BRPI0607749A2

BRPI0607749A2 - objeto luminescente, dispositivo fotovoltaico, visor ativado por luz fluorescente, sistema de iluminação de ambiente, janela, e, uso de um objeto luminescente

Info

Publication number: BRPI0607749A2
Application number: BRPI0607749-8A
Authority: BR
Inventors: Michael G Debije; Cees W M Bastiaansen; Dick J Broer; Michael J Escuti; Carlos Sanchez
Original assignee: Stichting Tech Wetenschapp
Priority date: 2005-02-16
Filing date: 2006-02-16
Publication date: 2010-03-16
Also published as: EP1854151A2; KR101287816B1; US20090044861A1; CN101840077B; CN101840077A; CA2598062A1; US8530740B2; WO2006088370A2; JP4986865B2; EP1854151B1; JP2008536953A; AU2006214859A1; CA2598038C; US8475033B2; CA2598038A1; EP1854150B1; CN101138100B; RU2397574C2; CN101138100A; AU2006214859B2

Abstract

OBJETO LUMiNESCENTE, DISPOSITIVO FOTOVOLTAICO, VISOR ATIVADO POR LUZ FLUORESCENTE, SISTEMA DE ILUMINAçãO DE AMBIENTE, JANELA, E, USO DE UM OBJETO LUMINESCENTE. Um primeiro aspecto da invenção refere-se a um objeto luminescente compreendendo: a. uma camada ou núcleo luminescente, contendo um material fotoluminescente; e b, um espelho seletivo de comprimento de onda; em que a camada luminescente ou núcleo luminescente é opticamente acoplado ao espelho seletivo de comprimento de onda, dito espelho seletivo de comprimento de onda sendo pelo menos 50% transparente à luz absorvida pelo material fotolumineseente e pelo menos 50% refletivo à radiação que é emitida pelo material fotoluminescente. O objeto luminescente, de acordo com a presente invenção, pode vantajosamente ser empregado em sistemas concentradores solares luminescentes, visto que ele possibilita transporte altamente eficiente de radiação emitida pelo material fotoluminescente, em seguida à exposição à luz solar incidente. Outro aspecto da invenção diz respeito a um dispositivo fotovoltaico, compreendendo um meio de acumulação de radiação eletromagnética, contendo o objeto luminescente supracitado e uma célula fotovoltaica capaz de converter a radiação óptica em energia elétrica, que é opticamente acoplada ao objeto luminescente. Outros aspectos da invenção incluem um visor ativado por luz fluorescente e um sistema de iluminação de recinto, compreendendo o objeto luminescente supracitado.

Description

"OBJETO LUMINESCENTE, DISPOSITIVO FOTOVOLTAICO, VISORATIVADO POR LUZ FLUORESCENTE, SISTEMA DE ILUMINAÇÃODE AMBIENTE, JANELA, E, USO DE UM OBJETO LUMINESCENTE"

CAMPO TÉCNICO DA INVENÇÃO

A presente invenção refere-se a um objeto luminescente e, emparticular, à aplicação de tal objeto luminescente em dispositivosconcentradores luminescentes ópticos, tais como dispositivos concentradoressolares luminescentes.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

O custo da energia solar por Watt unitário é deaproximadamente 5-10 vezes mais elevado do que a energia de outrasfontes, que incluam carvão, óleo, vento, biomassa e nuclear. A fim de reduziro custo da geração da energia solar em sistemas fotovoltaicos, é desejávelfazer uso eficiente da parte mais cara do sistema, a saber, a célula fotovoltaica(célula solar). Convencionalmente, isto é feito utilizando-se grandesconcentradores solares focalizadores de luz (pratos parabólicos). Estesdispositivos têm diversas desvantagens, incluindo elevado custo deinvestimento, elevado custo de manutenção, formatos não manejáveis e anecessidade de rastrear o sol à medida que ele cruza o céu: para umarecapitulação do estado atual da técnica, vide Swanson, Progress inPhotovoltaics: Research and Applications 8, 93 (2000).

Uma opção alternativa que tem sido assunto de investigações éutilizar um guia de onda que colete a luz e a transporte para uma pequenacélula fotovoltaica. Alguns destes esforços tentaram utilizar meiosholográficos (US5 877874) ou óptica geométrica para redirecionar a luz (vide,por exemplo, T. Uematsu et al. Sol Energ Mater Sol C 67, 415 (2001) e US4.505.264). Estas tentativas foram bastante mau sucedidas, especialmentepara grandes distâncias de transporte, porque a eficiência era baixa ou ossistemas requeriam rastreamento do sol ou os sistemas eram complexos e nãoadequados para produção em larga escala, ou combinações destes.

Os concentradores solares luminescentes (LSC) representamoutra alternativa que foi o assunto de investigações, predominantementeporque estes sistemas são de fácil produção a baixo custo e porque estessistemas não requerem rastreamento do sol. Os LSCs consistem basicamentede uma grande placa, lâmina, película, fibra, fita, tecido ou revestimentos devidro ou polimérico, que é dopada com moléculas de corante fluorescente. Oscorantes absorvem luz de comprimentos de onda específicos da luz solarincidente sobre eles e reemitem a luz em todas as direções em um mais longocomprimento de onda. Uma parte desta luz é emitida dentro do ângulo críticodo guia de onda suportante e é totalmente refletida internamente etransportada para a célula fotovoltaica. O LSC tem a vantagem de combinarmateriais menos dispendiosos com flexibilidade (especialmente quando guiade onda plástico é usado), sem necessidade de um dissipador de calor ou umsistema de rastreio de sol. Um sistema amostra com um diferente propósito(iluminação de ambiente) é descrito em Earp et al., Sol Energ Mat Sol C 84,411 (2004). No momento, os sistemas-LSC não são usados comercialmente, oque é predominantemente relacionado com sua fraca eficiência. Esta baixaeficiência total origina-se de uma elevada reabsorção da luz emitida(Deslocamento Stokes do corante limitado), de uma fraca eficiência da luz deacoplamento dentro do guia de onda e de uma fraca eficiência em manter aluz dentro do guia de onda.

A presente invenção objetiva remediar estas desvantagens dossistemas LSC, em particular fornecendo meios de aumentar a eficiência comque a luz emitida é mantida dentro do sistema-LSC.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

Verificou-se que a eficiência dos sistemas-LSC pode seraumentada substancialmente empregando-se (a) uma camada luminescente ounúcleo luminescente, contendo um material fotoluminescente, em combinaçãocom (b) um ou mais espelhos seletivos de comprimento de onda, que sãograndemente transparentes à luz absorvida pelo material fotoluminescente eque refletem fortemente a radiação óptica que é emitida pelo materialfotoluminescente. Em uma forma de realização preferida, é fornecido umobjeto luminescente compreendendo uma camada ou núcleo luminescente,contendo um material fotoluminescente e um espelho seletivo decomprimento de onda, em que a camada luminescente ou núcleo luminescenteé opticamente acoplado ao espelho seletivo de comprimento de onda, ditoespelho seletivo de comprimento de onda sendo pelo menos 50% transparente à luz absorvida pelo material fotoluminescente e pelo menos 50% reflexivo àradiação que é emitida pelo material fotoluminescente e em que o espelhoseletivo de comprimento de onda compreende uma camada colestérica depolímero nemático quiral.

O espelho seletivo de comprimento de onda supracitado podeadequadamente ser posicionado como uma camada separada em qualquerparte entre a camada/núcleo luminescente e a superfície que se destina areceber radiação óptica incidente. Assim, a luz incidente passará através doespelho seletivo de comprimento de onda, para excitar o materialfotoluminescente contido dentro da camada luminescente ou núcleoluminescente subjacente. A radiação óptica emitida pelo materialfotoluminescente que atinge o espelho seletivo de comprimento de onda serárefletida, assim evitando que dita radiação emitida escape do LSC. Comoresultado, a radiação emitida é concentrada alta e eficazmente dentro do LSC,resultando em uma melhorada eficiência total.

A fim de realizar os benefícios da presente invenção, o espelhoseletivo de comprimento de onda deve ser grandemente transparente àradiação que é capaz de excitar o material fotoluminescente e ao mesmotempo dito espelho deve eficazmente refletir a radiação emitida por ditomaterial fotoluminescente. Desta maneira, o um ou mais espelhos seletivos decomprimento de onda, empregados no objeto luminescente da presenteinvenção, são pelo menos 50% transparentes à luz absorvida pelo materialfotoluminescente e pelo menos 50% reflexivos à radiação que é emitida pelomesmo material fotoluminescente.

Em conseqüência, a invenção fornece um objeto luminescentecompreendendo uma camada ou núcleo luminescente, contendo um materialfotoluminescente; e um espelho seletivo de comprimento de onda; em que acamada ou núcleo luminescentes são opticamente acoplados ao espelhoseletivo de comprimento de onda, dito espelho seletivo de comprimento deonda sendo pelo menos 50% transparente à luz absorvida pelo materialfotoluminescente e pelo menos 50% reflexivo à radiação que é emitida pelomaterial fotoluminescente e em que o espelho seletivo de comprimento deonda compreende (a) uma camada empilhada polimérica e/ou (b) uma camadacolestérica de polímero nemático quiral.

Em uma forma de realização específica, a invenção forneceum objeto luminescente compreendendo uma camada ou núcleo luminescentecontendo um material fotoluminescente; e um espelho seletivo decomprimento de onda; em que a camada ou núcleo luminescente éopticamente acoplado ao espelho seletivo de comprimento de onda, ditoespelho seletivo de comprimento de onda sendo pelo menos 50% transparenteà luz absorvida pelo material fotoluminescente e pelo menos 50% reflexivo àradiação que é emitida pelo material fotoluminescente e em que o espelhoseletivo de comprimento de onda compreende uma camada colestérica depolímero nemático quiral, preferivelmente compreendendo uma primeira camada colestérica refletindo luz circularmente polarizada para a direitarefletora e uma segunda camada colestérica refletindo luz polarizada para aesquerda.

Em ainda outra forma de realização específica, a invençãofornece um objeto luminescente compreendendo uma camada ou núcleoluminescente, contendo um material fotoluminescente; e um espelho seletivode comprimento de onda; em que a camada ou núcleo luminescente éopticamente acoplado ao espelho seletivo de comprimento de onda, ditoespelho seletivo de comprimento de onda sendo pelo menos 50% transparente à luz absorvida pelo material fotoluminescente e pelo menos 50% reflexivo àradiação que é emitida pelo material fotoluminescente e em que o espelhoseletivo de comprimento de onda compreende uma camada empilhadapolimérica, preferivelmente compreendendo uma primeira camada empilhadapolimérica, refletindo a polarização da luz e uma segunda camada empilhada polimérica, refletindo a polarização oposta da luz.

Exemplos de espelhos seletivos de comprimento de onda, quepodem vantajosamente ser empregados de acordo com a presente invençãoincluem células poliméricas e camadas colestéricas de polímero nemáticoquiral.

