光學(xué)光漫射器及用于其測(cè)量的方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】光學(xué)光漫射器及用于其測(cè)量的方法 發(fā)明領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及用于與點(diǎn)光源，諸如LED照明，一起使用的光學(xué)光漫射器。這些光學(xué)漫 射器實(shí)現(xiàn)了光透射率與遮蓋力的最佳平衡。該光學(xué)光漫射器是透明塑料基質(zhì)，具有分散在 該基質(zhì)內(nèi)的有機(jī)顆粒。這些顆粒是具有特定粒度和負(fù)載量的交聯(lián)的珠粒?？梢越Y(jié)合不同的 珠粒以提供附加的特性如紋理化表面，并且優(yōu)化遮蓋力與光透射率。本發(fā)明還涉及包含至 少一個(gè)發(fā)光二極管和由該光學(xué)光漫射器制成的外罩的發(fā)光裝置。本發(fā)明進(jìn)一步涉及用于評(píng) 價(jià)遮蓋力的方法。
[0002] 發(fā)明背景
[0003] 聚合物顆粒用于聚合物基質(zhì)中以控制光漫射。例如，US7, 547, 736描述了使用具 有15至70微米的平均粒度的顆粒以提供磨砂外觀（frostedlook)和紋理化表面，并且US 8, 163, 827描述了具有無(wú)機(jī)顏料和折射率匹配的顆粒的高光透射率漫射屏。點(diǎn)光源創(chuàng)建該 光源的可見(jiàn)的形狀，并且常常希望的是隱藏該光源形狀，創(chuàng)建更漫射的照明。如在此使用 的，"點(diǎn)光源"是指在4, 000-7, 700埃范圍內(nèi)的任何形狀的電磁輻射源。這包括但不限于白 熾、熒光、霓虹、氬氣以及LED光源。
[0004] 發(fā)光二極管（LED)作為光源越來(lái)越受歡迎，因?yàn)樗鼈儽葮?biāo)準(zhǔn)白熾或熒光燈泡使用 少得多的電并且產(chǎn)生更少的熱。LED提供了非常明亮的點(diǎn)光源，但是輸出（7000°K)經(jīng)常 顯得刺目并且產(chǎn)生不舒適的眩光。這對(duì)于照明設(shè)計(jì)者是挑戰(zhàn)，因?yàn)楹芏鄳?yīng)用要求暖光并且 低的眩光。集成一個(gè)或多個(gè)LED的光裝置包括，例如，機(jī)動(dòng)車(chē)輛照明裝置（在前面或后面）、 指示面板、發(fā)光顯示器、聚光燈、街燈、箱式字母（box-letters)等等。
[0005] 這些發(fā)光裝置由光源和由塑料制成的外罩（也稱為透鏡或漫射器）組成，該外罩 的作用是掩蔽并且保護(hù)該光源，同時(shí)仍然確保由該光源發(fā)射的光的良好的透射率。該塑料 可以是著色的或可以具有裝飾性的元素或圖案。該外罩還具有散射發(fā)射的光的作用，使得 該照明是柔和的并且不耀眼。由該光源發(fā)射的光的散射是通過(guò)將有機(jī)或無(wú)機(jī)性質(zhì)的散射顆 粒分散在塑料中實(shí)現(xiàn)的。
[0006] 使用LED替換常規(guī)光源導(dǎo)致照明的改變。這是因?yàn)長(zhǎng)ED(尤其具有高光通量的LED) 展示了定向的照明，然而，例如霓虹管的照明是從〇至360°。此外，LED的發(fā)射光譜完全不 同于常規(guī)光源的發(fā)射光譜。
[0007] WO2006/100126描述了具有分散的珠粒的熱塑性外罩，該外罩與LED-起用于形 成發(fā)光裝置。3% -30%的散射顆粒分散在透明塑料中。這些顆?？梢允菬o(wú)機(jī)或有機(jī)的并且 具有從0. 5至100微米的平均直徑。沒(méi)有粒度和負(fù)載量的組合的描述，并且沒(méi)有遮蓋力的 教導(dǎo)。
[0008] 散射顆粒的添加有助于柔化LED光源的效果，但是該散射還降低了光透射率。一 些LED照明外罩制造商向該外罩中添加顏料（如BaSO4)以增加遮蓋力，盡管這可能顯著地 降低光透射率。
[0009] LED遮蓋物的遮蓋力通常是通過(guò)工業(yè)以定性的方式測(cè)量的。定量的霧度測(cè)量有時(shí) 被用作替代，但是它不充分地與遮蓋力關(guān)聯(lián)。
[0010] 申請(qǐng)人現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，光學(xué)光漫射器可以使用具有分散在其中的具有特定粒度和 顆粒負(fù)載量的顆粒的透明塑料基質(zhì)形成，以使光透射率和LED遮蓋力兩者最大。此外，已經(jīng) 開(kāi)發(fā)了測(cè)試以定量地測(cè)量LED遮蓋物的遮蓋力。該光學(xué)光漫射器可以與一個(gè)或多個(gè)LED光 源結(jié)合以提供發(fā)光裝置。
[0011] 發(fā)明概述
[0012] 本發(fā)明涉及用于點(diǎn)光源的外罩，該外罩具有包含透明塑料基質(zhì)的組合物，該透明 塑料基質(zhì)具有分散在其中的從〇至10等效負(fù)載量重量百分?jǐn)?shù)的具有從2至20微米的平均 粒度的小漫射顆粒以及從〇至25等效負(fù)載量重量百分?jǐn)?shù)的具有從30至80微米的平均粒 度的大漫射顆粒，其中漫射顆粒的總重量百分?jǐn)?shù)是從3至30等效負(fù)載量重量百分?jǐn)?shù)，該重 量百分?jǐn)?shù)是基于該聚合物基質(zhì)，并且其中透光度是大于75%并且遮蓋力是大于40%。
