专利名称：一种光学扩散膜及其制备方法
技术领域：
本发明涉及光学薄膜技术领域，尤其涉及一种光学扩散膜及其制备方法。
背景技术：
光学扩散薄膜(还可称为光学扩散膜，简称扩散膜)广泛应用于液晶显示、广告灯箱、照明灯具等需要光源的装置中，特别是在液晶显示装置中，扩散膜是背光模块中的关键零部件。光学扩散膜的主要作用是提升光线亮度，并将导光板收到的光线柔散化，为显示器提供一个均勻的面光源，起到拓宽视角的作用。就液晶显示器来说，在整个光学模组中需要两片光学扩散膜，分别称为上扩散膜和下扩散膜。其中下扩散膜靠近导光板，主要功能是集光、遮蔽导光板印刷网点或线光源、 灯管黑影；上扩散膜具有高光穿透能力，可改善视角、增加光源柔和性，兼具扩散及保护棱镜片的功能。扩散膜相比较于其它光学膜片(如棱镜片)来说所占的材料成本比重不高， 但在高亮度规格的要求下，显示屏的均勻度与亮度主要受扩散膜的品质影响。扩散膜的目的是将线性光源或点状光源均勻转换成面光源，其作用原理是利用光在具有不同折射率的介质中穿过，光线产生许多折射、反射、散射的现象，造成光学扩散的效果。目前扩散膜的制作方法多采用散射粒子型的湿法涂布方式，如图1所示，现有扩散膜结构从上至下分别为扩散层2、基材1和抗粘连粒子4，扩散层2含有散射粒子3 (还可称为扩散微粒，或扩散粒子)和粘合树脂。其中基材1通常为透明光学级聚酯薄膜，散射粒子3可以是无机粒子或高分子粒子(或称聚合物粒子)。有些扩散膜结构的上层和下层都是扩散层，有些扩散膜的下扩散层下面还设置有粘接层。扩散层2是通过涂布方式，将散射粒子和粘合树脂，如聚丙烯酸树脂(或称压克力树脂)的混合物涂覆于基材1表面，涂层经高温烘干去除溶剂、硬化而成。散射粒子型涂布式扩散膜具有透光率较高，雾度调节范围大，外观质量好的优点， 为高端背光源产品的扩散膜首选品种。但该类扩散膜由于采用后涂布加工方式，存在散射粒子与溶剂、树脂的粘结力不佳，粒子分布均勻度难以控制等缺点。此外，所用涂料含有机溶剂，因溶剂挥发度不同易造成涂层不均的问题，同时还存在烘干溶剂消耗能源且所用时间长，干燥过程易受温湿度影响，溶剂的废气处理等问题。
发明内容
为了解决现有的光学扩散膜中的扩散粒子与粘合树脂和基膜之间的粘结力不佳的缺陷，及现有的光学扩散膜需要涂布后加工处理，工艺复杂的缺陷，本发明提供了一种光学扩散膜及其制备方法，本发明提供的光学扩散膜中的扩散粒子与树脂之间的粘结力较好，表面抗粘连性能与光学性能良好，其制备方法包括三层共挤出和双向拉伸工艺，操作简单。为了解决上述技术问题，本发明采用下述技术方案
一种光学扩散膜，它的特点是，所述扩散膜为三层结构，包括基材，所述基材两侧至少一侧设有扩散层，所述扩散层包含有散射粒子，所述散射粒子的粒径为1-60 μ m。一般来说，应选用一系列不同粒径的粒子，以达到不同的光散射效果。例如，采用各粒径范围分布均勻的体系，得到的扩散膜散射效果更为均勻；采用粗粒径和细粒径各占一半的体系，得到的扩散膜亮度将会更高。进一步的，制备散射效果均勻的光学扩散膜，所述散射粒子的总重量为100%，其中粒径为l-15um的粒子占25%，粒径为16_30um的粒子占25%，粒径为31_45um的粒子占25%，粒径为46-60um的粒子占25%。上述百分比为重量百分比。进一步的，制备高亮度的光学扩散膜，所述散射粒子的总重量为100%，其中粒径为l_15um的粒子占40 %，粒径为16-30um的粒子占10 %，粒径为31_45um的粒子占10 %， 粒径为46-60um的粒子占40%。上述百分比为重量百分比。进一步的，所述基材的一侧设有扩散层，另一侧设有抗粘连层，所述抗粘连层包含有抗粘连粒子，所述抗粘连粒子的粒径为1-4 μ m。所述抗粘连粒子优选为二氧化硅粒子。其中扩散层(或称散射层)起到光扩散作用，抗粘连层起到薄膜收放卷过程中的抗粘连作用。由于散射层本身已有微粒存在，本身也具有抗粘连作用，所以有散射层的一面无需再添加抗粘连层。