Como é que o rácio de dosagem e o tamanho das partículas do agente de difusão de luz afectam o efeito do difusor de luz?

Sendo um dispositivo semicondutor de estado sólido que converte diretamente a energia eléctrica em energia luminosa, o díodo emissor de luz (Light Emitting Diode, LED) não só tem uma estrutura sólida, resistência ao choque, resposta rápida à luz, longa duração, como também tem um baixo consumo de energia. Foi utilizado para iluminação, em teoria, apenas 10% do consumo de energia das lâmpadas incandescentes, em comparação com as lâmpadas fluorescentes, o LED também pode alcançar 50% efeito de poupança de energia. Utilizado no ecrã, não só permite poupar energia, como também torna o dispositivo ultrafino, leve e de longa duração. Por conseguinte, o LED tornou-se uma verdadeira fonte de iluminação verde e de luz para ecrãs, amplamente utilizado na iluminação urbana e doméstica, em aparelhos electrónicos, na indústria automóvel e noutras indústrias, e tem estado omnipresente na sociedade moderna.

O agente de difusão de luz foi adicionado a plásticos transparentes, como PC, PMMA, PS, etc., para obter difusão ótica. O plástico solto pode não só cobrir a fonte de luz e a luz deslumbrante, mas também tornar todo o cabelo de resina transparente. Produz uma luz mais suave, mais bonita e elegante para obter o efeito confortável da luz transparente e opaca.

O PC tem excelente transmitância de luz (transmitância de luz até 89%), boas propriedades mecânicas, propriedades de isolamento, retardador de chama e propriedades anti-envelhecimento, por isso é o substrato preferido para materiais de dispersão de luz LED. portanto, os materiais de difusão de luz baseados em PC têm atraído grande atenção. adicionamos difusor de luz de microesfera PMMA de reticulação ao PC, estudamos o mecanismo de difusão de luz da placa de difusão de luz de PC e o efeito do tamanho de partícula do difusor de luz na transmitância de luz, névoa, coeficiente de dispersão de luz eficaz e propriedades mecânicas da placa de difusão de luz de PC. Os resultados mostram que a transmitância de luz da placa de difusão de luz de PC é maior quando o tamanho de partícula do difusor de luz é de 20,0 μ m, a névoa da placa de difusão de luz de PC é maior quando o tamanho de partícula do difusor de luz é 1,8um, quando o tamanho de partícula do difusor de luz é 3,0um, o coeficiente de dispersão de luz eficaz da placa de difusão de luz de PC é maior e atende aos requisitos de energia mecânica, e o tamanho de partícula do difusor de luz aumenta, a transmitância de luz aumenta e a névoa diminui.

O LED é uma fonte de luz pontual. Em aplicações práticas, é normalmente necessário transformá-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, é inseparável de um material de difusão de luz indispensável. Os materiais de difusão de luz são geralmente compostos por agentes de difusão de luz e polímeros, que são fornecidos ao mercado sob a forma de plásticos de difusão de luz, encapsulante de difusão de luz, revestimento de difusão de luz e tinta. 

Agente de difusão da luz

Atualmente, o difusor 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 contas 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. Os difusores de luz inorgânicos incluem principalmente partículas inorgânicas, como dióxido de silício, dióxido de titânio, carbonato de cálcio, hidróxido de alumínio e esferas de vidro, enquanto os difusores de luz orgânicos incluem principalmente poliestireno reticulado, polimetacrilato e outras microesferas de polímero orgânico. Embora as partículas inorgânicas tenham uma boa resistência ao calor, têm algumas desvantagens, tais como forma diferente, grande desvio do tamanho das partículas, falta de difusividade uniforme da luz, baixa transmitância da luz, etc. As microesferas de poliestireno e polimetacrilato reticuladas têm boa uniformidade de forma, desvio controlável do tamanho das partículas, elevada transmissão da 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 microesferas híbridas orgânico-inorgânicas de organossilício tem sido desenvolvido nos últimos anos. O agente de difusão de luz de microesferas de silicone não só tem as caraterísticas de elevada resistência ao calor, resistência à luz e resistência ao envelhecimento das partículas inorgânicas, mas 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 alteração dos 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, prevê-se que as microesferas de silicone sejam utilizadas como difusores ópticos de alto desempenho para LED.

