ОСВЕТИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО С ПОЛИМЕРСОДЕРЖАЩИМИ МАТРИЦАМИ Российский патент 2016 года по МПК C09K11/06 C09K11/02 H01L33/50 H01L33/56 H01L33/58 B82Y30/00 

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к осветительному устройству, включающему в себя (а) источник света, предназначенный для получения света источника света, и (b) прозрачное преобразовательное устройство, а также к такому преобразовательному устройству как таковому.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Люминесцентные материалы в матрицах известны в уровне техники. Например, US2006055316 описывает цветные электролюминесцентные дисплеи, содержащие субпиксельную структуру, и способ их изготовления. Субпиксельная структура имеет электролюминесцентный люминофор, который излучает синий свет, и фотолюминесцентный люминофор, который излучает по меньшей мере один другой цвет в результате поглощения синего цвета. US2006055316 также описывает подобные фотолюминесцентные люминофорные материалы. Например, этот документ описывает способ изготовления фотолюминесцентного люминофорного материала, включающий смешивание порошка пигмента и материала матрицы с обеспечением равномерного распределения порошка пигмента в материале матрицы, при этом материал пигмента включает в себя твердый раствор органических фотолюминесцентных молекул, а материал матрицы химически и физически совместим с порошком пигмента, так что эффективность фотолюминесценции органических фотолюминесцентных молекул практически сохраняется.

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Известные системы уровня техники могут приводить к преобразователям света, содержащим неэффективные люминесцентные материалы. Особенно органические люминесцентные материалы могут вызывать проблему при внедрении в определенные типы материала матрицы. Например, при некоторых применениях органический люминесцентный материал вводят в полимерную матрицу. Полимерная матрица может быть получена или полимеризацией мономера, или обработкой из раствора. В случае полимеризации мономера может оказаться невозможным использовать фотоинициированную полимеризацию, поскольку во время процесса фотоиндуцированной полимеризации люминесцентные молекулы могут разрушаться.

Значит, аспектом изобретения является предоставление альтернативного осветительного и/или прозрачного преобразовательного устройства, которое, предпочтительно, дополнительно по меньшей мере частично устраняет один или более из описанных выше недостатков.

Предлагается сначала ввести люминесцентный материал, такой как органические люминесцентные молекулы, в матрицу (называемую в данном документе также «второй матрицей» или «второй полимерсодержащей матрицей»), где люминесцентный материал (молекулярно) диспергируется и может обладать хорошей фотохимической стабильностью. В дальнейшем частицы, такие как, например, пластинки, хлопья, чешуйки и т.п., этого материала могут быть получены, а затем диспергированы в другой матрице (также называемой в данном документе «первой матрицей» или «первой полимерсодержащей матрицей»), чтобы получить композитное прозрачное преобразовательное устройство, например, с высокой гибкостью, но также хорошей люминесценцией и фотохимической стабильностью.

Дополнительно предлагается, что первая полимерсодержащая матрица имеет предпочтительно относительно низкую скорость переноса кислорода и относительно высокую прозрачность.

Дополнительно предлагается использовать частицы люминесцентного материала, такие как люминесцентные молекулы диспергированные в полимерном связующем в полимерсодержащей матрице. Частицы могут быть диспергированы, например, в дисперсии на главным образом водной основе и нанесены на различные поверхности, которые можно использовать для преобразования света. Таким образом сохраняется используемая в настоящее время платформа обработки неорганических люминесцентных материалов, но также исключаются проблемы с окружающей средой.

Использование частиц люминесцентных материалов, таких как люминесцентные молекулы, диспергированные в полимерном связующем, может быть выгодно, если, например, покрытие должно быть нанесено на сложные формы (например, защитное покрытие, также см. далее).

В первом аспекте изобретение предусматривает осветительное устройство, включающее в себя (а) источник света, предназначенный для получения света источника света, и (b) прозрачное преобразовательное устройство, предназначенное для преобразования по меньшей мере части света источника света, при этом прозрачное преобразовательное устройство (в данном документе также называемое «преобразовательным устройством») включает в себя первую полимерсодержащую матрицу, содержащую отдельные частицы, при этом отдельные частицы (в данном документе также называемые «частицами») включают вторую полимерсодержащую матрицу с диспергированным в ней люминесцентным материалом. Следовательно, вторая полимерсодержащая матрица содержится в виде частиц (таких как пластинки) в первой полимерсодержащей матрице.

Такое преобразовательное устройство может быть стабильным, может быть эффективным, может быть гибким, может быть использовано относительно легко и просто, и т.д. Дополнительно, первая матрица может также действовать в качестве барьера, например, барьера для кислорода, что может быть практически значимо с точки зрения увеличения срока службы (люминесцентного материала).

В еще одном дополнительном аспекте изобретение предусматривает такое прозрачное преобразовательное устройство как таковое, т.е. прозрачное преобразовательное устройство, предназначенное для преобразования по меньшей мере части света источника света, включающее в себя первую полимерсодержащую матрицу, содержащую отдельные частицы, при этом отдельные частицы включают в себя вторую полимерсодержащую матрицу с диспергированным в ней люминесцентным материалом.

Термин «матрица» используют в данном документе для указания на слой или тело или частицу, которые являются «хозяином» («носителем») другого материала, как, например, первая матрица является матрицей для второй матрицы, а вторая матрица является матрицей для люминесцентного материала.

Прозрачное преобразовательное устройство может быть слоем, например, нанесенным на прозрачную основу. Прозрачное преобразовательное устройство может также быть самонесущим (свободно стоящим) и может быть, например, пластиной или гибким объектом.

Прозрачное преобразовательное устройство может включать неорганический или органический люминесцентный материал или их сочетание. Термин «люминесцентный материал» может относиться также к множеству люминесцентных материалов. Органические люминесцентные материалы также называются в данном документе органическими красителями.

