Требования светодиодной технологии к оптическим диффузным материалам и условия разработки оптических диффузных материалов

1.1 Введение светодиодов

В последние годы, в связи с глобальным энергетическим кризисом, стремительно развивается светодиодная техника. она широко используется в освещении, подсветке, отображении и других отраслях. Благодаря своим преимуществам защиты окружающей среды, энергосбережения и длительного срока службы, светодиод имеет широкую перспективу применения. С развитием светодиодного освещения промышленности, светодиодные свет рассеивания платы также растет быстро. В настоящее время, светодиодные материалы рассеивания света монополизированы несколькими крупными иностранными компаниями (такими как Teijin, Asahi Huacheng, Южная Корея LG и т.д.).

1.1.1 Светодиодные технологии и требования к материалам для оптической диффузии.

Технология LED-телевизионной подсветки является наиболее важной областью применения светодиодного освещения. Технология производства ЖК-телевизоров в LED-TV в основном использует технологию прямой белой светодиодной подсветки. Прямая подсветка представляет собой массив точечных источников света, состоящий из сотен светодиодов. Для того чтобы обеспечить равномерную подсветку жидкокристаллической панели, необходимо добавить светорассеивающую пластину перед светодиодным массивом. Высокая рассеивающая способность диффузионной пластины позволяет эффективно предотвратить появление изображений от точечного светодиодного источника света на жидкокристаллической панели. Внутреннее и наружное освещение является наиболее перспективной областью применения светодиодов. При использовании в наружном и внутреннем освещении блики возникают из-за высокой цветовой температуры и высокой направленности светодиодных источников света, которые легко вызывают потерю света для глаз человека. Поэтому необходимо использовать светорассеивающую пластину для превращения точечного светодиодного источника света высокой яркости или линейного источника света в равномерный и мягкий плоский источник света для улучшения равномерности интенсивности света и эффективности использования световой энергии и предотвращения бликов.

1.1.2 Применение и перспективы рынка светодиодов

Материал оболочки, используемый в светодиодном освещении, как материал для рассеивания света, как показано на рисунке 1.1, относится к материалу, который может не только заставить свет проходить через него, но и эффективно рассеивать свет, который может преобразовать точечные и линейные источники света в линейные и поверхностные источники света. Оцените материал, через который свет может эффективно рассеиваться, что позволяет преобразовывать точечные и линейные источники света в линейные и поверхностные. Два наиболее важных показателя для оценки оптических свойств светорассеивающих материалов - это светопропускание и дымка. Для того чтобы свет был мягким и равномерным, обычно требуется, чтобы светопропускание светорассеивающего материала было более 50%, а дымка - более 90%.

Из-за противоречия между светопропусканием и нетоксичностью дымка часто увеличивается, а светопропускание уменьшается. Как сбалансировать эти два показателя, выбор оптического рассеивателя особенно важен. С быстрым развитием индустрии светодиодного освещения необходимо повысить эффективность производства светорассеивателей для достижения непрерывного производства. Большинство светорассеивающих материалов получают путем смешивания прозрачных полимерных матричных материалов со светорассеивающими частицами. К светорассеивающим частицам относятся неорганический микрокремнезем, стеклянные шарики и частицы органических полимеров, таких как полиметакрилат, полистирол PS, поли(этилентерефталат) и т. д. Мы используем ПК, обладающий отличными механическими свойствами и термостойкостью, в качестве материала матрицы, и изучаем влияние различных видов оптических рассеивателей с различной микроморфологией на оптические свойства светорассеивающих материалов для светодиодного освещения, чтобы предоставить мощные справочные данные для промышленного производства.

1.2 Состояние развития оптических диффузионных материалов в стране и за рубежом

Светорассеивающий материал относится к оптическому материалу с определенным светопропусканием и дымкой, который может преобразовывать точечный источник света и линейный источник света в линейный источник света и поверхностный источник света, и достигать эффекта равномерного распределения интенсивности света падающего луча. Он широко используется в плоскопанельных дисплеях, светотехнике, лазере, проекционной визуализации и других технических областях. В настоящее время, с зрелостью технологии производства мощных светодиодных чипов и их широким применением в автомобильном освещении, сигнальных индикаторах, наружных экранах, внутреннем и наружном освещении и других областях, спрос на светодиодные частицы рассеивания света быстро растет.

В настоящее время оптические диффузионные материалы с превосходными характеристиками на внутреннем рынке в основном поступают от иностранных компаний, таких как Teijin и Asahi Kasei, и их обработка обходится дороже. Независимые исследования и разработки отечественных брендов - ключевой способ разрушить их монополию. Кроме того, поскольку дымка и пропускание являются важными показателями для оценки оптических свойств светорассеивающих материалов, они противоречат друг другу. Многие факторы влияют на оптические свойства светорассеивающих материалов, и их взаимодействие становится более сложным, поэтому разработка светорассеивающих материалов с высоким коэффициентом пропускания и высокой дымкой стала основным направлением текущих исследований.

