Einfluss des Lichtdiffusionsmittels auf die Eigenschaften von Lichtdiffusionskunststoffen

Als Festkörper-Halbleiterbauelement, das elektrische Energie direkt in Lichtenergie umwandelt, verfügt die Leuchtdiode (LED) nicht nur über eine solide Struktur, Stoßfestigkeit, schnelle Lichtreaktion, lange Lebensdauer, sondern auch über einen geringen Energieverbrauch. Die LED ist eine Punktlichtquelle. In praktischen Anwendungen ist es in der Regel notwendig, sie in eine Linien- oder Flächenlichtquelle umzuwandeln, um das Licht hell und weich zu machen. Um diese Umwandlung zu erreichen, werden lichtstreuende Materialien benötigt. Photodiffusionsmaterialien bestehen im Allgemeinen aus Lichtdiffusionsmitteln und Polymeren.

1. Lichtstreuungsmittel

Das Lichtdiffusionsmittel wird durch spezielle Verarbeitung und Oberflächenbehandlung hergestellt. Die Partikelgröße liegt im Allgemeinen zwischen 1 μ m und 10 μ m, und die durchschnittliche Partikelgröße beträgt etwa 2 μ m. Die Perlen haben die Funktion des Astigmatismus, gute Fließfähigkeit und gute Kompatibilität mit optischen Harzsubstrat.

Gegenwärtig werden optische Diffusoren hauptsächlich in anorganische und organische Typen unterteilt. Anorganische Lichtdiffusionsmittel umfassen hauptsächlich anorganische Partikel wie Siliziumdioxid, Titandioxid, Kalziumkarbonat, Aluminiumhydroxid und Glasperlen, während organische Lichtdiffusionsmittel hauptsächlich vernetztes Polystyrol, Polymethacrylat und andere organische Polymer-Mikrokugeln umfassen.

Anorganisches Lichtstreuungsmittel

Wenn anorganische Partikel wie Siliziumdioxid, Titandioxid und Kalziumkarbonat hinzugefügt werden, wird das Licht unzählige Male durch die Oberfläche der winzigen Partikel gestreut, um den Effekt eines gleichmäßigen Lichts zu erzielen. Obwohl anorganische Partikel eine gute Hitzebeständigkeit aufweisen, haben sie unterschiedliche Formen, eine große Abweichung der Partikelgröße und eine uneinheitliche Lichtstreuung; anorganische Lichtstreuungsmittel sind mikroskopisch gesehen feste Mikrokugeln, durch die das Licht nicht hindurchgehen kann. Es beeinträchtigt die Übertragung von viel Licht, und nur ein Teil des Lichts wird gebrochen, wodurch die Helligkeit oder die Übertragung von Licht beeinträchtigt wird. Diejenigen, die für Lampenschirme eine Lichtdurchlässigkeit von mehr als 50% benötigen, können kein anorganisches Lichtstreumittel wählen.

Organisches Lichtstreumittel
Vernetzte Polystyrol- und Polymethacrylat-Mikrokugeln haben eine gute Formbeständigkeit, eine kontrollierbare Abweichung der Partikelgröße, eine hohe Lichtdurchlässigkeit, aber eine geringe Wärmebeständigkeit. Bei der Extrusionsgranulierung von Lichtdiffusionspolymeren und beim Hochtemperatur-Spritzguss oder Extrusionsguss von Lichtleitvorrichtungen neigen die Polymerteilchen zur Verformung, wodurch die gleichmäßige Lichtdiffusion beeinträchtigt wird. Darüber hinaus ist die Lichtbeständigkeit des Polystyrol-Lichtleiters schlecht, und er vergilbt leicht, was sich auf die Qualität und Lebensdauer der LED auswirkt.

In den letzten Jahren wurden organisch-anorganische hybride Organosilizium-Mikrosphären-Lichtdiffusoren entwickelt. Der Mikrokugel-Lichtdiffusor aus Silikon hat nicht nur die Eigenschaften der hohen Hitzebeständigkeit, Lichtbeständigkeit und Alterungsbeständigkeit anorganischer Partikel, sondern auch die Eigenschaften der Homogenität der organischen Partikelform, der hohen Lichtdurchlässigkeit und der guten Gleichmäßigkeit der Lichtdiffusion, und sein Brechungsindex kann mit dem Wechsel synthetischer Monomere verändert werden, und die Oberfläche der Partikel kann in situ durch Lichtdiffusion verändert werden. Es hat eine breite Anwendungsperspektive zur Verbesserung der Kompatibilität und Anpassungsfähigkeit von Lichtdiffusionspartikeln mit Polycarbonat (PC), Polymethylmethacrylat (PMMA), Polystyrol (PS) und anderen Lichtleiterplatten-Matrixharzen. Daher wird erwartet, dass Silikonmikrokugeln zu einem leistungsstarken optischen Diffusor für LED werden. Silikon-Lichtdiffusionsmittel ist in der Regel ein Mikrokugelprodukt, das aus Methyltrimethoxysilan und Phenyltrimethoxysilan durch Hydrolyse, Kondensation und Vernetzungsreaktion gebildet wird. Die Partikelgrößenverteilung liegt zwischen 1 μ m und 8 μ m, und die durchschnittliche Partikelgröße beträgt 2 μ 4 μ m.