进一步的，所述光学扩散膜的厚度为75-250 μ m，所述基材的厚度为扩散膜厚度的 76%-88%,所述扩散层的厚度为扩散膜厚度的6% -12%。薄膜表面的摩擦系数(动、静摩擦系数)一般为0.2-0. 6，最好情况下为0.3-0. 5， 满足薄膜收放卷的抗粘连性要求。在光学性能方面，薄膜的透光率为86-94%，雾度为 60-94%。一般来说，薄膜的透光率越高，光利用率就越高；雾度越高，则膜的扩散效果越好。 透光率、雾度的要求，可以通过调整散射粒子的种类、粒径以及添加量来得到满足。进一步的，所述扩散膜为三层共挤结构。在基膜(或称基材)加工的同时直接完成扩散膜的制备。一方面，免去了涂布后加工处理工序，从而可避免涂布处理所带来的产品品质和生产管理方面的问题；另一方面，散射粒子与聚酯基膜的外层(即扩散层)树脂熔融混和，无需添加额外的粘合树脂和溶剂，使得散射粒子牢固地嵌入扩散层中，扩散层与基材通过熔融共挤出和双向拉伸工艺制备，两层之间没有明显的分界，形成了一个整体，所以， 散射粒子与基膜之间的粘结力较好。进一步的，所述散射粒子粒径为2-40 μ m。所述散射粒子可以根据粒径以及所述扩散层厚度的不同，在三层共挤时完全没入扩散层，或部分裸露在扩散膜表面，或被挤入所述基材中。进一步的，制备散射效果均勻的光学扩散膜，所述散射粒子的总重量为100%，其中粒径为2-10um的粒子占25%，粒径为ll_20um的粒子占25%，粒径为21_30um的粒子占25%，粒径为31-40um的粒子占25%。所述百分比为重量百分比。进一步的，制备高亮度的光学扩散膜，所述散射粒子的总重量为100%，其中粒径为2-10um的粒子占30 %，粒径为1 l_20um的粒子占20 %，粒径为21_30um的粒子占20 %， 粒径为31-40um的粒子占30%。所述百分比为重量百分比。进一步的，所述光学扩散膜的厚度为100-200μπι。进一步的，所述光学扩散膜的厚度为75-150 μ m。
进一步的，所述光学扩散膜的厚度为150-250 μ m。进一步的，所述基材原料包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)或其共聚改性聚酯，所述散射粒子为无机粒子或聚合物粒子。聚酯材料的特性粘度值为0. 55-0. 70dl/g，优选为0. 64-0. 68dl/g，熔点大于 255°C，优选为^KTC以上。所述散射粒子优选为聚合物粒子，特别是透明性较好且具备一定光折射率的聚合物粒子，如树脂材料。进一步的，所述散射粒子为聚合物粒子，所述聚合物粒子材料的光折射率为 1. 4-1. 75，所述聚合物粒子包括聚甲基丙烯酸甲酯粒子、聚酯粒子、聚碳酸酯粒子或聚苯乙烯粒子中的一种或至少两种的组合。本发明还提供了一种上述的光学扩散膜的制备方法，它的特点是，所述制备方法包括如下步骤(1)散射母料的制备将计算量的散射粒子与聚酯切片混和均勻，使得散射粒子在母料中的重量含量为 4g_8g/kg，优选为6g/kg(6000ppm)，然后熔融、挤出、切粒，制得散射母料；其中，散射粒子必须在聚酯母料中分散均勻方可使用，通过扫描电镜观察粒子的分布情况，来检验散射粒子在母料切片中的分散是否均勻。(2)扩散膜的制备将步骤(1)所得散射母料与聚酯切片混合，其中所述散射母料与聚酯切片的重量比为30-50 70-50，制成混合料A，所得混合料A与基材原料B分别进行熔融塑化，所得的熔体通过分配器进入三层共挤出机的模头，两外层为混和料A，中间层为基材原料B，共挤出后通过冷却、铸片、双向拉伸工艺，制得ABA结构的光学扩散膜；或者，将步骤(1)所得散射母料与聚酯切片混合，其中所述散射母料与聚酯切片的重量比为30-50 70-50，制成混合料A，将抗粘连母料与聚酯切片混和，其中所述抗粘连母料与聚酯切片的重量比为30-40 60-70，制成混合料C，所得混合料A、混合料C与基材原料 B分别进行熔融塑化，所得的熔体通过分配器进入三层共挤出机的模头，两外层分别为混和料A和混合料C，中间层为基材原料B，共挤出后通过冷却、铸片、双向拉伸工艺，制得ABC结构的光学扩散膜。