В одном варианте воплощения люминесцентный материал включает в себя неорганический люминесцентный материал, выбранный из группы, состоящей из люминесцентного материала на основе лантаноида, люминесцентного материала на основе переходного металла и материала с квантовыми точками. Следовательно, можно использовать, например, неорганические люминесцентные материалы, известные для твердотельного освещения или ламп высокого и низкого давления или для плазменных применений. Неорганическими материалами, которые могут быть использованы, являются, например, легированные трехвалентным церием системы гранатов, такие как YAG:Ce³⁺, и легированные двухвалентным Eu тиогаллаты, такие как SrGa₂S₄:Eu²⁺, и сульфиды, такие как SrS:Eu²⁺, все хорошо известные в данной области техники (см., например, US 7115217 или US 6850002). Можно также использовать квантовые точки (КТ).

В одном варианте воплощения люминесцентный материал включает в себя органический краситель (известный также как органический люминофор - органический люминесцентный материал). Органический люминесцентный материал может включать, например, одно или более производных перилена, таких как материалы, известные под наименованиями Lumogen F Yellow 083, Lumogen F Yellow 170, Lumogen F Orange 240, Lumogen F Red 305, Lumogen F Blue 650, которые могут быть предоставлены, например, фирмой BASF.

Органические люминесцентные материалы рассматриваются в настоящее время для дистанционных применений люминесцентного материала, где излучающие синий свет диоды используют для возбуждения (накачки), например, люминесцентного материала, излучающего свет от зеленого до красного, с тем, чтобы получить белый свет. Органические люминесцентные материалы могут обладать рядом преимуществ в сравнении с неорганическими люминесцентными материалами. Положение и ширину запрещенной зоны спектра люминесценции можно легко подобрать так, чтобы находиться где-то в видимом диапазоне, получая высокую эффективность. Они могут также демонстрировать намного меньшее светорассеяние и более высокий квантовый выход, дополнительно улучшающие эффективность системы. Кроме того, благодаря своей органической и экологически чистой природе они могут быть на несколько порядков дешевле, чем неорганические светодиодные люминесцентные материалы, поэтому их можно использовать в применениях с большой площадью.

Одно из интересных применений органического люминесцентного материала состоит в гибких конфигурациях. С этой целью органический люминесцентный материал в одном варианте воплощения вводят (например, молекулярно растворенным или диспергированным) в такую гибкую матрицу.

Тем не менее, как указано выше, также можно использовать неорганический люминесцентный материал или сочетание неорганического люминесцентного материала и органического люминесцентного материала.

Первая полимерсодержащая матрица относится к матрице, которая включает в себя первый полимер. Эта матрица может также включать в себя другие компоненты. В конкретном варианте воплощения первая матрица по существу состоит из первого полимера.

Первая полимерсодержащая матрица может в одном варианте воплощения включать в себя содержащий связующее слой покрытия. Например, полимерсодержащую матрицу сначала обеспечивают в виде слоя покрытия, в частности включающего полимерные связующие. Слой покрытия может быть нанесен на основу (опору), такую как прозрачная основа (прозрачная опора), а после нанесения покрытия оно может быть высушено или отверждено. Таким образом, слой покрытия можно предусмотреть, аналогично классическим применениям для освещения, используя слои покрытия с люминесцентным материалом. Однако в данном документе первая матрица содержит не люминесцентные частицы или молекулы как таковые, а частицы полимерной матрицы, в которых диспергирован люминесцентный материал. Необязательно, в дополнение первая матрица может также содержать люминесцентный материал (то есть в дополнение к люминесцентному материалу, содержащемуся частицами второй матрицы), см. также ниже.

Следовательно, в одном варианте воплощения первая полимерсодержащая матрица включает содержащий связующее слой покрытия. Типичными связующими являются, например, акрилатные связующие, эпоксидные связующие и связующие на поливиниловом спирте (ПВС). Следовательно, в конкретном варианте воплощения первая полимерсодержащая матрица может быть матрицей, включающей в себя одно или более из акрилатных связующих, эпоксидных связующих и связующих на поливиниловом спирте (ПВС).

Термин «первая полимерсодержащая матрица» может в одном варианте воплощения главным образом относиться к упрочненному или отвержденному слою.

Таким образом предусмотренный слой может быть сплошным или прерывистым. А именно, если используются нанесения покрытия со связующим, где часть исходного материала (из содержащего связующее слоя покрытия) можно выпарить, то слой покрытия может содержать (небольшие) трещины и тем самым может рассматриваться как прерывистый.

В еще одном варианте воплощения первая полимерсодержащая матрица может быть, в частности, матрицей, включающей один или более из полиуретана, полиалкана, полиакрилата и силоксана (например, полидиметилсилоксана (ПДМС)). Это может быть особенно важно в связи с гибкими применениями. Следовательно, в варианте воплощения первая полимерсодержащая матрица является гибкой матрицей. Таким образом, прозрачное преобразовательное устройство может быть гибким блоком.

Вторая полимерсодержащая матрица относится к матрице, которая включает в себя второй полимер. Эта матрица может также включать другие компоненты. В определенном варианте воплощения вторая матрица по существу состоит из второго полимера.

Вторая полимерсодержащая матрица, т.е. матрица, которая является строительным материалом частиц, может, в частности, быть матрицей, содержащей один или более полимеров, выбранных из группы, состоящей из ПЭН (полиэтиленнафталата), ПК (поликарбоната), полиметилакрилата (ПМА), полиметилметакрилата (ПММА) ("Плексиглас" или "Перспекс"), ацетобутирата целлюлозы (АБЦ), поливинилхлорида (ПВХ), полиэтилентерефталата (ПЭТ) (и его сополимеров), (ПЭТГ) (модифицированного гликолем полиэтилентерефталата), ЦОС (циклоолефинового сополимера) и полистирола.

