CN101706086B - 一种光学膜的生产方法 - Google Patents
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Abstract
一种光学膜的生产方法是，1)、制备材料混合物，2)涂布材料混合物，3)、选择性聚合材料混合物，4)、洗涤，5)、固化。采用本发明，较好地降低了液晶显示和照明的光源中所需的光学元件的数量和简化了工艺成本。改善了现有显示器用增亮膜工艺复杂，成本较高的缺陷。与发光二极管(LED)结合使用时，可降低对LED的要求和成本。
Description
技术领域
本发明涉及液晶显示及LED节能照明材料，特别是指一种用于手机，手提式电脑，台式电脑、液晶电视机等液晶显示器背光源模组和LED节能照明组件的三维微结构增亮光学膜及其生产方法。
技术背景
在应用于液晶显示和照明的各种光源中，亮度和发光效率是非常重要的参数。为了达到这样的效果，通常需要用众多的光学元件和高成本的工艺。例如，在液晶显示器的背光源中，从冷阴极灯(CCFL)和发光二极管(LED)出射的光需经过导光板，扩散膜到达液晶面板。为了增加显示器的亮度，通常需要用高光通量的导光板和扩散膜。为了增加显示器法线方向的亮度，背光源中通常还包括棱镜膜或其他增亮膜。再例如，大部分用于液晶显示和照明的LED(发光二极管)包括发射蓝光，紫光，或紫外光的LED芯片并在芯片表面涂布光致发光材料以达到所需的亮度和颜色。在芯片的表面涂布光致发光材料所需的材料和工艺极大地增加了LED的成本并带来许多负面影响。由于发光材料直接涂布在芯片表面而增加了芯片散热的难度，从而降低光转化效率，引起色温和色度的变化，并加速材料的老化；发光材料涂布厚度的不匀而产生的光的颜色的不一致性。所以，在液晶显示和照明的应用中，急需一种有效的光学元件来克服目前这些应用中的不足。
发明内容
本发明的目的是提供一种光学膜，表面有凸起的微结构，连接微结构的树脂材料和光致发光材料。它能改变入射光的角度分布、波长范围和增加亮度来降低液晶显示和照明的光源中所需的光学元件的数量并简化工艺、降低成本。
本发明的另一个目的是提供一种光学膜的生产方法。
本发明的技术方案是通过以下方式实现的：光学膜，包括表面凸起的微结构和光致发光材料，其特征在于：表面凸起的微结构和光致发光材料通过树脂材料连接。
所述的光学膜包含基膜，基膜材料可为聚酯，聚乙烯，或聚碳酸脂。
所述的表面凸起的微结构可以是由树脂材料所构成。表面凸起的微结构是由树脂材料构成时，构成表面凸起的微结构的树脂材料和微结构与微结构之间的树脂材料可以是相同材料或不同材料，例如丙烯酸树脂、聚酯树脂、聚氨脂、聚氯乙烯或硅树脂。
所述的表面凸起的微结构的材料还可为混合在树脂层中，并有部分突出于树脂层的无机材料或聚合物颗粒，如，玻璃珠、透明丙烯酸树脂粒子、聚苯乙烯粒子、Ti2O3或SiO2。
所述的光致发光材料可包含在表面凸起的微结构材料中，或可包含在微结构与微结构之间的树脂材料中和构成微结构的树脂材料中，或仅包含在微结构与微结构之间的树脂中。光致发光材料可以是硅酸盐体系，氮氧化物体系，氮化物体系，硫化物，氮化物，或有机发光材料。
所述的表面凸起的微结构在截面AA’的形状可以是圆形，椭圆形，方形，矩形，六角形，八角形形状，微结构的底部尺寸D为5～750微米，高度H为2.5～500微米。
一种光学膜的生产方法，依次包括以下步骤：
1)、制备材料混合物：以重量百分比计，有以下成份组成：光聚合材料55-98％、光引发剂0.1～15％、光致发光材料1-45％，将上述材料混合均匀后脱去气泡备用。
