CN108037557A - 多功能型高雾度和高透光率的光扩散板其制备方法 - Google Patents

Abstract

功能型高透光和高雾度的光扩散板，其主要包括三层，分别为第一外表面层、第二外表面层和中间层，其中以上所述的三层扩散板的基材都是光学级聚苯乙烯，而第一外表面层和第二外表面层中的功能型微粒相同，其用来提升表面层的特殊功能，例如抗UV、抗静电、发泡等功能；中间层的功能型微粒为有机硅粒子、二氧化钛和PMMA(亚克力球)。最终成品的雾度可以达到≥99.5％，且透光率达到≥80％，同时还能具有多种良好的物理性能，但是为了实现这些多种良好的物理性能使用的成本却很低。同时，本发明还提供如上所述的光扩散板的制备方法。

Description

多功能型高雾度和高透光率的光扩散板其制备方法

技术领域

本发明涉及光电材料领域，具体的涉及一种多功能型高雾度、高透光率的光扩散板及其制备方法。

背景技术

光扩散板目前已经广泛应用在液晶显示、LED照明以及成像等系统中，使入射光充分散射，实现更柔和、均匀的照射效果。光扩散板是在生产实心板的时候，在原料中添加光扩散剂而形成的。扩散剂通过均匀分布在板材内，使得光线经过板材时，碰到扩散剂颗粒发生反射、折射、散射的效果，从而是光线能够均匀得透过板材但又不会露出光源，达到从点光源到面光源的变化。适用于直下式LED电视机背光模组、LED照明，具有高辉度、高扩散性，提高背光源的发光分布均匀的扩散效果。

目前，PS光扩散板生产制造技术主要以PS(聚苯乙烯)为基材，添加有机硅微粒，挤出成型，通过有机硅微粒分布在PS分子中，使LED光线产生折射而起扩散作用。有机硅为一种半透明的微粒，未经过改性的有机硅的折射率为1.4～1.42，它分布在PS分子中其折射作用的同时，也吸收部分能量，但是其有饱和值、且提高扩散雾度有一定困难，随着LED光源的发展，单颗LED芯片的功率，亮度越来越高，就要求扩散板的雾度越来越高，而且光效也越高。因此，目前的技术在成本上、效果上就存在弱点。

聚苯乙烯的英文名称为Polystyrene,简称PS。PS是一种热塑性非结晶性的树脂，主要分为通用级聚苯乙烯(GPPS、俗称透苯)、抗冲击级聚苯乙烯(HIPS、俗称改苯)和发泡级聚苯乙烯(EPS)。通用级聚苯乙烯(GPPS)是聚苯乙烯(PS)由苯乙烯单体(SM)聚合而成的，可由多种合成方法聚合而成，光学性能好，透明且具有优良的刚性、电气性能和印刷性能，广泛应用于灯罩、光学零件、透明模型的制作。

专利申请号为201310692096.8的专利公开了一种具有高雾度和高透光率的光扩散板及其制备方法，以光纤级GPPS(透明聚苯乙烯)为主材，玻璃微珠为硅扩散剂，提升产品穿透率，使光在产品中更好的发生折射、反射、扩散等功能；加入耐老化改进剂、塑胶相容剂为辅料，延长产品的使用寿命，该产品具有将集光、光扩散及光反射集成在一体上的功能，但是这种做法，使得光扩散板的成分复杂，成本极高。

为了解决以上问题，专利申请号为201410432692.7的专利公开了一种PS漫反射型光扩散板，其主要通过以光学级GPPS分子为主材，有机硅粒子和二氧化钛粒子为光扩散剂，提升产品的穿透率，使光在产品中更好的发生折射、反射、散射等功能。但是，此公开技术中，有机硅粒子的折射率为1.45左右，由此可知，其有机硅粒子为改性后的有机硅粒子，通常改性后的有机硅粒子的价格比普通的有机硅粒子的价格贵很多，而且有机硅粒子的质量百分比为3％，二氧化硅的质量百分比为2％，故成本相对来说较高。

