Comment le rapport de dosage et la taille des particules de l'agent de diffusion de la lumière affectent-ils l'effet du diffuseur de lumière ?

En tant que dispositif semi-conducteur à l'état solide qui convertit directement l'énergie électrique en énergie lumineuse, la diode électroluminescente (DEL) possède 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. Utilisées pour l'éclairage, elles ne consomment en théorie que 10% de l'énergie consommée par les lampes à incandescence ; comparées aux lampes fluorescentes, les DEL peuvent également réaliser 50% d'économies d'énergie. Utilisées dans les écrans, elles permettent non seulement d'économiser de l'énergie, mais aussi de rendre l'appareil ultra-mince, léger et durable. Par conséquent, les DEL sont devenues une véritable source d'éclairage vert et de lumière d'affichage, largement utilisées dans l'éclairage urbain et domestique, les appareils électroniques, l'automobile et d'autres industries, et sont omniprésentes dans la société moderne.

L'agent de diffusion de la lumière a été ajouté aux plastiques transparents tels que le PC, le PMMA, le PS, etc. pour obtenir une diffusion optique. Le plastique en vrac peut non seulement couvrir la source de lumière et la lumière éblouissante, mais aussi rendre l'ensemble de la résine transparente. Il produit une lumière plus douce, plus belle et plus élégante pour obtenir l'effet confortable de la lumière transparente et opaque.

Le PC a une excellente transmittance lumineuse (transmittance lumineuse jusqu'à 89%), de bonnes propriétés mécaniques, des propriétés d'isolation, des propriétés ignifuges et anti-vieillissement, ce qui en fait le substrat préféré pour les matériaux de diffusion de la lumière LED. Par conséquent, les matériaux de diffusion de la lumière à base de PC ont attiré une grande attention. Nous avons ajouté des diffuseurs de lumière à microsphères de PMMA réticulées au PC, étudié le mécanisme de diffusion de la lumière de la plaque de diffusion de la lumière en PC et l'effet de la taille des particules du diffuseur de lumière sur la transmittance lumineuse, le voile, le coefficient de diffusion efficace de la lumière et les propriétés mécaniques de la plaque de diffusion de la lumière en PC. Les résultats montrent que la transmission de la lumière de la plaque de diffusion de la lumière en PC est plus élevée lorsque la taille des particules du diffuseur de lumière est de 20,0 μ m, la brume de la plaque de diffusion de la lumière en PC est plus importante lorsque la taille des particules du diffuseur de lumière est de 1,8 um, lorsque la taille des particules du diffuseur de lumière est de 3,0 um, le coefficient de diffusion efficace de la lumière de la plaque de diffusion de la lumière en PC est plus important et répond aux exigences de l'énergie mécanique, et la taille des particules du diffuseur de lumière augmente, la transmission de la lumière augmente et la brume diminue.

La LED est une source de lumière ponctuelle. Dans les applications pratiques, il est généralement nécessaire de la transformer en source lumineuse linéaire ou en source lumineuse de surface pour rendre la lumière claire et douce. Pour réaliser cette transformation, elle est indissociable d'un matériau de diffusion de la lumière indispensable. Les matériaux de diffusion de la lumière sont généralement composés d'un agent de diffusion de la lumière et de polymères, qui sont commercialisés sous la forme de plastiques de diffusion de la lumière, d'encapsulants de diffusion de la lumière, de revêtements de diffusion de la lumière et d'encres. 

Agent de diffusion de la lumière

Actuellement, le diffuseur de 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. Les diffuseurs de lumière inorganiques comprennent 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 les diffuseurs de lumière organiques comprennent principalement le polystyrène réticulé, le polyméthacrylate et d'autres microsphères de polymères organiques. Bien que les particules inorganiques aient une bonne résistance à la chaleur, elles présentent certains inconvénients, tels qu'une forme différente, un écart important de la taille des particules, un manque de diffusivité uniforme de la lumière, une faible transmission de la lumière, etc. Les microsphères de polystyrène et de polyméthacrylate réticulé présentent une bonne uniformité de forme, un écart de taille de particule contrôlable, 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 de la LED.

Des diffuseurs de lumière à microsphères hybrides organiques-inorganiques en organosilicium ont été développés ces dernières années. L'agent de diffusion de la lumière par 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 diffusion de la lumière ; son indice de réfraction peut être modifié en fonction des monomères synthétiques et la surface des particules peut être modifiée in situ par 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 être utilisées comme diffuseurs optiques de haute performance pour les LED.

