CN102230977A - 一种lcd导光板及其成型工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种LCD导光板及其成型工艺，该导光板由甲基丙烯酸甲酯、聚合催化剂和紫外线吸收剂聚合而成，其中各组分质量份数为：甲基丙烯酸甲酯98.60-99.44，聚合催化剂0.01-0.8，紫外线吸收剂0.05-0.6。采用新的导光板成型方法，兼容传统的丝网印制、雕刻点、雕刻线（V型槽等）以及微粉散射微粒子方法制造导光板的各项优点，可替代丝网印制导光板，广泛应用于对输出光均匀性很高的LCD背光源，是提高LCD背光源光学性能的重要部件，具有广泛的市场推广应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种LCD导光板，具体说是一种一次浇铸成型的LCD导光板及其成型工艺。
背景技术
导光板（Light guide panel）是一种将点光源或线列光源高效地转换为均匀的面光源的光学器件。导光板被广泛应用于各种光学显示装置中，是构成LCD等各种类型背光源的重要部件。一般采用光学压克力板材作为导光板器件的载体。
浇铸型光学压克力板材可见光透过率可达到92%。制造浇铸型光学压克力板材，首先需要制造高质量的浇铸模具。生产压克力板材的浇铸模具是由两块经研磨抛光、严格清洗、检验合格的金属或玻璃平板对合组成。浇铸光学压克力板材的表面质量，取决于模板的平面光洁度；浇铸光学压克力板材的厚度，取决于两块模板所形成的间隙。将经过真空过滤脱泡的压克力液态聚合物材料注入浇铸模具后，经过聚合反应过程，再经冷却到自然温度后脱模，形成光学压克力板材。
光学压克力材料可见光折射率约为1.49，相对于空气（折射率为1）是光密媒质。当具有一定发射角的点或线列光源，尤其是LED线列阵定向辐射性能好的光源，从压克力板侧面厚度层输入时，输入光中有相当大部分，满足压克力板两个表面全反射的临界角条件，于是这一部分输入光线在压克力板中传播。压克力板表面或体中，若存在一些散射因素，输入光在传播过程中，发生一定的光散射。导光板即是应用此原理，使从压克力板侧面输入的光线，在压克力板中传播的同时，又沿途发生光散射，从压克力板的表平面输出，即在光线传播过程中形成面光源输出。各种方法制造的导光板，都涉及这两个方面的物理过程，最佳平衡光传播和光散射输出条件，才能获得性能良好的导光板。
在上述物理过程中，导光板的流明转换效率和所形成面光源发光亮度的均匀性，其关键的因素是导光板载体光学压克力板材料的光学性质和导光板制造方法。
目前导光板产品基本上都是采用丝网印制，雕刻点、线（V型槽等）和微粉散射粒子三种导光板制造方法。这三种制造方法，都能实现上述两方面的物理过程。 丝网印制方法：应用具有对可见较低吸收特性的油漆，在光学压克力板表面，印制周期排列的网点图案，由此形成具有周期间隔的光滑反射面和散射面，以实现上述两方面的物理过程。由于所印制的网点十分密集，网点分布密集的程度又按距离入射线列光源距离的不同加以调整，使丝网印制导光板面光源的亮度具有较高的均匀性，被广泛地应用于各种电视、电脑的LCD背光源，成为LCD背光源的重要部件。但丝网印制导光板，所印制的网点图案是二维散射平面图案，散射效率低；又由于油漆耐久性差、对光的吸收较大，致使导光板的寿命和流明转换效率性能差，而且生产工艺繁琐，生产效率低，生产过程中又有很大的污染；雕刻点、线（V型槽等）方法：应用机械或激光方法，在光学压克力板材的浅表面，形成具有周期间隔的光滑反射面和可见光散射点、线，同样实现了上述两方面的物理过程。雕刻点、线（V型槽等）在导光板载体光学压克力板材的浅表面可形成三维立体散射，因此这种导光板的流明转换效率比印制导光板高，其寿命性能，也优于丝网印刷导光板，但其面光源输出亮度的均匀性很差。