CN114415269A - 光学组件及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光学组件及其制作方法。所述光学组件，包括基材以及第一膜层；其中，所述基材具有粗糙的第一表面，所述第一表面的平均粗糙度Ra为1μm～100μm，且Ra小于所述基材的厚度的1/2；所述第一膜层附着于所述第一表面。在保证减反射性能的同时，结构和制作工艺更简单。

Description

光学组件及其制作方法

技术领域

本发明涉及光学技术领域，特别是涉及一种光学组件及其制作方法。

背景技术

减反射是指减少或消除光学组件表面的反射光，从而增加光学组件的透光量，减少或消除***的杂散光。对于手机、显示器等电子产品，需要有效的减反射装置以降低反射率，达到如使电子产品的边缘呈现“一体黑”外观表现的目的。“一体黑”会让电子产品的外观黑的很均匀，看起来更美观，同时随着电子产品中柔性屏、折叠屏的广泛应用，“一体黑”也可以让柔性屏、折叠屏在弯曲或折叠时产生的折痕看起来比较不明显。

传统的减反射装置通常包含基材以及层叠于基材之上的光学涂层与硬质层。在对于其减反射作用的研发中，主要的一个方向为在基材的表面涂覆一层低折射率的光学涂层。该光学涂层的折射率(Refractive Index)一般介于1.35～1.40之间。由于光经过不同物质时，物质间彼此的折射率不同，所以根据Snell’s law，光就会发生折射与反射(如图1所示)，然而反射率的理论计算只跟折射率有关，反射率R(Reflectivity)计算公式为

因此单纯从改变材料折射率(N₁)来降低反射率，会有物理上的限制，反射率降低幅度有限，并且低折射率的涂层不耐刮擦、容易脆化。在施工上还会额外增加一道涂布过程。除此之外，低折射率的涂层材料来源较少且价格高昂，还需要进一步筛选满足与下面涂层或基材的附着，可供选择的材料十分有限。

