BR112014021766B1 - produto de silicone, unidade de iluminação, e método de fabricação de um produto de silicone - Google Patents
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Abstract
PRODUTO DE SILICONE, UNIDADE DE ILUMINAÇÃO, E MÉTODO DE FABRICAÇÃO DE UM PRODUTO DE SILICONE. Um produto de silicone 100, uma unidade de iluminação compreendendo o produto de silicone e um método de fabricação de um produto de silicone são providos. O produto de silicone 100 compreende material polimérico 110, material luminescente 130 e partículas de enchimento 120. O material polimérico 110 compreende um material do grupo de polisiloxanos. O material polimérico 110 sendo transmissor de luz. O material luminescente 130 compreende partículas que têm, pelo menos em uma dimensão, um tamanho na variação de nanômetros. O material luminescente 130 é configurado para absorver luz de uma primeira variação espectral e para converter uma parte da luz absorvida em luz de uma segunda variação espectral. As partículas de enchimento 120 são de um material inerte de transmissão de luz. As partículas de enchimento 120 são miscíveis com o material luminescente 130. As partículas de enchimento 120 são providas no material polimérico 110. As partículas de material luminescente 130 são distribuídas ao longo de uma superfície das partículas de enchimento 120.
Description
[001] A invenção se refere a produtos de silicone que compreendem um material luminescente. A invenção ainda se refere a uma unidade de iluminação compreendendo o produto de silicone e um método de fabricação de um produto de silicone compreendendo materiais luminescentes imobilizados.
[002] Em muitas aplicações de iluminação, especialmente, em aplicação de iluminação na qual Diodos Emissores de Luz (LEDs) são utilizados, é utilizado silicone para elementos ópticos, como, por exemplo, uma lente ou uma guia de luz para orientar a luz a uma janela de saída de luz ou aprimorar o desacoplamento de luz do LED. Silicones são suficientemente estáveis em aplicação de LED e são capazes de suportar as dosagens de luz relativamente altas e altas temperaturas de aplicações de LED. Esses elementos ópticos podem ser facilmente fabricados de uma resina de silicone.
[003] Pontos quânticos luminescentes são um material promissor para criação de conjuntos de iluminação que emitem uma cor específica de luz, como, por exemplo, um conjunto de iluminação que emite luz branca. Os pontos quânticos luminescentes absorvem uma parte da luz emitida, por exemplo, por um LED, e convertem a luz em luz de outra cor. Pontos quânticos provêem uma alta eficiência e tempo de vida relativamente longo se os pontos quânticos forem bem separados espacialmente no material de matriz. Devido às características vantajosas do silicone, os pontos quânticos são preferencialmente embutidos em silicone.
[004] Entretanto, pontos quânticos e materiais luminescentes similares (como barras quânticas ou tetrápodes quânticos) não podem ser facilmente dispersos em silicone. É conhecido que pontos quânticos podem ser facilmente dispersos em líquidos, como tolueno e algumas misturas de acrílico sem formação de aglomerados de pontos quânticos - nesses líquidos, os pontos quânticos serão bem separadas espacialmente. Pontos quânticos são partículas muito pequenas e, durante a fabricação, precisam ser adicionados como uma mistura de um solvente e pontos quânticos a uma resina de silicone. Pontos quânticos não são compatíveis com resinas de silicone e ocorre floculação dos pontos quânticos quando eles são misturados com uma resina de silicone. Outros termos utilizados para floculação são agregação, aglomeração e agrupamento. Se pontos quânticos formarem aglomerados nos quais sua separação mútua é de menos que poucos nanômetros (por exemplo, menor que 7 nanômetros), a eficiência quântica dos pontos quânticos reduz e uma degradação mais rápida mediante irradiação é observada. Ainda, os pontos quânticos ainda podem, a uma extensão limitada, ser móveis dentro da resina de silicone e a floculação pode continuar lentamente, resultando em uma eficiência quântica ainda menor. Acredita- se que a redução da eficiência quântica é o resultado da ocorrência de supressão de concentração devido à excitação e/ou transferência de carga entre pontos quânticos. Ainda, reações químicas indesejadas entre pontos quânticos vizinhos também podem causar uma degradação dos agregados de pontos quânticos.
[005] O pedido de patente publicado US2012/0045850 revela um material compreendendo pontos quânticos que é compatível de maneira melhor com muitos materiais, como água. A solução do pedido de patente pode resultar em um material que é mais compatível com silicone. A solução do pedido de patente mencionado é criar partículas de sílica que embutem os pontos quânticos. As partículas de sílica são parte de muitas formulações de silicone, os pontos quânticos revestidos resultantes podem ser facilmente misturados em resinas de silicone.
[006] Na abordagem no documento US2012/0045850, água está presente na mistura de reação que prepara as nanopartículas de sílica. Uma vez que para muitos pontos quânticos, a presença de água reduz a eficiência quântica diretamente e/ou acelera a degradação, a conversão de luz pode ser lenta ou diminuir muito rapidamente ao longo do tempo. Parece que o uso de, por exemplo, água nas etapas de criação das nanopartículas de sílica resulta na criação de pontos quânticos de não emissão de luz. Assim, os pontos quânticos embutidos nas nanopartículas de sílica da patente mencionada apresentam uma conversão de luz relativamente pequena e, quando as nanopartículas de sílica do pedido de patente mencionado forem utilizadas no silicone, a eficiência de conversão de luz pode ser esperada para ser relativamente lenta.
[007] É um objetivo da invenção prover um produto de silicone que compreende partículas luminescentes dimensionadas em nanômetros que têm, em uso, uma eficiência quântica relativamente grande.
[008] Um primeiro aspecto da invenção provê um produto de silicone. Um segundo aspecto da invenção provê uma unidade de iluminação. Um terceiro aspecto da invenção provê um método de fabricação de um produto de silicone compreendendo material luminescente imobilizado.
[009] As realizações vantajosas são definidas nas reivindicações dependentes.
[010] Um produto de silicone, de acordo com o primeiro aspecto da invenção compreende material polimérico, material luminescente e partículas de enchimento. O material polimérico compreende um material do grupo de polisiloxanos, o material polimérico sendo de transmissão de luz. O material luminescente compreende partículas que têm, pelo menos em uma dimensão, um tamanho na variação de nanômetros. O material luminescente é configurado para absorver luz de uma primeira variação espectral e para converter uma parte da luz absorvida em luz de uma segunda variação espectral. As partículas de enchimento são de um material inerte de transmissão de luz. As partículas de enchimento são miscíveis com o material luminescente. As partículas de enchimento são providas no material polimérico. As partículas de material luminescente são distribuídas ao longo de uma superfície das partículas de enchimento.
[011] Outro termo geralmente utilizado para o material polimérico compreendendo um material do grupo de polisiloxanos é o silicone. Polisiloxanos são materiais poliméricos com a fórmula geral [R2SiO]m, em que R é um grupo orgânico, como, por exemplo, metil, etil ou fenil. A estrutura principal das moléculas é uma cadeia de Silício- Oxigênio inorgânica...-Si-O-Si-O-Si-O-...
[012] As partículas de enchimento e as partículas do material luminescente são miscíveis, o que significa que as partículas do material luminescente e as partículas de enchimento, ambas, permanecem distribuídas em um solvente sem serem sujeitas à aglomeração, agregação e/ou floculação extensa. Nas realizações práticas, significa que as partículas de enchimento e as partículas de material luminescente podem ser ambas misturadas de maneira homogênea em pelo menos um tipo de solvente. Em uma etapa subsequente, uma estabilidade coloidal das partículas luminescentes é reduzida, fazendo que elas floculem. Devido à presença das partículas de enchimento com área de superfície em excesso, as partículas luminescentes flocurarão à superfície das partículas de enchimento. Esse processo no qual um tipo de partículas flocula a outro tipo de partículas é denominado heterofloculação. Material luminescente e as partículas de enchimento não têm a tendência de permanecerem distantes um do outro no solvente. Quando o material luminescente e as partículas de enchimento não forem miscíveis, uma mistura não homogênea seria obtida no solvente e, opcionalmente, o material luminescente e/ou as partículas de enchimento floculariam.