2)涂布材料混合物：将材料为聚酯，聚乙烯，或聚碳酸脂的基膜置于包含透光和阻光部分的光掩模版上，通过括涂或缝模涂布在基膜上涂布材料混合物，材料混合物的厚度为5微米至500微米，优选为20微米至200微米。
3)、选择性聚合：将准直或几乎准直的紫外光通过掩模版对材料进行选择性地光致聚合。对应于光掩模版透光部分的材料接受紫外光而形成聚合物。
4)、洗涤：用溶剂为甲醇，丙酮，异丙醇、水中的一种或多种溶剂洗涤选择性聚合后的材料混合物涂层，通过加热和吹风的方法，使用于洗涤的溶剂尽快脱去除去未聚合部分，形成具有表面凸起的微结构的光学膜。
5)、固化：将形成的光学膜再次暴露于准直，几乎准直，或非准直的紫外光中使光学膜中聚合材料进一步固化。
所述的材料混合物中还可包括散射粒子，如玻璃珠，聚合物如，聚苯乙烯，丙烯酸类，聚碳酸脂，烯烃类颗粒。
所述的光聚合材料可为丙烯酸树脂，聚酯树脂，聚氨脂，聚氯乙烯，或硅树脂，如二缩三丙二醇二丙烯酸酯(TPGDA)，乙氧化(3)双酚A二丙烯酸酯，聚乙二醇(600)二丙烯酸酯，丙氧化(2)新戊二醇二丙烯酸酯，苯甲酸苯酯，三羟基甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)，季戊四醇四丙烯酸酯，环氧基丙烯酸酯，聚氨酯丙烯酸酯。
所述的光引发剂可为苄基二甲基缩酮，4-甲基二苯甲酮，三甲基二苯甲酮。
所述的光致发光材料可为在蓝光激发下发出黄光的YAG:Ce3+，Sr2SiO4:Eu2+，Sr3SiO5:Eu2+，在蓝光激发下发出绿光的Ca2MgSi2O7:Eu，Sr2MgSi2O7:Eu，SrCa2S4:Eu2+，在蓝光激发下发出红光的(Ca1-x，Srx)S:Eu2+，Sr2Si5N8:Eu2+，在近紫外或紫外光激发发出红光的Y2O2S:Eu3+，Cd2(MoO4)3:Eu3+，在近紫外或紫外光激发发出绿光的Ba2SiO4:Eu2+，在近紫外或紫外光激发发出蓝光的BaMg2Al16O27:Eu2+，在近紫外或紫外光激发发出白光的Sr2MgSiO5:Eu2+，Ba3MgSi2O8:Eu2+，Mn2+，Ca2SiO3Cl2:Eu2+，Mn2+，Ca10(Si2O7)3Cl2:Eu2+。
所述的光致发光材料还可以为有机发光材料，如芳香稠环化合物苝及其衍生物，晕苯；芪类化合物，香豆素衍生物，吡唑啉衍生物，1，8-萘酰亚胺衍生物，蒽醌衍生物，若丹明类衍生物，金属配合物，如8-羟基喹啉铝。
采用本发明，较好地降低了液晶显示和照明的光源中所需的光学元件的数量和简化了工艺成本。改善了现有显示器用增亮膜工艺复杂，成本较高的缺陷。与发光二极管(LED)结合使用时，可降低对LED的要求和成本。
附图说明
图1是本发明的光学膜的结构。
图2是实施例1的微结构在AA’面上的剖视图。
图3是实施例2的微结构在AA’面上的剖视图。
图4是本发明光学膜的工作原理图。
图5是光学膜的成型过程。
具体实施方式
由图1知，光学膜100，包括基膜101和表面凸起的微结构102，基膜101和凸起的微结构102通过树脂材料103连接。基膜101具有光学透明特性，作为基膜的材料可为聚酯，聚乙烯，聚碳酸脂，如由日本东洋纺制作的A-4100，或A-4300PET膜。然而，基膜材料不受特别限制。任何具有光学透明特性的材料都可作为基膜材料。表面凸起的微结构102可以是由树脂材料或其他材料所构成。如表面凸起的微结构102是由树脂材料构成时，构成表面凸起的微结构102的树脂材料和微结构之间的树脂材料103可以是相同材料或不同材料，例如丙烯酸树脂，聚酯树脂，聚氨脂，聚氯乙烯，或硅树脂。表面凸起的微结构102还可为混合在树脂层中，并有部分突出于树脂层的无机材料或聚合物颗粒，例如，玻璃珠，透明丙烯酸树脂粒子，聚苯乙烯粒子，Ti2O3，SiO2等。光致发光材料可包含在微结构与微结构之间的树脂和构成微结构的树脂材料中，或仅包含在微结构与微结构之间的树脂中。光致发光材料可以是硅酸盐体系，氮氧化物体系，氮化物体系，硫化物，氮化物，或有机发光材料。
