CN102004269A

CN102004269A - 一种导光膜及其制备方法

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Publication number: CN102004269A
Application number: CN2009101898251A
Authority: CN
Inventors: 吴伟才; 吴波
Original assignee: BYD Co Ltd
Current assignee: BYD Co Ltd
Priority date: 2009-08-28
Filing date: 2009-08-28
Publication date: 2011-04-06

Abstract

本发明涉及一种导光膜及其制备方法。该导光膜包括基体和分散于基体中的无机散射颗粒，其中，所述基体为硅胶，所述无机散射颗粒的平均粒径为5-1000nm。本发明公开的导光膜具有良好的手感，并且具有良好的出光均匀性和出光亮度的情况下，拉伸强度也得到很大提升。

Description

一种导光膜及其制备方法

【技术领域】

本发明涉及一种导光膜及其制备方法，尤其是一种无网点导光膜及其制备方法。

【背景技术】

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、导光膜、光学膜片和边框几部分。导光膜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。附在导光膜侧面电光源发出的光线射入其中，将由其正面出射对液晶面板进行照明。导光膜技术的不断改良是背光技术水平不断提高的重要途径。

导光膜按其工作原理的不同可分为印刷型、注塑成型型和光散射聚合物型。印刷型导光膜通常用反射率高的物质混合制成的墨水，在导光膜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膜。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，这会使得光线能量在导光膜中被大量消耗，使背光组件的照明亮度降低。并且，网点的设计比较复杂，制成导光膜后尺寸不可再改变。

为了克服上述问题，现有技术中通常采用光散射聚合物导光膜。光散射聚合物导光膜在工作原理上较传统的印刷型导光膜和注塑成型型导光膜有所不同。光散射聚合物导光膜基材中均匀掺杂了与导光膜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膜，不能射出的前向散射光线也会继续向导光膜远端传播，进行下一次散射。光的散射发生在整个导光膜中而不仅是导光膜底面，所以光线在导光膜中传播路径更短，光线利用效率更高。光散射聚合物导光膜的出射光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。

在上述导光膜基体材料通常为聚碳酸酯(PC)或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，这类材料透光性好，但是，由于它们硬度高，较脆且不易弯曲，耐候性不够，当以这些材料作为导光膜基体应用到背光模组，尤其是按键背光模组中时，手感生硬，使用寿命低。

【发明内容】

为了克服现有技术中的导光膜手感差的问题，本发明公开了一种导光膜及其制备方法，该导光膜手感好，耐候性好。

本发明公开的导光膜包括基体和分散于基体中的无机散射颗粒，其中，所述基体为硅胶，所述无机散射颗粒的平均粒径为5-1000nm。

另外，本发明还公开了上述导光膜的制备方法，包括：

a、将硅胶料、硅胶稀释剂、无机散射颗粒混合，得到硅胶预聚液；其中，无机散射颗粒的平均粒径为5-1000nm；

b、将硅胶预聚液进行成型固化处理，得到导光膜。

发明人发现，硅胶中分子链的主链十分柔顺，使硅胶整体呈现出良好的手感。硅胶的分子链中含有大量的硅氧键-Si-O-，无双键存在，因此不易被紫外光和臭氧所分解，使硅胶具有比其他高分子材料更好的热稳定性以及耐辐照和耐候能力。但是，硅胶的力学性能不够高，从而在一定程度上限制了硅胶的应用。

本发明的发明人通过大量实验意外的发现，通过将现有技术中常用的无机散射颗粒添加到硅胶中，制备成膜后，能作为光散射聚合物型导光膜代替现有的导光膜使用，手感好，并且该导光膜的力学性能相比于现有硅胶，有了极大的提高。

由于透明的硅胶中分散有无机散射颗粒，光源发出的光进入硅胶基体内，通过无机散射颗粒的散射作用使光线均匀化，并向出光面射出，即相当于现有的光散射聚合物型导光膜，并且该导光膜的手感好。同时，硅胶的分子链中含有大量的硅氧键-Si-O-，使无机散射颗粒在硅胶中能良好的分散。并且，分散于硅胶中的无机散射颗粒能与硅胶很好的相容，无机散射颗粒与硅胶之间的结合力好，对提高硅胶的力学性能十分有利，从而使该导光膜的力学性能得到提高，克服了硅胶作为导光膜使用的一个极大缺陷。同时，该力学性能好的硅胶导光膜的使用寿命能得到较大提高。

