近红外、可见光双波段深色透光膜片及其制备方法、透光模组
技术领域
本发明具体涉及一种能够同时透过近红外光和可见光的深色透光膜片、该 深色透光膜片的制备方法以及包括了该深色透光膜片的透光模组。
背景技术
随着科技的发展，电子产品的更新迭代速率不断加快，其运用领域和功能 要求越来越多元化，促使产品不断创新。如：光学产业的透光膜片在智能家电 家居产品5G领域的应用，仍需投入大量的科研工作、不断完善市场的需求。目 前市场对透光膜片的透过率使用要求较为单一、即可见光或近红外光透过率要 求仅局限其中一种，没有能够对其双波段有效集成化，同时未集成化也造成了 投入成本过高的问题。所以亟需一种能够同时透过可见光和近红外光且两者透 过率范围分别可控的透光膜片，最终还能做到小型化、集成化、降本等目的， 以实现更大范围的运用：如新型5G产业的感光器件，需要同时考虑接收可见光 和近红外光。
发明内容
有鉴于此，为了解决现有技术的问题和达到上述目的，本发明提供了一种 可以同时透过可见光和近红外光的深色透光膜片。
为了达到上述目的，本发明采用以下的技术方案：
一种深色透光膜片，包括本体层以及设置在所述本体层其中一侧的非光泽 面，所述本体层远离所述非光泽面的一侧为光泽面，所述光泽面的表面粗糙度 Ra小于非光泽面的表面粗糙度Ra，所述非光泽面的表面粗糙度为光泽面的表面 粗糙度的30～1000倍；制备所述深色透光膜片的原料包括高分子基材和光线控 制剂，所述高分子基材与光线控制剂之间的质量比为8～60:1，所述光线控制剂 包括近红外调控剂以及可见光调控剂，所述近红外调控剂与可见光调控剂之间 的质量比为0.01～100:1，所述可见光调控剂为深色物质粉末。优选所述非光泽面 的表面粗糙度为光泽面的表面粗糙度的40～60倍；所述高分子基材与光线控制 剂之间的质量比为12～50:1，所述近红外调控剂与可见光调控剂之间的质量比为 1～8:1。深色物质粉末为如炭黑等具有一定深颜色的物质粉末。Ra为算术平均粗糙度，Rz为平均峰谷深度，本发明中非光泽面Rz为光泽面Rz的20～120倍， 优选为20～40倍。
通过在制备深色透光膜片的原料中加入近红外调控剂和可见光调控剂即深 色物质粉末如炭黑等，并控制其加入比例，结合深色透光膜片的结构设计，能 够实现可见光和近红外光的调控、同时满足可见光和近红外光的透过要求，使 得深色透光膜片的可见光和近红外光透过率范围分别可控。
根据本发明一些优选的实施方面，所述非光泽面包括设置在所述本体层上 的光学结构，所述光学结构包括若干个结构单位为点状、球状、V槽形状，结 构单位凹凸的规则或不规则分布，具体的，如锯齿状、金字塔状、三角形条状、 球冠状、连续设置的弧形或V形；所述结构单位规则或不规则地分布在所述本 体层的一侧形成所述非光泽面。
优选地，每个所述结构单元的宽度为0.7μm以上。550nm为可见光波长的 中间左右波长，960nm为近红外光的中间左右波长，将结构单元的宽度设置为 目标光波长的2倍及以上能够能好地透过可见光和近红外光，并有效改变光路。
根据本发明一些优选的实施方面，所述高分子基材包括聚碳酸酯和聚碳酸 酯-甲基硅氧烷共聚物，所述聚碳酸酯和聚碳酸酯-甲基硅氧烷共聚物之间的质量 比为2～3:1。
根据本发明一些优选的实施方面，所述深色物质粉末为占深色透光膜片的 原料总质量的0.1～6％，所述深色物质粉末为炭黑。在本发明的一些实施例中， 所采用的炭黑的粒径为12～24nm。如可以使用卡博特M1000或R660型号的炭 黑。通过炭黑加入的量来控制深色透光膜片的颜色深浅以及透过率，进而制备 如黑色透光膜片。
根据本发明一些优选的实施方面，所述深色透光膜片的原料还包括色浆， 所述色浆占深色透光膜片的原料总质量的0.01～0.5％。色浆的添加，一方面也能 够起到一定的选择性遮光作用，与近红外调控剂和可见光调控剂共同作用，更 好地透过近红外光和可见光，遮蔽和吸收紫外光；另一方面，可以使得产品的 颜色更加多元化，并能够遮盖深色物质粉末对膜片带来的色彩上的影响。色浆 的颜色保持与深色物质粉末的颜色相同或接近，色浆中颜料的粒径大小保持与 深色物质粉末的粒径范围相同或接近，色浆的固含量和粘度为常规选择。