Как правило, химический состав первого полимера является существенно отличающимся от второго полимера. Дополнительно, в общем случае химический состав первой матрицы отличается от второй матрицы (даже независимо от люминесцентного материала). Следовательно, в одном варианте воплощения первая полимерсодержащая матрица включает в себя первый полимер, а вторая полимерсодержащая матрица включает в себя второй полимер, и первый полимер и второй полимер существенно различны. В частности, органические люминесцентные материалы не включены в это сравнение (несмотря на то, что их содержание в вес.% во второй матрице может быть относительно небольшим, смотри ниже). В варианте воплощения, где и первая матрица, и вторая матрица будут содержать практически идентичные полимеры, весовое процентное содержание таких практически идентичных полимеров будет по меньшей мере в одной матрице ниже 50 вес.%, в частности, ниже 20 вес.%, конкретнее ниже 10 вес.%. В основном, однако, первая и вторая матрицы являются по существу различными, с весовым процентным содержанием практически идентичных полимеров в одной фазе, составляющим существенно меньше 5 вес.%, как, например, в том случае, если первая матрица основана на ПДМС, а вторая матрицы основана на ПММА (практически 0 вес.% практически идентичных полимеров).

Некоторые конкретные люминесцентные материалы указаны выше. Обычно концентрации (органических) люминесцентных (молекул) во второй полимерсодержащей матрице могут меняться от 0,00001 вес.% вплоть до 5 вес.% (относительно общего веса первой матрицы). В другом варианте воплощения частицы, такие как чешуйки, могут содержать сочетание органических люминесцентных молекул. В случае квантовых точек концентрация может даже составлять в интервале от 1 ppm по весу вплоть до 1 вес.% по отношению ко второй полимерсодержащей матрице. В случае неорганических люминесцентных материалов концентрация может составлять в интервале от 1 вес.% до 50 вес.% по отношению ко второй полимерсодержащей матрице.

Концентрация частиц второй полимерсодержащей матрицы в первой полимерсодержащей матрице может быть в интервале 1-90 вес.% (относительно общего веса первой и второй матриц), например, в интервале 2-70 вес.%, что-то типа по меньшей мере 5 вес.%.

Для того чтобы получить излучающее белый свет осветительное устройство (с требуемой согласованной цветовой температуры (CCT) и показателем цветопередачи (CRI)), может понадобиться частично преобразовать синий свет от источника(ов) света, такого как светодиод(ы) (СИД), в другие цвета, используя сочетание различных типов органических люминесцентных молекул и/или различных типов неорганических люминесцентных материалов.

Вторая полимерная матрица может быть выполнена с помощью обработок, известных в данной области техники, в присутствии люминесцентного материала, например, обеспечением наличия смеси, включающей в себя мономеры и люминесцентный материал, и полимеризацией этой смеси. После полимеризации продукт может быть разрезан (лазером) или измельчен и т.д. на частицы. Смесь можно также отверждать в полостях с желательной для готовых частиц формой (пресс-форме).

Отдельные частицы могут иметь размеры в интервале 0,1 мкм - 5 мм. Частицы могут иметь любую желательную форму, например, сферическую, кубическую, звездообразную, цилиндрическую и т.д. Преобразовательное устройство может также включать имеющие различную форму отдельные частицы. Для того чтобы способствовать однородному преобразованию света по преобразовательному устройству, может быть полезно использовать не сферические частицы, а частицы, имеющие соотношение размеров больше 1. Соотношение размеров является соотношением размеров по длине/ширине. В конкретном варианте воплощения отдельные частицы имеют соотношения размеров по длине/ширине по меньшей мере 2, в частности, по меньшей мере 10. Разные частицы могут иметь различные соотношения размеров. Преобразовательное устройство может включать в себя множество частиц, имеющих различные соотношения размеров.

Частицы называются «отдельными» (или «дискретными»), поскольку их можно отличить от первой матрицы. Можно наблюдать границы между частицами и первой матрицей и можно оценить различие в химическом составе между первой матрицей и частицей.

Источник света, который используется в осветительном устройстве для выдачи света от источника света к преобразовательному устройству, может быть по меньшей мере частично внедрен (встроен) в прозрачное преобразовательное устройство. Например, самонесущее преобразовательное устройство может включать в себя одну или более выемок или полостей, чтобы соответственно принимать, по меньшей мере частично, один или более источник(ов) света. В еще одном варианте воплощения источник света и преобразовательное устройство могут быть конфигурированы для выдачи света источника света на краю преобразовательного устройства. Источник света может находиться в контакте с преобразовательным устройством, но может также быть расположен на отличном от нуля расстоянии от преобразовательного устройства. В конкретном варианте воплощения источник света содержит твердотельный светодиодный источник света. В другом варианте воплощения источник света содержит лазерный диод. В одном варианте воплощения для освещения преобразовательного устройства применяют массив источников света. Можно применить сочетания различных типов источников света.

Преобразовательное устройство может иметь любую форму, такую как слой или самонесущее тело. Оно может быть плоским, изогнутым, фасонным, квадратным, круглым гексагональным, сферическим трубчатым, кубическим и т.д. Самонесущее тело может быть жестким или гибким. Его толщина может в общем находиться в интервале 0,1-10 мм. Его длина и/или ширина (или диаметр) может находиться в интервале, например, 0,01-5 м, таком как 0,02-5 м, например, 0,1-50 мм.

В одном варианте воплощения полимерные люминесцентные частицы, такие как пластинки, могут иметь (дополнительное) покрытие. Эти частицы, такие как пластинки, можно получить, например, посредством защиты люминесцентной фольги с одной или предпочтительно с двух сторон барьерным слоем и последующим разрезанием такой фольги с покрытием на частицы, такие как пластинки (с высоким соотношением размеров).

Прозрачное преобразовательное устройство (например, с пластинками) может включать (введенные в первую матрицу (и/или в первую матрицу)) дополнительные материалы, такие как геттеры (газопоглотители), чтобы увеличить срок службы.

