專利名稱：疊層片和其設(shè)計(jì)方法以及背面投影型屏幕及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及疊層片和其設(shè)計(jì)方法以及背面投影型屏幕及其制造方法。
背景技術(shù)：
在過去，背面投影型屏幕主要采用下述的類型，其由柱狀透鏡片、菲涅耳透鏡片、前面板等的多個(gè)片狀部件形成。該屏幕在市場上具有畫面大型化的傾向，而且具有以減輕重量、削減成本或提高間距精度為目的的薄層化的傾向。此外，在背面投影型屏幕中，為了屏幕的高性能化，具有以下構(gòu)成的屏幕逐漸增多，即菲涅耳透鏡、柱狀透鏡、前面板分別形成一體，構(gòu)成多層結(jié)構(gòu)。比如，兩層柱狀透鏡、兩層菲涅耳透鏡、薄膜粘貼前面板等的，目前多層結(jié)構(gòu)的較薄的屏幕成為主流。另外，人們提出有下述結(jié)構(gòu)的屏幕(比如，專利文獻(xiàn)1)，其中，前面板和柱狀透鏡通過外部光吸收層突起部(黑色條紋，BS)貼合，由此改善色差、對(duì)比度。另外，由于液晶顯示器、DMD(Digital Micromirror Device)用的柱狀透鏡，以非常薄的薄膜柱狀透鏡為主流，形成單體幾乎不可能，故該柱狀透鏡基本上與前面板貼合。比如，人們提出有通過柱狀透鏡射出面，粘接液晶顯示器用的薄膜柱狀透鏡和前面板的類型。另外，具有在前面板的射出面?zhèn)?，設(shè)置反射防止膜的結(jié)構(gòu)的類型。此外，具有按照使由兩層以上的多層結(jié)構(gòu)形成的片預(yù)先翹曲的方式，增加各層的線膨脹率的差的類型(比如，專利文獻(xiàn)2)。象這樣，可采用各種的多層結(jié)構(gòu)的背面投影型屏幕。
但是，在貼合這樣的薄膜而形成一體的背面投影型屏幕中，具有下述這樣的問題。在采用不同材料的薄膜、透鏡片、前面板等的場合，由于伴隨相應(yīng)的材質(zhì)，線膨脹系數(shù)不同，故因使用時(shí)的溫度變化，產(chǎn)生熱應(yīng)力。因該熱應(yīng)力造成的翹曲，透鏡變形，屏幕的焦點(diǎn)位置變化，另外，還具有薄膜產(chǎn)生分離的情況。由于這些原因，產(chǎn)生背面投影型屏幕的圖像、畫質(zhì)變差的問題。即使在不將不同材質(zhì)的片貼合，而按照單體使用的情況下，焦點(diǎn)位置仍有某種程度的變化，但是，伴隨多層成一體成形的進(jìn)行，焦點(diǎn)位置的變化增加，圖像、畫質(zhì)的性能變差變?yōu)楦蛹怃J的問題。
為了防止在不同材質(zhì)的貼合品或多層品中因溫度變化造成的翹曲變形，人們考慮調(diào)整各層的厚度比例，相對(duì)剛性的中心的層，盡可能地減小其它的層的厚度的方式。比如，使1種材料的厚度與其它的層的厚度相比較大大地增加，由此，可減小熱應(yīng)力造成的翹曲?；蛘撸藗兛紤]通過調(diào)整各層的彈性率比，設(shè)置相對(duì)剛性的中心層，可忽視變形力的軟質(zhì)層。另外，人們還考慮使各層的線膨脹率基本相等的方式。使疊層體的結(jié)構(gòu)沿厚度方向保持對(duì)稱，由此，可防止熱膨脹造成的翹曲，而在此場合，比如在片的內(nèi)外面不能采用不同的材料等，其設(shè)計(jì)受很大限制。但是，在這些方法中，具有在厚度減小、材質(zhì)的選擇方面、約束條件嚴(yán)格，自由度非常窄，組成、材質(zhì)、厚度的改變不自由的問題。即，彈性率伴隨組成、材質(zhì)的改變而變化，存在光學(xué)特性變化的情況，還存在因厚度減小的要求，總板厚受到限制的情況。
專利文獻(xiàn)1日本第248537/1995號(hào)發(fā)明專利申請(qǐng)公開公報(bào)專利文獻(xiàn)2日本第2001-133886號(hào)發(fā)明專利申請(qǐng)公開公報(bào)發(fā)明內(nèi)容象這樣，在過去的背面投影型屏幕中，存在因溫度變化而產(chǎn)生圖像、畫質(zhì)的性能變差的問題。
本發(fā)明用于解決這樣的問題，本發(fā)明的目的在于提供可防止因溫度變化產(chǎn)生圖像、畫質(zhì)的性能變差的背面投影型屏幕和其制造方法，以及疊層薄膜及其設(shè)計(jì)方法。
本發(fā)明的疊層片涉及下述的疊層片，該疊層片具有沿n層(n為3以上的自然數(shù))的厚度方向非對(duì)稱的多層結(jié)構(gòu)，上述疊層片中的具有最小的線膨脹率的層的線膨脹率相對(duì)具有最大的線膨脹率的層的線膨脹率的值在95％以下，上述疊層片的各層的彈性率在10000MPa以內(nèi)，具有最小的彈性率的層的彈性率相對(duì)具有最大的彈性率的層的彈性率的值在90％以下，上述疊層片中的最厚的層在最薄的層的厚度的200倍以內(nèi)，曲率變化率ε(1/mm℃)處于下述關(guān)系-7.0×10-6≤ε≤+7.0×10-6，該曲率變化率ε指通過由下述的公式3表示的聯(lián)立方程式計(jì)算的，相對(duì)上述疊層片的溫度的曲率變化率ε數(shù)學(xué)公式3ϵ=θΔK]]>T=Σi=1nti]]>∫0TE(y){e(y)-e0-θy}dy=0]]>∫0TE(y){e(y)-e0-θy}ydy=0]]>e(y)＝α(y)ΔK在這里，上述疊層片的貼合后的曲率(1/mm)由θ表示，上述疊層片的第i層(i＝1，2…n)的板厚(mm)由ti表示，上述疊層片的一側(cè)的面由0表示，從一側(cè)的面向相反側(cè)的面的厚度方向的距離(mm)由y表示，上述疊層片的y的彈性率由E(y)表示，上述疊層片的y＝0(mm)的貼合后的延伸量(無量綱)由e0表示，上述疊層片的y的材質(zhì)的貼合前的自由延伸量(無量綱)由e(y)表示，上述疊層片的y的材質(zhì)的線膨脹率(1/℃)由α(y)表示。由此，可減少溫度變化造成的翹曲。
