تحليل خصائص الانتشار الضوئي في مصابيح LED

يستمر الأنبوب الزجاجي كغطاء لأنبوب المصباح في استخدام عملية طلاء المسحوق لأنبوب المصباح التقليدي. من أجل القضاء على الضرر الذي يلحق بالعين البشرية بسبب الوهج الناجم عن خرزات مصباح LED عالية السطوع، تم تصميم غلاف أنبوب مصباح LED (المشار إليه فيما يلي باسم أنبوب المصباح) من أجل تأثير انتشار الضوء (القضاء على الوهج) سواء باستخدام أنبوب PC (البولي كربونات) أو الأنبوب الزجاجي. تمت إضافة ناشر سيليكون إلى أنبوب المصباح مع أنبوب PC كمادة غلاف أثناء معالجة بلاستيك PC، والزجاج مطلي بطبقة طلاء لنشر الضوء على الجدار الداخلي للأنبوب الزجاجي. يختلف فقدان الامتصاص لضوء LED أيضًا باختلاف مواد الأنبوب الخارجي أو مواد نشر الضوء المستخدمة في العملية، مما يؤدي في النهاية إلى اختلاف نفاذية الضوء وكفاءة الضوء وزاوية الشعاع. سيكون لهذه الاختلافات تأثير معين على تصميم تركيبات الإضاءة وبيئة الإضاءة الداخلية.

التحليل الفني لتأثير انتشار الضوء لأنبوب المصباح.

1.1 غطاء مصباح كمبيوتر شخصي.

يمكن أن يعمل أنبوب الكمبيوتر الشخصي في نطاق درجة حرارة واسعة (- 60 ℃ إلى 120 درجة مئوية). له العديد من المزايا، مثل مقاومة الصدمات، والمعالجة البسيطة، وسهولة التشكيل، وعدم الحاجة إلى تطبيق طبقة نشر الضوء، وعدم الحاجة إلى ربط شريط الضوء بشكل منفصل، وليس من السهل أن يتلف أثناء النقل والاستخدام، ولكن عيوبه هي ضعف المقاومة للتآكل القلوي، وسهولة التصدع بسبب الإجهاد، والاصفرار والهشاشة عند تعرضه للضوء لفترة طويلة. من الصعب أن يفي معدل صيانة المصباح بمتطلبات أكثر من 30000 ساعة من مصباح LED.

1.2 مصباح زجاجي 1.2.

إن عملية طلاء طلاء طلاء الانتشار الضوئي للأنبوب الزجاجي هي تقريبًا نفس عملية طلاء مصباح الفلورسنت التقليدي، ولكن المواد الخام المستخدمة في مسحوق الطلاء لا يوجد شيء مشترك بينها. في الوقت الحاضر، يمكن تقسيم المواد الخام المستخدمة في طلاء نشر الضوء إلى ثلاثة أنواع.

الفئة الأولى هي الطلاء القائم على المذيبات (المعروف أيضًا باسم الطلاء الزيتي)، وهي العملية الأكثر نضجًا التي تطورت من صناعة الطلاء، وهذا النوع من الطلاء له أداء يشبه الطلاء بعد التجفيف وله أكثر صلابة موثوقية. الطلاء الأكثر استخدامًا هو مزيج من راتنج الأكريليك القائم على المذيبات ومسحوق انتشار السيليكون، وتصل نفاذية الضوء بشكل عام إلى 92%. على الرغم من أن عملية تطبيق الطلاء القائم على المذيبات بسيطة، إلا أنه بسبب استخدام استرات البوتيل أو مخففات البنزين، فإنه سينتج عنه رائحة مزعجة كبيرة وتلوث بالبنزين في الإنتاج، وسيتم التخلص منه تدريجيًا.

الفئة الثانية هي الطلاءات القابلة للذوبان في الماء. تستخدم الطلاءات القابلة للذوبان في الماء الماء كمادة مخففة وحمض الأكريليك القابل للذوبان في الماء كمادة رابطة. وهذه العملية خالية من التلوث. في العامين الماضيين، أصبحت هذه العملية موضوعًا مهمًا للبحث والتطوير في صناعة مصابيح LED، وتم تحقيق نتائج مهمة. في الوقت الحاضر، يتم ترسيخ جميع هذه المواد اللاصقة المعروفة إلى أغشية عن طريق تفاعل الربط المتقاطع الناتج بعد الجفاف والتجفيف، والميزة الأكبر هي أن طبقة الطلاء بعد تفاعل الربط المتقاطع لم تعد قابلة للذوبان في الماء، ويأتي ثباتها في المرتبة الثانية بعد الطلاء القائم على المذيبات، ولكنها كافية للمصباح. على الرغم من أن الطلاء القابل للذوبان في الماء له العديد من المزايا، إلا أن طبيعة تفاعل الربط المتقاطع هي التي تحدد المشكلة في العملية - صعوبة تنظيف الماكينة بسبب لب المسحوق المتبقي على معدات الماكينة والرش بعد التجفيف.

