本发明属于薄膜材料技术领域，具体涉及一种纳米光栅结构复合蓝光扩散膜的制备方法。
背景技术：
光扩散材料是指能将点、线光源转化成线、面光源的材料，一般通过将与基材不同折射系数的光扩散粒子分散在透明基材中制备得到，早期多用于液晶显示器的背光源材料，又称为光散射材料或散光材料。将光扩散材料用于发光二极管(led)照明是近年来比较热门的应用领域。近年来，越来越多的led照明光电企业和用户已经意识到光扩散材料作为led照明匀光灯罩材料的重要性；日本大公司多在我国申请该方面专利，国内塑料改性厂商也在推出类似产品。
聚碳酸酯(pc)是一种综合性能优良的非晶形热塑性塑料，它不仅具有很高的电绝缘性、阻燃性，而且可抗紫外线、耐老化。目前使用的工程塑料中，pc的透明性能是最好的，可见光透过率高达90％以上。此外，pc密度低、容易加工成型，是一种性能优良、应用广泛的工程塑料，广泛用于汽车、电子电气、建筑材料、机械零件、办公自动化设备、包装业、运动器械、医疗保健、光盘和家庭用品等领域。近年来，对以pc为基体的光扩散材料的研究和开发引起了人们极大的热情。
沈辰等在pc中加入交联型pmma微球光扩散剂，研究了pc光扩散板的光扩散机理以及光扩散剂粒径大小对pc光扩散板光透过率、雾度、有效光散射系数及力学性能的影响。研究结果显示光扩散剂粒径为20微米时，pc光扩散板光透过率较高：光扩散剂粒径为1.8微米时，pc光扩散板雾度较大：光扩散剂粒径为3微米时，pc光扩散板有效光散射系数较大且满足使用时力学性能要求；光扩散剂粒径增大，光透过率增加，雾度减小。(现代塑料加工应用，2015，27(1)：49-52)赵望冲等以pc为基材，丙烯酸类和有机硅类树脂作光扩散剂，研究认为加入有机硅类光扩散剂对pc基光扩散材料的拉伸强度基本无影响，对缺口冲击强度有一定影响。光扩散剂的粒径在一定范围内对pc基光扩散材料的雾度有影响，粒径大的其雾度稍高。光扩散剂用量对pc基光扩散材料的透光率和雾度影响较大，添加有机硅类光扩散剂时，pc基光扩散材料的有效光扩散系数达到76.7％，透光率为80.8％，雾度为94.9％(工程塑料应用，2013，41(5)：29-33)。
光扩散膜面临的问题是现有膜材料的开发面对的是白光光源，液晶显示技术是白光经光扩散膜扩散后，再用滤光法分出红、绿、蓝三原色，未有针对自主发光显示器件(如led、oled)发出的红、绿、蓝三原色点光源转换成高色纯度面光源的高透过率、高雾度的光扩散膜。
本发明针对上述问题，开发一种纳米光栅结构复合蓝光扩散膜，在确保高透过率、高雾度的同时，提高透射光的色纯度。
技术实现要素：
本发明属于薄膜材料领域，涉及一种纳米光栅结构复合蓝光扩散膜的制备方法。本发明提出的制备方法是利用纳米光栅结构模板，在聚碳酸脂板表面构筑硅烷偶联剂图形，加热，紫外光照射，得聚碳酸酯/聚硅氧烷复合膜，再在聚硅氧烷层上旋涂聚乙烯醇层，高温退火，得纳米光栅结构复合蓝光扩散膜。
本发明的制备方法具有如下特点：(1)首次使用纳米光栅结构来调控复合光扩散膜的光透过率和雾度；(2)首次使用纳米光栅结构来提高透射光的色纯度；(3)本发明制备的纳米光栅结构复合蓝光扩散膜只对蓝光有高的光透过率及雾度，同时提高蓝光的色纯度，但对其它颜色的光，如白光、绿光、红光等，不仅光透过率及雾度较低，而且不能提高相关颜色光的色纯度，即本发明制备的复合光扩散膜对蓝光具有选择性，所得的技术效果是不可预期的，现有文献无法从理论或实验上给本发明以启示。
本发明提出的一种纳米光栅结构复合蓝光扩散膜的制备方法，其特征在于制备工艺如下：