光源经过光扩散板后由点光源变成面光源的原理如下：当点光源经过含有光扩散剂的PS光扩散板时，如果光散射剂的光折射率过分的高于或者低于PS的光线折射率时，会造成大量的反射，影响透光率，而接近PS折射率时，则会减少光散射的路径，透明度下降减少，无法有效的避光，故透光与散射必须基于实际需要达到一个平衡，因此光的散射必须控制在一个合理范围内，因此对于连续介质PS中的不均匀成分，即光散射剂的折射率、球度、颗粒表面规整度、粒径大小和浓度等参数有着一定的要求与限定。因此，作为光扩散剂，折射率不但要比PS小，而且与PS不能相差太大。因为折射率差越大，散射作用越强，而PS与光散射剂颗粒折射率差异过大将导致全发射发生，将光线反射回内部而无法有效导出。

专利申请号为201410432692.7的专利公开的一种PS漫反射型光扩散板中，PS的折射率为1.51,改性后的有机硅的折射率为1.45，远大于未经过改性的有机硅的折射率1.40～1.42，且该专利中使用的光扩散剂的总含量为5％，最终达成的技术效果高雾度和高透光性也没有数据明确显示。

以上所述的专利都是针对单层的扩散板做出的改进，但是在单层扩散板中增加其他的功能性成分，来实现扩散板的其他的物理性能，需要添加的功能性成分的用量则会很多，这就造成了成本上极大的浪费。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种多功能型高透光和高雾度的光扩散板，其主要包括三层，分别为第一外表面层、第二外表面层和中间层，其中以上所述的三层扩散板的基材都是光学级聚苯乙烯，而第一外表面层和第二外表面层中的功能型微粒相同，其用来提升表面层的特殊功能，例如抗UV、抗静电、等功能；中间层的功能型微粒为未经过改性的有机硅粒子、二氧化钛和PMMA(亚克力球)，且有机硅粒子、二氧化钛和PMMA(亚克力球)的含量分别低于申请号为201410432692.7的发明专利中的有机硅粒子含量和二氧化钛粒子的含量。但是本发明的三层多功能型光扩散板的雾度可以达到≥99.5％，且透光率达到≥80％，同时还能具有多种良好的物理性能，但是为了实现这些多种良好的物理性能使用的成本却很低。同时，本发明还提供如上所述的光扩散板的制备方法。

一种多功能型高透光和高雾度的光扩散板，其包括：第一外表面层、中间层、第二外表面层，所述的第一外表面层分为上表面和下表面，所述的中间层分为上表面和下表面，所述的第二外表面层分为上表面和下表面，所述的中间层的上表面与第一外表面层的下表面结合，所述的中间层的下表面与第二外表面层的上表面结合。所述的第一外表面层、中间层和第二外表面层的基材相同，均使用光学级聚苯乙烯，第一外表面层和第二外表面层中抗UV剂、抗静电剂中的一种或多种。

进一步的，所述的第一外表面层与第二外表面层的厚度之和为三层扩散板总厚度的6％～7％，其中第一外表面层与第二外表面层的厚度可以相同，也可以不相同。更进一步的，第一外表面层的上表面以及第二外表面层的下表面可以都是平面，或者都是凹凸面，或者其中一面为平面，另外一面为凹凸面。

进一步的，中间层中包含如下质量分数的成分组成：

光学级聚苯乙烯96.4％～99.4％

有机硅0.1％～2.5％；

二氧化钛0.1％～2％；

PMMA(亚克力)0.1％～2％。

其中，光学级聚苯乙烯的折射率为1.51～1.52；有机硅的折射率为1.42，粒径为1～5um；二氧化钛采用金红石型晶体，折射率为2.52～2.7；PMMA的折射率为1.49，粒径为2～30um。

进一步的，第一外表面层和第二外表面层中包含具有抗UV、抗静电等功能材料中的一种或多种。通常情况下，在基材中加入抗UV剂，可以使得光扩散板具有抗UV的效果；在基材中加入抗静电剂，可以使得光扩散板具有抗静电的作用,从而能够防止光扩散板表面沾染灰尘。进一步的，所述的抗UV剂包含苯甲酸类、二苯甲酮类、苯并三唑类、或部分受阻胺类中的至少一种。进一步的，所述的抗静电剂包含硫酸衍生物、磷酸衍生物、胺类、季铵盐、咪唑类以及环氧乙烷衍生物中的至少一种。

