CN111458774B - 一种多层迭加高分子复合光扩散板及其生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了多层迭加高分子复合光扩散板，属于光扩散板领域，复合光扩散板包括基础层，含有第一浓度的第一类光扩散粒子，用于入射光二次折射及散射处理。入光层，用于减少入射光反射，所述入光层位于所述基础层的第一表面上。作用层，含有第二浓度的第二类光扩散粒子，用于实现朗伯型配光功能，所述作用层位于所述基础层的第二表面上。本发明公开的多层迭加高分子复合光扩散板，采用类似“三明治”三层以上不同功能的多层光扩散板体，从而保证光均匀扩散，进而达到光效高、雾度高、均匀度高、显色性高等光学效果，从而解决现有技术中光效、雾度以及透光率较差的问题。

Description

一种多层迭加高分子复合光扩散板及其生产工艺

技术领域

本发明涉及光扩散板领域，尤其涉及一种多层迭加高分子复合光扩散板以及用于上述光扩散板的生产工艺。

背景技术

光扩散板是一种带有光扩散性性质的材料，其主要作用是调整光线、使光线发生不同方向的折射、反射、与散射，从而改变光的行进路线。通常光扩散板是具有一定雾度、透光率，折射率等光学特征的塑料板材，其能够有效的将点或线光源转化为柔和、均匀的面光源。因此，光扩散板广泛应用于LED光源中，对LED光源二次的配光起着关键作用。

中国专利文献公开号CN110261943A公开了一种多层共挤复合光扩散板材及其制备方法,该多层共挤复合光扩散板材是由正反表面第1层和第3层的光扩散材料层和中间第2层的透明材料层构成的三层共挤板材，在透明材料层本体上通过多层共挤复合的方式将光扩散材料层复合于透明材料层的表面，透明材料层是由PC、PMMA和PS中的一种或多种复配物构成；光扩散材料层为光扩散PC材料层、光扩散PMMA及光扩散PS材料层。本发明与其它同等厚度的光扩散板材相比，本发明通过多层共挤复合的方案实现了将光扩散材料以共挤的工艺路线共挤复合到透明材料板材表面，从而保证光扩散光效特性的同时保证板材表面颜色的白度及提高抗紫外老化性能。这种多层共挤复合光扩散板采用第1层和第3层的光扩散材料层和中间第2层的透明材料层构成的三层共挤板材，但由于第1层和第3层均相同，其未考虑至少需要三层能够实现通过不同功能的多层光扩散板复合才能够使得LED照明处于极佳状态，故这种多层共挤复合光扩散板光效、雾度以及透光率较差。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，本发明所要解决的技术问题在于提出一种多层迭加高分子复合光扩散板，采用类似“三明治”三层以上不同功能的多层光扩散板体，从而保证光均匀扩散，进而达到光效高、雾度高、均匀度高、显色性高等光学效果，从而解决现有技术中光效、雾度以及透光率较差的问题。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供的一种多层迭加高分子复合光扩散板，包括：

基础层，含有第一浓度的第一类光扩散粒子，用于入射光二次折射及散射处理。入光层，用于减少入射光反射，所述入光层位于所述基础层的第一表面上。作用层，含有第二浓度的第二类光扩散粒子，用于实现朗伯型配光功能，有效地折射和散射，所述作用层位于所述基础层的第二表面上。

所述基础层的厚度大于所述入光层的厚度，所述基础层的厚度大于所述作用层的厚度，所述第二浓度大于所述第一浓度，所述基础层、所述入光层以及所述作用层由同一种材料构成。

本发明提供的进一步技术方案，所述基础层的厚度大于所述入光层的厚度，所述基础层的厚度大于所述作用层的厚度，所述入光层的厚度控制在所述复合光扩散板的整体厚度的1～10％，所述作用层的厚度控制在所述复合光扩散板的整体厚度的5～20％。