(1)聚碳酸酯/聚硅氧烷复合膜制备；室温下，将1ml硅烷偶联剂溶液滴加在面积为9cm2、厚度为0.2mm、蓝光透过率为93％的聚碳酸脂板上，旋涂硅烷偶联剂层；将线宽、间距均为90nm的压印用纳米光栅结构模板放置在硅烷偶联剂层上，用压印的方法构建纳米光栅结构图形，再放置在烘箱中，于100℃加热2小时，冷却至室温，分离模板，得图形化聚碳酸酯复合膜；再将图形化聚碳酸酯复合膜放入紫外箱中，用365nm波长紫外光照射10分钟，取出，得聚碳酸酯/聚硅氧烷复合膜；其中硅烷偶联剂溶液中各组分的质量比为环己烷：n-β-(氨乙基)-γ氨丙基三甲氧基硅烷∶二氯甲基三乙氧基硅烷＝100∶1∶0.5。
(2)纳米光栅结构复合蓝光扩散膜制备；将聚乙烯醇溶液滴加在聚碳酸酯/聚硅氧烷复合膜图形化层上，旋涂成300nm厚的聚乙烯醇层，放置在烘箱中，于90℃加热2小时，冷却至室温，得纳米光栅结构复合蓝光扩散膜；其中聚乙烯醇溶液中各组分的质量比为蒸馏水∶聚乙烯醇∶硼酸＝100∶10∶0.2，聚乙烯醇的重均分子量为12000；用透过率测试仪检测光扩散膜的蓝光、红光、绿光、白光透过率分别为93％、72％、73％、74％；用雾度计检测光扩散膜的蓝光、红光、绿光、白光雾度分别为96％、48％、49％、45％；将色纯度为0.80的蓝光、红光、绿光、白光经纳米光栅结构复合蓝光扩散膜透射，用色彩照度测试仪测得透射光的色纯度分别为0.95、0.77、0.78、0.79。
如果不加入聚乙烯醇为原料，本发明还提供如下技术方案作为对比：
室温下，将1ml硅烷偶联剂溶液滴加在面积为9cm2、厚度为0.2mm、蓝光透过率为93％的聚碳酸脂板上，旋涂硅烷偶联剂层；将线宽、间距均为90nm的压印用纳米光栅结构模板放置在硅烷偶联剂层上，用压印的方法构建纳米光栅结构图形，再放置在烘箱中，于100℃加热2小时，冷却至室温，分离模板，得图形化聚碳酸酯复合膜；再将图形化聚碳酸酯复合膜放入紫外箱中，用365nm波长紫外光照射10分钟，取出，得聚碳酸酯/聚硅氧烷复合膜；其中硅烷偶联剂溶液中各组分的质量比为环己烷∶n-β-(氨乙基)-γ氨丙基三甲氧基硅烷∶二氯甲基三乙氧基硅烷＝100∶1∶0.5。用透过率测试仪检测聚碳酸酯/聚硅氧烷复合膜的蓝光、红光、绿光、白光透过率分别为74％、73％、72％、75％；用雾度计检测聚碳酸酯/聚硅氧烷复合膜的蓝光、红光、绿光、白光雾度分别为42％、41％、44％、47％；将色纯度为0.80的蓝光、红光、绿光、白光经聚碳酸酯/聚硅氧烷复合膜透射，用色彩照度测试仪测得透射光的色纯度分别为0.78、0.79、0.77、0.76。
如果不加入n-β-(氨乙基)-γ氨丙基三甲氧基硅烷为原料，本发明还提供如下技术方案作为对比：
(1)聚碳酸酯/聚硅氧烷复合膜制备；室温下，将1ml硅烷偶联剂溶液滴加在面积为9cm2、厚度为0.2mm、蓝光透过率为93％的聚碳酸脂板上，旋涂硅烷偶联剂层；将线宽、间距均为90nm的压印用纳米光栅结构模板放置在硅烷偶联剂层上，用压印的方法构建纳米光栅结构图形，再放置在烘箱中，于100℃加热2小时，冷却至室温，分离模板，得图形化聚碳酸酯复合膜；再将图形化聚碳酸酯复合膜放入紫外箱中，用365nm波长紫外光照射10分钟，取出，得聚碳酸酯/聚硅氧烷复合膜；其中硅烷偶联剂溶液中各组分的质量比为环己烷∶二氯甲基三乙氧基硅烷＝100∶0.5。
