CN101236270A - 基于定向纤维的散射型偏振片及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
基于定向纤维的散射型偏振片及其制备方法是一种厚度小、光透过率和偏振度高，且制备方法简单的制备方法；该偏振片由纤维和发光物质两部分组成，其中纤维由无色透明材料制备，且定向排列成有序纤维膜，发光物质通过静电混纺或者渗透掺杂填充到有序纤维膜中；该制备方法为：将无色透明高分子材料和发光物质混合配成1％～40％浓度的溶液；将步骤1得到的溶液通过静电纺丝方法制备含有发光物质且直径为10nm～100um的定向纤维；将步骤2制的含有发光物质定向纤维制备成厚度为1～100um的纤维膜，且纤维之间的间距为10nm～100um；利用定向纤维诱导发光物质在纤维膜中呈现有序排列，从而出现各向异性。
Description
技术领域
本发明涉及到一种偏振片及其制备方法，尤其是涉及一种基于定向纤维的散射型偏振片及其制备方法。
背景技术
偏振片由光学功能多层膜层压组合而成，生产成本约占液晶显示器用材料成本的11％，是液晶显示器用三大材料(偏振片、液晶和透明导电玻璃)之一。偏振片的主导产品是碘素和染料偏振片。偏振片除用于液晶显示器，也用于遮光太阳镜、防眩护目镜、照相机和摄影机镜前的偏振滤光片、汽车头灯防眩目装置以及各种偏振显微镜或检测仪器中。作为液晶显示器的必备部分——偏振片，面临着进一步大发展的机遇。由于要满足LCD显示器明亮和易识别等要求，偏振膜需要尽可能高的透过率、偏振度等性能。而现有商用的偏振片的偏振原理多基于光的吸收，光的透过率不超过原有的50％。因此，新型的基于非吸收性的偏振片成为当今偏振光学研究的热点之一。而非吸收性的散射型偏振片以其制备方法简单而受到广泛关注。
当光通过偏振物质时，物质中的电子在光波电磁场的作用下发生受迫振动，成为次波源，当微粒的大小为透过波长的1/5时，散射光的一部分为偏振光。散射型偏振片就是利用上述光的强烈散射或全反射原理制成的。散射型偏振片对可见光波段光的透过率较高，适用于要求真实反映自然光的偏振仪器，以及需要偏振控制的平板显示中，是20世纪末开始兴起的技术，是多学科交叉综合发展的产物，其原理是在光学各向异性的连续相中分散折射率各向同性的分散相材料，使分散相的折射率和连续相的寻常光或非寻常光折射率相匹配，而与另一折射率失配，即可获得偏振光。在折射率均一的连续相中分散光学各向异性的分散相，基于相同的原理，也可制得偏振片。由于散射偏振技术光的高透过率，制作简单等特点，近几年备受关注，并被预言将取代现有商用的光吸收型偏振片，在平板显示中获得长足的应用，以提高屏幕亮度和光源的使用率。然而迄今为止，散射型偏振片多是利用热拉伸法制得。其中多数偏振片的厚度在几百微米.过高的厚度不仅降低了背光源的光透过率，而且当应用到平板显示时，过厚的偏振片会增加屏的质量和集成负担。同时，机械拉伸法的拉伸率最大在4到5，因此分散相微粒的长度比有限，且大小在几微米。这使得各项异性材料的非寻常与寻常折射率差异不大，从而导致偏振片分散相与连续相的折射率错配显得有限，偏振度无法进一步提高。
有序纳米级或亚微米级纤维是本世纪初刚刚兴起的研究领域，当前已成为一维纳米材料的制备和应用中极为活跃的领域和发展前沿。目前，有序纤维可以通过模板法、自组装法、刻蚀法以及静电纺丝等技术制得，并已被证实在合成材料、纳米器件、防护支架、组织工程以及电化学传感等方面存在巨大的应用潜力。相关研究已成为当前一维纳米材料发展的一个重要方向。但是目前有序纤维在光学研究方面的应用还很少。
发明内容
技术问题：本发明的目的是提供一种厚度小、光透过率和偏振度高，且制备方法简单的基于定向纤维的散射型偏振片及其制备方法。
技术方案：本发明的基于定向纤维的散射型偏振片由纤维和发光物质两部分组成，其中纤维由无色透明材料制备，且定向排列成有序纤维膜，发光物质填充到有序纤维膜中。利用定向纤维诱导发光物质在纤维膜中呈现有序排列，从而出现各向异性。无色透明材料为聚烯烃类高分子、聚酯类高分子、聚苯烯类高分子、橡胶或弹性体中的一种或任意几种的混合物。发光物质为光致发光物质、电致发光物质、荧光量子点、金纳米杆、银纳米杆中的任意一种。所述纤维的直径及其间距为10nm～100um，纤维膜的厚度为1～100um。
