CN103955091A - 基于pdlc器件的光学复合膜及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于PDLC器件的光学复合膜及其制备方法，PDLC器件包括PDLC层，所述光学复合膜位于PDLC层两侧，光学复合膜自PDLC层向外依次包括透明导电层、光学匹配层、柔性基底及水汽阻隔层，所述柔性基底为有机聚合物材料，所述水汽阻隔层为无机氧化物，所述光学匹配层的材料选自SiO₂、MgF₂、Nb₂O₅中的一种或多种的组合；所述制备方法包括：提供一柔性基底；在柔性基底上通过磁控溅射法制备至少一层光学匹配层和透明导电层；在柔性基底另一侧通过原子层沉积法制备水汽阻隔层。本发明通过卷绕式ALD法制备的Al₂O₃薄膜具有超强的水汽阻隔性能；制备的水汽阻隔层厚度薄，在保持材料优异光学性能的基础上，减少了镀膜时间和原材料的消耗，降低了生产成本。

Description

基于PDLC器件的光学复合膜及其制备方法

技术领域

本发明涉及光学技术领域，特别是涉及一种基于PDLC器件的光学复合膜及其制备方法。

背景技术

众所周知，聚合物分散液晶(PDLC)是一种将低分子液晶与预聚物相混合，在一定条件下经聚合反应，形成微米级的液晶微滴均匀地分散在高分子网络中，再利用液晶分子的介电各向异性获得具有电光响应特性的材料。PDLC在显示过程中不需要偏振片和取向层，制备工艺也很简单，具有广泛的应用前景。然而，作为传统基底的玻璃却越来越限制着PDLC显示技术的发展，这主要由于玻璃基底不仅沉重较厚易碎，还不易于PDLC显示技术的产业化生产。因此，人们将玻璃基底改为柔性透明聚合物材料。柔性基底具有重量轻，不易损坏，能够大面积生产等优点。

参图1所示为现有技术中PDLC器件的结构示意图，可以看出，PDLC器件在使用过程中，水蒸气很容易从柔性基底位置渗入到器件内部，造成器件的氧化和腐蚀，因此需要引入一层薄膜对水汽进行阻隔。

目前已有很多关于水汽阻隔膜的报道：

京东方科技集团股份有限公司在有机发光二极管(OLED)表面附着了一层用于吸收水汽的干燥剂微粒来阻止水蒸气的渗入(申请号为201210548514.1的专利申请)；

四川虹视显示技术有限公司通过热蒸镀的方法制备由上LiF膜层，中间吸收层和下LiF膜层构成的复合膜层来进行柔性显示器的封装和对水汽的阻隔(申请号为201210190863.0的专利申请)；

在光伏行业，广州鹿山新材料股份有限公司研制了微米级别的低收缩高阻隔背膜，其结构为PET/Al/PET膜(申请号为200910214051.3的专利申请)；

此外，德国弗劳恩霍夫协会专家研发出一种超阻隔膜，由基膜、无机氧化物层、(一种有机物与无机物的混和多聚体)多层结构组成，它的水汽渗透率可以达到10^-4g/m²·day。

目前以柔性材料为基底的PDLC显示技术在智能调光膜、柔性显示器、智能投影屏等方面具有重大的应用。尽管附着在柔性基底上的PDLC显示技术集多种优点于一身，但是寿命太短这一关键问题始终没有得到很好的解决。导致PDLC寿命短的主要原因在于空气中的水蒸气渗透到ITO面，造成电场不稳定而影响显示效果，减少产品使用寿命。因此人们使用水汽阻隔膜来阻止水蒸气的渗入而保护器件。但是当前市场上的水汽阻隔膜还存在很多缺陷和不足。第一、水汽阻隔性能较低，器件的使用寿命得不到根本保证；第二、大多数水汽阻隔膜是通过多层复合得到的，增加镀膜时间和原材料消耗，提高生产成本，整个器件光学性能(如透过率等)也会受到不利影响；第三、水汽阻隔膜在运输和使用过程中往往会受到损伤；第四、当前的水汽阻隔技术都需要投入新的设备和生产线，提高了生产成本。因此在不影响器件自身光学性能的前提下，开发出一种具有超高阻隔率的水汽阻隔膜并用于PDLC柔性器件的产业化是目前亟需解决的重大课题。

因此，针对上述技术问题，有必要提供一种基于PDLC器件的光学复合膜及其制备方法。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种光学复合膜及其制备方法，其可在不影响光学性能的基础上，通过卷绕式镀膜方法制备具有超高阻隔率的水汽阻隔层。

