Effet de l'agent de diffusion de la lumière sur les propriétés des plastiques à diffusion de la lumière

En tant que dispositif semi-conducteur à l'état solide qui convertit directement l'énergie électrique en énergie lumineuse, la diode électroluminescente (DEL) présente non seulement une structure solide, une résistance aux chocs, une réponse lumineuse rapide et une longue durée de vie, mais aussi une faible consommation d'énergie. La DEL est une source de lumière ponctuelle. Dans les applications pratiques, il est généralement nécessaire de la convertir en source lumineuse linéaire ou en source lumineuse de surface pour rendre la lumière brillante et douce. Pour réaliser cette transformation, des matériaux de diffusion de la lumière sont nécessaires. Les matériaux photodiffusants sont généralement composés d'agents de diffusion de la lumière et de polymères.

1. Agent de diffusion de la lumière

L'agent de diffusion de la lumière est fabriqué par un traitement spécial et un traitement de surface. La taille des particules est généralement comprise entre 1 μ m et 10 μ m, et la taille moyenne des particules est d'environ 2 μ m. Les billes ont la fonction d'astigmatisme, une bonne fluidité et une bonne compatibilité avec le substrat de résine optique.

À l'heure actuelle, les diffuseurs optiques sont principalement divisés en deux catégories : les diffuseurs inorganiques et les diffuseurs organiques. L'agent de diffusion de la lumière inorganique comprend principalement des particules inorganiques telles que le dioxyde de silicium, le dioxyde de titane, le carbonate de calcium, l'hydroxyde d'aluminium et les billes de verre, tandis que l'agent de diffusion de la lumière organique comprend principalement le polystyrène réticulé, le polyméthacrylate et d'autres microsphères de polymères organiques.

Agent inorganique de diffusion de la lumière

En ajoutant des particules inorganiques telles que le dioxyde de silicium, le dioxyde de titane et le carbonate de calcium, la lumière sera diffusée à travers la surface des minuscules particules un nombre incalculable de fois pour obtenir l'effet d'une lumière uniforme. Bien que les particules inorganiques aient une bonne résistance à la chaleur, elles ont des formes différentes, un grand écart de taille entre les particules et un manque de diffusion uniforme de la lumière ; l'agent inorganique de diffusion de la lumière est une microsphère solide d'un point de vue microscopique, et la lumière ne peut pas passer à travers cette sphère solide. Il affecte la transmission d'une grande quantité de lumière, et seule une partie de la lumière est réfractée, ce qui affecte la luminosité ou la transmission de la lumière. Ceux qui sont tenus d'avoir une transmission lumineuse supérieure à 50% pour les abat-jour ne peuvent pas choisir un agent de diffusion de la lumière inorganique.

Agent organique de diffusion de la lumière
Les microsphères de polystyrène et de polyméthacrylate réticulé présentent une bonne uniformité de forme, une déviation contrôlable de la taille des particules, une transmission lumineuse élevée, mais une faible résistance à la chaleur. Lors de la granulation par extrusion du polymère de diffusion de la lumière et du moulage par injection à haute température ou du moulage par extrusion des dispositifs de guidage de la lumière, les particules de polymère sont susceptibles de se déformer, ce qui affecte la diffusion uniforme de la lumière. En outre, la résistance à la lumière du diffuseur de lumière en polystyrène est médiocre, et il est facile de le jaunir, ce qui affecte la qualité de service et la durée de vie des LED.

Des diffuseurs de lumière à microsphères hybrides organiques-inorganiques en organosilicium ont été développés ces dernières années. Le diffuseur de lumière à microsphères de silicone présente non seulement les caractéristiques de résistance à la chaleur, à la lumière et au vieillissement des particules inorganiques, mais aussi les caractéristiques d'homogénéité de la forme des particules organiques, de transmission de la lumière élevée et de bonne uniformité de la diffusion de la lumière. Les perspectives d'application sont vastes pour améliorer la compatibilité et l'adaptabilité des particules de diffusion de la lumière avec le polycarbonate (PC), le polyméthacrylate de méthyle (PMMA), le polystyrène (PS) et d'autres résines matricielles de plaques de guidage de la lumière. Par conséquent, les microsphères de silicone devraient devenir un diffuseur optique de haute performance pour les LED. L'agent de diffusion de la lumière en silicone est généralement un produit microsphérique formé à partir de méthyltriméthoxysilane et de phényltriméthoxysilane par réaction d'hydrolyse, de condensation et de réticulation. La distribution de la taille des particules est comprise entre 1 μ m et 8 μ m, et la taille moyenne des particules est de 2 μ 4 μ m.

