Indeks loma polikarbonata: vrijednosti, disperzija i utjecaj dizajna

Tijekom prototipa LED rasvjetnog panela, inženjerski tim zamijenio je PMMA difuzor polikarbonatnom verzijom kako bi dobio otpornost na udarce i otpornost na plamen. Propuštena svjetlost pala je za otprilike jedan postotak, a isprva je okrivljen dobavljač. Uzrok, međutim, nije bila kvaliteta materijala, već indeks loma polikarbonata, broj koji tiho upravlja refleksijom, lomom i učinkovitošću ekstrakcije u gotovo svakoj prozirnoj optičkoj komponenti.

Polikarbonat ima indeks loma od približno 1,586 na 589 nm (natrijeva D linija), što je vrijednost otisnuta na većini podatkovnih tablica. Na 632,8 nm pada na oko 1,58132. Budući da se indeks nalazi između PMMA (oko 1,491) i polistirena (oko 1,59), PC nudi otpornost na udar s umjerenom Fresnelovom refleksijom, kritičnim kutom od blizu 39 stupnjeva i dovoljnom disperzijom da bude važna u preciznoj optici.

Zašto je ovaj broj važan u stvarnim dijelovima

Indeks loma n je omjer brzine svjetlosti u vakuumu i njene brzine unutar materijala. Za polikarbonat, n = 1,586 znači da svjetlost putuje otprilike 1,9 x 10^8 m/s kroz ploču, oko 37% sporije nego u vakuumu. To usporavanje mijenja tri stvari u praksi:

Površinska refleksija

Sučelje zrak-računalo reflektira oko 5,1% normalne upadne svjetlosti po površini. Dvije površine znače otprilike 10% gubitka prije nego što se uračuna apsorpcija, što izravno utječe na učinkovitost svjetiljke.

Totalni unutarnji odraz

Svjetlost koja putuje od PC-a prema zraku pogađa kritični kut od oko 39,1 stupnjeva. To je ono što omogućuje svjetlosnim pločama s rubnim osvjetljenjem da zarobe i distribuiraju svjetlost po ploči.

Lom pod kutovima

Leća ili prizma napravljena od PC-a savija svjetlost osjetno više nego PMMA. To je korisno za kompaktnu optiku, ali također povećava kromatsko razdvajanje u sustavima bijele svjetlosti.

Vrijednosti referentnog indeksa u cijelom spektru

Pogrešno je bilo koju plastiku tretirati kao da ima jedan indeks loma. PC je disperzivan: indeks pada kako se valna duljina povećava. Vrijednosti ispod su tipične objavljene referentne točke, a točne brojke neznatno variraju ovisno o stupnju smole, paketu aditiva i metodi mjerenja.

Objavljeni klaster podataka indeksa loma PC-a blizu 1,58 do 1,59 u vidljivom rasponu. Sultanova i sur. (2009) pružaju kontinuirani skup podataka od 0,437 do 1,05 um; uvijek potvrdite u skladu s podacima o materijalu.

Valna duljina

Indeks loma

Referentna bilješka

486,1 nm (F linija)

~1,594

Tipična referentna točka visoke disperzije

589,3 nm (d linija)

1.585 do 1.586

Najčešće navedena vrijednost u podatkovnim tablicama

632,8 nm

1.58132

KLA/Filmetrics referentno mjerenje

656,3 nm (C linija)

~1,575

Tipična referentna točka niske disperzije

Kako se PC uspoređuje s drugom optičkom plastikom

Kada se indeks loma polikarbonata usporedi s drugim prozirnim termoplastima, kompromisi dizajna postaju jasniji:

Površinska refleksija izračunava se za normalan upad u zrak pomoću Fresnelove jednadžbe. Stvarne vrijednosti mijenjaju se s valnom duljinom, kutom i teksturom površine.

Materijal

n na 589 nm

Abbe broj

Odraz/površina

Polikarbonat

1.586

~30

5,1%

PMMA

1.491

~58

3,9%

Polistiren

1.590

~31

5,2%

COC

1.533

~56

4,4%

PET folija

1.575

~24

5,0%

PMMA i COC imaju daleko nižu disperziju (veći Abbeov broj), zbog čega su preferirani za slikovne leće. PC i PS imaju gotovo identičan indeks i disperziju, ali PC pobjeđuje na udarnoj snazi, otpornosti na toplinu i opcijama za usporavanje plamena. Niži Abbeov broj PET filma manje je važan kod tankih filmova s pozadinskim osvjetljenjem kod kojih je optički put kratak.

Podatkovne tablice skrivenih metrika ne prikazuju se uvijek

Vrijednosti indeksa podatkovne tablice odgovaraju na prvo pitanje, ali tri skrivena parametra određuju performanse u stvarnom svijetu.

Dvoloma

Ekstrudirani PC može razviti molekularnu orijentaciju tijekom proizvodnje, stvarajući dvolom: indeks loma se tada razlikuje po osi. Za svjetlovodne ploče za prikaz, to može stvoriti neujednačenu svjetlinu. Žarenje ili odabir ispravno kontrolirane ekstruzijske linije smanjuje učinak.

Ovisnost o temperaturi

Termooptički koeficijent PC-a je reda veličine -1 x 10^-4 po K. Preko tipične promjene unutarnje temperature od 40 K, indeks se pomiče za otprilike 0,004. To je irelevantno za difuzore, ali može biti važno za interferometrijske sustave ili optiku s AR premazom koja je strogo tolerantna.