根据本发明一些优选的实施方面，所述深色透光膜片的原料按质量百分比 计包括如下成分：
根据本发明一些优选的实施方面，所述的抗氧剂为亚膦酸酯类抗氧剂；所 述的润滑剂为季戊四醇酯类化合物。聚碳酸酯-甲基硅氧烷共聚物和近红外调控 剂可以采用相关技术领域中常规选择。如聚碳酸酯-甲基硅氧烷共聚物选用PC TARFLON NEO RC1700，有机硅共聚率为3～9％；近红外调控剂选用具有二萘嵌 苯内酰亚胺母体结构的苝系化合物。
根据本发明一些优选的实施方面，所述光泽面的表面粗糙度Ra为0.003～5 μm，所述非光泽面的表面粗糙度Ra为5～30μm；所述深色透光膜片的厚度为 0.5～5mm，其中膜片的本体层厚度为0.5mm左右，本体层上的光学结构的厚度 为0.1～4.5mm左右。深色透光膜片的厚度不同，其透过率随之不同。通过控制 光泽面和非光泽面的表面粗糙度，使得深色透光膜片能够更优的透过可见光和 近红外光并分别得到范围可控的透过率。优选光泽面的表面粗糙度Ra为0.01～1 μm，所述非光泽面的表面粗糙度Ra为5～20μm；所述深色透光膜片的厚度为 0.5～3mm。光泽面Rz为0.05～10μm，非光泽面Rz为10～120μm，优选光泽面 Rz为0.2～1μm，非光泽面Rz为20～100μm。
根据本发明一些优选的实施方面，所述深色透光膜片的可见光的透过率为 3％～50％；所述深色透光膜片的近红外光的透过率为15％～60％。本发明中，可 见光和近红外光透过率分别测试。
根据本发明一些优选的实施方面，所述本体层和非光泽面一体成型。在本 发明的一些实施例中，膜片的制备采用传统的模具注塑成型工艺，使得本体层 和非光泽面一体加工成型。
本发明还提供了一种如上所述深色透光膜片的制备方法，包括如下步骤：
1)制备母粒：制备所述深色透光膜片的原料按质量百分比计包括如下成分：
将上述材料投入挤出机中挤出造粒，得到母粒；
2)准备模具：所述模具具有用于形成所述深色透光膜片的腔体，所述腔体 具有用于形成光泽面的第一表面和用于形成所述非光泽面的第二表面，所述第 一表面的表面粗糙度Ra为0.003～5μm，所述第二表面的表面粗糙度Ra为5～30 μm；
其中，用于形成光泽面的第一表面采用抛光的方式形成，抛光中采用的抛 光设备包括砂纸、打磨轮相关领域常见的抛光设备等；用于形成所述非光泽面 的第二表面采用打磨的方式形成，打磨中所用的磨料为现有技术中常见的如金 刚砂、石英砂等。
3)制备膜片：将步骤1)中的母粒加热后注射至所述模具中的腔体，冷却 后得到所述深色透光膜片，所述第一表面对应制备光泽面，所述第二表面对应 制备非光泽面。
关于上述制备过程中的一些参数如喷砂时和注塑时的参数为本领域技术人 员的常规选择。
根据本发明一些优选的实施方面，挤出时，挤出机各加热段的温度为265～ 280℃，所述挤出机主机的螺杆转速为250～330r/min，料斗进料螺杆的转速为 24～35r/min。具体的，在本发明的一些实施例中，挤出机设置有4个加热段， 第一加热段265℃、第二加热段280℃、第三加热段280℃、第四加热段275℃。
本发明还提供了一种包括了如上所述深色透光膜片的透光模组以及其他的 本领域技术人员能够根据公知常识选择的设置或零部件，优选所述深色透光膜 片的非光泽面朝向入射光。
与现有技术相比，本发明的有益之处在于：本发明的深色透光膜片，通过 在膜片上设置非光泽面和光泽面，并采用近红外调控剂与可见光调控剂形成的 光线控制剂，使得深色透光膜片能够同时透过可见光和近红外光，并控制非光 泽面和光泽面的表面粗糙度以及光线调控剂内的配比来调控光线透过率，尤其 适用于制备黑色透光膜片；且本发明的深色透光膜片正反面的光线透过率基本 保持一致，使得本发明的深色透光膜片适用范围更广，尤其适用于智能家电家 居产品中。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所 需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明 的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下， 还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明优选实施例中深色透光膜片的截面示意图；
