Applicazione innovativa dei materiali PC nel campo dei LED

Il PC (policarbonato) è stato sintetizzato per la prima volta dallo scienziato tedesco Alfred Einhorn nel 1898, perché non ha trovato un campo di applicazione adatto, ed è stato"allevato in un boudoir" da più di mezzo secolo. Ma l'oro brillerà sempre. Nel 1955, lo scienziato della Bayer Hermannschnell risintetizzò il PC e fece domanda per un brevetto quell'anno. Nello stesso anno, Bayer diede ufficialmente al proprio PC un nome commerciale"Makrolon". Nel corso della storia della tecnologia delle materie plastiche, va detto che gli anni '50 e '60 sono stati l'era del grande sviluppo della tecnologia delle materie plastiche. Allo stesso tempo, nel 1953, Daniel Fox, uno scienziato della GE (in seguito Jack Welch del dipartimento di plastica divenne amministratore delegato dell'azienda), sintetizzò indipendentemente un PC e nel 1955 presentò anche una domanda di brevetto all'Ufficio brevetti degli Stati Uniti. , È iniziata una guerra per la proprietà intellettuale...

Alla fine, l'Ufficio Brevetti degli Stati Uniti ha stabilito che il brevetto tecnologico appartiene a Bayer perché hanno presentato una domanda una settimana prima di GE. In una sola settimana, Bayer ha ricevuto molte royalty da GE. Il tempo è denaro, e qui si riflette perfettamente.

Nel 1958, Bayer iniziò la produzione in serie e commercializzò"Makrolon". Due anni dopo, dopo aver pagato un"tassa di protezione", GE iniziò anche la produzione di massa di PC. Il nome del prodotto dei PC GE'era"Lexan". Da allora, il PC è entrato nella storia come un tecnopolimero. Grazie alla sua combinazione di buone proprietà ottiche, proprietà meccaniche e proprietà ignifughe, ha rapidamente attirato l'attenzione della gente.

In secondo luogo, la struttura e le prestazioni dei materiali per PC

Il policarbonato si riferisce a un tipo di polimero la cui catena macromolecolare è composta da unità strutturali ripetitive di tipo carbonato. Il nome inglese è Polycarbonate, o PC in breve. È la seconda più grande varietà di materie plastiche per l'ingegneria generale. In base alla composizione specifica, il PC può essere suddiviso in tre tipi: alifatico, aliciclico e aromatico, ma solo il PC aromatico ha un valore di applicazione pratica in ingegneria.

Il PC è un materiale incolore, trasparente (o giallo chiaro trasparente), duro e tenace, non tossico, inodore e di aspetto simile al plexiglass. Le prestazioni del PC sono strettamente legate alle caratteristiche strutturali delle sue macromolecole. La catena principale della macromolecola PC è una macromolecola lineare composta da un gruppo isopropilenico e un gruppo carbonato che interagiscono con un anello benzenico. La struttura molecolare è simmetrica, regolare e le unità ripetitive sono lunghe. L'anello benzenico è rigido e il gruppo carbonato è un gruppo polare che assorbe l'acqua. Sebbene sia flessibile, forma un sistema coniugato con due anelli benzenici, che aumenta la rigidità e la stabilità della catena principale. Il gruppo isopropilenico è un gruppo che assorbe l'acqua non polare, la distribuzione simmetrica dei gruppi metilici riduce l'ingombro sterico e fornisce flessibilità alla catena principale. Pertanto, le macromolecole PC sono principalmente rigide e hanno un certo grado di flessibilità. La polarità del gruppo policarbonato è influenzata dal gruppo idrocarburico aromatico e il tasso di perdita d'acqua non è elevato (circa 0,05%), ma presenta comunque lo svantaggio di una facile idrolisi in condizioni di elevata umidità. Il PC ha una struttura regolare e grandi molecole possono cristallizzare. Ma in effetti, la cristallinità del PC è molto bassa ed è fondamentalmente un polimero amorfo, che può essere correlato alla sua rigidità molecolare e all'unità ripetitiva troppo lunga.

