Efeito do agente de difusão da luz nas propriedades dos plásticos de difusão da luz

Como dispositivo semicondutor de estado sólido que converte diretamente a energia eléctrica em energia luminosa, o díodo emissor de luz (LED) não só tem uma estrutura sólida, resistência ao choque, resposta rápida à luz, longa duração, mas também um baixo consumo de energia. O LED é uma fonte de luz pontual. Em aplicações práticas, é normalmente necessário convertê-lo numa fonte de luz de linha ou numa fonte de luz de superfície para tornar a luz brilhante e suave. Para conseguir esta transformação, são necessários materiais de difusão da luz. Os materiais fotodifusivos são geralmente compostos por agentes de difusão de luz e polímeros.

1. Agente de difusão da luz

O agente de difusão de luz é feito por processamento especial e tratamento de superfície. O tamanho das partículas é geralmente entre 1 μ m e 10 μ m, e o tamanho médio das partículas é de cerca de 2 μ m. As esferas têm a função de astigmatismo, boa fluidez e boa compatibilidade com o substrato de resina ótica.

Atualmente, o difusor ótico divide-se principalmente em tipo inorgânico e tipo orgânico. O agente de difusão de luz inorgânico inclui principalmente partículas inorgânicas, como dióxido de silício, dióxido de titânio, carbonato de cálcio, hidróxido de alumínio e esferas de vidro, enquanto o agente de difusão de luz orgânico inclui principalmente poliestireno reticulado, polimetacrilato e outras microesferas de polímero orgânico.

Agente de difusão de luz inorgânico

Ao adicionar partículas inorgânicas, como dióxido de silício, dióxido de titânio e carbonato de cálcio, a luz será difundida através da superfície de partículas minúsculas por inúmeras vezes para obter o efeito de luz uniforme. Embora as partículas inorgânicas tenham boa resistência ao calor, têm formas diferentes, grande desvio do tamanho das partículas e falta de difusividade uniforme da luz; o agente de difusão de luz inorgânico é uma microesfera sólida de um ponto de vista microscópico, e a luz não pode passar através desta esfera sólida. Afectará a transmissão de uma grande quantidade de luz e apenas uma parte da luz é refractada, afectando assim o brilho ou a transmissão da luz. Aqueles que precisam de ter uma transmissão de luz acima de 50% para abajures não podem escolher o agente de difusão de luz inorgânico.

Agente orgânico de difusão da luz
As microesferas de poliestireno e polimetacrilato reticuladas têm boa uniformidade de forma, desvio controlável do tamanho das partículas, elevada transmissão de luz, mas baixa resistência ao calor. Durante a granulação por extrusão do polímero de difusão de luz e a moldagem por injeção a alta temperatura ou moldagem por extrusão de dispositivos de guia de luz, as partículas de polímero são propensas a deformação, afectando assim a difusão uniforme da luz. Além disso, a resistência à luz do difusor de luz de poliestireno é fraca, e é fácil de amarelecer, o que afecta a qualidade de serviço e a vida útil do LED.

O difusor de luz de microesfera híbrida orgânica-inorgânica de organosilício foi desenvolvido nos últimos anos. O difusor de luz de microesfera de silicone não só tem as caraterísticas de elevada resistência ao calor, resistência à luz e resistência ao envelhecimento das partículas inorgânicas, como também tem as caraterísticas de homogeneidade da forma das partículas orgânicas, elevada transmitância da luz e boa uniformidade de difusão da luz, e o seu índice de refração pode ser alterado com a mudança de monómeros sintéticos, e a superfície das partículas pode ser modificada in situ por difusão da luz. Tem uma ampla perspetiva de aplicação para melhorar a compatibilidade e adaptabilidade de partículas de difusão de luz com policarbonato (PC), polimetilmetacrilato (PMMA), poliestireno (PS) e outras resinas de matriz de placa de guia de luz. Por conseguinte, espera-se que as microesferas de silicone se tornem um difusor ótico de elevado desempenho para LED. O agente de difusão de luz de silicone é geralmente um produto de microesfera formado a partir de metiltrimetoxisilano e fenil trimetoxisilano por hidrólise, condensação e reação de reticulação. a distribuição do tamanho das partículas está entre 1 μ m e 8 μ m, e o tamanho médio das partículas é 2 μ 4 μ m.