图2为本发明优选实施例中黑色透光膜片的实物图；
图3为本发明另一优选实施例中深色透光膜片的截面示意图；
其中：本体层-1，非光泽面-2，光泽面-3。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合本发 明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显 然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基 于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获 得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
实施例1透光模组和黑色透光膜片
本实施例的透光模组包括黑色透光膜片以及本领域技术人员能够根据公 知常识选择的其他设置或零部件。
参照图1和2，本实施例中的黑色透光膜片包括本体层1以及设置在本体 层1其中一侧的非光泽面2，本体层1远离非光泽面2一侧的为光泽面3。在 黑色透光膜片的实际使用过程中，入射光从黑色透光膜片的一侧射入，从黑色 透光膜片的另一侧射出，并可被设置在其后的感应器接收。
其中，本实施例中的光泽面3的表面粗糙度Ra为0.05μm，非光泽面2的表 面粗糙度Ra为5μm，同时黑色透光膜片的厚度为1mm，其中本体层的厚度为 0.5mm，非光泽面的厚度为0.5mm。在其他的一些实施例中，光泽面3的表面粗 糙度Ra为0.003～5μm，非光泽面2的表面粗糙度Ra为5～30μm，黑色透光膜 片的厚度为0.5～5mm。黑色透光膜片的厚度变化，其透过率随之变化。如图1 所示，本实施例中的非光泽面2的截面呈连续的不规则波浪形。
本实施例中的黑色透光膜片的原料按质量百分比计包括如下成分：
以上组分中，聚碳酸酯-甲基硅氧烷共聚物为PC TARFLON NEO RC1700， 有机硅共聚率为6％；近红外调控剂选用具有二萘嵌苯内酰亚胺母体结构的苝系 有机颜料，本实施例中选用粒径1100nm的苝红；抗氧剂为三(2,4-二叔丁基苯基) 亚磷酸酯(168)；润滑剂为季戊四醇硬脂酸酯。炭黑采用卡博特M1000型号，粒 径为12nm。色浆为黑色色浆，粒径为12nm。
在本发明的其他优选实施例中，抗氧剂可选为亚膦酸酯类抗氧剂，如：3,9- 二(2,4-二枯基苯氧基)-2,4,8,10-四氧杂-3,9-二磷杂螺[5.5]十一烷(S9228)，三(2,4- 二叔丁基苯基)亚磷酸酯(168)等；润滑剂为季戊四醇酯类化合物，如季戊四醇油 酸酯、季戊四醇硬脂酸酯等；近红外调控剂选用粒径为900-1100nm之间苝红、 苝蓝、苝黑、苝紫等苝系化合物。
通过在黑色透光膜片上设置非光泽面层2和光泽面3并控制光泽面3和非 光泽面2的表面粗糙度，以及采用近红外调控剂与可见光调控剂形成的光线控 制剂，实现本实施例中的黑色透光膜片能够同时透过近红外光和可见光，并实 现分别调控可见光和近红外光的透过率范围。
通过上述的膜片结构设计和原材料的配方设计，使得本实施例的黑色透光 膜片的可见光透过率为4.6～4.7％；黑色透光膜片的近红外光透过率为19.3～ 19.5％。
在实施例中，黑色透光膜片的制备采用传统的模具注塑工艺，使得本体层1 和非光泽面2一体加工成型。
在本实施例中，非光泽面为不规则的光学结构，控制好非光泽面的表面粗 糙度即可，如图1所示。