[013] A International Union of Pure and Applied Chemistry [União Internacional de Química Pura e Aplicada] (IUPAC) distingue diferentes tipos de estabilidade para sistema coloidal (uma mistura de partículas que são dispersas em um meio líquido). Nessa invenção atual, presume-se que o produto de silicone é estável de maneira coloidal. A definição de “estável de maneira coloidal” se refere à possibilidade de obter uma solução homogênea na qual tanto o material luminescente quanto as partículas de enchimento são dissolvidos e/ou dispersos de maneira homogênea. As partículas de enchimento e o material luminescente são, ambos, estáveis de maneira coloidal em um grupo de líquidos. De acordo com a IUPAC, estável de maneira coloidal significa que “as partículas não agregam em uma taxa significativa”. Um agregado é, em geral, um grupo de partículas (que podem ser átomos ou moléculas) que se mantém junto de qualquer maneira. A agregação é o processo ou o resultado da formação de agregados. Quando um sistema coloidal for instável de maneira coloidal (isto é, a taxa de agregação não é insignificante), a formação de agregados é denominada coagulação ou floculação. Esses termos são geralmente utilizados indistintamente, mas alguns autores preferem introduzir uma distinção entre coagulação, que implica na formação de agregados compactos, levando à separação macroscópica de um coágulo; e floculação, que implica na formação de uma rede frouxa ou aberta que pode ou não se separar macroscopicamente. Em muitos contextos, a estrutura frouxa formada dessa forma é denominada floco. A taxa de agregação é, em geral, determinada pela frequência de colisões e a probabilidade de coesão durante a colisão. Se as colisões forem causadas por movimento Browniano, o processo é denominado agregação pericinética; se por movimentos hidrodinâmicos (por exemplo, convecção ou sedimentação), pode-se falar de agregação ortocinética. No contexto dessa invenção, a distinção entre “coagulação” ou “floculação” não é relevante. Assim que o material luminescente agrega, a eficiência quântica diminui e isso é evitado pela invenção.
[014] Como uma consequência da invenção, dentro do material polimérico que compreende o polisiloxano, as partículas luminescentes são distribuídas ao longo da superfície das partículas de enchimento. Assim, a tendência de as partículas do material luminescente aglomerarem, agregarem e/ou flocularem dentro do material polimérico compreendendo um polisiloxano é reduzida ou, até, completamente interrompida, devido às partículas do material luminescente serem localizadas na superfície de partículas de enchimento. Em outras palavras: dentro do material polimérico, as partículas luminescentes são imobilizadas, devido a estarem em contato com uma partícula de enchimento, e não se movimentam mais uma em direção à outra no material polimérico (curado), e, assim, não se agregam mais. Não há tendência de formar homoagregados. Assim, a maioria das partículas do material luminescente não toca outras partículas do material luminescente, o que significa que são bem separadas espacialmente umas das outras. Conforme discutido antes, uma boa separação espacial das partículas do material luminescente resulta em uma eficiência quântica relativamente alta. Consequentemente, o produto de silicone apresenta, quando sendo irradiado com luz que está sendo absorvida e convertida pelo material luminescente, uma eficiência de conversão de cor relativamente grande.
[015] As partículas do material luminescente têm, em pelo menos uma dimensão, um tamanho na variação de nanômetros. Isso significa, por exemplo, que, se as partículas forem substancialmente esféricas, seu diâmetro é na variação de nanômetros. Ou isso significa, por exemplo, se forem em forma de haste, que um tamanho de uma seção transversal do fio é, em uma direção, na variação de nanômetros. Um tamanho na variação de nanômetros significa que o tamanho na pelo menos uma dimensão é, pelo menos, menor que 100 nanômetros, assim, menor que 0,1 micrômetros, e maior ou igual a 0,5 nanômetros. Em uma realização, o tamanho em uma dimensão é menor que 50 nanômetros. Em outra realização, o tamanho em uma dimensão é na variação de 2 a 20 nanômetros. A maior parte de material luminescente com um tamanho na variação de nanômetros em pelo menos uma dimensão apresenta confinamento quântico, o que significa que a cor da luz emitida pelo material (como uma consequência da absorção de luz) depende fortemente de seu tamanho. Isso se aplica à maioria dos pontos quânticos, entretanto, pontos quânticos específicos não apresentam confinamento quântico. Também, os pontos quânticos que não apresentam confinamento quântico são sujeitos aos mesmos efeitos que os pontos quânticos discutidos na seção de histórico da técnica (floculação em silicone).
[016] Em uma realização, poderia ser que as partículas de enchimento não sejam completamente miscíveis com o material polimérico (silicone), de modo que as partículas de enchimento aglomerem, agreguem e/ou floculem a algum grau. Entretanto, a floculação das partículas de enchimento não influencia necessariamente de maneira negativa a eficiência das partículas de material luminescente. As partículas do material luminescente são distribuídas ao longo da superfície das partículas de enchimento e, como tal, quando as partículas de enchimento se tocarem, as partículas do material luminescente ainda são espacialmente separadas de outras partículas de material luminescente pelas partículas de enchimento...
[017] Distribuídas ao longo da superfície das partículas de enchimento significa que as partículas do material luminescente estão em contato com a superfície das partículas de enchimento e que, em diferentes partes da superfície, partículas luminescentes podem ser encontradas. Estando em contato uma com a outra não implica diretamente que as partículas luminescentes e as partículas de enchimento são fundidas ou têm uma espécie de ligação como um resultado de uma reação química. As partículas são, ainda, partículas individuais e podem ser identificadas separadamente. As partículas são adjacentes no significado de 'têm um limite ou endpoint comum', ou são adjacentes no sentido de 'repousarem uma próxima da outra ou estarem em contato', e, assim, as partículas são vizinhas.
[018] Ainda, no contexto desse documento, transmissão de luz significa que a luz é transmitida através do material - em outras palavras, se um feixe de luz colidir com uma superfície do material, pelo menos um pouco de luz é emitida na mesma ou outras superfícies do material. Assim, nem toda luz é absorvida, por exemplo, não mais que 15% da luz é absorvida. Em outra realização, transmissão de luz significa que não mais que 10% da luz é absorvida. Ainda, em uma realização adicional, transmissão de luz significa que não mais que 10% da luz é absorvida. Observa-se que transparente e translúcido são termos que estão dentro do escopo de transmissão de luz. No contexto da invenção, as partículas de enchimento são de um material de transmissão de luz, mas deve ser observado que o produto de silicone, como um todo, pode absorver luz, por exemplo, as partículas luminescentes absorvem luz de uma cor específica e convertem uma parte da luz absorvida em luz de outra cor.
[019] Materiais inertes são materiais que não reagem pelo menos com os materiais que são utilizados no contexto dessa invenção, sob circunstâncias descritas no contexto desse documento. Assim, os materiais inertes não são quimicamente reativos. Isso não exclui que, sob circunstâncias específicas, os materiais inertes podem ser envolvidos em uma reação química, mas, então, grandes quantidades de energia de calor, pressão ou radiação são necessárias e, geralmente, catalisadores são utilizados para auxiliar as reações.
[020] Opcionalmente, as partículas de enchimento são maiores que as partículas de material luminescente. Se as partículas de enchimento forem maiores, elas têm uma superfície relativamente grande comparada ao tamanho das partículas de material luminescente e, assim, quando as partículas de material luminescente forem distribuídas ao longo da superfície das partículas de enchimento, elas são bem separadas espacialmente. Assim, a chance de as partículas de material luminescente serem muito próximas umas das outras, de modo que quedas de sua eficiência quântica sejam menores. Ainda, dentro do material polimérico, as partículas podem se mover (contanto que o material polimérico não seja curado a um estado sólido), e partículas maiores se movimentam de maneira muito mais lenta que as partículas menores. Assim, as partículas luminescentes menores que estão em contato com as partículas de enchimento maiores se movimentam muito mais lentamente através do material polimérico, e, assim, são mais bem imobilizadas e não agregam. Deve ser observado que o tamanho das partículas de enchimento pode se tornar muito grande. Partículas de enchimento muito grandes têm uma quantidade relativamente pequena de área de superfície por grama do material, e, assim, menos espaço entre partículas do material luminescente pode estar presente entre partículas do material luminescente que não estão em contato com a superfície de uma única partícula de enchimento. Em uma realização, o tamanho das partículas de enchimento é abaixo de 5 micrômetros, ou, em outra realização, abaixo de 1 micrômetro, ou, em uma realização adicional, abaixo de 500 nanômetros. Ainda, em outra realização opcional, abaixo de 250 nanômetros e, em uma realização opcional adicional, menor que 100 nanômetros.
