（材料学专业论文）防眩光膜材料的制备及性能研究.pdf

防眩光膜材料的制备及性能研究 摘要 针对目前显示器的防眩光问题，本文在大量实验及分析研究的基 础上，将纳米粒子和有机高分子材料相结合，运用湿法辊涂工艺在t a c 基材上涂敷防眩光涂层，制备了应用于显示器偏振片上的防眩光涂膜 材料。 本文采用原位乳液聚合法，用经硅烷偶联剂处理过的纳米t i 0 ：， 与m m a 单体混合，合成m 心，ia ，t i 0 2 纳米复合粒子。用t g 、i r 、d s c 、 a f m 等对产物进行表征，结果表明m m a 和经k h 5 7 0 改性后的t i 0 2 上的 双键己发生聚合，p m m a 成功包覆在t i o ：表面，纳米复合粒子外观呈 球状，平均粒径在7 5 n m 左右。 将各种纳米级粉体和微米级粉体与p m m t i o ：纳米复合粒子的 防眩光性能进行初步的比较，发现以p m m t i 0 ：纳米复合粒子和 1 0 岬p m m a 微球混合物作为防眩光粒子的综合效果最佳。 用湿法辊涂工艺制备防眩光涂膜，需采用合适的成膜体系。本文 首先采用水性聚氨酯成膜。为了改善纳米粒子在水性聚氨酯体系中的 分散稳定性，本文选择s d b s 、p e g 、p v a 、b y k 系列等六种分散剂 考察了各自的分散效果，发现加入分散剂b y k 1 5 4 的涂覆液的稳定性 最好。但由于水性聚氨酯涂层与基材的附着力较低，导致防眩光涂层 从基材脱落。 紫外光固化体系成膜速度快、涂层透明性好、力学性能优良，本 文采用此体系固化成膜，考察了p l 、心，i a 微球、p m m a ，t i 0 2 纳米复合 粒子和消光剂对薄膜防眩光性能、涂料黏度、涂膜力学性能以及耐化 北京化 二大学2 0 0 6 届硕十论文 学药品性能的影响，确定了防眩光涂膜材料涂层的粒子配方： o 5 p m m a 微球、0 5 p m m a t i 0 2 纳米复合粒子和o 7 5 消光剂。 选用上述配方，采用湿法辊涂工艺制备的防眩光涂膜材料具有优 良的防眩光效果、高硬度、良好的附着力和柔韧性，以及良好的耐水 性和耐酸性，其透光率为9 2 3 、雾度为1 0 6 9 、光泽度为6 2 4 。该 法工艺简单，作为显示器偏振片用防眩光材料具有实际的应用价值。 关键词：防眩光涂膜材料，原位乳液聚合，p 洲a t i 0 ：纳米复合粒子， 水性聚氨酯，紫外光固化 北京化工大学2 0 0 6 届硕士论文 t h ep r e p a r a t l 0 na n dp e r f o r m a n c es t u d yo f a n t i g l a r ef i l m a b s t r a c t i nv i e wo f 廿1 ec u r r e n ta n t i 9 1 a r ep r o b l e m so fd i s p l a y s ，al a r g en u m b e r o fe x p e r i m e n t sa j l da 1 1 a l y t i c a lw o r kw e r ed o n ei nt l l i sp a p e r t h ea i l t i g l a r e c o a t i n 岛 w h i c hc o m b i n e dn a n o - p a r t i c l e sa n do r g a j l i cm a c m m 0 1 e c u l a r m a t e r i a l s ，w a ss p r e a d e do n t o 廿l et a cs u b s t r a t eb yw e tr o l l e rc o a tp r o c e s s t op r e p a r et h ea n t i 出a r e 矗l m s t h ea n t i g l a r ef i l m sw e r eu s e di 工lm e p o l a r i z e r o fd i s p l a y s p o l y ( m e t l l y lm e t h a c 巧1 a t e ) - t i t a l l i a ( p m m a 用0 2 )n a n o - c o m p o s i t e p 砒i c l e sw e r es y n l h e s i z e db yi n - s he m u l s i o np o l y m e r i z a t i o no fm m a m o n o m e ra 1 1 dn a j l o - t i 0 2 t h en a n o - t i 0 2h a db e e n 仃e a t e db y 艮5 7 0 c o u p l i n ga g e n t t h e 衄o g r a v i m e 姆( t g ) ，i n 行a r e d ( i r ) s p e c 仃o s c o p y ， d i 能r e m i a ls c 锄i n gc a l o r i m e t r y ( d s c ) a n da t o m i cf o