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CN1368914A - 光学片 - Google Patents

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CN1368914A
CN1368914A CN00811470A CN00811470A CN1368914A CN 1368914 A CN1368914 A CN 1368914A CN 00811470 A CN00811470 A CN 00811470A CN 00811470 A CN00811470 A CN 00811470A CN 1368914 A CN1368914 A CN 1368914A
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sheet
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Kuraray Co Ltd
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Abstract

一种利用注射模塑成形法制造的,对向的两个主面的表面部分处的应力在200kg/cm2以下,成形后不产生弯曲、变形等的光学片。优选地,这种光学片的对向的二个主面的表面部分的应力在200kg/cm2以下,且所述两个主面的应力差在20%以内。这种光学片用于投影电视、投影仪等的屏幕上的菲涅耳透镜片及双凸透镜片,聚光用菲涅耳透镜片,压纹片等。

Description

光学片
技术领域
本发明涉及用于投影电视，投影仪等的屏幕上的菲涅耳透镜(Fresnel lens)片及双凸透镜片，聚光用菲涅耳透镜片，压纹片等表面上具有微细凹凸结构的光学片。
背景技术
在制造菲涅耳透镜片，双凸透镜片等大型透镜片时，一般采用将形成与所需的透镜面的凹凸图形相反的凸凹图形的平板状透镜模具加热、通过把该透镜模具压到树脂板上加压将透镜模具表面的凹凸透镜面复制到树脂板上的压制法。但在压制法中，存在着成形周期长，生产效率不高的问题。所以，最近，开发了一种将紫外线固化树脂涂布到透镜模具上，在把树脂载置于其上的状态下，用紫外线进行照射，使紫外线固化树脂固化，形成大型透镜片的光聚合物(photo-polymer、2P)法。但是，利用2P法也不能充分提高生产效率。
另一方面，也采用形成与所需要的透镜面的凹凸图形相反的凸凹图形的金属模具，借助注射模塑成形法形成较小型的光学片。在注射模塑成形法中，将熔融树脂注射填充到金属模具的型腔内，中间经过浇道或流道的熔融树脂对型腔内施加压力，直到浇口部冷却固化(保压工序)，从而将金属模具的形状复制到树脂上。在浇口固化后，金属模具内的树脂被冷却固化，获得成形制品(光学片)。
利用注射模塑成形法注射填充到型腔内的熔融树脂与型腔面接触时被急剧冷却，一面形成冷却固化层一面将熔融树脂填充到型腔内。通过形成冷却固化层，在填充熔融树脂时在型腔内发生压力分布，这将成为成形制品的残留应力，成为在成形后造成弯曲、变形等的原因。此外，为了修正注射模塑成形后的成形制品的收缩进行保压，但这也成为在成形制品中引起残留应力的原因。
当在成形制品中残存有较大的残留应力时，特别是在长时间放置在高温、高湿的环境下时，在成形制品中容易发生弯曲、起伏不平等。成形制品越大，壁越薄，在成形制品中产生的弯曲、起伏变形的程度越大。
为了减少成为产生残留应力的原因的冷却固化层的形成，研究了提高熔融树脂的温度，提高金属模具的温度，提高填充速度等成形条件的变化。但是在过去对于残留在成形后的光学片中的残留应力的基准值都没有进行研究，每次改变成形条件成形光学片时，都不得不进行很长时间的可靠性试验，来决定该成形条件是否可行。
本发明为了解决上述问题而提出的，其目的是提供一种具有低的残留应力、不产生弯曲、变形等的光学片。
发明的公开
为解决上述课题的本发明的光学片是一种利用注射模塑成形法制造的光学片，其特征为，在对向的两个主面的表面部分上的应力在200kg/cm2以下。在这种光学片中，在对向的两个主面的表面部分上的应力都在200kg/cm2以下，且优选地，所述两个主面的应力差在20％以内。其中，所谓“主面”是指构成光学片的面中，相当于光线的出射面及其背面的、具有大的面积的两个对向面。这种光学片例如其面积在4000cm2以上、且片厚在4mm以下。
上述应力是从光学片中获取具有宽度约为0.6mm镜面的试验片，对于所获得的试验片利用巴俾涅(Babinet)补偿器型精密应变仪采用Na光源在放大倍数为5倍的条件下测定应力延迟量R，用下面的公式计算出来的值。
应变(应力)＝R/(E×T)(其中，R为延迟量，T为延迟量测定部的试验片的厚度(cm)，E为光学片材料的光弹性常数((nm/cm)/(kg/cm2))。
附图的简单说明
图1是表示利用实施例中所使用的金属模具No.1制成的成形制品的形状的图示；
图2是表示利用实施例中所使用的金属模具No.2制成的成形制品的形状的图示；