L'agent de diffusion de la lumière en silicone est généralement un produit en microsphères formé par la réaction d'hydrolyse, de condensation et de réticulation du méthyl triméthoxysilane et du phényl triméthoxysilane. La distribution de la taille des particules se situe entre 1 μ m et 8 μ m, et la taille moyenne des particules est de 2 μ m. Ces dernières années, les multinationales du silicone aux États-Unis, au Japon et en Allemagne ont lancé différents types de produits diffuseurs optiques en silicone.

Nos microsphères de silicone à usage technique ont été synthétisées par la méthode d'hydrolyse-condensation en utilisant le dichlorodiméthylsilane (DMDCS) et l'orthosilicate d'éthyle (TEOS) comme monomères. Les effets du rapport de monomère, de la concentration de monomère et de l'agent de couplage sur la morphologie des produits ont été examinés, et l'hydrophobie et la résistance à la chaleur des produits ont été caractérisées. Les résultats expérimentaux montrent que le rapport de monomère, la concentration de monomère et l'utilisation d'un agent de couplage silane ont des effets importants sur le processus de réaction et la morphologie des particules du produit. Le produit a une excellente stabilité thermique et le taux de perte de chaleur massique n'est que de 10,5% à 600 °C. Le produit a également une grande hydrophobie et l'angle de contact statique est de 138,6 °.

Comment le rapport de dosage et la taille des particules de l'agent de diffusion de la lumière affectent-ils l'effet du diffuseur de lumière ?

Un agent de diffusion de la lumière a été ajouté aux plastiques transparents tels que le PC, le PMMA, le PS, etc. pour obtenir une diffusion optique.
Le plastique libre peut non seulement couvrir la source de lumière et la lumière éblouissante, mais aussi rendre l'ensemble de la résine transparente plus douce, plus belle et plus élégante pour obtenir l'effet confortable de la lumière transparente et de la lumière opaque.

Le PC a une excellente transmission de la lumière (jusqu'à 89%), de bonnes propriétés mécaniques, des propriétés d'isolation, des propriétés ignifuges et anti-vieillissement, ce qui en fait le substrat préféré pour les matériaux de diffusion de la lumière des LED. Nous avons ajouté au PC un diffuseur de lumière sous forme de microsphères de PMMA réticulées. Nous avons étudié le mécanisme de diffusion de la lumière de la plaque de diffusion de la lumière en PC et l'effet de la taille des particules du diffuseur de lumière sur la transmission de la lumière, le voile, le coefficient de diffusion efficace de la lumière et les propriétés mécaniques de la plaque de diffusion de la lumière en PC. Les résultats montrent que la transmission de la lumière de la plaque de diffusion de la lumière en PC est plus élevée lorsque la taille des particules du diffuseur de lumière est de 2,0μ m, la brume de la plaque de diffusion de la lumière en PC est plus importante lorsque la taille des particules du diffuseur de lumière est de 1,8um, lorsque la taille des particules du diffuseur de lumière est de 3,0um, le coefficient de diffusion efficace de la lumière de la plaque de diffusion de la lumière en PC est plus important et répond aux exigences de l'énergie mécanique, et la taille des particules du diffuseur de lumière augmente, la transmission de la lumière augmente et la brume diminue.

Après avoir mélangé l'acide acrylique, l'agent de diffusion de la lumière à base de silicone et d'autres auxiliaires, le PC à diffusion de la lumière a été préparé à l'aide d'une extrudeuse à double vis parallèle. Les effets de différents ratios d'acide acrylique et d'agent de diffusion de la lumière à base de silicone sur les propriétés optiques du PC ont été étudiés. Les résultats montrent que le PC à diffusion de lumière avec différentes propriétés optiques peut être obtenu en ajoutant un dosage différent d'acide acrylique et d'agent de diffusion de lumière siliconé. En utilisant le PC comme substrat, la résine acrylique et la résine de silicone comme diffuseur de silicone, on constate que l'ajout d'un agent de diffusion de la lumière à base de silicone n'a pas d'effet sur la résistance à la traction du diffuseur de lumière à base de PC, mais qu'il a un certain effet sur la résistance à l'impact entaillé. La taille des particules de l'agent de diffusion de la lumière a un effet sur le voile des matériaux de diffusion de la lumière à base de PC dans une certaine gamme, et le voile est légèrement plus élevé lorsque la taille des particules est plus importante. La quantité de diffuseur de lumière a une grande influence sur la transmission de la lumière et le trouble des matériaux de diffusion de la lumière à base de PC. Lorsque l'on ajoute 0,3 wt% de diffuseur de lumière organosilicié C, le coefficient de diffusion efficace de la lumière, la transmittance et le trouble des matériaux de diffusion de la lumière à base de PC sont respectivement de 76,7%, 80,8% et 94,9%.

