CN102778712B - 一种光学扩散膜 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种光学扩散膜，包括基材、扩散层和背层，其中，所述的扩散层是由含有光学扩散粒子A、树脂A和光引发剂的涂布液紫外固化在基材的任一表面，所述树脂A由环氧丙烯酸树脂和8官能度聚氨酯丙烯酸酯组成，其重量比为：1：9~9：1；所述的背层是由含有光学扩散粒子B、树脂B、光引发剂和防静电剂的涂布液紫外固化在基材的另一表面，所述树脂B由季戊四醇三丙烯酸酯和己内酯改性双季戊四醇五/六丙烯酸酯组成，其质量比为1：9~9：1；所述的光扩散粒子A由粒径为10~25μm的高聚物微珠和粒径为1~4μm的无机粒子组成，其重量比为12：1~4：1；所述光扩散粒子B是粒径为2~4μm的无机粒子；该扩散膜具有高硬度、涂层薄、透过率高；具有充分的扩散性能和良好的抗静电性，能够满足平板显示器大尺寸、薄型化、轻量化、成本低的发展方向。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于液晶显示屏的光学扩散膜。
背景技术
一直以来，平板显示器广泛应用于电视、电脑显示器、笔记本电脑、手机、数码相机、掌上电脑、GPS导航仪等。这些液晶显示器的画面光源由其中的背光模组所提供，对光源的要求是均匀、高亮度。
光学扩散膜的作用在于通过折射现象将点光源或线光源的光均匀扩散成均一、高亮度的面光源。这种光学扩散膜被广泛应用于液晶显示器或等离子显示器的背光模组中。
平板显示背光模组装置的典型结构是：光线由光源发射出来，经反射膜、导光板和反射片，再经光学扩散膜进行扩散形成面光源，光学扩散膜一般配置在导光板和增亮膜之间，用以扩散由导光板射出的光线并重复利用增亮膜部分反射光。
平板显示器除了朝大尺寸发展以外，还同时希望可兼顾薄型化、轻量化及降低成本等要求，而现有背光模组中的扩散膜多以热固化方式为主，采用这种方式得到的扩散膜存在硬度低的缺点，为了得到一定的硬度并同时保证其扩散性，必须提高涂层的厚度，这样即增加了背光模组的成本，又降低了透光率，降低了显示器的清晰度和色彩鲜艳度；另外，热固化方式的生产周期长，不利于提高生产效率。
另外，在已有的光学扩散膜中，扩散膜的背层抗刮层的下表面为平滑表面，这容易造成扩散膜与导光板之间产生位移或发生粘连，而且，扩散膜在使用中存在静电吸附杂质污染等现象。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种光学扩散膜，这种光学扩散膜具有高硬度、涂层薄、透过率高；具有充分的扩散性能和良好的抗静电性。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种光学扩散膜，包括基材、扩散层和背层，其特征在于，所述的扩散层是由含有光学扩散粒子A、树脂A和光引发剂的涂布液紫外固化在基材的任一表面，所述树脂A由环氧丙烯酸树脂和8官能度聚氨酯丙烯酸酯组成，其重量比为：1：9~9：1；所述的背层是由含有光学扩散粒子B、树脂B、光引发剂和防静电剂的涂布液紫外固化在基材的另一表面，所述树脂B由季戊四醇三丙烯酸酯和己内酯改性双季戊四醇五/六丙烯酸酯组成，其质量比为1：9~9：1；所述的光学扩散粒子A由粒径为10~25μm的高聚物微珠和粒径为1~4μm的无机粒子组成，其重量比为12：1~4：1；所述光学扩散粒B是粒径为2~4μm的无机粒子。
上述扩散膜中，所述的高聚物微珠为为聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯与苯乙烯共聚合物、聚碳酸酯、聚乙烯、硅树脂。
上述扩散膜中，所述的无机粒子为碳酸钙、二氧化硅、二氧化钛。
上述扩散膜中，所述引发剂为1-羟基苯基环己酮和2-（2，4，6-三甲基苯甲酰基）-苯基氧化磷。
上述扩散膜中，所述扩散层厚度为8~14μm，背层厚度为1~3μm。
上述扩散膜中，所述防静电剂为纳米级氧化铟锡。