另外，还有方法对具有减反射作用的光学涂层作进一步的粗糙处理，该方法虽然能够获得更低的反射率，但是依然存在需要采用特定材料的光学涂层以及涂布工序增加的问题。

发明内容

基于此，本发明提供一种在保证减反射性能的同时，结构和制作工艺更简单的光学组件及其制作方法。

本发明的第一方面，提供一种光学组件，包括基材以及第一膜层；

其中，所述基材具有粗糙的第一表面，所述第一表面的平均粗糙度Ra为1μm～100μm，且Ra小于所述基材的厚度的1/2；

所述第一膜层附着于所述第一表面。

在其中一个实施例中，Ra小于所述基材的厚度的1/3。

在其中一个实施例中，Ra为25μm～50μm。

在其中一个实施例中，所述基材的厚度为50μm～500μm。

在其中一个实施例中，所述第一表面的凸起和凹陷呈无规则排布。

在其中一个实施例中，所述基材的材质的Tg为80℃～300℃。

在其中一个实施例中，所述第一膜层的厚度为2μm～10μm。

在其中一个实施例中，以质量百分比计，所述第一膜层的制备原料包括：

20％～40％的丙烯酸树脂低聚物、10％～20％的光固化活性稀释剂、1％～5％的光引发剂、1.5％～8％的添加剂以及50％～70％的溶剂。

在其中一个实施例中，所述硬质膜层中分散有占所述硬质膜层质量百分比为1％～20％的减反射粒子。

在其中一个实施例中，以质量百分比计，所述减反射粒子包括48％～52％的第一减反射粒子、28％～32％的第二减反射粒子和18％～22％的第三减反射粒子；

其中，所述第一减反射粒子的粒径为≥50nm，且≤100nm；

所述第二减反射粒子的粒径为≥20nm，且＜50nm；

所述第三减反射粒子的粒径为＜20nm。

本发明的第二方面，提供所述的光学组件的制作方法，包括如下步骤：

采用加热后的热压辊对基材进行辊压，形成所述第一表面；

于所述第一表面涂覆第一膜层的材料，固化形成所述第一膜层。

在其中一个实施例中，加热所述热压辊的温度至70℃～150℃。

本发明的第三方面，提供一种电子设备，包括本体以及嵌合于所述本体的减反射装置，所述减反射装置为如上所述的光学组件。

在其中一个实施例中，所述减反射装置为保护盖板。

上述光学组件，直接在基材上形成特定尺寸粗糙形貌的第一表面，通过该粗糙形貌能够达到破坏反射光的目的，保证光学组件的减反射率功能。同时，结构上无需进行额外的减反射层的设计，突破了低折射率材料可选范围小的限制，也简化了光学组件的制作流程，具有较为广泛的应用价值。

同时，在研究过程中还发现，基于基材第一表面的粗糙形貌，第一膜层与基材的接触面积增加，可以有效提升第一膜层与基材之间的密着能力，且还可以减小其内弯折时的内应力，使光学组件具有良好耐弯折性。由此有效解决了传统的减反射涂层直接应用于柔性屏或折叠屏，弯曲或折叠一段时间后会出现涂层开裂的问题，适用于电子设备的柔性屏、折叠屏等。

另外，上述光学组件还具有较高的光穿透率和较低的雾度。

附图说明

图1为光通过介质发生折射与反射的示意图；

图2为本发明一实施例中光学组件的结构示意图；

图3为本发明一实施例中光学组件的减反射原理示意图；

图4为本发明一实施例中光学组件的制作方法步骤S1的加工示意图；

图5为本发明一实施例中光学组件的制作方法步骤S1的加工后的基材示意图。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明的光学组件及其制作方法作进一步详细的说明。本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明公开内容理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

本发明中，“一种或多种”指所列项目的任一种、任两种或任两种以上。

本发明中，“第一方面”、“第二方面”、“第三方面”、“第四方面”、“第五方面”等仅用于描述目的，不能理解为指示或暗示相对重要性或数量，也不能理解为隐含指明所指示的技术特征的重要性或数量。而且“第一”、“第二”、“第三”、“第四”、“第五”等仅起到非穷举式的列举描述目的，应当理解并不构成对数量的封闭式限定。

本发明中，以开放式描述的技术特征中，包括所列举特征组成的封闭式技术方案，也包括包含所列举特征的开放式技术方案。

本发明中，涉及到数值区间，如无特别说明，上述数值区间内视为连续，且包括该范围的最小值及最大值，以及这种最小值与最大值之间的每一个值。进一步地，当范围是指整数时，包括该范围的最小值与最大值之间的每一个整数。此外，当提供多个范围描述特征或特性时，可以合并该范围。换言之，除非另有指明，否则本文中所公开之所有范围应理解为包括其中所归入的任何及所有的子范围。

本发明中，涉及的百分比含量，如无特别说明，对于固液混合和固相-固相混合均指质量百分比，对于液相-液相混合指体积百分比。

本发明中，涉及的百分比浓度，如无特别说明，均指终浓度。所述终浓度，指添加成分在添加该成分后的体系中的占比。

本发明中，的温度参数，如无特别限定，既允许为恒温处理，也允许在一定温度区间内进行处理。所述的恒温处理允许温度在仪器控制的精度范围内进行波动。

本发明中，“附着于……表面”可以指与附着对象直接接触，也可以与附着对象间接接触，即通过其它中间结构实现连接。

本发明中，“Tg”是指材料的玻璃态转化温度。

本发明中，“低聚物”是指由较少的重复单元所组成的聚合物，其相对分子质量介于小分子和高分子之间。不作限制地，本发明中“低聚物”是指由10～20个重复单元所组成的聚合物。

本发明提供一种光学组件，如图2所示，包括基材100以及第一膜层200；

其中，基材100具有粗糙的第一表面101，第一表面101的平均粗糙度Ra为1μm～100μm，且Ra小于基材100的厚度的1/2；第一膜层200附着于第一表面101。

