CN114384620A - 防蓝光光子晶体薄膜及其制备方法、应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种防蓝光光子晶体薄膜及其制备方法、应用，防蓝光光子晶体薄膜包括纳米微球周期性阵列，纳米微球周期性阵列中的纳米微球呈三维有序排列，纳米微球的粒径为100nm～400nm，光子晶体薄膜的阻隔波长范围为400nm～500nm，该薄膜的制备方法包括以下步骤：S1、制备聚合物纳米微球乳液，纳米微球乳液中的纳米微球的粒径为100nm～400nm；S2、纳米微球乳液涂布在基材上，得到复合膜材；S3、将复合膜材经过震荡剪切规整设备，其中震荡剪切规整设备的规整速度为1m/min～50m/min；S4、将经过步骤S3的复合膜材进行光固化，得到该薄膜，采用以上方法，实现高度精准阻隔特定波长光波，其他光谱无损失的同时，色彩平衡，最终成像度更好。
Description
技术领域
本发明涉及光学材料领域，具体是涉及一种防蓝光光子晶体薄膜及其制备方法、应用。
背景技术
短波蓝光是波长处于400nm～480nm之间具有相对较高能量的光线，即波长在400nm～455nm之间超出自然光光谱的高能蓝光，该波长的蓝光会使眼睛内的黄斑区毒素量增高，严重威胁我们的眼底健康。蓝光诱发致盲眼病，目前大部分通过对产品进行贴膜处理、软件控制或者调整光源蓝光峰值波长这三种方式以避免有害蓝光穿透至眼睛。
但是现有的防蓝光方式包括以下缺点：1、市面上所销售的部分防蓝光眼镜通过使用电镀工艺实现物理过滤，从而达到防蓝光的目的。参见图1，通过对该种防蓝光眼镜的吸收光谱与叶黄素的吸收光谱进行比较，参见图2，结果表明叶黄素/该种防蓝光眼镜对蓝光阻隔率接近50％。通过软件降低屏幕的蓝光比例，参见图3，软件控制可实现降低蓝光比例约40％。由此可见，无论是通过电镀工艺过滤蓝光或者通过软件降低屏幕蓝光比例，两种方法均使得黄绿光突出，使得屏幕呈现严重的黄色，使得图文变得模糊，影响视觉体验。2、通过调整光源蓝光峰值波长，将450nm处的蓝光转移到460nm后，降低有害蓝光的发光比率，精准发射蓝光波长，但是目前的LCD和LED无法达到该种效果，需要OLED或其它可实现右移蓝光峰的屏幕，OLED使用时间过长之后容易有烧屏的现象，寿命不长，此类屏幕的研发和使用成本较高。
发明内容
本发明的第一目的是提供一种精确阻隔特定波长的光波且不影响其他光波的防蓝光光子晶体薄膜。
本发明的第二目的是提供一种上述防蓝光光子晶体薄膜的制备方法。
本发明的第三目的是提供一种上述防蓝光光子晶体薄膜的应用。
为了实现上述的主要目的，本发明提供的防蓝光光子晶体薄膜包括纳米微球周期性阵列，纳米微球周期性阵列中的纳米微球呈三维有序排列，纳米微球的粒径为100nm～400nm，光子晶体薄膜的阻隔波长范围为400nm～500nm。
由上述方案可见，光子晶体是一种不同介质常数且空间呈周期性分布的光学材料。光子晶体薄膜显色原理为光线经过周期性结构的布拉格衍射调制，通过反射、折射及衍射光子晶体本身的光可以得到对应的结构色，根据布拉格衍射方程式λ＝2(2/3)1/2D[(φ1n1+φ2n2)-sin2θ]1/2可知，当光子晶体薄膜材料的折射率不变时，通过对纳米微球体积比φ、纳米微球阵列中相邻的两个微球间的中心距离D、光波的入射角度θ进行调整，当纳米微球的粒径为100nm～400nm时，使得光子晶体薄膜的阻隔波长范围为400nm～500nm，从而实现高度精准阻隔特定波长光波，其他光谱无损失的同时，色彩平衡，无杂色产生，从而避免出现使得图文变得模糊，影响视觉体验的情况，可降低基材的雾度，使产品最终成像度更好。
