陈鸥波
江西盛汇光学科技协同创新有限公司总经理
《2018阿拉丁照明产业调研白皮书》关键配套材料 顾问
一、PC扩散板国内外技术现状及应用现状
随着近十几年LED产业的飞速发展，LED照明已全面普及并被人们接受，作为LED照明关键材料的扩散板也不断的发展进步，PC扩散板作为高品质扩散材料在技术和应用方面也不断进步和提升[1]。
PC扩散板的工艺技术水平：1. 用光扩散树脂及PC树脂共混改性，将折射率不同的两种材质均匀分散成型，利用折射率差异实现光扩散[2];同时利用热成型技术在PC板材成型的过程中在板材表面成型不规则的几何表面，利用表面实现扩散。2. 在实现光扩散的同时，为了保证透光率，选用的扩散材料和PC材料均为光学级材料[3]。产品的表面成型使用设计的光学扩散表面而不是单纯的毛玻璃表面。
目前国内外PC扩散板的生产企业较少，主要以国外企业为主，整体生产技术水平如下表一：
表一国内外整体生产技术水平
鉴于PC扩散板极佳的稳定性和安全性，目前欧美日等发达国家在商用照明、公共安全照明、交通工具及设施等领域都有着广泛的使用;在中国及其他发展中国家使用比例极低[4]。在家用、办公等一般照明领域应用情况更少。一方面PC扩散板成本较高，另一方面一般用PC扩散板生产企业少，市场有需求但因货源找不到而降低要求。
二、国内PC扩散板技术和应用与国外的差异
PC扩散板的技术发展起源于欧美日等发达国家的原料厂商，起初是以配套LED背光显示为目的研发诞生，随着LED照明的发展PC扩散板在照明领域的应用也应运而来[5]。
目前国内外PC扩散板产品技术水平和应用领域如下表二：
表二 国内外PC扩散板产品技术水平和应用领域
PC扩散板目前多用于高品质LED照明产品，而该类产品多以出口为主，几个原料大厂均以功能性PC扩散板为主，用于特殊要求市场[6];韩国及中国企业以LED照明领域为主。
国内外市场应用情况也大不尽相同。国外在交通设施及公共照明领域有明确安全规范要求，PC扩散板广泛使用，在家用及办公照明领域有部分寿命要求，PC扩散板也有较好用量[7];国内在交通设施及公共照明领域没有明确的要求，部分使用PC扩散板，家用及办公等一般领域没有规范，PC扩散板极少使用。
三、PC扩散板当前存在的市场瓶颈
PC扩散板经过近十几年的发展，虽然在高端应用领域占有一席之地，但是在家用、办公等一般领域并未得到广泛使用[8]。影响PC扩散板广泛使用的因素有三点：
1. PC作为综合性能最稳定的光学树脂，有着极为广泛的使用领域和市场需求量，而PC原料的生产技术掌控在国际寡头手中，PC原料价格是一般通用塑料的2-4倍，成本高影响市场推广。好的是国产PC原料逐渐起步。
2. LED灯具发展仅十几年，除了交通设施及公共安全领域有要求和标准，LED产品并未规范和普及使用寿命和安全等理念[9]，没有高标准，作为高品质光源标配的PC扩散板也推广困难。
3.PC作为光学级树脂，对加工技术有较高要求，一般板材生产企业没有技术积累和储备，不具备生产能力，PC扩散板的市场供应也有一定瓶颈[10]。
四、PC扩散板对LED照明产业的价值
PC光扩散板的产品理念
在LED照明逐渐普及的大环境下，PC光扩散板作为高品质光源的伴侣，协助实现LED照明高光效、安全阻燃、环保耐候等品质保障[11]。因此PC光扩散板能助力LED照明产品实现长寿命，并为LED照明产品安全性保驾护航，满足人们美好的生活需要。长寿命聚碳酸酯的耐温区间是零下60摄氏度到零上120摄氏度[14]，低压热变形温度达到了零上135摄氏度左右，如此高的温度区间让采用主原料聚碳酸酯生产的PC光扩散板的稳定性大大增加，不受潮湿以及高低温的影响，通过工艺添加抗UV助剂对聚碳酸酯改性还能增加PC光扩散板的耐候性，相对于其他的PMMA、PS扩散板，改性的PC光扩散板能在5-10年的使用过程中保持色差稳定[15]，不老化变质，用在灯具外壳上，能助力LED照明产品实现长寿命(图一是QUV 抗老化测试)。