最好，上述疊層片用于背面投影型屏幕。由此，可防止因溫度變化產(chǎn)生圖像、畫質(zhì)的性能變差。
本發(fā)明的疊層片的設(shè)計(jì)方法涉及下述的設(shè)計(jì)方法，其用于設(shè)計(jì)具有沿n層(n為3以上的自然數(shù))的厚度方向非對(duì)稱的多層體的疊層片中的各層的材質(zhì)和厚度，其中，上述疊層片中的，具有最小的線膨脹率的層的線膨脹率相對(duì)具有最大線膨脹率的層的線膨脹率在95％以下，上述疊層片中的各層的彈性率在10000MPa以內(nèi)，具有最小的彈性率的層的彈性率相對(duì)具有最大的彈性率的層的值在90％以下，上述疊層片的最厚的層的厚度在最薄的層的厚度的200倍以內(nèi)，在上述疊層片的貼合后的曲率(1/mm)由θ表示，上述疊層片的第i層(i＝1，2…n)的板厚(mm)由ti表示，上述疊層片的一側(cè)的面由0表示，從一側(cè)的面向相反側(cè)的面的厚度方向的距離(mm)由y表示，上述疊層片的y的彈性率由E(y)表示，上述疊層片的y＝0(mm)的貼合后的延伸量(無量綱)由e0表示，上述疊層片的y的材質(zhì)的貼合前的自由延伸量(無量綱)由e(y)表示，上述疊層片的y的材質(zhì)的線膨脹率(1/℃)由α(y)表示上述疊層片的相對(duì)溫度變化的曲率變化率由ε表示的場合，該方法包括下述步驟在下面給出的聯(lián)立方程式中，消去eo，求解曲率θ，數(shù)學(xué)公式4ϵ=θΔK]]>T=Σi=1nti]]>∫0TE(y){e(y)-e0-θy}dy=0]]>∫0TE(y){e(y)-e0-θy}ydy=0]]>e(y)＝α(y)ΔK
根據(jù)通過上述聯(lián)立方程式求出的曲率θ，將曲率變化率ε作為各層的彈性率Ei、上述板厚ti和上述線膨脹率αi的函數(shù)進(jìn)行計(jì)算；按照上述曲率變化率ε處于-7.0×10-6≤ε≤+7.0×10-6的關(guān)系方式，確定各層的彈性率Ei，板厚ti和上述線膨脹率αi的函數(shù)。由此，可減少疊層片的溫度變化造成的翹曲。
本發(fā)明的背面投影型屏幕的制造方法包括下述步驟制作通過上述背面投影形屏幕用片的設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)的片；將上述片固定于支架上。由此，可防止溫度變化造成的圖像、畫質(zhì)的性能變差。


圖1為表示本發(fā)明的背面投影型屏幕的結(jié)構(gòu)的立體圖；圖2為表示本發(fā)明的前面板的結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖；圖3為表示在兩層結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生翹曲狀態(tài)的立體圖；圖4為表示在兩層結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的應(yīng)力的分布的剖視圖；圖5為表示在兩層結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的彎矩的分布的剖視圖；圖6為表示本實(shí)施例的前面板的溫度與曲率的關(guān)系的圖；圖7為表示本實(shí)施例的柱狀透鏡片的結(jié)構(gòu)的剖視圖；圖8為表示柱狀透鏡片的溫度與曲率之間的關(guān)系的圖；圖9(a)和圖9(b)為表示本發(fā)明的第3實(shí)施例的多層體的結(jié)構(gòu)的剖視圖。
具體實(shí)施例方式
圖1表示本實(shí)施方式的背面投影型屏幕的結(jié)構(gòu)。圖1為背面投影型屏幕的立體圖。標(biāo)號(hào)1表示柱狀透鏡片，標(biāo)號(hào)2表示菲涅耳透鏡片，標(biāo)號(hào)3表示前面板，標(biāo)號(hào)11表示柱狀透鏡，標(biāo)號(hào)12表示聚光部，標(biāo)號(hào)13表示非聚光部，標(biāo)號(hào)14表示外部光吸收部。該背面投影型屏幕從入射光面起依次通過菲涅耳透鏡片2，柱狀透鏡片1，前面板3構(gòu)成。
一般，該菲涅耳透鏡片2由下述的片形成，在該片中，按照等間距，由同心圓狀的細(xì)微間距的透鏡形成的菲涅耳透鏡設(shè)置于光射出面上。柱狀透鏡片1由透光性襯底形成，在圖像光所射入的面上，形成多個(gè)柱狀透鏡11。一般，以凸透鏡形狀形成聚光部12，該聚光部12聚焦來自柱狀透鏡11的光，該柱狀透鏡11形成于該柱狀透鏡片1的圖像光所射出的面中、入射側(cè)的一面上。使聚光部12以凸透鏡狀形成的目的在提高圖像光的水平方向的擴(kuò)散性能。
