整體式背投顯示屏幕及其制作方法

專利名稱：整體式背投顯示屏幕及其制作方法
技術領域：
本發明涉及背投屏幕及其制作方法，尤其涉及整體式背投屏幕 及其制作方法。
背景技術：
大屏幕背投顯示技術正在迅速擴展，應用領域主要包括學術 交流、遠程教育、工業、交通、鎮:路、航運、航空、7>安的監控和 指揮、影祝放映、實況轉播、廣告、科技、文化信息發布和接收， 各種大小型軍事演習模擬現場訓練等。大屏幕、屏幕拼接墻及超大 背投顯示屏幕具有4艮大的應用空間。投影屏幕分為正投式顯示屏幕 和背投式顯示屏幕。正投式顯示屏幕(筒稱正投屏幕)是觀眾和投 影機處于同側的屏幕，其利用屏幕表面的弟:射物質將光線向四周散 射。正投屏幕亮度低，對比度小，且易受環境光線的影響，只適合 在黑暗的室內觀看，而且由于觀眾和投影機處于屏幕的同側，如果 有人在屏幕前面進行講解的話，將妨礙投影效果。背投式顯示屏幕 (簡稱背投屏幕)是一種透射屏幕，觀眾和投影機處于屏幕的兩側， 顯示效果大為改善，所以，背投i示屏幕的需求日益增加。背投屏幕通常被設計成把投射到屏幕背面的圖像射入觀察空 間。投射系統的觀察空間可能相當大(背投模擬訓練器)或相當小(如 背投數據監視器)。背,幕的性能可用各種屏幕特性來描述， 一般 包括增益、視角、分辦率、對比度、存在的色斑等不希望的人為現 象等。 一般希望背投屏幕具有高分辨率、高對比度和大增益，還希望屏幕能在大的觀察空間內散布光。不幸的是，當一個屏幕特性改 進后， 一個或多個其它屏幕特性往往會變劣。例如，為了提高屏幕 增益，就必須減小便于觀看屏幕的視角。結果，為了制造特定背投 顯示裝置總體上可以接受的性能的屏幕，要在屏幕特性與性能方面 作一些折衷。因此，對屏幕提出了一個要求，即在滿足使用該屏幕 的背投顯示裝置所需的最低性能標準的同時，要求總體性能有提 高。現有技術中提供了各種類型的背投屏幕，例如毛玻璃式背投 屏、菲涅耳透鏡型背投屏幕、微珠型背投屏幕等。毛玻璃式背投屏幕的亮度低、清晰度差。微珠型背投屏幕早在上個世紀40年代初期就見于文獻記栽，例如美國專利U52，378，252 申記敘了一種透光屏幕或背投屏幕，這種屏幕包括透光支承體、支 承體一個側面上的單膜層吸光膜層、多個折光小球體。所用折光小 球體為玻璃小球體、天然樹脂小球體或合成樹脂(例如聚甲基丙烯酸 甲酯)小球體作為透光材料，小球體的直徑因屏幕本身的大小而異， 一般在3um至幾mm范圍之間。這種屏幕不但可在黑暗環境下4吏用， 而且也可在明亮環境下4吏用。不過，明亮條件下，投影光源強度須 比黑暗條件下強20倍。數十年來，由于種種原因，例如 生產 方法所處的沖支術狀態所致的成本高昂，微珠型背投屏幕的結構和制 造方法方面一些技術難點未能囷滿解決等等，使之未能得到廣泛應 用。美國專利US^，204.971中記栽了一種背投式屏幕，這種屏幕為 三膜層結構，即逸明底板、不透明粘結膜層和鑲嵌于不透朋粘結膜 層中的玻璃樹:珠單顆粒層，其中所用微珠為普通玻璃m^，其折射 率不大于1.70(1.5-1.7)。由于所用^t^的折射率小，致使制得的背 投屏幕增益低，酮象的亮度和清晰度均有待提高。中國專利CN 1428649A中記載的三層膜結構的背投屏幕，雖然在微珠折射率等方面進行了改善，性能有所提高，但是生產工藝仍然非常復雜，微 珠的顆粒尺寸仍然很大，使得膜層厚度也較大，影響屏幕的清晰度。美國羅姆兩合公司申請的CN 1592868中的背投屏幕也是通過 球形塑料顆粒的折射原理制備的，因為球形塑料顆粒的粒徑較大， 因此涂層較厚，會影響增益和清晰度，因此也不能提供非常理想的 圖像。中國專利申請公開號CN1641478A中披露了一種光成像功能 膜，由重量比65-98%的主體材料、1-20%的納米微粒和1-30%的 助劑制成，所述主體材料包括聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚丙烯 酸酯、聚酖胺、聚酰亞胺和聚氨酯，納米微粒為Ti02、 Ti02/Si02、 氧化鐵、云母、Ti02/云母、鋁銀粉等。中國專利申請公開號 CN1392163A中披露了一種納米型投影顯示屏材料。但是，這些屏 幕皆不能做到對比度、亮度和清晰度的良好統一或者平衡，在顯示 效果上尚不及菲涅耳透鏡型屏幕。而且這些現有技術中的背投屏幕 通常需要M，例如塑料基板或玻璃基板，通過涂覆的方法在^ 上形成光透射膜。采用這種技術存在的缺陷是難以形成均勻的膜， 而且膜的厚度較薄而容易損壞，并且受到a的制約。菲涅耳透鏡型背投屏幕一般包括菲涅爾透鏡、柱面鏡以及光散 射層。菲涅耳透鏡型背投屏幕雖然效果比毛玻璃式背投屏亮度高， 清晰度有所提高，但是由于菲涅耳鏡及柱面鏡的加工精度要求非常 高，所以成本非常高，且制作成超大尺寸的屏幕非常困難，滿足不 了日益增長的需求。