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BOPET光学膜的应用及涂层技术

上海卷柔新技术 | 上海卷柔专业研发生产光学仪器 2021/10/20 13:42

1 、BOPET 聚酯薄膜

它是指聚酯家族中的聚对苯二甲酸乙二醇酯聚合物,经双向拉伸制成的薄膜。为改变光学零件表面光学特性而镀在光学零件表面上的一层或多层膜就是光学PET薄膜。

光学级聚酯薄膜具有低雾度和高透光率、不泛黄、附着力好、平整度好、无明暗纹、耐高温和紫外线照射、挺度佳、抗烧裂、不易破损表面光洁度高、厚度公差小等出色的光学性能。

2 、光学PET薄膜应用

光学PET薄膜应用分为反射膜、增透膜、滤光膜、光学保护膜、偏振膜、分光膜和位相膜。

新知达人, BOPET光学膜的应用及涂层技术

PET光学膜主要用于高端液晶显示器材中的扩散膜、增亮膜、反射膜、抗静电保护膜、触摸屏中的保护膜以及软性显示器用膜等领域。

液晶面板上游原材料中,光学膜在背光模组、偏光片、液晶材料中均有使用。例如液晶显示屏,最少可以用到7~8 张具有不同功能的PET 型光学膜(2张光扩散膜,1增亮膜,2张相位差膜,1张防眩光膜,1张屏蔽导电膜)。

这些功能性PET型光学膜,主要是通过在PET聚酯薄膜表面涂覆各种功能性涂层所得。

光学膜基材要求平整无缺陷、光泽度和透光率高、雾度低、涂布性能好等,PET 型光学膜用各种功能性涂层是光学膜研究的重要方向之一。在制备PET 光学膜时,解决基材膜与涂层的界面粘接问题尤为重要。
若基材表观平整无缺陷,则涂层与膜基材表面之间接触的活性点较少,导致涂层液体不易渗入,难以与其形成吸附;若基材光泽度和透光率高,则基材表面粗糙度较低,导致涂层液体与膜基材表面粘结点少。

同时,PET 聚酯膜本身具有的特点,如PET 膜表面结晶高度取向,导致的涂层分子难以渗透入PET膜内,也使其不易与涂层形成良好的界面粘接。

3 、PET 型光学薄膜的涂层技术

涂层技术是光学膜的关键技术。根据涂层所起的作用,可将涂层分为三类,即保护用涂层、装饰用涂层和功能性涂层。在PET 聚酯膜上涂覆不同的涂层,便可制得不同功能的薄膜。

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例如在PET 聚酯膜表面涂布上抗划伤、抗静电(106~108Ω)涂层,制成屏幕保护膜,用于手机或电脑屏幕表面的保护;

在PET 聚酯膜上,涂布含有光学粒子或者玻璃微珠的涂层,可制成光学扩散膜,将其用于LCD 面板背光模块,能有效消除明暗交错或者网点现象、提升光线亮度、使导光板射出的光线柔散化,为LCD 面板提供均匀的面光源。

在PET聚酯膜表面涂布具有颗粒成分的树脂体系,可制成防眩光膜,将其用于液晶显示屏,具有利用反射光的散射和由硬涂树脂与粒子的折射率差产生的内部散射来防止画面拖尾的作用等等。

与涂层相关的技术主要有涂层配方技术、涂层固化技术和涂布工艺技术等。

光学膜|住友化学运用AI和转基因微生物技术制造高功能薄膜

CINNO Research产业资讯,利用生物技术进行化学产品创新生产的时代即将开始。住友化学与一家美国初创公司共同研发了一项技术,使用转基因微生物生产用于移动终端的高功能薄膜。该技术可望在2021年内应用于主要制造商的移动终端。如果消耗大量能源的化学合成能够被生物生产所取代,将有助于减少二氧化碳(CO2)的排放。

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美国Zymergen和住友化学利用AI和转基因技术开发的高功能薄膜(照片来源:Zymergen)

根据日媒日本经济新闻报道,住友化学利用新技术研发的是一种名为Hyaline的薄膜材料。它是一种无色透明树脂,厚度为几十微米,可作为智能手机等设备的触摸面板的薄膜材料。住友化学与位于美国加州的纳斯达克上市公司Zymergen共同研发了使用微生物的制造技术。

住友化学公布称:“Zymergen的数据库记录了微生物以糖等物质为食所产生的各种物质数据,通过运用人工智能(AI)和转基因技术,研发出了Hyaline薄膜材料”。

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为了使微生物有效地生产薄膜材料,Zymergen按照人工智能的指令将其进行了基因组编辑操作。如果把这些微生物放在罐子里培养,它们将继续生产树脂材料。