本发明提供的进一步技术方案，所述第二类光扩散粒子的粒径大于所述第一类光扩散粒子的粒径。

本发明提供的进一步技术方案，通过添加不同粒径及不同含量的光扩散剂来调整所述基础层中的所述第一类光扩散粒子的粒径及第一浓度；或者对所述基础层进行微发泡处理来调整所述基础层中的所述第一类光扩散粒子的粒径及第一浓度。

本发明提供的进一步技术方案，对所述基础层进行微发泡处理形成直径为1～10μm的气泡，基础层微发泡处理形成的小气泡及扩散粒子之间的折射率比较大，散射效果更好。

本发明提供的进一步技术方案，对所述入光层的入光面进行微结构处理；和/或对所述作用层的出光面进行微结构处理。

本发明提供的进一步技术方案，所述入光层的厚度小于所述作用层的厚度，所述入光层的层数、所述基础层的层数、所述作用层的层数均在两层以上。

本发明提供的进一步技术方案，所述入光层、所述基础层以及所述作用层均由GPPS制成；或者所述入光层、所述基础层以及所述作用层均由PMMA制成；或者所述入光层、所述基础层以及所述作用层均由PC制成。

本发明提供一种用于上述的多层迭加高分子复合光扩散板的生产工艺，按如下步骤实施：

按预设厚度设定所述入光层、所述基础层以及所述作用层的厚度。

选择GPPS、PMMA以及PC三种材料中的一种材料作为光层原料。

在所述基础层的光层原料加入第一类光扩散剂以形成第一类光扩散粒子。

在所述作用层的光层原料加入第二类光扩散剂以形成第一类光扩散粒子。

第一类光扩散剂和第二类光扩散剂可以为同一种类规格不一致的光扩散剂或不同种类的光扩散剂，当第一类光扩散剂和第二类光扩散剂为同一种类规格不一致的光扩散剂时，第一类光扩散剂的粒径小于第二类光扩散剂的粒径。当第一类光扩散剂和第二类光扩散剂为不同种类的光扩散剂时，不同的光扩散剂通常透明度不一样，对光的反射及折射能力也不一样，当依然需要满足第一类光扩散剂的粒径小于第二类光扩散剂的粒径。从而使得基础层的光透性更加优良，从而提升多层光扩散板体的光学性能。

本发明的光扩散剂采用常规的无机光扩散剂和有机光扩散剂，传统的光扩散剂通常以无机光扩散剂为主，无机光扩散剂有：硫酸钡、二氧化硅、纳米硫酸钡、以及碳酸钙等，无机光扩散剂从微观的角度来看为极其微小实心微珠球，近乎纳米颗粒，光触碰到这些实心微珠球的表面会发生无数次折射或者反射从而达到匀光的作用。由于光线无法穿过实心微珠球，其光能损耗就大。所以采用无机光扩散剂的复合光扩散板的增量效果通常不行，仅仅能够光柔和性方面得到改善。故本申请优选有机光扩散剂，常见的有机光扩散剂有：有机硅树脂型、压克力型、苯乙烯型等，这些光扩散剂通常是一种细小的透明球体，其本身也是能够透过光线的，其能够很好的解决匀光和透光的问题，强烈的光经过折射，均匀的分散。使点光源变成面光源，扩大了发光面，而且使光线变得很柔和，同时光的损失极少，本发明提供一种用于上述的多层迭加高分子复合光扩散板的生产工艺并不限定使用无机光扩散剂或者有机光扩散剂，无论采用哪种光扩散剂，采用本发明的技术方案板体透光效果均能有效改善。

第一类光扩散剂的添加量应使得所述基础层内的第一类光扩散粒子处于第一浓度；第二类光扩散剂的添加量应使得所述作用层内的第二类光扩散粒子处于第二浓度，所述第二浓度大于所述第一浓度。