تم تطوير النوع الثالث من عملية الطلاء المائي لمصباح الفلورسنت، باستخدام ناشر الضوء بدلاً من مسحوق الفلورسنت للإضاءة، والموثق هو PEO (بولي (أكسيد الإيثيلين). بالنسبة للمصنعين الذين يقومون بتصنيع مصابيح الفلورسنت التقليدية، فإن هذه التقنية ناضجة نسبيًا، ومعدل استخدام المسحوق مرتفع، وتكلفة الإنتاج منخفضة، ومقاومة درجات الحرارة العالية للطلاء جيدة، ويمكن أن تصل نفاذية الضوء لمسحوق نشر السيليكون الجيد أيضًا إلى 92%. عيبه هو أن صلابة الطلاء أسوأ قليلاً من الطلاء المائي، ولكن نظرًا لأن المادة اللاصقة PEO الرابطة لم تمر بعملية التحميص مثل مصباح الفلورسنت، فلا يوجد تحلل في درجات الحرارة العالية، وصلابته أعلى بكثير من طبقة مسحوق المصباح الفلوري، طالما لا توجد خدوش على الطلاء في عملية الإنتاج، يمكن ضمان عدم سقوط طبقة المسحوق خلال فترة حياة المصباح.

1.3مصباح مركب من الزجاج والبترول متعدد الاستعمالات.

كما أحرزت عملية تغليف طبقة من فيلم الانتشار الضوئي على الجزء الخارجي من الأنبوب الزجاجي بعض التقدم. وتتمثل تقنية صنع طلاء نشر الضوء في لف طبقة من فيلم PET (بولي إيثيلين تيريفثاليت) على السطح الخارجي للأنبوب الزجاجي. ينتج هذا الفيلم البلاستيكي تأثير انكماش عند درجة حرارة عالية معينة ويتم لفه بإحكام على السطح الخارجي للأنبوب الزجاجي. ونظرًا لخلط الفيلم المنكمش مع ناشر الضوء، يمكن تحقيق الغرض من تشتيت الضوء. يجمع هذا النوع من أنبوب المصباح المركب بين بعض مزايا أنبوب الكمبيوتر الشخصي والأنبوب الزجاجي. يتميز بمزايا نفاذية الضوء العالية، والمعالجة البسيطة والمقاومة الجيدة للحرارة. يمكن استخدامه لفترة طويلة عند درجة حرارة 120 درجة مئوية. لديه صلابة قوية وقوة شد، وليس من السهل كسره. العيب هو أن مقاومة التآكل للبيئة القلوية ضعيفة، ولا تقاوم الغمر بالماء الساخن، لذلك من السهل أن تتشقق وتسقط في عملية الضوء طويل العمر، وتفقد تأثير انتشار الضوء.

2 مراجعة مواد نشر الضوء.

في الوقت الحاضر، مواد الانتشار المستخدمة في أنابيب الكمبيوتر الشخصي وأغشية البولي إيثيلين تيرفثالات البولي إيثيلين تيرفثالات هي في الأساس من السيليكون العضوي، في حين أن مواد انتشار الضوء المستخدمة في طلاءات الأنابيب الزجاجية هي في الأساس من السيليكون العضوي وكربونات الكالسيوم ومسحوق التلك والفوسفور وأكسيد الإيتريوم وأكسيد السيليكون وكبريتات الباريوم وما إلى ذلك. وقد تم إجراء قدر كبير من المناقشة حول خصائص ناشرات الضوء هذه في هذه الورقة. يتم استكمال بعض خصائص وتطبيقات ناشرات الضوء من السيليكون العضوي في هذه الورقة.

من بين جميع ناشرات الضوء، يتميز ناشر الضوء السيليكوني بأعلى نفاذية للضوء. تتم إضافة جسيمات مادة السيليكون الكروية الشفافة على شكل جسيمات بحجم ميكرون، وتظهر الصور المجهرية في الشكل 1، والتي يمكن أن تكون مشتتة بشكل موحد في الراتنج عند استخدامها في الكمبيوتر الشخصي، والـ PET، وغراء التعبئة. يمكن أن يمر ضوء المصباح من خلال الكرات الشفافة في هذه الطلاءات المكونة للفيلم، بحيث أنه بعد عدة مرات من الانكسار والانعكاس، يتشتت الضوء القوي المنبعث من حبات مصباح LED وينبعث بالتساوي من سطح أنبوب الكمبيوتر الشخصي أو فيلم PET، مما يحول مصدر الضوء النقطي إلى مصدر ضوء سطحي، مما يزيل الضوء الوتر ويخفف الضوء. ونظرًا لأن الضوء ينقل الضوء مباشرةً عبر كرة ناشر الضوء، يتم تجنب الانعكاس والامتصاص المتعدد، ويتم تقليل فقدان الضوء، ويتم تحسين نفاذية الضوء.