2 lichtstreuende Kunststoffe
Wenn der Lichtdiffusor dem PC-Harz hinzugefügt wird, ist der Lichtdiffusor kugelförmig und gleichmäßig im PC-Harz verteilt, um eine Inselstruktur zu bilden. Aufgrund des unterschiedlichen Brechungsindex des PC-Harzes und des Lichtdiffusors ähnelt das Licht einer spiegelnden Reflexion an der Oberfläche des Lichtdiffusors, und der Lichtdiffusionseffekt wird nach mehreren Reflexionen erzielt.

Es gibt im Allgemeinen zwei Methoden für die Herstellung von Photodiffusionsmaterialien, eine ist die Polymerisation, die andere die Modifikation durch Mischen, wobei jede Methode ihre eigenen Merkmale hat. Nach dem Prinzip der Lichtbrechung besteht die Polymerisationsmethode darin, die Co-Polymerisation von zwei Arten von Polymermonomeren mit unterschiedlicher Brechung und schlechter Kompatibilität oder die stückweise Polymerisation zu wählen, um weitere lichtstreuende Materialien herzustellen. Die übliche Polymerisationsmethode besteht darin, zwei Arten von Monomeren mit unterschiedlicher Reaktionsaktivität herzustellen, da die Reaktionsaktivität des Streumonomers sich von der des Matrixmonomers unterscheidet und das Streumonomer eine Selbstpolymerisation oder Blockcopolymerisation mit dem Matrixmonomer bewirkt. Auf diese Weise sind die optischen Eigenschaften der kondensierten Kerne, die in den jeweiligen Polymerisationsketten gebildet werden, einheitlich, und das Licht wird an der Grenze des kondensierten Kerns reflektiert und gebrochen, wodurch Streuung entsteht. Die Polymerisation ist bei der Herstellung von Photodiffusionsmaterialien auf Poly(methylmethacrylat)-Basis (PMMA) weit verbreitet, wird aber bei der Herstellung von Photodiffusionsmaterialien auf PC-Basis nur selten eingesetzt, und auch die entsprechenden Berichte und Studien sind sehr selten.

Bei der Mischungsmodifikation wird der Lichtdiffusor dem PC-Harz zugesetzt. Der Lichtdiffusor ist kugelförmig und gleichmäßig im PC-Harz dispergiert, um eine Inselstruktur zu bilden. Aufgrund des unterschiedlichen Brechungsindex des PC-Harzes und des Lichtdiffusors ähnelt das Licht einer spiegelnden Reflexion an der Oberfläche des Lichtdiffusors, und der Lichtdiffusionseffekt wird nach vielen Reflexionen erreicht. Gleichzeitig bestimmen die Menge des optischen Diffusors, die Partikelgröße und -verteilung sowie der Brechungsindex die optischen Eigenschaften des Materials. Derzeit werden viele neue Arten von Lichtstreumaterialien mit Hilfe von Methoden hergestellt, da diese Methode der Polymerdotierung ähnelt und der Prozess einfach ist, insbesondere bei Lichtstreuplatten mit sehr großem Verbrauch kann diese Methode kontinuierlich hergestellt werden und hat eine hohe Produktionseffizienz. .

Das Lichtdiffusionsmittel wird PC, PMMA, PS und anderen transparenten Kunststoffen zugesetzt, um Lichtdiffusionskunststoffe zu erhalten, die nicht nur die Lichtquelle und blendendes Licht abdecken, sondern auch dafür sorgen, dass das gesamte transparente Harz ein weicheres, schöneres und eleganteres Licht ausstrahlt, um den angenehmen Effekt der Lichtdurchlässigkeit und Opazität zu erzielen.
Um die Probleme der Blendung und der Schädigung durch blaues Licht bei LED-Beleuchtung zu lösen, wurden ausgehend von Organosilizium-Lichtstreumaterialien Titandioxid (TiO2) und Ceroxid (CeO2) verwendet, um die Oberfläche des Lichtstreumittels zu modifizieren und zu funktionalisieren, so dass Lichtstreumaterialien mit guten optischen Eigenschaften und Blaulichtabschirmungsfunktion entstehen.

Wie wirkt sich das Lichtdiffusionsmittel auf die Eigenschaften von Lichtdiffusionskunststoffen aus?