Prestazioni generali: il PC è una resina dura e tenace trasparente, leggermente giallastra o bianca, che emette odore di fiori e frutti quando viene bruciata, si autoestinguisce lontano dal fuoco, la fiamma è gialla e le bolle fuse.

Proprietà meccaniche: Le proprietà meccaniche del PC sono molto buone, con i vantaggi di rigidità e tenacità. La sua performance all'impatto è una delle migliori termoplastiche, 3 volte superiore a PA e POM e vicina al livello di PF e UP FRP. La resistenza alla trazione e alla flessione del PC è buona e l'influenza della temperatura è piccola. La resistenza al creep del PC è migliore di quella di PA e POM e la sua stabilità dimensionale è buona. Prestazioni termiche: il PC ha una buona resistenza alle alte e basse temperature, può essere utilizzato nell'intervallo di temperatura di -130 ～ 130 , la temperatura di distorsione del calore può raggiungere i 130-140 ℃ e il carico è piccolo, la conduttività termica e lineare coefficiente di espansione sono relativamente piccoli. Ha una buona resistenza alla fiamma ed è un materiale autoestinguente.

Proprietà elettriche: poiché il PC è un polimero debolmente polare, le sue proprietà di isolamento sono nella media. Ma la cosa preziosa è che le sue proprietà elettriche cambiano poco in un ampio intervallo di temperature e temperature, come la costante dielettrica e la tangente di perdita dielettrica quasi invariate nell'intervallo 23-125°C. Ma va notato che all'aumentare della cristallinità dei prodotti PC, aumenta la loro resistività di volume.

Prestazioni ambientali: il PC è resistente agli acidi organici, agli acidi inorganici diluiti, ai sali, agli oli, agli idrocarburi alifatici e agli alcoli, ma non agli idrocarburi clorurati, agli alcali diluiti, all'acqua australiana, agli acidi concentrati, alle ammine, ai chetoni e ai grassi, ecc. È solubile in due In solventi come cloruro di metile, dicloroetano e cresolo. Il PC non è resistente all'acqua calda superiore a 60 e il contatto a lungo termine causerà rotture da stress e perdita di tenacità. La resistenza ai raggi UV del PC non è buona, è necessario aggiungere un assorbitore UV, ma il PC ha una migliore resistenza all'aria e all'ozono.

Prestazioni ottiche: una delle plastiche meccaniche con un'eccellente resistenza al PC. La sua trasmissione della luce può raggiungere fino al 93% e il suo indice di rifrazione è 1,587, che è adatto per i materiali delle lenti. I difetti del PC come materiale ottico di fascia alta: uno è la bassa durezza e la scarsa resistenza all'usura; l'altro è l'alta birifrangenza, che non è facile da usare in prodotti di alta precisione come gli strumenti ottici.

3. Tipi di applicazioni e caratteristiche prestazionali dei materiali per PC nel campo dei LED

Nel campo dei materiali ottici, con lo sviluppo di prodotti optoelettronici nella direzione di"leggero, sottile, corto e piccolo", le persone hanno requisiti prestazionali sempre più completi per alcuni importanti componenti ottici come lenti ottiche, saldature ottiche, dischi ottici e diodi emettitori di luce. In alto, i componenti ottici diventano sempre più piccoli. Rispetto al vetro inorganico, il PC presenta i vantaggi di leggerezza, elevata resistenza, elevata resistenza agli urti, facilità di lavorazione, ecc., Ma ha anche un'elevata trasmissione della luce (trasmittanza fino al 90%), un alto indice di rifrazione e un'eccellente stabilità dimensionale Caratteristiche. Tutti i tipi di lenti ottiche realizzate in PC di grado ottico, sia nella resistenza agli urti che nelle prestazioni di lavorazione dello stampaggio, sono incomparabili al tradizionale vetro inorganico, quindi occupano una posizione sempre più importante nel campo dei materiali ottici.