图一 五年抗VU测试 图二 UL94 VO认证
高安全性
聚碳酸酯(图三)性能稳定，由于其分子结构化学键的特点，他的耐冲击性也非常优异，采用聚碳酸酯生产的PC光扩散板耐冲击性是玻璃的250倍，是PMMA/PS的50倍[16]。
图三 聚碳酸酯分子结构
聚碳酸酯氧指数高，本身就是B1级工程材料，生产出来的PC光扩散板可以达到V2防火等级[17]，起到不助燃的功能，性能优于那些助燃的PMMA/PS扩散板;进一步通过在原材料聚碳酸酯里添加进口复合阻燃剂改性处理，实现了厚度0.8mm-2.0mm扩散板的V0级阻燃特性[19]，突破传统的仅原料厂商在树脂制造过程中实现该特性的瓶颈，大大提高了PC光扩散板的应用范围，为LED照明产品实现更高的安全性提供助力，满足了越来越多客户的需求，为LED安全照明行业保驾护航(图二是UL 94V0认证)。
五、PC扩散板最新的技术突破和创新
随着LED照明产业的发展，PC扩散板的技术也在不断革新，近年来取得新的突破：实现了通过表面微结构实现扩散功能为主，扩散粒子为辅的技术，代替了传统的以扩散粒子实现光扩散的技术，不仅满足LED照明灯具的高光效的同时，还赋予LED灯具照明防眩光功能[18]。LED灯具点亮照明的同时，会散发眩光，影响人们的舒适度，同时易引起疲劳，PC光扩散板通过表面微结构调整，将眩光消除，保护人们的健康(图四是PC光扩散板的表面结构)。
图四 防眩光PC光扩散板表面结构
六、PC扩散板未来技术和应用的发展趋势
随着LED照明产业的高速发展，LED照明产品已日渐成熟稳定，产品的要求也有从追求高光效、低成本逐渐转变为追求光品质、光健康，作为高品质长寿命LED光源的伴侣[20]，PC扩散板的未来发展是要配合LED光源快速实现光品质、光健康的提升。
光品质是在LED灯具点亮照明的同时追求光的舒适度，降低甚至消除灯具发出的眩光提高品质[21];光健康是追求在LED照明实现照明的同时控制蓝光、紫外光辐射强度，提供附加功能，减少光污染及赋予灯具改善环境的功能，保护人们的健康，满足人们的美好生活需要。
七、如何通过PC扩散板提升光品质、光健康
光品质、光健康理念已逐渐深入人心，目前灯具照明行业朝着提高灯光的的舒适性和保护性来提高光品质、光健康的方向发展。
舒适性
目前灯具照明影响人们舒适度的主要还是眩光和LED频闪，易造成人们疲劳以及视觉不舒适感，有三种解决方案来提高灯光舒适性：
1. 通过控制光源出光角度，传统的灯出光角度是360°，眩光很强，目前市面上大部分灯具出光角度降到120°甚至更低，来降低眩光[22]。
2. 通过控制导光材料/ 灯罩的光学传递角度，通过导光板内部结构，改变光的传递方向，通过灯罩的表面结构，改变光的传递角度，从而降低甚至消除眩光。
3. 通过防眩光灯罩/ 面板实现均光同时控制灯聚光分布，达到降低眩光的目的。LED频闪性主要还是从LED光源解决。
保护性
灯具影响人们健康的主要是蓝光危害和紫外危害。LED发光体作为光源的灯具400nm-450nm的高能蓝光，长时感受不仅造成人体不舒适，对人眼视网膜也有损伤。LED光源紫外线可以忽略，日光灯、节能灯等传统光源有较明显的紫外线辐射，380nm以下的紫外会对人体皮肤健康造成损伤，需要防护。
蓝光危害主要通过光源、灯罩、辅助三个方面来解决：
1.光源解决，通过在在LED灯珠添加蓝光吸收材料;
2. 辅助解决，通过在灯珠外安装具有蓝光吸收功能的透镜;
3. 灯罩解决，通过在灯罩，面罩等扩散材料添加吸收助剂，可以降低15%-30%的蓝光辐照强度。
紫外光危害主要是日光灯、节能灯等传统光源存在的，目前广泛采用的是通过在灯罩，面罩等扩散材料添加紫外吸收助剂，可以降低90-95%的紫外光辐照强度，保护人体健康。
参考文献
[1] 冯祥芬, 韩秋漪, 张善端. 多波段白光 LED 的光品质提升研究[C]. 2016 中国 LED 照明论坛, 2016.
