Wpływ środka rozpraszającego światło na właściwości tworzyw sztucznych rozpraszających światło

Jako półprzewodnikowe urządzenie, które bezpośrednio przekształca energię elektryczną w energię świetlną, dioda elektroluminescencyjna (LED) ma nie tylko solidną strukturę, odporność na wstrząsy, szybką reakcję na światło, długą żywotność, ale także niskie zużycie energii. LED jest punktowym źródłem światła. W praktycznych zastosowaniach zwykle konieczne jest przekształcenie go w liniowe lub powierzchniowe źródło światła, aby światło było jasne i miękkie. Aby osiągnąć tę transformację, potrzebne są materiały rozpraszające światło. Materiały fotodyfuzyjne składają się zazwyczaj ze środków rozpraszających światło i polimerów.

1. Środek rozpraszający światło

Środek rozpraszający światło jest wytwarzany przez specjalne przetwarzanie i obróbkę powierzchni. Wielkość cząstek wynosi zazwyczaj od 1 μm do 10 μm, a średnia wielkość cząstek wynosi około 2 μm. Kulki mają funkcję astygmatyzmu, dobrą płynność i dobrą kompatybilność z podłożem z żywicy optycznej.

Obecnie dyfuzory optyczne dzielą się głównie na nieorganiczne i organiczne. Nieorganiczny środek rozpraszający światło obejmuje głównie cząstki nieorganiczne, takie jak dwutlenek krzemu, dwutlenek tytanu, węglan wapnia, wodorotlenek glinu i szklane kulki, podczas gdy organiczny środek rozpraszający światło obejmuje głównie usieciowany polistyren, polimetakrylan i inne organiczne mikrosfery polimerowe.

Nieorganiczny środek rozpraszający światło

Po dodaniu cząstek nieorganicznych, takich jak dwutlenek krzemu, dwutlenek tytanu i węglan wapnia, światło będzie rozpraszane przez powierzchnię drobnych cząstek niezliczoną ilość razy, aby uzyskać efekt jednolitego światła. Chociaż cząstki nieorganiczne mają dobrą odporność na ciepło, mają różne kształty, duże odchylenia wielkości cząstek i brak jednolitej dyfuzyjności światła; nieorganiczny środek rozpraszający światło jest stałą mikrosferą z mikroskopijnego punktu widzenia, a światło nie może przejść przez tę stałą kulę. Wpłynie to na transmisję dużej ilości światła, a tylko część światła zostanie załamana, wpływając w ten sposób na jasność lub transmisję światła. Ci, którzy muszą mieć przepuszczalność światła powyżej 50% dla abażurów, nie mogą wybrać nieorganicznego środka rozpraszającego światło.

Organiczny środek rozpraszający światło
Usieciowane mikrosfery polistyrenowe i polimetakrylanowe mają dobrą jednorodność kształtu, kontrolowane odchylenie wielkości cząstek, wysoką przepuszczalność światła, ale niską odporność na ciepło. Podczas granulacji wytłaczania polimeru rozpraszającego światło i formowania wtryskowego w wysokiej temperaturze lub wytłaczania urządzeń prowadzących światło, cząstki polimeru są podatne na odkształcenia, wpływając w ten sposób na równomierne rozpraszanie światła. Co więcej, odporność na światło polistyrenowego dyfuzora światła jest słaba i łatwo żółknie, co wpływa na jakość obsługi i żywotność diod LED.

W ostatnich latach opracowano organiczno-nieorganiczny hybrydowy organiczno-krzemowy mikrosferyczny dyfuzor światła. Silikonowy mikrosferyczny dyfuzor światła ma nie tylko cechy wysokiej odporności na ciepło, odporność na światło i odporność na starzenie cząstek nieorganicznych, ale ma również cechy jednorodności kształtu cząstek organicznych, wysoką przepuszczalność światła i dobrą jednorodność dyfuzji światła, a jego współczynnik załamania światła można zmieniać wraz ze zmianą syntetycznych monomerów, a powierzchnia cząstek może być modyfikowana in situ przez dyfuzję światła. Ma szerokie perspektywy zastosowania w celu poprawy kompatybilności i zdolności adaptacji cząstek dyfuzji światła z poliwęglanem (PC), polimetakrylanem metylu (PMMA), polistyrenem (PS) i innymi żywicami matrycowymi płyty światłowodowej. Dlatego oczekuje się, że mikrosfery silikonowe staną się wysokowydajnym dyfuzorem optycznym dla diod LED. Silikonowy środek rozpraszający światło jest zwykle produktem mikrosferycznym utworzonym z metylotrimetoksysilanu i fenylotrimetoksysilanu w wyniku hydrolizy, kondensacji i reakcji sieciowania. rozkład wielkości cząstek wynosi od 1 μm do 8 μm, a średnia wielkość cząstek wynosi 2 μm i 4 μm.

