CN101967258B

CN101967258B - 模具转印点阵法制备光散射聚合物导光板的工艺

Info

Publication number: CN101967258B
Application number: CN 201010291903
Authority: CN
Inventors: 双忠; 吴学庆; 赵伟毅; 宋浩波; 司兵; 李黔蜀; 宋瑜琦; 陈国兴; 陆前吟
Original assignee: GUIZHOU TIANKONG AUTOMATIZATION INFORMATION ENGINEERING Co Ltd
Current assignee: GUIZHOU TIANKONG AUTOMATIZATION INFORMATION ENGINEERING Co Ltd
Priority date: 2010-09-26
Filing date: 2010-09-26
Publication date: 2012-12-05
Anticipated expiration: 2030-09-26
Also published as: CN101967258A

Abstract

本发明公开了一种模具转印点阵法制备光散射聚合物导光板的工艺，将纳米、亚纳米导光粒子经过表面改性后与MMA单体进行原位聚合，得到导光粒子分散母粒；再将得到的导光粒子分散母粒、引发剂、分散剂及增塑剂加入到MMA中进行预聚合，得PMMA预聚体；将PMMA预聚制浆浇铸到带散射点阵的硅玻璃模具中进行聚合，固化出模后得到带散射点阵的纳米改性导光板。本发明采用原位聚合的方式，使纳米、亚纳米导光粒子在原料单体中的有效分散，聚合后得到光粒子分散母粒，然后按常规浇注法PMMA板工艺，得到带散射点阵的纳米改性导光板。该法发挥印刷法和光散射聚合物法各自优势，首先利用点阵将射向表面的光线反射，提高光释出率。

Description

模具转印点阵法制备光散射聚合物导光板的工艺

技术领域

本发明涉及纳米复合光学材料领域，特别是一种模具转印点阵法一次制备PMMA导光板的工艺。

背景技术

目前，导光板是户外大型灯箱广告牌中的照明组件之一，其设计原理源于液晶显示屏，液晶本身不发光，必须为其配备相应的照明系统。背光模组中通常包括电光源、导光板、光学膜片和边框几部分。导光板是背光器件中不可缺少的组成部分，其作用是改变光线的整体传播方向。附在导光板侧面电光源发出的光线射人其中，将由其正面出射对液晶面板进行照明。

导光板按其工作原理的不同可分为楔形法、微结构法、印刷法、光散射聚合物法。楔形法是通过改变导光板表面倾斜角度来扰乱光线的反射方向，使光可以从导光板透射出来。当光线从导光板端面入射，如果上下底面平行，光线遵循全反射定律，在导光板上传输而不能透射出表面；而当光线遇到狭窄的上下表面时，由于入射角度变小，将不再满足全反射的条件，光线便从表面出射。微结构法是通过在导光板上下表面加入微结构( 如微棱镜、半球形等)，使光线方向发生改变，从而透射出导光板表面。当光打到微结构上，会受到调制而改变方向。印刷法导光板通常用反射率高的物质混合制成的墨水，在导光板底部印刷成网点图案。可以将射向下表面的光线吸收再放出。利用此性质可改变光线的传播方向，而使光线不再满足全反射条件而射出导光板。但因散射角过大，印刷点亮度对比高，从而为达到光线均匀出射的目的就必须选用较厚的扩散膜，这会使得背光组件的照明亮度降低，光散射聚合物法导光板在工作原理上较传统的印刷型导光板和注塑成型导光板有所不同。光散射聚合物导光板基材中均匀掺杂了与导光板基材折射率不同的其他材料的颗粒。光线在这些颗粒上通过散射改变传播方向，侧向散射光射出导光板，不能射出的前向散射光线也会继续向导光板远端传播，进行下一次散射。光的散射发生在整个导光板中而不仅是导光板底面，所以光线在导光板中传播路径更短，光线利用效率更高。光散射聚合物导光板的出射光均均匀性可以达到很好，可不再使用扩散膜从而降低了光线通过扩散膜的吸收损失。但是，现在的这些方法所制备得到的导光板效果还不够理想。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种模具转印点阵法制备光散射聚合物导光板的工艺，根据它所得到的产品在保证透明度的前提下，光释出的均匀性能得到很大提高，而且有效的减少了材料消耗，减轻导光模组的重量，以克服现有技术的不足。

本发明是这样实现的：模具转印点阵法制备光散射聚合物导光板的工艺，将纳米、亚纳米导光粒子经过表面改性后与MMA单体进行原位聚合，得到导光粒子分散母粒；再将得到的导光粒子分散母粒、引发剂、分散剂及增塑剂加入到MMA中进行预聚合，得PMMA预聚体；将PMMA预聚制浆浇铸到带散射点阵的硅玻璃模具中进行聚合，固化出模后得到带散射点阵的纳米改性导光板。

