Analisi delle proprietà di diffusione della luce nelle lampade LED

Il tubo di vetro come involucro del tubo della lampada continua a utilizzare il processo di rivestimento a polvere del tubo della lampada tradizionale. Per eliminare i danni all'occhio umano causati dall'abbagliamento provocato dalle perle della lampada LED ad alta luminosità, il guscio del tubo della lampada LED (di seguito denominato tubo della lampada) è progettato per ottenere l'effetto di diffusione della luce (eliminando l'abbagliamento) sia che si utilizzi il tubo in PC (policarbonato) sia che si utilizzi il tubo in vetro. Al tubo della lampada con tubo in PC come materiale di rivestimento è stato aggiunto un diffusore in silicone durante la lavorazione della plastica PC, mentre il vetro è rivestito con un rivestimento per la diffusione della luce sulla parete interna del tubo di vetro. La perdita di assorbimento della luce dei LED è diversa anche a seconda dei materiali del tubo esterno o dei materiali di diffusione della luce utilizzati nel processo, il che porta alla differenza di trasmittanza della luce, efficienza luminosa e angolo del fascio. Queste differenze avranno un certo impatto sulla progettazione degli apparecchi di illuminazione e sull'ambiente di illuminazione interna.

Analisi tecnica dell'effetto di diffusione della luce del tubo della lampada.

1.1 Paralume in PC.

Il tubo PC può lavorare in un ampio intervallo di temperature (da - 60 ℃ a 120 °C). Presenta numerosi vantaggi, come la resistenza agli urti, la semplicità di lavorazione, la facilità di formatura, la non necessità di applicare uno strato di diffusione della luce, l'assenza di incollaggio separato della striscia luminosa e l'impossibilità di subire danni durante il trasporto e l'uso; gli svantaggi sono invece la scarsa resistenza alla corrosione alcalina, la facilità di incrinarsi a causa delle sollecitazioni, l'ingiallimento e la fragilità in caso di esposizione prolungata alla luce. Il tasso di manutenzione della lampada è difficile da soddisfare per una lampada LED di oltre 30000 ore.

1.2 Lampada di vetro.

Il processo di rivestimento per la diffusione della luce nel tubo di vetro è più o meno uguale a quello della lampada fluorescente tradizionale, ma le materie prime utilizzate per il rivestimento in polvere non hanno nulla in comune. Attualmente, le materie prime utilizzate per il rivestimento a diffusione luminosa possono essere suddivise in tre tipi.

La prima categoria è quella delle vernici a base solvente (note anche come vernici oleose), che rappresentano il processo più maturo evoluto dall'industria dei rivestimenti; questo tipo di rivestimento ha prestazioni simili a quelle delle vernici dopo l'essiccazione e presenta la fermezza più affidabile. Il rivestimento più comunemente utilizzato è una combinazione di resina acrilica a base di solvente e polvere di diffusione di silicone, e la sua trasmittanza luminosa è generalmente fino a 92%. Sebbene il processo di applicazione del rivestimento a base di solventi sia semplice, a causa dell'uso di esteri butilici o diluenti di benzene, durante la produzione produrrà un forte odore irritante e un inquinamento da benzene, che verrà gradualmente eliminato.

La seconda categoria è quella dei rivestimenti idrosolubili. I rivestimenti idrosolubili utilizzano l'acqua come diluente e l'acido acrilico idrosolubile come legante. Il processo è privo di inquinamento. Negli ultimi due anni è diventato un importante tema di ricerca e sviluppo nell'industria delle lampade LED e sono stati raggiunti risultati importanti. Attualmente, tutti gli adesivi di questo tipo conosciuti sono solidificati in film dalla reazione di reticolazione prodotta dopo la disidratazione e l'essiccazione. Il vantaggio principale è che il film di rivestimento dopo la reazione di reticolazione non è più solubile in acqua e la sua compattezza è seconda solo al rivestimento a base di solventi, ma è sufficiente per la lampada. Sebbene il rivestimento idrosolubile presenti molti vantaggi, è proprio la natura della reazione di reticolazione a determinare il problema del processo: la difficoltà di pulizia della macchina causata dalla polpa di polvere lasciata sulle attrezzature della macchina e sugli spruzzatori dopo l'essiccazione.