而为了实现更好的透光效果以及对近红外和可见光的控制，在其他的一些 实施例中，将光学结构设置成规则的形式：光学结构包括若干个结构单位，结 构单位为点状、球状、V槽形状及其凹凸的规则或不规则分布；结构单位规则 的分布在本体层的一侧形成非光泽面。其中每个结构单元的宽度L为0.7μm以 上，本实施例中优选为1.5μm。550nm为可见光波长的中间左右波长，960nm 为近红外光的中间左右波长，将结构单元的宽度设置为目标光波长的2倍及以 上能够能好地透过可见光和近红外光，并有效改变光路，如图3所示。而结构 单元中的其他参数如角度、弧度等采用常规的设计即可。
实施例2
本实施例中的透光模组和黑色透光膜片和实施例1基本相同，区别点在于 本实施例中的黑色透光膜片的原料按质量百分比计包括如下成分：
以上组分中，具体的，聚碳酸酯-甲基硅氧烷共聚物为PC TARFLON NEO RC1700，有机硅共聚率为9％；近红外调控剂选用粒径1050nm的苝黑；紫外线 阻隔剂为2-(2H-苯并三唑-2-基)-4-(1,1,3,3-四甲基丁基)苯酚；抗氧剂为3,9-二 (2,4-二枯基苯氧基)-2,4,8,10-四氧杂-3,9-二磷杂螺[5.5]十一烷(S9228)；润滑剂为 季戊四醇油酸酯。炭黑采用卡博特M1000型号，粒径为12nm。色浆为黑色色浆， 粒径为12nm。
本实施例中的黑色透光膜片的可见光透过率为4.7～4.8％；黑色透光膜片的 近红外光透过率为19.6～19.7％。
实施例3
本实施例中的透光模组和黑色透光膜片和实施例1基本相同，区别点在于 本实施例中的黑色透光膜片的原料按质量百分比计包括如下成分：
以上组分中，具体的，聚碳酸酯-甲基硅氧烷共聚物为PC TARFLON NEO RC1700，有机硅共聚率为3％；近红外调控剂选用粒径为900nm的苝黑；紫外 线阻隔剂为2,2’-(1,4-亚苯基)双(4H-3,1-苯并噁嗪-4-酮)；抗氧剂为三(2,4-二叔丁 基苯基)亚磷酸酯(168)；润滑剂为季戊四醇硬脂酸酯。炭黑采用卡博特R660型 号，粒径为24nm。色浆为黑色色浆，粒径为24nm。
本实施例中的黑色透光膜片的可见光透过率为4.6～4.7％；黑色透光膜片的 近红外光透过率为19.4～19.5％。
实施例4
本实施例中的透光模组和黑色透光膜片和实施例1基本相同，区别点在于 本实施例中的黑色透光膜片的原料按质量百分比计包括如下成分：
以上组分中，具体的，聚碳酸酯-甲基硅氧烷共聚物为PC TARFLON NEO RC1700，有机硅共聚率为3％；近红外调控剂选用粒径为900nm的苝黑；紫外 线阻隔剂为2,2’-(1,4-亚苯基)双(4H-3,1-苯并噁嗪-4-酮)；抗氧剂为三(2,4-二叔丁 基苯基)亚磷酸酯(168)；润滑剂为季戊四醇硬脂酸酯。炭黑采用卡博特R660型 号，粒径为24nm。色浆为黑色色浆，粒径为24nm。
本实施例中的黑色透光膜片的可见光透过率为4.0～4.1％；黑色透光膜片的 近红外光透过率为16.7～17.4％。
实施例5
本实施例中的透光模组和黑色透光膜片和实施例1基本相同，区别点在于 本实施例中的黑色透光膜片的原料按质量百分比计包括如下成分：
以上组分中，具体的，聚碳酸酯-甲基硅氧烷共聚物为PC TARFLON NEO RC1700，有机硅共聚率为3％；近红外调控剂选用粒径为900nm的苝黑；紫外 线阻隔剂为2,2’-(1,4-亚苯基)双(4H-3,1-苯并噁嗪-4-酮)；抗氧剂为三(2,4-二叔丁 基苯基)亚磷酸酯(168)；润滑剂为季戊四醇硬脂酸酯。炭黑采用卡博特R660型 号，粒径为24nm。色浆为黑色色浆，粒径为24nm。
本实施例中的黑色透光膜片的可见光透过率为3.4～4.7％；黑色透光膜片的 近红外光透过率为15.6～16.1％。
实施例6黑色透光膜片的制备方法
以下以实施例1中黑色透光膜片为例，介绍膜片的制备方法，具体包括如 下步骤：
1)制备母粒
将制备黑色透光膜片的原料按实施例1中的比例投入挤出机中挤出造粒， 得到母粒。
挤出时挤出机设置有4个加热段，第一加热段265℃、第二加热段280℃、 第三加热段280℃、第四加热段275℃，挤出机主机的螺杆转速为280r/min，料 斗进料螺杆的转速为30r/min。
