本发明涉及一种新型显示用光学材料及其制备方法，属于光电功能材料制备技术领域。
背景技术
液晶显示装置通常由液晶面板和背光模组构成，光扩散膜作为背光模组的重要基本组成，能将点光源或线光源转换成均匀面光源，消除强光点，从而达到液晶面板亮度光强均一的效果。根据不同的扩散机理，可将光扩散膜分为表面浮雕型扩散膜和粒子添加型扩散膜。表面浮雕型光扩散膜具有可见光透过率较高的优点，但其雾度较低且制备工艺复杂限制了其应用；粒子添加型光扩散膜具有较高的雾度和制备工艺简单、成本低廉的优点，但其可见光透过率较低，添加到上述光扩散膜中的粒子被称为光扩散剂，主要包括有机型和无机型两种。同时，光扩散剂的添加量也是影响光扩散膜性能的重要因素之一，特别是对于背光模组的重量以及能耗等问题，因此如何将表面浮雕型与粒子添加型各自的优势相结合就显得尤为重要。
中国专利201410193176.3公布了一种光扩散膜的制备方法，该专利通过双面电晕和叠加处理的方式，从而制得具有较高辉度的光扩散膜，但该制备方法中光扩散剂的添加量较大，导致背光模组的光损较高且重量较大；中国专利200910254398.0公布了一种光扩散膜及其制备方法，该光扩散膜由两层扩散层组成，能较好地实现高雾度和高透光率，但该制备方法过程复杂，不易推广使用；中国专利2017208388345.3公布了一种用于液晶显示器背光模组的扩散复合膜，将扩散膜和棱镜膜复合处理制得扩散复合膜，但该扩散复合膜厚度较大，不符合目前超薄液晶显示屏的发展方向。
锆有机骨架化合物作为一种新型的有机无机复合多孔材料，具有孔径可调的特点，同时通过调节配体的化学组成和中心金属元素，可以实现其光学特性的改变，例如实现光致发光、折射率调节、电磁发光等，因而锆有机骨架化合物在光学材料领域具有潜在的应用价值，同时将锆有机骨架化合物与有机单体进行共聚，能够结合表面浮雕型和粒子添加型扩散膜的各自优势，拓展新型显示材料的应用范围，从而符合目前新型显示器轻、薄的要求。
技术实现要素：
发明目的：针对现有技术中存在的问题，本发明的第一目的在于提供一种新型显示用光学材料，用于光扩散膜中，可结合表面浮雕型和粒子添加型扩散膜的各自优势，降低背光模组的重量；本发明的第二目的在于提供该光学材料的制备方法，该方法实现了聚合物在锆有机骨架化合物上的可控制备，通过调节丙烯酸单体的加入量可以改变共聚物壳层的厚度。
技术方案：本发明所述的一种新型显示用光学材料是由正三棱柱结构的可共聚锆有机骨架化合物与丙烯酸酯类单体进行自由基共聚制得，其中正三棱柱结构的可共聚锆有机骨架化合物是由锆盐与n上含双键的咪唑配位制得；该光学材料具有正三棱柱型核壳结构，其内核为正三棱柱结构的表面共聚锆有机骨架化合物，外壳层为n上含双键的咪唑与丙烯酸酯类单体的共聚物。
所述正三棱柱结构的表面共聚锆有机骨架化合物的骨架高度为100～200nm，底面正三角的边长为50～100nm，共聚物壳层的厚度为300～500nm。
本发明的一种新型显示用光学材料的制备方法为：
步骤a)室温下，以重均分子量为1500～2000的聚乙烯吡咯烷酮质量计，将聚乙烯吡咯烷酮、5～10倍聚乙烯吡咯烷酮质量的n上含双键的咪唑、100～200倍聚乙烯吡咯烷酮质量的蒸馏水加入反应釜中，随后向其中加入1～4倍聚乙烯吡咯烷酮质量的锆盐，搅拌反应3～6h，过滤，用70～100倍聚乙烯吡咯烷酮质量的蒸馏水分3～5次洗涤滤饼，滤饼在50～70℃下真空干燥12～20h，得正三棱柱结构的可共聚锆有机骨架化合物；
步骤b)在室温、n2气氛下，以正三棱柱结构的可共聚锆有机骨架化合物质量计，将步骤a)中制得的正三棱柱结构的可共聚锆有机骨架化合物、丙烯酸酯类单体和甲苯加入反应釜中，混匀后，滴加0.02～0.4倍正三棱柱结构的可共聚锆有机骨架化合物质量的偶氮类引发剂甲苯溶液，1～2h内滴完后升温至80～90℃，反应3～6h，降至室温，向反应釜中加入150～200倍正三棱柱结构的可共聚锆有机骨架化合物质量的甲醇，过滤，用50～80倍正三棱柱结构的可共聚锆有机骨架化合物质量的甲醇分3～5次洗涤滤饼，滤饼在90～100℃下真空干燥12～24h，得所述新型显示用光学材料。