[021] Opcionalmente, as partículas de enchimento não são menores que partículas de material luminescente.
[022] Opcionalmente, o material luminescente compreende pelo menos um dos pontos quânticos, barras quânticas e tetrápodes quânticos. Assim, as partículas que apresentam confinamento quântico e têm, pelo menos em uma dimensão, um tamanho na variação de nanômetros são pontos quânticos, barras quânticas ou tetrápodes quânticos. Os materiais dessa realização opcional são incompatíveis com resinas de silicone, assim, com o material polimérico compreendendo polisiloxano.
[023] Opcionalmente, pelo menos 60% das partículas do material luminescente é separado o suficiente de outras partículas do material luminescente para evitar uma redução da eficiência quântica dessas partículas. Em uma realização, pelo menos 75% das partículas do material luminescente é separado distante o suficiente uma da outra. Em outra realização, pelo menos 90% das partículas do material luminescente é separado distante o suficiente uma da outra. Separadas distante o suficiente umas das outras significa que essas partículas pelo menos não se tocam, e pode significar, em uma realização opcional, que a supressão de concentração não ocorre. Ainda, foi observado que quando as partículas luminescentes são localizadas muito próximas umas das outras, por exemplo, na distância de 7 nanômetros, a eficiência quântica cai. O efeito dessa realização opcional é que a eficiência quântica e, assim, a eficiência de conversão de cor do produto de silicone, como um todo, é relativamente alta. Em uma realização, as partículas do material luminescente que são separadas distantes o suficiente entre si tem pelo menos uma distância de 10 nanômetros entre as partículas, sem outras partículas do material luminescente entre elas.
[024] Opcionalmente, as partículas de enchimento são partículas de sílica ou as partículas de enchimento compreendem um material de um dos grupos de materiais de alumina, titânio, sílica ou uma argila. Partículas de sílica são geralmente utilizadas em materiais poliméricos que compreendem polisiloxano e podem ser facilmente misturadas com esses materiais poliméricos. Em geral, partículas de sílica têm um índice refrativo que é próximo ao índice refrativo de materiais poliméricos que compreendem polisiloxano e, assim, a luz não é muito refratada nas interfaces entre as partículas de sílica e o material de polisiloxano e não é refletida muita luz a essas interfaces. Assim, o produto de silicone permanece relativamente transparente e não propaga muita luz. Em outras realizações, a propagação de luz é necessária, e materiais utilizados para as partículas de enchimento têm um índice refrativo que se difere mais do índice refrativo do material polimérico compreendendo polisiloxano.
[025] Partículas de argila transparentes têm geralmente uma forma relativamente plana que resulta em uma superfície externa relativamente grande ao longo da qual as partículas de materiais luminescentes podem ser distribuídas, e, assim, uma boa separação espacial das partículas de materiais luminescentes é obtida.
[026] Opcionalmente, as partículas do material luminescente compreendem uma primeira camada de material orgânico em sua superfície. Opcionalmente, as partículas de enchimento compreendem uma segunda camada de material orgânico em sua superfície. A primeira camada e/ou a segunda camada são aplicadas, respectivamente, às partículas de material luminescente e/ou às partículas de enchimento para torná-las miscíveis nos solventes utilizados nos processos de preparação. Opcionalmente, pelo menos uma dentre a primeira camada e a segunda camada de material orgânico é uma monocamada do material orgânico. Uma monocamada é a quantidade de material orgânico necessária para formar uma camada espessa de molécula compactada densamente. Especialmente, quando a primeira camada e/ou a segunda camada forem camadas orgânicas semelhantes, as partículas de enchimento e as partículas de material luminescente são mais bem miscíveis entre si em um solvente e, assim, as partículas de material luminescente podem ser processadas para serem mais bem separadas espacialmente ao longo da superfície das partículas de enchimento - em outras palavras, as partículas de material luminescente não tendem a flocular ou aglomerar.
[027] Opcionalmente, não mais que 20% da superfície das partículas de enchimento é coberta pelas partículas do material luminescente. Quando menos que 20% da superfície das partículas de enchimento for coberta pelas partículas de material luminescente, as partículas de material luminescente são provavelmente bem separadas espacialmente. Pode ser testado se o produto de silicone atende à condição dessa realização opcional ao fazer imagens de Microscopia de Transmissão de Elétron (TEM) do produto de silicone, determinar o tamanho das partículas de enchimento e calcular sua área de superfície correspondente, determinar o número de partículas de material luminescente na superfície das partículas de enchimento, determinar o tamanho das partículas de material luminescente, calcular a superfície das partículas de enchimento coberta pelas partículas luminescentes, e calcular a quantidade relativa da superfície das partículas de enchimento coberta pelas partículas luminescentes. Deve ser observado que a quantidade relativa da superfície das partículas de enchimento coberta pelas partículas de material luminescente é um número médio e que a superfície de partículas de enchimento individuais pode ser coberta por uma porcentagem maior. Em outra realização opcional, não mais que 10% da superfície das partículas de enchimento é coberta pelas partículas do material luminescente. Em uma realização opcional adicional, não mais que 5% da superfície das partículas de enchimento é coberta por partículas do material luminescente.
[028] Opcionalmente, a quantidade relativa de material luminescente é pelo menos 0,05% em peso do produto de silicone e a quantidade relativa do material luminescente é não mais que 10% em peso do produto de silicone. Essa quantidade relativa de partículas do material luminescente é, em geral, suficiente para prover a conversão de luz necessária por essas partículas luminescentes (que, de fato, também depende da configuração do dispositivo de emissão de luz). Ainda, na invenção, se a quantidade relativa for abaixo de 10% em peso, as partículas de material luminescente podem ser distribuídas, de maneira vantajosa, ao longo da superfície das partículas de enchimento sem estarem em contato com outras partículas do material luminescente.
[029] Opcionalmente, a quantidade relativa das partículas de enchimento é não mais que 40% em peso do produto de silicone, e a quantidade relativa das partículas de enchimento é pelo menos duas vezes a quantidade relativa de material luminescente, expressa como uma porcentagem em peso do produto de silicone. Nas realizações práticas, a quantidade de partículas de enchimento deve ser abaixo de 40% em peso, a fim de manter propriedades vantajosas do material polimérico que compreende um polisiloxano.
[030] Opcionalmente, o maior tamanho das partículas de enchimento é menor que 5 micrômetros. Em outra realização opcional, o maior tamanho das partículas de enchimento é menor que 1 micrômetro. Em uma realização adicional opcional, o maior tamanho das partículas de enchimento é menor que 500 nanômetros. O maior tamanho significa, no contexto desse documento: um tamanho de seção transversal da partícula de enchimento em uma direção específica e, em todas as outras direções, o tamanho de seção transversal é menor que o maior tamanho. Assim, se as partículas de enchimento forem substancialmente esféricas, o diâmetro das partículas é menor que 500 nanômetros. Se as partículas de enchimento tiverem uma forma de haste, a extensão da haste é menor que 500 nanômetros. Se as partículas de enchimento forem de forma plana, qualquer linha que pode ser desenhada no plano horizontal é menor que 500 nanômetros.
[031] Opcionalmente, o material polimérico tem um primeiro índice refrativo e as partículas de enchimento têm um segundo índice refrativo. O maior tamanho das partículas de enchimento é menor que 100 nanômetros, se a diferença absoluta entre o primeiro índice refrativo e o segundo índice refrativo for maior que 0,3. Quanto maior a diferença nos índices refrativos entre os dois tipos de material, mais reflexão e refração ocorre nas interfaces entre os dois materiais, o que resulta em uma difusão da luz que transmite através do produto de silicone. Em realizações específicas, isso é indesejado e é necessário que o produto de silicone seja substancialmente transparente. Isso pode ser obtido ao utilizar materiais de aproximadamente o mesmo índice refrativo, o que significa que a diferença nos índices refrativos é menor que 0,1, ou que pode ser obtida ao reduzir o tamanho das partículas de enchimento em dependência da diferença em índices refrativos. Os números providos nessa realização opcional resultam em um produto de silicone que difunde/propaga luz somente até uma extensão limitada. Ainda, deve ser observado que a transparência não depende necessariamente só das diferenças em índices refrativos. Também depende do tamanho das partículas e a fração de volume de partícula. Se o produto de silicone for, por exemplo, aplicado em uma camada fina, por exemplo, de 1 micrômetro, uma camada ainda pode ser transparente quando 20 nanômetros TiO2 estiverem presentes na camada. Ainda, a quantidade relativa de partículas de enchimento também contribui para a quantidade de transparência...