【具体实施方式】

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下对本发明进行进一步详细说明。

根据本发明，基体材料所用的硅胶为现有技术中的有机硅胶，优选情况下，所述硅胶的透光率为90％-99.9％，进一步优选为92-98％。本发明中，透光率是指：对上述硅胶基体进行光照，透过硅胶基体的光量与投射到硅胶基体表面的光总量之比。

作为光源发出的光线传播的介质和对光线进行调整的工具，通常导光膜基体本身的性质对最后制得的导光膜的性能影响非常大。由于光线在传播过程中，能量会有一定的损失，但这种损失是不可避免的。降低这种损失是提高导光膜出光亮度的一个有效手段。光线在有机材料中传播时的光损失要比在空气中传播的损失大，所以缩短光线在导光膜中的传播路程可提高导光膜的出光亮度。在本发明公开的导光膜中分散有平均粒径为5-1000nm的无机散射颗粒，能极大的减少光线在导光膜中的行程，提高了导光膜的亮度。同时，本发明公开的导光膜基体材料选用的是硅胶，尤其是透光率为90％-99.9％的硅胶，更有利于提高导光膜的出光亮度。

根据本发明，所述无机散射颗粒的平均粒径为5-1000nm，优选为30-400nm。常规的光散射聚合物导光膜中，无机散射颗粒起到作用为改变光线的传播方向，即散射光线。而光线实际上是具有一定波长的光波，如果无机散射颗粒的粒径过大，散射光线的效果不好。本发明的发明人发现，当采用的无机散射颗粒的平均粒径在上述范围内是，无机散射颗粒不但能对光线进行有效的散射，同时，该分散于导光膜基体中的无机散射颗粒能起到增强的作用，提高作为基体材料的硅胶的力学性能。

作为进一步的优选情况，上述无机散射颗粒的折射率为1.45-2.9，更优选为1.5-2.6。在本发明中，采用的无机散射颗粒选自氧化硅、氧化铝、氧化钛、氧化钙中的一种或多种。

如前文所述，平均粒径和折射率在上述范围内的无机散射颗粒可通过商购得到，如杭州万景新材料有限公司生产的氧化钛VK-T01--66。

在本发明公开的导光膜中，以所述硅胶的重量为基准，所述无机散射颗粒的含量为0.01-10wt％，优选为0.01-2wt％。由于导光膜主要作用是传导光线，故应尽量减少光线能量在导光膜中的损失。发明人发现，当无机散射颗粒的含量在上述范围内时，对提高出光亮度和均匀性，改善硅胶基体的力学性能更有利。

本发明公开的导光膜在制备时无需考虑尺寸，即可先制备大尺寸的导光膜，然后根据实际使用需要对导光膜进行裁切得到合适尺寸的适合使用的导光膜。

目前，背光模组均朝着薄型化和轻型化的方向发展，而作为背光模组中的关键组件，导光膜的厚度在一定程度上决定了背光模组的厚度。本发明公开的导光膜的厚度为150-400um，优选为300-400um。通常，厚度对导光膜的出光亮度和均匀性都有一定的影响，如果厚度过小，导光膜无法将光线有效的导出。而如果导光膜的厚度过大，则容易增加光线能量在导光膜中的损耗。在本发明中，在厚度很低的情况下，导光膜仍然能将光线有效的导出，导光膜的出光亮度和均匀性都好。

同时，本发明还公开了一种导光膜的制备方法，包括：

b、将硅胶预聚液进行成型固化处理，得到导光膜。

上述硅胶料为本领域常用的有机硅胶料。优选情况下，所述硅胶料的透光率为90％-99.9％，进一步优选为92-98％。根据本发明，硅胶料的透光率可以在购买时进行选择，即上透光率在上述范围内的硅胶料可通过商购得到，如聚合电子材料有限公司生产的光学透明硅胶。在本发明中，硅胶料在制备成为导光膜后，其透光率基本上不会产生变化，可认为硅胶料的透光率即为最后导光膜的硅胶基体的透光率。

在本发明公开的导光膜的制备方法中，所述硅胶稀释剂为本领域常用的各种硅胶稀释剂，如所述硅胶稀释剂选自石油醚、溶剂油、甲苯中的一种或多种。

上述制备方法中，将硅胶料、硅胶稀释剂、无机散射颗粒混合时，硅胶料、硅胶稀释剂、无机散射颗粒的含量可以在较大范围内变动，优选情况下，以所述硅胶料含量为基准，所述硅胶稀释剂含量为100-500wt％，所述无机散射颗粒的含量为0.01-10wt％；进一步优选为以所述硅胶料含量为基准，所述硅胶稀释剂含量为100-250wt％，所述无机散射颗粒的含量为0.01-2wt％。在制备成导光膜的过程中，硅胶稀释剂会挥发。在通过该方法制备得到的导光膜中，无机散射颗粒相对于硅胶料的含量可认为不变，即在将硅胶料、硅胶稀释剂、无机散射颗粒混合时，无机散射颗粒的含量即为最后得到的导光膜中无机散射颗粒的含量。上述无机散射颗粒的平均粒径为5-1000nm。同时，该无机散射颗粒的折射率如前文所述，在此不再赘述。

