КОМПОЗИЦИОННЫЙ СВЕТОТЕХНИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ Российский патент 1997 года по МПК F21V9/10 

Изобретение относится к области светотехнического материаловедения.2 Известны люминесцентные экраны, состоящие из люминесцентного слоя и подложки [1] Такие люминесцентные экраны, преобразующие один тип излучения (или энергии частиц) в другой, применяются в люминесцентных лампах, электронно-лучевых трубках, электронно-оптических преобразователях: экранах, работающих под воздействием радиоизлучения (α-,β-,γ-частиц) В ряде случаев для отвода электрических зарядов с поверхности люминесцентного слоя на него наносится тонкая алюминиевая пленка. В люминесцентных экранах [1] люминесцентный слой, кроме люминесцентного вещества (кристаллофосфора), включает также ряд (хотя и в малом количестве) различных веществ технологического назначения связующих веществ, которые необходимы для увеличения адгезии между люминесцентным веществом и подложкой и между частицами люминесцентного вещества и придания суспензиям люминофора необходимых реологических свойств. При производстве люминесцентных ламп стараются связующее вещество максимально удалить путем термодеструкции, т. к. его остатки отрицательно действуют на характеристики ламп и люминесцентный слой.

Известны органические стекла, как правило выпускаемые в виде листа, прозрачные и цветные, применяемые в светотехнических и рекламных установках для поглощения части излучения источников света [2] Цвет излучения в цветных органических стеклах изменяется за счет включения в их состав красителей или люминесцирующих красок [3]
Известны полимерные пленки, мягкие и жесткие, применяемые в производстве светильников [2] Светотехнические пленки бывают прозрачными, цветными и матированными. Цветность и светорассеяние в последних определяется насыщенностью пленок красителями или нейтральными прозрачными частицами веществ, применяемых в качестве наполнителей.

Известна светотехническая полимерная пленка, применяемая для дорожных знаков и возвращающая в глаза водителя часть видимого света, посылаемого от фары транспортного средства [2]
Известны материалы (в основном листовой алюминий), применяемые в качестве отражателей ультрафиолетового излучения в облучателях [4]
Известны пленочные полимерные материалы, металлизированные с одной стороны, для применения в качестве светоотражающего материала в технике и быту [2]
Известны краски, применяемые в качестве покрытия внутренних деталей светильников для отражения видимого излучения источников света и увеличения КПД светильников.

Известны дневные флуоресцентные пигменты и краски, которые представляют собой твердые растворы органических люминофоров или их смесей с красителями в поликонденсационных или (значительно реже) в полимеризационных смолах. Органические люминофоры вводят в смолы в процессе их получения. Строение люминофоров оказывает решающее значение на цветовые характеристики пигментов и полученных из них красок [3]
Известны конструкционные пластические массы, прозрачные и светорассеивающие, изделия из которых в нужной форме получают методом экструзии, литья под давлением или механическим формованием [2] Светорассеяние в этих пластмассах обеспечивается за счет нейтральных (бесцветных) прозрачных частиц веществ, применяемых в качестве наполнителей.

Существенными недостатками указанных светотехнических материалов являются:
1. Старение под воздействием возбуждающего излучения или электронов люминесцентных материалов, являющихся основным компонентом люминесцентных экранов. Старение материалов пропорционально облученности, которая зависит от интенсивности падающего излучения и площади люминесцентного слоя. Площадь люминесцентного слоя в люминесцентных лампах и электронно-лучевых трубках практически всегда ограничена, что приводит к повышенному спаду светового потока ламп или яркости экранов в процессе их работы. Старение люминесцентного материала в электровакуумных приборах, особенно в люминесцентных лампах, обусловлено также другими факторами старения: поглощением паров ртути, бомбардировкой электронными и ионными потоками, совместным действием электрического и температурного поля и др.