表面凸起的微结构102形状和尺寸可由如图1中所示的底部尺寸D，高度h，和截面AA’的形状来描述。微结构在截面AA’的形状可以是圆形，椭圆形，方形，矩形，六角形，八角形或其他合适的形状。底部尺寸D原则上代表这些形状的唯一或较小的尺寸。如截面形状为圆形，D则为直径；如截面形状为椭圆形，D则为短轴的长度；如截面形状为方形，等边六角形，等边八角形，D则为边长；如截面形状为矩形，不等边六角形，不等边八角形，D则为最短边的长度；依次类推。当微结构在截面AA’上的面积 最大时为该微结构的底部，最小时为该微结构的顶部。顶部与底部在法线方向上的距离为高度h。值得一提的是，从微结构的底部到顶部，其截面可为不同的形状。例如，底部或接近底部时可为椭圆形，顶部或接近顶部时可为圆形。在整片光学膜中，微结构可以有不同的截面形状，底部尺寸和高度。本发明中，微结构的底部尺寸可为5～750微米，微结构的底部尺寸优化地可为10～250微米。高度可为2.5～500微米，高度优化地可为5～250微米。
由图2知，是本实施例1的微结构在AA’面上的剖视图。其中，201表示微结构在AA’面上的截面是圆的，202表示在AA’面上微结构与微结构之间的区域。
由图3知，是本实施例2的微结构在AA’面上的剖视图。其中，301表示微结构在AA’面上的截面是长方形，302表示在AA’面上微结构与微结构之间的区域。
由图4知，是本发明光学膜的工作原理图。本发明光学膜对光的作用可阐述如下。表面凸起的微结构102可以改变入射光401的传播方向。对一些微结构的形状和材料，入射光401在通过具有表面凸起的微结构102的光学膜100以后，光可以发散到比入射光更大的角度范围，即起到扩散的作用。对还有一些微结构的形状和材料，入射光401在通过具有表面凸起的微结构102的光学膜100以后，光汇聚到设计的角度，例如光学膜的法线方向，即集光作用。光学膜中的光致发光材料将吸收部分入射光而发出不同波长的光。例如，如光学膜中的光致发光材料为YAG:Ce3+，而光源为InGaN蓝光LED，YAG:Ce3+将吸收部分蓝光而发出黄光。YAG:Ce3+所发出的黄光与LED发出的蓝光相混合而产生白光，从而使光源的颜色得到了 改变，并增加了人眼的可见亮度。401表示入射光，入射光可以是发散光，也可为平行光。402表示入射光的波长分布。通常，入射光为波长较短的光，如蓝光，紫光，或紫外光。入射光也可为绿光，黄光或红光。100表示本发明的光学膜，包含表面凸起的微结构和混合在光学膜中的光致发光材料。403表示出射光。当入射光经过本发明的光学膜100以后，其发散角度和波长范围发生改变。视表面凸起的微结构的形状和材料，光经过本发明光学膜以后其发散角可以变宽(扩散效果)或变窄(集光效果)。通常，入射光在经过本发明光学膜以后，波长范围变宽，如404所示。其波长范围包含了入射光的波长范围和光致发光材料所发的光的波长范围。
