CN115980896A - 一种匀光膜、光学设备及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例公开了一种匀光膜、光学设备及其制备方法，所述方法包括：制备静电纺丝液，所述静电纺丝液为高分子材料溶液或高分子材料熔液；基于所述静电纺丝液进行静电纺丝，获得高分子材料薄膜，所述高分子材料薄膜为所述匀光膜。采用本申请实施例提供的方法制备的匀光膜可以缩短匀光距离，由于匀光膜的匀光距离更短，因此在获得较高雾度的情况下，可以将匀光膜设计的更薄，进而提高匀光膜的透光率，使得匀光膜同时具备较高的透光率和雾度。
Description
技术领域
本申请涉及匀光膜技术领域，特别是涉及一种匀光膜、光学设备及其制备方法。
背景技术
匀光膜是一种可以有效散射光的薄膜，其可以将点光源及线光源转化为面光源的设备，被广泛应用于液晶显示器等领域。目前这一设计主要通过微观结构设计实现，微观结构的尺寸越小散射越均匀，完成散射所需要的距离越近。
当前匀光膜的设计主要通过模具成型控制等手段来设计10微米以上的周期性结构，例如CN112305648A，或者通过纳米颗粒集中于表面的设计思路如CN 109358389 A，但是这些方法均需要宏观结构支撑设计，这导致匀光所需要的长度增加(匀光膜的厚度增加)，在一些特定的光学系统，如超分辨、光场调控等领域无法实现短距离匀光，这就亟需一种能够有效缩短匀光距离，同时优化结构-光学系统表面贴敷效果的技术。
发明内容
本申请实施例中提供了一种匀光膜、光学设备及其制备方法，以利于解决现有技术中匀光膜的匀光距离较长的问题。
第一方面，本申请实施例提供了一种匀光膜的制备方法，包括：
制备静电纺丝液，所述静电纺丝液为高分子材料溶液或高分子材料熔液；
基于所述静电纺丝液进行静电纺丝，获得高分子材料薄膜，所述高分子材料薄膜为所述匀光膜。
在一种可能的实现方式中，所述高分子材料为透明高分子材料。
在一种可能的实现方式中，所述透明高分子材料为可溶解透明高分子材料或可熔融透明高分子材料。
在一种可能的实现方式中，所述可溶解透明高分子材料包括PVDF、PVA、TPU和尼龙中的一种或其组合。
在一种可能的实现方式中，当所述可溶解透明高分子材料为PVDF时，所述高分子材料溶液的溶剂为丙酮和DMF的混合溶液；
当所述可溶解透明高分子材料为PVA时，所述高分子材料溶液的溶剂为水；
当所述可溶解透明高分子材料为TPU时，所述高分子材料溶液的溶剂为DMF；
当所述可溶解透明高分子材料为尼龙时，所述高分子材料溶液的溶剂为甲酸和乙酸的混合溶液。
在一种可能的实现方式中，所述可熔融透明高分子材料包括PLA和PCL中的一种或其组合。
在一种可能的实现方式中，所述静电纺丝的纺丝纤维直径控制在50纳米到10微米之间。
第二方面，本申请实施例提供了一种匀光膜，采用第一方面任一项所述的方法制备。
第三方面，本申请实施例提供了一种光学设备，包括：
光学器件；
在所述光学器件的表面设有第二方面所述的匀光膜。
第四方面，本申请实施例提供了一种光学设备的制备方法，包括：
将光学器件作为静电纺丝的接收载体，进行静电纺丝，获得第三方面所述的光学设备。
采用本申请实施例提供的方法制备的匀光膜可以缩短匀光距离，由于匀光膜的匀光距离更短，因此在获得较高雾度的情况下，可以将匀光膜设计的更薄，进而提高匀光膜的透光率，使得匀光膜同时具备较高的透光率和雾度。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种静电纺丝系统结构示意图；
图2为本申请实施例提供的一种匀光膜的制备方法流程示意图；
图3为本申请实施例提供的一种匀光膜的光散射原理示意图；
图4为现有技术中一种匀光膜的光散射原理示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
为了便于理解，下面首先对本申请实施例涉及的概念进行说明。
透光率：一束平行光束入射透明半透明材料时，受材料反射和吸收的影响，透过的光通量小于等于入射光通量，透射光通量与入射光通量的百分比，称之为透光率。
雾度：材料组分、表面缺陷、气泡杂质等影响透射光的方向，部分光会偏离入射方向，这部分光量称之为散射光通量。散射光通量与透射光通量的百分比，称之为雾度。
