Innovatieve toepassing van pc-materialen op het gebied van LED

PC (polycarbonaat) werd voor het eerst gesynthetiseerd door de Duitse wetenschapper Alfred Einhorn in 1898, omdat het geen geschikt toepassingsgebied heeft gevonden, en is"opgegroeid in een boudoir" al meer dan een halve eeuw. Maar goud zal altijd schijnen. In 1955 re-synthetiseerde Bayer's wetenschapper Hermannschnell de pc en vroeg dat jaar patent aan. In hetzelfde jaar gaf Bayer zijn eigen pc officieel een handelsnaam"Makrolon". In de geschiedenis van de kunststoftechnologie moet worden gezegd dat de jaren vijftig en zestig het tijdperk waren van grote ontwikkeling van de kunststoftechnologie. Tegelijkertijd, in 1953, maakte Daniel Fox, een wetenschapper bij GE (later Jack Welch van de kunststofafdeling de CEO van het bedrijf), ook onafhankelijk een pc en diende hij ook een octrooiaanvraag in bij het Amerikaanse octrooibureau in 1955. , Een intellectuele eigendomsoorlog begon...

Uiteindelijk oordeelde het US Patent Office dat het technologieoctrooi aan Bayer toebehoort omdat ze een week eerder dan GE een aanvraag indienden. In slechts een week tijd ontving Bayer veel royalty's van GE. Tijd is geld, en dat wordt hier perfect weerspiegeld.

In 1958 begon Bayer met massaproductie en commercialiseerde"Makrolon". Twee jaar later, na het betalen van een"beschermingsvergoeding", begon GE ook met de massaproductie van pc's. De productnaam van GE's pc's was"Lexan". Sindsdien staat pc op het toneel van de geschiedenis als technisch plastic. Door de combinatie van goede optische eigenschappen, mechanische eigenschappen en vlamvertragende eigenschappen heeft het al snel de aandacht van'

Ten tweede, de structuur en prestaties van pc-materialen

Polycarbonaat verwijst naar een type polymeer waarvan de macromoleculaire keten is samengesteld uit herhalende structurele eenheden van het carbonaattype. De Engelse naam is Polycarbonaat, of kortweg PC. Het is de op één na grootste variëteit van algemene technische kunststoffen. Volgens de specifieke samenstelling kan pc worden onderverdeeld in drie typen: alifatisch, alicyclisch en aromatisch, maar alleen aromatische pc heeft praktische toepassingswaarde in engineering.

PC is een kleurloos, transparant (of lichtgeel transparant), hard en taai materiaal, niet giftig, geurloos en lijkt qua uiterlijk op plexiglas. De prestaties van pc hangen nauw samen met de structurele kenmerken van zijn macromoleculen. De hoofdketen van het PC-macromolecuul is een lineair macromolecuul dat is samengesteld uit een isopropyleengroep en een carbonaatgroep die in wisselwerking staan ​​met een benzeenring. De moleculaire structuur is symmetrisch, regelmatig en herhalende eenheden zijn lang. De benzeenring is stijf en de carbonaatgroep is een polaire waterabsorberende groep. Hoewel het flexibel is, vormt het een geconjugeerd systeem met twee benzeenringen, wat de stijfheid en stabiliteit van de hoofdketen verhoogt. Isopropyleengroep is een niet-polaire waterabsorberende groep, de symmetrische verdeling van methylgroepen vermindert sterische hinder en biedt flexibiliteit aan de hoofdketen. Daarom zijn PC-macromoleculen voornamelijk rigide en hebben ze een zekere mate van flexibiliteit. De polariteit van de polycarbonaatgroep wordt beïnvloed door de aromatische koolwaterstofgroep en de waterverliessnelheid is niet hoog (ongeveer 0,05%), maar het heeft nog steeds het nadeel van gemakkelijke hydrolyse bij hoge luchtvochtigheid. PC heeft een regelmatige structuur en grote moleculen kunnen kristalliseren. Maar in feite is de kristalliniteit van pc erg laag en is het in feite een amorf polymeer, wat mogelijk verband houdt met de moleculaire stijfheid en te lange herhalende eenheid.

