НОВЫЕ ОСВЕТИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ Российский патент 2016 года по МПК C09K11/06 C09B57/08 C09B57/12 H05B33/10 

Предметом настоящего изобретения являются осветительные приборы, содержащие по меньшей мере один СИД и конвертер цвета, содержащий по меньшей мере один органический флуоресцентный краситель в матрице, состоящей по существу из полистирола или поликарбоната, где СИД и конвертер цвета находятся в конфигурации удаленного люминофора.

Данное изобретение также обеспечивает конвертеры цвета, содержащие по меньшей мере один органический флуоресцентный краситель в матрице, состоящей по существу из полистирола или поликарбоната.

На освещение расходуется 20% мирового потребления электроэнергии. Осветительное оборудование является объектом дальнейшего технического развития относительно экономии энергии, цветопередачи, ресурса эксплуатации, производственных затрат и удобства использования. Лампы накаливания и галогеновые лампы, будучи излучателями тепла, вырабатывают свет с очень хорошей цветопередачей, поскольку испускается широкий спектр с характеристиками излучения, приближающимися к закону Планка для излучения абсолютно черного тела и близко схожими с солнечным светом. Один недостаток ламп накаливания заключается в высоком потреблении энергии, так как очень большое количество электроэнергии преобразуется в тепло.

Большей эффективностью обладают компактные флуоресцентные трубки, которые дают линейчатый спектр излучения ртути при разряжении паров ртути, возбуждаемых электрическим разрядом. С внутренней стороны этих компактных флуоресцентных трубок находятся люминофоры, содержащие редкоземельные металлы, которые поглощают некоторую часть спектра излучения ртути и испускают его в виде зеленого и красного света. Спектр излучения компактной флуоресцентной трубки состоит из различных линий, что приводит к намного более слабой цветопередаче. Свет компактной флуоресцентной трубки воспринимается многими людьми как менее естественный и менее приятный, чем солнечный свет или свет от ламп накаливания.

Более длительным сроком службы и очень хорошей эффективностью использования энергии характеризуются большинство светоизлучающих диодов (СИДов). Излучение света основано на рекомбинации пар электрон-дырка (экситонов) в области перехода прямосмещенного p-n перехода полупроводника. Размер запрещенной зоны этого полупроводника определяет приблизительную длину волны. СИДы могут быть получены в разном цвете.

Стабильные и энергетически эффективные синие СИДы могут давать белый свет благодаря преобразованию цвета. Согласно известному для этой цели способу, полимерный материал, содержащий преобразующий излучение люминофор, наносится непосредственно на светодиодный источник света (чип СИДа). Часто, полимерный материал наносится на чип СИДа в почти каплевидной или полусферической форме, в результате чего специфические оптические эффекты вносят вклад в излучение света. Такие структуры, в которых преобразующий излучение люминофор в полимерной матрице наносится непосредственно и без промежуточного пространства на чип СИДа, также именуются «люминофорами на чипе». В СИДах с люминофорами на чипах используемые преобразующие излучение люминофоры представляют собой, в основном, неорганические материалы. Преобразующие излучение люминофоры, которые могут состоять, например, из допированного церием алюмоиттриевого граната, поглощают некоторую часть синего света и испускают свет с большей длиной волны с широкой полосой испускания, так что смешивание прошедшего синего света и испускаемого света формирует белый свет.

Для того чтобы улучшить цветопередачу таких осветительных элементов, дополнительно можно внедрить светодиод, испускающий красный свет, также как описанный светодиод белого свечения. Это позволяет получать свет, который воспринимается многими людьми как более приятный. Тем не менее, этот способ является более неудобным и затратным с технической точки зрения.

В СИДах с люминофором на чипе полимерный материал и преобразующий излучение люминофор подвергаются относительно высокому термическому и излучательному напряжению. По этой причине, органические люминофоры, преобразующие излучение, до настоящего времени не подходили для применения в СИДах с люминофором на чипе. Органические флуоресцентные красители могут, в принципе, давать хорошую цветопередачу за счет их широких полос испускания. Тем не менее, до настоящего момента они не были стабильны достаточно, чтобы выдержать термическое и излучательное напряжения в случае расположения непосредственно на чипе СИДа.

Для того чтобы сформировать белый свет из синего света путем преобразования цвета, есть дополнительная концепция, в которой конвертер цвета (также именуемый просто как "конвертер"), который в основном содержит носитель и полимерное покрытие, находится на определенном расстоянии от чипа СИДа. Такая структура именуется "удаленным люминофором".

Пространственное расстояние между первичным источником света, СИДом и конвертером цвета снижает напряжение от теплоты и излучения до такой степени, что требования по стабильности могут быть достигнуты с помощью подходящих органических флуоресцентных красящих веществ. Более того, СИДы, соответствующие концепции "удаленного люминофора", являются даже более энергосберегающими, чем те, что соответствуют концепции "люминофора на чипе". Применение органических флуоресцентных красящих веществ в этих конвертерах позволяет получить разнообразные преимущества. Во-первых, органические флуоресцентные красящие вещества дают намного более высокий выход благодаря их по существу более высокому удельному поглощению, что означает, что значительно меньше материала требуется для эффективного преобразования излучения, чем в случае неорганических конвертеров излучения. Во-вторых, они позволяют получить хорошую цветопередачу и способны давать приятный свет. Кроме того, они не требуют никаких материалов, содержащих редкоземельные металлы, которые должны добываться и обеспечиваться затратным и неудобным образом и доступны только в ограниченной степени. Следовательно, желательно обеспечить конвертеры цвета для СИДов, содержащие подходящие органические флуоресцентные красящие вещества и имеющие длительный срок службы.

