CN115755512A - 一种透明投影膜、制备方法及投影*** - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种透明投影膜、制备方法及投影***，透明投影膜包括基层、微结构层、显示层和折射率匹配层，其中微结构层包括多个平行设置于所述基层第二表面上的棱镜结构以及设于棱镜结构上的随机结构组成，这种结构设计的透明投影膜适用于短焦投影仪，能得到亮度均匀，视角较大的画面。且本申请的微结构层采用传统机加工工艺即可制备成，制备工艺简单，成本低，适合批量化生产。
Description
技术领域
本发明涉及投影显示技术领域，尤其涉及一种透明投影膜、制备方法及投影***。
背景技术
随着人们对人机交互以及科技体验要求的提高，透明投影技术得到良好的发展。当前的透明投影技术中，为确保画面亮度以及清晰度，通常需要配套长焦投影仪且需要很大的空间来放置投影仪，在施工和售后方面具有很大的难度。短焦投影仪可以很好的控制投影仪和显示单元的距离，占用场地面积小。但由于短焦投影仪与显示屏的距离过短，无法使其投射到显示单元的距离均衡，进而造成显示屏画面亮度不均的问题。
专利CN113204165A公开了一种菲涅尔结构的透明投影屏及应用其的投影***，该菲涅尔结构的透明投影屏适用于短焦投影***，但是，由于菲涅尔结构较复杂，在基膜上制备菲涅尔结构层的工艺难度相对较大，实际生产中无法直接通过两道工艺稳定的得到表面具有凹凸结构的成品，限制了其应用。
发明内容
本申请主要解决了现有用于短焦投影***的投影膜制备工艺难度高，无法批量生产的技术问题。
为实现上述目的，本申请提供了一种透明投影膜，包括：
基层，所述基层具有相对平行设置的基层第一表面和基层第二表面，所述基层第一表面和所述基层第二表面均为平坦的表面；
微结构层，所述微结构层包括多个沿第一方向延伸并沿第二方向平行设置于所述基层第二表面上的棱镜结构，所述第一方向与所述第二方向交叉，所述棱镜结构的紧邻所述基层第二表面的面为底面c，多个所述底面c形成所述微结构层第一表面，所述棱镜结构的远离所述基层第二表面的面为侧面a和侧面b，多个所述侧面a和所述侧面b形成所述微结构层第二表面，所述侧面a和所述侧面b的夹角为所述棱镜结构的顶角α，α≥55°，所述侧面b和所述底面c的夹角为所述棱镜结构的底角β，15°＜β＜35°，所述侧面b面向短焦投影仪的方向设置，在所述侧面b上设置随机结构，所述微结构层具有第一折射率n1；
显示层，所述显示层具有相对设置的显示层第一表面和显示层第二表面，所述显示层第一表面设置在所述微结构层第二表面上，所述显示层第二表面基本上保形于所述微结构层第二表面，使所述显示层形成与所述微结构层第二表面基本一致的结构；
折射率匹配层，所述折射率匹配层具有相背的折射率匹配层第一表面和折射率匹配层第二表面，所述折射率匹配层第一表面设置于所述显示层第二表面上并保形于所述显示层第二表面，所述折射率匹配层第二表面为平行于所述基层第一表面的表面，且所述折射率匹配层具有第二折射率n2；
其中，所述第一折射率n1与所述第二折射率n2相同或接近。
作为本申请进一步的改进，所述侧面a与所述侧面b的交点到所述底面c的垂直距离为h，每个所述棱镜结构的h、顶角α、底面c的大小分别随着第一方向的延伸无变化或呈梯度增大。
作为本申请进一步的改进，所述随机结构为凸型或凹型的表面微结构。
作为本申请进一步的改进，所述透明投影膜还包括触控屏，所述触控屏设置在所述折射率匹配层第一表面上。
作为本申请进一步的改进，所述基层、所述微结构层、所述折射率匹配层均由阻燃材料制备而成。
作为本申请进一步的改进，所述阻燃材料为有机磷系、有机氮系或磷-氮类阻燃剂。
为实现上述目的，本申请还提供了一种透明投影***，包括上述所述的透明投影膜和短焦投影仪，所述短焦投影仪的投射比为0.2～1。
为实现上述目的，本申请还提供了一种应用于上述所述的透明投影膜的制备方法，包括如下步骤：
S1、具有表面微结构的模板的制备：首先，依次对辊胚进行修复、电镀工艺后，将电镀辊胚放置于加工机床上，用传统机加工工艺得到具有表面微结构的模板；
