LED 분야에서 PC 재료의 혁신적인 응용

PC(폴리카보네이트)는 1898년 독일 과학자 Alfred Einhorn에 의해 처음 합성되었는데, 그 이유는 적합한 응용 분야를 찾지 못했기 때문에&'내실" 반세기 이상 동안. 그러나 금은 항상 빛날 것입니다. 1955년, 바이엘의 과학자 Hermannschnell은 PC를 재합성하고 그 해에 특허를 출원했습니다. 같은 해 바이엘은 공식적으로 자사 PC에"Makrolon"이라는 상표명을 부여했습니다. 플라스틱 기술의 역사를 통틀어 1950년대와 1960년대는 플라스틱 기술이 크게 발전한 시대라고 할 수 있습니다. 동시에 1953년 GE의 과학자 다니엘 폭스(나중에 플라스틱 부서의 Jack Welch가 회사의 CEO가 됨)도 독자적으로 PC를 합성하고 1955년 미국 특허청에 특허 출원을 했습니다. 지식재산권 전쟁 시작…

결국 미국 특허청은 GE보다 1주일 앞서 특허 출원을 한 바이엘이 해당 기술 특허를 바이엘에 귀속시킨다고 판결했다. 일주일 만에 바이엘은 GE로부터 많은 로열티를 받았다. 시간은 돈이며 여기에 완벽하게 반영됩니다.

1958년 바이엘은 대량 생산을 시작하여&'Makrolon&'을 상품화했습니다. 2년 후, GE는&'보호료& '를 지불하고 PC도 양산하기 시작했다. GE's PC의 제품명은&'Lexan&'입니다. 이후 PC는 엔지니어링 플라스틱으로 역사의 무대에 서게 되었습니다. 우수한 광학적 특성, 기계적 특성 및 난연성 특성의 조합으로 인해 사람들의 관심을 빠르게 끌었습니다.

둘째, PC재료의 구조와 성능

폴리카보네이트(Polycarbonate)는 고분자 사슬이 카보네이트계 반복 구조 단위로 이루어진 고분자의 일종을 말한다. 영어 이름은 Polycarbonate 또는 줄여서 PC입니다. 일반 엔지니어링 플라스틱 중 두 번째로 큰 종류입니다. 특정 구성에 따라 PC는 지방족, 지환족 및 방향족의 세 가지 유형으로 나눌 수 있지만 방향족 PC 만이 엔지니어링에서 실용적인 응용 가치가 있습니다.

PC는 무색, 투명(또는 연한 노란색 투명), 단단하고 질긴 재료, 무독성, 무취이며 외관이 플렉시 유리와 유사합니다. PC의 성능은 고분자의 구조적 특성과 밀접한 관련이 있습니다. PC 거대분자의 주쇄는 벤젠고리와 상호작용하는 이소프로필렌기와 탄산염기로 구성된 선형 고분자이다. 분자 구조는 대칭적이고 규칙적이며 반복 단위가 길다. 벤젠 고리는 단단하고 탄산염 그룹은 극성 수분 흡수 그룹입니다. 유연하지만 2개의 벤젠고리로 공액계를 형성하여 주쇄의 강성과 안정성을 높인다. 이소프로필렌 그룹은 비극성 흡수 그룹이며 메틸 그룹의 대칭 분포는 입체 장애를 줄이고 주쇄에 유연성을 제공합니다. 따라서 PC 고분자는 주로 단단하고 어느 정도의 유연성을 가지고 있습니다. 폴리카보네이트기의 극성은 방향족 탄화수소기의 영향을 받아 수분 손실률이 높지는 않지만(약 0.05%), 여전히 높은 습도에서 가수분해가 용이한 단점이 있다. PC는 규칙적인 구조를 가지고 있으며 큰 분자는 결정화될 수 있습니다. 그러나 실제로 PC의 결정화도는 매우 낮고 기본적으로는 비정질 고분자이며, 이는 분자 강성과 너무 긴 반복 단위와 관련이 있을 수 있습니다.

일반 성능: PC는 투명하고 약간 황백색 또는 흰색의 단단하고 단단한 수지로, 태울 때 꽃과 과일의 냄새를 방출하고 불에서 스스로 꺼지며 화염은 황색이며 용융 거품입니다.