本发明还提供了一种背光模组，包括光学扩散膜，它的特点是，所述扩散膜为上述的光学扩散膜。本发明还提供了一种液晶显示装置，包括背光模组，它的特点是，所述背光模组包括上述的光学扩散膜。与现有技术相比，本发明提供的光学扩散膜，抗粘连性，光透过率和雾度的综合性能较好，在产品性能上可以达到现有产品的水平。本发明提供的光学扩散膜的制备方法简单易行，在制备工艺上，无须后涂布加工处理，省去了一道繁杂的工序，免去粘合树脂、有机溶剂等的需求，不仅减少生产成本，使操作更为简便，而且可以提高产品的性能，如提高了散射层与基膜之间的粘结强度，并且利于环境保护。本发明提供的光学扩散膜的制备方法， 在现有的聚酯拉伸生产线上就可以实现。
图1为现有散射粒子型涂布法制得的扩散膜的结构示意图；图2为本发明提供的光学扩散膜(单扩散层)的结构示意图；图3为本发明提供的光学扩散膜(双扩散层)的结构示意图；图4为本发明提供的光学扩散膜(单扩散层)的剖面示意图；图5为本发明提供的光学扩散膜(双扩散层)的剖面示意图。其中，1为基材，2为扩散层，3为散射粒子，4为抗粘连粒子，5为抗粘连层。
具体实施例方式如图2所示，本发明提供的光学扩散膜(单扩散层)为三层结构，包括基材1，所述基材1的一侧设有扩散层2，所述扩散层2添加有散射粒子3，所述散射粒子3的粒径为 1-60 μ m ；所述基材1的另一侧设有抗粘连层5，所述抗粘连层5添加有抗粘连粒子4，所述抗粘连粒子4的粒径为1-4 μ m。如图3所示，本发明提供的光学扩散膜(双扩散层)为三层结构，包括基材1，所述基材1的两侧都设有扩散层2，所述扩散层2添加有散射粒子3。如图4所示，本发明提供的光学扩散膜(单扩散层)为三层结构，包括基材1，所述基材1的一侧设有扩散层2，所述扩散层2添加有散射粒子3，所述散射粒子3的粒径为 1-60 μ m，所述散射粒子3根据粒径以及扩散层2厚度情况不同，可以在三层共挤时完全没入扩散层2，或部分裸露在扩散膜表面，或被挤入基材1中；所述基材1的另一侧设有抗粘连层5，所述抗粘连层5添加有抗粘连粒子4，所述抗粘连粒子4的粒径为1-4 μ m。如图5所示，本发明提供的光学扩散膜(双扩散层)为三层结构，包括基材1，所述基材1的两侧都设有扩散层2，所述扩散层2添加有散射粒子3，所述散射粒子3根据粒径以及扩散层2厚度情况不同，可以在三层共挤时完全没入扩散层2，或部分裸露在扩散膜表面，或被挤入基材1中。本发明所用的材料和设备均为现有材料和设备，例如聚酯薄膜制备原料采用市场上销售的膜级聚酯切片，一般为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二醇酯 (PBT)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)或其共聚改性聚酯；散射粒子采用市场上销售的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚酯(PET)、聚碳酸酯(PC)、聚苯乙烯(PS)。本发明采用下述常用检测方法和设备测试所制备的光学扩散膜的抗粘连性和光学性能。摩擦系数评价扩散膜的表面抗粘连性，抗粘连性越高对应的摩擦系数越低。摩擦系数的测定依据是GB 10006-88塑料薄膜和薄片摩擦系数测定方法，在济南兰光机电技术有限公司的MXD-OIA摩擦系数仪上进行。光透过率和雾度用来评定扩散薄膜的光学性能，薄膜的光透过率越高则光学性能越好，雾度越高膜的散射效果越好。光透过率和雾度的测定依据GB/T 2410-2008标准， 在英国Diffusion公司的EEL 57D雾度仪上进行。双向拉伸工艺所用的设备日本三菱重工生产的聚酯薄膜拉伸生产线。本发明提供的光学扩散膜的制备方法包括如下步骤(1)散射母料的制备