O agente de difusão de luz de silicone é geralmente um produto de microesfera formado por hidrólise, condensação e reação de reticulação de metil trimetoxisilano e fenil trimetoxisilano. A distribuição do tamanho das partículas situa-se entre 1 μ m e 8 μ m, e o tamanho médio das partículas é de 2 μ m. Nos últimos anos, as empresas multinacionais de silicone dos Estados Unidos, Japão e Alemanha lançaram diferentes tipos de produtos difusores ópticos de silicone.

As nossas microesferas de silicone de uso técnico foram sintetizadas pelo método de hidrólise-condensação utilizando diclorodimetilsilano (DMDCS) e etilortosilicato (TEOS) como monómeros. Os efeitos da razão de monómeros, da concentração de monómeros e do agente de acoplamento na morfologia dos produtos foram discutidos, e a hidrofobicidade e a resistência ao calor dos produtos foram ainda caracterizadas. Os resultados experimentais mostram que a razão de monómeros, a concentração de monómeros e a utilização do agente de acoplamento de silano têm efeitos importantes no processo de reação e na morfologia das partículas do produto, o produto tem uma excelente estabilidade térmica e a taxa de perda de calor em massa é de apenas 10,5% a 600 °C. O produto também tem uma elevada hidrofobicidade e o ângulo de contacto estático é de 138,6 °.

Como é que o rácio de dosagem e o tamanho das partículas do agente de difusão de luz afectam o efeito do difusor de luz?

O agente de difusão da luz foi adicionado a plásticos transparentes, tais como PC, PMMA, PS, etc., para obter difusão ótica.
O plástico solto pode não só cobrir a fonte de luz e a luz deslumbrante, mas também tornar toda a resina transparente mais suave, mais bonita e elegante, para obter o efeito confortável da luz transparente e opaca.

O PC tem uma excelente transmissão de luz (transmissão de luz até 89%), boas propriedades mecânicas, propriedades de isolamento, retardador de chama e propriedades anti-envelhecimento, pelo que é o substrato preferido para materiais de dispersão de luz LED. Adicionámos ao PC um difusor de luz de microesferas de PMMA de reticulação, investigando o mecanismo de difusão da luz da placa de difusão de luz de PC e o efeito da dimensão das partículas do difusor de luz na transmitância da luz, na nebulosidade, no coeficiente de dispersão efectiva da luz e nas propriedades mecânicas da placa de difusão de luz de PC. Os resultados mostram que a transmitância de luz da placa de difusão de luz de PC é maior quando o tamanho de partícula do difusor de luz é 2,0μ m, a névoa da placa de difusão de luz de PC é maior quando o tamanho de partícula do difusor de luz é 1,8um, quando o tamanho de partícula do difusor de luz é 3,0um, o coeficiente de dispersão de luz eficaz da placa de difusão de luz de PC é maior e atende aos requisitos de energia mecânica, e o tamanho de partícula do difusor de luz aumenta, a transmitância de luz aumenta e a névoa diminui.

Depois de misturar ácido acrílico, difusor de luz de silicone e outros auxiliares, o PC de difusão de luz foi preparado por extrusora de parafuso duplo paralelo. Foram estudados os efeitos de diferentes proporções de ácido acrílico e agente de difusão de luz de silicone nas propriedades ópticas do PC. Os resultados mostram que o PC de difusão de luz com diferentes propriedades ópticas pode ser obtido através da adição de uma dosagem diferente de ácido acrílico e agente de difusão de luz de silicone. Utilizando PC como substrato, resina acrílica e resina de silicone como difusor de silicone, verificou-se que a adição de agente de difusão de luz de silicone não tem qualquer efeito na resistência à tração do difusor de luz à base de PC, mas tem um certo efeito na resistência ao impacto entalhado. O tamanho das partículas do agente de difusão de luz tem um efeito sobre a opacidade dos materiais de difusão de luz à base de PC numa determinada gama, e a opacidade é ligeiramente superior quando o tamanho das partículas é maior. A quantidade de difusor de luz tem uma grande influência na transmissão de luz e na opacidade dos materiais de difusão de luz à base de PC. Quando se adiciona 0,3 wt% de difusor de luz de organossilício C, o coeficiente de difusão de luz efetivo, a transmitância e a opacidade dos materiais de difusão de luz à base de PC são 76,7%, 80,8% e 94,9%, respetivamente.

