광확산 재료용 LED 기술의 요구 사항 및 광확산 재료의 개발 조건

1.1 LED 소개

최근 몇 년 동안 글로벌 에너지 위기로 LED의 급속한 발전으로 조명, 백라이트, 디스플레이 및 기타 산업에서 널리 사용되었습니다. 환경 보호, 에너지 절약 및 긴 서비스 수명의 장점으로 인해 LED는 광범위한 응용 전망을 가지고 있습니다. LED 조명 산업의 발전과 함께 LED 조명 확산 보드도 빠르게 증가하고 있습니다. 오늘날 LED 광확산 재료는 여러 대형 외국 기업 (예 : 테이진, 아사히 화청, 한국 LG 등)이 독점하고 있으며 비용이 상당히 높습니다.

1.1.1 LED 기술 및 광학 확산 재료에 대한 요구 사항.

LED-TV 백라이트 기술은 LED 조명의 가장 중요한 응용 분야입니다. LED-TV의 LCD TV 생산 기술은 주로 직접 백색 LED 백라이트 기술을 채택합니다. 직접 백라이트는 수백 개의 LED로 구성된 점 광원 어레이입니다. 액정 패널에 균일 한 백라이트를 제공하려면 LED 어레이 앞에 광확산 판을 추가해야합니다. 확산판의 높은 확산도는 LED 점 광원이 액정 패널에 이미징되는 것을 효과적으로 방지할 수 있습니다. 실내 및 실외 조명은 LED의 가장 유망한 응용 분야입니다. 실내 및 실외 조명에 사용하면 LED 광원의 높은 색온도와 높은 포인팅 성능으로 인해 눈부심이 발생하여 사람의 눈에 빛 손실을 일으키기 쉽습니다. 따라서 광확산판을 사용하여 고휘도 LED 점 광원 또는 선 광원을 균일하고 부드러운 평면 광원으로 전환하여 광도의 균일 성 및 광 에너지의 이용 효율을 개선하고 눈부심을 방지해야합니다.

1.1.2 LED의 적용 및 시장 전망

LED 조명에 사용되는 쉘 재료는 그림 1.1과 같이 빛을 통과시킬뿐만 아니라 빛을 효과적으로 산란시켜 점 및 선 광원을 선 및 면 광원으로 변환 할 수있는 두 가지 광 확산 재료를 말합니다. 빛이 효과적으로 빛을 산란시켜 점광원과 선광원을 선광원과 면광원으로 변환할 수 있는 소재를 평가합니다. 빛 확산 재료의 광학적 특성을 평가하는 가장 중요한 두 가지 지표는 빛 투과율과 헤이즈입니다. 빛을 부드럽고 균일하게 만들기 위해서는 일반적으로 광확산 소재의 광 투과율이 50% 이상이고 헤이즈는 90% 이상이어야 합니다.

빛 투과율과 무독성 사이의 모순으로 인해 헤이즈는 종종 증가하고 빛 투과율은 감소합니다. 이 두 지표의 균형을 맞추는 방법은 광학 디퓨저의 선택이 특히 중요합니다. LED 조명 산업의 급속한 발전으로 지속적인 생산을 달성하기 위해 광 확산의 생산 효율성을 향상시켜야합니다. 대부분의 광 확산 재료는 투명한 폴리머 매트릭스 재료와 광산란 입자를 혼합하여 제조됩니다. 광 산란 입자에는 무기 마이크로실리카, 유리 구슬, 폴리메타크릴레이트, 폴리스티렌 PS, 폴리(에틸렌 테레프탈레이트) 등의 유기 폴리머 입자가 포함됩니다. 우리는 기계적 특성과 내열성이 우수한 PC를 매트릭스 재료로 사용하고, 다양한 미세 형태를 가진 여러 종류의 광확산제가 LED 조명 광확산 재료의 광학적 특성에 미치는 영향을 연구하여 산업 생산에 강력한 참조 데이터를 제공합니다.

