CN115016050A - 一种照明光增效防眩扩散膜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种防眩扩散膜，特别是一种照明光增效防眩扩散膜及其制作方法。本申请采用双面结构的防眩扩散膜，使用微球冠结构层和菲涅尔环结构层，菲涅尔环结构层与微球冠结构层依次聚集灯源光线，实现了照度增效及防眩扩散效果。同时微球冠更小，结构更浅，工艺难度大幅降低，产品良率提升，性能比现有技术也有显著提升。特别是通过控制微球冠及菲涅尔环阵列结构的尺寸能使得防眩扩散、照度增效、生产良率效果更好。

Description

一种照明光增效防眩扩散膜及其制备方法
技术领域
本申请涉及一种防眩扩散膜，特别是一种照明光增效防眩扩散膜及其制作方法。
背景技术
CIE(国际照明委员会)提出灯具防眩光的概念，对灯具的统一防眩指数UGR(Unified Glare Rating)有明确要求——灯具必须满足UGR＜19，并把眩光值数UGR作为评价室内照明环境不舒适眩光的指标。部分场景LED面光源需要有高的发光均匀性，高的光出射效率。把防眩光扩散膜与面光源灯具整合，可有效解决灯具“晃眼”的问题，同时可以有效增加灯具的照度。该方法获得的照明灯具更加节能，功率使用效率高，并能消除晃眼等现象；而且操作简单、成本低。
而目前防眩扩散膜的制作方法是通过烘烤固化方式制作微纳级网格凹槽和球面形微纳级凸起结构，从而形成微纳级尺度防眩光扩散膜(申请号：CN201811342057.4)。另一种方法是在透明基材的一面通过UV压印方法制作单层微结构扩散防眩层，从而形成单层结构的防眩扩散膜(申请号CN201810143644.4)。以上方法形成的防眩光扩散膜对于灯具有一定的防眩效果，但在LED灯源的光线聚集方面能力有限，UGR值相对较高；另一方面，其压印结构较深，UV压印过程中生产脱模难度大，且在工艺过程中，容易产生气泡，严重影响产品良率。
目前常见的面板灯防眩产品有两种方法获得，第一种方法是利用钢棍模具挤出成型棱晶板方法；此种方法在高温成型时结构精度和一致性很难保证；且经过高温连续棍压容易使钢棍模具磨损，需要定期修复；同时，大尺寸热压成型设备成本高，单片棱晶板的热压生产时间长，从而使得效率降低。第二种方法是利用镍模具并结合UV转印的工艺，将镍模具上的防眩微球冠结构压印在光学级透明PET膜上，这种微结构的材料为光学级透明UV胶，微结构的精度和保真度高，可以连续生产，效率高。但是灯具需要同时整合一张防眩膜和一张扩散膜，才可以达到防眩光扩散的效果。两张膜结构不仅增加了产品的厚度，还增加了一道贴合工艺，成本较高。
单面结构UV压印防眩扩散膜对LED光源的光线聚集有限，难以达到UGR＜19的指标。当采用很深的球冠结构、可以达到UGR指标时，因其压印结构过深，生产时脱模难度大，工艺过程中气泡多，对良率影响严重。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本申请的目的在于提供一种结构与工艺都简单可行、防眩及光扩散增效明显的膜的制备方法，在透明衬底正面卷对卷压印制备较浅的易脱模微球冠结构，具有防眩和扩散增效的作用；并在透明衬底的背面卷对卷压印制备菲涅尔环结构，菲涅尔环结构可以将入射光发生一次作用聚集，透过衬底后再经微球冠结构二次作用聚集，能极大地降低UGR，达到UGR＜19的效果，性能更优。本申请使用的微球冠结构相对较浅，在保证防眩扩散效果的情况下，还能避免气泡的产生，同时产品良率大大提高。在制备过程中，双面微结构可同时压印完成，进一步减化了工艺，降低了成本。该增效防眩扩散膜与灯具复合后可以实现高品质照明效果。
