬度測試的材料特性的評估(Evaluation of Materrial Properties byUniversal-Hardness Test)」(Cornelia Heermant，Dieter Dengel編著，KatayamaShigeo和Satoh Shigeo翻譯)。
順便提及，這種測試方法在德國測試標準(DIN標準)50359-1條件下註冊為「金屬材料的測試方法」。而且，它提出了一種定義為ISO標準的標準，該標準的委員會草案在1999年出版。
(2)測試樣品的準備方法把成為樣品的電離輻射可固化樹脂組合物塗層在菲涅耳透鏡模壓件上，厚度為200μm。此時的模具(die)溫度保持在40至42℃之間，而樹脂溫度保持為42℃。其後，通過使用制模燈(日本蓄電池(Storage Battery)有限公司製造金屬滷素燈)在UV劑量為2000mJ/cm2和峰值強度為250mW/cm2的照射條件下將紫外線照射到經過這樣塗層的電離輻射可固化樹脂組合物上，由此固化樹脂組合物。此後，將其從模牙中剝離出來，用作測試樣品。
(3)測試條件雖然如上所述，在通用硬度的測試中，壓頭被擠壓到樣品的表面上，同時侵入負荷作用於壓頭，讀取侵入深度，以此確定硬度，但本申請的發明人根據使用的壓頭逐漸將侵入負荷增加到一設定值，或將侵入負荷降低到一設定值，由此測量出樣品樹脂組合物的各種機械性能。順便提及，在這裡，作為壓頭，可使用直徑為0.4mm的碳化鎢球形壓頭。下面，參考圖2將解釋具體的測量條件。
在圖2中，點A表示測試開始前的狀態。此處在位置A中，不施加負荷(縱軸)，因此具有一個值零，而壓頭侵入深度(橫軸)的值也同樣為零。在點A上，壓頭下端部的前端處於與樣品表面非常輕微接觸的狀態。設定壓頭下端部前端的位置，同時使用顯微鏡確定該位置，這樣它就可能在距離菲涅耳透鏡樣品中心2至3mm的附近落在透鏡截面長度的中心位置上(見圖3)。
從這種狀態開始，通過用0.1秒的時間間隔將侵入過程劃分為100個階段，作用於壓頭上的負荷逐漸增加直到負荷變為20Mn(在圖2中從點A到點B)。在圖2中，點B表示施加最大負荷Fmax(這裡為20Mn)的時間，即，發生最大變形的時間。在該負荷作用下，壓頭保持大約60秒，從而對樣品產生所謂的「壓碎變形」(從點B到點C)。在圖2中，侵入深度(C-B)μm表示壓碎變形量。其後，壓頭以一秒的時間間隔在40階段內被提高直到測試機達到最小負荷(0.4mN)(從點C到點D)。而且，在測試機的最小負荷(0.4mN)狀態下，壓頭保持大約60秒(從點D到點E)。在圖2中，侵入深度(D-E)μm表示在施加最小負荷時壓碎變形的量；侵入深度(E-A)μm表示變形的剩餘量；而且侵入深度(hmax-E)μm表示變形的恢復量。
通過使用球形壓頭將負荷作用於樣品樹脂組合物上的原因是雙面凸透鏡和菲涅耳透鏡結合的壓碎部分是點接觸部分，其中雙面凸透鏡結構垂直放置，菲涅耳透鏡結構水平放置，因此點負荷極好地重現這種實際現象。而且，最大負荷Fmax設定為20mN的原因是因為兩個透鏡之間的壓力接觸是相當低的，對其進行實際測量是比較困難的，在最大變形量時，由於其位移的作用使參考樹脂產生變形程度為10μm的條件設定為負荷的最大值。使最大變形量大致為10μm左右的原因是基於這樣的觀點(參考日本專利申請公開出版物JP2000-155203的說明書中第「0018」段)在該說明書中公開了「透鏡的變形量通常在其外周部具有0.01mm的容限變形量，這是因為即便在此時，透鏡也不允許任何光束從光源穿過此處」。