另外，在與3管式CRT光源相組合而使用的柱狀透鏡片1中，特別是為了對(duì)3種顏色的色差進(jìn)行補(bǔ)償，必須使聚光部12呈凸透鏡狀。來自形成于入射側(cè)的面的柱狀透鏡11的光未聚集的非聚光部13(聚光部12以外的部分)由與柱狀透鏡片1平行的頂部和側(cè)面構(gòu)成，呈凸?fàn)?。另外，在凸?fàn)畈康捻敳亢屯範(fàn)畈總?cè)面的靠近頂部部分(側(cè)面頂部)，通過輥涂、絲網(wǎng)印刷、轉(zhuǎn)印等方式，設(shè)置由黑色涂料等形成的外部光吸收層14，形成凸?fàn)畹耐獠抗馕詹?BS部)。由此，使射入柱狀透鏡片1中的外部光中的由柱狀透鏡片1的射出面反射而返回到觀察者側(cè)的光減少，實(shí)現(xiàn)圖像對(duì)比度的提高。
圖2表示前面板3的結(jié)構(gòu)的一個(gè)實(shí)施方式。圖2為表示前面板3的結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖。標(biāo)號(hào)4表示PET薄膜。在本實(shí)施方式中，在前面板3的前面(觀察者側(cè)的面)上，粘接有帶電防止用的PET薄膜4。前面板3由甲基丙烯酸甲酯與苯乙烯單體的共聚物(在下面稱為“MS”)形成。PET薄膜4由聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(在下面稱為“PET”)形成。該前面板3與PET薄膜4可采用光固化粘接劑粘接。下面對(duì)這樣的兩層結(jié)構(gòu)體的，翹曲變小的結(jié)構(gòu)進(jìn)行描述。另外，在本說明書中，將由兩層以上的多層形成的片稱為“多層片”。
首先，求出因熱應(yīng)力，在兩層以上(i層)的多層體中產(chǎn)生的應(yīng)力和彎矩。在這里，作為最簡單的實(shí)施方式，對(duì)兩層的疊層片進(jìn)行描述。為了進(jìn)行說明，取圖3所示的坐標(biāo)系，按照Y軸方向的順序，設(shè)置第1層(材質(zhì)1)，第2層(材質(zhì)2)的層。F表示因熱膨脹在多層體中產(chǎn)生的單位寬度的應(yīng)力(N/mm)，M表示因熱膨脹在多層體中產(chǎn)生的單位寬度的彎矩(Nmm/mm)，θ表示上述疊層片的貼合后的曲率(1/mm)，ti表示上述疊層片的第i層(i＝1，2，…n)的板厚(mm)，y表示上述疊層片的一側(cè)面為0的場合的一側(cè)面到相反側(cè)的面的厚度方向的距離(mm)，E(y)表示上述疊層片的y的彈性率，e0表示上述疊層片的y＝0(mm)的貼合后的延伸量(無量綱)，e(y)表示上述疊層片的y的材質(zhì)的貼合前的自由延伸量(無維量)，α(y)表示上述疊層片的y的材質(zhì)的線膨脹率(1/℃)。另外，由于E(y)和e(y)一般由材質(zhì)確定，故在距基準(zhǔn)面(y＝0)的厚度方向的距離y位于第i層時(shí)，E(y)＝Ei，e(y)＝ei。因熱應(yīng)力而在多層體中產(chǎn)生的應(yīng)力和彎矩由數(shù)學(xué)公式5給出的聯(lián)立方程式表示。
數(shù)學(xué)公式5F=∫0TE(y){e(y)-e0-θy}dy]]>M=∫0TE(y){e(y)-e0-θy}ydy]]>兩層的多層體的應(yīng)力與彎矩的分布分別象圖4，圖5所示的那樣。在這里，通過數(shù)學(xué)公式5，對(duì)y進(jìn)行積分，如果處于沒有外力作用的狀態(tài)，即，F(xiàn)＝0，M＝0，則獲得數(shù)學(xué)公式6，數(shù)學(xué)公式7。
F＝e1E1t1+e2E2t2-e0×(E1t1+E2t2)-(θ/2)×(E1×t22-E2×t12+E2(t1+t2)2)＝0...(6)M＝((e1E1×t12-e2E2×t12+e2E2×(t1+t2)2)-e0×(E1×t12-E2t12+e2(t1+t2)2))/2-(θ/3)×(E1×t13-E2×t13+E2(t1+t2)3)＝0...(7)
在數(shù)學(xué)公式6，數(shù)學(xué)公式7的聯(lián)立方程式中，如果消去e0，求解曲率θ，則獲得數(shù)學(xué)公式8。
θ＝-6E1E2(e1-e2)×t1t2(t1+t2)/(E12t14+E22t24+2E1E2t1t2(2t12+3t1t2+2t22))...(8)在由αi表示第i層的線膨脹率時(shí)，則因溫度差ΔK而產(chǎn)生的自由延伸量ei由數(shù)學(xué)公式9表示。
ei＝αi×ΔK...(9)如果相對(duì)溫度的曲率的變化率由ε表示，由于ε＝θ/ΔK，故根據(jù)數(shù)學(xué)公式8，數(shù)學(xué)公式9，其由數(shù)學(xué)公式10表示。
ε＝-6E1E2(α1-α2)×t1t2(t1+t2)/(E12t14+E22t24+2E1E2t1t2(2t12+3t1t2+2t22)) ...(10)另外，不限于本說明書中的指定，曲率變化率ε為通過計(jì)算求出的值。