[032] Opcionalmente, o produto de silicone é uma resina e o silicone é uma resina de silicone. Quando o produto de silicone for uma resina, ele é, até uma extensão, flexível/líquido e pode ser formado em diferentes formas. Com tratamentos específicos, a resina pode ser curada, de modo que um produto de silicone sólido seja obtido.
[033] De acordo com um segundo aspecto da invenção, uma unidade de iluminação é provida, que compreende uma fonte de luz e um produto de silicone, de acordo com o primeiro aspecto da invenção. O produto de silicone é disposto para receber luz da fonte de luz.
[034] A unidade de iluminação, de acordo com o segundo aspecto da invenção, provê os mesmos benefícios que o produto de silicone, de acordo com o primeiro aspecto da invenção, e tem realizações similares com efeitos similares às realizações correspondentes do produto de silicone.
[035] De acordo com um terceiro aspecto da invenção, um método de fabricação de um produto de silicone compreendendo material luminescente imobilizado é provido. O método compreende as etapas de: i) obtenção de uma mistura de partículas de enchimento de um material inerte de transmissão de luz e material luminescente compreendendo partículas que apresentam confinamento quântico e tendo, pelo menos em uma dimensão, um tamanho na variação de nanômetros, em que as partículas do material luminescente são situadas em uma superfície das partículas de enchimento; ii) mistura da mistura com um material polimérico compreendendo um material do grupo de polisiloxanos.
[036] O método, de acordo com o terceiro aspecto da invenção, provê os mesmos benefícios que o produto de silicone, de acordo com o primeiro aspecto da invenção, e tem realizações similares com efeitos similares às realizações correspondentes do produto de silicone.
[037] Opcionalmente, a etapa de obtenção de uma mistura compreende as sub-etapas de: a) obtenção de uma primeira mistura homogênea das partículas de enchimento em um primeiro solvente, b) obtenção de uma segunda mistura homogênea do material luminescente em um segundo solvente, c) mistura da primeira mistura homogênea com a segunda mistura homogênea para obter uma terceira mistura homogênea, e d) floculação do material luminescente nas partículas de enchimento ao alterar a composição de solvente da terceira mistura homogênea ou ao alterar a qualidade de solvente da terceira mistura homogênea.
[038] O método para obter a mistura começa com a obtenção da primeira mistura homogênea e da segunda mistura homogênea. Essas misturas podem ser obtidas diretamente de um fabricante dessas misturas homogêneas, ou podem ser preparadas, por exemplo, ao diluir uma solução-mãe no mesmo solvente que o solvente da solução-mãe. Subsequentemente, essas misturas homogêneas são misturadas para obter uma terceira mistura homogênea. As terceiras misturas homogêneas podem ser somente obtidas se o primeiro solvente e o segundo solvente não causarem uma agregação ou floculação do material luminescente e das partículas de enchimento. Subsequentemente, na etapa de floculação do material luminescente nas partículas de enchimento, um terceiro solvente ou aditivo é adicionado à terceira mistura homogênea, o que causa uma alteração da composição de solvente da terceira mistura homogênea, de modo que o material luminescente flocule para a superfície das partículas de enchimento e a combinação das partículas de enchimento com material luminescente flocule. Alternativamente, a qualidade da composição de solvente da terceira mistura homogênea é alterada, por exemplo, ao alterar a temperatura da composição de solvente, de modo que o material luminescente flocule nas partículas de enchimento. Geralmente, o termo heterofloculação é utilizado para esse processo. Subsequentemente, em uma realização opcional, os solventes (o primeiro solvente e/ou o segundo solvente) são removidos. Isso pode ser feito, por exemplo, ao evaporar os solventes. Alternativamente, os solventes são removidos após misturar a mistura obtida de partículas de enchimento e o material luminescente com o material polimérico.
[039] O método de obtenção da mistura das partículas de enchimento e do material luminescente é uma maneira efetiva e eficiente de obtenção do produto de silicone da invenção. Foi observado que as partículas do material luminescente são bem distribuídas ao longo da superfície das partículas de enchimento e que a maioria das partículas do material luminescente não são localizadas muito próximas umas das outras.
[040] Deve ser observado que o primeiro solvente e o segundo solvente podem ser o mesmo solvente.
[041] Esses e outros aspectos da invenção são evidentes a partir da descrição acima e serão elucidados com referência às realizações doravante descritas.
[042] Será apreciado pelos técnicos no assunto que duas ou mais das opções, implementações e/ou aspectos da invenção mencionados acima podem ser combinados de qualquer maneira considerada útil.
[043] Modificações e variações do produto e/ou o método, que correspondem às modificações e variações descritas do produto, podem ser realizadas por um técnico no assunto, com base na presente descrição.
[044] Nos desenhos:
[045] A Figura 1 apresenta, de maneira esquemática, uma realização do produto de silicone,
[046] A Figura 2 apresenta, de maneira esquemática, uma realização de uma partícula de enchimento com duas partículas de um material luminescente que está em contato com uma superfície da partícula de enchimento,
[047] A Figura 3 apresenta, de maneira esquemática, uma unidade de iluminação, de acordo com o segundo aspecto da invenção, e
[048] A Figura 4 apresenta, de maneira esquemática, uma realização de um método de fabricação de um produto de silicone.
[049] Deve ser observado que itens denotados pelos mesmos números de referência em diferentes Figuras têm as mesmas características estruturais e as mesmas funções. Quando a função e/ou estrutura desse item for explicada, não há necessidade de sua explicação repetida na descrição detalhada.
[050] As Figuras são puramente diagramáticas e não desenhadas em escala. Particularmente, para clareza, algumas dimensões são altamente exageradas.
[051] Uma primeira realização é apresentada na Figura 1. A Figura 1 apresenta, de maneira esquemática, em uma vista de seção transversal, uma realização do produto de silicone 100. A apresentação esquemática da Figura 1 é uma ampliação e com uma linha tracejada, um limite virtual do produto 100 é desenhado - entretanto, nas realizações práticas, a ampliação apresentada é somente uma fração de uma quantidade muito maior do produto de silicone 100. Ainda, o produto de silicone apresentado 100 pode ser um material sólido, ou pode ser uma resina que compreende outras moléculas (não apresentadas) para criação do estado semifluido do material (esses materiais são, por exemplo, compostos monômeros, macromonômeros, oligômeros ou reativos).
[052] O produto de silicone 100 compreende moléculas de polímero 110 do grupo de polisiloxanos. Geralmente, o termo silicone é utilizado ao invés de um material do grupo de polisiloxanos. Polisiloxanos são um material polimérico com a fórmula geral [R1R1SiO]m em que R1 e R2 são um grupo orgânico, como, por exemplo, metil, etil ou fenil. R1 pode ser igual à R2. A estrutura principal das moléculas é uma cadeia de Silício-Oxigênio inorgânica Si-O- Si-O-Si-O-... Na Figura 1, as moléculas de polímero 110 são desenhadas como linhas irregulares que representam a cadeia de Silício-Oxigênio. O material formado pelas moléculas de polímero 110 é de transmissão de luz, o que significa que a luz pode ser transmitida através do material - em outras palavras, não é absorvida muita luz pelo material, por exemplo, não mais que 15% da luz é absorvida. Em outra realização, transmissão de luz significa que não mais que 10% da luz é absorvida. Deve ser observado que o material pode ser claro (transparente) ou pode ser de transmissão de luz difusa (translúcido).
