专利名称：透镜片的树脂组合物、透镜片和投影屏的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种形成如菲涅耳(Fresnel)透镜片之类的透镜片的电离辐射可固化树脂组合物，一种使用该组合物形成透镜部的透镜片和一种配备该透镜片的投影屏。
背景技术：
迄今为止，与投影屏一样，使双面凸透镜和菲涅耳透镜相互结合而形成的双层结构的投影屏是比较常用的。在这种结构中，为了使两个透镜相互粘接，在实际中将一个预先已被弯曲的双面凸透镜片组装到一平面菲涅耳透镜片上，如图1所示，这样的一种组装方式可使前透镜片压靠后透镜片。因此，就会在经过组装的透镜片之间的接触部产生压力。例如，如图6所示，在已经垂直形成脊双面凸透镜的镜面叠加在圆形菲涅耳透镜的镜面上的屏幕情况下，在屏幕的左右部分主要发生线接触，而在屏幕的垂直端部主要发生点接触。在此投影屏中，在与双面凸透镜片相对的菲涅耳透镜片的侧端，其剖面大致呈三角形的每个部分与其末端的每个顶点同心排列。在与菲涅耳透镜片相对的双面凸透镜片的表面上，其剖面结构形成为一半圆柱形结构。因此，组成在其接触部具有尖锐前端的菲涅耳透镜片的镜面的材料(树脂组合物)，从压碎这方面来说必须具有一设定值或更强的机械性能。这是因为如果镜面在上述压力下很容易被压碎，在透镜片用作投影屏时，就不能获得精美的图像。
针对上述问题，在公开的日本专利申请JP10-10647说明书中披露了一种透镜片，它的结构稳定性在较宽的温度范围时是非常优越的，通过将在透镜片的透镜部中使用的有源能量辐射可固化树脂的弹性模量，在温度范围为-20至+40℃下设定在80至20000kg/cm2范围内。
而且，在日本专利申请JP2000-036435中，考虑了在动力已作用于透镜片上的情况下，在固化组成透镜的电离辐射可固化树脂后，动态粘弹性的耗散因数tanδ设定在一预定范围内，由此提供一种用于其内没有形成应力、而且柔性和可恢复性极佳的透镜片的树脂组合物。
但是，在上述公开的日本专利申请JP10-10647说明书中，可采用在JISK-7113中定义的弹性模量。该弹性模量是一种通过使用平膜来确定张力弹性模量的值而获得的模量，因此据说不能是一种在放置实际电离辐射可固化树脂的环境(接收压力)中确实产生的模量。
而且，在树脂组合物实际上用作投影屏时，在两个透镜之间产生的压力具有较长的持续时间。即，透镜的部分树脂组合物具有一个用作逐渐击退该压力的恢复力。因此，在设计和选择透镜的树脂组合物时，就必须考虑包括树脂组合物的机械性能的时间因数。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种透镜片的树脂组合物、透镜片和使用该透镜片的投影屏，其中，通过在考虑到电离辐射可固化树脂组合物实际接收的压力和时间因数的基础上限定机械性能，即使在任何压力作用于透镜片的表面上时，也能够获得精美的图像，而不会使透镜结构由于压力产生破碎。
下面，将解释本发明。在本发明的一个方面中，使用电离辐射可固化树脂组合物解决上述问题，该电离辐射可固化树脂组合物形成透镜片的透镜部分，其中弹性压缩模量大于0MPa小于840MPa；蠕变变形因数大于0％小于57％。这里提及的“弹性模量”和“蠕变变形因数”各指通过使用“小等级硬度测试机”进行测量而获得的值，后面将会描述“小等级硬度测试机”。
而且，在本发明的第二方面中，使用电离辐射可固化树脂组合物解决上述问题，该电离辐射可固化树脂组合物形成透镜片的透镜部分，其中弹性压缩模量大于840MPa小于3500MPa；蠕变变形因数大于-10％小于20％。
此外，在本发明的第三方面中，使用一电离辐射可固化树脂组合物解决上述问题，该电离辐射可固化树脂组合物形成透镜片的透镜部分，其中E(MPa)表示弹性压缩模量，C(％)表示蠕变变形因数，电离辐射可固化树脂组合物的弹性压缩模量和蠕变变形因数具有下列关系C＜-2X×10-2E+63 而且C＞-2.6×10-3E+3
根据本发明的每个方面，有可能在用于模制镜面的情况下，获得一种电离辐射可固化树脂组合物，即使在任何压力作用于透镜片的表面上时，也能够获得精美的图像，且不会使透镜结构由于压力产生破碎。