为了达到上述目的，本申请采用以下技术方案：
一种照明光增效防眩扩散膜，其特征在于，防眩扩散膜包括透明基材、微结构防眩层和菲涅尔环阵列结构层；在透明基材衬底的正面UV压印微结构防眩层，微结构为微球冠结构；在透明基材衬底的背面压印菲涅尔环阵列结构层，其表面由一系列类锯齿型凹槽组成，每一环都是椭圆形，所有的环共一个中心点；每个凹槽都与相邻凹槽之间角度不同，都具有将光线聚集的作用，每个凹槽都独立进行光线调整聚光；其中，微球冠的直径为20-60μm，高度为5-25μm；菲涅尔环阵列结构直径为1-10mm，结构深度在10μm至60μm区间；透明基材厚度为0.1mm-3mm的膜材或板材。
优选地，防眩扩散膜同时具有光学扩散和防眩效果。
优选地，防眩扩散膜具有菲涅尔环阵列结构层，可以调整光线分布使光线聚集。
优选地，微结构通过光刻胶热回流法、灰度掩膜法、激光直写、3D打印、微滴喷射法、自组装法、热压印法中的一种或多种组合进行制备。
优选地，菲涅尔环结构层采用精密加工、灰度光刻工艺中的一种制备。
优选地，压印模具通过倒模工艺或金属上激光雕刻形成。
优选地，UV压印模具为镍材金属模具、PDMS模具、UV压印软模具中的一种。
优选地，防眩扩散膜是由UV双面压印工艺制备而成。
优选地，膜材选用PET、PEN、PC或透明PI中的任一种，板材选用玻璃、PMMA、PC或PS中的任一种。
优选地，扩散防眩层的材质原料包括透明压印胶，透明压印胶材质原料包括热塑性聚合物、热固性聚合物或紫外固化聚合物之一。
微球冠的直径为22-28μm，高度为12-18μm时，能更好地避免气泡的产生，产品良率较高，且扩散又防眩效果好。
菲涅尔环阵列结构直径为4-10mm，结构深度在28-50μm，产品良率较高，且扩散又防眩效果好，照度增效也更好。
一种制备上述照明光增效防眩扩散膜的方法，其特征在于，微结构通过光刻胶热回流法、灰度掩膜法、激光直写、3D打印、微滴喷射法、自组装法、热压印法中的一种或多种组合进行制备；菲涅尔环结构层采用精密加工、灰度光刻工艺中的一种制备；防眩扩散膜是由UV双面压印工艺制备而成。
本申请提供一种照明光增效防眩扩散膜及其制备方法，在透明衬底的正面UV压印微结构防眩扩散膜层，微结构为微球冠结构，具有防眩和扩散的作用；在透明衬底的背面压印菲涅尔环阵列结构层。菲涅尔环阵列结构通过改变光线的路径，可以使更多的斜角入射光变得更小角度的投射到微球冠结构上。照明光增效防眩扩散膜与灯具复合后可以实现高品质照明效果。
本申请的有益效果：
1、本申请采用双面结构的防眩扩散膜，使用微球冠结构层和菲涅尔环结构层，菲涅尔环结构层与微球冠结构层依次聚集灯源光线，实现了照度增效及防眩扩散效果。同时微球冠更小，结构更浅，工艺难度大幅降低，产品良率提升，性能比现有技术也有显著提升。
2、本申请可采用UV压印技术卷对卷同步制备双面结构的防眩扩散膜，制备简单方便。
3、本申请只需要在LED灯具中整合一层防眩扩散膜，就能达到既扩散又防眩的目的，成本低廉，可广泛应用。微球冠的直径为22-28μm，高度为12-18μm，菲涅尔环阵列结构直径为4-10mm，结构深度在28-50μm，能更好地避免气泡的产生，产品良率较高，且扩散又防眩效果好，照度增效也更好。
附图说明
图1为本申请实施例1防眩效果示意图。
图2为本申请实施例1照度增效示意图。
图3为本申请微结构示意图。
图4为本申请微结构截面和光路示意图。
图5为本申请制备流程图。
具体实施方式
以下通过实施例形式的具体实施方式，对本发明的上述内容作进一步的详细说明。但具体实施方式本质上被认为是例示性的而非限制性的。
实施例1、一种制备上述照明光增效防眩扩散膜的方法，其特征在于，防眩扩散膜包括透明基材、微结构防眩层和菲涅尔环阵列结构层；