De acordo com um aspecto da invenção, a invenção refere-se aum objeto luminescente compreendendo um polímero alinhado que contémum material fotoluminescente orientado, dito polímero alinhado tendo umângulo de pré-inclinado de 10 - 90° em relação à superfície do objeto. Emuma forma de realização específica, a invenção é direcionada a um objetoluminescente compreendendo uma camada luminescente e um guia de onda,em que o objeto é um laminado óptico ou uma fibra óptica, o objetoluminescente sendo acoplado opticamente ao guia de onda, o objetoluminescente compreendendo um polímero alinhado, que contém um materialfotoluminescente orientado, dito material fotoluminescente orientado sendo imobilizado dentro do polímero alinhado e dito polímero alinhado tendo umângulo pré-inclinado de 10 - 89°, preferivelmente 10 - 90°, maispreferivelmente 10 - 85°, mesmo mais preferivelmente 15 - 85°, ainda mesmomais preferivelmente 30 - 80°, mais preferivelmente 30 - 0o, ainda mesmomais preferivelmente 40 - 70° em relação à superfície do objeto.Este objeto luminescente pode ser usado para converter luzincidente em luz de um mais longo comprimento de onda. No caso da luzemitida ser irradiada em um ângulo relativamente pequeno em relação àsuperfície do objeto (requerendo o uso de um ângulo pré-inclinadorelativamente elevado), a luz emitida pode ser transportada eficientementedentro do plano paralelo a dita superfície para, por exemplo, uma saída ou umdispositivo fotovoltaico. Assim, a presente invenção pode ser aplicada comotal, sem um guia de onda separado, em, p.ex., LSCs. Neste caso particular, émuito vantajoso utilizarem-se materiais fotoluminescentes com um grande Deslocamento de Stokes e/ou com pouca sobreposição entre os espectros deabsorção e emissão, para evitar grandes perdas de luz pelos fenômenos de reabsorção.

DEFINIÇÕES

O termo "luminescência", como aqui usado, refere-se àcapacidade de um material emitir luz na absorção de luz ou outra radiação desuficiente energia quântica. O termo inclui tanto fluorescência comofosforescência.

O termo "luz" como aqui usado refere-se a radiação óptica,que pode ser visível ou invisível ao olho humano.

O termo "radiação óptica" refere-se à radiação eletromagnéticana faixa de comprimento de onda entre 100 nm e 2000 nm.

O termo "fotoluminescência" como aqui usado refere-se àluminescência gerada pela absorção da luz.

A expressão "material fotoluminescente" como aqui usadarefere-se a átomos ou moléculas, incluindo íons que são capazes defotoluminescência. A expressão "material fotoluminescente" também abrangecombinações de dois ou mais componentes fotoluminescentes, p. ex.,combinações de duas ou mais moléculas fotoluminescentes. A expressão"material fotoluminescente" também abrange sistemas hóspede-hospedeiro,compreendendo uma molécula fluorescente, polímeros e/ou co-polímerosfluorescentes.

O termo "reflexivo" como aqui usado significa que ummaterial reflete a maior parte da luz solar incidente e/ou luz emitida pelomaterial fotoluminescente. Mais particularmente, o termo "reflexivo"significa que dito material reflete pelo menos 50%, preferivelmente pelomenos 60%, mais preferivelmente pelo menos 80% e muitíssimopreferivelmente pelo menos 90% de dita luz. A refletividade de um material édeterminada pela luz incidente perpendicular à superfície reflexiva.

O termo "transparente" como aqui usado significa que ummaterial transmite a maior parte da luz solar incidente e/ou luz emitida pelomaterial fotoluminescente. Mais particularmente, o termo "transparente"significa que dito material transmite pelo menos 50%, preferivelmente pelomenos 70%, mais preferivelmente pelo menos 90% de dita luz, medida paraluz incidente perpendicular à superfície do objeto que é exposto a dita luzincidente.

O termo "célula polimérica" refere-se a películas demulticamadas contendo sub-camadas com diferentes índices refrativos,baseados em materiais orgânicos (poliméricos) que exibem seletividade decomprimento de onda, opcionalmente em combinação com seletividade depolarização: vide, por exemplo, US 6.157.490.

O termo "espelho seletivo de comprimento de onda" comoaqui usado refere-se a espelhos que são transparentes em comprimento deonda específicos e reflexivos em outros comprimentos de onda,opcionalmente em combinação com seletividade de polarização. Umavariedade de tais espelhos é conhecida na literatura.

A terminologia "camada colestérica de polímero nemáticoquiral" refere-se a uma camada compreendendo polímeros cujos gruposmesogênicos são alinhados predominantemente paralelos à superfície dacamada e em que as moléculas giram em relação entre si em uma direção pré-especificada, que é induzida por um dopante reativo ou não-reativo quiral.Especialmente, a terminologia "camada colestérica de polímero nemático"refere-se a uma camada que tem uma fase nemática quiral, que exibequiralidade (para a esquerda ou para a direita). Esta fase é com freqüênciachamada a fase colestérica, visto que ela foi primeiro observada paraderivados de colesterol. As moléculas quirais (aquelas que não têm simetriade inversão), reativas ou não-reativas, podem dar origem a uma tal fase. Estafase exibe uma torção das moléculas ao longo do diretor, com o eixogeométrico molecular perpendicular ao diretor. O ângulo de torção finita entremoléculas adjacentes é devido a seu acondicionamento assimétrico, queresulta em ordem quiral de maior alcance. O passo quiral refere-se à distância(ao longo do diretor) através da qual os mesogenes sofrem uma torçãocompleta de 360°. O passo pode ser variado ajustando-se a temperatura ouadicionando-se outras moléculas ao fluido LC.

Estes espelhos seletivos de comprimento de onda podem sersintonizados em comprimento de onda (vide, por exemplo, Katis et al. (1999)Chem. Mater. 11, 1590)) ou sintonizados em largura de faixa (vide, porexemplo, Broer et al. (1995) Nature 378, 467).

A expressão "comprimento de onda", como aqui usada, refere-se a componentes ópticos que são transparentes à luz e que confinam aradiação óptica de uma entrada a uma desejada saída.

A expressão "comprimento de onda transparente", como aquiusado, significa que um comprimento de onda transmite mais luz solarincidente e/ou luz emitida pelo material fotoluminescente. Maisparticularmente, a expressão "comprimento de onda transparente" significaque dito comprimento de onda transmite pelo menos 50%, preferivelmentepelo menos 70% de dita luz medida para luz incidente perpendicular ao guiade onda.As expressões "índice refrativo ordinário" e "índice refrativoextraordinário", como aqui usadas, referem-se aos índices refrativos de umpolímero alinhado perpendicular e paralelo ao eixo geométrico óptico dopolímero alinhado, respectivamente.

A expressão "índice refrativo do comprimento de onda"refere-se ao índice refrativo do comprimento de onda no estado isotrópico.Em casos específicos, podem ser usados comprimentos de onda orientadospodem ser usados que exibem biirefringência devido a, por exemplo, fluirdurante o processo de produção.

A expressão "camada de polimérica", como aqui usada,abrange materiais poliméricos na forma de lâminas, tiras, faixas, fibras, fitas,tecido e filamentos. A invenção não é limitada a camadas de polímero planase inclui camadas poliméricas que foram dobradas, moldadas ou de outromodo conformadas, desde que o polímero alinhado dentro da camada polimérica seja orientado em um ângulo pré-inclinado em relação à superfíciedo objeto como definido acima.

Os termos "alinhado" e "orientado", como aqui usados emrelação a polímeros, materiais fotoluminescentes ou a grupos contidos nestespolímeros ou materiais são sinônimos e indicam que, entre estes polímeros, materiais ou grupos, uma orientação espacial particular está prevalecendo.

A terminologia "polímero alinhado tendo um ângulo pré-inclinado de 10 - 90o" indica que os grupos mesogênicos do polímeroalinhado são orientados em um ângulo pré-inclinado de pelo menos 10 - 90°em relação à superfície do objeto luminescente.

A expressão "cristal líquido" ou "mesogene" é usada paraindicar materiais ou compostos compreendendo um ou mais gruposmesogênicos (semi-) rígidos conformados em haste, conformado em banana,conformado em prancha ou conformado em disco, isto é, grupos com acapacidade de induzir comportamento de fase de cristal líquido. Oscompostos de cristal líquido com grupos conformados em haste ouconformados em prancha são também conhecidos na técnica como cristaislíquidos 'calamíticos'. Os compostos de cristal líquido com um grupoconformado em disco são também conhecidos na técnica como cristaislíquidos 'discóticos'. Os compostos ou materiais compreendendo gruposmesogênicos não necessariamente têm que exibir eles próprios uma fase decristal líquido. É também possível que eles apresentem comportamento defase de cristal líquido somente em misturas com outros compostos ou quandoos compostos ou materiais mesogênicos, ou suas misturas, são polimerizados.

Para fins de simplicidade, a expressão "material de cristallíquido" é usado a seguir tanto para descrever materiais de cristal líquidocomo materiais mesogênicos e o termo "mesogênio" é usado para os gruposmesogênicos do material. Os compostos ou materiais compreendendo gruposmesogênicos não necessariamente exibem eles próprios uma fase de cristallíquido. É também possível que eles apresentam um comportamento de fasede cristal líquido somente em uma camada definida (polimerizada), p. ex.,uma camada de revestimento em um guia de onda (vide abaixo).

A expressão "monômero cristalino líquido" como aqui usadarefere-se a um material que pode sofrer polimerização, desse modocontribuindo com unidades constitucionais para a estrutura essencial de umpolímero cristalino líquido.

A expressão "monômero cristalino líquido reativo", como aquiusada, refere-se a uma monômero cristalino líquido que contém um gruporeativo que podem ser polimerizados para formar um polímero cristalinolíquido ou rede polimérica cristalina líquida.

A expressão "polímero cristalino líquido" como aqui usadarefere-se a um material polimérico em um estado mesomórfico, tendo ordemorientacional de longo alcance e ordem posicionai parcial ou desordemposicionai completa (IUPAC Recommendations 2001; Pure Appl. Chem.(2002) 74(3), 493 - 509).

A expressão "relação dicróica" como aqui usada refere-se àrelação dicróica derivada da absorção seletiva de polimerização do materialfotoluminescente.

A relação dicróica é derivada de medições de absorçãoempregando-se luz linearmente polimerizada com a equação abaixo:

R = A///Ai

Nesta equação, R é a relação dicróica, A// a absorvência daamostra com o campo elétrico da luz incidente alinhada paralela à direção dealinhamento induzida pelo polímero alinhado e Aj_ a absorvência da amostracom o campo elétrico da luz incidente alinhada perpendicular à direção dealinhamento induzida pelo polímero alinhado. A relação dicróica de ummaterial fotoluminescente pode ser determinada por meio de diferentestécnicas bem conhecidas da técnica, a adequabilidade de cujas técnicasdependem da natureza do material fotoluminescente e da matriz poliméricaem que é contido.