r c em i c r o s c o p e ( a f m ) w e r eu s e dt oc h a r a c t e r i z et h es t m c t l 】r eo fm en a l l o c o m p o s i t e p a r t i c l e s t h er e s u l ts h o w e dm m ap o l y m e r i z e dw i mm ed o u b l eb o n do f t i 0 2 as t r u c t u r eo fp m m as u d e dn a n o t i 0 2w a sc o n c l u d e da sw e l l a f m i m a g er e v e a l e ds p h e r i c a la p p e a r a 芏1 c ew i t ha na v e m g es i z eo f 7 5 n m c o m p a r i n gv a r i o u sp a r t i c l e sp r e l i m i n a r i l y ，m er e s u hs h o w e d l a tt 1 1 e f i l m ，h i c ht o o kt h eh y b r i do fp m ma ，r i 0 2n a i l o c o m p o s i t ep a n i c l e sa i l d 1 0 岬p m 匝订am i c r o s p h e r e s a st 1 1 e a n t i 酉a r ep a n i c l e s ，h a di n t e g r a t i v e e f f e c t t h ea 1 1 t i g l a r ef i l m sp r o d u c e db yw e tr o l l e rc o a tp r o c e s sn e e dt oa d o p t m 北京化工火学2 0 0 6 届硕1 一论文 t h ea p p r o p r i a t ec o a t i n gs y s t e m i nt h i sp a p e r ，t h ef i r s tu s ew p ua st h e c o a t i n gs y s t e m t od e v e l o pt h es t a b i l i t yo fn a n o p a r t i c l e si nt h ed i s p e r s i o n s y s t e m ，s d b s 、p e g 、p v aa n db y ks e r i e so f s i xd i s p e r s a n t sw e r ec h o s e n t oc o m p a r ew i t he a c ho t h e r i tw a sf o u n dt h a tm eb y k - l5 4h a dt h eb e s t s t a b i l i t y h o w e v e r ，t h ew p uc o a t i n gw a st o ow e a kt oa d h e r et ot h e f a c s u b s t r a e u vc u m b l ec o a t i n gh a sf a s tc u r i n gs p e e d ，e x c e l l e n tt r a n s p a r e n c ya n d h i 曲p e r f o r m a n c ei nh a r d n e s s ，a d h e s i o na n dn e x i b i l i t y u vc u r a b l ec o a t i n g w a su s e da st h ed i s p e r s i o ns y s t e m t h ee f 佟c to fp m m am i c r o s p h e r e s ， p m m a 厂r i 0 2n a i l o c o m p o s i t ep a n i c l e sa n dd u l l i n ga g e n to nt h ea n t i g l a r e p r o p e r t y ，t h ev i s c o s i 够，廿1 em e c h a i l i c a lp r o p e r 哆，a sw e l la st h ec h e m i c a l s r e s i s t a n c eo fm ef i l mw a ss t u d i e di nt h i sp a p e r t h er e s u l ts h o w e dt l l a tm e f l l mh a db e t t e rc o m p r e h e n s i v ep r o p e r c yw h e n0 5 p m m am i c r o s p h e r e s ， 0 5 p m m a 厂r i 0 2n a n o - c