中國專利CN 2313233Y提供了一種通過模具加 熱壓力成型菲涅爾透射形式板面和爭圓柱狀部分的背投屏幕，其中 在面對，見眾的半圃柱狀部分的側面上i殳置一層漫反射吸光的擴散 光層(光^:射層)。而且由于柱面等結構對光具有特定的方向性。 使投射到屏幕上的光被折射或反射到不同的角度，因此，使垂直方向和水平方向的光的強度不均勻。中國專利CN2313233Y還提供了一種通過模具加熱壓力成型平面型幕基基板和旋纟丈散射板面，通過 在基板面對觀眾成像的一側i殳置一層高密度漫反射吸光的擴散光 層，這種^支術的加工工藝仍相對復雜，而且也存在擴散光層不均勻 的問題。如果擴散光層損壞，則該背投屏幕就無法使用。因此，需要一種結構和生產工藝更簡單、具有更高機械強度的 且沒有光散射層的高質量背投屏幕。發明內容為了解決現有技術的問題，本發明提供了 一種通過洗鑄方式一 次成型的整體式背投屏幕，該屏幕包含一菲涅爾透鏡部分。本發明提供一種整體式背投屏幕，由以下部件組成菲涅爾透 鏡部分，具有多個梯形鬮環，用于將光線匯聚成平行光，所述梯形 圃環"i殳置在光源一側；光散射部分，與所述菲涅爾透鏡部分連接成 一整體，所述光^t射部分具有一設置在面向觀眾一側的平面；其中 所述菲涅爾透鏡部分和光Jt射部分由相同的樹脂組合物形成，所述 組合物主要由以下成分構成樹脂材料，用于形成透明的并作為容 納納米功能材料的基體；納米功能材料，粒徑小于100納米，用量 為樹脂材料重量的0.2-10%;納米級對比度調節材料，其選自由深 色納米無機顏料和深色有機染料構成的組，粒徑小于100納米，用 量為樹脂材料重量的0.03-0.1%o。^L據本發明的背4SJ^幕，其中所迷樹脂材料選自由聚乙烯、聚 丙烯、聚氟乙烯、聚苯乙烯、聚烯醇、聚(甲基)丙烯酸酯、聚酰 胺、聚酰亞胺、聚乙縴醇縮丁醛組成的組。根據本發明的背投屏幕，其中所述納米功能材料選自由硅基氧 化物、氧化鋁、氧化鋯、氧化鑭、氧化鈦、氧化鈰、氧化鴿、氧化 鉭、氧化鋇、石克酸鋇、氧化4乙或其混合物構成的組。根據本發明的背投屏幕，其中所述對比度調節材料選自由氧化 鎳、鉻黑、鐵黑、鈷黑、石墨、碳黑、黑色云母鐵礦、苯胺黑、蒽 醌黑、普魯士藍、群青藍、鈷藍、銅酜藍和陰丹酮構成的組。根據本發明的背投屏幕，其中所述菲涅爾透鏡部分和光散射部 分通過澆鑄或注射工藝同時形成。根據本發明的背投屏幕，其中所述屏幕還包括一保護面板(30) 與所述光"lt射部分(20)的面向觀眾一側的平面(21 )連接在一起。本發明還提供一種通過澆鑄方式生產整體式背投屏幕的方法， 包括以下步驟1 )提供用于通過澆鑄形成整體式單層背投屏幕的組合物，該 組合物包括樹脂材料，作為用于容納納米功能材料的基體，所述 樹脂材料在固化前為液體；納米功能材料，粒徑在l-100nm的范圍， 用量為樹脂材料重量的0.2-10%;納米無機顏料或有機染料，其選 自由深色納米無機顏料和深色有機顏料或染料構成的組，粒徑小于 100納米，用量為樹脂材料重量的0.03-0.1%o;2) 提供第一模板和第二模板以制作模具，所迷第一模板具有 平板形狀，所述第>=^|板具有菲涅永透鏡形狀的凹陷部；3) 在所述第一模板和第二模板之間靠近邊緣的部分設置間隔 物并組合，用密封材料進行至少三面密封，形成具有用于容納組合 物的空腔的模具；4) 將所述組合物注入到所述^中；5) 固化所速組合物，去除模具，得到整體式背投屏幕。根據本發明的方法，其中所述笫一模板和第二模板選自玻璃、 金屬、塑料、木材或陶乾材料。根據本發明的方法，所述第一才莫板和第二模板密閉結合，所述 模具中設置有組合物注入口 。根據本發明的方法，還包括在注入組合物前對所述第一才莫板和 /或第二模板用脫模劑進行處理的步驟。根據本發明的方法，還可以包4套在組合物注入前抽真空的步 驟，以便完全去除組合物中的氣泡。根據本發明的方法，注入組合物時，使組合物沿著模板的側面 流下，以避免帶入空氣而形成氣泡。根據本發明的方法，固化樹脂組合物時采用熱固化或輻射固化。根據本發明的方法，其中，所述第一模板的內表面或外表面經 過亞光處理。根據本發明的方法，其中，在去除模具時，去除所述第二才莫板、 間隔物和密封材料，而使所迷第一模板與所述背投屏幕保持連接， 所述第一模板成為所迷背投屏摹的保護面板。本發明還提供一種背投式投影系統，其包括投影機以及根據本 發明的方法制作的整體式背投屏幕。本發明還提供一種用于通過澆鑄方式生產整體式背投屏幕的模具，包括第一i^L和第二模板，所述第一模板具有平板形狀，所 述第二模板具有騅涅爾透鏡形狀的凹陷部，所述凹陷部具有多個梯形圓環，所述第一模板和第二模板的邊緣之間通過形間隔物分隔密 封，形成一空腔。本發明所提供的單層澆鑄型納米背投屏幕具有高視角、高對比度、色彩自然柔和的優良效果。據測定分辨率為大于30線對，對 比度為500: 1，增益為0.5-2.5，可視角大于160度，色彩自然柔和 不刺眼。根據本發明的背投屏幕具有足夠的機械穩定性，屏幕表面可以 一般的洗滌用品清洗。根據本發明的背投屏幕具有髙圖像穩定性，觀眾可在長時間內 觀察所呈現的信息而不易產生視覺疲勞。根據本發明的組合物經過砂磨分軟處理，可以提高分散程度和 組合物的穩定性。由于菲涅爾透鏡部分與光散射部分整體成型，使 屏幕的制作工藝簡化并可提高屏幕的亮度。附躅說明