Algemene prestaties: PC is een transparante, enigszins geelachtige of witte harde en taaie hars, die bij verbranding de geur van bloemen en fruit afgeeft, zelfdovend uit de buurt van het vuur, de vlam is geel en gesmolten bellen.

Mechanische eigenschappen: De mechanische eigenschappen van PC zijn zeer goed, met de voordelen van stijfheid en taaiheid. De impactprestaties zijn een van de beste thermoplasten, 3 keer hoger dan PA en POM, en dicht bij het niveau van PF en UP FRP. De treksterkte en buigsterkte van pc zijn goed en de invloed van temperatuur is klein. De kruipweerstand van PC is beter dan die van PA en POM, en de dimensionale stabiliteit is goed. Thermische prestaties: pc heeft een goede weerstand tegen hoge en lage temperaturen, het kan worden gebruikt in het temperatuurbereik van -130～130℃, de warmtevervormingstemperatuur kan 130-140℃ bereiken en de belasting is klein, de thermische geleidbaarheid en lineair uitzettingscoëfficiënt zijn relatief klein. Het heeft een goede vlamvertraging en is een zelfdovend materiaal.

Elektrische eigenschappen: Omdat PC een zwak polair polymeer is, zijn de isolatie-eigenschappen gemiddeld. Maar het waardevolle is dat de elektrische eigenschappen ervan weinig veranderen in een breed temperatuur- en temperatuurbereik, zoals de diëlektrische constante en de diëlektrische verliestangens vrijwel onveranderd binnen het bereik van 23-125°C. Maar het moet worden opgemerkt dat naarmate de kristalliniteit van pc-producten toeneemt, hun volumeweerstand toeneemt.

Milieuprestaties: PC is bestand tegen organische zuren, verdunde anorganische zuren, zouten, oliën, alifatische koolwaterstoffen en alcoholen, maar niet bestand tegen gechloreerde koolwaterstoffen, verdunde alkaliën, Australisch water, geconcentreerde zuren, aminen, ketonen en vetten, enz. Het is oplosbaar in twee In oplosmiddelen zoals methylchloride, dichloorethaan en cresol. PC is niet bestand tegen heet water boven 60 ℃, en langdurig contact zal spanningsscheuren en verlies van taaiheid veroorzaken. De UV-bestendigheid van pc is niet goed, er moet UV-absorbeerder worden toegevoegd, maar pc is beter bestand tegen lucht en ozon.

Optische prestaties: een van de mechanische kunststoffen met een uitstekende pc-sterkte. De lichtdoorlatendheid kan oplopen tot 93% en de brekingsindex is 1,587, wat geschikt is voor lensmaterialen. De tekortkomingen van pc als een hoogwaardig optisch materiaal: de ene is een lage hardheid en een slechte slijtvastheid; de andere is hoge dubbele breking, die niet gemakkelijk te gebruiken is in precisieproducten zoals optische instrumenten.

3. Toepassingstypen en prestatiekenmerken van pc-materialen in het LED-veld

Op het gebied van optische materialen, met de ontwikkeling van opto-elektronische producten in de richting van"licht, dun, kort en klein", hebben mensen steeds uitgebreidere prestatie-eisen voor enkele belangrijke optische componenten zoals optische lenzen, optische soldeerbouten, optische schijven en lichtgevende dioden. Hoog worden de optische componenten steeds kleiner. In vergelijking met anorganisch glas heeft pc de voordelen van een laag gewicht, hoge sterkte, hoge slagvastheid, eenvoudige verwerking, enz. Alle soorten optische lenzen gemaakt van pc van optische kwaliteit, of het nu gaat om slagvastheid of verwerkingsprestaties, zijn onvergelijkbaar met traditioneel anorganisch glas, dus nemen ze een steeds belangrijkere positie in op het gebied van optische materialen.