3.1 Illuminazione sana: tecnologia antiriflesso a LED e diffusione della luce blu

3.1.1 L'impatto della luce LED blu sulla salute

Come sorgente di luce verde di quarta generazione, il LED (Light-Emitting Diode) presenta i vantaggi di un'elevata efficienza luminosa, dimensioni ridotte, lunga durata, risparmio energetico e protezione ambientale. Dal momento che il primo pratico diodo a emissione di luce bianca (WLED) al mondo è uscito nel 1998, è stato applicato Utilizzato nell'illuminazione, display a cristalli liquidi, display per esterni e altri campi. La soluzione tradizionale dei WLED attualmente preparati consiste nel fare affidamento sulla luce blu ad alta energia intorno a 450 nm per eccitare i fosfori gialli (YAG: ce3+) per produrre luce bianca.

Le sorgenti luminose WLED come il display a cristalli liquidi e l'illuminazione sono onnipresenti nella vita, offrendo alle persone un ambiente di vita confortevole e un piacere visivo. Allo stesso tempo, a causa della dipendenza a lungo termine da questo tipo di luce artificiale, le persone hanno gradualmente compreso e prestato sempre più attenzione ai rischi per la salute dell'HEV stimolato dai LED. L'eccessiva luce blu delle lampade a LED può causare danni strutturali e affaticamento visivo della retina. La luce blu può penetrare nel cristallino, causando degenerazione maculare o formazione di cataratta. Soprattutto la lente dei bambini'è più chiara e non può resistere efficacemente alla luce blu, che ha maggiori probabilità di causare degenerazione maculare e cataratta. Numerosi studi hanno dimostrato che un'eccessiva luce blu può influenzare il ritmo circadiano. C'è un terzo tipo di cellule fotorecettrici nella retina dell'occhio umano: le cellule gangliari retiniche intrinsecamente fotosensibili (ipRGC), che sono responsabili della regolazione degli effetti non visivi diversi dalla visione del corpo, come la funzione di gestire il tempo, coordinare e controllo delle persone Il ritmo e l'ampiezza dell'attività in diversi periodi di tempo. La lunghezza d'onda del LED blu è di circa 450 nm, che è esattamente la stessa del ritmo del corpo umano (ritmo circadiano/orologio biologico). La luce blu stimola gli ipRGc a produrre segnali per impedire al corpo di rilasciare melatonina. La melatonina è strettamente correlata al nostro ciclo del ritmo circadiano e influenza il sonno. Molti studi hanno dimostrato che la luce blu può causare il deterioramento della qualità del sonno, l'insonnia e la depressione.

Nel 2012, la Commissione Elettrotecnica Internazionale IEC ha incluso il rischio di luce blu delle lampade a LED nei requisiti di sicurezza, rendendo il rischio di luce blu uno dei parametri che devono essere considerati per le lampade. La sicurezza della radiazione luminosa delle lampade a LED deve soddisfare i requisiti standard della norma EN62471"Sicurezza fotobiologica delle lampade e dei sistemi di lampade". Quindi, per il rischio di luce blu, è stata aggiunta e introdotta la norma IEC/TR62778 e nello stesso anno sono state riviste le norme IEC60598-1, IEC62031, ecc. Riferimento standard di sicurezza della sorgente luminosa e della lampada. L'ultima versione della norma nazionale GB7000.1-2015"Lampade Parte 1: Requisiti generali e prove" implementato ufficialmente il 1 gennaio 2017 nel mio paese, prevede inoltre che le lampade con LED integrati o moduli LED debbano essere realizzate in conformità con la valutazione del rischio di luce blu IEC/TR62778. Il rischio di luce blu è diventato un parametro da tenere in considerazione per le lampade.