圖1是根據本發明的第一實施例的背投屏幕的正面立體示意圖。圖2是根據本發明的第一實施例的背投屏幕的背面立體示意圖。圖3是根據本發明的另一實施例的背投屏幕的正面立體示意圖。務沐實施方式根據本發明的第一方面，提供一種整體式背投屏幕，如圖l和圖2所示。該背投屏幕l由以下部件組成菲涅爾透鏡部分IO,具 有多個梯形圓環ll，用于將光線匯聚成平行光，所述梯形圓環設置 在光源一側；光散射部分20,與所述菲涅爾透鏡部分10形成一整 體，所述光^t射部分具有一f殳置在面向X!i眾一側的平面21;其中所 述菲涅爾透鏡部分和光散射部分由相同的樹脂組合物形成，所述組 合物主要由以下成分構成樹脂材料，用于形成透明的并作為容納 納米功能材料的基體；納米功能材料，粒徑小于lOOnm,用量為樹 脂材料重量的0.2-10%;對比度調節材料，其選自由深色納米無機 顏料和深色有機顏料和染料構成的組，粒徑小于100納米，用量為 樹脂材料重量的0.03-0.1%o。根據本發明的整體式背投屏幕，由于采用澆鑄成型工藝，菲涅 爾透鏡部分和光散射部分整體成型，由于具有光散射作用的納米功 能材料均勻地分布在樹脂基體中，所以菲涅爾透鏡部分和光散射部 分都具有光散射的作用，因此不需JH象CN 2313233Y那樣另外設置 光^L射層或擴散光層，且不需要柱面鏡。也就是說，菲涅爾透鏡部 分除了具有匯聚光線的作用外，還具有光"ft射的作用，當然該部分 由于具有菲涅爾透鏡的結構，其以匯聚光線的作用為主。菲涅爾透 鏡部分和光散射部分的厚度可以根據需要調整。菲涅爾透鏡部分的 梯形圓環呈旋紋形式，旋紋間距為大約0.015mm至0.8mm，旋紋槽 深大約為0.15mm至0.25mm，刼旋紋間距和槽深可以根據屏幕的尺 寸、性能要求和模板的精度進行調整。在本發明的另一實施例中，提供了一種具有保護面板30的背 投屏幕，如困3所示，所述保護面板30與所述光散射部分加的面 向觀眾一倒的平面21連接在一起。該保護面板劉可由一塊透明模板形成。用于本發明的樹脂材料的種類沒有嚴格限制。
一般說來，具有 較好的透明度的高分子材料都可以適用的。由于本發明采用洗鑄的 成型工藝，所用的樹脂材料在固化前應為具有較好流動性的液體， 適用于本發明的樹脂材料包括熱固化樹脂和光固化樹脂，固化前可 以為單體或低聚物。適用于熱固化樹脂的單體或低聚物的例子包括但不限于聚烯烴類如聚乙烯、聚丙烯。聚氯乙烯、聚苯乙烯等；聚 烯醇類如聚乙烯醇、聚丙烯醇等；聚丙烯酸酯類如(甲基)聚丙烯 酸甲酯、(甲基)聚丙烯酸乙酯；聚酰胺類；聚亞酰胺類；硝基清 漆和聚乙烯醇縮丁^，其中優選聚乙烯醇縮丁醛。在這種情況下， 優選加入常用量的引發劑，例如二笨甲酮、過碗酸銨、偶氮二異丁 腈等等。另外，可選地4吏用適量的溶劑或稀釋劑，這些溶劑或稀釋 劑可以是烷烴如己烷、庚烷，環烷烴如環己烷，芳烴如苯、甲苯、 乙苯，^f氐級醇如乙醇、丙醇，4氐^^羧酸酯如乙酸乙酯、乙酸丁酯、 丁酸乙酯或其混合物。由于本發明采用淡鑄的成型方法，優選不使 用或少使用溶劑或稀釋劑。光固化樹脂通常包括可聚合的單體或低聚物，可選的適量稀釋 劑，包括活性稀釋劑和非活性稀釋劑以及適量引發劑。所謂活性稀 釋劑是指其在固化過程參與聚合，而非活性稀釋劑是指在固化過程 中不參加反應而^5C^稀釋作用。適用于本發明目的的光固化樹脂的 低聚物的例子包括但不限于丙烯酸樹脂或甲基丙烯酸樹脂；不飽 和聚酯，如二元醇(乙二醇、多縮乙二醇、丙二醇、多縮丙二醇， 1，4-丁；醇)與不飽和二元羧酸的共聚物(馬年羧酸、馬來酸肝、 富馬酸中的至少一種)，在這種情況下，優選;^入一些飽和羧酸如 (間)鄰苯二甲酸、丁二酸、己二酸、壬二酸作為柔性調節劑；環 氧丙砵酸酯，如雙酚A環氧丙烯酸酯、酚醛g丙烯酸酯、胺改性 環氧丙烯酸酯、磷酸(酯)改性環氧丙烯酸酯、卣代環氧丙烯酸酯、 長鏈脂肪酸改性環氣丙烯酸酯、硅氧烷改性環氧丙烯酸酯、環氧化 油丙烯酸酯；聚氨酯丙烯酸酯，如異佛爾鯛二異氰酸酯與聚乙二醇的4氐聚物、異佛爾嗣二異氰酸酯與聚丙二醇的低聚物、1，4-二環己 基甲烷二異氰酸酯與聚(1，4-丁二醇)的低聚物；聚酯丙烯酸酯， 如丁二酸-乙二酵-丙烯酸酯共聚物，己二酸-丙二醇-甲基丙烯酸酯共 聚物；聚醚丙烯酸醏，如多乙^/f匕三羥甲基三丙烯酸酯；丙烯酸 酯化聚丙烯酸樹脂；環氧樹脂，如雙酚A環氧樹脂、酚醛環氧樹脂， 聚醚二醇縮7jc甘油醚；光固化聚硅氧烷，如丙烯酸酯化聚石圭氧烷， 環氧官能化聚硅氧烷等。