يعتبر ناشر ضوء السيليكون مناسبًا للاستخدام في أنبوب الكمبيوتر الشخصي وفيلم PET، ولكنه يحتاج إلى معالجة خاصة في عملية الطلاء القابل للذوبان في الماء، وإلا فإنه من الصعب تفريقه بالتساوي وتشكيل تعليق، ومن الصعب التحكم في جودة الطلاء. في نفس الوقت، لأنه على وجه التحديد لأنه شفاف، وسوف ينخفض الضباب قليلاً بينما تكون نفاذية الضوء عالية، لذلك لا يتم استخدامه بمفرده بشكل عام، ويكون تأثير الخلط مع ناشر الضوء غير العضوي أفضل.

بالنسبة إلى ناشرات الضوء غير العضوية، ينتشر الضوء بشكل موحد عبر سطح الجسيمات الصغيرة بعد انعكاسات متعددة، ولكن من الصعب على الضوء أن يخترق جزيئات المسحوق غير العضوي مباشرة، كما يصعب تشكيل مسحوق الانتشار الضوئي غير العضوي جزيئات كروية. لذلك، يزداد امتصاص الضوء لمسحوق الانتشار نفسه، مما يؤدي إلى انخفاض نفاذية الضوء، ويمكن أن تصل نفاذية الضوء لمسحوق الانتشار غير العضوي الجيد مثل أكسيد الإيتريوم إلى حوالي 91% (الشكل 2). في الوقت الحاضر، مع استخدام طلاء جيد لمواد الانتشار وفيلم PET عالي الجودة، يمكن أن تصل نفاذية الضوء لأنبوب مصباح LED T8 إلى 92%. يمكن أن تصل نفاذية الضوء للأنبوب البلاستيكي للكمبيوتر الشخصي أيضًا إلى 91.5%، والتي لها علاقة كبيرة بمعامل امتصاص الضوء للبلاستيك نفسه أكثر من الزجاج. مع تحسين نفاذية الضوء، من ناحية، يمكن تحسين كفاءة الضوء للمصباح، ومن ناحية أخرى، يمكن تقليل درجة حرارة أنبوب المصباح وإطالة عمر مكونات مصدر الطاقة. إنه على وجه التحديد لأنه من الصعب أن يمر الضوء مباشرة من خلال جزيئات مسحوق مسحوق انتشار الضوء غير العضوي، في حين أن أوقات الانعكاس تزداد، فإن ضباب المسحوق سيزداد أيضًا، وبالتالي فإن ضباب مسحوق انتشار الضوء غير العضوي أعلى.

3. اختبار وتحليل نفاذية الضوء.

3.1 تأثير سماكة الطلاء على نفاذية الضوء.

يوضح الجدول 1 القيم المقاسة لنفاذية الضوء بالوزن (السماكة) المختلفة المطلية بمادة رابطة ذات أساس مذيب. ويتضح من الجدول أنه مع زيادة كمية الطلاء، يزداد امتصاص الضوء من ناشر الضوء، مما يؤدي إلى انخفاض تدريجي في نفاذية الضوء، كما وجد أنه عندما يزيد طلاء المسحوق (أي السماكة) بمقدار 67%، تنخفض نفاذية الضوء بمقدار 1.7% فقط.

تم قياس الأجزاء المختلفة من الأنبوب الزجاجي القابل للذوبان في الماء بطول 1.2 متر والمغلف بطبقة انتشار الضوء القابلة للذوبان في الماء. تم تقسيم أنبوب المسحوق إلى منطقة واحدة لكل 300 مم، ثم تم رصد نفاذية الضوء للأقسام الأربعة على التوالي (انظر الجدول 2). من الرقيقة إلى السميكة، انخفضت نفاذية الضوء من 92.7% إلى 90.8%، بفارق 1.9%.

3.2 تأثير سمك جدار الأنبوب الزجاجي على نفاذية الضوء.

من خلال تحليل نفاذية الضوء للأنبوب الزجاجي Na-Ca-Si بسماكات مختلفة للجدار، وجد أن نفاذية الضوء للأنبوب الزجاجي وأنبوب المسحوق تنخفض قليلاً مع زيادة سماكة الأنبوب الزجاجي، ولكن مدى الانخفاض ليس واضحًا. زاد سُمك الجدار من 0.65 مم إلى 0.90 مم، بزيادة قدرها 38%، بينما انخفضت نفاذية الضوء بمقدار 1.0% فقط (انظر الجدول 3).

4 التحليل التجريبي لزاوية الشعاع 4.