En utilisant comme matières premières de la poudre de PC, un agent de diffusion de la lumière à base de silicone et de la poudre fluorescente YAG:Ce, des échantillons de résine fluorescente PC/YAG:Ce avec une fraction de masse différente d'agent de diffusion de la lumière à base d'organosilicium ont été préparés par mélange à l'état fondu, pressage à haute température et polissage d'amincissement. Les résultats montrent que les échantillons de résine fluorescente ont une transmission de la lumière élevée dans la gamme spectrale de 500 à 800 nm. La phase principale de l'échantillon est Y3A15O12 et il y a deux pics d'excitation à 342 et 448nm. Le spectre d'émission présente un large pic à 532 nm, qui correspond à l'émission de la transition 5d 4f de Ce3+, et la durée de vie de la fluorescence correspondante est d'environ 61,5 ns. L'efficacité lumineuse de l'échantillon de résine fluorescente appliqué à l'emballage des dispositifs LED blancs est de 81,12 Lm/W/100 mA, ce qui indique que la feuille de résine photoluminescente PC/YAG:Ce est adaptée à un nouveau type de matériau fluorescent pour l'emballage des LED blanches.

En utilisant du PMMA de qualité optique comme substrat, différentes proportions d'agents de diffusion de la lumière en silice sphérique An et B ont été ajoutées pour étudier les effets de la teneur en diffuseur optique, de la taille des particules sphériques et de la distribution de la taille des particules sur la transmission de la lumière, le trouble et les propriétés mécaniques du matériau. Les résultats montrent qu'il est possible d'obtenir de bons matériaux de diffusion de la lumière en ajoutant un agent de diffusion de la lumière en silice sphérique au PMMA. Lorsque la taille moyenne des particules est de 2 μ m et que la fraction massique est de 0,4%, la transmission de la lumière de l'échantillon est de 88,0%, la brume est de 90,1% et le coefficient de diffusion efficace de la lumière est de 79,3%, ce qui est le plus élevé parmi les diffuseurs de lumière organiques connus. Il peut non seulement augmenter de manière évidente la résistance à la traction du PMMA, mais il a également peu d'effet sur la résistance à la flexion et la résistance à l'impact entaillé, ce qui lui confère une bonne valeur d'application pratique. Nous avons utilisé l'extrusion bi-vis et le moulage par injection pour préparer des plaques de diffusion de la lumière à base de PMMA avec différentes teneurs en diffuseurs de lumière et différents ajouts de micro-structure à la surface. L'effet du diffuseur optique et de la microstructure sur les propriétés optiques de la plaque de diffusion optique est présenté. Le diffuseur de lumière peut réduire la transmittance et améliorer le trouble. Sans ajout de microstructure, lorsque la fraction de masse du diffuseur de lumière est de 0,8%, la pénétration de l'échantillon est de 87,97%, le voile est de 94,45% et l'effet de diffusion est meilleur. Lorsque la teneur en diffuseur de lumière est faible, le voile de la plaque de diffusion de la lumière augmente considérablement et la transmittance diminue très peu.

Le film de diffusion de la lumière en PET a été préparé en ajoutant un diffuseur de lumière au polyéthylène téréphtalate (PET) par mélange. Les effets de l'indice de réfraction et de la taille des particules du diffuseur de lumière sur la diffusion de la lumière sont calculés à l'aide de la théorie de la diffusion de Mie, et les résultats des calculs théoriques sont vérifiés par des expériences. Les résultats montrent que l'indice de réfraction des particules d'agent de diffusion de la lumière a peu d'effet sur l'effet de diffusion de la lumière, mais que l'influence de la taille des particules est plus importante, ce qui est cohérent avec les résultats des calculs théoriques. L'effet et la raison de la quantité de diffuseur de lumière sur l'effet de diffusion de la lumière ont été discutés, et le film de diffusion de la lumière PET avec une transmission de la lumière de 85,3% et un voile de 90,86% a été préparé.

En d'autres termes, plus la taille des particules de l'agent de diffusion de la lumière est importante, meilleure est la transmittance, tandis que la brume est réduite ; plus le rapport de dosage de l'agent de diffusion de la lumière est élevé, plus la transmittance est faible, tandis que la brume est meilleure. L'indice de réfraction des particules de l'agent de diffusion de la lumière a peu d'effet sur l'effet de diffusion de la lumière, mais l'influence de la taille des particules est plus importante, mais dans l'application pratique, cela dépend de vos matières premières, de votre finesse et de vos exigences en matière de détails.

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