相對(duì)溫度的曲率的變化率ε表明越為較小的數(shù)字，由溫度變化產(chǎn)生的翹曲越小。于是，最好，ε＝0，在此場合，從理論上，完全不產(chǎn)生溫度的翹曲。但是，由于t1，t2，E1，E2均為正的常數(shù)，僅僅在α1＝α2的場合，ε＝0。α1，α2由相應(yīng)的材質(zhì)確定，故在由不同的材質(zhì)的場合，通常，不是α1＝α2的情況，由此，無法實(shí)現(xiàn)ε＝0。于是，必須按照盡可能地減小ε的方式，使板厚、彈性率、線膨脹率變化。但是，由于彈性率、線膨脹率一般伴隨材質(zhì)改變而變化，故在于光學(xué)設(shè)計(jì)上，材質(zhì)按照某種程度確定的場合，難于使彈性率、線膨脹率較大地變化。在為了減小厚度，確定層的厚度的場合，增加層的厚度的比，由此，可減小曲率變化率ε。比如，當(dāng)MS的厚度限于2mm時(shí)，盡可能地減小作為另一層的PET薄膜的厚度，由此，可使曲率變化率ε變小。表1表示MS的厚度固定在2mm的值，改變PET薄膜的厚度時(shí)的曲率變化率ε的變化。
表1

表1表示PET薄膜的厚度為0.05mm、0.1mm、0.2mm、0.3mm，計(jì)算曲率變化率ε的結(jié)果。在這里，該P(yáng)ET的彈性率為4000MPa，線膨脹率為3×10-5(1/℃)，MS的彈性率為3000MPa，線膨脹率為7×10-5(1/℃)。可知道，在以上的4個(gè)條件下，PET薄膜的厚度為0.05mm時(shí)，曲率的變化率ε為最小，在上述厚度為0.3mm時(shí)，該曲率的變化率ε為最大。圖3表示該曲率的變化率的溫度與曲率的關(guān)系。在這里，20℃時(shí)的曲率為0。在PET薄膜的厚度為0.05mm時(shí)，溫度變化造成的曲率小，可抑制翹曲造成的圖像、畫質(zhì)的變差。
象這樣，本申請(qǐng)的申請(qǐng)人發(fā)現(xiàn)，根據(jù)數(shù)學(xué)公式7，通過對(duì)兩層結(jié)構(gòu)體的各層的線膨脹率、厚度、彈性率的參數(shù)進(jìn)行組合，可減小曲率變化率ε。通過按照減小該曲率變化率ε的方式，設(shè)計(jì)各層的線膨脹率、厚度、彈性率，由此，可減小翹曲。即使在線膨脹率、厚度、彈性率的任何一個(gè)具有限制的情況下，通過綜合地設(shè)計(jì)線膨脹率、厚度、彈性率的值，仍可減小翹曲。比如，即使在線膨脹率有較大不同的材質(zhì)為多層結(jié)構(gòu)的情況下，仍可通過調(diào)整厚度或彈性率，減小溫度變化造成的翹曲。另外，即使在因減小厚度的要求限制整體的厚度或確定單層的厚度的情況下，仍可按照曲率變化率ε變小的方式調(diào)整另一參數(shù)。通過象這樣設(shè)計(jì)、制作背面投影型屏幕用的片，可將在過去由于圖像、畫質(zhì)性能變差，難于綜合地利用的各種材質(zhì)用于背面投影型屏幕用片。
下面通過圖7，對(duì)在柱狀透鏡上，貼合帶PET薄膜的前面板的三層的疊層片進(jìn)行描述。與圖1，圖2中的標(biāo)號(hào)相同的標(biāo)號(hào)表示同一組成，省略對(duì)其的描述。另外，由于背面投影型屏幕的整體結(jié)構(gòu)與圖1相同，故省略對(duì)其的描述。在本實(shí)施方式中，帶PET薄膜4的前面板3貼合于柱狀透鏡片1的外部光吸收層14上。下面對(duì)減小這樣的三層結(jié)構(gòu)的多層體中的，溫度變化造成的翹曲的方法進(jìn)行描述。
本發(fā)明可在圖7所示的那樣的三層的多層體中，即使在產(chǎn)生熱膨脹率不同、溫度變化造成的變形這樣的材質(zhì)的組合的情況下，仍防止翹曲造成的圖像、畫質(zhì)的性能變差。同樣在三層的多層結(jié)構(gòu)中，通過求解上述數(shù)學(xué)公式5的聯(lián)立方程式，獲得曲率θ。數(shù)學(xué)公式11表示三層的場合的計(jì)算公式。
θ＝-6(E1E2(e1-e2)(t12t2+t1t22)+E1E3(e1-e3)(t12t3+2t1t2t3+t1t32)+E2E3(e2-e3)(t22t3+t2t32))/(E12t14+E22t24+E32t34+2E2E3t2t3(2t22+3t2t3+2t32)+2E1E2t1t2(2t12+3t1t2+2t22)+2E1E3t1t3(2t12+3t1t3+2t32)+12E1E3t1t2t3(t1+t2+t3)) ...(11)于是，根據(jù)數(shù)學(xué)公式9，數(shù)學(xué)公式11，溫度變化造成的曲率變化率ε作為各層的彈性率Ei，板厚ti和線膨脹率αi的函數(shù)，通過數(shù)學(xué)公式12表示。