2. Наличие у светотехнических материалов и изделий из них (оргстекло, полимерные пленки, конструкционные детали светильников, светоотражающие пленки дорожных знаков) только пассивного перераспределения светового потока источника света в пространстве с частичным поглощением его в прозрачных и светорассеивающих материалах и существенным поглощением части света в цветных светотехнических материалах. В спектре излучения, выходящего из светотехнического материала, присутствует только излучение источника света, падающего на него, уменьшенное по интенсивности пропорционально по всему спектру (для прозрачных и светорассеиващих материалов) или непропорционально (для световых материалов). Появление фотонов с длинами волн, отсутствующими в излучении источника света, исключено. Светотехническим материалам, перераспределяющим излучение источника света в пространстве или частично поглощающим его, также свойствен первый недостаток старение под воздействием падающего излучения;
3. Повышенное рассеяние (и поглощение) в люминесцентном слое излучения люминесценции, обусловленное неоднородностью объема люминесцентного слоя, состоящего из частиц люминофора и пустот, заполненных разреженной средой или остатками связующего вещества. Этот недостаток приводит к снижению КПД люминофорного слоя и повышенному старению его в процессе работы лампы или прибора;
4. Дороговизна алюминиевого листового проката, применяемого в качестве отражателя для ультрафиолетового излучения;
5. Низкая яркость, светостойкость и сложность получения люминесцентных красок синего свечения. Для повышения светостойкости флуоресцентных покрытий на них наносят фильтр-лаки, главным образом для поглощения ультрафиолетового излучения [3] Наиболее близким по технической сущности является светотехнический материал, включающий в качестве основы полимерный материал и наполнитель для перераспределения излучения, в которых в качестве основы используется эластичный, прозрачный для видимого излучения полимер, а в качестве наполнителя используется вещество, изменяющее спектр и пространственное распределение выходящего излучения по сравнению со спектром и пространственным распределением падающего на него излучения. [5]
Однако известные светотехнические материалы предназначены для работы в основном с излучением, основная доля которого лежит в видимой области.

Недостатком известного материала является то, что он не содержит в своем составе вещество, перераспределяющее по спектру излучение источника света, генерирующего основную часть излучения в ультрафиолетовой области спектра.

Сущность изобретения состоит в том, что в известном светотехническом композиционном материале, включающем в качестве основы эластичный, прозрачный для видимого излучения полимерный материал, а в качестве наполнителя вещество, изменяющее спектр и пространственное распределение выходящего из светотехнического материала излучения по сравнению со спектром и пространственным распределением падающего на него излучения, в соответствии с изобретением в качестве основы используют радиационностойкий полимер с коэффициентом пропускания ультрафиолетового излучения не менее 0,6, а в качестве наполнителя использовано вещество, обеспечивающее получение основной части выходящего из светотехнического материала излучения за счет взаимодействия с ультрафиолетовым излучением. Существенным признаком изобретения является то, что он дополнительно включает подложку, на которую нанесены основа с наполнителем.

Существенным признаком изобретения является то, что в качестве основы используется фторполимер.

Существенным признаком изобретения является то, что в качестве основы используется кремнийорганический полимер.

Существенным признаком изобретения является то, что в качестве наполнителя используется порошок люминофора.

Существенным признаком изобретения является то, что в качестве наполнителя в светотехническом материале используется порошок вещества с коэффициентом отражения излучения в ультрафиолетовой области спектра не ниже 0,8, например, порошок тетрафосфата бария.

Существенным признаком изобретения является то, что в качестве наполнителя в светотехническом материале используется порошок вещества с коэффициентом поглощения излучения в видимой области спектра не менее 0,9 и коэффициентом пропускания излучения в области длин волн 350 380 нм не ниже 0,7, например порошок черного увиолевого стекла.

Существенным признаком изобретения является то, что в качестве подложки используется изделие из неорганического стекла.

Существенным признаком изобретения является то, что в качестве подложки используется изделие из пластических масс, например, из органического стекла.

Существенным признаком изобретения является то, что в качестве подложки используется изделие из цветного стекла, имеющего полоску пропускания излучения более узкую, чем полоса излучения люминофора, причем длины волн максимумов полос близки друг к другу.