可以理解地，基材100的厚度是指基材100的底面与粗糙的第一表面101的顶端之间的距离。

不作限制地，第一膜层200可为电子设备基材表面的任意功能膜层，根据电子设备的不同而设置。进一步地，第一膜层200并非光学涂层。

在其中一个具体的示例中，第一膜层200为保护膜层，即提供对基材100的封装和保护作用。进一步地，第一膜层200为硬质层。

不作限制地，参见图3，上述光学组件的减反射原理如下：

当光线进入具有粗糙的第一表面101的基材100时，可以破坏光行进的路线，改变光的反射路径，尤其当入射光与介面接近垂直时，光的路径会往前并发生折射，同时由于改变了光原来的行径方向，也衰减了光的能量，反射光的能量也降低，由此可以达到减反射的目的。

上述光学组件的第一表面101需要合理控制其粗糙形貌的尺寸。Ra太大，即表面高低起伏大时，因为硬质层用的胶通常是有黏性，所以在涂胶时难以达到谷底部分，不能完整地覆盖第一表面，进行产生空隙，如此会导致两个问题：(1)空隙就代表着没有完全密着，且空隙可能是随机分布或是大小不一的，导致外观上会出现不均匀等异状，影响使用者的体验；(2)空隙里面存在的可能是空气(气泡)或是其它小异物(杂质)，这空隙将改变光的折射与反射，在特殊检验光源下会发现外观上的异状，呈现出不平整的视觉效果。同时，Ra太大还会导致雾度的增加以及穿透率的下降。Ra太小时，因为光的波长范围是380nm～780nm，若尺寸小于光的一个波长，将无法反应光一个波长的完整行为，使得反射光比例增加，影响减反射效果，同时制作工艺上也较难实现，精细化加工也增加了生产的成本。另外，Ra需要小于基材100的厚度的1/2。如此在实现减反射作用的同时，保证基材的支撑性。

具体地，Ra包括但不限于：1μm、5μm、10μm、12μm、20μm、23μm、25μm、27μm、30μm、30μm、35μm、37μm、40μm、43μm、45μm、47μm、50μm、60μm、70μm、80μm、100μm。进一步地，Ra为25μm～50μm。更进一步地，Ra为35μm～40μm。

在其中一个具体的示例中，Ra小于基材100的厚度的1/3。

在其中一个具体的示例中，第一表面101的凸起和凹陷呈无规则排布。当光学组件应用于柔性或折叠显示器面板最外层的保护盖板时，由于更接近使用者的眼睛，若采用规则排布，容易与显示屏上的像素(pixel)产生干涉现象，这些干涉现象会明显影响产品的外观，难以被使用者所接受。

在其中一个具体的示例中，基材100的厚度为50μm～500μm。基材100的厚度太薄，平整度会较差，并且容易破裂，产品良品率低；厚度太厚，材料成本和重量增加，且外观会变得不透明。具体地，基材100的厚度包括但不限于：50μm、80μm、100μm、150μm、160μm、170μm、185μm、188μm、190μm、200μm、250μm、300μm、400μm、500μm。

在其中一个具体的示例中，基材100的材质的Tg为80℃～300℃。进一步地，基材100的材质的Tg为100℃～170℃。Tg温度过低，基材容易在较低的温度就发生型变，当所处的环境温度稍高时，会让基材100的表面形貌产生些微形变，影响其光学特性；Tg温度过高，在光学组件的制作过程中需要较高的加工温度，可采用的设备受限，且增加能耗。

