LCD背光模組用新型抗老化光擴(kuò)散膜的設(shè)計(jì)、制備及性能研究.pdf

1、在背光模組所用光學(xué)膜中，相比于棱鏡片等光學(xué)膜，光擴(kuò)散膜所占成本比重雖然不高，但LCD所顯示畫面的均勻度、清晰度與明暗度都受光擴(kuò)散膜品質(zhì)的影響，因而光擴(kuò)散膜的品質(zhì)將直接決定LCD顯示的質(zhì)量。在我國(guó)，目前仍不具備自主生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)光擴(kuò)散膜的技術(shù)，高品質(zhì)擴(kuò)散膜核心制造技術(shù)仍然被日本、韓國(guó)、美國(guó)等國(guó)家所壟斷。鑒于此，本論文開展了對(duì)制備新型多功能光擴(kuò)散膜的研究與探索，通過設(shè)計(jì)一系列多功能核殼光擴(kuò)散微球的結(jié)構(gòu)與組分，以期能制備耐老化性能好、膜的力學(xué)性能佳

2、、抗輻射效果良好、以及優(yōu)異的特定功能等于一體的新型光擴(kuò)散膜。研究的主要內(nèi)容及結(jié)果如下:
　　1.polysiloxane@CeO2-PMMA光擴(kuò)散雜化微球的制備及其應(yīng)用論文首先嘗試以鈰配合物、甲基丙烯酸甲酯、乙烯基三甲氧基硅烷為原料，采用納米粒原位生成法、共聚法和溶膠凝膠法相結(jié)合，在一鍋工藝體系中成功制備了polysiloxane@CeO2-PMMA雜化微球，其結(jié)構(gòu)已通過FT-IR、XRD、TEM、SEM等表征所論證。該雜化微球呈

3、核殼結(jié)構(gòu)，其中內(nèi)核為CeO2/PMMA雜化共聚物，外殼為聚硅氧烷縮聚物，殼層厚度約為60nm，并且制備的該白色雜化微球大小在450～500nm。以其作為光擴(kuò)散劑通過溶液法制備的光擴(kuò)散膜有較佳的光透過率和霧度，該膜的擴(kuò)散效果隨著polysiloxane@CeO2-PMMA光擴(kuò)散劑添加量的增加而不斷提高，當(dāng)其添加量達(dá)到8wt％時(shí)，其光擴(kuò)散效果比傳統(tǒng)光擴(kuò)散膜的效果要好;當(dāng)其添加量達(dá)到4wt％時(shí)，其光擴(kuò)散效果與傳統(tǒng)光擴(kuò)散膜的效果相當(dāng)，而可見光透

4、過率則略高。然而，制備的該擴(kuò)散膜對(duì)入射角的依賴性仍較大，有待提高。由于膜中含有二氧化鈰成分，因而具有較好的紫外屏蔽效果。相較于有機(jī)擴(kuò)散微球，由該雜化微球制備的光擴(kuò)散膜的拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率有更利于膜的成型穩(wěn)定，并且在耐濕熱老化能力及耐UV老化能力都得到了顯著提高。
　　2.polysiloxane@CeO2@PMMA光擴(kuò)散雜化微球的可控合成及其應(yīng)用鑒于上章中鈰配合物的水解、氧化以及在聚合物中納米粒子生成對(duì)原料的添加量都有一定的限制

5、，因此本章的思路是實(shí)現(xiàn)polysiloxane@CeO2@PMMA光擴(kuò)散雜化微球的可控合成。其制備分三步，分別是無(wú)皂乳液聚合制備PMMA微球、原位沉淀生成反應(yīng)制備出CeO2@PMMA、以及硅氧烷水解縮合形成polysiloxane@CeO2@PMMA。該終產(chǎn)物形貌與結(jié)構(gòu)已分別通過FT-IR、XRD、TEM、SEM、熒光光譜等表征所論證。其微觀結(jié)構(gòu)為核殼雜化微球，其中納米CeO2粒徑約為15nm，其厚度可通過鈰源添加量來調(diào)控，而殼層聚硅氧