进一步的，第一外表层和第二外表层中含有抗UV剂，所述的抗UV剂为含苯甲酸类、二苯甲酮类、苯并三唑类、或部分受阻胺类中的至少一种，且均匀分散在第一外表层和第二外表层中，其中抗UV剂占第一外表层和第二外表层总质量的3％～5％。

进一步的，第一外表层和第二外表层中含有抗静电剂，所述的抗静电剂为包含硫酸衍生物、磷酸衍生物、胺类、季铵盐、咪唑类以及环氧乙烷衍生物中的至少一种，且均匀分散在第一外表层和第二外表层中，其中抗静电剂占第一外表层和第二外表层总质量的2％～6％。

更进一步的，所述的中间层的质量：第一外表层和第二外表层的总质量＝93～94：6～7。

本发明还公开了所述的多层功能型高雾度、高透光率的光扩散板的制备方法，包括如下步骤：

(1)按比例称取材料，放入容器；

(2)将容器内的材料均匀搅拌，形成混合料；

(3)将步骤(2)获得的混合料抽入干燥机，烘干备用；

(4)将步骤(3)获得的烘干料输入不同的加温管道，将其融化为浆状；

(5)将步骤(4)获得的浆状混合物输送至可调整的三层模头，并经三辊延压冷却成型形成成品。

进一步的，步骤(1)中所述材料和重量比例如下:

其中，中间层中包含如下质量分数的成分组成：

光学级聚苯乙烯96.4％～99.4％

有机硅0.1％～2.5％；

二氧化钛0.1％～2％；

PMMA(亚克力)0.1％～2％。

其中，光学级聚苯乙烯的折射率为1.51～1.52；有机硅的折射率为1.42，粒径为1～5um；二氧化钛采用金红石型晶体，折射率为2.52～2.7；PMMA的折射率为1.49，粒径为2～30um。

其中，第一外表面层和第二外表面层中包含具有抗UV、抗静电等功能材料中的一种或多种。

进一步的，第一外表层和第二外表层中含有抗UV剂，所述的抗UV剂为含苯甲酸类、二苯甲酮类、苯并三唑类、或部分受阻胺类中的至少一种，且均匀分散在第一外表层和第二外表层中，其中抗UV剂占第一外表层和第二外表层总质量的3％～5％。

进一步的，第一外表层和第二外表层中含有抗静电剂，所述的抗静电剂为包含硫酸衍生物、磷酸衍生物、胺类、季铵盐、咪唑类以及环氧乙烷衍生物中的至少一种，且均匀分散在第一外表层和第二外表层中，其中抗静电剂占第一外表层和第二外表层总质量的2％～6％。

更进一步的，所述的中间层的质量：第一外表层和第二外表层的总质量＝93～94：6～7。

进一步的，步骤(2)中所述干燥机烘干温度为70～90℃，烘干时间为2～5小时。

进一步的，步骤(4)中所述加温管道采用分段加热的方式进行加热，加热温度为170℃～250℃。

进一步的，所述的高雾度、高透光率的光扩散板的制作方法，还包括如下步骤：

(6)将已经成型的成品光扩散板进行检测，符合产品要求的入库。

与现有技术相比，本发明的高雾度、高透光率的光扩散板使用的材料简单，都是较为容易获得的原料，且用量相对较少，故原材料成本相对较低。

由于本发明中有机硅的折射率为1.42，光学级聚苯乙烯的的折射率为1.51～1.52，则有机硅和光学级聚苯乙烯的折射率差为0.09～0.1，两种材料的折射率差≥0.02，故光源在含有有机硅的光学级聚苯乙烯中发生大量折射，使得光源通过光扩散板时透光率大大增加。另外，有机硅粉末本身为非透明状态，具有一定的遮光性，故其在光学级聚苯乙烯连续相中的均匀分散，使得光扩散板产生雾蒙蒙的感觉，有利于提升光扩散板的雾度。