静电纺丝：静电纺丝是一种特殊的纤维制造工艺，其基本原理为，静电纺丝溶液或熔体在强电场中通过电荷排斥引起静电纺丝溶液或熔体雾化分裂，此时雾化分裂出的物质不是微小液滴，而是射流，射流运行一段距离后，最终固化成纤维，完成静电纺丝。
图1为本申请实施例提供的一种静电纺丝系统结构示意图，如图1所示，该系统包括推进器101和接收载体102，所述接收载体102设置在与推进器101的出液孔104(也可能被称为针头)相对的位置，所述出液孔104处连接高压电源103，所述接收载体102接地。工作时，推进器101内部填充静电纺丝溶液或熔体，随着推进器101的推进装置104推进，静电纺丝溶液或熔体在出液孔104处滴出，由于出液孔104处连接有高压电源103，液滴在高压电源103的作用下雾化分裂，形成微小射流，该微小射流射向接收载体102，在接收载体102上固化成纤维，随着纤维的沉积，最终在接收载体102上形成薄膜。
需要指出的是，图1仅为静电纺丝系统的一种示例性说明，并不应当将其作为本申请保护范围的限制。例如，接收载体102除了为平面结构以外，还可以为滚筒，通过滚筒的旋转在滚筒的外表面形成薄膜。
匀光膜是一种可以有效散射光的薄膜，其可以将点光源及线光源转化为面光源，被广泛应用于液晶显示等领域。为了获得较好的匀光效果，通常需要匀光膜具有较高的雾度，例如雾度大于70％。可理解，如果增加匀光膜的厚度会提高匀光膜的雾度，但是厚度增加会降低匀光膜的透光率，在一些应用场景中，通常需要匀光膜具有高雾度和高透光率。因此，本申请旨在设计一种在一定厚度的情况下，具有高雾度的匀光膜，即匀光膜同时兼具高雾度和高透光率。
参见图2，为本申请实施例提供的一种匀光膜的制备方法流程示意图。如图2所示，其主要包括以下步骤。
步骤S201：制备静电纺丝液，所述静电纺丝液为高分子材料溶液或高分子材料熔液。
具体地，该高分子材料可以为透明高分子材料，可理解，透明高分子材料可以提高制备的匀光膜的透光率。具体地，该透明高分子材料可以为可溶解透明高分子材料或可熔融透明高分子材料。示例性的，可溶解透明高分子材料包括PVDF、PVA、TPU和尼龙中的一种或其组合。可熔融透明高分子材料包括PLA和PCL中的一种或其组合。
可理解，不同的透明高分子材料，对应的溶剂可能不同。示例性的，当可溶解透明高分子材料为PVDF时，高分子材料溶液的溶剂为丙酮和DMF的混合溶液；当可溶解透明高分子材料为PVA时，高分子材料溶液的溶剂为水；当可溶解透明高分子材料为TPU时，高分子材料溶液的溶剂为DMF；当可溶解透明高分子材料为尼龙时，高分子材料溶液的溶剂为甲酸和乙酸的混合溶液。
以可溶解透明高分子材料为PVDF为例，具体实现中，可以将质量分数为15％-17％的PVDF粉末加入到溶剂中，该溶剂可以为质量分数为1:1的DMF(AR纯度)和丙酮(AR纯度)。将PVDF粉末加入到溶剂中后，可以对该混合溶液进行水浴加热，且搅拌均匀。其中，水浴加热的温度控制在38°-42°，搅拌时长控制在5-9h。
步骤S202：基于所述静电纺丝液进行静电纺丝，获得高分子材料薄膜，所述高分子材料薄膜为所述匀光膜。
其中，静电纺丝可以采用图1所示的静电纺丝系统，当然也可以采用其它类型的静电纺丝系统，本申请实施例对此不作具体限制。
参见图3，为本申请实施例提供的一种匀光膜的光散射原理示意图。参见图4，为现有技术中一种匀光膜的光散射原理示意图。如图3并结合图4所示，本申请实施例制备的匀光膜相对现有技术，纳米纤维更细，在同等厚度的情况下，可以进行更多次光线的反射，进而可以提高光线的散射效果，即提高匀光膜的雾度。
从匀光距离的角度讲，本申请实施例制备的匀光膜的匀光距离更短。另外，由于在同等厚度的情况下，本申请实施例提供的匀光膜具有更高的雾度，因此，在满足雾度要求的前提下，可以将匀光膜做的更薄，进而提高匀光膜的透光率，即具备高雾度和高透光率的匀光膜，最终可以实现透光率为80±3％，雾度为85±5％。
在匀光过程中，光线入射角度以及折射次数决定了材料的匀光效果，其中，入射角度越大、折射次数越多，匀光效果越好。申请人通过研究发现，在同等厚度的情况下，匀光膜中纤维的直径对光线入射角度和折射次数影响较大。例如，当匀光膜中纤维的直径为100微米时，在匀光膜后毫米距离空间内光线分布不均匀；而当匀光膜中纤维的直径为微米以下时，在匀光膜后数十微米的距离空间内可以完成匀光。因此，在本申请实施例中，将静电纺丝的纺丝纤维直径控制在50纳米到10微米之间。
