LEDライトの光拡散の仕組みは？

光拡散材料とは、点光源や線光源を線光源や面光源に変換することができる材料を指します。一般的に、この種の材料の機能は、屈折、反射、散乱の後、肉眼で光源がまぶしく見えないようにすることです。そこでまず、LEDで一般的な光拡散材料とは何かを紹介しよう。

1.PS光拡散ランプシェード
調製方法。
現在、光拡散材料の主な調製法は、重合とブレンド改質である。

1.)重合方法
光の屈折の原理に従い、屈折率が異なり相溶性の悪い2種類の高分子モノマーを共重合させる重合法、すなわちピースワイズ重合法を用いて、さらに光散乱光拡散材料を調製する。散乱体モノマーとマトリックスを形成するモノマーとの反応活性が異なるため、反応活性の異なる2種類のモノマーを重合により調製し、散乱体モノマーはマトリックスモノマーと自己重合またはブロック共重合を生じる。このようにして、それぞれの重合鎖に形成される縮合核の光学的性質は均一となり、光は縮合核の境界で反射・屈折し、散乱を形成するようになる。重合は、PMMAベースの光拡散材料の調製に広く使用されている。

2.光拡散LEDランプシェード。
ブレンド修正法。
配合変更方法は、樹脂に光拡散板を添加し、透明樹脂中に球状に均一に分散させて島状構造にする。樹脂と光拡散板の屈折率が異なるため、光は光拡散板の表面で鏡面反射に近い反射をする。多重反射の後、光拡散の効果を達成する。同時に、光拡散体の量、粒子径、分布、屈折率は、材料の光学特性を決定する。

3.光拡散ランプシェード。
現在、多くの光拡散材料は一般的にこの方法で生産されている。なぜなら、この方法はポリマーのドーピングに似ており、工程が簡単で、特にドーズ量が非常に多い光拡散板では、この方法は連続生産が可能で、生産効率が高いからである。
以下は主にブレンド修正法に基づく例である：

1.)作用機序。
光拡散材料の作用メカニズムは、有機または無機粒子を散乱粒子として拡散板基板に添加し、散乱層を通過する際に屈折率の異なる2つの媒体中で光の屈折、反射、散乱を行わせることである。詳細は下記の拡散模式図をご確認ください：

2.)マトリックス材料。
光拡散材料の基材としては、高い光透過率が要求される。一般的なマトリックス材料としては、PPMMA、PS、PCなどがあり、光拡散率は以下の通りである：

屈折率は素材の見た目の明るさを決定し、屈折率が高いほど素材と空気の界面でより多くの光が反射されることを示す。一般的に、屈折率が高いほど透過率は低くなります。

PC光拡散ランプシェード
3.)ライトディフューザー
光拡散剤の組成によって、有機拡散剤と無機拡散剤に分けられる。

オーガニック・ライト・ディフューザー
この種の光拡散剤には、主にアクリル系、シリコーン系、ポリビニル系などがある。現在、アクリル系とシリコーン系の光拡散剤が最も広く使われている。この種の光拡散剤は透過率が良い。シリコーンは添加量が少なく、ヘイズが良いという長所があり、アクリル酸の透過率は良い。

光拡散LEDランプシェード
無機光拡散板
無機光拡散体には、主にナノ硫酸バリウム、二酸化ケイ素、炭酸カルシウムなどがある。微視的な観点から見ると、これらの無機光拡散体は固体の微小球体であり、光が固体の球体を通過することは非常に難しく、多くの光の透過に影響を与える。
いくつかの光拡散体の屈折率は以下の通りである：

LEDランプシェード
4.)光拡散粒子の影響
拡散粒子径の影響
同じ質量の場合、粒子径が小さいほど粒子数が多く、光が通過する際に偏向される回数が多く、拡散率が大きいほどヘイズが高くなる。しかし、粒径が小さすぎると粒度分布の制御が難しくなり、逆に同じヘイズでは透過率が低下する。粒子径と粒子径分布が適正であれば、光線透過率とヘイズを同時に高い値にすることができる。粒子径は一般的に1～5ミクロン程度です。同時に、粒子の規則性と仕上がりが良いほど、ヘイズと光透過率は向上する。

LEDランプ
拡散粒子の屈折率の影響
基板と拡散板の屈折率は大きすぎても小さすぎてもいけない。拡散板の相対屈折率が0.91～0.97と1.03～1.09の間であれば、拡散透過率がよくなります。相対屈折率が小さすぎると、2つの屈折率の差が少なく、散乱が目立たない。相対屈折率の差が大きいと全反射となり、光が内部で反射してしまい、効果的な輸出ができなくなる。

光拡散LEDシート
拡散粒子濃度の影響。
光拡散粒子が増加すると、拡散板で散乱する光の数が増加し、後方散乱が増加し、光子の自由行程が減少し、ヘイズが増加するが、透過率が減少する。高い透過率とヘイズを確保する場合、光拡散材料の濃度を合理的に選択し、一般的な混合比は2%以下である。

光拡散LEDランプ
3.パフォーマンス要件。
一般的なLED光拡散材には、以下のものが必要である：
高透過率、高拡散、グレアなし、光なし、影なし。
光源を隠すことができる。
流動加工性、寸法安定性、耐候性、耐熱性に優れている。
高い難燃性と衝撃強度を持つ。
光線透過率は80%以上。

光拡散LEDランプ
光拡散材料の特性。
光拡散材料の利点は、高い光透過率を確保することを前提に、製品の光拡散性とヘイズを増加させることです。拡散板の作用により、ボード全体が暗い領域を形成することなく、均一な発光面を形成します。現在、光拡散板はPC光拡散板、PMMA光拡散板、PS光拡散板に分けられる。しかし、PMMAは傷がつきにくく、PSは耐熱性、難燃性に劣る。現在、LEDランプシェードにはPCが広く使われている。以下は数種類の光拡散板の比較である。