为了实现上述目的，本发明实施例提供的技术方案如下：

一种基于PDLC器件的光学复合膜，PDLC器件包括PDLC层，所述光学复合膜位于PDLC层两侧，光学复合膜自PDLC层向外依次包括透明导电层、光学匹配层、柔性基底及水汽阻隔层，所述柔性基底为有机聚合物材料，所述水汽阻隔层为无机氧化物，所述光学匹配层的材料选自SiO₂、MgF₂、Nb₂O₅中的一种或多种的组合。

作为本发明的进一步改进，所述水汽阻隔层的材料选自Al₂O₃、SiO₂、Si₂O₃、TiO₂中的一种或多种的组合。

作为本发明的进一步改进，所述柔性基底的材料为聚对苯二甲酸乙二醇酯。

作为本发明的进一步改进，所述水汽阻隔层外还包括保护层，保护层的材料为OCA胶。

相应地，一种基于PDLC器件的光学复合膜的制备方法，所述方法包括：

S1、提供一柔性基底；

S2、在柔性基底上通过磁控溅射法制备至少一层光学匹配层；

S3、在光学匹配层上通过磁控溅射法制备透明导电层；

S4、在柔性基底另一侧通过原子层沉积法制备水汽阻隔层。

作为本发明的进一步改进，所述步骤S4后还包括：在水汽阻隔层表面通过覆膜工艺粘贴保护层，保护层的材料为OCA胶。

作为本发明的进一步改进，所述磁控溅射法和原子层沉积法为卷绕式进行一体化生产。

本发明具有以下有益效果：

通过卷绕式ALD法制备的Al₂O₃薄膜具有超强的水汽阻隔性能，可以达到10^-4g/m²·day；

制备的水汽阻隔层厚度薄，在保持材料优异光学性能的基础上，减少了镀膜时间和原材料的消耗，降低了生产成本；

OCA保护层不仅可以保护水汽阻隔膜，还起到粘合剂作用，操作方便简捷；

通过卷绕式磁控溅射镀膜和卷绕式ALD镀膜进行一体化生产，极大地降低了生产成本，使大规模产业化成为可能；

该结构水汽阻隔膜可以对已有的低水汽阻隔的透明导电膜进行加工，生产出具有高水汽阻隔性能和优秀光学性能的PDLC组件。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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为现有技术中PDLC器件的结构示意图；

图2为本发明一具体实施方式中光学复合膜的结构示意图；

图3为本发明一具体实施方式中光学复合膜的水汽渗透率随时间的变化曲线图；

图4为本发明一具体实施方式中光学复合膜在不同波长下的反射率和透过率曲线图。

具体实施方式

以下将结合附图所示的具体实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。

本发明公开了一种基于PDLC器件的光学复合膜，依次包括透明导电层、光学匹配层、柔性基底及水汽阻隔层，该柔性基底为有机聚合物材料，水汽阻隔层为无机氧化物。

相应地，光学复合膜的制备方法包括：

S1、提供一柔性基底；

S2、在柔性基底上通过磁控溅射法制备至少一层光学匹配层；

S3、在光学匹配层上通过磁控溅射法制备透明导电层；

S4、在柔性基底另一侧通过原子层沉积法制备水汽阻隔层。

参图2所示，在本发明的一具体实施方式中，光学复合膜位于PDLC层的两侧，光学复合膜包括柔性基底10、位于柔性基底10一侧的光学匹配层20和透明导电层30、以及位于柔性基底10另一侧的水汽阻隔层40和保护层50，其中，透明导电层30和PDLC层相接触。以下对本实施方式中光学复合膜各层作进一步说明。

柔性基底10选用柔性透明有机聚合物材料，柔性基底10厚度为125μm。如本实施方式中选用聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，在其他实施方式中柔性基底10包括而不限于PET等有机聚合物材料。

透明导电层30的厚度为20nm，其作用是在PDLC器件工作过程中对其施加电场，本实施方式中透明导电层30为ITO透明导电层，在其他实施方式中透明导电层包括而不限于ITO等。

光学匹配层20的厚度为50nm，其作用是保证PDLC器件中透明导电膜刻蚀前后的反射差异ΔR为0，△R是考察一片透明导电膜性能好坏的重要参数。如果△R越接近0，则ITO膜的蚀刻纹越不可见；反之，如果△R偏离0越多，则透明导电膜的蚀刻纹越明显。

本发明中光学匹配层20的材料选自SiO₂、MgF₂、Nb₂O₅中的一种或多种的组合。

水汽阻隔层40的厚度为20～60nm，其作用是对水蒸气进行阻隔防止内部透明导电层的氧化或腐蚀。水汽阻隔层为无机氧化物，优选地，在本实施方式中水汽阻隔层的材料选自Al₂O₃、SiO₂、Si₂O₃、TiO₂中的一种或多种的组合。

保护层50的厚度为50nm，本实施方式中保护层材料为OCA胶。保护层一方面可以有效地保护脆弱的水汽阻隔膜不受损伤，另一方面可以在使用过程中作为粘结层直接贴合到器件上。