这种导光板只能应用于一般广告灯箱等，不能应用于LCD背光源；微粉散射微粒子方法：在光学压克力板材浇铸制造过程中，掺入不同颗粒线度和适量比例的微粉散射粒子，微粉散射粒子的线度比可见光波长大（> 760nm)，对可见光形成微粉粒子散射（不改变输入光波长的散射）。但由于所掺入的微粉散射粒子，于其光散射作用的同时，又参与了光的吸收和阻隔，致使导光板的透明度很差，对导光板中传播光和散射光都有较大的光能损耗，致使导光板的流明转换效率低；又因为所掺入的微粉散射粒子在压克力板材中是均匀分布的，这种导光板所形成的面光源输出亮度的均匀性很差，其寿命，虽优于丝网印刷导光板，这种导光板也是一次浇注成型的导光板，其制造工艺相对简便，但也同样只能应用于一般广告灯箱等，不能应用于LCD背光源。
发明内容
为了克服上述缺陷，本发明提供了一种一次浇铸成型LCD导光板及其成型工艺，该LCD导光板背光源光学性能好，制作工艺大幅度简化，降低生产过程的污染，生产成本低，生产效率高，便于大量生产。
本发明采用的技术方案是：一种LCD导光板，该导光板由甲基丙烯酸甲酯、聚合催化剂、紫外线吸收剂聚合而成，其中各组分的质量份数为：甲基丙烯酸甲酯98.60-99.44，聚合催化剂0.01-0.8,紫外线吸收剂0.05-0.6。
所述聚合催化剂为过氧化苯甲酰、偶氮二异丁腈或偶氮二异庚腈。
所述紫外线吸收剂为2-(2-羟基-5-甲基苯基)苯并三唑、2-(2-羟基-5-特辛基苯基)苯并三唑或2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮。
一种LCD导光板的成型工艺，包括以下步骤：
(1)在甲基丙烯酸甲酯中加入占聚合催化剂总量1%-3%的聚合催化剂预聚合，预聚液粘度400±20厘泊；
(2)向步骤(1)的预聚液中添加聚合催化剂余量和紫外线吸收剂，在转速为700-900转/分的条件下充分搅拌20-40分钟；
(3)将步骤(2)搅拌后的溶液抽真空过滤，真空压力在0.7MPa -0.9MPa之间，过滤完成后抽真空5-10分钟，确保过滤后溶液无杂质，无气泡；
(4)将步骤(3)过滤后的溶液，在转速700-900转/min的条件下充分搅拌30-40分钟得到导光板生产原液；
(5)在无压状态下用过滤袋过滤导光板生产原液进一步去除残余杂质；
(6)按LCD导光板背光源的导光要求，设计周期排列的导光板光散射网点图案，用SiO2玻璃焊接剂将所需的导光板光散射网点图案成型在浇铸压克力板材的玻璃模板平面上，并控制玻璃模板的浅表面形成所需要的网点图案和网点图案层的厚度，对焊接后的玻璃模板进行表面清洁并组合配对成模具；
(7)将步骤(5)过滤后的导光板生产原液注入配对后的玻璃模具，倾斜30o静置5分钟，排泡，对模具进行锁边、测厚；
(8)将步骤(7)制备的模具采用水浴聚合使导光板生产原液在模具中成型；
(9)将带有聚合成型导光板的模具在100-140℃的温度下高温处理2-3小时；
(10)高温处理后，冷却2-3小时脱模，即可得到LCD导光板。
本发明的一种LCD导光板的成型工艺，另一成型工艺包括以下步骤：
(1)在甲基丙烯酸甲酯中加入占聚合催化剂总量1%-3%的聚合催化剂预聚合，预聚液粘度400±20厘泊；
(2)向步骤(1)的预聚液中添加聚合催化剂，在转速为700-900转/分的条件下充分搅拌20-40分钟；
(3)将步骤(2)搅拌后的溶液抽真空过滤，真空压力0.7 MPa-0.9MPa之间，过滤完成后抽真空5-10分钟，确保过滤后溶液无杂质无气泡；
(4)对步骤(3)过滤后的溶液，在转速700-900转/min的条件下充分搅拌30分钟得到导光板生产原液；