为实现上述的散射型偏振片，本发明提供了两种技术方案。
方案一：
1)将无色透明材料和发光物质混合配成1％～40％浓度的溶液；
2)将步骤1得到的溶液通过静电纺丝方法制备含有发光物质且直径为10nm～100um的定向纤维；
3)将步骤2制的含有发光物质定向纤维制备成厚度为1～100um的纤维膜，且纤维之间的间距为10nm～100um；
方案二：
1)将发光物质配成0.5％～10％浓度的溶液；
2)将无色透明材料通过静电纺丝方法制备直径为10nm～100um的定向纤维；
3)将步骤2制的定向纤维制备成厚度为1～100um的纤维膜，且纤维之间的间距为10nm～100um；
4)将纤维膜固定在光滑透明的基板上；
5)在纤维膜中逐量加入步骤1制的溶液，使发光物质溶液渗透到纤维膜中，直至恰好覆盖整个纤维膜；
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下有点：
本发明的散射型偏振片厚度薄：由于纤维的直径及其间隙仅在纳米级或亚微米级，因此组成高偏振度的均匀排布的纤维膜厚度均一且仅在1～100um之间。
本发明的散射型偏振片透过率高：由于有序纤维的膜厚仅有1～100um，因此偏振片本身对光的散射、反射等消光作用很小，当偏振方向与纤维轴向垂直时，绝大部分光可以透过偏振片。
本发明的散射型偏振片偏振度高：由于大大提高了透明状态的光透过率，因此偏振片的偏振度也相应得以提高。
本发明的散射型偏振片制备方法简单：通过发光物质通过和无色透明材料静电混纺或者发光物质溶液的渗透掺杂就可以填充到有序纤维膜中。
具体实施方式
下面通过实施例进一步描述本发明的特征，但本发明并不局限于下述实例。依据本发明公开的技术，对于本领域中的普通技术人员来说，结合已有技术完全可以实现基于定向纤维的散射型偏振片的制备。
实施例1本发明的散射型偏振片，由纤维和发光物质两部分组成，纤维定向排列成有序纤维膜，发光物质通过静电混纺填充到有序纤维膜中。利用定向纤维诱导发光物质在纤维膜中呈现有序排列，从而出现各向异性。本发明实例中制备纤维的无色透明材料为聚甲基丙酸甲酯，发光物质为9，9-二己基取代聚芴。纤维的直径为50～200nm，其间距为50～200nm，纤维膜的厚度为1～10um。
本发明的散射型偏振片的制备方法，包括以下步骤：
1)将质量比25％的聚甲基丙酸甲酯和2％的9，9-二己基取代聚芴溶入甲酸溶液中；
2)将步骤1得到的溶液通过静电纺丝方法制备含有9，9-二己基取代聚芴且直径为50～200nm的定向纤维；
3)将步骤2制的含有9，9-二己基取代聚芴的定向纤维制备成厚度为1～10um的纤维膜，且纤维之间的间距为50～200nm；
实施例2本发明的散射型偏振片，由纤维和发光物质两部分组成，纤维定向排列成有序纤维膜，发光物质通过渗透掺杂填充到有序纤维膜中。利用定向纤维诱导发光物质在纤维膜中呈现有序排列，从而出现各向异性。本发明实例中制备纤维的无色透明材料为聚甲基丙酸甲酯，发光物质为9，9-二己基取代聚芴。纤维的直径为50～200nm，其间距为50～200nm，纤维膜的厚度为1～10um。
本发明的散射型偏振片的制备方法，包括以下步骤：
1)配制质量比为2％的9，9-二己基取代聚芴的二氯甲烷溶液；
2)将质量比25％的聚甲基丙酸甲酯的甲酸溶液通过静电纺丝方法制备直径为50～200nm的定向纳米纤维；
3)将步骤2制的定向纳米纤维制备成厚度为1～10um的纤维膜，且纤维之间的间距为50～200nm；
4)将纤维膜固定在光滑透明的基板上；
5)在纤维膜中逐量加入步骤1制的溶液，使9，9-二己基取代聚芴溶液渗透到纤维膜中，直至恰好覆盖整个纤维膜；
实施例3本发明的散射型偏振片，由纤维和发光物质两部分组成，纤维定向排列成有序纤维膜，发光物质通过静电混纺填充到有序纤维膜中。利用定向纤维诱导发光物质在纤维膜中呈现有序排列，从而出现各向异性。本发明实例中制备纤维的无色透明材料为聚丙酸酸，发光物质为9，9-二己基取代聚芴。纤维的直径为150～400nm，其间距为150～400nm，纤维膜的厚度为5～20um。