1.2 국내외 광확산 소재 개발 현황

광 확산 재료는 점 광원과 선 광원을 선 광원과 표면 광원으로 변환하고 입사 빔 광도의 균일 한 분포 효과를 얻을 수있는 특정 광 투과율과 헤이즈를 가진 광학 재료를 말하며 평면 패널 디스플레이, 조명 공학, 레이저, 프로젝션 이미징 및 기타 기술 분야에서 널리 사용됩니다. 오늘날 고출력 발광 다이오드 LED 칩 제조 기술이 성숙하고 자동차 조명, 신호 표시기, 실외 디스플레이 화면, 실내 및 실외 조명 및 기타 분야에서 광범위하게 적용됨에 따라 LED 광 확산 입자에 대한 수요가 빠르게 증가하고 있습니다.

현재 국내 시장에서 우수한 성능을 가진 광학 확산 소재는 주로 테이진, 아사히 카세이 등 외국 기업에서 생산되며 가공 비용이 더 비쌉니다. 국내 브랜드의 독자적인 연구 개발이 독점을 깨는 핵심 방법입니다. 또한 헤이즈와 투과율은 광확산 소재의 광학적 특성을 평가하는 중요한 지표이기 때문에 서로 모순됩니다. 많은 요인이 광 확산 재료의 광학적 특성에 영향을 미치고 상호 작용이 더 복잡하기 때문에 투과율이 높고 헤이즈가 높은 광 확산 재료의 개발이 현재 연구의 초점이되었습니다.

고분자 광확산 소재에 대한 연구는 미국에서 처음 시작되었고, 이후 여러 나라에서 고분자 광확산 소재에 대한 연구와 개발이 급증하기 시작했습니다. 1944년 오오츠카 요시오 등은 PC를 매트릭스로 사용하고 CaCO3, PMMA 입자를 도핑하여 광 확산 재료를 제조하여 광 산란 효과를 얻었습니다. 2000년에 Mcneil LE 등은 투명 아크릴 수지에 TiO2 입자를 도핑하여 광확산 필름을 제조하고 산란 계수와 다중 산란 기능을 이론적으로 자세히 분석하여 다음 연구 작업에 참고를 제공했습니다. 2004년 김 GH 등은 유리섬유를 첨가하여 광확산 필름을 제조한 PMMA를 매트릭스로 사용하여 LCD 백라이트 모듈에 적용함으로써 LCD에서 방출되는 빛이 균일하고 우수한 물성을 갖도록 하였습니다. 1998년부터 2004년까지 일본 게이오 대학은 고성능 산란 폴리머를 액정 백라이트 도광판에 적용하기 시작했고, 광원의 전력은 그대로 유지하면서 격자가 없는 산란 도광판이라는 개념을 처음으로 제시했습니다. 액정 백라이트의 밝기를 두 배로 높여 전 세계의 주목을 받았습니다. 2005년에 이 기술은 일본 소니(SONY)에 인수되어 초박형 노트북 컴퓨터 생산에 사용되는 산업화되었습니다. 2007년 베이징 화학 기술 대학은 PS에 Pr-MMA와 SBR(스티렌-부타디엔 고무)을 첨가하여 현장 중합 방식으로 광 투과율 79.9%, 헤이즈 83.11%의 광확산 소재를 제조했습니다. 2009년에 Meng Qinghua 등은 나노-PMMA/PS 광 산란제를 합성하고 이를 PMMA 매트릭스 재료에 첨가하여 70-80%의 헤이즈 및 광 투과율을 갖는 광 확산 복합체를 제조했습니다. 2009년에 Wang 등은 실리콘 폴리머에 물방울이 분산된 광확산 필름을 제조하여 약 88%의 광투과율을 보였습니다. 산란 효과는 그림 1.2에 나와 있습니다. LED 및 기타 광학 재료에 대한 수요가 증가함에 따라 광학 확산 재료에 대한 연구는 여전히 긍정적 인 의미를 가지고 있습니다.

1.2.1 광학 디퓨저는 어떻게 선택하나요?

일반적으로 사용되는 광확산제에는 TiO2, BaSO4, SiO2, CaCO3, Al2O3, 유리구슬과 같은 무기 입자와 PS 및 실리콘 수지와 같은 유기 폴리머 입자가 있습니다.