与传统的石油化工生产方式相比,利用微生物生产的新材料更加透明,并具有耐久性和易于导电的优越性。新材料即使在折叠时性能也不会下降,因此适用于可折叠的智能手机等便携式设备。据Zymergen称,未来将从石油基生产转向微生物生产。

Zymergen表示,「使用Hyaline薄膜材料将实现比现有传统产品更明亮、更清晰、电池寿命更长的显示器」。2019年4月,住友化学与Zymergen开始了业务合作

住友化学表示:「利用此技术除了能够实现温室气体排放为零的碳中和外,还可以开发出只有通过生物技术才能生产的高功能材料」。

由于Zymergen拥有基因数据库,才实现了使用微生物制造这种新材料。Zymergen的优势在于,已经积累了大量微生物特性变化的数据,即哪些基因被激活以及以何种方式激活时,微生物的特性会如何变化的数据。

基于这些数据,AI可以有效的选取一种基因操作方法,以实现目标物质生产。利用基因组编辑,可以自由地改变基因的工作方式。虽说这是一项尖端技术,但对于研究人员来说由于使用方法很简单,所以正被越来越多地用于化学和医疗等领域。

Zymergen正吸引着各行各业的关注。除三菱化学和东丽等化学制造商外,Zymergen还与美国谷物公司嘉吉等大型食品和农业相关公司进行合作。有众多的公司希望将其技术用于本公司的生产。2016年,软银集团与其他风险基金共同向Zymergen投资1.3亿美元(约人民币8.27亿元)。

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充实的基因数据库将是未来竞争力的关键。因此Zymergen计划在使用机器人的自动化实验设施中,以每月数千个单位对微生物的基因进行改变,以此积累数据,来寻找能够高效生产所需物质的微生物。Zymergen强调说:“与使用石化材料的企业相比,可以用一半的时间和更低的成本将新产品投入市场”。

传统的石油化工行业利用化学反应,从石油和天然气中制造塑料、合成纤维、洗涤剂 以及 其他产品。 制造过程复杂, 消耗大量 能源并排放二氧化碳。 据美国世界资源研究所 的报告, 20 16 年全球温室气体排放总量按照二氧化碳计算约为 500亿吨,其中化学产业占大约6%。 如果生物制造方法普及 ,将有助于减少 排放。

现在这种努力正在不断发展。地球环境产业技术研究所(RITE)和住友电木在京都府木津川市合资成立了一家成环境方面的初创公司-绿色化学(Green Chemicals),将基因改造后的棒状杆菌用于生产化学原料。

绿色化学通过将多个遗传基因放入棒状杆菌中,成功地制造出用于电子线路板的合成树脂原料。通过试生产,确认新材料在成本方面与石油衍生材料具有竞争力。目前绿色化学已经向一些材料和化学品制造商提供了样品。

棒状杆菌通过简单地加入玉米芯、烧酒生产中的压榨渣滓和废纸制成的糖等来生产化学原料。地球环境产业技术研究所的(RITF)项目负责人乾将行说:“如果使用微生物来生产原材料,我们可以将二氧化碳排放量减少到三分之一以下”。

今年2月,日本经济产业省(METI)的一个专家小组编制了一份关于生物经济的报告,称生物技术融合了转基因、人工智能和信息技术(IT),以生物技术支持各个产业的全球生物经济社会正在形成。联合国也指出,在可持续发展目标(SDGs)中规定的17个目标中,指出生物技术可以对气候变化、粮食问题等的10个以上作出贡献。

经济合作与发展组织(OECD)预测,生物经济在2030年市场规模将扩大到约200万亿日元(约人民币11.6万亿元)。2019年约为40万亿日元(约人民币2.32万亿元),主要集中于药品等方面,但今后有可能扩大到化学品和食品等行业。

着眼于这个巨大的市场,对有潜力的企业进行投资和合作的 "青田收购"(注:稻谷成熟前收购/提前内定)也将迅速增加。

据与《日本经济新闻》有业务合作关系的美国市调机构CB Insights称,Zymergen的竞争对手美国马萨诸塞州的Ginko Bioworks已经从机构投资者那里筹集了8亿美元(约人民币50.97亿元)。并且该公司已与包括瑞士制药巨头罗氏在内的多家公司展开了合作。美国风险投资协会的一份报告显示,与生物技术有关的初创企业的投资额已经是仅次于软件业的第二大投资。

精通生物经济学的日本神户大学近藤昭彦教授指出:"像Zymergen和Gingko这样的企业,有可能成为受世界各地大公司委托,制造并提供有用微生物的平台运营商”。

近藤教授于2020年3月在神户市成立了通过转基因组编辑制造有用微生物的公司Bacchus Bio innovation。该公司由罗斯制药等公司资助,旨在作为一家日本公司迎头赶上。争夺生物经济霸权的战斗已经开始。

- END -

一篇文章看懂光学膜的发展史!

