柔性基元膜、柔性全息膜和硬质基元膜、硬质全息膜的制作方法

本实用新型涉及3d显示领域，尤其是涉及一种柔性基元膜、柔性全息膜和硬质基元膜、硬质全息膜。
背景技术：
：3d显示技术能够在空间显示出立体画面，是下一代显示技术的主流方向。虽然已经有很多可以实现3d显示的方案，比如体显示技术、立体图像对技术、佩珀耳幻象等，但是目前还没有一种比较完美的3d解决方案，其主要原因是缺乏对大面积光源操控的光学玻璃元件。传统的光学玻璃加工工艺只能够在百微米尺度进行微结构加工，更高精度的大面积光学玻璃加工需要及其高昂的加工成本，而且光学玻璃本身为硬材质，加工过程中容易出现破碎以及产生残余应力等问题，本实用新型给出一种柔性基元膜，可以实现对光线的操控进而实现3d显示。技术实现要素：本实用新型要解决的技术问题就在于：针对上述现有技术中传统的高精度的大面积光学玻璃加工的高昂成本以及加工过程中存在的玻璃易破碎以及产生残余应力等影响良品率的问题，提供一种柔性基元膜、柔性全息膜和硬质基元膜、硬质全息膜。为解决上述技术问题，本实用新型提供一种柔性基元膜，整体为柔性可弯曲薄膜结构，由若干相间平行排列的反射层和透明层组成，反射层为具有反射光线功能的反射膜，透明层为透射光线的透明胶水固化层和/或通过透明胶水粘接的透射膜；柔性基元膜的水平夹持下垂长度为l1(cm)，可对折次数为n1，满足：l1≥5或者n1*l1＞9。进一步地，反射层厚度为0.1μm～25μm，透明层厚度为2μm～1mm，透明层的厚度大于反射层的厚度。进一步地，反射膜为铝箔、铁箔、锡箔、锌箔、铜箔、铬箔、镍箔和钛箔中的任意一种。进一步地，透明胶水为环氧树脂ab胶、uv胶、无影胶、透明玻璃胶、透明木工胶和透明万能胶中的任意一种。进一步地，透射膜为透明材质的塑料膜、pmma膜、pmma膜、ps膜、pc膜、苯乙烯丙烯腈膜、ms膜、pet膜、petg膜、abs膜、pp膜、pa膜、san膜、mbs膜、pes膜、cr-39膜、tpx膜、hema膜、f4膜、f3膜、efp膜、pvf膜、pvdf膜、ep膜、pf膜、up膜、醋酸纤维素膜、硝酸纤维素膜、eva膜、pe膜、pvc膜、无定形环烯烃膜和改性双酚a环氧树脂膜中的任意一种。进一步地，基元膜的一面或者两面粘结有一层柔性透明保护膜，柔性透明保护膜为透明材质的pmma膜、pmma膜、ps膜、pc膜、苯乙烯丙烯腈膜、ms膜、pet膜、petg膜、abs膜、pp膜、pa膜、san膜、mbs膜、pes膜、cr-39膜、tpx膜、hema膜、f4膜、f3膜、efp膜、pvf膜、pvdf膜、ep膜、pf膜、up膜、醋酸纤维素膜、硝酸纤维素膜、eva膜、pe膜、pvc膜、无定形环烯烃膜和改性双酚a环氧树脂膜中的任意一种。本实用新型还提供一种柔性全息膜，由两张如上述的柔性基元膜通过透明胶水粘接形成，且两层基元膜之间的反射层以及透明层均以夹角θ交错并形成栅格，其中87°≤θ≤93°，柔性全息膜的水平夹持下垂长度为l2(cm)，可对折次数为n2，满足：l2≥5或者n2*l2＞9。本实用新型还提供一种硬质基元膜，包括如上述的柔性基元膜和硬质透明保护膜，二者通过透明胶水粘接形成硬质基元膜，硬质透明保护膜为透明材质的玻璃、亚克力和塑料膜中的任意一种。本实用新型还提供一种硬质全息膜，由两张如上述的硬质基元膜上下粘结形成，或者由一张如上述硬质基元膜与另一张如上述的柔性基元膜上下粘结形成，且两张基元膜上的反射层以及透明层均以夹角θ交错并形成栅格，其中87°≤θ≤93°。进一步地，硬质全息膜还可以由如上述的柔性全息膜与硬质透明平板粘接形成，透明平板的材质为透明材质的玻璃、亚克力和塑料膜中的任意一种。与现有技术相比，本实用新型的优点在于：1、本实用新型所述的柔性基元膜、柔性全息膜和硬质基元膜、硬质全息膜均包含了柔性基元膜，与现有高精度光学玻璃加工相比，一方面柔性基元膜的材料成本较低，另一方面在对其进行加工时，不容易碎，也不会出现光学玻璃加工过程中产生残余应力等问题，大大提高了良品率，适合大范围推广；2、柔性全息膜在具体应用时，可以做成卷轴式屏幕、曲面屏幕等，灵活度较高，不使用时收纳方便，占用空间较小；3、基于硬质透明平板和硬质透明保护膜的材质特性，硬质全息膜也不容易碎，同样不会出现光学玻璃加工过程中产生残余应力等问题。