采用多层式共挤设备生成包含所述入光层、所述基础层以及所述作用层的复合光扩散板。

本发明提供的进一步技术方案，本发明的用于上述的多层迭加高分子复合光扩散板的生产工艺还包括对所述入光层的入光面和/或作用层的出光面进行微结构处理。微结构处理是指通过改变入光层的入光面和/或作用层的出光面的表面的微特征结构的阵列排列，使光线经过时发生不同方向的折射，改变光的行进路线，实现入射光充分散色，使得出射光更柔和、均匀，入光面及作用层本身的材质即为光高透过率材质，故对二者进行微结构处理后依然能够延续光高透过率的特性，故经过微处理的入光面及作用层也具备光损耗较小的特点。常见的微特征结构的阵列排列包括以下几种：1、V型凹槽阵列；2、U型凸槽阵列；3、金字塔阵列；4、圆环阵列；5、微透镜阵列。

本发明的有益效果为：

本发明提供的多层迭加高分子复合光扩散板通过设置基础层，位于基础层第一表面的入光层、以及位于位于基础层第二表面的作用层。其中，入光层需要保证必须减少对入射光的反射率，使得所有入射到入光层表面的光能够最大效率的通过入光层，从而解决现有技术中透光率较差的问题。基础层需要保持板体的高光效及高雾度的特性，其是板体整体物理性能保障，基础层同时还需要尽可能减少光的吸收率。作用层则主要为了实现朗伯型配光功能，使得光被充分的折射和散折，从而实现充分的漫反射。通过合理设置基础层、入光层以及作用层的光扩散剂、微结构及尺寸厚度等使得复合光扩散板达到光效高、雾度高、均匀度高、显色性高等光学效果。另外，本发明提供的多层迭加高分子复合光扩散板使用“三明治”的多层式共挤复合成型扩散板，通过调整三层材料的结构、厚度、光扩散剂种类和添加量等工艺，以及入光面、出光面的表面微结构形状等变化，从而使得扩散效果达到高光效、高雾度、高均匀度和高显色性的理想指标，解决传统工艺不能解决的雾度和光透过率偏低等问题。

附图说明

图1是具体实施方式中提供的多层迭加高分子复合光扩散板的工艺流程图；

图2是具体实施方式中提供的多层迭加高分子复合光扩散板的结构示意图。

图中：1、入光层；2、基础层；3、作用层。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

实施例一

如图1及图2所示，实施例一中提供的多层迭加高分子复合光扩散板，包括基础层2、入光层1以及作用层3，入光层1位于基础层2的第一表面上，作用层3位于基础层2的第二表面上。基础层2、入光层1以及作用层3采用同一种材料构成，采用同一种材料能够极大的降低生产成本且提升生产效率，而现有技术中通常需要采用多种材料或者多种类型添加剂，才能达到光效高、雾度高、均匀度高、显色性高等光学效果。

相关理论依据：根据比尔-朗伯定律A＝lg(1/T)＝Kbc可知，b为吸收层厚度、c为吸光物质的浓度，b和c均与吸光度A成正比。因此，适当基础层2、入光层1以及作用层3三层中的“b”与“c”，则可改变复合扩散板吸光度A。

根据菲涅尔(Fresnel)公式光在两种介质面发生反射和折射时，其反射率和折射率与这两种材质的折射率性质及入射角度有关。故可以通过调整材料性质及入射角度等来调整复合光扩散板入射光的反射及折射效果，从而导致板体透光率的改变，本实施例既利用了基础层2、入光层1以及作用层3基材的透光性，又考虑到基础层2、入光层1以及作用层3三者的协同，赋予不同功能。

入光层1，用于减少入射光反射。优选地，对入光层1进行微结构处理，微结构处理由于其凹凸不平会使得基础层2的反射光线变成变得无规则，折射及反射光线减少，从而提升入光层1的透光率，进而改变板体光效。而且入光层1还应尽可能保证反射光线少，通过光线多，故若在入光层1添加光扩散剂，势必会增加入光层1的反射效果，故本申请采用在入光层1的外表面做微结构处理的方式，能够极大入光层1的透光率降低光损耗。

