Die Anforderungen der LED-Technologie an optische Diffusionsmaterialien und die Entwicklungsbedingungen für optische Diffusionsmaterialien

1.1 LED-Einführung

In den letzten Jahren, wie die globale Energiekrise, die rasante Entwicklung der LED. Es wurde weithin in der Beleuchtung, Hintergrundbeleuchtung, Display und anderen Branchen eingesetzt. Aufgrund der Vorteile des Umweltschutzes, der Energieeinsparung und der langen Lebensdauer hat die LED eine breite Anwendungsperspektive. Mit der Entwicklung der LED-Beleuchtungsindustrie steigt auch die Nachfrage nach LED-Lichtdiffusionsplatten rapide an. Heutzutage werden LED-Lichtdiffusionsmaterialien von mehreren großen ausländischen Unternehmen (wie Teijin, Asahi Huacheng, Südkorea LG, etc.) monopolisiert, deren Kosten ziemlich hoch sind.

1.1.1 LED-Technologie und Anforderungen an optische Diffusionsmaterialien.

Die LED-TV-Hintergrundbeleuchtungstechnologie ist der wichtigste Anwendungsbereich der LED-Beleuchtung. Bei der Produktion von LCD-Fernsehern wird hauptsächlich die Technologie der direkten weißen LED-Hintergrundbeleuchtung verwendet. Die direkte Hintergrundbeleuchtung ist eine punktförmige Lichtquelle, die aus Hunderten von LEDs besteht. Um das Flüssigkristall-Panel gleichmäßig zu beleuchten, ist es notwendig, eine Lichtdiffusionsplatte vor der LED-Anordnung anzubringen. Die hohe Diffusionsfähigkeit der Diffusionsplatte kann wirksam verhindern, dass die LED-Punktlichtquelle auf dem Flüssigkristallbildschirm abgebildet wird. Die Innen- und Außenbeleuchtung ist das vielversprechendste Anwendungsgebiet der LED. Bei der Innen- und Außenbeleuchtung wird die Blendung durch die hohe Farbtemperatur und die hohe Punktlichtleistung der LED-Lichtquellen verursacht, was leicht zu einem Lichtverlust für die menschlichen Augen führt. Daher ist es notwendig, die Lichtdiffusionsplatte zu verwenden, um die LED-Punktlichtquelle mit hoher Helligkeit oder die Linienlichtquelle in eine gleichmäßige und weiche flache Lichtquelle zu verwandeln, um die Gleichmäßigkeit der Lichtintensität und die Nutzungseffizienz der Lichtenergie zu verbessern und Blendung zu vermeiden.

1.1.2 Anwendung und Marktaussichten von LED

Das in der LED-Beleuchtung verwendete Schalenmaterial, sowohl Lichtstreumaterial, wie in Abbildung 1.1 dargestellt, bezieht sich auf das Material, das nicht nur Licht durchlassen, sondern auch Licht effektiv streuen kann, wodurch Punkt- und Linienlichtquellen in Linien- und Flächenlichtquellen umgewandelt werden können. Beurteilen Sie das Material, durch das Licht effektiv gestreut werden kann und das Punkt- und Linienlichtquellen in Linien- und Flächenlichtquellen umwandeln kann. Die beiden wichtigsten Indizes zur Bewertung der optischen Eigenschaften von Lichtstreumaterialien sind Lichtdurchlässigkeit und Trübung. Um das Licht weich und gleichmäßig zu machen, ist es im Allgemeinen erforderlich, dass die Lichtdurchlässigkeit des Lichtstreumaterials mehr als 50% und die Trübung mehr als 90% beträgt.

Aufgrund des Widerspruchs zwischen Lichtdurchlässigkeit und Ungiftigkeit nimmt die Trübung oft zu, während die Lichtdurchlässigkeit abnimmt. Um diese beiden Indikatoren auszugleichen, ist die Wahl des optischen Diffusors besonders wichtig. Mit der raschen Entwicklung der LED-Beleuchtungsindustrie ist es notwendig, die Produktionseffizienz der Lichtstreuung zu verbessern, um eine kontinuierliche Produktion zu erreichen. Die meisten Lichtstreumaterialien werden durch Mischen von transparenten Polymermatrixmaterialien mit lichtstreuenden Partikeln hergestellt. Zu den lichtstreuenden Partikeln gehören anorganisches Mikrosiliziumdioxid, Glasperlen und organische Polymerpartikel wie Polymethacrylat, Polystyrol PS, Poly(ethylenterephthalat) usw. Wir verwenden PC, das über hervorragende mechanische Eigenschaften und Hitzebeständigkeit verfügt, als Matrixmaterial und untersuchen die Auswirkungen verschiedener optischer Diffusoren mit unterschiedlichen Mikromorphologien auf die optischen Eigenschaften von Lichtstreumaterialien für LED-Beleuchtung, um aussagekräftige Referenzdaten für die industrielle Produktion zu erhalten.