В еще одном варианте воплощения отдельные частицы и/или преобразовательное устройство дополнительно включают слой покрытия для увеличения срока службы люминесцентного материала. Слой покрытия снижает перенос кислорода в отдельную частицу, что дает в результате замедленное разрушение люминесцентного материала. Таким образом, слой покрытия увеличивает срок службы люминесцентного материала и, следовательно, всего преобразовательного устройства.

В еще одном варианте воплощения первая полимерсодержащая матрица прозрачного преобразовательного устройства или осветительного устройства обладает скоростью переноса кислорода, равной или меньшей 50 см³/м²·день·бар, предпочтительно равной или меньшей 25 см³/м²·день·бар, более предпочтительно равной или меньшей 5 см³/м²·день·бар, а еще более предпочтительно равной или меньшей 1 см³/м²·день·бар. Чем меньше скорость переноса кислорода первой полимерсодержащей матрицей, тем меньшее количество кислорода будет диффундировать в первую полимерсодержащую матрицу и тем меньше будет скорость разрушения люминесцентного материала, в частности, в случае органического люминофорного материала или материала с квантовыми точками.

В еще одном варианте воплощения прозрачное преобразовательное устройство может включать частицы, содержащие органический люминесцентный материал, в то время как неорганический люминесцентный материал содержится (непосредственно) первой матрицей. В одном варианте воплощения это может также быть наоборот.

В одном варианте воплощения частицы включают в себя пластинки, а пластинки состоят из множественных слоев.

В другом варианте воплощения преобразовательное устройство, т.е. конкретно первая матрица, может дополнительно содержать структуры, такие как Al₂O₃-содержащие частицы и/или TiO₂-содержащие частицы, например, для ускорения извлечения света из преобразовательного устройства.

Выражения «выше по ходу» и «ниже по ходу» относятся к размещению деталей или предметов относительно распространения света из светогенерирующего средства (здесь конкретно - источника света), причем, относительно первого положения в пределах луча света из светогенерирующего средства, второе положение в луче света, более близкое к светогенерирующему средству, находится «выше по ходу», а третье положение в пределах луча света дальше от светогенерирующего средства, находится «ниже по ходу».

Термин «прозрачное» в данном документе может относиться конкретно к преобразовательному устройству, которое обладает светопропусканием в интервале 90-100% для света, имеющего длину волны, выбранную из диапазона длин волн видимого света. В данном документе термин «видимый свет» относится конкретно к свету, имеющему длину волны, выбранную из диапазона 380-780 нм. Пропускание можно определить путем подачи света на некой конкретной длине с первой интенсивностью в волновод при перпендикулярном излучении и отнесением интенсивности света на этой длине волны, измеренной после пропускания через материал, к первой интенсивности света, поданного на этой конкретной длине волны к материалу (см. также E-208 и E-406 Справочника CRC по Химии и Физике, выпуск 69, 1088-1989). Отметим, что пластина волновода может быть окрашенной из-за присутствия люминесцентного материала (см. также далее).

Выражения «по существу», «существенно», «практически» в данном документе, такие как, например, «по существу все излучение» или «по существу состоит из», будут понятны специалисту в данной области техники. Выражение «по существу» может также включать варианты воплощения с «целиком», «полностью», «весь» и т.д. Следовательно, в вариантах воплощения наречие «по существу» также можно быть исключено. Если применимо, то выражение «по существу» может также относиться к 90% или более, такому как 95% или более, особенно 99% или более, даже более конкретно 99,5% или более, включая 100%. Выражение «включать в себя» охватывает также варианты воплощения, где термин «включает в себя» означает «состоит из».

Помимо этого, термины «первый», «второй», «третий» и аналогичные им в описании и в формуле изобретения используются для проведения различия между похожими элементами, а не обязательно для описания последовательного или хронологического порядка. Следует понимать, что используемые таким образом термины являются взаимозаменяемыми при соответствующих условиях и что описанные в данном документе варианты воплощения изобретения способны функционировать при других последовательностях, чем описанные или проиллюстрированные здесь.

Устройства приведены здесь среди других, описанных в процессе работы. Как будет понятно специалисту в данной области техники, изобретение не ограничено способами работы или устройствами в действии.

Следует отметить, что вышеуказанные варианты воплощения скорее иллюстрируют, чем ограничивают изобретение, и что специалисты в данной области техники будут иметь возможность сконструировать много альтернативных вариантов воплощения без отступления от объема прилагаемой формулы изобретения. В формуле изобретения любые ссылочные обозначения, размещенные в круглых скобках, не должны быть интерпретированы как ограничивающие пункт формулы изобретения. Использование глагола «включать (в себя)» и его спряжений не исключают наличия элементов или этапов, отличных от тех, которые указаны в пункте формулы изобретения. Единственное число элемента не исключает наличия множества таких элементов. Изобретение может быть реализовано с помощью аппаратных средств, включающих несколько отдельных элементов, и с помощью соответствующим образом запрограммированного компьютера. В пункте формулы изобретения на устройство, перечисляющем несколько средств, некоторые из этих средств могут быть реализованы одним и тем же аппаратным средством. Сам тот факт, что определенные средства излагаются во взаимно различных зависимых пунктах формулы изобретения, не означает, что не может быть с пользой использовано сочетание этих средств.

Изобретение дополнительно относится к устройству, имеющему один или более из признаков, описанных в описании и/или показанных на прилагаемых чертежах.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Теперь варианты воплощения изобретения будут описаны лишь в качестве примера со ссылкой на прилагаемые схематичные чертежи, на которых соответствующими ссылочными символами указываются соответствующие части и на которых:

Фигуры 1а-1b схематично изображают основные варианты воплощения согласно изобретению;

Фигуры 2а-2d схематично изображают конкретные конфигурации преобразовательного устройства и источника(ов) света;

Фигуры 3а-3i схематично изображают некоторое число вариантов и опций в рамках настоящей концепции.