进一步的方案是，防蓝光光子晶体薄膜纳米微球阵列厚度为2微米～50微米。
可见，纳米微球阵列厚度越大对应其反射强度越高，当纳米微球阵列厚度为2微米～50微米时，纳米微球阵列的反射强度为5％～99％。
进一步的方案是，光子晶体薄膜包括基材，纳米微球周期性阵列涂布在基材上，基材可为为PET、PP、PVC和PV中的一种，防蓝光光子晶体薄膜的雾度0.5％～3.0％，光线透过率为85％～92％。
可见，不同的基材在影响最终薄膜的柔软度的同时，影响薄膜最终的雾度以及光线透过率，当纳米微球阵列涂布在基材上时，表面产生折射率过渡层，降低基材的雾度，防蓝光光子晶体薄膜的雾度和光线透过率在该范围内，防蓝光光子晶体薄膜应用于护眼膜时，使图文更加清晰。
为实现上述第二目的，本发明的提供的防蓝光光子晶体薄膜的制备方法制备得到如上述的防蓝光光子晶体薄膜；
制备方法包括以下步骤：
S1、制备聚合物纳米微球乳液，其中纳米微球乳液中的纳米微球的粒径为100nm～400nm；
S2、纳米微球乳液涂布在基材上，得到复合膜材；
S3、将复合膜材经过震荡剪切规整设备，其中震荡剪切规整设备的规整速度为1m/min～50m/min；
S4、将经过步骤S3的复合膜材进行光固化，得到所述防蓝光光子晶体薄膜。
可见，使用涂布方式将纳米微球乳液设置在基材上，操作简单并且减少纳米微球的损坏，在对复合膜材进行震荡剪切规整时，使得纳米微球阵列中的纳米微球之间的间隙更加一致，微球的排列更加整齐。
为实现上述的第三目的，本发明提供一种防蓝光光子晶体薄膜的应用，其特征在于：防蓝光光子晶体薄膜贴在眼镜镜片或电子屏幕上，防蓝光光子晶体薄膜为上述防蓝光光子晶体薄膜。
附图说明
图1是背景技术中叶黄素吸收光谱和市场安肽蓝防蓝光眼镜吸收光谱。
图2是背景技术中叶黄素和安肽蓝防蓝光眼镜的防蓝光效果。
图3是背景技术中通过软件降低蓝光比例后的效果图。
图4是本发明防蓝光光子晶体薄膜的效果图。
以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
具体实施方式
本发明的防蓝光光子晶体薄膜应用于电子屏幕或贴在眼镜镜片上，实现防有害蓝光，防蓝光光子晶体薄膜通过控制纳米微球阵列的厚度以及纳米微球的粒径大小，实现精确阻隔特定波长光波的同时保证其反射强度，而光线中的剩余光波保持平衡，从而避免出现使得图文变得模糊，影响视觉体验的情况，可降低基材的雾度，使产品最终成像度更好。
在防蓝光光子晶体薄膜中，根据布拉格衍射原理，需要对波长400nm～500nm进行折射阻隔时，纳米微球的粒径可为100nm～400nm，进一步优化地，纳米微球的粒径为160nm；而通过调整纳米微球周期性阵列的厚度实现对薄膜的折射强度进行调整，纳米微球周期性阵列的厚度为2微米～50微米，进一步优化地，纳米微球周期性阵列的厚度为10微米，使阻隔率达到30％。
防蓝光光子晶体薄膜的制备方法为：
S1、制备固含量为10％～50％聚合物纳米微球乳液，其中纳米微球的粒径为100nm～400nm，其中步骤S1中纳米微球乳液具体的制备过程可参照中国发明专利申请CN105949379A的实施例1中(1)所述纳米微球的制备；
S2、纳米微球乳液涂布在PET基材上，得到复合膜材；
S3、将复合膜材经过震荡剪切规整设备，其中震荡剪切规整设备的规整速度为1m/min～15m/min；