В опубликованной патентной заявке DE 102008057720 A1 описывается концепция СИДов с удаленным люминофором, а также раскрывается, помимо преобразующего слоя, содержащего неорганические преобразующие излучение люминофоры, применение органических преобразующих излучение люминофоров, которые включены в полимерную матрицу. Упомянутые полимерные матрицы представляют собой, например, силиконы, эпоксиды, акрилаты или полиакрилаты.

В международной патентной заявке WO 03/038915 A описывается применение периленовых красящих веществ в качестве преобразующего излучение люминофора для СИДов с люминофорами на чипах. В СИДах, соответствующих этому документу, органические красящие вещества включены в матрицу, состоящую из эпоксисмолы на основе бисфенола А.

Американская патентная заявка US 20080252198 раскрывает конвертеры цвета, содержащие комбинацию красных флуоресцентных красящих веществ на основе производных перилена с другими флуоресцентными красящими веществами. Они включены в прозрачную среду, которая может представлять собой, например, поливинилпирролидон, полиметакрилат, полистирол, поликарбонат, поливинилацетат, поливинилхлорид, полибутилен, полиэтиленгликоль, эпоксисмолу.

Задачей настоящего изобретения стало обеспечение осветительных приборов и конвертеров цвета на основе органических флуоресцентных красящих веществ, которые лишены недостатков предшествующего уровня техники и, особенно, которые имеют длительный срок службы. Кроме того, они должны иметь высокий квантовый выход флуоресценции.

Задача была достигнута благодаря осветительным приборам и конвертерам цвета, указанным в начале.

Патентоспособные осветительные приборы содержат по меньшей мере один СИД и по меньшей мере один конвертер цвета. Конвертеры цвета, аналогичным образом, составляют часть предмета настоящего изобретения и содержат, в соответствии с изобретением, по меньшей мере один органический флуоресцентный краситель в матрице, состоящей по существу из полистирола и/или поликарбоната.

В контексте данного изобретения, под конвертерами цвета подразумеваются устройства, которые способны поглощать свет определенных длин волн и конвертировать его в свет других длин волн.

Технически связанные СИДы часто являются синими СИДами, которые испускают свет с пиковой длиной волны, равной, например, 420-480 нм, предпочтительно 440-470 нм, наиболее предпочтительно 445-460 нм.

В соответствии с выбором преобразующих излучение люминофоров и поглощаемой длины волны, возможно, что патентоспособные конвертеры цвета испускают свет в широком диапазоне цветов. Во многих случаях, однако, целью является получение белого света.

Преобразующие излучение люминофоры включают все материалы, которые способны поглощать свет определенной длины волны и конвертировать его в свет другой длины волны. Такие материалы также именуются люминофорами или флуоресцентными красителями.

Преобразующие излучение люминофоры могут быть, например, неорганическими флуоресцентными красителями, такими как, например, допированный церием алюмоиттриевый гранат, или органическими флуоресцентными красителями. Органические флуоресцентные красители могут представлять собой органические флуоресцентные пигменты или органические флуоресцентные красящие вещества.

Патентоспособные конвертеры цвета содержат по меньшей мере один органический флуоресцентный краситель, присутствующий включенным в полимерную матрицу, состоящую по существу из поликарбоната или полистирола. Подходящими органическими флуоресцентными красителями являются в принципе все органические красящие вещества или пигменты, которые могут поглощать свет определенной длины волны и превращать его в свет другой длины волны, которые могут быть растворены или распределены гомогенно в полимерной матрице и которые имеют достаточную устойчивость к термическим и излучательным напряжениям.

Предпочтительными органическими пигментами являются, например, периленовые пигменты.

Как правило, подходящие органические пигменты имеют средний размер частиц согласно DIN 13320, равный 0,01-10 мкм, предпочтительно 0,1-1 мкм.

Подходящие органические флуоресцентные красящие вещества флуоресцируют в спектральном диапазоне видимого света и представляют собой, например, флуоресцентные красящие вещества, флуоресцирующие зеленым, оранжевым или красным светом, перечисленные в базе Colour Index.

Предпочтительными органическими флуоресцентными красящими веществами являются функционализированные производные нафталина или перилена.

Предпочтительными производными нафталина являются флуоресцентные красящие вещества, флуоресцирующие зеленым, оранжевым или красным светом, которые содержат нафталиновый фрагмент.

Предпочтение далее отдается производным нафталина, которые несут один или более заместителей, выбранных из галогена, циано-группы, бензимидазола, или один или более радикалов, несущих карбонильные функциональные группы. Подходящие карбонильные функциональные группы представляют собой, например, эфиры карбоновых кислот, дикарбоксимиды, карбоновые кислоты, карбоксамиды.

Предпочтительные периленовые производные содержат фрагмент перилена. Предпочтительный вариант осуществления относится к периленам, флуоресцирующим зеленым, оранжевым или красным светом.

Предпочтение отдается производным перилена, которые несут один или более заместителей, выбранных их галогена, циано-группы, бензимидазола, или один или более радикалов, несущих карбонильные функциональные группы. Подходящие карбонильные функциональные группы представляют собой, например, эфиры карбоновых кислот, карбоксимиды, карбоновые кислоты, карбоксамиды.

Предпочтительные производные перилена представляют собой, например, производные перилена, указанные в международной патентной заявке WO 2007/006717, стр.1, строка 5 - стр.22, строка 6.

В особенно предпочтительном варианте осуществления изобретения, подходящими органическими флуоресцентными красящими веществами являются производные перилена, выбранные из Формул II-VI

где R¹ представляет собой линейный или разветвленный C₁-C₁₈ алкильный радикал, C₄-C₈ циклоалкильный радикал, который может быть моно- или полизамещенным галогеном или линейным или разветвленным C₁-C₁₈ алкилом, или фенил или нафтил, где фенил и нафтил могут быть моно- или полизамещенными галогеном или линейным или разветвленным C₁-C₁₈ алкилом.