导光粒子为二氧化硅、二氧化钛、三氧化二铝、纳米二氧化钛或纳米氧化锌中的一种或两种以上的混合物；二氧化硅、二氧化钛以及三氧化铝的粒度均为100～600nm，纳米二氧化钛及纳米氧化锌粒度小于或等于100 nm。

导光粒子表面改性，按质量份数计算，将6～20份偶联剂加入到50～100份乙醇中，在50℃下加入10～20份导光粒子，同时用超声波进行分散，当乙醇挥发完毕后，在80℃下烘干得到表面改性的导光粒子。

制备导光粒子分散母粒，按质量份数计算，将10～20份经过表面改性的导光粒子、52～58份MMA、0.5～0.7份过氧化苯甲酰以及0.6 ～1.0份十二烷基硫醇进行混合，超声分散，得到透明的反应液；将280～320份蒸馏水采用水浴加热至60～70℃后，逐渐将反应液加入到蒸馏水中，并进行搅拌，搅拌转速为750转/分，反应液全部加入后，保持搅拌不变，并在60～70的下保温4小时，然后搅拌冷却至室温，停止搅拌，并将混合物过滤、干燥，得到白色粉末；将该白色粉末浸泡于0.5N的盐酸与无水甲醇的混合溶液中常温下浸泡100 小时，无水甲醇占总量的质量比为75 ％，再进行过滤、干燥后得到PMMA和二氧化硅晶体的复合材料，即为导光粒子分散母粒。

偶联剂为1～5份乙氧基三甲氧基硅烷及5～15份甲基丙烯酰氧基三甲氧基硅烷。

PMMA预聚体的制备，按质量份数计算，将90～110份MMA、0.1～0.3份引发剂、0.1～0.3份链转移剂、1～5份增塑剂、0.1～0.5份防老剂以及1～3份导光粒子分散母粒混合并搅拌，升温至80～90℃，反应30分钟～3小时后，停止加热，继续搅拌冷却至室温，排除溶液中的气泡，即得到PMMA预聚体。

引发剂为过氧化苯甲酰或偶氮二异丁腈；链转移剂为正丁基硫醇。

将PMMA预聚制浆浇铸到带散射点阵的硅玻璃模具中，排气后送入水箱或热空气烘箱中进行聚合反应，在50～100℃下恒温8～24小时，冷却至40℃后取出后脱模。

带散射点阵的硅玻璃模具的制备，在玻璃表面用高温玻璃油墨印刷设计好的散射点阵，再通过钢化硅玻璃模具工艺流程，在硅玻璃模具得到钢化的同时，得到表面带散射点阵的硅玻璃模具。该硅玻璃模具可以反复使用，通过硅玻璃模具将散射点阵印刷到导光板中，能有效的简化生产工序，并节约生产成本。

由于采用了上述的技术方案，与现有技术相比，本发明采用原位聚合的方式，先将纳米、亚纳米导光粒子进行表面改性，使其在原料单体中的有效分散，采用悬浮聚合得到导光粒子分散母粒，用导光粒子分散母粒与MMA然后按常规浇注法PMMA板工艺，经预聚合、浇注、低温聚合、高温聚合等工序，得到带散射点阵的纳米改性导光板。该法发挥印刷法和光散射聚合物法各自优势，首先利用点阵将射向表面的光线反射，提高光释出率；同时利用均匀分散于导光板中纳米、亚纳米导光粒子散射入射光线，使反射和散射光均匀射出，在保证板材的透明度的前提下，光释出的均匀性可以得到很大提高。

为了进一步验证本发明的效果，将通过本发明的方法所制得的产品进行如下实验：

将产品划分为如图3所示的九宫格，然后用测光笔测量测量九宫格中“田”字形九个交叉点上的各点照度A，再算出9个点亮度的平均值?，按下式算出各点均光度C：

C(%)=(1-|A-?|/?)×100

表1为通过本发明的方法制备得到导光板的测试结果

由表1可见，在板厚为6mm时，光照度较为均匀，均光度大于88%。

表2为市售导光板测试结果

由表2可见，在板厚为8mm时，均光度最低达56%，表面光照很不均匀。

因此，通过以上对比，可见本发明生产的导光板在6mm时即可达到目前市场上销售8mm导光板的水平，有效的减少了材料消耗，减轻导光模组的重量，进一步实现了产品的轻、薄。将散射点阵转印进入PMMA中的生产工艺原理如图2所示，将散射点阵按设计印刷在硅玻璃模具的表面，再将PMMA预聚制浆浇铸到带散射点阵的硅玻璃模具中，成型后即得到表面带散射点阵的导光板。

