專利名稱：一種防眩光低光損擴(kuò)散板及其制備方法和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及照明領(lǐng)域，具體涉及一種防眩光低光損擴(kuò)散板及其制備方法和應(yīng)用。
背景技術(shù)：
在照明工程領(lǐng)域，為了獲得均勻柔和的照明效果，已廣泛應(yīng)用光擴(kuò)散(光散射)材 料及技術(shù)。這些技術(shù)大體可分為兩類面散射和體散射。面散射技術(shù)包括表面磨砂、壓花、制 作微棱鏡、噴粉、涂膜等等；體散射技術(shù)指在玻璃或有機(jī)玻璃內(nèi)填充光擴(kuò)散劑的工藝方法。 光擴(kuò)散劑指與基質(zhì)材料不互溶的透明陶瓷粉體或有機(jī)樹(shù)脂粉體，或采用物理共混的方法將 不互溶的透明塑料制成塑料合金，由于其折射率與基質(zhì)不相同，對(duì)光形成散射。對(duì)于光散射材料而言，光透過(guò)率和光擴(kuò)射率(或霧度)是一對(duì)矛盾的技術(shù)指標(biāo)，較 高的光擴(kuò)散率通常是以犧牲光透過(guò)率為代價(jià)的，上述傳統(tǒng)工藝制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(fèi)掉了。大功率白光LED作為綠色照明光源，具有節(jié)能、環(huán)保、長(zhǎng)壽命的優(yōu)勢(shì)，但它是高色 溫高指向性強(qiáng)光光源，對(duì)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 必要采用光擴(kuò)散板將LED點(diǎn)光源變換成均勻的面光源才能達(dá)致較高的照明質(zhì)量。為了保持 LED照明的節(jié)能優(yōu)勢(shì)，對(duì)光擴(kuò)散板的光透過(guò)率的要求較普通照明的要求更為嚴(yán)格，要求開(kāi)發(fā) 同時(shí)具有較高光透過(guò)率和光擴(kuò)射率的光散射材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于根據(jù)現(xiàn)有大功率白光LED存在的對(duì)人眼造成的眩光不適甚至 永久傷害以及光透過(guò)率和光擴(kuò)散率的矛盾等問(wèn)題，提供一種有較高光擴(kuò)散率且光透過(guò)率達(dá) 到最大，還可以消除高色溫指向性強(qiáng)光對(duì)人眼造成的眩光不適和損傷的防眩光低光損擴(kuò)散 板。本發(fā)明另一目的在于提供上述防眩光低光損擴(kuò)散板的制備方法。本發(fā)明還有一個(gè)目的在于提供上述防眩光低光損擴(kuò)散板的應(yīng)用。本發(fā)明上述目的通過(guò)以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)一種防眩光低光損擴(kuò)散板，由體積百分?jǐn)?shù)為0. 05 2%的有機(jī)硅樹(shù)脂微球粉體填 充在光學(xué)級(jí)聚甲基丙烯酸甲酯基質(zhì)中而成，厚度為0. 5 5mm。作為一種優(yōu)選方案，上述擴(kuò)散板的厚度為2 3mm。作為一種優(yōu)選方案，所述有機(jī)硅樹(shù)脂粉折射率為1. 38 1. 46。作為一種優(yōu)選方案，所述有機(jī)硅樹(shù)脂粉為具有不同交聯(lián)程度和分子量的，粒徑為 1 lOym的聚硅氧烷類微球粉體，球化率超過(guò)95%，這種粉體具有均一的粒徑、較高的熔 點(diǎn)、穩(wěn)定的理化性質(zhì)、分散性和流動(dòng)性好，不會(huì)因混練及注塑加工工藝中的高溫過(guò)程改變形 狀、大小及光學(xué)性能。有機(jī)硅樹(shù)脂粉體與聚甲基丙酸甲酯基質(zhì)材料具有良好的界面相容性。本發(fā)明防眩光低光損擴(kuò)散板的制備方法包括如下步驟通過(guò)高溫混煉將有機(jī)硅樹(shù) 脂粉填充到基質(zhì)中，再制成粒料，最終制成擴(kuò)散板。
所述有機(jī)硅樹(shù)脂粉分散于基質(zhì)中，不會(huì)發(fā)生團(tuán)聚現(xiàn)象或者熱加工變形。本發(fā)明防眩光低光損擴(kuò)散板的具體制備過(guò)程可以如下將光學(xué)級(jí)聚甲基丙酸甲 酯粒料與經(jīng)表面處理后的有機(jī)硅樹(shù)脂粉體按照一定比例混練、拉絲、切粒，再采用常規(guī)注 塑工藝加工成光擴(kuò)散板，即可獲得試片和成品。對(duì)粉體進(jìn)行表面處理是為了獲得單分散 效果，具體方法及后續(xù)的注塑加工工藝已申請(qǐng)專利予以公開(kāi)(中國(guó)國(guó)家發(fā)明專利申請(qǐng)?zhí)?200810030341. 8)。采用擠出、壓塑等其它塑料加工工藝也可，由于硅樹(shù)脂粉體的填充濃度 較低，對(duì)加工工藝無(wú)特殊要求，也沒(méi)有顯見(jiàn)的不良影響。在保證本發(fā)明目標(biāo)不受影響的前提 下，可同時(shí)填充其它功能改性劑，如塑膠阻燃劑，防水劑，耐熱劑，熒光劑，抗靜電劑等等。