Refraksjonsindeks for polykarbonat: verdier, spredning og designpåvirkning

Under en prototypekjøring av et LED-panellys, byttet ingeniørteamet ut PMMA-diffusoren med en polykarbonatversjon for å oppnå slagfasthet og flammehemming. Det transmitterte lyset falt med omtrent ett prosentpoeng, og leverandøren fikk først skylden. Årsaken var imidlertid ikke materialkvalitet, men brytningsindeksen til polykarbonat, et tall som stille styrer refleksjon, brytning og ekstraksjonseffektivitet i nesten hver gjennomsiktig optisk komponent.

Hvorfor dette tallet er viktig i virkelige deler

Brytningsindeks n er forholdet mellom lysets hastighet i vakuum og hastigheten inne i materialet. For polykarbonat betyr n = 1,586 at lys beveger seg med omtrent 1,9 x 10^8 m/s gjennom arket, omtrent 37 % langsommere enn i vakuum. Denne nedgangen endrer tre ting i praksis:

Referanseindeksverdier over hele spekteret

Det er en feil å behandle plast som å ha en enkelt brytningsindeks. PC er dispersiv: indeksen faller når bølgelengden øker. Verdiene nedenfor er typiske publiserte referansepunkter, og nøyaktige tall varierer litt med harpikskvalitet, tilsetningspakke og målemetode.

Hvordan PC sammenligner med annen optisk plast

Når brytningsindeksen til polykarbonat sammenlignes med andre gjennomsiktige termoplaster, blir designavveiningene tydeligere:

PMMA og COC har langt lavere spredning (høyere Abbe-tall), som er grunnen til at de foretrekkes for bildelinser. PC og PS har nesten identisk indeks og spredning, men PC vinner på slagstyrke, varmebestandighet og flammehemmende alternativer. PET-filmens lavere Abbe-tall betyr mindre i tynne bakgrunnsbelysningsfilmer der den optiske banen er kort.

Dataark med skjulte beregninger vises ikke alltid

Dataarkindeksverdier svarer på det første spørsmålet, men tre skjulte parametere bestemmer ytelsen i den virkelige verden.

Dobbeltbrytning

Ekstrudert PC kan utvikle molekylær orientering under produksjonen, og skape dobbeltbrytning: brytningsindeksen avviker da etter akse. For lyslederplater i displaykvalitet kan dette skape ujevn lysstyrke. Gløding eller valg av en korrekt kontrollert ekstruderingslinje reduserer effekten.

Temperaturavhengighet

PCs termoptiske koeffisient er i størrelsesorden -1 x 10^-4 per K. Over en typisk innendørs temperatursvingning på 40 K, skifter indeksen med omtrent 0,004. Det er irrelevant for diffusorer, men kan ha betydning for interferometriske systemer eller tett toleransert AR-belagt optikk.

Per-Surface Fresnel Reflection

Beregnet fra n ved normal forekomst viser refleksjonstapet hvor PC-en sitter blant vanlige materialer:

Hvor brytningsindeks styrer valget av PC

En praktisk måte å lese brytningsindeksen til polykarbonat er gjennom applikasjonene som er avhengige av den. Fordelingen nedenfor gjenspeiler hvordan PC-ark av optisk kvalitet vanligvis forbrukes på tvers av lys- og skjermindustrien:

PC velges for slagfasthet og varmetoleranse oftere enn for minimum refleksjon. Indeksen er høy nok til å muliggjøre effektiv lysekstraksjon med mikrostrukturer, og det er grunnen til at flammehemmende PC-diffusorplater med bred temperatur er vanlige i armaturer som kombinerer optisk diffusjon med UL-klassifisert brennbarhet. For en bredere sammenligning på materialnivå, se vår diffusormaterialeguide for LED-belysning .

Valgguide: Arbeid med polykarbonatoptikk

Bruk brytningsindeksdataene som et screeningsverktøy, ikke det endelige svaret. Praktisk optisk design med PC fungerer best når indeksen behandles sammen med mekaniske, termiske og prosesserende data.