相应地，本实施方式中基于PDLC器件的光学复合膜的制备方法包括以下步骤：

提供一柔性基底PET；

在柔性基底PET一侧通过磁控溅射法制备一层光学匹配层；

在光学匹配层上通过磁控溅射法制备ITO透明导电层；

在柔性基底PET另一侧通过原子层沉积法(ALD)制备水汽阻隔层。原子层沉积法的生产方式为卷绕式进行一体化生产；

在水汽阻隔层表面通过覆膜工艺粘贴保护层。

以下结合具体实验结果对通过ALD法制备的光学复合膜的水汽阻隔效率、光学性能作进一步说明。

光学复合膜为Al₂O₃/PET/光学匹配层/ITO复合膜，通过库伦法测试水汽阻隔性能，测试温度为37.8℃，湿度为100％RH。测试结果如图3所示，可以看出，在40h后水汽渗透率逐渐达到平衡，保持在7.4×10^-4g/m²·day左右。相比于先前的水汽阻隔层，通过ALD方法制备的Al₂O₃水汽阻隔层具有优秀的水汽阻隔性能。

参图4为该光学复合膜光学性能的测试结果，在可见光区域，透射率分布在74.47％和91.05％之间且变化不明显，表明在这些区域薄膜显示为无色。反射率分布在5.64％和8.79％之间，表明该光学复合膜对可见光及红外区域具有优秀的透过性。

另外，通过测试该光学复合膜的上下层的折射率差ΔR发现ΔR几乎为0。通过光学性能的测试可以看出，该光学复合膜的光学性能并没有因为Al₂O₃的引入而受到不利的影响。

进一步地，通过增加OCA保护层一方面可以有效地保护Al₂O₃薄膜，防止其表面裂纹的扩展，另一方面还可以起到粘合剂的作用，除去OCA外层的保护膜即可将复合膜贴在需要的产品上，操作方便简捷。

本发明可以对已有的低水汽阻隔的透明导电膜进行加工，生产出具有高水汽阻隔性能的产品。

综上所述，本发明将磁控溅射法制备透明导电层、光学匹配层和原子层沉积法制备水汽阻隔层相结合，利用量产所需的卷对卷成膜技术，依次在具有透明性和耐弯曲性的PET等柔性基底表面镀膜，实现两种镀膜方法的一体化生产和产业链整合，一次性完成高水汽阻隔的光学复合膜的制备和生产，极大地提高生产效率。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

通过卷绕式ALD法制备的Al₂O₃薄膜具有超强的水汽阻隔性能，可以达到10^-4g/m²·day；

制备的水汽阻隔层厚度薄，在保持材料优异光学性能的基础上，减少了镀膜时间和原材料的消耗，降低了生产成本；

OCA保护层不仅可以保护水汽阻隔膜，还起到粘合剂作用，操作方便简捷；

通过卷绕式磁控溅射镀膜和卷绕式ALD镀膜进行一体化生产，极大地降低了生产成本，使大规模产业化成为可能；

该结构水汽阻隔膜可以对已有的低水汽阻隔的透明导电膜进行加工，生产出具有高水汽阻隔性能和优秀光学性能的PDLC组件。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.一种基于PDLC器件的光学复合膜，PDLC器件包括PDLC层，其特征在于，所述光学复合膜位于PDLC层两侧，光学复合膜自PDLC层向外依次包括透明导电层、光学匹配层、柔性基底及水汽阻隔层，所述柔性基底为有机聚合物材料，所述水汽阻隔层为无机氧化物，所述光学匹配层的材料选自SiO₂、MgF₂、Nb₂O₅中的一种或多种的组合。

2.根据权利要求1所述的光学复合膜，其特征在于，所述水汽阻隔层的材料选自Al₂O₃、SiO₂、Si₂O₃、TiO₂中的一种或多种的组合。

3.根据权利要求1所述的光学复合膜，其特征在于，所述柔性基底的材料为聚对苯二甲酸乙二醇酯。

4.根据权利要求1所述的光学复合膜，其特征在于，所述水汽阻隔层外还包括保护层，保护层的材料为OCA胶。

5.一种如权利要求1所述的基于PDLC器件的光学复合膜的制备方法，其特征在于，所述方法包括：

S1、提供一柔性基底；

S2、在柔性基底上通过磁控溅射法制备至少一层光学匹配层；

S3、在光学匹配层上通过磁控溅射法制备透明导电层；

S4、在柔性基底另一侧通过原子层沉积法制备水汽阻隔层。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S4后还包括：在水汽阻隔层表面通过覆膜工艺粘贴保护层，保护层的材料为OCA胶。

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述磁控溅射法和原子层沉积法为卷绕式进行一体化生产。