一种基于聚合物分散液晶体系的光学扩散膜的制备方法与流程

本发明涉及光学扩散膜及其制备方法，尤其是能够有效提高光透过率和雾度的扩散膜的制备方法。

背景技术：

液晶显示器(LCD，Liquid Crystal Display)已经成为了当今最普遍的显示技术。因为LCD具有低能耗、低辐射、体积小、携带方便、画面柔和等优点，所以LCD将会是未来几十年内主流的显示技术，从大屏显示、电视、电脑到手机都能用到LCD显示技术。但是LCD中液晶本身并不发光，需要一个稳定的光源来提供均匀、高亮度的面光源才能实现其显示，几乎所有的和显示相关的面板都涉及到光源的扩散问题。目前市场上大部分LCD的光源一般分为两种方式，一是使用线光源从侧面引入，二是使用LED点光源。这两种光源都需要使用扩散膜将其扩散成均匀的面光源。扩散膜是液晶显示器背光源模组中不可缺少的光学薄膜。如何提高背光模组的亮度和均匀性并使其薄型化是目前生产企业所追求的目标和研究的热点。

光学扩散是由于材料的表面或者是内部的不均匀性被打破造成的。传统的光学扩散材料根据作用机理的不同可以分为两种类型：体扩散和面扩散。体扩散是指在透明的基体中均匀的分散一定比例的具有不同折射率的无机或者是有机粒子，包括SiO₂、TiO₂、CaCO₃等无机微粒以及聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA，poly(methyl methacrylate))、聚苯乙烯(PS，Polystyrene)、硅树脂等有机聚合物微粒。此种散射主要是通过聚合物基质与散射粒子的折射率不匹配来实现光散射。面扩散主要是通过一定的方法将制品的一个表面沿着某一个方向制备成凹凸不平的表面，主要的制备方法是机械方法和化学方法，利用粗糙的表面来产生光学扩散。但是体扩散的方法，存在粒子在微观尺度上难以分散均匀的问题，从而影响薄膜的光学性能；第二种面扩散的方法，存在加工工艺复杂及对设备精度要求高等问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供了一种基于聚合物分散液晶体系的光学扩散膜的制备方法，该制备方法可以使用现有光学扩散膜的加工设备与工艺，制备的光学扩散膜可以应用于液晶显示器的背光源的光扩散膜以及投影屏，有效地提高现有光学扩散膜的透过率和雾度

为达到上述目的，本发明采用了如下的技术方案：

一种基于聚合物分散液晶体系的光学扩散膜的制备方法，所述方法包括如下步骤：

将可光聚合单体与所选的可光聚合单体的折射率相匹配的向列相液晶按照8:2～2:8的质量比混合，加入含量为可光聚合单体的0.1wt％～10.0wt％的光引发剂和含量为向列相液晶和可光聚合单体总质量的0.1wt％～10.0wt％的间隔粒子；搅拌均匀后将混合体系涂覆于两层PET膜中间，辊挤压成厚度均匀的薄膜，使用光照强度为1.0～100.0mW/cm²的紫外光对薄膜进行辐照1.0～25.0分钟进行聚合，形成基于聚合物分散液晶体系的光学扩散膜。

进一步的，所述的可光聚合单体包括甲基丙烯酸月桂酯、二乙二醇双丙烯酸酯、2-丙烯酸十二烷基酯、1,6-己二醇二丙烯酸酯和3,5,5-三甲基丙烯酸酯中的一种或多种。

进一步的，紫外聚合过程的环境温度为273.0K～323.0K。

进一步的，光照强度为1.0～100.0mW/cm²，紫外辐照时间为1.0～25.0分钟。

进一步的，间隔粒子的粒径为5.0μm～50.0μm，聚合物薄膜的厚度为5.0μm～50.0μm。

进一步的，本发明所使用的向列相液晶为商用向列相液晶SLC 7011-100。

在本发明中，通过改变可光聚合单体和液晶的比例以及紫外光照射强度和薄膜温度等制备条件可以改变聚合物网孔的尺寸和密度，从而可以调制薄膜的光学性能。

本发明的优点是：提供了一种新型的光学扩散膜的制备方法，所制备的光学扩散膜的光学性能优于传统扩散片，并且光学性能可调；在光聚合单体聚合过程中可以自动形成较为均匀的微相分离结构，不需要像传统扩散片制备过程中需要采取一定的措施去避免粒子之间的团聚。

