[发明专利]梯度组成复合材料及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合材料及其制造方法，且特别涉及一种梯度组成的复合材料及其制造方法。

背景技术

塑胶板材经由射出或模具浇注成型(cell casting)后，可通过各种热塑、热固或光固化等方式制作各种不同物件，但通常在成型前或成型后由于对各种表面物性的不同需求(如耐磨、导电、导热、防污等)，材料需要再经过表面处理，在二次加工时往往会增加成本，也会产生界面相容性的问题，如附着性或热膨胀系数(CTE)不同等，而上述塑胶板材表面物性的改善，通常会使用到无机材料，如金属、陶瓷、金属氧化物、合金等，但若将无机材料大量加入浇注或涂布于树脂中，将导致树脂粘度大幅提升，不利于树脂的储存性及加工，固化后的板材或涂层亦较易龟裂或因无机颗粒团聚而影响成品的光学性质。

若能使用少量的无机组成甚至其他有机组成，可改善上述缺点，例如容易储存和加工，固化后的板材或涂层不易龟裂，在储存时或在树脂里也没有无机颗粒团聚等情形，又可改善所制作的成品的表面物性，应用功能性有机组成又可降低功能性材料的使用量，实为相关业者努力的重要方向。

以光学元件的应用为例，为了提升光学元件的取光效率，在发光材料及空气之间会加上一个折射率介于两者之间的材料，以将光损的程度降至最低。图1为传统光学元件的简单示意图。一般来说，发光二极管的晶片11，其折射率约为2.5至3.5，而空气15的折射率为1，两者之间折射率的落差将导致晶片11与空气15的界面产生严重的全反射。而目前所使用于发光二极管的封装树脂13其折射率约为1.4-1.5，也有高折射率的封装树脂13其折射率约1.6。虽然使用高折射率的封装树脂13能够提升晶片11与树脂13之间的取光效率，但在树脂13及空气15(n＝1)之间也有落差。因此，若能在封装树脂13上进行设计，使其在封装时达到梯度折射率的效果，使得接近晶片11的部分具有高折射率，接近空气15的部分则具有低折射率，将能更加有效地减低全反射的现象从而提升光学元件的取光效率。

目前在光学元件上使用梯度折射率的方式是利用具有不同折射率的材料从高到低地排列，经过多次制作而形成具有多层梯度折射率的结构。图2则显示传统具有多层不同折射率材料的发光二极管的简单示意图。如图2所示，晶片21的外层形成多层不同折射率的材料层22-25，若沿着晶片21中心向空气26辐射出去的直线27测量，该材料层22-25的折射率依次为n1＞n2＞n3＞n4。然而这种多层折射梯度结构的缺点除了制作十分繁琐耗时，在层与层之间的界面处都可能产生缺陷而导致光损。

另外，以显示屏镜片的应用为例，光学级的玻璃镜片制作耗时费力，且增加成品重量及成本，不如选用塑胶制作。欲达到显示屏镜片的高硬度需求，可在塑胶中添加无机成分以增加其刚度(rigidness)和硬度(hardness)。然而欲使作为显示屏镜片的塑胶材料达到所需要的硬度，其无机成分的添加量是很高的，也会导致成品韧性不足，在受到压力时反而容易脆裂。

发明内容

提供

本发明在树脂中使用多个具有官能团改性表面的无机纳米颗粒或具有官能团的有机寡聚物，藉由反应速率差异，在树脂完全固化前，通过梯度化步骤(光聚合反应或热聚合反应)引导多个具有官能团改性表面的无机纳米颗粒或具有官能团的有机寡聚物集中于光照面或受热面，改善表面物性，形成梯度组成的结构，可应用于功能性有机组成，降低功能性材料的使用量。而显示屏镜片的制作为表现相关技术优点的一个载体。

本发明涉及一种梯度组成复合材料及其制造方法，可将有机基质与具有官能团改性表面的无机纳米颗粒混合形成有机无机混合物，或是将有机基质与具有官能团的有机寡聚物混合形成有机混合物，并利用光聚合方式，将纳米颗粒或多官能团有机寡聚物诱导至复合材料表面，再以热聚合或光聚合方式将整体固化定型。