專利名稱：一種導光膜及其制備方法
一種導光膜及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種導光膜及其制備方法，尤其是一種無網點導光膜及其制備方法。背景技術：
液晶本身不發光，必須為其配備相應的照明系統。背光模組中通常包括電光源、導 光膜、光學膜片和邊框幾部分。導光膜是背光器件中不可缺少的組成部分，其作用是改變光 線的整體傳播方向。附在導光膜側面電光源發出的光線射入其中，將由其正面出射對液晶 面板進行照明。導光膜技術的不斷改良是背光技術水平不斷提高的重要途徑。導光膜按其工作原理的不同可分為印刷型、注塑成型型和光散射聚合物型。印刷 型導光膜通常用反射率高的物質混合制成的墨水，在導光膜底部印刷成網點圖案。可以將 射向下表面的光線吸收再放出。利用此性質可改變光線的傳播方向，而使光線不再滿足全 反射條件而射出導光膜。但因散射角過大，印刷點亮度對比高，從而為達到光線均勻出射的 目的，就必須選用較厚的擴散膜，這會使得光線能量在導光膜中被大量消耗，使背光組件的 照明亮度降低。并且，網點的設計比較復雜，制成導光膜后尺寸不可再改變。為了克服上述問題，現有技術中通常采用光散射聚合物導光膜。光散射聚合物導 光膜在工作原理上較傳統的印刷型導光膜和注塑成型型導光膜有所不同。光散射聚合物導 光膜基材中均勻摻雜了與導光膜基材折射率不同的其他材料的顆粒。光線在這些顆粒上通 過散射改變傳播方向，側向散射光射出導光膜，不能射出的前向散射光線也會繼續向導光 膜遠端傳播，進行下一次散射。光的散射發生在整個導光膜中而不僅是導光膜底面，所以光 線在導光膜中傳播路徑更短，光線利用效率更高。光散射聚合物導光膜的出射光均勻性可 以達到很好，可不再使用擴散膜從而降低了光線通過擴散膜的吸收損失。在上述導光膜基體材料通常為聚碳酸酯(PC)或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，這類 材料透光性好，但是，由于它們硬度高，較脆且不易彎曲，耐候性不夠，當以這些材料作為導 光膜基體應用到背光模組，尤其是按鍵背光模組中時，手感生硬，使用壽命低。
發明內容為了克服現有技術中的導光膜手感差的問題，本發明公開了一種導光膜及其制備 方法，該導光膜手感好，耐候性好。本發明公開的導光膜包括基體和分散于基體中的無機散射顆粒，其中，所述基體 為硅膠，所述無機散射顆粒的平均粒徑為5-lOOOnm。另外，本發明還公開了上述導光膜的制備方法，包括a、將硅膠料、硅膠稀釋劑、無機散射顆粒混合，得到硅膠預聚液；其中，無機散射顆 粒的平均粒徑為5-1000nm ；b、將硅膠預聚液進行成型固化處理，得到導光膜。發明人發現，硅膠中分子鏈的主鏈十分柔順，使硅膠整體呈現出良好的手感。硅膠 的分子鏈中含有大量的硅氧鍵-Si-o-，無雙鍵存在，因此不易被紫外光和臭氧所分解，使硅
3膠具有比其他高分子材料更好的熱穩定性以及耐輻照和耐候能力。但是，硅膠的力學性能 不夠高，從而在一定程度上限制了硅膠的應用。本發明的發明人通過大量實驗意外的發現，通過將現有技術中常用的無機散射顆 粒添加到硅膠中，制備成膜后，能作為光散射聚合物型導光膜代替現有的導光膜使用，手感 好，并且該導光膜的力學性能相比于現有硅膠，有了極大的提高。由于透明的硅膠中分散有無機散射顆粒，光源發出的光進入硅膠基體內，通過無 機散射顆粒的散射作用使光線均勻化，并向出光面射出，即相當于現有的光散射聚合物型 導光膜，并且該導光膜的手感好。同時，硅膠的分子鏈中含有大量的硅氧鍵-Si-o-，使無機 散射顆粒在硅膠中能良好的分散。并且，分散于硅膠中的無機散射顆粒能與硅膠很好的相 容，無機散射顆粒與硅膠之間的結合力好，對提高硅膠的力學性能十分有利，從而使該導光 膜的力學性能得到提高，克服了硅膠作為導光膜使用的一個極大缺陷。同時，該力學性能好 的硅膠導光膜的使用壽命能得到較大提高。
