LED照明用高透明光扩散材料[2]

　　4　高透明光扩散树脂材料工艺技术与专利技术

　　4.1　透明光扩散树脂材料工艺技术概述

　　LED照明刺眼的点光源转变为视觉舒适的面光源，其技术解决方案有三种[5]：(1)添加功能：即在原有灯罩基础上添加色粉，如硫酸钡等，这些颗粒可使光线进行多次光折射达到光扩散的目的，但该方法光的扩散效果不明显，且严重影响透光率;(2)外观设计：对材料进行表面处理，如磨砂处理、将成型模具做成磨砂或棱状、将挤出模头设计成瓦楞状，或是将压延辊表面做成喷砂效果。光线在经过这些复杂凸凹的表面后会发生一系列的反射和折射，达到光线的散射效果;(3)树脂本体改性：利用材料折射率的不同，光线通过非均相材料相界面时会发生反射和折射，当分散相的粒度与可见光波长相当时，材料就会因为发生散射现象而同时具有高透光性和高雾度。技术方法是物理共混：将透明的基体树脂材料与散射体粒子共混。另一种技术方法为化学共混：利用折光率有一定差异、兼容性不太好的两种聚合物进行原位共聚，在整个材料内部形成微相分离状态，通过将分散相的粒径控制在一个适当的范围，使合成的树脂自身具备高透光和高雾度的特性。

　　目前比较成熟的技术是树脂的物理共混改性技术，传统的树脂物理共混方法是以诸如BaSO4、SiO2等无机物作为扩散剂，由于矿物在树脂中易形成不透光的团聚相，因此会降低产品整体的透光率。为了避免这种现象发生，现在大多采用有机体作为光扩散剂，如苯乙烯树脂、丙烯酸树脂、有机硅树脂球型微珠等，由于这类扩散剂自身是透明的，即使发生部分团聚，也不会对透光率产生过大的影响。在这些透明、直径为2～15μm的微球体中，光线经过了无数次的折射后才透射出去，反复地折射让强烈的光线均匀地分散开来，使LED的点光源变成面光源，且光线变得很柔和，从而在视觉上给人以舒适感。

　　4.2　高透明光扩散树脂物理共混技术

　　高透明光扩散树脂物理共混技术，由以无机粒子，如BaSO4、SiO2等无机物作为扩散剂的传统物理共混，到以无机和有机粒子共混，最终落脚在以有机物粒子为光扩散剂的物理共混技术，并成为当今的主流技术。

　　4.2.1　配方组成模型(表3)

　　表3　高透明光扩散树脂材料配方模型

　　4.2.2　工艺示意流程

　　4.3　高透明光扩散树脂材料专利技术

　　以光扩散材料为关键词在中国专利检索，涉及专利24项，其中13项与光扩散树脂材料密切相关，但仅有4项专利直接对应高透明光扩散树脂材料;以LED灯罩为关键词检索，涉及专利94788项，绝大多数为外观设计专利，在此不做介绍，仅对光扩散树脂材料的四项专利予以概述。

　　南京同辉新型材料科技有限公司发表专利[7]LED灯外罩专用聚碳酸脂光扩散材料及其制备方法：技术方法为物理共混方法。

　　配方为：主体材料PC树脂(密度7～9g/cm3、透光率不低于90%、折光率1～1.5)70%～80%;光扩散剂[PMMA(密度1～1.5g/cm3、透光率不低于91%、折光率1.3～1.6、GPPS(密度1～1.2g/cm3、透光率90%、折光率1.4～1.8)]10%～20%;相溶剂(马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物POE-g-MAH)1%～5%;荧光增白剂1%～3%。

　　工艺流程：

　　深圳市华力兴工程塑料有限公司的专利[8]201110041648.X———一种增亮光扩散材料及其制备方法，产品应用方向LCD背光模组，所采用的技术方法为物理共混法。

　　配方：主体树脂PC或PMMA　90%～95%;光致荧光材料(稀土：碱金属硫化物、铝酸盐等;有机荧光材料：恶二唑及衍生物、三唑及衍生物、罗丹明及衍生物、香豆素类衍生物等)0.005%～5%;光扩散剂(无机二氧化钛、氧化铝等;有机扩散剂包括PMMA、GPPS、硅氧烷类树脂)0.02%～5%;分散剂(或抗氧剂或多种)0.1%～1%。

　　工艺流程：

　　天津大学的专利[9]一种高效光扩散材料及其制备方法和华澳富通(天津)科技发展有限公司发表的专利[10]一种高效光扩散材料及其制备方法，技术十分相近，产品应用方向为光扩散板，专利的核心技术是光扩散粒子为壳体结构微小球珠。主体透光材料为有机树脂(PC、PMMA等)或玻璃占80%以上，折射率n1;光扩散剂为壳体结构的微笑球珠，直径1～100μm，球体各壳层的厚度是球体直径的1%～20%，由外层向内层的光折射率依次为n2、n3、n4…nN，且满足ni>n2>n3…>nN，N<5，并且主体树脂与壳体结构的微小球珠的接口为光滑接口，壳体结构的微小球珠与主体透明材料的比例按5/95～50/50混合均匀即可得到高效光扩散材料。

　　5　结语

　　我国照明需求市场规模庞大，2010年白炽灯和节能灯的国内市场需求分别达到11.76亿只和12.69亿只，2007～2010年的年复合增长率达到7.59%，这些传统照明光源和灯具都是LED照明灯具的潜在市场，未来成长空间巨大。

　　目前，国内还没有形成高透明光扩散树脂材料的既有规模又有技术实力的企业，产品市场规模在未来数年将保持高增长，是众多资本追逐的目标之一。

编辑：Cedar