優選環氣丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯、聚胺 酯丙烯酸酯、環氣化油丙烯酸酯、長鏈脂肪酸改性丙烯酸酯化樹脂。適用于本發明目的光固化樹脂的引發劑的例子包括但不限于 二苯甲酮、苯偶姻、苯偶酰衍生物(如a，a-二甲氧基-a-苯基苯乙酮 (DMPA) 、 二烷氣苯乙酮、a-羥烷基苯酮、a-胺烷基苯酮(如2-甲基_ 1 - [4-甲巰基苯基]-a-嗎啉丙酮(MMMP )以及苯甲酰甲酸酯等。適用于本發明目的的光固化樹脂的活性稀釋劑的例子包括但 不限于甲基丙烯酸-P-^乙酯(HEMA)、丙烯酸異冰片酯(BOA)、 月桂酸甲基丙烯酸酯(LMA) 、 1，6-己二醇二丙烯酸酯、二/三縮丙 二醇二丙烯酸酯(TPGDA)、三羥甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)、 季戊四醇四丙烯酸酯(PET4A)等。本文中的"納米功能材料"是指因其具有的光的散射、折射或 吸收方面的特性而能夠用于調節光散射層的光學性能尤其是成像 性能的無機材料。適用于本發明的納米功能材料可以是能夠調節光散射性的無 機納米材料或有機納米材料，該納米功能材料主要是穩定的金屬或 非金屬氣化物以及鹽，包括但不限于納米硅基氧化物Si02—x、納米 氧化鋁、納米氧化鋅、納米氣化鋯、納米氧化鑭、納米氧化鈦、納 米氣化鈰、納來镅化合物(氣化銅或^L^^)、納米氣化4乙或其混 合物，皿包括納米硅基氧化物Si02-x。該納米功能材料粒徑可以為lOOnm以下，例如10-90nm，20-80nm，或25-90nm，優選20-60nm, 更優選2040鵬。本發明的發明人發現，高的比表面積，例如大于600m2/g、優 選大于650m2/g、更優選大于700m2/g,對實現本發明的目的是有利 的，用這樣的組合物來本發明的用于光學成像的組合物，能得到很 較好的亮度，并且更加有利于削弱甚至避免"太陽效應"。當使用 納米硅基氧化物時，化學式Si02—x中x值在0.2-1之間，粒徑在100 納米以下，優選為20-80nm，更優選20-60nm，最優選20-40nm。 現有技術中的納米微粒也可以用于本發明。為了增加納米功能材料 與樹脂材料的結合，可以使用現有的表面活性劑或偶聯劑(例如硅 烷偶聯劑)對納米功能材料的微粒進行表面處理。在本發明中，對比度調節材料主要為納米無機顏料或染料，其 選自由氧化鎳、鉻黑、鐵黑、鈷黑、石墨、碳黑、黑色云母鐵礦、 苯胺黑、蒽醌黑、普魯士藍、群青藍、鈷藍、銅舦藍和陰丹酮構成 的組，優選為納米無機顏料，如氧化鎳、鉻黑、鐵黑、鈷黑、石墨、 碳黑、黑色云母鐵礦，最優選碳黑，其粒徑優選小于60納米，最 優選小于40納米。通常情況下使用黑色顏料，例如碳黑。也可以 根據需要使用其它深色染料或顏料，例如褐色、深棕色、藍色、紅 色等。在本發明的用于通過洗鑄形成單層背投屏幕的組合物中，納米 功能材料的用量為樹脂材料重量的0.2-10%,優選0.5-5%，更優逸 0.8-2%;納米無機顏料或有機染料的用量為樹脂材料重量的0.03-0.1 %。。使用其的主要目的是增加對比度，其用量可以根據需要進行調 整。用于本發明的樹脂材料通常為無色透明材料，在有些情況下， 有些樹脂材料或其中所用的添加刑具有顏色，在如果該樹脂材料具 有較好的透明度，有色的樹脂也可以使用，這時可以減少對比度調 節材料的用量甚至不使用納米無機顏料或染料。在本發明的用于通過洗鑄形成單層背投屏幕的組合物中，可選 地包括樹脂中常用的添加劑，但是添加劑不能影響樹脂的透明度。根據本發明的第二方面，提供一種通過澆鑄方式生產整體式背投屏幕的方法，包括以下步驟1 )提供用于通過澆鑄形成整體式單層背投屏幕的組合物，該 組合物包括樹脂材料，作為用于容納納米功能材料的基體，所述 樹脂材料在固化前為液體；納米功能材料，粒徑在l-100nm的范圍， 用量為樹脂材料重量的0.2-10%;納米無機顏料或有機染料，其選 自由深色納米無機顏料和深色有機顏料或染料構成的組，粒徑小于 100納米，用量為樹脂材料重量的0.03-0.1%。