2)准备模具
本实施例中，黑色透光膜片的制备采用传统的模具注塑工艺。模具具有用 于形成深色透光膜片的腔体，腔体包括对应形成光泽面的第一表面和对应非光 泽面的第二表面，第一表面的表面采用400#～1000#抛光设备进行抛光，以使得 制备得到的黑色透光膜片的光泽面的表面粗糙度Ra为0.05～0.2μm左右；第二 表面的表面采用8#的磨料进行处理，以使得制备得到的黑色透光膜片的非光泽 面的表面粗糙度Ra为5μm左右。
其中，磨料为现有技术中常见的如金刚砂、石英砂等；抛光设备如砂纸、 打磨轮相关领域常见的抛光设备等。关于模具的抛光和喷砂方法采用本领域的 常规技术手段。在其他的一些实施例中，为了能够得到不同的表面粗糙度，可 以通过选用不同的磨料和抛光设备来实现。
3)制备膜片
将步骤1)中的母粒加热后注射至模具中的腔体内，经模具注塑工艺制备得 到黑色透光膜片。其中，第一表面对应形成膜片的光泽面，第二表面对应形成 膜片的非光泽面。制备过程中的一些参数如注塑时的参数为本领域技术人员的 常规选择。
为了方便叙述，上述将制备方法分为了三个步骤，但是其并没有先后顺序 的限定，在制备母粒的同时也能够准备模具。
以上步骤为制备不规则非光泽面的透光膜片的过程。当制备具有规则光学 结构的透光膜片时，只需要将上述模具替换为具有对应规则的纹路的模具即可。
实施例7
将实施例1-5中的黑色透光膜片进行可见光和近红外光的透过率的测试。测 试时，采用的是3pcs，即以下的测试数据为3个样品的平均数值。
表1可见光和近红外光的透过率的测试结果以及颜色比对
注：可见光的透过率测试的为550nm波长处的透过率，近红外光的透过率测试的为940nm波长处的透过率。
从表1可以看出，本发明的实施例1-5中的黑色透光膜片，当光线从非光泽 面射入、从光泽面射出的可见光透过率为4.6～4.8％，近红外光透过率为19.4～ 19.7％；当光线从光泽面射入、从非光泽面射出的可见光透过率为4.6～4.7％，近 红外光透过率为19.0～19.5％。且非光泽面的表面粗糙度越大，光线透过率越低。 即无论光线从黑色透光膜片非光泽面或者从光泽面射入，可见光和近红外光的透 过率基本保持一致，使得本产品的适用范围广，如智能家电家居产品需要感知 自然光的条件下。实施例4和5在产品的厚度增加的情况下，光线透过率有所 下降。
以上实施例中未有特别说明的原料均通过商购获得。没有特别提及温度的 操作在室温下进行。未有特别说明的操作方法与条件可采用本领域的公知或常 规的手段与条件。
以上实施例中均以黑色透光膜片为例，在其他的实施例中也可改变炭黑的 添加量或采用与炭黑功能类似的深色固体粉末来制备其他深颜色的透光膜片， 并达到范围可控的光线透过率。
本发明的深色透光膜片，在其制备的原料中加入了近红外调控剂和炭黑的 可见光调控剂，能够实现可见光和近红外光的调控、同时满足可见光和红外光 的透过要求，并通过深色透光膜片的结构设计，使得深色透光膜片的可见光和 近红外光分别达到可控范围的透过率。
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些 范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范 围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间 可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文 中具体公开。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技 术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范 围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护 范围之内。
