CN107290808A

CN107290808A - 一种光扩散片的制备方法

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Publication number: CN107290808A
Application number: CN201710474086.5A
Authority: CN
Inventors: 周雷; 许昕宇; 马小雪; 范媛媛; 李冠男
Original assignee: Huaiyin Institute of Technology
Current assignee: Huaiyin Institute of Technology
Priority date: 2017-06-21
Filing date: 2017-06-21
Publication date: 2017-10-24

Abstract

本发明公开了一种光扩散片的制备方法，属于光扩散片技术领域，包括如下步骤：S1，采用双光束随机干涉曝光方法在光刻胶版上制备随机纳米结构；S2，将具有随机纳米结构的光刻胶版作为电铸模板进行精密电铸，将随机纳米结构转移到金属镍版；S3，将金属镍版作为压印模板，通过紫外纳米压印方法或热压印方法压印光扩散片材料，制作出光扩散片。本发明的一种光扩散片的制备方法，制备的光扩散片的表面微结构是随机纳米结构，利用基于波动光学原理的光线衍射特性实现光线的扩散和柔化，使得光束扩散更加均匀；该制备方法成本低廉，工艺简洁，易于实现批量化和大幅面制造，具备很好的实用性。

Description

一种光扩散片的制备方法

技术领域

本发明属于光扩散片技术领域，具体涉及一种光扩散片的制备方法。

背景技术

光扩散片，也常称为扩散片，是背光模组和照明灯具中重要组件，主要功能是为显示器件或照明空间提供均匀的面光源。扩散片主要分为两类：一类是掺杂粒子型，一类是表面结构型。掺杂粒子型是在扩散片基材中加入化学散射颗粒，作为散射粒子。入射光线在经过扩散粒子时会不断的在粒子和基材中发生折射、反射和散射现象，从而实现光扩散效果。由于基材本身及化学散射粒子的本身特性，将会造成不可避免的吸光，导致散射不均匀。表面结构型是在扩散片的基材上制备特定形貌特征的微米或纳米结构实现光扩散，由于表面结构的可控设计与制备，可很好地对入射光实现均匀柔化扩散，并可与低成本、批量化的纳米压印技术相兼容，被业界一致认为是未来的发展趋势。

中国发明专利(公开号106154367A)“一种光扩散片及制作方法”利用凸起模具压印透明基底形成凹陷微米结构，采用刮涂技术在凹陷微米结构中填充扩散粒子，制作出复合结构的光扩散片。此专利的光扩散片的微结构是微米量级的复合结构，光扩散的原理是基于几何光学的光线的散射、折射和透射特性，与本发明有本质的区别。

中国发明专利(公开号101737707B)“一种背光模组用光扩散片及其制作方法”利用粘性微米散射颗粒经电铸制备微米结构金属模板，再通过热压印或紫外压印制作光扩散片。此专利的技术途径是将微米散射颗粒形貌转移到有机高分子材料表面，利用的是基于几何光学的光线的散射、折射和透射特性，而且在微结构形貌和制备方法上也均与本发明有本质不同。

中国发明专利(公开号100474101)“一种具有像面全息结构的投影屏”公开了一种具有像面全息结构的投影屏。此专利是利用毛玻璃的散射光的像面与平行的参考光进行干涉形成微结构。这种微结构是基于波动光学的衍射原理，目的是实现光束的定向整形，不能实现入射光广角散射，也就是不能用于照明和显示系统的光扩散片。因此，与本发明的有显著的不同。

科技文献《Design and fabrication of high efficiency diffuser filmbased on laser speckle》(International Society for Optics and Photonics,2012:841611-841611-6)报道了一种二次散斑曝光制作随机微米结构光扩散片方法。此方法通过单光束照射一块毛玻璃曝光光刻胶，然后更换另一块毛玻璃在同一光刻胶版上第二次曝光。再经过电铸，热压印透明的有机高分子材料制作扩散片。显然，单光束二次曝光和微米量级的随机微结构与本发明存在显著不同。

因此，尽管表面结构型扩散片的类型和制备方法取得了长足的，显著的进步，然而，寻求一种成本低廉、加工方便的、光学特性优良的扩散片制作方法仍然是亟需解决的问题。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于提供一种光扩散片的制备方法，制备的光扩散片在随机消色散的纳米结构作用下，产生光扩散效果，光学特性优良，可用用于背光源和照明灯具，该制备方法成本低廉，工艺简洁。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种光扩散片的制备方法，包括如下步骤：

