ポリカーボネートの屈折率: 値、分散、および設計への影響

LED パネル ライトのプロトタイプの実行中に、エンジニアリング チームは耐衝撃性と難燃性を得るために PMMA ディフューザーをポリカーボネート バージョンに交換しました。透過光は約 1 パーセントポイント低下し、最初はサプライヤーが非難されました。しかし、その原因は材料の品質ではなく、ポリカーボネートの屈折率でした。この屈折率は、ほぼすべての透明な光学部品の反射、屈折、抽出効率を静かに支配する数値です。

実数部でこの数値が重要な理由

屈折率 n は、真空中の光の速度と材料内の光の速度の比です。ポリカーボネートの場合、n = 1.586 は、光がおよそ 1.9 x 10^8 m/s でシートを通過することを意味し、真空中よりも約 37% 遅くなります。この減速により、実際には次の 3 つのことが変わります。

スペクトル全体にわたる参照インデックス値

プラスチックを単一の屈折率を持つものとして扱うのは間違いです。 PC は分散性です。波長が長くなるにつれて屈折率は低下します。以下の値は公表されている代表的な基準点であり、正確な数値は樹脂のグレード、添加剤パッケージ、測定方法によって若干異なります。

PC と他の光学プラスチックの比較

ポリカーボネートの屈折率を他の透明な熱可塑性プラスチックと比較すると、設計上のトレードオフがより明確になります。

PMMA と COC は分散がはるかに低い (アッベ数が高い) ため、イメージング レンズとして好まれます。 PC と PS の屈折率と分散はほぼ同じですが、衝撃強度、耐熱性、難燃性のオプションでは PC が勝っています。 PET フィルムのアッベ数が低いことは、光路が短い薄いバックライト フィルムではあまり重要ではありません。

非表示のメトリクス データシートが常に表示されるわけではない

データシートのインデックス値は最初の質問の答えになりますが、実際のパフォーマンスは 3 つの隠れたパラメーターによって決まります。

複屈折

押し出された PC は製造中に分子配向を発達させ、複屈折を引き起こす可能性があります。つまり、屈折率は軸によって異なります。ディスプレイグレードの導光板の場合、これにより明るさが不均一になる可能性があります。アニーリングを行うか、適切に制御された押出ラインを選択すると、その影響が軽減されます。

温度依存性

PC の熱光学係数は、1 K あたり -1 x 10^-4 程度です。典型的な室内温度の変動が 40 K になると、指数は約 0.004 変化します。これはディフューザーには関係ありませんが、干渉システムや公差が厳しい AR コーティングされた光学部品には重要になる可能性があります。

面ごとのフレネル反射

法線入射での n から計算された反射損失は、PC が一般的な材料のどこに位置するかを示します。

屈折率が PC の選択を決定する場所

ポリカーボネートの屈折率を読み取る実際的な方法は、それに依存するアプリケーションを使用することです。以下の分布は、照明およびディスプレイ業界全体で光学グレードの PC シートが通常どのように消費されるかを反映しています。

PC は、反射を最小限に抑えることよりも、耐衝撃性と耐熱性を重視して選択されることが多いです。その屈折率は、微細構造による効率的な光抽出を可能にするのに十分に高いため、光拡散と UL 規格の可燃性を組み合わせた設備では、難燃性の広温度対応 PC ディフューザー シートが一般的です。より広範な材料レベルの比較については、当社の資料を参照してください。 LED照明用拡散材ガイド .

選択ガイド: ポリカーボネート光学部品の使用

屈折率データは最終的な答えではなく、スクリーニング ツールとして使用してください。 PC を使用した実際の光学設計は、インデックスを機械的データ、熱的データ、および処理データと一緒に扱うときに最も効果的に機能します。

1

波長を定義する

LEDのピーク波長を選択します。 450 nm のロイヤル ブルー ポンプを使用すると、インデックスは 589 nm の場合よりも高くなります。利用可能な場合は、測定された分散曲線を使用します。耐衝撃性と透明性の両方が必要な場合は、 光学グレードPC透明シート が実践的な出発点です。

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フレネル損失の推定

コーティングされていない PC 光学部品の場合、表面あたり 5.1% の反射をカウントし、エア インターフェイスの数を掛けます。総損失が予算を超える場合は、AR コーティングまたは PMMA などの低屈折率材料を検討してください。

3

画像化のための分散をチェックする

部品が広域スペクトルの白色光を映す場合、アッベ数が約 30 であれば、色収差が顕著であることを意味します。 PC は、ハイエンドのイメージング レンズよりも照明および照明光学系に適しています。

4

複屈折の管理

エッジライト型導光板の場合は、厳密な厚さ制御とアニーリングを備えた押出ラインを選択してください。あ 自動車ライトボックス用のシルク印刷可能な PC 導光板 は、印刷パターンを広い領域にわたって整列させておく必要がある場合に実用的なオプションです。

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屈折計で検証する

ASTM D542 または ISO 489 に従って、入荷した材料を測定します。測定された指数をデータシートと比較することは、生産に至る前に樹脂の代替品を検出する低コストの入荷検査です。

PC 光学部品のメンテナンス、取り扱い、およびコンプライアンス

ポリカーボネート光学部品は、正しく取り扱い、維持した場合にのみ光学特性を維持します。次の 3 つの領域に注目する必要があります。

洗浄性と耐溶剤性

PC の表面は、柔らかいマイクロファイバー布と中性石鹸水で拭きます。アセトン、ベンゼンなどの溶剤、および多くの脱脂剤は、応力亀裂や表面の曇りを引き起こす可能性があります。温度が上昇するとひび割れが促進されるため、熱い PC ディフューザーを溶剤を含んだワイプで拭かないでください。

紫外線と風化

保護されていない PC は、長時間紫外線にさらされると黄変します。屋外または高 CCT LED の近くで使用する場合は、UV 安定化グレードを使用し、加速風化後の透過率保持を確認してください。 UV 劣化によって引き起こされる屈折率の変化は、後期段階の警告サインです。部品が光学的に重要かどうかを監視します。

可燃性と化学的適合性

照明器具の場合は、UL94 定格 (V-2 または V-0) を確認し、REACH、RoHS、および該当する IEC 60598 要件を確認してください。難燃性 PC グレードには透明とディフューザーの両方の形態が存在しますが、添加剤パッケージにより屈折率がわずかに変化する可能性があるため、FR グレードの光学データを再確認してください。建築または建築関連の PC および PMMA の選択については、当社の Web サイトを参照してください。 建設用材料ガイド .

ポリカーボネートの屈折率は、記憶すべき固定定数ではありません。これは、測定、比較、検証するための設計入力です。正しく使用すると、この 1 つの数字が、単に光を伝達する照明器具と、光を効率的に管理する照明器具との違いを生み出します。