本发明中的基材从使用特性要求来讲，具有良好表面平滑性、机械强度、耐温性以及耐候性的材料都可以用作光学扩散膜的基材，如聚烯烃、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚碳酸酯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚酯（聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚奈二甲酸乙二醇酯等）、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚酯酰胺等等。基材的厚度需要根据加工性能进行选取，如耐热尺寸稳定性、透过率等，一般选取20~300μm。如果基材的厚度过薄，那么其耐热稳定性下降，影响光学扩散膜的生产制造、配装加工以及耐热使用特性。如果基材的厚度过厚，那么其透过率降低，势必影响光学扩散膜的透过率及雾度等光学指标。为提高基材表面与涂布液的润湿铺展特性，改善基材表面与涂布层的接着性，基材可以通过表面处理，如电晕处理、等离子体处理，也可以对其表面进行打底处理，如涂布改善接着性的树脂。
本发明中的扩散层是由含有光学扩散粒子A、树脂A和光引发剂的涂布液紫外固化在基材的任一表面。
扩散层中使用的光学扩散粒子A为球状或非球状微珠，或为两者的组合物，光学扩散粒子A由高聚物微珠和无机粒子组成，高聚物微珠一般可以使用如下材质的微珠：聚苯乙烯、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯与苯乙烯共聚合物、聚碳酸酯、聚乙烯、硅树脂、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、丙烯酰胺、聚硅氧烷等，优选聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯与苯乙烯共聚合物、聚碳酸酯、聚乙烯、硅树脂，无机粒子为碳酸钙、二氧化硅、二氧化钛。正是由于高交联度的结构，使得上述微珠具有很强的耐热性和耐溶剂性，并且上述聚合物微珠在扩散膜中可以维持材质本身的高透明性，满足光学扩散膜所必需的透过率和雾度等光学要求，由于无机粒子特殊的中空结构，在涂层中即具有高透明性又可以改变光线的传播路线，从而具备了高透过率和雾度协调性等光学要求，另外，通过大颗粒的聚合物微珠与小颗粒的无机粒子的混合使用还可以获得意向的凹凸，使扩散膜质感细腻，达到充分的扩散效果。高聚物微珠的粒径为10~25μm，无机粒子的粒径为1~4μm，其重量比为12：1~4：1，因为高聚物微珠与无机颗粒比例大于12：1时，会使扩散膜表面粗糙，质感不细腻，雾度降低；当高聚物微珠与无机颗粒的比例小于4：1时，会使大量无机颗粒埋没于涂层中，降低扩散膜的透光率。
扩散层中的树脂A选取紫外固化高官能度树脂。高官能度树脂可以是：环氧丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯、双季戊四醇五/六丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、多官能度聚氨酯丙烯酸酯、也可是乙氧基，甲氧基或己内酯接枝改性的且具有三官能度以上的丙烯酸单体，此类树脂降低涂布量，也可保持涂层的硬度和雾度，并且光线透过率高，能增加扩散膜的辉度，本发明中的树脂A由环氧丙烯酸树脂（EA）和8官能度聚氨酯丙烯酸酯（PUA）组成，其重量比为：1：9~9：1，以保证涂层硬度能达到3H以上；另外，由于扩散膜是以光固化方式形成，缩短了扩散材料固化的时间，提高了生产效率，并可达到制作大尺寸扩散膜的目的。
扩散层中使用的光引发剂可以采用紫外固化领域公知的光引发剂，一般可以是1-羟基-环己基-苯基甲酮（184）、2-（2，4，6-三甲基苯甲酰基）-苯基氧化磷（850）、2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮（1173）等，可以根据对涂层硬度和透明性的要求进行选取，184适用于表层固化体系，850适用于深层固化体系，所以本发明中选择两者进行复配可以达到最佳的固化效果。
