专利名称：屏幕及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种屏幕及其制备方法。
背景技术：
近年来，作为会议演讲人等介绍材料的手段，广泛地使用高架投影机和幻灯机。而且，采用液晶的家用视频投影仪和活动图像电影放映机正在日益普及。这些投影仪中采用的投影方法是，通过光阀调制从光源中所发出的光，以形成图像光，并通过光学系统如透镜，将图像光透射在屏幕上。
这种类型的投影仪包括允许显示彩色图像的投影仪，其采用发射白光(包括三原色即红(R)、绿(G)、蓝(B)色光)的灯作为光源，并采用透射性液晶面板作为光阀。在这种投影仪中，从光源发出的白色光被照射光学系统分解成红色光、绿色光和蓝色光的光线，且各光线汇聚于预定的光路。这些光通量在空间上被液晶面板根据图像信号所调制，且调制后的光通量通过光混合部分而混合，形成彩色图像光，并借助于投影透镜放大所混合的彩色图像光，且将其投射在屏幕上，使得观察者能够在屏幕上看到图像。
此外，作为能够显示彩色图像的投影仪，最近开发出采用窄带三原色光源作为光源(例如发射RGB三原色之每一窄带光的激光振荡器)且使用光栅光阀(下文中称之为″GLV″)作为光阀的设备。在这类投影仪中，由激光振荡器发出的各彩色光的光通量在空间上被GLV根据图像信号所调制，并通过光混合部分混合所调制的光通量，进而形成比任何常规投影仪所形成的彩色图像更锐利的彩色图像光。该彩色图像光通过投影透镜放大，并透射在屏幕上，使得观察者能够在屏幕上看到图像。
举例来说，作为这种投影仪所用的屏幕，有在屏幕前反射投影仪(正面投影仪)发射的图像光，以使观察者能够通过观察反射光而看到投射于屏幕的图像的屏幕，并且已经提供了这种屏幕，例如，具有预定视角特性的反射层、光吸收层和散射层依次形成于基底上的结构，同时具有改进的对比度性能的屏幕(例如参见专利文件1)。
专利文件1日本专利第3103802号的说明书(0017和0018段，图1)然而，在上述的屏幕中，由铝箔构成的反射层不仅反射图像光，而且反射环境光，因而对比度性能的改进不是令人满意的。另外，比反射层更靠近表面一侧的光吸收层，不仅吸收环境光，而且吸收被反射层反射的图像光，导致屏幕上图像的白光水平降低的问题。
有鉴于与常规技术相伴随的上述问题，本发明的任务是提供一种具有高对比度和高增益的屏幕及其制备方法，该方法有利于大批量生产。
发明内容
为了解决上述问题，与本申请人相同的申请人已经提出一种屏幕，其利用根据波长范围选择性地反射光的选择性反射层，主要反射从投影仪发出的图像光，而不反射源自投影仪之外的其它光，例如源自荧光照射、太阳等的光，亦即环境光(例如，日本专利申请第2002-070799号)。这种屏幕具有形成于基底上的选择性反射层，形成于选择性反射层前侧、用于散射反射光的散射层，及形成于选择性反射层后侧、用于吸收透射光的吸收层。选择性反射层是包括彼此交替地堆叠的高折射率光学薄膜和低折射率光学薄膜的光学多层薄膜，并且具有这样的性质其反射投影仪光线波长范围的光，例如三原色即红(R)、绿(G)、蓝(B)波长范围的光，并且透射波长范围在三原色以外的其它光。在这种屏幕中，可以显著地抑制环境光的不良影响，因而即使在照明明亮的房间中，也可以在不降低屏幕增益的情况下降低黑色电平，使得在屏幕上呈现出具有高对比度的清晰图像。
然而，高折射率层和低折射率层必须通过干法如溅射法形成，而且沉积机中的真空处理室的尺寸受到限制，所以能够放置在处理室中的基底的尺寸受到限制，使得难于增加屏幕的尺寸。另外，干法的使用限制了大批量生产。
此外，为了获得具有高反射率的光学薄膜，必须增加构成光学薄膜的叠层的数目，因而不可避免地增加形成光学薄膜的步骤的数目，导致屏幕的产品收率降低。
本发明人已经注意到干法导致上述问题的事实，并进行了广泛和深入的研究。结果，他们完成了屏幕及其制备方法的发明，该屏幕的优点不仅在于它可以增加尺寸，并具有利于大批量生产的特性，而且还在于它可以实现高对比度和高增益以及高反射率。
具体地，供解决上述问题的权利要求1的发明的屏幕的特征在于，它包括位于基底上的光学多层薄膜，该光学多层薄膜由(2n+1)层组成(其中n为1或更大的整数)，各层对特定波长范围的光具有高反射性，而至少对该特定波长范围之外的可见光具有高透射性；其中该光学多层薄膜是通过涂布法形成的。
根据权利要求1的发明，光学多层薄膜可以形成于尺寸比干法所用基底大的基底上，进而能够实现具有高对比度和高增益的大尺寸屏幕。
供解决上述问题的权利要求2的发明的屏幕是根据权利要求1的发明的屏幕，其特征在于所述基底是透明的，所述光学多层薄膜通过涂布法形成于基底的两个表面上。
根据权利要求2的发明，该屏幕中构成光学多层薄膜的叠层的总数两倍于仅在一个表面上具有光学多层薄膜的常规屏幕，即使当构成每个表面的光学多层薄膜的叠层数目与常规的屏幕相同，所以可以实现高反射率。
光学薄膜在基底两个表面上的形成，可以通过将基底浸渍于预定的涂布组合物中的方式来进行。这种情况下，优选透明基底具有1.30～1.69的折射率。