S2、制备微结构层：预先准备基层，所述基层具有基层下表面和与所述基层下表面相对的基层上表面，将所述基层上表面置于所述具有表面微结构的模板下面，将第一光学透明树脂置于所述基层与所述具有表面微结构的模板之间，所述第一光学透明树脂将顺应模板的表面微结构成膜，然后固化，得到微结构层；
S3、制备显示层：所述微结构层具有微结构层上表面和微结构层下表面，所述微结构层下表面紧邻所述基层上表面，在所述微结构层上表面上镀膜后，得到显示层；
S4、制备折射率匹配层：在所述显示层上涂布第二光学透明树脂，成膜后固化，得到折射率匹配层。
作为本申请进一步的改进，步骤S1中，所述棱镜结构的角度为10°～40°，优选为20°～25°。
作为本申请进一步的改进，步骤S1中，所述棱镜深度为2μm～30μm，优选为15μm～20μm。
作为本申请进一步的改进，步骤S1中，所述电镀的材料为铜、镍、铬中的任意一种。
作为本申请进一步的改进，所述随机微结构的深度在0.1μm～5μm，宽度在3μm～50μm。
本申请的有益效果在于，本申请提供了一种透明投影膜，其透明投影膜中的微结构层是由具有扳正角度的棱镜结构和形成在棱镜结构上的具有漫反射功能的随机结构组成的，这种结构设计的透明投影膜适用于短焦投影仪，能得到亮度均匀，视角较大的画面。且本申请的微结构层采用传统加工工艺即可制备成，制备工艺简单，成本低，适合批量化生产。
附图说明
图1为本申请透明投影膜的结构示意图；
图2为本申请透明投影膜的棱镜结构的两种结构示意图；
图3为本申请透明投影膜的随机结构的两种结构示意图；
图4为本申请透明投影膜制备过程中部分流程示意图；
图5为由本申请透明投影膜搭建的投影***的一实施例结构示意图；
图6为由本申请透明投影膜搭建的投影***的另一实施例结构示意图；
图7为本申请的短焦投影仪和触控屏与主机的电连接结构示意图。
图中：01、短焦投影仪；1、透明投影膜；2、触控屏；11、基层；12、微结构层；13、显示层；14、折射率匹配层；121、棱镜结构；122、随机结构。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例，不用来限制本发明的范围。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
为了解决现有用于短焦投影***的透明投影膜1制备工艺难度高，无法批量生产的技术问题，本申请提供了一种透明投影膜1，如图1所示，包括：基层11、微结构层12、显示层13和折射率匹配层14，其中：
所述基层11具有相对平行设置的基层第一表面和基层第二表面，所述基层第一表面和所述基层第二表面均为平坦的表面。
所述微结构层12包括多个沿第一方向延伸并沿第二方向平行设置于所述基层第二表面上的棱镜结构121，所述第一方向与所述第二方向交叉，所述棱镜结构121的紧邻所述基层第二表面的面为底面c，多个所述底面c形成所述微结构层第一表面，所述棱镜结构121的远离所述基层第二表面的面为侧面a和侧面b，多个所述侧面a和所述侧面b形成所述微结构层第二表面，所述侧面a和所述侧面b的夹角为所述棱镜结构121的顶角α，α≥55°，所述侧面b和所述底面c的夹角为所述棱镜结构121的底角β，15°＜β＜35°，所述侧面b面向短焦投影仪01的方向设置，在所述侧面b上设置随机结构122，所述微结构层12具有第一折射率n1。
所述显示层13具有相对设置的显示层第一表面和显示层第二表面，所述显示层第一表面设置在所述微结构层第二表面上，所述显示层第二表面基本上保形于所述微结构层第二表面，使所述显示层13形成与所述微结构层第二表面基本一致的结构。
所述折射率匹配层14具有相背的折射率匹配层第一表面和折射率匹配层第二表面，所述折射率匹配层第一表面设置于所述显示层第二表面上并保形于所述显示层第二表面，所述折射率匹配层第二表面为平行于所述基层第一表面的表面，且所述折射率匹配层14具有第二折射率n2。第二折射率n2与第一折射率n1相同或接近。
基于上述的透明投影膜1，本申请的微结构层12是由具有扳正角度的棱镜结构121和形成在棱镜结构121上的具有漫反射功能的随机结构122组成的，这种结构设计的透明投影膜1适用于短焦投影仪01，能得到亮度均匀，视角较大的画面。