(4)測量項目確定本發明樹脂組合物的機械性能參數，即，彈性模量(E)和蠕變變形因數(C)是可從上述負荷位移環(圖2)中經過分析得出來的。這裡，在前述項目下的步驟可重複三次，由此作為每次測量項目時獲得的彈性模量(E)和蠕變變形因數(C)，使它們的值平均為算術平均值。進而，把這些值記錄為測量值。
把彈性模量(E)和蠕變變形因數(C)表示如下。
(a)彈性模量EE＝1/(2(hr(2R-hr))1/2·(hmax)Δh(ΔF-(1-υw)/Ew)＝1/(5.586·hr·(hmax)Δh/ΔF-7.813×10-7)這裡，hr表示在測試負荷為最大值時(負荷下降的區域，圖2中用點C、D和hmax包圍的區域)，負荷位移曲線的切線與侵入深度軸線的交點(單位mm)。
還有，Δhmax/ΔF表示在測試負荷為最大值時(負荷下降的區域，圖2中用點C、D和hmax包圍的區域)，在負荷位移曲線上的反向上升量。單位為mm/N。
此外，υw表示碳化鎢的泊松比率(＝0.22)；Ew表示碳化鎢的彈性模量(5.3×105N/mm2)；R表示球形壓頭的半徑(0.4mm)。
僅作為參考用，在使用維氏硬度計壓頭(鑽石)情況下，彈性模量E表示如下。
E＝1/(4tan(2/α)hr·(hmax)Δh/ΔF/π1/2-(1-υdia)/Edia)這裡，α表示角度為136°的維氏硬度計壓頭的頂角；υ表示鑽石的泊松比率(＝0.25)；Edia表示鑽石的彈性模量(1.2×106N/mm2)。
(b)蠕變變形因數CC＝(h2-h1)·100/h1這裡，h1表示負荷已經達到保持在固定值(圖2中點B)的測試負荷(這裡為20mN)時的侵入深度；h2表示在測試負荷保持為現狀時，經過預定時間長度(60秒)(圖2中點C)後的侵入深度。單位是mm。
(5)壓碎評估由電離輻射固化樹脂組合物模製而成的菲涅耳透鏡片與預定塊數的雙凸透鏡片共同結合，其四側使用膠帶固定，採用上述方法測得該樹脂組合物的彈性模量(E)和蠕變變形因數(C)。然後每個組件被安裝在由木製框架製成的相應不同尺寸的電視上，組成一電視設備，用肉眼觀察白色的螢光屏。經過一個小時後，每個被壓碎的菲涅耳透鏡片記錄為標記「·」，而每個被識別為未壓碎的菲涅耳透鏡片記錄為標記「o」。(見圖4)。
(6)測試結果每個電離輻射固化樹脂組合物的彈性模量(Y)和蠕變變形因數(C)、以及每個由對應其中一個電離輻射固化樹脂組合物模製而成的菲涅耳透鏡片被壓碎的評估結果收集在表1中。而且，沿橫坐標和縱坐標軸繪製彈性模量(E)和蠕變變形因數(C)，測試的壓碎評估結果如圖4所示用上述的標記「o」和「·」表示。
表1


(7)測試結果分析本申請的發明人對上述測試結果作了他的分析，進而得出了下面認識到的結論。首先，他將測試的電離輻射固化樹脂組合物分為一個每個彈性模量較低(軟)的一組和每個彈性模量較高(硬)的另一組。他發現在軟組的情況下，在彈性模量E大於0Mpa小於840Mpa，而且蠕變變形因數大於0％小於57％，最好大於3％小於55％，或者最佳情況是在彈性模量E大於38MPa小於412Mpa，而且蠕變變形因數大於3％小於55％時能夠獲得不會產生任何壓碎問題的透鏡。還有，在硬組的情況下，他發現在彈性模量E大於840MPa小於3500MPa而蠕變變形因數大於-10％小於20％，或者最好大於-6％小於20％時能夠獲得不會產生任何壓碎問題的透鏡。
