CN102736146A - 一种光学扩散膜及液晶显示器用背光模组 - Google Patents
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一种光学扩散膜及液晶显示器用背光模组，所述光学扩散膜包括透明基材、主扩散层和背层，所述的主扩散层是由含有光扩散粒子、粘合剂、反射粒子和交联剂的涂布液涂布固着在所述基材的任一表面之上，所述反射粒子与光学扩散粒子之间的质量比为1：500~1：50，所述反射粒子为粒径在0.5μm~5μm之间的含氟聚合物粒子，所述扩散膜的均一性好，雾度高。使用该扩散膜的液晶显示背光模组具有较少的组合件，轻薄并且具有更高的雾度和亮度。所述光学扩散膜可用于液晶显示器用背光模组中。
Description
技术领域
本发明涉及一种光学扩散膜及液晶显示器用背光模组。
背景技术
光学扩散膜是通过光线的折射和反射现象将点光源或线光源的光均匀扩散成均一、高亮度的面光源，被广泛应用于液晶显示器或等离子显示器等平板显示器的背光模组中。
图1为现有技术光学扩散膜的结构示意图，它的涂覆层中含有不同尺寸的光扩散粒子，这些大小不同的扩散粒子的分布不均，很难保证其达到较高的雾度。
为改变光学扩散膜的均一性，已有的技术中往往采用加入微米级的无机粒子，改善其性能，如在配方体系中加入了无机粒子氧化硅、氧化钛、氧化铝或氧化锌等。但是，在涂覆液的配制过程中往往会遇到这些无机粒子的团聚现象，严重时堵塞供液管路上的过滤芯，造成供液不畅，造成光学扩散膜表观出现暗点，影响光学扩散产品品质。
另外，为了达到足够的光线扩散性，传统的解决方式是背光模组采用五张以上光学膜：即两张下扩散、两张棱镜片、及一张上扩散膜的组合。这种传统的组合方式会出现雾度不够，不能充分扩散光线，会在棱镜片上方形成球状的高亮点、局部亮度不均匀现象。此举并不能满足液晶面板朝轻薄型方向发展的要求。
如何提高光学扩散膜的雾度和均一性，减少背光模组中光学扩散膜使用数量，使液晶面板更加轻薄，成为亟待解决的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种光学扩散膜，该扩散膜的均一性好，雾度高。
本发明要解决的另一技术问题是提供一种液晶显示器用背光模组，该背光模组使用一张扩散膜，使液晶面板更加轻薄。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种光学扩散膜，它包括透明基材、主扩散层和背层，主扩散层是由含有光扩散粒子、粘合剂、反射粒子和交联剂的涂布液涂布固着在所述基材的任一表面之上，所述反射粒子与光学扩散粒子之间的质量比为 1：500~1：50，所述反射粒子为粒径在0.5μm~5μm之间的含氟聚合物粒子。
上述光学扩散膜中，所述含氟聚合物粒子的粒径在1~3μm之间。
上述光学扩散膜中，所述含氟聚合物粒子选自聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、四氟乙烯与偏氟乙烯共聚物、偏氟乙烯与六氟丙烯共聚物或四氟乙烯与六氟丙烯共聚物中的一种。
上述光学扩散膜中，所述的光扩散粒子含有粒径在21~40μm之间的大尺寸有机粒子和粒径在1~20μm之间的小尺寸的有机粒子，大尺寸有机粒子与小尺寸有机粒子之间的重量比为1：2~1：99。
上述光学扩散膜中，所述小尺寸有机粒子以一层或两层紧密排布在主扩散层表面，大尺寸有机粒子间隔排列于小尺寸粒子中，含氟聚合物粒子分散于主扩散层内。
上述光学扩散膜中，所述大尺寸有机粒子为改性聚苯乙烯粒子，该粒子是以聚苯乙烯（PS）为内核、以预聚甲基丙烯酸甲酯（MMA）包裹而形成的球型或椭球型粒子。