ε＝-6(E1E2(α1-α2)(t12t2+t1t22)+E1E3(α1-α3)(t12t3+2t1t2t3+t1t32)+E2E3(α2-α3)(t22t3+t2t32))/(E12t14+E22t24+E32t34+2E2E3t2t3(2t22+3t2t3+2t32)+2E1E2t1t2(2t12+3t1t2+2t22)+2E1E3t1t3(2t12+3t1t3+2t32)+12E1E3t1t2t3(t1+t2+t3)) ...(12)數(shù)學(xué)公式12的分子由3項(xiàng)的和構(gòu)成。最好3項(xiàng)中的至少1項(xiàng)為正的符號(hào)，并且至少1項(xiàng)為負(fù)的符號(hào)。另外，通過使正的項(xiàng)(在正的項(xiàng)為2項(xiàng)的場合，為其和)與負(fù)的項(xiàng)(負(fù)的項(xiàng)為2項(xiàng)的場合，為其和)的絕對(duì)值為基本相同的值，由此，可減小曲率變化率ε。象這樣選擇可減小曲率變化率ε的材質(zhì)，確定厚度。另外，通過配置基于已選擇的材質(zhì)、厚度的層結(jié)構(gòu)，可減小ε的值。由此，可防止相對(duì)溫度變化的圖像、畫質(zhì)的性能變差。為了實(shí)現(xiàn)這樣的層結(jié)構(gòu)配置，可改變各層的線膨脹系數(shù)、厚度、彈性率的3個(gè)值，即全部的9個(gè)參數(shù)。于是，即使在因各種限制無法改變某個(gè)參數(shù)或無法以較大值改變某個(gè)參數(shù)的場合，仍可通過調(diào)整另一參數(shù)減小曲率變化率ε的值。
比如，針對(duì)圖7所示的多層體，給出前面板3的厚度為2mm，PET薄膜4的厚度為0.05mm，柱狀透鏡片1的厚度為0.7mm，使柱狀透鏡片1的線膨脹率變化時(shí)的模擬結(jié)果。另外，在這里，前面板3和PET薄膜4的物理性質(zhì)值為與上述值相同的值，使柱狀透鏡片的線膨脹率按照6.0×10-5，6.4×10-5，6.8×10-5(1/℃)而變化，實(shí)現(xiàn)模擬。另外，柱狀透鏡片1的材質(zhì)為MS，線膨脹率可通過MS摩爾比率、聚合度、結(jié)晶化度、彈性體改性、各種添加劑等調(diào)整。此時(shí)，還具有該彈性率伴隨上述調(diào)整，稍稍變化的情況。按照本發(fā)明，適當(dāng)采用上述精密的彈性率數(shù)值，但是，限于圖7和圖8的模擬，為了簡化說明，彈性率為3200MPa。圖8為表示溫度與曲率的關(guān)系的圖。橫軸表示溫度(℃)，縱軸表示曲率(1/mm)。象圖8所示的那樣，在柱狀透鏡2的線膨脹率為6.4×10-5的場合，幾乎沒有溫度造成的變形。
通過按照減小上述曲率變化率ε的方式設(shè)計(jì)各層的線膨脹率、厚度、彈性率，由此可減小翹曲。即使在線膨脹率、厚度、彈性率的某個(gè)受限制的情況下，仍可通過設(shè)計(jì)整體的線膨脹率、厚度、彈性率的值，減小翹曲。即使在存在因減小厚度的要求而厚度受限制或因光學(xué)設(shè)計(jì)而材料受限制等的各種限制的情況下，仍可抑制背面投影型屏幕的圖像、畫質(zhì)的性能變差。
與用于兩層多層體相比較，上述方法用于三層結(jié)構(gòu)體更加有效。在于兩層結(jié)構(gòu)體中，可減小曲率變化率的場合，由于可改變的參數(shù)少，故存在因各種限制不能夠充分改變翹曲的情況。但是，在三層的場合，由于可改變的參數(shù)較多，另外，還可通過各參數(shù)的綜合，可使數(shù)學(xué)公式12的分子為0，故從理論上，可消除翹曲。另外，上述方法不限于兩層，三層的多層體，也可用于四層以上的多層體。即，與上述實(shí)施方式相同，在數(shù)學(xué)公式5中，在F＝0，M＝0的場合，求解聯(lián)立方程式，由此，可計(jì)算曲率變化率ε。在此場合，n層的場合，用于減小曲率變化率ε的參數(shù)為3n，由于該參數(shù)進(jìn)而較多，故該方式是有效的。此外，通過各參數(shù)的組合，也使曲率變化率ε為0。
本發(fā)明的設(shè)計(jì)方法可用于比如，兩層柱狀透鏡片、兩層菲涅耳透鏡、三層菲涅耳透鏡、多層前面板、前面板一體型的柱狀透鏡片、帶反射防止膜的前面板一體型柱狀透鏡片等。顯然，并不限于這些?？蔀楦鲗拥牟馁|(zhì)不同的多層體。另外，也可將粘接劑、粘合劑作為1層而進(jìn)行計(jì)算。另外，表2表示用于背面投影型屏幕的片所采用的有代表的材質(zhì)的物理性質(zhì)值。
表2

PC為聚碳酸酯，PMMA為聚甲基丙烯酸甲酯通過采用該值，可按照翹曲變小的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)。表2給出的材質(zhì)為背面投影型屏幕的片的代表性的材質(zhì)，但是并不限于此。相應(yīng)的材質(zhì)的物理性能值為代表性的實(shí)施方式，即使相同材質(zhì)的情況下，也不限于給出的值?？芍?，比如，在上述材料中，添加添加物的場合，顯然，伴隨添加物的種類、濃度、物理性能值發(fā)生變化。另外，在上述實(shí)施方式中，采用貼合了各層的多層體，但是，本發(fā)明的設(shè)計(jì)方法也可用于通過成形而形成一體的多層體。