在本申请优选的实施方案中，所述侧面a与所述侧面b的交点到所述底面c的垂直距离为h，每个所述棱镜结构的h、顶角α、底面c的大小分别随着第一方向的延伸无变化或呈梯度增大。进一步优选的，所述微结构层中的棱镜结构121的h、底面c以及顶角α的大小随着第一方向的延伸先是无变化，重复设置若干个后，再选择性地呈梯度增大。图2示出了两种常见的棱镜结构的形态，如(a)和(b)所示，棱镜结构分别是底面c和垂直距离h无变化，相应地，另外两个参数梯度增大的情况。本实施例中，梯度结构的变化规则可以为但不仅仅限于垂直距离h的梯度变化，底面c宽度的梯度变化，顶角α的梯度变化和几种情况的组合梯度变化，通过改变光线的反射方向，进而调整可视范围。
在本申请优选的实施方案中，所述随机结构122为凸型或凹型的表面微结构，图3示出了两种常见的随机结构的形态。本实施例中，凹型表面微结构和凸型表面微结构的形状可以为但不仅仅限于球形、椭球形或其他规则或不规则排列的形状，或者多种形状的叠加结构，不再赘述。本申请进一步通过凹型或凸型的表面微结构改变投影光线的反射方向，进而调整可视范围。
在本申请优选的实施方案中，基层11用于承载微结构层12并便于贴合到透明基板上，基层11可以为单层膜或具有背胶功能的复合膜，单层膜可通过后续夹胶的工艺贴合到透明基板上，复合膜可直接贴合到透明基板上。显示层13主要是通过镀膜的方式将金属或者金属氧化物镀于微结构层第二表面上形成的，用于显示投影膜的图像，相比于微结构层12，显示层13的厚度很薄，显示层13为纳米级，不超过100nm，微结构层12为微米级，通常在5μm以上，一般显示层13的厚度与微结构层12的厚度之比大于50:1。折射率匹配层14的第二折射率n2与微结构层12的第一折射率n1相同或接近，也就是折射率匹配层14与微结构层12需要采用相同或相近的材料，用于制备折射率匹配层14的材料可以为但不仅仅限于丙烯酸树脂、硅树脂、聚氨酯类等，制备折射率匹配层14的工艺可以为热固化、UV固化中的至少一种。折射率匹配层14主要用于使人能看清投影屏后面的实景，通过折射率匹配层14消除畸变和色散。
基于同一发明构思，本申请还提供了一种透明投影***，包括上述所述的透明投影膜和短焦投影仪，所述短焦投影仪的投射比为0.2～1。本申请的透明投影***的投影画面尺寸一般为20寸-200寸，优选40寸-80寸；根据投影画面尺寸，短焦投影仪到透明投影膜所构成屏幕的水平距离控制在4cm-90cm；短焦投影仪的摆放可以是正放或者倒置。
基于同一发明构思，本申请还提供了一种应用于上述透明投影膜1的制备方法，包括如下步骤：
S1、具有表面微结构的模板的制备：首先，依次对辊胚进行修复、电镀工艺后，将电镀辊胚放置于加工机床上，用传统机加工工艺得到具有表面微结构的模板；
S2、制备微结构层12：预先准备基层11，所述基层11具有基层下表面和与所述基层下表面相对的基层上表面，将所述基层上表面置于所述具有表面微结构的模板下面，将第一光学透明树脂置于所述基层11与所述具有表面微结构的模板之间，所述第一光学透明树脂将顺应模板的表面微结构成膜，然后固化，得到微结构层12；
S3、制备显示层13：所述微结构层12具有微结构层12上表面和微结构层12下表面，所述微结构层12下表面紧邻所述基层上表面，在所述微结构层12上表面上镀膜后，得到显示层13；
S4、制备折射率匹配层14：在所述显示层13上涂布第二光学透明树脂，成膜后固化，得到折射率匹配层14。
基于上述透明投影膜1的制备方法，本申请的微结构层12可通过传统机加工工艺的结合制备而成。棱镜结构121易于通过机械雕刻工艺制备而成，且机械雕刻过程中方便控制棱镜结构121的顶角α，使顶角α≥55°，底角的角度需要根据投影仪的透射比和观察者的位置进行调整，一般将底角的角度设置在15°～35°，底角也就是棱镜结构121的侧面b和底面c的形成的夹角β。为实现上述结构，优选的，本申请的透明投影膜1的制备方法中：步骤S1中，所述棱镜结构的角度为10°～40°，优选为20°～25°；步骤S1中，所述棱镜深度为2μm～30μm，优选为15μm～20μm。