不作限制地，基材100的材质为聚酰亚胺(CPI)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、三醋酸纤维素(TAC)、玻璃(如超薄玻璃UTG)、聚碳酸酯(PC)或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。其中，PET主要是应用在柔性折叠显示器面板最外层的保护盖板；CPI主要是应用在柔性折叠显示器面板最外层的保护盖板；TAC主要是应用贴在太阳眼镜最外层的保护盖板；UTG主要是应用在柔性折叠显示器面板最外层的保护盖板PC主要是应用在液晶显示器(TFT-LCD)面板最外层的保护盖板PMMA主要是应用在液晶显示器(TFT-LCD)面板最外层的保护盖板。

在其中一个具体的示例中，第一膜层200的厚度为2μm～10μm。可以理解地，第一膜层200的厚度是指第一膜层200的表面与粗糙的第一表面101的顶端之间的距离。具体地，第一膜层200的厚度包括但不限于：2μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm、10μm。

在其中一个具体的示例中，以质量百分比计，第一膜层200的制备原料包括：

20％～40％的丙烯酸树脂低聚物、10％～20％的光固化活性稀释剂、1％～5％的光引发剂、1.5％～8％的添加剂以及50％～70％的溶剂。

其中，不作限制地，丙烯酸树脂低聚物的官能度为6～15官，可选自聚醚型聚氨酯丙烯酸酯低聚物、聚酯型聚氨酯丙烯酸酯低聚物、聚碳酸酯型聚氨酯丙烯酸酯低聚物、脂肪族聚氨酯丙烯酸酯低聚物、有机硅改性聚氨酯丙烯酸酯低聚物、氟改性聚氨酯丙烯酸酯低聚物、环氧改性聚氨酯丙烯酸酯低聚物和聚酯丙烯酸酯低聚物中的一种或多种。

不作限制地，光固化活性稀释剂的官能度主要为2～6官，可选自季戊四醇三丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯、双季戊四醇五丙烯酸酯、双季戊四醇六丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、乙氧化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、1,6-己二醇二(甲基)丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、三羟甲基戊烷三甲基丙烯酸酯、三羟甲基丙烷季戊四醇三丙烯酸酯、丙氧化新戊二醇二丙烯酸酯、乙氧化1,6-己二醇二丙烯酸酯和三(2-丙烯酰氧乙基)异氰脲酸酯中的一种或多种。

不作限制地，光引发剂可选自1-羟环己基苯酮(光引发剂184)、2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮(光引发剂1173)、2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦(光引发剂TPO)和2-羟基-4-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮(光引发剂2959)中的一种或多种。

不作限制地，添加剂可选自无机纳米材料和氟硅类添加剂中的一种或多种。

不作限制地，溶剂可选自醋酸乙酯、醋酸丁酯、丁酮、甲基异丁基甲酮、丙二醇甲醚和丙二醇甲醚醋酸酯中的一种或多种。

在其中一个具体的示例中，第一膜层200的制备原料还可以包括减反射粒子，如此可以进一步增加减反射效果。减反射粒子的材质包括但不限于二氧化硅和二氧化钛中的一种或多种。

进一步地，合理控制硬质膜层中减反射粒子的占比，并采用不同粒径的三种减反射粒子设置合理的级配，如此可以使光学组件在具备更佳的减反射效果的同时，不影响其耐弯折性。

在其中一个具体的示例中，第一膜层200中分散有占第一膜层200质量百分比为1％～20％的减反射粒子。

在其中一个具体的示例中，以质量百分比计，减反射粒子包括48％～52％的第一减反射粒子、28％～32％的第二减反射粒子和18％～22％的第三减反射粒子；

其中，第一减反射粒子的粒径为≥50nm，且≤100nm；

第二减反射粒子的粒径为≥20nm，且＜50nm；

第三减反射粒子的粒径为＜20nm；进一步地，第三减反射粒子的粒径为≥10μm，且＜20nm。

本发明还提供所述的光学组件的制作方法，包括如下步骤：

S1：采用加热后的热压辊对基材100进行辊压，形成第一表面101；

S2：于第一表面101涂覆第一膜层的材料，固化形成第一膜层200。

具体地，如图4所示，步骤S1中，热压辊具有与所需的第一表面101相应的表面形貌，通过对基材100进行加热辊压，破坏基材100的平整性，形成第一表面101。辊压后的基材100如图5所示。