Существенным признаком изобретения является то, что подложка выполнена металлической.

Наличие нескольких существенных признаков изобретения вызвано тем, что светотехнический материал, выполненный в соответствии с изобретением, может иметь много функций в зависимости от того, какие наполнители и какие подложки используются.

Так, применение наполнителя в виде неорганического красителя, селективно пропускающего излучение в диапазоне длин волн от 400 до 800 нм, например, выполненного из порошка цветного стекла (синего, желтого, зеленого или красного цвета), позволяет получить: эластичные полимерные пленки синего, желтого, зеленого или красного цвета: жесткие экраны различного цвета, если подложка выполнена из прозрачного стекла (неорганического или органического); жесткие отражатели различного цвета, если подложка выполнена из светоотражающего металла, например, алюминия.

Применение наполнителя в виде неорганического красителя, селективно поглощающего излучение в диапазоне длин волн от 400 до 800 нм, например, выполненного в виде порошка неодимового стекла, позволяет получить эластичные пленки, экраны, отражатели, излучение от которых (пропущенное или отраженное) обеднено желтым излучением.

Большое разнообразие возможных вариантов эластичных люминесцентных пленок, экранов, отражателей получается, если согласно изобретению в качестве наполнителя используются неорганические люминофоры. В зависимости от типа используемого люминофора изготавливаются указанные изделия с различным спектром выходящего излучения от ультрафиолетового (с длинами волн максимумов полос излучения: 312 нм при применении люминофора Э-2, 350 нм при применении люминофора Л-33, 370 нм при применении люминофора ФЛ-370) до видимого (сплошные спектры дневного, холодно-белого, белого, тепло-белого света при применении галофосфатных люминофоров, активированных сурьмой и марганцем: узкополосные спектры красного, синего, желтого, зеленого света - при применении узкополосных фотолюминофоров различных типов). Указанные материала (пленка, экраны, отражатели) применяются для облучательных и осветительных приборов различной конструкции (в т. ч. полифункциональных приборов со сменными экранами) в различных отраслях народного хозяйства (осветительная техника, сельское хозяйство, медицинская техника).

Применение в качестве наполнителя композиционного материала с коэффициентом отражения ультрафиолетового излучения не ниже 0,8, например, тетрафосфата бария позволяет получить рефлекторные покрытия для облучателей бактерицидного действия (в этом случае используемый для отражателей алюминиевый лист заменяется на стальной лист с нанесением на него рефлекторного композиционного материала согласно изобретению).

Применение в качестве наполнителя композиционного материала с высоким коэффициентом отражения в видимой области спектра (не ниже 0,9) и нанесение его на конструкционные детали светового прибора позволяет повысить эффективность (в т.ч. производства) и стабильность их характеристик.

Применение в качестве наполнителя черного стекла, прозрачного в ультрафиолетовой области спектра и непрозрачного в видимой области спектра, позволяет получить "черные" фильтры (пленочные и экраны), применяемые в устройствах и приборах для люминесцентного анализа (для обнаружения подлинности денежных знаков и документов, меченых люминесцентными красками, для дефектоскопии и других применений).

Применение подложек из цветного стекла (неорганического и органического) в совокупности с применением в качестве наполнителя люминесцентных материалов (полоса пропускания стекла в этом случае должна быть более узкая, чем полоса излучения люминофора) позволяет получить фильтры для световых приборов, выходящий свет которых имеет более ненасыщенные цвета по сравнению со светом, получаемым за счет применения явления люминесценции.

Изменение материала подложки и изменение пространственного расположения подложки падающего излучения позволяют дополнительно расширить количество возможных исполнений светотехнического материала согласно изобретению.

Изобретение поясняется чертежами, на которых показаны: фиг. 1 разрез эластичного светотехнического композиционного материала без подложки; фиг. 2
разрез светотехнического композиционного материала с подложкой, расположенной со стороны источника падающего на материал излучения (материал подложки прозрачен для выходящего излучения); фиг. 3 разрез светотехнического композиционного материала с подложкой, расположенной с противоположной стороны от источника падающего на материал излучения (материал подложки непрозрачен для выходящего излучения); фиг. 4 разрез светотехнического композиционного материала с подложкой, расположенной с противоположной стороны от источника падающего на материал излучения (материал подложки прозрачен для выходящего излучения).