2 plásticos de difusão da luz
Quando o difusor de luz é adicionado à resina de PC, o difusor de luz é esférico e uniformemente disperso na resina de PC para formar uma estrutura de ilha. Devido ao diferente índice de refração da resina de PC e do difusor de luz, a luz é semelhante à reflexão especular na superfície do difusor de luz, e o efeito de difusão da luz é conseguido após múltiplas reflexões.

Existem geralmente dois métodos para a preparação de materiais de fotodifusão, um é a polimerização, o outro é a modificação da mistura, cada um dos quais tem as suas próprias caraterísticas. De acordo com o princípio da refração da luz, o método de polimerização consiste em selecionar a co-polimerização de dois tipos de monómeros de polímeros com diferentes refracções e fraca compatibilidade ou polimerização por partes para preparar materiais de dispersão da luz. O método de polimerização comummente utilizado consiste em preparar dois tipos de monómeros com atividade de reação diferente, porque a atividade de reação do monómero dispersor é diferente da do monómero da matriz, e o monómero dispersor produz autopolimerização ou copolimerização em bloco com o monómero da matriz. Desta forma, as propriedades ópticas dos núcleos condensados formados nas respectivas cadeias de polimerização são uniformes, e a luz é reflectida e refractada no limite do núcleo condensado, formando assim a dispersão. A polimerização é amplamente utilizada na preparação de materiais de fotodifusão à base de poli (metacrilato de metilo) (PMMA), mas raramente é utilizada na preparação de materiais de fotodifusão à base de PC, e os relatórios e estudos relacionados são também muito raros.

O método de modificação da mistura consiste em adicionar o difusor de luz à resina de PC. O difusor de luz é esférico e uniformemente disperso na resina de PC para formar uma estrutura em ilha. Devido ao diferente índice de refração da resina de PC e do difusor de luz, a luz é semelhante à reflexão especular na superfície do difusor de luz, e o efeito de difusão da luz é conseguido após muitas vezes de reflexão. Ao mesmo tempo, a quantidade de difusor ótico, o tamanho e a distribuição das partículas e o índice de refração determinam as propriedades ópticas do material. Atualmente, muitos novos tipos de materiais de difusão de luz são produzidos utilizando métodos, porque este método é semelhante à dopagem de polímeros, e o processo é simples, especialmente em placas de difusão de luz com um consumo muito grande, este método pode ser produzido continuamente e tem uma elevada eficiência de produção. .

O agente de difusão de luz é adicionado ao PC, PMMA, PS e outros plásticos transparentes para obter plásticos de difusão de luz, que não só cobrem a fonte de luz e a luz deslumbrante, mas também fazem com que toda a resina transparente emita uma luz mais suave, bonita e elegante, de modo a alcançar o efeito confortável de transmissão de luz e opacidade.
Para resolver os problemas de encandeamento e de danos causados pela luz azul da iluminação LED, a partir de materiais de difusão de luz de organossilício, foram utilizados dióxido de titânio (TiO2) e céria (CeO2) para modificar e funcionalizar a superfície do agente de difusão de luz, de modo a obter materiais de difusão de luz com boas propriedades ópticas e função de proteção contra a luz azul.

Qual é o efeito do agente de difusão da luz nas propriedades dos plásticos de difusão da luz?

Os tipos de agentes de difusão da luz podem ser divididos em três categorias: partículas orgânicas, partículas inorgânicas e materiais compósitos. As partículas difusoras devem satisfazer os três pontos seguintes:
Os principais resultados são os seguintes:

(1) existem algumas diferenças entre as propriedades ópticas e os materiais da matriz.
(2) a absorção da luz transmitida deve ser nula ou reduzida.
(3) o tamanho das partículas deve cumprir determinados requisitos.