Чертежи не обязательно представлены в масштабе.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ВОПЛОЩЕНИЯ

Фиг. 1 схематично изображает осветительное устройство 1, которое включает в себя (а) источник 100 света, такой как, например, твердотельный светодиод (СИД) или лазерный диод, для получения света 110 источника света. Это может быть, например, ультрафиолетовый (УФ), фиолетовый или синий свет, в частности, синий (голубой) свет. Источником 100 света может быть также множество источников света (смотри примеры ниже), которые могут производить свет 110 источника света, имеющий по существу те же самые распределения по длинам волн или имеющий различные распределения по длинам волн (такое как УФ или синий свет). Конкретно, получают видимый свет, например, синий свет и/или один или более из зеленого, желтого, оранжевого и красного света.

Осветительное устройство 1 дополнительно включает в себя (b) прозрачное преобразовательное устройство 200. Преобразовательное устройство 200 расположено ниже по ходу от источника 100 света. Это преобразовательное устройство 200 конкретно предназначено для преобразования по меньшей мере части света 110 источника света. Например, синий свет может быть по меньшей мере частично преобразован в один или более из зеленого, желтого, оранжевого и красного света. При получении белого по своей природе света осветительного устройства, обозначенного позицией 11, при том, что свет 110 источника света является синим по своей природе, прозрачное преобразовательное устройство 200 будет преобразовывать часть света 110 источника света, но также позволит части света 110 источника света проходить через прозрачное преобразовательное устройство 200. Свет 11 осветительного устройства показан на выходной стороне (ниже по ходу от) преобразовательного устройства 200 (т.е. исходящим от передней поверхности).

Прозрачное преобразовательное устройство 200 включает в себя первую полимерсодержащую матрицу 201, содержащую отдельные частицы 210. Фактически отдельные частицы 210 внедрены в первую полимерсодержащую матрицу 201.

Отдельные частицы 210 включают в себя вторую полимерсодержащую матрицу 211 с диспергированным в ней люминесцентным материалом 212. Люминесцентный материал 212 является преобразователем, который поглощает по меньшей мере часть света 110 источника света и генерирует свет люминесцентного материала. Свет 11, выходящий из преобразовательного устройства 200, включает по меньшей мере свет, сгенерированный люминесцентным материалом 212, но необязательно может также включать свет 110 источника света. Например, свет 110 источника света может быть синим светом, а свет люминесцентного материала может быть желтым и красным светом. Вместе может образоваться белый свет в качестве света 11 осветительного устройства.

Люминесцентный материал 212 в устройстве 1 может быть освещен светодиодами, находящимися сзади (гибкой) конфигурации. Например, можно использовать целый массив светодиодов (также смотри ниже). Преобразовательное устройство 200 имеет заднюю поверхность 232 и переднюю поверхность 231 и, как правило, край 233. Преобразовательное устройство 200 может освещаться в направлении от задней поверхности 232 к передней поверхности 231. Необязательно и/или дополнительно, преобразовательное устройство 200 может быть освещено на поверхности ребра 233 источником(ами) 100 света.

Фигура 1b схематично изображает более подробно преобразовательное устройство 200. Отдельные частицы 210 внедрены в первую матрицу 201. Сами частицы 210 включают материал 211 второй матрицы с внедренным в нее люминесцентным материалом 212. Здесь, в качестве примера, изображен дисперсный люминесцентный материал, но люминесцентный материал 212, например, когда он содержит органический краситель, может также быть молекулярно диспергирован во второй матрице 211. Как упоминалось выше, в одном варианте воплощения также первая матрица 201 может включать люминесцентный материал (не показан), такой как неорганический люминесцентный материал (в дополнение ко второй матрице 211, включающей люминесцентный материал 212).

Фигуры 2а-2d схематично изображают конкретные конфигурации преобразовательного устройства и источника(ов) света. Фигура 2а изображает вариант воплощения, где преобразовательное устройство 200 освещается источниками 100 света, конкретно, светодиодами, которые находятся в положении контакта.

Фигура 2b схематично изображает вариант воплощения, где источник(и) 100 света по меньшей мере частично внедрен(ы) в преобразовательное устройство 200. Для того преобразовательное устройство 200 может включать полости, например, на задней поверхности 232.

На фиг. 2с преобразовательное устройство 200 освещается одним или более источниками 100 света, а именно, светодиодами или лазерными диодами, которые находятся на краю(ях) 233 преобразовательного устройства 200, так называемая конфигурация подсветки с ребер. Используя такую конфигурацию, можно создавать очень тонкие (гибкие) осветительные устройства. Это представляет особый интерес. Источник(и) 100 света изображены находящимися в контакте с преобразовательным устройством 200, но не обязательно сконфигурированы таким образом (см. в качестве примера также фигуру 2d). В этой конфигурации свет может также сопрягаться от боковых сторон в прозрачном волноводе (не показан), который может освещать преобразовательное устройство. В этой конфигурации преобразовательное устройство не должно быть в оптическом контакте с волноводом.

На фигуре 2d преобразовательное устройство 200 освещается одним или более источником(ами) света, а именно светодиодами или лазерными диодами, которые не находятся в положении контакта. Такая конфигурация может быть желательной в гибких светящихся системах.

Для всех осветительных устройств 1, описанных в данном документе, применимо, что преобразовательное устройство 200 может включать один или более оптических слоев или оптических объектов, таких как отражательные слои или зеркала, частотно селективные слои или зеркала и т.д. Во избежание двусмысленного толкования такие слои или объекты не изображены.

Дополнительно, в одном конкретном варианте воплощения используют излучающие синий свет светодиоды (светодиоды синего свечения). В дополнительном варианте воплощения можно использовать также светодиоды, излучающие на различной длине волны (длинах волн).