6、烷的厚度可通過所用乙烯基三甲氧基硅烷的量來調(diào)控，且該終產(chǎn)物粒徑在550nm左右。由其作為光擴(kuò)散劑通過UV固化制備的光擴(kuò)散膜有較佳的可見光光透過率、霧度、光擴(kuò)散效果、力學(xué)性能、紫外屏蔽效果及耐老化能力。通過比較由不同含量的polysiloxane@CeO2@PMMA所制備的新型擴(kuò)散膜與傳統(tǒng)擴(kuò)散膜在透光率和霧度的差異可知，當(dāng)其含量在15wt％時(shí)，所制備的光擴(kuò)散膜透光率為88％，霧度達(dá)到89％，略優(yōu)于傳統(tǒng)光擴(kuò)散膜。
　　3.(ZnO-C

7、eO2)@polysiloxane大尺寸光擴(kuò)散雜化微球的制備及其應(yīng)用本章以當(dāng)前市場(chǎng)高品質(zhì)光擴(kuò)散膜所用光擴(kuò)散劑為思路，采用一鍋法制備了具有大尺寸粒徑的核殼型(ZnO-CeO2)@polysiloxane雜化微球，其結(jié)構(gòu)通過FT-IR、XRD、TEM、SEM等表征所論證。該微球在有機(jī)溶劑及樹脂中具有很好的分散性能，其粒徑集中在6～8μm。由其作為光擴(kuò)散劑再通過UV固化過程制備的擴(kuò)散膜有著較佳的光透過率和霧度，該模的擴(kuò)散效果隨著其添加量的增加

8、而不斷提高。當(dāng)所加(ZnO-CeO2)@polysiloxane的量為10wt％時(shí)，所制備的光擴(kuò)散膜透光率為88％，霧度達(dá)到87％，和所選市售光擴(kuò)散膜相當(dāng)。當(dāng)該添加量達(dá)到15wt％時(shí)，其光擴(kuò)散效果比市售光擴(kuò)散膜的效果要好，但可見光透過率略低。此外，通過考察光擴(kuò)散膜對(duì)入射角的依賴性，發(fā)現(xiàn)隨著(ZnO-CeO2)@polysiloxane添加量的增加，制備的光擴(kuò)散膜對(duì)入射角的依賴性逐漸下降，且當(dāng)(ZnO-CeO2)@polysiloxane

9、的添加量為15 wt％時(shí)，即使入射光的角度在偏離法線程度很大時(shí)都是有較好的光擴(kuò)散效果，較前面章節(jié)制備的擴(kuò)散膜在入射角依賴性能上得到了明顯改善。此外，制備的該光擴(kuò)散膜具有較好的紫外屏蔽效果，對(duì)近紅外吸收也有較不錯(cuò)的效果。隨著該雜化微球添加量的增加，對(duì)紫外和紅外的吸收程度都逐漸提高。制備的擴(kuò)散膜在耐老化性能上隨著該雜化微球添加量的增加而顯著提升。
　　4.簡(jiǎn)易水熱自組裝法合成大尺寸光擴(kuò)散微球及其應(yīng)用水熱合成法因簡(jiǎn)便而廣泛應(yīng)用于各種化合

10、物的制備上，本章首次探尋簡(jiǎn)易水熱法合成大尺寸光擴(kuò)散雜化微球的途徑。首先合成了空心羥基鋁微球，并在此啟發(fā)下通過以溶膠凝膠法制備的硅氧烷聚合微球?yàn)槟０?，通過水熱自組裝過程合成了γ-AlOOH@polysiloxane核殼雜化微球。此外，在這基礎(chǔ)上，又嘗試合成了ZnO@polysiloxane核殼雜化微球。采用XRD、TEM和SEM等對(duì)它們的結(jié)構(gòu)和形貌進(jìn)行了確證，且水熱合成的該系列微球粒徑主要分布在5～8μm。光擴(kuò)散效果測(cè)試結(jié)果表明γ-lOO

11、H空心微球盡管有著非常不錯(cuò)的光擴(kuò)散效果，但透光率偏低，因而不適宜用其制備高品質(zhì)光擴(kuò)散膜。由γ-AlOOH@polysiloxane核殼雜化微球所制備的光擴(kuò)散膜具有較好的透光率和霧度，其光擴(kuò)散區(qū)域光強(qiáng)分布較均勻且光強(qiáng)較大，在制備高品質(zhì)光擴(kuò)散膜上具有較大的應(yīng)用潛力。由ZnO@polysiloxane核殼雜化微球所制備的光擴(kuò)散膜具有較好的透光率和霧度，其光擴(kuò)散區(qū)域光強(qiáng)分布較均勻且光強(qiáng)較大，在制備發(fā)光光擴(kuò)散膜上具有較大的應(yīng)用潛力。此外，由水熱法