(2)纳米光栅结构复合蓝光扩散膜制备；将聚乙烯醇溶液滴加在聚碳酸酯/聚硅氧烷复合膜图形化层上，旋涂成300nm厚的聚乙烯醇层，放置在烘箱中，于90℃加热2小时，冷却至室温，得纳米光栅结构复合蓝光扩散膜；其中聚乙烯醇溶液中各组分的质量比为蒸馏水∶聚乙烯醇∶硼酸＝100∶10∶0.2，聚乙烯醇的重均分子量为12000；用透过率测试仪检测光扩散膜的蓝光、红光、绿光、白光透过率分别为74％、75％、74％、75％；用雾度计检测光扩散膜的蓝光、红光、绿光、白光雾度分别为45％、43％、41％、46％；将色纯度为0.80的蓝光、红光、绿光、白光经纳米光栅结构复合蓝光扩散膜透射，用色彩照度测试仪测得透射光的色纯度分别为0.76、0.77、0.76、0.79。
如果不加入二氯甲基三乙氧基硅烷为原料，本发明还提供如下技术方案作为对比：
(1)聚碳酸酯/聚硅氧烷复合膜制备；室温下，将1ml硅烷偶联剂溶液滴加在面积为9cm2、厚度为0.2mm、蓝光透过率为93％的聚碳酸脂板上，旋涂硅烷偶联剂层；将线宽、间距均为90nm的压印用纳米光栅结构模板放置在硅烷偶联剂层上，用压印的方法构建纳米光栅结构图形，再放置在烘箱中，于100℃加热2小时，冷却至室温，分离模板，得图形化聚碳酸酯复合膜；再将图形化聚碳酸酯复合膜放入紫外箱中，用365nm波长紫外光照射10分钟，取出，得聚碳酸酯/聚硅氧烷复合膜；其中硅烷偶联剂溶液中各组分的质量比为环己烷∶n-β-(氨乙基)-γ氨丙基三甲氧基硅烷＝100∶1。
(2)纳米光栅结构复合蓝光扩散膜制备；将聚乙烯醇溶液滴加在聚碳酸酯/聚硅氧烷复合膜图形化层上，旋涂成300nm厚的聚乙烯醇层，放置在烘箱中，于90℃加热2小时，冷却至室温，得纳米光栅结构复合蓝光扩散膜；其中聚乙烯醇溶液中各组分的质量比为蒸馏水∶聚乙烯醇∶硼酸＝100∶10∶0.2，聚乙烯醇的重均分子量为12000；用透过率测试仪检测光扩散膜的蓝光、红光、绿光、白光透过率分别为75％、76％、79％、74％；用雾度计检测光扩散膜的蓝光、红光、绿光、白光雾度分别为34％、32％、39％、33％；将色纯度为0.80的蓝光、红光、绿光、白光经纳米光栅结构复合蓝光扩散膜透射，用色彩照度测试仪测得透射光的色纯度分别为0.77、0.78、0.77、0.76。
如果使用重均分子量为25000的聚乙烯醇为原料，本发明还提供如下技术方案作为对比：
(1)聚碳酸酯/聚硅氧烷复合膜制备；室温下，将1ml硅烷偶联剂溶液滴加在面积为9cm2、厚度为0.2mm、蓝光透过率为93％的聚碳酸脂板上，旋涂硅烷偶联剂层；将线宽、间距均为90nm的压印用纳米光栅结构模板放置在硅烷偶联剂层上，用压印的方法构建纳米光栅结构图形，再放置在烘箱中，于100℃加热2小时，冷却至室温，分离模板，得图形化聚碳酸酯复合膜；再将图形化聚碳酸酯复合膜放入紫外箱中，用365nm波长紫外光照射10分钟，取出，得聚碳酸酯/聚硅氧烷复合膜；其中硅烷偶联剂溶液中各组分的质量比为环己烷∶n-β-(氨乙基)-γ氨丙基三甲氧基硅烷∶二氯甲基三乙氧基硅烷＝100∶1∶0.5。
(2)纳米光栅结构复合蓝光扩散膜制备；将聚乙烯醇溶液滴加在聚碳酸酯/聚硅氧烷复合膜图形化层上，旋涂成300nm厚的聚乙烯醇层，放置在烘箱中，于90℃加热2小时，冷却至室温，得纳米光栅结构复合蓝光扩散膜；其中聚乙烯醇溶液中各组分的质量比为蒸馏水∶聚乙烯醇∶硼酸＝100∶10∶0.2，聚乙烯醇的重均分子量为25000；用透过率测试仪检测光扩散膜的蓝光、红光、绿光、白光透过率分别为78％、76％、77％、78％；用雾度计检测光扩散膜的蓝光、红光、绿光、白光雾度分别为41％、42％、40％、42％；将色纯度为0.80的蓝光、红光、绿光、白光经纳米光栅结构复合蓝光扩散膜透射，用色彩照度测试仪测得透射光的色纯度分别为0.76、0.76、0.78、0.76。