根据本发明，上述混合方法为本领域常用的方法，如可以在高速混合机中进行混合，得到硅胶预聚液。上述混合条件可以为：室温下，混合3-10min。所述高速混合机为本领域常用的高速混合机，如张家港市宏基机械有限公司生产的SHR-5A高速混合机。优选情况下，在混合后还包括对得到硅胶预聚液进行超声分散。超声分散条件可以为在28-100千赫兹超声环境中分散3-4小时。所述超声环境为将装硅胶预聚液的容器置于超声波清洗机中进行，所述超声波清洗机由深圳市区兴泰机电设备有限公司生产，型号为30000310。

作为对本发明公开的制备方法的进一步优选，在得到硅胶预聚液后或者在上述超声分散后，进行成型固化处理前，还包括对硅胶预聚液进行减压蒸馏处理。所述减压蒸馏处理的为本领域常用的减压蒸馏处理。

在本发明中，所述成型固化处理包括：将硅胶预聚液置于模具中，在120-180℃下热处理2-10min，即可得到所述导光膜。具体的，所述成型固化处理方法可以为：将预聚液注射到一定尺寸模具型腔当中，然后把模具放置在温度为120-180℃热压成型机上，加热处理2-10min。最后揭模，即可得到导光膜。

或者，所述成型固化处理方法可以为：将硅胶预聚液均匀地涂覆平面基板如玻璃、金属平板上。在真空条件下，连续除泡1-5min。然后在温度为120-180℃的烘箱中，热处理2-10min。最后揭模，即可得到导光膜。

通过上述方法可以制备厚度为150-400um的导光膜。具体的控制导光膜厚度的方法可以通过调整模具或者涂覆的硅胶预聚液的量来控制，该方法为本领域技术人员所公知的。

通过本发明公开的方法制备的导光膜在保持了良好的出光亮度和均匀性的情况下，具有良好的手感和优异的力学性能。同时，本发明公开的方法工艺简单，并且克服了现有注塑的缺陷，可制备厚度更小的导光膜。

下面通过实施例对本发明作进一步的说明。

实施例1

本实施例用于说明本发明公开的导光膜及其制备方法。

1、制备硅胶预聚液

将100重量份硅胶料(聚合电子材料有限公司生产的光学透明硅胶LM1470，透光率为90％)、300重量份石油醚、11重量份二氧化钛(杭州万景新材料有限公司生产的二氧化钛纳米粉体，折射率为3.0、平均粒径为500nm)置于高速混合机中混合5min。得到硅胶预聚液A1。

2、制备导光膜

将硅胶预聚液A1注射到模具型腔当中，然后把模具放置在温度为160℃热压成型机上，加热处理8min。最后揭模，得到厚度为200um的导光膜S1。

实施例2

本实施例用于说明本发明公开的导光膜及其制备方法。

1、制备硅胶预聚液

将100重量份硅胶料(迈图高薪材料集团公司生产的LSR2670，透光率为93％)、120重量份石油醚、0.5重量份二氧化硅(万景新材料公司生产的二氧化硅，折射率为2.7、平均粒径为50nm)置于高速混合机中混合5min。得到硅胶预聚液A2。

2、制备导光膜

将硅胶预聚液A2装于容器中，将容器置于超声分散机中，在50千赫兹超声环境中分散3小时，得到超声分散后的硅胶预聚液。

将超声分散后的硅胶预聚液均匀地涂覆玻璃上。在真空条件下，连续除泡4min。然后在温度为150℃的烘箱中，热处理3min。最后揭模，得到厚度为300um的导光膜S2。

实施例3

本实施例用于说明本发明公开的导光膜及其制备方法。

1、制备硅胶预聚液

将100重量份硅胶料(迈图高薪材料集团公司生产的LSR2670，透光率为95％)、200重量份甲苯、1.5重量份三氧化二铝(万景新材料公司生产的改性纳米氧化铝，折射率为1.6、平均粒径为200nm)置于高速混合机中混合8min。得到硅胶预聚液A3。