附图说明为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为透明层3为透明胶水固化层的基元膜1的结构正视图，图2为透明层3为通过透明胶水粘接了透射膜的基元膜1的结构正视图，图3为图2中i的局部放大图，图4为带有透明保护膜的基元膜1的结构图，图5为柔性全息膜的结构立体图，图6为图5的正视图，图7为柔性全息膜的三种不同结构俯视图，图8为硬质全息膜的三种不同结构俯视图，图9为空气悬浮显示系统图，图10为3d显示全息膜的成像光路示意图，图11为图10的侧视图，图12为图11中ii的局部内部光线反射原理图，图13为空气悬浮显示系统应用的柔性全息屏的效果图，图14为3d显示全息膜成像光路仿真效果图，附图标记如下：基元膜1，反射层2，透明层3，柔性透明保护膜4，栅格5，硬质透明保护膜6，硬质透明平板7，全息投影器10，投影屏20，交互响应单元30，处理器40，运动执行机构50。具体实施方式为了使本领域技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图对本实用新型进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本实用新型的保护范围有任何的限制作用。参照图1至图14，本实用新型提供一种柔性基元膜，整体为柔性可弯曲薄膜结构，其水平夹持下垂长度为l1(cm)，可对折次数为n1，满足：l1≥5或者n1*l1＞9，实际应用时，为了尽可能保证可靠性，优选n1≥2和l1＞9；需要说明的是，其中n1为可对折次数，测试时取面积为100cm2的正方形的柔性基元膜1，将基元膜1沿着正方形中间线位置(或者中线位置附近1cm范围内)对折成长方形，然后用两块平板将对折后的基元膜1夹在中间，施加10～20n的力，加压3～5s，然后打开基元膜1(此时完成一次对折测试)，检查基元膜1是否产生局部微裂纹或者沿折痕断开成两截，如果没有，重复上述测试直到基元膜1产生局部微裂纹或者断开为两截，停止测试，测试过程总共折叠次数记为n1；其中l1为水平夹持下垂长度，测试方法：取宽度5cm±0.5cm，长度约25cm的窄条基元膜1，一端紧贴在水平基准桌面上，保证窄条伸出桌面长度为20cm±1cm，然后静置待窄条稳定后测量窄条伸出桌面一端的端点与水平基准桌面的垂直高度差记为水平下垂长度l1；上述的测试本身是一种加速测试手段，可以快速判断样品在长期使用过程中的可靠性，柔性3d显示基元膜1在应用时，需要承受多次的卷绕收纳和打开等操作，按照设计5年使用寿命计算，整个生命周期需要收纳、展开动作大约10000次，为了加速评估基元膜1的寿命，本实用新型采用上述对折测试和水平夹持下垂长度测试；当n1*l1＞9时，n越大表明基元膜1的极限弯折曲率半径越小，抗折断能力越强，同时l1越大说明基元膜1的柔性越好，越不容易因为卷绕破坏基元膜1结构，实验发现n1*l1＝9时基本等效10000次开合测试，满足最小设计寿命需求，过小的话，容易在产品的使用周期内出现质量问题，降低客户体验；在实际应用时，也可以使用一些固化后相对较硬的透明胶水和透射膜，这样制备的柔性基元膜1对折时会断，但是卷绕起来却不会破坏结构，所以也适用卷绕屏。对于这类材料，只要满足了制备的基元膜1可以卷绕成直径小于5cm的圆筒状，基元膜1整体也会比较柔顺，加工过程破裂损失也较小。通常l1≥5cm时，基元膜可以卷绕成直径小于5cm的圆筒状而不发生断裂。