Il terzo tipo si è evoluto dal processo di rivestimento ad acqua delle lampade fluorescenti, utilizzando un diffusore di luce al posto della polvere fluorescente per la luminescenza, e il legante è PEO (poli (ossido di etilene)). Per i produttori di lampade fluorescenti tradizionali, questa tecnologia è relativamente matura, il tasso di utilizzo della polvere è elevato, il costo di produzione è basso, la resistenza alle alte temperature del rivestimento è buona e la trasmittanza luminosa di una buona polvere di diffusione siliconica può anche raggiungere 92%. Lo svantaggio è che la compattezza del rivestimento è leggermente peggiore di quella della vernice a base d'acqua, ma poiché il legante PEO adesivo non è stato sottoposto al processo di torrefazione come una lampada fluorescente, non c'è decomposizione ad alta temperatura e la sua compattezza è molto superiore a quella dello strato di polvere della lampada fluorescente; finché non ci sono graffi sul rivestimento nel processo di produzione, si può garantire che lo strato di polvere non si staccherà durante il periodo di vita della lampada.

1.3Glass-PET lampada composita.

Anche il processo di avvolgimento di uno strato di pellicola di diffusione all'esterno del tubo di vetro ha fatto progressi. La tecnologia di realizzazione del rivestimento per la diffusione della luce consiste nell'avvolgere uno strato di pellicola in PET (polietilene tereftalato) sulla parte esterna del tubo di vetro. Questo film plastico produce un effetto di restringimento a una certa temperatura elevata e viene avvolto strettamente sulla superficie esterna del tubo di vetro. Poiché la pellicola termoretraibile è mescolata con il diffusore di luce, è possibile raggiungere lo scopo di diffondere la luce. Questo tipo di tubo lampada composito combina alcuni vantaggi del tubo PC e del tubo di vetro. Ha i vantaggi di un'elevata trasmittanza luminosa, di una semplice lavorazione e di una buona resistenza al calore. Può essere utilizzato per lungo tempo a 120 °C. Ha una forte tenacità e resistenza alla trazione e non è facile da rompere. mostra la superiorità di una lavorazione conveniente per i tubi lampada ad alta potenza con lunghezza > 1500 mm. Lo svantaggio è che la resistenza alla corrosione in ambiente alcalino è scarsa e non resiste all'immersione in acqua calda, per cui è facile che si rompa e si stacchi nel processo di illuminazione a lunga durata, perdendo l'effetto di diffusione della luce.

2 Rassegna dei materiali per la diffusione della luce.

Attualmente, i materiali di diffusione utilizzati nei tubi di PC e nelle pellicole di PET sono principalmente organosilicio, mentre i materiali di diffusione della luce utilizzati nei rivestimenti dei tubi di vetro sono principalmente organosilicio, carbonato di calcio, talco, fosforo, ossido di ittrio, ossido di silicio, solfato di bario e così via. In questo articolo si è parlato molto delle proprietà di questi diffusori di luce. Nel presente documento sono riportate alcune proprietà e applicazioni dei diffusori di luce a base di organosilicio.

Tra tutti i diffusori di luce, quello in silicone presenta la più alta trasmittanza luminosa. Le particelle di materiale siliconico trasparente sono aggiunte in forma di particelle di dimensioni micrometriche e le micrografie sono mostrate nella figura 1. Queste particelle possono essere disperse uniformemente nella resina quando vengono utilizzate in PC, PET e colla di riempimento. La luce della lampada può passare attraverso le sfere trasparenti di questi rivestimenti filmogeni, cosicché, dopo molte volte di rifrazione e riflessione, la forte luce emessa dalle perle della lampada LED viene diffusa e uniformemente emessa dalla superficie del tubo di PC o del film di PET, trasformando la sorgente di luce puntiforme in una sorgente di luce superficiale, eliminando la luce di accordo e ammorbidendo la luce. Poiché la luce passa direttamente attraverso la sfera del diffusore, si evitano la riflessione e l'assorbimento multipli, si riduce la perdita di luce e si migliora la trasmittanza luminosa.

