CN117148481B - 一种增亮型光学板制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电子材料技术领域，尤其是涉及一种增亮型光学板及其制备方法。所述的增亮型光学板，其一侧面为入光面，另一侧面为出光面，该光学板的出光面具有若干折角为尖角的微结构，并且入光面及出光面的表层具有厚度为“10nm‑10um”保护层。在挤出板材的瞬间，板材自带的余热以及板材所述的相对湿度氛围使得板材中的全氢聚硅氮烷与水快速反应形成二氧化硅稳定结构的保护层，一方面使得转印形成的旨在增亮的微结构得以快速保持，不会发生塌陷；另一方面不需要额外设置防刮伤层。
Description
技术领域
本发明涉及电子材料技术领域，尤其是涉及一种增亮型光学板制备方法。
背景技术
增亮膜指的是应用于TFT-LCD背光模块中以改善整个背光系统发光效率为宗旨的薄膜。常见的增亮膜是由一平板状基板和多个可以汇聚光线的棱镜组成。它是利用V型细条纹让侧光经过折射使漫射的光集中角度，达到辉度增加的目的。主要作用是为液晶面板提供均匀的面光源。增亮膜作为背光模块的关键组件，主要功能是聚集光线，以提升背光模块的亮度。增亮膜是由美国３Ｍ公司首先发明使用，利用微转印和多层膜技术生产得到。
该技术基本如专利公告号为“CN1176756C”、专利名称为“通过触变层压花制备微结构表面浮雕的方法”的中国发明专利所披露的：其说明书第3段介绍的，由于一体成型的热压花技术存在着“热塑性聚合物的高膨胀系数导致的不精密性、及非常小的曲率半径导致的高回复力，这即使在迅速冷却的情况下也会导致边缘变圆”，因此所谓的“热压花”技术被彻底否定；继而该专利对所谓的“触变涂料压花”技术进行了进一步优化：将具有触变性的涂料涂布在基材上，或者在涂布作业后使得涂料具有触变性，继而采用压花技术在涂布层形成微结构，最后再行固化，其所采用的固化技术手段采用热处理或者辐射固化，相应地，其为了实现固化手段，实施例在涂料中都添加了引发剂等适宜于其固化的组分。
与上述专利技术相对应的是，目前市场上增亮膜材料通常采用UV光固化工艺生产，这种工艺其实就是在一种双向拉伸后的塑料材料上一层或多层的液体胶，花纹辊是在这种液体胶上碾压形成增亮膜的结构花纹，由于基材和胶的透光率和折射率不一致，形成的光栅结构发生了变化，导致光线的折射方向发生改变，从而也影响了透光率的提高。其原材料需进口成本高、透过率低，工艺程序复杂，生产效率低，不利于简化生产，并且这种方法是采用涂布的方法，其涂布液中含有挥发性溶剂，即上述专利需要在压花之前对涂料加热使得溶剂挥发从而涂料形成触变性，该技术手段会对环境、生产安全造成一定的不良影响。
言及涂布技术的实现，使用微凹涂布将胶液首先定量转移到卷料上，卷料带着胶液经烘箱蒸发掉溶剂，在进入到成型阶段。成型技术，主要有软模成型和硬模成型。韩国最早使用软模成型技术生产棱镜式增亮膜，成型原理和硬模类似，最大的区别在于模具。硬模成型技术使用的模具是在镀铜或镀镍磷合金辊上，用钻石刀具雕刻而成。软模不需要用精密雕刻的方式加工模具。因软模使用的模具是卷料，且一卷卷材能用很长时间。它是将卷料母模裁切成一定尺寸包覆到一只或多只辊轮上，类似传送带结构。软模生产技术最大问题是拼接缝隙，两种方式均存在首尾相接的缝隙。以至于在涂布中，周期性出现一道拼接痕造成后道裁切工序需避开裁切。
而市场上采用一体成型棱镜主要通过原料挤压成型后，再经过滚筒转印技术达到顶部特殊角设计及棱镜高度的变化来实现增强光视野角度与光强度的平衡，其存在前述“CN1176756C”专利言及的棱镜结构“圆角”的缺陷乃至微结构塌陷的缺陷，同时底部必须增加不影响光特性的防刮伤层，造成成本的上升。所谓的防刮伤层和微结构的示意图如公告号为CN203063231U的中国实用新型专利的附图1中所示的“结构4”的一侧是其“微结构5”，另一侧是“防刮伤层3”，微结构5的外侧是保护膜1，增加防刮伤层不仅增加了成本，而且对其辉度有损；保护膜用于对微结构进行保护，其在后续组装作业中会撕掉，但是同样增加了成本。