供解决上述问题的权利要求3的发明的屏幕是根据权利要求1的发明的屏幕，其特征在于所述光学多层薄膜具有堆叠结构，该堆叠结构包括具有高折射率的第一光学薄膜和折射率低于第一光学薄膜的第二光学薄膜，其中所述第一光学薄膜和第二光学薄膜彼此相互堆叠于其上，且所述光学多层薄膜的最外层由第一光学薄膜构成。
供解决上述问题的权利要求4的发明的屏幕是根据权利要求3的发明的屏幕，其特征在于所述第一光学薄膜是包含金属氧化物细粒、分散剂和粘结剂的薄膜，所述第二光学薄膜是包含含氟树脂或SiO2细粒的薄膜。
供解决上述问题的权利要求5的发明的屏幕是根据权利要求4的发明的屏幕，其特征在于所述金属氧化物细粒为TiO2或ZrO2细粒。
根据权利要求3～5的发明，所述光学多层薄膜由奇数层构成，以便位于投影仪光入射一侧以及相反一侧的最外层都由具有高折射率的第一光学薄膜构成，因而具有良好的选择性反射层的功能。此外，可以任意选取第一光学薄膜和第二光学薄膜的厚度，使得所形成的光学多层薄膜具有反射所需波长范围的光并透射该波长范围之外的其它光的性质，由此可以实现与投影仪光源一致且具有高对比度和高增益以及高反射率的屏幕。
供解决上述问题的权利要求6的发明的屏幕是根据权利要求3的发明的屏幕，其特征在于所述特定波长范围包括红、绿、蓝光的波长范围。
根据权利要求6的发明，可以得到从其上面能够看到对RGB光源具有高对比度的良好图像的屏幕。
具体地，在权利要求3的发明中，当将第一光学薄膜的折射率调节为1.70～2.10，将第二光学薄膜的折射率调节为1.30～1.69，且将第一光学薄膜和第二光学薄膜的厚度均调节为80nm至15μm时，可以得到具有这样性质的光学多层薄膜其反射RGB三原色波长范围的投影仪光，并且透射三原色波长范围之外的其它光。
供解决上述问题的权利要求7的发明的屏幕是根据权利要求1的发明的屏幕，其特征在于具有光吸收层，以吸收经过光学多层薄膜的光。
根据权利要求7的发明，经过光学多层薄膜的光被吸收，所以可以在屏幕上看到具有更高对比度的优良图像。
可以在预定位置层合黑色薄膜，作为光吸收层。
供解决上述问题的权利要求8的发明的屏幕是根据权利要求1的发明的屏幕，其特征在于在光学多层薄膜的最外层具有光散射层，以散射被光学多层薄膜反射的光。
根据权利要求8的发明，被光学多层薄膜选择性反射的光，在经过并脱离光散射层时被散射，所以观察者可以通过观察被散射的反射光看到自然的图像。
供解决上述问题的权利要求9的发明的制备屏幕的方法是制备在基底上包含光学多层薄膜的屏幕的方法，所述光学多层薄膜由(2n+1)层组成(其中n为1或更大的整数)，各层对特定波长范围的光具有高反射性，而至少对该特定波长范围之外的可见光具有高透射性；其中制备该光学多层薄膜的方法的特征在于包括第一涂布步骤，以通过涂布法形成具有高折射率的第一光学薄膜；及第二涂布步骤，以通过涂布法形成折射率低于第一光学薄膜的第二光学薄膜，且所述第一涂布步骤和所述第二涂布步骤交替进行。
根据权利要求9的发明，光学多层薄膜可以更容易地形成于尺寸比干法所用基底大的基底上，使得可以大批量地制备具有高对比度和高增益的大尺寸屏幕。
优选按预定的周期数交替地进行第一涂布步骤和第二涂布步骤，且该方法的最终步骤是第一涂布步骤。由此，光学多层薄膜由(2n+1)层构成，使得投影仪光入射一侧以及相反一侧的最外层均由具有高折射率的光学薄膜构成，因此具有良好的选择性反射层的功能。
供解决上述问题的权利要求10的发明的制备屏幕的方法是制备在透明基底的两个表面上均包含光学多层薄膜的屏幕的方法，每个光学多层薄膜由(2n+1)层组成(其中n为1或更大的整数)，各层对特定波长范围的光具有高反射性，而至少对该特定波长范围之外的可见光具有高透射性；其中制备所述光学多层薄膜的方法的特征在于包括第一涂布步骤，以通过浸涂法在要涂布的基底的两个表面上形成具有高折射率的第一光学薄膜；及第二涂布步骤，以通过浸涂法在要涂布的基底的两个表面上形成折射率低于第一光学薄膜的第二光学薄膜；且所述第一涂布步骤和所述第二涂布步骤交替进行。
根据权利要求10的发明，可以在减少形成光学薄膜的步骤数的情况下，制备由所需数目之堆叠层构成的光学多层薄膜，所以提高具有高对比度和高增益以及高反射率的大尺寸屏幕的产品收率，使得可以大批量地制备屏幕。
供解决上述问题的权利要求11的发明的制备屏幕的方法是根据权利要求10的发明的方法，其特征在于包括在所述光学多层薄膜之一的最外层形成光吸收层的步骤，以吸收透过所述光学多层薄膜的光。
供解决上述问题的权利要求12的发明的制备屏幕的方法是根据权利要求11的发明的方法，其特征在于在另一光学多层薄膜的最外层形成光散射层的步骤，以散射被所述光学多层薄膜发射的光。
根据权利要求12的发明，形成光散射层，其散射被光学多层薄膜选择性反射的光并允许其经过，使得可以制备观察者可以通过观察被散射的反射光而在其上面看到自然图像的屏幕。
根据权利要求11的发明，形成光吸收层，其吸收透过光学多层薄膜的光，使得可以制备在其上面能够看到具有更高对比度的优良图像的屏幕。