(5)在无压状态下过滤导光板生产原液去除杂质；
(6)按LCD导光板背光源的导光要求，设计周期排列的圆形、菱形等网点图案，应用飞秒激光界面处理技术将所需的导光板光散射网点图案同步在金属类模板的表面上进行处理，并控制金属模板的浅表面形成所需网点图案和网点图案层的厚度，对焊接后的金属模板进行表面清洁并组合配对成模具；
(7)将步骤(5)过滤后的导光板生产原液注入配对后的金属模板模具，倾斜30o静置5分钟，排泡，对模具进行锁边、测厚；
(8)将步骤(7)制备的模具采用水浴聚合使导光板生产原液在模具中成型；
(9)将带有聚合成型导光板的模具在100-140℃的温度下高温处理2-3小时；
(10)高温处理后，冷却2-3小时脱模，即可得到LCD导光板。
进一步地，所述步骤(8)的水浴聚合为二段式水浴聚合，一段水浴聚合温度75℃，聚合时间30分钟；二段水浴聚合温度60℃，聚合时间90分钟。
本发明的导光板成型方法，所设计周期排列的圆形、菱形等网点图案，与丝网印制方法同样，具有十分密集的网点分布，网点密集的程度同样按距离输入线列光源距离的不同加以调整，使导光板面光源输出的亮度具有较高的均匀性能。所成型的光散射网点图案层是浇铸压克力材料自身形成的，没有油漆涂层，因而没有油漆涂层对光的附加吸收损耗，导光板的光能损失小，使用寿命长，生产过程没有油漆等污染。而且光散射网点图案层具有一定的厚度，因此同时具有微型三维立体散射的特性，光散射效率高，控制光散射网点图案层的厚度，可改变光散射效率。优化设计浇铸压克力板材的模板，实现导光板中最佳平衡光的传播和散射光的输出，使光能损失小，导光板的流明转换效率高。精确控制浇铸压克力板材两个模板之间的间隙，完成前面所叙述的光学压克力板材浇铸成型生产工艺，可获得确定厚度的一次浇铸成型的导光板。
本发明采用新的导光板成型方法，兼容传统的丝网印制、雕刻点、雕刻线（V型槽等）以及微粉散射微粒子方法制造导光板的各项优点，可替代丝网印制导光板，广泛应用于对输出光均匀性很高的LCD背光源，是提高LCD背光源光学性能的重要部件，具有广泛的市场推广应用前景。
附图说明
图1为光学压克力板材中光的传播示意图；
图2为导光板中微型三维立体网点增强光散射效率的作用示意图；
图3为具有烧结网点图案的玻璃模板示意图；
图4为浇铸压克力导光板的示意图。
图中：压克力模板1、11，散射网点单元2，导光板3, 光线4, 漫反射光线41, 折射光线42,再次折射光线43, 光线5, 漫反射光线51, 折射光线52, 压克力板6, 光线7, 折射光线71,光线8，全反射光线81，光线9，全反射光线91。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
实施例一
一种LCD导光板的成型工艺，包括以下步骤：
(1)在98.60kg的甲基丙烯酸甲酯中加入聚合催化剂偶氮二异庚腈总量0.01kg的1%预聚合，预聚液粘度380厘泊；
(2)向步骤(1)的预聚液中添加聚合催化剂偶氮二异庚腈余量和紫外线吸收剂2-(2-羟基-5-甲基苯基)苯并三唑0.05kg，在转速为700转/分的条件下充分搅拌20分钟；
(3)将步骤(2)搅拌后的溶液抽真空过滤，真空压力0.7 MPa，过滤完成后抽真空5分钟，确保过滤后溶液无杂质无气泡；
(4)对步骤(3)过滤后的溶液，在转速700转/min的条件下充分搅拌30分钟得到导光板生产原液；
(5)在无压状态下过滤道光板生产原液去除杂质；
(6)按LCD导光板背光源的导光要求，设计周期排列的圆形、菱形等网点图案，应用SiO2玻璃焊接剂将所需的导光板光散射网点图案成型在浇铸压克力板材的玻璃模板平面上，并控制玻璃模板的浅表面形成所需要的网点图案和网点图案层的厚度，对焊接后的玻璃模板进行表面清洁并组合配对成模具；