如图5知，是光学膜的成型过程。图5(a)将基膜101置于光掩模版502上，光掩模502包含透光和阻光部分，透光部分可由反复，无规或合适有序的空隙组成。空隙可为一类或多类空隙的组合。空隙可以是圆形，椭圆形，六边形，八角形，或其他合适的形状。在基膜101和光掩模502之间可施加折射率匹配流体，例如异丙醇。图5(b)表示将材料混合物涂布在基膜101上形成涂布层503。涂布层503的厚度为5微米至500微米。涂布层503的厚度优化地为20微米至200微米，用准直或几乎准直的UV紫外光或可见光504经光掩模版502的透光部分通过，有选择地聚合涂布层503上的材料混合物。准直或几乎准直的UV紫外光或可见光504引起混合物层503内的光聚合材料在光引发剂的作用下聚合形成固体，并将光致发光材料包含其中。光源可以是高压汞灯或其他合适的光源。用溶剂洗涤选择聚合后的混合物层503，以便除去混合物层503的未聚合部分，从而形成如图1所示的具有表面凸起的微结构102的光学膜100。
一种本发明光学膜的生产方法，包括以下步骤：
1、制备材料混合物。该材料混合物包括光聚合材料，光引发剂和光致发光材料。其含量以重量百分比计：光聚合材料为55％-99％，优选为70％-95％；光引发剂为0.1％-15％，优选为1％-8％；光致发光材料为1％-45％，优选为4％-25％。将以上材料在光聚合之前均匀混合，并通过装置脱去气泡。
光聚合材料可为丙烯酸树脂，聚酯树脂，聚氨脂，聚氯乙烯，或硅树脂，例如二缩三丙二醇二丙烯酸酯(TPGDA)，乙氧化(3)双酚A二丙烯酸酯，聚乙二醇(600)二丙烯酸酯，丙氧化(2)新戊二醇二丙烯酸酯，苯甲酸苯酯，三羟基甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)，季戊四醇四丙烯酸酯，环氧基丙烯酸酯，聚氨酯丙烯酸酯。光聚合材料可从沙多玛化学有限公司(Sartomer Company，Exton，Pennsylvania，USA)得到。光引发剂可为苄基二甲基缩酮，4-甲基二苯甲酮，三甲基二苯甲酮。光引发剂可从汽巴公司(Ciba Corporation，Tarrytown，New York，USA)得到。光致发光材料可为在蓝光激发下发出黄光的YAG:Ce3+，Sr2SiO4:Eu2+，Sr3SiO5:Eu2+，在蓝光激发下发出绿光的Ca2MgSi2O7:Eu，Sr2MgSi2O7:Eu，SrCa2S4:Eu2+，在蓝光激发下发出红光的(Ca1-x，Srx)S:Eu2+，Sr2Si5N8:Eu2+，在近紫外或紫外光激发发出红光的Y2O2S:Eu3+，Cd2(MoO4)3:Eu3+，在近紫外或紫外光激发发出绿光的Ba2SiO4:Eu2+，在近紫外或紫外光激发发出蓝光的BaMg2Al16O27:Eu2+，在近紫外或紫外光激发发出白光的Sr2MgSiO5:Eu2+，Ba3MgSi2O8:Eu2+，Mn2+，Ca2SiO3Cl2:Eu2+，Mn2+，Ca10(Si2O7)3Cl2:Eu2+。光致发光材料还可以为有机发光材料，例如芳香稠环化合物苝及其衍生物，晕苯；芪类化合物，香豆素衍生物，吡唑啉衍生物，1，8-萘酰亚胺衍生物，蒽醌衍生物，若丹明类衍生物，金属配合物，如8-羟基喹啉铝。混合物中还可包括散射粒子，如玻璃珠，聚合物(例如，聚苯乙烯，丙烯酸类，聚碳酸脂，烯烃类，或其它 透光的聚合物材料)颗粒，或任何其它合适的材料颗粒。光致发光材料可从Intematix Company(Fremont，California，USA)得到。
在材料混合物中，本发明中的材料混合物可包含一种或多种光聚合材料，一种或多种光引发剂和一种或多种光致发光材料。除上述所列的材料以外，其他合适的光聚合材料，光引发剂，和光致发光材料都可用于本发明。
2、涂布材料混合物：将材料为聚酯，聚乙烯，聚碳酸脂的基膜101置于光掩模502上，通过括涂，缝模涂布在基膜101上涂布材料混合物并进行聚合，材料混合物的厚度为5微米至500微米，优选为20微米至200微米。