基础层2，含有第一浓度的第一类光扩散粒子，用于入射光二次折射及散射处理。通过调整第一浓度的数字及第一类光扩散粒子的粒径就改变光折射、散射效果，从而达到提高板体光效及雾度等光学性能。基础层2同时也是整个材料物理性能的支撑层，最能够体现板体材料的整体材料物理，例如：复合光扩散板的板体整体的导性性能及抗冲性、平整度等板体强度性能。基础层2相对入光层1而言，其不再需要保持足够的光射入，而应是在保持光具有良好的通过性或者透光率的情况下，尽可能的改变光折射、散射效果。故第一类光扩散粒子的不宜过多或者过大，因为这样会对透光率造成影响，而又要主要承担改变光折射、散射工作，故其厚度要相对较厚，使得光折射及散射充分及均匀。

作用层3，含有第二浓度的第二类光扩散粒子，用于实现朗伯型配光功能。第二浓度大于第一浓度，也就是说作用层3的第二类光扩散粒子的浓度占比要大于基础层2的第一类光扩散粒子，这主要是由于作用层3主要目的是为了使得漫反射效果更加充分，保证板体具有高雾度的特性。作用层3的作为最后一道门槛，则需要漫反射效果更加充分，而且由于作用层3上面还有入光层1和基础层2，故从作用层3发射光很难在从入光层1射出，因为其穿过厚度较厚的基础层2就很容易被折返，通过这三层的搭配使得光线容易进入高分子复合光扩散板，但想要再从入光层1出去则十分困难，只能被充分的反射、折射或者散射，而经过作用层3的光又被充分的漫反射，极大改善板体的雾度特性。通过作用层3的作用使得板体的配光性能接近理想的朗伯型配光。朗伯辐射体指辐射源各方向上的辐射亮度不变，辐射强度随观察方向与面源法线之间的夹角θ的变化遵守余弦规律的辐射源，是一种理想漫反射源。

本实施例中所指的第一类光扩散粒子及第二类光扩散粒子是指能够对光进行反射或者折射的粒子，他们可以分别由第一类光扩散剂及第一类光扩散剂形成，也可以由微发泡形成的气泡组成，或者是二者的混合。

优选地，基础层2的厚度大于入光层1的厚度，基础层2的厚度大于作用层3的厚度，由于基础层2是整个材料物理性能的支撑层，故需要适当的增加基础层2，使得多层迭加高分子复合光扩散板的本体整体性能更加接近于预期性能。入光层1的厚度控制在复合光扩散板的整体厚度的1～10％，作用层3的厚度控制在复合光扩散板的整体厚度的5～20％，余下的则为基础层2。这种设置方式既通过基础层2保留了复合光扩散板的本体整体性能复合预期性能，又充分利用了入光层1及作用层3各自的优势，尤其是避免作用层3充分漫反射过程中光线的反射，从而使得多层迭加高分子复合光扩散板整体性能得到极大的提升，进而达到光效高、雾度高、均匀度高、显色性高等光学效果。

优选地，第二类光扩散粒子的粒径大于第一类光扩散粒子的粒径。基础层2和作用层3的粒径不同会使得板体的透光能力发生变化，基础层2既要保证透光，又要保证良好的雾度性能，而作用层3则主要为了达到良好折射、散射效果，作用层3需要有更强的漫反射效果，故其第二类光扩散粒子的粒径大于第一类光扩散粒子的粒径，有利于提升作用层3的漫反射效果。

为了便于基础层2的光学效果达到预设效果，进一步地，一种方式是通过添加不同粒径及不同含量的光扩散剂来调整基础层2中的第一类光扩散粒子的粒径及第一浓度。另一种方式是对基础层2进行微发泡处理来调整基础层2中的第一类光扩散粒子的粒径及第一浓度。最终目的都是使得基础层2内部的第一类光扩散粒子的粒径及第一浓度达到预设水平，预设水平通常依据客户的指标需求来制定，从而提成基础层2整体的光学性能。进一步优选地，对基础层2进行微发泡处理形成直径为1～10μm的气泡，此时气泡即为第一类光扩散粒子，第一类光扩散粒子主要起到光的折射及漫反射效果。