(7)将步骤(5)过滤后的导光板生产原液注入配对后的玻璃模具，倾斜30o静置5分钟，排泡，对模具进行锁边、测厚；
(8)将步骤(7)制备的模具采用二段式水浴聚合使导光板生产原液在模具中成型，一段水浴聚合温度75℃，聚合时间30分钟；二段水浴聚合温度60℃，聚合时间90分钟；
(9)将带有聚合成型导光板的模具在100℃的温度下高温处理2小时；
(10)高温处理后，冷却2小时脱模，即可得到LCD导光板。
实施例二
一种LCD导光板的成型工艺，包括以下步骤：
(1)在99.44kg的甲基丙烯酸甲酯中加入聚合催化剂偶氮二异丁腈总量0.8kg的3%预聚合，预聚液粘度420厘泊；
(2)向步骤(1)的预聚液中添加聚合催化剂偶氮二异丁腈余量和紫外线吸收剂2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮0.6kg，在转速为900转/分条件下充分搅拌40分钟；
(3)将步骤(2)搅拌后的溶液抽真空过滤，真空压力0.9MPa，过滤完成后抽真空10分钟，确保过滤后溶液无杂质无气泡；
(4)对步骤(3)过滤后的溶液，在转速900转/min的条件下充分搅拌30分钟得到导光板生产原液；
(5)在无压状态下过滤道光板生产原液去除杂质；
(6)按LCD导光板背光源的导光要求，设计周期排列的圆形、菱形等网点图案，应用SiO2玻璃焊接剂将所需的导光板光散射网点图案成型在浇铸压克力板材的玻璃模板平面上，并控制玻璃模板的浅表面形成所需要的网点图案和网点图案层的厚度，对焊接后的玻璃模板进行表面清洁并组合配对成模具；
(7)将步骤(5)过滤后的导光板生产原液注入配对后的玻璃模具，倾斜30o静置5分钟，排泡，对模具进行锁边、测厚；
(8)将步骤(7)制备的模具采用二段式水浴聚合使导光板生产原液在模具中成型，一段水浴聚合温度75℃，聚合时间30分钟；二段水浴聚合温度60℃，聚合时间90分钟；
(9)将带有聚合成型导光板的模具在140℃的温度下高温处理3小时；
(10)高温处理后，冷却3小时脱模，即可得到LCD导光板。
实施例三
一种LCD导光板的成型工艺，包括以下步骤：
(1)在99kg的甲基丙烯酸甲酯中加入聚合催化剂过氧化苯甲酰总量0.1kg的2%预聚合，预聚液粘度400厘泊；
(2)向步骤(1)的预聚液中添加聚合催化剂过氧化苯甲酰余量和紫外线吸收剂2-(2-羟基-5-甲基苯基)苯并三唑0.1kg，在转速为800转/分的条件下充分搅拌30分钟；
(3)将步骤(2)搅拌后的溶液抽真空过滤，真空压力0.8MPa，过滤完成后抽真空8分钟，确保过滤后溶液无杂质无气泡；
(4)对步骤(3)过滤后的溶液，在转速800转/min的条件下充分搅拌30分钟得到导光板生产原液；
(5)在无压状态下过滤道光板生产原液去除杂质；
(6)按LCD导光板背光源的导光要求，设计周期排列的圆形、菱形等网点图案，应用SiO2玻璃焊接剂将所需的导光板光散射网点图案成型在浇铸压克力板材的玻璃模板平面上，并控制玻璃模板的浅表面形成所需要的网点图案和网点图案层的厚度，对焊接后的玻璃模板进行表面清洁并组合配对成模具；
(7)将步骤(5)过滤后的导光板生产原液注入配对后的玻璃模具，倾斜30o静置5分钟，排泡，对模具进行锁边、测厚；
(8)将步骤(7)制备的模具采用二段式水浴聚合使导光板生产原液在模具中成型，一段水浴聚合温度75℃，聚合时间30分钟；二段水浴聚合温度60℃，聚合时间90分钟；
(9)将带有聚合成型导光板的模具在120℃的温度下高温处理3小时；
(10)高温处理后，冷却3小时脱模，即可得到LCD导光板。
