Показатель преломления поликарбоната: значения, дисперсия и влияние на дизайн

Во время запуска прототипа светодиодной панели команда инженеров заменила рассеиватель из ПММА на версию из поликарбоната, чтобы добиться ударопрочности и огнестойкости. Проходящий свет упал примерно на один процентный пункт, и сначала в этом обвиняли поставщика. Причиной, однако, было не качество материала, а показатель преломления поликарбоната, число, которое молчаливо управляет эффективностью отражения, преломления и вывода почти в каждом прозрачном оптическом компоненте.

Почему это число имеет значение в реальных деталях

Показатель преломления n — это отношение скорости света в вакууме к его скорости внутри материала. Для поликарбоната n = 1,586 означает, что свет распространяется через лист со скоростью примерно 1,9 x 10^8 м/с, что примерно на 37% медленнее, чем в вакууме. На практике это замедление меняет три вещи:

Значения эталонного индекса по всему спектру

Ошибочно считать любой пластик имеющим единый показатель преломления. ПК является дисперсионным: индекс падает с увеличением длины волны. Приведенные ниже значения являются типичными опубликованными контрольными точками, а точные цифры незначительно различаются в зависимости от марки смолы, пакета присадок и метода измерения.

Чем ПК отличается от других оптических пластиков

Когда показатель преломления поликарбоната сравнивается с другими прозрачными термопластами, компромиссы при проектировании становятся яснее:

ПММА и COC имеют гораздо меньшую дисперсию (более высокие числа Аббе), поэтому их предпочитают для линз для формирования изображения. ПК и ПС имеют практически одинаковый индекс и дисперсию, но ПК выигрывает по ударной вязкости, термостойкости и огнестойкости. Меньшее число Аббе ПЭТ-пленки имеет меньшее значение для тонких пленок с задней подсветкой, где оптический путь короткий.

Таблицы скрытых показателей не всегда отображаются

Значения индексов в таблице данных отвечают на первый вопрос, но три скрытых параметра определяют реальную производительность.

Двойное лучепреломление

Экструдированный ПК может развивать молекулярную ориентацию во время производства, создавая двойное лучепреломление: тогда показатель преломления различается по осям. Для световодных пластин дисплейного класса это может привести к неравномерной яркости. Отжиг или выбор правильно контролируемой экструзионной линии снижают эффект.

Температурная зависимость

Термооптический коэффициент ПК составляет порядка -1 x 10^-4 на К. При типичном перепаде температуры в помещении на 40 К индекс смещается примерно на 0,004. Это не имеет значения для диффузоров, но может иметь значение для интерферометрических систем или оптики с жестким допуском просветляющего покрытия.

Отражение Френеля на поверхности

Потери на отражение, рассчитанные по n при нормальном падении, показывают место ПК среди обычных материалов:

Где показатель преломления определяет выбор ПК

Практический способ узнать показатель преломления поликарбоната — использовать приложения, которые на него полагаются. Распределение ниже отражает, как листы ПК оптического класса обычно потребляются в отраслях освещения и дисплеев:

ПК чаще выбирают из-за ударопрочности и термостойкости, чем из-за минимального отражения. Его индекс достаточно высок, чтобы обеспечить эффективное выделение света с помощью микроструктур, поэтому огнестойкие широкотемпературные рассеиватели из поликарбоната часто используются в светильниках, которые сочетают оптическую диффузию с воспламеняемостью, соответствующей требованиям UL. Более широкое сравнение на уровне материалов см. в нашей Руководство по материалам диффузоров для светодиодного освещения .

Руководство по выбору: работа с оптикой из поликарбоната

Используйте данные показателя преломления в качестве инструмента проверки, а не окончательного ответа. Практичное оптическое проектирование с использованием ПК работает лучше всего, когда индекс обрабатывается вместе с механическими, термическими и обрабатываемыми данными.