2 tworzywa sztuczne rozpraszające światło
Po dodaniu dyfuzora światła do żywicy PC, dyfuzor światła jest kulisty i równomiernie rozproszony w żywicy PC, tworząc strukturę wyspy. Ze względu na różny współczynnik załamania światła żywicy PC i dyfuzora światła, światło jest podobne do odbicia zwierciadlanego na powierzchni dyfuzora światła, a efekt rozproszenia światła uzyskuje się po wielokrotnym odbiciu.

Zasadniczo istnieją dwie metody przygotowania materiałów fotodyfuzyjnych, jedna to polimeryzacja, druga to modyfikacja mieszania, z których każda ma swoje własne cechy. Zgodnie z zasadą załamania światła, metoda polimeryzacji polega na wyborze kopolimeryzacji dwóch rodzajów monomerów polimerowych o różnym załamaniu i słabej kompatybilności lub polimeryzacji fragmentarycznej w celu dalszego przygotowania materiałów rozpraszających światło. Powszechnie stosowaną metodą polimeryzacji jest przygotowanie dwóch rodzajów monomerów o różnej aktywności reakcji, ponieważ aktywność reakcji monomeru rozpraszającego różni się od aktywności monomeru matrycy, a monomer rozpraszający powoduje samopolimeryzację lub kopolimeryzację blokową z monomerem matrycy. w ten sposób właściwości optyczne skondensowanych jąder utworzonych w odpowiednich łańcuchach polimeryzacji są jednolite, a światło jest odbijane i załamywane na granicy skondensowanego jądra, tworząc w ten sposób rozpraszanie. Polimeryzacja jest szeroko stosowana w przygotowywaniu materiałów fotodyfuzyjnych na bazie poli (metakrylanu metylu) (PMMA), ale rzadko jest stosowana w przygotowywaniu materiałów fotodyfuzyjnych na bazie PC, a powiązane raporty i badania są również bardzo rzadkie.

Metoda modyfikacji mieszania polega na dodaniu dyfuzora światła do żywicy PC. Dyfuzor światła jest kulisty i równomiernie rozproszony w żywicy PC, tworząc strukturę wyspową. Ze względu na różny współczynnik załamania światła żywicy PC i dyfuzora światła, światło jest podobne do odbicia zwierciadlanego na powierzchni dyfuzora światła, a efekt rozproszenia światła uzyskuje się po wielokrotnym odbiciu. Jednocześnie ilość dyfuzora optycznego, wielkość i rozkład cząstek, współczynnik załamania światła określają właściwości optyczne materiału. Obecnie wiele nowych rodzajów materiałów rozpraszających światło jest wytwarzanych przy użyciu metod, ponieważ metoda ta jest podobna do domieszkowania polimerów, a proces jest prosty, szczególnie w przypadku płyt rozpraszających światło o bardzo dużym zużyciu, metoda ta może być produkowana w sposób ciągły i ma wysoką wydajność produkcji. .

Środek rozpraszający światło jest dodawany do PC, PMMA, PS i innych przezroczystych tworzyw sztucznych w celu uzyskania tworzyw sztucznych rozpraszających światło, które nie tylko zakrywają źródło światła i oślepiające światło, ale także sprawiają, że cała przezroczysta żywica emituje bardziej miękkie, piękne i eleganckie światło, tak aby osiągnąć komfortowy efekt przepuszczalności światła i nieprzezroczystości.
W celu rozwiązania problemów związanych z olśnieniem i szkodliwością niebieskiego światła w oświetleniu LED, począwszy od krzemoorganicznych materiałów rozpraszających światło, dwutlenek tytanu (TiO2) i ceria (CeO2) zostały użyte do modyfikacji i funkcjonalizacji powierzchni środka rozpraszającego światło, tak aby uzyskać materiały rozpraszające światło o dobrych właściwościach optycznych i funkcji ekranowania niebieskiego światła.

Jaki jest wpływ środka rozpraszającego światło na właściwości tworzyw sztucznych rozpraszających światło?