o m p o s i t ep a n i c l e sa n d0 7 5 d u l i i n ga g e n tw e r e d o p e d t h ea n t i g l a r ef i l mw i t ha b o v ef o r n l u l ap f e p a r e db y 、v e tr o l l e rc o a t p r o c e s s ，h a de x c e n e n ta n t i g l a r ee f r e c t ，h i g hh a r d n e s s ，w e l la d h e s i o na n d n e x i b i l i t y f i n ew a t e ra n da c i dr e s i s t a i l c e t h et r a n s m i t t a n c e ，h a z ea n d g l o s s i n e s so fm ef i l i i lw e r e9 2 3 ，1 0 6 9 a f l d6 2 4 ，r e s p e c t i v e ly t h e t e c h n o l o g yo fw e tp m c e s sw a ss i m p l e ，w h i c hh a dp r a c t i c a la p p l i c a t i o n s m t h ep o l a r i z e ro f d i s p l a y s k e yw o r d s ： a n t i g l a r e f i l m ， i n - s i t ue m u l s i o n p o l y m e r i z a t i o n ， p m m a t i 0 2n a n o c o m p o s i t ep a n i c l e s ，u vc u r a b l ec o a t i n g 塑些三查型! 堕堡兰y ! 璺! ! 拿； 一1 7 北京化工大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究工作所取得的成果。除文中己经注明引用的内容外，本论 文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的 研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本人 完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名 2 彻占年牟月增日 互璧 北京化t 人学2 0 0 6 届坝士论文 1 1 眩光 第一章引言 1 1 1 眩光的概念 当你长时间面对电脑时是否会感到视觉的疲劳? 当你看了一晚上的电视屏幕 后是否会感到头昏目眩? 当你开着汽车在高速路上顶着阳光行驶时是否会觉得眼 花? 光是人类永远不能缺少的东西，然而过强过亮的光、变化过于迅速的光也是 一种污染，会对人造成千扰和伤害。 眩光概念最早由h o l l a d a y 在1 9 2 6 年提出，他提出了现在称为是失能性眩光的观 点“1 而s m e 在1 9 2 8 年提出眩光的原因是因为光线在眼内介质散射引起的，而不是 h 0 1 l a d a y 认为的在视网膜细胞发生的”1 。 i o l l a d a y 承认s l i l e 的观点但是不认为这是引 起眩光的所有原因。这种观点的分歧造成了现在失能性眩光( d i s a b i l i t yg l a r e ) 和 不适性眩光( d i s c o m f o r tg i a r e ) 两种不同的观点。 国际照明委员会( c i e ) 编辑的国际照明工程词汇一书中对眩光作了以下定 义的：“眩光是一种视觉条件。这种条件的形成乃是由于亮度分布不适当，或亮度 变化的幅度太大，或空间、时间上存在着极端对比，以致引起不舒适或降低观察 重要物体的能力，或同时产生这两种现象。”。 112 眩光的形成 眩光是影响视觉的一个重要因素，它和光源的位置、亮度有关。日常生活和 工作中存在很多潜在的眩光光源。 工作中存在很多潜在的眩光光源。 北京化工大学2 0 0 6 届硕1 。论文 歧光游炙i 廷， 雌球 图1 1 眩光形成”1 图卜l 表示眩光的形成，m 是眩光源对眼睛的张角，0 是眩光源和眼睛的夹角“1 。 根据眩光产生的光源，可将眩光分为两种：直射眩光，即由人正常视野内出 现的过亮的光源诸如灯、灯具而引起的；反射眩光是观察者在反射系数高的表面， 特别像有光泽的金属这样的反射表面，看到光源的强反射光而引起的。在大量的 民用建筑中，如住宅、宿舍、教室等，由于灯具保护角和悬挂高度来考虑不合理， 会造成直接眩光，有时还同时存在着反射眩光。在工业建筑的车间、实验室、控 制室场所出现的眩光会导致眼睛的疲劳，注意力涣散，对于识别细微或复杂的工 作非常不利。在一些大型公共建筑或有特殊功能的建筑中，如展览馆、美术馆、 博物馆、体育场、百货公司等，都需要限制或防止眩光。如果在这些场所出现眩 光，会影响观察事物的真实性，大大降低这类建筑的使用价值。