A frase "revestimento polimérico fotoluminescentehomeotropicamente alinhado" refere-se a um revestimento poliméricocompreendendo material fotoluminescente, em que o ângulo de pré-inclinadoé 90°.

A expressão "ângulo pré-inclinado" do alinhamento refere-se aum ângulo feito com a horizontal, por exemplo, a superfície de uma camadasuperior, e é conhecido da pessoa hábil na técnica.

DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A Fig. 1 representa uma seção transversal de um laminadoóptico compreendendo uma camada luminescente 1 e um guia de onda 2. Olaminado além disso compreende duas camadas colestéricas refletoras seletivade comprimento de onda e seletiva de polarização 7 e 8, bem como umacamada espelho refletiva 9. A radiação óptica, representada pelas setas 4,penetra no laminado através da camada colestérica esquerda 8 e da camadacolestérica direita 7 e alcança a camada luminescente 1. Dentro da camadaluminescente 1, as moléculas fotoluminescentes 3, que estiveram alinhadasem uma pré-inclinação, são excitadas pela radiação incidente 4 e emitemradiação óptica representada pelas setas 5. Uma grande fração da radiaçãoemitida 5 penetra no guia de onda 2, onde ela é internamente refletida atéalcançar a saída 10 ou 11. As camadas colestéricas 7 e 8 asseguram que nãomais do que uma pequenina fração da radiação emitida 5 escapem dolaminado, visto que, juntos, estes espelhos seletivos de onda 7 e 8 eficazmenterefletem a radiação emitida, que repenetra na camada luminescente 1. Acamada espelho 9 reflete a radiação óptica 4 e radiação emitida 5 de voltapara dentro do guia de onda.

A Fig. 2 representa uma seção transversal de um laminadoóptico que é idêntico ao mostrado na Fig. 1, exceto que a camada espelho 9 ésubstituída por duas camadas colestéricas 9a e 9b. Empregando-se umacombinação de camadas colestéricas 7, 8, 9a e 9b, que é grandementerefletiva à radiação emitida 5, porém transparente para a radiação óptica 12,que não é absorvida pelas moléculas de corante fotoluminescente 3, pode serassegurado que a radiação óptica 12 deslocar-se-á através do laminadocompleto. Este laminado particular pode vantajosamente ser empregado comouma vidraça que seletivamente concentra uma fração da luz solar incidente,enquanto permitindo que a outra fração se desloque através da vidraça. Comomencionado acima, em vez de duas camadas 9a e 9b, mais ou menos camadaspodem ser usadas.

A Fig. 3 representa uma seção transversal de um laminadoóptico compreendendo uma camada luminescente 1 e um guia de onda 2. Olaminado além disso compreende uma camada de células poliméricas 7,compreendendo uma pluralidade de sub-camadas 7a a 7k, bem como umacamada espelho reflexiva 9. A radiação óptica, representada pelas setas 4,penetra no laminado através da camada de células poliméricas 7 e alcança acamada luminescente 1. Dentro da camada luminescente 1, as moléculasfotoluminescentes alinhadas inclinadas 3 são excitadas pela radiação incidente4 e emitem radiação óptica representada pelas setas 5. Uma grande fração daradiação emitida 5 penetra no guia de onda 2, onde é internamente refletidaaté alcançar a saída 10. A camada de células poliméricas 7 assegura que nãomais do que uma pequenina fração da radiação emitida 5 escape do laminadoóptico, visto que este espelho seletivo de comprimento de onda 7 eficazmentereflete a radiação emitida que repenetra na camada luminescente 1. A camadaespelho 9 reflete a radiação óptica 4 e radiação emitida 5 de volta para dentrodo guia de onda 2. Três lados do laminado óptico, incluindo saída 11, sãotambém fornecidos com um revestimento espelho reflexivo 9, que refletetanto a radiação óptica 4 e a radiação emitida 5 de volta para o guia de onda 2.Assim, eficazmente a única saída para a radiação emitida pelo laminadoóptico é a saída 10, que é opticamente acoplada a uma célula fotovoltaica 13.

A Fig. 4 representa uma seção transversal de uma fibra ópticacompreendendo uma camada luminescente 1 e um núcleo de guia de onda 2.O laminado, além disso, compreende duas camadas colestéricas reflexivasseletiva de comprimento de onda e seletiva de polarização 7 e 8. A radiaçãoóptica, representada pelas setas 4, penetra no laminado através da camadacolestérica esquerda 8 e da camada colestérica direita 7 e alcança a camadaluminescente 1. Dentro da camada luminescente 1, as moléculasfotoluminescentes alinhadas pré-inclinadas 3 são excitadas pela radiaçãoincidente 4 e emite radiação óptica representada pelas setas 5. Uma grandefração da radiação emitida 5 penetra no guia de onda 2, onde é internamenterefletida até alcançar a saída 10. As camadas colestéricas 7 e 8 asseguram quenão mais do que uma pequenina fração da radiação emitida 5 escape da fontede oscilação de radiação, visto que, juntos, estes espelhos seletivos decomprimento de onda 7 e 8 eficazmente refletem a radiação emitida, querepenetra na camada luminescente 1.

A Fig. 5a representa uma seção transversal de uma fonte deoscilação de radiação compreendendo um núcleo luminescente 1 e um guia deonda 2. O laminado além disso compreende duas camadas colestéricasreflexivas seletiva de comprimento de onda e seletiva de polarização 7 e 8. Aradiação óptica, representada pelas setas 4, penetra no laminado através dacamada colestérica esquerda 8 e da camada colestérica direita 7 e alcança onúcleo luminescente 1. Dentro da camada luminescente 1 as moléculasfotoluminescentes alinhadas pré-inclinadas 3 são excitadas pela radiação incidente 4 e emitem radiação óptica representada pelas setas 5. Uma grandefração da radiação emitida 5 penetra no guia de onda 2, onde ela éinternamente refletida até alcançar a saída 10. As camadas colestéricas 7 e 8asseguram que não mais do que uma pequenina fração da radiação emitida 5escape da fonte de oscilação de radiação, visto que, juntos, estes espelhos seletivos de comprimento de onda 7 e 8 eficazmente refletem a radiaçãoemitida, que colide com a parede externa do guia de onda 2.

A Fig. 5b representa uma seção transversal de uma fibra ópticacompreendendo um núcleo luminescente 1. O laminado além disso,compreende uma camada colestérica reflexiva seletiva de comprimento de onda e seletiva de polarização, nesta forma de realização duas camadas 7 e 8.A(s) camada(s) colestérica(s) 7 e 8 asseguram que não mais do que umapequenina fração da radiação emitida 5 escape da fibra óptica, visto que,juntos, estes espelho seletivo de comprimento de onda 7 e 8 eficazmenterefletem a radiação emitida, que colide com a parede externa do núcleo 1. O material fotoluminescente pode ser alinhado (como representado) ou pode serisotropicamente disposto (vede também abaixo).

A Fig. 6 representa uma seção transversal de um laminadoóptico compreendendo uma camada luminescente 1 e um guia de onda 2. Acamada luminescente 1 contém uma pluralidade de moléculas de corantefotoluminescente isotropicamente dispostas 3. A radiação óptica incidente 4penetra na camada luminescente 1, onde ela excita as moléculas de corantefotoluminescente 3 para emissão de radiação óptica 5 em todas as direções.

Como pode ser visto pela Fig. 1, uma fração significativa da radiação emitidadeixa a camada luminescente 1 através da superfície de topo 6, assimreduzindo a eficácia com que o laminado é capaz de concentrar a radiaçãoincidente.

A Fig. 7 representa uma seção transversal de um laminadoóptico que é idêntico ao representado na Fig. 6, exceto que a pluralidade de moléculas de corante fotoluminescente 3 foi alinhada em um ângulo de pré-inclinação a relativamente pequeno. As moléculas de corantefotoluminescente 3 emitem radiação óptica 5 largamente em uma direçãoperpendicular ao alinhamento pré-inclinado. Como mostrado na figura, aradiação é emitida em um ângulo relativamente grande em relação à interface14 entre a camada luminescente 1 e o guia de onda 2, permitindo que umagrande fração de dita radiação seja acoplada dentro do guia de onda.

A Fig. 8 representa um seção transversal de um laminadoóptico que é idêntico ao representado na Fig. 6, exceto que a pluralidade demoléculas de corante fotoluminescente 3 foi alinhada inclinada em um ângulo pré-inclinado a relativamente grande. As moléculas de corantefotoluminescente 3 emitem radiação óptica 5 grandemente em uma direçãoperpendicular ao alinhamento inclinado. Conseqüentemente, uma fraçãosignificativa da radiação emitida 5 atingirá a interface entre a camadaluminescente 1 e o guia de onda 2 em um ângulo que é bem acima do ângulode reflexão, significando que a maior parte desta radiação será refletida nainterface 14 da camada luminescente 1 e no guia de onda 2.

A Fig. 9 apresenta os resultados do exemplo 1.

A Fig. 10 representa esquematicamente uma instalação demedição como aqui usada.A Fig. 11 apresenta resultados do exemplo 2.

A Fig. 12 representa esquematicamente uma instalação demedição como aqui usada.

As Figs. 13a-13c representa esquematicamente numerosasformas de realização gerais de acordo com a presente invenção, em que acamada luminescente 1 contém uma pluralidade de moléculas de corantefotoluminescente isotropicamente dispostas 3. A Figura 13a representaesquematicamente uma forma de realização geral com a camada luminescente1 e um espelho seletivo de comprimento de onda compreendendo um espelhoseletivo de comprimento de onda 7 (ou 8), que preferivelmente compreendeuma camada colestérica, refletindo luz circularmente polarizada para aesquerda ou para a direita. A Figura 13b representa esquematicamente umaforma de realização compreendendo duas camadas espelho seletivas 7 e 8,preferivelmente compreendendo camadas colestéricas que preferivelmenterefletem luz circularmente polarizada para a esquerda e para a direita,respectivamente. A Figura 13c representa esquematicamente uma forma derealização com numerosos espelhos seletivos de comprimento de onda 7 (ou8), todas as camadas sendo reflexivas à luz polarizada circular ou linear,Preferivelmente, estas camadas compreendem camadas colestéricas quepreferivelmente todas refletem a luz circularmente polarizada para a esquerdaou para a direita, isto é, uma forma de realização com numerosas camadascolestéricas, cada uma refletindo luz circularmente polarizada para a esquerdaou para a direita. Como será evidente para a pessoa hábil na técnica,combinações destas formas de realização são possíveis. Não desenhada, mas em adição à camada luminescente 1, pode haver um guia de onda 2 e um oumais espelhos 9, 9a, 9b ou outras camadas, como representado nas figuras 1-5a, 14a-e e 16a-16c. Por exemplo, a camada luminescente 1 das figuras 1-ba,14a-e e 16a-c pode, em vez do alinhamento representado, conter umapluralidade de moléculas de corante fotoluminescente isotropicamentedispostas 3. Isto significa que a camada 1 das formas de realização, como porexemplo representada nas Figuras l-5b, 14a-e, 15 e 16a-c, pode conter, emvez das moléculas fotoluminescentes alinhadas 3, conter moléculasfotoluminescentes isotropicamente dispostas 3. No caso de não estar presentenenhum guia de onda separado 2, as moléculas fotoluminescentes sãopreferivelmente isotropicamente dispostas; No caso de um guia de onda 2estar presente, moléculas fotoluminescentes alinhadas 3 podem estarpresentes.