Rodzaje środków rozpraszających światło można podzielić na trzy kategorie: cząstki organiczne, cząstki nieorganiczne i materiały kompozytowe. Cząsteczki rozpraszające muszą spełniać następujące trzy warunki:
Główne wyniki są następujące:

(1) istnieją pewne różnice między właściwościami optycznymi a materiałami matrycy.
(2) absorpcja przepuszczanego światła powinna być zerowa lub mniejsza.
(3) Rozmiar cząstek musi spełniać określone wymagania.

Na początku badań szeroko stosowano nieorganiczne cząstki rozpraszające, ale są one twarde i nieregularne, więc łatwo uszkadzają sprzęt podczas przetwarzania, a rozproszone cząstki nie są wystarczająco jednolite. Jeśli rozmiar samej cząstki jest zbyt duży, powierzchnia materiału polimerowego nie będzie gładka. Dlatego też cząstki nieorganiczne są stopniowo zastępowane w praktyce produkcyjnej. Kompatybilność między organicznymi cząstkami rozpraszającymi a podłożem jest lepsza niż w przypadku cząstek nieorganicznych, więc stopniowo zastępują one cząstki nieorganiczne. Stwierdzono, że cząstki rozpraszające o strukturze powłoka-rdzeń mają większe zalety, ponieważ cząstki o tej strukturze składają się z rdzenia i powłoki, a najbardziej zewnętrzne materiały rdzeń-powłoka mogą być dobrze kompatybilne, poprawiając w ten sposób właściwości dyspersyjne cząstek rozpraszających. Jednocześnie, ze względu na ścisłe wiązanie między cząstkami, poprawiono również właściwości mechaniczne kompozytów. Jeśli do wykonania rdzenia zostanie użyty twardszy materiał, poprawi to udarność materiału.

Współczynnik załamania środka dyfuzji optycznej
Zgodnie z teorią rozpraszania światła, efekt rozpraszania światła różnych polimerów rozpraszających światło o tej samej objętości i tej samej średnicy środka rozpraszającego światło jest bezpośrednio związany ze współczynnikiem załamania światła. W materiałach dyfuzyjnych PC różnica współczynnika załamania światła między cząsteczkami środka dyfuzyjnego a żywicą matrycową bezpośrednio determinuje efekt dyfuzji i efekt przepuszczania światła przez materiały dyfuzyjne.

The średnica cząstek środka rozpraszającego światło
Cząstki środka rozpraszającego światło są rozproszone w materiałach żywicy matrycy, a średnica tych cząstek wpływa również na właściwości kompozytów. Stwierdzono, że przy pewnym stężeniu domieszki przepuszczalność światła wzrasta stopniowo wraz ze wzrostem średnicy cząstek rozpraszacza światła, podczas gdy dyfuzyjność gwałtownie wzrasta i zaczyna spadać po osiągnięciu wartości szczytowej. Wraz ze wzrostem średnicy cząstek środka rozpraszającego światło, efekt odwrotnego rozpraszania jest osłabiony, podczas gdy efekt rozpraszania do przodu jest wzmocniony, a przepuszczalność światła jest zwiększona.

Jeśli małe cząstki, takie jak nanocząstki, zostaną zmieszane z PC, dyfuzyjność będzie zależeć głównie od zdolności rozpraszania cząstek czynnika rozpraszającego światło, w którym to przypadku współczynnik rozpraszania jest mały, a dyfuzyjność jest również bardzo niska. Gdy średnica cząstek stopniowo wzrasta, zdolność rozpraszania cząstek wzrasta, co prowadzi do wzrostu dyfuzyjności. Jeśli średnica cząstek nadal rośnie, zdolność rozpraszania nie będzie już miała większego wpływu, a rozproszone światło jest w większości skoncentrowane z przodu, więc dyfuzyjność wykazuje tendencję spadkową.

Ilość domieszki cząstek środka rozpraszającego światło
Ilość domieszki cząstek środka rozpraszającego światło jest również ważnym czynnikiem określającym efekt rozpraszania materiałów. W badaniu symulacji numerycznej stwierdzono, że ilość domieszek cząstek rozpraszających może określać jednorodność powierzchni światła wyjściowego. Jeśli ilość domieszek cząstek rozpraszających w ośrodku przekroczy punkt krytyczny, najsilniejsza część światła wyjściowego pojawi się daleko od źródła światła, a gdy stężenie cząstek znajduje się tuż przy punkcie krytycznym, rozkład natężenia światła wyjściowego jest bardzo jednolity. Wraz ze wzrostem ilości cząstek rozpraszających, maksymalna intensywność światła wyjściowego przesuwa się z daleka do bliska. Dlatego tak długo, jak skutecznie kontrolujemy liczbę cząstek domieszkujących, możemy uzyskać równomiernie rozproszone światło.