偏光片、扩散膜、导光板、背板膜、锂电隔膜、窗膜、水处理膜、胶黏膜.....这些薄膜们是被谁发明的?发明之初是怎样设计的?它们的诞生背后又有怎样的故事?今天我们就一起来了解一下最初始的功能薄膜。

偏光片

目前最通用的偏光膜是兰特在1938年所发明的H片,其制法如下:首先把透明塑料板(通常用PVA)浸渍在I2/KI的水溶液中,使碘离子扩散渗入内层的PVA,微热后拉伸,PVA板变长的同时也变得又窄又薄。

PVA分子本来是任意角度无规则性分布的,受力拉伸后就逐渐一致地偏转于作用力的方向,附着在PVA上的碘离子也跟随着有方向性,形成了碘离子的长链。因为碘离子有很好的起偏性,它可以吸收平行于其排列方向的光束电场分量,只让垂直方向的光束电场分量通过,制成具有偏光作用的偏光膜。

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而实际应用于光电行业的偏光片产业最早萌芽于日本,1999年5月,我国台湾省第一家偏光片厂商力特光电投产,标志着日本厂商独占偏光片市场的时代结束,但力特的技术依然来源于日本厂商的技术授权。而韩国则于2000 年初开始进军TFT用偏光板市场,首家厂商LG化学于2000年3月量产,年产能125万片。

我国偏光片项目始于1994年,该年,深纺集团公司决定上马偏光片项目,由美国ADS公司提供生产设备与技术并参股,成立了盛波公司。但由于美方技术人员对技术掌握不够,经两年多调试未生产出一张合格产品。1997年美方撤股退出合作。此后经过盛波科研人员的努力,在1998年底公司终于成功开发出合格产品。

目前,老牌的偏光片生产厂商如日东电工已经开始转型不再开出新的产能,LG化学和住友化学也放慢了扩张步伐。韩国ACE和日本三立子因为资金问题,新线项目也处于停滞。现在日系原料厂认为最有发展前景的还是大陆市场及本土的偏光片厂。

扩散膜

扩散膜具有扩散光线的作用,即光线在其表面会发生散射,将光线柔和均匀的散播出来;多数扩散膜的基本结构是在透明基材上如PET两面涂光学散光颗粒。扩散膜起源于日本,最早由Keiwa、Kimoto、Tsujiden等日本厂商所掌控,Keiwa在1990年首次推出扩散膜产品。在同期Tsujiden与Kimoto也推出了类似扩散膜产品。

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反射膜

反射膜,通过特殊工艺增加薄膜的特殊性能,反射膜一般是采用透明薄膜为原料,经过特殊的镀膜工艺,增加薄膜材料光学表面的反射率的一种特殊薄膜材料。反射膜一般可分为三大类:金属反射膜、全电介质反射膜和金属电介质反射膜。应用于光学器件的反光材料研究已经有上百年的时间,起源已经难以考究。反射膜技术相对来说已经完善,迄今为止,反射率最好的反射片是由数百层增反薄膜组成的多层膜反射片,和普通反射片95%左右的反射率相比,其具有几乎对所有可见光波长99%~100%的反射率。

这样的反射片在循环增亮系统中非常有用,因为它可以减少循环光每次在反射时的损失。虽然在反射率上相差不多,但是在加载棱镜膜或者反射偏振片之后,得到的增益变化都在10%以上。

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导光板

导光板(light guide plate)是利用光学级的亚克力/PC板材,然后用具有极高反射率且不吸光的高科技材料,在光学级的亚克力板材底面用UV网版印刷技术印上导光点。

LCD导光板照明技术最早是由日本明拓公司于1986年发明的,称为EDGE LIGHT,是目前笔记本电脑液晶显示屏背光照明的主流方法。它的工作原理是利用PMMA透明导光板将由冷阴极荧光管(线光源)发出的纯色白光,从透明板端面导入并扩散到整个板面,当光照射到导光板背面印刷的白色反光点时发生漫反射,从与光源入射面垂直的板面(工作面)射出。导光板照明通过巧妙运用光在透明板界面上全反射的原理,将端面射入的光偏转90°,从正面射出,从而起到照明的作用。