另外，在道路交 通上，成为干扰或妨碍人们视觉的有害因素。 根据眩光对人的影响，可分为：不舒适眩光，引起人体不舒服感觉的眩光； 失能眩光，损害视觉的眩光o 。不舒适眩光是由于散射光线进入眼内导致了视觉 的不舒适感，并不影响分辨力和视力，它主要取决于光源亮度，不受时间影响。 失能眩光是由于散射光线在眼内使视网膜的成像产生了重叠，成像的对比度下降， 从而降低了视觉效能和视觉的清晰度，主要取决于落在眼睛上的光线的质量，不 受光源的光通量影响。前者的出现并不一定妨碍视觉功能和视度，但会引起不舒 适感受，并常常随着时间的推移而加重这种感觉。后者的主要根源是诱导现象， 其主要影响是减小了视野的有效对比而降低能见度。例如过强的灯光照耀眼前， 使人看不见其他东西，有时即使在眩光光源移去之后的一段时间内在眼睛仍不能 看清任何物体，失去了视觉。 1 1 3 眩光的危害 眩光是一种严重的光污染：如现代城市高大建筑物的玻璃幕墙反射的眩光， 对行人造成视觉干扰，影响周围居民的正常休息；道路边灯光装饰和夜景照明光 北京化丁大学2 0 0 6 扁硕卜论文 源产生的眩光，会造成人的突发性暂时失明和视力错觉，在瞬间会遮住司机的视 野，或使他感到头昏目眩，很容易引发交通事故“1 。这从生理因素方面来说，由于 人眼受高亮度的刺激，促使瞳孔缩小顺应状态变坏，使眼睛感到不舒适或者有可能 导致视网膜损伤( 人眼能承受的最大的光亮度值约1 0 6 c d m 2 ，超过此值视网膜会受 损) 。另外，由于亮度过大时，眼角膜和晶状体会产生光散射，从而形成光幕影响视 觉。 眩光会引起眼睛的对比感受、视力、识别速度、等视机能下降，也可引起角 膜炎，损伤眼睛。同时，眩光对于心理也有着明显的作用，它影响着人们的情绪， 会使人头晕心烦，食欲下降，心情烦躁，情绪低落，身体乏力等，精神呈现抑郁， 反应迟钝，导致白天工作效率低下，造成心理压力。 1 2 防眩光的意义和措旋 上述的眩光危害已经严重干扰和妨碍了人们的正常生活，而对于眩光污染的 治理，国内外尚无明确的法规和标准，因此为了维护人们的视觉健康、提高劳动 效率，对于眩光的防护就显得格外重要。专家认为，在规划和城市建设中应该加 入防眩光的内容，加强对建筑材料和照明产品的眩光污染控制和检测，建立眩光 污染研究、评价和检测体系。 目前，防眩光的措施主要有以下几类： ( 1 ) 建筑照明中眩光的控制 限制灯具的表面亮度和表观面积 从节约电能和保护视力的角度出发，都必须将灯具和被视物体表面的亮度限 制在3 2 1 0 3 n t 以下的范围内。灯具材料要求利用它的化学性质降低其表面亮度， 以达到减弱眩光和改善光线的目的。为限制眩光，照明布置应该以隐蔽光源和降 低亮度为基本原则。 使灯具有适合的安装位置和悬挂高度，保证必要的保护角 为了防止直接眩光，灯具应尽可能安装在远离正常视线处，即设计时应限制 在4 5 8 5 。区域内发出的光通量和亮度，因为这个区域的光线恰好处于视野内干 扰看。限制的方法除了减小灯具的表面亮度外，常用的还有使灯具有一定的保护 角，并配合适当的安装位置和悬挂高度。 增加眩光光源的背景亮度，减小两者间的亮度对比度 北京化工大学2 0 0 6 届硕士论文 发生不快感的亮度还与周围环境的亮度有关。视野内存在不同亮度表面，眼 睛会被迫适应它，如果这种亮度差别很大，就会使眼睛很快疲劳。当被视物与背 景的亮度对比超过l ：1 0 0 时，就会引起眩光，即使是长时间的轻微眩光，也会使 视力逐渐下降。人眼能察觉出不均匀的相邻表面亮度比为1 ：1 4 ，所以在一些资 料中推荐了教室、办公室、车间内各表面的亮度比，均低于此值。 将反射眩光和光幕反射降低至最低程度 在墙面、地板、机器、桌面等其他用具的光滑面，反射出来的光的亮度就与 光源的亮度几乎一样，当视野内若干表面上部出现反射眩光时，就构成了眩光区 ，因为其紧靠视线，以致眼睛无法躲开它，并且往往急剧地减少工件的对比度和 对细部的分辨能力。一般通过改变光源亮度，妥善地布置灯具，增加光源的数量 来解决。 光幕反射是在本来呈现漫反射的表面上又附加了镜面反射，以至于眼睛看不 清楚物体的细节或整个部分。为了防止或减轻光幕反射，可以从以下几个方面着 手；尽量使用无光纸书写或印刷，尽可能减少干扰区反射来的光线，加强干扰区 以外的光，以增强有效照明。尽量避开在产生光幕反射的区域布置灯具，或者使 在作业区域避开来自光源的规则反射。0 1 ( 2 ) 汽车照明及公路眩光的控制 汽车前照灯的防眩 高亮度前照灯的出现，造成了车辆交会时的眩目问题。设计人员在前照灯防 眩上提出了非对称近光系统、偏振前灯系统和自动调光前照灯等。 非对称近光系统是将前照明灯设计成同时具有“远光”和“近光”两种工况 的系统。当夜间无对向来车时，使光束射向远方；会车时只产生近光光束。这是 解决眩目问题的简单、经济的途径之一。但是它还是无法解决远光引起的眩目， 并且不同配光性能的前照灯，使会车时也产生眩目。 偏振前灯系统是最有希望从光学途径上解决眩光问题的照明系统。与主光轴 垂线右偏4 5 。的偏振片安装在车辆的前照灯前，另一个右偏4 5 。的偏振片( 检偏 镜) 安装在司机眼睛前面，其位置近似于遮阳板。当两车迎面接近时，由于对向 车辆前照灯的偏振化后方向与检偏镜的偏振化后方向互相垂直，对向车的光线就 不会透过检偏镜照射到司机的眼睛，而照射到行人。