1

Определить длину волны

Выберите пиковую длину волны светодиода. Если используется насос королевского синего цвета с длиной волны 450 нм, показатель выше, чем при 589 нм; используйте измеренную дисперсионную кривую, если она доступна. Если требуются одновременно ударопрочность и прозрачность, прозрачный лист ПК оптического класса является практической отправной точкой.

Небьющийся легкий огнестойкий прозрачный лист ПК оптического класса Gentle - это небьющийся легкий огнестойкий оптический прозрачный лист для ПК, поставщики и производители, оптовая продажа небьющихся... Посмотреть продукт →

2

Оцените потери Френеля

Для компьютерной оптики без покрытия посчитайте 5,1% отражения на поверхность и умножьте на количество радиоинтерфейсов. Если общие потери превышают бюджет, рассмотрите возможность использования просветляющего покрытия или материала с более низким индексом, такого как ПММА.

3

Проверьте дисперсию для визуализации

Если деталь отображает белый свет широкого спектра, число Аббе около 30 означает заметную хроматическую аберрацию. ПК лучше подходит для освещения и осветительной оптики, чем для высококачественных линз для формирования изображений.

4

Управление двойным лучепреломлением

Для световодных пластин с боковой подсветкой выбирайте линии экструзии с жестким контролем толщины и отжигом. А Световодная пластина для ПК с шелковой печатью для автомобильных лайтбоксов Это практичный вариант, когда напечатанный рисунок должен оставаться выровненным на больших площадях.

Световодная пластина для ПК с шелковой печатью для производителей автомобилей и лайтбоксов, S Gentle - это световодная пластина для ПК с шелковой печатью для поставщиков и производителей автомобилей и лайтбоксов, оптовая продажа световых направляющих для ПК с шелковой печатью ... Посмотреть продукт →

5

Подтвердить с помощью рефрактометра

Измеряйте поступающий материал в соответствии с ASTM D542 или ISO 489. Сравнение измеренного показателя с техническими данными — это недорогой входной контроль, позволяющий выявить заменители смолы до того, как они попадут в производство.

Обслуживание, обращение и соответствие оптики для ПК

Оптика из поликарбоната сохраняет свои оптические свойства только при правильном обращении и уходе. Три направления заслуживают внимания:

Устойчивость к очистке и растворителям

Протрите поверхности компьютера мягкой тканью из микрофибры, смоченной мягким мыльным раствором. Растворители, такие как ацетон, бензол и многие обезжиривающие средства, могут вызвать растрескивание под напряжением или помутнение поверхности. Никогда не протирайте горячий диффузор ПК салфетками, пропитанными растворителем, поскольку повышенная температура ускоряет разрушение.

УФ и погодные условия

Незащищенный ПК желтеет при длительном воздействии ультрафиолета. Если применение происходит на открытом воздухе или рядом со светодиодами с высоким CCT, используйте марки, стабилизированные к УФ-излучению, и проверьте сохранение пропускания света после ускоренного воздействия атмосферных воздействий. Сдвиг показателя преломления, вызванный деградацией УФ-излучения, является предупреждающим знаком поздней стадии; следите за ним, если деталь оптически критична.

Воспламеняемость и соответствие химическим требованиям

Для осветительных приборов подтвердите рейтинг UL94 (V-2 или V-0) и проверьте REACH, RoHS и применимые требования IEC 60598. Огнестойкие марки ПК существуют как в прозрачной, так и в диффузной форме, но пакет присадок может слегка изменить показатель преломления, поэтому повторно проверьте оптические данные для марок FR. Для выбора ПК и ПММА, связанных с архитектурой или строительством, см. руководство по материалам для строительства .

Показатель преломления поликарбоната не является фиксированной константой, которую нужно запомнить; это исходные данные для измерения, сравнения и проверки. При правильном использовании это число определяет разницу между светильником, который просто пропускает свет, и светильником, который эффективно им управляет.