在本发明的第四方面中，菲涅耳透镜片可构成的镜面是由如上述的其中一个方案中所述的电离辐射可固化树脂组合物形成的菲涅耳镜片。
而且，在本发明的第五方面中，投影屏可构成为一种配备有根据上述各方面所述的菲涅耳透镜片的投影屏。
本发明的上述功能和效果从下面解释的实施例中将会变得更加清楚。
图1表示三视图，各表示把双面凸透镜片组装到菲涅耳透镜片上以此形成屏幕的状态；图2表示负荷/侵入-深度曲线的曲线图；图3表示硬度计侵入样品透镜位置的视图；图4表示弹性模量/蠕变变形因数与压碎评估关系的曲线图；图5是在图4中关注仅针对弹性模量E和蠕变变形因数C之间的关系时，表示能够获得不会涉及任何压碎问题的透镜的范围的曲线图；图6表示三视图，各表示在其它部分产生接触时菲涅耳透镜和双面凸透镜叠加形成一整体的状态；图7表示从进行一种通用硬度试验中获得的负荷/侵入-深度曲线的视图。
实施方式作为研究各种测试方法的结果，为了测量另外涉及电离辐射可固化树脂组合物时间因数的机械性能，本申请的发明人已经发现小等级硬度测量设备是最适用的。而且，通过将弹性模量(E)和蠕变变形因数(C)作为通过使用上述小等级硬度测量设备进行测量而获得测量值，本发明人还发现能够有选择地确定菲涅耳透镜片的电离辐射可固化树脂组合物，该透镜片可被使用，而不会在它用于相关投影屏中时在它接收的压力下产生任何问题。在下文中，将详细地连续解释小等级硬度测试设备、测试-样品-准备方法、测量条件、测量项目、对通过使用在上述试验中使用的电离辐射可固化树脂组合物模制的菲涅耳透镜的压碎评估、这些试验的测量结果和它们的分析结果。
(1)小等级硬度测试设备本申请发明实施例中使用的小等级硬度测试设备是一种通用类型的硬度测试设备，在市场上，可使用Fisher公司制造的“Fisher’观测设备H-100V”。这种测试设备原来是一种将压头挤压到样品表面上，并在已经施加预定幅度的负荷的情况下直接读取凹槽的侵入深度，以此确定通用硬度的设备。在这种测试设备中，本申请的发明人使作用于压头上的负荷在预定条件下产生变化，并测量出样品(树脂组合物)的各种机械性能。使用该测试设备，有可能测量各种性能(通用硬度HU的特性值、塑性硬度HUPLART、流动特性、蠕变特性、弹性恢复特性等)。在这种测试设备中，作为压头，使用一种尺寸精度特别高的维氏(vichers)硬度计棱锥型压头，测量出负荷/侵入-深度曲线的结果如图7所示。测量出的数据使用配备在测试机上的计算机进行处理，使用该结果可获得如附图中用虚线表示的“弹性变形直线”、以及如附图中用虚线表示的、由“弹性变形直线”测算出、并表示在测试负荷条件下侵入深度的“塑料变形量”hr’。而且，不仅通用硬度和侵入深度之间的关系而且其它关系都能被简单地显示出来。关于测试值之间这种理论上相互关系的细节，建议参考在1998年4月发行的月刊“材料-测试技术”的43卷第2期和参考单行卷“使用通用硬度测试的材料特性的评估(Evaluation of Materrial Properties byUniversal-Hardness Test)”(Cornelia Heermant，Dieter Dengel编著，KatayamaShigeo和Satoh Shigeo翻译)。
顺便提及，这种测试方法在德国测试标准(DIN标准)50359-1条件下注册为“金属材料的测试方法”。而且，它提出了一种定义为ISO标准的标准，该标准的委员会草案在1999年出版。
(2)测试样品的准备方法把成为样品的电离辐射可固化树脂组合物涂层在菲涅耳透镜模压件上，厚度为200μm。此时的模具(die)温度保持在40至42℃之间，而树脂温度保持为42℃。其后，通过使用制模灯(日本蓄电池(Storage Battery)有限公司制造金属卤素灯)在UV剂量为2000mJ/cm2和峰值强度为250mW/cm2的照射条件下将紫外线照射到经过这样涂层的电离辐射可固化树脂组合物上，由此固化树脂组合物。此后，将其从模牙中剥离出来，用作测试样品。
(3)测试条件虽然如上所述，在通用硬度的测试中，压头被挤压到样品的表面上，同时侵入负荷作用于压头，读取侵入深度，以此确定硬度，但本申请的发明人根据使用的压头逐渐将侵入负荷增加到一设定值，或将侵入负荷降低到一设定值，由此测量出样品树脂组合物的各种机械性能。顺便提及，在这里，作为压头，可使用直径为0.4mm的碳化钨球形压头。下面，参考图2将解释具体的测量条件。