Исследования полимерных светорассеивающих материалов впервые появились в США, а затем быстро вызвали всплеск исследований и разработок полимерных светорассеивающих материалов в разных странах. В 1944 году Йошио Охцука и др. использовали ПК в качестве матрицы и допированные частицы CaCO3, PMMA для приготовления светорассеивающих материалов, чтобы достичь эффекта рассеивания света. В 2000 году Mcneil LE и др. подготовили светорассеивающие пленки путем допирования частиц TiO2 в прозрачную акриловую смолу и подробно проанализировали коэффициент рассеяния и функцию многократного рассеяния в теории, что послужило основой для последующих исследований. В 2004 году Kim GH и др. использовали PMMA в качестве матрицы, в которую добавили стекловолокно для приготовления светорассеивающей пленки и применили ее в модуле подсветки ЖК-дисплея, чтобы свет, излучаемый ЖК-дисплеем, был равномерным и обладал хорошими физическими свойствами. С 1998 по 2004 год Университет Кейо в Японии начал применять высокоэффективный рассеивающий полимер для изготовления световодной пластины жидкокристаллической подсветки и впервые выдвинул концепцию безрешетчатой рассеивающей световодной пластины, при этом электрическая мощность источника света оставалась неизменной. Яркость жидкокристаллической подсветки была удвоена, что привлекло внимание всего мира. В 2005 году эта технология была приобретена японской компанией SONY и запущена в промышленную эксплуатацию, что нашло применение в производстве ультратонких ноутбуков. В 2007 году Пекинский химико-технологический университет подготовил материалы для рассеивания света, добавив Pr-MMA и SBR (стирол-бутадиеновый каучук) в PS методом полимеризации in-situ, со светопропусканием 79,9% и дымкой 83,11%. В 2009 году Мэн Цинхуа и др. синтезировали нано-ПММА/ПС светорассеивающий агент и добавили его в матричные материалы ПММА для получения светорассеивающих композитов с дымкой и светопропусканием 70-80%. В 2009 году Ванг и др. приготовили светорассеивающие пленки с капельками воды, диспергированными в силиконовых полимерах, со светопропусканием около 88%. Эффект рассеивания показан на рисунке 1.2. В связи с растущим спросом на светодиоды и другие оптические материалы, исследования оптических диффузионных материалов по-прежнему имеют положительное значение.

1.2.1 Как выбрать оптический рассеиватель?

В качестве светорассеивателей обычно используются неорганические частицы, такие как TiO2, BaSO4, SiO2, CaCO3, Al2O3, стеклянные шарики, а также органические полимерные частицы, такие как PS и силиконовая смола.

Какие требования должны быть выполнены при выборе рассеивающих материалов?
(1 ) материал рассеивателя и материал матрицы должны иметь специфические различные оптические свойства (например, коэффициент преломления).
(2) Материал рассеивателя должен поглощать мало или совсем не поглощать свет.
(3) размер рассеивающих частиц должен соответствовать определенным требованиям, частицы не должны быть слишком маленькими или слишком большими, иначе эффект рассеивания не будет очевидным, размер частиц очень слабый, и рассеивание света увеличивается с увеличением размера частиц, но когда он достигает определенного размера, эта линейная зависимость больше не действует.

1.2.2 Как выбрать светорассеивающие материалы?

В настоящее время светорассеивающие материалы, производимые в стране и за рубежом, в основном делятся на поверхностные рассеивающие материалы и объемные рассеивающие материалы. Традиционные светорассеивающие материалы являются поверхностно-рассеивающими материалами, и их рассеянный свет в основном зависит от поверхностных структур, таких как микролинзы, пирамиды, шероховатые поверхности и другие микроструктуры. Методы подготовки поверхностных светорассеивающих материалов включают текстурирование поверхности, напыление, лазерную гравировку свечей, горячее прессование и ультразвуковое тиснение. Преимуществами методов напыления и текстурирования поверхности являются простота эксплуатации и низкая стоимость, а недостатком - сложность достижения идеального светопропускания. Поверхностные рассеивающие материалы, подготовленные методом лазерной свечной резьбы и формовки чернильной хризантемы, имеют хорошие характеристики и даже могут точно контролировать форму луча, но требования к используемым инструментам и формам очень высоки, а стоимость очень высока. Стоимость метода горячего прессования относительно низкая, но поскольку процесс нагрева и охлаждения занимает много времени, а эффективность низкая, он не может использоваться в крупномасштабном производстве.

Большинство объемных светорассеивающих материалов представляют собой прозрачные полимерные материалы с рассеивателями света, которые достигают цели рассеивания света путем добавления рассеивателей света, отличающихся от преломления матрицы в прозрачных коллективных материалах. Этот материал использует механизм глобального рассеяния, то есть внутренняя и поверхностная части материала играют роль рассеивателей, и образец обладает высоким светорассеянием, высокой прозрачностью и хорошими комплексными свойствами.
В настоящее время объемные светорассеивающие материалы, как новый тип светорассеивающих материалов, постепенно заменяют традиционные светорассеивающие материалы во многих областях применения и начинают широко использоваться в светодиодном освещении, жидкокристаллических дисплеях и других областях.

Используемые нами материалы, как правило, являются объемными рассеивающими материалами. PC имеет светопропускание 89%, хорошие механические свойства, низкую гигроскопичность и хорошую огнестойкость, но ультрафиолетовое облучение или облучение по линии кожи может легко привести к его пожелтению. PS имеет светопропускание 90%, низкую гигроскопичность и плохую термостойкость. Из-за низкой поверхностной твердости и хрупкости на нем легко образуются трещины и растрескивания, а под длительным ультрафиолетовым излучением легко портится цвет. ПММА чрезвычайно прозрачен, имеет светопропускание 92% в видимом диапазоне, хорошую технологичность и сильные антиультрафиолетовые свойства старения, но обладает сильным поглощением влаги, плохой прочностью и горючестью. ABS обладает двумя свойствами - ударопрочностью, жаростойкостью и устойчивостью к низким температурам, его легко обрабатывать, масштаб изделия стабилен, а блеск поверхности хорош, но поскольку ABS является смесью, его светопропускание плохое. Учитывая оптические свойства, механические свойства, технологичность и другие факторы смолы, PC и PMMA становятся первым выбором светорассеивающих матричных материалов.