1.2 Entwicklungsstand der optischen Diffusionsmaterialien im In- und Ausland

Lichtdiffusionsmaterial ist ein optisches Material mit einer bestimmten Lichtdurchlässigkeit und Trübung, das eine Punktlichtquelle und eine Linienlichtquelle in eine Linienlichtquelle und eine Oberflächenlichtquelle umwandeln kann und den Effekt einer gleichmäßigen Verteilung der Lichtintensität des einfallenden Strahls erzielt. Es wird häufig in Flachbildschirmen, in der Beleuchtungstechnik, in Lasern, in der Projektionsbildgebung und in anderen technischen Bereichen eingesetzt. Heutzutage, mit der Reife der Hochleistungs-Leuchtdiodenchip-Herstellungstechnologie und ihrer breiten Anwendung in der Automobilbeleuchtung, Signalanzeigen, Außenbildschirmen, Innen- und Außenbeleuchtung und anderen Bereichen, steigt die Nachfrage nach LED-Lichtstreuungsteilchen schnell.

Gegenwärtig stammen die optischen Diffusionsmaterialien mit überlegener Leistung auf dem heimischen Markt hauptsächlich von ausländischen Unternehmen wie Teijin und Asahi Kasei, und die Verarbeitung ist teurer. Unabhängige Forschung und Entwicklung inländischer Marken ist der Schlüssel, um deren Monopol zu brechen. Da Trübung und Lichtdurchlässigkeit wichtige Indizes für die Bewertung der optischen Eigenschaften von Lichtstreumaterialien sind, widersprechen sie sich zudem gegenseitig. Viele Faktoren wirken sich auf die optischen Eigenschaften von Lichtstreumaterialien aus, und das Zusammenspiel ist komplexer, so dass die Entwicklung von Lichtstreumaterialien mit hoher Lichtdurchlässigkeit und hoher Trübung zum Schwerpunkt der aktuellen Forschung geworden ist.

Die Forschung auf dem Gebiet der polymeren Lichtstreuungsmaterialien kam zunächst aus den Vereinigten Staaten und löste dann schnell einen Aufschwung der Forschung und Entwicklung von polymeren Lichtstreuungsmaterialien in verschiedenen Ländern aus. 1944 verwendeten Yoshio Ohtsuka et al. PC als Matrix und dotierte CaCO3- und PMMA-Teilchen zur Herstellung von Lichtdiffusionsmaterialien, um den Effekt der Lichtstreuung zu erzielen. Im Jahr 2000 bereiteten Mcneil LE et al. Lichtdiffusionsfilme durch Dotierung von TiO2-Partikeln in transparentem Acrylharz vor und analysierten den Streukoeffizienten und die Mehrfachstreufunktion im Detail in der Theorie, was eine Referenz für die folgenden Forschungsarbeiten darstellte. Im Jahr 2004 verwendeten Kim GH et al. PMMA als Matrix, dem Glasfasern hinzugefügt wurden, um den Lichtdiffusionsfilm herzustellen und ihn in einem LCD-Hintergrundbeleuchtungsmodul zu verwenden, so dass das vom LCD emittierte Licht gleichmäßig war und gute physikalische Eigenschaften hatte. Von 1998 bis 2004 begann die Keio Universität in Japan damit, hochleistungsfähige streuende Polymere auf Flüssigkristall-Hintergrundbeleuchtungs-Lichtleiterplatten anzuwenden, und stellte zum ersten Mal das Konzept der gitterfreien streuenden Lichtleiterplatte vor, wobei die elektrische Leistung der Lichtquelle unverändert blieb. Die Helligkeit der Flüssigkristall-Hintergrundbeleuchtung konnte verdoppelt werden, was weltweit Beachtung fand. Im Jahr 2005 wurde diese Technologie von der japanischen Firma SONY übernommen und industrialisiert, die sie bei der Produktion von ultradünnen Notebooks einsetzte. 2007 stellte die Pekinger Universität für Chemische Technologie Lichtdiffusionsmaterialien her, indem sie Pr-MMA und SBR (Styrol-Butadien-Kautschuk) durch In-situ-Polymerisation zu PS hinzufügte, mit einer Lichtdurchlässigkeit von 79,9% und einer Trübung von 83,11%. 2009 synthetisierten Meng Qinghua et al. ein Nano-PMMA/PS-Lichtstreumittel und fügten es zu PMMA-Matrixmaterialien hinzu, um Lichtdiffusionsverbundwerkstoffe mit einer Trübung und Lichtdurchlässigkeit von 70-80% herzustellen. Im Jahr 2009 stellten Wang et al. Lichtdiffusionsfilme mit in Silikonpolymeren dispergierten Wassertröpfchen her, die eine Lichtdurchlässigkeit von etwa 88% aufwiesen. Der Streueffekt ist in Abbildung 1.2 dargestellt. Angesichts der steigenden Nachfrage nach LED und anderen optischen Materialien ist die Forschung zu optischen Diffusionsmaterialien nach wie vor von großer Bedeutung.

1.2.1 Wie wird der optische Diffusor ausgewählt?

Zu den häufig verwendeten Lichtdiffusoren gehören anorganische Partikel wie TiO2, BaSO4, SiO2, CaCO3, Al2O3 und Glasperlen sowie organische Polymerpartikel wie PS und Silikonharz.