在图2中，点A表示测试开始前的状态。此处在位置A中，不施加负荷(纵轴)，因此具有一个值零，而压头侵入深度(横轴)的值也同样为零。在点A上，压头下端部的前端处于与样品表面非常轻微接触的状态。设定压头下端部前端的位置，同时使用显微镜确定该位置，这样它就可能在距离菲涅耳透镜样品中心2至3mm的附近落在透镜截面长度的中心位置上(见图3)。
从这种状态开始，通过用0.1秒的时间间隔将侵入过程划分为100个阶段，作用于压头上的负荷逐渐增加直到负荷变为20Mn(在图2中从点A到点B)。在图2中，点B表示施加最大负荷Fmax(这里为20Mn)的时间，即，发生最大变形的时间。在该负荷作用下，压头保持大约60秒，从而对样品产生所谓的“压碎变形”(从点B到点C)。在图2中，侵入深度(C-B)μm表示压碎变形量。其后，压头以一秒的时间间隔在40阶段内被提高直到测试机达到最小负荷(0.4mN)(从点C到点D)。而且，在测试机的最小负荷(0.4mN)状态下，压头保持大约60秒(从点D到点E)。在图2中，侵入深度(D-E)μm表示在施加最小负荷时压碎变形的量；侵入深度(E-A)μm表示变形的剩余量；而且侵入深度(hmax-E)μm表示变形的恢复量。
通过使用球形压头将负荷作用于样品树脂组合物上的原因是双面凸透镜和菲涅耳透镜结合的压碎部分是点接触部分，其中双面凸透镜结构垂直放置，菲涅耳透镜结构水平放置，因此点负荷极好地重现这种实际现象。而且，最大负荷Fmax设定为20mN的原因是因为两个透镜之间的压力接触是相当低的，对其进行实际测量是比较困难的，在最大变形量时，由于其位移的作用使参考树脂产生变形程度为10μm的条件设定为负荷的最大值。使最大变形量大致为10μm左右的原因是基于这样的观点(参考日本专利申请公开出版物JP2000-155203的说明书中第“0018”段)在该说明书中公开了“透镜的变形量通常在其外周部具有0.01mm的容限变形量，这是因为即便在此时，透镜也不允许任何光束从光源穿过此处”。
(4)测量项目确定本发明树脂组合物的机械性能参数，即，弹性模量(E)和蠕变变形因数(C)是可从上述负荷位移环(图2)中经过分析得出来的。这里，在前述项目下的步骤可重复三次，由此作为每次测量项目时获得的弹性模量(E)和蠕变变形因数(C)，使它们的值平均为算术平均值。进而，把这些值记录为测量值。
把弹性模量(E)和蠕变变形因数(C)表示如下。
(a)弹性模量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)这里，hr表示在测试负荷为最大值时(负荷下降的区域，图2中用点C、D和hmax包围的区域)，负荷位移曲线的切线与侵入深度轴线的交点(单位mm)。
还有，Δhmax/ΔF表示在测试负荷为最大值时(负荷下降的区域，图2中用点C、D和hmax包围的区域)，在负荷位移曲线上的反向上升量。单位为mm/N。
此外，υw表示碳化钨的泊松比率(＝0.22)；Ew表示碳化钨的弹性模量(5.3×105N/mm2)；R表示球形压头的半径(0.4mm)。
仅作为参考用，在使用维氏硬度计压头(钻石)情况下，弹性模量E表示如下。
E＝1/(4tan(2/α)hr·(hmax)Δh/ΔF/π1/2-(1-υdia)/Edia)这里，α表示角度为136°的维氏硬度计压头的顶角；υ表示钻石的泊松比率(＝0.25)；Edia表示钻石的弹性模量(1.2×106N/mm2)。
(b)蠕变变形因数CC＝(h2-h1)·100/h1这里，h1表示负荷已经达到保持在固定值(图2中点B)的测试负荷(这里为20mN)时的侵入深度；h2表示在测试负荷保持为现状时，经过预定时间长度(60秒)(图2中点C)后的侵入深度。单位是mm。
(5)压碎评估由电离辐射固化树脂组合物模制而成的菲涅耳透镜片与预定块数的双凸透镜片共同结合，其四侧使用胶带固定，采用上述方法测得该树脂组合物的弹性模量(E)和蠕变变形因数(C)。然后每个组件被安装在由木制框架制成的相应不同尺寸的电视上，组成一电视设备，用肉眼观察白色的荧光屏。经过一个小时后，每个被压碎的菲涅耳透镜片记录为标记“·”，而每个被识别为未压碎的菲涅耳透镜片记录为标记“o”。(见图4)。