具體實施方式
為了使本發明所要解決的技術問題、技術方案及有益效果更加清楚明白，以下對 本發明進行進一步詳細說明。本發明公開的導光膜包括基體和分散于基體中的無機散射顆粒，其中，所述基體 為硅膠，所述無機散射顆粒的平均粒徑為5-lOOOnm。根據本發明，基體材料所用的硅膠為現有技術中的有機硅膠，優選情況下，所述硅 膠的透光率為90 % -99. 9 %，進一步優選為92-98 %。本發明中，透光率是指對上述硅膠 基體進行光照，透過硅膠基體的光量與投射到硅膠基體表面的光總量之比。作為光源發出的光線傳播的介質和對光線進行調整的工具，通常導光膜基體本身 的性質對最后制得的導光膜的性能影響非常大。由于光線在傳播過程中，能量會有一定的 損失，但這種損失是不可避免的。降低這種損失是提高導光膜出光亮度的一個有效手段。光 線在有機材料中傳播時的光損失要比在空氣中傳播的損失大，所以縮短光線在導光膜中的 傳播路程可提高導光膜的出光亮度。在本發明公開的導光膜中分散有平均粒徑為5-lOOOnm 的無機散射顆粒，能極大的減少光線在導光膜中的行程，提高了導光膜的亮度。同時，本發 明公開的導光膜基體材料選用的是硅膠，尤其是透光率為90% -99. 9%的硅膠，更有利于 提高導光膜的出光亮度。根據本發明，所述無機散射顆粒的平均粒徑為5-lOOOnm，優選為30-400nm。常規 的光散射聚合物導光膜中，無機散射顆粒起到作用為改變光線的傳播方向，即散射光線。而 光線實際上是具有一定波長的光波，如果無機散射顆粒的粒徑過大，散射光線的效果不好。 本發明的發明人發現，當采用的無機散射顆粒的平均粒徑在上述范圍內是，無機散射顆粒 不但能對光線進行有效的散射，同時，該分散于導光膜基體中的無機散射顆粒能起到增強 的作用，提高作為基體材料的硅膠的力學性能。作為進一步的優選情況，上述無機散射顆粒的折射率為1.45-2. 9，更優選為 1.5-2.6。在本發明中，采用的無機散射顆粒選自氧化硅、氧化鋁、氧化鈦、氧化鈣中的一種 或多種。如前文所述，平均粒徑和折射率在上述范圍內的無機散射顆粒可通過商購得到，
4如杭州萬景新材料有限公司生產的氧化鈦VK-T01-66。在本發明公開的導光膜中，以所述硅膠的重量為基準，所述無機散射顆粒的含量 為0.01-10wt%，優選為0.01-2wt%。由于導光膜主要作用是傳導光線，故應盡量減少光線 能量在導光膜中的損失。發明人發現，當無機散射顆粒的含量在上述范圍內時，對提高出光 亮度和均勻性，改善硅膠基體的力學性能更有利。本發明公開的導光膜在制備時無需考慮尺寸，即可先制備大尺寸的導光膜，然后 根據實際使用需要對導光膜進行裁切得到合適尺寸的適合使用的導光膜。目前，背光模組均朝著薄型化和輕型化的方向發展，而作為背光模組中的關鍵組 件，導光膜的厚度在一定程度上決定了背光模組的厚度。本發明公開的導光膜的厚度為 150-400um，優選為300_400um。通常，厚度對導光膜的出光亮度和均勻性都有一定的影響， 如果厚度過小，導光膜無法將光線有效的導出。而如果導光膜的厚度過大，則容易增加光線 能量在導光膜中的損耗。在本發明中，在厚度很低的情況下，導光膜仍然能將光線有效的導 出，導光膜的出光亮度和均勻性都好。