기계적 특성: PC의 기계적 특성은 강성과 인성의 장점과 함께 매우 우수합니다. 충격 성능은 PA 및 POM보다 3배 높고 PF 및 UP FRP 수준에 가까운 최고의 열가소성 수지 중 하나입니다. PC의 인장강도 및 굽힘강도가 양호하고 온도의 영향이 작다. PC의 내크리프성은 PA 및 POM보다 우수하고 치수 안정성이 좋습니다. 열 성능 : PC는 고온 및 저온에 대한 내성이 우수하며 -130 ~ 130 ℃의 온도 범위에서 사용할 수 있으며 열 변형 온도는 130 ~ 140 ℃에 도달 할 수 있으며 부하가 작고 열전도율 및 선형 팽창 계수는 상대적으로 작습니다. 난연성이 좋고 자기 소화성 물질입니다.

전기적 특성: PC는 극성이 약한 폴리머이므로 절연 특성은 평균입니다. 그러나 귀중한 것은 23-125°C 범위 내에서 유전 상수 및 유전 손실 탄젠트가 거의 변하지 않는 것과 같이 넓은 온도 및 온도 범위에서 전기적 특성이 거의 변하지 않는다는 것입니다. 그러나 PC 제품의 결정도가 증가함에 따라 체적 저항률이 증가한다는 점에 유의해야 합니다.

환경 성능: PC는 유기산, 묽은 무기산, 염, 오일, 지방족 탄화수소 및 알코올에 내성이 있지만 염소화 탄화수소, 묽은 알칼리, 호주 물, 농축산, 아민, 케톤 및 지방 등에 내성이 없습니다. 용해됩니다. 메틸 클로라이드, 디클로로에탄 및 크레졸과 같은 두 가지 In 용매에서. PC는 60℃ 이상의 뜨거운 물에는 견디지 못하며 장기간 접촉하면 응력 균열 및 인성 손실이 발생합니다. PC의 UV 저항은 좋지 않습니다. UV 흡수제를 추가해야 하지만 PC는 공기와 오존에 대한 저항이 더 좋습니다.

광학 성능: PC 강도가 우수한 기계적 플라스틱 중 하나입니다. 광 투과율은 93%에 달하고 굴절률은 1.587로 렌즈 재료에 적합합니다. 고급 광학 재료로서의 PC의 단점: 하나는 경도가 낮고 내마모성이 낮습니다. 다른 하나는 높은 복굴절률로 광학기기와 같은 고정밀 제품에 사용하기 쉽지 않다.

3. LED 분야에서 PC재료의 응용형태 및 성능특성

광학 재료 분야에서&"가볍고, 얇고, 짧고 작은 &" 방향으로 광전자 제품이 개발됨에 따라 사람들은 다음과 같은 일부 중요한 광학 부품에 대한 점점 더 포괄적인 성능 요구 사항을 갖게 되었습니다. 광학 렌즈, 광학 땜납, 광학 디스크 및 발광 다이오드. 높으면 광학 부품이 점점 작아집니다. PC는 무기유리에 비해 경량, 고강도, 고내충격성, 가공 용이성 등의 장점이 있지만, 또한 높은 광투과율(최대 90% 투과율), 고굴절률, 우수한 치수안정성 등의 특징을 가지고 있습니다. 광학 등급 PC로 만든 모든 종류의 광학 렌즈는 내충격성 또는 성형 가공 성능에 있어 기존의 무기 유리와 비교할 수 없으므로 광학 재료 분야에서 점점 더 중요한 위치를 차지합니다.

3.1 건강한 조명 - LED 반사 방지 및 청색광 확산 기술

3.1.1 LED 블루라이트가 건강에 미치는 영향

4세대 녹색 광원인 LED(Light-Emitting Diode)는 높은 발광 효율, 작은 크기, 긴 수명, 에너지 절약 및 환경 보호의 장점을 가지고 있습니다. 1998년 세계 최초의 실용적인 백색 발광 다이오드(WLED)가 출시된 이래 조명, 액정 디스플레이, 옥외 디스플레이 및 기타 분야에 적용되고 있습니다. 현재 준비된 WLED의 주류 솔루션은 450nm 부근의 고에너지 청색광에 의존하여 황색 형광체(YAG: ce3+)를 여기시켜 백색광을 생성하는 것입니다.