在透明基材衬底的正面UV压印微结构防眩层，微结构为微球冠结构；
在透明基材衬底的背面压印菲涅尔环阵列结构层，其表面由一系列类锯齿型凹槽组成，每一环都是椭圆形，所有的环共一个中心点；
每个凹槽都与相邻凹槽之间角度不同，都具有将光线聚集的作用，每个凹槽都独立进行光线调整聚光；
其中，利用光刻胶热回流法制备微球结构，在透明基材玻璃板材衬底的正面涂布25μm厚度的AZ P4620正性光刻胶，利用掩膜板曝光并显影得到微结构，在热板上加热使其达到光刻胶的玻璃化温度，由于表面张力的作用形成球状的结构，最终得到单层微球冠结构，微球冠的直径为30μm，高度为16μm；玻璃板材的厚度为1mm；
把上述光刻结构做银镜反应，使表面形成导电的薄层银，再置于镀镍溶液中电镀镍，首先电流密度1A/m2，电铸时间1h，待表面沉积出致密的金属层，再将电流调大到9A/m2，电铸时间30min。电铸结束后分离金属模具和光刻胶板，得到纳米压印的镍板；
在玻璃基材衬底的背面上旋涂20μm厚度的正性光刻胶，旋涂转速2500r/min，菲涅尔环采用无掩膜灰度光刻的方法，根据灰度图调整每个区域的曝光量，光刻之后采用8％的NaOH显影液洗去未被固化的结构，得到菲涅尔环结构；将菲涅尔环结构倒模形成镍版；菲涅尔环直径为3mm，深度为20μm；
制备好镍板后，使用125μm的PET基材进行压印，先在PET衬底上涂覆一层紫外固化胶，然后把镍板置于其上，再利用滚筒覆膜机压印并通过紫外灯固化，紫外固化能量为20mJ/cm2，后固化能量为300mJ/cm2。在PET基材双面分别压印上述两种结构，制备得到双层结构的防眩扩散膜，双面分别为微球冠结构层和菲涅尔环结构层；防眩扩散膜是由UV双面压印工艺制备而成；
将制备好的防眩扩散膜整合在照明灯具的最外侧，样品UGR为12.9，照度增效达12.6％。
实施例2、一种制备上述照明光增效防眩扩散膜的方法，其特征在于，防眩扩散膜包括透明基材、微结构防眩层和菲涅尔环阵列结构层；
在透明基材衬底的正面UV压印微结构防眩层，微结构为微球冠结构；
在透明基材衬底的背面压印菲涅尔环阵列结构层，其表面由一系列类锯齿型凹槽组成，每一环都是椭圆形，所有的环共一个中心点；
每个凹槽都与相邻凹槽之间角度不同，都具有将光线聚集的作用，每个凹槽都独立进行光线调整聚光；
其中，在基材上自组装PMMA微球冠单层结构，微球冠直径为25μm，热压使微球冠高度控制在15μm，再利用模板UV胶进行压印，将上述结构转移到PET基材上制备软膜模具，结构与PMMA微球方向相反；
通过金刚石精密加工方法制作线性菲涅尔滚筒模具(直径为5mm，深度为30μm)，采用roll-to-roll压印工艺，通过UV光固化胶紫外固化作用将滚筒模具上的菲涅尔结构压印到188μm(0.188mm)厚度的PET膜片的正面上；
在压印制备好菲涅尔环的PET膜材的背面压印上述微球冠结构，压印工艺与实施例1中相同。
将制备好的防眩扩散膜整合在照明灯具的最外侧，样品UGR为10.6，亮度增效达到14.2％。
实施例3、一种制备上述照明光增效防眩扩散膜的方法，其特征在于，防眩扩散膜包括透明基材、微结构防眩层和菲涅尔环阵列结构层；
在透明基材衬底的正面UV压印微结构防眩层，微结构为微球冠结构；
在透明基材衬底的背面压印菲涅尔环阵列结构层，其表面由一系列类锯齿型凹槽组成，每一环都是椭圆形，所有的环共一个中心点；
每个凹槽都与相邻凹槽之间角度不同，都具有将光线聚集的作用，每个凹槽都独立进行光线调整聚光；
其中，取玻璃基材进行清洗，以去除表面的杂质、油渍等，利用匀胶机将SU-8光刻胶旋涂在玻璃基底上，光刻胶厚度为20μm，然后对旋涂光刻胶的玻璃基底进行曝光，显影后制备微球冠结构，直径为50μm，高度为20μm；
