專利名稱：一種高清晰納米涂層背投顯示屏的制備方法
技術領域：
本發明涉及一種具有超高清晰度、高亮度、高視角、制備工藝簡便、工 藝穩定性強的納米涂層光學背投顯示屏的制備方法，屬于光電顯示技術領 域。
背景技術：
隨著光電子技術的發展，圖像顯示及其顯示終端成為現代信息傳播和交 流的重要手段。顯示屏幕按其使用特點可分為正投屏幕和背投屏幕。背投屏 幕又稱為透射屏幕，觀察者和放映裝置在屏幕的兩側，屏幕的作用是將放映 的圖像清晰地顯示出來，并向相同的方向投射出來。背投屏幕能夠顯示圖像 是依靠屏幕材料的透光能力、吸收能力、散射能力，圖像的亮度依賴于透過
光的多少，全透過則無圖像， 一定的吸光能力對圖像的對比度是不可缺少的， 而光散射能力是產生高視角的條件。
對于透射屏幕按其結構不同可將其分為三類整體平板式、結構式和表 面涂層式。整體平板式屏幕是指在透明的聚合物平板中，加入特種光吸收和 光散射物質。該類屏幕具有可視角很高、成本較低、對比度較高等主要優點， 但往往亮度和清晰度較低。整體平板式屏幕通常采用聚合澆鑄的方法制備。
結構式透射屏幕由多層膜片組成，主要包括菲涅耳透鏡、中性灰散射層 和柱面透鏡。這類透射顯示屏的亮度系數不太高，可視角適中，由于柱面鏡 有吸光能力很強的黑色柵條，可以很大程度上提高屏幕的對比度，但分辨率 或清晰度往往由此受到限制。由于結構、制備工藝復雜而導致成木很高。結 構式透射屏幕通常采用光學結構幕之間的粘接劑粘結、幕布表面用絲網印 刷、滾涂或刮涂方式涂布一層增透膜或不透光膜。
表面涂層式屏幕是指在透明的聚合物平板表面，印刷或噴涂一種具有特 種光吸收和光散射性質物質的涂層。通過控制涂層的濃度和厚度而使亮度系 數在一個寬泛的范圍內變化，可視角可以很大，圖像清晰度高，對比度適中。 由于其制造方法簡便，成本很低而具有廣闊的應用前景。然而，采用傳統的 涂層材料制備的顯示屏往往存在以下缺點，屏幕的清晰度不高；當可視角很
大時，圖像的亮度往往很低；或當亮度系數很高時，屏幕容易出現中心亮斑 或太陽效應，即圖像的亮度和可視角很難達到一個較好的配合，從而影響了 觀看效果。究其原因，在于采用傳統的印刷或噴涂制備方法往往工藝參數選 擇不恰當、光吸收和光散射物質選擇不恰當，如噴涂粒子粒徑較大而造成的。 選擇納米材料作為光吸收和光散射材料應用于背投顯示屏在國內始見 于專利CN 1641478A、 CN 1327171A、 CN 1392163A、 CN 1677230。中國專 利CN 1641478A公開了一種光成像功能膜，采用聚乙烯等為主體材料，Ti02、 Si02、氧化鐵、云母等納米微粒以一定比例分散于主體材料中，形成 1 10nm的超微球結構。在專利CN 1327171A中，采用將納米粉體與主體 材料均勻混合，聚合成無源圖像光材料；在專利CN 1392163A中，發明人 在CN 1327171A基礎上加入了增塑劑，制備成柔性軟屏，可巻曲；專利CN 1677230在前兩個專利基礎上，進一步改進了制備的工藝方法。以上這些制 備方法均采用了納米粉體材料，但制備的是整體平板式顯示屏，而非涂層式 背投顯示屏。
在制備涂層式背投顯示屏中，往往采用絲網印刷、滾涂或刮涂的工藝方 法，在結構幕之間采用透光或不透光的粘接劑進行粘結。如專利CN1428649、 CN 1350510、 US 6,369,944 (April 9, 2002)中所述。在US 6,369,944專利涉 及了涂層式正投和背投顯示屏，顯示屏包括基底和光擴散涂層，涂層包含了 具有一定折射率的基體和與基體具有不同折射率的涂層微粒。這些專利中采 用的涂層材料不是納米粒子，圖像的清晰度普遍不高。