；2) 提供第一模板和第二模板以制作模具，所述第一模板具有 平板形狀，所述第二模板具有菲涅爾透鏡形狀的凹陷部；3) 在所述第一模板和第二4莫板之間靠近邊緣的部分設置間隔 物并組合，用密封材料進行至少三面密封，形成具有用于容納組合 物的空腔的模具；4) 將所述組合物注入到所述才莫具中；5) 固化所述組合物，去除模具，得到整體式背投屏幕。本發明的方法所用的模具主要是兩塊模板，第一模板具有平氺反 形狀，第二模板具有菲涅爾透鏡形狀的凹陷部。成型后的屏幕的一側是平面，另一側是菲涅爾透鏡部分的多個梯形圓環.可選地，第 一模板還可以設置一與第二模板的凹陷部連通的凹腔以增大屏幕 的厚度，該凹腔具有平坦的底面，這樣第<^#板的凹陷部與第一模 板上的凹腔連通構成模真的用于容納組合物的空腔。第一模板也可以不設置凹腔，這樣該第一;^板為一塊平板。第一才莫板和第二模板 的材質選自玻璃、金屬、塑料、木材或陶瓷材料，優選玻璃、塑料， 最優選玻璃。模板之間的間隔物可以選用與模板相同的材料。間隔物一般為 長條形，以便在邊緣部分將兩塊模板分開一定距離(對應于屏幕的 厚度)。通常，對于方形屏幕，長條形的間隔物連接成U形，將兩 塊模板之間的下側和左右兩側進行三面密封(上側用于洗鑄組合 物)。密封材料是為了將間隔物和才莫板密封以免組合物泄漏。如果 間隔物與模板能夠緊密結合，只需要在接合處使用少量密封材料即 可，甚至不使用單獨的密封材料(間隔物同時起間隔和密封的作 用)。模板的內表面優逸用齢漢劑處理，以便去除模具時容易分離， 如果在不用脫模劑的情況下就能容易地與固化的組合物分離，則不 需要使用脫模劑。脫模劑可以選用高分子澆鑄成型中常用的脫模 劑。澆鑄口優選設置在沒有密封的上側，但也可以設置在兩塊4H板 中之一上或者同時設置在兩塊模板上。可選地，將兩塊模板四面密 封，只在上側留出洗鑄口和排氣口。可選的，在澆鑄時如果需要進 行抽真空(除氣)，可以在^il板頂部(上邊)在兩側留出兩個開口， 一個用于澆注組合物，另一個用于連接真空泵。第一模板和第二^l板通過卡具固定。注入組合物時，優選使組 合物沿著模板的側面流下，以避免帶入空氣而形成氣泡。固jf匕樹脂 組合物時可以根據所用的樹脂采用熱固化或光固化(輻射固化)。 根據本發明的方法，、還包括計算所需透明樹脂的量和稱取所述量的 組合物的步驟。組合物在注入前可進行抽真空除氣。可選地，本發明的背投屏幕也可以通過注射成型工藝來制作。 這種情況下，需要以熱塑性樹脂材料為基體材料制備納米功能材料 和對比度調節材料的預M體。然后通過注射成型。根據本發明，還提供了制備用于通過澆鑄形成整體式背投屏幕的組合物的方法，包括以下步驟第一步，稱料，稱取一定量的樹 脂，以樹脂的質量為基準稱取0.2-10 %納米功能材料，以及0.03-0.1 %。的上述納米級對比度調節材料。第二步，表面處理，可選地先將 納米功能材料進行表面處理，以增加它們與樹脂材料的結合能力； 然后將經過處理的納米功能材料加入到全部樹脂的10% ~ 20%的樹 脂中。第三步，進行分敎處理，在高速攪拌下(1000r/min以上)， 混合物進行砂磨分散處理。所謂砂磨就是在混合物中加入粒徑為 2-10mm的石英砂進行高速砂磨處理，使其分敉更佳均勻。第四步， 將分軟均勻的混合物與剩余的樹脂(大約總樹脂的80-卯％ )混合， 高速攪拌均勻，去除石英砂，得到用于通過澆鑄形成整體式單層背 投屏幕的組合物。本發明所澆鑄的整體式單層背投屏幕的總厚度在大約 2 10mm，優選3-8mm。如果厚度低于2mm，可以考慮采用其它成 形方法，例如噴涂或涂覆； 一般情況下厚度沒有必要超過10mm， 如果需要，也可以制作10mm以上的單層屏幕。根據本發明的屏幕 的尺寸主要受到模板尺寸和材料強度的限制。根據本發明的方法， 屏幕的尺寸可以4艮大，可高達3mx8m或5mx5m，甚至更大，此 時&紋的尺寸也可放大。、本發明提供一種面向觀眾的一側具有,光效果的背投屏幕。這 種背投屏幕在成型時，需要對平面模板的內表面事先進行蝕刻或打 磨處理，形成亞光表面，以便最終形成的屏摹的表面也具有亞光效杲。這種具有亞光效果的背M幕對來自觀看側的環堍光線僅有輕 微的反射，有助于背投屏幕在明亮的環境中使用。在另一實施方式中，在去除模具時，只去除第二才莫板、間隔材 料和密封材料，而使所述第一模板與所述背投屏幕保持連接，使第一模板成為背投屏幕的保護面板30，如圖3所示的屏幕。在這種方 式中，第一才莫板必須是透明的，優選玻璃，并且該模板上不使用脫 才莫劑，可選地，先將第一模板的內表面用粘合劑、偶聯劑或表面活 性劑處理，以增加該模板與組合物之間的粘合強度。由于本發明提供的屏幕是整體式的，其機械強度高，適合于需 要高強度屏幕的場合。本發明還提供了一種背投式投影系統，其包 括投影機以及根據本發明的方法制作的整體式背投屏幕。