图3是表示利用实施例中所使用的金属模具No.3制成的成形制品的形状的图示；
图4是表示利用实施例中所使用的金属模具No.4制成的成形制品的形状的图示；
图5是表示利用实施例中所使用的金属模具No.5制成的成形制品的形状的图示；
图6是用于说明光学片的变形量的测定位置及测定方法的说明图，(a)表示测定位置，(b)表示测定方法；
图7是表示在实施例及比较例中使用的金属模具的规格的图示。
实施发明的最佳形式
在利用注射模塑成形法制造光学片时，为了使光学片的表面部分处的应力在200kg/cm2以下，在通常的注射模塑成形法中，在利用填充压力小的低压成形的注射模塑成形法或注射挤压成形法制造成光学片之后，进行使表面部分处的应力在200kg/cm2以下的退火处理(后处理)。具体地说，可以将用注射挤压成形法等获得的光学片用玻璃板等夹住，于比构成光学片的成形材料的负荷弯曲温度(用ASTM D648等进行测定)低10～20℃的环境温度下，进行2～4小时的退火处理。
此外，如果在将成形材料填充到将背面粘贴有低热传导率构件(聚亚酰胺薄膜等)的镍板等薄板构件安装到型腔内的金属模具时，为了使由该金属模具冷却而从复制开始温度以上的温度下降到复制开始温度以下的温度的金属模具表面附近的成形材料再次上升到超过复制开始温度的温度，利用低热传导率构件的厚度等已设定的金属模具的注射模塑成形法(参照特开平11-129305号公报)，通过适当设定成形条件，可以不必进行上述退火处理就可以使光学片的表面部分的应力为200kg/cm2以下。此外，在注射模塑成形时，即使利用在合成树脂的注射填充过程中或在填充完毕后，使金属模具型腔的容积发生变化(增加、减少型腔容积或者在将容积增加之后再减少)的注射模塑成形法(参见特愿平11-23863号说明书，特愿平11-36924号说明书)，借助成形条件的设定，可以不必进行上述退火处理就可以使光学片的表面部分处的应力为200kg/cm2以下。
在注射模塑成形中使用的合成树脂只要是透明的热塑性树脂即可，没有特别的限制，例如，可以列举出聚甲基丙烯酸甲酯，聚碳酸酯，聚苯乙烯，热塑性合成橡胶，非晶聚烯烃，聚酰胺，以及它们的共聚物等。
下面借助实施例对本发明进行详细说明。供实施例的光学片制造用的设备如下面所述。
(a)注射模塑成形机
采用住友重机械(株)制SG-150SYCAP MIII或(株)名机制作所制MDIP-1400。
(b)金属模具
使用五种金属模具，各金属模具的大小等如下面所述。
(金属模具No.1)
具有纵向尺寸200mm，横向尺寸220mm，板厚4.0mm的平板状型腔。在主面之一上形成高度为10～80μm的菲涅耳透镜图形。如图1所示，在该金属模具中，于横边的中央部设置有宽度为25mm、厚度为3.5mm大小的浇口部。此外，这种透镜片(光学片)的浇口部用热切割刀或锯齿进行切割处理。金属模具NO.1的结构如图7(a)所示，在可动侧3和固定侧4上分别安装有薄板构件5，在该薄板构件5中之一上形成菲涅耳透镜图形。根据需要，在薄板构件的背面上可以粘贴低热传导率构件。
(金属模具No.2)
具有纵向尺寸400mm，横向尺寸800mm，板厚4.0mm的平板状型腔。在其主面之一上形成高度为10～80μm的菲涅耳透镜图形。如图2所示，在该金属模具上，在横边的中央设置宽度为25mm、厚度为3.5mm大小的浇口部。金属模具No.2的结构如图7(b)所示，在可动侧3及固定侧4上分别安装有薄板构件5，在该薄板构件5中之一上形成菲涅耳透镜图形。根据需要，在薄板构件的背面粘贴低热传导率的构件。此外，金属模具No.3～5也具有和金属模具No.2相同的结构。
(金属模具No.3)
具有纵向尺寸500mm，横向尺寸900mm，板厚2.0mm的平板状型腔。在主面之一上形成高度为10～80μm的菲涅耳透镜图形。如图3所示，在该金属模具上，于横边的中央设置宽度为25mm、厚度为1.5mm大小的浇口部。
(金属模具No.4)
具有纵向尺寸700mm，横向尺寸900mm，板厚2.0mm的平板状型腔。在主面之一上形成高度为10～80μm的菲涅耳透镜图形，另一个主面上形成高度为10μm的棱镜图形。如图4所示，在该金属模具上，于横边的中央设置宽度为500mm、厚度为1.5mm大小的浇口部。
(金属模具No.5)
具有纵向尺寸800mm，横向尺寸1000mm，板厚2.0mm的平板状型腔。在其主面之一上形成高度为10～80μm的菲涅耳透镜图形，在另一个主面上形成高度为10μm的棱镜图形。如图5所示，在该金属模具上，于横边的中央设置宽度为500mm、厚度为1.5mm大小的浇口部。
(c)成形材料
采用作为甲基丙烯树脂的(株)クラレ制造的パラペツトGH1000s。
(d)成形制品的背面部分的应力测定方法
采用低速锯(low speed saw)(ビユ-ラ-社制：ISOMET)，从成形制品面内切割出宽度大约为0.6mm的长方形，将两个切割表面用2000号砂纸及金属研磨剂研磨获得具有镜面的试验片。对于所获得的试验片，用巴俾涅补偿型精密应变仪(东芝硝子(株)制：SVP-30II)用Na光源在放大倍数为5倍的条件下测定应变延迟量R，用下式计算出应力。