Il diffusore di luce in silicone è comodo da usare nel tubo di PC e nel film di PET, ma necessita di un trattamento speciale nel processo di rivestimento idrosolubile, altrimenti è difficile disperderlo uniformemente e formare una sospensione, e la qualità del rivestimento è difficile da controllare. Allo stesso tempo, proprio perché è trasparente, la foschia sarà leggermente ridotta mentre la trasmittanza luminosa è elevata, quindi in genere non viene utilizzato da solo e l'effetto della miscelazione con un diffusore di luce inorganico è migliore.

Per quanto riguarda i diffusori di luce inorganici, la luce si diffonde uniformemente attraverso la superficie di piccole particelle dopo molteplici riflessioni, ma è difficile che la luce penetri direttamente nelle particelle di polvere inorganica e la polvere di diffusione della luce inorganica è altrettanto difficile da formare particelle sferiche. Pertanto, l'assorbimento della luce da parte della polvere di diffusione stessa aumenta, con conseguente diminuzione della trasmittanza luminosa, e la trasmittanza luminosa di una buona polvere di diffusione inorganica, come l'ossido di ittrio, può anche raggiungere circa 91% (figura 2). Attualmente, con l'utilizzo di un buon rivestimento in materiale di diffusione e di una pellicola in PET di alta qualità, la trasmittanza luminosa del tubo della lampada LED T8 può raggiungere 92%. Anche la trasmittanza luminosa del tubo in plastica PC può raggiungere 91,5%, il che ha molto a che fare con il coefficiente di assorbimento della luce della plastica stessa rispetto al vetro. Con il miglioramento della trasmittanza luminosa, da un lato si può migliorare l'efficienza luminosa della lampada, dall'altro si può ridurre la temperatura del tubo della lampada e prolungare la durata dei componenti dell'alimentatore. Proprio perché la luce ha difficoltà a passare direttamente attraverso le particelle di polvere della polvere inorganica di diffusione della luce, mentre i tempi di riflessione aumentano, aumenta anche la foschia della polvere, per cui la foschia della polvere inorganica di diffusione della luce è maggiore.

3. Test e analisi della trasmittanza luminosa.

3.1 effetto dello spessore del rivestimento sulla trasmittanza luminosa.

La tabella 1 mostra i valori misurati della trasmittanza luminosa di diversi pesi (spessori) rivestiti con legante a base di solventi. Dalla tabella si evince che, con l'aumento della quantità di rivestimento, aumenta l'assorbimento della luce del diffusore, con conseguente graduale diminuzione della trasmittanza luminosa; inoltre, si rileva che quando il rivestimento in polvere (cioè lo spessore) aumenta di 67%, la trasmittanza luminosa diminuisce solo di 1,7%.

Sono stati misurati i diversi segmenti del tubo di vetro lungo 1,2 m rivestito con uno strato di diffusione della luce solubile in acqua. Il tubo di polvere è stato suddiviso in una zona ogni 300 mm, quindi è stata rilevata la trasmittanza luminosa delle quattro sezioni rispettivamente (vedere Tabella 2). Da sottile a spessa, la trasmittanza luminosa è diminuita da 92,7% a 90,8%, con una differenza di 1,9%.

3.2 effetto dello spessore della parete del tubo di vetro sulla trasmittanza luminosa.

Attraverso l'analisi della trasmittanza luminosa del tubo di vetro Na-Ca-Si con diversi spessori di parete, è emerso che la trasmittanza luminosa del tubo di vetro e del tubo di polvere diminuisce leggermente con l'aumento dello spessore del tubo di vetro, ma l'entità della diminuzione non è evidente. Lo spessore della parete è passato da 0,65 mm a 0,90 mm, con un aumento di 38%, mentre la trasmittanza luminosa è diminuita solo di 1,0% (vedere Tabella 3).

