本發明涉及光學擴散膜及其制備方法，尤其是能夠有效提高光透過率和霧度的擴散膜的制備方法。

背景技術：

液晶顯示器(LCD，Liquid Crystal Display)已經成為了當今最普遍的顯示技術。因為LCD具有低能耗、低輻射、體積小、攜帶方便、畫面柔和等優點，所以LCD將會是未來幾十年內主流的顯示技術，從大屏顯示、電視、電腦到手機都能用到LCD顯示技術。但是LCD中液晶本身并不發光，需要一個穩定的光源來提供均勻、高亮度的面光源才能實現其顯示，幾乎所有的和顯示相關的面板都涉及到光源的擴散問題。目前市場上大部分LCD的光源一般分為兩種方式，一是使用線光源從側面引入，二是使用LED點光源。這兩種光源都需要使用擴散膜將其擴散成均勻的面光源。擴散膜是液晶顯示器背光源模組中不可缺少的光學薄膜。如何提高背光模組的亮度和均勻性并使其薄型化是目前生產企業所追求的目標和研究的熱點。

光學擴散是由于材料的表面或者是內部的不均勻性被打破造成的。傳統的光學擴散材料根據作用機理的不同可以分為兩種類型：體擴散和面擴散。體擴散是指在透明的基體中均勻的分散一定比例的具有不同折射率的無機或者是有機粒子，包括SiO₂、TiO₂、CaCO₃等無機微粒以及聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA，poly(methyl methacrylate))、聚苯乙烯(PS，Polystyrene)、硅樹脂等有機聚合物微粒。此種散射主要是通過聚合物基質與散射粒子的折射率不匹配來實現光散射。面擴散主要是通過一定的方法將制品的一個表面沿著某一個方向制備成凹凸不平的表面，主要的制備方法是機械方法和化學方法，利用粗糙的表面來產生光學擴散。但是體擴散的方法，存在粒子在微觀尺度上難以分散均勻的問題，從而影響薄膜的光學性能；第二種面擴散的方法，存在加工工藝復雜及對設備精度要求高等問題。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供了一種基于聚合物分散液晶體系的光學擴散膜的制備方法，該制備方法可以使用現有光學擴散膜的加工設備與工藝，制備的光學擴散膜可以應用于液晶顯示器的背光源的光擴散膜以及投影屏，有效地提高現有光學擴散膜的透過率和霧度

為達到上述目的，本發明采用了如下的技術方案：

一種基于聚合物分散液晶體系的光學擴散膜的制備方法，所述方法包括如下步驟：

將可光聚合單體與所選的可光聚合單體的折射率相匹配的向列相液晶按照8:2～2:8的質量比混合，加入含量為可光聚合單體的0.1wt％～10.0wt％的光引發劑和含量為向列相液晶和可光聚合單體總質量的0.1wt％～10.0wt％的間隔粒子；攪拌均勻后將混合體系涂覆于兩層PET膜中間，輥擠壓成厚度均勻的薄膜，使用光照強度為1.0～100.0mW/cm²的紫外光對薄膜進行輻照1.0～25.0分鐘進行聚合，形成基于聚合物分散液晶體系的光學擴散膜。

進一步的，所述的可光聚合單體包括甲基丙烯酸月桂酯、二乙二醇雙丙烯酸酯、2-丙烯酸十二烷基酯、1,6-己二醇二丙烯酸酯和3,5,5-三甲基丙烯酸酯中的一種或多種。

進一步的，紫外聚合過程的環境溫度為273.0K～323.0K。

進一步的，光照強度為1.0～100.0mW/cm²，紫外輻照時間為1.0～25.0分鐘。

進一步的，間隔粒子的粒徑為5.0μm～50.0μm，聚合物薄膜的厚度為5.0μm～50.0μm。

進一步的，本發明所使用的向列相液晶為商用向列相液晶SLC 7011-100。

在本發明中，通過改變可光聚合單體和液晶的比例以及紫外光照射強度和薄膜溫度等制備條件可以改變聚合物網孔的尺寸和密度，從而可以調制薄膜的光學性能。

本發明的優點是：提供了一種新型的光學擴散膜的制備方法，所制備的光學擴散膜的光學性能優于傳統擴散片，并且光學性能可調；在光聚合單體聚合過程中可以自動形成較為均勻的微相分離結構，不需要像傳統擴散片制備過程中需要采取一定的措施去避免粒子之間的團聚。