В одном варианте осуществления изобретения, R¹ в Формулах II-VI означает соединения с тем, что называется замещением «с раздвоенным концом», как указывается в международной патентной заявке WO 2009/037283 A1, стр.16, строка 19 - стр.25, строка 8. В предпочтительном варианте осуществления изобретения, R¹ представляет собой 1-алкилалкил, например 1-этилпропил, 1-пропилбутил, 1-бутилпентил, 1-пентилгексил или 1-гексилгептил.

В Формулах II-VI, X означает заместители в орто- и/или пара-положении.

X, предпочтительно, представляет собой линейный или разветвленный C₁-C₁₈ алкил.

"y" показывает количество заместителей X. "y" является числом от 0 до 3.

Более предпочтительно, R¹ в Формулах II-VI представляет собой 2,4-ди(трет-бутил)фенил или 2,6-дизамещенный фенил, особенно предпочтительно 2,6-дифенилфенил, 2,6-диизопропилфенил.

Особенно предпочтительно, X представляет собой трет-бутил в орто/пара положении и/или вторичный алкил, особенно изопропил, в орто-положениях или фенил в орто-положениях.

Согласно особому аспекту этого варианта осуществления, органические флуоресцентные красящие вещества выбираются из N,N′-бис(2,6-диизопропилфенил)-1,6-ди(2,6-диизопропилфенокси)-перилен-3,4:9,10-тетракарбоксимида, N,N′-бис(2,6-диизопропилфенил)-1,7-ди(2,6-диизопропилфенокси)-перилен-3,4:9,10-тетракарбоксимида и их смесей.

Согласно еще одному особому аспекту этого варианта осуществления, органическое флуоресцентное красящее вещество представляет собой моноимид N-(2,6-ди(изопропил)фенил)перилен-3,4-дикарбоновой кислоты.

Другим предпочтительным флуоресцентным красящим веществом является красящее вещество Формулы VI, например N,N′-бис(2,6-диизопропилфенил)-1,6,7,12-тетрафеноксиперилен-3,4:9,10-тетракарбоксдиимид (Lumogen® Red 300).

В другом особенно предпочтительном варианте осуществления изобретения, подходящими органическими флуоресцентными красящими веществами являются производные перилена, выбранные из Формул VII-X,

где R¹ в Формулах VII-X представляет собой линейный или разветвленный C₁-C₁₈ алкильный радикал, C₄-C₈ циклоалкильный радикал, который может быть моно- или полизамещенным галогеном или линейным или разветвленным C₁-C₁₈ алкилом, или фенил или нафтил, где фенил и нафтил могут быть моно- или полизамещенными галогеном или линейным или разветвленным C₁-C₁₈ алкилом.

В одном варианте осуществления изобретения, R¹ в формулах VII-X означает соединения с тем, что называется замещением «с раздвоеннным концом», как указывается в международной патентной заявке WO 2009/037283 A1, стр.16, строка 19 - стр.25, строка 8. В предпочтительном варианте осуществления изобретения R¹ представляет собой 1-алкилалкил, например 1-этилпропил, 1-пропилбутил, 1-бутилпентил, 1-пентилгексил или 1-гексилгептил.

Особенно предпочтительно, R¹ в Формулах VII-X представляет собой линейный или разветвленный C₁-C₆ алкил, особенно н-бутил, втор-бутил, 2-этилгексил. Особенно предпочтительно, R¹ в Формулах VII-X также представляет собой изобутил.

Согласно особому аспекту этого варианта осуществления, органические флуоресцентные красящие вещества выбираются из 3,9-дицианоперилен-4,10-бис(втор-бутилкарбоксилата), 3,10-дицианоперилен-4,9-бис(втор-бутилкарбоксилата) и их смесей.

Согласно еще одному особому аспекту этого варианта осуществления, органические флуоресцентные красящие вещества выбираются из 3,9-дицианоперилен-4,10-бис(изобутилкарбоксилата), 3,10-дицианоперилен-4,9-бис(изобутилкарбоксилата) и их смесей.

Другими предпочтительными флуоресцентными красящими веществами являются Disperse Yellow 199, Solvent Yellow 98, Disperse Yellow 13, Disperse Yellow 11, Disperse Yellow 239, Solvent Yellow 159.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения, по меньшей мере один органический флуоресцентный краситель выбран из N,N′-бис(2,6-диизопропилфенил)-1,7-ди(2,6-диизопропилфенокси)перилен-3,4:9,10-тетракарбоксдиимида, N,N′-бис(2,6-диизопропилфенил)-1,6-ди(2,6-диизопропилфенокси)перилен-3,4:9,10-тетракарбоксдиимида, 3,9-дицианоперилен-4,10-бис(втор-бутилкарбоксилата), 3,10-дицианоперилен-4,9-бис(втор-бутилкарбоксилата), 3,9-дицианоперилен-4,10-бис(изобутилкарбоксилата), 3,10-дицианоперилен-4,9-бис(изобутилкарбоксилата), моноимида N-(2,6-ди(изопропил)фенил)перилен-3,4-дикарбоновой кислоты и их смесей.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения, конвертеры цвета содержат по меньшей мере два различных органических флуоресцентных красящих вещества. Например, флуоресцентное красящее вещество, флуоресцирующее зеленым светом, может быть скомбинировано с флуоресцентным красящим веществом, флуоресцирующим красным светом. Под флуоресцентными красящими веществами, флуоресцирующими зеленым светом, подразумеваются особенно те желтые красящие вещества, которые поглощают синий свет и испускают зеленый или желто-зеленый флуоресцентный свет. Подходящие красные красящие вещества поглощают либо синий свет непосредственно СИДа или поглощают зеленый свет, испускаемый другими присутствующими красящими веществами, и передают красный флуоресцентный свет.

