光学光漫射器及用于其测量的方法
【专利说明】光学光漫射器及用于其测量的方法 发明领域
[0001] 本发明涉及用于与点光源，诸如LED照明，一起使用的光学光漫射器。这些光学漫 射器实现了光透射率与遮盖力的最佳平衡。该光学光漫射器是透明塑料基质，具有分散在 该基质内的有机颗粒。这些颗粒是具有特定粒度和负载量的交联的珠粒。可以结合不同的 珠粒以提供附加的特性如纹理化表面，并且优化遮盖力与光透射率。本发明还涉及包含至 少一个发光二极管和由该光学光漫射器制成的外罩的发光装置。本发明进一步涉及用于评 价遮盖力的方法。
[0002] 发明背景
[0003] 聚合物颗粒用于聚合物基质中以控制光漫射。例如，US7, 547, 736描述了使用具 有15至70微米的平均粒度的颗粒以提供磨砂外观（frostedlook)和纹理化表面，并且US 8, 163, 827描述了具有无机颜料和折射率匹配的颗粒的高光透射率漫射屏。点光源创建该 光源的可见的形状，并且常常希望的是隐藏该光源形状，创建更漫射的照明。如在此使用 的，"点光源"是指在4, 000-7, 700埃范围内的任何形状的电磁辐射源。这包括但不限于白 炽、荧光、霓虹、氩气以及LED光源。
[0004] 发光二极管（LED)作为光源越来越受欢迎，因为它们比标准白炽或荧光灯泡使用 少得多的电并且产生更少的热。LED提供了非常明亮的点光源，但是输出（7000°K)经常 显得刺目并且产生不舒适的眩光。这对于照明设计者是挑战，因为很多应用要求暖光并且 低的眩光。集成一个或多个LED的光装置包括，例如，机动车辆照明装置（在前面或后面）、 指示面板、发光显示器、聚光灯、街灯、箱式字母（box-letters)等等。
[0005] 这些发光装置由光源和由塑料制成的外罩（也称为透镜或漫射器）组成，该外罩 的作用是掩蔽并且保护该光源，同时仍然确保由该光源发射的光的良好的透射率。该塑料 可以是着色的或可以具有装饰性的元素或图案。该外罩还具有散射发射的光的作用，使得 该照明是柔和的并且不耀眼。由该光源发射的光的散射是通过将有机或无机性质的散射颗 粒分散在塑料中实现的。
[0006] 使用LED替换常规光源导致照明的改变。这是因为LED(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从〇至360°。此外，LED的发射光谱完全不 同于常规光源的发射光谱。
[0007] WO2006/100126描述了具有分散的珠粒的热塑性外罩，该外罩与LED-起用于形 成发光装置。3% -30%的散射颗粒分散在透明塑料中。这些颗粒可以是无机或有机的并且 具有从0. 5至100微米的平均直径。没有粒度和负载量的组合的描述，并且没有遮盖力的 教导。
[0008] 散射颗粒的添加有助于柔化LED光源的效果，但是该散射还降低了光透射率。一 些LED照明外罩制造商向该外罩中添加颜料（如BaSO4)以增加遮盖力，尽管这可能显著地 降低光透射率。
[0009] LED遮盖物的遮盖力通常是通过工业以定性的方式测量的。定量的雾度测量有时 被用作替代，但是它不充分地与遮盖力关联。
[0010] 申请人现在已经发现，光学光漫射器可以使用具有分散在其中的具有特定粒度和 颗粒负载量的颗粒的透明塑料基质形成，以使光透射率和LED遮盖力两者最大。此外，已经 开发了测试以定量地测量LED遮盖物的遮盖力。该光学光漫射器可以与一个或多个LED光 源结合以提供发光装置。
[0011] 发明概述
[0012] 本发明涉及用于点光源的外罩，该外罩具有包含透明塑料基质的组合物，该透明 塑料基质具有分散在其中的从〇至10等效负载量重量百分数的具有从2至20微米的平均 粒度的小漫射颗粒以及从〇至25等效负载量重量百分数的具有从30至80微米的平均粒 度的大漫射颗粒，其中漫射颗粒的总重量百分数是从3至30等效负载量重量百分数，该重 量百分数是基于该聚合物基质，并且其中透光度是大于75%并且遮盖力是大于40%。