As Figs. 14a-14e representam esquematicamente formas derealização dos dispositivos de acordo com a invenção, compreendendo umLSC e uma célula fotovoltaica 13. Em vez do espelho 9, um a ou maiscamadas colestéricas podem ser usadas (vide também a figura 5).

A Fig. 15 representa esquematicamente uma forma derealização de um dispositivo de acordo com a presente invenção,compreendendo um número (isto é, aqui 2 ou mais) de LSCs e uma célulafotovoltaica 13. Acoplamento óptico pode ser conseguido via guia de onda(por exemplo, fibras ópticas) 26. A radiação do guia de onda 2 podeopcionalmente ser colimada dentro do guia de onda 26 pelos colimadores 25.

As Figs. 16a (espelho 9 ou uma ou mais camadas colestéricasnão incluídos) e 16b mostram esquematicamente variantes das figuras 1 e 14b(porém podem também ser aplicadas como variantes para outras formas derealização). A Fig. 16c mostra esquematicamente outra variante da figura 1(porém pode também ser aplicada como variante para outras formas derealização).

As figuras esquemáticas aqui não excluem a presença deoutros elementos como, por exemplo, camadas de alinhamento para alinharuma ou mais camada(s) colestérica(s) ou camadas de alinhamento paraproduzir o alinhamento da(s) camada(s) polimérica(s) alinhada(s), como seráevidente para a pessoa hábil na técnica.Além disso, com referência às figuras l-5a e 14a-14e, ainvenção é também dirigida a formas de realização em que a posição do guiade onda 2 e camada luminescente 1 são trocadas. Por exemplo, com referênciaà figura 1, isto forneceria uma célula com a seguinte seqüência: camadacolestérica 8, camada colestérica 7, guia de onda 2, camada luminescente 1,espelho reflexivo 9 (vide figura 16a). Com referência, por exemplo, à figura14a, esta forneceria uma célula com a seguinte seqüência: camada colestérica8, camada colestérica 7, guia de onda 2, camada de alinhamento 20, camadaluminescente 1, espelho reflexivo 9 (vide figura 16b). Igualmente, isto aplica-se às outras formas de realização descritas e esquematicamente representadasdaqui.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

Uma célula solar luminescente é também descrita em DE2737847, compreendendo células contendo soluções fluorescentes alternadascom células contendo gás (ar). Entretanto, o LSC da DE 2737847 nãocompreende um guia de onda nem descreve um material fotoluminescenteorientado sendo imobilizado dentro do polímero alinhado, em que o polímeroalinhado tem um ângulo pré-inclinado de 10 - 90° em relação à superfície doobjeto luminescente. Além disso, Dl descreve o uso de filtros deinterferência, porém não descreve o uso de um material colestérico comoespelho seletivo de comprimento de onda. Em conseqüência, o LSC ou, maisprecisamente, o objeto luminescente da DE 2737847 não fornece as vantagensaqui descritas do LSC e objeto luminescente, respectivamente. As camadasluminescentes e as camadas seletivas de comprimento de onda podemtambém ser conhecidas pela US2002/07035, EP0933655 e US2004/0105617,porém nenhum destes documentos descreve uma camada luminescente e umespelho seletivo de comprimento de onda compreendendo um materialcolestérico.

Um primeiro aspecto da invenção refere-se a um objetoluminescente compreendendo:

a. uma camada ou núcleo luminescente, contendo um material fotoluminescente; e

b. um espelho seletivo de comprimento de onda;

em que a camada luminescente ou núcleo luminescente éopticamente acoplado ao espelho seletivo de comprimento de onda, ditoespelho seletivo de comprimento de onda sendo pelo menos 50% transparenteà luz absorvida pelo material fotoluminescente e pelo menos 50% reflexivo àradiação que é emitida pelo material fotoluminescente.

É um aspecto essencial do presente objeto que a refletividadedo espelho seletivo de comprimento de onda para radiação emitida pelomaterial fotoluminescente substancialmente exceda a refletividade do mesmo espelho para radiação óptica absorvida por dito material fotoluminescente.Preferivelmente, a refletividade para a radiação emitida excede a refletividadepara a radiação absorvida em pelo menos 50%, mais preferivelmente pelomenos 80%> e, muitíssimo preferivelmente, em pelo menos 100%).

A fim de gozar de vantagem completo do espelho seletivo decomprimento de onda, dito espelho deve cobrir pelo menos 80%) de um ladoda camada luminescente ou pelo menos 80% da superfície externa do núcleoluminescente. Além disso, prefere-se empregar um espelho seletivo decomprimento de onda relativamente fino. Tipicamente, a espessura do espelhoseletivo de comprimento de onda não excede 100 um, preferivelmente nãoexcede 20 um. Usualmente, a espessura do espelho supracitado excederá 5um. Observa-se que o espelho seletivo de comprimento de onda da presenteinvenção pode adequadamente compreender duas ou mais camadas que,juntas, funcionem como um espelho seletivo de comprimento de onda, p. ex.,uma célula polimérica ou uma combinação de camadas colestéricas.A eficiência do arranjo supracitado é dependente tanto datransparência do espelho seletivo de comprimento de onda para luz absorvidapelo material fotoluminescente como da refletividade do mesmo espelho paraa radiação emitida. Preferivelmente, ambos os parâmetros são maximizados,visto que na prática é difícil otimizar ambos os parâmetrosindependentemente. É exeqüível fornecer-se um espelho seletivo decomprimento de onda que seja pelo menos 60%, preferivelmente 70%transparente, mais preferivelmente pelo menos 80% e, muitíssimopreferivelmente, pelo menos 90% transparente à luz que é absorvida pelosmateriais fotoluminescentes. Ademais, é possível fornecer-se um espelhoseletivo de comprimento de onda que seja pelo menos 60%, preferivelmente70%o, mais preferivelmente pelo menos 90% refletivo à radiação que é emitidapelo material fotoluminescente.

A eficiência com que o presente objeto concentra a radiaçãoemitida pelo material fotoluminescente criticamente depende da eficiênciacom que o espelho seletivo de comprimento de onda reflete dita radiação.Tipicamente, o espelho seletivo de comprimento de onda exibe umarefletividade máxima de pelo menos 50%, preferivelmente de pelo menos60%o, mais preferivelmente de pelo menos 70% para radiação óptica com umcomprimento de onda dentro da faixa de 500 - 2000 nm, preferivelmentedentro da faixa de 600 - 2000 nm e, muitíssimo preferivelmente, dentro dafaixa de 630- 1500 nm.

Igualmente e em particular, se o espelho seletivo decomprimento de onda for posicionado como uma camada separada emqualquer lugar entre a camada/núcleo luminescente e a superfície que sepretende receba a radiação óptica incidente, é importante que a radiaçãoaltamente energética, que é capaz de excitar o material fotoluminescente, sejatransmitida por dito espelho com alta eficiência. Portanto, o espelho seletivode comprimento de onda preferivelmente exibe uma transmitância máxima depelo menos 60%, preferivelmente de pelo menos 70% para radiação ópticacom um comprimento de onda dentro da faixa de 350 - 600 nm,preferivelmente dentro da faixa de 250 - 700 nm e, mesmo maispreferivelmente, dentro da faixa de 100 - 800 nm.

Uma vez o comprimento de onda da radiação emitida pelomaterial fotoluminescente inevitavelmente exceda o comprimento de onda daradiação absorvida pelo mesmo material, prefere-se que o máximo derefletividade ocorra em um comprimento de onda que exceda a máximatransmitância, preferivelmente em pelo menos 30 nm, mais preferivelmente pelo menos 50 nm, mesmo mais preferivelmente em pelo menos 100 nm.

O espelho seletivo de comprimento de onda empregado nopresente objeto pode vantajosamente compreender um espelho seletivo decomprimento de onda polimérico e/ou um espelho seletivo de polarização.

Em uma forma de realização vantajosa, o espelho seletivo decomprimento de onda compreende um espelho seletivo de polarização queseja pelo menos 50%, preferivelmente pelo menos 60%, mais preferivelmentepelo menos 70% transparente à luz absorvida pelo material fotoluminescentee que seja pelo menos 50%, preferivelmente pelo menos 70% refletivo àradiação polarizada circular ou linear com a apropriada polarização, notavelmente à radiação polarizada circular ou linear, que é emitida pelomaterial fotoluminescente. Tal arranjo vantajoso pode ser realizadoempregando-se um espelho seletivo de comprimento de onda compreendendocamadas de células poliméricas e/ou camadas colestéricas.

O presente objeto luminescente pode vantajosamente conter espelho seletivo de comprimento de onda que compreende uma camadacolestérica de polímero nemático quiral. Em uma forma de realização mesmomais preferida, o espelho seletivo de comprimento de onda poliméricocompreende uma primeira camada colestérica refletindo a luz circularmentepolarizada para a direita e uma segunda camada colestérica refletindo a luzcircularmente polarizada para a esquerda. Na última forma de realização, acamada luminescente é adequadamente intercalada entre as camadascolestéricas e um guia de onda ou, alternativamente, um guia de onda éintercalado entre as camadas colestéricas e a camada luminescente.Preferivelmente, a camada luminescente é intercalada entre as camadascolestéricas adjacentes e o guia de onda. As camadas colestéricas são capazesde eficazmente refletir uma estreita faixa de radiação circularmentepolarizada. Dependendo da orientação helicoidal da camada colestérica, acamada refletirá a radiação circularmente polarizada para a direita ou para aesquerda. Empregando-se duas camadas colestéricas com orientaçõeshelicoidais opostas, a luz circularmente polarizada tanto para a direita comopara a esquerda será refletida eficazmente.

O presente objeto luminescente pode também vantajosamenteconter um espelho seletivo de comprimento de onda que compreenda uma oumais camadas colestéricas de polímero nemático quiral. Preferivelmente, oespelho seletivo de comprimento de onda polimérico compreende uma oumais camadas selecionadas do grupo consistindo de uma camada colestéricarefletindo a luz circularmente polarizada para a direita e uma camadacolestérica refletindo a luz circularmente polarizada para a esquerda. Em umaforma de realização, a camada polimérica alinhada luminescente pode serintercalada entre a(s) camada(s) colestérica(s) e o guia de onda ou o guia deonda pode ser intercalado entre a(s) camada(s) colestérica(s) e a camadapolimérica alinhada luminescente. Preferivelmente, a camada poliméricaalinhada luminescente é intercalada entre as camadas colestéricas adjacentes eo guia de onda.

