Efecto del agente de difusión de la luz en las propiedades de los plásticos de difusión de la luz

Como dispositivo semiconductor de estado sólido que convierte directamente la energía eléctrica en energía luminosa, el diodo emisor de luz (LED) no sólo tiene una estructura sólida, resistencia a los golpes, rápida respuesta luminosa y larga vida útil, sino también un bajo consumo de energía. El LED es una fuente de luz puntual. En las aplicaciones prácticas, suele ser necesario transformarlo en una fuente de luz lineal o superficial para que la luz sea brillante y suave. Para lograr esta transformación, se necesitan materiales fotodifusores. Los materiales fotodifusores suelen estar compuestos por agentes difusores de luz y polímeros.

1. Agente difusor de la luz

El agente difusor de la luz se fabrica mediante un procesamiento y un tratamiento superficial especiales. El tamaño de las partículas es generalmente entre 1 μ m y 10 μ m, y el tamaño medio de las partículas es de aproximadamente 2 μ m. Las perlas tienen la función de astigmatismo, buena fluidez y buena compatibilidad con sustrato de resina óptica.

En la actualidad, los difusores ópticos se dividen principalmente en inorgánicos y orgánicos. El agente difusor de luz inorgánico incluye principalmente partículas inorgánicas como dióxido de silicio, dióxido de titanio, carbonato de calcio, hidróxido de aluminio y perlas de vidrio, mientras que el agente difusor de luz orgánico incluye principalmente poliestireno reticulado, polimetacrilato y otras microesferas de polímeros orgánicos.

Agente inorgánico de difusión de la luz

Cuando se añaden partículas inorgánicas como dióxido de silicio, dióxido de titanio y carbonato cálcico, la luz se difunde a través de la superficie de las diminutas partículas innumerables veces para conseguir el efecto de luz uniforme. Aunque las partículas inorgánicas tienen buena resistencia al calor, tienen formas diferentes, gran desviación del tamaño de las partículas y falta de difusividad uniforme de la luz; el agente difusor de luz inorgánico es una microesfera sólida desde el punto de vista microscópico, y la luz no puede atravesar esta esfera sólida. Afectará a la transmisión de una gran cantidad de luz, y sólo una parte de la luz se refracta a través, afectando así el brillo o la transmisión de la luz. Aquellos a los que se les exige una transmitancia de luz superior a 50% para las pantallas de lámparas no pueden elegir el agente difusor de luz inorgánico.

Agente orgánico de difusión de la luz
Las microesferas reticuladas de poliestireno y polimetacrilato tienen una buena uniformidad de forma, una desviación controlable del tamaño de las partículas, una alta transmitancia luminosa, pero una baja resistencia al calor. Durante la granulación por extrusión del polímero de difusión de la luz y el moldeo por inyección a alta temperatura o el moldeo por extrusión de los dispositivos de guía de luz, las partículas de polímero son propensas a la deformación, lo que afecta a la difusión uniforme de la luz. Además, la resistencia a la luz del difusor de luz de poliestireno es pobre, y es fácil que amarillee, lo que afecta a la calidad del servicio y a la vida útil del LED.

En los últimos años se ha desarrollado el difusor de luz de microesfera de organosilicio híbrido orgánico-inorgánico. El difusor de luz de microesfera de silicona no sólo tiene las características de alta resistencia al calor, resistencia a la luz y resistencia al envejecimiento de las partículas inorgánicas, sino que también tiene las características de homogeneidad de la forma de las partículas orgánicas, alta transmitancia de la luz y buena uniformidad de difusión de la luz, y su índice de refracción se puede cambiar con el cambio de monómeros sintéticos, y la superficie de las partículas se puede modificar in situ por difusión de la luz. Tiene una amplia perspectiva de aplicación para mejorar la compatibilidad y adaptabilidad de las partículas de difusión de luz con policarbonato (PC), polimetacrilato de metilo (PMMA), poliestireno (PS) y otras resinas de matriz de placa guía de luz. Por lo tanto, se espera que las microesferas de silicona se conviertan en un difusor óptico de alto rendimiento para LED. El agente difusor de luz de silicona suele ser un producto de microesferas formado a partir de metiltrimetoxisilano y feniltrimetoxisilano mediante hidrólisis, condensación y reacción de reticulación. la distribución del tamaño de las partículas está comprendida entre 1 μ m y 8 μ m, y el tamaño medio de las partículas es de 2 μ 4 μ m.

