一種防眩光低光損擴散板及其製備方法和應用的製作方法

2023-06-01 00:53:56 1

專利名稱：一種防眩光低光損擴散板及其製備方法和應用的製作方法
技術領域：
本發明涉及照明領域，具體涉及一種防眩光低光損擴散板及其製備方法和應用。
背景技術：
在照明工程領域，為了獲得均勻柔和的照明效果，已廣泛應用光擴散(光散射)材 料及技術。這些技術大體可分為兩類面散射和體散射。面散射技術包括表面磨砂、壓花、制 作微稜鏡、噴粉、塗膜等等；體散射技術指在玻璃或有機玻璃內填充光擴散劑的工藝方法。 光擴散劑指與基質材料不互溶的透明陶瓷粉體或有機樹脂粉體，或採用物理共混的方法將 不互溶的透明塑料製成塑料合金，由於其折射率與基質不相同，對光形成散射。對於光散射材料而言，光透過率和光擴射率(或霧度)是一對矛盾的技術指標，較 高的光擴散率通常是以犧牲光透過率為代價的，上述傳統工藝製得的光散射材料的透光率 一般只有30 70%，大量的光能量被損失浪費掉了。大功率白光LED作為綠色照明光源，具有節能、環保、長壽命的優勢，但它是高色 溫高指向性強光光源，對人眼特別是兒童視力造成的眩光不適甚至永久傷害不容忽視，有 必要採用光擴散板將LED點光源變換成均勻的面光源才能達致較高的照明質量。為了保持 LED照明的節能優勢，對光擴散板的光透過率的要求較普通照明的要求更為嚴格，要求開發 同時具有較高光透過率和光擴射率的光散射材料。

發明內容
本發明的目的在於根據現有大功率白光LED存在的對人眼造成的眩光不適甚至 永久傷害以及光透過率和光擴散率的矛盾等問題，提供一種有較高光擴散率且光透過率達 到最大，還可以消除高色溫指向性強光對人眼造成的眩光不適和損傷的防眩光低光損擴散 板。本發明另一目的在於提供上述防眩光低光損擴散板的製備方法。本發明還有一個目的在於提供上述防眩光低光損擴散板的應用。本發明上述目的通過以下技術方案予以實現一種防眩光低光損擴散板，由體積百分數為0. 05 2%的有機矽樹脂微球粉體填 充在光學級聚甲基丙烯酸甲酯基質中而成，厚度為0. 5 5mm。作為一種優選方案，上述擴散板的厚度為2 3mm。作為一種優選方案，所述有機矽樹脂粉折射率為1. 38 1. 46。作為一種優選方案，所述有機矽樹脂粉為具有不同交聯程度和分子量的，粒徑為 1 lOym的聚矽氧烷類微球粉體，球化率超過95%，這種粉體具有均一的粒徑、較高的熔 點、穩定的理化性質、分散性和流動性好，不會因混練及注塑加工工藝中的高溫過程改變形 狀、大小及光學性能。有機矽樹脂粉體與聚甲基丙酸甲酯基質材料具有良好的界面相容性。本發明防眩光低光損擴散板的製備方法包括如下步驟通過高溫混煉將有機矽樹 脂粉填充到基質中，再製成粒料，最終製成擴散板。
所述有機矽樹脂粉分散於基質中，不會發生團聚現象或者熱加工變形。本發明防眩光低光損擴散板的具體製備過程可以如下將光學級聚甲基丙酸甲 酯粒料與經表面處理後的有機矽樹脂粉體按照一定比例混練、拉絲、切粒，再採用常規注 塑工藝加工成光擴散板，即可獲得試片和成品。對粉體進行表面處理是為了獲得單分散 效果，具體方法及後續的注塑加工工藝已申請專利予以公開(中國國家發明專利申請號 200810030341. 8)。採用擠出、壓塑等其它塑料加工工藝也可，由於矽樹脂粉體的填充濃度 較低，對加工工藝無特殊要求，也沒有顯見的不良影響。