СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МАТРИЦЫ, МАТРИЦА И СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МИКРОСТРУКТУРНОГО РЕЛЬЕФА СВЕТОРАССЕИВАЮЩЕЙ ПАНЕЛИ С ЕЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ
METHOD FOR PRODUCING MATRIX, MATRIX AND METHOD OF PRODUCING MICROSTRUCTURE RELIEF OF LIGHT-DIFFUSING PANEL AND ITS USE

Изобретение относится к области электротехники, более конкретно к способам изготовления светильников общего применения, использующих "точечные" источники света преимущественно большой яркости, в частности светодиодные, и обеспечивающих равномерное распределение светового потока на освещаемой площади.
В существующих в настоящее время светильниках, в которых в качестве источника света используют лампы накаливания или люминесцентные лампы, светорассеивающие панели (плафоны) выполнены обычно из молочного (опалового) либо матового стекла, а также из прозрачного либо опалового стекла, имеющего призматическую или иного вида структуру.
Эффект рассеивания света достигается за счет глушения стекла в массе соединениями фтора и фосфора (молочные стекла) или деформированием поверхности изделий из прозрачного стекла, например, матированием, образованием на поверхности при формовании неровностей неопределенной формы, срывом поверхностного слоя стекла.
Матированное плоское и объемное стекло изготовляют путем абразивной обработки поверхности стекла с помощью пескоструйного аппарата, в который одновременно подается песок и сжатый воздух (Заявка на изобретение RU 94033247/08. от 20.07.96, МПК В24С 1/04. «Способ пескоструйной обработки и устройство для его реализации»). Зерна песка, с силой ударяясь о поверхность стекла, нарушают ее целостность и образуют каверны-выемки, которые, действуя подобно линзам, рассеивают свет.
Известен способ изготовления листового профилированного стекла путем подачи стекломассы в ванну на поверхность расплавленного металла, формования ленты и последующего формования профиля с помощью охлаждаемого профилированного валка, расположенного поперек ленты стекла, формирование профиля осуществляют парой валков, расположенных над и под лентой стекла, причем последний устанавливают выше уровня расплава металла. Способ позволяет получить высококачественное конструктивное и декоративное узорчатое стекло с огненно-полированными поверхностями и с профилем поперечного сечения, обеспечивающим повышенную прочность (С03В 18/02. Патент на изобретение RU 1443351 A1, опубл. 27.07.1995. «Способ изготовления листового профилированного стекла»).
Более перспективным является использование в качестве материала светорассеивающей панели вместо стекла оптически прозрачных полимеров, например полиметилметакрилата либо поликарбоната, что позволяет уменьшить вес светильника, повысить степень его травмобезопасности. Кроме того, применение таких материалов позволяет получить большое разнообразие как конструкторских, так и дизайнерских решений светильников.
Применение оптически прозрачных полимеров позволяет повысить к.п.д. светильника за счет большего коэффициента пропускания изготовленной из них светорассеивающей панели. При этом возникает необходимость получения на панелях из такого материала эффекта светорассеяния, что особенно актуально при использовании «точечных» источников света большой яркости на базе мощных светодиодов широкого спектра излучения.
Известен способ получения рифленой поверхности листов полимеров, когда при формовке полимерной массы используют механическое воздействие на ее поверхность, применяя, например, для этой цели вальцы (B29D 7/01, В29В 7/56, В29K 27/06. Патент на изобретение RU 2250165 C2, опубл. 20.04.2005. «Устройство вальцов для изготовления полимерных рифленых листов»). Устройство вальцов содержит валки с обогревом и регулированием зазора между ними. Валки имеют рифленый профиль формующих поверхностей в виде выпуклых и вогнутых кривых. Формообразующая поверхность валков выполнена в виде параболических кривых по форме с различной кривизной для выступов и впадин. Изобретение обеспечивает большую деформационную способность и равномерность распределения расплава полимера.