S4、将经过S3的复合膜材进行光固化，使得复合膜材的厚度为2微米～50微米。
下面通过不同的实施例进一步说明，以便更清楚理解本发明。
实施例1
实施例1中的防蓝光光子晶体薄膜的制备方法包括以下步骤：
S1、制备固含量为10％～50％聚合物纳米微球乳液，其中纳米微球的粒径为100nm；
S2、纳米微球乳液涂布在PET基材上，得到复合膜材；
S3、将复合膜材经过震荡剪切规整设备，其中震荡剪切规整设备的规整速度为15m/min；
S4、将经过S3的复合膜材进行UV固化，复合膜材的厚度为5微米。
通过上述制备方法制备得到的防蓝光光子晶体薄膜阻隔400nm特定波长的蓝光，阻隔率为30％，在90°视觉下呈现无色透明，无泛黄现象，不影响图文的清晰度，经检测，实施例1获得的防蓝光光子晶体薄膜的雾度相对PET基材的雾度降低25％，光线透过率为99％。
实施例2
实施例2中的防蓝光光子晶体薄膜的制备方法包括以下步骤：
S1、制备固含量为10％～50％聚合物纳米微球乳液，其中纳米微球的粒径为250nm；
S2、纳米微球乳液涂布在PET基材上，得到复合膜材；
S3、将复合膜材经过震荡剪切规整设备，其中震荡剪切规整设备的规整速度为10m/min；
S4、将经过S3的复合膜材进行UV固化，复合膜材的厚度为25微米。
通过上述制备方法制备得到的防蓝光光子晶体薄膜阻隔450nm特定波长的蓝光，阻隔率为75％，在90°视觉下呈现无色透明，无泛黄现象，不影响图文的清晰度，经检测，实施例2获得的防蓝光光子晶体薄膜的雾度相对PET基材的雾度降低20％，光线透过率为90％。
实施例3
实施例3中的防蓝光光子晶体薄膜的制备方法包括以下步骤：
S1、制备固含量为10％～50％聚合物纳米微球乳液，其中纳米微球的粒径为400nm；
S2、纳米微球乳液涂布在PET基材上，得到复合膜材；
S3、将复合膜材经过震荡剪切规整设备，其中震荡剪切规整设备的规整速度为15m/min；
S4、将经过S3的复合膜材进行UV固化，复合膜材的厚度为50微米。
通过上述制备方法制备得到的防蓝光光子晶体薄膜阻隔500nm特定波长的蓝光，阻隔率为99％，在90°视觉下呈现无色透明，无泛黄现象，不影响图文的清晰度，经检测，实施例3获得的防蓝光光子晶体薄膜的雾度相对PET基材的雾度降低20％，光线透过率为85％。
实施例4
实施例4中的防蓝光光子晶体薄膜的制备方法包括以下步骤：
S1、制备固含量为10％～50％聚合物纳米微球乳液，其中纳米微球的粒径为50nm；
S2、纳米微球乳液涂布在PET基材上，得到复合膜材；
S3、将复合膜材经过震荡剪切规整设备，其中震荡剪切规整设备的规整速度为10m/min；
S4、将经过S3的复合膜材进行UV固化，复合膜材的厚度为1微米。
通过上述制备方法制备得到的光子晶体薄膜可阻隔390nm波长的自然光，无法实现阻隔蓝光。
实施例5
实施例5中的防蓝光光子晶体薄膜的制备方法包括以下步骤：
S1、制备固含量为10％～50％聚合物纳米微球乳液，其中纳米微球的粒径为500nm；
S2、纳米微球乳液涂布在PET基材上，得到复合膜材；
S3、将复合膜材经过震荡剪切规整设备，其中震荡剪切规整设备的规整速度为10m/min；
S4、将经过S3的复合膜材进行UV固化，复合膜材的厚度为30微米。
通过上述制备方法制备得到的防蓝光光子晶体薄膜可阻隔530nm特都特定波长的自然光，无法实现阻隔蓝光。
实施例6