1

Definer bølgelengden

Velg LED-toppbølgelengden. Hvis en 450 nm kongeblå pumpe brukes, er indeksen høyere enn ved 589 nm; bruk den målte spredningskurven når tilgjengelig. Hvis slagfasthet og klarhet begge er nødvendig, en gjennomsiktig PC-ark av optisk kvalitet er det praktiske utgangspunktet.

Splintsikker lett, flammehemmende optisk klasse PC-transparent ark Manu Skånsom er bruddsikker Lett flammehemmende optisk klasse PC-transparente ark, leverandører og produsenter, engros bruddsikker... Se produkt →

2

Estimer Fresnel-tap

For ubestrøket PC-optikk, tell 5,1 % refleksjon per overflate og multipliser med antall luftgrensesnitt. Hvis det totale tapet overstiger budsjettet, bør du vurdere et AR-belegg eller et materiale med lavere indeks som PMMA.

3

Sjekk spredning for bildebehandling

Hvis delen avbilder bredspektret hvitt lys, betyr et Abbe-tall rundt 30 merkbar kromatisk aberrasjon. PC er bedre egnet til belysning og belysningsoptikk enn til avanserte bildelinser.

4

Administrer dobbeltbrytning

For kantbelyste lyslederplater, velg ekstruderingslinjer med tett tykkelseskontroll og gløding. A PC-lyslederplate som kan skrives ut i silke for billysbokser er et praktisk alternativ når det trykte mønsteret må forbli på linje over store områder.

Silke-utskrivbar PC-lyslederplate for bil- og lysboksprodusenter, S Mild er silkeskrivbar PC-lyslederplate for bil- og lysboksleverandører og -produsenter, engros silkeskrivbar PC-lampe ... Se produkt →

5

Valider med refraktometer

Mål innkommende materiale i henhold til ASTM D542 eller ISO 489. Sammenligning av målt indeks med dataarket er en rimelig innkommende inspeksjon som fanger harpikserstatninger før de når produksjon.

Vedlikehold, håndtering og samsvar for PC-optikk

Polykarbonatoptikk beholder sine optiske egenskaper kun når de håndteres og vedlikeholdes riktig. Tre områder fortjener oppmerksomhet:

Rengjøring og løsemiddelbestandighet

Tørk PC-overflater med en myk mikrofiberklut og mildt såpevann. Løsemidler som aceton, benzen og mange avfettingsmidler kan forårsake spenningssprekker eller uklar overflate. Tørk aldri av en varm PC-diffusor med våtservietter med løsemiddel, fordi forhøyet temperatur fremskynder krakelering.

UV og vær

Ubeskyttet PC gulner under langvarig UV-eksponering. Hvis applikasjonen er utendørs eller i nærheten av lysdioder med høy CCT, bruk UV-stabiliserte kvaliteter og verifiser overføringsbevaring etter akselerert forvitring. Brytningsindeksforskyvningen forårsaket av UV-nedbrytning er et varseltegn på sent stadium; overvåk den hvis delen er optisk kritisk.

Brennbarhet og kjemisk samsvar

For lysarmaturer, bekreft UL94-klassifiseringen (V-2 eller V-0) og sjekk REACH, RoHS og gjeldende IEC 60598-krav. Flammehemmende PC-kvaliteter finnes i både transparente og diffusorformer, men additivpakken kan forskyve brytningsindeksen litt, så re-verifiser optiske data for FR-kvaliteter. For arkitektoniske eller bygningsrelaterte PC- og PMMA-valg, se vår materialguide for konstruksjon .

Brytningsindeksen til polykarbonat er ikke en fast konstant å huske; det er et designinnspill for å måle, sammenligne og verifisere. Riktig brukt utgjør det ene tallet forskjellen mellom en lysarmatur som bare sender lys og en som håndterer den effektivt.