由于在由線膨脹率基本相同的材質(zhì)形成的多層體中，溫度變化造成的延伸量均基本相等，故應(yīng)力小，不產(chǎn)生過度的翹曲。但是，由于由線膨脹率不同的材質(zhì)形成的多層體的延伸率不同，故應(yīng)力造成的翹曲增加。于是，最好上述設(shè)計(jì)方法用于由線膨脹率不同的材質(zhì)形成的多層體。比如，在線膨脹率為最大的層的線膨脹率與最小的層的線膨脹率的差值在5％以上的多層體，即，多層體中的，具有最大的線膨脹率的層的線膨脹率由αmax表示，具有最小的線膨脹率的層的線膨脹率由αmin表示的場合，則最好用于由滿足(αmax-αmin)/αmax≥0.05的條件的多層體形成的片。將線膨脹率相差5％以上的材質(zhì)用于背面投影型屏幕在具有厚度等方面的限制的場合，是困難的，但是，通過上面給出的方法，可容易使用。
同樣在各層的彈性率基本相同的場合，由于在多層體中產(chǎn)生的抗彎應(yīng)力較弱，故翹曲量變小。于是，本發(fā)明最好用于各層的彈性率不同的多層體。比如，在彈性率為最大的層的彈性率和最小的層的彈性率相差10％以上的多層體，即，在多層體中，具有最大的彈性率的層的彈性率由Emax表示，具有最小的彈性率的層的彈性率由Emin表示的場合，則最好用于由滿足(Emax-Emin)/Emax≥0.1的條件的多層體形成的片。將彈性率相差10％以上的材質(zhì)用于背面投影型屏幕在具有厚度等方面的限制的場合，是困難的，但是，通過上面給出的方法，可容易使用。另外，本發(fā)明的設(shè)計(jì)方法可用于任何的材質(zhì)，但是，最好，用于彈性率受到限制的場合。特別是在采用各層的彈性率在10000MPa以下的材質(zhì)的場合，如果具有厚度等方面的限制，則發(fā)生困難，但是通過上面給出的方法，可容易采用彈性率在10000MPa以下的材質(zhì)。由此，可減小溫度變化造成的翹曲，可防止畫質(zhì)的性能變差。
另外，同樣在各層的厚度的差相差較大的場合，由于多層體中產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力較弱，故翹曲量變小。于是，最好，本發(fā)明用于各層的厚度差較小的多層體。比如，在最厚的層的厚度和最薄的層的厚度的比在200倍以內(nèi)的的多層體，即，在最厚的層的厚度由tmax表示，最薄的層的厚度由tmin表示的場合，最好用于(tmax/tmin)≤200的多層體。將厚度的比在200倍以內(nèi)的多層體用于背面投影型屏幕在厚度等方面具有限制的場合，是困難的，但是，可通過上面給出的方法容易應(yīng)用。另外，本發(fā)明沒有片厚度方面的限制，但是最好用于整體的厚度受到限制的場合，比如，片的總厚度在8mm以下的場合。
此外，采用滿足線膨脹率、彈性率、厚度的各種條件(翹曲變大的條件)中的2個(gè)以上的組合是非常困難的，但是，可通過本發(fā)明容易實(shí)現(xiàn)。由此，即使在采用過去的組合翹曲變大這樣的材質(zhì)、厚度的多層體的片的情況下，仍可減小翹曲，可防止背面投影型屏幕的圖像、畫質(zhì)的變差。
針對(duì)上述方法計(jì)算曲率變化率ε的片，本申請(qǐng)的申請(qǐng)人進(jìn)行了各種試驗(yàn)，如果曲率變化率ε(1/mm℃)處于-7.0×10-6≤ε≤7.0×10-6的關(guān)系，則發(fā)現(xiàn)，即使相對(duì)因?qū)嶋H的使用而產(chǎn)生的溫度變化，仍抑制圖像、畫質(zhì)的性能變差。另外，曲率變化率ε最好處于-5.0×10-6≤ε≤5.0×10-6的關(guān)系，特別是最好處于-3.0×10-6≤ε≤3.0×10-6的關(guān)系，此時(shí)，可進(jìn)一步抑制圖像，畫質(zhì)的性能變差，提高背面投影型屏幕的顯示特性。顯然，最好，按照理想方式計(jì)算的ε＝0。象這樣，可選擇用于減小ε的值的材質(zhì)，厚度，另外，對(duì)針對(duì)下述的實(shí)施方式進(jìn)行了試驗(yàn)的結(jié)果的實(shí)施方式進(jìn)行描述。
另外，屏幕的曲率變化率ε通過設(shè)定在顯示器的支架的方式減少。由于上述曲率變化率ε為未設(shè)定在支架時(shí)的值，故當(dāng)支架設(shè)定時(shí)的曲率變化率由εf(1/mm℃)時(shí)，通常，具有ε/εf＝2～5的關(guān)系。于是，如果表示為ε/εf＝2，則必須滿足-3.5×10-6≤εf≤3.5×10-6，最好滿足-2.5×10-6≤εf≤2.5×10-6，特別是最好滿足-1.5×10-6≤εf≤1.5×10-6的條件。以上，對(duì)線膨脹率，即，溫度造成的膨脹率的差異進(jìn)行了描述，但是，本發(fā)明同樣可用于吸濕造成的膨脹率的差異。
第1實(shí)施例在本實(shí)施例中，在使環(huán)境溫度變化的情況下，對(duì)通過在實(shí)施例中描述的方法，按照翹曲變小的方式制作的片以及過去的片進(jìn)行評(píng)價(jià)。在本實(shí)施例中，在按照翹曲變小的方式調(diào)整線膨脹率，彈性率的彈性體變形MS為2mm的厚度的前面板上，通過固化型粘接劑，粘接進(jìn)行了100μm厚度的帶電防止處理的PET薄膜。另外，在前面板中的另一個(gè)的面上，在其非聚光部，粘接0.52間距的MS柱狀透鏡，使其形成一體。另外，片的尺寸為50英寸。