S1，采用双光束随机干涉曝光方法在光刻胶版上制备随机纳米结构；

S2，将具有随机纳米结构的光刻胶版作为电铸模板进行精密电铸，将随机纳米结构转移到金属镍版；

S3，将金属镍版作为压印模板，通过紫外纳米压印方法或热压印方法压印光扩散片材料，制作出光扩散片。

步骤S1中，双光束随机干涉曝光方法，包括以下步骤：

1)激光器发出激光光束，激光光束通过分束器分为两路；

2)其中一束激光光束经第一扩束器后，照射在第一毛玻璃上，形成一束随机光束；

3)另一束激光光束依次经过第一平面镜、第二平面镜和第二扩束器后，照射在透明的第二毛玻璃上，形成另一束随机散射光束；

4)两束随机散射光束汇聚于光刻胶版表面，经干涉、显影、烘干后，在光刻胶版

表面制备出随机纳米结构。

所述的随机纳米结构槽深为200nm～500nm。

步骤S3中，采用紫外纳米压印方法，光扩散片由光扩散片基底、紫外光固化胶、紫外光固化胶结构层构成。

步骤S3中，采用热压印方法，光扩散片由基底和基底结构层构成；所述的光扩散片由基底和基底结构层材质相同。

所述的光扩散片基底的材质为热可塑性高分子材料。

所述的光扩散片基底的材质选自聚甲基丙烯酸丁酯、聚氯乙烯、聚碳酸酯中的任意一种。

所述的光扩散片基底的厚度为0.1mm～3mm。

所述的光扩散片的整体厚度为1mm～5mm。

有益效果：与现有技术相比，本发明的一种光扩散片的制备方法，制备的光扩散片的表面微结构是随机纳米结构，利用基于波动光学原理的光线衍射特性实现光线的扩散和柔化，使得光束扩散更加均匀；该制备方法成本低廉，工艺简洁，易于实现批量化和大幅面制造，具备很好的实用性。

附图说明

图1是制备工艺流程说明图；

图2是双光束随机干涉曝光光路图；

图3是金属镍模板结构图；

图4是紫外压印流程说明图；

图5是热压印流程说明图；

图6是光扩散片表面结构形貌图。

具体实施方式

为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的一种光扩散片的制备方法进行详细描述。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

此外，应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

如图1-6所示，附图标记为：分束器1、第一平面镜2、第二平面镜3、第一扩束器4、第二扩束器5、第一毛玻璃6、第二毛玻璃7、光刻胶版8、光扩散片基底9、紫外光固化胶10、紫外光固化胶结构层11和与基底结构层12。基底结构层12与光扩散片基底9材质相同。

一种光扩散片的制备方法，包括如下步骤：

步骤S1中，双光束随机干涉曝光方法，包括以下步骤：

1)激光器发出激光光束，激光光束通过分束器1分为两路；

2)其中一束激光光束经第一扩束器4后，照射在第一毛玻璃6上，形成一束随机光束；

3)另一束激光光束依次经过第一平面镜2、第二平面镜3和第二扩束器5后，照射在透明的第二毛玻璃7上，形成另一束随机散射光束；

4)两束随机散射光束汇聚于光刻胶版8表面，经干涉、显影、烘干后，在光刻胶版8表面制备出随机纳米结构。

随机纳米结构槽深为200nm～500nm。

步骤S3中，采用紫外纳米压印方法，光扩散片由光扩散片基底9、紫外光固化胶10、紫外光固化胶结构层11构成。步骤S3中，采用热压印方法，光扩散片由基底9和基底结构层12构成。光扩散片的整体厚度为1mm～5mm。

光扩散片基底9的材质为热可塑性高分子材料，如：聚甲基丙烯酸丁酯、聚氯乙烯、聚碳酸酯等，厚度为0.1mm～3mm。

实施例1

如图1-3所示，一种光扩散片的制备方法，包括如下步骤：

按步骤S1采用双光束随机干涉曝光方法在光刻胶版8上制备随机纳米结构。具体制作步骤如附图2所示，激光器发出441nm的激光，经过分束器1后按能量比1:1分成两束；其中一束激光光束经第一扩束器4后，照射在第一毛玻璃6上，形成一束随机光束；另一束激光光束经过第一平面镜2、第二平面镜3和第二扩束器5后，照射在透明的第二毛玻璃7上，形成另一束随机散射光束；两束随机光束在光刻胶版8(厚度2μm，RZJ-390PG，苏州瑞红，2000转/秒旋涂于干净玻璃表面)表面干涉70秒。然后，将曝光后的光刻胶版8放入浓度为6‰的NaOH溶液中显影8秒后，用电吹风烘干，从而在光刻胶版8的表面制作出随机纳米结构；