标志和路面标线等路上设施 的光线会反射回来，其反射光的振动方向与检偏镜的偏振化后方向平行，能透射 过检偏镜传输到司机的眼睛。这样，司机依靠本身车辆前照明灯能获得良好的视 北京化t 人学2 加6 屈颤1 论义 距，又不会受到对向车前照灯的眩目。但由于偏振材料价格昂贵且使用寿命短， 仍没有广泛的应用。 自动调光前照灯其基本原理是调节车辆前照明灯的发光强度，从而达到防眩 目的目的。但是，安装有自动调光前照灯的车辆和没有安装此系统的车辆回车时， 安装该系统车辆仍将受对向车的眩光之害。”1 高速公路防眩 高速公路的防眩，主要是在道路中央分隔带连续设置一定间距和横向宽度的 防眩设施，通过防眩设施完全或部分的阻挡车前光，以达到防眩的目的“1 。 ( 3 ) 显示器及其他屏幕眩光 在可见光谱范围内，普通玻璃的反射率达到8 4 。显示器及其他屏幕玻璃平 面反射外来光( 包括自然光与灯光) 产生的亮斑会影响图像的对比度，并使操作 者容易产生视觉疲劳。显示器的防眩主要是在显示屏的表面涂上各种膜，以减少 光线对使用者的伤害。o 1 3 显示器防眩光的必要性 2 l 世纪是信息化的时代，电脑的应用已经渗透到社会生活的方方面面，成为 不可或缺的工具。随着个人电脑的普及化，愈来愈多电脑使用者长期面对电脑， 就会有眼睛干涩，酸痛，额头沉重，分神，视觉模糊等不适症状，这是由于受到 荧幕反射眩光的干扰。因为研究表明，环境光源在屏幕表面大约4 的反射就会比 屏幕上的图像更为明亮，使得图像难以被看清。尤其像l c d 这类低亮度显示屏在高 亮度光线下操作图象更不易辨识。如果使用者需要透过眩光费劲地观看弱对比度 的图像，就会造成眼部不适。其实电脑屏幕的眩光更应引起我们的关注，因为这 些有害的光线对我们造成的危害比电磁辐射大得多。 总之，计算机显示器的出现改变了人们的生活，但它存在的一些对健康的危 害，正在逐渐被人们所重视，并逐渐改善。这在一些发达国家就更明显，他们一 般都有自己的严格的标准，对产品有很高的要求。而在国内，随着人们生活水平 的提高，对防电磁辐射、防眩光的绿色电脑的需求也越来越强烈，所以显示器制 造行业一直在对视屏表面进行防眩技术的研究。 北京化工大学2 0 0 6 _ | i i j 硕士论文 1 4 显示器防眩光技术的现状及发展 1 4 1 显示器防眩光方法 ( 1 ) 外挂视保屏 r 常生活中最常见的控制眩光的方法就是利用偏光原理来解决刺眼眩光，如 太阳眼镜。但这种普通的偏光片虽可隔绝眩光，却同时也减少了至少一半以上的 光线，这是因为每束光线均含垂直光与平行光，两部份各占一半，而造成眩光的 只有平行光部份，一般偏光片即是将这一半的平行眩光隔绝，所以我们戴太阳眼 镜的时候，觉得舒适不刺眼，同时也感觉到变暗了。这种一般的偏光片并不适合 用来改善其它东西如灯具造成的眩光，因为过暗的光源是不适合眼睛阅读看物的。 早些时候，电脑防眩光主要是通过在电脑显示器上外挂一个视保屏。视保屏 的价格由几十元到几百元不等。而几十元的视保屏虽然能够阻挡部分眩光，但根 本不具有保护视力的作用。它只是一快有色玻璃罢了，仅仅使显示器的亮度、对 比度降低，和最普通的太阳眼镜一个原理。 当然好的视保屏，如3 m 公司采用处于世界领先水平的研磨涂布技术生产的视 保屏，可以消除9 0 9 5 的眩光，增加画面对比清晰度。然而这种有效防眩光的 视保屏市场价格基本在2 0 0 5 0 0 左右，价格昂贵，且不方便。若直接在显示设备 的显示表面直接涂布或者镀上一层防眩光膜，一方面可以降低成本，另一方面电 脑使用者也不用再另外购买防眩光材料。 ( 2 ) 显示器或阴极射线管的防眩光涂层 针对上述问题，人们在显像管或显示屏表面镀一层膜，既能导电又能防眩光。 防眩光膜的研究早在上世纪七十年代就开始了，八十年代以来陆续有一系列专利 和论文发表。 1 9 8 6 年1 月7 曰授予d e a l 等的u s p a t ，4 5 3 6 1 2 公开了一种防眩光抗静电涂层“”1 ， 由含有提供防眩光特性的硅酸盐和对涂层赋予抗静电性的实用量的无机金属化合 物的水溶液组成。利用空气喷涂把涂料施加于c r t 的加温( 4 0 一4 5 ) 荧光屏面板 上，在1 2 0 的温度对c r t 烘焙至少l o 分钟，加热周期为3 0 分钟，并冷却3 0 分钟， 把凝胶烧结成薄膜，制成防眩光涂膜。 1 9 9 6 年8 月2 1 日，中华映管股份有线公司专利申请公开c n1 0 5 8 1 0 5 ，公开了一 6 北京化工大学2 0 0 6 届硕一卜论文 种使用于阴极射线管上的抗眩光及抗静电的多层涂层。其中涂层的内层为具有 高导电性的保湿层，以便阴极射线管的显像屏产生抗静电保护作用，其外层则为 具有硬如玻质外壳的多孔层，以便陔外壳的刮损特性，对玻璃面板表面的保湿层 产生保护作用，且其上的微小孔亦允许大气中的湿气得以进入保湿层，令其在减 少玻璃面板反射率之同时，始终维持其高导电特性。 2 0 0 1 年9 月1 9 日授予f e 伍达德等的c n1 3 1 3 9 5 2 a 公开了一种具有眩光控制的 波长选择应用薄膜“。一种具有低可见光透射率和低可见光反射率的阳光控制薄 膜是由以下各层材料构成的。