В менее предпочтительном варианте осуществления изобретения, патентоспособные конвертеры цвета содержат только одно органическое флуоресцентное красящее вещество, например оранжевое флуоресцентное красящее вещество.

Согласно изобретению, органические флуоресцентные красящие вещества включены в матрицу, состоящую по существу из полистирола и/или поликарбоната.

Когда органические флуоресцентные красители являются пигментами, они обычно присутствуют в диспергированной форме в матрице.

Органические флуоресцентные красящие вещества могут присутствовать либо в растворенной форме в матрице или в форме гомогенно распределенной смеси. Органические флуоресцентные красящие вещества, предпочтительно, присутствуют в растворенной форме в матрице.

Подходящими веществами для матрицы являются органические полимеры, состоящие по существу из полистирола и/или поликарбоната.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения, матрица состоит из полистирола или поликарбоната.

Подразумевается, что полистирол включает все гомо- или сополимеры, которые возникают в результате полимеризации стирола и/или производных стирола.

Производные стирола представляют собой, например, алкилстиролы, такие как альфа-метил стирол, орто-, мета-, пара-метилстирол, пара-бутилстирол, особенно пара-трет-бутилстирол, алкоксистирол, такой как пара-метоксистирол, пара-бутоксистирол, пара-трет-бутоксистирол.

Обычно, подходящие полистиролы имеют среднюю молярную массу Мn, равную 10000-1000000 г/моль (определяется гель-проникающей хроматографией), предпочтительно 20000-750000 г/моль, более предпочтительно 30000-500000 г/моль.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения, матрица конвертера цвета состоит по существу или полностью из гомополимера стирола или производных стирола.

В других предпочтительных вариантах осуществления изобретения, матрица состоит по существу или полностью из стирольного сополимера, который, как полагают в контексте настоящей заявки, также является полистиролом. Стирольные сополимеры могут содержать в качестве дополнительных составных частей, например, бутадиен, акрилонитрил, малеиновый ангидрид, винилкарбазол или эфиры акриловой кислоты, метакриловой кислоты или итаконовой кислоты в качестве мономеров. Подходящие стирольные сополимеры содержат обычно по меньшей мере 20% мас. стирола, предпочтительно по меньшей мере 40% мас. и более предпочтительно по меньшей мере 60% мас. стирола. В другом варианте осуществления, они содержат по меньшей мере 90%мас.стирола. Предпочтительными стирольными сополимерами являются сополимеры стирол-акрилонитрил (САН) и сополимеры акрилонитрил-бутадиен-стирол (АБС), сополимеры стирол-1,1′-дифенилэтилен, сополимеры акриловый эфир-стирол-акрилонитрил (АСА), сополимеры метилметакрилат-акрилонитрил-бутадиен-стирол (МАБС).

Другим предпочтительным полимером является сополимер альфа-метилстирол-акрилонитрил (АМСАН).

Стирольные гомо- или сополимеры могут быть получены, например, путем свободно-радикальной полимеризации, катионной полимеризации, анионной полимеризации или под влиянием металлорганических катализаторов (например с помощью катализатора Циглера-Натта). Это может привести к получению изотактического, синдиотактического, атактического полистирола или сополимеров. Их, предпочтительно, получают путем свободно-радикальной полимеризации. Полимеризация может проводиться как суспензионная полимеризация, эмульсионная полимеризация, растворная полимеризация или объемная полимеризация.

Получение подходящих полистиролов описывается, например, в публикации Oscar Nuyken, Polystyrenes and Other Aromatic Polyvinyl Compounds, in Kricheldorf, Nuyken, Swift, New York 2005, p.73-150 и в приводимых там ссылках, а также в публикации Elias, Macromolecules, Weinheim 2007, p.269-275.

Поликарбонаты представляют собой полиэфиры карбоновой кислоты с ароматическими или алифатическими дигидроксильными соединениями. Предпочтительными дигидроксильными соединениями являются, например, метилендифенилендигидроксильные соединения, например бисфенол А.

Одним способом получения поликарбонатов является реакция подходящих дигидроксильных соединений с фосгеном в межфазной полимеризации. Другим способом является реакция с диэфирами карбоновой кислоты, такими как дифенилкарбонат, в конденсационной полимеризации.

Получение подходящих поликарбонатов описывается, например, в публикации Elias, Macromolecules, Weinheim 2007, p.343-347.

В предпочтительном варианте осуществления, используются полистиролы или поликарбонаты, которые подверглись полимеризации с исключением кислорода. Мономеры, предпочтительно, содержали в ходе полимеризации всего самое большее 1000 ч./млн кислорода, более предпочтительно самое большее 100 ч./млн и особенно предпочтительно самое большее 10 ч./млн.

Подходящие полистиролы или поликарбонаты могут содержать, в качестве дополнительных компонентов, добавки, такие как ингибиторы горения, антиоксиданты, светостабилизаторы, ловушки свободных радикалов, антистатики. Такие стабилизаторы известны специалистам в данной области техники.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения, подходящие полистиролы или поликарбонаты не содержат никаких антиоксидантов или ловушек свободных радикалов.

В одном варианте осуществления изобретения, подходящие полистиролы или поликарбонаты являются прозрачными полимерами.

В другом варианте осуществления изобретения, подходящие полистиролы или поликарбонаты являются непрозрачными полимерами.

В одном варианте осуществления изобретения, матрица состоит по существу или полностью из смеси полистирола и/или поликарбоната с другими полимерами, но матрица предпочтительно содержит по меньшей мере 25% мас., более предпочтительно 50% мас., наиболее предпочтительно по меньшей мере 70% мас., полистирола и/или поликарбоната.

В другом варианте осуществления изобретения, матрица состоит по существу или полностью из смеси полистирола или поликарбоната в любом соотношении.