(6)测试结果每个电离辐射固化树脂组合物的弹性模量(Y)和蠕变变形因数(C)、以及每个由对应其中一个电离辐射固化树脂组合物模制而成的菲涅耳透镜片被压碎的评估结果收集在表1中。而且，沿横坐标和纵坐标轴绘制弹性模量(E)和蠕变变形因数(C)，测试的压碎评估结果如图4所示用上述的标记“o”和“·”表示。
表1
(7)测试结果分析本申请的发明人对上述测试结果作了他的分析，进而得出了下面认识到的结论。首先，他将测试的电离辐射固化树脂组合物分为一个每个弹性模量较低(软)的一组和每个弹性模量较高(硬)的另一组。他发现在软组的情况下，在弹性模量E大于0Mpa小于840Mpa，而且蠕变变形因数大于0％小于57％，最好大于3％小于55％，或者最佳情况是在弹性模量E大于38MPa小于412Mpa，而且蠕变变形因数大于3％小于55％时能够获得不会产生任何压碎问题的透镜。还有，在硬组的情况下，他发现在弹性模量E大于840MPa小于3500MPa而蠕变变形因数大于-10％小于20％，或者最好大于-6％小于20％时能够获得不会产生任何压碎问题的透镜。
而且，他还发现由于仅注意了电离辐射固化树脂组合物的弹性模量E和蠕变变形因数C之间的关系，如果用于模制电离辐射固化树脂组合物的关系式为C＜-2×10-2E+63和C＞-2.6×10-3E+3(在图5中用直线m，n和E＝0包围的区域)，就能够获得不会产生任何压碎问题的透镜。
顺便提及，在前面的描述中，已经给出了用于模制菲涅耳透镜片的电离辐射固化树脂组合物的解释，该菲涅耳透镜片与双面凸透镜片结合用于投影屏中。但是，本申请的发明技术理念并不局限于此，而是适用于任何由其它树脂组合物模制而成的光学透镜，这种透镜的前端是尖锐的，透镜的前端部在其压碎方向上承受压力。
而且，本发明并不局限于上述实施例，但是允许在没有脱离或违背从权利要求书保护范围或整个说明书中获知的本发明的技术主题或理念的情况下作适当的修改。根据这些修改的得出的透镜片的树脂组合物、透镜片和投影屏也包含在本发明的技术范围中。
工业实用性正如上面所解释的，通过将电离辐射固化树脂组合物的弹性模量E和蠕变变形因数C设定在一个范围中，该范围介于利用实际接收到的压力预定的值和被考虑的时间因数之间，即使在任何压力作用于由该电离辐射固化树脂组合物模制而成的透镜片表面上时，它也能够获得精美的图像，而不会使透镜结构产生任何压碎。
权利要求
1.一种电离辐射固化树脂组合物，该电离辐射固化树脂组合物形成透镜片的透镜部分，其中弹性压缩模量大于0MPa小于840MPa；蠕变变形因数大于0％小于57％。
2.一种电离辐射固化树脂组合物，该电离辐射固化树脂组合物形成透镜片的透镜部分，其中弹性压缩模量大于840MPa小于3500MPa；蠕变变形因数大于-10％小于20％。
3.一种电离辐射固化树脂组合物，该电离辐射固化树脂组合物形成透镜片的透镜部分，其中E(MPa)表示弹性压缩模量，C(％)表示蠕变变形因数，该电离辐射可固化树脂组合物的弹性压缩模量和蠕变变形因数具有下列关系C＜-2×10-2E+63而且C＞-2.6X×10-3E+3
4.一种菲涅耳透镜片，它具有由权利要求1至3中任一个所述的电离辐射固化树脂组合物形成的透镜表面。
5.一种投影屏，它配备有权利要求4所述的菲涅耳透镜片。
全文摘要
本发明提供一种透镜片的树脂组合物、透镜片和投影屏，其中，通过在考虑到实际作用于电离辐射可固化树脂组合物的压力和时间因数的基础上限定机械性能，即使在任何压力作用于透镜片的表面上时，也能够获得精美的图像，而不会使透镜结构由于压力产生破碎。透镜片使用一电离辐射可固化树脂组合物模制而成，该组合物的弹性压缩模量大于0MPa小于840MPa；蠕变变形因数大于0％小于57％；或者弹性压缩模量大于840MPa小于3500MPa；蠕变变形因数大于－10％小于20％；或者在E(MPa)表示弹性压缩模量，C(％)表示蠕变变形因数时，电离辐射可固化树脂组合物的弹性压缩模量和蠕变变形因数具有下列关系C＜－2×10
文档编号G03B21/60GK1505763SQ01823179
公开日2004年6月16日 申请日期2001年12月21日 优先权日2001年4月24日
发明者土井康裕 申请人:大日本印刷株式会社