Utilizando pó de PC, agente de difusão de luz de silicone e pó fluorescente YAG:Ce como matérias-primas, foram preparadas amostras de resina fluorescente de agente de difusão de luz PC/YAG:Ce com uma fração de massa diferente de agente de difusão de luz de organossilício por mistura fundida, prensagem a alta temperatura e processo de polimento de desbaste. Os resultados mostram que as amostras de resina fluorescente têm uma elevada transmitância de luz na gama espetral de 500 a 800 nm. A fase principal da amostra é Y3A15O12 e existem dois picos de excitação a 342 e 448 nm. O espetro de emissão tem um pico largo a 532 nm, que pertence à emissão da transição 5d 4f do Ce3+, e o tempo de vida da fluorescência correspondente é de cerca de 61,5 ns. A eficiência luminosa da amostra de resina fluorescente aplicada à embalagem de dispositivos LED brancos é de 81,12 Lm/W/100 mA, indicando que a folha de resina fotoluminescente PC/YAG:Ce é adequada para um novo tipo de material fluorescente para embalagens de LED brancos.

Utilizando PMMA de qualidade ótica como substrato, foram adicionadas diferentes proporções de agente difusor de luz de sílica esférica An e B para estudar os efeitos do conteúdo do difusor ótico, da dimensão das partículas esféricas e da distribuição da dimensão das partículas na transmissão da luz, na opacidade e nas propriedades mecânicas do material. Os resultados mostram que é possível obter bons materiais de difusão de luz adicionando um agente de difusão de luz de sílica esférica ao PMMA. Quando o tamanho médio das partículas é de 2 μ m e a fração de massa é de 0,4%, a transmitância da luz da amostra é de 88,0%, a neblina é de 90,1% e o coeficiente efetivo de difusão da luz é de 79,3%, que é o mais elevado entre os difusores de luz orgânicos conhecidos. Não só pode obviamente aumentar a resistência à tração do PMMA, como também tem pouco efeito na resistência à flexão e na resistência ao impacto entalhado, pelo que tem um bom valor de aplicação prática. Utilizámos a mistura por extrusão de duplo parafuso e a moldagem por injeção para preparar placas de difusão de luz baseadas em PMMA com diferentes conteúdos de difusor de luz e adição de microestrutura à superfície. É apresentado o efeito do difusor ótico e da microestrutura nas propriedades ópticas da placa de difusão ótica. O difusor de luz pode reduzir a transmitância e melhorar a opacidade. Sem adicionar microestrutura, quando a fração de massa do difusor de luz é de 0,8%, a penetração da amostra é de 87,97%, a neblina é de 94,45% e o efeito de difusão é melhor. Quando o conteúdo do difusor de luz é baixo, a névoa da placa de difusão de luz aumenta muito e a transmitância diminui muito pouco.

A película de difusão de luz PET foi preparada adicionando difusor de luz ao tereftalato de polietileno (PET) por mistura. Os efeitos do índice de refração e da dimensão das partículas do difusor de luz na difusão da luz são calculados utilizando a teoria da dispersão de Mie e os resultados do cálculo teórico são verificados por experiências. Os resultados mostram que o índice de refração das partículas do agente de difusão da luz tem pouco efeito sobre o efeito da difusão da luz, mas a influência da dimensão das partículas é maior, o que é consistente com os resultados do cálculo teórico. Discutiu-se o efeito e a razão da quantidade de difusor de luz no efeito de difusão da luz, e preparou-se a película de difusão da luz PET com uma transmitância da luz de 85,3% e uma opacidade de 90,86%.

Por outras palavras, quanto maior for o tamanho das partículas do agente de difusão da luz, melhor será a transmitância e menor será a neblina; quanto maior for o rácio de dosagem do agente de difusão da luz, menor será a transmitância e melhor será a neblina. O índice de refração das partículas do agente de difusão da luz tem pouco efeito sobre o efeito da difusão da luz, mas a influência do tamanho das partículas é maior, mas na aplicação prática, depende dos requisitos da matéria-prima, espessura e detalhes.

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