第一层是透明衬底材料，上面沉积了用于优先降低 通过薄膜透射的红外光能量的阳光负荷减低薄膜；而第二层是透明衬底材料，上 面沉积了用于部分阻拦光透射的一层薄的透明金属薄膜。在那里第一透明衬底薄 层和第二透明衬底薄层是用光学上整块的膜层来予以分隔开，它可防止反射光的 相长和相消干涉。阳光控制薄膜的一个较佳实施例依次包括压敏粘合剂层，聚乙 烯对苯二酸盐层，法h 利一波洛干涉滤光片层，粘合剂层，灰金属层，另一层聚 乙烯对苯二酸盐层，以及硬质镀膜。此优选的阳光控制薄膜在红外区提供波长选 择，同时控制可见光透射并把可见光反射率减到最小。 ( 3 ) 偏振片的防眩光涂层 日本的防眩光膜则多数应用于电脑偏振片上，它们在这方面的技术处于比较 领先的地位。日本专利申请公开n o 2 0 0 卜9 1 7 0 7 公开了一种具有位于透明支撑部分 上的模糊度为4 o 5 0 0 9 6 的防眩光层的光学膜，其中的模糊度定义为不低于1 0 的内部漫射与不低于3 0 的表面漫射之和。这是一种通过散布于漫射层内部的精 细微粒来引起漫射的内部漫射层的防眩光膜。 日本专利申请公开n o h 6 1 8 7 0 6 公开了一种形成于透明衬底上并且基本上由 折射率为l _ 4 0 1 6 0 的树脂珠和电离一辐射一可矫正的树脂组合物等组成的防眩光 层。日本专利申请公开n o h 1 0 2 0 1 0 3 公开了一种包括至少一个基膜和一个防眩光 层的多层膜，其中的防眩光层中每1 0 0 成分重量的可矫正树脂，包含2 0 3 0 成分重 量的平均直径为o 5 1 5 岬的透明微粒。 这些防眩光膜是通过在透明基膜的表面外加包含如二氧化硅( 硅石) 等填充 物的树脂来形成的。这些防眩光膜分为几类：一类是防眩光层表面上形成的表面 不规则物是由如凝结性二氧化硅等物质凝结形成的防眩光膜；一类是通过在膜表 面压上一层具有表面不规则物的膜来传递表面不规则物的防眩光膜：一类是防眩 北京化工火学2 0 0 6 扁硕十论文 光层表面上形成的表面不规则物是由对树脂外加微粒直径大于所用树脂膜厚度的 一种有机填充物来形成的防眩光膜等等。 1 4 2 防眩光层的制备方法 常用的防眩光涂层的制备方法分为干法和湿法两种。干法即通过化学气相沉 积、真空蒸发、溅射、反应离子镀等方法将材料沉积到显示屏上形成薄膜。湿法 主要是通过溶胶一凝胶或其它方法制备得到成膜溶液，再经喷涂( s p r a y i n g ) 、旋涂 ( s p i r u l i n g ) 、或浸渍提拉( d i p p i n g ) 等方法将含有防眩光材料的成膜溶液涂敷在基板 表面，经过热处理或固化后得到防眩光涂层。 ( 1 ) 干法 化学气相沉积法( c h e m i c a lv a p o rd 印o s i t i o n ) 化学气相沉积( c v d ) 包含的是一个表面反应，在固体表面上有一种和多种气 体反应物。金属氧化物通常是由适当的含金属化合物与0 2 、h 2 0 或者h 2 0 2 氧化沉 积而成( 这种金属化合物是易挥发的，在温度高到能产生足够的气相压力时具有热 稳定性，在较高沉积温度时具有热不稳定性，一般采用有机金属化合物) ，通常将 氧气、氮气或氢气作为携带气体。制备透明膜材料通常使用低压化学气相沉积 ( l p c v d ) ，等离子体增强气相沉积( p e c v d ) 、常压化学气相沉积( a p c v d ) 和金属 有机物化学气相沉积( m o c v d ) 等。 中国科学院上海光学精密机械研究所专利申请公开c n1 1 3 1 3 2 7 ，公开了一种 用于显示器件屏幕前的显示器件的防护屏及其制各方法，它是在一对可见光透明 的基底上采用沉积薄膜的方法，层层重叠地沉积导电吸收层和匹配层的薄膜。此 发明的防护屏可以防静电，防强光，防紫外，防眩光“”。 c v d 法具有良好的工艺控制性能，但掺杂流量的控制和调整比较复杂。 真空蒸发法“” 以金属或者氧化物为源进行真空蒸发或反应蒸发已经被广泛应用于淀积各种 透明导电防眩光膜。这类方法重要的控制参数是蒸发速率、衬底温度、源到衬底 的距离以及氧分压。主要包括金属薄膜的后氧化、反应蒸发、激活反应蒸发和直 接蒸发。金属薄膜的后氧化是指首先蒸发金属制备出金属薄膜，然后对相应的金 属薄膜进行氧化处理，薄膜的电导率和透过率主要由氧化温度来控制。反应蒸发 是在氧气氛中蒸发金属或合金，其分子与环境中的氧反应，在加热的衬底上生成 氧化物薄膜。在激活反应蒸发中，蒸发物和气体的反应是通过在反应区建立一个 北京化u t 夫学2 0 0 6 届颁士论文 辅助的热离子等离子区实现的。直接蒸发是以氧化物或化合物为源的热蒸发。 真空蒸发法需要在真空条件下进行，设备费用高，同时真空镀膜生产率低， 膜的耐磨性不够，易划伤，属软镀膜，应用中需在薄膜外加保护层，这些缺点都 限制了用该方法大面积制膜和实现产业化。 溅射法“” 溅射法是沉积透明防眩膜最广泛使用的工艺之一。包括金属靶的反应式溅射、 氧化物靶溅射、离子束溅射等。金属靶反应式溅射是以金属作为靶，a 卜0 2 ，n 2 0 2 或0 2 作为溅射气体。氧化物靶溅射通常使用热压的、纯的或者混合的氧化物，这 种方法可以更好的控制化学配比，还可以免去大多数情况下的沉积后热处理过程。 离子束溅射包含了最低限度的本征加热和电子轰击，因此形成了一种低温的沉积 方法。