CN102115545A - 一种具有中孔洞的光学扩散膜的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种具有中孔洞的光学扩散膜的制备方法，包括下列步骤：A.将PET进行羟基化处理B.制备扩散层涂料：制备一恒温40℃水浴，依照当量比TEOS∶THF∶H2O∶HCl∶扩散粒子＝1∶30∶5∶0.1∶3调配好每一反应物的计量，在200ml四氢呋喃之中加入扩散粒子，并加入预先以去离子水配好的2当量浓度的HCl，最后滴入TEOS，搅拌2～5小时即可结束反应；接下来利用滚轮涂布的方式将其涂布在羟基化后的PET之上，进入温度约为65～75℃的烘箱之中静置，直至溶剂全面挥发为止。本发明在整个形成中孔洞材料的过程之中，溶剂可采用对于环境较为环保的极性溶剂(如四氢呋喃，水等)，对于材料操作人员以及整体大环境都相对来得健康环保。

Description

一种具有中孔洞的光学扩散膜的制备方法
(一)技术领域
本发明涉及一种光学扩散膜的制备方法。
(二)背景技术
液晶显示器(Liquid Crystal Display，LCD)是当今最普遍的显示技术，并且在未来的20-30年内，也将是显示的主流技术。液晶是一种介于固态与液态之间的物质，本身是不能发光的，必须要借助背光源才能达到显示的功能。背光源性能的好坏会直接影响LCD显像质量，特别是背光源的亮度，将直接影响到LCD表面的亮度。
液晶背光源体系主要由光源、导光板、各类光学膜片组成，好的液晶背光源体系需具备有亮度高，寿命长、发光均匀等特点。目前光源主要有EL、CCFL及LED三种背光源类型，依光源分布位置不同则可分为侧光式和直下式两种。随着液晶模组不断向更亮、更轻、更薄方向发展，LED背光源未来可望成为目前背光源发展的主流，目前几乎所有的笔记本背光源皆采用LED背光源。
液晶背光源体系之中的主要光学膜片有扩散膜、增亮膜和反射膜三种。扩散膜的主要作用是将从导光板放射出的光，透过扩散粒子来达到雾化光源的效果。当光线在经过扩散层时，会于折射率相异的介质中穿过，此不同折射率以及入射光角度不同就会使得光发生许多折射、反射与散射的现象，可修正光线成均匀面光源以造成了光学扩散的效果。目前的扩散膜的结构一般为双层或三层结构：包括芯层和扩散层，中心为芯层，其材料为芳香族饱和聚酯，上下两层为扩散层，其主要材料为带有丙烯酸酯的胶水，在扩散层内再均匀分布具有可对光线进行折射、反射与散射等功能的扩散粒子，而芯层复合在所述的扩散层的中间。
高分子薄膜可应用在光电、医药，化学组件以及近年来相当热门的主动或被动式生化分离组件之中。针对扩散膜而言，目前制作的方法主要是溶剂涂布型以及紫外光UV交联型两种。溶剂涂布型的作法比较省成本，但是有机溶剂毕竟对环境以及从业人员还是有一定程度的伤害。再者，紫外光交联型制程相当耗电，紫外光对于从业人员可能会引起的身体隐患，如紫外线所起的自由基以及癌症，都是值得注意的课题。
(三)发明内容
为了克服现有制备光学扩散膜涂布技术过程中，大量使用有机溶剂涂布、使用紫外光之较不环保之现象，本发明提供一种新颖的、环保的、快速的制备扩散膜的方法，这种扩散膜上面带有中孔洞的微结构，以高分子聚对苯二甲酸二乙酯(PET，Polyethylene-terephthalate)做为基材底层，加入中性的界面活性剂与TEOS作为有机模版，在酸性的环境中，以溶胶-凝胶法合成出具有高度规则性的复合中孔洞，并置入同性质的扩散粒子，如二氧化硅(SiO2)，其粒径约为15nm左右。经由溶剂挥发诱导自组装现象之后，扩散粒子将可均匀规则的被束缚在六角形中孔洞之中，以达到透光性好，雾度高的高功能性扩散膜。
本发明解决其技术问题的技术方案是：一种具有中孔洞的光学扩散膜的制备方法，包括下列步骤：
A.将PET进行羟基化处理：将PET薄膜表面以进行水解反应五小时，建议使用2N氢氯酸(HCl)或者氢氧化钠(NaOH)对酯基进行水解。官能化后的PET将可与之后的硅材做紧密的结合，使其可以与接下来要涂布的上层中孔洞复合材料有良好化学键结，达到两层材料复合在一起的目的。
B.制备扩散层涂料：制备一恒温40℃水浴，依照当量比TEOS∶THF∶H2O∶HCl∶扩散粒子＝1∶30∶5∶0.1∶3调配好每一反应物的计量，在200mL四氢呋喃(THF)之中加入扩散粒子，并加入预先以去离子水配好的2当量浓度的HCl，最后滴入TEOS(正硅酸乙酯)，搅拌2～5小时即可结束反应；接下来利用滚轮涂布的方式将其涂布在羟基化后的PET之上，进入温度约为65～75℃的烘箱之中静置，直至溶剂全面挥发为止。由于溶剂四氢呋喃(THF)会逐渐的挥发并导致溶剂挥发诱导自组装(SelfAssembly)现象，有机模版(PET)与TEOS之间将可通过分子间作用力而变成规则状的六角柱堆积，此时无机硅材(TEOS)中孔洞薄膜将会形成，孔径约为20nm左右，带有扩散粒子的无机硅材薄膜，将可均匀的借由溶剂挥发诱导自组装的方式成长于PET基材之上，而扩散粒子在这过程中，将会规则的被束缚在中孔洞之中，以形成上述纳米中孔洞扩散膜结构。由于中孔洞的粒径相当，因此每一个中孔洞内所包覆的扩散粒子基本上相当的一致，不会有差距过多的现象，这些中孔洞将可以有效的区隔扩散粒子，促使其规则的排列在硅材薄膜之间。