[0013] 本发明进一步涉及从1至10重量百分数的小漫射颗粒与从2至10重量百分数的 大颗粒的协同共混物。
[0014] 本发明进一步涉及发光装置，该装置具有至少一个点光源以及本发明的外罩。
[0015] 本发明还进一步涉及用于测量LED外罩的遮盖力的方法，该方法包括以下步骤：
[0016] a)以均匀厚度形成有待测试的材料的基板-例如2mm厚度；
[0017] b)在PerkinElmerLambda950上在远离积分球0英寸处并且在560nm下测量该 样品的透光度；
[0018] c)在PerkinElmerLambda950上在远离该积分球2英寸处并且在560nm下测量 该样品的透光度；
[0019] d)以百分比如下计算百分比遮盖力：这两次透射率测量值（0英寸和2英寸）之 间的差值除以该〇英寸的透射率测量值乘以100以获得百分比遮盖力。
[0020] 附图简要说明
[0021] 图1和2 :比较了作为远离PerkinElmerLambda950上的积分球的距离的函数 的透射曲线。
[0022] 图3 :比较了交联珠粒的负载量水平与透射率。
[0023] 发明详细说明
[0024] 本发明涉及用于点光源的具有透明塑料基质的光学漫射器，在该基质中分散了具 有特定粒度和颗粒负载量的漫射颗粒。这提供了高光透射率和高遮盖力的平衡。本发明还 涉及用于定量测量LED光源的遮盖力的方法。
[0025] 如在此使用的，除非另外说明，分子量应指重均分子量，并且百分比应指重量百分 比。
[0026] 在该热塑性基质内的颗粒负载量水平将在此描述为等效负载量水平。"等效负载 量水平"是指在2.Omm厚的样品的截面中发现的颗粒的重量百分数。例如，在2.Omm厚度的 样品上的10%等效负载量将指有按重量计10%的颗粒以及按重量计90%的热塑性基质。 本领域技术人员将理解组合物的漫射和透射率特性取决于该样品的厚度以及该组合物中 的颗粒的重量百分比两者。具有一半负载量重量百分比的颗粒，但是是两倍厚的样品将具 有相同的等效负载量水平。等效负载量水平的使用不将本发明限制为仅2_厚度-但是是 指使在本发明中所覆盖的厚度范围内的负载量范围标准化。
[0027] 透明塑料
[0028] 术语"透明塑料"指代热塑性或热固性聚合物材料，根据DIN67-507标准具有在 可见范围内的至少50 %、优选至少70 %并且甚至更优选至少80 %的光透射率（这是不具有 散射颗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；聚对苯 二甲酸乙二酯（PET);透明的，尤其澄清的聚烯烃，例如澄清的聚丙烯；丙烯酸树脂；透明的 聚酰胺；苯乙烯丙烯腈（SAN)以及聚碳酸酯。
[0029] 由于丙烯酸树脂、聚苯乙烯、苯乙烯丙烯腈和聚碳酸酯的易于加工性、商业可用性 以及高透明性，它们是优选的透明塑料。此外，这两种塑料展示了优异的热机械强度，允许 生产紧凑的发光装置。在紧凑的发光装置的情况下，热累积并且迅速地升高该装置内部的 温度。虽然，LED的能量效率（即，将电能转化为光能的效率）比白炽灯好得多，但是一些 能量转化为热。
[0030] 丙烯酸聚合物，如在此使用的，是指包括聚合物、以及具有两种或更多种不同的 由甲基丙烯酸烷基酯和丙烯酸烷基酯单体形成的单体单元的共聚物，以及其混合物。甲 基丙烯酸烷基酯单体优选是甲基丙烯酸甲酯，它可以组成该单体混合物的从大于50%到 100 %。0至小于50 %的其他丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯单体或其他烯键式不饱和单体，包括 但不限于苯乙烯、a甲基苯乙烯、丙烯腈、以及交联剂，在低水平下也可能存在于该单体混 合物中。适合的丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯共聚单体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、甲基丙烯酸异辛酯以及丙烯酸异 辛酯、丙烯酸月桂酯以及甲基丙烯酸月桂