将计算量的散射粒子与聚酯切片混和均勻，使得散射粒子在母料中的重量含量为 4g_8g/kg，优选为6g/kg(6000ppm)，然后熔融、挤出、切粒，制得散射母料；(2)扩散膜的制备将步骤(1)所得散射母料与聚酯切片混合，其中所述散射母料与聚酯切片的重量比为30-50 70-50，制成混合料A，所得混合料A与基材原料B分别进行熔融塑化，所得的熔体通过分配器进入三层共挤出机的模头，两外层为混和料A，中间层为基材原料B，共挤出后通过冷却、铸片，所得厚片在100°C下纵向拉伸4倍，在104°C下横向拉伸3. 8倍，在 225°C下热定型处理，冷却之后收卷，制得厚度为75-250μπι的ABA结构光学扩散膜；或者，将步骤(1)所得散射母料与聚酯切片混合，其中所述散射母料与聚酯切片的重量比为30-50 70-50，制成混合料Α，将抗粘连母料与聚酯切片混和，其中所述抗粘连母料与聚酯切片的重量比为30-40 60-70，制成混合料C，所得混合料Α、混合料C与基材原料 B分别进行熔融塑化，所得的熔体通过分配器进入三层共挤出机的模头，两外层分别为混和料A和混合料C，中间层为基材原料B，共挤出后通过冷却、铸片，所得厚片在100°C下纵向拉伸4倍，在104°C下横向拉伸3. 8倍，在225°C下热定型处理，冷却之后收卷，制得厚度为 75-250 μ m的ABC结构光学扩散膜。下述实施例中扩散膜的制备方法与上述制备方法相同，只是材料和配比不同，并通过上述检测方法对下述实施例制备的扩散膜的表面抗粘连性能及光学性能(透光率、雾度)进行测定。下述实施例1-8中，所述扩散膜原料包括有光切片(产品型号为reeoo)和抗粘连母料切片(产品型号为reeio)，前述有光切片和抗粘连母料切片均为中国仪征化纤有限公司生产的膜级聚酯切片。散射粒子采用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)粒子，由日本积水化成工业公司制备并提供，粒径为2-40um，光折射率为1. 45-1. 55。其中，所述PMMA以母料形式使用，所述PMMA在母料中的重量含量为4g_8g/kg。所述基材(中间层)的厚度为扩散膜厚度的80%，所述扩散层的厚度为扩散膜厚度的10%。实施例1按前述方法制备扩散膜，所得薄膜厚度为75um，单扩散层，扩散层中散射母料与有光切片的重量比为32 68，PMMA粒子粒径为2-10um，在母料中的重量含量为6g/kg，抗粘连层中抗粘连母料与有光切片的重量比为35 65，中间层完全使用有光切片。所得扩散膜如图2所示，薄膜表面抗粘连性能及光学性能(透光率、雾度)测定结果见表1。实施例2按前述方法制备扩散膜，所得薄膜厚度为125um，单扩散层，扩散层中散射母料与有光切片的配比为36 64，PMMA粒子粒径为2-20um，在母料中的重量含量为6g/kg，抗粘连层中抗粘连母料与有光切片的重量比为35 65，中间层完全使用有光切片。所得扩散膜如图2所示，薄膜表面抗粘连性能及光学性能(透光率、雾度)测定结果见表1。实施例3按前述方法制备扩散膜，所得薄膜厚度为188um，单扩散层，扩散层中散射母料与有光切片的配比为40 60，？皿仪粒子粒径为11-2511111，在母料中的重量含量为68/1^，抗粘连层中抗粘连母料与有光切片的重量比为35 65，中间层完全使用有光切片。所得扩散膜如图4所示，薄膜表面抗粘连性能及光学性能(透光率、雾度)测定结果见表1。实施例4按前述方法制备扩散膜，所得薄膜厚度为250um，单扩散层，扩散层中散射母料与有光切片的配比为48 52，PMMA粒子粒径为2-40um，在母料中的重量含量为6g/kg，抗粘连层中抗粘连母料与有光切片的重量比为35 65，中间层完全使用有光切片。所得扩散膜如图4所示，薄膜表面抗粘连性能及光学性能(透光率、雾度)测定结果见表1。表权利要求