棱镜结构121上的随机结构122一般是在制备具有表面微结构的模板的过程中通过喷丸的工艺进行制备，当然此处也不仅仅限于喷丸工艺，也可以通过其它的涂布工艺进行制备，但是本申请的喷丸工艺是通过实践验证后的可适用于工业化的工艺。优选的，在制备具有表面微结构的模板的过程中：步骤S1中，所述电镀的材料为铜、镍、铬中的任意一种，上述工艺可以将电镀辊胚的表面设置为凹型的表面微结构。此外，步骤S1中，也可以将电镀辊胚的表面设置为凸型的表面微结构，制备的工艺一般为涂布的方式将带微球的胶涂布在棱镜结构表面，微球粘结到棱镜结构表面。
在本申请优选的实施方案中，可通过控制喷丸的粒径的大小和喷丸的浓度，调整微结构层12的表面粗糙度，进而调整透明投影膜1的观察视角。优选的，随机微结构的深度在0.1μm～5μm，宽度在3μm～50μm。
在本申请优选的实施方案中，具体的制备具有表面微结构的模板的过程中：对辊胚进行修复、电镀工艺，修复的目的主要是将辊胚车成同心圆，因辊胚硬度大，雕刻微结构的时候刀具磨损严重，因此，会在辊胚修复之后在辊胚表面进行电镀工艺，电镀的材料可以为铜、镍、铬中的任意一种。在棱镜结构的长边上，以一定角度进行喷丸，这里的角度可以是垂直于长边，也可以与长边成一定角度，如图4所示，这种操作手段有利于通过角度的调整对入射光的反射方向进行调控。
从视场角的技术方向进行考虑时，传统透明反射膜在上下和左右都具有很大的视场角，但由于对短焦投影仪01出射的光没办法进行扳正，所以亮度不均匀。而具有菲涅尔结构的透明投影膜1具有对两个方向光线聚焦的作用，那么，对于横向的视角就有了限制，在一些狭窄空间应用时，两侧的观察者不能很好的看到画面。本申请的透明投影膜1为具有棱镜结构121的微结构层12，在安装时，需要使短焦投影仪01和透明投影膜1按照特有的位置方向进行安装，保证从短焦投影仪01发射出的光线进入透明投影膜1中微结构层12的长边面上，图5是本申请的透明投影膜1与短焦投影仪01搭建的投影***的结构示意图。横向的棱镜结构121可以对竖直方向的光线进行扳正，同时，对于两侧的光线，通过微结构进行一定的调整，但是不会进行大范围的扳正。这样，我们既可以减少竖直方向上光的损失，又可以增加观看的视场角。
在本申请优选的实施方案中，所述透明投影膜1还可包括触控屏2，如图6所示，所述触控屏2设置在所述折射率匹配层第一表面上。触控屏2可以通过背胶或者夹胶的方式贴合到折射率匹配层第一表面上。背胶可以为但不仅仅限于亚克力胶、硅胶等。触控屏2可以为但不仅仅限于触控膜、红外感应屏、激光感应屏等。触控屏2上具有与主机相连的电路接口，当短焦投影仪01和触控膜与主机连接后，如图7所示，主机上的画面通过短焦投影仪01呈现在透明投影膜1上，同时，触控屏2起到了一个类似于鼠标的作用，可以对画面进行各种操作，提升人机交互体验。
在本申请优选的实施方案中，所述基层11、所述微结构层12、所述折射率匹配层14还可均由阻燃材料制备而成。基层11的透过率保持在88％以上，微结构层12和折射率匹配层14在制备的过程中可以选择同款胶水，如UV固化亚克力胶，然后将具有阻燃功能的添加剂添加其中。添加剂优选无卤的反应型阻燃剂，如：有机磷系、有机氮系或磷-氮类阻燃剂。将不具有阻燃功能的透明投影膜1和具有阻燃功能的透明投影膜1进行阻燃测试，具体结果如下表1：
表1：不具有阻燃功能的透明投影膜和具有阻燃功能的透明投影膜的阻燃性能结果
| 样品 | 透过率 | 雾度 | 燃烧时间 | 损毁长度 |
| 具有阻燃功能 | 88.9％ | 0.76％ | ＜5s | ＜50mm |
| 不具有阻燃功能 | 89.1％ | 0.68％ | 15s | 250mm |
由表1可知，具有阻燃功能的透明投影膜1具有更好的阻燃性能。
综上所述，本申请提供了一种透明投影膜1，其透明投影膜1中的微结构层12是由具有扳正角度的棱镜结构121和形成在棱镜结构121上的具有漫反射功能的随机结构122组成的，这种结构设计的透明投影膜1适用于短焦投影仪01，能得到亮度均匀，视角较大的画面。且本申请的微结构层12采用传统机加工工艺即可制备成，制备工艺简单，成本低，适合批量化生产。
虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (12)
1.一种透明投影膜，其特征在于，包括：
基层，所述基层具有相对平行设置的基层第一表面和基层第二表面，所述基层第一表面和所述基层第二表面均为平坦的表面；