出于防止扩散膜和导光板之间滑动或粘连方面的考虑，本发明的光学扩散膜设有背层。所述的背层是由含有光学扩散粒子B、树脂B、光引发剂和防静电剂的涂布液紫外固化在基材的另一表面。与扩散层不同的是背层中的光学扩散粒子B是粒径为2~4μm的无机粒子；树脂B是由季戊四醇三丙烯酸酯(PETA)和己内酯改性双季戊四醇五/六丙烯酸酯(DPHA)组成，其质量比为1：9~9：1，以保证涂层硬度能达到2H以上。另外，为了提高光学扩散膜的抗静电性，满足光学扩散膜生产使用中的抗静电要求，本发明的背层中使用纳米无机金属氧化物抗静电剂，针对背层厚度特性及扩散膜透光率的要求，优选纳米级氧化铟锡作为抗静电剂。纳米级氧化铟锡抗静电剂，可以在一定范围内调制涂层膜面的表面电阻，并使涂层膜面拥有良好的硬度。
在选择涂层厚度时，需要着重考虑涂层中光学扩散粒子的粒径。如果涂层厚度较光学扩散粒子的平均粒径小许多的话，涂层大颗粒容易脱落，这是由于树脂接着面积相对粒径表面积较小所导致；如果涂层厚度较光学扩散粒子的平均粒径大许多的话，涂层的雾度指标出现不协调性。本发明中，为保证膜层具有良好的硬度，透过率和雾度的协调性良好，主扩散层厚度为8~14μm，背层厚度为1~3μm。
通过实施本发明提供的技术方案，得到的扩散膜具有高硬度、涂层薄、透过率高；具有充分的扩散性能和良好的抗静电性，能够满足平板显示器大尺寸、薄型化、轻量化、成本低的发展方向。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行具体说明，但本发明并不限于此。
实施例1
扩散层涂布液的配制：
EA 5份
8官能度PUA 45份
184 1.2份
850 1.2份
BYK307 0.25份
丁酮 100份
甲苯 200份
PMMA微珠（14μm） 161.5份
二氧化硅（A-380）（2μm） 13.5份
背层涂布液的配制：
PETA 5份
己内酯改性DPHA 45份
184 1.2份
850 1.2份
BYK307 0.20份
丁酮 250份
异丙醇 100份
二氧化硅（A-380，Degussa）（3μm） 9份
抗静电剂（Adnano ITO，Degussa） 0.2份
将上述物料高搅分散均匀，将制得的扩散层涂布物料施加至作为基材的聚对苯二甲酸乙二酯薄膜（中国乐凯胶片集团公司制造，商品名：FG22-188）的一个面上，在90℃对形成的涂层干燥2.0min之后，以700mj/cm2的光量，通过紫外线照射对干燥的涂层进行固化形成扩散膜的正面，涂层的厚度为10微米；将制得的背面涂布物料施加基材的另一个面上，在90℃对形成的涂层干燥2.0min之后，以700mj/cm2的光量，通过紫外线照射对干燥的涂层进行固化形成扩散膜的背面，涂层的厚度为1.8微米，得到扩散膜。所获得的扩散膜的评估结果列于表1中。
实施例2
扩散层涂布液的配制：
EA 45份
8官能度PUA 5份
184 1.2份
850 1.2份
BYK307 0.25份
丁酮 150份
甲苯 150份
聚苯乙烯微珠（25μm） 150份
二氧化钛 （4μm） 25份
背层涂布液的配制：
PETA 45份
己内酯改性DPHA 5份
184 1.2份
850 1.2份
BYK307 0.20份
丁酮 200份
甲苯 150份
二氧化钛 （2μm） 9份
抗静电剂（Adnano ITO，Degussa） 0.2份
将上述物料高搅分散均匀，将制得的扩散层涂布物料施加至作为基材的聚对苯二甲酸乙二酯薄膜（中国乐凯胶片集团公司制造，商品名：FG22-188）的一个面上，在90℃对形成的涂层干燥2.0min之后，以700mj/cm2的光量，通过紫外线照射对干燥的涂层进行固化形成扩散膜的正面，涂层的厚度为14微米；将制得的背面涂布物料施加基材的另一个面上，在90℃对形成的涂层干燥2.0min之后，以700mj/cm2的光量，通过紫外线照射对干燥的涂层进行固化形成扩散膜的背面，涂层的厚度为1.0微米，得到扩散膜。所获得的扩散膜的评估结果列于表1中。
实施例3
扩散层涂布液的配制：
EA 15份
8官能度PUA 35份
184 1.0份
850 1.4份
BYK307 0.25份
丁酮 100份
异丙醇 50份
甲苯 150份
PMMA微珠（16μm） 150份
二氧化硅（A-380，Degussa）（2μm） 25份
背层涂布液的配制：
PETA 15份