图1是根据本发明实施方案之一的屏幕结构的断面图。
图2是根据本发明另一实施方案的屏幕结构的断面图。
具体实施例方式
下文中，将说明本发明的屏幕的实施方案。下面的实施方式仅仅是举例而已，不应当将其视为是对本发明的范围的限制。
本发明的屏幕的结构的实例示于图1中。屏幕10具有光学多层薄膜12、光吸收层13和光散射层14形成于基底11上的结构。
基底11可以由任何透明的并满足所需光学性质的材料构成，例如透明薄膜、玻璃板、丙烯酸树脂板、甲基丙烯酸苯乙烯树脂板、聚碳酸酯板、透镜等。优选构成基底11的材料这样的光学性质，使得折射率为1.3～1.7，混浊度(haze)为8％或更小，透光率为80％或更大。基底11可以具有防闪光功能。
优选透明薄膜为塑料薄膜，而且作为构成该薄膜的材料的实例，优选纤维素衍生物(如二乙酰基纤维素、三乙酰基纤维素(TAC)、丙酰基纤维素、丁酰基纤维素、乙酰基丙酰基纤维素和硝基纤维素)；(甲基)丙烯酸树脂，如聚甲基丙烯酸甲酯，及甲基丙烯酸甲酯与其它乙烯基单体如(甲基)丙烯酸烷基酯或苯乙烯的共聚物；聚碳酸酯树脂，如聚碳酸酯和二甘醇二烯丙基碳酸酯(CR-39)；热固性(甲基)丙烯酸树脂，如(溴化)双酚A二(甲基)丙烯酸酯的均聚物或共聚物，及(溴化)双酚A单(甲基)丙烯酸酯尿烷改性单体的聚合物或共聚物；聚酯，特别是聚对苯二甲酸乙二酯，聚萘二甲酸乙二酯，及不饱和聚酯；丙烯腈-苯乙烯共聚物；聚氯乙烯；聚氨酯；及环氧树脂。另外，也可以使用具有耐热性的芳族聚酰胺树脂。这种情况下，加热温度的上限为200℃或更高，因此，期望薄膜的温度范围更宽。
塑料薄膜可以通过下列方法得到，其中将上述树脂拉伸或用溶剂稀释并形成薄膜，然后进行干燥。从获得刚性的角度来看，优选薄膜的厚度较大，从抑制浑浊度的角度来看，优选薄膜的厚度较小，并且通常为约25～500μm。
塑料薄膜的表面可以覆盖涂布材料如硬涂层，而且形成于光学多层薄膜之下由无机材料和有机材料构成的涂布材料会改善多种性质，如附着性、硬度、耐化学品性、耐久性和染色性。
作为选择，可以在基底11上形成光学功能性薄膜或底层(primary layer)，作为对透明基底的表面处理。底层的实例包括有机烷氧基金属化合物、聚酯、丙烯酸改性的聚酯和聚氨酯。此外，优选基底经过电晕放电处理或UV照射处理。
本发明的基本特征在于光学多层薄膜12，该光学多层薄膜包括具有高折射率的光学薄膜12H，其是通过在基底上涂布用于下述光学薄膜的材料A作为第一光学薄膜，并使之固化而得到的；及具有低折射率的光学薄膜12L，其是通过涂布用于下述光学薄膜的材料B作为第二光学薄膜，并使之固化而得到的，其中光学薄膜12H和光学薄膜12L彼此相互交替地堆叠。具体地，光学多层薄膜12具有这样的结构具有高折射率的光学薄膜12H首先形成于基底上，然后在其上面形成具有低折射率的光学薄膜12L，接着交替地形成光学薄膜12H和光学薄膜12L，且最终形成光学薄膜12H，换言之，光学多层薄膜12是由(2n+1)层构成的堆叠的薄膜(其中n为1或更大的整数)。
光学薄膜12H是通过在基底11或光学薄膜12L上涂布用于光学薄膜的材料A，然后实施材料的固化反应而得到的光学薄膜。光学薄膜12H包含用于控制折射率的细粒。
光学薄膜12H优选具有80nm至15μm，更优选600至1000nm的厚度。当光学薄膜12H的厚度大于15μm时，由未分散的细粒构成的浑浊度组分的量增加，使得难于实现合适的光学薄膜功能。
光学薄膜12H优选具有1.70～2.10的折射率。当光学薄膜12H的折射率高于2.10时，细粒的散射性能不令人满意，使得光学薄膜的功能恶化。另一方面，如果光学薄膜12H的折射率低于1.70，则在光学薄膜12H上堆叠光学薄膜12L之后而实现的反射性能不令人满意，使得所得的屏幕不利地具有难以令人满意的性能。
光学薄膜12L是折射率为1.30～1.69的光学薄膜，其是通过在光学薄膜12H上涂布用于光学薄膜的材料B，然后实施材料的固化反应而形成的。光学薄膜12L的折射率取决于光学薄膜材料B中所含树脂的类型，以及任选的所含细粒的类型和数量。当光学薄膜12L的折射率高于1.69时，不能保证光学薄膜12L与光学薄膜12H间的折射率差异，因此，在光学薄膜12H上堆叠光学薄膜12L之后而实现的反射性能不能令人满意，使得所得的屏幕不利地具有难以令人满意的性能。此外，形成折射率低于1.3的薄膜是困难的，因此，从生产的角度来看，1.3是折射率的下限。
光学薄膜12L优选具有80nm至15μm，更优选600至1000nm的厚度。
由于具有上述结构，所以光学多层薄膜12对三个波长范围即红、绿、蓝光波长范围的光具有高反射性，且至少对所述三个波长范围之外的可见光具有高透射性。通过改变光学薄膜12H、12L各自的折射率或厚度，可以改变或控制光学多层薄膜12所要反射的三个波长范围中的波长，使得光学多层薄膜12可以适当地处理投影仪所发射的光的波长。