如图1至图3，柔性基元膜1由若干相间排列的反射层2和透明层3组成，反射层2为可以反射光线的金属箔或者其它具有反射功能的反射膜，反射层2的作用是反射光线，需要说明的是，如果反射层过厚的话会遮挡过多光线，越薄越好，但是考虑到工艺制备难度和成本，反射膜采用厚度为0.1μm～25μm的铝箔、铁箔、锡箔、锌箔、铜箔、铬箔、镍箔、钛箔或者其他能够反射光线的反射膜；透明层3为透射光线的透明胶水固化层和/或通过透明胶水粘接的透射膜，用于透射光线，满足透明层3的厚度始终大于反射层2的厚度，透明层的厚度为2μm～1mm；其中透明胶水可以采用uv胶、无影胶、透明玻璃胶、透明木工胶和透明万能胶中的任意一种；透射膜可以采用透明材质的塑料膜、pmma膜、ipmma膜、ps膜、pc膜、pe膜、苯乙烯丙烯腈膜、ms膜、pet膜、petg膜、abs膜、pp膜、pa膜、san膜、mbs膜、pes膜、cr-39膜、tpx膜、hema膜、f4膜、f3膜、efp膜、pvf膜、pvdf膜、ep膜、pf膜、up膜、醋酸纤维素膜、硝酸纤维素膜、eva膜、pe膜、pvc膜、新型非晶型热塑性聚酯膜、无定形环烯烃膜和改性双酚a环氧树脂膜中的任意一种。基元膜1的一面或者两面粘结有一层柔性透明保护膜4，柔性透明保护膜4为透明材质的pmma膜、ipmma膜、ps膜、pc膜、苯乙烯丙烯腈膜、ms膜、pet膜、petg膜、abs膜、pp膜、pa膜、san膜、mbs膜、pes膜、cr-39膜、tpx膜、hema膜、f4膜、f3膜、efp膜、pvf膜、pvdf膜、ep膜、pf膜、up膜、醋酸纤维素膜、硝酸纤维素膜、eva膜、pe膜、pvc膜、无定形环烯烃膜和改性双酚a环氧树脂膜中的任意一种。本实用新型所述的柔性基元膜的制备方法，具体步骤如下：1)固化堆制备：a)将预先裁切好的若干反射膜逐层堆叠起来，形成一个反射膜堆；b)把反射膜堆整体浸泡在透明胶水中，直至透明胶水完全渗入到反射膜之间的间隙后取出，需要说明的是，反射膜摞起来之后是蓬松的一堆，层间存在缝隙，这样跟透明胶水接触时，透明胶水靠表面张力的作用可以深入到层间，并填充完全，不易出现气泡，而且胶水本身对各种材料具有粘结作用，所以跟反射膜表面是非常容易浸润的，这样靠表面张力就可以填充于反射膜之间，类似于毛细现象；c)静置固化，固化过程中，通过施加一定压力将反射膜之间的间隙中多余的胶水挤出，从而来控制胶水层的厚度，固化后形成一个胶水层与反射膜相间排列的固化堆，其中反射膜为反射层2，胶水层为透明层3；2)基元膜制备：在垂直于反射层平面的方向上打磨出一个光滑表面，记为切削参考面，沿平行于切削参考面方向从固化堆上切削出一片薄片，记为基元膜1，固化堆上新切削出的面为下一次切削的切削参考面，重复上述切削步骤，将步骤1)的固化堆切削成若干基元膜1。其中，步骤1)固化堆制备还可以采用如下方式：将反射膜放置在平面上，在反射膜上均匀地涂上透明胶水，然后在透明胶水层再堆叠另一层反射膜，重复该堆叠过程形成反射膜和透明胶水相间堆叠的结构，静置固化后即形成固化堆。为了减少透明胶水的用量以及进一步增加透明层3的厚度，也可以在两层反射层2之间通过透明胶水粘接至少一层如上述的透明的透射膜。基于以上选用的透明胶水和透射膜的材料，因此固化后的透明层3具有较好的柔韧性，切削成基元膜1后使得基元膜1也具有较好的柔韧性。具体可以参考下表中的反射层2、透明层3和基元膜1的厚度：反射层厚度(μm)透明层厚度(μm)基元膜厚度(μm)0.1111225101010202015303020505025100100253003002510001000实际制备过程中，采用不同的胶水，静置固化的时间不一样，胶水在使用也可以根据胶水特性适当加热，比如使用环氧树脂ab胶水时，可以加热到28℃左右，一方面加快固化过程，同时也可以防止产生气泡；实际切削过程还可以用高精度线切割机来进行切削，如图4，在切削之前也可以使用透明胶水在切削参考面上粘结一层上述的柔性透明保护膜4，经过切削后得到带有柔性透明保护膜4的基元膜1；虽然上述的带透明保护膜的基元膜1的透明保护膜是在切削之前粘贴上去的，但是实际应用