[2] 李琪, 辛易. 全光谱 LED 发展现状及应用前景. 中国照明电器, 2017: 3.
[3] 黄轲轲. 近紫外激发白光 LED 用新型碱土金属磷硅酸盐荧光粉的研究[D]. 复旦大学,2013.
[4] Lin C C, Liu R S. Advances in Phosphors for Light-emitting Diodes[J]. Journal of Physical Chemistry Letters, 2011, 2(11):1268.
[5] 常文瑞. 紫外、近紫外白光 LED 用铝酸盐、硅酸盐发光材料的制备及发光性能研究[D]. 兰州大学, 2015.
[ 6 ] X i e R . J . , H i r o s a k i N . . S i l i c o n - b a s e doxynitrides and nitride phosphors for white LEDs-Areview [J]. Sci. Tech. Ad. Mater., 2007, 8: 588.
[7] 庄卫东， 胡运生， 龙震， 等. 含二价金属元素的铝酸盐荧光粉及制造方法和发光器件: 中国，ZL200610114519. 8[P]. 2006-11-13.
[8]Teng X. M., Liu Y. H., Zhuang W. D., et al.Preparation and luminescence properties of the red-emitting phosphor (Sr 1-x Ca x ) 2 Si 5 N 8 :Eu2+ with different Sr/Ca ratios[J]. J. Rare Earths,2009,27(1): 58-61.
[9] 李春, 邓君楷. 第三代半导体产业概况剖析[J]. 集成电路应用, 2017 , 34 (2) : 87-90.
[10] 吴国庆, 郭伟玲, 朱彦旭, 刘建朋, 崔德胜, 闫薇薇. 驱动电流对大功率白光 LED 荧光粉转换效率的影响[J].光电子激光, 2012 (10) :1869-1875.
[11] 王立军, 宁永强, 秦莉, 佟存柱, 陈泳屹. 大功率半导体激光器研究进展[J]. 发光学报,2015, 36 (1) :1-19.
[12] 杨晶晶. 半导体激光白光照明关键技术研究[D].长春理工大学, 2015.
[13] 徐竞, 蒋福春, 柴广跃, 廖刚, 刘文. 激光匹配激发荧光粉白光技术[J]. 光源与照明, 2017 (4) :11-13.
[14] 陈育明. 农业照明光源的发展[J]. 中国照明电器,2015(8): 5-11.
[15] 徐景致, 李同凯, 葛大勇, 等. 植物生长发育对光波段选择性吸收的研究进展[J]. 河北林果研究, 2002,17(2):180-184.
[16] 杨其长, 徐志刚, 陈弘达, 等. LED 光源在现代农业的应用原理与技术进展[J]. 中国农业科技导报, 2011,13(5): 37-43.
[17] Jiao M, Guo N, Lü W, et al. Tunable bluegreen-emitting Ba 3 LaNa (PO4) 3 F: Eu 2+ , Tb 3+p h o s p h o r w i t h e n e r g y t r a n s f e r f o r n e a r -UV white LEDs[J]. Inorganic Chemistry, 2013,52(18):10340-10346.
[18] Tang J Y, Xie W J, Huang K, et al. A highstable blue BaSi 3 Al 3 O 4 N 5 : Eu 2+ phosphorf o r w h i t e L E D s a n d d i s p l a y a p p l i c a t i o n s [ J ] .Electrochemical and Solid-State Letters, 2011,14(8):J45-J47.
[19] Lu Q, Li J, Wang D. Single-phased silicatehostedphosphor with 660 nm-featured bandemission for biological light-emitting diodes[J].Current Applied Physics, 2013, 13(7): 1506-1511.O19-A novel blueconverting yellow phosphorf o r w h i t e l i g h t e m i t t i n g d i o d e s [ J ] . C e r a m i c sInternational，2015，41(3)：4238-4242.
[20] Liu F, Liang Y, Chen Y, et al. Divalentn i c k e l - a c t i v a t e d g a l l a t e - b a s e d p e r s i s t e n t phosphors in the short-wave infrared [J]. Advancedoptical materials, 2016, 4(4): 562-5 66.
[21] Hong G, Lee J C, Robinson J T, et al.Multifunctional in vivo vascular imaging using nearinfraredII fluorescence.[J]. Nature Medicine, 2012,18(12):1841.
[22] Zhou S, Nan J, Wu B, et al. Ligand-drivenwavelength‐tunable and ultra‐broadband infraredluminescence in single-ion-doped transparenthybrid materials[J]. Advanced Functional Materials,2009, 19(13):2081-2088.