一种液晶显示装置用背光模组，它包括用于发光的光源、反射片、导光板及边框、光学扩散膜和棱镜片，改进后，所述光学扩散膜采用上述光学扩散膜。
与现有技术比较，本发明的优点在于：
1.通过优选光扩散粒子的种类、粒径和排列方式，使其在不降低光线透过率的前提下，使扩散膜具有更高的雾度和均一性；
2.通过反射粒子含氟聚合物粒子的加入，降低了扩散粒子的团聚，使得扩散涂布液的稳定性加强，进一步保证了光学扩散膜表观的均一性，含氟聚合物粒子的微观光线反射作用，增加了光线在扩散层中的光程，进一步提高了扩散膜的雾度。
3.液晶显示背光模组可以采用本发明的一张扩散膜替代通常背光模组内的两张光学扩散膜，使背光模组具有较少的组合件，背光模组轻薄并且具有更高的雾度和亮度。
附图说明
图1为现有技术光学扩散膜的剖面示意图；
图2为本发明的光学扩散膜的剖面示意图；
图3为本发明的光学扩散膜的剖面示意图；
图4为发明实施例7的背光模组结构示意图；
图5为发明实施例8的背光模组结构示意图；
图6为发明实施例9的背光模组结构示意图；
图7为发明实施例10的背光模组结构示意图。
图中各标号表示为：透明基材-01、光扩散粒子-02、抗粘连剂粒子-03、大尺寸有机粒子-04、小尺寸有机粒子-05、含氟聚合物粒子-06、下扩散膜-10、导光板-11、反射膜-12、棱镜片-13、冷阴极灯管-14、LED灯条-15、上扩散膜-16。
具体实施方式
本发明中的基材并未特别限定其材质和厚度，具有良好的表面平滑性、机械强度、耐温性以及耐光、侯性的材料都可以用作光学扩散膜的基材，如聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚酰亚胺等。基材一般选取20~300μm厚度，太薄其耐热尺寸稳定性下降明显，太厚则会影响光线的透过率。为提高基材表面与涂布液的粘着性，基材表面可以通过电晕或等离子处理，亦可采用在基材表面预涂底层，来改善扩散涂布层与基材的粘着性能。
通常，光扩散粒子为聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚苯乙烯或聚硅氧烷等一种或几种混合。但是，本发明中，主扩散涂层所使用的光扩散粒子含有大尺寸有机粒子和小尺寸的有机粒子，大尺寸有机粒子与小尺寸有机粒子之间的重量比为1：2~1：99。大尺寸的光扩散粒子为球型或椭球型高聚物微珠，其采用以聚苯乙烯（PS）为内核，以预聚甲基丙烯酸甲酯（MMA）包裹而形成。光经过PMMA层折射后再进入PS内核，增加了二次折射，导致体系光散射性能增强，雾度明显提升。
大尺寸的光扩散粒子所使用的平均粒径一般选取21~40μm，其1/2左右粒子直径嵌入到主扩散层内。这是因为粒子平均粒径过低，光线行程过短，光未经扩散即透过，其扩散效果降低；粒子平均粒径过高或粒子嵌入过少，容易导致与粘结树脂结合面积太少，产生脱落等缺陷。
小尺寸的光扩散粒子所使用的平均粒径一般选取1~20μm，本发明的有机小粒子为聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚苯乙烯或聚硅氧烷中的一种或几种。
为了达到更高的满足于雾度的要求，本发明的主扩散涂层的小尺寸光扩散粒子以一层或两层紧密排布在主扩散层表面，大尺寸有机粒子间隔排列于小尺寸粒子中，以满足光学扩散膜所需的高透过率和高雾度良好的协调性。
本发明中的反射粒子为微米级的含氟聚合物粒子，直径在0.5μm~5μm。该粒子粒径分布窄，含氟聚合物粒子的微观光线反射作用，增加了光线在扩散层中的路程，进一步提高了扩散膜的雾度。