액정 디스플레이 및 조명과 같은 WLED 광원은 생활에 유비쿼터스하여 사람들에게 편안한 생활 환경과 시각적 즐거움을 제공합니다. 동시에 이러한 종류의 인공 조명에 대한 장기적인 의존으로 인해 사람들은 점차적으로 LED에 의해 자극된 HEV의 건강 위험에 대해 인식하고 점점 더 많은 관심을 기울였습니다. LED 램프의 과도한 청색광은 망막의 구조적 손상 및 시각적 피로를 유발할 수 있습니다. 청색광은 수정체를 투과하여 황반변성 또는 백내장을 유발할 수 있습니다. 특히 어린이& #39;렌즈는 더 선명하고 청색광에 효과적으로 저항할 수 없어 황반변성과 백내장을 유발할 가능성이 더 큽니다. 많은 연구에서 과도한 청색광이 일주기 리듬에 영향을 줄 수 있음을 보여주었습니다. 인간 눈의 망막에는 세 번째 유형의 광수용기 세포가 있습니다. 본질적으로 감광성 망막 신경절 세포(ipRGC)는 시간 관리, 조정 및 사람들의 리듬과 다양한 시간대에 활동의 진폭을 제어합니다. 청색 LED의 파장은 약 450nm로 인체의 리듬(24시간 주기 리듬/생체시계)과 정확히 일치합니다. 청색광은 ipRGcs를 자극하여 신체가 멜라토닌을 방출하는 것을 방지하는 신호를 생성합니다. 멜라토닌은 생체 리듬 주기와 밀접한 관련이 있으며 수면에 영향을 미칩니다. 많은 연구에서 청색광이 수면의 질 저하, 불면증 및 우울증을 유발할 수 있음이 입증되었습니다.

2012년 국제 전기 기술 위원회 IEC는 LED 램프의 청색광 위험을 안전 요구 사항에 포함하여 청색광 위험을 램프에 대해 고려해야 하는 매개변수 중 하나로 만들었습니다. LED 램프의 광방사 안전성은 EN62471&"램프 및 램프 시스템의 광생물학적 안전성&"의 표준 요구 사항을 충족해야 합니다. 이후 블루라이트 해저드에 대해 IEC/TR62778을 추가 도입하여 같은 해에 IEC60598-1, IEC62031 등을 개정하였다. 광원 및 램프 안전 표준 참조. 최신 버전의 국가 표준 GB7000.1-2015"램프 파트 1: 일반 요구 사항 및 테스트" 우리나라에서 2017년 1월 1일에 공식적으로 시행된 이 규정은 통합 LED 또는 LED 모듈이 있는 램프는 IEC/TR62778 청색광 위험 평가에 따라 수행해야 한다고 규정하고 있습니다. 청색광 위험은 램프에 대해 반드시 고려해야 하는 매개변수가 되었습니다.

3.1.2 현재 시장에 나와 있는 솔루션:

현재 광확산 기술은 광원 눈부심 문제를 해결하기 위해 주로 시장에서 사용됩니다. 광확산제는 LED 점광원과 선광원을 선광원과 면광원으로 변환하여&'눈부심 없는&'를 구현합니다. 효과. PC, PVC, PS, PMMA, PET, Epoxy 수지 등의 투명 수지 기재에 첨가할 수 있습니다. 광 산란, 굴절 및 투과를 증가시켜 전체 수지가 더 부드럽고 아름답고 우아한 빛을 방출하여 광 투과 및 불투명의 편안한 효과를 달성하고 시야각에서 빛의 밝기를 증가시킬 수 있지만 흡수 광산란제에 의한 청색광은 최소화됩니다. 블루라이트를 차단할 수 없습니다.

백색광 LED 광원의 청색 강화 현상에 대응하여 청색광 흡수제는 PC 기판을 변형하는 데 사용되며 청색광 흡수제는 고에너지 청색광을 흡수하여 열 또는 무해한 저에너지 복사 및 방출하여 백색광 LED 스펙트럼에서 고에너지 청색광을 제거합니다. 밴드. 그 결과, 청색광 흡수제는 PC 재료를 개질한 후 각 파장에서 청색광 투과율을 효과적으로 감소시킬 수 있으며 청색광 흡수제의 비율이 증가함에 따라 청색광 흡수 효과가 증가한다. 이 방법은 청색광의 비율을 효과적으로 줄이고 청색광으로 인한 건강 위험을 줄일 수 있지만 몇 가지 단점도 있습니다.

제품 기능 각도:

사용된 토너는 분광 흡수 선택도가 낮습니다. HEV를 효과적으로 방지하는 동시에 많은 양의 고파장 유익한 청색광과 황록색광의 일부를 흡수합니다. 따라서 원래 광 확산기와 비교하여 광속이 감소하고 발광 효율이 감소하며 광 투과율이 감소합니다.