图1所示导光板的散射网点圆形、菱形等图案被烧结在压克力金属或玻璃模板上。散射网点单元2应用SiO2玻璃焊结剂在压克力模板1上烧结形成的。
图2所示浇铸压克力导光板示意图。带有散射网点单元2的压克力模板1与压克力模板11合模，注入导光板生产原液一次浇铸成型导光板3。精确控制浇铸压克力板材两个模板之间的间隙，完成光学压克力板材浇铸成型生产工艺，获得确定厚度的一次浇铸成型应用于LCD的导光板。
图3所示浇铸成型的导光板微型三维立体网点增强光散射效率的作用示意图。微型三维立体网点的光散射是一个非常复杂的光线多次反射、漫反射和折射等过程，本发明仅用特征图例对本项发明新技术方案实施例说明微型三维立体散射网点的光散射作用。浇铸成型的导光板3具有一定厚度的散射网点单元2，导光板3内入射到网点单元的一组光线4，由散射网点单元2漫反射光线41改变了压克力板中传播光线的方向，通过散射网点单元2折射光线42、再次折射光线43进入压克力板3中；导光板3内入射到网点单元的另一组光线5，由散射网点单元2漫反射光线51同样改变了压克力板中传播光线的方向，通过散射网点单元2折射光线52入射到压克力板底面上的反光膜被反光膜漫反射，通过压克力板再输出。图3中只是选举了两组光线4、5，凡是入射到导光板3散射网点单元2的光线均由一定厚度的散射网点单元2实现微型三维立体散射，导光板散射效率高，提高了导光板的平衡光传输和散射效率。
图4所示光学压克力板材中光的传播示意图，具有一定发射角的点、线光源从压克力板6侧面输入，一组光线7以θ角入射到压克力板6界面，由于其入射角 θ小于压克力板的全反射临界角φ0，产生折射光线71；一组光线8以全反射临界角φ0入射到压克力板6界面，产生全反射光线81；一组光线9以大于全反射临界角φ0的入射到压克力板6界面，产生全反射光线91；最佳偶合条件下，从压克力板6侧面输入的光线相当大部分，如光线8、9满足压克力板两个表面全反射的临界角条件，于是这一部分输入光线沿平行于压克力板6其表面方向传播。此时压克力板6的散射效率效率低。
实施例四
一种LCD导光板采用的另一种成型工艺包括以下步骤：
(1)在99kg的甲基丙烯酸甲酯中加入聚合催化剂过氧化苯甲酰总量0.1kg的2%预聚合，预聚液粘度400厘泊；
(2)向步骤(1)的预聚液中添加聚合催化剂过氧化苯甲酰余量和紫外线吸收剂2-(2-羟基-5-甲基苯基)苯并三唑0.1kg，在转速为800转/分的条件下充分搅拌30分钟；
(3)将步骤(2)搅拌后的溶液抽真空过滤，真空压力0.8MPa，过滤完成后抽真空8分钟，确保过滤后溶液无杂质无气泡；
(4)对步骤(3)过滤后的溶液，在转速800转/min的条件下充分搅拌30分钟得到导光板生产原液；
(5)在无压状态下过滤道光板生产原液去除杂质；
(6)按LCD导光板背光源的导光要求，设计周期排列的圆形、菱形等网点图案，应用飞秒激光界面处理技术将所需的导光板光散射网点图案同步在金属类模板的表面上进行处理，并控制金属模板的浅表面形成所需网点图案和网点图案层的厚度，对焊接后的金属模板进行表面清洁并组合配对成模具；
(7)将步骤5过滤后的导光板生产原液注入配对后的金属模具，倾斜30o静置5分钟，排泡，对模具进行锁边、测厚；
(8)将步骤7制备的模具采用二段式水浴聚合使导光板生产原液在模具中成型，一段水浴聚合温度75℃，聚合时间30分钟；二段水浴聚合温度60℃，聚合时间90分钟；
(9)将带有聚合成型导光板的模具在120℃的温度下高温处理3小时；
(10)高温处理后，冷却3小时脱模，即可得到LCD导光板。
Claims (6)
1.一种LCD导光板，其特征在于，该导光板由甲基丙烯酸甲酯、聚合催化剂和紫外线吸收剂聚合而成，其中各组分质量份数为：甲基丙烯酸甲酯98.60-99.44，聚合催化剂0.01-0.8，紫外线吸收剂0.05-0.6。