含氟聚合物粒子的通式为：
其中：R为H、F，R’为H、CF3，a、b是0~1整数，可以列举如：聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、四氟乙烯与偏氟乙烯共聚物、偏氟乙烯与六氟丙烯共聚物或四氟乙烯与六氟丙烯共聚物等，优选聚四氟乙烯。
该粒子在聚合过程中采用了以下通式的阴离子表面活性剂。
X-CF2-CF2-(O)m-Rf-Z
其中X表示-F、-CF3，Rf表示可以任选地被氧原子插入其链中的全氟亚烷基，m是1~2整数，Rf如对应于以下通式：
-[CF(CF3)CF2O]p-(CF2CF2O)q-
p是0~2整数，q是0~1整数。
Z表示羧酸基团、其盐或前体基团。前体基团是指在水解时未完全羧酸化的-COF、-COOR、-COOM等基团；R表示烃基；M表示碱金属。例如：CF3OCF2CF2COOH；CF3CF2OCF2CF2COF；CF3CF2CF2OCF2CF2COONa； C3F7OC3F6C2F4COONH4；C2F5OC2F4OCF2COONH4。
由于碳氟键具有的短、强、稳定且非常低极性的特点，因而末端含有全氟烷基或部分氟化的烷基等能使含氟聚合物粒子在水或油性体系中具有非常低的表面张力和表面能。该性能使含氟聚合物粒子的流动性特别优良，在主扩散层的涂布液配制过程中，易分散，不会出现粒子团聚的现象。
本发明的含氟聚合物粒子与光学扩散粒子的质量比为 1：500~1：50，在此配方比例下，光学扩散膜表观不会出现暗点，且涂布液供给过程中有效防止团聚的粒子堵塞供液管路上的过滤芯，减少供液不畅，经常更换滤芯或供液不均，影响涂布速度和质量的缺陷。超过1/50，光线在扩散层中的反射过多，会降低光线的透过率。不足1/500时，起不到充分的分散有机粒子，防止有机粒子团聚的作用，团聚的粒子容易在光学扩散膜表面形成暗点，影响扩散膜的表面均一性。
主扩散涂层所使用黏合剂为丙烯酸酯类、聚氨酯类、有机硅类或有机多元醇类的一种或上述几种混合构成；本发明基于黏合剂本身粘合性及折射率考虑，所使用的黏合剂为聚丙烯酸树脂。
主扩散涂层所使用的交联剂一般为含有异氰酸酯基团的化合物，例如：甲苯二异氰酸酯（TDI）、二苯基甲烷-4,4，-异氰酸酯（MDI）、1,6-己二异氰酸酯（HDI）、苯二亚甲基二异氰酸酯（XDI）、萘-1,5二异氰酸酯（NDI）、异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）以及由以上物质衍生的聚异氰酸酯类化合物，通常情况下，脂肪族二异氰酸酯较芳香族类二异氰酸酯耐光性能优越。本发明选取IPDI作为交联剂使用。
出于对光学扩散膜的收卷抗粘连和抗静电性能考虑，本发明的光学扩散膜在基材背面增加了背面涂层。所述的背面涂层是含有抗粘连剂、黏合剂、抗静电剂和交联剂的涂布液。本发明背面所述的黏合剂、交联剂与主面涂层相同，使用的抗粘连剂为1~5μm的高聚物粒子，例如：聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚苯乙烯或聚硅氧烷等，并选用无机金属纳米氧化铟作为抗静电剂。
为保证涂布层能够充分覆盖粒子，本发明要求背面涂层一般厚度在0.6~4μm之间，能够覆盖粒子直径的1/2以上，防止粒子脱落。
本发明的光学扩散膜可采用凹版印刷、条缝涂布、喷涂、棒刮等涂覆方式进行，并经红外、热油、微波、热风等方式干燥。
本发明的液晶显示装置用背光模组，它包括用于发光的光源、反射片、导光板（扩散板）及边框、光学扩散膜和棱镜片，所述光学扩散膜采用本发明的光扩散膜。