Как видно из фигур, светотехнический композиционный материал состоит из основы 1, наполнителя 2 и подложки 3. На фигурах также показаны падающие на материал излучение (обозначено: позиция 4 и прямые стрелки) и выходящее из материала излучение (обозначено: позиция 5 и волнистые стрелки). Подложка 3 может быть прозрачна для выходящего излучения (фиг.2 и фиг.4), прозрачна для падающего излучения (фиг. 2) и непрозрачна для выходящего и падающего излучения (фиг. 3).

Светотехнический композиционный материал в соответствии с изобретением работает следующим образом. Падающее на материал излучение 4, проходя через прозрачную для него основу 1, попадает на частицы неорганического наполнителя 2 и претерпевает преобразование с их помощью по спектру и в пространстве (наполнители: люминесцентное вещество; селективно поглощающее или пропускающее вещество; вещество, отражающее излучение в видимой или ультрафиолетовой области; вещество, прозрачное в ультрафиолетовой и непрозрачное в видимой области), образуя выходящее излучение 5. Подложка материала играет роль основания для закрепления основы, а также пропускает (падающее или выходящее излучение) или отражает (выходящее излучение).

Использование: в области светотехники. Сущность изобретения: в композиционном светотехническом материале, включающем основу и наполнитель, в качестве основы используется радиационностойкий, эластичный, прозрачный для видимого излучения полимер с коэффициентом пропускания ультрафиолетового излучения не менее 0,6, а в качестве наполнителя используется вещество, изменяющее спектр и пространственное распределение выходящего из светотехнического материала излучения по сравнению со спектром и пространственным распределением падающего на него излучения. Светотехнический композиционный материал дополнительно включает подложку, на которую нанесены основа с наполнителем. 10 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Композиционный светотехнический материал, включающий в качестве основы эластичный, прозрачный для видимого излучения полимерный материал, а в качестве наполнителя вещество, изменяющее спектр и пространственное распределение выходящего из светотехнического материала излучения по сравнению со спектром и пространственным распределением падающего на него излучения, отличающийся тем, что в качестве основы используют радиационно-стойкий полимер с коэффициентом пропускания ультрафиолетового излучения не менее 0,6, а в качестве наполнителя использовано вещество, обеспечивающее получение основной части выходящего из светотехнического материала излучения за счет взаимодействия с ультрафиолетовым излучением. 2. Материал по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно включает подложку, на которую нанесены основа с наполнителем. 3. Материал по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что в качестве основы используют фторполимер. 4. Материал по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что в качестве основы используют кремнийорганический полимер. 5. Материал по пп. 1 4, отличающийся тем, что в качестве наполнителя используют порошок люминофора. 6. Материал по пп. 1 4, отличающийся тем, что в качестве наполнителя используют порошок вещества с коэффициентом отражения в ультрафиолетовой области спектра не ниже 0,8. 7. Материал по пп. 1 4, отличающийся тем, что в качестве наполнителя используют порошок вещества с коэффициентом поглощения излучения в видимой области спектра не ниже 0,9 и коэффициентом пропускания в области длин волн 350 380 нм не ниже 0,7. 8. Материал по пп. 1 7, отличающийся тем, что в качестве подложки используют изделие из неорганического стекла. 9. Материал по пп. 1 7, отличающийся тем, что в качестве подложки используют изделие из пластической массы. 10. Материал по пп. 1 5, 8, 9, отличающийся тем, что подложку выполняют из цветного стекла, имеющего полосу пропускания излучения более узкую, чем полоса излучения люминофора, причем длины волн максимумов полос близки друг к другу. 11. Материал по пп. 1 6, отличающийся тем, что подложка выполнена металлической.