增亮膜在生产过程中为了能正常收卷，一般会在增亮膜所用的基膜上设一防粘层。防粘层中含有微米粒子，用于减小增亮膜收卷时的摩擦力、提高收卷时的成品率；同时，防粘层还应有一定的雾度，用于掩盖整个背光模组的瑕疵、弊病。防粘层中使用的粒子包括二氧化硅、PMMA等硬质粒子，或者软质粒子，但是，硬质粒子在增亮膜收卷或装配过程中容易刮伤棱镜层，软质粒子虽然可以有效的保护棱镜层，但是存在如下问题：一是在检测时需要用手拿起增亮膜进行观察，这一过程中很容易在增亮膜上留下指纹，降低成品率；二是造成防粘层硬度和耐摩擦性能的降低，容易在装配过程中在防粘层上产生划伤。
发明内容
为同时解决上述现有增亮板生产技术微结构容易塌陷以及需要设置防刮伤层所存在缺陷，本发明提出了一种增亮型光学板及其制备方法，具体由以下技术实现：
一种增亮型光学板，其一侧面为入光面，另一侧面为出光面，该光学板的出光面具有若干折角为尖角的微结构，并且入光面及出光面的表层具有全氢聚硅氮烷水解生成的二氧化硅材质的保护层。
所述的增亮型光学板，其进一步设计在于，所述微结构为棱柱型、四棱锥型、三棱台型、三棱锥型、圆锥体型。
一种增亮型光学板的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、在热塑性基材颗粒中添加触变剂、全氢聚硅氮烷，搅拌形成均匀混料；
步骤2、将混料在挤出机中加热至预定温度后挤出成板材；
步骤3、在板材的一侧面转印形成微结构；于此同时，在预定的湿度环境以及余热作用下，板材表面的全氢聚硅氮烷分解形成稳定的 Si-O-Si 键，形成二氧化硅保护层。
所述的增亮型光学板的制备方法，其进一步设计在于：步骤1中基材颗粒质量份100份、全氢聚硅氮烷质量份0.1-5份、触变剂质量份0.2-5份、其它助剂1-3份。
所述的增亮型光学板的制备方法，其进一步设计在于：其他助剂包括紫外线吸收剂、光稳定剂、抗氧化剂、抗静电剂、增韧剂中的一种或多种。
所述的增亮型光学板的制备方法，其进一步设计在于：步骤3中采用辊压转印形成所谓微结构，所述微结构为棱柱型、四棱锥型、三棱台型、三棱锥型、圆锥体型和其它几何立体结构型。
所述的增亮型光学板的制备方法，其进一步设计在于：步骤3中，环境相对湿度不小于50%。
所述的增亮型光学板的制备方法，其进一步设计在于：步骤1所述触变剂为气相二氧化硅、有机膨润土、氢化蓖麻油、聚酰胺蜡中的一种或几种按任意比组成。
本发明有益效果在于：
在挤出板材的瞬间，板材自带的余热以及板材所述的相对湿度氛围使得板材中的全氢聚硅氮烷快速水解反应形成硅-氧-硅结构的保护层，一方面使得转印形成的旨在增亮的微结构得以快速保持，不会在后续复合工艺中发生导致辉度增益受损的塌陷；另一方面不需要额外设置降低辉度的防刮伤层。
附图说明
图1是本发明公开的一种增亮板断面结构示意图。
图2是实施例应用的带有微结构的辊筒结构示意图。
图3是全氢聚硅氮烷（PHPS）的分子结构图。
图4是全氢聚硅氮烷在空气、水汽氛围下的反应过程示意图。
图5为本发明实施例切片的电镜图。
图6是只添加触变剂而不添加硅氮烷化合物的对比例的切片电镜图。
图7是触变剂和硅氮烷化合物均不添加的对比例的切片电镜图。
图8是实施例和对比例性能测试数据图表。
实施方式
以下结合说明书附图以及实施例对本发明进行进一步说明：
如图1所示的一种增亮型光学板，其一侧面为入光面，另一侧面为出光面，该光学板的出光面具有若干折角为尖角的微结构1，并且入光面及出光面的表层具有带有硅氧硅键的保护层2，该保护层的厚度为“10nm-10um”。图1是本发明增量型光学板的横截面结构示意图，本实施例中的微结构为三棱锥形成。
所述微结构为棱柱型、四棱锥型、三棱台型、三棱锥型、圆锥体型和其它具有尖角结构的立体形状。