2 plastiques de diffusion de la lumière
Lorsque le diffuseur de lumière est ajouté à la résine PC, le diffuseur de lumière est sphérique et uniformément dispersé dans la résine PC pour former une structure en îlot. En raison des différences d'indice de réfraction entre la résine PC et le diffuseur de lumière, la lumière est similaire à une réflexion spéculaire sur la surface du diffuseur de lumière, et l'effet de diffusion de la lumière est obtenu après de multiples réflexions.

Il existe généralement deux méthodes de préparation des matériaux de photodiffusion, l'une étant la polymérisation, l'autre la modification par mélange, chacune ayant ses propres caractéristiques. Selon le principe de la réfraction de la lumière, la méthode de polymérisation consiste à sélectionner la copolymérisation de deux types de monomères polymères ayant une réfraction différente et une faible compatibilité ou la polymérisation par morceaux pour préparer les matériaux de diffusion de la lumière. La méthode de polymérisation couramment utilisée consiste à préparer deux types de monomères ayant une activité de réaction différente, car l'activité de réaction du monomère diffuseur est différente de celle du monomère de la matrice, et le monomère diffuseur produit une auto-polymérisation ou une copolymérisation par blocs avec le monomère de la matrice. De cette manière, les propriétés optiques des noyaux condensés formés dans les chaînes de polymérisation respectives sont uniformes, et la lumière est réfléchie et réfractée à la limite du noyau condensé, formant ainsi une diffusion. La polymérisation est largement utilisée dans la préparation de matériaux de photodiffusion à base de poly (méthacrylate de méthyle) (PMMA), mais elle est rarement utilisée dans la préparation de matériaux de photodiffusion à base de PC, et les rapports et études y afférents sont également très rares.

La méthode de modification du mélange consiste à ajouter le diffuseur de lumière à la résine PC. Le diffuseur de lumière est sphérique et uniformément dispersé dans la résine PC pour former une structure en îlot. En raison des différences d'indice de réfraction entre la résine PC et le diffuseur de lumière, la lumière est semblable à une réflexion spéculaire sur la surface du diffuseur de lumière, et l'effet de diffusion de la lumière est obtenu après de nombreuses réflexions. Parallèlement, la quantité de diffuseur optique, la taille et la distribution des particules, l'indice de réfraction déterminent les propriétés optiques du matériau. À l'heure actuelle, de nombreux nouveaux types de matériaux de diffusion de la lumière sont produits à l'aide de méthodes, car cette méthode est similaire au dopage des polymères et le processus est simple, en particulier pour les plaques de diffusion de la lumière qui consomment beaucoup, cette méthode peut être produite en continu et a une grande efficacité de production. .

L'agent de diffusion de la lumière est ajouté au PC, au PMMA, au PS et à d'autres plastiques transparents pour obtenir des plastiques de diffusion de la lumière, qui non seulement couvrent la source de lumière et la lumière éblouissante, mais font également en sorte que l'ensemble de la résine transparente émette une lumière plus douce, belle et élégante, de manière à obtenir l'effet confortable de la transmission de la lumière et de l'opacité.
Afin de résoudre les problèmes d'éblouissement et de lumière bleue de l'éclairage LED, à partir de matériaux de diffusion de la lumière organosiliciés, le dioxyde de titane (TiO2) et la céria (CeO2) ont été utilisés pour modifier et fonctionnaliser la surface de l'agent de diffusion de la lumière, afin d'obtenir des matériaux de diffusion de la lumière dotés de bonnes propriétés optiques et d'une fonction de protection contre la lumière bleue.

Quel est l'effet de l'agent de diffusion de la lumière sur les propriétés des plastiques à diffusion de la lumière ?