按照步骤S2将烘干后的光刻胶版8经置于电铸槽中，电铸液氨基磺酸镍(电铸液)温度控制在55-56摄氏度，先采用较小电流密度(1A/dm²)进行致密电铸，待金属镍版表面产生一层均匀致密且硬度较高的表面层后，再将电流密度调整为4-6A/dm²进行快速电铸，经12小时后，取出金属镍版，随机纳米结构被转移到金属镍版表面；

按照步骤S3，光扩散片基底9是聚甲基丙烯酸丁酯(厚度为0.3mm)、在聚甲基丙烯酸丁酯上涂布紫外光固化胶10(D10，PhiChem)，然后将表面设有随机纳米结构的金属镍模板放置于紫外光固化胶10，施加4bar的压力同时，用光照强度为1000mJ/cm²，波长是351nm的紫外光时间30秒，然后脱模，移除金属镍版，在紫外光固化胶10上制备出具有随机纳米结构的紫外光固化胶结构层11，从而完成光扩散片的制备。

实施例2

重复实施例1的步骤制作出金属镍版(如附图2所示)。接着按照步骤S3，光扩散片的基底9是聚氯乙烯(厚度为0.1mm)，在聚氯乙烯上涂布紫外光固化胶10全氟聚醚(PFPE:perfluoropolyethers,Dow corning)，施加2.5bar压力的同时用波长为395nm，光强为500mJ/cm²的紫外光照射15秒，最后脱模，移除金属镍版，在紫外光固化胶10(全氟聚醚)上制备出具有随机纳米结构的紫外光固化胶结构层11(全氟聚醚)的光扩散片。

实施例3

重复实施例1的步骤制作出金属镍版(参见附图2)，光扩散片基底9是聚碳酸酯，将光扩散片基底9的聚碳酸酯放于纳米压印平台(Sindre800,Obducat)，将压印平台加热到100摄氏度的同时，施加9bar压力并保持30秒，然后脱模，移除金属镍版，这时随机纳米结构经热压印转移到基底材料聚碳酸酯上，形成了与光扩散片基底9同材质的基底结构层12。基底结构层12具有随机纳米结构。从而制备出同一材质的光扩散片(参见附图5)。该扩散片的微结构经原子力显微镜表征测试，呈现随机纳米结构分布(参见附图6)。

Claims

1.一种光扩散片的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种光扩散片的制备方法，其特征在于：步骤S1中，双光束随机干涉曝光方法，包括以下步骤：

1)激光器发出激光光束，激光光束通过分束器(1)分为两路；

2)其中一束激光光束经第一扩束器(4)后，照射在第一毛玻璃(6)上，形成一束随机光束；

3)另一束激光光束依次经过第一平面镜(2)、第二平面镜(3)和第二扩束器(5)后，照射在透明的第二毛玻璃(7)上，形成另一束随机散射光束；

4)两束随机散射光束汇聚于光刻胶版(8)表面，经干涉、显影、烘干后，在光刻胶版(8)表面制备出随机纳米结构。

3.根据权利要求2所述的一种光扩散片的制备方法，其特征在于：所述的随机纳米结构槽深为200nm～500nm。

4.根据权利要求1所述的一种光扩散片的制备方法，其特征在于：步骤S3中，采用紫外纳米压印方法，光扩散片由光扩散片基底(9)、紫外光固化胶(10)、紫外光固化胶结构层(11)构成。

5.根据权利要求1所述的一种光扩散片的制备方法，其特征在于：步骤S3中，采用热压印方法，光扩散片由基底(9)和基底结构层(12)构成；所述的光扩散片由基底(9)和基底结构层(12)材质相同。

6.根据权利要求1-5中任意一项所述的一种光扩散片的制备方法，其特征在于：所述的光扩散片基底(9)的材质为热可塑性高分子材料。

7.根据权利要求6中所述的一种光扩散片的制备方法，其特征在于：所述的光扩散片基底(9)的材质选自聚甲基丙烯酸丁酯、聚氯乙烯、聚碳酸酯中的任意一种。

8.根据权利要求6中所述的一种光扩散片的制备方法，其特征在于：所述的光扩散片基底(9)的厚度为0.1mm～3mm。

9.根据权利要求1-5中任意一项所述的一种光扩散片的制备方法，其特征在于：所述的光扩散片的整体厚度为1mm～5mm。