实施例6中的防蓝光光子晶体薄膜的制备方法包括以下步骤：
S1、制备固含量为10％～50％聚合物纳米微球乳液，其中纳米微球的粒径为80nm；
S2、纳米微球乳液涂布在PET基材上，得到复合膜材；
S3、将复合膜材经过震荡剪切规整设备，其中震荡剪切规整设备的规整速度为60m/min；
S4、将经过S3的复合膜材进行UV固化，复合膜材的厚度为3微米。
通过上述制备方法制备得到的光子晶体薄膜可阻隔395nm特定波长的自然光，无法实现阻隔蓝光。
实施例7
实施例7中的防蓝光光子晶体薄膜的制备方法包括以下步骤：
S1、制备固含量为10％～50％聚合物纳米微球乳液，其中纳米微球的粒径为500nm；
S2、纳米微球乳液涂布在PET基材上，得到复合膜材；
S3、将复合膜材经过震荡剪切规整设备，其中震荡剪切规整设备的规整速度为60m/min；
S4、将经过S3的复合膜材进行UV固化，复合膜材的厚度为25微米。
通过上述制备方法制备得到的光子晶体薄膜可阻隔530nm特定波长的自然光，无法实现阻隔蓝光。
综上所述，参见图4，当防蓝光光子晶体薄膜中的纳米微球阵列的厚度为2微米～50微米，纳米微球的大小为100nm～400nm时，实现精确阻隔波长400nm～500nm的同时，实现与其他光波的色彩平衡，保证视觉效果的同时，可应用在多种不同的场景，如防蓝光眼镜或电子屏幕上。
最后需要强调的是，以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种变化和更改，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.防蓝光光子晶体薄膜，其特征在于，包括：纳米微球周期性阵列，所述纳米微球周期性阵列中的纳米微球呈三维有序排列，所述纳米微球的粒径为100nm～400nm，所述光子晶体薄膜的阻隔波长范围为400nm～500nm。
2.根据权利要求1所述的防蓝光光子晶体薄膜，其特征在于：
所述防蓝光光子晶体薄膜纳米微球阵列厚度为2微米～50微米。
3.根据权利要求1所述的防蓝光光子晶体薄膜，其特征在于：
所述光子晶体薄膜包括基材，所述纳米微球周期性阵列涂布在基材上，所述基材可为为PET、PP、PVC和PE中的一种；防蓝光光子晶体薄膜的雾度0.5％～3.0％，光线透过率为85％～92％。
4.防蓝光光子晶体薄膜的制备方法，其特征在于：所述制备方法制备得到如权利要求1至3任一项所述的防蓝光光子晶体薄膜；
所述制备方法包括以下步骤：
S1、制备聚合物纳米微球乳液，其中所述纳米微球乳液中的纳米微球的粒径为100nm～400nm；
S2、所述纳米微球乳液涂布在基材上，得到复合膜材；
S3、将所述复合膜材经过震荡剪切规整设备，其中所述震荡剪切规整设备的规整速度为1m/min～50m/min；
S4、将经过步骤S3的复合膜材进行光固化，得到所述防蓝光光子晶体薄膜。
5.防蓝光光子晶体薄膜的应用，其特征在于：所述防蓝光光子晶体薄膜贴在眼镜镜片或电子屏幕上，所述防蓝光光子晶体薄膜为权利要求1至3任一项所述的防蓝光光子晶体薄膜。
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- 2021-12-15 CN CN202111538503.0A patent/CN114384620A/zh active Pending
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