下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明。
比较例1
主扩散层涂布液的配制：
甲苯：200份；
丁酮：50份；
聚苯乙烯粒子：152份；
聚丙烯酸树脂黏合剂：100份；
异氰酸酯交联剂：7份；
将上述物料分散均匀，备用。
背面抗粘连涂布液配制：
甲苯：200份；
丁酮：50份；
丙烯酸树脂粒子：5份；
聚丙烯酸树脂黏合剂：100份；
异氰酸酯交联剂：7份；
抗静电剂：0.1份；
将上述物料分散均匀，备用。
将以上涂布液分别涂覆在聚酯基材的两面，并加热固化，得到光学扩散膜，如图1所示，光学扩散膜包括一个透明的PET基材01，一个包含有球形聚苯乙烯粒子02的主面扩散涂层，和包含抗粘连剂03的背面抗粘连层。其中球形聚苯乙烯粒子（D10，D90）=（2，34），粒径分布分散度=3.6，扩散粒子02紧密排列在扩散涂层中，小颗粒的粒子被完全包裹在涂层内。测试结果示于表1中。
比较例2
主扩散层涂布液的配制：
甲苯：200份；
丁酮：50份；
聚苯乙烯粒子：150份；
无机二氧化硅粒子：2份；
聚丙烯酸树脂黏合剂：100份；
异氰酸酯交联剂：7份；
将上述物料分散均匀，即可涂布。
背面抗粘连涂布液配制：
甲苯：200份；
丁酮：50份；
丙烯酸树脂粒子：5份；
聚丙烯酸树脂黏合剂：100份；
异氰酸酯交联剂：7份；
抗静电剂：0.1份；
将上述物料分散均匀，即可涂布。
将以上涂布液分别涂覆在聚酯基材的两面，并加热固化，得到光学扩散膜，如图1所示，光学扩散膜包括一个透明的PET基材01，一个包含有球形聚苯乙烯粒子02球形无机二氧化硅粒子04的主面扩散涂层，和包含抗粘连剂03的背面抗粘连层。其中球形聚苯乙烯粒子（D10，D90）=（2，34），粒径分布分散度=3.6，无机二氧化硅粒子（D10，D90）=（0.5，9），粒径分布分散度=2.2，扩散粒子02紧密排列在扩散涂层中，小颗粒的粒子被完全包裹在涂层内。测试结果示于表1中。
实施例1
主扩散层涂布液的配制：
甲苯：200份；
丁酮：50份；
改性聚苯乙烯粒子：3份，
聚甲基丙烯酸酯粒子：147份，
聚四氟乙烯粒子：2份，
聚丙烯酸树脂黏合剂：100份，
异氰酸酯交联剂：7份，
将上述物料分散均匀，备用。
背面抗粘连涂布液配制：
甲苯：200份；
丁酮：50份；
丙烯酸树脂粒子：5份；
聚丙烯酸树脂黏合剂：100份，
异氰酸酯交联剂：7份，
抗静电剂：0.1份，
将上述物料分散均匀，备用。
将以上涂布液分别涂覆在聚酯基材的两面，并加热固化，得到光学扩散膜，如图2所示，光学扩散膜包括透明的PET基材01，含有粒径为20μm的聚甲基丙烯酸酯粒子04、粒径为35μm的球形改性PS扩散粒子05、粒径为5μm的球形聚四氟乙烯粒子06的主面扩散涂层；含抗粘连剂03的背面抗粘连层。测试结果示于表1中。
实施例2
主扩散层涂布液的配制：
甲苯：200份；
丁酮：50份；
改性聚苯乙烯粒子：2份，
聚丙烯酸酯粒子：198份，
聚偏氟乙烯粒子：2份，
聚丙烯酸树脂黏合剂：100份，
异氰酸酯交联剂：7份，
将上述物料分散均匀，备用。
将以上涂布液分别涂覆在聚酯基材的两面，并加热固化，得到光学扩散膜，如图3所示，光学扩散膜包括透明的PET基材01，含有粒径为10μm的聚丙烯酸酯粒子04、粒径为40μm的球形改性PS扩散粒子05、粒径为3μm的球形聚偏氟乙烯粒子06的主面扩散涂层；含抗粘连剂03的背面抗粘连层。测试结果示于表1中。
实施例3
主扩散层涂布液的配制：
甲苯：200份；