2 plásticos difusores de luz
Cuando el difusor de luz se añade a la resina PC, el difusor de luz es esférico y se dispersa uniformemente en la resina PC para formar una estructura de isla. Debido al diferente índice de refracción de la resina de PC y el difusor de luz, la luz es similar a la reflexión especular en la superficie del difusor de luz, y el efecto de difusión de la luz se consigue después de múltiples reflexiones.

Por lo general, existen dos métodos para la preparación de materiales de fotodifusión, uno es la polimerización y el otro la modificación por mezcla, cada uno de los cuales tiene sus propias características. De acuerdo con el principio de refracción de la luz, el método de polimerización consiste en seleccionar la copolimerización de dos tipos de monómeros poliméricos con diferente refracción y escasa compatibilidad o la polimerización por partes para preparar materiales de dispersión de la luz. El método de polimerización comúnmente utilizado consiste en preparar dos tipos de monómeros con diferente actividad de reacción, ya que la actividad de reacción del monómero dispersor es diferente de la del monómero matriz, y el monómero dispersor produce autopolimerización o copolimerización en bloque con el monómero matriz. de este modo, las propiedades ópticas de los núcleos condensados formados en las respectivas cadenas de polimerización son uniformes, y la luz se refleja y refracta en el límite del núcleo condensado, formando así la dispersión. La polimerización se utiliza ampliamente en la preparación de materiales de fotodifusión basados en poli (metacrilato de metilo) (PMMA), pero rara vez se utiliza en la preparación de materiales de fotodifusión basados en PC, y los informes y estudios relacionados también son muy escasos.

El método de modificación de la mezcla consiste en añadir el difusor de luz a la resina de PC. El difusor de luz es esférico y se dispersa uniformemente en la resina de PC para formar una estructura de isla. Debido al diferente índice de refracción de la resina de PC y el difusor de luz, la luz es similar a la reflexión especular en la superficie del difusor de luz, y el efecto de difusión de la luz se consigue después de muchas veces de reflexión. Al mismo tiempo, la cantidad de difusor óptico, el tamaño y la distribución de las partículas y el índice de refracción determinan las propiedades ópticas del material. En la actualidad, muchos nuevos tipos de materiales de difusión de luz se producen mediante el uso de métodos, ya que este método es similar al dopaje de polímeros, y el proceso es simple, especialmente en placas de difusión de luz con un consumo muy grande, este método se puede producir de forma continua y tiene una alta eficiencia de producción. .

El agente difusor de luz se añade a PC, PMMA, PS y otros plásticos transparentes para obtener plásticos difusores de luz, que no sólo cubren la fuente de luz y la luz deslumbrante, sino que también hacen que toda la resina transparente emita una luz más suave, bella y elegante, para conseguir el cómodo efecto de transmisión de luz y opacidad.
Para resolver los problemas de deslumbramiento y daño por luz azul de la iluminación LED, partiendo de materiales de difusión de luz de organosilicio, se utilizaron dióxido de titanio (TiO2) y ceria (CeO2) para modificar y funcionalizar la superficie del agente difusor de luz, con el fin de obtener materiales difusores de luz con buenas propiedades ópticas y función de apantallamiento de la luz azul.

¿Cuál es el efecto del agente de difusión de la luz en las propiedades de los plásticos de difusión de la luz?

Los tipos de agentes difusores de la luz pueden dividirse en tres categorías: partículas orgánicas, partículas inorgánicas y materiales compuestos. Las partículas difusoras deben cumplir los tres puntos siguientes:
Los principales resultados son los siguientes:

(1) existen algunas diferencias entre las propiedades ópticas y los materiales de la matriz.
(2) la absorción de la luz transmitida debe ser nula o mínima.
(3) el tamaño de las partículas debe cumplir ciertos requisitos.