具體實施例原材料的生產廠家成膜材料-.聚甲基丙烯酸甲酯、甲基丙蜂酸丁酯北京明玥有機玻璃有限公司納米散光材料納米氣化鈥、納米氧化鋁、納米氧化鋅、納米氧化鋯、納米硅 基氧化物南京海泰納米材料有限公司硅烷偶聯劑北京市申達精細化工有限公司對比度調節材料特黑染料溫州美爾諾化工有限乂>司 B-56C 碳黑顏料福州巨力化工有限公司 N330 其它材料采用市售產品。實施例1制備組合物(其中所用樹脂和顏料的粒徑均小于lOOnm)制備組合物取lOOOg甲基丙烯酸甲酯低聚物(簡稱樹脂)備 用。按照樹脂的質量稱取lg的納米氧4匕鋁及2g納米珪基氧4匕物和 0.03g的碳黑，先將納米材料加入O.Olg硅烷偶聯劑，高速攪拌進行 表面處理，然后與lOOOg樹脂中的150g的樹脂混合，向混合物中 添加1/2體積、粒徑為2-10mm的石英砂顆粒，用高速攪拌機進行 砂磨分散處理，攪拌速度1500r/min ，攪拌時間20min，納米材料分 散均勻后，再將混合物與剩余的850g樹脂混合，高速攪拌均勻， 去除石英砂，真空除氣，得到組合物。備用。制作屏幕取一塊750mmX1000mm平板鋼化玻璃作為第 一模板，其中該 ;^板的內表面經過氟氟酸溶液腐蝕的亞光處理。將另一塊相同尺寸 的帶有菲涅耳透鏡梯形圃環(槽深大約0.2mm)鋼化玻璃作為第二 模板與第一模;^L相對放置，兩者的邊緣之間用3mm厚的玻璃條作 為間隔物進行三面密封，接縫處用少量密封膠，將模板用卡具固定， 形成具有內部空腔的模具。將備用的組合物注入到模板之間的空腔 中，固化成型去除模具，得到約3.2mm厚的帶有菲涅耳透鏡部分的 整體式背投屏幕。該背投屏幕的性能參數增益系數1.7，可視角大于160度， 對比度大于500:1，清晰度大于40線對，亮度系數2.3。增益系數的測試方法用點亮度計直接測量，利用增益系數為 2.06的標準樣板，在距離屏幕80cm處，用1000流明投影儀打一束 白光照在標板上，用點亮度計測量標板屏幕的最大亮度，然后用相 同的方法測量被钃屏幕的最大亮度，與標板進行比較計算即可得屏 幕的增益系數。可視角、對比度和亮度系數采用標準的測試方法。清晰度的測量方法用電影屏幕的測試標準片測量。將電影屏 幕的標準測試片經過幻燈;^到80cm處的屏幕上，其圖像分別為 10~50線對的線條，根據顯示出的清楚的線對數來確定被測屏幕的清晰度。實施例2 制備纟且合物制備組合物取lOOOg甲基丙烯酸丁酯(簡稱樹脂)備用。按 照樹脂的質量稱取50g納米氧化鋅和50g納米氧化鈦以及0.03g的 絡黑，先向納米材料加入O.Olg硅烷偶聯劑，高速攪拌進行表面處 理，然后與lOOOg樹脂中的lOOg的樹脂混合，向混合物中添加1/2 體積、粒徑為2-10mm的石英砂顆粒，用高速攪拌機進行砂磨^ft 處理，攪拌速度1500r/min，攪拌時間15min,納米材料^L均勻后， 再將混合物與剩余的900g樹脂混合，高速攪拌均勻，去除石英砂， 真空除氣，得到組合物。備用。制作屏幕重復實施例1的步驟，得到約5mm厚的帶有菲涅 耳透鏡部分的整體式背投屏幕。該背投屏幕的性能參數增益系數1.8,可視角大于160度， 對比度大￥ 500:1，清晰度大于30線對，亮度系敘2。實旅例3制"^組合物制備組合物取lOOOg甲基丙烯酸乙酯(簡稱樹脂)備用。按 照樹脂的質量稱取3g納米氧化鋁、5g納米硅基氧化物以及0.03g 的絡黑，先將納米材料加入O.Olg硅烷偶聯劑，高速攪拌進行表面 處理，然后與10(K^樹脂中的180g的樹脂混合，將混合物中添加 1/2體積的顆粒為2-10mm的石英砂、用高速攪拌才幾進行砂磨^t 處理，攪拌速度2000r/min，攪拌時間15min，納米材料分散均勾后， 再將混合物與剩余的820g樹脂混合，高速攪拌均勻，去除石英砂、， 真空除氣，得到組合物。備用。制作屏幕重復實施例1的步驟，得到約3mm厚的帶有菲涅 耳透鏡部分的整體式背投屏幕。該背投屏幕的性能參數增益系數2，可視角大于160度，對 比度大于500:1，清晰度大于40線對，亮度系數2.2。實施例4制備組合物制備組合物取lOOOg丙烯酸丁酯(筒稱樹脂)備用。按照樹 脂的質量稱取5g納米磁基氣化物，2g納米氧化釔3g以及0.05g的 碳黑，先將納米材料加入O.Olg硅烷偶聯劑，高速攪拌進行表面處 理，然后與lOOOg樹腐中的200g的樹脂混合，將混合物中添加1/2 體積的顆粒為2-l(teim的石英砂，用高速攬拌機進行砂磨^t處理， 攪拌速度1800r/min,攪拌時間25min，納米材料分敉均勻后，再將 混合物與剩余的800g樹脂混合，高速攪拌均勻，去除石英砂，真 空除氣，得到組合物。備用。制作屏幕重復實施例1的步驟，得到約5mm厚的帶有菲涅 耳透鏡"lf分的整體式背投屏幕。