同时，由于本发明中的PMMA(亚克力球)的折射率为1.49，光学级聚苯乙烯的折射率为1.51～1.52，则PMMA(亚克力球)与光学级聚苯乙烯的折射率差为0.02～0.03，两种材料的折射率差≥0.02，故光源在含有PMMA(亚克力球)的光学聚苯乙烯中发生大量折射，使得光源的通过光扩散板时透光率大大增加。另外，PMMA(亚克力球)本身为透明状态，故对雾度和透光率均无影响。

同时，由于本发明中的二氧化钛的折射率为2.52～2.7，光学级聚苯乙烯的折射率为1.51～1.52，则二氧化钛与光学级聚苯乙烯的折射率差为1～1.19，两种材料的折射率差较大，故光源在通过光扩散板时遇到二氧化钛发生反射。

通过以上三种扩散剂与光学级聚苯乙烯的配合，使得光扩散剂的用量相对较少的情况下，且成本较低的情况下，选用光学级聚苯乙烯、未经过改性的二氧化硅、PMMA(亚克力球)和二氧化钛，使得最终的光扩散可以实现≥99.5％的雾度，≥80％的透光率，同时还能实现扩散板的多功能需求，可以满足大部分的市场需求，符合节能产业的增生需求和发展。

附图说明：

图1是本发明的光扩散板的示意图。

主要结构序号说明：

光扩散板	1
		光学级聚苯乙烯连续相	11
有机硅	12
		二氧化钛	13
PMMA(亚克力球)	14

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

具体实施方式1：

一种多功能型高透光和高雾度的光扩散板，其包括：第一外表面层、中间层、第二外表面层，所述的第一外表面层分为上表面和下表面，所述的中间层分为上表面和下表面，所述的第二外表面层分为上表面和下表面，所述的中间层的上表面与第一外表面层的下表面结合，所述的中间层的下表面与第二外表面层的上表面结合。所述的第一外表面层、中间层和第二外表面层的基材相同，均使用光学级聚苯乙烯，第一外表面层和第二外表面层中添加抗UV剂。

所述的第一外表面层与第二外表面层的厚度之和为三层扩散板总厚度的6％～7％，其中第一外表面层与第二外表面层的厚度可以相同，且第一外表面层的上表面以及第二外表面层的下表面都是平面。

其中，中间层中包含如下质量分数的成分组成：光学级聚苯乙烯97.5％，有机硅0.6％，二氧化钛1.0％，PMMA(亚克力球)0.9％。

其中，光学级聚苯乙烯的折射率为1.51～1.52；有机硅的折射率为1.42，粒径为1～5um；二氧化钛采用金红石型晶体，折射率为2.52～2.7；PMMA的折射率为1.49，粒径为2～30um。

所述的中间层的质量：第一外表层和第二外表层的总质量＝93.1：6.9。

其中，第一外表面层和第二外表面层中包含具有抗UV剂，所述的抗UV剂为含苯甲酸类，占第一外表层和第二外表层总质量的4.5％，均匀分散在第一外表层和第二外表面层中。

该扩散板的雾度为99.5％，透光率为81％，且具有较好的抗UV效果。

如上所述的高雾度、高透光率的光扩散板的制备方法，包括如下步骤：

(1)按比例称取材料，放入容器；

(2)将容器内的材料均匀搅拌，形成混合料；

(3)将步骤(2)获得的混合料抽入干燥机，调节烘干温度为75℃，烘干时间为4小时；

(4)将步骤(3)获得的烘干料输入不同的加温管道，加温管道采用分段加热方式，且加温管道的温度为171℃～245℃，将其融化为浆状；

(5)将步骤(4)获得的浆状混合物输送至可调整的三层模头，并经三辊延压冷却成型形成成品。

(6)将已经成型的成品光扩散板进行检测，符合产品要求的入库。

具体实施方式2：

一种多功能型高透光和高雾度的光扩散板，其包括：第一外表面层、中间层、第二外表面层，所述的第一外表面层分为上表面和下表面，所述的中间层分为上表面和下表面，所述的第二外表面层分为上表面和下表面，所述的中间层的上表面与第一外表面层的下表面结合，所述的中间层的下表面与第二外表面层的上表面结合。所述的第一外表面层、中间层和第二外表面层的基材相同，均使用光学级聚苯乙烯，第一外表面层和第二外表面层中添加抗静电剂。