[053] O produto de silicone 100 ainda compreende partículas de enchimento 120. As partículas de enchimento são de transmissão de luz. Assim, quando somente as partículas de enchimento 120 forem providas nas moléculas de material de polisiloxano 110, a combinação delas ainda seria de transmissão de luz. Deve ser observado que as partículas de enchimento podem influenciar nas características ópticas do material. Por exemplo, se uma diferença entre o índice refrativo das partículas de enchimento e o índice refrativo do material de moléculas de polisiloxano 110 for relativamente grande e se o tamanho das partículas de enchimento for comparável ao comprimento de onda de luz (visível) ou maior, as partículas de enchimento refletem parcialmente luz que colidem com elas e transmitem parcialmente e refratam luz - isso resulta em um produto de silicone 100 mais difuso/translúcido.
[054] As partículas de enchimento 120 são de um material inerte. No contexto desse documento, materiais inertes são materiais que não reagem pelo menos com os materiais que são utilizados no contexto desse documento, sob as circunstâncias descritas no contexto desse documento. Assim, os materiais inertes não são quimicamente reativos. Isso não exclui que, sob circunstâncias específicas, os materiais inertes podem ser envolvidos em uma reação química, mas, nessas situações, grandes quantidades de energia de calor, pressão ou radiação são necessárias e, geralmente, catalisadores são utilizados para ajudar as reações com os materiais inertes. Assim, o material das partículas de enchimento 120 não reage com as moléculas de polisiloxano 110, com materiais adicionados à molécula de polisiloxano 110 para criar uma resina etc. sob condições atmosféricas normais, durante o uso em um conjunto de iluminação, e/ou em combinação com os materiais discutidos depois (como materiais luminescentes). Conforme será discutido depois, as partículas de enchimento 120 podem ter uma camada de um material orgânico em sua superfície. Em determinadas circunstâncias, essa camada pode ser reativa com a molécula de polímero 110 quando o produto de silicone 110 for curado.
[055] Um material vantajoso para as partículas de enchimento é sílica. Sílica (SiO2) é geralmente utilizada dentro de um material que compreende um polisiloxano e, em muitas aplicações ópticas, a quantidade de sílica utilizada em um silicone pode ter o ponto máximo em 30 ou até em 40% em peso (% em peso) do peso total da resina de silicone. Outros materiais adequados dos quais partículas inertes transparentes podem ser fabricadas são materiais dos grupos de alumina, titânio, sílica ou, por exemplo, uma argila. Tipos específicos de argilas transparentes podem ser utilizados e, em geral, essas partículas têm uma forma relativamente plana e, assim, uma superfície externa relativamente grande, ao longo da qual partículas luminescentes 130 podem ser distribuídas. Partículas de forma plana provêem uma separação espacialmente vantajosa das partículas luminescentes 130.
[056] O produto de silicone 100 ainda compreende material luminescente que compreende partículas luminescentes 130 de um material que apresenta confinamento quântico e tem, pelo menos em uma dimensão, um tamanho na variação de nanômetros. Confinamento quântico significa que as partículas têm propriedades ópticas que dependem do tamanho das partículas. As partículas luminescentes 130 são configuradas para absorverem uma parte de luz que colide nelas e para converterem uma parte da luz absorvida em luz de outra cor. As partículas luminescentes 130 do material luminescente têm, em pelo menos uma dimensão, um tamanho que é na variação de nanômetros. Isso significa, por exemplo, que, se as partículas 130 forem substancialmente esféricas, seu diâmetro é na variação de nanômetros. Ou, isso significa, por exemplo, se forem em forma de haste, que um tamanho de uma seção transversal da haste é, em uma direção, na variação de nanômetros. Um tamanho na variação de nanômetros significa que seu tamanho é pelo menos menor que 100 nanômetros, assim, menor que 0,1 micrômetro, e maior ou igual a 0,5 nanômetros. Em uma realização, o tamanho, em uma dimensão, é menor que 50 nanômetros. Em outra realização, o tamanho, em uma dimensão, é na variação de 2 a 20 nanômetros. Exemplos de partículas luminescentes 130 adequadas são pontos quânticos, barras quânticas e tetrápodes quânticos. Em outra realização, as partículas luminescentes 130 não apresentam confinamento quântico. Por exemplo, pontos quânticos ZnSe alterado por Mn apresentam uma emissão de luz dos íons de Mn e, assim, a emissão de luz desses pontos quânticos é independente do tamanho dos pontos quânticos...
[057] Pontos quânticos são pequenos cristais de material semicondutor, geralmente, que têm largura ou diâmetro de somente poucos nanômetros. Quando excitado por luz incidente, um ponto quântico emite luz de uma cor determinada pelo tamanho e material do cristal. Luz de uma cor particular pode, portanto, ser produzida ao adaptar o tamanho dos pontos. Pontos quânticos, mais conhecidos com emissão na variação visível, têm base em um seleneto de cádmio (CdSe) com proteção, como sulfeto de cádmio (CdS) e sulfeto de zinco (ZnS). Pontos quânticos livres de cádmio, como fosfeto de índio (InP), e sulfeto de cobre e índio (CuInS2) e/ou sulfeto de prata e índio (AgInS2) também podem ser utilizados. Pontos quânticos apresentam faixa de emissão bastante estreita (por exemplo, com uma largura de 50 nanômetros ou, até, 25 nanômetros, expresso como um valor de Máxima Média de Amplitude Completa (FWHM)) e, assim, apresentam cores saturadas. Além disso, a cor da luz pode ser facilmente ajustada ao adaptar o tamanho dos pontos quânticos. Qualquer tipo de ponto quântico conhecido na técnica pode ser utilizado na presente invenção. Outros exemplos de materiais dos quais pontos quânticos são feitos são: ZnSe, Silício, CuInS, Carbono, ZnO, e materiais alterados por Mn. Outros tipos de materiais luminescentes nanodimensionados são grupos de prata, ou outros grupos de metal nobre magic-sized.
[058] Barras quânticas consistem tipicamente em um núcleo de ponto quântico de CdSe, circundado por uma proteção de CdS em forma de barra, que podem ter proporções de aspecto de 2 a 20. Este também poderia ser um núcleo de ponto quântico de InP, circundado por uma proteção em forma de barra de dimensões semelhantes. Em outro caso, a barra compreende nanocristal em forma de barra de CdSe ou InP, circundado por poucas monocamadas de materiais de proteção inorgânicos, como CdS ou ZnS. Um tetrápode compreende um núcleo de, por exemplo, CdSe ou InP, circundado por uma proteção de material toque que cresce preferencialmente em determinadas facetas do nanocristal, de modo que resulte em um nanocristal com uma forma tetrápode. Por fim, as nanoplaquetas recentemente relatadas (Ithurria et al, Nature Materiais 2011) também são incluídas como nanomateriais luminescentes. Esses materiais são plaquetas de somente poucas (2-20) monocamadas de, por exemplo, CdSe ou InP, e têm dimensões muito maiores nas outras duas direções. Confinamento quântico, com isso, ocorre somente em uma direção.
[059] As partículas luminescentes 130 e as partículas de enchimento 120 são bem miscíveis entre si. Isso significa que não apresentam a tendência a se separarem quando forem, por exemplo, dissolvidas em um meio/líquido, no qual são capazes de se movimentarem livremente. Em uma etapa subsequente, as partículas luminescentes são colocadas para flocular. Nesse processo, elas heterofloculam à superfície das partículas de enchimento e permanecem lá. Assim, quando as partículas luminescentes 130 forem colocadas em contato com as partículas de enchimento 120, elas permanecem em contato com as partículas de enchimento. Quando as partículas luminescentes 130 estiverem em um fluido e resina não compatível, elas apresentam a tendência a aglomerar, agregar e/ou flocular, entretanto, quando estiverem na superfície de um material de enchimento, elas permanecem principalmente em sua posição. Geralmente, o termo “afinidade química” é utilizado para descrever a boa miscibilidade de dois materiais. Em realizações práticas, significa que as partículas de enchimento 120 e as partículas luminescentes 130 podem ser, ambas, misturadas de maneira homogênea em pelo menos um tipo de solvente. Em outra realização prática, as partículas 120, 130 são ambas compatíveis com mais de um solvente.