B 외관 성능 각도:

청색 스펙트럼의 과도한 흡수로 인해 제품의 외관이 누렇게 변하고 녹색광과 황색광의 일부를 흡수하여 광투과율을 감소시킵니다.

C 처리 각도:

이 방법은 사출 성형 전에 토너와 모재 분말을 혼합해야 하지만, 토너는 덩어리지기 쉽고 모재에 고르게 분산되기 어려워 제품 토너의 분포가 고르지 않고 블루 블로킹 효율이 낮아 결과적으로 제품 색상 차이 및 광학적 불안정성 .

D 경제적 가치의 각도:

토너의 분산 효과가 좋지 않아 양이 증가하여 비용이 증가합니다.

3.1.3 반사 방지 블루 기술

소비자에게 보다 건강한 LED 조명을 제공하기 위해 최신 양자 광 확산기를 사용하여 고에너지 청색을 효과적으로 차단하는 청색 차단 기술의 현재 문제에 대응하여 차세대 반사 방지 및 청색 차단 기술이 개발되었습니다. 빛 HEVs, 원본을 변경하지 않고 프로세스를 기반으로 유해한 청색광 비율 감소, 황변 제거, 광속 증가 및 광 투과율 향상 효과를 얻습니다.

양자 광확산제는 일종의 석류와 같은 마이크로나노스케일 코어쉘 구조의 하이브리드 나노복합체 마이크로스피어이다. 나노 크기의 양자점 재료와 마이크로 크기의 광확산제의 기능과 장점을 결합한 것입니다. 양자 물질은 고에너지 청색광을 흡수할 수 있습니다. 광변환 보상 기능으로 미소구체는 광확산 효과가 있습니다. 이 반사 방지 블루의 기술적 특징은 다음과 같습니다.

제품 기능 각도:

양자 광 확산기는 질화갈륨의 450nm 여기광용으로 설계되었습니다. 청색을 차단하는 특성이 있습니다. 모든 청색광이 통과하는 데 유익한 고에너지 청색광만을 차단하고 고에너지 청색광을 흡수하는 양자점은 녹색광, 황색광 등 가시광선을 여기시킬 수 있습니다. 따라서 2세대 반사 방지 및 차단 청색 광 확산기는 건강한 조명의 효과를 얻을 수 있을 뿐만 아니라 광속을 증가시키고 광 효율을 감소시키며 기존 광 확산기에 비해 광 투과율을 증가시킬 수 있습니다.

B 외관 성능 각도

청색 스펙트럼의 선택적 흡수 및 장파 청색, 녹색 및 황색 빛과 같은 가시광선을 자극할 수 있기 때문에 제품의 외관이 황색을 띠지 않습니다.

C 가공 각도

마이크로나노 구조의 구형 분말로 퀀텀닷형 광확산기는 분산성과 상용성이 우수합니다. 베이스 파우더와 직접 블렌딩한 다음 사출 성형할 수 있습니다. 처리 기술은 일관적이며 프로세스 매개변수를 변경할 필요가 없습니다.

D 경제적 가치 관점

광확산제 자체의 양이 적고, 나노크기의 양자점이 미소구체 내에 균일하게 분산될 수 있기 때문에 광확산제에서 광파가 여러 번 반사 및 굴절되어 광로가 증가되어 각각의 이용률이 증가한다. 퀀텀닷이 개선되고 반사가 증가합니다. 청색 차단 효율이 향상되어 원하는 성능을 얻기 위해 소량의 양자 물질만 필요하고 광학 품질이 더 안정적이며 광확산제의 양이 감소하며 비용이 절감됩니다.

3.1.4 양자형 반사방지 청색 PC 광확산기판의 시험성적서

동일한 실험 조건에서 양자형 반사 방지 청색 PC 광 확산기, 일반 광 확산기 및 LED 베어 라이트의 테스트 매개변수를 비교했습니다.

그림 1은 노출된 빛, 일반 광 확산기 및 반사 방지 청색 확산기의 스펙트럼을 비교한 것입니다. 450nm의 청색 여기 피크 높이에서 반사 방지 청색 확산판의 절대 스펙트럼 값은 14.96mW/nm로, 노출된 빛(19.13mW/nm) 및 일반 판(17.7mW/nm)보다 낮으며, 고에너지 청색광 스펙트럼 영역(450nm 미만)이 크게 감소하고 기타 가시광선 영역이 향상되며 고에너지 청색광에 대한 유익한 스펙트럼의 비율이 훨씬 더 큽니다. 제품이 이상적인 반사 방지 및 청색 차단 성능을 얻을 수 있음을 알 수 있습니다.