Известен способ получения рифленой поверхности экструдируемых листов полимера, когда используемая экструзионная головка содержит корпус с системой охлаждения и с расположенными в нем двумя профильными вкладышами, образующими между собой формующую щель, сообщающуюся с проточным каналом, при этом формующая щель имеет равное поперечное сечение по всей ширине в виде синусоидальной кривой (В29С 47/14. Патент на изобретение RU 2203184 C1, опубл. 27.04.2003. «Экструзионная головка для изготовления полимерных рифленых листов»).
Недостатком этих способов является то, что они позволяют получить рельеф с достаточно крупными размерами.
Наиболее близким по заявленной сущности и взятым за прототип является способ ротационного тиснения, при котором рельеф на поверхности листа полимера формируют, прокатывая по ней заготовку цилиндрической формы, имеющую на своей поверхности рифленую поверхность, образованную чередующимися с заданным шагом в продольном и поперечном направлениях выступами, сужающимися и/или несужающимися кверху, и канавками. При этом рифленую поверхность на заготовке получают путем ее обработки в поперечном направлении режущим инструментом, а продольные канавки выполняют посредством электроэрозионной или электрохимической обработки, а шаг выступов в продольном и поперечном направлениях заготовки выбирают постоянным или переменным (В23Н 9/00. Заявка на изобретение RU 2008106867 A, опубл. 10.09.2009. «Способ изготовления валка для ротационного тиснения и валок, изготовленный таким способом»).
Недостатком прототипа является то, что на валках сложно получить механическим способом микроструктурный рельеф требуемой геометрии, обеспечивающий должные параметры светорассеяния, например, представляющий собой нерегулярную трехмерную структуру хаотично расположенных неровностей в виде питов (углублений) или выпуклостей произвольной геометрической формы, с размерами по трем координатам менее 50 мкм.
Задачей изобретения является создание нового экономичного способа получения микроструктурного рельефа поверхности светорассеивающей панели из оптически прозрачного полимера с характерными размерами неровностей (углублений или выступов) в диапазоне (500-50000) нм.
С целью решения поставленной задачи согласно первому аспекту изобретения заявлен способ получения матрицы, используемой для получения микроструктурного рельефа светорассеивающей панели, согласно которому на первом этапе создают модель поверхности с требуемым микроструктурным рельефом путем нанесения на лист кислотостойкого материала адгезива с последующим размещением поверх него слоя из смеси фракций твердых кристаллических пород с прилеганием гранул в этом слое друг к другу, затем на полученную модель поверхности с заданным рельефом наносят металлическое покрытие для создания электрического контакта по всему трехмерному профилю модели, после чего полученную таким образом заготовку загружают в качестве катода в гальваническую установку и выращивают металлический осадок по всей поверхности заготовки, впоследствии выращенный осадок отделяют от модели и придают форму с образованием металлической матрицы с заданным микроструктурным рельефом.
В предпочтительном случае металлическое покрытие на модель поверхности наносят вакуумным напылением металла, в частности, до образования слоя металла 100-150 нм.
В предпочтительном случае осаждение металла на поверхности заготовки проводят до образования осадка по поверхности модели толщиной порядка 100-300 мкм.
В предпочтительном случае металлическое покрытие на модели и металлический осадок выполняют из никеля.
Согласно второму аспекту заявлена матрица, полученная любым из описанных способов (общим или любым из предпочтительных).
Для решения поставленной задачи согласно третьему аспекту заявлен способ получения микроструктурного рельефа светорассеивающей панели, поверхность светорассеивающей панели с микроструктурным рельефом формируют литьем под давлением, причем в литьевую форму размещают матрицу, содержащую на своей поверхности копию требуемого микроструктурного рельефа, полученную одним из вышеописанных способов.
В результате создан новый, сравнительно несложный и технологичный способ получения светорассеивающих панелей с микроструктурным рельефом, характерные размеры выступов и углублений которого аналогичны характерным размерам частиц твердых кристаллических фракций, т.е. составляют порядка 500-50000 нм. При этом за счет несложной вариации размещения частиц твердых кристаллических фракций (кристаллической крошки) на слое адгезива на начальной стадии изготовления модели можно в результате получать практически любую геометрию рельефа.