其中，
该制备方法步骤a)中所述的n上含双键的咪唑为1-乙烯基咪唑或1-(3,5-二乙烯基苯基)咪唑。
该制备方法步骤a)中所述的锆盐为硝酸锆或硫酸锆。
该制备方法步骤b)中所述的丙烯酸酯类单体为甲基丙烯酸异冰片酯或甲基丙烯酸环己酯。
该制备方法步骤b)中所述的偶氮类引发剂为偶氮二异丁酸二甲酯或偶氮二异丁腈。
所述偶氮类引发剂的浓度为2wt％～5wt％。
所述丙烯酸酯类单体，其加入量为20～40倍正三棱柱结构的可共聚锆有机骨架化合物的质量。
所述甲苯，其加入量为100～150倍正三棱柱结构的可共聚锆有机骨架化合物的质量。
有益效果：与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)本发明的光学材料实现了含双键单体与锆有机骨架化合物配体的交联聚合，且正三棱柱核壳结构由于在结构上具有各向异性的特点而显示良好的光扩散效果；
(2)本发明的光学材料可通过调节丙烯酸酯单体的加入量来控制共聚物壳层的厚度，进而可有效调节光学材料的折射率；
(3)本发明的光学材料通过引入具有长链的丙烯酸酯类单体，可提高材料的柔韧性和疏水性；
(4)由该光学材料制备的光扩散膜结合了表面浮雕型和粒子添加型扩散膜的各自优势，同时在较少的添加量下就能达到优于传统光扩散膜的效果，可显著降低背光模组的重量，光扩散膜的可见光透过率为92％～95％、雾度为85％～88％；除此之外，制得的光扩散膜具有良好的热稳定性能和机械性能。
具体实施方式
本发明的一种新型显示用光学材料为正三棱柱型核壳结构，其内核为正三棱柱结构的表面共聚锆有机骨架化合物，其骨架高度为100～200nm，底面正三角形边长为50～100nm，外壳层为n上含双键的咪唑与丙烯酸酯类单体的共聚物，其厚度为300～500nm。
其中，内核的表面共聚锆有机骨架化合物具有较好的热稳定性能和机械性能，并且多孔结构能够对光产生多重反射和散射；而外壳层共聚物则具有调节光学材料折射率的作用，同时防止团聚现象的产生，与基体树脂具有良好的相容性。
该新型显示用光学材料是先由n上含双键的咪唑与锆盐制备可共聚锆有机骨架化合物，然后将可共聚锆有机骨架化合物与丙烯酸酯类单体进行自由基共聚制得，其中n上含双键的咪唑与丙烯酸酯类单体共聚形成共聚物壳层。
以下通过实施例具体说明本发明的新型显示用光学材料的制备方法，并对其性能进行测试。
测试方法：室温下，按新型显示用光学材料∶乙酸乙酯∶丙烯酸树脂∶2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮(光引发剂1173)的质量比为1∶30∶80∶0.2，将新型显示用光学材料、乙酸乙酯、丙烯酸树脂、2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮(光引发剂1173)混合均匀后，涂布于厚度为100μm光学pet膜上，涂层厚度为10μm，将该膜在365nm紫外光下固化10min，得光扩散膜，光扩散膜的透光率、雾度按gb/t2410-2008进行测试。
实施例1
25℃下，将5g1-乙烯基咪唑、100g蒸馏水、1g聚乙烯吡咯烷酮(重均分子量为1500)加入到反应釜中，随后加入1g硝酸锆，室温搅拌3h后过滤，共用70g蒸馏水分3次洗涤，在50℃下真空干燥20h，得正三棱柱结构的可共聚锆有机骨架化合物(锆mofs)。25℃、n2气氛下，将20g甲基丙烯酸异冰片酯、100g甲苯、1g上述制得的锆mofs加入到反应釜中，混匀后滴加1g质量百分浓度为2wt％的偶氮二异丁腈的甲苯溶液，1h滴完后升温至80℃反应6h，降至室温后向反应釜中加入150g甲醇，过滤，共用50g甲醇分3次洗涤滤饼，在90℃下真空干燥24h，得新型显示用光学材料。