对于构成光学多层薄膜12的光学薄膜12H、12L的层数，没有具体的限制，光学薄膜12H、12L可以具有合乎需要的层数。优选光学多层薄膜12由奇数层构成，以便投影仪光入射一侧以及相反一侧的最外层均由光学薄膜12H构成。对三原色的波长范围而言，由奇数层构成的光学多层薄膜12，具有比由偶数层构成的光学多层薄膜更有利的滤色器功能。
具体地，优选光学多层薄膜12由3～7层的奇数层构成。当层数为两层或更少时，光学多层薄膜12不能令人满意地充当反射层。另一方面，构成光学多层薄膜的层数越大，光学多层薄膜的反射率越高，但是，当层数为八层或更多时，反射率的增加速度小，不能实现预期的通过增加形成光学多层薄膜12的次数而提高反射率的效果。
光吸收层13吸收经过光学多层薄膜12的光，例如，图1示出了黑色薄膜堆叠在光学多层薄膜12最外层的表面上的实施方式。
作为选择，光吸收层13可以是通过涂布黑色的涂料组合物而得到的涂层。
黑色涂料组合物的实例包含细粒，如碳黑细粒及表面涂有碳黑的氧化硅细粒。这些细粒可以是导电的。
作为制备碳黑细粒的方法，油炉法、隧道法、灯法和热法是公知的方法。
当细粒用于加深黑度时，细粒的初级颗粒尺寸和散射性能是决定薄膜黑度的重要因素，且具有较小初级颗粒尺寸和较大表面积的细粒还提高乌黑度(jet-blackness)。具有大量表面官能团的碳黑，对具有极性官能团(如OH基团或羧基)的载体如醇酸树脂具有高亲和性，且当与低极性的烃溶剂一起使用时，碳黑增加对树脂的可润湿性，从而提高所得薄膜的光泽和乌黑度。另外，优选向细粒中加入具有异氰酸酯基或羧基的固化剂，以使薄膜固化，所述异氰酸酯基或羧基对上述树脂中的官能团具有反应活性。
一般地，隧道碳中的表面官能团的数量大于炉法碳，但是可以通过对其进行氧化，来增加根据炉法制备的碳中的官能团的数量。优选碳黑具有30nm或更小，更优选20nm或更小的初级颗粒尺寸。当使用具有较大颗粒尺寸的碳黑时，所得薄膜的乌黑度降低，使得薄膜作为光吸收层的性能退化。
涂布法可以是公知的方法，如幕涂法、刮涂法或喷涂法。
光吸收层13优选具有约10～50μm，更优选15～25μm的厚度。如果光吸收层的厚度小于10μm，则乌黑度不利地降低，尤其是采用喷涂法时。另一方面，如果其厚度大于50μm，则所得薄膜如此之脆，以至于会在薄膜中形成裂纹。
光散射层14具有一个形状不平的表面，而且对于光散射层的构成材料而言，没有特殊的限制，只要它透射投影仪中所用波长范围的光，可以使用散射层中常用的玻璃或塑料。例如，透明的环氧树脂可以施用于光学多层薄膜12并压花，以形成不平的表面，也可以将具有不平表面的散射膜层合在光学多层薄膜上。当其经过并脱离光散射层14时，光学多层薄膜12选择性反射的光被散射，使得观察者可以通过观察被散射的反射光而看到自然的图像。光散射层14的散射角是决定视界(visibility)的重要因素，而且可以通过控制构成散射片的材料的折射率或者不平表面的形状增加散射角。
当投影仪的光源为激光时，为了防止产生斑点图案(其为屏幕上的一种散射)，优选光散射层14的表面形状图案是随机的。
屏幕10可以选择性地进行反射，使得来自投影仪的特定波长的光被反射，而波长范围在特定波长范围之外的入射在屏幕上的其它光(如环境光)则被透射和吸收，降低屏幕10上的图像的黑色电平，实现高对比度，从而使具有高对比度的图像出现在屏幕上，即使是在发光明亮的房间中。例如，当源于RGB光源(如采用光栅光阀(GLV)的光栅投影仪)的光投射在屏幕10上时，可以在大视角下观察到具有高对比度而无环境光不良影响的优良图像。
具体地，屏幕10上的入射光经过光散射层14，到达光学多层薄膜12，光学多层薄膜12透射入射光中所包含的环境光分量，该环境光分量被光吸收层13所吸收，只有负责图像的特定波长范围的光被选择性地反射，所反射的光被光散射层14的表面所散射，并作为图像光以大视角传送至观察者。因此，可以高水平除去环境光对图像光(其为反射光)的不利影响，使得可以获得比常规屏幕更高的对比度。
本发明的屏幕可以具有图2所示的结构，其包括形成于基底前侧并且结构与上述结构相同的光学多层薄膜，形成于光学多层薄膜最外层的表面上的光散射层，及形成于基底后侧的光吸收层。该屏幕反射来自投影仪的特定波长的光，并且透射和吸收波长范围不同于所述特定波长的其它入射光(如环境光)，以降低屏幕上的黑色电平(black level)，进而获得高对比度。
下面将说明用于光学薄膜的材料A和B，其是用于形成第一光学薄膜和第二光学薄膜的涂料组合物。
(1)用于光学薄膜的材料A用于光学薄膜的材料A包含细粒，有机溶剂，吸收能量以进行固化反应的粘结剂，及包括亲油基和亲水基的分散剂。
所述细粒是由为控制所形成的光学薄膜的折射率而添加的高折射率材料而构成的细粒，其实例包括Ti、Zr、Al、Ce、Sn、La、In、Y、Sb等的氧化物，以及In-Sn等的合金氧化物。即使Ti氧化物包含适量的抑制光催化作用的Al、Zr等的氧化物，也不会损害本发明的效果。
细粒优选具有55～85m2/g，更优选75～85m2/g的比表面积。当细粒的比表面积落入该范围时，对细粒的分散处理使得细粒在光学薄膜材料中具有100nm或更小的颗粒尺寸，由此可以获得浑浊度非常小的光学薄膜。