Не изображены, но также включены в данный документ конфигурации, где со стороны лицевой поверхности 231 расположен отражатель или отражательный слой, предназначенный отражать свет люминесцентного материала и необязательно свет 110 источника света в направлении от задней поверхности 232, а свет 11 осветительного устройства исходит от задней поверхности 232 осветительного устройства 1.

Можно использовать все виды формы дискретных частиц 210. Фигуры 3а-3е (и 3g) схематично изображают частицы 210, имеющие удлиненную форму, т.е. обладающие соотношением размеров больше 1.

Фигуры 3а-3е схематично изображают варианты воплощения, в которых преобразовательным устройством 200 является слой со связующим полимером, который вулканизирован или отвержден. Связующий полимер 240 образует матрицу, чтобы удерживать частицы вместе. Например, жидкую связующую композицию в качестве полимерсодержащей матрицы, содержащей отдельные частицы, можно нанести на подложку и отвердить. Фигуры 3b-3е схематично изображают неограничивающее число различных вариантов. Фигура 3b является такой же, что и фигура 3а, в то время как фигура 3с схематично изображает вариант воплощения, в котором отдельные частицы 210 имеют различные размеры, здесь множество различных размеров. Фигура 3d схематично изображает вариант воплощения, в котором отдельные частицы 210 включают в себя две подгруппы частиц, где в пределах каждой подгруппы отдельные частицы 210 имеют практически одинаковые размеры. Следовательно, частицы 210 могут иметь примерно одинаковый размер (форму или толщину), различный размер или два вида размеров и т.д.

Фигура 3е схематично изображает вариант воплощения с двумя слоями 201, фактически с двумя преобразовательными устройствами, которые можно собрать в одно цельное преобразовательное устройство 200. Как будет понятно специалисту в данной области техники, можно нанести более чем два слоя 201. Дополнительно, слои 201 могут физически контактировать с прилегающим одним или более соседними слоями, но также могут быть расположены на ненулевом расстоянии. Дополнительно, при использовании больше чем одного слоя, люминесцентные материалы в различных слоях также могут необязательно отличаться. Например, расположенный выше по ходу слой может включать люминесцентный материал, преобразующий по меньшей мере часть света 110 источника света в зеленый свет, а расположенный ниже по ходу слой может включать в себя люминесцентный материал, преобразующий по меньшей мере часть света 110 источника света и/или света люминесцентного материала из расположенного ниже по ходу слоя люминесцентного материала в красный свет.

Фигуры 3а-3е схематично изображают преобразовательные устройства, которые выглядят как слои на основе связующего. Тем не менее, специалисту в данной области техники будет ясно, что такие же принципы относительно соотношения размеров, количества слоев можно применить также к самонесущим телам.

Следовательно, слой может включать в себя отдельные частицы 210, содержащие различные люминесцентные материалы 212. Концентрация люминесцентного материала 212, особенно если он является органическим люминесцентным материалом, во второй полимерсодержащей матрице 202 обычно составляет между 0,00001-5 вес.%.

В одном варианте воплощения частицы, такие как пластинки, могут содержать комбинацию органических люминесцентных молекул.

В случае квантовых точек концентрация может быть в интервале от 1 ppm по весу вплоть до 1 вес.% относительно второй полимерсодержащей матрицы. В случае неорганических люминофоров концентрация может быть в интервале от 1 вес.% до 50 вес.% относительно второй полимерсодержащей матрицы. Концентрация частиц второй полимерсодержащей матрицы в первой полимерсодержащей матрице может быть в интервале 1-90 вес.%.

Используемая концентрация зависит от различных параметров, включая толщину слоя (или фольги), а также толщину и концентрацию дискретных частиц.

Примеры органических люминесцентных материалов включают, не ограничиваясь ими, производные перилена, такие как как Lumogen Red f305, Lumogen Orange f240, Lumogen Yellow f083, или Lumogen Yellow f170, которые могут быть закуплены, например, у BASF. Они также могут быть квантовыми точками, например, InP, CdSe и т.д. Система может также содержать нано- или микроразмерные неорганические люминесцентные материалы, такие как YAG:Ce, LuAG:Ce и т.п. Материалом матрицы может быть, например, ПММА, ПЭТ, ПЭН, ПК и т.д. Первой полимерной матрицей, особенно при использовании в качестве связующего, может быть, например, акрилат, эпоксид, ПВС и т.д. Растворителем может быть вода, но также можно использовать и другие «дружественные» растворители, такие как этанол, пропанол, изопропанол и т.д. Частицы или связующее могут включать в себя газопоглотитель, чтобы увеличить срок службы люминесцентного материала. В другом варианте воплощения несколько слоев уложены в стопку один сверху другого. Первая полимерсодержащая матрица предпочтительно имеет относительно низкую скорость переноса кислорода и может, например, включать следующие полимерные материалы, с указанной в скобках скоростью переноса кислорода полимерного материала: ПВДХ - поливинилиденхлорид (0,8 см³/м²·день·бар), ПВДФ - поливинилиденфторид (0,8 см³/м²·день·бар), ЭВС - этиленвиниловый спирт (0,5 см³/м²·день·бар), ПБТ - полибутилентерефталат (5 см³/м²·день·бар), ПЭН - полиэтиленнафталат (8 см³/м²·день·бар), ПАН - полиакрилонитрил (9 см³/м²·день·бар), PA6-Nylon6 (10 см³/м²·день·бар) или ПЭТ - полиэтилентерефталат (20 см³/м²·день·бар).

Фигура 3f схематично изображает гибкое преобразовательное устройство 200.

Фигура 3g схематично изображает вариант воплощения отдельной частицы 210. Отдельная частица имеет в этом варианте воплощения длину L и ширину W, что приводит к соотношению размеров L/W, которое здесь больше 1.