В другом варианте осуществления изобретения, матрица состоит из смесей различных полистиролов и поликарбонатов.

В одном варианте осуществления изобретения, матрица механически упрочняется волокнами стекла.

Было неожиданно обнаружено, что устойчивость органического флуоресцентного красителя увеличивается в полистироле или поликарбонате по сравнению с другими материалами матрицы.

Для выполнения изобретения, геометрическое расположение, в котором находится органическая флуоресцентная содержащая краситель матрица, не является критическим. Органическая флуоресцентная содержащая краситель матрица может присутствовать, например, в форме пленок, листов или пластинок. Органическая флуоресцентная содержащая краситель матрица также может находиться в каплевидной форме, или полусферической форме, или в форме линз с выпуклыми и/или вогнутыми, плоскими или сферическими поверхностями.

Вне зависимости от трехмерной формы, патентоспособные конвертеры могут состоять, например, из единственного слоя или иметь многослойную структуру.

Когда конвертеры цвета согласно изобретению содержат более одного флуоресцентного красителя, в одном варианте осуществления изобретения возможно, что несколько флуоресцентных красителей присутствуют одновременно в одном слое.

В другом варианте осуществления изобретения, различные флуоресцентные красители присутствуют в разных слоях.

В одном варианте осуществления изобретения, органические флуоресцентные полимерные слои, содержащие красящие вещества, (матрицы) имеют толщину 25-200 мкм, предпочтительно 35-150 мкм и особенно 50-100 мкм.

В другом варианте осуществления изобретения, органические флуоресцентные полимерные слои, содержащие красящие вещества, имеют толщину 0,2-5 мм, предпочтительно 0,3-3 мм, более предпочтительно 0,4-1 мм.

Когда конвертеры цвета состоят из одного слоя и имеют слоистую структуру, отдельные слои в предпочтительно варианте осуществления изобретения являются непрерывными и не имеют каких бы то ни было отверстий или прерываний, так что свет, испускаемый СИДом, должен в каждом случае проходить через по меньшей мере одну органическую флуоресцентную содержащую краситель матрицу.

Концентрация органических флуоресцентных красителей в матрице зависит от факторов, включающих толщину полимерного слоя. Если используется тонкий полимерный слой, концентрация органического флуоресцентного красителя является в основном выше, чем в случае толстого полимерного слоя. Концентрация органических флуоресцентных красящих веществ составляет, как правило, 0,001-0,5% мас., предпочтительно 0,002-0,1% мас., наиболее предпочтительно 0,005-0,05% мас., в пересчете в каждом случае на количество материала матрицы.

Органические пигменты обычно применяются в концентрации, равной 0,001-0,5% мас., предпочтительно 0,005-0,2% мас., более предпочтительно 0,01-0,1% мас., в пересчете в каждом случае на количество материала матрицы.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения, по меньшей мере один из слоев или матриц, содержащих органическое флуоресцентное красящее вещество, содержит тела, рассеивающие свет.

В другом предпочтительном варианте многослойной структуры, присутствует несколько слоев, содержащих флуоресцентное красящее вещество, и один или более слоев, содержащих рассеиватели без флуоресцентного красящего вещества.

Подходящими рассеивающими телами являются неорганические белые пигменты, например диоксид титана, сульфат бария, литопон, оксид цинка, сульфид цинка, карбонат кальция со средним размером частиц согласно DIN 13320, равным 0,01-10 мкм, предпочтительно 0,1-1 мкм, более предпочтительно 0,15-0,4 мкм.

Рассеивающие тела включены, как правило, в количестве 0,01-2.0% мас., предпочтительно 0,05-0,5% мас., более предпочтительно 0,1-0.4% мас., в пересчете в каждом случае на полимере слоя, содержащего рассеивающие тела.

Конвертеры цвета согласно изобретению могут необязательно содержать дополнительные компоненты, такие как несущий слой. Несущие слои служат для придания механической устойчивости конвертеру цвета. Тип материала несущих слоев не является критическим, при условии что он является прозрачным и имеет требуемую механическую прочность. Подходящими материалами для несущих слоев являются, например, стекло или прозрачные жесткие органические полимеры, такие как поликарбонат, полистирол или полиметакрилаты или полиметилметакрилаты.

Несущие слои обычно имеют толщину 0,1-10 мм, предпочтительно 0,3-5 мм, более предпочтительно 0,5-2 мм.

Соответствующие настоящему изобретению конвертеры цвета являются подходящими для преобразования света, производимого СИДами.

Соответствующие настоящему изобретению конвертеры цвета могут применяться в комбинации с СИДами в практически любой геометрической форме и независимо от структуры осветительного прибора.

Предпочтение отдается применению соответствующих настоящему изобретению конвертеров цвета в конфигурации удаленного люминофора. Конвертер цвета в этом случае является пространственно отделенным от СИДа. В основном, расстояние между СИДом и конвертером цвета составляет от 0,1 см до 50 см, предпочтительно от 0,2 до 10 см и наиболее предпочтительно от 0,5 до 2 см. Различные среды, такие как воздух, благородные газы, азот или другие газы или их смеси могут присутствовать между конвертером цвета и СИДом.

Конвертер цвета, например, может быть расположен концентрически вокруг СИДа или быть в форме плоского слоя, пластинки или листа.

Соответствующие настоящему изобретению конвертеры цвета и осветительные приборы при облучении светом СИДа показывают, по сравнению с конвертерами цвета и осветительными приборами предшествующего уровня техники, долгий срок службы и высокий квантовый выход, а также испускают приятный свет с хорошей цветопередачей.

Соответствующие настоящему изобретению осветительные приборы подходят для освещения внутри помещения, снаружи помещения, освещения офисов и транспортных средств, а также в фонарях, игровых приставках, уличных фонарях, светящихся дорожных знаках.