将上述光刻结构进行银镜反应，并电镀制备镍版模具，镍版与光刻胶板剥离开，把镍模具浸泡在15％的NaOH溶液中超声清洗，得到表面干净的镍模具，此时光刻胶版的微结构复制到镍版上；
利用激光雕刻的方法制作菲涅尔透镜平面压印模具，在平整的金属膜表面上进行刻蚀，利用不同能量的激光照射在金属表面上，实现刻蚀不同深度，从而在金属膜表面实现菲涅尔环结构；形成的菲涅尔环结构直径为10mm，深度为50μm；
在188μm(0.188mm)PET基材双面分别压印上述两种结构，制备双面结构的防眩扩散膜；
将制备好的防眩扩散膜整合在照明灯具的最外侧，样品UGR为11.8，照度增效达到13.8％。
实施例1-3的方法降低了微球冠的结构深度，降低了工艺难度，大幅提升了生产良率，100％无缺陷。
对比例1、一种制备上述照明光增效防眩扩散膜的方法，其特征在于，防眩扩散膜是透明基材和微结构防眩层；
在透明基材衬底的正面UV压印微结构防眩层，微结构为微球冠结构；
其中，利用光刻胶热回流法制备微球结构，在透明基材玻璃板材衬底的正面涂布25μm厚度的AZ P4620正性光刻胶，利用掩膜板曝光并显影得到微结构，在热板上加热使其达到光刻胶的玻璃化温度，由于表面张力的作用形成球状的结构，最终得到单层微球冠结构，微球冠的直径为30μm，高度为16μm；玻璃板材的厚度为1mm；
把上述光刻结构做银镜反应，使表面形成导电的薄层银，再置于镀镍溶液中电镀镍，首先电流密度1A/m2，电铸时间1h，待表面沉积出致密的金属层，再将电流调大到9A/m2，电铸时间30min。电铸结束后分离金属模具和光刻胶板，得到纳米压印的镍板；
制备好镍板后，使用125μm的PET基材进行压印，先在PET衬底上涂覆一层紫外固化胶，然后把镍板置于其上，再利用滚筒覆膜机压印并通过紫外灯固化，紫外固化能量为20mJ/cm2，后固化能量为300mJ/cm2。在PET基材压印上述微球冠结构，制备得到防眩扩散膜，防眩扩散膜是由UV压印工艺制备而成；
将制备好的防眩扩散膜整合在照明灯具的最外侧，样品UGR为15.8，照度增效达1.3％，生产良率无法达到100％。
对比例2、一种制备上述照明光增效防眩扩散膜的方法，其特征在于，防眩扩散膜包括透明基材、微结构防眩层和菲涅尔环阵列结构层；
在透明基材衬底的正面UV压印微结构防眩层，微结构为微球冠结构；
在透明基材衬底的背面压印菲涅尔环阵列结构层，其表面由一系列类锯齿型凹槽组成，每一环都是椭圆形，所有的环共一个中心点；
每个凹槽都与相邻凹槽之间角度不同，都具有将光线聚集的作用，每个凹槽都独立进行光线调整聚光；
其中，利用光刻胶热回流法制备微球结构，在透明基材玻璃板材衬底的正面涂布25μm厚度的AZ P4620正性光刻胶，利用掩膜板曝光并显影得到微结构，在热板上加热使其达到光刻胶的玻璃化温度，由于表面张力的作用形成球状的结构，最终得到单层微球冠结构，微球冠的直径为10μm，高度为3μm；玻璃板材的厚度为1mm；
把上述光刻结构做银镜反应，使表面形成导电的薄层银，再置于镀镍溶液中电镀镍，首先电流密度1A/m2，电铸时间1h，待表面沉积出致密的金属层，再将电流调大到9A/m2，电铸时间30min。电铸结束后分离金属模具和光刻胶板，得到纳米压印的镍板；
在玻璃基材衬底的背面上旋涂20μm厚度的正性光刻胶，旋涂转速2500r/min，菲涅尔环采用无掩膜灰度光刻的方法，根据灰度图调整每个区域的曝光量，光刻之后采用8％的NaOH显影液洗去未被固化的结构，得到菲涅尔环结构；将菲涅尔环结构倒模形成镍版；菲涅尔环直径为16mm，深度为4μm；