同時，本發明還公開了一種導光膜的制備方法，包括a、將硅膠料、硅膠稀釋劑、無機散射顆粒混合，得到硅膠預聚液；其中，無機散射顆 粒的平均粒徑為5-1000nm ；b、將硅膠預聚液進行成型固化處理，得到導光膜。上述硅膠料為本領域常用的有機硅膠料。優選情況下，所述硅膠料的透光率為 90% -99.9%，進一步優選為92-98%。根據本發明，硅膠料的透光率可以在購買時進行選 擇，即上透光率在上述范圍內的硅膠料可通過商購得到，如聚合電子材料有限公司生產的 光學透明硅膠。在本發明中，硅膠料在制備成為導光膜后，其透光率基本上不會產生變化， 可認為硅膠料的透光率即為最后導光膜的硅膠基體的透光率。在本發明公開的導光膜的制備方法中，所述硅膠稀釋劑為本領域常用的各種硅膠 稀釋劑，如所述硅膠稀釋劑選自石油醚、溶劑油、甲苯中的一種或多種。上述制備方法中，將硅膠料、硅膠稀釋劑、無機散射顆粒混合時，硅膠料、硅膠稀釋 劑、無機散射顆粒的含量可以在較大范圍內變動，優選情況下，以所述硅膠料含量為基準， 所述硅膠稀釋劑含量為100-500wt%，所述無機散射顆粒的含量為0.01-10wt% ；進一步優 選為以所述硅膠料含量為基準，所述硅膠稀釋劑含量為100-250wt %，所述無機散射顆粒的 含量為0.01-2wt%。在制備成導光膜的過程中，硅膠稀釋劑會揮發。在通過該方法制備 得到的導光膜中，無機散射顆粒相對于硅膠料的含量可認為不變，即在將硅膠料、硅膠稀釋 劑、無機散射顆粒混合時，無機散射顆粒的含量即為最后得到的導光膜中無機散射顆粒的 含量。上述無機散射顆粒的平均粒徑為5-lOOOnm。同時，該無機散射顆粒的折射率如前文 所述，在此不再贅述。根據本發明，上述混合方法為本領域常用的方法，如可以在高速混合機中進行混 合，得到硅膠預聚液。上述混合條件可以為室溫下，混合3-lOmin。所述高速混合機為本 領域常用的高速混合機，如張家港市宏基機械有限公司生產的SHR-5A高速混合機。優選情 況下，在混合后還包括對得到硅膠預聚液進行超聲分散。超聲分散條件可以為在28-100千 赫茲超聲環境中分散3-4小時。所述超聲環境為將裝硅膠預聚液的容器置于超聲波清洗機 中進行，所述超聲波清洗機由深圳市區興泰機電設備有限公司生產，型號為30000310。
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作為對本發明公開的制備方法的進一步優選，在得到硅膠預聚液后或者在上述超 聲分散后，進行成型固化處理前，還包括對硅膠預聚液進行減壓蒸餾處理。所述減壓蒸餾處 理的為本領域常用的減壓蒸餾處理。在本發明中，所述成型固化處理包括將硅膠預聚液置于模具中，在120-180°C下 熱處理2-lOmin，即可得到所述導光膜。具體的，所述成型固化處理方法可以為將預聚液 注射到一定尺寸模具型腔當中，然后把模具放置在溫度為120-180°C熱壓成型機上，加熱處 理2-lOmin。最后揭模，即可得到導光膜。或者，所述成型固化處理方法可以為將硅膠預聚液均勻地涂覆平面基板如玻璃、 金屬平板上。在真空條件下，連續除泡l-5min。然后在溫度為120-180°C的烘箱中，熱處理 2-lOmin。最后揭模，即可得到導光膜。通過上述方法可以制備厚度為150-400um的導光膜。具體的控制導光膜厚度的方 法可以通過調整模具或者涂覆的硅膠預聚液的量來控制，該方法為本領域技術人員所公知 的。通過本發明公開的方法制備的導光膜在保持了良好的出光亮度和均勻性的情況 下，具有良好的手感和優異的力學性能。