光學擴散膜，是一種能夠使光通過并能夠有效的散射光的薄膜，本發明的基本思想是通過使用可光聚合單體和液晶共混，并加入一定量的光引發劑和間隔粒子，然后將混合物夾在兩層高透過率塑料薄膜中制備成薄膜，或者將混合物涂覆在在單層高透過率塑料薄膜上，然后使用紫外光照射薄膜，使光聚合單體的分子間發生交聯反應形成與液晶微區構成微相分離結構的高分子網絡制備而成的，也就是通過使用紫外光聚合法制備高分子分散液晶薄膜的方法制備而成。由于在薄膜中高分子基體和液晶的分子間、不同取向的液晶分子間的折射率不匹配，因此薄膜呈強烈的光散射狀態，使薄膜具有高透過率和高霧度，從而制得了一種全新的光學擴散片。

本發明所用到可光聚合單體的化學結構式如下所示：

為了解決上述兩種類型擴散膜存在的問題，本發明使用一種全新的方法來制備光學擴散膜，其光學效果優于傳統的光學擴散膜，并且通過改變薄膜材料組成或者控制光照強度和聚合溫度等外界條件對其擴散性能進行調節，同時可以使用制造上述傳統體擴散類型擴散片的現有加工設備以及簡單的加工工藝進行加工。

附圖說明

圖1是本發明光學擴散膜的結構示意圖。

圖2是實施例1制備的光學擴散膜材料的聚合物網絡的掃描電鏡圖片。

圖3是實施例1制備的光學擴散膜材料的波長-透過率曲線。

圖4是實施例2制備的光學擴散膜材料的聚合物網絡的掃描電鏡圖片。

圖5是實施例2制備的光學擴散膜材料的波長-透過率曲線。

圖6是實施例3制備的光學擴散膜材料的聚合物網絡的掃描電鏡圖片。

圖7是實施例3制備的光學擴散膜材料的波長-透過率曲線。

圖8是實施例4制備的光學擴散膜材料的聚合物網絡的掃描電鏡圖片。

圖9是實施例4制備的光學擴散膜材料的波長-透過率曲線。

圖10是實施例5制備的光學擴散膜材料的聚合物網絡的掃描電鏡圖片。

圖11是實施例5制備的光學擴散膜材料的波長-透過率曲線。

圖12是本發明實施例的透過率霧度數據柱狀圖。

具體實施方式

下面以附圖和具體實施方式對本發明作進一步詳細的說明。

實施例1：

選取可光聚合單體為甲基丙烯酸月桂酯(折射率為1.445)和二乙二醇雙丙烯酸酯(折射率為1.463)，所用液晶為向列相液晶SLC 7011-100(Δn＝0.165)，其中甲基丙烯酸酯月桂酯/二乙二醇雙丙烯酸酯＝40.0wt％/10.0wt％、可光聚合單體/液晶＝50.0wt％/50.0wt％、光引發劑為安息香雙甲醚(加入量為可光聚合單體的3.0wt％)、間隔粒子(粒徑20.0μm，加入量為向列相液晶和可光聚合單體總質量的10.0wt％)混合并攪拌均勻，涂覆于兩層透明的塑料薄膜之間，用輥擠壓成薄膜。在273.0K的溫度下，將上述薄膜在光強度為5.0mW/cm²的紫外光下照射10.0分鐘，制得光學擴散膜。制得薄膜的光透過率為88.4％，霧度為79.55％(如圖12所示)。所制得薄膜的網孔結構掃描電鏡圖、波長透過率曲線分別如圖2和圖3所示。

從圖2可以看出，所得光學擴散膜的網孔大小均勻，網孔密度很高；從圖3和圖12可以看出，通過紫外光聚合，將可光聚合單體/液晶混合體系固化后制成的光學擴散薄膜，材料的光散射性能較好。

實施例2：

選取可光聚合單體為甲基丙烯酸月桂酯(折射率為1.445)和二乙二醇雙丙烯酸酯(折射率為1.463)，所用液晶為向列相液晶SLC 7011-100(Δn＝0.165)，其中甲基丙烯酸酯月桂酯/二乙二醇雙丙烯酸酯＝40.0wt％/10.0wt％、可光聚合單體/液晶＝40.0wt％/60.0wt％、光引發劑為安息香雙甲醚(加入量為可光聚合單體的3.0wt％)、間隔粒子(粒徑20.0μm，加入量為向列相液晶和可光聚合單體總質量的1.0wt％)混合并攪拌均勻，涂覆于兩層透明的塑料薄膜之間，用輥擠壓成薄膜。在273.0K的溫度下，將上述薄膜曝光在光強度為5.0mW/cm²的紫外光下10.0分鐘，制得光學擴散膜。制得薄膜的光透過率為88.9％，霧度為71.81％(如圖12所示)。所制得薄膜的網孔結構的掃描電鏡圖、波長透過率曲線分別如圖4和圖5所示。

從圖4、圖5和圖12可以看出，由于液晶含量的增加，可光聚合單體的含量降低導致聚合物網孔變大和網絡密度降低，薄膜的光透過率較好，但霧度與實施例1相比有所下降，總體來說薄膜的光學散射性能比較好。