作为有机溶剂的实例，可以使用酮溶剂，如丙酮、甲乙酮、甲基异丁基酮或环己酮；醇溶剂，如甲醇、乙醇、丙醇、丁醇或异丁醇；或者酯溶剂，如乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙酸丙酯、乳酸乙酯或乙酸乙二醇酯。这些有机溶剂不必具有高达100％的纯度，它们可以包含数量为20％或更少的杂质，如异构体、未反应物、分解产物、氧化物或水分。为了将该组合物施用于基底或具有低表面能的光学薄膜，优选具有较低表面张力的溶剂，这种溶剂的实例包括甲基异丁基酮、甲醇、乙醇等。
粘结剂的实例包括热固性树脂，紫外线(UV)固化树脂，及电子束(EB)固化树脂。热固性树脂、UV固化树脂和EB固化树脂的实例包括聚苯乙烯树脂，苯乙烯共聚物，聚碳酸酯，酚醛树脂，环氧树脂，聚酯树脂，聚氨酯树脂，脲醛树脂，三聚氰胺树脂，聚胺树脂，及脲甲醛树脂树脂。可以使用具有另一环状(芳环、杂环或脂环)基团的聚合物。作为选择，可以使用其碳链中具有氟或硅烷醇基的树脂。
进行树脂固化反应的方法可以是辐射或加热中的任何一种方法，但是，当通过紫外线辐射进行树脂的固化反应时，优选该反应在聚合引发剂存在下进行。自由基聚合引发剂的实例包括偶氮类引发剂，如2，2′-偶氮二异丁腈和2，2′-偶氮二(2，4-二甲基戊腈)；及过氧化物引发剂，如过氧化苯甲酰、过氧化月桂酰和过辛酸叔丁酯。相对于总共100重量份的可聚合单体而言，引发剂的用量为0.2～10重量份，更优选为0.5～5重量份。
分散剂包括亲油基和亲水基，其改善细粒的可分散性。分散剂中的亲油基的重均分子量为110～3000。当亲油基的分子量低于110时，出现分散剂不能令人满意地溶解于有机溶剂中的问题，而当分子量大于3000时，则在光学薄膜不能获得令人满意的细粒分散性。分散剂可以具有与粘结剂进行固化反应的官能团。
作为分散剂中所含的亲水基，极性官能团的量为10-3～10-1mol/g。当官能团的量小于或大于该范围时，则对细粒的分散没有效果，导致分散性降低。下面给出的官能团是有效的极性官能团，因为它们不导致任何聚集状态。其实例包括-SO3M，-OSO3M，-COOM，P＝O(OM)2(式中M代表氢原子或碱金属如锂、钾或钠)，叔胺，及季铵盐R1(R2)(R3)NHX(式中R1、R2和R3各自代表氢原子或烃基，X-代表卤素如氯、溴或碘的离子或者无机或有机离子)。此外，其实例还包括极性官能团，如-OH、-SH、-CN及环氧基。这些分散剂可以单独或混合使用。在本发明所采用的薄膜中，分散剂的总量按100重量份的细粒计为20～60重量份，优选为38～55重量份。
将用于光学薄膜的材料A涂布成薄膜，然后通过辐射或加热促进薄膜的固化反应，以形成高折射率型的第一光学薄膜。
(2)用于光学薄膜的材料B用于光学薄膜的材料B包含有机溶剂和粘结剂。将粘结剂溶解于有机溶剂中，并且在需要时，可以将细粒添加并分散于粘结剂的溶液中。
粘结剂是分子中具有官能团的树脂，其通过紫外线等的辐射或者热能而进行固化反应，优选氟树脂等。
细粒是为控制所形成的光学薄膜的折射率而任选添加的、由低折射率材料构成的细粒，其实例包括SiO2、MgF2、中空细粒和由氟树脂构成的细粒。可以添加Ti、Zr、Al、Ce、Sn、La、In、Y、Sb等的氧化物或者In-Sn等的合金氧化物。即使Ti氧化物包含适量的用于抑制光催化作用的Al、Zr等的氧化物，也不损害本发明的效果。
作为有机溶剂的实例，可以单独或混合使用酮溶剂，如丙酮、甲乙酮、甲基异丁基酮和环己酮；醇溶剂，如甲醇、乙醇、丙醇、丁醇和异丁醇；酯溶剂，如乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙酸丙酯、乳酸乙酯和乙酸乙二醇酯；及含氟溶剂，如含氟芳烃，例如全氟苯、五氟苯、1，3-二(三氟甲基)苯和1，4-二(三氟甲基)苯，含氟烷基胺，例如全氟三丁基胺和全氟三丙基胺，含氟脂肪烃，例如全氟己烷、全氟辛烷、全氟癸烷、全氟十二烷、全氟-2，7-二甲基辛烷、1，3-二氯-1，1，2，2，3-五氟丙烷、1H-1，1-二氯全氟丙烷、1H-1，3-二氯全氟丙烷、1H-全氟丁烷、2H，3H-全氟戊烷、3H，4H-全氟-2-甲基戊烷、2H，3H-全氟-2-甲基戊烷、全氟-1，2-二甲基己烷、全氟-1，3-二甲基己烷、1H-全氟己烷、1H，1H，1H，2H，2H-全氟己烷、1H，1H，1H，2H，2H-全氟辛烷、1H-全氟辛烷、1H-全氟癸烷和1H，1H，1H，2H，2H-全氟癸烷，含氟脂环烃，例如全氟萘烷、全氟环己烷和全氟-1，3，5-三甲基环己烷，以及含氟醚，例如全氟-2-丁基四氢呋喃和含氟的低分子量聚醚。例如，使用甲基异丁基酮作为光学薄膜的材料A中所用的有机溶剂，使用含氟醇(C6F13C2H4OH)与全氟丁基胺的混合溶剂(95∶5)作为光学薄膜的材料B中所用的有机溶剂。这些有机溶剂不必具有高达100％的纯度，它们可以包含数量为20％或更少的杂质，如异构体、未反应物、分解产物、氧化物或水分。