Welche Anforderungen sollten erfüllt werden? bei der Auswahl der streuenden Materialien?
(1 ) Das Streumaterial und das Matrixmaterial sollten bestimmte unterschiedliche optische Eigenschaften (z. B. Brechungsindex) aufweisen.
(2) Das Streumaterial sollte wenig oder kein Licht absorbieren.
(3) die Größe der Streuteilchen muss bestimmte Anforderungen erfüllen, und die Teilchen sollten nicht zu klein oder zu groß sein, sonst ist der Streueffekt nicht offensichtlich, die Teilchengröße ist sehr schwach, und die Lichtstreuung steigt mit der Zunahme der Teilchengröße, aber wenn sie eine bestimmte Größe erreicht, ist diese lineare Beziehung nicht mehr gültig.

1.2.2 Wie wählt man die Lichtstreumaterialien aus?

Gegenwärtig werden die im In- und Ausland hergestellten Lichtstreumaterialien hauptsächlich in Oberflächenstreumaterialien und Volumenstreumaterialien unterteilt. Herkömmliche Lichtstreumaterialien sind Oberflächenstreumaterialien, deren gestreutes Licht hauptsächlich von Oberflächenstrukturen wie Mikrolinsen, Pyramiden, rauen Oberflächen und anderen Mikrostrukturen abhängt. Zu den Verfahren zur Herstellung oberflächenstreuender Lichtstreumaterialien gehören die Oberflächenstrukturierung, das Sprühen, die Lasergravur von Kerzen, das Heißpressen und die Ultraschallprägung. Die Vorteile des Spritzens und der Oberflächentexturierung liegen in der einfachen Handhabung und den geringen Kosten, der Nachteil ist, dass es schwierig ist, eine ideale Lichtdurchlässigkeit zu erreichen. Die durch Laser-Kerzenschnitzen und Tinten-Chrysanthemen-Gießen hergestellten Oberflächenstreumaterialien haben eine gute Leistung und können sogar die Strahlform genau steuern, aber die Anforderungen an die verwendeten Instrumente und Formen sind sehr hoch und die Kosten sehr hoch. Die Kosten für das Heißpressverfahren sind relativ niedrig, aber da der Erhitzungs- und Abkühlungsprozess zeitaufwendig und die Effizienz gering ist, kann es nicht in der Massenproduktion eingesetzt werden.

Bei den meisten lichtstreuenden Massenmaterialien handelt es sich um transparente Polymermaterialien mit Streulichtstreuern, die den Zweck der Lichtstreuung durch Hinzufügen von Lichtdiffusoren erreichen, die sich von der Brechung der Matrix in den transparenten Kollektivmaterialien unterscheiden. Dieses Material nutzt den Mechanismus der globalen Streuung, d. h., das Innere und die Oberfläche des Materials spielen eine streuende Rolle, und die Probe hat eine hohe Lichtstreuung, hohe Transparenz und gute umfassende Eigenschaften.
Gegenwärtig ersetzen volumenstreuende Lichtstreumaterialien als neue Art von Lichtstreumaterialien allmählich die traditionellen Lichtstreumaterialien in vielen Anwendungsbereichen und beginnen, in LED-Beleuchtung, Flüssigkristallanzeige und anderen Bereichen weit verbreitet zu sein.

Die von uns verwendeten Materialien sind im Allgemeinen volumenstreuende Materialien. PC hat eine Lichtdurchlässigkeit von 89%, gute mechanische Eigenschaften, geringe Hygroskopizität und gute Flammwidrigkeit, kann aber durch ultraviolette oder Hautlinienbestrahlung leicht vergilben. PS hat eine Lichtdurchlässigkeit von 90%, eine geringe Hygroskopizität und eine schlechte Wärmebeständigkeit. Aufgrund seiner geringen Oberflächenhärte und Sprödigkeit kann es leicht zu Rissen und Sprüngen kommen, und bei langfristiger ultravioletter Bestrahlung kann es leicht zu Farbveränderungen kommen. PMMA ist extrem transparent, mit einer Lichtdurchlässigkeit von 92% im sichtbaren Bereich, guter Verarbeitbarkeit und starker Alterungsbeständigkeit gegen ultraviolette Strahlung, aber es hat eine starke Feuchtigkeitsaufnahme, schlechte Zähigkeit und Entflammbarkeit. ABS hat zwei Eigenschaften: Schlagzähigkeit, Hitzebeständigkeit und Beständigkeit gegen niedrige Temperaturen. Es ist leicht zu verarbeiten, die Skala des Produkts ist stabil und der Oberflächenglanz ist gut, aber da ABS ein Blend ist, ist seine Lichtdurchlässigkeit schlecht. In Anbetracht der optischen Eigenschaften, der mechanischen Eigenschaften, der Verarbeitbarkeit und anderer Faktoren des Harzes sind PC und PMMA die erste Wahl für lichtstreuende Matrixmaterialien.