不作限制地，热压辊的表面形貌的获得方式包括如下步骤：

先在热压辊的表面电镀一层铜，电镀时间越久，这层铜的厚度就越厚，要电镀多厚就取决于热压辊的表面形貌需求，可以设置为50μm～200μm；电镀完成后，利用精密加工的仪器，仪器上装有如钻石刀等加工部件，在电镀铜层上刻出要的形状与深度(Ra)。

可以理解地，可以根据不同基材100材质的不同Tg点设置热压辊的温度进行辊压，使基材100的表面出现轻微的热形变，达到所需的第一表面101的形貌即可。在其中一个具体的示例中，加热热压辊的温度至70℃～150℃。进一步地，对于TAC、PET或PMMA，加热热压辊的温度至80℃～130℃，对于CPI或UTG，加热热压辊的温度至100℃～150℃，对于PC，加热热压辊的温度至70℃～120℃。温度太高可能会造成基材100的整体形变，甚至破坏基材100的结构，温度太低则无法造成基材100的表面的形变。

具体地，步骤S2中，在第一表面101涂覆第一膜层200的材料，经过固化，形成第一膜层200，制备得到如图2所示的光学组件。

本发明还提供一种电子设备，包括本体以及嵌合于本体的减反射装置，所减反射装置为上述的光学组件。进一步地，电子设备可如手机、显示器。

在其中一个具体的示例中，减反射装置为保护盖板。进一步地，保护盖板为屏幕盖板。

以下为具体的实施例。

实施例中形成硬质层的胶水组成如下：

杰事达DSP-552F(6官氟改性聚氨酯丙烯酸酯低聚物)15％、长兴化学6195-100(10官脂肪族聚氨酯丙烯酸酯低聚物)10％、双季戊四醇六丙烯酸酯10％、光引发剂2959 2％、NANOBYK-3605(无机纳米材料)2.5％、信越KY-1203(氟硅类添加剂)1％、丙二醇甲醚20％和醋酸丁酯39.5％。

实施例1～5和对比例2提供的光学组件，其制作方法如下：

(1)按照表1，以厚度为188μm的PET作为基材，加热热压辊至表1温度后对基材进行辊压，形成第一表面，其Ra如表1所示；

(2)于第一表面进行胶水的涂覆，固化形成硬质层，其厚度为10μm。

实施例6的制作方法同实施例3，主要区别在于：使用厚度65μm的CPI膜为基材，且Ra为12μm。

实施例7的制作方法同实施例3，主要区别在于：在胶水中混合质量百分比为10％的二氧化硅粒子，形成硬质层；其中二氧化硅粒子的粒径分布如下：50％:50nm≤R≤100nm；30％:20nm≤R＜50nm；20％:10μm≤R<20nm。