Em variantes específicas, o espelho seletivo de comprimentode onda polimérico compreende uma ou mais camada(s) colestérica(s)refletindo a luz circularmente polarizada para a direita ou uma ou maiscamada(s) colestérica(s) refletindo a luz circularmente polarizada para aesquerda ou compreende tanto uma ou mais camada(s) colestérica(s)refletindo a luz circularmente polarizada para a direita como uma ou maiscamada(s) colestérica(s) refletindo a luz circularmente polarizada para aesquerda. Um "simples" sistema de duas camadas para a direita e para aesquerda pode, por exemplo, somente refletir uma largura de faixa de luz de75 nm. É possível alargar a faixa, porém na técnica isto parece não sersimples. De acordo com a invenção, pode vantajosamente ser mais fácilalargar a faixa de comprimentos de onda refletidos colocando em camadassucessivos colestéricos direitos no topo de cada outro, seguido porcolestéricos esquerdos no topo de cada outro, ou vice-versa, ou qualquercombinação de camadas direita e esquerdas. É também concebível utilizar-sesomente camadas direitas ou esquerdas de colestéricos para a inteira amostra,isto é, por exemplo, 2-5 camadas esquerdas ou 2-5 camadas direitas. Ainvenção não é restringida a um sistema de 2 camadas.

Uma substância quiral, misturada com um material nemático,induz uma torção helicoidal transformando o material em um materialnemático quiral, que é sinônimo de um material colestérico. O passocolestérico do material nemático quiral pode ser variado em uma faixabastante grande, com facilidade comparativa. O passo induzido pelasubstância quiral é, em uma primeira aproximação, inversamente proporcionalà concentração do material quiral usado. A constante de proporcionalidadedesta relação é chamada a potência de torção helicoidal (HTP) da substânciaquiral e definida pela equação:

HTP = l/(cP)

em que c é a concentração da substância quiral e P é o passohelicoidal induzido.

Os compostos opticamente ativos, que são capazes de induziruma estrutura helicoidal, são geralmente referidos como "dopantes quirais".

Muitos dopantes quirais foram sintetizados e exemplos típicosdeles incluem compostos representados pela seguinte estrutura: 2,2-dimetil4,5-difenil-l,3-dioxolano

<formula>formula see original document page 25</formula>

ZLI 811, ácido benzóico, 4-hexil-, 4-[[(l-metileptil)óxi]carbonil]fenil éster (9CI)

<formula>formula see original document page 25</formula>

A camada colestérica ou combinação de camadas colestéricasvantajosamente reflete a radiação óptica emitida pela camada ou núcleoluminescente e é grandemente transparente à radiação óptica com umcomprimento de onda na faixa de 100 - 600 nm, preferivelmente de 250 -700 nm e, muitíssimo preferivelmente, de 350 - 800 nm.

Em outra forma de realização, o presente objeto luminescenteadicionalmente compreende um espelho seletivo de comprimento de onda naforma de camada de células poliméricas, que é fortemente refletivo à radiaçãoque é emitida pelo material fotoluminescente. Mais particularmente, o espelhoseletivo de polarização polimérico compreende uma primeira camada de células poliméricas refletindo um plano da luz polarizada e uma segundacamada de células poliméricas, refletindo o plano oposto da luz polarizada,em que uma camada luminescente é intercalada entre as camadas de célulaspoliméricas e um guia de onda ou em que um guia de onda é intercalado entreas camadas de células poliméricas e o camada luminescente.

Em uma forma de realização específica, é fornecido um objetoluminescente, em que o espelho seletivo de comprimento de ondacompreende uma primeira camada de células poliméricas refletindo umapolarização de luz e uma segunda camada de células poliméricas refletindo apolarização de luz oposta, ambas as camadas de células poliméricas sendolocalizadas no mesmo lado da camada luminescente ou sendo localizadas forado núcleo luminescente.

As camadas de células poliméricas são capazes deseletivamente refletir a radiação óptica dentro de uma certa faixa decomprimentos de onda. As camadas de células poliméricas são tambémreferidas como refletores de multicamadas e são usadas para dividir partes doespectro eletromagnético entre reflexão e transmissão. As camadas de célulaspoliméricas tipicamente empregam numerosas camadas de pelo menos doisdiferentes materiais dentro de uma célula óptica. Os diferentes materiais têmíndices refrativos ao longo de pelo menos um eixo geométrico em plano dacélula, que são suficientemente diferentes para substancialmente refletir luzna interface das camadas. As camadas de células poliméricas podem serconstruídas para refletir radiação óptica incidente em ângulos de incidênciaperpendiculares e/ou oblíquos.

Preferivelmente, as camadas de células poliméricasempregadas no presente objeto luminescente foram projetadas para refletirradiação óptica acima de 600 nm, mais preferivelmente acima de 700 nm e,muitíssimo preferivelmente, acima de 800 nm. Em uma forma de realizaçãopreferida, a camada luminescente é intercalada entre a camada de célulaspoliméricas e um guia de onda.

As camadas de células poliméricas, que são empregadas comoespelhos seletivos de comprimento de onda de acordo com a presenteinvenção, podem adequadamente ser preparadas usando-se a metodologiadescrita na US 6.157.490 e Weber, M.F. et ai, Science 287, 2451, que sãoincorporados aqui por referência.

O material fotoluminescente empregado de acordo com apresente invenção tipicamente emite radiação óptica com um comprimento deonda na faixa de 100 nm a 2500 nm. Preferivelmente, o materialfotoluminescente emite radiação na faixa de 250 - 1500 nm, maispreferivelmente na faixa de 400 - 1000 nm. Para muitas aplicações, um material fotoluminescente ótimo tem uma larga faixa de absorção cobrindo amaior parte do espectro solar, bem como uma estreita faixa de emissão, tendoum comprimento de onda um tanto mais longo. Assim, o material em laçoabsorve a radiação solar entrante e emite-a em outro comprimento de onda. Omaterial fotoluminescente empregado no presente objeto tipicamente tem umacurva de absorção com um máximo de absorção abaixo de 800 nm,preferivelmente abaixo de 700 nm e, muitíssimo preferivelmente, abaixo de600 nm. De acordo com uma forma de realização particularmente preferida, oobjeto absorve luz entre 500 e 600 nm e emite luz em um maior comprimentode onda.

Verificou-se que a eficiência do presente objeto luminescente,como um elemento de um sistema LSC, pode ser aumentada dramaticamente,empregando-se nele uma camada luminescente ou núcleo luminescentecompreendendo um polímero alinhado, que contém um materialfotoluminescente orientado. O alinhamento do polímero é usado para induzira orientação do material fotoluminescente.

A radiação emitida pelo material fotoluminescente não-alinhado, isotrópico, desloca-se em todas as direções, com ligeira preferênciapara uma direção de emissão perpendicular ao sistema-LSC para iluminaçãoperpendicular ao plano do sistema-LSC. Em outras palavras, uma grande fração da luz é emitida fora do modo de guia de onda e não é transportadadentro do guia de onda. A alinhamento apropriado do materialfotoluminescente dentro do polímero assegura que uma grande fração da luzemitida pelo material fotoluminescente orientado seja irradiada para dentro domodo de guia de onda do sistema-LSC.Assim, no caso de alinhamento em um ângulo pré-inclinadosignificativo, a radiação será emitida em um ângulo que permite que sejaacoplada muito eficazmente dentro de um guia de onda. Alternativamente, nocaso de alinhamento em um grande ângulo inclinado, uma fraçãorelativamente grande da radiação emitida encontrará a interface do objetoluminescente com ar com um ângulo maior do que o ângulo crítico dareflexão total e permanecerá dentro do objeto. Conseqüentemente, o uso dematerial fotoluminescente alinhado torna possível conter uma fração muitomais elevada da luz emitida dentro de um sistema-LSC do que era possívelaté agora. Como resultado, a presente invenção torna possível aumentar aeficiência operacional dos sistemas LSC em mais do que 25%.

Desta maneira, uma forma de realização preferida da invençãorefere-se a um objeto luminescente em que a camada luminescente ou núcleoluminescente compreende um polímero alinhado que contém um materialfotoluminescente orientado, dito polímero alinhado tendo um ângulo pré-inclinado de 10 - 90°. No caso da luz emitida ser irradiada pelo materialfotoluminescente em um ângulo relativamente pequeno em relação àsuperfície do objeto (requerendo o uso de um ângulo pré-inclinado elevado), aluz emitida pode ser transportada eficientemente dentro do plano paralelo a dita superfície para, por exemplo, uma saída de um dispositivo fotovoltaico.Assim, a presente película pode ser aplicada como tal, sem um guia de ondaseparado, em, p. ex., LSCs. Neste caso particular, é muito vantajosoutilizarem-se materiais fotoluminescentes com um grande deslocamentoStokes e/ou com pouca sobreposição entre os espectros de absorção eemissão, para evitarem-se grandes perdas de luz pelos fenômenos de re-absorção.

Em uma forma de realização, é fornecido um objetoluminescente compreendendo uma camada luminescente e um guia de onda,em que o objeto é uma laminado óptico ou uma fibra óptica, o objetoluminescente sendo acoplado opticamente ao guia de onda, o objetoluminescente compreendendo um polímero alinhado, que contém um materialfotoluminescente orientado, dito material fotoluminescente orientado sendoimobilizado dentro do polímero alinhado e dito polímero alinhado tendo umângulo pré-inclinado de 10 - 90° em relação à superfície do objeto.

O objeto luminescente de acordo com a presente invençãopodem também vantajosamente ser acoplado opticamente a um guia de onda(transparente) (sem corantes fluorescentes), visto que a eficiência datransferência (ou acoplamento interno) da luz emitida para dentro do guia deonda é grandemente aumentada pela presente invenção, especialmente se omaterial fotoluminescente for orientado em um ângulo pré-inclinado dentroda faixa de 30 - 70°. O acoplamento óptico do presente objeto luminescentepode adequadamente ser conseguido produzindo-se uma estrutura demulticamadas (p. ex., um laminado óptico ou uma fibra óptica demulticamadas), em que o objeto luminescente é ligado como uma camadaseparada no guia de onda.

Tipicamente, o material fotoluminescente é alinhado dentro dacamada/núcleo luminescente essencialmente na mesma direção da dos gruposmesogênicos do polímero alinhado. Os materiais fotoluminescentes dicróicossão particularmente adequados para uso de acordo com a presente invenção,visto que eles podem ser orientados relativamente fácil dentro de uma matrizpolimérica alinhado, p. ex., polímero cristalino líquido.

O mesogene pode ser um mesogene reativo ou um mesogenenão-reativo. Exemplos de mesogenes não-reativos adequados são aquelesdisponíveis na Merck™, por exemplo, como descrito em seu folder deproduto Licristal® Liquid Crystal Mixtures for Electro-Optic Displays (Maiode 2002), cujo conteúdo referente a mesogenes não-reativos é incorporadoaqui por referência.