将基础层2厚度调整至预设厚度，并添加第一类光扩散剂将第一类光扩散粒子的浓度调整至第一浓度。基础层2的预设厚度等于多层迭加高分子复合光扩散板的整体厚度减去入光层1及作用层3的厚度，约为板体整体厚度的70～94％。优选地，添加第二类光扩散剂将作用层3中的第二类光扩散粒子的浓度调整至第二浓度，直至作用层3的雾度调整至预设雾度。从中可以看出，作用层3是调整板体整体雾度的处理层。优选地，第一类光扩散剂和第二类光扩散剂为仅规格不一致同一种光扩散剂，这样能够进一步降低板体的采购成本。

光扩散剂采用常规的无机光扩散剂和有机光扩散剂，传统的光扩散剂通常以无机光扩散剂为主，无机光扩散剂有：硫酸钡、二氧化硅、纳米硫酸钡、以及碳酸钙等，无机光扩散剂从微观的角度来看为极其微小实心微珠球，近乎纳米颗粒，光触碰到这些实心微珠球的表面会发生无数次折射或者反射从而达到匀光的作用。由于光线无法穿过实心微珠球，其光能损耗就大。所以采用无机光扩散剂的复合光扩散板的增量效果通常不行，仅仅能够光柔和性方面得到改善。故本申请优选有机光扩散剂，常见的有机光扩散剂有：有机硅树脂型、压克力型、苯乙烯型等，这些光扩散剂通常是一种细小的透明球体，其本身也是能够透过光线的，其能够很好的解决匀光和透光的问题，强烈的光经过折射，均匀的分散。使点光源变成面光源，扩大了发光面，而且使光线变得很柔和，同时光的损失极少，本发明提供一种用于上述的多层迭加高分子复合光扩散板的生产工艺并不限定使用无机光扩散剂或者有机光扩散剂，无论采用哪种光扩散剂，采用本发明的技术方案均有改善效果。

优选地，入光层1的厚度小于作用层3的厚度，入光层1的层数、基础层2的层数、作用层3的层数均在两层以上。假设：多层迭加高分子复合光扩散板的入光层1、基础层2以及作用层3分别为A层、B层、以及C层，在A层、B层、以及C层三层基础上可以进行A1A2···/B1B2···/C1C2···/等多层延伸，多层延伸可按A层、B层、以及C层承载着功能和角色进行分类。

优选地，入光层1、基础层2以及作用层3均由GPPS制成或者入光层1、基础层2以及作用层3均由PMMA制成或者入光层1、基础层2以及作用层3均由PC制成。也就是说入光层1、基础层2以及作用层3通常采用同一种材料制成，仅仅由于微结构、光扩散剂以及厚度尺寸等因素的不一样，导致其实现更好的光学特性。从中可知，入光层1、基础层2以及作用层3均采用同一种材料制成，能够极大的降低多层迭加高分子复合光扩散板的生产成本。

实施例二

如图1所示，实施例二提供的一种用于上述的多层迭加高分子复合光扩散板的生产工艺，按如下步骤实施：

按预设厚度设定入光层1、基础层2以及作用层3的厚度。

选择GPPS、PMMA以及PC三种材料中的一种材料作为光层原料。

在基础层2的光层原料加入第一类光扩散剂以形成第一类光扩散粒子。

在作用层3的光层原料加入第二类光扩散剂以形成第二类光扩散粒子。

第一类光扩散剂及第一类添加剂的添加量应使得基础层2内的第一类光扩散粒子处于第一浓度；第二类光扩散剂的添加量应使得作用层3内的第二类光扩散粒子处于第二浓度，第二浓度大于第一浓度。