推荐在步骤B中，所述的扩散粒子为直径为15nm的二氧化硅(SiO2)颗粒。
推荐在步骤B中，膜片在烘箱中的静置时间为2～4小时，以让有机溶剂充分的挥发完毕。
当材料介于纳米尺寸时，其光学特性基本上与其在块材时大不相同。扩散粒子在中孔洞硅材中所处的的三维空间结构之中，每一个扩散粒子都被均匀规则地被彼此之间的的中孔洞隔开，将可明显的减少了分子之间的π-π吸引力，进而增强透光强度、提高量子效率，并达到均匀一致的高雾度扩散膜。
本发明的有益效果在于：第一，大大的缩短了将薄膜置入烘箱的时间，以达到将有机溶剂挥发的目的，将原本的48小时的制程缩短到将近4小时，更符合经济效益；第二，在整个形成中孔洞材料的过程之中，溶剂可采用对于环境较为环保的极性溶剂(如四氢呋喃，水等)，对于材料操作人员以及整体大环境都相对来得健康环保；第三，球状粒子在自组装形成薄膜的过程之中，将其规则的固定在于中孔洞的六角硅材薄膜之间，且扩散粒子与粒子之间彼此被中孔洞材质区隔开，此举将可达到更有效的将光线散射的目的，光线透过此扩散膜之后，将可达到透光性高，雾度高的优点；第四，扩散粒子在整个架构之中，是经由纳米硅材在形成膜材的过程，被牢固的被束缚在中孔洞，这样的化学键结将更为强韧，更不易断裂，相较于原本溶液制成采用的胶水(如丙烯酸酯)来固定扩散粒子的方法而言，所制备的扩散膜，将可达到不易掉粉掉粒的优点，强化了扩散膜本身的功能性。
(四)附图说明
图1是本发明制备的光学扩散膜的结构示意图。
(五)具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
一种具有中孔洞的光学扩散膜的制备方法，该种具有中孔洞的光学扩散膜以高分子聚对苯二甲酸二乙酯(PET，Polyethylene-terephthalate)做为基材底层1，加入中性的界面活性剂与TEOS作为有机模版，在酸性的环境中，以溶胶-凝胶法合成出具有高度规则性的六角形中孔洞2，并置入同性质的扩散粒子3，如二氧化硅(SiO2)，其粒径约为15nm左右。经由溶剂挥发诱导自组装现象之后，扩散粒子3将可均匀规则的被束缚在六角形中孔洞2之中，以达到透光性好，雾度高的高功能性扩散膜。其制备方法包括下列步骤：
A.将PET进行羟基化处理。
B.制备扩散层涂料：制备一恒温40℃水浴，依照当量比TEOS∶THF∶H2O∶HCl∶扩散粒子＝1∶30∶5∶0.1∶3调配好每一反应物的计量，在200mL四氢呋喃(THF)之中加入扩散粒子，并加入预先以去离子水配好的2当量浓度的HCl，后滴入硅源TEOS，搅拌2～5小时即可结束反应。本实施例中扩散粒子为直径为15nm的二氧化硅颗粒；接下来利用滚轮涂布的方式将其涂布在羟基化后的PET之上，进入温度约为65～75℃的烘箱之中静置，直至溶剂全面挥发为止。膜片在烘箱中的静置时间为2～4小时，以让有机溶剂充分的挥发完毕。由于溶剂四氢呋喃(THF)会逐渐的挥发并导致溶剂挥发诱导自组装现象，有机模版(PET)与TEOS之间将可通过分子间作用力而变成规则状的六角柱堆积，此时无机硅材(TEOS)中孔洞薄膜将会形成，孔径约为20nm左右，带有扩散粒子的无机硅材薄膜，将可均匀的借由溶剂挥发诱导自组装的方式成长于PET基材之上，而扩散粒子在这过程中，将会规则的被束缚在中孔洞之中，以形成上述纳米中孔洞扩散膜结构。由于中孔洞的粒径相当，因此每一个中孔洞内所包覆的扩散粒子基本上相当的一致，不会有差距过多的现象，这些中孔洞将可以有效的区隔扩散粒子，促使其规则的排列在硅材薄膜之间。

Claims (3)

1.一种具有中孔洞的光学扩散膜的制备方法，其特征在于包括下列步骤：
A.将PET进行羟基化处理
B.制备扩散层涂料：制备一恒温40℃水浴，依照当量比TEOS∶THF∶H2O∶HCl∶扩散粒子＝1∶30∶5∶0.1∶3调配好每一反应物的计量，在200mL四氢呋喃之中加入扩散粒子，并加入预先以去离子水配好的2当量浓度的HCl，最后滴入TEOS，搅拌2～5小时即可结束反应；接下来利用滚轮涂布的方式将其涂布在羟基化后的PET之上，进入温度约为65～75℃的烘箱之中静置，直至溶剂全面挥发为止。
2.如权利要求1所述的具有中孔洞的光学扩散膜的制备方法，其特征在于：在步骤B中，所述的扩散粒子为直径为15nm的二氧化硅或者聚甲基丙烯酸甲酯颗粒。
3.如权利要求1或2所述的具有中孔洞的光学扩散膜的制备方法，其特征在于：在步骤B中，膜片在烘箱中的静置时间为2～4小时，以让有机溶剂充分的挥发完毕。
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