3.1 Gezonde verlichting - LED-antireflectie en blauwlichtdiffusietechnologie

3.1.1 De impact van blauw LED-licht op de gezondheid

Als groene lichtbron van de vierde generatie heeft LED (Light-Emitting Diode) de voordelen van een hoge lichtopbrengst, een klein formaat, een lange levensduur, energiebesparing en milieubescherming. Sinds 's werelds eerste praktische witte lichtgevende diode (WLED) in 1998 uitkwam, is deze toegepast in verlichting, liquid crystal display, buitendisplay en andere velden. De standaardoplossing van WLED's die momenteel wordt voorbereid, is om te vertrouwen op hoogenergetisch blauw licht rond 450 nm om gele fosforen (YAG: ce3+) op te wekken om wit licht te produceren.

WLED-lichtbronnen zoals liquid crystal display en verlichting zijn alomtegenwoordig in het leven en brengen mensen een comfortabele leefomgeving en visueel genot. Tegelijkertijd hebben mensen, vanwege de langdurige afhankelijkheid van dit soort kunstlicht, geleidelijk meer en meer aandacht besteed aan de gezondheidsrisico's van HEV gestimuleerd door LED's. Overmatig blauw licht van LED-lampen kan structurele schade en visuele vermoeidheid van het netvlies veroorzaken. Blauw licht kan de lens binnendringen en maculadegeneratie of cataractvorming veroorzaken. Vooral de lens van kinderen' is helderder en kan niet effectief tegen blauw licht, wat eerder maculaire degeneratie en staar veroorzaakt. Talrijke studies hebben aangetoond dat overmatig blauw licht het circadiane ritme kan beïnvloeden. Er is een derde type fotoreceptorcellen in het netvlies van het menselijk oog: intrinsiek lichtgevoelige retinale ganglioncellen (ipRGC's), die verantwoordelijk zijn voor het reguleren van niet-visuele effecten anders dan het gezichtsvermogen van het lichaam, zoals de functie van tijdbeheer, coördinatie en controle van mensen Het ritme en de amplitude van de activiteit in verschillende tijdsperioden. De golflengte van de blauwe LED is ongeveer 450 nm, wat precies hetzelfde is als het ritme van het menselijk lichaam' (circadiaans ritme/biologische klok). Blauw licht stimuleert ipRGcs om signalen te produceren om te voorkomen dat het lichaam melatonine vrijgeeft. Melatonine is nauw verwant aan onze circadiane ritmecyclus en beïnvloedt de slaap. Veel onderzoeken hebben aangetoond dat blauw licht een verslechtering van de slaapkwaliteit, slapeloosheid en depressie kan veroorzaken.

In 2012 heeft de International Electrotechnical Commission IEC het blauwlichtgevaar van LED-lampen opgenomen in de veiligheidseisen, waardoor het blauwlichtgevaar een van de parameters is waarmee rekening moet worden gehouden voor lampen. De lichtstralingsveiligheid van LED-lampen moet voldoen aan de standaardvereisten van EN62471"Photobiological Safety of Lamps and Lamp Systems". Vervolgens werd voor het blauwlichtgevaar de IEC/TR62778 toegevoegd en geïntroduceerd, en werden de IEC60598-1, IEC62031, enz. in hetzelfde jaar herzien. Normreferentie voor lichtbron en lampveiligheid. De nieuwste versie van de nationale norm GB7000.1-2015"Lamps Part 1: General Requirements and Tests" officieel geïmplementeerd op 1 januari 2017 in mijn land bepaalt ook dat lampen met geïntegreerde LED's of LED-modules moeten worden uitgevoerd in overeenstemming met IEC/TR62778 Blauwlichtgevarenbeoordeling. Het gevaar voor blauw licht is een parameter geworden waarmee rekening moet worden gehouden voor lampen.