يعتمد تصميم المصباح على معلمات زاوية شعاع مصدر الضوء. عند استبدال مصباح الفلورسنت التقليدي T8، يسعى مصباح LED T8 دائمًا إلى الحصول على زاوية شعاع أكبر، كلما كانت زاوية الشعاع أكبر، كان ذلك أفضل (الشكل 3). مصباح الفلورسنت T8 التقليدي هو مصدر إضاءة غير اتجاهي ، ويصدر المصباح ضوءًا عند المقطع العرضي 180 درجة من C 0 ram ، لذلك عند استخدامه للإضاءة الداخلية ، فإن المساحة بأكملها تتمتع بشعور شفاف ، مما يمنح الناس متعة بصرية مريحة. أما بالنسبة لأنبوب LED T8، فتوجد حبات المصباح في شريط مصدر الضوء في الجزء العلوي من أنبوب المصباح وتتوهج من 180 درجة إلى الأنبوب. بعد تشتيت الضوء من خلال مسارات انتشار الضوء المختلفة، تكون زاوية الشعاع الاتجاهي المتكونة في المقطع المتقاطع C 0 ram 180 درجة مختلفة أيضًا.

4.1 تأثير حجم الجسيمات على زاوية الشعاع.

يمكن أن ينتج عن حجم الجسيمات الكبير لعامل نشر الضوء ضبابية عالية، في حين أن حجم الجسيمات الصغير يمكن أن ينتج نفاذية جيدة للضوء. نظرًا لمحدودية الظروف التجريبية، لا يمكن قياس الضباب في التجربة، ولا يمكن تقييم الضباب إلا من خلال ملاحظة ما إذا كان المصباح شفافًا أم لا. استُخدمت ثلاثة أنواع من مصابيح الطلاء غير العضوي بمتوسط أحجام جسيمات 1.1 ميكرومتر و4.6 ميكرومتر و8.0 ميكرومتر لاختبار زاوية الشعاع (انظر الجدول 4). يمكن أن نرى من البيانات التجريبية أنه مع نفس النوع من شريط حبة المصباح، لا يمكن رؤية حبة المصباح في الطرف الرقيق من سمك المسحوق. مع انخفاض حجم الجسيمات ووزن مسحوق المسحوق المنتشر، تنخفض زاوية شعاع أنبوب المصباح تدريجياً، ووجد أن أقصى فرق لزاوية الشعاع هو 50 درجة.

4.2 تأثير المواد المختلفة على زاوية الشعاع.

باستخدام نفس شريط ضوء LED، باستخدام طرق ومواد نشر مختلفة، تكون زاوية الشعاع مختلفة. من النتائج التجريبية، فإن زوايا الشعاع لأنبوب الكمبيوتر الشخصي، والطلاء الزيتي، وفيلم PET، والطلاء المنقول بالماء هي نفسها بشكل أساسي، في حين أن زاوية الشعاع لطلاء نشر الضوء المصنوع بواسطة عملية الطلاء المائي للمصباح الفلوري التقليدي يمكن أن تصل إلى حوالي 320 درجة (انظر الجدول 5).

ويرجع ذلك إلى فجوة الجسيمات الكبيرة في طلاء مسحوق الانتشار الضوئي التقليدي للمصباح الفلوري المغلف بالماء مقارنة بعمليات الطلاء المذكورة أعلاه (الشكل 4). إن جزيئات مسحوق مادة ناشر الضوء غير العضوي عبارة عن جزيئات مسحوق غير كروية ومضلعات غير منتظمة، كما أن تناسق حجم الجسيمات ضعيف، إلى جانب أن مسحوق نشر الضوء غير العضوي غير شفاف، ولا يمكن للضوء أن يمر مباشرة عبر جزيئات المسحوق، كل هذا يؤدي إلى أن ينعكس الضوء عدة مرات بشكل غير منتظم في طبقة المسحوق قبل أن يتمكن من اختراق طبقة المسحوق، ومن الواضح أن زاوية الانبعاث بعد تشتت الضوء أكبر من تلك التي بعد المرور عبر طلاء الكرة المنتظمة الشفافة الكثيفة.

5 ملاحظات ختامية.

تلعب مادة نشر الضوء دورًا حاسمًا في نفاذية الضوء للمصباح، حيث يعتبر السيليكون العضوي أكثر مواد نشر الضوء مثالية. تتمتع عملية مسحوق نشر الضوء غير العضوي PEO التقليدي بمزايا واضحة في زيادة زاوية شعاع أنبوب LED T8. إن البحث عن مواد نشر الضوء مع نفاذية أعلى للضوء، وضبابية أفضل ونسبة أداء إلى سعر أعلى لطلاءات نشر الضوء القابلة للذوبان في الماء هو محور البحث والتطوير لفترة طويلة في المستقبل.