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通过有机硅微球的粒径和分布控制增强LED光扩散板的光学性能

2024-04-11 11:02:57  来源:激光网    

与白炽灯和荧光灯相比,发光二极管(LED)具有发光效率高、尺寸紧凑、寿命长等显着优势。LED照明已在室内照明、建筑立面照明、街道照明等应用中得到广泛采用,取代了传统光源。LED照明产品的市场渗透率已达80%。然而,需要注意的是,LED直接照明因其高发光强度和集中的光输出,可能会因眩光和焦点视觉现象而导致眼睛不适和潜在危害。

为了解决这个问题,光漫射材料的实施变得至关重要,因为它们可以有效地将LED强烈的点光源照明转换为更柔和和漫射的平面光源。光扩散材料通常通过改变光学树脂的表面微结构或在光学树脂中添加不同种类的光扩散剂来改善散射性能。由于表面微结构加工成本较高,一般采用添加光扩散剂的方法。光漫射剂通常是纳米或微米大小的可散射光的颗粒。当光穿过光学树脂基板时,这些颗粒通过散射分散光传播的方向。现在,光扩散剂主要分为无机和有机两大类。无机光扩散剂包括SiO22、TiO 2、CaCO 3、BaSO 4、玻璃微珠等,成本低廉、耐热性好,但散射效果差、透光率低,从而降低了LED照明的发光效率。同时,有机光扩散剂如聚甲基丙烯酸甲酯和聚苯乙烯具有优异的散射效果和高透光率,在光学基材的加工温度下容易软化并失去其微球形态。这是因为这些光扩散剂颗粒的玻璃化转变温度较低,使其在加工温度下容易软化。因此,在选择光扩散剂时,应考虑其散射效果、透光率、耐热性等因素,以达到最佳的散射性能。

近年来,有机硅树脂微球(OSMS)作为一种新型光扩散剂应运而生。该材料结合了无机和有机光扩散剂的高耐热、耐光、耐老化等优点和有机光扩散剂的散射效果好、透光率高等特点。它还可以显着改善雾度,使穿过材料的光线显得更加柔和。然而,在实际使用中,含有不同量OSMS的光学树脂作为光扩散材料会遇到不同的问题。在低添加量下,该材料具有高透光率和低雾度,使得LED光源透过光扩散材料可见。随着 OSMS 数量的增加,雾霾持续上升并稳定下来,但透光率持续下降,导致发光效率大幅下降。因此,透光率与雾度之间的矛盾尚未得到很好的解决。

在本研究中,通过控制油水比、pH值和表面活性剂等条件,采用调整水解-缩合方法合成了一系列平均粒径范围为1至2.5μm但粒径分布不同的OSMS。随后,它们与聚苯乙烯一起加工成光扩散板(LDP),并研究了该材料在LED照明下的光学性能。通过光学模拟总结了不同粒径OSMS的散射模式和光学特性,从而解决了低浓度OSMS下LDP的透光率问题。

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