2、制备导光膜

将硅胶预聚液A3装于容器中，将容器置于超声分散机中，在50千赫兹超声环境中分散3小时，得到超声分散后的硅胶预聚液。

将超声分散后的硅胶预聚液进行减压蒸馏处理，得到减压蒸馏处理后的硅胶预聚液。

将减压蒸馏处理后的硅胶预聚液注射到模具型腔当中，然后把模具放置在温度为150℃热压成型机上，加热处理4min。最后揭模，得到厚度为380um的导光膜S3。

实施例4

本实施例用于说明本发明公开的导光膜及其制备方法。

1、制备硅胶预聚液

将100重量份硅胶料(迈图高薪材料集团公司生产的LSR2670，透光率为96％)、150重量份石油醚、1重量份二氧化钛(杭州万景新材料有限公司生产的二氧化钛纳米粉体，折射率为2.0、平均粒径为300nm)置于高速混合机中混合6min。得到硅胶预聚液A4。

2、制备导光膜

将硅胶预聚液A4装于容器中，将容器置于超声分散机中，在50千赫兹超声环境中分散3小时，得到超声分散后的硅胶预聚液。

将减压蒸馏处理后的硅胶预聚液注射到模具型腔当中，然后把模具放置在温度为160℃热压成型机上，加热处理5min。最后揭模，得到厚度为350um的导光膜S4。

对比例1

本对比例用于对比说明本发明公开的导光膜及其制备方法。

本对比例公开的方法与实施例4相同，不同的是硅胶预聚液中不含有二氧化钛，且模具型腔中带有导光网点，得到导光膜D1。

对比例2

本对比例用于对比说明本发明公开的导光膜及其制备方法。

导光膜的制备方法与实施例4相同，不同的是，上述二氧化钛的平均粒径为2um，得到厚度为350um的导光膜D2。

性能测试

对实施例1-4和对比例1-2制备得到的产品S1-S4、D1-D2进行如下性能测试：

1、拉伸强度测试

采用GB13022方法测定材料的拉伸强度；

2、硬度测试

按照ASTM D2240方法测定材料的硬度；

3、出光均匀性及出光亮度测试

将S1-S4、D1-D2制备成同一规格(4cm×5cm)的导光膜，在日本拓普康Bm-7亮度色度计中进行测试。测量时，工艺的均采用同一电压、同一电流，测试输入电压DC6.4V，电流18mA。

得到的测试结果如表1所示。

表1

样品	拉伸强度	硬度	出光均匀性	出光亮度
					S1	9.7Mpa	68°A	38％	49cd/m²
S2	10.3Mpa	73°A	43％	55cd/m²
					S3	10.8Mpa	71°A	46％	57cd/m²
S4	11.3Mpa	70°A	48％	58cd/m²
					D1	6.9Mpa	65°A	40％	43cd/m²
D2	12.6Mpa	75°A	14％	15cd/m²

从表1中的测试数据可以看出，本发明公开的导光膜具有良好的出光均匀性和出光亮度的情况下，拉伸强度也得到的很大提升。并且，导光膜的硬度相比于添加无机散射颗粒之前，并未明显增加，仍能保持良好的手感。

Claims

1.一种导光膜，包括基体和分散于基体中的无机散射颗粒，其中，所述基体为硅胶，所述无机散射颗粒的平均粒径为5-1000nm。

2.根据权利要求1所述的导光膜，其中，所述硅胶的透光率为90％-99.9％。

3.根据权利要求1或2所述的导光膜，其中，所述无机散射颗粒的折射率为1.45-2.9。

4.根据权利要求1或2所述的导光膜，其中，以所述硅胶的重量为基准，所述无机散射颗粒的含量为0.01-10wt％。

5.根据权利要求1或2所述的导光膜，其中，所述无机散射颗粒选自氧化硅、氧化铝、氧化钛、碳酸钙中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的导光膜，其中，所述导光膜的厚度为150-400um。

7.一种导光膜的制备方法，包括：

b、将硅胶预聚液进行成型固化处理，得到导光膜。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其中，所述硅胶稀释剂选自石油醚、溶剂油、甲苯中的一种或多种。

9.根据权利要求7所述的制备方法，其中，以所述硅胶料含量为基准，所述硅胶稀释剂含量为100-500wt％，所述无机散射颗粒的含量为0.01-10wt％。

10.根据权利要求7或9所述的制备方法，其中，所述成型固化处理包括：将硅胶预聚液置于模具中，在120-180℃下热处理2-10min，即可得到所述导光膜。