用于傳統(tǒng)線性管照明的替代品所需要的外殼和光學(xué)材料得跟內(nèi)部的LED源一樣堅(jiān)固。在本文中，BILL MARSHALL解釋了聚碳酸酯為L(zhǎng)ED管提供的各種優(yōu)勢(shì)。

熒光管照明在辦公室和工廠等商業(yè)環(huán)境中已經(jīng)普遍存在。雖然這種照明有效，但現(xiàn)在的趨勢(shì)是更換管燈，因?yàn)榧夹g(shù)發(fā)展到更先進(jìn)的LED照明。LED照明是非常理想的，因?yàn)樗男矢?、使用壽命長(zhǎng)。用LED管替換普通的熒光線性燈，以利用固態(tài)照明(SSL)技術(shù)提供的流明功率比，在設(shè)計(jì)和光學(xué)方面帶來(lái)了挑戰(zhàn)。為了應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)，照明制造商通常與材料供應(yīng)商合作，并使用先進(jìn)的材料來(lái)實(shí)現(xiàn)期望的透鏡美觀、裝配方法和光學(xué)性能。這讓他們?cè)谛阅芎统杀痉矫嬗懈?jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

在本文中，我們將討論聚碳酸酯在LED中的使用，描述其物理和光學(xué)性質(zhì)以及為L(zhǎng)ED照明設(shè)計(jì)人員提供的其他功能。

為了生產(chǎn)LED燈管的材料，需要考慮一些標(biāo)準(zhǔn)。塑料已經(jīng)成為首選的材料，特別是聚碳酸酯，因?yàn)樗哂歇?dú)特的特性并且能提供多功能性?？紤]的事項(xiàng)包括光學(xué)性能、機(jī)械性能、安全性和設(shè)計(jì)靈活性。這些都在本文中會(huì)逐一介紹。

光學(xué)性能

LED可以是非常明亮的單向源，制造商需要的材料要么能讓光直接通過(guò)表面照射以獲得最大亮度，要么提供均勻的光分布。LED制造商和設(shè)計(jì)師們都知道，很難找到一種既能隱藏LED光源又能讓光以最佳水平傳輸?shù)牟牧稀＿@不僅對(duì)于美學(xué)而言是重要的，而且確保了最佳的能源效率。

LED源的覆蓋層調(diào)節(jié)發(fā)射或擴(kuò)散的光量?？蛻艚?jīng)常尋找可以提供高清晰度和純度的材料，以確保最佳的光透射和最大的效率。但是，制造商也關(guān)注光分布的一致性。聚碳酸酯可以根據(jù)具體需求進(jìn)行調(diào)整，通過(guò)復(fù)合過(guò)程以符合應(yīng)用的特定要求。對(duì)于透明聚碳酸酯樹(shù)脂，透光率可達(dá)90%以上。在一些情況下，聚碳酸酯樹(shù)脂含有光擴(kuò)散添加劑，它們通常是具有特定幾何形狀、粒度和折射率的聚合材料，有助于平衡所需的光透射和光擴(kuò)散。對(duì)于這些聚碳酸酯樹(shù)脂，可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的光均勻性，同時(shí)隱藏LED光源，從而消除“熱點(diǎn)”。

為了實(shí)現(xiàn)最佳的光分布，既滿足供應(yīng)商的需求又滿足終端用戶的期望，在開(kāi)始LED鏡片或外殼生產(chǎn)之前，要進(jìn)行測(cè)試，以準(zhǔn)確量化這些聚碳酸酯樹(shù)脂的光透射率和光擴(kuò)散率。在確定D50角(即透射光數(shù)量在該角度時(shí)，是0°透射光數(shù)量的50%)時(shí)，使用可變角度光度計(jì)及直接光源測(cè)量樣品中不同濃度水平下不同光擴(kuò)散劑的效果。開(kāi)發(fā)人員根據(jù)測(cè)量的數(shù)據(jù)選擇合適的擴(kuò)散技術(shù)。

圖1：通過(guò)測(cè)量相對(duì)透射率(百分比)來(lái)評(píng)估LED管材料的擴(kuò)散性。

調(diào)整性能通常是一個(gè)謹(jǐn)慎的平衡，因?yàn)橛糜诠鈹U(kuò)散的材料添加劑可以影響光透射和照明的效率，反之亦然。

機(jī)械性能

LED是固態(tài)器件，沒(méi)有脆弱的部件或細(xì)絲，因此非常堅(jiān)固。 此外，LED相對(duì)于傳統(tǒng)光源來(lái)說(shuō)具有非常長(zhǎng)的使用壽命。聚碳酸酯有優(yōu)異的韌性，遠(yuǎn)優(yōu)于丙烯酸和玻璃，是用作鏡片、蓋板或外殼的理想材料，可確保LED燈或燈具在使用壽命期內(nèi)不損壞。

雖然玻璃和丙烯酸樹(shù)脂分別滿足了LED照明的一些要求，如圖2所示，但是它們?cè)跊_擊和耐熱性以及設(shè)計(jì)靈活性方面顯得不足。相反，聚碳酸酯和聚碳酸酯共混物越來(lái)越被認(rèn)為是LED應(yīng)用的理想起點(diǎn)，因?yàn)樗鼈兙哂斜匾幕拘阅?，并且可以用其他單體、聚合物或添加劑定制使用，以滿足特定的性能要求。