Exemplos de mesogenes reativos adequados são aquelescompreendendo grupos acrilato, metacrilato, epóxi, vinil-éter, estireno, tiol-eno e oxetano. Exemplos adequados são, por exemplo, descritos em WO04/025337, cujo conteúdo referente a mesogenes reativos, referidos no WO04/025337 como compostos mesogênicos polimerizáveis e materiais de cristallíquido polimerizáveis, é incorporado aqui por referência. Podem também serusadas misturas de mesogenes reativos (Merck™ Reactive Mesogenes,Brighter Clearer Communication).

Também misturas de mesogenes reativos e não-reativos podemser usadas. No caso de uma mistura, todos os mesogenes usados sãopreferivelmente em um estado alinhado na camada final.

No caso de polímeros cristalinos líquidos, é vantajosoincorporar e/ou dissolver o material fluorescente em um monômero reativocristalino líquido. Estes monômeros facilmente alinham-se na presença de umcampo (estiramento mecânico, campo de fluxo, pólo elétrico, magnético aoobjeto) ou na presença de camadas de alinhamento (poliimidas polidos ounão-polidos, materiais fotopolimerizáveis lineares etc). A pré-inclinação queé gerada pode ser facilmente controlada por aqueles hábeis no estado datécnica (vide, por exemplo, Sinha et al. (2001) Appl. Phys. Lett. 79, 2543).Após o apropriado alinhamento do monômero reativo (mistura), umapolimerização térmica ou induzida por radiação do material de cristal líquidoé realizada. Em casos específicos, é vantajoso adicionarem-se iniciadores depolimerização apropriados. Por exemplo, no caso de uma polimerização comluz ultra violeta, um iniciador UV (vide por exemplo Irgacure 184, CibaSpecialy Chemicals) é usado e, no caso de uma polimerização térmica, umapropriado iniciador térmico (vide, por exemplo, 2,2'-azobisisobutironitrila(AIBN), Aldrich Chemicals) é usado.

E possível discernir diversas espécies de orientações pré-inclinadas. De acordo com um exemplo típico de uma orientação pré-inclinada, o diretor das materiais de cristal líquido de uma camada de cristallíquido é quase idêntico a qualquer posição na direção da espessura depelícula. É também exeqüível prover uma orientação em que, na vizinhançade uma das superfícies de camada, o diretor seja paralelo a dita superfície e,quando a superfície oposta da camada é aproximada, o diretor gradualmentemuda, exibindo uma orientação homeotrópica ou um estado orientadopróximo dela (configuração alargada). Tanto uma orientação inclinada, emque o ângulo entre o diretor e uma projeção do diretor a um plano da camadaé constante, em qualquer ponto da direção de espessura da camada, como umaorientação em que dito ângulo muda continuamente na direção da espessurada camada, são incluídas no escopo da orientação pré-inclinada, comoreferido aqui.

Em uma forma de realização, o presente objeto luminescentecompreende pelo menos um camada do polímero alinhado, contendo materialfotoluminescente orientado, em que a superfície de topo de dita camadacoincide com ou estende-se paralela à superfície de topo do objetoluminescente. Tal objeto luminescente pode ser empregado para concentrarradiação óptica incidente em uma maneira altamente eficiente.

O presente objeto luminescente pode compreender uma oumais camadas compreendendo polímero alinhado e material fotoluminescenteorientado. O uso de diversas de tais camadas oferece a vantagem de que cadauma das camadas pode ser otimizada para absorver uma largura de faixaparticular da radiação óptica, de modo que a película total é capaz de absorvere concentrar um largo espectro de radiação óptica. O uso de diversas camadastambém permite que diferentes polímeros sejam usados em cada camada,como ditado pelas preferências dos corantes fotoluminescentes individuais oupela necessidade de obterem-se alinhamentos inclinados específicos.

O material fotoluminescente empregado no objetoluminescente pode adequadamente ter sido misturado dentro do polímeroalinhado por dopagem do polímero alinhado com o material fotoluminescenteorientado. Alternativamente, o material fotoluminescente orientado pode sercovalentemente ligado ao polímero alinhado. De acordo com ainda outraforma de realização adequada da invenção, o material fotoluminescenteorientado é um grupo mesogênico do polímero alinhado.

O material fotoluminescente orientado do presente objeto podeconsistir de um único componente fotoluminescente ou pode compreenderuma mistura de componentes fotoluminescentes. Pode ser vantajosoempregar-se uma combinação de componentes fotoluminescentes que, cadaum, absorva radiação óptica de diferentes comprimentos de onda. Assim,selecionando-se uma combinação adequada de componentesfotoluminescentes pode ser assegurado que o material fotoluminescentecontido no presente objeto absorva uma larga faixa de radiação óptica, p. ex.,uma parte principal do espectro de radiação solar. Caso o presente objetocontenha uma pluralidade de camadas, pode ser vantajoso aplicarem-se diferentes materiais fotoluminescentes em diferentes camadas. Assim, odesempenho do presente objeto, em termos de eficiência de contração de luz,pode ser maximizado. Naturalmente, se uma combinação de componentesfotoluminescentes for usada, deve ser tomado cuidado para assegurar que hajapouca ou nenhuma sobreposição entre os comprimentos de onda em que estacombinação de componentes fotoluminescentes emite e absorve radiação ou,no caso em que haja forte sobreposição, a combinação deve atuar como umacascata, significando que a radiação emitida por um componentefotoluminescente e absorvida por outro componente fará com que o últimocomponente luminesça.

O material fotoluminescente orientado, empregado no objetoluminescente da presente invenção, preferivelmente tem uma relação dicróicade pelo menos 2,0, mais preferivelmente de pelo menos 3,0, muitíssimopreferivelmente de pelo menos 5,0. Em um orientação planar, o materialfotoluminescente dicróico absorverá uma direção de polarização linear deradiação óptica em uma extensão substancialmente maior do que os outros.

Os materiais fotoluminescentes dicróicos são particularmenteadequados para uso no presente objeto luminescente. De acordo com umaforma de realização preferida, o material fotoluminescente orientadocompreende corantes fotoluminescentes orgânicos e/ou poliméricos. Comoaqui usado, a expressão "corante fotoluminescente" significa um corante queé uma molécula que colore sozinha o e, assim, absorve luz no espectro visívele, possivelmente, no espectro ultravioleta (comprimentos de onda variando de100 a 800 nanômetros), porém que, ao contrário com um corante padrão,converte a energia absorvida em luz fluorescente de um maior comprimentode onda emitido principalmente na região visível do espectro. Os corantesfotoluminescentes devem possuir uma elevada eficiência quântica, boaestabilidade e ser altamente purificados. Os corantes estão usualmentepresentes em uma concentração de 10"1 a 10'5 Molar. Exemplos típicos decorantes fotoluminescentes orgânicos, que podem adequadamente serempregados de acordo com a presente invenção, incluem mas não sãolimitados a piranos substituídos (tais como DCM), cumarinas (tais comoCumarina 30), rodaminas (tais como Rodamina B), BASF® Luminogen™,derivados de perileno, Exciton® série LDS, Nile Blue, Nile Red, DODCI,oxazinas, piridinas, a série 'estirila" (Lambdachrome®), dioxazinas,naftalimidas, tiazinas e estilbenos.

É um aspecto essencial da presente invenção que o materialfotoluminescente orientado seja imobilizado dentro de uma matriz poliméricaalinhada. Um objeto baseado em polímero cristalino líquido e contendo ummaterial fotoluminescente pode ser alinhado de diversas maneiras. No caso depolímeros cristalinos líquidos, é com freqüência preferido alinhar um materialde cristal líquido reativo e, subseqüentemente, polimerizar o monômero comoexaminado anteriormente. Esta procedimento é usualmente adotado porque osmonômeros cristalinos líquidos facilmente se orientam (ao contrário damaioria dos polímeros cristalinos líquidos).

A superfície do objeto é usualmente provida com uma camadade orientação que induz o apropriado alinhamento do monômero/polímero decristal líquido. Algumas possíveis camadas de orientação são:

a. As camadas de alinhamento de poliimida (polidas,esfregadas ou não-polidas, não-esfregadas) são convencionalmente usadaspara gerar polímeros cristalinos líquidos alinhados com um alinhamentoplanar ou homeotrópico e/ou com uma pré-inclinação específica. Exemplostípicos são Optimer Al 1051 (da JSR Micro) para alinhamento planar e verniz de poliimida 1211 (da Nissan Chemical) para alinhamento hemeotrópico:

b. Os chamados materiais fotopolimerizáveis lineares (LPP)podem ser usados como uma camada de alinhamento com uma bem definidapré-inclinação (vide, por exemplo, Staralign™, Vantico AG, Basel, CH)

Outras técnicas para o alinhamento de cristais líquidosincluem:

a. Gravar com um estilete afiado ou rombudo, evaporaçãooblíqua ou crepitação de Si02, lançar deposição de inorgânicos em ângulo,ftalocianinas de cobre depositadas Langmuir-Blodgett dopadas com camadasde polimetacrilato e camadas de película fina de carbono semelhantes alosangos (vide, por exemplo, referências: Varghese et al. (2004) Appl. Phys.Lett. 85, 230: Motohiro T. e Taga, Y. (1990) Thin Solid Filmes 185, 137;Castellano J. A. (1984) 4, 763; Robbie, K. et al. (1999) Nature 399, 764, Lu,R. et al. (1997) Phys. Lett. A 231, 449, Hwang, J-Y et al. (2002) Jpn. J. Appl.Phys. 41,L654).

b. Tensoativos induzindo alinhamento, p. ex., silanos, álcooissuperiores (p. ex., n-dodecanol) e similares podem ser usados para sintonizarmais o alinhamento dos cristais líquidos.

c. Pela adição de um dopante indutor de alinhamento aopolímero cristalino líquido.d. Pela aplicação de estiramento mecânico, campo de fluxo,pólo elétrico, magnético ao objeto.

e. Alinhando-se polímeros com orientação esmética-Aatravés da passagem do objeto através de rolos aquecidos. A deformação decisalhamento resultante faz com que os grupos mesogênicos tornem-seorientados.

f. Alinhando-se os cristais líquidos utilizando-se mesogenesreativos que obtêm orientação esmética-C por um (apropriado) tratamentotérmico, seguido pelo início da reação de polimerização dos mesogenes paraforçar o sistema na orientação esmética-C.

Técnicas que são particularmente adequadas para preparar umobjeto luminescente compreendendo um polímero alinhado, tendo uma pré-inclinação de 30 - 80°, são descritas em Hwang, Z e Rosenblatt, C. Appl.Phys. Lett. 86, 011908, Lu, M. Jpn. J. Appl. Phys. 43, 8156, Lee, F. K. et al.

Appl. Phys. Lett. 85, 5556, The Staralign™ linearly photopolymerizablepolymer system (Vantico AG), Varghese, S et al. Appl. Phys. Lett. 85, 230 eSinha, G. P. et al., Appl. Phys. Lett. 79, 2543. Estas publicações sãoincorporadas aqui por referência.