其中，在静电纺丝过程中，可以通过以下方式控制纺丝纤维的直径：1)通过增加纺丝距离同时增大电压的方式，可以获得更细的纤维；2)通过提高分子量可以获得更细的纤维；3)通过提高溶剂导电性可以获得更细的纤维。
具体实现中，可以将步骤S201中制备的静电纺丝溶液添加至静电纺丝系统的推进器中，将推进器的针头与接收载体的距离设置为15cm，推进器的推进速度设置为1.5±0.1ml/h，加在出针头的电压为10kv，静电纺丝过程中的环境温度控制在15°-25°，湿度控制在15％-25％。当接收载体为滚筒时，滚筒的转速控制在300r/mi n。
综上所述，采用本申请实施例提供的方法制备的匀光膜可以缩短匀光距离，由于匀光膜的匀光距离更短，因此在获得较高雾度的情况下，可以将匀光膜设计的更薄，进而提高匀光膜的透光率，使得匀光膜同时具备较高的透光率和雾度。
为了便于理解，下面结合具体实施例对本申请提供的匀光膜的制备方法进行说明。
实施例一：
步骤1：按照比例称取原材料，放入锥形瓶，其中，PVDF粉末的质量分数为15％，N,N-二甲基甲酰胺(AR纯度)和丙酮(AR纯度)的质量分数为1:1。
步骤2：将锥形瓶放到磁力搅拌台上面并水浴加热(40℃)，充分搅拌5个小时，得到稳定的溶液。
步骤3：搭建好静电纺丝系统，针头与滚筒(接收载体)边缘的距离为15cm，推进器的推进速度为1.5m l/h，加在针头上的电压为10kv，滚筒的转速为300r/m in，温度为25℃，湿度为20％。
步骤4：将步骤(2)获得的稳定溶液放入步骤(3)中的静电纺丝系统中开始静电纺丝，最终获得匀光膜成品。
步骤5：将成品进行检测，符合产品要求的入库。
经过测试，采用本申请实施例提供的方法获得的匀光膜的雾度为80％，透光率为83％。
实施例二：
步骤1：按照比例称取原材料，放入锥形瓶，其中，PVDF粉末的质量分数为16％，N,N-二甲基甲酰胺(AR纯度)和丙酮(AR纯度)的质量分数为1:1。
步骤2：将锥形瓶放到磁力搅拌台上面并水浴加热(40℃)，充分搅拌7个小时，得到稳定的溶液。
步骤3：搭建好静电纺丝系统，针头与滚筒(接收载体)边缘的距离为15cm，推进器的推进速度为1.5m l/h，加在针头上的电压为10kv，滚筒的转速为300r/m i n，温度为25℃，湿度为20％。
步骤4：将步骤(2)获得的稳定溶液放入步骤(3)中的静电纺丝系统中开始静电纺丝，最终获得匀光膜成品。
步骤5：将成品进行检测，符合产品要求的入库。
经过测试，采用本申请实施例提供的方法获得的匀光膜的雾度为86％，透光率为80％。
实施例三：
步骤1：按照比例称取原材料，放入锥形瓶，其中，PVDF粉末的质量分数为17％，N,N-二甲基甲酰胺(AR纯度)和丙酮(AR纯度)的质量分数为1:1。
步骤2：将锥形瓶放到磁力搅拌台上面并水浴加热(40℃)，充分搅拌9个小时，得到稳定的溶液。
步骤3：搭建好静电纺丝系统，针头与滚筒(接收载体)边缘的距离为15cm，推进器的推进速度为1.5m l/h，加在针头上的电压为10kv，滚筒的转速为300r/m in，温度为25℃，湿度为20％。
步骤4：将步骤(2)获得的稳定溶液放入步骤(3)中的静电纺丝系统中开始静电纺丝，最终获得匀光膜成品。
步骤5：将成品进行检测，符合产品要求的入库。
经过测试，采用本申请实施例提供的方法获得的匀光膜的雾度为90％，透光率为78％。
与上述实施例相对应，本申请实施例还提供了一种匀光膜，该匀光膜采用上述方法制备。具体内容可以参见上述实施例的描述，在此不再赘述。
与上述实施例相对应，本申请实施例还提供了一种光学设备，该光学设备包括光学器件，在光学器件的表面设有上述实施例所述的匀光膜。示例性的，该光学设备为背光模组，在背光模组上敷贴该匀光膜，可以提高背光模组发射光源的匀光性；或者，该光学设备为显示面板，在显示面板的背面敷贴该匀光膜，可以提高该显示面板背光的匀光性，在显示面板的正面敷贴该匀光膜，可以提高显示面板发射光源的匀光性；或者，该光学设备为透镜，在透镜上敷贴该匀光膜，可以提高入射或出射该透镜的光线的匀光性。当然，光学设备的种类繁多，本申请实施例提供的匀光膜还可以应用于其它类型的光学设备，本申请实施例对此不再赘述。