同時，本發明公開的方法工藝簡單，并且克服了現 有注塑的缺陷，可制備厚度更小的導光膜。下面通過實施例對本發明作進一步的說明。實施例1本實施例用于說明本發明公開的導光膜及其制備方法。1、制備硅膠預聚液將100重量份硅膠料(聚合電子材料有限公司生產的光學透明硅膠LM1470，透光 率為90% )、300重量份石油醚、11重量份二氧化鈦(杭州萬景新材料有限公司生產的二氧 化鈦納米粉體，折射率為3. 0、平均粒徑為500nm)置于高速混合機中混合5min。得到硅膠 預聚液Al。2、制備導光膜將硅膠預聚液Al注射到模具型腔當中，然后把模具放置在溫度為160°C熱壓成型 機上，加熱處理8min。最后揭模，得到厚度為200um的導光膜Si。實施例2本實施例用于說明本發明公開的導光膜及其制備方法。1、制備硅膠預聚液將100重量份硅膠料(邁圖高薪材料集團公司生產的LSR2670，透光率為93% )、 120重量份石油醚、0. 5重量份二氧化硅(萬景新材料公司生產的二氧化硅，折射率為2. 7、 平均粒徑為50nm)置于高速混合機中混合5min。得到硅膠預聚液A2。2、制備導光膜將硅膠預聚液A2裝于容器中，將容器置于超聲分散機中，在50千赫茲超聲環境中 分散3小時，得到超聲分散后的硅膠預聚液。將超聲分散后的硅膠預聚液均勻地涂覆玻璃上。在真空條件下，連續除泡4min。 然后在溫度為150°C的烘箱中，熱處理3min。最后揭模，得到厚度為300um的導光膜S2。實施例3
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本實施例用于說明本發明公開的導光膜及其制備方法。1、制備硅膠預聚液將100重量份硅膠料(邁圖高薪材料集團公司生產的LSR2670，透光率為95% )、 200重量份甲苯、1. 5重量份三氧化二鋁(萬景新材料公司生產的改性納米氧化鋁，折射率 為1. 6、平均粒徑為200nm)置于高速混合機中混合8min。得到硅膠預聚液A3。2、制備導光膜將硅膠預聚液A3裝于容器中，將容器置于超聲分散機中，在50千赫茲超聲環境中 分散3小時，得到超聲分散后的硅膠預聚液。將超聲分散后的硅膠預聚液進行減壓蒸餾處理，得到減壓蒸餾處理后的硅膠預聚 液。將減壓蒸餾處理后的硅膠預聚液注射到模具型腔當中，然后把模具放置在溫度為 150°C熱壓成型機上，加熱處理4min。最后揭模，得到厚度為380um的導光膜S3。實施例4本實施例用于說明本發明公開的導光膜及其制備方法。1、制備硅膠預聚液將100重量份硅膠料(邁圖高薪材料集團公司生產的LSR2670，透光率為96% )、 150重量份石油醚、1重量份二氧化鈦(杭州萬景新材料有限公司生產的二氧化鈦納米粉 體，折射率為2. 0、平均粒徑為300nm)置于高速混合機中混合6min。得到硅膠預聚液A4。2、制備導光膜將硅膠預聚液A4裝于容器中，將容器置于超聲分散機中，在50千赫茲超聲環境中 分散3小時，得到超聲分散后的硅膠預聚液。將超聲分散后的硅膠預聚液進行減壓蒸餾處理，得到減壓蒸餾處理后的硅膠預聚 液。將減壓蒸餾處理后的硅膠預聚液注射到模具型腔當中，然后把模具放置在溫度為 160°C熱壓成型機上，加熱處理5min。最后揭模，得到厚度為350um的導光膜S4。對比例1本對比例用于對比說明本發明公開的導光膜及其制備方法。本對比例公開的方法與實施例4相同，不同的是硅膠預聚液中不含有二氧化鈦， 且模具型腔中帶有導光網點，得到導光膜D1。對比例2本對比例用于對比說明本發明公開的導光膜及其制備方法。導光膜的制備方法與實施例4相同，不同的是，上述二氧化鈦的平均粒徑為2um， 得到厚度為350um的導光膜D2。性能測試對實施例1-4和對比例1-2制備得到的產品S1-S4、D1-D2進行如下性能測試1、拉伸強度測試采用GB13022方法測定材料的拉伸強度；2、硬度測試按照ASTM D2240方法測定材料的硬度；