[060] No produto de silicone 100, as partículas luminescentes 130 são distribuídas ao longo das superfícies externas das partículas de enchimento 120. Isso significa que as partículas luminescentes 130 tocam uma partícula de enchimento 120. Ambos os materiais permanecem em contato entre si no produto de silicone 100. Devido a isso, as partículas luminescentes permanecem distribuídas de maneira homogênea no produto de silicone. Em geral, partículas luminescentes 130, que apresentam confinamento quântico e têm uma dimensão na variação de nanômetros, não são bem miscíveis com um material que compreende moléculas de polisiloxano 110. Especialmente, isso resulta no fato de que as partículas luminescentes 130 permanecem no produto de silicone 100 em contato com as partículas de enchimento 120. Quando as partículas luminescentes 130 estiverem em contato com as partículas de enchimento 120, elas não têm mais a tendência de flocularem ou aglomerarem e, assim, permanecem espacialmente separadas. Quando as partículas luminescentes 130 estiverem bem separadas espacialmente, elas provêem uma vantagem de eficiência de conversão de cor - com isso, sua eficiência quântica é relativamente alta. Deve ser observado que, em outra realização, as partículas de enchimento podem ser porosas e que as partículas luminescentes não estão somente presentes na superfície 'externa' das partículas de enchimento, mas também as superfícies 'internas' das partículas de enchimento.
[061] Em uma realização, pelo menos 60% das partículas luminescentes 130 são separadas o suficiente de outras partículas luminescentes 130 para evitar uma redução da eficiência quântica dessas partículas. Em uma realização, pelo menos 75% das partículas luminescentes 130 são separadas o suficiente de outras partículas luminescentes 130. Ainda, em outra realização, pelo menos 90% das partículas luminescentes 130 são separadas o suficiente de outras partículas luminescentes 130. Separadas o suficiente entre si significa que essas partículas pelo menos não se tocam e são espaçadas em uma distância que evita a supressão de concentração. O efeito dessa realização é que a eficiência quântica e, assim, a eficiência de conversão de cor do produto de silicone 100, como um todo, é relativamente alta. Em uma realização, as partículas luminescentes 130 que são separadas o suficiente de outras partículas luminescentes 130 têm pelo menos uma distância de 7 nanômetros entre si sem outras partículas luminescentes 130 entre elas. Entretanto, em algumas situações, conforme apresentado na Figura 1, na localização 132, ainda, algumas partículas luminescentes podem estar em contato uma com a outra ou dentro de uma distância de 7 nanômetros entre elas.
[062] Conforme desenhado na Figura 1, em uma realização, as partículas de enchimento 120 são maiores que as partículas luminescentes 130. Entretanto, o tamanho das partículas de enchimento 120 pode ser igual ao tamanho das partículas luminescentes 130. Se as partículas de enchimento 120 forem maiores que as partículas luminescentes 130, as partículas luminescentes 130 serão mais bem espacialmente separadas pelas partículas de enchimento.
[063] A quantidade relativa de partículas de enchimento 120 dentro do produto de silicone é abaixo de 40% em peso, e em outra realização, abaixo de 30% em peso. A quantidade relativa de partículas luminescentes 130 depende principalmente dos requisitos de conversão de luz. Em uma realização, sua quantidade relativa é entre 0,1% em peso e 10% em peso. Em outra realização prática, sua quantidade relativa é entre 0,5% em peso e 5% em peso. Para obter uma separação espacialmente vantajosa das partículas luminescentes 130 no produto de silicone 100, a quantidade relativa de partículas de enchimento 120 é maior que a quantidade relativa de partículas luminescentes 130 (quando expressa em porcentagem em peso). Uma separação espacialmente ainda melhor das partículas luminescentes 130 é obtida no produto de silicone 100 se a quantidade relativa de partículas de enchimento 120 for 10% em peso maior que a quantidade relativa de partículas luminescentes 130.
[064] Deve ser observado que, na Figura 1, as formas de seção transversal das partículas de enchimento 120 e as partículas luminescentes 130 são circulares ou elípticas. As formas desenhadas são puramente esquemáticas, e as partículas de enchimento 120 e as partículas luminescentes 130 podem ter formas completamente diferentes.
[065] Opcionalmente, não mais que 20%, ou não mais que 10% da superfície das partículas de enchimento 230 é coberta por partículas 130 do material luminescente. Para determinar a quantidade relativa da superfície das partículas de enchimento 230 que é coberta pelas partículas 130 do material luminescente, é razoável presumir que as partículas de enchimento são esféricas e não porosas. Ainda, com base em formação de imagem TEM, pode-se determinar, para uma amostra do produto de silicone, um tamanho médio das partículas de enchimento, um tamanho médio das partículas de material luminescente e um número médio de partículas de material luminescente que está em contato com as partículas de enchimento. Com base nesses números, pode-se determinar quão grande é a superfície média de uma partícula de enchimento esférica média. Ainda, a área coberta por uma única partícula do material luminescente é uma projeção da área de superfície da única partícula do material luminescente na superfície da partícula de enchimento. Por exemplo: se o diâmetro médio das partículas de sílica de enchimento for, por exemplo, 100 nm, a área de superfície média dessas partículas é 1 - 10-14 m2. Se o diâmetro médio dos pontos quânticos de partículas for, por exemplo, 7 nm, a área da superfície das partículas de sílica de enchimento é de 4-10-17 m2. Quando a quantidade média de pontos quânticos em uma única partícula de sílica de enchimento for 10, a cobertura de área média é 0,04 = 4%.
[066] A Figura 2 apresenta, de maneira esquemática, uma realização de uma partícula de enchimento 220 com duas partículas 230 de um material luminescente que está em contato com uma superfície da partícula de enchimento 220. O produto de silicone 100 da Figura 1 pode compreender um amplo número dessas partículas de enchimento 220 e partículas luminescentes 230. O desenho da Figura 2 apresenta uma vista em seção transversal da partícula de enchimento 220 e das partículas luminescentes 230. A partícula de enchimento 220 tem, em uma vista de seção transversal, uma forma semelhante a um hexágono e, em outras realizações, a forma de seção transversal pode ser diferente. A superfície da partícula de enchimento 220 compreende uma primeira camada 222 de um material orgânico. A primeira camada 222 pode ser uma monocamada, o que significa que é uma camada que tem espessura de somente uma molécula. As partículas luminescentes 230 estão em contato com a partícula de enchimento 220, o que significa que as partículas luminescentes 230 são distribuídas ao longo da superfície da partícula de enchimento 220. A superfície das partículas luminescentes 230 compreende uma segunda camada orgânica 232. Em uma realização, a segunda camada orgânica 232 é uma monocamada.
[067] Na Figura 2, luz 242 é desenhada esquematicamente por meio de uma seta. A luz 242 impinge em uma das partículas luminescentes 230 e é pelo menos parcialmente absorvida pelas respectivas partículas luminescentes 230. A respectiva partícula luminescente converte a luz absorvida em direção à luz 244 de outro comprimento de onda. A outra partícula luminescente 230 recebe luz 246 e a outra partícula luminescente 230 pode ser disposta para converter a luz absorvida, ainda, a outro comprimento de onda 248. É observado que, no contexto da invenção, diferentes partículas luminescentes 230 podem ser utilizadas. Elas podem ser de maneira diferente em relação à cor da luz que está sendo emitida e essa cor depende fortemente do tamanho da partícula 230. Todas as partículas luminescentes 230 apresentam confinamento quântico e têm um tamanho em uma dimensão específica que é na variação de nanômetros.