尖锐状的结构有助于将原本处于视角外的光线通过折射、反射有效地向正面集中，其原理在此不做赘述。
实施例所述的增亮型光学板的制备方法，步骤如下：
步骤1、将热塑性基材颗粒质量份100份、全氢聚硅氮烷质量份0.1-5份、触变剂质量份0.2-5份以及其他助剂质量份1-3份；搅拌形成均匀混料。其他助剂包括紫外线吸收剂、光稳定剂、抗氧化剂、抗静电剂、增韧剂中的一种或多种。
其中，热塑性基材颗粒可以为PS (聚苯乙烯)、PC (聚碳酸酯)、PE (聚乙烯)、PP(聚丙烯)、PVC (聚氯乙烯)、PET (聚对苯二甲酸乙二醇酯)、PMMA (亚克力)、MMA (丙烯酸)、环氧树脂、PI（聚酰亚胺）、PBT（聚对苯二甲酸丁二酯）、PPS（聚苯硫醚）、PEEK（聚醚醚酮）、PTFE（聚四氟乙烯）、PCT（聚对苯二甲酸1,4-环己烷二甲醇酯）、TPU（热可塑性聚氨酯）、PVDF（聚偏氟乙烯）、BOPP（聚丙烯薄膜）、FEP（聚全氟乙丙烯薄膜）、PEN（聚萘二甲酸乙二醇酯）、PEI（聚醚酰亚胺）、LCP（工业化液晶聚合物）、PSU（聚砜类塑料）、PES（聚醚砜树脂）、PFA（四氟乙烯-全氟烷氧基乙烯基醚共聚物）、PAI（酰亚胺）、PPO（聚苯醚）、PPSU（聚亚苯基砜树脂）、苯乙烯系、聚烯烃系、聚氨酯系等各种热塑性弹性体、环氧树脂、不饱和聚酯、硅树脂、聚氨酯等、或者以它们为主的共聚物、共混物、聚合物合金等的一种或几种复合材料或改性材料。全氢聚硅氮烷（PHPS）分子结构如图4所示，结合图5所示，其在含有水汽、氧气的常温氛围下即可分解形成硅氧硅键组成的化合物并且释放出氢气和氨气。触变剂为气相二氧化硅、有机膨润土、氢化蓖麻油、聚酰胺蜡中的一种或几种按任意比组成的混合物。
步骤2、将前述混料在挤出机中加热至熔融态后挤出成0.2-3mm厚的板材。
步骤3、在板材的一侧面利用表面带有微结构的辊筒转印形成带有尖角的微结构。微结构为棱柱型、四棱锥型、三棱台型、三棱锥型、圆锥体型或者其它具有尖角从而有稳定增光效果的几何立体结构型。
步骤4、从挤出机出来的带有余热的板材暴露在不小于50%的相对湿度的空气中，实施例中相对湿度控制在50%~90%，板材表面的无机硅氮烷遇水反应形成稳定的 Si-O-Si键形成化合物，从而在板材表面形成带有硅氧硅键的保护层。
实施例1
步骤1、按下列比例，搅拌形成均匀混料；
PS树脂100质量份、全氢聚硅氮烷0.1质量份、聚酰胺蜡触变剂0.2质量份；助剂（紫外线吸收剂、光稳定剂、抗氧化剂、增韧剂）计1质量份；
步骤2、将混料在挤出机中加热至预定温度后挤出成板材；
步骤3、在板材的一侧面转印形成微结构；
步骤4、板材在预定的相对湿度环境下，其表面的全氢聚硅氮烷分解形成稳定的Si-O-Si 键，形成二氧化硅保护层。
实施例2
步骤1、按如下比例，搅拌形成均匀混料；
PS树脂100质量份、全氢聚硅氮烷5质量份、聚酰胺蜡触变剂5质量份；助剂（紫外线吸收剂、光稳定剂、抗氧化剂、增韧剂）计3质量份；
步骤2、将混料在挤出机中加热至预定温度后挤出成板材；
步骤3、在板材的一侧面转印形成微结构；
步骤4、板材在预定的相对湿度环境下，其表面的全氢聚硅氮烷分解形成稳定的Si-O-Si 键，形成二氧化硅保护层。
实施例3
步骤1、按如下比例，搅拌形成均匀混料；
PS树脂100质量份、全氢聚硅氮烷0.2质量份、聚酰胺蜡触变剂1质量份；助剂（紫外线吸收剂、光稳定剂、抗氧化剂、增韧剂）计2质量份；二氧化硅扩散粒子10质量份。
步骤2、将混料在挤出机中加热至预定温度后挤出成板材；
步骤3、在板材的一侧面转印形成微结构；
步骤4、板材在预定的相对湿度环境下，其表面的全氢聚硅氮烷分解形成稳定的Si-O-Si 键，形成二氧化硅保护层。
实施例4
步骤1、按下列比例配料，搅拌形成均匀混料；
PS树脂100质量份、全氢聚硅氮烷2质量份、聚酰胺蜡触变剂1质量份；助剂（紫外线吸收剂、光稳定剂、抗氧化剂、增韧剂）计2质量份。