3、洗涤：用溶剂为甲醇，丙酮，异丙醇、水中的一种或多种溶剂洗涤聚合后的材料混合物涂层，通过加热和吹风的方法，使用于洗涤的溶剂尽快脱去除去未聚合部分，形成具有表面凸起的微结构的光学膜。
4、固化：将形成的光学膜再次暴露于准直，几乎准直，或非准直的紫外光中使光学膜中聚合材料进一步固化。
Claims (6)
1.一种光学膜的生产方法，以重量百分比计，其特征在于：依次包括以下步骤：
1)、制备材料混合物：有以下成份组成：光聚合材料55-98％、光引发剂0.1～15％、光致发光材料1-45％，将上述材料混合均匀后脱去气泡备用；
2)涂布材料混合物：将材料为聚酯，聚乙烯或聚碳酸脂的基膜置于包含透光和阻光部分的光掩模版上，通过括涂或缝模涂布在基膜上涂布材料混合物，材料混合物的厚度为5微米至500微米；
3)、选择性聚合：将准直或几乎准直的紫外光通过掩模版对材料进行选择性地光致聚合，对应于光掩模版透光部分的材料接受紫外光而形成聚合物；
4)、洗涤：用溶剂为甲醇，丙酮，异丙醇、水中的一种或多种溶剂洗涤选择性聚合后的材料混合物涂层，通过加热和吹风的方法，使用于洗涤的溶剂尽快脱去未聚合部分，形成具有表面凸起的微结构的光学膜；
5)、固化：将形成的光学膜再次暴露于准直，几乎准直，或非准直的紫外光中使光学膜中聚合材料进一步固化。
2.根据权利要求1所述的光学膜的生产方法，其特征在于：所述的步骤1)中材料混合物中还可包括散射粒子，如玻璃珠，聚合物，聚苯乙烯，丙烯酸类，聚碳酸脂，烯烃类颗粒。
3.根据权利要求1所述的光学膜的生产方法，其特征在于：所述的步骤1)中光聚合材料可为丙烯酸树脂，聚酯树脂，聚氨脂，聚氯乙烯，或硅树脂，如二缩三丙二醇二丙烯酸酯(TPGDA)，乙氧化(3)双酚A二丙烯酸酯，聚乙二醇(600)二丙烯酸酯，丙氧化(2)新戊二醇二丙烯酸酯，苯甲酸苯酯，三羟基甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)，季戊四醇四丙烯酸酯，环氧基丙烯酸酯，聚氨酯丙烯酸酯。
4.根据权利要求1所述的光学膜的生产方法，其特征在于：所述的步骤1)中光引发剂可为苄基二甲基缩酮，4-甲基二苯甲酮，三甲基二苯甲酮。
5.根据权利要求1所述的光学膜的生产方法，其特征在于：所述的的步骤1)中光致发光材料可为在蓝光激发下发出黄光的YAG:Ce3+，Sr2SiO4:Eu2+，Sr3SiO5:Eu2+，在蓝光激发下发出绿光的Ca2MgSi2O7:Eu，Sr2MgSi2O7:Eu，SrCa2S4:Eu2+，在蓝光激发下发出红光的(Ca1-x，Srx)S:Eu2+，Sr2Si5N8:Eu2+，在近紫外或紫外光激发发出红光的Y2O2S:Eu3+，Cd2(MoO4)3:Eu3+，在近紫外或紫外光激发发出绿光的Ba2SiO4:Eu2+，在近紫外或紫外光激发发出蓝光的BaMg2Al16O27:Eu2+，在近紫外或紫外光激发发出白光的Sr2MgSiO5:Eu2+，Ba3MgSi2O8:Eu2+，Mn2+，Ca2SiO3Cl2:Eu2+，Mn2+，Ca10(Si2O7)3Cl2:Eu2+。
6.根据权利要求1或5所述的光学膜的生产方法，其特征在于：所述的光致发光材料还可以为有机发光材料，如芳香稠环化合物苝及其衍生物，晕苯；芪类化合物，香豆素衍生物，吡唑啉衍生物，1，8-萘酰亚胺衍生物，蒽醌衍生物，若丹明类衍生物，金属配合物，如8-羟基喹啉铝。
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