采用多层式共挤设备生成包含入光层1、基础层2以及作用层3的复合光扩散板。这种多层式共挤设备能够同时将入光层1、基础层2以及作用层3一次成型，也能够有效的降低多层迭加高分子复合光扩散板的生产成本。

本发明的用于上述的多层迭加高分子复合光扩散板的生产工艺还包括对入光层1的入光面和/或作用层3的出光面进行微结构处理，上文记载了入光层1的入光面进行微结构处理的作用，在此不再赘述，作用层3的出光面进行微结构处理的主要作用是进一步增强作用层3的漫反射效果。对入光层1的入光面和/或作用层3的的出光面微结构处理是指通过改变入光层的入光面和/或作用层的出光面的表面的微特征结构的阵列排列，使光线经过时发生不同方向的折射，改变光的行进路线，实现入射光充分散色，使得出射光更柔和、均匀，入光面及作用层本身的材质即为光高透过率材质，故对二者进行微结构处理后依然能够延续光高透过率的特性，故经过微处理的入光面及作用层也具备光损耗较小的特点。常见的微特征结构的阵列排列包括以下几种：1、V型凹槽阵列；2、U型凸槽阵列；3、金字塔阵列；4、圆环阵列；5、微透镜阵列。

本发明是通过优选实施例进行描述的，本领域技术人员知悉，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，其他落入本申请的权利要求内的实施例都属于本发明保护的范围。

Claims (2)

1.一种多层迭加高分子复合光扩散板，其特征在于，包括：

基础层，含有第一浓度的第一类光扩散粒子，用于入射光二次折射及散射处理；

入光层，用于减少入射光反射，所述入光层位于所述基础层的第一表面上；

作用层，含有第二浓度的第二类光扩散粒子，用于实现朗伯型配光功能，所述作用层位于所述基础层的第二表面上；

所述第二浓度大于所述第一浓度；

所述基础层、所述入光层以及所述作用层由同一种材料构成；

所述基础层的厚度大于所述入光层的厚度；

所述基础层的厚度大于所述作用层的厚度；

所述入光层的厚度控制在所述复合光扩散板的整体厚度的1～10％；

所述作用层的厚度控制在所述复合光扩散板的整体厚度的5～20％；

所述第二类光扩散粒子的粒径大于所述第一类光扩散粒子的粒径；

通过添加不同粒径及不同含量的光扩散剂来调整所述基础层中的所述第一类光扩散粒子的粒径及第一浓度或者对所述基础层进行微发泡处理来调整所述基础层中的所述第一类光扩散粒子的粒径及第一浓度；

对所述基础层进行微发泡处理形成直径为1～10μm的气泡；

对所述入光层的入光面进行微结构处理；和/或

对所述作用层的出光面进行微结构处理；

所述入光层、所述基础层以及所述作用层均由GPPS制成；或者

所述入光层、所述基础层以及所述作用层均由PMMA制成；或者

所述入光层、所述基础层以及所述作用层均由PC制成；

所述入光层的厚度小于所述作用层的厚度；

所述入光层的层数、所述基础层的层数、所述作用层的层数均在两层以上。

2.一种用于权利要求1所述的多层迭加高分子复合光扩散板的生产工艺，其特征在于，按如下步骤实施：

按预设厚度设定所述入光层、所述基础层以及所述作用层的厚度；

选择GPPS、PMMA以及PC三种材料中的一种材料作为光层原料；

在所述基础层的光层原料加入第一类光扩散剂以形成第一类光扩散粒子；

在所述作用层的光层原料加入第二类光扩散剂以形成第二类光扩散粒子；

第一类光扩散剂的添加量应使得所述基础层内的第一类光扩散粒子处于第一浓度；第二类光扩散剂的添加量应使得所述作用层内的第二类光扩散粒子处于第二浓度，所述第二浓度大于所述第一浓度；

采用多层式共挤设备生成包含所述入光层、所述基础层以及所述作用层的复合光扩散板；

还包括对所述入光层的入光面和/或作用层的出光面进行微结构处理。

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