丁酮：50份；
改性聚苯乙烯粒子：50份，
聚硅氧烷粒子：100份，
聚偏氟乙烯粒子：3份，
聚丙烯酸树脂黏合剂：100份，
异氰酸酯交联剂：7份，
将上述物料分散均匀，备用。
背面抗粘连涂布液配制：
甲苯：200份；
丁酮：50份；
丙烯酸树脂粒子：5份；
聚丙烯酸树脂黏合剂：100份；
异氰酸酯交联剂：7份；
抗静电剂：0.1份；
将上述物料分散均匀，备用。
将以上涂布液分别涂覆在聚酯基材的两面，并加热固化，得到光学扩散膜，如图3所示，光学扩散膜包括透明的PET基材01，含有粒径为1μm的聚丙烯酸酯粒子04、粒径为30μm的球形改性PS扩散粒子05、粒径为0.5μm的椭圆形聚偏氟乙烯粒子06的主面扩散涂层；含抗粘连剂03的背面抗粘连层。测试结果示于表1中。
实施例4
主扩散层涂布液的配制：
甲苯：200份；
丁酮：50份；
改性聚苯乙烯粒子：10份；
聚苯乙烯粒子：590份；
四氟乙烯与偏氟乙烯共聚物粒子：3份；
聚丙烯酸树脂黏合剂：100份；
异氰酸酯交联剂：7份；
将上述物料分散均匀，备用。
背面抗粘连涂布液配制：
甲苯：200份；
丁酮：50份；
丙烯酸树脂粒子：5份；
聚丙烯酸树脂黏合剂：100份；
异氰酸酯交联剂：7份；
抗静电剂：0.1份；
将上述物料分散均匀，备用。
将以上涂布液分别涂覆在聚酯基材的两面，并加热固化，得到光学扩散膜，如图2所示，光学扩散膜包括透明的PET基材01，含有粒径为15μm的聚苯乙烯粒子04、粒径为21μm的球形改性PS扩散粒子05、粒径为2μm的椭圆形四氟乙烯与偏氟乙烯共聚物粒子06的主面扩散涂层；含抗粘连剂03的背面抗粘连层。测试结果示于表1中。
实施例5
主扩散层涂布液的配制：
甲苯：200份；
丁酮：50份；
改性聚苯乙烯粒子：3份；
聚甲基丙烯酸酯粒子：147份；
四氟乙烯与六氟丙烯共聚粒子：0.3份；
聚丙烯酸树脂黏合剂：100份；
异氰酸酯交联剂：7份；
将上述物料分散均匀，备用。
背面抗粘连涂布液配制：
甲苯：200份；
丁酮：50份；
丙烯酸树脂粒子：5份；
聚丙烯酸树脂黏合剂：100份；
异氰酸酯交联剂：7份；
抗静电剂：0.1份；
将上述物料分散均匀，备用。
以上涂布液分别涂覆在聚酯基材的两面，并加热固化，得到光学扩散膜，如图2所示，光学扩散膜包括透明的PET基材01，含有粒径为10μm的聚苯乙烯粒子04、粒径为25μm的球形改性PS扩散粒子05、粒径为1μm的圆形四氟乙烯与六氟丙烯共聚粒子06的主面扩散涂层；含抗粘连剂03的背面抗粘连层。测试结果示于表1中。
实施例6
按照实施例1所述方法，制成光学扩散膜。如图3所示，光学扩散膜包括透明的PET基材01，含有粒径为15μm的聚苯乙烯粒子04、粒径为30μm的球形改性PS扩散粒子05、粒径为4.5μm的圆形聚四氟乙烯粒子06的主面扩散涂层；含抗粘连剂03的背面抗粘连层。测试结果示于表1中。
实施例7
如图4所示，为使用单层本发明光学扩散膜应用于两侧光式冷阴极光源背光源模组，其中，10为下扩散膜，11为导光板，12为反射膜，13为棱镜片，14为冷阴极灯管，16为上扩散膜。
实施例8
如图5所示，为使用双层本发明光学扩散膜应用于直下式冷阴极光源背光源模组，其中，10为下扩散膜，11为导光板，12为反射膜，13为棱镜片，14冷阴极灯管，16为上扩散膜。
实施例9
如图6所示，为使用单层本发明光学扩散膜应用于两侧光式LED光源背光源模组，其中，10为下扩散膜，11为导光板，12为反射膜，13为棱镜片，15为LED灯条，16为上扩散膜。
实施例10