Изобретение также обеспечивает способ получения конвертеров цвета, содержащих по меньшей мере один органический краситель.

В одном варианте осуществления изобретения способ получения конвертеров цвета, содержащих органическое флуоресцентное красящее вещество, включает получение полимерной пленки, в которой органические флуоресцентные красящие вещества растворены или диспергированы в органическом растворителе вместе с материалом матрицы и необязательно рассеивающими частицами и обработаны в полимерную пленку с гомогенно распределенным красящим веществом путем удаления растворителя.

Другие варианты осуществления изобретения включают экструзию и/или литье под давлением полистирола или поликарбоната с органическими флуоресцентными красителями.

Примеры

Используемые материалы:

Полимер 1: прозрачный гомополимер метилметакрилата с температурой размягчения по Вика, равной 96°C согласно DIN EN ISO 306, (Plexiglas® 6N от Evonik)

Полимер 2: прозрачный поликарбонат на основе поликонденсата бисфенола А и фосгена (Makrolon® 3119 от Bayer)

Полимер 3: прозрачный полистирол на основе гомополимера стирола с плотностью 1048 кг/м³ и температурой размягчения по Вика 98°C согласно DIN EN ISO 306 (PS 168 N от BASF SE)

Красящее вещество 1: Флуоресцентное красящее вещество, флуоресцирующее желтым/зеленым светом, состоящее из смеси 3,9-дицианоперилен-4,10-бис(втор-бутил карбоксилата) и 3,10-дицианоперилен-4,9-бис(втор-бутилкарбоксилата).

Красящее вещество 2: Флуоресцентное красящее вещество, флуоресцирующее желтым/зеленым светом, именуемое моноимидом N-(2,6-ди(изопропил)фенил)перилен-3,4-дикарбоновой кислоты.

Диоксид титана: TiO₂ рутиловый пигмент из сульфатного процесса со средней рассеивающей способностью согласно DIN 53165, равной 94,0-100 (Kronos® 2056 от Kronos Titan)

Получение конвертеров цвета:

Приблизительно 2,5 г полимера и 0,03% мас. или 0,05% мас. красящего вещества (в пересчете на массу полимера) были растворены в приблизительно 5 мл метиленхлорида, где было диспергировано 0,1% мас. или 0,5% мас. TiO₂.

Полученный раствор/дисперсия был нанесен на стеклянную поверхность с помощью коробчатой планки для нанесения (толщина сырой пленки 400 мкм). После того как растворитель высохнет, пленку отделяли от стекла и сушили при 50°C в вакуумном сушильном шкафу в течение ночи.

Круглые кусочки пленки диаметром 15 мм были вырублены из этой пленки и затем служили в качестве тестовых образцов.

Следующие образцы были получены и проанализированы:

No. Полимер Красящее вещество Содержание красящего вещества* Содержание TiO₂* Толщина пленки 1 1 1 0.05% мас. 0.1% мас. 57 мкм 2 2 1 0.03% мас. 0.5% мас. 68 мкм 3 3 1 0.03% мас. 0.1% мас. 73 мкм 4 1 2 0.05% мас. 0.1% мас. 43 мкм 5 2 2 0.03% мас. 0.5% мас. 69 мкм 6 3 2 0.03% мас. 0.1% мас. 73 мкм *: в пересчете на количество используемого полимера

Облучение образцов:

Образцы облучались экспонирующим аппаратом, состоящим из коммерчески доступных GaN-светодиодов из модельного ряда Luxeon V-Star (от Lumileds Lighting), модель LXHL-LR5C royal blue, которые были смонтированы вместе с отражательной оптикой на охлаждающем элементе. СИДы эксплуатировались при приблизительно 550-700 мА, со всеми экспонирующими устройствами, установленными на одну и ту же интенсивность. Облучение осуществлялось светом с длиной волны 455 нм. Освещенность была приблизительно 0,09 Вт/см².

Определение срока службы образцов

Для данного анализа образцы были извлечены из экспонирующих устройств и анализировались в измерительной системе квантового выхода С9920-02 (от Hamamatsu). Анализ включал освещение каждого из образцов в фотометрическом шаре (шар Ульбрихта) светом 450-455 нм. Путем сравнения с контрольным измерением в сфере Ульбрихта в отсутствие образца, непоглощенная часть возбуждающего света и флуоресцентный свет, испускаемый образцом, определяют посредством ПЗС спектрометра. Интегрирование интенсивностей по непоглощенному возбуждающему свету или по испускаемому флуоресцентному свету дает степень поглощения или интенсивность флуоресценции или квантовый выход флуоресценции каждого образца.

Каждый из образцов облучался постоянно в течение 20 дней и извлекался из экспонирующего аппарата, только чтобы определить степень поглощения, интенсивность флуоресценции и квантовый выход флуоресценции конвертеров цвета.

Фигуры 1 и 3 показывают, по оси абсцисс, время облучения в днях и, по оси ординат, процент падающего света (450-455 нм), который был поглощен.

Номера между тремя кривыми соответствуют номерам образцов.

Было обнаружено во всех случаях, что поглощение света образцами уменьшалось с течением времени облучения, но это падение в случае конвертеров цвета, соответствующих настоящему изобретению, состоящих из полистирола или поликарбоната (образцы 2, 3, 5 и 6), было намного медленнее, чем в случае конвертеров цвета, не соответствующих настоящему изобретению (образцы 1 и 4).

Фигуры 2 и 4 показывают, по оси абсцисс, время облучения в днях и, по оси ординат, относительную интенсивность флуоресценции.

Номера между тремя кривыми соответствуют номерам образцов.