3.1.2 Soluzioni attualmente sul mercato:

Attualmente, la tecnologia di diffusione della luce viene utilizzata principalmente nel mercato per risolvere il problema dell'abbagliamento della sorgente luminosa. L'agente di diffusione della luce converte le sorgenti luminose puntiformi a LED e le sorgenti luminose lineari in sorgenti luminose lineari e sorgenti luminose superficiali per ottenere un"non abbagliante" effetto. Può essere aggiunto a substrati in resina trasparente come PC, PVC, PS, PMMA, PET e resina epossidica. Aumenta la dispersione, la rifrazione e la trasmissione della luce, in modo che l'intera resina emetta una luce più morbida, bella ed elegante, ottenendo l'effetto confortevole della trasmissione e dell'opacità della luce e può anche aumentare la luminosità della luce all'angolo di visione, ma l'assorbimento di la luce blu dell'agente di diffusione della luce è minima. Impossibile bloccare la luce blu.

In risposta al fenomeno di arricchimento del blu delle sorgenti luminose a LED a luce bianca, gli assorbitori di luce blu vengono utilizzati per modificare i substrati del PC e gli assorbitori di luce blu vengono utilizzati per assorbire la luce blu ad alta energia e convertirla in calore o radiazioni innocue a bassa energia e rilasciarlo per eliminare la luce blu ad alta energia nello spettro LED della luce bianca. Gruppo musicale. Di conseguenza, l'assorbitore di luce blu può ridurre efficacemente la trasmissione della luce blu a ciascuna lunghezza d'onda dopo aver modificato il materiale del PC e l'effetto di assorbimento della luce blu aumenta con l'aumento della proporzione di assorbitore di luce blu. Sebbene questo metodo possa ridurre efficacemente la proporzione di luce blu e ridurre i rischi per la salute causati dalla luce blu, presenta anche alcuni svantaggi.

A Angolo di funzione del prodotto:

Il toner utilizzato ha una scarsa selettività di assorbimento spettrale. Pur prevenendo efficacemente l'HEV, assorbirà anche una grande quantità di luce blu benefica ad alta lunghezza d'onda e parte della luce giallo-verde. Pertanto, rispetto al diffusore di luce originale, il flusso luminoso è ridotto, l'efficienza luminosa è ridotta e la trasmissione luminosa è ridotta;

B Angolo di prestazione dell'aspetto:

A causa dell'eccessivo assorbimento dello spettro blu, l'aspetto del prodotto diventa giallastro e l'assorbimento di parte della luce verde e della luce gialla fa diminuire la trasmissione della luce.

C Angolo di lavorazione:

Questo metodo deve miscelare il toner e la polvere del materiale di base prima dello stampaggio a iniezione, ma il toner è facile da agglomerare ed è difficile da disperdere uniformemente nel materiale di base, con conseguente distribuzione non uniforme del toner del prodotto, bassa efficienza di blocco del blu, con conseguente nella differenza di colore del prodotto e nell'instabilità ottica.

D Angolo di valore economico:

A causa dello scarso effetto di dispersione del toner, la quantità aumenterà, portando a costi più elevati.

3.1.3 Tecnologia blu antiriflesso

Al fine di fornire ai consumatori un'illuminazione a LED più sana, è stata sviluppata una nuova generazione di tecnologia antiriflesso e anti-blu in risposta agli attuali problemi della tecnologia di blocco del blu, utilizzando i più recenti diffusori di luce quantistica per bloccare efficacemente il blu ad alta energia HEV leggeri, senza cambiare l'originale Sulla base del processo, si ottengono gli effetti di ridurre la percentuale di luce blu dannosa, eliminare l'ingiallimento, aumentare il flusso luminoso e migliorare la trasmissione della luce.