Al principio de la investigación, las partículas inorgánicas de dispersión se utilizan ampliamente, pero estas partículas son duras e irregulares, por lo que son fáciles de dañar el equipo durante el procesamiento, y las partículas dispersas no son lo suficientemente uniformes. Si el tamaño de la partícula es demasiado grande, la superficie del material polimérico no será lisa. Por lo tanto, las partículas inorgánicas se sustituyen gradualmente en la práctica de producción. La compatibilidad entre las partículas orgánicas de dispersión y el sustrato es mejor que la de las partículas inorgánicas, por lo que gradualmente ocupan el lugar de las partículas inorgánicas. Se ha comprobado que las partículas de dispersión con estructura de núcleo-cáscara tienen mayores ventajas, porque las partículas con esta estructura están compuestas de núcleo y cáscara, y los materiales de núcleo-cáscara más externos pueden ser bien compatibles, mejorando así las características de dispersión de las partículas de dispersión. Al mismo tiempo, debido a la estrecha unión entre las partículas, también se han mejorado las propiedades mecánicas de los materiales compuestos. Si se utiliza un material más duro para fabricar el núcleo, mejorará el comportamiento del material frente al impacto.

Índice de refracción del agente de difusión óptica
Según la teoría de la dispersión de la luz, el efecto de dispersión de la luz de diferentes polímeros de difusión de la luz con el mismo volumen y el mismo diámetro de agente de difusión de la luz está directamente relacionado con el índice de refracción. En los materiales PC de difusión de la luz, la diferencia de índice de refracción entre las partículas de agente de difusión de la luz y la resina matriz determina directamente el efecto de difusión y el efecto de transmisión de la luz de los materiales de difusión de la luz.

En diámetro de las partículas del agente difusor de la luz
Las partículas del agente difusor de luz están dispersas en los materiales de resina de la matriz, y el diámetro de estas partículas también afecta a las propiedades de los materiales compuestos. Se observa que, a una determinada concentración de dopaje, la transmitancia de la luz aumenta gradualmente con el incremento del diámetro de las partículas del agente difusor de la luz, mientras que la difusividad aumenta rápidamente y comienza a disminuir después de alcanzar el máximo. Con el aumento del diámetro de partícula del difusor de luz, el efecto de dispersión inversa se debilita, mientras que el efecto de dispersión directa se potencia, y la transmitancia de luz aumenta.

Si en el PC se mezclan partículas pequeñas, como nanopartículas, la difusividad dependerá principalmente de la capacidad de dispersión de las partículas del agente difusor de la luz, en cuyo caso el coeficiente de dispersión es pequeño y la difusividad también es muy baja. Cuando el diámetro de las partículas aumenta gradualmente, la capacidad de dispersión de las partículas aumenta, lo que conduce al aumento de la difusividad. Si el diámetro de las partículas sigue aumentando, la capacidad de dispersión ya no se verá muy afectada, y la luz dispersada se concentra principalmente en la parte delantera, por lo que la difusividad muestra una tendencia a la baja.

Cantidad de dopaje de las partículas del agente difusor de la luz
La cantidad de dopaje de las partículas del agente difusor de la luz también es un factor importante para determinar el efecto de dispersión de los materiales. En el estudio de simulación numérica, se constata que la cantidad de dopaje de las partículas dispersoras puede determinar la uniformidad de la superficie de luz de salida. Si la cantidad de dopaje de las partículas dispersoras en el medio supera el punto crítico, la parte más intensa de la luz de salida aparecerá lejos de la fuente de luz, y cuando la concentración de las partículas está justo en el punto crítico, la distribución de la intensidad de la luz de salida es muy uniforme. Con el aumento de la cantidad de partículas dispersoras, la intensidad máxima de la luz de salida se desplaza de lejos a cerca. Por lo tanto, siempre que controlemos eficazmente el número de partículas dopantes, podremos obtener una distribución uniforme de la luz.