Было обнаружено во всех случаях, что интенсивность флуоресценции образцов падает со временем, но это падение было намного медленнее в случае конвертеров цвета, соответствующих настоящему изобретению, состоящих из полистирола или поликарбоната (образцы 2, 3, 5 и 6), чем в случае конвертеров цвета, не соответствующих настоящему изобретению (образцы 1 и 4).

Изобретение относится к осветительным приборам с длительным сроком службы. Осветительный прибор содержит по меньшей мере один СИД и по меньшей мере один конвертер цвета. Конвертер цвета содержит по меньшей мере один органический флуоресцентный краситель в матрице из полистирола или поликарбоната. СИД и конвертер цвета находятся в конфигурации удаленного люминофора. Между конвертером цвета и СИДом присутствует газ, такой как воздух, благородные газы, азот или их смеси. Органический флуоресцентный краситель выбирают из производных перилена формул II-X, указанных в описании. Предложенные конвертеры цвета на основе периленовых флуоресцентных красителей обеспечивают осветительные приборы с высоким квантовым выходом флуоресценции и более длительным сроком службы. 6 н. и 22 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл., 6 пр.

1. Осветительный прибор, который содержит по меньшей мере один светоизлучающий диод - СИД и по меньшей мере один конвертер цвета, содержащий по меньшей мере один органический флуоресцентный краситель в матрице, состоящей по существу из полистирола или поликарбоната, где СИД и конвертер цвета находятся в конфигурации удаленного люминофора, причем воздух, благородные газы, азот или их смеси присутствуют между конвертером цвета и СИДом и причем указанный по меньшей мере один органический флуоресцентный краситель представляет собой органическое флуоресцентное красящее вещество, выбранное из


,
где R¹ представляет собой линейный или разветвленный C₁-C₁₈ алкильный радикал, С₄-С₈ циклоалкильный радикал, который может быть моно- или полизамещенным галогеном или линейным или разветвленным C₁-C₁₈ алкилом, или фенил или нафтил, где фенил и нафтил могут быть моно- или полизамещенными галогеном или линейным или разветвленным C₁-C₁₈ алкилом;
X означает заместители в орто- и/или пара-положении и представляет собой линейный или разветвленный C₁-C₁₈ алкил;
у представляет собой число от 0 до 3.

2. Осветительный прибор по п. 1, в котором матрица состоит из поликарбоната.

3. Осветительный прибор по п. 1 или 2, в котором указанный, по меньшей мере, один органический флуоресцентный краситель представляет собой соединение формулы VI, где R¹ означает 2,6-диизопропилфенил и у равен 0.

4. Осветительный прибор по п. 1 или 2, в котором указанный, по меньшей мере, один органический флуоресцентный краситель представляет собой соединение формулы IV, где X означает изопропил в орто-положениях и у равен 2, и/или соединение формулы V, где X означает изопропил в орто-положениях и у равен 2.

5. Осветительный прибор по п. 1 или 2, в котором указанный, по меньшей мере, один органический флуоресцентный краситель выбран из N,N′-бис(2,6-диизопропилфенил)-1,7-ди(2,6-диизопропилфенокси)перилен-3,4:9,10-тетракарбоксдиимида, N,N′-бис(2,6-диизопропилфенил)-1,6-ди(2,6-диизопропилфенокси)перилен-3,4:9,10-тетракарбоксдиимида, 3,9-дицианоперилен-4,10-бис(втор-бутилкарбоксилата), 3,10-дицианоперилен-4,9-бис(втор-бутилкарбоксилата), 3,9-дицианоперилен-4,10-бис(изобутилкарбоксилата), 3,10-дицианоперилен-4,9-бис(изобутилкарбоксилата), моноимида N-(2,6-ди(изопропил)фенил)перилен-3,4-дикарбоновой кислоты и их смесей.

6. Осветительный прибор по п. 5, в котором указанный, по меньшей мере, один органический флуоресцентный краситель выбран из N,N′-бис(2,6-диизопропилфенил)-1,7-ди(2,6-диизопропилфенокси)перилен-3,4:9,10-тетракарбоксдиимида, N,N′-бис(2,6-диизопропилфенил)-1,6-ди(2,6-диизопропилфенокси)перилен-3,4:9,10-тетракарбоксдиимида и их смесей.

7. Осветительный прибор по п. 1 или 2, в котором указанный, по меньшей мере, один органический флуоресцентный краситель представляет собой смесь из 3,9-дицианоперилен-4,10-бис(втор-бутилкарбоксилата) и 3,10-дицианоперилен-4,9-бис(втор-бутилкарбоксилата) с соединением формулы VI, где R¹ означает 2,6-диизопропилфенил и у равен 0.

8. Осветительный прибор по п. 1 или 2, в котором указанный, по меньшей мере, один органический флуоресцентный краситель представляет собой смесь из 3,9-дицианоперилен-4,10-бис(втор-бутилкарбоксилата) и 3,10-дицианоперилен-4,9-бис(втор-бутилкарбоксилата) с соединением формулы IV, где X означает изопропил в орто-положениях и у равен 2, и/или соединение формулы V, где X означает изопропил в орто-положениях и у равен 2.

9. Осветительный прибор по п. 1 или 2, в котором указанный, по меньшей мере, один органический флуоресцентный краситель представляет собой смесь из моноимида N-(2,6-ди(изопропил)фенил)перилен-3,4-дикарбоновой кислоты с соединением формулы IV, где R¹ означает 2,6-диизопропилфенил и у равен 0.

10. Осветительный прибор по п. 1 или 2, в котором указанный, по меньшей мере, один органический флуоресцентный краситель представляет собой смесь из моноимида N-(2,6-ди(изопропил)фенил)перилен-3,4-дикарбоновой кислоты с соединением формулы IV, где X означает изопропил в орто-положениях и у равен 2, и/или соединение формулы V, где X означает изопропил в орто-положениях и у равен 2.