对比例1提供的光学组件其制作方法同实施例1，主要区别在于：未进行步骤(1)的辊压，即未对基材的表面进行粗糙处理。

表1

实施例1～7和对比例1～2的光学组件的测试方法如下：

(1)反射率测试方法(光谱仪型号：柯尼卡美能达CM-5；光源为D65，角度为100)：

1.1准备两个线性偏光片(Polarizer)；

1.2垂直粘合两个偏光片(Polarizer)；

1.3.粘合测试样品和交叉偏光片；

1.4.将测试样品面放在传感器区域；

1.5.确保被测样品平整且各粘合剂间无气泡；

1.6.开始量测，确认量测结果。

(2)弯折性能测试方法(设备型号：汤浅DML HB-FS)：

2.1准备用于折叠的测试样品；

2.2被测样品长度不小于150mm；

2.3对于内折叠，硬质层朝上；

2.4将测试样品的两侧固定在折叠板上；

2.5设置折叠频率为每秒一次；

2.6每5万次监测一次，直到20万次停止；

2.7检查外观并比较折叠前与折叠后的光学结果。

(3)穿透率(Transmittance)/雾度：

一束入射光穿过产品后，部分光会直直走，部分光会发生散射。+/-3度的光，定义为直线走的光，超过+/-3度的光称为散射光。

穿透率测试直线走的光与入射光的比值；雾度测试散射光与入射光的比值。

结果如下表2所示：

表2

由表2可知，实施例1～6的光学组件通过控制合适的Ra值，均能够实现较对比例1～2更优的减反射性能，其中，在基材同为PET的情况下，以实施例3和4更佳。

同时，实施例1～6的光学组件还具有良好的耐弯折性、较高的光穿透率和较低的雾度。而对比例1～2均不能通过弯折性能测试，且对比例2由于Ra值较大，穿透率出现了明显的下降，雾度出现了明显的增加。

与实施例3相比较，实施例7通过在硬质层中引入二氧化硅粒子，能够进一步降低减反射效果，同时不会影响光学组件的耐弯折性、光穿透率和雾度。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，便于具体和详细地理解本发明的技术方案，但并不能因此而理解为对发明专利保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。应当理解，本领域技术人员在本发明提供的技术方案的基础上，通过合乎逻辑的分析、推理或者有限的试验得到的技术方案，均在本发明所附权利要求的保护范围内。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求的内容为准，说明书及附图可以用于解释权利要求的内容。

Claims (14)

1.一种光学组件，其特征在于，包括基材以及第一膜层；

其中，所述基材具有粗糙的第一表面，所述第一表面的平均粗糙度Ra为1μm～100μm，且Ra小于所述基材的厚度的1/2；

所述第一膜层附着于所述第一表面。

2.根据权利要求1所述的光学组件，其特征在于，Ra小于所述基材的厚度的1/3。

3.根据权利要求1所述的光学组件，其特征在于，Ra为25μm～50μm。

4.根据权利要求1所述的光学组件，其特征在于，所述基材的厚度为50μm～500μm。

5.根据权利要求1～4任一项所述的光学组件，其特征在于，所述第一表面的凸起和凹陷呈无规则排布。

6.根据权利要求1～4任一项所述的光学组件，其特征在于，所述基材的Tg为80℃～300℃。

7.根据权利要求1～4任一项所述的光学组件，其特征在于，所述第一膜层的厚度为2μm～10μm。

8.根据权利要求1～4任一项所述的光学组件，其特征在于，以质量百分比计，所述第一膜层的制备原料包括：

20％～40％的丙烯酸树脂低聚物、10％～20％的光固化活性稀释剂、1％～5％的光引发剂、1.5％～8％的添加剂以及50％～70％的溶剂。

9.根据权利要求1～4任一项所述的光学组件，其特征在于，所述第一膜层中分散有占所述第一膜层质量百分比为1％～20％的减反射粒子。

10.根据权利要求9所述的光学组件，其特征在于，以质量百分比计，所述减反射粒子包括48％～52％的第一减反射粒子、28％～32％的第二减反射粒子和18％～22％的第三减反射粒子；

其中，所述第一减反射粒子的粒径为≥50nm，且≤100nm；

所述第二减反射粒子的粒径为≥20nm，且＜50nm；

所述第三减反射粒子的粒径为＜20nm。

11.权利要求1～10任一项所述的光学组件的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：

采用加热后的热压辊对基材进行辊压，形成所述第一表面；

于所述第一表面涂覆第一膜层的材料，固化形成所述第一膜层。

12.根据权利要求11所述的光学组件的制作方法，其特征在于，加热所述热压辊的温度至70℃～150℃。

13.一种电子设备，其特征在于，包括本体以及嵌合于所述本体的减反射装置，所述减反射装置为权利要求1～10任一项所述的光学组件。

14.根据权利要求13所述的电子设备，其特征在于，所述减反射装置为保护盖板。

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