己内酯改性DPHA 35份
184 1.2份
850 1.2份
BYK307 0.20份
丁酮 175份
甲苯 175份
碳酸钙 （3μm） 9份
抗静电剂（Adnano ITO，Degussa） 0.2份
将上述物料高搅分散均匀，将制得的扩散层涂布物料施加至作为基材的聚对苯二甲酸乙二酯薄膜（中国乐凯胶片集团公司制造，商品名：FG22-188）的一个面上，在90℃对形成的涂层干燥2.0min之后，以700mj/cm2的光量，通过紫外线照射对干燥的涂层进行固化形成扩散膜的正面，涂层的厚度为11微米；将制得的背面涂布物料施加基材的另一个面上，在90℃对形成的涂层干燥2.0min之后，以700mj/cm2的光量，通过紫外线照射对干燥的涂层进行固化形成扩散膜的背面，涂层的厚度为2.0微米，得到扩散膜。所获得的扩散膜的评估结果列于表1中。
实施例4
扩散层涂布液的配制：
EA 35份
8官能度PUA 15份
184 1.0份
850 1.4份
BYK377 0.25份
丁酮 100份
甲苯 200份
聚碳酸酯微珠（18μm） 157.5份
碳酸钙 （3μm） 17.5份
背层涂布液的配制：
PETA 35份
己内酯改性DPHA 15份
184 1.2份
850 1.2份
BYK377 0.20份
丁酮 175份
甲基异丁基酮 80份
甲苯 95份
二氧化硅（A-380，Degussa）（3.5μm） 9份
抗静电剂（Adnano ITO，Degussa） 0.2份
将上述物料高搅分散均匀，将制得的扩散层涂布物料施加至作为基材的聚对苯二甲酸乙二酯薄膜（中国乐凯胶片集团公司制造，商品名：FG22-188）的一个面上，在90℃对形成的涂层干燥2.0min之后，以700mj/cm2的光量，通过紫外线照射对干燥的涂层进行固化形成扩散膜的正面，涂层的厚度为13微米；将制得的背面涂布物料施加基材的另一个面上，在90℃对形成的涂层干燥2.0min之后，以700mj/cm2的光量，通过紫外线照射对干燥的涂层进行固化形成扩散膜的背面，涂层的厚度为2.5微米，得到扩散膜。所获得的扩散膜的评估结果列于表1中。
实施例5
扩散层涂布液的配制：
EA 25份
8官能度PUA 25份
184 1.2份
850 1.2份
BYK307 0.25份
丁酮 100份
甲苯 188份
PMMA与苯乙烯共聚合物微珠（10μm） 150份
二氧化钛（1μm） 37份
背层涂布液的配制：
PETA 25份
己内酯改性DPHA 25份
184 1.2份
850 1.2份
BYK377 0.20份
丁酮 175份
异丙醇 55份
甲苯 120份
二氧化硅（A-380，Degussa）（4μm） 11份
抗静电剂（Adnano ITO，Degussa） 0.2份
将上述物料高搅分散均匀，将制得的扩散层涂布物料施加至作为基材的聚对苯二甲酸乙二酯薄膜（中国乐凯胶片集团公司制造，商品名：FG22-188）的一个面上，在90℃对形成的涂层干燥2.0min之后，以700mj/cm2的光量，通过紫外线照射对干燥的涂层进行固化形成扩散膜的正面，涂层的厚度为8微米；将制得的背面涂布物料施加基材的另一个面上，在90℃对形成的涂层干燥2.0min之后，以700mj/cm2的光量，通过紫外线照射对干燥的涂层进行固化形成扩散膜的背面，涂层的厚度为3.0微米，得到扩散膜。所获得的扩散膜的评估结果列于表1中。
对比例1
扩散层涂布液的配制：
聚丙烯酸酯树脂粘合剂（固含量50%，羟值50） 100份
异氰酸酯交联剂IPDI （NCO含量37%） 7.0份
BYK307 0.25份
丁酮 50份
甲苯 200份
丙烯酸树脂微珠（30μm） 150份
二氧化硅（A-380）（5μm） 25份
背层涂布液的配制：
聚丙烯酸酯树脂粘合剂（固含量50%，羟值50） 100份
异氰酸酯交联剂IPDI （NCO含量37%） 7.0份
BYK307 0.20份
丁酮 150份
甲苯 150份
二氧化硅（A-380，Degussa）（5μm） 9份
抗静电剂（Adnano ITO，Degussa） 0.2份