将光学薄膜的材料B涂布成薄膜，然后经受固化反应，形成折射率低于第一光学薄膜的第二光学薄膜。
用于光学薄膜的材料A和B的制备方法包括捏和步骤和分散步骤，以及任选的在上述步骤之前或之后的混合步骤。用于本发明的任何原料，包括细粒、树脂和溶剂，可以在每一步骤开始时或者在每一步骤过程中添加。各原料可以分成两份或多份，并且可以单独地于两个或多个步骤中添加。所述分散和捏和可以利用公知的设备如搅拌器或涂料振荡器来进行。
下面将说明制备本发明的反射屏幕10的方法。
(s1)制备聚对苯二甲酸乙二酯(PET)薄膜，作为基底11，并通过浸涂法，将用于光学薄膜的材料A以预定的量涂布在基底11的两个表面上，在所述的浸涂法中，基底11浸渍于装有用于光学薄膜的材料A的容器中，然后从中取出。
(s2)干燥用于光学薄膜的材料A的薄膜，形成各自具有预定厚度的光学薄膜12H。
(s3)然后，通过浸涂法，将用于光学薄膜的材料B以预定的量涂布在位于基底11两侧的光学薄膜12H上，在所述浸涂法中，其上形成有光学薄膜12H的基底11浸渍于装有用于光学薄膜的材料B的容器中，然后从中取出。
(s4)干燥用于光学薄膜的材料B，形成各自具有预定厚度的光学薄膜12L，进而形成包括光学薄膜12H和光学薄膜12L的堆叠结构。
(s5)然后，通过下列方法，将用于光学薄膜的材料A以预定的量涂布在构成基底11两侧最外层的每个光学薄膜12L上，在所述方法中，其上堆叠有光学薄膜12H和12L的基底11浸渍于装有用于光学薄膜的材料A的容器中，然后从中取出。
(s6)干燥用于光学薄膜的材料A的薄膜，然后用紫外线进行辐射，以固化用于光学薄膜的材料A，形成各自具有预定厚度的光学薄膜12H。接着，将步骤s3至s6中处理循环重复预定的次数，以在基底11的两侧形成光学多层薄膜12。
(s7)将低折射率的透明的粘合剂(Epoxy Technology Inc.制造和出售的EPOTEK 396)涂布在位于前侧的光学多层薄膜12上，并将板状的光散射层14放置在所涂布的粘合剂上，使得位于不平表面相反一侧的光散射层14的表面与粘合剂接触，接着固化粘合剂，以充当粘接光学多层薄膜12和光散射层14的粘接层。
(s8)将包含黑色光吸收剂的树脂涂布在位于后侧的光学多层薄膜12上，以形成光吸收层13，由此得到本发明的反射性屏幕10。
在所给出的实例中，用于光学薄膜的材料A和B是通过浸涂法涂布的，但是，用于光学薄膜的材料A和B均可以通过公知的涂布方法如照相凹板式涂布、辊涂、刮涂或口模式涂布法进行涂布。
此外，根据本发明另一实施方案的屏幕可以具有图2所示的结构，其包括光学多层薄膜12，所述光学多层薄膜12的结构与上述的形成于基底11前侧的结构相同；光散射层14，所述光散射层14形成于光学多层薄膜12的最外层的表面上；及光吸收层13，所述光吸收层13形成于基底的后侧上。该屏幕20反射来自投影仪的特定波长的光，并透射和吸收波长范围不同于所述特定波长的入射光(如环境光)，以降低屏幕上的黑色电平，进而实现高对比度。
(实施例)下文中将描述实施本发明的实施例。下面的实施例仅仅是些例子，不应将其解释成是对本发明的范围的限制。
(实施例1)下面将描述与光学薄膜材料A相对应的涂料组合物(I)及与光学薄膜材料B相对应的涂料组合物(II)的配方和制备方法，以及制备实施例1中的屏幕的方法。下面所用的″重量份″是指所添加的各成分的重量比，相对于构成涂料组合物的总重量。
(1)涂料组合物(I)细粒TiO2细粒(Ishihara Sangyo有限公司制造和出售；平均颗粒尺寸约20nm；折射率2.48)100重量份(2％重量)分散剂硅烷偶合剂(A-174；Nippon Unicar有限公司制造和出售)20重量份(0.4％重量)有机溶剂甲乙酮4800重量份(97.6％重量)首先，将细粒、分散剂和有机溶剂以预定的量混合在一起，并借助于涂料振荡器进行分散，得到细粒分散体。向该细粒分散体中加入相对于100重量份TiO2细粒为33重量份(相当于33％重量，基于TiO2的重量)的作为粘结剂的本身为UV固化树脂的二季戊四醇六丙烯酸酯与二季戊四醇五丙烯酸酯的混合物(商品名DPHA；Nippon Kayaku有限公司制造和出售)，及相对于粘结剂为3重量份(相当于3％重量，基于UV固化树脂(二季戊四醇六丙烯酸酯与二季戊四醇五丙烯酸酯的混合物)的重量)的作为聚合引发剂的Darocure1173，并借助于搅拌器进行搅拌，制得涂料组合物(I)。该涂料组合物的粘度为2.3cps，比重为0.9g/cm3。
(2)涂料组合物(II)用于低折射率薄膜的涂料组合物(II)的最终配方如下。
粘结剂氟乙烯共聚物树脂
(四氟乙烯共聚物；DAIKIN INDUSTRIES有限公司制造和出售；溶剂乙酸丁酯；固含量50％重量；折射率1.42)20重量份(16.7％重量)有机溶剂甲基异丁基酮100重量份(83.3％重量)该涂料组合物的粘度为4.0cps，比重为0.84g/cm3。