在美國專利US 6,869,195 (March 22， 2005)中，提到了采用包括光吸收 和透明層的光透射膜，屏幕具有微結構的前表面和后表面。在透明層的微結 構后表面上，有一層光學涂層薄膜。美國專利US 7,046,439 (May 16， 2006) 闡述了填充粒子粒徑小于100nm的光學膜的制備方法，納米微粒為微珠， 該光學膜表面粗糙度Ra在3 200lxm，同時為了增加光散射效應，光學膜還 采用了菲涅爾微透鏡結構。
從以上相關的專利文獻中可以看出，納米材料盡管有應用于透射顯示屏
中的事例，但都是針對整體澆鑄式(CN 1641478A、 CN 1327171A、 CN 1392163A、 CN 1677230， US 7,046,439);而涂層透射顯示屏(US 6,369,944、 US 6,869,195)中采用的粒子粒徑不是納米級，其分辨率具體數值沒有給出。 而有關涂層背投顯示屏的制備工藝方法還很少見諸報道。
隨著背投顯示屏使用環境的日益多樣化，對屏幕的性能指標要求越來越 高。目前對背投顯示屏的一個重要的性能指標要求是圖像非常細膩豐富，分 辨率要很高，亮度和可視角在一定范圍內能夠調整并相互協調。本發明基于 光散射填料粒子與入射光的相互作用原理，結合納米材料的粒徑特點以及由 此而產生的特殊的光學效應，探索制備功能納米涂層背投顯示屏的新工藝和 新途徑，以期獲得具有超高分辨率、高亮度系數和大可視角的背投顯示屏。
發明內容
本發明的目的是提供一種具有超高清晰度、高亮度、高視角的納米涂層 背投顯示屏的制備方法。
本發明的技術方案如下
選擇透明基片和包括光散射填料在內的納米涂層；選擇具有一定折射 率、 一定粒徑的光散射填料納米粉體；將納米粉體與分散劑混合分散均勻， 并按比例加入到成膜劑、稀釋劑、增灰劑中，進行充分砂磨至混合均勻。對 透明基片進行預磨或打毛預處理；將混合濁液注入噴槍噴嘴中，將混合濁液 注入噴槍噴嘴中，逐行、逐層對基片進行噴涂。
基片材料選擇聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、玻璃等 透明材料；
散射光的強弱取決于涂層中填料和形膜劑的折射率之差，折射率差值越 大，則光的散射性能越強，得到可視角越大。為了增大光的散射性能和屏幕 的可視角，本發明選擇折射率高且其透明的波長范圍涵蓋可見光波長范圍 (0.4-0.8 um)的粉體材料。所述粉體材料折射率優選為1.5~3，較優為 1.8~2.8，最優為1.9~2.5。
光散射填料納米粉體包括氧化釔、氧化鈰、氧化鑭等稀土氧化物、氧化 硅、氧化鋁、氧化鈦、氧化鋅、硫化鋅、氧化鋯、稀土三基色氧化物、硫酸
鋇、碳酸鋇、鈦酸鋇等鋇鹽。
所述的制備方法，選擇光散射填料是氧化釔、氧化鈰、氧化鑭稀土氧化 物中的一種。
所述的制備方法，選擇光散射填料為氧化硅、氧化鋁、氧化鈦、氧化鋅、 氧化鋯、硫化鋅、稀土三基色氧化物、硫酸鋇、碳酸鋇、鈦酸鋇等鋇鹽中的 一種。
所述的制備方法，選擇稀土氧化物和氧化物中的某兩種混合物。 光散射粉體材料的粒度尺寸對屏幕性能也有影響。當粉體粒度很大時， 光線的透過率大大降低，亮度系數或增益受到影響。根據入射光與光散射填 料的相互作用原理，選擇較小的合適的粉體尺寸。所述粉體粒徑優選為
80 300nm，較優為100 250nm,最優選為150 200nm。
所述的稀土氧化物光散射填料包括氧化釔、氧化鈰、氧化鑭、氧化鈦等 氧化物采用共沉淀法制備。所述的光散射填料為BaTi03、 BaS04等鋇鹽，采 用熱處理方法，加熱溫度為700~800°C，保溫時間為1 4小時制備。