Примером отдельных частиц 210 являются, например, пластинки. Отдельные частицы 210, такие как пластинки, могут иметь размер, предпочтительно, меньше 2 мм, более предпочтительно меньше 0,5 мм, наиболее предпочтительно меньше 0,1 мм. Отдельные частицы 210, такие как пластинки, могут иметь произвольную форму или определенные формы, такие как квадраты, шестиугольники, треугольники и т.д. Толщина отдельных частиц 210, таких как пластинки, составляет обычно меньше 100 мкм, более предпочтительно меньше 10 мкм, но зависит, конечно, от размера отдельных частиц 210, таких как пластинки.

Отдельные частицы 210 с высоким соотношением размеров, такие как пластинки, могут иметь соотношения размеров больше 10, более предпочтительно - больше 100.

Люминесцентные полимерные отдельные частицы 210, такие как пластинки, можно изготовить, используя различные технологии получения, включая, но не ограничиваясь ими, измельчение, механическую резку, лазерную резку, литографию и т.д.

Фигура 3h схематично изображает альтернативный вариант воплощения отдельной частицы 210. Отдельная частица 210 включает вторую полимерсодержащую матрицу 211 с диспергированным в ней люминесцентным материалом 212. Отдельная частица 210 дополнительно включает слой покрытия 213. Слой покрытия 213 предпочтительно включает материал, который имеет относительно низкую скорость переноса кислорода и относительно высокую прозрачность. В варианте воплощения слой покрытия 213 включает неорганический материал, например - но не ограничиваясь ими - оксид алюминия или диоксид кремния. Оксид алюминия и диоксид кремния - это материалы, которые являются высоко прозрачными и имеют относительно низкую скорость переноса кислорода. Слой покрытия 213 может состоять из единственного слоя материала или, альтернативно, из многослойного пакета, например, из двух или более неорганических слоев. Слой покрытия снижает транспорт кислорода во вторую полимерсодержащую матрицу 211 и люминесцентный материал 212. В частности, если люминесцентный материал 212 включает органический люминесцентный материал и/или материал с квантовыми точками, которые относительно чувствительны к разрушению из-за кислорода, то фотохимическая стабильность люминесцентного материала 212 улучшается благодаря слою покрытия 213. В результате срок службы люминесцентного материала 212, а, следовательно, и отдельной частицы 210 улучшается. Например, снижение концентрации кислорода до значения меньше 0,1 об.% в полимерсодержащей матрице 211 с помощью нанесения слоя покрытия 213 может стать причиной увеличения срока службы прозрачной отдельной частицы 210 от 5 до 10 раз. Слой покрытия 213 может быть нанесен посредством процессов химического осаждения из паровой фазы (CVD) или атомно-слоевого осаждения (ALD). Как CVD, так и ALD можно проводить, например, в реакторе с кипящим слоем.

Фигура 3i схематично изображает альтернативный вариант воплощения преобразовательного устройства 200, включающего в себя слой покрытия 215 для улучшения срока службы преобразовательного устройства 200. Преобразовательное устройство 200 дополнительно включает первую полимерсодержащую матрицу 201, содержащую отдельные частицы 210, как, например, показано на фигуре 1 или фигуре 3f. Слой покрытия 215, аналогично слою покрытия 213, предпочтительно включает материал, который имеет относительно низкую скорость переноса кислорода и относительно высокую прозрачность. В одном варианте воплощения слой покрытия 215 включает в себя неорганический материал, например, - но не ограничиваясь им - оксид алюминия или диоксид кремния. Оксид алюминия или диоксид кремния - это материалы, которые являются высоко прозрачными и имеют очень низкую скорость переноса кислорода. Слой покрытия 215 может состоять из одного слоя материала или, альтернативно, из многослойного пакета, например, из двух или более неорганических слоев. Слой покрытия 215 снижает транспорт кислорода во вторую полимерсодержащую матрицу 211, увеличивая срок службы люминесцентного материала, а, следовательно, и преобразовательного устройства 200. Альтернативно, отдельные частицы 210 могут тоже содержать слой покрытия, как показано на Фигуре 3h.

Применения включают модифицированную лампу, светодиодные термолюминесцентные трубки (TLED) или такие материалы, которые можно использовать как краску на стене, которая может быть освещена синими светодиодами.

ПРИМЕР

0,1 вес.% Lumogen F Yellow 083 (BASF) молекулярно растворяли в 20 вес.% ПММА в дихлорметане. Пленки толщиной 10 мкм обрабатывали с использованием скальпеля. Затем небольшие частицы/пластинки этого материала получали измельчением. Пластинки были затем введены в гибкую матрицу из ПМДС Sylgard 184 (в соотношении 1:10 со сшивателем). Далее смесь разливали на плоскую поверхность и отверждали при 60 градусах Цельсия в течение 10 часов, получая композит с высокой гибкостью, а также хорошей люминесценцией и фотохимической стабильностью.

Изобретение относится к осветительному устройству, содержащему преобразователь света. Осветительное устройство (1) включает (a) источник (100) света для получения света (110) источника света и (b) прозрачное преобразовательное устройство (200) для преобразования по меньшей мере части света (110) источника света. Прозрачное преобразовательное устройство (200) включает первую полимерсодержащую матрицу (201), содержащую отдельные частицы (210). При этом отдельные частицы (210) включают вторую полимерсодержащую матрицу с диспергированным в ней люминесцентным материалом (212). Изобретение обеспечивает увеличение срока жизни осветительного устройства при повышении фотохимической стабильности люминесценции. 2 н. и 19 з.п. ф-лы, 15 ил., 1 пр.

1. Осветительное устройство (1), включающее в себя (а) источник (100) света, предназначенный для получения света (110) источника света, и (b) прозрачное преобразовательное устройство (200), предназначенное для преобразования по меньшей мере части света (110) источника света, при этом прозрачное преобразовательное устройство (200) включает в себя первую полимерсодержащую матрицу (201), содержащую отдельные частицы (210), при этом отдельные частицы (210) включают в себя вторую полимерсодержащую матрицу с молекулярно диспергированным в ней люминесцентным материалом (212), при этом люминесцентный материал (212) включает органический краситель, при этом первая полимерсодержащая матрица (201) относится к матрице, которая включает в себя первый полимер, а вторая полимерсодержащая матрица относится к матрице, которая включает в себя второй полимер.