[0013] 本發(fā)明進(jìn)一步涉及從1至10重量百分?jǐn)?shù)的小漫射顆粒與從2至10重量百分?jǐn)?shù)的 大顆粒的協(xié)同共混物。
[0014] 本發(fā)明進(jìn)一步涉及發(fā)光裝置，該裝置具有至少一個(gè)點(diǎn)光源以及本發(fā)明的外罩。
[0015] 本發(fā)明還進(jìn)一步涉及用于測(cè)量LED外罩的遮蓋力的方法，該方法包括以下步驟：
[0016] a)以均勻厚度形成有待測(cè)試的材料的基板-例如2mm厚度；
[0017] b)在PerkinElmerLambda950上在遠(yuǎn)離積分球0英寸處并且在560nm下測(cè)量該 樣品的透光度；
[0018] c)在PerkinElmerLambda950上在遠(yuǎn)離該積分球2英寸處并且在560nm下測(cè)量 該樣品的透光度；
[0019] d)以百分比如下計(jì)算百分比遮蓋力：這兩次透射率測(cè)量值（0英寸和2英寸）之 間的差值除以該〇英寸的透射率測(cè)量值乘以100以獲得百分比遮蓋力。
[0020] 附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明
[0021] 圖1和2 :比較了作為遠(yuǎn)離PerkinElmerLambda950上的積分球的距離的函數(shù) 的透射曲線。
[0022] 圖3 :比較了交聯(lián)珠粒的負(fù)載量水平與透射率。
[0023] 發(fā)明詳細(xì)說(shuō)明
[0024] 本發(fā)明涉及用于點(diǎn)光源的具有透明塑料基質(zhì)的光學(xué)漫射器，在該基質(zhì)中分散了具 有特定粒度和顆粒負(fù)載量的漫射顆粒。這提供了高光透射率和高遮蓋力的平衡。本發(fā)明還 涉及用于定量測(cè)量LED光源的遮蓋力的方法。
[0025] 如在此使用的，除非另外說(shuō)明，分子量應(yīng)指重均分子量，并且百分比應(yīng)指重量百分 比。
[0026] 在該熱塑性基質(zhì)內(nèi)的顆粒負(fù)載量水平將在此描述為等效負(fù)載量水平。"等效負(fù)載 量水平"是指在2.Omm厚的樣品的截面中發(fā)現(xiàn)的顆粒的重量百分?jǐn)?shù)。例如，在2.Omm厚度的 樣品上的10%等效負(fù)載量將指有按重量計(jì)10%的顆粒以及按重量計(jì)90%的熱塑性基質(zhì)。 本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解組合物的漫射和透射率特性取決于該樣品的厚度以及該組合物中 的顆粒的重量百分比兩者。具有一半負(fù)載量重量百分比的顆粒，但是是兩倍厚的樣品將具 有相同的等效負(fù)載量水平。等效負(fù)載量水平的使用不將本發(fā)明限制為僅2_厚度-但是是 指使在本發(fā)明中所覆蓋的厚度范圍內(nèi)的負(fù)載量范圍標(biāo)準(zhǔn)化。
[0027] 透明塑料
[0028] 術(shù)語(yǔ)"透明塑料"指代熱塑性或熱固性聚合物材料，根據(jù)DIN67-507標(biāo)準(zhǔn)具有在 可見(jiàn)范圍內(nèi)的至少50 %、優(yōu)選至少70 %并且甚至更優(yōu)選至少80 %的光透射率（這是不具有 散射顆粒的透明塑料的光透射率）。有用的透明塑料包括但不限于，透明聚苯乙烯；聚對(duì)苯 二甲酸乙二酯（PET);透明的，尤其澄清的聚烯烴，例如澄清的聚丙烯；丙烯酸樹(shù)脂；透明的 聚酰胺；苯乙烯丙烯腈（SAN)以及聚碳酸酯。
[0029] 由于丙烯酸樹(shù)脂、聚苯乙烯、苯乙烯丙烯腈和聚碳酸酯的易于加工性、商業(yè)可用性 以及高透明性，它們是優(yōu)選的透明塑料。此外，這兩種塑料展示了優(yōu)異的熱機(jī)械強(qiáng)度，允許 生產(chǎn)緊湊的發(fā)光裝置。在緊湊的發(fā)光裝置的情況下，熱累積并且迅速地升高該裝置內(nèi)部的 溫度。雖然，LED的能量效率（即，將電能轉(zhuǎn)化為光能的效率）比白熾燈好得多，但是一些 能量轉(zhuǎn)化為熱。
[0030] 丙烯酸聚合物，如在此使用的，是指包括聚合物、以及具有兩種或更多種不同的 由甲基丙烯酸烷基酯和丙烯酸烷基酯單體形成的單體單元的共聚物，以及其混合物。甲 基丙烯酸烷基酯單體優(yōu)選是甲基丙烯酸甲酯，它可以組成該單體混合物的從大于50%到 100 %。0至小于50 %的其他丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯單體或其他烯鍵式不飽和單體，包括 但不限于苯乙烯、a甲基苯乙烯、丙烯腈、以及交聯(lián)劑，在低水平下也可能存在于該單體混 合物中。適合的丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯共聚單體包括但不限于丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯 以及甲基丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯以及甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸異辛酯以及丙烯酸異 辛酯、丙烯酸月桂酯以及甲基丙烯酸月桂