Fresnelova refleksija po površini

Izračunato iz n pri normalnom upadu, gubitak refleksije pokazuje gdje se PC nalazi među uobičajenim materijalima:

PC 5,1%

PS 5,2%

PMMA 3,9%

COC 4,4%

PET 5,0%

Gdje indeks loma utječe na izbor računala

Praktičan način očitavanja indeksa loma polikarbonata je putem aplikacija koje se oslanjaju na njega. Distribucija u nastavku odražava kako se PC ploče optičke kvalitete obično troše u industriji rasvjete i zaslona:

LED panel raspršivači svjetla - 35%
Svjetlosvodne ploče - 25%
Leće i zaštitna stakla - 20%
Automobilska rasvjeta - 12%
Prekrivači natpisa i displeja - 8%

PC se odabire zbog otpornosti na udarce i topline češće nego zbog minimalne refleksije. Njegov indeks je dovoljno visok da omogući učinkovito izdvajanje svjetla s mikrostrukturama, zbog čega su ploče PC difuzora otporne na plamen uobičajene u svjetiljkama koje kombiniraju optičku difuziju s UL ocjenom zapaljivosti. Za širu usporedbu na razini materijala pogledajte naš vodič za materijale difuzora za LED rasvjetu .

Vodič za odabir: rad s polikarbonatnom optikom

Koristite podatke o indeksu loma kao alat za provjeru, a ne kao konačni odgovor. Praktičan optički dizajn s računalom najbolje funkcionira kada se indeks obrađuje zajedno s mehaničkim, toplinskim i obradnim podacima.

1

Definirajte valnu duljinu

Odaberite LED vršnu valnu duljinu. Ako se koristi kraljevsko plava pumpa od 450 nm, indeks je viši nego kod 589 nm; koristite izmjerenu krivulju disperzije kada je dostupna. Ako su potrebni i otpornost na udarce i prozirnost, an PC prozirni list optičke kvalitete je praktično polazište.

Shatterproof Lightweight Flame-Retardant Optical-Grade PC Transparent Sheet Manu

Lagana, otporna na vatru optičke kvalitete PC prozirna ploča Manu Gentle is Shatterproof Light-Retardant Optical-Grade PC Transparent Sheet Dobavljači i proizvođači, Veleprodaja otporna na udarce... Pogledajte proizvod →

2

Procijenite Fresnelove gubitke

Za PC optiku bez premaza, izbrojite 5,1% refleksije po površini i pomnožite s brojem zračnih sučelja. Ako ukupni gubitak premašuje proračun, razmislite o AR premazu ili materijalu nižeg indeksa kao što je PMMA.

3

Provjerite disperziju za snimanje

Ako dio prikazuje bijelu svjetlost širokog spektra, Abbeov broj oko 30 znači primjetnu kromatsku aberaciju. Računalo je bolje prilagođeno optici za osvjetljenje i osvjetljenje nego vrhunskim slikovnim objektivima.

4

Upravljajte dvolomom

Za svjetlosno osvijetljene ploče s rubnim osvjetljenjem odaberite linije za ekstruziju s čvrstom kontrolom debljine i žarenjem. A PC svjetlovodna ploča za svileni ispis za svjetlosne kutije za automobile je praktična opcija kada ispisani uzorak mora ostati poravnat na velikim površinama.

Silk-Printable PC Light Guide Plate for Automotive & Lightboxes Manufacturers, S

PC svjetlovodna ploča za ispis na svilu za proizvođače automobila i svjetlosnih kutija, S Gentle is Silk-Printable PC Light Guide Plate for Automotive & Lightboxes Dobavljači i proizvođači, Veleprodaja Silk-Printable PC Light Guide ... Pogledajte proizvod →

5

Potvrdite refraktometrom

Mjerite dolazni materijal prema ASTM D542 ili ISO 489. Usporedba izmjerenog indeksa s podatkovnom tablicom jeftina je dolazna inspekcija koja hvata zamjene smole prije nego dođu do proizvodnje.

Održavanje, rukovanje i usklađenost za PC optiku

Polikarbonatna optika zadržava svoja optička svojstva samo ako se pravilno rukuje i održava. Tri područja zaslužuju pozornost:

Otpornost na čišćenje i otapala

Obrišite površine računala mekom krpom od mikrovlakana i blagom sapunicom. Otapala poput acetona, benzena i mnogih sredstava za odmašćivanje mogu uzrokovati pucanje ili zamagljivanje površine. Nikada nemojte brisati vrući PC difuzor maramicama s otapalom jer povišena temperatura ubrzava pucanje.

UV i vremenski uvjeti

Nezaštićeni PC požuti pod dugotrajnim UV izlaganjem. Ako je primjena na otvorenom ili u blizini LED dioda s visokim CCT-om, koristite UV-stabilizirane tipove i provjerite zadržavanje prijenosa nakon ubrzanog trošenja. Promjena indeksa loma uzrokovana UV degradacijom znak je upozorenja u kasnoj fazi; nadgledajte ga ako je dio optički kritičan.

Zapaljivost i kemijska sukladnost

Za rasvjetna tijela potvrdite ocjenu UL94 (V-2 ili V-0) i provjerite REACH, RoHS i primjenjive zahtjeve IEC 60598. Zapaljivi PC tipovi postoje iu prozirnom i difuzorskom obliku, ali paket aditiva može malo pomaknuti indeks loma, stoga ponovno provjerite optičke podatke za FR stupnjeve. Za arhitektonske ili građevinske PC i PMMA izbore, pogledajte naše vodič za materijale za izgradnju .

Indeks loma polikarbonata nije fiksna konstanta koju treba zapamtiti; to je input dizajna za mjerenje, usporedbu i provjeru. Ako se pravilno koristi, taj jedan broj čini razliku između rasvjetnog tijela koje samo propušta svjetlo i onog koje njime učinkovito upravlja.