光学扩散膜，是一种能够使光通过并能够有效的散射光的薄膜，本发明的基本思想是通过使用可光聚合单体和液晶共混，并加入一定量的光引发剂和间隔粒子，然后将混合物夹在两层高透过率塑料薄膜中制备成薄膜，或者将混合物涂覆在在单层高透过率塑料薄膜上，然后使用紫外光照射薄膜，使光聚合单体的分子间发生交联反应形成与液晶微区构成微相分离结构的高分子网络制备而成的，也就是通过使用紫外光聚合法制备高分子分散液晶薄膜的方法制备而成。由于在薄膜中高分子基体和液晶的分子间、不同取向的液晶分子间的折射率不匹配，因此薄膜呈强烈的光散射状态，使薄膜具有高透过率和高雾度，从而制得了一种全新的光学扩散片。

本发明所用到可光聚合单体的化学结构式如下所示：

为了解决上述两种类型扩散膜存在的问题，本发明使用一种全新的方法来制备光学扩散膜，其光学效果优于传统的光学扩散膜，并且通过改变薄膜材料组成或者控制光照强度和聚合温度等外界条件对其扩散性能进行调节，同时可以使用制造上述传统体扩散类型扩散片的现有加工设备以及简单的加工工艺进行加工。

附图说明

图1是本发明光学扩散膜的结构示意图。

图2是实施例1制备的光学扩散膜材料的聚合物网络的扫描电镜图片。

图3是实施例1制备的光学扩散膜材料的波长-透过率曲线。

图4是实施例2制备的光学扩散膜材料的聚合物网络的扫描电镜图片。

图5是实施例2制备的光学扩散膜材料的波长-透过率曲线。

图6是实施例3制备的光学扩散膜材料的聚合物网络的扫描电镜图片。

图7是实施例3制备的光学扩散膜材料的波长-透过率曲线。

图8是实施例4制备的光学扩散膜材料的聚合物网络的扫描电镜图片。

图9是实施例4制备的光学扩散膜材料的波长-透过率曲线。

图10是实施例5制备的光学扩散膜材料的聚合物网络的扫描电镜图片。

图11是实施例5制备的光学扩散膜材料的波长-透过率曲线。

图12是本发明实施例的透过率雾度数据柱状图。

具体实施方式

下面以附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例1：

选取可光聚合单体为甲基丙烯酸月桂酯(折射率为1.445)和二乙二醇双丙烯酸酯(折射率为1.463)，所用液晶为向列相液晶SLC 7011-100(Δn＝0.165)，其中甲基丙烯酸酯月桂酯/二乙二醇双丙烯酸酯＝40.0wt％/10.0wt％、可光聚合单体/液晶＝50.0wt％/50.0wt％、光引发剂为安息香双甲醚(加入量为可光聚合单体的3.0wt％)、间隔粒子(粒径20.0μm，加入量为向列相液晶和可光聚合单体总质量的10.0wt％)混合并搅拌均匀，涂覆于两层透明的塑料薄膜之间，用辊挤压成薄膜。在273.0K的温度下，将上述薄膜在光强度为5.0mW/cm²的紫外光下照射10.0分钟，制得光学扩散膜。制得薄膜的光透过率为88.4％，雾度为79.55％(如图12所示)。所制得薄膜的网孔结构扫描电镜图、波长透过率曲线分别如图2和图3所示。

从图2可以看出，所得光学扩散膜的网孔大小均匀，网孔密度很高；从图3和图12可以看出，通过紫外光聚合，将可光聚合单体/液晶混合体系固化后制成的光学扩散薄膜，材料的光散射性能较好。

实施例2：

选取可光聚合单体为甲基丙烯酸月桂酯(折射率为1.445)和二乙二醇双丙烯酸酯(折射率为1.463)，所用液晶为向列相液晶SLC 7011-100(Δn＝0.165)，其中甲基丙烯酸酯月桂酯/二乙二醇双丙烯酸酯＝40.0wt％/10.0wt％、可光聚合单体/液晶＝40.0wt％/60.0wt％、光引发剂为安息香双甲醚(加入量为可光聚合单体的3.0wt％)、间隔粒子(粒径20.0μm，加入量为向列相液晶和可光聚合单体总质量的1.0wt％)混合并搅拌均匀，涂覆于两层透明的塑料薄膜之间，用辊挤压成薄膜。在273.0K的温度下，将上述薄膜曝光在光强度为5.0mW/cm²的紫外光下10.0分钟，制得光学扩散膜。制得薄膜的光透过率为88.9％，雾度为71.81％(如图12所示)。所制得薄膜的网孔结构的扫描电镜图、波长透过率曲线分别如图4和图5所示。

从图4、图5和图12可以看出，由于液晶含量的增加，可光聚合单体的含量降低导致聚合物网孔变大和网络密度降低，薄膜的光透过率较好，但雾度与实施例1相比有所下降，总体来说薄膜的光学散射性能比较好。