該背投屏幕的性能參數增益系數1.6,可視角大于160度， 對比度大于500:1，清晰度大于32線對，亮度系數2.6。實施例5制備組合物制備組合物重復實施例4的步驟，得到組合物。備用。制作屏幕取一塊2000mmX2000mm平板鋼化玻璃作為第一模 板，其中該;^板的外表面經過噴砂的亞光處理。將另一塊相同尺寸 的帶有菲涅耳透鏡梯形圃環(槽深大約0.25mm)鋼化玻璃作為第 二才莫板與第一才莫板相對放置，第二才莫板的內表面涂覆脫才莫劑，兩塊 模板邊緣之間用5mm厚的玻璃條作為間隔物進行三面密封，接縫 處用少量密封膠，將模板用卡具固定，形成具有內部空腔的模具。 將備用的組合物注入到模板之間的空腔中，固化成型，去除第二模 板及間隔物和密封材料，使第一模板與屏幕保持連接并作為屏幕的 保護面板。這樣，得到帶有菲涅耳透鏡部分和保護面板的整體式背該背投屏幕的性能參數增益系數1.8，可視角大于160度， 對比度大于500:1，清晰度大于34線對，亮度系數2.8。實施例6制備組合物取1000g甲基丙烯酸丁酯預聚體(樹脂)備用。 按照樹脂的質量稱取納米碌基氧化物6Qg和0.04g的染料特黑，先 將納米材料加入0.25g珪烷偶聯劑高速攪拌進行表面處理，然后加 入到150接的透明樹JW中，向混合物^^加1/2體積、、粒徑為2—10mm 的石英砂，顆粒，用高速攪拌機進行砂磨介歉處理，攪拌速度至少1500r/min以上，攪拌時間15 30min，納米材料^t均勻后，將混 合物加入到剩余的850g樹脂中，高速攪彬攪拌速度至少1500r/min 以上)均勻，得到混合均勻的組合物，將容器接入真空泵，抽真空 20—50分鐘，取出溶液中的氣泡后備用。以上實施例中各物質的量用于說明，在澆鑄時如果需要更多的 組合物則按照上述比例一次或多次制備。制作屏幕將一塊750mm*1000mm平板鋼化玻璃一面用一種 特定溶液進4亍腐蝕的方法進行亞光處理，作為模板。將另一塊相同 尺寸的帶有菲涅耳透鏡螺紋的模板與亞光面相對放置，兩者之間間 隔3mm厚度，用3mm的玻璃條對模具進行三邊的封邊處理，將備 用的組合物注入到模板之間的空腔中，按照聚甲基丙烯酸樹脂的 傳統免鑄工藝，經過加溫固化成型，去除兩個4莫板，得到整體式背 投屏幕。此屏幕的特點是，具有很高的對比度800: 1，增益可&'J 2.1，清晰度可達到40線對以上，可視角大于120度。基本沒有太 陽效應。實施例7重復實施例1的步驟，其中用聚乙烯低聚物代替甲基丙烯酸樹 脂。得到帶有菲涅耳透鏡部分的整體式背投屏幕。該背投屏幕的性能M:增益系數1.4，可視角大于160度， 對比度大于500:1，清晰度大于28線對，亮度系數2丄實施例8重復實施例1的步槺，其中用聚丙烯低聚物代替甲基丙烯酸樹 脂。得到帶有菲濕耳途鏡部分的整體式背投屏幕。該背投屏幕的性能參數增益系數1.4,可視角大于160度， 對比度大于500:1，清晰度大于38線對，亮度系數2.3。實施例9重復實施例l的步驟，其中用聚破酸酯代替甲基丙烯酸樹脂。 得到帶有菲涅耳透鏡部分的整體式背投屏幕。該背投屏幕的性能員增益系數1.8,可視角大于160度， 對比度大于500:1,清晰度大于44線對，亮度系數2.8。根據本發明的背投屏幕具有足夠的機械穩定性，屏幕表面可以 一般的洗滌用品清洗。根據本發明的背投屏幕具有高圖像穩定性， 觀眾可在長時間內觀察所呈現的信息而不易產生視覺疲勞。根據本發明的方法可以帶有玻璃保護面板的超大屏幕，其具有 更好的機械強度，并且一次成型，簡化了生產工藝，可提高產品質 量和生產效率。這是采用基板貼膜的現有4支術所不能達到的。根據本發明的組合物經過砂磨^t處理，可以提高分散程度和 組合物的穩定性。由于菲涅爾透鏡部分與光JL射部分整體成型，使 屏幕的制作工藝簡化并可提高屏幕的亮度。以上所述僅為本發明的優選實施例而已，并不用于限制本發 明，對于本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。 凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進 等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1. 一種整體式背投屏幕(1)，由以下部件組成菲涅爾透鏡部分(10)，具有多個梯形圓環(11)，用于將光線匯聚成平行光，所述梯形圓環設置在光源一側；光散射部分(20)，與所述菲涅爾透鏡部分連接成一整體，所述光散射部分具有一設置在面向觀眾一側的平面(21)；其中所述菲涅爾透鏡部分和光散射部分由相同的樹脂組合物形成，所述組合物主要由以下成分構成樹脂材料，用于形成透明的并作為容納納米功能材料的基體；納米功能材料，粒徑小于100納米，用量為樹脂材料重量的0.2-10％；以及納米級對比度調節材料，其選自由深色納米無機顏料和深色有機顏料和染料構成的組，粒徑小于100納米，用量為樹脂材料重量的0.03-0.1‰。