[068] Na Figura 2, um tamanho da partícula luminescente 230 é indicado por d2. Em uma vista de seção transversal, uma largura da partícula luminescente 230 é na variação de nanômetros, o que significa que a largura é na variação de 1 a 100 nanômetros. A vista em seção transversal da Figura 2 pode ser uma seção transversal de uma partícula luminescente esférica ou a seção transversal, por exemplo, de uma partícula em forma de fio. Outras formas de seção transversal também são possíveis. Na Figura 2, também, um tamanho máximo da partícula de enchimento 220 é indicado por d1max. Tamanho máximo significa que outra linha que cruza a partícula de enchimento 220 cruza a partícula ao longo de uma extensão maior que o tamanho máximo. Em uma realização, o tamanho das partículas de enchimento é abaixo de 5 micrômetros, ou, em outra realização, abaixo de 1 micrômetro, ou, em uma realização adicional, abaixo de 500 nanômetros. Ainda, em outra realização opcional, abaixo de 250 nanômetros e, em uma realização adicional opcional, menor que 100 nanômetros. Quando as partículas de enchimento tiverem um tamanho menor, a área total das partículas de enchimento de superfície é maior e, assim, as partículas de material luminescente são distribuídas ao longo de uma superfície relativamente maior que aumenta a probabilidade de que as partículas de material luminescente sejam separadas espacialmente melhor. Quando menor as partículas de enchimento são, maior é a sua área de superfície, expressa como m2/gram. Entretanto, é vantajoso se as partículas de enchimento forem pelo menos duas ou três vezes maior que as partículas de material luminescente para obter uma boa separação espacial de partículas de material luminescente que estão em contato com uma única partícula de enchimento.
[069] A Figura 3 apresenta, de maneira esquemática, uma unidade de iluminação 500, de acordo com o segundo aspecto da invenção. A unidade de iluminação compreende um suporte 302 que tem uma janela de saída de luz na qual uma camada de transmissão de luz 301 é disposta. Em um exemplo, a camada de transmissão de luz pode ser um difusor. Ainda, em outro exemplo, a camada de transmissão de luz é uma camada de microcolimadores. Dentro do suporte, está disposto um emissor de luz em estado sólido 306 que é configurado para emitir luz de um primeiro espectro em direção à janela de saída de luz do suporte. O interior do suporte 302 é preenchido com o produto de silicone 304, de acordo com o primeiro aspecto da invenção. O produto de silicone 304 é provido dentro do suporte para prover um melhor desacoplamento de luz do emissor de luz em estado sólido 306 e para prover uma orientação de luz vantajosa da luz desacoplada em direção à janela de saída de luz. As partículas luminescentes do produto de silicone 304 recebem a luz do primeiro espectro e absorvem pelo menos uma parte dessa luz. As partículas luminescentes convertem uma parte da luz absorvida em direção à luz de um segundo espectro. Dependendo da quantidade de partículas luminescentes no produto de silicone 304, o primeiro espectro e o segundo espectro serão emitidos no ambiente em uma proporção específica que determina a cor da luz emitida pela unidade de iluminação 300. A unidade de iluminação 300 é relativamente eficiente. O material luminescente no produto de silicone 304 provê uma alta eficiência quântica, e o produto de silicone 304 auxilia no desacoplamento de luz do emissor de luz em estado sólido 306, e, assim, não é apreendida muita luz no emissor de luz em estado sólido 306. Exemplos de emissor de luz em estado sólidos são Diodos Emissores de Luz (LEDs), diodo(s) emissor(es) de luz orgânico(s) OLEDs, ou, por exemplo, diodos de laser. Deve ser observado que a invenção não é limitada às unidades de iluminação 300 das quais o espaço interior é completamente preenchido com o produto de silicone 304. Nas realizações específicas, o espaço interior é parcialmente preenchido com silicone e parcialmente preenchido com o produto de silicone, de acordo com o primeiro aspecto da invenção.
[070] A Figura 4 apresenta esquematicamente uma realização de um método 400 de fabricação de um produto de silicone compreendendo material luminescente imobilizado. Na etapa 402, uma mistura de partículas de enchimento de um material inerte de transmissão de luz e um material luminescente é obtido. O material luminescente compreende partículas que apresentam confinamento quântico e têm, pelo menos em uma dimensão, um tamanho na variação de nanômetros. Na mistura, as partículas do material luminescente são situadas em uma superfície das partículas de enchimento. Em uma etapa subsequente 404, a mistura obtida na etapa 402 é misturada com um material polimérico que compreende um material do grupo de polisiloxanos. O material luminescente também pode compreender material que tem, em pelo menos uma dimensão, um tamanho na variação de nanômetros, mas não apresenta confinamento quântico. As partículas de material luminescente estão na superfície das partículas de enchimento e são, portanto, imobilizadas. Isso significa que, quando a mistura for misturada ao material polimérico, as partículas de material luminescente não floculam ou agregam e permanecem na superfície das partículas de enchimento e, assim, é a eficiência quântica do material luminescente não influenciado negativamente quando aplicado no material polimérico.
[071] A etapa 402 de obtenção da mistura de partículas de enchimento e do material luminescente pode, opcionalmente, ser subdividida nas etapas subsequentes:
[072] - obtenção 406 de uma primeira mistura homogênea de partículas de enchimento em um primeiro solvente;
[073] - obtenção 408 de uma segunda mistura homogênea de partículas de enchimento em uma segunda mistura dissolvida;
[074] - mistura 410 da primeira mistura homogênea com a segunda mistura homogênea para obter uma terceira mistura homogênea;
[075] - floculação 412, 414 do material luminescente nas partículas de enchimento ao alterar 412 uma composição de solvente da terceira mistura homogênea ou alterar 414 uma qualidade de solvente da terceira mistura homogênea.
[076] Nas etapas discutidas acima, as partículas de enchimento podem ser partículas de sílica hidrofobizadas e o primeiro solvente é geralmente um solvente não polar ou levemente polar adequado. Exemplos de material adequado para o primeiro solvente são: tolueno, xileno, acetato de butila ou hexametildissiloxano, ou alcoóis maiores, como n-decanol. Se as partículas do material luminescente forem pontos quânticos, eles são tipicamente diluídos de uma solução-mãe para o segundo solvente para formar uma dispersão estável. O segundo solvente pode ser o mesmo solvente que o primeiro solvente ou pelo menos um solvente de um tipo semelhante.
[077] A alteração 412 da composição de solvente da terceira mistura homogênea pode ser realizada ao adicionar um terceiro solvente à terceira mistura homogênea. Solventes que são mais polares que o primeiro solvente e segundo solvente são mais efetivos em estabelecer a floculação. Também, algum outro não polar específico pode causar a floculação do material luminescente nas partículas de enchimento. Um exemplo de um solvente mais polar é carbonato de propileno. O ponto de ebulição de carbonato de propileno é relativamente alto (240 °C) , o que é vantajoso quando os solventes forem removidos da mistura por tratamento térmico; o primeiro solvente e segundo solvente serão removidos antes de o solvente ser removido, e, assim, a probabilidade de que as partículas de material luminescente permaneçam na superfície das partículas de enchimento é aumentada.
[078] Opcionalmente, na etapa de mistura 404, a mistura obtidas da etapa 402 com um material polimérico compreendendo um material do grupo de polisiloxanos, o terceiro solvente ainda pode estar presente na mistura obtida. Geralmente, o material polimérico também compreende um quarto solvente e, quando a mistura do material polimérico e as misturas de partículas luminescentes em superfícies partículas de enchimento forem curadas, em uma realização vantajosa, o quarto solvente é removido antes de o terceiro solvente ser removido.
[079] Alternativamente, a qualidade de solvente da terceira mistura homogênea pode ser alterada 414 ao alterar a temperatura da terceira mistura homogênea. Com solventes adequados, aquecimento ou resfriamento resultam na floculação de pontos quânticos e, assim, na floculação do material luminescente nas partículas de enchimento. Por exemplo, as partículas luminescentes são estáveis de maneira coloidal nos solventes subsequentes em temperatura ambiente, mas floculam a -18 °C: dimetil-éter de dipropilenoglicol, acetato de isobutila, metil isobutil cetona e acetato de n- amila.
[080] Adicional e opcionalmente, a terceira mistura homogênea é seca 416. A secagem pode, por exemplo, ser realizada por tratamento de calor e/ou ao criar um vácuo.
[081] A etapa de mistura 404 da mistura de partículas de enchimento e do material luminescente com o material polimérico pode ser seguida por uma etapa de cura 420 da mistura obtida na etapa 404...
[082] Deve ser observado que, a menos que explicado de outra forma, a ordem das etapas do método pode ser diferente ou algumas etapas podem ser executadas em paralelo. Por exemplo, as etapas 406 e 408 de obtenção da primeira mistura homogênea e de obtenção da segunda mistura homogênea podem ser executadas em paralelo ou em outra ordem.