11. Конвертер цвета, содержащий, по меньшей мере, одно органическое флуоресцентное красящее вещество в матрице, состоящей по существу из полистирола или поликарбоната, где указанное, по меньшей мере, одно органическое флуоресцентное красящее вещество выбрано из


,
где R¹ представляет собой линейный или разветвленный C₁-C₁₈ алкильный радикал, С₄-С₈ циклоалкильный радикал, который может быть моно- или полизамещенным галогеном или линейным или разветвленным C₁-C₁₈ алкилом, или фенил или нафтил, где фенил и нафтил могут быть моно- или полизамещенными галогеном или линейным или разветвленным C₁-C₁₈ алкилом;
X означает заместители в орто- и/или пара-положении и представляет собой линейный или разветвленный C₁-C₁₈ алкил; у представляет собой число от 0 до 3.

12. Конвертер цвета по п. 11, в котором матрица состоит из поликарбоната.

13. Конвертер цвета по п. 11, в котором указанное, по меньшей мере, одно органическое флуоресцентное красящее вещество представляет собой соединение формулы VI, где R¹ означает 2,6-диизопропилфенил и у равен 0.

14. Конвертер цвета по п. 11, в котором указанное, по меньшей мере, одно органическое флуоресцентное красящее вещество представляет собой соединение формулы IV, где X означает изопропил в орто-положениях и у равен 2, и/или соединение формулы V, где X означает изопропил в орто-положениях и у равен 2.

15. Конвертер цвета по п. 11, в котором указанное, по меньшей мере, одно органическое флуоресцентное красящее вещество выбрано из N,N′-бис(2,6-диизопропилфенил)-1,7-ди(2,6-диизопропилфенокси)перилен-3,4:9,10-тетракарбоксдиимида, N,N′-бис(2,6-диизопропилфенил)-1,6-ди(2,6-диизопропилфенокси)перилен-3,4:9,10-тетракарбоксдиимида, 3,9-дицианоперилен-4,10-бис(втор-бутилкарбоксилата), 3,10-дицианоперилен-4,9-бис(втор-бутилкарбоксилата), 3,9-дицианоперилен-4,10-бис(изобутилкарбоксилата), 3,10-дицианоперилен-4,9-бис(изобутилкарбоксилата), моноимида N-(2,6-ди(изопропил)фенил)перилен-3,4-дикарбоновой кислоты и их смесей.

16. Конвертер цвета по п. 15, в котором указанное, по меньшей мере, одно органическое флуоресцентное красящее вещество выбрано из N,N′-бис(2,6-диизопропилфенил)-1,7-ди(2,6-диизопропилфенокси)перилен-3,4:9,10-тетракарбоксдиимида, N,N′-бис(2,6-диизопропилфенил)-1,6-ди(2,6-диизопропилфенокси)перилен-3,4:9,10-тетракарбоксдиимида и их смеси.

17. Конвертер цвета по п. 11, в котором указанное, по меньшей мере, одно органическое флуоресцентное красящее вещество представляет собой смесь из 3,9-дицианоперилен-4,10-бис(втор-бутилкарбоксилата) и 3,10-дицианоперилен-4,9-бис(втор-бутилкарбоксилата) с соединением формулы VI, где R¹ означает 2,6-диизопропилфенил и у равен 0.

18. Конвертер цвета по п. 11, в котором указанное, по меньшей мере, одно органическое флуоресцентное красящее вещество представляет собой смесь из 3,9-дицианоперилен-4,10-бис(втор-бутилкарбоксилата) и 3,10-дицианоперилен-4,9-бис(втор-бутилкарбоксилата) с соединением формулы IV, где X означает изопропил в орто-положениях и у равен 2, и/или соединение формулы V, где X означает изопропил в орто-положениях и у равен 2.

19. Конвертер цвета по п. 11, в котором указанное, по меньшей мере, одно органическое флуоресцентное красящее вещество представляет собой смесь из моноимида N-(2,6-ди(изопропил)фенил)перилен-3,4-дикарбоновой кислоты с соединением формулы IV, где R¹ означает 2,6-диизопропилфенил и у равен 0.

20. Конвертер цвета по п. 11, в котором указанное, по меньшей мере, одно органическое флуоресцентное красящее вещество представляет собой смесь из моноимида N-(2,6-ди(изопропил)фенил)перилен-3,4-дикарбоновой кислоты с соединением формулы IV, где X означает изопропил в орто-положениях и у равен 2, и/или соединение формулы V, где X означает изопропил в орто-положениях и у равен 2.

21. Конвертер цвета по п. 11, в котором указанный, по меньшей мере, один органический флуоресцентный краситель присутствует в растворенной форме в матрице.

22. Конвертер цвета по п. 11, в котором конвертер дополнительно содержит, по меньшей мере, один неорганический белый пигмент в качестве рассеивающего тела.

23. Конвертер цвета по любому из пп. 11-22, в котором конвертер цвета представляет собой пленку, пластинку или лист.

24. Способ изготовления конвертера цвета по любому из пп. 11-23, включающий изготовление полимерной пленки, где органический флуоресцентный краситель растворяют в органическом растворителе вместе с материалом матрицы и обрабатывают в пленку путем удаления растворителя.

25. Способ изготовления конвертера цвета по п. 24, причем растворение органического флуоресцентного красителя проводят в присутствии рассеивающих частиц.

26. Способ изготовления конвертера цвета по любому из пп. 11-23, включающий экструзию и/или литье под давлением материала матрицы с по меньшей мере одним органическим флуоресцентным красителем.

27. Применение конвертера цвета по любому из пп. 11-23 для преобразования света, производимого СИДами.

28. Применение конвертера цвета по любому из пп. 11-23 в комбинации с по меньшей мере одним СИДом в структуре удаленного люминофора.