附图说明

附图1为本发明的工艺流程图；

附图2为本发明的工艺原理图；

附图3为本发明的产品九宫格图。

具体实施方式

本发明的实施例1：模具转印点阵法制备光散射聚合物导光板的工艺，首先制备导光粒子分散母粒1，按质量份数计算，将5份乙氧基三甲氧基硅烷及10份甲基丙烯酰氧基三甲氧基硅烷作为偶联剂加入100份乙醇中，在50℃下加入10份粒度为200 nm的二氧化硅，同时用超声波进行分散，当乙醇挥发完毕后，在80℃下烘干得到表面改性的导光粒子；将10份经过表面改性的导光粒子、55份MMA、0.6份过氧化苯甲酰以及0.8份十二烷基硫醇进行混合，得到透明的反应液；将300份蒸馏水采用水浴加热至65℃后，逐渐将反应液加入到蒸馏水中，并进行搅拌，保持搅拌转速为750转/分，反应液全部加入后，保持搅拌不变，并在65℃的下保温4小时，然后搅拌冷却至室温后再停止搅拌，并将混合物过滤、干燥，得到白色粉末；将该白色粉末浸泡于0.5N的盐酸与无水甲醇的混合溶液中常温下浸泡100 小时，无水甲醇占总量的质量比为75 ％，再进行过滤、干燥后得到PMMA和二氧化硅晶体的复合材料，即为导光粒子分散母粒1；将2份制备好的导光粒子分散母粒1与0.2份偶氮二异丁腈、0.3份正丁基硫醇以及5份增塑剂加入到100份MMA中，并进行搅拌，升温至85℃，反应1.5小时后，停止加热，继续搅拌冷却至室温，排除溶液中的气泡，即得到PMMA预聚制浆；将PMMA预聚制浆浇铸到带散射点阵2的硅玻璃模具3中（硅玻璃模具3是由两块平板硅玻璃，四周夹以高分子材料垫条制成，向上的一边开浇铸口，硅玻璃模具3表面用高温玻璃油墨印刷设计好的散射点阵2，再通过钢化玻璃工艺流程，高温固化，得到可反复使用的带散射点阵2的硅玻璃模具3），排气后送入水箱或热空气烘箱中进行聚合反应，在80℃下恒温12小时，冷却至40℃后取出后脱模，然后将其检验切边，并包装入库，即得到带散射点阵2的纳米改性导光板4。

本发明的实施例2：模具转印点阵法制备光散射聚合物导光板的工艺，首先制备导光粒子分散母粒1，按质量份数计算，将1份乙氧基三甲氧基硅烷及15份甲基丙烯酰氧基三甲氧基硅烷作为偶联剂加入50份乙醇中，在50℃下加入10份二氧化钛及10份三氧化铝的混合物，同时用超声波进行分散，当乙醇挥发完毕后，在80℃下烘干得到表面改性的导光粒子；将15份表面改性的导光粒子、 58份MMA、0.7份过氧化苯甲酰以及1.0份十二烷基硫醇进行混合，得到透明的反应液；将320份蒸馏水采用水浴加热至70℃后，逐渐将反应液加入到蒸馏水中，并进行搅拌，保持搅拌转速为750转/分，反应液全部加入后，保持搅拌不变，并在70℃的下保温4小时，然后搅拌冷却至室温后再停止搅拌，并将混合物过滤、干燥，得到白色粉末；将该白色粉末浸泡于0.5N的盐酸与无水甲醇的混合溶液中常温下浸泡100 小时，无水甲醇占总量的质量比为75 ％，再进行过滤、干燥后得到PMMA和二氧化硅晶体的复合材料，即为导光粒子分散母粒1；将3份制备好的导光粒子分散母粒1与0.3份偶氮二异丁腈、0.3份正丁基硫醇以及增塑剂加入到110份MMA中，并进行搅拌，升温至90℃，反应3小时后，停止加热，继续搅拌冷却至室温，排除溶液中的气泡，即得到PMMA预聚制浆；将PMMA预聚制浆浇铸到带散射点阵2的硅玻璃模具3中（硅玻璃模具3是由两块平板硅玻璃，四周夹以高分子材料垫条制成，向上的一边开浇铸口，硅玻璃模具3表面用高温玻璃油墨印刷设计好的散射点阵2，再通过钢化玻璃工艺流程，高温固化，得到可反复使用的带散射点阵2的硅玻璃模具3），排气后送入水箱或热空气烘箱中进行聚合反应，在100℃下恒温24小时，冷却至40℃后取出后脱模，然后将其检验切边，并包装入库，即得到带散射点阵2的纳米改性导光板4。