Изобретение поясняется далее более подробно на конкретном примере его осуществления.
Для получения светорассеивающей панели с микроструктурным рельефом заданной формы вначале изготавливают матрицу, одна из поверхностей которой содержит заданный рельеф и которая затем неоднократно используется при производстве панелей.
Для этого сначала создают модель требуемой поверхности. С этой целью на лист кислотостойкого материала, например силикатного стекла или поликарбоната, наносят слой адгезива (клея). Затем по нему укладывают слой из смеси частиц фракций твердых кристаллических пород, например карбида кремния, так, чтобы гранулы достаточно плотно прилегали друг к другу. Размер и вид гранул выбирают в каждом конкретном случае в зависимости от размеров и геометрии рельефа светорассеивающей панели (Айзенберг Ю.Б. Основы конструирования световых приборов. М.: Энергоатомиздат, 1996).
На полученную таким образом модель поверхности с заданным рельефом наносят любым известным способом вакуумного напыления (Л.Н. Розанов. Вакуумная техника. - М.: Высшая школа, 1982; Хайнц Б. Технология магнетронного распыления для изготовления тонких пленок для электронной промышленности. Лейбольд - Хераус ГМБХ, Ганау, ФРГ) металлическое покрытие, предпочтительно из никеля, толщиной не более 100-150 нм для создания электрического контакта по всему трехмерному профилю модели поверхности.
Далее по технологии гальванопластики (Г.А.Садаков, О.В.Семенчук, Ю.А.Филимонов. Технология гальванопластики. Справочное пособие. М.: Машиностроение, 1979; Nickel electroplating solutions, by Dr.S.Aleċ Watson. Dr.S. Alec Watson operates Watson Consultancy Service. Solihull, England, and is a consultant to the Nickel Development Institute. Nickel Development Institute. 1989) заготовленную модель загружают в качестве катода в гальваническую установку (ванну) осаждения никеля и выращивают никелевый осадок по всей поверхности модели толщиной порядка (100-300) мкм. Причем начальный этап осаждения ведут при плотности тока от 0,5 до 1,0 А/кв.дм поверхности в целях получения точной никелевой копии модели поверхности. Выращенный таким образом осадок никеля промывают водой и подвергают тщательной шлифовке и полировке с тыльной стороны. Затем осадок никеля отделяют от модели и отрезают в размер, удобный для последующих операций.
Полученная таким образом матрица (например, в виде листа) из осажденного гальваническим способом никеля имеет трехмерный рельеф поверхности, повторяющий профиль модели, которая далее может быть неоднократно использована для получения светорассеивающих панелей. Поверхность панели с заданным микроструктурным рельефом легко получить литьем - полученную вышеописанным способом матрицу помещают в литьевую форму и далее формируют панель с заданной микроструктурной поверхностью с использованием известной в иных областях техники технологии литья под давлением (Киркланд К. Сверхточное литье. Перевод с английского А.Ракова. // Plastics Technology, april 1985).
Использование ряда известных в других областях техники, а потому хорошо отработанных технологий для осуществления группы изобретений обеспечивает их высокую технологичность и удобство. Полученные в результате панели с рельефом, характерные размеры элементов (выступов/углублений) которых достигают долей микрона, способны обеспечивать эффективное рассеяние света в осветительных приборах, использующих направленные источники света большой мощности, в частности светодиодные.
В заключение следует отметить, что описанный пример приведен для пояснения заявленной группы изобретений и ни в коей мере не должен рассматриваться как ограничивающий объем притязаний. Специалисту будут ясны и другие конкретные случаи осуществления изобретения, которые несмотря на отдельные несущественные отличия в режимах осуществления и/или используемых материалах будут тем не менее, как и заявленное изобретение, охарактеризованы той же совокупностью существенных признаков, приведенных в прилагаемой формуле.