1.一种光学扩散膜，其特征在于，所述扩散膜为三层结构，包括基材，所述基材两侧至少一侧设有扩散层，所述扩散层包含有散射粒子，所述散射粒子的粒径为1-60 μ m。
2.一种如权利要求1所述的光学扩散膜，其特征在于，所述基材的一侧设有扩散层，另一侧设有抗粘连层，所述抗粘连层包含有抗粘连粒子，所述抗粘连粒子的粒径为1-4 μ m。
3.—种如权利要求1所述的光学扩散膜，其特征在于，所述光学扩散膜的厚度为 75-250 μ m，所述基材的厚度为扩散膜厚度的76% -88%，所述扩散层的厚度为扩散膜厚度的 6% -12%。
4.一种如权利要求1所述的光学扩散膜，其特征在于，所述扩散膜为三层共挤结构。
5.一种如权利要求3所述的光学扩散膜，其特征在于，所述基材原料包括聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯或其共聚改性聚酯，所述散射粒子为无机粒子或聚合物粒子。
6.一种如权利要求5所述的光学扩散膜，其特征在于，所述散射粒子为聚合物粒子，所述聚合物粒子材料的光折射率为1. 4-1. 75，所述聚合物粒子包括聚甲基丙烯酸甲酯粒子、 聚酯粒子、聚碳酸酯粒子或聚苯乙烯粒子中的一种或至少两种的组合。
7.—种如权利要求5所述的光学扩散膜，其特征在于，所述散射粒子粒径为2-40 μ m。
8.—种如权利要求1-7之一所述的光学扩散膜的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤(1)散射母料的制备将计算量的散射粒子与聚酯切片混和均勻，使得散射粒子在母料中的重量含量为 4g_8g/kg，然后熔融、挤出、切粒，制得散射母料；(2)光学扩散膜的制备将步骤(1)所得散射母料与聚酯切片混合，其中所述散射母料与聚酯切片的重量比为 30-50 70-50，制成混合料A，所得混合料A与基材原料B分别进行熔融塑化，所得的熔体通过分配器进入三层共挤出机的模头，两外层为混和料A，中间层为基材原料B，共挤出后通过冷却、铸片、双向拉伸工艺，制得ABA结构的光学扩散膜；或者，将步骤(1)所得散射母料与聚酯切片混合，其中所述散射母料与聚酯切片的重量比为 30-50 70-50，制成混合料A，将抗粘连母料与聚酯切片混和，其中所述抗粘连母料与聚酯切片的重量比为30-40 60-70，制成混合料C，所得混合料A、C与基材原料B分别进行熔融塑化，所得的熔体通过分配器进入三层共挤出机的模头，两外层分别为混和料A和混合料C，中间层为基材原料B，共挤出后通过冷却、铸片、双向拉伸工艺，制得ABC结构的光学扩散膜。
9.一种背光模组，包括光学扩散膜，其特征在于，所述光学扩散膜为权利要求1-7之一所述的光学扩散膜。
10.一种液晶显示装置，包括背光模组，其特征在于，所述背光模组包括权利要求1-7 之一所述的光学扩散膜。
全文摘要
本发明涉及光学薄膜技术领域，尤其涉及一种光学扩散膜及其制备方法。为了解决现有的光学扩散膜中的扩散粒子与粘合树脂和基膜之间的粘结力不佳的缺陷，及现有的光学扩散膜需要涂布后加工处理，工艺复杂的缺陷，本发明提供了一种光学扩散膜及其制备方法。本发明提供的光学扩散膜为三层结构，包括基材，所述基材两侧至少一侧设有扩散层，所述扩散层包含有散射粒子，所述散射粒子的粒径为1-60μm。本发明提供的光学扩散膜中的扩散粒子与树脂之间的粘结力较好，表面抗粘连性能与光学性能良好，其制备方法包括三层共挤出和双向拉伸工艺，操作简单。
文档编号B32B27/36GK102540289SQ2011104580
公开日2012年7月4日 申请日期2011年12月31日 优先权日2011年12月31日
发明者不公告发明人 申请人:宁波长阳科技有限公司