n y k i m d 等报道了通过磁控溅射法制备得到t j n s i 0 2 双层抗静电防眩膜。 东元资讯股份有限公司专利申请公开c n1 3 6 9 8 9 8 ，公开了一种阴极射线管的 抗电磁辐射及抗眩光多层涂布及其制作方法“”。阴极射线管的玻璃面板外表面先 以溅镀处理形成复数层溅镀层，再于溅镀层表面以喷雾涂布处理形成抗眩光层。 由于溅镀原料含有锡铟氧化物等导电材料，通过溅镀涂布方式的处理，使溅镀层 结构致密，导电度高，另外，通过溅镀层与抗眩光层邻接的保护层的搭配使整个 涂布层，除具抗眩光特性外，还具较宽频宽的抗反射特性。 反应离子镀“” 反应离子镀是一种高温沉积的方法。离子镀膜技术是d m m a t t o x1 9 6 3 年首先 提出来的，是在真空蒸发和真空溅射技术的基础上发展起来的一种镀膜技术。当 真空室抽至1 0 4 p a 的高真空后，向真空室内通入惰性气体( 如氨气) ，使真空度达到 l 1 0 1 p a ，然后在蒸发基片和蒸发源间施加一直流电压，使工作气体电离，从而 在基片和蒸发源之间建立一个低压气体导电的等离子体区。离子镀膜成核、结晶、 迁徙所需要的能量不是靠加热衬底的方式获得，而是由离子轰击的方式来获得的。 采用干法制膜，厚度均匀( 偏差小于5 ) ，膜层致密但也存在缺点：所需设 备复杂，成膜速度慢，膜强度差，成本高故这种方法在工业上应用不多，不利 于工业化连续生产。 ( 2 ) 湿法 溶胶一凝胶法“”是2 0 世纪6 0 年代发展起来的一种材料制备方法。1 9 7 1 年 d i s l i c h 首次通过溶胶一凝胶法制备出多元氧化物固体材料以后，溶胶凝胶法就越来 北京化t 大学2 加6 届硕士论文 越受到人们的注目。 溶胶一凝胶的基本原理是不论所用的前驱物为无机盐或金属醇盐，其主要反应 步骤是前驱物溶于溶剂中( 水或有机溶剂) 形成均匀的溶液，溶质与溶剂产生水解 或醇解反应，反应聚合形成溶胶，进而转变成凝胶固化，经热处理脱去水及烷基 氧化物质的方法。它可以在比一般的高温熔融法低7 0 0 l 0 0 0 左右的温度下制 得，所以又可称为低温合成法或溶液法。 采用溶胶一凝胶薄膜工艺首先必须制得稳定的溶胶，按照溶胶的形成方法或存 在状态，溶胶一凝胶工艺可分为有机途径和无机途径。通过这两种途径制备薄膜各 具有优缺点。有机途径是通过有机醇盐的水解与缩聚而形成溶胶，这种途径涉及 大量的水、有机溶剂和其他有机物，通过这种途径制备的薄膜在于燥过程中容易 龟裂( 由大量溶剂蒸发所产生的残余应力引起) ，客观地限制着所制备薄膜的厚度。 无机途径则是使通过某种方法制得的氧化物小颗粒稳定地悬浮在某种溶剂( 有机 的或无机的) 之中而形成溶胶。通过无机途径制膜有时只需要进行室温干燥即可。 溶胶一凝胶工艺制备防眩光薄膜的方法很多，如浸渍提拉法、旋覆法、喷涂法 以及简单的刷涂法等。其中旋覆法和浸渍提拉法最常用。旋覆法包括两个步骤： 即旋覆与热处理。衬底在电机的带动下以一定的角速度旋转，当溶液液滴从上方 落于衬底表面时，它就被迅速地分覆到材底的整个表面。溶剂的蒸发使得旋覆在 衬底表面的溶胶迅速凝胶化，紧接着经过一定的热处理后便得到了防眩光薄膜。 浸渍提拉法主要包括3 个步骤：即浸渍、提拉和热处理。首先将衬底材料浸入预先 制各好的溶胶之中，然后以一定的速度将衬底向上提拉出液面，这时在衬底的表 面会形成一层均匀的液膜，紧接着溶剂迅速蒸发，于是附着在衬底表面的溶胶迅 速凝胶化并同时干燥，从而形成一层凝胶膜。当该膜在室温下完全干燥后，将其 置于一定的温度下进行适当的热处理，最后便制得了防眩光薄膜。 与干法工艺比较，湿法工艺具有：1 ) 能在1 0 0 以下的低温下成膜；2 ) 能在 任意复杂形状的表面成膜，而不像干法只能在平面上成膜：3 ) 能在较大面积基片 表面成膜，可以连续生产：4 ) 操作简单、方便，制造成本低，能实现批量化等优 点。但这种方法制各的薄膜的质量与成膜溶液( 溶胶) 的性质密切相关，因而成膜 溶液的制备至关重要。 北京化丁大学2 0 0 6 厢硕十论义 1 4 3 防眩光材料 ( 1 ) 纳米材料 纳米材料由于其奇异的光电性能和独特的价值，近年来成为国内外研究和开 发的热点。其中国际市场兴起的绿色环保型纯平彩管，极大地带动了防静电、防 眩光、防辐射( 三防) 纳米材料的研究。 n 型半导体氧化物如掺锡氧化铟( i t o ) 、掺氟或掺锑氧化锡( f 1 0 、a t o ) 、掺 铝或掺镓氧化锌( a z 0 、g z 0 ) 等，因为具有在可见光区透明和电阻率低等优异的 光电性能，可作为这类三防透明导电氧化物( t c o ) ，被广泛的应用于平面液晶显 示器中。为了达到三防的目的，需要在显示屏上涂以多层纳米薄膜，且多层膜中 每一层都有其各自的作用。与显示屏基底玻璃直接接触的薄膜具有高折射率的防 静电、防辐射层，具备导电的功能，如a 1 d ，i t o 等。为了实现防眩目的目的，还 必须在a t o 或i t 0 膜上再涂一层或多层具有较低折射率薄膜，利用膜层之间在整个 可见光范围内的干涉效应来减少眩目反射，达到防眩目的目的，可满足此要求的 薄膜有s i 0 2 、t i 0 2 等。“。 