上述新型显示用光学材料的可见光透过率为92％、雾度为88％。
实施例2
25℃下，将10g1-(3,5-二乙烯基苯基)咪唑、200g蒸馏水、1g聚乙烯吡咯烷酮(重均分子量为2000)加入到反应釜中，随后加入4g硝酸锆，室温搅拌6h后过滤，共用100g蒸馏水分5次洗涤，在70℃下真空干燥12h，得锆mofs。在25℃、n2气氛下，将40g甲基丙烯酸环己酯、150g甲苯、1g上述制备的锆mofs加入到反应釜中，混匀后滴加8g质量百分浓度为5wt％的偶氮二异丁酸二甲酯的甲苯溶液，2h滴完，升温至90℃反应3h，降至室温后向反应釜中加入200g甲醇，过滤，共用80g甲醇分5次洗涤，在100℃下真空干燥12h，得新型显示用光学材料。
上述新型显示用光学材料的可见光透过率为95％、雾度为85％。
实施例3
25℃下，将8g1-乙烯基咪唑、150g蒸馏水、1g聚乙烯吡咯烷酮(重均分子量为1500)加入到反应釜中，随后加入2g硫酸锆，室温搅拌5h后过滤，共用85g蒸馏水分4次洗涤，在60℃下真空干燥20h，得锆mofs。在25℃、n2气氛下，将30g甲基丙烯酸异冰片酯、130g甲苯、1g上述制得的锆mofs加入到反应釜中，混匀后滴加5g质量百分浓度为4wt％的偶氮二异丁腈的甲苯溶液，1.5h滴完，升温至85℃反应4.5h，降至室温后向反应釜中加入180g甲醇，过滤，共用65g甲醇分4次洗涤，在95℃下真空干燥18h，得新型显示用光学材料。
上述新型显示用光学材料的可见光透过率为93％、雾度为87％。
实施例4
25℃下，将8g1-(3,5-二乙烯基苯基)咪唑、200g蒸馏水、1g聚乙烯吡咯烷酮(重均分子量为1500)加入到反应釜中，随后加入4g硝酸锆，室温搅拌5h后过滤，共用100g蒸馏水分4次洗涤，在65℃下真空干燥18h，得锆mofs。在25℃、n2气氛下，将30g甲基丙烯酸异冰片酯、150g甲苯、1g上述制得的锆mofs加入到反应釜中，混匀后滴加10g质量百分浓度为2wt％的偶氮二异丁酸二甲酯的甲苯溶液，1h滴完，升温至85℃反应4.5h，降至室温后向反应釜中加入200g甲醇，过滤，共用50g甲醇分3次洗涤，在95℃下真空干燥18h，得新型显示用光学材料。
上述新型显示用光学材料的可见光透过率为94％、雾度为86％。
实施例5
25℃下，将6g1-乙烯基咪唑、180g蒸馏水、1g聚乙烯吡咯烷酮(重均分子量为1800)加入到反应釜中，随后加入4g硫酸锆，室温搅拌4.5h后过滤，每次用90g蒸馏水洗涤，共洗涤5次，在70℃下真空干燥12h，得锆mofs。在25℃、n2气氛下，将35g甲基丙烯酸环己酯、130g甲苯、1g上述制备的锆mofs加入到反应釜中，混匀后滴加20g质量百分浓度为2wt％的偶氮二异丁腈的甲苯溶液，1.5h滴完，升温至90℃反应4h，降至室温后向反应釜中加入170g甲醇，过滤，共用75g甲醇分3次洗涤，在90℃下真空干燥12h，得新型显示用光学材料。
上述新型显示用光学材料的可见光透过率为92％、雾度为87％。
实施例6
25℃下，将6g1-(3,5-二乙烯基苯基)咪唑、180g蒸馏水、1g聚乙烯吡咯烷酮(重均分子量为1500)加入到反应釜中，随后加入3g硝酸锆，室温搅拌4.5h后过滤，共用85g蒸馏水分4次洗涤，在55℃下真空干燥18h，得锆mofs。在25℃、n2气氛下，将40g甲基丙烯酸环己酯、130g甲苯、1g上述制备的锆mofs加入到反应釜中，混匀后滴加10g质量百分浓度为3wt％的偶氮二异丁酸二甲酯的甲苯溶液，2h滴完，升温至85℃反应5h，降至室温后向反应釜中加入180g甲醇，过滤，共用80g甲醇分5次洗涤，在90℃下真空干燥14h，得新型显示用光学材料。
上述新型显示用光学材料的可见光透过率为95％、雾度为87％。