在保證本發明目標不受影響的前提 下，可同時填充其它功能改性劑，如塑膠阻燃劑，防水劑，耐熱劑，螢光劑，抗靜電劑等等。採用日本島津UV2550紫外可見分光光度計測量樣品平行光透過率、總光透過率 及光擴散率，儀器自帶積分球型號為25R-240A。平行光透過率以示，設強度為10的 平行光透過擴散板後，仍然平行向前的光強為11，則Tc 11/10*100 %。透射光中除平行 光II外，其餘的光稱之為擴散光12，則總光透過率Tt%= (11+12)/10*100%。本發明中將 光擴散率定義為Td%= 12/10*100%。接測量可得，Tt%採用積分球測量可得，光擴 散率通過簡單計算可得，Td%= (1-Tc/Tt)*100%。平行光透過率，總光透過率及光擴散率 都與照明光源波長有關。因此，光擴散率與常用來表示半透明材料濁度的指標霧度(H%) 的定義雖然類似，但並不完全一樣，其中包含了波長色散的信息，而且對光散射角的定義也 有所不相同。總光透過率Tt%用來評價光擴散板對LED光源能量的散射衰減損失程度。為了達 到節能的效果，Tt%應儘可能足夠的大，其理論極限值不會超過聚甲基丙酸甲酯純料試片 的總光透過率90 92%。填充光擴散劑後，總光透過率隨填充濃度和板材厚度的增加而 下降。相應地，光擴散率Td%會增加。為了同時獲得較高的Tt%*Td%，填充光擴散劑種 類、濃度、粒徑及板厚需要進行細緻入微的優化處理。本發明的優化範圍內，般可達 88%左右，同時Td%大於90%，實現了低光損和高擴散的最佳平衡。提高Td%到85%以上，在大多數情況下可以消除大功率LED光源亮斑，而且保持 低光損。但對於超亮LED光源，即使Td%高達95%以上，光源亮斑可能仍然存在，其原因在 於一部分光平行穿透擴散板未被微球散射所致。雖然光源亮斑亮度一般不會超過近旁背景 光亮度的20%，人眼難以將亮斑從背景光中區分出來，仍可通過大幅提高填充濃度和擴散 板板厚來抑制或消除亮斑，但會帶來Tt%值的大幅下降，最多可低至70%左右。還可以結 合面散射技術在擴散板表面製作稜形、半球形或波紋等圖案來消除的抑制超亮LED光源亮 斑，竹％值也將會有一定幅度的下降。由於微球的散射係數與折射率、粒徑和光源波長有關，材料參數選擇不當會導致 LED光源的顯色性發生變化。本發明經過光學理論計算和實驗參數優化，採用兩種及以上不 同粒徑的矽樹脂微球的混合填充，可實現LED光源的顯色性基本不變，即保持光源的色溫、 色坐標不發生改變。採用本發明的技術方案，還可根據照明配光的需要，在一定範圍內調整LED光源 的漫透射峰形與半峰光束角，因此不會因採用擴散板使LED照明光束過於發散，造成有效 照明區域亮度的明顯下降。擴散板的厚度可取0. 5 5mm。在其它材料參數相同的情況下，擴散板的厚度越 大，透光率越低，擴散率越高。如果以透光率和擴散率之乘積作為綜合性能的評價指標，則厚度為2 3mm時該乘積具有最大值。與現有技術相比，本發明具有如下有益效果(1)本發明防眩光低光損擴散板通過採用有機矽樹脂粉填充聚甲基丙酸甲酯基質 材料中，實現了兩者折射率的有效匹配，從而獲得高透過率和高擴散率的最佳平衡；(2)本發明防眩光低光損擴散板採用兩種及以上不同粒徑的有機矽樹脂粉體，LED 光源照明顯色性不會發生變化；(3)本發明防眩光低光損擴散板可以消除和抑制LED光源亮斑，同時保持了較高 的光能量利用效率。