所述的第一外表面层与第二外表面层的厚度之和为三层扩散板总厚度的6％～7％，其中第一外表面层与第二外表面层的厚度可以相同，且第一外表面层的上表面以及第二外表面层的下表面都是平面。

其中，中间层中包含如下质量分数的成分组成：光学级聚苯乙烯97％，有机硅1.2％，二氧化钛0.6％，PMMA(亚克力球)1.2％。

其中，光学级聚苯乙烯的折射率为1.51～1.52；有机硅的折射率为1.42，粒径为1～5um；二氧化钛采用金红石型晶体，折射率为2.52～2.7；PMMA的折射率为1.49，粒径为2～30um。

所述的中间层的质量：第一外表层和第二外表层的总质量＝93.1：6.9。

其中，第一外表面层和第二外表面层中包含具有抗UV剂，所述的抗静电剂为磷酸衍生物，占第一外表层和第二外表层总质量的4％，均匀分散在第一外表层和第二外表面层中。

该扩散板的雾度为99.6％，透光率为80％，且具有较好的抗静电效果。

如上所述的高雾度、高透光率的光扩散板的制备方法，包括如下步骤：

(1)按比例称取材料，放入容器；

(2)将容器内的材料均匀搅拌，形成混合料；

(3)将步骤(2)获得的混合料抽入干燥机，调节烘干温度为89℃，烘干时间为2.1小时；

(4)将步骤(3)获得的烘干料输入不同的加温管道，加温管道采用分段加热方式，加热的温度为180℃～250℃，将其融化为浆状；

(5)将步骤(4)获得的浆状混合物输送至可调整的三层模头，并经三辊延压冷却成型形成成品。

(6)将已经成型的成品光扩散板进行检测，符合产品要求的入库。

具体实施方式3：

一种多功能型高透光和高雾度的光扩散板，其包括：第一外表面层、中间层、第二外表面层，所述的第一外表面层分为上表面和下表面，所述的中间层分为上表面和下表面，所述的第二外表面层分为上表面和下表面，所述的中间层的上表面与第一外表面层的下表面结合，所述的中间层的下表面与第二外表面层的上表面结合。所述的第一外表面层、中间层和第二外表面层的基材相同，均使用光学级聚苯乙烯，第一外表面层和第二外表面层中添加抗UV剂、抗静电剂。

所述的第一外表面层与第二外表面层的厚度之和为三层扩散板总厚度的6％～7％，其中第一外表面层与第二外表面层的厚度可以相同，且第一外表面层的上表面以及第二外表面层的下表面都是平面。

其中，中间层中包含如下质量分数的成分组成：光学级聚苯乙烯97.7％，有机硅0.2％，二氧化钛1.9％，PMMA(亚克力球)0.2％。

其中，光学级聚苯乙烯的折射率为1.51～1.52；有机硅的折射率为1.42，粒径为1～5um；二氧化钛采用金红石型晶体，折射率为2.52～2.7；PMMA的折射率为1.49，粒径为2～30um。