충족해야 하는 요구 사항 산란 머티리얼을 선택할 때 어떤 것을 고려해야 하나요?
(1) 스캐터 재료와 매트릭스 재료는 특정한 다른 광학 특성(예: 굴절률)을 가져야 합니다.
(2) 스캐터 재료가 빛을 거의 또는 전혀 흡수하지 않아야 합니다.
(3) 산란기 입자의 크기는 특정 요구 사항을 충족해야하며 입자가 너무 작거나 너무 커서는 안되며 그렇지 않으면 산란 효과가 분명하지 않고 입자 크기가 매우 약하며 입자 크기가 증가함에 따라 빛의 산란이 증가하지만 특정 크기에 도달하면이 선형 관계가 더 이상 유효하지 않습니다.

1.2.2 광원 확산 머티리얼은 어떻게 선택하나요?

현재 국내외에서 생산되는 광확산 소재는 크게 표면 산란 소재와 벌크 산란 소재로 나뉩니다. 전통적인 산란 재료는 표면 산란 재료이며 산란광은 주로 마이크로 렌즈, 피라미드, 거친 표면 및 기타 미세 구조와 같은 표면 구조에 따라 달라집니다. 표면 산란광 산란 재료를 준비하는 방법에는 표면 텍스처링, 스프레이, 레이저 캔들 조각, 핫 프레싱 및 초음파 엠보싱이 포함됩니다. 스프레이 및 표면 텍스처링 방법의 장점은 조작이 간단하고 비용이 저렴하다는 점이며, 단점은 이상적인 빛 투과율을 달성하기 어렵다는 점입니다. 레이저 캔들 조각과 잉크 국화 성형으로 제조 된 표면 산란 재료는 성능이 우수하고 빔 모양을 정확하게 제어 할 수도 있지만 사용되는 도구와 금형에 대한 요구 사항이 매우 높고 비용이 매우 높습니다. 열간 프레스 공법의 비용은 상대적으로 낮지 만 가열 및 냉각 공정이 시간이 많이 걸리고 효율이 낮기 때문에 대규모 생산에는 사용할 수 없습니다.

대부분의 벌크 산란 광 산란 재료는 산란 광 산란기가 있는 투명 폴리머 재료로, 투명 집합 재료에 매트릭스의 굴절과 다른 광 확산기를 추가하여 광 확산의 목적을 달성합니다. 이 재료는 글로벌 산란 메커니즘, 즉 재료의 내부와 표면이 산란 역할을하며 샘플은 높은 빛 산란, 높은 투명도 및 우수한 포괄적 인 특성을 가지고 있습니다.
현재 체적 산란 광산란 재료는 새로운 유형의 광산란 재료로서 많은 응용 분야에서 기존의 광산란 재료를 점차적으로 대체하고 LED 조명, 액정 디스플레이 및 기타 분야에서 널리 사용되기 시작합니다.

우리가 사용하는 소재는 일반적으로 체적 산란 소재입니다. PC는 89%의 광투과율, 우수한 기계적 특성, 낮은 흡습성, 우수한 난연성을 가지고 있지만 자외선이나 피부 라인이 조사되면 쉽게 황변될 수 있습니다. PS는 90%의 광 투과율과 낮은 흡습성, 열 저항성이 낮습니다. 표면 경도와 취성이 낮기 때문에 균열과 크랙이 생기기 쉽고 장기간 자외선을 받으면 색이 변색되기 쉽습니다. PMMA는 가시광선 영역에서 92%의 광 투과율과 우수한 가공성, 강력한 자외선 노화 방지 특성으로 매우 투명하지만 수분 흡수가 강하고 인성 및 가연성이 낮습니다. ABS는 내충격성, 내열성 및 저온 저항성의 두 가지 특성을 가지고 있으며 가공이 쉽고 제품의 스케일이 안정적이며 표면 광택이 좋지만 ABS가 혼합되어 있기 때문에 광 투과율이 좋지 않습니다. 수지의 광학적 특성, 기계적 특성, 가공성 및 기타 요인을 고려할 때 PC와 PMMA가 광산란 매트릭스 재료의 첫 번째 선택이 됩니다.