圖2. 與聚丙烯和玻璃相比，聚碳酸酯在LED管照明中的主要特性。

UL(安全)要求

LED管不僅用作光學(xué)部件，而且作為外殼。由于使用LED技術(shù)，電子元件放置在內(nèi)部，所以管需要符合UL 94標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)燈泡并非如此。

抗引燃性或阻燃性的要求取決于UL標(biāo)準(zhǔn)。大功率LED光源的工作溫度高達(dá)80-110℃。聚碳酸酯樹(shù)脂為這些類型的操作條件提供優(yōu)異的抗引燃性。對(duì)于需要UL 94 HB和V-2可燃性要求的2類電源的低壓應(yīng)用，聚碳酸酯、丙烯酸和苯乙烯類樹(shù)脂(如苯乙烯丙烯腈SAN)可以認(rèn)為是透鏡、蓋板和光學(xué)器件的材料。對(duì)于使用1類電源的更苛刻的LED照明應(yīng)用，光學(xué)器件和透鏡的材料要求為UL V-0，在某些情況下為UL 5VA。為了確保所需的阻燃性和符合相關(guān)的UL 94等級(jí)，組件必須經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的測(cè)試。

測(cè)試包括使用藍(lán)色火焰，為了達(dá)到所需的可燃性等級(jí)，在適當(dāng)?shù)谋┞稌r(shí)間加到樣品上。總?cè)紵龝r(shí)間、滴量、燃燒和發(fā)光燃燒水平以及棉花點(diǎn)燃水平都根據(jù)評(píng)級(jí)要求進(jìn)行測(cè)量。對(duì)于UL 94 V-O認(rèn)證，將1毫米厚的樣品暴露于20毫米的火焰10秒鐘，取出30秒，然后再次暴露10秒。測(cè)試的設(shè)置如圖3所示。5VA的認(rèn)證需要更嚴(yán)格的測(cè)試，更嚴(yán)格的要求。在測(cè)試中，將125毫米的火焰放在方形斑塊樣品(2.5-3毫米厚度)上5秒，并移除5秒，重復(fù)該過(guò)程五次。

圖3. LED管材料V級(jí)UL94測(cè)試設(shè)置。

聚碳酸酯屬于透明塑料樹(shù)脂，以合理的成本為這些苛刻的應(yīng)用提供所需的透光性、熱穩(wěn)定性和抗引燃性。事實(shí)上，聚碳酸酯樹(shù)脂具有非常廣泛的UL可燃性要求，這是其他透明或輕質(zhì)漫射塑料無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。聚碳酸酯可用于HB、V2、V0和5VA的UL 94可燃性等級(jí)。

設(shè)計(jì)靈活

盡管LED管在通用照明應(yīng)用中越來(lái)越多地使用，但是LED管沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)形狀，為了達(dá)到期望值，就需要設(shè)計(jì)靈活。LED照明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是制造商在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中具有高度自由的創(chuàng)造性。與傳統(tǒng)的白熾燈不同，照明行業(yè)不再受制于美學(xué)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)師實(shí)際上可以“塑造光”。塑料材料可用于裝LED源或覆蓋LED源，可以通過(guò)注塑、吹塑等工藝形成無(wú)數(shù)的形狀和尺寸。

聚碳酸酯提供了靈活的設(shè)計(jì)選擇，可提供用于各種特定加工要求的產(chǎn)品。此外，由于聚碳酸酯的相對(duì)強(qiáng)度和韌性，部件的重量、能量和成本可以進(jìn)行降低。如前所述，由于薄擴(kuò)散透鏡允許更多的光通過(guò)，因此聚碳酸酯能夠制入非常薄的部件也為照明應(yīng)用提供了巨大的優(yōu)勢(shì)，從而改善了流明輸出和更高的功效，這是光學(xué)工程師非常期望的。

小結(jié)

為L(zhǎng)ED照明應(yīng)用選擇的材料對(duì)實(shí)現(xiàn)LED的核心優(yōu)勢(shì)具有重要影響。傳統(tǒng)上，會(huì)使用玻璃、丙烯酸和塑料，至于選擇哪種材料，會(huì)根據(jù)特定部件的功能、應(yīng)用需要承受的環(huán)境、LED芯片的特性以及法規(guī)要求。塑料已經(jīng)成為首選材料，使OEM和模具生產(chǎn)商有機(jī)會(huì)從LED技術(shù)中獲得最大的收益。

用于LED管透鏡的材料需要提供一系列性能，包括LED熱點(diǎn)隱藏、均勻的光擴(kuò)散、最大的光透射率、制造簡(jiǎn)易通用，同時(shí)也滿足UL的可燃性要求。聚碳酸酯基光擴(kuò)散樹(shù)脂特別適合滿足所有這些要求，光學(xué)工程師可以開(kāi)發(fā)出具有優(yōu)異能源效率、更加堅(jiān)固的LED管，確保LED管能承受LED光源的長(zhǎng)使用壽命。