(3)形成光学薄膜的方法(s11)通过浸涂法，将涂料组合物(I)涂布在透明的PET薄膜(厚度188μm；商品名U426；Toray Industries Inc.制造和出售)的两个表面上。浸涂的条件如下浸渍速度400mm/分钟保留时间1分钟取出速度350mm/分钟(s12)在室温下干燥涂料组合物(I)的薄膜，形成每个表面均具有780nm厚度的高折射率光学薄膜。
(s13)然后，通过浸涂法，将涂料组合物(II)涂布在高折射率光学薄膜上。浸涂的条件如下浸渍速度400mm/分钟保留时间1分钟取出速度160mm/分钟(s14)在室温下干燥涂料组合物(II)的薄膜，形成各自厚度均为1120nm的低折射率光学薄膜。
(s15)在与步骤s11相同的条件下，将涂料组合物(I)涂布在光学薄膜(II)上。
(s16)在室温下干燥涂料组合物(I)的薄膜，然后进行紫外线(UV)固化(500mJ/cm2)，形成每一表面均具有780nm厚度的高折射率光学薄膜，由此在PET薄膜上得到各自均由三层(即光学薄膜(I)/光学薄膜(II)/光学薄膜(I))构成的光学多层薄膜。
在对所形成的光学薄膜的评价中，通过Filmetrics(Matsushita Inter-techno有限公司制造和出售)测量光学薄膜(I)和光学薄膜(II)各自的折射率。另外，还通过浑浊度计(JASCO V-560型)，测量光学多层薄膜的浑浊度。此外，还利用Filmetrics(Matsushita Inter-techno有限公司制造和出售)测量光学多层薄膜的反射性能。就反射性能而言，对三原色中的每个波长(即蓝色波长480nm，绿色波长560nm，红色波长665nm)分别测量反射率。
此外，通过胶粘剂层，将黑色PET薄膜层合在所得光学多层薄膜之一的最外层的表面上，并通过胶粘剂层，将散射膜层合在另一光学多层薄膜的最外层的表面上，制得屏幕，且通过光谱辐射亮度计(CS-1000，KONICAMINOLTA HOLDINGS，INC.制造和出售)测量屏幕的增益。增益是指屏幕的亮度(cd/m2)与白板被光照射时的亮度(取值为1)之比的最大值。
此外，通过上述的亮度计测量屏幕的亮度，以测定对比度。具体地，测量屏幕被来自投影仪的白光照射时的亮度，然后测量屏幕被来自投影仪的黑光照射时的亮度，并由白光的亮度与黑光的亮度之比测量对比度。
(实施例2)在与实施例1基本相同的条件下，制得光学多层薄膜和屏幕，所不同的是，将堆叠于实施例1中的光学薄膜的数目变为7，亦即，光学薄膜(I)/光学薄膜(II)/光学薄膜(I)/光学薄膜(II)/光学薄膜(I)/光学薄膜(II)/光学薄膜(I)。
(实施例3)在与实施例1基本相同的条件下制备屏幕，所不同的是，实施例1中的光学多层薄膜形成于作为基底的PET薄膜的一个主表面上，并通过胶粘剂层在另一主表面上层合黑色的PET薄膜，且通过胶粘剂层在光学多层薄膜的最外层的表面上层合散射薄膜。
(实施例4)在与实施例1基本相同的条件下制得屏幕，所不同的是，不是在实施例1中层合黑色的PET薄膜，而是通过喷涂法将黑色的涂料组合物涂布在PET薄膜后侧的表面(光学多层薄膜之一的最外层的表面)上，并在干燥和固化步骤中于75℃下保持30分钟，以形成光吸收层。
所用黑色涂料组合物是通过将溶剂添加到下列组合物中而得到的。
碳黑细粒商品名，ORIGIPLATE；Origin ELECTRIC有限公司制造和出售(初级颗粒尺寸15nm)树脂具有羟基的醇酸树脂所用固化剂商品名，POLYHARD MH(异氰酸酯基固化剂)，OriginELECTRIC有限公司制造和出售。
(实施例5)在与实施例2基本相同的条件下制得屏幕，所不同的是，不是在实施例2中层合黑色的PET薄膜，而是进行与实施例4中相同的处理。
(实施例6)在与实施例3基本相同的条件下制得屏幕，所不同的是，不是在实施例3中层合黑色的PET薄膜，而是进行与实施例4中相同的处理。
(对比例1)在与实施例1基本相同的条件下，制得光学多层薄膜和屏幕，所不同的是，将堆叠于实施例1中的光学薄膜的数目变为1，亦即，光学薄膜(I)。
(对比例2)在与实施例1基本相同的条件下，制得光学多层薄膜和屏幕，所不同的是，将堆叠于实施例1中的光学薄膜的数目变为2，亦即，光学薄膜(I)/光学薄膜(II)。
结果示于表1中。
实施例1和4中的具有双面三层结构的光学多层薄膜都具有55％的反射率，并且证实了随着光学多层薄膜之堆叠层数的增加，光学多层薄膜的反射率也增加，实施例2和5中的具有双面七层结构的光学多层薄膜的反射率均为90％。此外，具有双面三层结构的光学多层薄膜的反射率(实施例1)比实施例3和6中的具有单面三层结构的光学多层薄膜的反射率高10％。
对于屏幕而言，已经证实了增益的增加与构成光学多层薄膜的堆叠层的层数成比例，而且对于双面七层结构的屏幕而言，当光吸收层由黑色PET薄膜构成时(实施例2)，可以得到1.8的增益，当光吸收层由黑色的涂膜构成时(实施例5)，可以得到2.2的增益。此外，对比度的比例如下在实施例1中为26∶1；在实施例2中为42∶1；在实施例3中为21∶1；在实施例4中为35∶1；在实施例5中为55∶1；在实施例6中为28∶1。