4 Analisi sperimentale dell'angolo di 4 raggi.

Il design della lampada dipende dai parametri dell'angolo di emissione della sorgente luminosa. Quando si sostituisce la tradizionale lampada fluorescente T8, la lampada LED T8 cerca sempre di ottenere un angolo di emissione maggiore (figura 3). La lampada fluorescente T8 tradizionale è una fonte di illuminazione non direzionale ed emette luce a 180° della sezione trasversale della ram C 0; pertanto, quando viene utilizzata per l'illuminazione di interni, l'intero spazio ha una sensazione di trasparenza, offrendo alle persone un comodo godimento visivo. Per quanto riguarda il tubo LED T8, le perle della lampada nella striscia della sorgente luminosa si trovano nella parte superiore del tubo della lampada e si illuminano a 180° rispetto al tubo. Dopo aver deviato la luce attraverso diversi percorsi di diffusione della luce, l'angolo del fascio direzionale formato nella sezione trasversale C 0 ram 180 ° è anche diverso.

4.1 L'effetto della dimensione delle particelle sull'angolo del fascio.

Le grandi dimensioni delle particelle dell'agente di diffusione della luce possono produrre un'elevata foschia, mentre le piccole dimensioni delle particelle possono produrre una buona trasmittanza luminosa. A causa della limitazione delle condizioni sperimentali, non è possibile misurare la foschia nell'esperimento e la foschia può essere valutata solo osservando se la lampada è trasparente o meno. Per testare l'angolo di apertura del fascio sono stati utilizzati tre tipi di lampade a rivestimento inorganico con dimensioni medie delle particelle di 1,1 μ m, 4,6 μ m e 8,0 μ m (vedere Tabella 4). Con la diminuzione della dimensione delle particelle e del peso della polvere diffusa, l'angolo del fascio del tubo lampada diminuisce gradualmente e la differenza massima dell'angolo del fascio è di 50°.

4.2 effetto dei diversi materiali sull'angolo del fascio.

Utilizzando la stessa striscia luminosa a LED, con metodi e materiali di diffusione diversi, l'angolo del fascio luminoso è diverso. Dai risultati sperimentali, gli angoli del fascio di luce del tubo PC, della vernice oleosa, del film PET e della vernice a base d'acqua sono fondamentalmente gli stessi, mentre l'angolo del fascio di luce del rivestimento di diffusione della luce realizzato con il tradizionale processo di rivestimento ad acqua della lampada fluorescente può raggiungere circa 320° (vedere la Tabella 5).

Ciò è dovuto alla grande distanza tra le particelle del tradizionale rivestimento in polvere per la diffusione di lampade fluorescenti rivestito d'acqua rispetto ai processi di rivestimento sopra descritti (figura 4). Le particelle di polvere di materiale inorganico per la diffusione della luce sono poligoni irregolari e non sferici, e la consistenza delle particelle è scarsa; inoltre, la polvere inorganica per la diffusione della luce è opaca e la luce non può passare direttamente attraverso le particelle di polvere; tutto ciò fa sì che la luce debba essere riflessa molte volte in modo irregolare nello strato di polvere prima di poter penetrare nello strato di polvere, e l'angolo di emissione dopo la diffusione della luce è ovviamente maggiore rispetto a quello che si ottiene dopo aver attraversato il rivestimento di sfere uniformi e traslucide.

5 osservazioni conclusive.

Il materiale di diffusione della luce gioca un ruolo decisivo sulla trasmittanza luminosa della lampada, in cui il silicio organico è il materiale di diffusione della luce più ideale. Il tradizionale processo di diffusione della luce con polveri inorganiche PEO presenta evidenti vantaggi nell'aumentare l'angolo del fascio di luce del tubo LED T8. La ricerca di materiali per la diffusione della luce con una maggiore trasmittanza luminosa, una migliore foschia e un più alto rapporto prestazioni/prezzo per i rivestimenti di diffusione della luce solubili in acqua è al centro della ricerca e dello sviluppo per molto tempo in futuro.