2.根据权利要求1所述的一种LCD导光板，其特征是：所述聚合催化剂为过氧化苯甲酰、偶氮二异丁腈或偶氮二异庚腈。
3.根据权利要求1所述的一种LCD导光板，其特征是：所述紫外线吸收剂为2-(2-羟基-5-甲基苯基)苯并三唑、2-(2-羟基-5-特辛基苯基)苯并三唑或2-
羟基-4-正辛氧基二苯甲酮。
4.如权利要求1所述的一种LCD导光板的成型工艺，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在甲基丙烯酸甲酯中加入占聚合催化剂总量1%-3%的聚合催化剂预聚合，预聚液粘度400±20厘泊；
(2)向步骤(1)的预聚液中添加聚合催化剂余量和紫外线吸收剂，在转速为700-900转/分的条件下充分搅拌20-40分钟；
(3)将步骤(2)搅拌后的溶液抽真空过滤，真空压力在0.7MPa -0.9MPa之间，过滤完成后抽真空5-10分钟，确保过滤后溶液无杂质，无气泡；
(4)将步骤(3)过滤后的溶液，在转速700-900转/min的条件下充分搅拌30-40分钟得到导光板生产原液；
(5)在无压状态下用过滤袋过滤导光板生产原液进一步去除残余杂质；
(6)按LCD导光板背光源的导光要求，设计周期排列的导光板光散射网点图案，用SiO2玻璃焊接剂将所需的导光板光散射网点图案成型在浇铸压克力板材的玻璃模板平面上，并控制玻璃模板的浅表面形成所需要的网点图案和网点图案层的厚度，对焊接后的玻璃模板进行表面清洁并组合配对成模具；
(7)将步骤(5)过滤后的导光板生产原液注入配对后的玻璃模具，倾斜30o静置5分钟，排泡，对模具进行锁边、测厚；
(8)将步骤(7)制备的模具采用水浴聚合使导光板生产原液在模具中成型；
(9)将带有聚合成型导光板的模具在100-140℃的温度下高温处理2-3小时；
(10)高温处理后，冷却2-3小时脱模，即可得到LCD导光板。
5.如权利要求1所述的一种LCD导光板的成型工艺，其特征在于：包括以下步骤：
(1)在甲基丙烯酸甲酯中加入占聚合催化剂总量1%-3%的聚合催化剂预聚合，预聚液粘度400±20厘泊；
(2)向步骤(1)的预聚液中添加聚合催化剂，在转速为700-900转/分的条件下充分搅拌20-40分钟；
(3)将步骤(2)搅拌后的溶液抽真空过滤，真空压力0.7 MPa-0.9MPa之间，过滤完成后抽真空5-10分钟，确保过滤后溶液无杂质无气泡；
(4)对步骤(3)过滤后的溶液，在转速700-900转/min的条件下充分搅拌30分钟得到导光板生产原液；
(5)在无压状态下过滤导光板生产原液去除杂质；
(6)按LCD导光板背光源的导光要求，设计周期排列的圆形、菱形等网点图案，应用飞秒激光界面处理技术将所需的导光板光散射网点图案同步在金属类模板的表面上进行处理，并控制金属模板的浅表面形成所需网点图案和网点图案层的厚度，对焊接后的金属模板进行表面清洁并组合配对成模具；
(7)将步骤(5)过滤后的导光板生产原液注入配对后的金属模板模具，倾斜30o静置5分钟，排泡，对模具进行锁边、测厚；
(8)将步骤(7)制备的模具采用水浴聚合使导光板生产原液在模具中成型；
(9)将带有聚合成型导光板的模具在100-140℃的温度下高温处理2-3小时；
(10)高温处理后，冷却2-3小时脱模，即可得到LCD导光板。
6.根据权利要求4或5所述的一种LCD导光板的成型工艺，其特征是：所述步骤(8)的水浴聚合为二段式水浴聚合，一段水浴聚合温度70-80℃，聚合时间30分钟；二段水浴聚合温度45-60℃，聚合时间90分钟。
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