用于透射屏的表面保护元件的制作方法

专利名称：用于透射屏的表面保护元件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于在透射投影电视等中使用的透射屏的表面保护元件，以及使用该表面保护元件的光学元件和透射屏。
背景技术：
透射投影电视是用于放大和投影来自光源的图像的显示装置，例如CRT、液晶投影仪或者透射屏上的DLP。在这些显示装置中，在屏幕的表面上提供一个光漫射板等，用于漫射出射光线，以降低在目视观看该屏幕时的晃眼。而且，为了降低由缘自外部光线的晃眼在屏幕表面上引起的投影图像能见度的退化，有时在屏幕表面上提供一个抗反射膜。例如，如在日本专利公开295818/1999和28169/1995中所公开的，通过在构成光漫射板等的树脂中掺入透明微粒如有机填料来制备上述光漫射板或者抗反射膜。而且，通过允许透明微粒在树脂表面上凸出出来，以便在光漫射板的表面上形成凹陷和凸起，已经研制成一种既具有光漫射效果又具有抗反射效果的板。
然而，出于保护屏幕表面的目的在光漫射板的表面上提供一个保护层(也称作硬涂层)造成的问题是光漫射板表面上的凹陷和凸起消失，使得它不可能获得抗反射效果。
另一方面，当尝试以呈现抗反射效果的厚度来提供保护层时，该保护层的厚度应该大约为光漫射板表面上的凹陷和凸起的级别，即应该小于透明微粒的粒径，这导致不能获得令人满意的保护效果的问题。

发明内容
本发明人现已发现了一种表面保护元件，其具有令人满意的表面保护效果，同时维持了抗反射效果，通过在基板上提供硬涂层以形成用于透射屏的表面保护元件，并调节该硬涂层中的微粒的含量和构成硬涂层的树脂的厚度，可以实现该表面保护元件。本发明就是基于上述发现提出的。
因此，本发明的一个目的是提供一种用于透射屏的表面保护元件，其具有优异的抗反射效果，并同时保持了表面保护效果。
根据本发明的一个方面，提供一种用于透射屏的表面保护元件，其包括置于具有单层或多层结构的透明基板上的含微粒的硬涂层，其中微粒的平均粒径是5-15μm，所述硬涂层具有满足由公式(d-2)≤t≤d表示的条件的厚度，其中t表示硬涂层的厚度，单位为μm；d表示微粒的平均粒径，单位为μm，并且所述微粒的一部分在硬涂层的表面上凸出出来以构成凹陷和凸起。这里使用的术语“透明基板”指的是全透明基板，和半透明基板。
因此，在具有等于或小于微粒的平均粒径的厚度的硬涂层中掺入具有预定粒径的微粒可以实现令人满意的表面保护效果，并同时维持抗反射效果。
根据本发明的另一方面，提供一种用于透射屏的光学元件，其包含水平视角扩展元件和表面保护元件的组合，所述用于透射屏的表面保护元件置于光透射方向上的前部。
根据本发明的又一方面，提供一种透射屏，其包含用于透射屏的光学元件和菲涅耳透镜元件的组合。在利用本发明的表面保护元件的光学元件和透射屏中，能够实现令人满意的保护效果，同时保持抗反射效果，而且，能够使投影图像不刺目。


图1是本发明的表面保护元件的典型截面图；图2是显示利用本发明的表面保护元件的光学元件的一个实施方案的典型截面图；图3是显示利用本发明的表面保护元件的光学元件的一个实施方案的典型截面图；图4是显示利用本发明的表面保护元件的光学元件的一个实施方案的典型截面图；图5是显示利用本发明的表面保护元件的光学元件的一个实施方案的典型截面图；图6是显示利用本发明的表面保护元件的光学元件的一个实施方案的典型截面图；图7是显示利用本发明的表面保护元件的光学元件的一个实施方案的典型截面图；图8是显示本发明的透射屏的一个实施方案的典型截面图；
图9是显示本发明的透射屏的一个实施方案的典型截面图；和图10是显示本发明的透射屏的一个实施方案的典型截面图。
具体实施例方式
下面将更详细说明本发明的表面保护元件。