具體實施例方式以下結合實施例來進一步解釋本發明，但實施例並不對本發明做任何形式的限定。按專利文獻(中國國家發明專利申請號=200810030341. 8)的方法將矽樹脂粉體 進行表面處理，然後進行混練、拉絲、切粒，製成注塑粒料，再採用常規注塑工藝製得擴散板 試片，板厚1mm。按前述方法進行總光透過率Tt%和光擴散率Td%的測試。表1為樣品編號、實驗材料參數及測試結果。表中竹％和Td%均取波長400至 800納米範圍內的平均值，以竹％和Td%隨波長的變化幅度來判斷擴散板對照明顯色性的 影響程度，具體計算方法為最小值和最大值的比值，並換算成百分數。比值越大，表明其對 照明顯色性的影響越小。在本發明中，Td%大於85%即可以獲得良好的光擴散效果。光源 顯色性的變化主要取決於竹％的相對均勻性，由於混光效應的存在，Td%的均勻性對顯色 性的影響只有在要求較高的光學系統中才有更深層的指標意義。表1樣品編號、實驗材料參數及測試結果
實施例板厚光擴散粒徑濃度TtTdTt_min/Tt_maxTd_min/Td_max(mm)劑_)(V%)(%)(%)(%)(%)11矽樹脂20.0590.131.695.652.121矽樹脂30.190.047.597.365.631矽樹脂30.38979.698.881.741矽樹脂20.687.993.797.793.651矽樹脂混合0.688.790.898.597.權利要求
一種防眩光低光損擴散板，其特徵在於由體積百分數為0.05～2％的有機矽樹脂微球粉體單分散填充在光學級聚甲基丙烯酸甲酯基質中而成。
2.根據權利要求1所述的防眩光低光損擴散板，其特徵在於所述擴散板的厚度為 0. 5 5mmο
3.根據權利要求2所述的防眩光低光損擴散板，其特徵在於所述擴散板的厚度為2 3mm ο
4.根據權利要求1所述的防眩光低光損擴散板，其特徵在於所述有機矽樹脂粉折射率 為 1. 38 1. 46。
5.根據權利要求1所述的防眩光低光損擴散板，其特徵在於所述有機矽樹脂粉為粒徑 為1 10 μ m的聚矽氧烷類微球粉體，球化率超過95%。
6.權利要求1 5中任意一條權利要求所述防眩光低光損擴散板的製備方法，其特徵 在於包括如下步驟通過高溫混煉將有機矽樹脂粉填充到基質中，再製成粒料，最終製成擴 散板。
7.根據權利要求6所述防眩光低光損擴散板的製備方法，其特徵在於將至少兩種不同 粒徑的有機矽樹脂粉填充到基質中，有機矽樹脂粉的粒徑之差為廣3 μ m，不同粒徑的有機 矽樹脂粉的填充濃度相同。
8.權利要求1 5任意一條權利要求所述防眩光低光損擴散板在大功率LED照明中的應用。
全文摘要
本發明公開了一種防眩光低光損擴散板及其製備方法和應用。本發明防眩光低光損擴散板由體積百分數為0.05～2％的有機矽樹脂微球粉體單分散填充在光學級聚甲基丙烯酸甲酯基質中而成。本發明涉及的擴散板具有高散射和低光損的特性，光源照明顯色性不會發生變化，可以用於大功率LED照明領域，如室內外LED燈具、平板照明、藝術照明、柔光照明或LED-TV直下式液晶背光照明，獲得亮度均勻的照明效果，消除高色溫指向性強光對人眼造成的眩光不適和損傷，提高光學效率和照明質量，具有廣闊的應用前景。
文檔編號C08L83/04GK101943366SQ201010218928
公開日2011年1月12日 申請日期2010年7月6日 優先權日2010年7月6日
發明者葉勤, 唐振方, 慄萬裡 申請人:暨南大學