2. Осветительное устройство (1) по п. 1, при этом отдельные частицы (210) имеют размеры в интервале 0,1 мкм - 5 мм.

3. Осветительное устройство (1) по любому из предшествующих пунктов, при этом отдельные частицы (210) имеют соотношения размеров по длине/ширине по меньшей мере 2.

4. Осветительное устройство (1) по любому из предшествующих пунктов, при этом первая полимерсодержащая матрица включает в себя один или более полимеров, выбранных из полиуретана, полиалкана, полиакрилата и силоксана, и при этом вторая полимерсодержащая матрица включает в себя один или более полимеров, выбранных из группы, состоящей из полиэтиленнафталата (ПЭН), поликарбоната (ПК), полиметилакрилата (ПМА), полиметилметакрилата (ПММА) ("Плексиглас" или "Перспекс"), ацетобутирата целлюлозы (АБЦ), поливинилхлорида (ПВХ), полиэтилентерефталата (ПЭТ) и его сополимеров, модифицированного гликолем полиэтилентерефталата (ПЭТГ), циклоолефинового сополимера (ЦОС) и полистирола.

5. Осветительное устройство (1) по любому из предшествующих пунктов, при этом первый полимер и второй полимер существенно различны.

6. Осветительное устройство (1) по любому из предшествующих пунктов, при этом источник (100) света по меньшей мере частично внедрен в прозрачное преобразовательное устройство (200).

7. Осветительное устройство (1) по любому из предшествующих пунктов, при этом источник (100) света включает в себя твердотельный светодиодный источник света или лазерный диод.

8. Осветительное устройство (1) по любому из предшествующих пунктов, при этом первая полимерсодержащая матрица (201) включает содержащий связующее слой покрытия.

9. Осветительное устройство (1) по любому из предшествующих пунктов, при этом первая полимерсодержащая матрица (201) является сплошным слоем.

10. Осветительное устройство (1) по любому из предшествующих пунктов, при этом прозрачное преобразовательное устройство (200) является гибким блоком.

11. Осветительное устройство (1) по п. 1, при этом отдельные частицы (210) дополнительно включают в себя слой покрытия (213) для увеличения срока службы люминесцентного материала (212).

12. Осветительное устройство (1) по п. 1 или 11, при этом прозрачное преобразовательное устройство (200) дополнительно включает в себя слой покрытия (215) для увеличения срока службы люминесцентного материала (212).

13. Осветительное устройство (1) по п. 1 или 11, при этом первая полимерсодержащая матрица обладает скоростью переноса кислорода, равной или меньшей 50 см³/м²·день·бар, предпочтительно равной или меньшей 25 см³/м²·день·бар, более предпочтительно равной или меньшей 5 см³/м²·день·бар, а еще более предпочтительно равной или меньшей 1 см³/м²·день·бар.

14. Прозрачное преобразовательное устройство (200), предназначенное для преобразования по меньшей мере части света (110) источника света, включающее в себя первую полимерсодержащую матрицу (201), содержащую отдельные частицы (210), при этом отдельные частицы (210) включают в себя вторую полимерсодержащую матрицу с молекулярно диспергированным в ней люминесцентным материалом (212), при этом люминесцентный материал (212) включает в себя органический краситель, при этом первая полимерсодержащая матрица (201) относится к матрице, которая включает в себя первый полимер, а вторая полимерсодержащая матрица относится к матрице, которая включает в себя второй полимер.

15. Прозрачное преобразовательное устройство (200) по п. 14, при этом отдельные частицы (210) имеют размеры в интервале 0,1 мкм - 5 мм.

16. Прозрачное преобразовательное устройство (200) по любому из пп. 14-15, при этом первая полимерсодержащая матрица (201) включает содержащий связующее слой покрытия.

17. Прозрачное преобразовательное устройство (200) по любому из пп. 14-16, при этом первая полимерсодержащая матрица (201) является сплошным слоем.

18. Прозрачное преобразовательное устройство (200) по п. 14, при этом отдельные частицы (210) дополнительно включают в себя слой покрытия (213) для увеличения срока службы люминесцентного материала (212).

19. Прозрачное преобразовательное устройство (200) по п. 14 или 18, при этом прозрачное преобразовательное устройство (200) дополнительно включает в себя слой покрытия (215) для увеличения срока службы люминесцентного материала (212).

20. Прозрачное преобразовательное устройство (200) по п. 14 или 18, при этом первая полимерсодержащая матрица обладает скоростью переноса кислорода, равной или меньшей 50 см³/м²·день·бар, предпочтительно равной или меньшей 25 см³/м²·день·бар, более предпочтительно равной или меньшей 5 см³/м²·день·бар, а еще более предпочтительно равной или меньшей 1 см³/м²·день·бар.

21. Прозрачное преобразовательное устройство (200) по п. 14 или 18, при этом первая полимерсодержащая матрица включает в себя один или более полимеров, выбранных из полиуретана, полиалкана, полиакрилата и силоксана, и при этом вторая полимерсодержащая матрица включает в себя один или более полимеров, выбранных из группы, состоящей из полиэтиленнафталата (ПЭН), поликарбоната (ПК), полиметилакрилата (ПМА), полиметилметакрилата (ПММА) ("Плексиглас" или "Перспекс"), ацетобутирата целлюлозы (АБЦ), поливинилхлорида (ПВХ), полиэтилентерефталата (ПЭТ) и его сополимеров, модифицированного гликолем полиэтилентерефталата (ПЭТГ), циклоолефинового сополимера (ЦОС) и полистирола.