微结构层，所述微结构层包括多个沿第一方向延伸并沿第二方向平行设置于所述基层第二表面上的棱镜结构，所述第一方向与所述第二方向交叉，所述棱镜结构的紧邻所述基层第二表面的面为底面c，多个所述底面c形成所述微结构层第一表面，所述棱镜结构的远离所述基层第二表面的面为侧面a和侧面b，多个所述侧面a和所述侧面b形成所述微结构层第二表面，所述侧面a和所述侧面b的夹角为所述棱镜结构的顶角α，α≥55°，所述侧面b和所述底面c的夹角为所述棱镜结构的底角β，15°＜β＜35°，所述侧面b面向短焦投影仪的方向设置，在所述侧面b上设置随机结构，所述微结构层具有第一折射率n1；
显示层，所述显示层具有相对设置的显示层第一表面和显示层第二表面，所述显示层第一表面设置在所述微结构层第二表面上，所述显示层第二表面基本上保形于所述微结构层第二表面，使所述显示层形成与所述微结构层第二表面基本一致的结构；
折射率匹配层，所述折射率匹配层具有相背的折射率匹配层第一表面和折射率匹配层第二表面，所述折射率匹配层第一表面设置于所述显示层第二表面上并保形于所述显示层第二表面，所述折射率匹配层第二表面为平行于所述基层第一表面的表面，且所述折射率匹配层具有第二折射率n2；
其中，所述第一折射率n1与所述第二折射率n2相同或接近。
2.根据权利要求1所述的透明投影膜，其特征在于，所述侧面a与所述侧面b的交点到所述底面c的垂直距离为h，每个所述棱镜结构的h、顶角α、底面c的大小分别随着第一方向的延伸无变化或呈梯度增大。
3.根据权利要求1所述的透明投影膜，其特征在于，所述随机结构为凸型或凹型的表面微结构。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的透明投影膜，其特征在于，所述透明投影膜还包括触控屏，所述触控屏设置在所述折射率匹配层第一表面上。
5.根据权利要求1所述的透明投影膜，其特征在于，所述基层、所述微结构层、所述折射率匹配层均由阻燃材料制备而成。
6.根据权利要求5所述的透明投影膜，其特征在于，所述阻燃材料为有机磷系、有机氮系或磷-氮类阻燃剂。
7.一种透明投影***，其特征在于，包括权利要求1-6任意一项所述的透明投影膜和短焦投影仪，所述短焦投影仪的投射比为0.2～1。
8.一种应用于权利要求1-6任意一项所述的透明投影膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、具有表面微结构的模板的制备：首先，依次对辊胚进行修复、电镀工艺后，将电镀辊胚放置于加工机床上，用传统机加工工艺得到具有表面微结构的模板；
S2、制备微结构层：预先准备基层，所述基层具有基层下表面和与所述基层下表面相对的基层上表面，将所述基层上表面置于所述具有表面微结构的模板下面，将第一光学透明树脂置于所述基层与所述具有表面微结构的模板之间，所述第一光学透明树脂将顺应模板的表面微结构成膜，然后固化，得到微结构层；
S3、制备显示层：所述微结构层具有微结构层上表面和微结构层下表面，所述微结构层下表面紧邻所述基层上表面，在所述微结构层上表面上镀膜后，得到显示层；
S4、制备折射率匹配层：在所述显示层上涂布第二光学透明树脂，成膜后固化，得到折射率匹配层。
9.根据权利要求8所述的透明投影膜的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述棱镜结构的角度为10°～40°，优选为20°～25°。
10.根据权利要求8所述的透明投影膜的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述棱镜深度为2μm～30μm，优选为15μm～20μm。
11.根据权利要求8所述的透明投影膜的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述电镀的材料为铜、镍、铬中的任意一种。
12.根据权利要求8所述的透明投影膜的制备方法，其特征在于，所述随机微结构的深度在0.1μm～5μm，宽度在3μm～50μm。
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