3.1.2 Oplossingen die momenteel op de markt zijn:

Op dit moment wordt lichtdiffusietechnologie voornamelijk in de markt gebruikt om het probleem van verblinding door lichtbronnen op te lossen. Het lichtverstrooiende middel zet LED-puntlichtbronnen en lijnlichtbronnen om in lijnlichtbronnen en oppervlaktelichtbronnen om een ​​& quot;niet-verblindende" effect. Het kan worden toegevoegd aan transparante harssubstraten zoals PC, PVC, PS, PMMA, PET en epoxyhars. Verhoog de lichtverstrooiing, breking en transmissie, zodat de gehele hars zachter, mooi en elegant licht uitstraalt, het comfortabele effect van lichttransmissie en opaciteit bereikend, en kan ook de helderheid van het licht bij de kijkhoek verhogen, maar de absorptie van blauw licht door het lichtverstrooiingsmiddel is minimaal. Kan blauw licht niet blokkeren.

Als reactie op het blauwverrijkende fenomeen van witlicht-LED-lichtbronnen, worden blauwe lichtabsorbers gebruikt om pc-substraten aan te passen, en blauwlichtabsorbeerders worden gebruikt om hoogenergetisch blauw licht te absorberen en om te zetten in warmte of onschadelijke laagenergetische straling en laat het los om hoogenergetisch blauw licht in het witlicht-LED-spectrum te elimineren. Band. Dientengevolge kan de blauwlichtabsorbeerder de doorlaatbaarheid van blauw licht bij elke golflengte effectief verminderen na het wijzigen van het pc-materiaal, en het blauwe lichtabsorptie-effect neemt toe met de toename van het aandeel blauwlichtabsorbeerder. Hoewel deze methode het aandeel blauw licht effectief kan verminderen en de gezondheidsrisico's veroorzaakt door blauw licht kan verminderen, heeft het ook enkele nadelen.

A Product functie hoek:

De gebruikte toner heeft een slechte spectrale absorptieselectiviteit. Hoewel het HEV effectief voorkomt, absorbeert het ook een grote hoeveelheid gunstig blauw licht met een hoge golflengte en een deel van geelgroen licht. Daarom wordt in vergelijking met de originele lichtdiffusor de lichtstroom verminderd, de lichtopbrengst verminderd en de lichttransmissie verminderd;

B Uiterlijk prestatiehoek:

Door overmatige absorptie van het blauwe spectrum wordt het uiterlijk van het product gelig en de absorptie van een deel van het groene licht en het gele licht zorgt ervoor dat de lichttransmissie afneemt.

C Verwerkingshoek:

Deze methode moet de toner en het basismateriaalpoeder mengen vóór het spuitgieten, maar de toner is gemakkelijk te agglomereren en het is moeilijk om gelijkmatig in het basismateriaal te dispergeren, wat resulteert in een ongelijke verdeling van de producttoner, lage blauwblokkeringsefficiëntie, resulterend in in productkleurverschil en optische instabiliteit.

D Hoek van economische waarde:

Door het slechte dispersie-effect van de toner zal de hoeveelheid toenemen, wat leidt tot hogere kosten.

3.1.3 Anti-reflectie blauwe technologie

Om consumenten gezondere LED-verlichting te bieden, is een nieuwe generatie antireflectie- en anti-blauwtechnologie ontwikkeld als antwoord op de huidige problemen van blauwblokkerende technologie, waarbij gebruik wordt gemaakt van de nieuwste kwantumlichtdiffusers om hoogenergetisch blauw effectief te blokkeren lichte HEV's, zonder het origineel te veranderen Op basis van het proces worden de effecten verkregen van het verminderen van het aandeel schadelijk blauw licht, het elimineren van vergeling, het verhogen van de lichtstroom en het verbeteren van de lichttransmissie.