与上述实施例相对应，本申请实施例还提供了一种光学设备的制备方法，具体地，将光学器件作为静电纺丝的接收载体，进行静电纺丝，获得设有上述匀光膜的光学设备。
申请人通过研究发现，若首先制备匀光膜，然后将匀光膜敷贴在光学器件上，会存在以下问题：1)由于匀光膜较薄，将匀光膜敷贴在光学器件上的工艺较难实现；2)将匀光膜敷贴在光学器件上的过程中，容易造成匀光膜损伤，进而影响匀光膜的匀光性；3)需要制备匀光膜，然后将匀光膜敷贴在光学器件上两道工序，工艺复杂，效率较低。
针对上述问题，本申请实施例在静电纺丝过程中，直接将光学器件(需要敷贴匀光膜的一侧)作为静电纺丝的接收载体，使得匀光膜敷贴在光学器件上。一方面，敷贴效果较好，不容易造成匀光膜损伤；另一方面，工艺简单，效率较高。
需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
本说明书中各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。尤其，对于终端实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例中的说明即可。
以上所述的本申请实施方式并不构成对本申请保护范围的限定。
Claims (10)
1.一种匀光膜的制备方法，其特征在于，包括：
制备静电纺丝液，所述静电纺丝液为高分子材料溶液或高分子材料熔液；
基于所述静电纺丝液进行静电纺丝，获得高分子材料薄膜，所述高分子材料薄膜为所述匀光膜。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述高分子材料为透明高分子材料。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述透明高分子材料为可溶解透明高分子材料或可熔融透明高分子材料。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述可溶解透明高分子材料包括PVDF、PVA、TPU和尼龙中的一种或其组合。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，
当所述可溶解透明高分子材料为PVDF时，所述高分子材料溶液的溶剂为丙酮和DMF的混合溶液；
当所述可溶解透明高分子材料为PVA时，所述高分子材料溶液的溶剂为水；
当所述可溶解透明高分子材料为TPU时，所述高分子材料溶液的溶剂为DMF；
当所述可溶解透明高分子材料为尼龙时，所述高分子材料溶液的溶剂为甲酸和乙酸的混合溶液。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述可熔融透明高分子材料包括PLA和PCL中的一种或其组合。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述静电纺丝的纺丝纤维直径控制在50纳米到10微米之间。
8.一种匀光膜，其特征在于，采用权利要求1-7任一项所述的方法制备。
9.一种光学设备，其特征在于，包括：
光学器件；
在所述光学器件的表面设有权利要求8所述的匀光膜。
10.一种光学设备的制备方法，其特征在于，包括：
将光学器件作为静电纺丝的接收载体，进行静电纺丝，获得权利要求9所述的光学设备。
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| CN202310079967.2A Pending CN115980896A (zh) | 2023-01-18 | 2023-01-18 | 一种匀光膜、光学设备及其制备方法 |
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2023
- 2023-01-18 CN CN202310079967.2A patent/CN115980896A/zh active Pending
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