这种照明方式表面亮度高且照明系统体积小巧,对光的利用效率较高因而电力消耗较低,在笔记本电脑及数码像机等需要使用大面积LCD的产品方面获得了广泛的应用。

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增亮膜BEF

二十多年前的一个冬天,加拿大魁北克的一个地下室,一位3M的研究员正在做实验。由于地处北半球高纬度,冬日的太阳整日低低地挂在地平线上方,于是他发明了一种带棱镜的玻璃导管,斜射的阳光射入导管一端后,会沿着导管壁传播,整个管子像个灯管通体发亮,令地下室顿时明亮许多。

在这之后,3M采用薄膜技术生产这种光导管,但在很多年内,这种棱镜导管的应用一直局限在建筑物的照明或装饰上,每年只有很小的销售量。二十世纪九十年代,随着笔记本电脑的普及,液晶显示技术开始飞速发展。由于液晶板独特的特性和构造,光的利用率很低,如何增加液晶显示的亮度一直是困扰科研人员的难题。

偶然的一个奇思妙想让3M的科学家尝试着剪开这种棱镜导管,平铺在LCD背光源上。令人意想不到的事情发生了,由于棱镜的聚光作用,这个新颖的尝试方法让液晶显示屏正向的亮度大为提高。之前,3M的科学家曾经受到蝴蝶翅膀由于鳞片物理结构对光线的折射、反射产生不同斑点想象的启发,利用高分子工业上最先进的计算机模拟控制系统,成功地发明了3M™多层光学膜(Multilayer Optical Film )技术,通过改变薄膜的结构来控制光的出射。

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这种多层膜由上百层纳米级的膜组成,每一层的材料性质都不同。通过膜层间的光学作用,最终达到反射光的功能。

由此,3M的科学家想到了将这两个独特的发现合二为一,经过一段时间的研究开发,3M结合微复制技术和薄膜技术,进一步优化了棱镜导管的聚光功能,从而使其增亮效果更加显著,并将其命名为增亮膜BEF。

为了让客户更好地接受这一产品,3M的工程师购买了两台当时市场上最好的笔记本电脑,将其中一台加上两片棱镜方向相互垂直的增亮膜。在这层不起眼的薄膜的作用下,电脑屏幕亮度竟然比原来增加了一倍多!当这两台电脑摆在它的制造商面前,他们很快就被说服了。

从这一天起,增亮膜开始了它的神奇之旅,广泛应用于小至手机、PDA,大至电脑显示器、液晶电视等各种液晶显示产品中,而这些产品的制造商也不再被如何既省电又能使屏幕亮度增加这个难题困扰了。

聚酰亚胺膜

聚酰亚胺膜(PolyimideFilm)或许是世界上已知的性能最好的薄膜类绝缘材料,有着“黄金薄膜”的美誉,包括均苯型聚酰亚胺薄膜和联苯型聚酰亚胺薄膜两类。前者为美国杜邦公司产品,商品名Kapton,由均苯四甲酸二酐与二苯醚二胺制得。后者由日本宇部兴产公司生产,商品名Upilex,由联苯四甲酸二酐与二苯醚二胺(R型)或间苯二胺(S型)制得。

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光学镀膜

光学镀膜最早用在光学元件表面制备保护膜。随后,1817年,Fraunhofe在德国用浓硫酸或硝酸侵蚀玻璃,偶然第一次获得减反射膜,1835年以前有人用化学湿选法淀积了银镜膜,它们是最先在世界上制备的光学薄膜。后来,人们在化学溶液和蒸气中镀制各种光学薄膜。

50年代,除大块窗玻璃增透膜的一些应用外,化学溶液镀膜法逐步被真空镀膜取代。真空蒸发和溅射这两种真空物理镀膜工艺,是迄今在工业撒谎能够制备光学薄膜的两种最主要的工艺。它们大规模地应用,实际上是在1930年出现了油扩散泵——机械泵抽气系统之后。

1935年,有人研制出真空蒸发淀积的单层减反射膜。但它的最先应用是1945年以后镀制在眼镜片上。1938年,美国和欧洲研制出双层减反射膜,但到1949年才制造出优质的产品...

新知达人, BOPET光学膜的应用及涂层技术

自50年代以来,光学薄膜主要在镀膜工艺和计算机辅助设计两个方面发展迅速。在镀膜方面,研究和应用了一系列离子基新技术。1953年,德国的Auwarter申请了用反应蒸发镀光学薄膜的专利,并提出用离子化的气体增加化学反应性的建议。

70年代以来,研究和应用了离子辅助淀积、反应离子镀和等离子化学气相等一系列新技术。它们由于使用了带能离子,而提供了充分的活化能,增加了表面的反应速度。提高了吸附原子的迁移性,避免形成柱状显微结构,从而不同程度地改善了光学薄膜的性能,是光学薄膜制造工艺的研究和发展方向。

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