本发明的散射型偏振片的制备方法，包括以下步骤：
1)将质量比10％的聚丙烯酸和2％的9，9-二己基取代聚芴溶入二甲基二氯亚砜溶液中；
2)将步骤1得到的溶液通过静电纺丝方法制备含有9，9-二己基取代聚芴且直径为150nm～400nm的定向纤维；
3)将步骤2制的含有9，9-二己基取代聚芴的定向纤维制备成厚度为5～20um的纤维膜，且纤维之间的间距为150nm～400nm；
实施例4本发明的散射型偏振片，由纤维和发光物质两部分组成，纤维定向排列成有序纤维膜，发光物质通过渗透掺杂填充到有序纤维膜中。利用定向纤维诱导发光物质在纤维膜中呈现有序排列，从而出现各向异性。本发明实例中制备纤维的无色透明材料为聚丙酸酸，发光物质为9，9-二己基取代聚芴。纤维的直径为150～400nm，其间距为150～400nm，纤维膜的厚度为5～20um。
本发明的散射型偏振片的制备方法，包括以下步骤：
1)配制质量比为2％的9，9-二己基取代聚芴的二氯甲烷溶液；
2)将质量比10％的聚丙烯酸的二甲基二氯亚砜溶液通过静电纺丝方法制备直径为150～400nm的定向纳米纤维；
3)将步骤2制的定向纳米纤维制备成厚度为5～20um的纤维膜，且纤维之间的间距为150～400nm；
4)将纤维膜固定在光滑透明的基板上；
5)在纤维膜中逐量加入步骤1制的溶液，使9，9-二己基取代聚芴溶液渗透到纤维膜中，直至恰好覆盖整个纤维膜；
实施例5本发明的散射型偏振片，由纤维和发光物质两部分组成，纤维定向排列成有序纤维膜，发光物质通过渗透掺杂填充到有序纤维膜中。利用定向纤维诱导发光物质在纤维膜中呈现有序排列，从而出现各向异性。本发明实例中制备纤维的无色透明材料为甲基丙酸甲酯(PMMA)/不饱和聚酯树脂(EPM)，发光物质为9，9-二己基取代聚芴。纤维的直径为50～150nm，其间距为50～150nm，纤维膜的厚度为1～10um。
本发明的散射型偏振片的制备方法，包括以下步骤：
1)配制质量比为2％的9，9-二己基取代聚芴的二氯甲烷溶液；；
2)将质量比为25％的聚甲基丙酸甲酯的甲酸溶液和体积比为50％的不饱和聚酯树脂的对二甲苯溶液按体积比1∶1混溶，通过静电纺丝方法制备直径为50～150nm的定向纳米纤维；
3)将步骤2制的定向纳米纤维制备成厚度为1～10um的纤维膜，且纤维之间的间距为50～150nm；
4)将纤维膜固定在光滑透明的基板上；
5)在纤维膜中逐量加入步骤1制的溶液，使9，9-二己基取代聚芴溶液渗透到纤维膜中，直至恰好覆盖整个纤维膜；
实施例6本发明的散射型偏振片，由纤维和发光物质两部分组成，纤维定向排列成有序纤维膜，发光物质通过静电混纺填充到有序纤维膜中。利用定向纤维诱导发光物质在纤维膜中呈现有序排列，从而出现各向异性。本发明实例中制备纤维的无色透明材料为聚乙烯醇/聚氧化乙烯，发光物质为锡化镉量子点。纤维的直径为50～300nm，其间距为50～300nm，纤维膜的厚度为5～20um。
本发明的散射型偏振片的制备方法，包括以下步骤：
1)将质量比为0.3％的聚乙烯醇和2％的聚氧化乙烯共溶于水中；再和1％的锡化镉量子点水溶液按体积比5∶1混溶。
2)将步骤1得到的溶液通过静电纺丝方法制备含有锡化镉量子点且直径为50nm～300nm的定向纤维；
3)将步骤2制的含有锡化镉量子点的定向纤维制备成厚度为5～20um的纤维膜，且纤维之间的间距为50nm～300nm；
实施例7本发明的散射型偏振片，由纤维和发光物质两部分组成，纤维定向排列成有序纤维膜，发光物质通过渗透掺杂填充到有序纤维膜中。利用定向纤维诱导发光物质在纤维膜中呈现有序排列，从而出现各向异性。本发明实例中制备纤维的无色透明材料为聚甲基丙烯酸甲酯，发光物质为锡化镉量子点。纤维的直径为50～200nm，其间距为50～200nm，纤维膜的厚度为1～10um。
本发明的散射型偏振片的制备方法，包括以下步骤：
1)配制质量比为1％锡化镉的水溶液；
2)将质量比25％的聚甲基丙酸甲酯的甲酸溶液通过静电纺丝方法制备直径为50～200nm的定向纳米纤维；