中可以在切削之后再进行透明保护膜的粘结，可以选择一面粘接或者两面都粘接，根据实际应用需求选择透明保护膜的材质；采用上述的制备方法，无需复杂的镀膜工艺就可制备出带有微米级的超精细结构的全息基元膜，与现有高精度光学玻璃加工工艺极其高昂的加工成本相比，本实用新型所述的制备方法材料成本以及加工工艺成本都较低，适合大范围推广，同时本实用新型的柔性基元膜本身为柔性，使得在对其进行加工时，不容易碎，也不会出现玻璃加工过程中产生残余应力等问题，大大提高了良品率，在具体应用时，可以做成卷轴式屏幕、曲面屏幕等，灵活度较高，不使用时收纳方便，占用空间较小。本实用新型还提供一种柔性全息膜，如图5至图7，包括两层上下粘接在一起的上述柔性基元膜1，且两层柔性基元膜1之间的反射层2以及透明层3均以夹角θ交错并形成栅格5，其中87°≤θ≤93°，优选90°；其中柔性全息膜的水平夹持下垂长度为l2(cm)，可对折次数为n2，满足：l2≥5或者n2*l2＞9，实际应用时，为了尽可能保证可靠性，优选n2≥2和l2＞9；柔性全息膜在具体应用时，可以做成卷轴式屏幕、曲面屏幕等，灵活度较高，不使用时收纳方便，占用空间较小。本实用新型还提供一种硬质基元膜，如图4，包括一层上述的柔性基元膜1和一层硬质透明保护膜6，二者通过透明胶水粘接形成硬质基元膜，硬质透明保护膜6为透明材质的玻璃、亚克力和塑料膜中的任意一种，同时透明保护膜为上述柔性透明保护膜的材质时，当透明保护膜的厚度较大时，本身就较硬的透明保护膜，同样适用硬质3d显示全息投影屏。本实用新型还提供一种硬质全息膜，如图5、图6和图8，由两层硬质基元膜上下粘结形成，或者由一层硬质基元膜和另一层柔性基元膜上下粘结形成，且两张基元膜上的反射层2以及透明层3均以夹角θ交错并形成栅格5，其中87°≤θ≤93°，优选90°；硬质全息膜还可以由柔性全息膜粘附在一张硬质透明平板7形成，硬质透明平板7的材质为透明材质的玻璃、亚克力和塑料膜中的任意一种；基于硬质透明保护膜6和硬质透明平板7的材料特性，硬质全息膜也不容易碎，同样不会出现光学玻璃加工过程中产生残余应力等问题。考虑到实际应用时，可能需要制备超大的全息膜，此时基元膜1的微结构相应的就可以做的相对“粗糙”，那么透明层3的厚度可以达到1mm，甚至更厚。如图9，将上述柔性全息膜或者硬质全息膜应用于空气悬浮显示：空气悬浮显示系统包括全息投影器10、基于本实用新型所述的柔性全息膜或者硬质全息膜制备的投影屏20、交互响应单元30和处理器40，全息投影器10用于在空间投影出具有深度的3d全息影像，其位于投影屏20一侧，投影屏20用于把全息投影器10投影出的具有深度信息的3d图像转化到其共轭位置，全息投影器10和/或投影屏20上设有运动执行机构50，交互响应单元30用于感知用户交互动作信息和用户眼睛位置；全息投影器10、交互响应单元30和运动执行机构50分别与处理器40电连接，处理器40发送投影数据信息给到全息投影器10，来控制全息投影器10的投影画面和画面深度，并根据接收到的交互响应单元30获取的人眼的定位信息来控制运动执行机构50来调整全息投影器10与投影屏20的相对位置，或者是根据识别的用户的交互动作信息来控制系统做出相应的响应；优选的是，投影屏20由柔性全息膜制成的卷轴式屏幕，不使用的时候可以卷绕收纳在卷轴上，使用时展开形成一个平面，基于柔性投影屏为柔性的特点，使用时也可以把它粘附在一个透明平板上变成硬屏幕。成像原理：如图10至图14，投射光经由制成投影屏20的全息膜内部的反射层反射，存在一次或多次反射，在相对于投影屏20共轭的位置形成3d影像，该成像原理最终的成像效果与负折射率材料制成的平板透镜一致。以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属
技术领域：
的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。当前第1页12