그림 1 LED 베어 라이트, 일반 PC 및 반사 방지 청색 PC 광 확산기의 스펙트럼 비교

3개의 스펙트럼은 유사한 데이터의 매개변수를 테스트하고 다른 매개변수의 데이터를 비교합니다. 표 1에서 알 수 있듯이 AR blue PC 광확산기의 연색지수, P(W), PF, 반파장, CRI 등의 많은 매개변수에 대한 테스트 데이터는 기본적으로 다음과 같다. 네이키드 라이트와 일반 PC.

반사 방지 청색 PC 광 확산기의 특성은 표 2의 데이터 비교에 반영되어 있습니다. 본 제품의 절대 스펙트럼은 노출광 및 일반 PC보다 작아서 고에너지 청색의 통과를 차단했음을 나타냅니다. 빛, Φe(mW) 및 일반 PC 광확산기 유사하게 광속비가 더 크고 베어 LED 조명에 가깝습니다. 이는 제품이 보다 유익한 가시광선을 여기시키고 감소된 고에너지 청색광 에너지를 보상할 수 있기 때문입니다. 동시에 장파 청색광도 보상되어 제품이 노란색으로 변하지 않습니다. . 광효율은 일반 PC 광확산기의 92.57lm/W보다 높은 95.95lm/W에 가깝습니다. 반사 방지 청색광 확산기의 광 투과율은 98.4%로 일반 PC 광 확산기의 94.7%보다 3.7% 높습니다.

측정된 절대 스펙트럼 데이터는 그래프에 사용되며, 노출된 빛 데이터는 일반 PC와 반사 방지 청색 PC 광 확산기의 성능을 비교하기 위한 벤치마크로 사용됩니다. 그림 2에서 볼 수 있듯이 일반 PC 기판은 청색을 차단할 수 없으며 가시광선 부분이 약해집니다. 반사 방지 청색 PC 광 확산기는 청색을 효과적으로 차단할 수 있을 뿐만 아니라 유익한 광 보상 메커니즘을 제공하여 광 투과율을 향상시킵니다.

그림 2 일반 PC와 반사 방지 청색 PC 광 확산기의 스펙트럼 비교

그림 3은 일반 PC와 반사 방지 청색 PC 광 확산기의 청색 차단 능력을 비교한 것입니다. 이 제품은 인체 건강에 가장 해로운 420-460nm 범위의 HEV, 특히 청색 저항 효율이 높은 제품임을 그림에서 알 수 있습니다.

그림 3 HEV 장벽 능력 비교

그림 4는 반사 방지 청색 차단 기술의 유익한 광 보상 메커니즘을 보여줍니다. 증가된 유익한 빛과 차단된 청색광이 상쇄되고 총 Φ는 변경되지 않은 상태로 유지됨을 알 수 있습니다. 동시에 장파장 유익한 빛이 추가되어 광효율이 일반 PCB보다 높습니다.

이 보상 메커니즘은 태양 스펙트럼의 누락된 부분에 비해 LED 램프의 백색광의 누락된 부분을 부분적으로 보완하여 스펙트럼을 더 많이 만들 수 있습니다.

연속, 태양의 가시 광선에 더 가깝습니다.

그림 4 스펙트럼 보상 메커니즘

3.1.5 요약

일반적인 광확산 PC 기판을 기준으로 반사 방지 및 청색 방지 기술은 현재의 청색 방지 기술과 비교하여 분명한 장점과 단점이 있습니다.

현재의 청색 차단 기술은 청색광을 차단할 수 있지만 다른 많은 가시광선도 차단합니다. 일반 광확산 기판과 비교하여 모든 표시등이 현저히 감소하고 발광 효율이 감소하며 광 투과율이 감소하며 색상이 노란색입니다.

반사 방지 청색 기술은 HEV에 대한 양자 광 확산기의 우수한 차단 특성을 활용하고 유익한 광 보상 메커니즘을 사용하여 반사 방지 청색 및 태양 스펙트럼에 가까운 건강한 조명 효과를 얻습니다. 일반 광확산 PC 보드와 비교하여 고에너지 청색광의 절반을 차단할 수 있을 뿐만 아니라 광속 Φ=516.1lm, 18.3lm(3.7%) 증가; 발광 효율은 95.95lm/W로 3.38lm/W(3.7%) 증가했습니다. 광율은 98.38%로 3.67% 증가했습니다.