Die Arten von Lichtstreuungsmitteln lassen sich in drei Kategorien einteilen: organische Partikel, anorganische Partikel und Verbundmaterialien. Streuteilchen müssen die folgenden drei Punkte erfüllen:
Die wichtigsten Ergebnisse lauten wie folgt:

(1) es gibt einige Unterschiede zwischen den optischen Eigenschaften und den Matrixmaterialien.
(2) Das durchgelassene Licht sollte nicht oder nur wenig absorbiert werden.
(3) die Größe der Partikel muss bestimmten Anforderungen entsprechen.

Zu Beginn der Forschung wurden häufig anorganische Streuteilchen verwendet, aber diese Teilchen sind hart und unregelmäßig, so dass sie die Geräte während der Verarbeitung leicht beschädigen können, und die dispergierten Teilchen sind nicht einheitlich genug. Wenn die Größe der Partikel selbst zu groß ist, wird die Oberfläche des Polymermaterials nicht glatt sein. Daher werden anorganische Partikel in der Produktionspraxis nach und nach ersetzt. Die Kompatibilität zwischen organischen Streupartikeln und dem Substrat ist besser als die von anorganischen Partikeln, so dass sie allmählich den Platz der anorganischen Partikel einnehmen. Es hat sich herausgestellt, dass die Streupartikel mit Schalen-Kern-Struktur größere Vorteile haben, da die Partikel mit dieser Struktur aus Kern und Schale bestehen und die äußersten Kern-Schale-Materialien gut kompatibel sein können, wodurch die Dispersionseigenschaften der Streupartikel verbessert werden. Gleichzeitig werden durch die enge Bindung zwischen den Partikeln auch die mechanischen Eigenschaften der Verbundstoffe verbessert. Wird ein härteres Material für den Kern verwendet, verbessert sich die Schlagzähigkeit des Materials.

Brechungsindex des optischen Diffusionsmittels
Nach der Lichtstreutheorie steht die Lichtstreuwirkung verschiedener Lichtstreupolymere mit gleichem Volumen und gleichem Durchmesser des Lichtstreuungsmittels in direktem Zusammenhang mit dem Brechungsindex. Bei PC-Lichtdiffusionsmaterialien bestimmt der Unterschied im Brechungsindex zwischen den Partikeln des Lichtdiffusionsmittels und dem Matrixharz direkt den Diffusionseffekt und den Lichtdurchlässigkeitseffekt der Lichtdiffusionsmaterialien.

Die Teilchendurchmesser des Lichtstreumittels
Die Partikel des Lichtstreuungsmittels sind in den Harzmatrixmaterialien dispergiert, und der Durchmesser dieser Partikel wirkt sich ebenfalls auf die Eigenschaften der Verbundwerkstoffe aus. Es wird festgestellt, dass bei einer bestimmten Dotierungskonzentration die Lichtdurchlässigkeit allmählich mit der Zunahme des Partikeldurchmessers des Lichtdiffusionsmittels zunimmt, während die Diffusivität schnell ansteigt und nach Erreichen des Spitzenwerts zu sinken beginnt. Mit der Zunahme des Partikeldurchmessers des Lichtdiffusionsmittels wird der Rückwärtsstreueffekt geschwächt, während der Vorwärtsstreueffekt verstärkt wird und die Lichtdurchlässigkeit zunimmt.

Wenn kleine Partikel wie z. B. Nanopartikel in PC gemischt werden, hängt die Diffusivität hauptsächlich von der Streufähigkeit der Partikel des Lichtdiffusionsmittels ab, so dass der Streukoeffizient klein und die Diffusivität ebenfalls sehr gering ist. Wenn der Durchmesser der Partikel allmählich zunimmt, erhöht sich die Streufähigkeit der Partikel, was zu einem Anstieg der Diffusionsfähigkeit führt. Wenn der Durchmesser der Partikel weiter zunimmt, wird das Streuvermögen nicht mehr stark beeinträchtigt, und das gestreute Licht konzentriert sich größtenteils an der Vorderseite, so dass die Diffusivität einen Abwärtstrend aufweist.

Dotierungsmenge der Lichtstreuungsmittelteilchen
Die Dotierung der Partikel mit Lichtstreuungsmitteln ist ebenfalls ein wichtiger Faktor, der die Streuwirkung von Materialien bestimmt. In der numerischen Simulationsstudie wird festgestellt, dass die Dotierungsmenge der Streuungsteilchen die Gleichmäßigkeit der Lichtausgangsfläche bestimmen kann. Wenn die Dotierungsmenge der Streuteilchen im Medium den kritischen Punkt überschreitet, erscheint der stärkste Teil des Ausgangslichts weit entfernt von der Lichtquelle, und wenn die Konzentration der Teilchen gerade am kritischen Punkt liegt, ist die Ausgangslichtintensitätsverteilung sehr gleichmäßig. Mit zunehmender Menge an Streuteilchen verschiebt sich die maximale Intensität des Ausgangslichts von der Ferne in die Nähe. Solange wir also die Anzahl der Dotierpartikel effektiv kontrollieren, können wir eine gleichmäßige Lichtverteilung erzielen.