12、合成的大尺寸微球在有機(jī)溶劑中具有很好的分散性，無(wú)需高速攪拌便可以加工成膜。
　　5.微米級(jí)ZnO-Qds@polysixoxane核殼型光擴(kuò)散雜化微球的制備及應(yīng)用量子點(diǎn)雜化微球是一類具有特殊性質(zhì)的材料，因而把其引入到光擴(kuò)散膜的制備上將使光擴(kuò)散膜更具多功能化。本章通過原位沉淀法在由溶膠凝膠法制備的聚硅氧烷微球表面上沉淀一層被有機(jī)聚硅氧烷包裹的氧化鋅量子點(diǎn)殼層，從而制得ZnO-Qds@polysixoxane，其結(jié)構(gòu)已通過XRD、TE

13、M、SEM、EDX等表征所確證。該雜化微球呈核殼結(jié)構(gòu)，內(nèi)核聚硅氧烷微球粒徑約為5μm，而含有氧化鋅量子點(diǎn)的殼層厚度在300nm左右。再將該核殼微球加入到樹脂中進(jìn)行UV固化后便制得新型光擴(kuò)散膜，其兼具較佳的光透過率和霧度。當(dāng)ZnO-Qds@polysixoxane的添加量為10wt％時(shí)，所制備的光擴(kuò)散膜透光率為91％，霧度達(dá)到88％。品質(zhì)上與所選市售光擴(kuò)散膜相比，具有一定的多功能化優(yōu)勢(shì)且光擴(kuò)散明暗效果略好。當(dāng)該添加量為15wt％時(shí)，制備的

14、該光擴(kuò)散膜其光擴(kuò)散效果較市售光擴(kuò)散膜的效果提高很多，光擴(kuò)散范圍更大更均勻，并且光擴(kuò)散效果對(duì)入射角的依賴性比較低。此外，該光擴(kuò)散膜有較好的熒光效果，并且制備的光擴(kuò)散膜因ZnO-Qds@polysixoxane的不斷加入能使得所成膜的色差值及黃度指數(shù)明顯下降，較前面章節(jié)下降得更明顯，也即所成膜的耐濕熱老化能力和耐UV老化能力已得到顯著提高。
　　6.光擴(kuò)散膜性能比較及其決定因素研究設(shè)計(jì)出一種成本低廉的光擴(kuò)散性質(zhì)測(cè)定便利裝置，以便考察光

15、擴(kuò)散性質(zhì)的變化規(guī)律及影響因素。由前述所制備的多種光擴(kuò)散膜置于該裝置進(jìn)行同一水平上測(cè)試，可達(dá)到最大化消除誤差帶來的影響，從而獲得更為可靠的結(jié)論與規(guī)律。從制備的光擴(kuò)散膜進(jìn)行紫外屏蔽效果和紅外屏蔽性質(zhì)的結(jié)果對(duì)比可知，含有二氧化鈰組分的光擴(kuò)散膜紫外屏蔽效果較好，特別是同時(shí)含氧化鋅和二氧化鈰的光擴(kuò)散膜，其紫外屏蔽效果最好;其次含氧化鋅量子點(diǎn)的光擴(kuò)散膜也展示了接近的紫外屏蔽性質(zhì);而含γ-AlOOH組分的光擴(kuò)散膜具有明顯優(yōu)異的近紅外屏蔽效果。由光擴(kuò)散

16、微球分散性能對(duì)比可知，由水熱法制備的光擴(kuò)散雜化微球具有最優(yōu)的分散性能。通過把制備的光擴(kuò)散膜進(jìn)行透過率、霧度及光擴(kuò)散性質(zhì)進(jìn)行對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，由(ZnO-CeO2)@polysiloxane微球所制備的光擴(kuò)散膜與由ZnO-Qds@polysixoxane微球所制備的光擴(kuò)散膜具有較佳的透過率和霧度，其光擴(kuò)散效果都較好，能達(dá)到或超過市售光擴(kuò)散膜的光擴(kuò)散效果。由水熱法制備的核殼微球的光擴(kuò)散效果則比較接近市售光擴(kuò)散膜的光擴(kuò)散性能。此外，ZnO-Qds