所述納米粉體光散射填料的含量為3 ~ 10wt%。
所述的光散射填料還包括成膜劑和稀釋劑，其中成膜劑和稀釋劑的比例 為1: 1 2: 1。所述的成膜劑為硝基清漆、丙烯酸時，稀釋劑為稀料；成膜 劑為聚乙烯醇縮丁醛時，稀釋劑為酒精。
所述的光散射填料還包括氟碳類分散劑，加入量為0.1~0.3wt%。增灰 劑可以是高色素碳黑、汽車黑漆、石墨中的任何一種，加入量為0.05~0.2wt%。
所述的制備方法是對基片進行預磨處理，包括噴砂打毛和金剛石研磨膏 預磨，以增加顯示屏的光散射性能。
所述的制備方法將納米粉體與分散劑混合分散均勻，并按一定比例加入 到成膜劑、稀釋劑、增灰劑中，進行充分砂磨至混合均勻，得到噴涂濁液。
所述的制備方法，噴槍噴涂速度為5-10m/s，以使濁液霧化均勻。由于 屏幕較大，噴斑尺寸往往遠小于屏幕尺寸。噴涂時采用噴槍沿屏幕逐行噴涂 的方式，每一行與上一行重疊1/4噴斑，直至噴涂完成整塊屏幕，形成一層 涂層。在每一行噴涂后，靜置幾分鐘待稀釋劑揮發，形膜劑固化，進行下一 行噴涂。在進行第二層噴涂時，改變與上一層兩行噴斑重疊的位置，以使整
體涂層均勻。重復噴涂3 5層。膜層總厚度不大于10um，以屏幕不透光、 無中心亮斑為準。
本發明的有益效果在于與現有的表面涂層光學顯示屏、整體澆注式以 及結構式屏幕的制備方法相比，本發明采用了一定折射率、粒徑在納米級的
光散射填料，根據所選材料和粒徑能夠使透光性和散射性能在一定范圍內調 整，制備工藝簡便、工藝重復性好、涂層均勻、自動化控制程度高、涂層和 基片粘結強度高，噴涂不受原始屏幕形狀和尺寸的限制，是大屏幕、拼接屏 幕和異形屏幕的首選。根據本發明制備的納米涂層以及由此制備的背投顯示 屏，利用納米材料特殊光效應獲得具有高清晰度、高亮度、高視角、低成本 的顯示屏，開辟了制備高清晰涂層式背投顯示屏的新途徑。
具體實施例方式
屏幕光學性能的測試根據相應的機械行業標準(JB/T8380-2001)進行。 性能指標包括亮度系數e、有效散射角(也稱可視角)2ci、對比度、清晰 度或分辨率、色彩還原性、光學均勻性等。其中可視角2a是屏幕透射亮度 以00觀看角的亮度值為基準、其亮度下降不大于50%的水平觀看角cl的兩 倍。該角度的度量屏幕法線為基準，法線一側為a，兩側就是2a。
在所述顯示屏的性能表征中，由于亮度系數普遍較高，在高亮度的條件 下用可視角2d來評價屏幕性能并不是很科學的。因為目前用可視角2ci來 評價屏幕性能是基于以往制備技術水平和所能達到的屏幕性能。就目前的技 術水平來說，當可視角符合行業標準目標時，屏幕的亮度系數還能很高，觀 看者仍能看到非常明亮的圖像。因此行業標準規定的2a角已不太適應人們 目前對屏幕性能評價的要求。
因此，基于目前的需要和技術水平，本發明提出有效可視角2cn的概 念來表征屏幕的性能。有效可視角2h表示銀幕透射亮度以0"見看角的亮 度值為基準、其亮度系數或增益下降到1的水平觀看角a,的兩倍。該角度 的度量以屏幕法線為基準，法線一側為c^，兩側就是2d"
在實際屏幕中，當3=1時，有效可視角2h—般高于2ct 。此時3=1 的屏幕位置上的亮度還高于漫散射屏幕的亮度，在實際觀看中，觀看者仍能
看到十分清晰的圖像。因此，在以下的屏幕性能表征中，同時采用了可視角
2a和有效可視角2a i兩種指標來表征屏幕的光學性能。 實施例1:
采用共沉淀法制備平均粒徑在150nm左右的La203納米粒子。 在PMMA透明基片上，對基片表面進行噴砂預處理，形成均勻打毛層。 將175ml硝基清漆+175ml稀料+10wt。/。La203 +0.3^^%分散劑+0.2賈1%高色素 碳黑增灰劑進行砂磨一小時得到均勻混合濁液，將濁液倒入噴槍中。采用 5m/s速度噴涂，濁液需霧化充分。噴涂時采用噴槍沿屏幕逐行噴涂的方式， 每一行與上一行重疊1/4噴斑，直至噴涂完成整塊屏幕，形成一層涂層。在 每一行噴涂后，靜置幾分鐘待稀釋劑揮發，形膜劑固化，進行下一行噴涂。 在進行第二層噴涂時，改變與上一層兩行噴斑重疊的位置，以使整體涂層均 勻。重復噴涂5層。測試顯示屏的光學特性，得到亮度系數為6，可視角 2a為4(T，有效可視角2ct i為120°,分辨率為120線對/mm。 實施例2:
采用共沉淀法制備粒徑在120nm左右的Y203納米粒子。 重復實施例1中的各步驟。但以Y203粉體來取代La203。將200ml聚 乙烯醇縮丁醛基漆+150ml酒精+8 wt % Y203 +0.3*1%分散劑+0.1 〖％高色素 碳黑增灰劑進行砂磨得到均勻濁液。采用5m/s速度噴涂，重復噴涂4層。 測試顯示屏的光學特性，得到亮度系數為6，可視角2a為25°，有效可視 角2 a i為60° ，分辨率為120線對/mm。 實施例3:
采用共沉淀法制備粒徑在200nm左右的1102納米粒子。 重復實施例1中的各步驟。但在PC透明基片上，采用金剛石研磨膏對 基片表面進行預磨處理。將175ml丙烯酸基漆+175ml稀料+5wt。/。 Ti02粉 +0.2^%分散劑+0.15*1°/。高色素碳黑增灰劑進行砂磨半小時得到均勻濁液。 采用10m/s速度噴涂，重復噴涂5層。測試顯示屏的光學特性，得到亮度系 數為4，可視角2a為50°，有效可視角2a i為90°，分辨率為120線對/mm。 實施例4:
采用熱處理方法制備獲得平均粒徑為300nm的BaS04。
重復實施例l中的各步驟。在PC透明基片上，采用噴砂對基片表面進 行處理，形成均勻的打毛層，將350ml硝基清漆+170ml稀料+10wt。/。BaSO4 粉+0.3wt。/。分散劑+0.2wt。/。高色素碳黑增灰劑進行砂磨一小時得到均勻濁 液。采用10m/s速度噴涂，重復噴涂3層。測試顯示屏的光學特性，得到亮 度系數為5.6，可視角2a為36°，有效可視角2c^為120°，分辨率為120 線對/mm。
實施例5:
采用平均粒徑為150nm的La203 +平均粒徑為200nm的Ti02的混合粉 體作為光散射填料。
重復實施例l中的各步驟。在PC透明基片上，采用噴砂對基片表面進 行預處理，形成均勻打毛層，將170ml硝基清漆+170ml稀料+8wt。/。 La203+2wt% TiO2+0.3wt。/。分散劑+0.2wtn/。高色素碳黑增灰劑進行砂磨一小 時得到均勻濁液。采用10m/s速度噴涂，重復噴涂3層。測試顯示屏的光學 特性，得到亮度系數為2.9，可視角2ct為42、有效可視角2cn為60。，分 辨率為120線對/mm。
實施例6:
采用平均粒徑為80nm的Ce02 +平均粒徑為200nm的Si02的混合粉體 作為光散射填料。
重復實施例l中的各步驟。在PC透明基片上，采用噴砂對基片表面進 行預處理，形成均勻打毛層，將170ml硝基清漆+170ml稀料+7wt。/。 Ce02+2wt% Si02+0.3wt。/。分散劑+0.2wt。/o高色素碳黑增灰劑進行砂磨一小時 得到均勻濁液。采用5m/s速度噴涂，重復噴涂3層。測試顯示屏的光學特 性，得到亮度系數為4，可視角2d為30、有效可視角2^為46°，分辨率 為120線對/mm。