Os benefícios da presente invenção são particularmentepronunciados, notadamente objetos planos, nos quais o polímero alinhado éalinhado em um ângulo de pré-inclinação menor que 85°C, preferivelmentemenor que 80°. Preferivelmente, o ângulo de pré-inclinação é 10-89°, maispreferivelmente, 10-85°, ainda mais preferivelmente 15-85°; maispreferivelmente 30-80°, preferivelmente na faixa de 30-70°, maispreferivelmente na faixa de 35-65° e mais preferivelmente na faixa de 40-60°.

Em particularmente quando usado em objetos luminescentesplanos em combinação com uma guia de onda, é vantajoso empregar polímeroalinhado em um ângulo de pré-inclinação dentro da faixa de 10-89°, maispreferivelmente 10-85°, ainda mais preferivelmente 15-85°; maispreferivelmente 30-80°, preferivelmente na faixa de 30-70°, maispreferivelmente na faixa de 35-65° e mais preferivelmente na faixa de 40-60°.A aplicação de tal ângulo de pré-inclinação permite acoplamento no mesmoaltamente eficiente da radiação emitida na guia de onda. Como explanadoaqui antes, os benefícios da presente invenção resultam do alinhamento domaterial luminescente. O alinhamento do material fotoluminescente éalcançado pela imobilização do material fotoluminescente dentro de umamatriz polimérica alinhada. A orientação prevalecente do materialfotoluminescente dentro de tal matriz polimérica alinhada coincide com oalinhamento de dita matriz polimérica. Será entendida portanto que osângulos de orientação preferidos do material fotoluminescente são os mesmosdaqueles mencionados em relação ao polímero alinhado.

No caso de objeto luminescente presente é um objeto nãoplano, em particular se dito objeto é um fibra óptica, em uma realização umângulo de pré-inclinação maior que 50°, especialmente maior que o ângulo de70° pode ser vantajosa. Entretanto, em uma realização ainda mais preferida, oângulo de pré-inclinação está na faixa de 30-70°, mais preferivelmente nafaixa de 35-65° e mais preferivelmente na faixa de 40-60°.

O nível de alinhamento do material fotoluminescente dentro deum objeto planar pode adequadamente ser definido em termos do parâmetrode ordem. O parâmetro de ordem é definido como:

S = (A//-A1)/(A// + 2A1)

em que A// denota absorção da quantidade pela amostra de luzcom vetor elétrico paralelo à direção do alinhamento, Aj_ a absorção pelaamostra de luz com vetor elétrico perpendicular à direção do alinhamento,e Sa orientação média do momento de absorção no quadro de laboratório fixo.Referência: Van Gurp, M. And Lavine, Y. K., J. Chem. Phys. 90, 4095(1989).

O material fotoluminescente contido no presente objeto,preferivelmente, exibe um parâmetro de ordem de pelo menos 0,5, maispreferivelmente de pelo menos 0,6, muitíssimo preferivelmente de pelomenos 0,7.

A eficácia com que o presente objeto luminescente pode serempregado em, p. ex., sistemas LSC, é criticamente dependente do nível de(re)absorção da luz emitida dentro do mesmo objeto. De acordo com umaforma de realização particularmente preferida, as máximas de absorção emáximas de emissão do material fotoluminescente contido dentro de umamatriz polimérica alinhada distinta, p. ex., uma camada, diferem em pelo menos 30 nm, preferivelmente pelo menos 50 nm, Mais preferivelmente pelomenos 100 nm.

O objeto luminescente de acordo com a presente invençãovantajosamente toma o formato de uma película, camada, fibra, fita ou não-tecido. A espessura de tal película, camada, fibra, fibra ou não-tecido pode variar, dependendo da aplicação pretendida. Tipicamente, dita espessura serána faixa de 0,1 - 500 fim, preferivelmente na faixa de 5 - 50 um.

O objeto luminescente vantajosamente compreende duas oumais camadas empilhadas de polímero alinhado contendo materialfotoluminescente orientado. De acordo com a forma de realização particular, cada camada polimérica alinhada contém um diferente materialfotoluminescente. Vantajosamente, estes materiais fotoluminescentes exibemdiferentes máximas de absorção. De acordo com outra forma de realização, oângulo pré-inclinado do polímero alinhado das respectivas camadaspoliméricas alinhadas muda de camada para camada. Este arranjo possibilita mais otimização da eficiência com que as radiações incidentes podem serconvertidas em radiação fotoluminescente e, subseqüentemente, sertransportadas, especialmente através de um guia de onda separado. Em aindaoutra forma de realização, cada camada polimérica alinhada contém umdiferente polímero alinhado. O uso de camadas empilhadas de diferentespolímeros alinhados é particularmente vantajoso em combinação com aaplicação de diferentes materiais fotoluminescentes em cada uma dascamadas poliméricas alinhadas e/ou em combinação com o uso de camadaspoliméricas alinhadas, que exibem diferentes ângulos pré-inclinados.

O objeto luminescente da presente invenção podevantajosamente ser aplicado em, p. ex., janelas, especialmente se estas janelastiverem sido acopladas a um dispositivo fotovoltaico ou se elas foremopticamente acopladas a uma fonte de iluminação interna. Fixando-se opresente objeto luminescente em tal janela (ou um elemento de prédio comuma função similar), a janela eficazmente torna-se um guia de onda queconcentra a radiação eletromagnética que é emitida pela camadaluminescente. Como será explicado abaixo, nestas aplicações é altamentedesejável que o objeto luminescente seja transparente a pelo menos umafração (p. ex., através de uma largura de faixa de pelo menos 100 nm) doespectro de luz visível, especialmente à parte do espectro de luz visível que énecessário para a fotossíntese.

Uma forma de realização particularmente vantajosa dainvenção refere-se a um objeto luminescente na forma de um laminado ópticoou uma fibra óptica, compreendendo um guia de onda que seja opticamenteacoplado à camada luminescente ou núcleo luminescente, em que o índicerefrativo do guia de onda, nw, é de modo que nw > n0 - 0,005, em que n0 é oíndice refrativo ordinário da camada luminescente do núcleo. De acordo comuma forma de realização mesmo mais preferida, nw > n0, preferivelmente nw >n0. Isto vantajosamente promove a contenção da luz dentro do guia de onda ediminui o escape da luz, por exemplo, de volta para a camada luminescente.

Os laminados ópticos de acordo com a presente invençãopodem adequadamente ser empregados para concentrar radiação ópticaincidente concentrada. A radiação incidente no laminado é absorvida ereemitida pela camada luminescente. Esta radiação reemitida é acopladadentro do comprimento de onda e guiada por reflexão interna ao longo doguia de onda para uma superfície externa. A radiação reemitida pode sair pelasuperfície de saída, permitindo que a superfície de saída funcione como umafonte de luz. Alternativamente, na superfície de saída, a radiação reemitida pode ser acoplada dentro de um dispositivo, tal como um dispositivofotovoltaico, que converterá a radiação óptica em outra forma de energia.

As fibras ópticas de acordo com a presente invenção podemser lateralmente excitadas por radiação óptica, em seguida ao que a radiaçãoemitida será transportada para as extremidades da fibra. As fibras da presenteinvenção podem vantajosamente ser empregadas para concentrar radiaçãoóptica e/ou transmitir informação óptica.

Em razão de os laminados e fibras de acordo com a presenteinvenção reemitirem radiação em resposta à radiação incidente, esteslaminados e fibras podem adequadamente ser usados para transportarinformação óptica, especialmente informação binaria óptica. Uma vez,entretanto, que o nível de radiação emitida correlacione-se com a intensidadeda radiação incidente, os presentes laminados e fibras ópticos podem tambémser usados para transportar informação analógica.

De acordo com ainda outra forma de realização preferida, o índice refrativo do guia de onda é entre os índices refrativos ordinários eextraordinários da camada ou núcleo luminescente. O índice refrativo do guiade onda tipicamente é de pelo menos 1,4. Preferivelmente, o índice refrativodo guia de onda está dentro da faixa de 1,4 - 1,8, mais preferivelmente dentroda faixa de 1,4 - 1,7. A aplicação de um guia de onda com um elevado índice refrativo, especialmente relativo ao índice refrativo da película luminescente,assegura que o trajeto óptico da radiação emitida dentro da películaluminescente seja reduzido quando a radiação emitida é eficientementeacoplada dentro do guia de onda. A fim de assegurar que a luz emitida sejaeficazmente acoplada dentro do guia de onda é ademais vantajoso que asuperfície da camada luminescente (ou núcleo) e a superfície do guia de ondasejam adjacentemente unidas entre si. A camada polimérica alinhada e o guiade onda podem adequadamente ser unidos por meio de um adesivo, desde queo adesivo seja muito transparente à radiação emitida.

A camada luminescente dentro do laminado ou fibra ópticatipicamente tem uma espessura de 0,1 - 500 um, preferivelmente de 5 - 50\xm. O guia de onda tipicamente tem uma espessura de 0,05 - 50 mm,preferivelmente de 0,1 - 10 mm. No caso do guia de onda constituir o núcleode uma fibra óptica da presente invenção, as faixas supracitadas são aplicáveisao diâmetro do guia de onda.

Os laminados e fibras ópticos da presente invenção podemadequadamente ser produzidos de materiais flexíveis elásticos. Os laminadose fibras flexíveis assim obtidos podem, por exemplo, ser produzidos comorolos ou podem ser aplicados sobre superfícies curvas. A presente invençãotambém abrange fibras e laminados que são relativamente rígidos, p. ex., emrazão de fazerem uso de uma camada ou núcleo de vidro.

Os presentes laminados e fibras ópticos podem sermanufaturados de muitas diferentes maneiras bem conhecidas na técnica. Oslaminados podem ser produzidos primeiro fornecendo-se uma camada(película), p. ex., o guia de onda, seguido por criação in situo das outrascamadas, p. ex., por polimerização ou endurecimento in situ.Alternativamente, as camadas individuais podem ser pré-manufaturadasindividualmente e, subseqüentemente, ser combinadas em um únicolaminado, opcionalmente usando-se adesivos e/ou outras técnicas de união.

Naturalmente, é também possível empregarem-se combinações destastécnicas. Abordagens similares podem ser usadas na manufatura das fibrasópticas da presente invenção, exceto que, no caso de fibras, o processo decolocação em camadas começará com o fornecimento do núcleo da fibraóptica.Os materiais adequados para o guia de onda transparente sãomuito transparentes para a radiação emitida que é para ser transportadaatravés do guia de onda. Materiais adequados incluem polímerostransparentes, vidro, cerâmicas transparentes e suas combinações.Preferivelmente, o guia de onda é feito de um polímero transparente, que podeser termomoldável ou termoplástico. Estes polímeros podem ser(semi)cristalinos ou amorfos. Polímeros adequados incluem metacrilatos depolimetila, poliestireno, poliarbonato, copolímeros de olefína cíclica,tereftalato de etileno, poliéter sulfona, acrilatos reticulados, epóxis, uretano,borrachas de silicone, bem como combinações e copolímeros destespolímeros.