实施例3：

选取可光聚合单体为甲基丙烯酸月桂酯(折射率为1.445)和二乙二醇双丙烯酸酯(折射率为1.463)，所用液晶为向列相液晶SLC 7011-100(Δn＝0.165)，其中甲基丙烯酸酯月桂酯/二乙二醇双丙烯酸酯＝40.0wt％/10.0wt％、可光聚合单体/液晶＝50.0wt％/50.0wt％、光引发剂为安息香双甲醚(加入量为可光聚合单体的3.0wt％)、间隔粒子(粒径20.0μm，加入量为向列相液晶和可光聚合单体总质量的1.0wt％)混合并搅拌均匀，涂覆于两层透明的塑料薄膜之间，用辊挤压成薄膜。在293.0K的温度下，将上述薄膜曝光在光强度3.0mW/cm²的紫外光下10.0分钟，制得光学扩散膜。制得薄膜的光学透过率为89.7％，雾度为66.75％(如图12所示)。所制得薄膜的网孔结构扫描电镜图、波长透过率曲线分别如图6和图7所示。

从图6、图7和图12可以看出，由于紫外辐照强度的降低和聚合温度的升高，这使交联密度降低、体系粘度下降，液晶分子更加容易扩散和聚集，聚合物网孔变大，制成的光学扩散材料与实施例1相比，薄膜的光学散射性能降低。

实施例4：

选取可光聚合单体2-丙烯酸十二烷基酯(折射率为1.445)、3,5,5-三甲基丙烯酸酯(折射率为1.4278)和1,6-己二醇二丙烯酸酯(折射率为1.456)，所用液晶为向列相液晶SLC 7011-100(Δn＝0.165)，其中2-丙烯酸十二烷基酯/3,5,5-三甲基丙烯酸酯/1,6-己二醇二丙烯酸酯＝20.0wt％/16.0wt％/9.0wt％、可光聚合单体/液晶＝20.0wt％/80.0wt％、光引发剂为安息香双甲醚(加入量为可光聚合单体的0.1wt％)、间隔粒子(粒径5.0μm，加入量为向列相液晶和可光聚合单体总质量的0.1wt％)混合并搅拌均匀，涂覆于两层透明的塑料薄膜之间，用辊挤压成薄膜。在273.0K的温度下，将上述薄膜曝光在光强度为1.0mW/cm²的紫外光下25.0分钟，制得光学扩散膜。制得薄膜的光学透过率为84.4％，雾度为45.31％(如图12所示)。所制得薄膜的网孔结构扫描电镜图、波长透过率曲线分别如图8和图9所示。

从图8、图9和图12可以看出：由于可光聚合单体种类发生了改变，导致聚合物网络发生变化，制备的光扩散材料光学扩散性能也相应的发生改变。

实施例5：

选取可光聚合单体甲基丙烯酸酯月桂酯(折射率1.445)、3,5,5-三甲基丙烯酸酯(折射率1.4278)和1,6-己二醇二丙烯酸酯(折射率1.456)，所用液晶为向列相液晶SLC 7011-100(Δn＝0.165)，其中甲基丙烯酸酯月桂酯/3,5,5-三甲基丙烯酸酯/1,6-己二醇二丙烯酸酯＝20.0wt％/16.0wt％/9.0wt％、可光聚合单体/液晶＝80.0wt％/20.0wt％、光引发剂为安息香双甲醚(加入量为可光聚合单体的10.0wt％)、间隔粒子(粒径50.0μm，加入量为向列相液晶和可光聚合单体总质量的10.0wt％)混合并搅拌均匀，涂覆于两层透明的塑料薄膜之间，用辊挤压成薄膜。在323.0K的温度下，将上述薄膜曝光在光强度为100.0mW/cm²的紫外光下1.0分钟，制得光学扩散膜。制得薄膜的光学透过率为80.1％，雾度为87.24％(如图12所示)。所制得薄膜的网孔结构扫描电镜图、波长透过率曲线分别如图10和图11所示。

从图10、图11和图12可看出，由于可光聚合单体分子结构中增加了甲基基团，聚合速率适中，另外调整了间隔粒子的粒径和含量，聚合完成后材料形成了大小分散均匀的网孔结构，制成的光学扩散材料与实施例4相比，薄膜的光散射性能增加。

图12是本发明实施例的透过率雾度数据柱状图，从五个实施例的数据对比来看，实施例1薄膜的网孔大小均匀，网孔密度高，透过率和雾度较高，为最理想的光学扩散膜材料。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应该理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。