另一方面，在已有技術(shù)的比較例中，在MS2mm厚度的前面板上，通過固化型粘接劑，粘接進(jìn)行了100μm厚度的帶電防止處理的PET薄膜。另外，在前面板的另一面上，在其非聚光部，粘接以彈性體變形MS為主原料的0.52間距的MS柱狀透鏡，使其形成一體。另外，片的尺寸為50英寸。即，以柱狀透鏡片和前面板的材質(zhì)不同的實(shí)例為第1比較例，與第1實(shí)施例進(jìn)行比較。
表3表示第1實(shí)施例和第1比較例所采用的材質(zhì)的物理性質(zhì)值的模擬結(jié)果和實(shí)測數(shù)據(jù)。
表3

象這樣，第1實(shí)施例的曲率變化率，與第1比較例的曲率變化率相比較，為非常小的值。
將上述這些的與前面板形成一體的柱狀透鏡設(shè)置在CRT方式背投TV中，使環(huán)境溫度在0～40℃的范圍內(nèi)變化，進(jìn)行評(píng)價(jià)。在片的背面?zhèn)?入光面?zhèn)?，設(shè)置菲涅耳透鏡片，測定屏幕中間部的相對(duì)菲涅耳透鏡片的上浮量。該菲涅耳透鏡片由單一材質(zhì)形成，采用了在0～40℃中的中間部的變形量為0mm的透鏡片。另外，在通過目視確認(rèn)圖像，畫質(zhì)的性質(zhì)變差后，從電視機(jī)上取下，測定曲率變化率。
第1實(shí)施例的0～40℃的溫度范圍內(nèi)的與菲涅耳形成一體的柱狀透鏡的上浮量為-0.5mm。在通過目視而確認(rèn)時(shí)，不發(fā)生色差、分辨率的降低的圖像、畫質(zhì)性能變差。另一方面，在第1比較例中，與在0～40℃的溫度范圍內(nèi)的菲涅耳形成一體的柱狀透鏡的上浮量為20mm，產(chǎn)生顯著的分辨率的降低和著色等的畫質(zhì)性能變差。從電視機(jī)上取下時(shí)的曲率變化率的實(shí)測值為8.0×10-6，與計(jì)算值相同。象這樣，采用上述的設(shè)計(jì)方法，可獲得前面板為兩層結(jié)構(gòu)，改變其材質(zhì)，防止溫度變化造成的圖像、畫質(zhì)的性能變差的背面投影型屏幕。
第2實(shí)施例在第2實(shí)施例中，針對(duì)通過上述的方法制作的背面投影型投影屏幕，評(píng)價(jià)溫度變化造成的圖像，畫質(zhì)的性能變差情況。采用光固化型粘接劑，將具有通過擠壓成形的方式而形成的柱狀透鏡的厚度為175mm的薄膜柱狀透鏡，貼合于厚度為2mm的具有擴(kuò)散材料的MS板上。另外，在前面板的相反面?zhèn)?光射出面?zhèn)?，粘接厚度為0.1mm的反射防止薄膜(AR薄膜)，由此，獲得成一體形成有柱狀透鏡前面板、AR薄膜的LCD用背投屏幕。該屏幕片的曲率變化率ε根據(jù)模擬結(jié)果為3.0×10-6(1/mm℃)。第2實(shí)施例所采用的材質(zhì)的物理性質(zhì)值的模擬結(jié)果和實(shí)測數(shù)據(jù)在表4中給出。
表4

將該屏幕設(shè)置于LCD用背投電視機(jī)中，使環(huán)境溫度在0～40℃的范圍內(nèi)變化，確認(rèn)焦點(diǎn)位置變化，與此相對(duì)應(yīng)，通過目視確認(rèn)圖像的性能變差。然后，從電視機(jī)上拆下，測定曲率變化率。獲得在0～40℃的溫度范圍內(nèi)沒有焦點(diǎn)位置的變化且不產(chǎn)生圖像的性能變差的良好的屏幕。此時(shí)的曲率變化率的實(shí)測值為2.6×10-6(1/mm℃)，與計(jì)算值基本相同。象這樣，通過上述方法，可獲得溫度變化造成的翹曲較小，抑制圖像、畫質(zhì)的性能變差的背面投影型屏幕。
第3實(shí)施例在第1實(shí)施例和第2實(shí)施例中，由三層構(gòu)成，但是，下面通過圖9(a)和圖9(b)，對(duì)通過采用四層以上的結(jié)構(gòu)，減小翹曲的形式的實(shí)施例的模擬結(jié)果進(jìn)行描述。圖9(a)為表示第3實(shí)施例的結(jié)構(gòu)的剖視圖，圖9(b)為表示第3比較例的結(jié)構(gòu)的剖視圖。在第3實(shí)施例中，以0.1mm的厚度的PET薄膜為基材，在其表面涂敷光固化性樹脂，通過光固化反應(yīng)，設(shè)置柱狀透鏡，形成柱狀透鏡片。在該柱狀透鏡片上，通過粘接層貼合2mm厚度的兩層前面板。由該實(shí)質(zhì)上為五層結(jié)構(gòu)形成的50英寸的LCD用屏幕通過上述的方法，按照溫度變化造成的翹曲變小的方式，改變兩層前面板的結(jié)構(gòu)。在這里，兩層前面板的第1層的厚度為1.67mm，第2層的厚度為0.33mm。
作為一個(gè)比較例，前面板采用2mm厚度的一層結(jié)構(gòu)的板，除此以外的方面為相同的結(jié)構(gòu)。于是，全部層的總厚度相同。由該實(shí)質(zhì)上為四層結(jié)構(gòu)形成的50英寸的LCD屏幕為第3比較例。第3實(shí)施例和第3比較例所采用的材質(zhì)的物理性質(zhì)值和模擬結(jié)果在表5中給出。
表5