如图1所示，本发明的表面保护元件4具有包含置于透明基板1上的硬涂层2的结构，该硬涂层2包含微粒3。由于包含在硬涂层中的一部分微粒3凸出出来而在硬涂层2的表面上形成凹陷和凸起。为了提供这一表面形状，微粒的平均粒径应该为5-15μm，并且该硬涂层的厚度应该满足由公式(d-2)≤t≤d表示的条件，其中t表示硬涂层的厚度，单位为μm；d表示微粒的平均粒径，单位为μm。当微粒的平均粒径和硬涂层的厚度分别在上述定义的范围之内时，就可以在硬涂层的表面上形成凹陷和凸起。当硬涂层的厚度(t)小于(d-2)μm时，由于下面基板材料硬度的影响，使得不能够实现令人满意的表面硬度，从而不可能达到表面保护效果(屏幕的防刮擦效果)。而且，由于微粒从硬涂层凸出所获得的光漫射效果太高，以致由于来自外部光线的散射光而使屏幕表面看起来发白。另一方面，当硬涂层的厚度超过dμm，即当硬涂层的厚度大于微粒的平均粒径时，微粒不利地被嵌入硬涂层中，结果微粒没有从硬涂层的表面上凸出出来而没有形成凹陷和凸起，因此不能够期望获得抗反射效果。
包含在硬涂层中的微粒优选地具有这样的微粒尺寸分布，使得粒径的标准偏差不大于4μm。这里，标准偏差6由下面的公式表示σ＝(n∑dn2-(∑dn)2)1/2/n其中，dn表示微粒的粒径，单位为μm；n表示微粒的自变量。
利用具有均匀粒径，例如不大于4μm的标准偏差的单分散微粒能够实现均匀且具有优异的抗反射效果的表面保护元件。另一方面，当标准偏差大于4μm时，具有比平均粒径大得多的直径的颗粒的比例太高，以致失去了表面的均匀性。另外，在这种情况下，在出现巨大颗粒的区域中，从硬涂层凸出的部分太大以致光漫射效果过强，从而缘自外部光线的散射光使得屏幕表面看起来发白。
硬涂层中微粒的含量优选为1-10wt％，更优选为3-5wt％。当微粒含量在上面限定的范围内时，能够同时实现优良的抗反射效果和适当的投影透光率。当微粒的含量低于1wt％时，硬涂层表面上的凹陷和凸起减少，导致差的抗反射效果。另一方面，当微粒的含量超过10wt％时，由微粒获得的光漫射效果过大。因此，透射屏的模糊值增大，使得其不可能提供令人满意的透光率。因此，当在一个屏幕中使用这种表面保护元件时，投影图像高度刺眼并且没有光泽。
此外，在本发明中，优选硬涂层的表面硬度为3H或更高，这一硬度是根据JIS K5600-5-4通过铅笔硬度试验测得的。硬涂层的表面硬度取决于层厚，并且表面硬度随着层厚的增加而增加。当层厚过大时，会提高表面保护效果。然而在这种情况下，因为微粒嵌入在硬涂层中，所以不能在表面上形成凹陷和凸起。因此，为了提供3H或者更高的表面硬度，并且同时保持抗反射效果，硬涂层的厚度应该为(d-2)≤t≤d，其中d表示微粒的平均粒径，单位为μm；t表示硬涂层的厚度，单位为μm。
在本发明的表面保护元件中，在入射角60°/反射角60°的条件下进行测量，基板上的硬涂层的表面光泽度优选为60-80。这里，表面光泽度是指根据JIS K5600 4-7，将具有1.567的折射率的玻璃板作为标准光泽板，并且假定标准光泽板的表面光泽度为100时确定的一个相对值。根据本发明，构成表面保护元件的硬涂层也用作抗反射膜，并且当硬涂层的表面光泽度为60-80时，对于透射屏应用来说抗反射效果优异。当表面光泽度低于60时，硬涂层表面上的光漫射是有意义的。因此，模糊值增大，屏幕的透光率降低。另一方面，当表面光泽度高于80时，从硬涂层的表面反射的光线为主。这不利地在屏幕上引起缘于外部光线的晃眼。可以利用常规的光泽计(例如便携式光泽计GLOSSCHECKER IG-330，Sanwa Kenma Ltd.生产)来测量表面光泽度。为了使硬涂层具有上述表面硬度和表面光泽度，硬涂层中微粒的含量和平均粒径以及构成硬涂层的树脂的厚度应该在上述各个范围内。
构成本发明表面保护元件的硬涂层可以是在暴露于紫外线或者电子束时可固化的树脂，即电离辐射固化树脂，电离辐射固化树脂和热塑性树脂与溶剂的混合物，或者热固化树脂。在它们中，特别优选的是电离辐射固化树脂。