2 0 0 1 年6 月1 3 日，烟台佳隆实业有限公司专利申请公开c n1 2 9 8 9 0 6 a ，公开了 一种纳米涂膜材料及其制备方法。“。该材料的成份按重量百分比为：氧化锡4 0 9 5 ，氧化锑o 5 3 5 ，氧化钛0 1 1 5 ，氧化锆o 1 5 ，氧化硅0 1 1 5 。上 述氧化物的晶粒径在5 3 0 m n 之间，是将原料溶解于有机醇中进行回流，加入碱、 有机保护剂等在一定的温度压力下进行反应，将反应生成物进行过滤、喷雾、干 燥、焙烧、研磨、分级、浓缩等步骤制备而成。将此涂膜喷涂在玻璃显示屏上具 有图像清晰度高、防静电、防眩光、防辐射性好等特点。 ( 2 ) 透明有机高分子材料 聚甲基丙烯酸甲酯( p m m a ) 、聚碳酸醋( p c ) 和聚苯乙烯( p s ) 等有机高分子 材料由于具有高的透光率，从而作为面光源材料被广泛应用于照明光源、背投电 视屏幕、投影背墙、天窗、指示牌，广告牌、装饰品等。微米级玻璃微珠及空心 玻璃微珠等无机粒子也可作为防眩光材料加以应用。2 0 0 3 年4 月3 0 日，夏普公司 专利申请公开c n1 4 1 4 4 0 l a ，公开了一种防眩光膜的制备方法，所用的透明漫射 材料有苯乙烯珠和聚碳酸酯珠，利用这些球体在涂层中产生各向异性漫射达到防 眩光目的“。 北京化工大学2 0 0 6 届硕士论文 1 4 4 防眩光膜加工方法 ( 1 ) 防眩光材料填加在膜内部的制造方法 防眩光膜的制造方法，可以是在制造薄膜时将具有防眩光性能的材料，制作 成母料，与膜材料的树脂母料共混合后直接铸片拉伸形成具有防眩光的膜材料。 该方法添加的防眩光物质一般是不规则形状的无机材料如纳米金属氧化物等，它 们不与膜的树脂发生化学反应，拉伸过程中几何形状不发生变化，只是均匀地分 散在高分子膜材料的内部。当光线穿过时规则形状的外型对光产生折射匀化，减 小光线对观看者眼睛的直接照射，起到防眩光的作用。 ( 2 ) 湿法辊涂 早期防眩光膜的制造方法主要是于法加工，干法加工的缺点前面已经叙述。 目前，防眩光膜的加工方法主要是在研究湿法辊涂的加工技术，湿法辊涂工艺主 要有浸涂法、反转辊涂布法、刮刀涂布、凹板涂布等方法。不同的涂布方法对涂 层的涂布厚度和精度不同，其中凹板涂布可以进行薄层涂布，涂布量可以控制在 微米级的涂布厚度并且精度高，适合防眩光膜等光学薄膜的湿法涂布。 1 5 有机无机纳米复合材料综述 “纳米复合材料”是指分散相尺寸有一维小于1 0 0 m 量级的复合材料由于纳 米复合材料的尺寸介于分子与体相尺寸之间，属于介观系统，因此表现出与分子 及体相不同的特殊性质，具有明显的表面效应、量子尺寸效应、小尺寸效应和宏 观量子隧道效应。呈现出许多优良的物理和化学特性。 纳米复合材料中如果其中一相为有机聚合物，另一相为无机相，则称为有机一 无机纳米复合材料。这种复合材料与常规的聚合物无机填料复合体系不同，不 是有机相与无机相的简单混合，而是两相在纳米尺寸范围内复合而成的。由于无 机相与聚合物之间界面面积非常大。界面间具有很强的相互作用，因此具有理想 的粘接性能。以至有机一无机纳米复合材料不仅具有纳米材料的表面效应、量子尺 寸效应等性质，而且将无机物的刚性、尺寸稳定性和热稳定性与聚合物的韧性、 加工性及介电性能揉合在一起，从而产生许多特异的性能，在电子学、光学、机 械、生物学等领域展现出广阔的应用前景o “。 透明是是否形成纳米级相分离的简单而直观的判据( 尽管比较粗糙) ，也是纳 北京化工_ 人学2 0 0 6 届硕_ 论文 米复合材料本身的一个重要性能。由于纳米复合材料中聚合物和无机相达到了分 子水平的相容，相的尺寸小于可见光波长，因而某些聚合物无机纳米复合材料 反而比纯聚合物更透明。s c h m i d t 等。制各了多功能聚合物基有机无机纳米复合材 料涂层，该涂层胶体粒子尺寸保持在较低的纳米范围，有很好的透明性。聚酰亚 胺s i 0 2 纳米复合材料随s i 0 2 含量增加逐渐由透明变为不透明o “；聚( e 一己内酯) s i 0 2 体系则随s i 0 2 含量增加，纳米复合材料膜由不透明变为透明，这说明不同的 聚合物无机物复合体系，其内在结构相差很大o 用于防眩光材料的防眩光粒子，即要能使光线透过不降低光的强度，又要对 光有一定的折射或散射作用，同时需与成膜物质有良好的相容性。综合考虑以上 因素，本文使m m a 在t i 0 2 表面形成一个有机包覆层，制备p m m a t i 0 2 纳米复合粒 子，保留纳米t i 0 2 的光学性能，增强粒子的折射与散射作用及与体系的相容性，同 时亦可提高涂膜的力学性能。 目前有机无机纳米复合材料的制备方法主要有插层法、溶胶一凝胶法、共混 法、原位聚合法等。原位聚合法的原理就是将纳米无机离子分散在可聚合的单体 中或某种溶液中，然后引发聚合，将纳米无机粒子包埋在聚合物中。原位聚合法 可应用在本体聚合、乳液聚合、溶液聚合中。原位乳液聚合法m 1 因具有反应条件 温和，分散效果良好等优点，是一种制备纳米复合材料很有效的方法。中科院化 学所研制出原位聚合法制备纳米s i 0 2 与p m m a 复合材料以及纳米碳酸钙与丙烯酸 酯共聚物复合体系，制备出的纳米复合材料具有优异的性能o “。本文采用此法来 制备聚甲基丙烯酸甲酯肿o da ，t i 0 2 纳米复合