将上述物料高搅分散均匀，将制得的扩散层涂布物料施加至作为基材的聚对苯二甲酸乙二酯薄膜（中国乐凯胶片集团公司制造，商品名：FG22-188）的一个面上，热风干燥使其干膜厚度为22微米；将制得的背面涂布物料施加基材的另一个面上，热风干燥使其干膜厚度为2.0微米，完成涂布后，与40℃恒温下进行48小时的热时效处理，制成光学扩散膜，其评估结果列于表1中。
对比例2
扩散层涂布液的配制：
PUA（2官能度） 50份
184 1.2份
850 1.2份
BYK377 0.25份
丁酮 100份
甲苯 188份
丙烯酸树脂微珠（15μm） 150份
二氧化硅（A-380， Degussa）（3μm） 37份
背层涂布液的配制：
PUA（2官能度） 50份
184 1.2份
850 1.2份
BYK307 0.20份
丁酮 245份
异丙醇 105份
二氧化硅（A-380，Degussa）（3μm） 11份
将上述物料高搅分散均匀，将制得的扩散层涂布物料施加至作为基材的聚对苯二甲酸乙二酯薄膜（中国乐凯胶片集团公司制造，商品名：FG22-188）的一个面上，在90℃对形成的涂层干燥2.0min之后，以700mj/cm2的光量，通过紫外线照射对干燥的涂层进行固化形成扩散膜的正面，涂层的厚度为10微米；将制得的背面涂布物料施加至基材的另一个面上，在90℃对形成的涂层干燥2.0min之后，以700mj/cm2的光量，通过紫外线照射对干燥的涂层进行固化形成扩散膜的背面，涂层的厚度为2.5微米。所获得的扩散膜的评估结果列于表1中。
表1 性能数据表
产品各项性能的测试方法如下：
（1）透光率、雾度测试
利用雾度计[由日立公司制造；型号：“U3000”],测量总的透光率（Tt）和雾度（H）.
（2）铅笔硬度测试
根据标准GB/T6739-1996的方法，利用通过铅笔刮擦的涂膜硬度测试仪[由上海普申化工机械有限公司制造；型号：BY]测量铅笔硬度。
（3）耐脱落性评价
通过耐划伤测试仪sheen705，采用20gf负载、40mm/s的条件下，往复50次摩擦光学扩散涂层面。将摩擦后的光学扩散膜涂层裁切10mm×10mm样品，用光学显微镜进行微珠脱落观察，评价标准如下：
0：未观察到脱落处；Y:脱落处为1-3个；X:脱落处为4个以上。
（4）厚度测试
通过上海六菱仪器厂的CH-1-S手式千分测厚仪测定光学扩散膜的厚度。
（5）表面电阻测试
通过表面电阻测试仪ACL-385,测定光学扩散膜的表面电阻。
从表1中可以看出，采用本发明的技术方案，在保证涂层具有高硬度（扩散层的涂层硬度达到了3H以上、背层的涂层硬度达到了2H以上）的同时，涂层的厚度变薄；在保证扩散性的前提下，透光率提高了12%以上，雾度≥93%，实现了透光率与雾度的良好协调；表面电阻率≤1010Ω/□，表现出良好的抗静电性。
Claims (5)
1.一种光学扩散膜，包括基材、扩散层和背层，其特征在于，所述的扩散层是由含有光学扩散粒子A、树脂A和光引发剂的涂布液紫外固化在基材的任一表面，所述树脂A由环氧丙烯酸树脂和8官能度聚氨酯丙烯酸酯组成，其重量比为：1：9~9：1；所述的背层是由含有光学扩散粒子B、树脂B、光引发剂和防静电剂的涂布液紫外固化在基材的另一表面，所述树脂B由季戊四醇三丙烯酸酯和己内酯改性双季戊四醇五/六丙烯酸酯组成，其质量比为1：9~9：1；所述的光学扩散粒子A由粒径为10~25μm的高聚物微珠和粒径为1~4μm的无机粒子组成，其重量比为12：1~4：1；所述光学扩散粒子B是粒径为2~4μm的无机粒子；
所述扩散层厚度为8~14μm，背层厚度为1~3μm。
2.根据权利要求1所述的扩散膜，其特征在于，所述的高聚物微珠为聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯与苯乙烯共聚合物、聚碳酸酯、聚乙烯、硅树脂。
3.根据权利要求2所述的扩散膜，其特征在于，所述的无机粒子为碳酸钙、二氧化硅、二氧化钛。
4.根据权利要求3所述的扩散膜，其特征在于，所述引发剂为1-羟基苯基环己酮和2-（2，4，6-三甲基苯甲酰基）-苯基氧化磷。
5.根据权利要求4所述的扩散膜，其特征在于，所述防静电剂为纳米级氧化铟锡。
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