在电离辐射固化树脂组合物中的成膜组分优选是包含丙烯酸脂官能团的组分，例如包含较大量的较低分子量的下列化合物的组分聚酯树脂，聚醚树脂，丙烯酸树脂，环氧树脂，聚氨酯树脂，醇酸树脂，螺旋缩醛树脂，聚丁二烯树脂，或者多硫醇-多烯树脂，多官能化合物如多羧基醇与活性稀释剂的(甲基)丙烯酸酯或类似物的低聚物或者预聚物，所述活性稀释剂为例如单官能单体，如(甲基)丙烯酸乙酯，(甲基)丙烯酸乙基己酯，苯乙烯，甲基苯乙烯，和N-乙烯基吡咯烷酮，以及多官能团单体，例如多羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯，(甲基)丙烯酸己二醇酯，三丙二醇二(甲基)丙烯酸酯，二甘醇二(甲基)丙烯酸酯，季戊四醇三(甲基)丙烯酸酯，二季戊四醇六(甲基)丙烯酸酯，1，6-己二醇二(甲基)丙烯酸酯，或者新戊二醇二(甲基)丙烯酸酯。
当将电离辐射固化树脂组合物加入到紫外线固化树脂组合物中时，可以掺入光聚合引发剂，如乙酰苯、二苯甲酮、Michler苯甲酰苯甲酸酯、α-戊基肟酯、一硫化四甲基秋兰姆、或噻吨酮，和光敏剂，如正丁胺、三乙胺、或聚正丁基膦。特别地，在本发明中，优选将作为低聚物的聚氨酯丙烯酸酯和作为单体的二季戊四醇六(甲基)丙烯酸酯及类似物进行混合。
可以采用常规的用于电离辐射固化树脂组合物的固化方法，即利用电子束或者紫外线照射对电离辐射固化树脂组合物进行固化。
例如，在利用电子束辐射进行固化的情况下，可以采用具有50-1000keV，优选100-300keV能量的电子束，电子束从各种电子束加速器发射出来，如Cockcroft-Walton加速器，van de Graaff加速器，谐振变压器，绝缘芯变压器，线性、地那米和高频电子加速器。另一方面，在用紫外线固化的情况下，可以采用从光源如超高压水银灯，高压水银灯，低压水银灯，碳弧，氙弧，和金属卤化物灯发出的紫外线。
可以通过例如旋涂、口模式涂布、浸涂、棒涂、流涂、辊涂或者凹板式涂布将上述电离辐射(紫外线)固化树脂组合物的涂覆液体涂覆到基板的表面上，并采用上述方法固化涂层来形成构成本发明表面保护元件的硬涂层。
适合于掺入到本发明使用的硬涂层中的微粒包括有机填料如塑料珠。尤其优选的有机填料是高度透明的并且具使有机填料和硬涂层之间的折射率之差为约0.05的折射率，这将在下面进行描述。
塑料珠包括蜜胺珠(折射率1.57)，丙烯酰珠(折射率1.49)，丙烯酰-苯乙烯珠(折射率1.54)，聚碳酸酯珠，聚乙烯珠，聚苯乙烯珠，和聚氯乙烯珠子。在它们中，优选丙烯酸珠。如上所述，塑料珠的粒径为5-15μm。
当微粒作为有机填料混合到硬涂层中时，该有机填料有可能沉积在构成硬涂层的树脂中。出于阻止沉淀的目的，可以加入无机填料如二氧化硅。加入的无机填料的量越大，阻止有机填料沉积的效果越好。但是在这种情况下，涂膜的透明度受到不利影响。出于这一原因，以有机填料为基准计，加入的无机填料的量低于约0.1wt％可以防止有机填料的沉积，而不牺牲涂膜的透明度。
在本发明中用于透明基板的材料包括透明树脂薄膜，透明树脂板，透明树脂片，和透明玻璃。这里可用的透明树脂薄膜包括三乙酰纤维素(TAC)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、二乙酰纤维素、乙酸丁酸纤维素、聚醚砜、聚丙烯酸树脂、聚氨酯树脂、聚酯、聚碳酸脂、聚砜、聚醚、聚甲基戊烯、聚醚酮、和(甲三)丙烯腈薄膜。其厚度一般约约25-2000μm，但没有特别的限制。