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3、出光均勻性及出光亮度測試將S1-S4、D1-D2制備成同一規格(4cmX5cm)的導光膜，在日本拓普康Bm_7亮度 色度計中進行測試。測量時，工藝的均采用同一電壓、同一電流，測試輸入電壓DC6. 4V，電流 18mA。得到的測試結果如表1所示。表 1
樣品拉伸強度硬度出光均勻性出光亮度Sl9. 7Mpa68° A38%49cd/m2S210. 3Mpa73° A43%55cd/m2S310.8Mpa71° A46%57cd/m2S411. 3Mpa70° A48%58cd/m2Dl6. 9Mpa65° A40%43cd/m2D212. 6Mpa75° A14%15cd/m2 從表1中的測試數據可以看出，本發明公開的導光膜具有良好的出光均勻性和出 光亮度的情況下，拉伸強度也得到的很大提升。并且，導光膜的硬度相比于添加無機散射顆 粒之前，并未明顯增加，仍能保持良好的手感。
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權利要求
1.一種導光膜，包括基體和分散于基體中的無機散射顆粒，其中，所述基體為硅膠，所 述無機散射顆粒的平均粒徑為5-lOOOnm。
2.根據權利要求1所述的導光膜，其中，所述硅膠的透光率為90%-99. 9%。
3.根據權利要求1或2所述的導光膜，其中，所述無機散射顆粒的折射率為1.45-2.9。
4.根據權利要求1或2所述的導光膜，其中，以所述硅膠的重量為基準，所述無機散射 顆粒的含量為0. Ol-IOwt%。
5.根據權利要求1或2所述的導光膜，其中，所述無機散射顆粒選自氧化硅、氧化鋁、氧 化鈦、碳酸鈣中的一種或多種。
6.根據權利要求1所述的導光膜，其中，所述導光膜的厚度為150-400um。
7.一種導光膜的制備方法，包括a、將硅膠料、硅膠稀釋劑、無機散射顆粒混合，得到硅膠預聚液；其中，無機散射顆粒的 平均粒徑為5-1000nm ；b、將硅膠預聚液進行成型固化處理，得到導光膜。
8.根據權利要求7所述的制備方法，其中，所述硅膠稀釋劑選自石油醚、溶劑油、甲苯 中的一種或多種。
9.根據權利要求7所述的制備方法，其中，以所述硅膠料含量為基準，所述硅膠稀釋劑 含量為100-500wt%，所述無機散射顆粒的含量為0. 01-IOwt %。
10.根據權利要求7或9所述的制備方法，其中，所述成型固化處理包括將硅膠預聚 液置于模具中，在120-180°C下熱處理2-lOmin，即可得到所述導光膜。
全文摘要
本發明涉及一種導光膜及其制備方法。該導光膜包括基體和分散于基體中的無機散射顆粒，其中，所述基體為硅膠，所述無機散射顆粒的平均粒徑為5-1000nm。本發明公開的導光膜具有良好的手感，并且具有良好的出光均勻性和出光亮度的情況下，拉伸強度也得到很大提升。
文檔編號C08K3/34GK102004269SQ20091018982
公開日2011年4月6日 申請日期2009年8月28日 優先權日2009年8月28日
發明者吳偉才, 吳波 申請人:比亞迪股份有限公司