应变(应力)＝R/(3.8×T)(其中，R为延迟量，T为延迟量测定部的试验片的厚度(cm)。同时，3.8为聚甲基烯酸甲酯的光弹性常数((nm/cm)/(kg/cm2))。
(e)复制率的测定方法
采用表面粗糙度测定器サ-フコ-ダSE-30D((株)小坂研究所制)测定成形制品的图形的高度，求出成形制品的图形尺寸相当于用于成形的金属模具的图形尺寸之比(成形制品尺寸/金属模具尺寸)。
(f)变形量的测定方法
如图6(a)、(b)所示，光学片1的变形量测定位置为成形制品的各拐角部。具体地说，将光学片1静止地置于平台2上，用厚薄规测定平台2与光学片1之间的间隙L，求出金属模具的形状与光学片形状之间的误差。
(g)恒温恒湿试验
光学片的可靠性用タバイ(株)制的恒温恒湿槽进行。试验条件为50℃80％RH300小时。实施例1～5及比较例1～5
用(a)所述的注射模塑成形机和(b)所述的各金属模具在表1所示的成形条件及退火条件下制造光学片。在各实施例及比较例中，注射条件和冷却时间都是一样的，注射条件为100cc/sec，冷却时间为60sec。用(d)所述的测定方法测定所得到的光学片的设有各菲涅耳透镜图形的面的表层的应力。然后，将光学片放置在(g)所述的恒温恒湿槽内于50℃，80％RH的环境下，用(f)所述的测定方法测定经过300小时后的变形量。其结果示于表2及表3。如图6所示，表2～3中所示的应力及变形量的测定位置是测定位置A～D为透镜片的四个角，测定位置E为中心位置(对于后面所述的表5也一样)。
表1
成形机 树脂温度(℃)金属模具温度(℃) 金属模具结构(薄板构件(厚度(mm))/低热传导率构件(厚度(mm)) 退火处理
实施例1 SG-150 27080 镍(0.5)/没有 80℃3小时然后徐冷
实施例2 MDIP-1400 27080 镍(0.5)/聚酰胺(0.1) 没有
实施例3 MDIP-1400 27080 镍(0.5)/聚酰胺(0.2) 没有
实施例4 MDIP-1400 27080 镍(0.5)/聚酰胺(0.3) 没有
实施例5 MDIP-1400 27080 镍(0.5)/聚酰胺(0.3) 没有
比较例1 SG-150 27080 镍(0.5)/没有 没有
比较例2 MDIP-1400 27080 镍(0.5)/没有 没有
比较例3 MDIP-1400 27080 镍(0.5)/没有 没有
比较例4 MDIP-1400 27080 镍(0.5)/没有 没有
比较例5 MDIP-1400 27080 镍(0.5)/没有 没有
表2
金属模具No. 表层部的应力(kg/cm2)   图形复制率 试验前的变形量(mm) 试验后的变形量(mm)
  测定位置   应力
  实施例1   1   ABCDE   1171049690100   0.900.920.910.920.95   0.020.030.030.02   0.210.170.140.03
  实施例2   2   ABCDE   155150122133145   0.940.940.930.930.95   0.020.030.020.03   0.300.320.200.03
  实施例3   3   ABCDE   175160132140145   0.960.930.970.980.95   0.040.030.020.03   0.230.150.200.13
  实施例4   4   ABCDE   170165142123145   0.900.910.950.910.90   0.050.060.050.03   0.350.280.250.33
  实施例5   5   ABCDE   170166143140155   0.960.930.920.910.95   0.070.060.030.05   0.200.250.280.24
表3
金属模具No. 表层部的应力(kg/cm2) 图形复制率 试验前的变形量(mm) 试验后的变形量(mm)
测定位置 应力
比较例1 1 ABCDE 225236223246235 0.950.930.940.940.93 0.040.030.040.05 2.543.112.202.50
比较例2 2 ABCDE 255253230216215 0.930.930.940.950.92 0.130.080.100.09 5.354.173.833.44
比较例3 3 ABCDE 265273251239241 0.910.910.920.950.97 0.230.180.130.22 5.306.214.303.20
比较例4 4 ABCDE 325293260251315 0.900.930.950.940.90 0.430.310.210.37 3.354.433.223.21
比较例5 5 ABCDE 288296275287264 0.900.930.950.980.97 0.320.170.190.25 4.235.134.834.20