[083] Em um teste comparativo, duas amostras foram fabricadas. Uma primeira amostra foi fabricada de acordo com os métodos de fabricação da técnica anterior de um produto de silicone contendo material luminescente, e uma segunda amostra foi fabricada, de acordo com a invenção.
[084] A primeira amostra foi fabricada como segue: 15 μl de uma solução-mãe de pontos quânticos (10% p/v) foi diluído em 1 ml de tolueno. A solução diluída foi adicionada a 70% silicone (KJR9226) em solução de tolueno. Camadas do produto de silicone foram preparadas por fundição em gotas. Especialmente, para a criação de uma imagem de Microscopia de Transmissão de Elétron (TEM), uma camada fina foi preparada ao remover rapidamente o líquido em excesso na janela de TEM utilizando forças capilares. As camadas foram curadas, 5 minutos a 50°C, 5 minutos a 100°C e 30 minutos 15 a 150°C. Foi observado na imagem TEM que os pontos quânticos formaram aglomerados, por exemplo, com um diâmetro de cerca de 100 nm. Aglomerados bi e tridimensionais foram encontrados na amostra. Uma quantidade limitada de pontos quânticos foi encontrada como um ponto quântico.
[085] A segunda amostra foi fabricada como segue: 0,1 g de sílica (WP-300) foi disperso em 1 ml de 1- decanol (bp=233 °C) . 15 μl de uma solução-mãe de pontos quânticos (10% p/v) foi diluída em 1 ml de 1-decanol. Essas duas dispersões foram adicionadas juntamente. Uma quantidade de 0,2 ml de carbonato de propileno foi adicionado, o que foi suficiente para causar floculação dos pontos quânticos. Após isso, a amostra foi deixada agitando por 15 minutos. Subsequentemente, 0,6 ml de resina de silicone (KJR9226 - 50% em fenol (bp=170°C)) foi adicionado. Camadas do produto de silicone foram preparadas por fundição em gotas. Especialmente, para criação de uma imagem de Microscopia de Transmissão de Elétron (TEM), uma camada fina foi preparada ao remover rapidamente líquido em excesso na janela TEM utilizando forças capilares. As camadas foram curadas, 5 minutos a 50°C, 5 minutos a 100°C e 30 minutos 15 a 150 °C. Foi observado na imagem TEM que dificilmente quaisquer pontos quânticos livres estavam presentes e que os pontos quânticos são afixados às partículas de sílica. A maioria dos pontos quânticos foi espaçada em alguma distância de outros pontos quânticos - somente um número menor de pontos quânticos formou pequenos aglomerados de pontos quânticos na superfície das partículas de sílica. .
[086] Deve ser observado que as realizações mencionadas acima ilustram ao invés de limitar a invenção, e que os técnicos no assunto serão capazes de projetar muitas realizações alternativas sem desviar do escopo das reivindicações anexas...
[087] Nas reivindicações, quaisquer sinais de referência colocados entre parênteses não devem ser construídos como limitantes da reivindicação. O uso do verbo “compreender” e suas conjugações não exclui a presença de elementos ou etapas que não as declaradas em uma reivindicação. O artigo “um” ou “uma” antecedendo um elemento não exclui a presença de uma pluralidade desses elementos. A invenção pode ser implementada por meio de hardware compreendendo diversos elementos diferentes. Na reivindicação de produto que enumera diversos meios, diversos desses meios podem ser realizados por uma e pela mesma característica. O mero fato de que determinadas medidas são mencionadas em reivindicações dependentes mutuamente diferentes não indica que uma combinação dessas medidas não pode ser utilizada como vantagem.
Claims (15)
1. PRODUTO DE SILICONE (100, 304), caracterizado por compreender - material polimérico (110) compreendendo um material do grupo de polisiloxanos, o material polimérico (110) sendo transmissor de luz, - material luminescente (130, 230) compreendendo partículas tendo, pelo menos em uma dimensão (d2), um tamanho na variação de nanômetros, o material luminescente (130, 230) sendo configurado para absorver luz de uma primeira variação espectral e para converter uma parte da luz absorvida em luz de uma segunda variação espectral, - partículas de enchimento (120, 220) de um material inerte de transmissão de luz que é miscível com o material luminescente (130, 230), as partículas de enchimento (120, 220) sendo providas no material polimérico, em que as partículas de material luminescente (130, 230) são distribuídas ao longo de uma superfície das partículas de enchimento (120, 220).
2. PRODUTO DE SILICONE (100, 304), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelas partículas de enchimento (120, 220) serem maiores que as partículas do material luminescente (130, 230).
3. PRODUTO DE SILICONE (100, 304), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo material luminescente (130, 230) compreender pelo menos um dentre pontos quânticos, barras quânticas e tetrápodes quânticos.
4. PRODUTO DE SILICONE (100, 304), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por pelo menos 60% das partículas do material luminescente (130, 230) ser separado o suficiente de outras partículas do material luminescente (130, 230) para evitar uma redução da eficiência quântica dessas partículas.
5. PRODUTO DE SILICONE (100, 304), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelas partículas de enchimento (120, 220) serem partículas de sílica ou as partículas de enchimento (120, 220) compreenderem um material de um dentre alumina, titânio, sílica ou a argila.
6. PRODUTO DE SILICONE (100, 304), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelas partículas do material luminescente (130, 230) compreenderem uma primeira camada (232) de material orgânico em sua superfície.
7. PRODUTO DE SILICONE (100, 304), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelas partículas de enchimento (120, 220) compreenderem uma segunda camada (222) de material orgânico em sua superfície.
8. PRODUTO DE SILICONE (100, 304), de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 ou 7, caracterizado por pelo menos uma dentre a primeira camada (232) e a segunda camada (222) de material orgânico ser uma monocamada.
9. PRODUTO DE SILICONE (100, 304), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por não mais que 10% da superfície das partículas de enchimento (120, 220) ser coberto pelas partículas do material luminescente (130, 230).
10. PRODUTO DE SILICONE (100, 304), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela quantidade relativa do material luminescente (130, 230) ser pelo menos 0,05% em peso do produto de silicone (100, 304) e a quantidade relativa do material luminescente (130, 230) ser não mais de 10% em peso do produto de silicone (100, 304).
11. PRODUTO DE SILICONE (100, 304), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela quantidade relativa das partículas de enchimento (120, 220) ser não mais que 40% em peso do produto de silicone (100, 304), e a quantidade relativa das partículas de enchimento (120, 220) ser pelo menos duas vezes a quantidade relativa de material luminescente (130, 230) expressa como uma porcentagem em peso do produto de silicone (100, 304).
12. PRODUTO DE SILICONE (100, 304), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo produto de silicone (100, 304) ser uma resina e o material polimérico (110) ser uma resina de silicone.
13. UNIDADE DE ILUMINAÇÃO (300), caracterizada por compreender - uma fonte de luz (306), - um produto de silicone (100, 304), conforme definido na reivindicação 1, sendo disposto para receber luz da fonte de luz (306).
14. MÉTODO (400) DE FABRICAÇÃO DE UM PRODUTO DE SILICONE, conforme definido na reivindicação 1, caracterizado por compreender um material luminescente imobilizado, o método (400) compreende as etapas de: - obtenção (402) de uma mistura de partículas de enchimento de um material inerte de transmissão de luz e um material luminescente compreendendo partículas que apresentam confinamento quântico e tendo, pelo menos em uma dimensão, um tamanho na variação de nanômetros, em que as partículas do material luminescente são situadas em uma superfície das partículas de enchimento, - mistura (404) da mistura com um material polimérico compreendendo um material do grupo de polisiloxanos.
15. MÉTODO (400) DE FABRICAÇÃO DE UM PRODUTO DE SILICONE, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pela etapa de obtenção de uma mistura compreender as etapas de: - obtenção (406) de uma primeira mistura homogênea das partículas de enchimento em um primeiro solvente, - obtenção (408) de uma segunda mistura homogênea do material luminescente em um segundo solvente, - mistura (410) da primeira mistura homogênea com a segunda mistura homogênea para obter uma terceira mistura homogênea, e - floculação (412, 414) do material luminescente nas partículas de enchimento ao alterar uma composição de solvente ou uma qualidade de solvente da terceira mistura homogênea.
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