3)将步骤2制的定向纳米纤维制备成厚度为1～10um的纤维膜，且纤维之间的间距为50～200nm；
4)将纤维膜固定在光滑透明的基板上；
5)在纤维膜中逐量加入步骤1制的溶液，使锡化镉溶液渗透到纤维膜中，直至恰好覆盖整个纤维膜；
实施例8本发明的散射型偏振片，由纤维和发光物质两部分组成，纤维定向排列成有序纤维膜，发光物质通过静电混纺填充到有序纤维膜中。利用定向纤维诱导发光物质在纤维膜中呈现有序排列，从而出现各向异性。本发明实例中制备纤维的无色透明材料为聚乙烯醇/聚氧化乙烯制备，发光物质为金纳米杆。纤维的直径为50～300nm，其间距为50～300nm，纤维膜的厚度为5～20um。
本发明的散射型偏振片的制备方法，包括以下步骤：
1)将质量比为0.3％的聚乙烯醇和2％的聚氧化乙烯共溶于水中；再和1％的金纳米杆水溶液按体积比5∶1混溶。
2)将步骤1得到的溶液通过静电纺丝方法制备含有金纳米杆且直径为50nm～300nm的定向纤维；
3)将步骤2制的含有金纳米杆定向纤维制备成厚度为5～20um的纤维膜，且纤维之间的间距为50nm～300nm；
实施例9本发明的散射型偏振片，由纤维和发光物质两部分组成，纤维定向排列成有序纤维膜，发光物质通过渗透掺杂填充到有序纤维膜中。利用定向纤维诱导发光物质在纤维膜中呈现有序排列，从而出现各向异性。本发明实例中制备纤维的无色透明材料为聚甲基丙烯酸甲酯，发光物质为金纳米杆。纤维的直径为50～200nm，其间距为50～200nm，纤维膜的厚度为1～10um。
本发明的散射型偏振片的制备方法，包括以下步骤：
1)配制质量比为1％金纳米杆的水溶液；
2)将质量比25％的聚甲基丙酸甲酯的甲酸溶液通过静电纺丝方法制备直径为50～200nm的定向纳米纤维；
3)将步骤2制的定向纳米纤维制备成厚度为1～10um的纤维膜，且纤维之间的间距为50～200nm；
4)将纤维膜固定在光滑透明的基板上；
5)在纤维膜中逐量加入步骤1制的溶液，使金纳米杆溶液渗透到纤维膜中，直至恰好覆盖整个纤维膜。
Claims (7)
1.一种基于定向纤维的散射型偏振片，其特征在于该偏振片由纤维和发光物质两部分组成，其中纤维由无色透明高分子材料制备，且定向排列成有序纤维膜，发光物质填充在有序纤维膜中。
2.根据权利要求1所述的基于定向纤维的散射型偏振片，其特征在于所述纤维的无色透明高分子材料为聚烯烃类高分子、聚酯类高分子、聚苯烯类高分子、橡胶或弹性体中的一种或任意几种的混合物。
3.根据权利要求1或2所述的基于定向纤维的散射型偏振片，其特征在于所述发光物质为光致发光物质、电致发光物质、荧光量子点、金纳米杆、银纳米杆中的任意一种。
4.根据权利要求1，2所述的基于定向纤维的散射型偏振片，其特征在于所述纤维的直径及其间距为10nm～100um，纤维膜的厚度为1～100um。
5.一种如权利要求1所述的基于定向纤维的散射型偏振片的制备方法，其特征在于该制备方法包括以下步骤：
步骤1.将无色透明高分子材料和发光物质混合配成1％～40％浓度的溶液；
步骤2.将步骤1得到的溶液通过静电纺丝方法制备含有发光物质且直径为10nm～100um的定向纤维；
步骤3.将步骤2制的含有发光物质定向纤维制备成厚度为1～100um的纤维膜，且纤维之间的间距为10nm～100um；
或
步骤4.将发光物质配成0.5％～10％浓度的溶液；
步骤5.将无色透明材料通过静电纺丝方法制备直径为10nm～100um的定向纤维；
步骤6.将步骤5制的定向纤维制备成厚度为1～100um的纤维膜，且纤维之间的间距为10nm～100um；
步骤7.将纤维膜固定在光滑透明的基板上；
步骤8.在纤维膜中逐量加入步骤4制的溶液，使发光物质溶液渗透到纤维膜中，直至恰好覆盖整个纤维膜。
6.根据权利要求5所述的基于定向纤维的散射型偏振片的制备方法，其特征在于发光物质通过静电混纺填充到有序纤维膜中。
7.根据权利要求5所述的基于定向纤维的散射型偏振片的制备方法，其特征在于发光物质通过渗透掺杂填充到有序纤维膜中。
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