如表2及表3所示，在表层部的应力在200kg/cm2以下的实施例1～5的光学片中，在恒温恒温试验后的变形量小，与此相反，表层部的应力超过200kg/cm2的比较例1～5的光学片中，在恒温恒湿试验后的变形量大。所述实施例1～5的透镜片在①于70℃干燥300小时的试验，②于-20℃放置300小时的试验，③于-20℃的低温及70℃高温交替地放置反复进行100个循环的试验等各试验中，变形量也变小。
实施例6～13
利用(a)所述的注射模塑成形机及(b)所述的各种金属模具，在表4所示的成形条件和退火条件下制造光学片。在各实施例中，注射条件和冷却时间都相同，注射条件为100cc/sec，冷却时间为60sec。用(d)所述的测定方法分别测定制得的各透镜片的设置各菲涅耳透镜图形的面及不设置菲涅耳透镜图形一侧的面(镜面)的表层部的应力。然后，与实施例1～5一样测定变形量，其结果示于表5。
表4
成形机 金属模具温度(℃) 金属模具结构(薄板构件(厚度(mm))/低热传导率构件(厚度(mm)) 退火处理
棱镜面侧 菲涅耳透镜侧
实施例6 SG-150 80 80 镍(0.5)/没有 80℃3小时
实施例7 MDIP-1400 80 80 镍(0.5)/聚酰胺(0.1) 没有
实施例8 MDIP-1400 80 80 镍(0.5)/聚酰胺(0.2) 没有
实施例9 MDIP-1400 80 80 镍(0.5)/聚酰胺(0.3) 没有
实施例10 MDIP-1400 80 80 镍(0.5)/聚酰胺(0.3) 没有
实施例11 SG-150 80 70 镍(0.5)/没有 80℃2小时
实施例12 MDIP-1400 60 80 镍(0.5)/聚酰胺(0.1) 没有
实施例13 MDIP-1400 60 80 镍(0.5)/聚酰胺(0.2) 没有
表5
金属模具No. 表层应力(kg/cm2) 图形复制率 试验前的变形量(mm) 试验后的变形量(mm)
测定位置 应力(棱镜面侧) 应力(菲涅耳透镜侧)
实施例6 1 ABCDE 127136108102123 13812598105118 0.930.990.930.920.93 0.020.030.010.03 0.250.270.130.15
实施例7 2 ABCDE 175150122133127 180145113124120 0.920.900.920.930.96 0.030.030.040.06 0.340.320.270.15
实施例8 3 ABCDE 185170152140185 160155134137163 0.930.940.980.950.95 0.040.030.030.02 0.360.250.200.23
实施例9 4 ABCDE 163176142153132 180155126175138 0.900.920.940.930.92 0.040.050.070.07 0.410.230.450.25
实施例10 5 ABCDE 145175148132180 166155133143165 0.910.920.950.950.94 0.040.070.050.08 0.160.350.370.51
实施例11 1 ABCDE 120125110100124 162163146146138 0.930.930.940.950.90 0.010.030.030.04 2.212.121.872.60
    实施例12     2     ABCDE     185170150147146     145133111100110     0.920.920.940.950.96     0.330.250.280.23     3.453.232.482.51
    实施例13     3     ABCDE     195174140155148     152133105110113     0.940.950.960.960.90     0.350.330.410.32     3.754.163.483.51
如表5所示，在表层部的应力为200kg/cm2以下，表面和背面的应力差在20％以下的实施例6～10的光学片中，试验后的变形量极小，与此相反，表层部的应力也在200kg/cm2以下但在表面与背面的应力差超过20％的实施例11～13中，试验后的变形量有所增大。工业上的可利用性
如上所述，对于表面部分的残余应力符合本发明的基准值的光学片，成形后产生的弯曲、变形等小，这种光学片可用于投影电视，投影仪等的屏幕上用的菲涅耳透镜片及双凸透镜片，聚光用菲涅耳透镜片，压纹片等。

Claims (3)

1.一种光学片，是利用注射模塑成形法制造的光学片，在对向的二个主面的表面部分上的应力在200kg/cm2以下。
2.如权利要求1所述的光学片，在对向的二个主面的表面部分上的应力差在20％以内。
3.如权利要求1或2所述的光学片，主面的面积在4000cm2以上，且板厚在4mm以下。
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