而且，他還發現由於僅注意了電離輻射固化樹脂組合物的彈性模量E和蠕變變形因數C之間的關係，如果用於模製電離輻射固化樹脂組合物的關係式為C＜-2×10-2E+63和C＞-2.6×10-3E+3(在圖5中用直線m，n和E＝0包圍的區域)，就能夠獲得不會產生任何壓碎問題的透鏡。
順便提及，在前面的描述中，已經給出了用於模製菲涅耳透鏡片的電離輻射固化樹脂組合物的解釋，該菲涅耳透鏡片與雙面凸透鏡片結合用於投影屏中。但是，本申請的發明技術理念並不局限於此，而是適用於任何由其它樹脂組合物模製而成的光學透鏡，這種透鏡的前端是尖銳的，透鏡的前端部在其壓碎方向上承受壓力。
而且，本發明並不局限於上述實施例，但是允許在沒有脫離或違背從權利要求書保護範圍或整個說明書中獲知的本發明的技術主題或理念的情況下作適當的修改。根據這些修改的得出的透鏡片的樹脂組合物、透鏡片和投影屏也包含在本發明的技術範圍中。
工業實用性正如上面所解釋的，通過將電離輻射固化樹脂組合物的彈性模量E和蠕變變形因數C設定在一個範圍中，該範圍介於利用實際接收到的壓力預定的值和被考慮的時間因數之間，即使在任何壓力作用於由該電離輻射固化樹脂組合物模製而成的透鏡片表面上時，它也能夠獲得精美的圖像，而不會使透鏡結構產生任何壓碎。
權利要求
1.一種電離輻射固化樹脂組合物，該電離輻射固化樹脂組合物形成透鏡片的透鏡部分，其中彈性壓縮模量大於0MPa小於840MPa；蠕變變形因數大於0％小於57％。
2.一種電離輻射固化樹脂組合物，該電離輻射固化樹脂組合物形成透鏡片的透鏡部分，其中彈性壓縮模量大於840MPa小於3500MPa；蠕變變形因數大於-10％小於20％。
3.一種電離輻射固化樹脂組合物，該電離輻射固化樹脂組合物形成透鏡片的透鏡部分，其中E(MPa)表示彈性壓縮模量，C(％)表示蠕變變形因數，該電離輻射可固化樹脂組合物的彈性壓縮模量和蠕變變形因數具有下列關係C＜-2×10-2E+63而且C＞-2.6X×10-3E+3
4.一種菲涅耳透鏡片，它具有由權利要求1至3中任一個所述的電離輻射固化樹脂組合物形成的透鏡表面。
5.一種投影屏，它配備有權利要求4所述的菲涅耳透鏡片。
全文摘要
本發明提供一種透鏡片的樹脂組合物、透鏡片和投影屏，其中，通過在考慮到實際作用於電離輻射可固化樹脂組合物的壓力和時間因數的基礎上限定機械性能，即使在任何壓力作用於透鏡片的表面上時，也能夠獲得精美的圖像，而不會使透鏡結構由於壓力產生破碎。透鏡片使用一電離輻射可固化樹脂組合物模製而成，該組合物的彈性壓縮模量大於0MPa小於840MPa；蠕變變形因數大於0％小於57％；或者彈性壓縮模量大於840MPa小於3500MPa；蠕變變形因數大於－10％小於20％；或者在E(MPa)表示彈性壓縮模量，C(％)表示蠕變變形因數時，電離輻射可固化樹脂組合物的彈性壓縮模量和蠕變變形因數具有下列關係C＜－2×10
文檔編號G03B21/60GK1505763SQ01823179
公開日2004年6月16日 申請日期2001年12月21日 優先權日2001年4月24日
發明者土井康裕 申請人:大日本印刷株式會社