水热法制备光扩散杂化微球及其在光扩散膜中的应用

摘要

随着信息时代的到来，以液晶显示技术为代表的新型平板显示技术在生活的各个领域之中得到了普遍的应用。作为液晶显示器中背光模组的基本组成之一，光扩散膜性能的优异，直接决定着液晶显示器的图像均匀度和清晰度，因而研究光扩散膜特别是光扩散材料具有十分重要的现实意义。为此，本文以有机-无机复合杂化核壳微球为切入点，通过简易的水热法制备了三种不同形貌的光扩散材料，借助实验设备的表征测试深入研究膜的光学性能和光扩散性能，并初步探究了材料的微观形貌与光扩散性能之间的关系。研究结果总结如下： 1.有机硅氧烷包裹的SiO2/CeO2的制备及其在光扩散膜中的应用 本章所用二氧化硅微球是由溶胶凝胶法制得的，然后在SiO2微球表面通过原位沉淀法制备得到SiO2/CeO2，最后采用水热法制备了有机硅氧烷包裹的SiO2/CeO2(SiO2/CeO2/poly(VTMS))，并通过XRD、FT-IR、SEM、TEM与EDS等多种表征手段对其结构及形貌进行研究。结果表明所制备的材料具有多壳层结构，内核二氧化硅为120nm，中间层是厚度为3nm左右的CeO2层，最外层为厚度大约10nm的有机硅氧烷缩聚物。将其作为光扩散材料添加到光扩散膜中，所制备的光扩散膜具有较优的可见光透过率和雾度，同时光扩散剂的添加量对膜的光扩散性能具有明显的正相关影响。当SiO2/CeO2/poly(VTMS)光扩散剂的添加量为15wt%时，所制备的光扩散膜具有较高的可见光透过率和雾度、较低的可视角以及较宽的散射范围，上述现象主要是由于所制备的光扩散剂具有多壳层的结构，能够对入射光线产生多重散射。 2.无模板水热合成三维空心花型Mg-Al LDHs微球及其在高性能光扩散膜中的应用 本章为了进一步探究光扩散剂的形貌结构对光扩散效果的影响，采用无模板水热法制备了具有三维空心花型结构的Mg-Al LDHs微球，进而对其进行表征可知，其粒径为2.5μm左右，外层是由40nm左右厚度的纳米片无规自组装，从而形成三维花型结构。将制备的三维空心花型Mg-Al LDHs微球与光学树脂混合，采用涂布和紫外固化技术，制备了一系列不同光扩散剂含量的扩散膜。通过研究光扩散剂添加量对光学性能和光扩散性能的影响，结果表明所制备的光扩散膜不仅具有较佳的可见光透过率，还具有良好的雾度。特别地，当三维空心花型Mg-Al LDHs在光学膜中的含量到达15wt%时，其可见光透过率和雾度分别可到达82%以及90%，同时散射范围较大且对入射角的依赖性较小，而造成上述结果的原因主要是由于所制备的光扩散剂在立体结构上具有高度的各向异性。 3.一步水热法制备polysiloxane@3D空心花型Mg-Al LDHs核壳型光扩散微球及其性能研究 在前两章研究结果的基础上，本章采用类似的水热法一步制备了具有核壳结构的polysiloxane@3D空心花型Mg-Al LDHs复合材料，并通过TEM、SEM、XPS、XRD等技术，对制备的材料进行了结构和形貌的表征。该核壳型杂化微球的内核为3D空心花型Mg-Al LDHs，粒径约为2μm～3μm，外层包裹了一层厚度为100nm左右的polysiloxane层。将上述polysiloxane@3D空心花型Mg-Al LDHs作为光扩散材料添加到基体树脂中，并通过紫外固化制得相应的光扩散膜。光学性能测试结果表明：当散射粒子在树脂中的含量增加到15wt%时，其所制备的光扩散膜的可见光透过率达到86%、雾度可达87%，同时具有较好的光扩散效果和较大的光散射范围，对入射角的依赖性相比于前两章的光扩散剂更低，因此对于具有较高要求的扩散膜中可利用该扩散粒子。

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