由对比技术方案可知，如果去除聚乙烯醇层，构建表面纳米光栅结构蓝光扩散膜，其对蓝光的透过率、雾度急剧下降；在单独使用n-β-(氨乙基)-γ氨丙基三甲氧基硅烷或二氯甲基三乙氧基硅烷为硅烷偶联剂，或改变聚甲基丙烯酸甲的重均分子量的情况下，纳米光栅结构复合蓝光扩散膜对蓝光的透过率、雾度也急剧下降，同时不再具有对透射光色纯度提高的效应，说明本发明中制备纳米光栅结构复合蓝光扩散膜的原材料及工艺不能简单替换，本发明中的技术效果是各组分在特定工艺下协同作用的结果，因此，本发明申请要求保护的技术方案具有独特性和创造性。
具体实施方式
下面通过实施例进一步描述本发明
实施例1
室温下，将100g环己烷、1gn-β-(氨乙基)-γ氨丙基三甲氧基硅烷以及0.5g二氯甲基三乙氧基硅烷混合，搅拌10分钟，得硅烷偶联剂溶液。
室温下，将100g蒸馏水、10g重均分子量为12000的聚乙烯醇以及0.2g硼酸混合，搅拌10分钟，得聚乙烯醇溶液。
室温下，将1ml硅烷偶联剂溶液滴加在面积为9cm2、厚度为0.2mm、蓝光透过率为93％的聚碳酸脂板上，旋涂硅烷偶联剂层；将线宽、间距均为90nm的压印用纳米光栅结构模板放置在硅烷偶联剂层上，用压印的方法构建纳米光栅结构图形，再放置在烘箱中，于100℃加热2小时，冷却至室温，分离模板，得图形化聚碳酸酯复合膜；再将图形化聚碳酸酯复合膜放入紫外箱中，用365nm波长紫外光照射10分钟，取出，得聚碳酸酯/聚硅氧烷复合膜。
室温下，将聚乙烯醇溶液滴加在聚碳酸酯/聚硅氧烷复合膜图形化层上，旋涂成300nm厚的聚乙烯醇层，放置在烘箱中，于90℃加热2小时，冷却至室温，得纳米光栅结构复合蓝光扩散膜。用透过率测试仪检测光扩散膜的蓝光、红光、绿光、白光透过率分别为93％、72％、73％、74％；用雾度计检测光扩散膜的蓝光、红光、绿光、白光雾度分别为96％、48％、49％、45％；将色纯度为0.80的蓝光、红光、绿光、白光经纳米光栅结构复合蓝光扩散膜透射，用色彩照度测试仪测得透射光的色纯度分别为0.95、0.77、0.78、0.79。
实施例2
室温下，将100g环己烷、1gn-β-(氨乙基)-γ氨丙基三甲氧基硅烷以及0.5g二氯甲基三乙氧基硅烷混合，搅拌10分钟，得硅烷偶联剂溶液。
室温下，将1ml硅烷偶联剂溶液滴加在面积为9cm2、厚度为0.2mm、蓝光透过率为93％的聚碳酸脂板上，旋涂硅烷偶联剂层；将线宽、间距均为90nm的压印用纳米光栅结构模板放置在硅烷偶联剂层上，用压印的方法构建纳米光栅结构图形，再放置在烘箱中，于100℃加热2小时，冷却至室温，分离模板，得图形化聚碳酸酯复合膜；再将图形化聚碳酸酯复合膜放入紫外箱中，用365nm波长紫外光照射10分钟，取出，得聚碳酸酯/聚硅氧烷复合膜。
用透过率测试仪检测聚碳酸酯/聚硅氧烷复合膜的蓝光、红光、绿光、白光透过率分别为74％、73％、72％、75％；用雾度计检测聚碳酸酯/聚硅氧烷复合膜的蓝光、红光、绿光、白光雾度分别为42％、41％、44％、47％；将色纯度为0.80的蓝光、红光、绿光、白光经聚碳酸酯/聚硅氧烷复合膜透射，用色彩照度测试仪测得透射光的色纯度分别为0.78、0.79、0.77、0.76。
实施例3
室温下，将100g环己烷、0.5g二氯甲基三乙氧基硅烷混合，搅拌10分钟，得硅烷偶联剂溶液。
室温下，将100g蒸馏水、10g重均分子量为12000的聚乙烯醇以及0.2g硼酸混合，搅拌10分钟，得聚乙烯醇溶液。
室温下，将1ml硅烷偶联剂溶液滴加在面积为9cm2、厚度为0.2mm、蓝光透过率为93％的聚碳酸脂板上，旋涂硅烷偶联剂层；将线宽、间距均为90nm的压印用纳米光栅结构模板放置在硅烷偶联剂层上，用压印的方法构建纳米光栅结构图形，再放置在烘箱中，于100℃加热2小时，冷却至室温，分离模板，得图形化聚碳酸酯复合膜；再将图形化聚碳酸酯复合膜放入紫外箱中，用365nm波长紫外光照射10分钟，取出，得聚碳酸酯/聚硅氧烷复合膜。