Kwantumlichtdiffusiemiddel is een soort granaatappelachtige micro-nanoschaal kern-schaalstructuur hybride nano-composiet microsferen. Het combineert de functies en voordelen van quantum dot-materialen op nanoschaal en lichtdiffusiemiddelen op microschaal. Kwantummaterialen kunnen hoogenergetisch blauw licht absorberen. Met de functie voor lichtconversiecompensatie heeft de microbol een lichtdiffusie-effect. De technische kenmerken van dit antireflectieblauw zijn als volgt:

A Product functie hoek:

De kwantumlichtdiffusor is ontworpen voor het 450nm excitatielicht van galliumnitride. Het heeft specificiteit in het blokkeren van blauw. Het blokkeert alleen hoogenergetisch blauw licht, wat gunstig is voor al het blauwe licht om er doorheen te gaan, en de kwantumstippen die hoogenergetisch blauw licht absorberen, kunnen zichtbaar licht opwekken, zoals groen licht en geel licht. Daarom verkrijgt de tweede generatie anti-reflectie en blokkerende blauwe lichtdiffusor niet alleen het effect van gezonde verlichting, maar kan ook de lichtstroom verhogen, de lichtefficiëntie verminderen en de lichttransmissie verhogen, zelfs in vergelijking met de originele lichtdiffusor.

B Uiterlijk prestatiehoek:

Vanwege de selectieve absorptie van het blauwe spectrum en zichtbaar licht zoals langgolvig blauw, groen en geel licht, zal het uiterlijk van het product niet geelachtig zijn.

C Verwerkingshoek

Als bolvormig poeder met micro-nanostructuur heeft de lichtverspreider van het quantum-dot-type een uitstekende dispergeerbaarheid en compatibiliteit. Het kan direct worden gemengd met het basispoeder en vervolgens worden gespuitgiet. De verwerkingstechnologie is consistent en het is niet nodig om procesparameters te wijzigen.

D Economische waarde perspectief

Omdat de hoeveelheid lichtverstrooiend middel zelf klein is en kwantumstippen op nanoschaal uniform in de microsferen kunnen worden verspreid, worden lichtgolven meerdere keren gereflecteerd en gebroken in het lichtverstrooiende middel, het optische pad wordt vergroot, de bezettingsgraad van elk quantum dot is verbeterd, en de reflectie is toegenomen. De blauwe blokkeringsefficiëntie is verbeterd, dus er is slechts een kleine hoeveelheid kwantummateriaal nodig om de gewenste prestaties te verkrijgen, de optische kwaliteit is stabieler, de hoeveelheid lichtverstrooiend middel wordt verminderd en de kosten worden verlaagd.

3.1.4 Testrapport van kwantum-type antireflectie blauwe pc-lichtverspreiderkaart

Onder dezelfde experimentele omstandigheden werden de testparameters van kwantum-type antireflectie blauwe pc-lichtdiffusor, gewone lichtdiffusor en LED-kaal licht vergeleken.

Figuur 1 is een vergelijking van de spectra van kaal licht, gewone lichtdiffusor en antireflecterende blauwe diffuser. De absolute spectrale waarde van de antireflectie blauwe diffusieplaat bij de blauwe excitatiepiekhoogte van 450 nm is 14,96 mW/nm, wat lager is dan die van bloot licht (19,13 mW/nm) en gewone platen (17,7 mW/nm), en de het hoogenergetische blauwlichtspectrumgebied (minder dan 450 nm) wordt aanzienlijk verminderd, en andere zichtbare lichtgebieden worden verbeterd, en de verhouding tussen gunstig spectrum en hoogenergetisch blauw licht is aanzienlijk groter. Het is duidelijk dat het product ideale antireflectie- en blauwblokkerende prestaties kan verkrijgen.

Figuur 1 Vergelijking van het spectrum van led-licht, gewone pc en anti-reflectie blauwe pc-lichtdiffusor

De drie spectra testen de parameters van vergelijkbare gegevens en vergelijken de gegevens van verschillende parameters. Zoals te zien is in tabel 1, zijn de testgegevens van veel parameters van de AR blue PC-lichtdiffusor, zoals kleurweergave-index, P(W), PF, halve golflengte, CRI, enz. van naakt licht en gewone pc.