實施例3：

選取可光聚合單體為甲基丙烯酸月桂酯(折射率為1.445)和二乙二醇雙丙烯酸酯(折射率為1.463)，所用液晶為向列相液晶SLC 7011-100(Δn＝0.165)，其中甲基丙烯酸酯月桂酯/二乙二醇雙丙烯酸酯＝40.0wt％/10.0wt％、可光聚合單體/液晶＝50.0wt％/50.0wt％、光引發劑為安息香雙甲醚(加入量為可光聚合單體的3.0wt％)、間隔粒子(粒徑20.0μm，加入量為向列相液晶和可光聚合單體總質量的1.0wt％)混合并攪拌均勻，涂覆于兩層透明的塑料薄膜之間，用輥擠壓成薄膜。在293.0K的溫度下，將上述薄膜曝光在光強度3.0mW/cm²的紫外光下10.0分鐘，制得光學擴散膜。制得薄膜的光學透過率為89.7％，霧度為66.75％(如圖12所示)。所制得薄膜的網孔結構掃描電鏡圖、波長透過率曲線分別如圖6和圖7所示。

從圖6、圖7和圖12可以看出，由于紫外輻照強度的降低和聚合溫度的升高，這使交聯密度降低、體系粘度下降，液晶分子更加容易擴散和聚集，聚合物網孔變大，制成的光學擴散材料與實施例1相比，薄膜的光學散射性能降低。

實施例4：

選取可光聚合單體2-丙烯酸十二烷基酯(折射率為1.445)、3,5,5-三甲基丙烯酸酯(折射率為1.4278)和1,6-己二醇二丙烯酸酯(折射率為1.456)，所用液晶為向列相液晶SLC 7011-100(Δn＝0.165)，其中2-丙烯酸十二烷基酯/3,5,5-三甲基丙烯酸酯/1,6-己二醇二丙烯酸酯＝20.0wt％/16.0wt％/9.0wt％、可光聚合單體/液晶＝20.0wt％/80.0wt％、光引發劑為安息香雙甲醚(加入量為可光聚合單體的0.1wt％)、間隔粒子(粒徑5.0μm，加入量為向列相液晶和可光聚合單體總質量的0.1wt％)混合并攪拌均勻，涂覆于兩層透明的塑料薄膜之間，用輥擠壓成薄膜。在273.0K的溫度下，將上述薄膜曝光在光強度為1.0mW/cm²的紫外光下25.0分鐘，制得光學擴散膜。制得薄膜的光學透過率為84.4％，霧度為45.31％(如圖12所示)。所制得薄膜的網孔結構掃描電鏡圖、波長透過率曲線分別如圖8和圖9所示。

從圖8、圖9和圖12可以看出：由于可光聚合單體種類發生了改變，導致聚合物網絡發生變化，制備的光擴散材料光學擴散性能也相應的發生改變。

實施例5：

選取可光聚合單體甲基丙烯酸酯月桂酯(折射率1.445)、3,5,5-三甲基丙烯酸酯(折射率1.4278)和1,6-己二醇二丙烯酸酯(折射率1.456)，所用液晶為向列相液晶SLC 7011-100(Δn＝0.165)，其中甲基丙烯酸酯月桂酯/3,5,5-三甲基丙烯酸酯/1,6-己二醇二丙烯酸酯＝20.0wt％/16.0wt％/9.0wt％、可光聚合單體/液晶＝80.0wt％/20.0wt％、光引發劑為安息香雙甲醚(加入量為可光聚合單體的10.0wt％)、間隔粒子(粒徑50.0μm，加入量為向列相液晶和可光聚合單體總質量的10.0wt％)混合并攪拌均勻，涂覆于兩層透明的塑料薄膜之間，用輥擠壓成薄膜。在323.0K的溫度下，將上述薄膜曝光在光強度為100.0mW/cm²的紫外光下1.0分鐘，制得光學擴散膜。制得薄膜的光學透過率為80.1％，霧度為87.24％(如圖12所示)。所制得薄膜的網孔結構掃描電鏡圖、波長透過率曲線分別如圖10和圖11所示。

從圖10、圖11和圖12可看出，由于可光聚合單體分子結構中增加了甲基基團，聚合速率適中，另外調整了間隔粒子的粒徑和含量，聚合完成后材料形成了大小分散均勻的網孔結構，制成的光學擴散材料與實施例4相比，薄膜的光散射性能增加。

圖12是本發明實施例的透過率霧度數據柱狀圖，從五個實施例的數據對比來看，實施例1薄膜的網孔大小均勻，網孔密度高，透過率和霧度較高，為最理想的光學擴散膜材料。

最后所應說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制。盡管參照實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應該理解，對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，都不脫離本發明技術方案的精神和范圍，其均應涵蓋在本發明的權利要求范圍當中。