室温下，将聚乙烯醇溶液滴加在聚碳酸酯/聚硅氧烷复合膜图形化层上，旋涂成300nm厚的聚乙烯醇层，放置在烘箱中，于90℃加热2小时，冷却至室温，得纳米光栅结构复合蓝光扩散膜。用透过率测试仪检测光扩散膜的蓝光、红光、绿光、白光透过率分别为74％、75％、74％、75％；用雾度计检测光扩散膜的蓝光、红光、绿光、白光雾度分别为45％、43％、41％、46％；将色纯度为0.80的蓝光、红光、绿光、白光经纳米光栅结构复合蓝光扩散膜透射，用色彩照度测试仪测得透射光的色纯度分别为0.76、0.77、0.76、0.79。
实施例4
室温下，将100g环己烷、1gn-β-(氨乙基)-γ氨丙基三甲氧基硅烷以混合，搅拌10分钟，得硅烷偶联剂溶液。
室温下，将100g蒸馏水、10g重均分子量为12000的聚乙烯醇以及0.2g硼酸混合，搅拌10分钟，得聚乙烯醇溶液。
室温下，将1ml硅烷偶联剂溶液滴加在面积为9cm2、厚度为0.2mm、蓝光透过率为93％的聚碳酸脂板上，旋涂硅烷偶联剂层；将线宽、间距均为90nm的压印用纳米光栅结构模板放置在硅烷偶联剂层上，用压印的方法构建纳米光栅结构图形，再放置在烘箱中，于100℃加热2小时，冷却至室温，分离模板，得图形化聚碳酸酯复合膜；再将图形化聚碳酸酯复合膜放入紫外箱中，用365nm波长紫外光照射10分钟，取出，得聚碳酸酯/聚硅氧烷复合膜。
室温下，将聚乙烯醇溶液滴加在聚碳酸酯/聚硅氧烷复合膜图形化层上，旋涂成300nm厚的聚乙烯醇层，放置在烘箱中，于90℃加热2小时，冷却至室温，得纳米光栅结构复合蓝光扩散膜。用透过率测试仪检测光扩散膜的蓝光、红光、绿光、白光透过率分别为75％、76％、79％、74％；用雾度计检测光扩散膜的蓝光、红光、绿光、白光雾度分别为34％、32％、39％、33％；将色纯度为0.80的蓝光、红光、绿光、白光经纳米光栅结构复合蓝光扩散膜透射，用色彩照度测试仪测得透射光的色纯度分别为0.77、0.78、0.77、0.76。
实施例5
室温下，将100g环己烷、1gn-β-(氨乙基)-γ氨丙基三甲氧基硅烷以及0.5g二氯甲基三乙氧基硅烷混合，搅拌10分钟，得硅烷偶联剂溶液。
室温下，将100g蒸馏水、10g重均分子量为25000的聚乙烯醇以及0.2g硼酸混合，搅拌10分钟，得聚乙烯醇溶液。
室温下，将1ml硅烷偶联剂溶液滴加在面积为9cm2、厚度为0.2mm、蓝光透过率为93％的聚碳酸脂板上，旋涂硅烷偶联剂层；将线宽、间距均为90nm的压印用纳米光栅结构模板放置在硅烷偶联剂层上，用压印的方法构建纳米光栅结构图形，再放置在烘箱中，于100℃加热2小时，冷却至室温，分离模板，得图形化聚碳酸酯复合膜；再将图形化聚碳酸酯复合膜放入紫外箱中，用365nm波长紫外光照射10分钟，取出，得聚碳酸酯/聚硅氧烷复合膜。
室温下，将聚乙烯醇溶液滴加在聚碳酸酯/聚硅氧烷复合膜图形化层上，旋涂成300nm厚的聚乙烯醇层，放置在烘箱中，于90℃加热2小时，冷却至室温，得纳米光栅结构复合蓝光扩散膜。用透过率测试仪检测光扩散膜的蓝光、红光、绿光、白光透过率分别为78％、76％、77％、78％；用雾度计检测光扩散膜的蓝光、红光、绿光、白光雾度分别为41％、42％、40％、42％；将色纯度为0.80的蓝光、红光、绿光、白光经纳米光栅结构复合蓝光扩散膜透射，用色彩照度测试仪测得透射光的色纯度分别为0.76、0.76、0.78、0.76。