Les types d'agents de diffusion de la lumière peuvent être divisés en trois catégories : les particules organiques, les particules inorganiques et les matériaux composites. Les particules diffusantes doivent répondre aux trois points suivants :
Les principaux résultats sont les suivants :

(1) il existe des différences entre les propriétés optiques et les matériaux de la matrice.
(2) l'absorption de la lumière transmise doit être nulle ou moindre.
(3) la taille des particules doit répondre à certaines exigences.

Au début de la recherche, les particules diffusantes inorganiques sont largement utilisées, mais ces particules sont dures et irrégulières, de sorte qu'elles peuvent facilement endommager l'équipement pendant le traitement, et les particules dispersées ne sont pas suffisamment uniformes. Si la taille des particules est trop importante, la surface du matériau polymère ne sera pas lisse. C'est pourquoi les particules inorganiques sont progressivement remplacées dans la pratique de production. La compatibilité entre les particules de diffusion organiques et le substrat est meilleure que celle des particules inorganiques, de sorte qu'elles prennent progressivement la place des particules inorganiques. Il s'avère que les particules de diffusion à structure coquille-noyau présentent de plus grands avantages, car les particules de cette structure sont composées d'un noyau et d'une coquille, et les matériaux coquille-noyau extérieurs peuvent être bien compatibles, améliorant ainsi les caractéristiques de dispersion des particules de diffusion. Dans le même temps, les propriétés mécaniques des composites ont également été améliorées grâce à la liaison étroite entre les particules. Si un matériau plus résistant est utilisé pour fabriquer le noyau, les performances d'impact du matériau s'en trouveront améliorées.

Indice de réfraction de l'agent de diffusion optique
Selon la théorie de la diffusion de la lumière, l'effet de diffusion de la lumière de différents polymères de diffusion de la lumière ayant le même volume et le même diamètre d'agent de diffusion de la lumière est directement lié à l'indice de réfraction. Dans les matériaux de diffusion de la lumière PC, la différence d'indice de réfraction entre les particules d'agent de diffusion de la lumière et la résine de la matrice détermine directement l'effet de diffusion et l'effet de transmission de la lumière des matériaux de diffusion de la lumière.

Le diamètre des particules de l'agent de diffusion de la lumière
Les particules de l'agent de diffusion de la lumière sont dispersées dans les matériaux de la résine de la matrice, et le diamètre de ces particules affecte également les propriétés des composites. On constate qu'à une certaine concentration de dopage, la transmission de la lumière augmente progressivement avec l'augmentation du diamètre des particules du diffuseur de lumière, tandis que la diffusivité augmente rapidement et commence à diminuer après avoir atteint son maximum. Avec l'augmentation du diamètre des particules de l'agent de diffusion de la lumière, l'effet de diffusion inverse est affaibli, tandis que l'effet de diffusion directe est renforcé, et la transmittance de la lumière est améliorée.

Si de petites particules telles que des nanoparticules sont mélangées au PC, la diffusivité dépendra principalement de la capacité de diffusion des particules de l'agent de diffusion de la lumière, auquel cas le coefficient de diffusion est faible et la diffusivité est également très faible. Lorsque le diamètre des particules augmente progressivement, la capacité de diffusion des particules augmente, ce qui entraîne une augmentation de la diffusivité. Si le diamètre des particules continue d'augmenter, la capacité de diffusion n'est plus vraiment affectée et la lumière diffusée est principalement concentrée à l'avant, de sorte que la diffusivité affiche une tendance à la baisse.

Quantité de dopage des particules d'agent de diffusion de la lumière
La quantité de particules d'agent de diffusion de la lumière est également un facteur important pour déterminer l'effet de diffusion des matériaux. L'étude de simulation numérique montre que la quantité de dopage des particules diffusantes peut déterminer l'uniformité de la surface de sortie de la lumière. Si la quantité de dopage des particules diffusantes dans le milieu dépasse le point critique, la partie la plus forte de la lumière de sortie apparaîtra loin de la source lumineuse, et lorsque la concentration des particules est juste au point critique, la distribution de l'intensité de la lumière de sortie est très uniforme. Avec l'augmentation de la quantité de particules diffusantes, l'intensité maximale de la lumière émise passe de loin à près. Par conséquent, tant que nous contrôlons efficacement le nombre de particules dopantes, nous pouvons obtenir une lumière uniformément distribuée.