对比例的结果如下。
对比例1光学多层薄膜的反射率为17％，屏幕的增益和对比度分别为0.3和8∶1。
对比例2光学多层薄膜的反射率为17％，屏幕的增益和对比度分别为0.3和8∶1。
表1
工业实用性根据权利要求1的发明，可以实现具有高对比度和高增益的大尺寸屏幕。
根据权利要求2的发明，可以实现高反射率。
根据权利要求3～5的发明，可以形成具有反射所需波长范围的光而透射该波长范围之外的其它光的光学多层薄膜，使得可以实现与投影仪光源一致且具有高对比度和高增益以及高反射率的屏幕。
根据权利要求6的发明，可以得到这样的屏幕，即对于RGB光源可以从其上面看到具有高对比度的优质图像的屏幕。
根据权利要求7的发明，可以从屏幕上看到具有更高对比度的优质图像。
根据权利要求8的发明，观察者通过观察被散射的反射光，可以在屏幕上看到自然的图像。
根据权利要求9的发明，可以大批量地制备具有高对比度和高增益的大尺寸屏幕。
根据权利要求10的发明，可以提高具有高对比度和高增益以及高反射率的大尺寸屏幕的产品收率，使得可以大批量地制备屏幕。
根据权利要求11和12的发明，可以形成具有所需折射率的光学薄膜。
根据权利要求12的发明，可以制备观察者通过观察被散射的反射光能够在其上面看到自然图像的屏幕。
根据权利要求11的发明，可以制备能够从其上面看到具有更高对比度的优质图像的屏幕。
权利要求
1.一种屏幕，其特征在于它包括位于基底上的光学多层薄膜，该光学多层薄膜由(2n+1)层组成(其中n为1或更大的整数)，各层对特定波长范围的光具有高反射性，而至少对该特定波长范围之外的可见光具有高透射性；其中该光学多层薄膜是通过涂布法形成的。
2.根据权利要求1的屏幕，其特征在于所述基底是透明的，且所述光学多层薄膜通过涂布法形成于基底的两个表面上。
3.根据权利要求1的屏幕，其特征在于所述光学多层薄膜包括堆叠结构，其中具有高折射率的第一光学薄膜和折射率低于第一光学薄膜的第二光学薄膜彼此交替地堆叠，且所述光学多层薄膜的最外层由第一光学薄膜形成。
4.根据权利要求3的屏幕，其特征在于所述第一光学薄膜是包含金属氧化物细粒、分散剂和粘结剂的薄膜；所述第二光学薄膜是包含含氟树脂或SiO2细粒的薄膜。
5.根据权利要求4的屏幕，其特征在于所述金属氧化物细粒为TiO2或ZrO2细粒。
6.根据权利要求3的屏幕，其特征在于所述特定波长范围包括红光、绿光和蓝光的波长范围。
7.根据权利要求1的屏幕，其特征在于包括光吸收层，以吸收透过所述光学多层薄膜的光。
8.根据权利要求1的屏幕，其特征在于在所述光学多层薄膜的最外层上包括光散射层，以散射被所述光学多层薄膜反射的光。
9.一种制备基底上包括光学多层薄膜的屏幕的方法，所述光学多层薄膜由(2n+1)层组成(其中n为1或更大的整数)，各层对特定波长范围的光具有高反射性，而至少对该特定波长范围之外的可见光具有高透射性；其中制备该光学多层薄膜的方法包括第一涂布步骤，以通过涂布法形成具有高折射率的第一光学薄膜；第二涂布步骤，以通过涂布法形成折射率低于第一光学薄膜的第二光学薄膜；且所述第一涂布步骤和所述第二涂布步骤交替进行。
10.一种制备在透明基底的两个表面上包括光学多层薄膜的屏幕的方法，其中每个光学多层薄膜由(2n+1)层组成(其中n为1或更大的整数)，各层对特定波长范围的光具有高反射性，而至少对该特定波长范围之外的可见光具有高透射性；其中制备所述光学多层薄膜的方法包括第一涂布步骤，以通过浸涂法在要涂布的基底的两个表面上形成具有高折射率的第一光学薄膜；第二涂布步骤，以通过浸涂法在要涂布的基底的两个表面上形成折射率低于第一光学薄膜的第二光学薄膜；且所述第一涂布步骤和所述第二涂布步骤交替进行。
11.根据权利要求10的制备屏幕的方法，其特征在于包括在所述光学多层薄膜一侧的最外层形成光吸收层的步骤，以吸收透过所述光学多层薄膜的光。
12.根据权利要求11的制备屏幕的方法，其特征在于包括在所述光学多层薄膜另一侧的最外层形成光散射层的步骤，以散射被所述光学多层薄膜发射的光。
全文摘要
具有高对比度和高增益的屏幕及其制备方法，该方法有利于大批量生产。该屏幕光学多层结构，该多层结构由透明基底(11)以及在该透明基底每一侧交替出现的第一光学薄膜(12H)和第二光学薄膜(12L)组成，其中所述第一光学薄膜(12H)具有高折射率，所述第二光学薄膜(12L)具有低于第一光学薄膜(12H)的折射率，且最外层为第一光学薄膜(12H)。该多层结构的光学薄膜的数目为2n+1(n为1或更大的整数)。每一光学薄膜都对特定波长范围的光具有高反射特性，而对该特定波长范围之外其它光(至少是可见波长范围的光)则具有高透射特性。
文档编号G03B21/60GK1698010SQ20048000069
公开日2005年11月16日 申请日期2004年5月14日 优先权日2003年5月15日
发明者守泽和彦, 片仓等, 细谷健 申请人:索尼株式会社