通過所述制備方法制備的涂層式顯示屏的亮度系數在2~6之間調整，無 亮斑或太陽效應；大可視角，在無柱面鏡和高亮度條件下，可視角在2545 80°之間，有效可視角(增益為1時的可視角)在50 °~150°之間；高清晰 度，分辨率達到110線對/mm，優于目前整體式和結構式背投顯示屏。
權利要求
1.一種高亮度、大可視角、超高清晰度納米涂層背投顯示屏的制備方法，其特征在于該方法包括以下步驟(1)選擇透明基片和包括光散射填料在內的功能納米涂層；(2)選擇一定折射率范圍、一定粒徑的光散射填料納米粉體；(3)將納米粉體與分散劑混合分散均勻，并按比例加入到成膜劑、稀釋劑、增灰劑中，進行充分砂磨至混合均勻；(4)對透明基片進行預磨或打毛預處理；(5)將混合濁液注入噴槍噴嘴中，逐行、逐層對基片進行噴涂。
2. 如權利要求1所述的一種納米涂層背投顯示屏的制備方法，其特征在 于選擇透明基片的透明度》90%，該透明基片選自包括聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)在內的有機透明材料及玻璃透明材料。
3. 如權利要求1所述的一種納米涂層背投顯示屏的制備方法，其特征在 于光散射填料的折射率為1.5 3;所述粉體粒徑為80 300nm。
4. 如權利要求1或3所述的一種納米涂層背投顯示屏的制備方法，其 特征在于納米粉體光散射填料包括氧化釔、氧化鈰、氧化鑭等稀土氧化物、氧化硅、氧化鋁、氧化鈦、氧化鋅、硫化鋅、氧化鋯、稀土三基色氧化物、 硫酸鋇、碳酸鋇、鈦酸鋇等鋇鹽，填料可以為其中一種粉體，也可以為兩種 粉體的混合物。
5. 如權利要求1所述的一種納米涂層背投顯示屏的制備方法，其特征在 于釆用5 10m/s噴涂速度，逐行、逐層進行噴涂3 5層，涂層總厚度小于 10u m。
6. 如權利要求1所述的一種納米涂層背投顯示屏的制備方法，其特征在于光散射填料所占功能納米涂層濁液的比例為3~ 10wt%。
7. 如權利要求1所述的一種納米涂層背投顯示屏的制備方法，其特征 在于功能納米涂層還包括成膜劑和稀釋劑，其中成膜劑和稀釋劑的比例為 1: 1 2: 1;成膜劑為硝基清漆、丙烯酸時，稀釋劑為稀料；成膜劑為聚乙 烯醇縮丁醛時，稀釋劑為酒精。
8. 如權利要求1所述的一種納米涂層背投顯示屏的制備方法，其特征 在于功能納米涂層還包括氟碳類分散劑和高色素碳黑、汽車黑漆等增灰劑。
9.如權利要求l、 3或4之一所述的一種納米涂層背投顯示屏的制備方 法，其特征在于光散射填料為稀土氧化物或氧化物時采用共沉淀法制備； 光散射填料為鋇鹽時，采用熱處理方法制備。
全文摘要
本發明涉及一種超高清晰功能納米型涂層背投顯示屏的制備方法，屬于光電顯示技術領域。背投顯示屏包括透明基片和包括光散射填料在內的功能納米涂層；選擇具有一定折射率的某些稀土氧化物、氧化物和鋇鹽，平均粒徑約為幾十～三百納米的光散射填料納米粉體；將納米粉體與分散劑混合分散均勻，并按比例加入到成膜劑、稀釋劑、增灰劑中，進行充分砂磨至混合均勻。對透明基片進行預磨或打毛預處理；將混合濁液注入噴槍噴嘴中，采用5～10m/s速度，逐行、逐層對基片噴涂3～5層，涂層總厚度小于10μm。基片選用聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯和玻璃等透明材料。形膜劑選用硝基清漆、丙烯酸或聚乙烯醇縮丁醛，稀料、酒精為稀釋劑，分散劑選用氟碳類分散劑，增灰劑選用高色素碳黑、汽車黑漆或石墨。
文檔編號C08J7/00GK101114117SQ20071012014
公開日2008年1月30日 申請日期2007年8月10日 優先權日2007年8月10日
發明者琳 王, 王書俊, 鐘家湘, 斌 馬 申請人:北京理工大學