2. 根據權利要求1所述的背投屏幕，其中所述樹脂材料選自由聚 乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚烯醇、聚(甲基)丙 烯酸酯、聚觥胺、聚跣亞胺、聚乙烯醇縮丁搭組成的組。
3. 根據權利要求1所述的背^幕，其中所述納米功能材料選自 由硅基氧化物、氧化鋁、氧化鋯、氧化鑭、氧化鈦、氧化鈰、 氧化鎢、氧化鉭、氧化鋇、硫酸鋇、氧化4乙或其混合物構成的組。
4. 根據杈利要求1所迷的背救屏幕，其中所述對比度調節材料逸 自由氧化鎳、鉻黑、鐵黑、鈷黑、石墨、碳黑、黑色云母鐵礦、笨胺黑、蒽親累、普普士藍、群青藍、鈷藍、銅酞藍和陰丹鵬構成的組。
5. 根據杈利要求1所迷的背投屏幕，其中所迷菲涅爾透鏡部分和 光散射部分通過洗鑄或注射工藝同時形成，
6. 根據權利要求1所迷的背投屏幕,其中所述屏ltiE包括一保護 面板(30)與所述先lMt部分(20)的面向觀眾一倒的平面(21) 連接在一起.
7. —種通過洗鑄方式生產務體式背*摹的方法，包括以下步 驟1 )提供用于通過洗鑄形成整體式單層背投屏幕的組合 物，該組>^#包括樹腐材料，作為用于容納納米功能材料的 基體，所迷樹鳙材料在閨化前為液體；納米功能材料，粒徑在 l-10&im的范圍，用量為樹腐材料重量的0.2-10%;納米ISjit 比度調節材料,其選自由深色納米無機顏料和深色有機顏料和 染料構成的組，粒徑小于100納米，用量為樹脂材料重量的 0.03-0. "/抑；2) 提供第一;gyi和笫二橫板以制作棋具，所述第一， 具有平板形狀，所述笫>^*板具有菲涅爾透鏡形狀的凹陷部；3) 在所迷第一模板和笫二模板之間靠近邊緣的部分設置 間隔物并組合，用密封材料進行至少三面密封，形成具有用于 容納組合物的空腔的棋具；4 )將所^1^#注入到所^1*中；5)鬮4^^ftL舍物，去除iUr，得翱##式背^幕。
8. 根據權利要求7所述的方法，其中所述第一模板和第二模板選 自玻璃、金屬、塑料、木材或陶瓷材料。
9. 根據權利要求7所述的方法，所述第一模板和第二模板密閉結 合，所述模具中i殳置有組合物注入口。
10. 根據權利要求7所述的方法，還包括在注入組合物前對所迷第 一模板和/或第二模板用脫模劑進行處理的步驟。
11. 4艮據權利要求7所述的方法，還包括在組合物注入前抽真空的 步驟，以便完全去除組合物中的氣泡。
12. 根據權利要求7所述的方法，注入組合物時，使組合物沿著模 板的側面流下，以避免帶入空氣而形成氣泡。
13. 相4t權利要求7所迷的方法，固化樹脂組合物時采用熱固化或 輻射固化。
14. 根據權利要求7所述的方法，其中，所述第一模板的內表面或 外表面經過亞光處理。
15. 根據權利要求14所述的方法，其中，在去除才莫具時，去除所 述第二模板、間隔物和密封材料，而4吏所述第一模板與所述背投屏幕保持連接，所述第一模板成為所述背投屏幕的保護面板。
16. —種背投式投影系統，其包，投影機以及根據權利要求7-15 中任一項所迷的方法制作的整體式背投屏幕。
17.—種用于通過免鑄方式生產整體式背投屏幕的模具，包括第一模板和第二模板，所述第一模板具有平板形狀，所述第二模板 具有菲涅爾透鏡形狀的凹陷部，所述凹陷部具有多個梯形圓 環，所述第一模板和第二4莫板的邊緣之間通過間隔物分隔密 封，形成一空腔。
全文摘要
本發明涉及一種整體式背投屏幕及其生產方法和模具。該背投屏幕(1)，由以下部件組成菲涅爾透鏡部分(10)，具有多個梯形圓環(11)，用于將光線匯聚成平行光；光散射部分(20)，與該菲涅爾透鏡部分連接成一整體，其中該菲涅爾透鏡部分和光散射部分由相同的樹脂組合物形成，其主要包括樹脂材料，用于形成透明的基體，并容納納米功能材料；納米功能材料，粒徑小于100納米，用量為樹脂材料重量的0.2-10％；納米級對比度調節材料，其選自由深色納米無機顏料和深色有機染料構成的組，粒徑小于100納米，用量為樹脂材料重量的0.03-0.1‰。由于菲涅爾透鏡部分與光散射部分整體成型，使屏幕的制作工藝簡化并可提高屏幕的亮度。
文檔編號G03B21/60GK101266399SQ20071008705
公開日2008年9月17日 申請日期2007年3月16日 優先權日2007年3月16日
發明者劉艷秋, 古道川, 鐘家湘 申請人:北京傳世唯信科技有限責任公司