采用日本島津UV2550紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)測(cè)量樣品平行光透過(guò)率、總光透過(guò)率 及光擴(kuò)散率，儀器自帶積分球型號(hào)為25R-240A。平行光透過(guò)率以示，設(shè)強(qiáng)度為10的 平行光透過(guò)擴(kuò)散板后，仍然平行向前的光強(qiáng)為11，則Tc 11/10*100 %。透射光中除平行 光II外，其余的光稱之為擴(kuò)散光12，則總光透過(guò)率Tt%= (11+12)/10*100%。本發(fā)明中將 光擴(kuò)散率定義為Td%= 12/10*100%。接測(cè)量可得，Tt%采用積分球測(cè)量可得，光擴(kuò) 散率通過(guò)簡(jiǎn)單計(jì)算可得，Td%= (1-Tc/Tt)*100%。平行光透過(guò)率，總光透過(guò)率及光擴(kuò)散率 都與照明光源波長(zhǎng)有關(guān)。因此，光擴(kuò)散率與常用來(lái)表示半透明材料濁度的指標(biāo)霧度(H%) 的定義雖然類似，但并不完全一樣，其中包含了波長(zhǎng)色散的信息，而且對(duì)光散射角的定義也 有所不相同?？偣馔高^(guò)率Tt%用來(lái)評(píng)價(jià)光擴(kuò)散板對(duì)LED光源能量的散射衰減損失程度。為了達(dá) 到節(jié)能的效果，Tt%應(yīng)盡可能足夠的大，其理論極限值不會(huì)超過(guò)聚甲基丙酸甲酯純料試片 的總光透過(guò)率90 92%。填充光擴(kuò)散劑后，總光透過(guò)率隨填充濃度和板材厚度的增加而 下降。相應(yīng)地，光擴(kuò)散率Td%會(huì)增加。為了同時(shí)獲得較高的Tt%*Td%，填充光擴(kuò)散劑種 類、濃度、粒徑及板厚需要進(jìn)行細(xì)致入微的優(yōu)化處理。本發(fā)明的優(yōu)化范圍內(nèi)，般可達(dá) 88%左右，同時(shí)Td%大于90%，實(shí)現(xiàn)了低光損和高擴(kuò)散的最佳平衡。提高Td%到85%以上，在大多數(shù)情況下可以消除大功率LED光源亮斑，而且保持 低光損。但對(duì)于超亮LED光源，即使Td%高達(dá)95%以上，光源亮斑可能仍然存在，其原因在 于一部分光平行穿透擴(kuò)散板未被微球散射所致。雖然光源亮斑亮度一般不會(huì)超過(guò)近旁背景 光亮度的20%，人眼難以將亮斑從背景光中區(qū)分出來(lái)，仍可通過(guò)大幅提高填充濃度和擴(kuò)散 板板厚來(lái)抑制或消除亮斑，但會(huì)帶來(lái)Tt%值的大幅下降，最多可低至70%左右。還可以結(jié) 合面散射技術(shù)在擴(kuò)散板表面制作棱形、半球形或波紋等圖案來(lái)消除的抑制超亮LED光源亮 斑，竹％值也將會(huì)有一定幅度的下降。由于微球的散射系數(shù)與折射率、粒徑和光源波長(zhǎng)有關(guān)，材料參數(shù)選擇不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致 LED光源的顯色性發(fā)生變化。本發(fā)明經(jīng)過(guò)光學(xué)理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)參數(shù)優(yōu)化，采用兩種及以上不 同粒徑的硅樹(shù)脂微球的混合填充，可實(shí)現(xiàn)LED光源的顯色性基本不變，即保持光源的色溫、 色坐標(biāo)不發(fā)生改變。采用本發(fā)明的技術(shù)方案，還可根據(jù)照明配光的需要，在一定范圍內(nèi)調(diào)整LED光源 的漫透射峰形與半峰光束角，因此不會(huì)因采用擴(kuò)散板使LED照明光束過(guò)于發(fā)散，造成有效 照明區(qū)域亮度的明顯下降。擴(kuò)散板的厚度可取0. 5 5mm。在其它材料參數(shù)相同的情況下，擴(kuò)散板的厚度越 大，透光率越低，擴(kuò)散率越高。如果以透光率和擴(kuò)散率之乘積作為綜合性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)，則厚度為2 3mm時(shí)該乘積具有最大值。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果(1)本發(fā)明防眩光低光損擴(kuò)散板通過(guò)采用有機(jī)硅樹(shù)脂粉填充聚甲基丙酸甲酯基質(zhì) 材料中，實(shí)現(xiàn)了兩者折射率的有效匹配，從而獲得高透過(guò)率和高擴(kuò)散率的最佳平衡；(2)本發(fā)明防眩光低光損擴(kuò)散板采用兩種及以上不同粒徑的有機(jī)硅樹(shù)脂粉體，LED 光源照明顯色性不會(huì)發(fā)生變化；(3)本發(fā)明防眩光低光損擴(kuò)散板可以消除和抑制LED光源亮斑，同時(shí)保持了較高 的光能量利用效率。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合實(shí)施例來(lái)進(jìn)一步解釋本發(fā)明，但實(shí)施例并不對(duì)本發(fā)明做任何形式的限定。