制备好镍板后，使用125μm的PET基材进行压印，先在PET衬底上涂覆一层紫外固化胶，然后把镍板置于其上，再利用滚筒覆膜机压印并通过紫外灯固化，紫外固化能量为20mJ/cm2，后固化能量为300mJ/cm2。在PET基材双面分别压印上述两种结构，制备得到双层结构的防眩扩散膜，双面分别为微球冠结构层和菲涅尔环结构层；防眩扩散膜是由UV双面压印工艺制备而成；
将制备好的防眩扩散膜整合在照明灯具的最外侧，样品UGR为15.1，照度增效达4.2％，生产良率无法达到100％。
本申请采用双面结构的防眩扩散膜，使用微球冠结构层和菲涅尔环结构层，菲涅尔环结构层与微球冠结构层依次聚集灯源光线，实现了照度增效及防眩扩散效果。同时微球冠更小，结构更浅，工艺难度大幅降低，产品良率提升，性能比现有技术也有显著提升。特别是通过控制微球冠及菲涅尔环阵列结构的尺寸能使得防眩扩散、照度增效、生产良率效果更好。
本申请实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地进行说明，而不用于限制本申请的范围，在不脱离本申请的范围的情况下，所做出的改进和修改都应该在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种照明光增效防眩扩散膜，其特征在于，防眩扩散膜包括透明基材、微结构防眩层和菲涅尔环阵列结构层；在透明基材衬底的正面UV压印微结构防眩层，微结构为微球冠结构；在透明基材衬底的背面压印菲涅尔环阵列结构层，其表面由一系列类锯齿型凹槽组成，每一环都是椭圆形，所有的环共一个中心点；每个凹槽都与相邻凹槽之间角度不同，都具有将光线聚集的作用，每个凹槽都独立进行光线调整聚光；其中，微球冠的直径为20-60μm，高度为5-25μm；菲涅尔环阵列结构直径为1-10mm，结构深度在10μm至60μm区间；透明基材厚度为0.1mm-3mm的膜材或板材。
2.根据权利要求1所述的照明光增效防眩扩散膜，其特征在于，微结构通过光刻胶热回流法、灰度掩膜法、激光直写、3D打印、微滴喷射法、自组装法、热压印法中的一种或多种组合进行制备。
3.根据权利要求1或2所述的照明光增效防眩扩散膜，其特征在于，菲涅尔环结构层采用精密加工、灰度光刻工艺中的一种制备。
4.根据权利要求1或2所述的照明光增效防眩扩散膜，其特征在于，压印模具通过倒模工艺或金属上激光雕刻形成。
5.根据权利要求1或2所述的照明光增效防眩扩散膜，其特征在于，UV压印模具为镍材金属模具、PDMS模具、UV压印软模具中的一种。
6.根据权利要求1或2所述的照明光增效防眩扩散膜，其特征在于，防眩扩散膜是由UV双面压印工艺制备而成。
7.根据权利要求1或2所述的照明光增效防眩扩散膜，其特征在于，膜材选用PET、PEN、PC或透明PI中的任一种，板材选用玻璃、PMMA、PC或PS中的任一种；扩散防眩层的材质原料包括透明压印胶，透明压印胶材质原料包括热塑性聚合物、热固性聚合物或紫外固化聚合物之一。
8.根据权利要求1或2所述的照明光增效防眩扩散膜，其特征在于，微球冠的直径为22-28μm，高度为12-18μm。
9.根据权利要求1或2所述的照明光增效防眩扩散膜，其特征在于，菲涅尔环阵列结构直径为4-10mm，结构深度在28-50μm。
10.一种如权利要求1或2所述的照明光增效防眩扩散膜的制备方法，其特征在于，微结构通过光刻胶热回流法、灰度掩膜法、激光直写、3D打印、微滴喷射法、自组装法、热压印法中的一种或多种组合进行制备；菲涅尔环结构层采用精密加工、灰度光刻工艺中的一种制备；防眩扩散膜是由UV双面压印工艺制备而成。
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