De kenmerken van de antireflecterende blauwe pc-lichtdiffuser worden weerspiegeld in de gegevensvergelijking in tabel 2. Het absolute spectrum van dit product is kleiner dan dat van bloot licht en gewone pc, wat aangeeft dat het de doorgang van hoogenergetisch blauw heeft geblokkeerd licht, en Φe (mW) en gewone PC-lichtverspreider Vergelijkbaar is de lichtstroomverhouding groter, wat dicht bij het blote LED-licht ligt. Dit komt omdat het product gunstiger zichtbaar licht kan opwekken en de verminderde energie van hoog energetisch blauw licht kan compenseren. Tegelijkertijd wordt ook het langgolvige blauwe licht gecompenseerd, waardoor het product niet geel wordt. . De lichtopbrengst is bijna 95,95 lm/W van kaal licht, wat hoger is dan 92,57 lm/W van een gewone pc-lichtverspreider. De lichtdoorlatendheid van de antireflecterende blauwe lichtverspreider is maar liefst 98,4%, wat 3,7% hoger is dan de 94,7% van de gewone pc-lichtverspreider.

De gemeten absolute spectrumgegevens worden gebruikt voor grafieken en de naakte lichtgegevens worden gebruikt als een benchmark om de prestaties van een gewone pc en een anti-reflectie blauwe pc-lichtdiffuser te vergelijken. In figuur 2 is te zien dat gewone pc-kaarten blauw niet kunnen blokkeren en dat het zichtbare lichtgedeelte verzwakt. De anti-reflecterende blauwe pc-lichtdiffuser kan niet alleen blauw effectief blokkeren, maar biedt ook een gunstig lichtcompensatiemechanisme om de lichttransmissie te verbeteren.

Figuur 2 Vergelijking van het spectrum van gewone pc en anti-reflectie blauwe pc-lichtdiffusor

Afbeelding 3 vergelijkt het blauwe blokkerende vermogen van gewone pc en antireflectie blauwe pc-lichtdiffusor. Uit de afbeelding blijkt dat het product een hoge efficiëntie van blauwe weerstand heeft, vooral HEV in het bereik van 420-460 nm, wat het schadelijkst is voor de menselijke gezondheid.

Figuur 3 Vergelijking van HEV-barrièrevermogen

Figuur 4 toont het gunstige lichtcompensatiemechanisme van de antireflectieblauwe blokkeringstechnologie. Het is te zien dat het toegenomen heilzame licht en het geblokkeerde blauwe licht worden gecompenseerd, en de totale Φe blijft ongewijzigd. Tegelijkertijd is door de toevoeging van langgolvig gunstig licht de lichtefficiëntie hoger dan die van gewone pc-kaarten.

Dit compensatiemechanisme kan het ontbrekende deel van het witte licht van de LED-lamp gedeeltelijk aanvullen in vergelijking met het ontbrekende deel van het zonnespectrum, waardoor het spectrum meer

Continu, dichter bij het zichtbare licht van de zon.

Figuur 4 Spectraal compensatiemechanisme

3.1.5 Samenvatting

Door het gewone lichtverstrooiende pc-bord als referentie te nemen, heeft de anti-reflectie- en anti-blauwtechnologie duidelijke voor- en nadelen in vergelijking met de huidige anti-blauwe technologie.

Hoewel de huidige blauwblokkeringstechnologie blauw licht kan blokkeren, snijdt het ook veel ander zichtbaar licht af. In vergelijking met gewone lichtverstrooiende pc-kaarten zijn alle indicatoren aanzienlijk verminderd, is de lichtopbrengst verminderd, is de lichttransmissie verminderd en is de kleur geel.

De antireflecterende blauwe technologie maakt gebruik van de uitstekende barrière-eigenschappen van kwantumlichtdiffusers voor HEV en maakt gebruik van een gunstig lichtcompensatiemechanisme om antireflecterend blauw en een gezond verlichtingseffect dichter bij het zonnespectrum te verkrijgen. Vergeleken met een gewone lichtdiffusie-pc-kaart, kan het niet alleen de helft van het hoogenergetische blauwe licht blokkeren, maar ook de lichtstroom Φ=516,1 lm, een toename van 18,3 lm (3,7%); het lichtrendement is 95,95lm/W, een stijging van 3,38lm/W (3,7%); De lichtsnelheid is 98,38%, een stijging van 3,67%.