本发明的实施例3：模具转印点阵法制备光散射聚合物导光板的工艺，首先制备导光粒子分散母粒1，按质量份数计算，将5份乙氧基三甲氧基硅烷及10份甲基丙烯酰氧基三甲氧基硅烷作为偶联剂加入80份乙醇中，在50℃下加入10份纳米二氧化钛及5份纳米氧化锌的混合物，同时用超声波进行分散，当乙醇挥发完毕后，在80℃下烘干得到表面改性的导光粒子；将15份表面改性的导光粒子、12份PMMA 、52份MMA、0.5份过氧化苯甲酰以及0.6份十二烷基硫醇进行混合，得到透明的反应液；将280份蒸馏水采用水浴加热至65℃后，逐渐将反应液加入到蒸馏水中，并进行搅拌，保持搅拌转速为750转/分，反应液全部加入后，保持搅拌不变，并在60℃的下保温4小时，然后搅拌冷却至室温后再停止搅拌，并将混合物过滤、干燥，得到白色粉末；将该白色粉末浸泡于0.5N的盐酸与无水甲醇的混合溶液中常温下浸泡100 小时，无水甲醇占总量的质量比为75 ％，再进行过滤、干燥后得到PMMA和二氧化硅晶体的复合材料，即为导光粒子分散母粒1；将1份制备好的导光粒子分散母粒1与0.1份偶氮二异丁腈、增塑剂加入到90份MMA中，并进行搅拌，升温至80℃，反应0.5小时后，停止加热，继续搅拌冷却至室温，排除溶液中的气泡，即得到PMMA预聚制浆；将PMMA预聚制浆浇铸到带散射点阵2的硅玻璃模具3中（硅玻璃模具3是由两块平板硅玻璃，四周夹以高分子材料垫条制成，向上的一边开浇铸口，硅玻璃模具3表面用高温玻璃油墨印刷设计好的散射点阵2，再通过钢化玻璃工艺流程，高温固化，得到可反复使用的带散射点阵2的硅玻璃模具3），排气后送入水箱或热空气烘箱中进行聚合反应，在50℃下恒温8小时，冷却至40℃后取出后脱模，然后将其检验切边，并包装入库，即得到带散射点阵2的纳米改性导光板4。

Claims

1.模具转印点阵法制备光散射聚合物导光板的工艺，其特征在于：首先制备导光粒子分散母粒（1），按质量份数计算，将5份乙氧基三甲氧基硅烷及10份甲基丙烯酰氧基三甲氧基硅烷作为偶联剂加入100份乙醇中，在50℃下加入10份粒度为200 nm的二氧化硅，同时用超声波进行分散，当乙醇挥发完毕后，在80℃下烘干得到表面改性的导光粒子；将10份经过表面改性的导光粒子、55份MMA、0.6份过氧化苯甲酰以及0.8份十二烷基硫醇进行混合，得到透明的反应液；将300份蒸馏水采用水浴加热至65℃后，逐渐将反应液加入到蒸馏水中，并进行搅拌，保持搅拌转速为750转/分，反应液全部加入后，保持搅拌不变，并在65℃的下保温4小时，然后搅拌冷却至室温后再停止搅拌，并将混合物过滤、干燥，得到白色粉末；将该白色粉末浸泡于0.5N的盐酸与无水甲醇的混合溶液中常温下浸泡100 小时，无水甲醇占总量的质量比为75 ％，再进行过滤、干燥后得到PMMA和二氧化硅晶体的复合材料，即为导光粒子分散母粒（1）；将2份制备好的导光粒子分散母粒（1）与0.2份偶氮二异丁腈、0.3份正丁基硫醇以及5份增塑剂加入到100份MMA中，并进行搅拌，升温至85℃，反应1.5小时后，停止加热，继续搅拌冷却至室温，排除溶液中的气泡，即得到PMMA预聚制浆；将PMMA预聚制浆浇铸到带散射点阵（2）的硅玻璃模具（3）中，硅玻璃模具（3）是由两块平板硅玻璃，四周夹以高分子材料垫条制成，向上的一边开浇铸口，硅玻璃模具（3）表面用高温玻璃油墨印刷设计好的散射点阵（2），再通过钢化玻璃工艺流程，高温固化，得到可反复使用的带散射点阵（2）的硅玻璃模具（3），排气后送入水箱或热空气烘箱中进行聚合反应，在80℃下恒温12小时，冷却至40℃后取出后脱模，然后将其检验切边，并包装入库，即得到带散射点阵（2）的纳米改性导光板（4）。