第3實(shí)施例的曲率變化率ε的計(jì)算結(jié)果為-0.13×10-6(1/mm℃)，另一方面，第3比較例的曲率變化率ε的計(jì)算結(jié)果為5.3×10-6(1/mm℃)。即使在象這樣，限制柱狀透鏡片、前面板的材質(zhì)、厚度的情況下，使特定層做成由不同的物理性質(zhì)的材質(zhì)形成的多層結(jié)構(gòu)通過調(diào)整其厚度比、物理性質(zhì)，仍可抑制溫度變化造成的翹曲，可防止圖像、畫質(zhì)的性質(zhì)變差。
權(quán)利要求
1.一種疊層片，該疊層片具有沿n層(n為3以上的自然數(shù))的厚度方向非對(duì)稱的多層結(jié)構(gòu)，其特征在于上述疊層片中的，具有最小的線膨脹率的層的線膨脹率相對(duì)具有最大的線膨脹率的層的線膨脹率的值在95％以下；上述疊層片的各層的彈性率在10000MPa以內(nèi)，具有最小的彈性率的層的彈性率相對(duì)具有最大的彈性率的層的彈性率的值在90％以下；上述疊層片的最厚的層在最薄的層的厚度的200倍以內(nèi)；曲率變化率ε(1/mm℃)處于下述關(guān)系-7.0×10-6≤ε≤+7.0×10-6，該曲率變化率ε指通過由下述的公式表示的聯(lián)立方程式計(jì)算的，上述疊層片的相對(duì)溫度變化ΔK的曲率變化率εϵ=θΔK]]>T=Σi=1nti]]>∫0TE(y){e(y)-e0-θy}dy=0]]>∫0TE(y){e(y)-e0-θy}ydy=0]]>e(y)＝α(y)ΔK上述疊層片的貼合后的曲率(1/mm)由θ表示，上述疊層片的第i層(i＝1，2…n)的板厚(mm)由ti表示，上述疊層片的一側(cè)的面由0表示，從一側(cè)的面向相反側(cè)的面的厚度方向的距離(mm)由y表示，上述疊層片的y的彈性率由E(y)表示，上述疊層片的y＝0(mm)的貼合后的延伸量(無量綱)由e0表示，上述疊層片的y的材質(zhì)的貼合前的自由延伸量(無量綱)由e(y)表示，上述疊層片的y的材質(zhì)的線膨脹率(1/℃)由α(y)表示。
2.一種采用權(quán)利要求1所述的疊層片的背面投影型屏幕。
3.一種設(shè)計(jì)方法，其用于設(shè)計(jì)具有沿n層(n為3以上的自然數(shù))的厚度方向非對(duì)稱的多層體的疊層片中的各層的材質(zhì)和厚度，其中上述疊層片中的，具有最小的線膨脹率的層的線膨脹率相對(duì)具有最大線膨脹率的層的線膨脹率在95％以下；上述疊層片中的各層的彈性率在10000MPa以內(nèi)，具有最小的彈性率的層的彈性率相對(duì)具有最大的彈性率的層的值在90％以下；上述疊層片的最厚的層的厚度在最薄的層的厚度的200倍以內(nèi)；在上述疊層片的貼合后的曲率(1/mm)由θ表示，上述疊層片的第i層(i＝1，2…n)的板厚(mm)由ti表示，上述疊層片的一側(cè)的面由0表示，從一側(cè)的面向相反側(cè)的面的厚度方向的距離(mm)由y表示，上述疊層片的y的彈性率由E(y)表示，上述疊層片的y＝0(mm)的貼合后的延伸量(無量綱)由e0表示，上述疊層片的y的材質(zhì)的貼合前的自由延伸量(無量綱)由e(y)表示，上述疊層片的y的材質(zhì)的線膨脹率(1/℃)由α(y)表示的場合，該方法包括下述步驟在下面給出的聯(lián)立方程式中，消去e0，求解曲率θ，ϵ=θΔK]]>T=Σi=1nti]]>∫0TE(y){e(y)-e0-θy}dy=0]]>∫0TE(y){e(y)-e0-θy}ydy=0]]>e(y)＝α(y)ΔK根據(jù)通過上述聯(lián)立方程式求出的曲率θ，將曲率變化率ε作為各層的彈性率Ei，上述板厚ti和上述線膨脹率αi的函數(shù)進(jìn)行計(jì)算；按照上述曲率變化率ε處于-7.0×10-6≤ε≤+7.0×10-6的關(guān)系方式，確定各層的彈性率Ei，板厚ti和上述線膨脹率αi的函數(shù)進(jìn)行計(jì)算。
4.一種背面投影型屏幕的制造方法，該方法包括下述步驟制作通過權(quán)利要求3所述的疊層片的設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)的疊層片；將上述疊層片固定于支架上。
全文摘要
本發(fā)明提供一種抑制溫度變化造成的圖像，畫質(zhì)的性能變差的背面投影型屏幕及其制造方法和疊層片及其設(shè)計(jì)方法。本發(fā)明的背面投影型屏幕為包括具有n層(n為3以上的自然數(shù))的多層結(jié)構(gòu)的疊層片的背面投影型屏幕。該疊層片中的，具有最大的線膨脹率的層的線膨脹率與具有最小的線膨脹率的層的線膨脹率的差異在5％以上。另外，疊層片中的，具有最大的彈性率的層的彈性率和具有最小的彈性率的層的彈性率相差10％以上。此外，片的相對(duì)溫度的曲率變化率的計(jì)算值ε(1/mm℃)處于下述關(guān)系－7.0×10
文檔編號(hào)G06F7/00GK1577071SQ20041006237
公開日2005年2月9日 申請(qǐng)日期2004年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月11日
發(fā)明者巖川隆一, 米田健二 申請(qǐng)人:株式會(huì)社可樂麗