按專利文獻(xiàn)(中國(guó)國(guó)家發(fā)明專利申請(qǐng)?zhí)?200810030341. 8)的方法將硅樹(shù)脂粉體 進(jìn)行表面處理，然后進(jìn)行混練、拉絲、切粒，制成注塑粒料，再采用常規(guī)注塑工藝制得擴(kuò)散板 試片，板厚1mm。按前述方法進(jìn)行總光透過(guò)率Tt%和光擴(kuò)散率Td%的測(cè)試。表1為樣品編號(hào)、實(shí)驗(yàn)材料參數(shù)及測(cè)試結(jié)果。表中竹％和Td%均取波長(zhǎng)400至 800納米范圍內(nèi)的平均值，以竹％和Td%隨波長(zhǎng)的變化幅度來(lái)判斷擴(kuò)散板對(duì)照明顯色性的 影響程度，具體計(jì)算方法為最小值和最大值的比值，并換算成百分?jǐn)?shù)。比值越大，表明其對(duì) 照明顯色性的影響越小。在本發(fā)明中，Td%大于85%即可以獲得良好的光擴(kuò)散效果。光源 顯色性的變化主要取決于竹％的相對(duì)均勻性，由于混光效應(yīng)的存在，Td%的均勻性對(duì)顯色 性的影響只有在要求較高的光學(xué)系統(tǒng)中才有更深層的指標(biāo)意義。表1樣品編號(hào)、實(shí)驗(yàn)材料參數(shù)及測(cè)試結(jié)果
實(shí)施例板厚光擴(kuò)散粒徑濃度TtTdTt_min/Tt_maxTd_min/Td_max(mm)劑_)(V%)(%)(%)(%)(%)11硅樹(shù)脂20.0590.131.695.652.121硅樹(shù)脂30.190.047.597.365.631硅樹(shù)脂30.38979.698.881.741硅樹(shù)脂20.687.993.797.793.651硅樹(shù)脂混合0.688.790.898.597.權(quán)利要求
一種防眩光低光損擴(kuò)散板，其特征在于由體積百分?jǐn)?shù)為0.05～2％的有機(jī)硅樹(shù)脂微球粉體單分散填充在光學(xué)級(jí)聚甲基丙烯酸甲酯基質(zhì)中而成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的防眩光低光損擴(kuò)散板，其特征在于所述擴(kuò)散板的厚度為 0. 5 5mmο
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的防眩光低光損擴(kuò)散板，其特征在于所述擴(kuò)散板的厚度為2 3mm ο
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的防眩光低光損擴(kuò)散板，其特征在于所述有機(jī)硅樹(shù)脂粉折射率 為 1. 38 1. 46。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的防眩光低光損擴(kuò)散板，其特征在于所述有機(jī)硅樹(shù)脂粉為粒徑 為1 10 μ m的聚硅氧烷類微球粉體，球化率超過(guò)95%。
6.權(quán)利要求1 5中任意一條權(quán)利要求所述防眩光低光損擴(kuò)散板的制備方法，其特征 在于包括如下步驟通過(guò)高溫混煉將有機(jī)硅樹(shù)脂粉填充到基質(zhì)中，再制成粒料，最終制成擴(kuò) 散板。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述防眩光低光損擴(kuò)散板的制備方法，其特征在于將至少兩種不同 粒徑的有機(jī)硅樹(shù)脂粉填充到基質(zhì)中，有機(jī)硅樹(shù)脂粉的粒徑之差為廣3 μ m，不同粒徑的有機(jī) 硅樹(shù)脂粉的填充濃度相同。
8.權(quán)利要求1 5任意一條權(quán)利要求所述防眩光低光損擴(kuò)散板在大功率LED照明中的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種防眩光低光損擴(kuò)散板及其制備方法和應(yīng)用。本發(fā)明防眩光低光損擴(kuò)散板由體積百分?jǐn)?shù)為0.05～2％的有機(jī)硅樹(shù)脂微球粉體單分散填充在光學(xué)級(jí)聚甲基丙烯酸甲酯基質(zhì)中而成。本發(fā)明涉及的擴(kuò)散板具有高散射和低光損的特性，光源照明顯色性不會(huì)發(fā)生變化，可以用于大功率LED照明領(lǐng)域，如室內(nèi)外LED燈具、平板照明、藝術(shù)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(qiáng)光對(duì)人眼造成的眩光不適和損傷，提高光學(xué)效率和照明質(zhì)量，具有廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)C08L83/04GK101943366SQ201010218928
公開(kāi)日2011年1月12日 申請(qǐng)日期2010年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月6日
發(fā)明者葉勤, 唐振方, 栗萬(wàn)里 申請(qǐng)人:暨南大學(xué)