步骤2、将混料在挤出机中加热至预定温度后挤出成板材；
步骤3、在板材的一侧面转印形成微结构；
步骤4、板材在预定的相对湿度环境下，其表面的全氢聚硅氮烷分解形成稳定的Si-O-Si 键，形成二氧化硅保护层。
对比例1
步骤1、按下列比例配料，搅拌形成均匀混料；
PS树脂100质量份、助剂（紫外线吸收剂、光稳定剂、抗氧化剂、增韧剂）计2质量份。
步骤2、将混料在挤出机中加热至预定温度后挤出成板材；
步骤3、在板材的一侧面转印形成微结构；
对比例2
步骤1、按下表比例，搅拌形成均匀混料；
PS树脂100质量份、全氢聚硅氮烷2质量份、聚酰胺蜡触变剂1质量份；助剂（紫外线吸收剂、光稳定剂、抗氧化剂、增韧剂）计2质量份。
步骤2、将混料在挤出机中加热至预定温度后挤出成板材；
步骤3、在板材的一侧面转印形成微结构；
为了使得本发明的增亮型光学板同时具有一定的混光效果，混料中可以0-100质量份的光扩散粒子。无机光扩散粒子为二氧化硅、碳酸钙、纳米硫酸钡、硒化镉、磷化铟、钙钛矿、二氧化钛、硫酸钡、硫酸镁、氧化铝、硫化铝、氢氧化铝、氧化锆、氧化锌、碳酸钙、镁硅酸盐中的一种或多种。有机光扩散粒子可以是聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸丁酯、聚氨基甲酸酯、聚苯乙烯、聚乙烯、聚酰胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯酸、聚丙烯腈、聚亚胺酯、聚氯乙烯、有机硅树脂中的一种或多种。
图5为本发明实施例切片的电镜图，可见微结构的尖角保持完好。
图6是只添加触变剂而不添加硅氮烷化合物的对比例的切片电镜图，可见微结构基本保持良好，但尖角部位发生了坍塌。
图7是触变剂和硅氮烷化合物均不添加的对比例的切片电镜图，可见微结构基本坍塌，基本产生不了增光效果。
1.防指纹性能的判定：将薄膜的防粘层向上平铺在玻璃板，手上戴上硅胶手套，用力将拇指按在防粘层上，在不同位置随机按下五个点，在三波长灯下观察指纹情况，记录下以下三个等级，其中A和B为合格：（A）五个点都看不见指纹；（B）五个点有一个点看见指纹；（C）五个点有两个以上的点看见指纹。2.铅笔硬度测试：根据标准GB/T6739－2006的方法，利用通过铅笔法测定硬度。3.耐钢丝绒擦伤：测试条件：sw0000#钢丝绒，1000g/cm2，在表面来回摩擦10次，确认涂层有无划伤。4.透光率和雾度测试：使用上海仪电物光WGW光电雾度仪测量透光率和雾度。5.采用辉度测试仪CA210；屏规格M215HJJ-P02；预热时间5分钟；量测角度1° ；电流/电压600mA/39V；温度/相对湿度24.2oC/60%；环境照度10LUX以下。
上述测试结果如图8所示的表格。
Claims (1)
1.一种增亮型光学板的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤1、在热塑性基材颗粒中添加触变剂、全氢聚硅氮烷以及其它助剂，搅拌形成均匀混料；其中，基材颗粒质量份100份、全氢聚硅氮烷质量份0.1-5份、触变剂质量份0.2-5份、其它助剂1-3份；其它助剂包括紫外线吸收剂、光稳定剂、抗氧化剂、抗静电剂、增韧剂中的一种或多种；所述触变剂为气相二氧化硅、有机膨润土、氢化蓖麻油、聚酰胺蜡中的一种或几种按任意比组成；
步骤2、将混料在挤出机中加热至预定温度后挤出成板材；
步骤3、在板材的一侧面转印形成微结构；于此同时，在预定的湿度环境以及余热作用下，板材表面的有机硅氮烷或无机硅氮烷分解形成稳定的 Si-O-Si 键，形成带有硅-氧-硅键的保护层；该步骤中采用辊压转印形成所谓微结构，所述微结构为棱柱型、四棱锥型、三棱台型、三棱锥型、圆锥体型中的任意一种；环境相对湿度不小于50%。
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