接下来，对利用本发明的表面保护元件的透射屏进行说明。如图2所示，本发明的表面保护元件4可以与水平视角扩展元件8结合起来使用。在本发明中，表面保护元件置于光透射方向的前部。在图2所示的光学元件9中，表面保护元件置于光透射方向的前部。水平视角扩展元件8的结构中通常包含置于透镜基板7上的透镜6。在本发明中，如图2所示，可以采用这样一种结构，其中通过结合透明树脂部件6和光吸收部件5(光屏蔽部件)来构成作为反射面的界面边界，以实现透镜的功能，并且透明树脂部件6与光吸收部件5的组合置于透镜基板7上以构成水平视角扩展元件。在本发明中，水平视角扩展元件8和表面保护元件的组合能够实现这样的图像，在屏幕上该图像不会因为外界光线而晃眼，并且具有高能见度、良好的对比度、和高清晰度，同时还具有优异的表面保护效果，即屏幕表面防刮擦效果。
而且，在本发明中，如图3所示，表面保护元件4可以与作为水平视角扩展元件8的柱面透镜结合起来使用，以构成光学元件9。该柱面透镜11置于透镜基板10的一个侧面上，光吸收部件12(光屏蔽部件)置于透镜基板10的另一侧面上。如图4所示，可以将双凸透镜元件用作包含柱面透镜元件和光吸收元件的组合的水平视角扩展元件8。光漫射板(未示出)可以置于水平视角扩展元件8和表面保护元件4之间。
在利用表面保护元件的光学元件中，表面保护元件4可以通过压敏粘合层(未示出)粘合到水平视角扩展元件8上。而且，如图5-7所示，可以在非粘合状态将表面保护元件4和水平视角扩展元件8结合起来。
如图8-10所示，本发明的透射屏具有包含光学元件和菲涅耳透镜元件14的组合的结构。在本发明中，当将具有表面硬度为3H或者更高的硬涂层的表面保护元件4置于透射屏的最外层表面(观察者一侧)时，可以实现这样一种透射屏，在屏幕上该透射屏不会因为外部光线等而晃眼，并且屏幕表面上被刮擦的可能性较小。
下面的实施例进一步解释了本发明，但本发明不受这些实施例的限制。
提供一种由MS树脂(一种甲基丙烯酰-苯乙烯共聚物树脂)(折射率1.53)构成的透明板作为在透明基板中使用的树脂。而且，将一种主要由聚氨酯丙烯酸酯组成的紫外线固化树脂组合物用作形成硬涂层的树脂。提供由MS树脂(折射率1.53)形成的树脂珠作为添加到这种树脂中的微粒。
制备实施例1使用平均粒径为3μm、5μm、10μm、15μm和18μm的五种树脂珠。所有这些树脂珠都为单分散型的，并且具有3μm的标准偏差。将树脂珠以3wt％的浓度混合到紫外线固化树脂组合物中，以制备涂覆液。
然后将每一种涂覆液浸涂到透明基板上。用紫外线照射涂层，以固化树脂组合物，从而在透明基板上形成硬涂层。从而完成了表面保护元件的制备。在利用漫涂法形成硬涂层时，通过调节从涂覆液中拉起透明基板的速度，来调节硬涂层的厚度。除了硬涂层的厚度不同之外，采用和上述方法相同的方法来制备表面保护元件。
表1中规定了使用的硬涂层的厚度，树脂珠的平均粒径、含量和标准偏差。
表1

制备实施例2采用单分散型并且平均粒径为10μm、标准偏差为3μm的树脂珠。将树脂珠以下面表2中指定的含量(重量％)混合到紫外线固化树脂组合物中，以制备涂覆液。
然后将每一种涂覆液浸涂到透明基板上。用紫外线照射涂层，以固化树脂组合物，从而在透明基板上形成硬涂层。在这种情况下，通过调节从涂覆液中拉起透明基板的速度，将硬涂层的厚度调节到10μm。从而制备了树脂珠含量不同的表面保护元件。
表2中规定了使用的硬涂层的厚度，树脂珠的平均粒径、含量和标准偏差。
表2

制备实施例3提供具有不同标准偏差的两种类型的树脂珠。两种树脂珠的平均粒径都为10μm。将树脂珠以3wt％的浓度混合到紫外线固化树脂组合物中制备涂覆液。将每一种涂覆液以与制备实施例2中相同的方法涂覆到透明基板上形成硬涂层。以与制备实施例2中相同的方法，将硬涂层的厚度调节到10μm。从而制备了树脂珠含量不同的表面保护元件。
表3中规定了使用的硬涂层的厚度，树脂小珠子的平均粒径、含量和标准偏差。
表3