如图7所示，为使用双层本发明光学扩散膜应用于直下式LED光源背光源模组，其中，10为下扩散膜，11为导光板，12为反射膜，13为棱镜片，15为LED灯条，16为上扩散膜。
表1 产品光学性能测试表
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | 实施例6 | 比较例1 | 比较例2 | |
| 雾度 | 96.0 | 96.7 | 96.1 | 98.3 | 97.1 | 98.5 | 90.3 | 92.9 |
 |
5 | 6 | 5 | 6 | 6 | 6 | 3 | 2 |
。表中相关性能的测试方法如下：
1、雾度
采用Haze meter NBH光雾度测试仪，按照JIS K7136测试标准进行测试。
2、.均一性性能评价
测试采用在一张A4样片上取六个点，测试六个端点的透过率平均值与各点的差值的绝对值的比值，如图4：
其中，代表平均值，
为各点数值。
Claims (7)
1.一种光学扩散膜，它包括透明基材、主扩散层和背层，其特征在于，主扩散层是由含有光扩散粒子、粘合剂、反射粒子和交联剂的涂布液涂布固着在所述基材的任一表面之上，所述反射粒子与光学扩散粒子之间的质量比为 1：500~1：50，所述反射粒子为粒径在0.5μm~5μm之间的含氟聚合物粒子。
2.根据权利要求1所述的光学扩散膜，其特征在于，所述含氟聚合物粒子的粒径在1~3μm之间。
3.根据权利要求1所述的光学扩散膜，其特征在于，所述含氟聚合物粒子选自聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、四氟乙烯与偏氟乙烯共聚物、偏氟乙烯与六氟丙烯共聚物或四氟乙烯与六氟丙烯共聚物。
4.根据权利要求1所述的光学扩散膜，其特征在于，所述的光扩散粒子含有粒径在21~40μm之间的大尺寸有机粒子和粒径在1~20μm之间的小尺寸的有机粒子，大尺寸有机粒子与小尺寸有机粒子之间的重量比为1：2~1：99。
5.根据权利要求4所述的光学扩散膜，其特征在于，所述小尺寸有机粒子以一层或两层紧密排布在主扩散层表面，大尺寸有机粒子间隔排列于小尺寸粒子中，含氟聚合物粒子分散于主扩散层内。
6.根据权利要求4所述的光学扩散膜，其特征在于，所述大尺寸有机粒子为改性聚苯乙烯粒子，该粒子是以聚苯乙烯（PS）为内核、以预聚甲基丙烯酸甲酯（MMA）包裹而形成的球型或椭球型粒子。
7.一种液晶显示装置用背光模组，它包括用于发光的光源、反射片、导光板及边框、光学扩散膜和棱镜片，其特征在于，所述光学扩散膜为权利要求1~7所述的光学扩散膜。
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Denomination of invention: Optical diffusion film and backlight module for liquid crystal display Effective date of registration: 20161117 Granted publication date: 20141210 Pledgee: China Merchants Bank Limited by Share Ltd Hefei branch Pledgor: Hefei Lucky Science & Technology Industry Co., Ltd. Registration number: 2016340000079 |
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