No início da investigação, as partículas dispersoras inorgânicas são amplamente utilizadas, mas estas partículas são duras e irregulares, pelo que são fáceis de danificar o equipamento durante o processamento, e as partículas dispersas não são suficientemente uniformes. Se o tamanho da partícula em si for demasiado grande, a superfície do material polimérico não será lisa. Por conseguinte, as partículas inorgânicas são gradualmente substituídas na prática de produção. A compatibilidade entre as partículas de dispersão orgânicas e o substrato é melhor do que a das partículas inorgânicas, pelo que substitui gradualmente as partículas inorgânicas. Verifica-se que as partículas de dispersão com estrutura de núcleo de concha têm maiores vantagens, porque as partículas com esta estrutura são compostas por núcleo e concha, e os materiais mais externos do núcleo-casca podem ser bem compatíveis, melhorando assim as caraterísticas de dispersão das partículas de dispersão. Ao mesmo tempo, devido à estreita ligação entre as partículas, as propriedades mecânicas dos compósitos também foram melhoradas. Se for utilizado um material mais resistente para fabricar o núcleo, o desempenho do impacto do material será melhorado.

Índice de refração do agente de difusão ótica
De acordo com a teoria da dispersão da luz, o efeito de dispersão da luz de diferentes polímeros de difusão da luz com o mesmo volume e o mesmo diâmetro de agente de difusão da luz está diretamente relacionado com o índice de refração. Nos materiais de difusão de luz para PC, a diferença do índice de refração entre as partículas do agente de difusão de luz e a resina da matriz determina diretamente o efeito de difusão e o efeito de transmissão de luz dos materiais de difusão de luz.

O diâmetro das partículas do agente de difusão da luz
As partículas do agente de difusão de luz estão dispersas nos materiais de resina da matriz, e o diâmetro destas partículas também afecta as propriedades dos compósitos. Verifica-se que, a uma determinada concentração de dopagem, a transmitância da luz aumenta gradualmente com o aumento do diâmetro das partículas do difusor de luz, enquanto a difusividade aumenta rapidamente e começa a diminuir depois de atingir o pico. Com o aumento do diâmetro das partículas do agente de difusão da luz, o efeito de dispersão inversa é enfraquecido, enquanto o efeito de dispersão direta é reforçado e a transmitância da luz é melhorada.

Se pequenas partículas, como as nanopartículas, forem misturadas no PC, a difusividade dependerá principalmente da capacidade de dispersão das partículas do agente de difusão da luz, caso em que o coeficiente de dispersão é pequeno e a difusividade também é muito baixa. Quando o diâmetro das partículas aumenta gradualmente, a capacidade de dispersão das partículas aumenta, o que leva ao aumento da difusividade. Se o diâmetro das partículas continuar a aumentar, a capacidade de dispersão deixa de ser muito afetada e a luz dispersa concentra-se sobretudo na frente, pelo que a difusividade apresenta uma tendência decrescente.

Quantidade de dopagem das partículas do agente de difusão da luz
A quantidade de dopagem das partículas do agente de difusão da luz é também um fator importante para determinar o efeito de dispersão dos materiais. No estudo de simulação numérica, verifica-se que a quantidade de dopagem das partículas de dispersão pode determinar a uniformidade da superfície da luz de saída. Se a quantidade de dopagem das partículas dispersoras no meio exceder o ponto crítico, a parte mais forte da luz de saída aparecerá longe da fonte de luz, e quando a concentração das partículas estiver apenas no ponto crítico, a distribuição da intensidade da luz de saída é muito uniforme. Com o aumento da quantidade de partículas dispersoras, a intensidade máxima da luz de saída move-se de longe para perto. Portanto, desde que controlemos efetivamente o número de partículas dopantes, podemos obter uma luz uniformemente distribuída.