所述的中间层的质量：第一外表层和第二外表层的总质量＝93.1：6.9。

其中，第一外表面层和第二外表面层中包含具有抗UV剂，所述的抗UV剂为含苯甲酸类，占第一外表层和第二外表层总质量的3.2％，均匀分散在第一外表层和第二外表面层中。

其中，第一外表面层和第二外表面层中包含具有抗静电剂，所述的抗静电剂为磷酸衍生物，占第一外表层和第二外表层总质量的3.5％，均匀分散在第一外表层和第二外表面层中。

该扩散板的雾度为99.9％，透光率为85％，且具有较好的抗UV效果和抗静电效果。

如上所述的高雾度、高透光率的光扩散板的制备方法，包括如下步骤：(1)按比例称取材料，放入容器；

(2)将容器内的材料均匀搅拌，形成混合料；

(3)将步骤(2)获得的混合料抽入干燥机，调节烘干温度为110℃，烘干时间为1小时；

(4)将步骤(3)获得的烘干料输入不同的加温管道，加温管道的温度为220℃，将其融化为浆状；

(5)将步骤(4)获得的浆状混合物输送至可调整的三层模头，并经冷却成型形成成品。

(6)将已经成型的成品光扩散板进行检测，符合产品要求的入库。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种多功能型高透光和高雾度的光扩散板，其包括：第一外表面层、中间层、第二外表面层，所述的第一外表面层分为上表面和下表面，所述的中间层分为上表面和下表面，所述的第二外表面层分为上表面和下表面，所述的中间层的上表面与第一外表面层的下表面结合，所述的中间层的下表面与第二外表面层的上表面结合；所述的第一外表面层、中间层和第二外表面层的基材相同，均使用光学级聚苯乙烯，第一外表面层和第二外表面层中添加抗UV剂、抗静电剂中的一种或多种，所述的第一外表面层与第二外表面层的厚度之和为三层扩散板总厚度的6％～7％，其中第一外表面层与第二外表面层的厚度可以相同，也可以不相同，且第一外表面层的上表面以及第二外表面层的下表面可以都是平面，或者都是凹凸面，或者其中一面为平面，另外一面为凹凸面；所述的中间层中的连续相采用PS，连续相中包含PS粒子、有机硅粒子、二氧化钛和PMMA(亚克力球)。

2.如权利要求1所述的多功能型高透光和高雾度的光扩散板，其特征在于：中间层中包含如下质量分数的成分组成：PS粒子96.4％～99.4％，有机硅粒子0.1％～2.5％，二氧化钛0.1％～2％，PMMA(亚克力)0.1％～2％,其中，光学级聚苯乙烯的折射率为1.51～1.52；有机硅的折射率为1.42，粒径为1～5um；二氧化钛采用金红石型晶体，折射率为2.52～2.7；PMMA的折射率为1.49，粒径为2～30um。

3.如权利要求1所述的多功能型高透光和高雾度的光扩散板，其特征在于：第一外表面层和第二外表面层中包含具有抗UV、抗静电等功能材料中的一种或多种。

4.如权利要求3所述的多功能型高透光和高雾度的光扩散板，其特征在于：第一外表层和第二外表层中含有抗UV剂，所述的抗UV剂为含苯甲酸类、二苯甲酮类、苯并三唑类、或部分受阻胺类中的至少一种，且均匀分散在第一外表层和第二外表层中，其中抗UV剂占第一外表层和第二外表层总质量的3％～5％。

5.如权利要求3所述的多功能型高透光和高雾度的光扩散板，其特征在于：第一外表层和第二外表层中含有抗静电剂，所述的抗静电剂为包含硫酸衍生物、磷酸衍生物、胺类、季铵盐、咪唑类以及环氧乙烷衍生物中的至少一种，且均匀分散在第一外表层和第二外表层中，其中抗静电剂占第一外表层和第二外表层总质量的2％～6％。

6.如权利要求3所述的多功能型高透光和高雾度的光扩散板，其特征在于：所述的中间层的质量：第一外表层和第二外表层的总质量＝93～94：6～7。

7.如权利要求1～6中任一项所述的多功能型高透光和高雾度的光扩散板，其包括如下步骤：

(1)按比例称取材料，放入容器；

(2)将容器内的材料均匀搅拌，形成混合料；

(3)将步骤(2)获得的混合料抽入干燥机，干燥温度为70℃～90℃，烘干时间为2～5小时；

(4)将步骤(3)获得的烘干料输入不同的加温管道，采用分段加热，加热温度为170℃～250℃，将其融化为浆状；

(5)将步骤(4)获得的浆状混合物输送至可调整的三层模头，并经冷却三辊延压成型形成成品。

(6)将已经成型的成品光扩散板进行检测，符合产品要求的入库。