然后在入射角60°/反射角60°的条件下利用表面光泽计(一种便携式光泽计GLOSS CHECKER IG-330，Sanwa Kenma Ltd.生产)对上面获得的表面保护元件测量硬涂层的表面光泽度。
另外，根据JIS K 5600 5-4在硬涂层的一侧对表面保护元件的表面进行铅笔擦刮测试。
此外，组合一个双凸透镜板和一个菲涅耳透镜板，并且将表面保护元件插入到双凸透镜的一侧，以制备一个透射屏。凭感觉评价屏幕的图像质量。而且，在将图像投影到透射屏上的状态下，将外部光线施加到屏幕表面(表面保护元件的一侧)上，以评价外部光线在屏幕上引起的晃眼。将上述评价结果结合起来，进一步评价屏幕的质量。
根据下面的标准来评价结果。
1.对图像质量的评价○屏幕的观察表面明亮，并且图像的轮廓清楚。
△屏幕的观察表面稍稍发白，并且图像的轮廓有点模糊。
×屏幕的观察表面发白，并且图像的轮廓模糊。
2.对外部光线在屏幕表面上引起的晃眼的评价○外部光线在屏幕表面上引起的晃眼小，图像的能见度好。
△可观察到外部光线在屏幕表面上引起的晃眼，但图像的能见度为普通的级别。
×外部光线在屏幕表面上引起的晃眼非常大，图像的能见度差。
3.综合评价◎屏幕的综合质量好。
○屏幕的综合质量为普通水平。
△屏幕的综合质量不是非常好。
×屏幕的综合质量差。
测量结果和评价结果如表4所示。
表4

权利要求
1.一种用于透射屏的表面保护元件，包括置于透明基板上的含微粒的硬涂层，其中微粒的平均粒径是5-15μm，所述硬涂层具有满足由公式(d-2)≤t≤d表示的条件的厚度，其中t表示硬涂层的厚度，单位为μm；d表示微粒的平均粒径，单位为μm，并且所述微粒的一部分在硬涂层的表面上凸出出来以构成凹陷和凸起。
2.权利要求1的用于透射屏的表面保护元件，其中所述微粒具有使粒径的标准偏差不大于4μm的粒度分布。
3.权利要求1的用于透射屏的表面保护元件，其中硬涂层中微粒的含量为1-10wt％。
4.权利要求1的用于透射屏的表面保护元件，其中所述硬涂层的表面硬度为3H或更高，这一表面硬度是根据JIS K5600 5-4通过铅笔硬度试验测得的。
5.权利要求1的用于透射屏的表面保护元件，其中在入射角60°/反射角60°的条件下进行测量时，所述硬涂层的表面光泽度为60-80。
6.权利要求1的用于透射屏的表面保护元件，其中所述硬涂层包含电离辐射固化树脂。
7.权利要求1的用于透射屏的表面保护元件，其中所述微粒包含丙烯酰-苯乙烯共聚物树脂。
8.一种用于透射屏的光学元件，包括权利要求1-7中的任何一项的用于透射屏的表面保护元件和水平视角扩展元件的组合，所述用于透射屏的表面保护元件置于光透射方向的前部。
9.一种用于透射屏的光学元件，包括权利要求1-7中的任何一项的用于透射屏的表面保护元件和透镜元件的组合，所述用于透射屏的表面保护元件置于光透射方向的前部。
10.权利要求9的用于透射屏的光学元件，其中所述透镜元件包括双凸透镜元件。
11.一种透射屏，包括权利要求8-10的任一项的光学元件和菲涅耳透镜元件的组合。
12.一种透射屏，包括权利要求1-7的任一项的用于透射屏的表面保护元件和至少菲涅耳透镜元件的组合。
全文摘要
提供一种用于透射屏的表面保护元件，该元件具有优异的抗反射效果，同时保持了表面保护效果。该用于透射屏的表面保护元件包括置于透明基板上的含微粒的硬涂层，其中微粒的平均粒径是5－15μm，硬涂层的厚度满足由公式(d－2)≤t≤d表示的条件，其中t表示硬涂层的厚度，单位为μm；d表示微粒的平均粒径，单位为μm，并且所述微粒的一部分在硬涂层的表面上凸出出来以构成凹陷和凸起。
文档编号H01L21/00GK1707351SQ20051008173
公开日2005年12月14日 申请日期2005年6月10日 优先权日2004年6月11日
发明者马场重树, 大高规彦, 鱼谷幸史, 中野公一, 盐崎和之, 桥本浩二 申请人:大日本印刷株式会社