L'agente di diffusione della luce quantistica è una sorta di microsfere ibride nano-composite ibride con struttura a micro-nanoscala simile a un melograno. Combina le funzioni ei vantaggi dei materiali a punti quantici su nanoscala e degli agenti di diffusione della luce su microscala. I materiali quantistici possono assorbire la luce blu ad alta energia. Con la funzione di compensazione della conversione della luce, la microsfera ha un effetto di diffusione della luce. Le caratteristiche tecniche di questo blu antiriflesso sono le seguenti:

A Angolo di funzione del prodotto:

Il diffusore di luce quantistica è progettato per la luce di eccitazione a 450 nm del nitruro di gallio. Ha specificità nel bloccare il blu. Blocca solo la luce blu ad alta energia, che è vantaggiosa per il passaggio di tutta la luce blu, e i punti quantici che assorbono la luce blu ad alta energia possono eccitare la luce visibile come la luce verde e la luce gialla. Pertanto, il diffusore di luce blu antiriflesso e bloccante di seconda generazione non solo ottiene l'effetto di un'illuminazione sana, ma può anche aumentare il flusso luminoso, ridurre l'efficienza della luce e aumentare la trasmissione della luce anche rispetto al diffusore di luce originale.

B Angolo di prestazione dell'aspetto

A causa dell'assorbimento selettivo dello spettro blu e della possibilità di eccitare la luce visibile come la luce blu, verde e gialla a onde lunghe, l'aspetto del prodotto non sarà tendente al giallo.

C Angolo di lavorazione

Come una polvere sferica con struttura micro-nano, il diffusore di luce a punti quantici ha un'eccellente disperdibilità e compatibilità. Può essere miscelato direttamente con la polvere base e quindi stampato ad iniezione. La tecnologia di elaborazione è coerente e non è necessario modificare alcun parametro di processo.

D Prospettiva del valore economico

Poiché la quantità di agente di diffusione della luce stesso è piccola e i punti quantici su nanoscala possono essere dispersi uniformemente nelle microsfere, le onde luminose vengono riflesse e rifratte più volte nell'agente di diffusione della luce, il percorso ottico è aumentato, il tasso di utilizzo di ciascuno il punto quantico è migliorato e la riflessione è aumentata. L'efficienza del blocco blu è migliorata, quindi è necessaria solo una piccola quantità di materiale quantistico per ottenere le prestazioni desiderate, la qualità ottica è più stabile, la quantità di agente di diffusione della luce è ridotta e il costo è ridotto.

3.1.4 Rapporto di prova della scheda diffusore di luce PC blu antiriflesso di tipo quantistico

Nelle stesse condizioni sperimentali, sono stati confrontati i parametri di prova del diffusore di luce PC blu antiriflesso di tipo quantistico, diffusore di luce ordinaria e luce nuda a LED.

La figura 1 è un confronto degli spettri di luce nuda, diffusore di luce ordinaria e diffusore blu antiriflesso. Il valore spettrale assoluto della piastra di diffusione blu antiriflesso all'altezza del picco di eccitazione blu di 450 nm è 14,96 mW/nm, che è inferiore a quello della luce nuda (19,13 mW/nm) e delle piastre ordinarie (17,7 mW/nm), e il l'area dello spettro della luce blu ad alta energia (inferiore a 450 nm) è significativamente ridotta e altre regioni della luce visibile sono migliorate e il rapporto tra spettro benefico e luce blu ad alta energia è significativamente più grande. Si può notare che il prodotto può ottenere prestazioni antiriflesso e blue-blocking ideali.

Figura 1 Confronto dello spettro di luce nuda a LED, PC ordinario e diffusore di luce PC blu antiriflesso

I tre spettri testano i parametri di dati simili e confrontano i dati di parametri diversi. Come si può vedere dalla tabella 1, i dati di test di molti parametri del diffusore di luce AR blue PC, come indice di resa cromatica, P(W), PF, semilunghezza d'onda, CRI, ecc., sono sostanzialmente gli stessi di quelli di luce nuda e PC ordinario.

Le caratteristiche del diffusore di luce PC blu antiriflesso si riflettono nel confronto dei dati nella Tabella 2. Lo spettro assoluto di questo prodotto è inferiore a quello della luce nuda e del PC ordinario, indicando che ha bloccato il passaggio del blu ad alta energia luce e Φe (mW) e diffusore di luce PC ordinario Simile, il rapporto di flusso luminoso è maggiore, che è vicino alla luce LED nuda. Questo perché il prodotto può eccitare una luce visibile più benefica e compensare la ridotta energia della luce blu ad alta energia. Allo stesso tempo, viene compensata anche la luce blu a onde lunghe, che non farà ingiallire il prodotto. . L'efficienza luminosa è vicina a 95,95 lm/W di luce nuda, che è superiore a 92,57 lm/W del normale diffusore di luce in PC. La trasmissione della luce del diffusore di luce blu antiriflesso raggiunge il 98,4%, ovvero il 3,7% in più rispetto al 94,7% del normale diffusore di luce per PC.

I dati dello spettro assoluto misurato vengono utilizzati per la rappresentazione grafica e i dati della luce nuda vengono utilizzati come punto di riferimento per confrontare le prestazioni del PC ordinario e del diffusore di luce blu antiriflesso per PC. Si può vedere dalla Figura 2 che le normali schede PC non possono bloccare il blu e la parte della luce visibile sarà indebolita. Il diffusore di luce PC blu antiriflesso non solo può bloccare efficacemente il blu, ma fornisce anche un meccanismo di compensazione della luce vantaggioso per migliorare la trasmissione della luce.

Figura 2 Confronto dello spettro del PC ordinario e del diffusore di luce blu PC antiriflesso

La Figura 3 confronta la capacità di blocco del blu del PC ordinario e del diffusore di luce blu del PC antiriflesso. Dalla figura si può vedere che il prodotto ha un'elevata efficienza di resistenza al blu, in particolare HEV nell'intervallo 420-460 nm, che è il più dannoso per la salute umana.

Figura 3 Confronto della capacità della barriera HEV

La Figura 4 mostra il meccanismo di compensazione della luce vantaggioso della tecnologia di blocco del blu antiriflesso. Si può vedere che l'aumento della luce benefica e la luce blu bloccata sono compensati e il totale Φe rimane invariato. Allo stesso tempo, grazie all'aggiunta di luce benefica a onde lunghe, l'efficienza luminosa è superiore a quella delle normali schede PC.

Questo meccanismo di compensazione può integrare parzialmente la parte mancante della luce bianca della lampada LED rispetto alla parte mancante dello spettro solare, rendendo lo spettro più

Continuo, più vicino alla luce visibile del sole.

Figura 4 Meccanismo di compensazione spettrale

3.1.5 Riepilogo

Prendendo come riferimento la normale scheda PC a diffusione di luce, la tecnologia antiriflesso e anti-blu presenta evidenti vantaggi e svantaggi rispetto all'attuale tecnologia anti-blu.

Sebbene l'attuale tecnologia di blocco blu possa bloccare la luce blu, taglia anche molta altra luce visibile. Rispetto alle normali schede PC a diffusione di luce, tutti gli indicatori sono significativamente ridotti, l'efficienza luminosa è ridotta, la trasmissione della luce è ridotta e il colore è giallo.

La tecnologia blu antiriflesso utilizza le eccellenti proprietà barriera dei diffusori di luce quantistica a HEV e utilizza un meccanismo di compensazione della luce vantaggioso per ottenere il blu antiriflesso e un effetto di illuminazione salutare più vicino allo spettro solare. Rispetto alla normale scheda PC a diffusione della luce, non solo può bloccare metà della luce blu ad alta energia, ma anche il flusso luminoso Φ=516,1 lm, con un aumento di 18,3 lm (3,7%); l'efficienza luminosa è di 95,95 lm/W, con un incremento di 3,38 lm/W (3,7%); Il tasso di luce è del 98,38%, con un aumento del 3,67%.