O laminado óptico da presente invenção pode adequadamentetomar o formato de uma placa planar chata. Entretanto, uma vez que afuncionalidade do laminado óptico não é essencialmente dependente da formado laminado, também os formatos não-planares são abrangidos pela presenteinvenção.

A fim de evitar que radiação escape, o presente objetoluminescente pode ser vantajoso para empregar-se um espelho que sejareflexivo a uma larga faixa de radiação óptica, dito espelho sendo localizadona superfície de fundo do objeto, significando que a radiação incidente, quepassa através da camada luminescente, bem como a radiação óptica emitidapela mesma camada, na direção do espelho, serão refletidas por dito espelho.Mais particularmente, esta forma de realização fornece um objetoluminescente como definido aqui antes, em que a superfície de fundo écoberta com um espelho que é pelo menos 80% refletivo para comprimentosde onda de 450 - 1200 nm, preferivelmente pelo menos 90% refletivos paracomprimentos de onda de 450 - 1200 nm.

As perdas de radiação do presente objeto luminescente podemser ainda minimizadas aplicando-se espelhos aos lados do objeto que não sesupõe transmitir radiação, p. ex., um dispositivo fotovoltaico. Desta maneira,em uma forma de realização preferida pelo menos um dos lados do objeto écoberto com um espelho que é pelo menos 80% refletivo para comprimentosde onda de 450 - 1200 nm, preferivelmente pelo menos 90% refletivos paracomprimentos de onda de 450 - 1200 nm. Mais preferivelmente, pelo menosdois lados e, muitíssimo preferivelmente, pelo menos três lados do objeto sãocobertos com tal espelho.

Para certas aplicações, pode ser vantajoso se o presente objetoluminescente for muito transparente para radiação óptica dentro de uma faixa de comprimentos de onda particular. De acordo com um forma de realizaçãoparticularmente preferida, o objeto luminescente é predominantementetransparente para radiação óptica na faixa de 400 - 500 nm e/ou 600 - 700nm. Assim, o objeto luminescente pode adequadamente ser aplicado sobre ouusado em lugar de, p. ex., vidraças de janelas ou estufa, visto que a luz visível que é usada na fotossíntese passará através do objeto luminescente, enquantoa radiação óptica de outros comprimentos de onda pode ser concentrada etransportada eficazmente pelo mesmo objeto. De acordo com uma forma derealização muito preferida, o objeto luminescente é predominantementetransparente para radiação óptica em ambas as faixas de 400 - 500 nm e 600 - 700 nm. Assim, a presente invenção também abrange uma estufacompreendendo uma ou mais vidraças cobertas com um objeto luminescente,como definido aqui antes, que seja transparente à radiação óptica na faixa de400 - 500 e/ou 600 - 700 nm, em combinação com uma ou mais célulasfotovoltaicas capazes de converter radiação óptica em energia elétrica, dita uma ou mais células fotovoltaicas sendo opticamente acoplados ao objetoluminescente.

Uma outra forma de realização da invenção refere-se a umdispositivo fotovoltaico compreendendo um meio de coleta de radiaçãoeletromagnética contendo o objeto luminescente como definido aqui antes euma célula fotovoltaica capaz de converter radiação óptica em energiaelétrica, que seja opticamente acoplada a um guia de onda consistindo doobjeto luminescente, dita célula fotovoltaica preferivelmente sendo dispostana borda do guia de onda ou próximo da borda do guia de onda, na superfíciede topo ou de base da camada de guia de onda.

Outra forma de realização da invenção refere-se a um visorativado por luz fluorescente, compreendendo um objeto luminescente comodefinido acima.

Ainda outra forma de realização da presente invenção refere-se a um sistema de iluminação de ambiente, compreendendo um objetoluminescente como definido acima, em que o sistema é disposto de talmaneira que a luz solar incidente é convertida em iluminação de ambiente pordito objeto luminescente.

Outro aspecto da invenção refere-se ao uso de um objetoluminescente como definido aqui antes, para concentrar radiação ópticaincidente. Este uso do objeto luminescente abrange, p. ex., o uso de películasluminescentes auto-suportantes, que compreendem uma camada luminescentee um espelho seletivo de comprimento de onda, como definido aqui antes.Além disso, dito uso compreende a utilização de laminados ópticos ou fibrasópticas que compreendam uma camada ou núcleo luminescente, um espelhoseletivo de comprimento de onda e um guia de onda.

Em uma forma de realização, é provido um sistema LSC semuma superfície traseira opaca (isto é, por exemplo, sem um espelho traseiro,como aqui descrito), para implementação em uma estufa. Preferivelmente, emuma outra variante, as regiões de comprimento de onda dos espectros nãousados (pra crescimento) pelas plantas são coletadas e convertidas emeletricidade via a fotovoltaica. Em ainda outra variante, a luz de maiorcomprimento de onda (isto é, a luz convertida) é coletada e via um tubo de luzusada para re-iluminar as plantas em um comprimento de onda que as plantasutilizam para crescimento. Por exemplo, o sistema LSC pode ser aplicadopara coletar e converter luz verde, que em geral não é usada pelas plantas, econverte a luz em luz vermelha (ou luz azul, no caso de materiais deconversores ascendentes serem usados). A luz vermelha gerada pode serusada pelas plantas na estufa.

Em ainda outra forma de realização, os LSC como fibras deacordo com a presente invenção poderiam ser tecidos dentro ou sobre pano ououtros materiais (roupas, sacos de dormir, tendas etc.) e feixes das fibrasiluminando uma célula fotovoltaica ou solar para geração elétrica (videtambém, por exemplo, a fig. 15). A invenção é também direcionada a taisprodutos como roupas, sacos de dormir, tendas etc. (por exemplo, com fibrasde cerca de 0,005 mm - 10 cm, preferivelmente cerca de 0,5 mm - 1,0 cm).Um objeto luminescente, na forma de um laminado ou folha com um guia deonda óptico, de acordo com a presente invenção, pode também ser usado paraconstruírem-se objetos, tais como laterais de tenda, e pode ser usado parageração de eletricidade por uma célula solar. A invenção é também dirigida atais objetos.

Além disso, por exemplo, produtos de consumidor de pequenaescala, tais como coberturas de laptop, canetas, relógios, coberturas decalculadoras, jóias, chapéus, capas etc. poderiam conter folhas ou fibras domaterial projetado para geração elétrica por uma célula solar.

Seria também possível utilizar-se a saída de luz diretamentepara efeitos visuais, em vez de geração elétrica (isto é, a aplicação do objetocomo acima mencionado, sem uma célula solar).

Mais aplicação da invenção pode ser, por exemplo, em sinaisou marcadores de estrada, para gerar eletricidade ou para induzir ou aumentaros efeitos de segurança visual destes sinais, equipamentos ao ar livre quegeram eletricidade ou efeitos de luz visuais, barreiras de som, ao lado derodovias, transparentes, semi-transparentes ou opacas, que geram eletricidadeou efeitos de iluminação visual etc.

Em uma forma de realização específica, aplicaçõesextraterrestres são incluídas: as 'velas solares' para propulsão de espaçonavespodem ser equipadas com os LSC de acordo com a presente invenção, parasimultaneamente gerar eletricidade via células PV irradiadas pela radiaçãocoletada por LSC (e opcionalmente também irradiação direta pelo sol), bemcomo propelir a nave.

Algumas formas de realização específicas de uma célula solare dos LSC de acordo com a presente invenção são representadas nas figuras 14a - 14e. Estas figuras são similares à figura 1 descrita acima. Naturalmente,outras configurações são possíveis, como, por exemplo, aquelas representadasnas figuras 2, 3, 4, 5a, 5b e 16a - 16c. Estes desenhos esquemáticos sãosomente mostrados para ilustrar possíveis construções:

a. uma célula solar 13, colocada lateralmente, de modo que a luz do guia de onda 2 seja concentrada dentro da célula solar ou célulafotovoltaica 13.

b. uma célula solar 13, colocada no "fundo", por exemplo,interceptando a camada espelho opcional 9, de modo que a luz do guia deonda 2 seja concentrada dentro da célula solar ou célula fotovoltaica 13.

c. uma célula solar 13, colocada no "topo", por exemplo,interceptando as camadas colestéricas opcionais 7 e 8, de modo que a luz doguia de onda 2 seja concentrada dentro da célula solar ou célula fotovoltaica 13.

d. uma célula solar 13, colocada no "topo", por exemplo,interceptando camadas colestéricas opcionais 7 e 8 e camada luminescente 1,

de modo que a luz do comprimento de onda 2 seja concentrada dentro dacélula solar ou célula fotovoltaica 13.

e. uma célula solar 13, colocada na "base", por exemplo,interceptando a camada espelho opcional 9 e guia de onda 2, de modo que aluz da guia de onda 2 seja concentrada dentro da célula solar ou célulafotovoltaica 13.

As figuras 14a - 14e também mostram a camada dealinhamento opcional 20, como descrita acima (por exemplo, uma camada PI). Tais camadas de alinhamento são conhecidas da pessoa hábil na técnica.

Outra forma de realização é esquematicamente mostrada naFigura 14. Aqui numerosos (especialmente dois ou mais) concentradoressolares, compreendendo a camada luminescente 1 e o guia de onda 2, sãousados par fornecer luz solar à célula solar 13. Por exemplo, os LSC podemser como representados nas figuras 1 - 8. A luz do guia de onda 2 pode sertransportada para a célula solar 13 via guias de ondas (fibras) 26.Opcionalmente, a luz concentrada no guia de onda 2 pode ser colimada peloscolimadores 25 dentro dos guias de ondas 26.

Como será evidente para a pessoa hábil na técnica, as formasde realização esquemáticas das figuras 14a - 14e também incluem formas derealização em que numerosas células solares 13 são incorporadas nacombinação da camada luminescente 1 e guia de onda 2. Por exemplo, nocaso de a camada luminescente 1 e guia de onda 2 (e outras camadasopcionais, como descrito acima) sejam na forma de uma laminado plano ousubstancialmente plano, pelo menos parte de uma ou mais das bordas dolaminado de guia de onda 2 pode ser opticamente acoplada a numerosascélulas solares ou células PV 13. Em conseqüência, em uma forma derealização é provida uma janela compreendendo o objeto luminescente deacordo com a presente invenção e uma célula fotovoltaica (ou mais do queuma, como será evidente para a pessoa hábil na técnica) capazes de converterradiação óptica em energia elétrica que seja opticamente acoplada ao objetoluminescente.

Além disso, um LSC compreendendo uma camadaluminescente 1 e guia de onda 2 de acordo com a presente invenção pode seracoplado a mais do que 1 fibra 26 e pode assim fornecer luz a mais do que umcélula PV 13.

Em ainda outra forma de realização, o LSC compreendendo acamada luminescente 1 e guia de onda 2 sendo essencialmente uma folha finade película plástica, como um slide de transparência, com ou sem um suporteadesivo. A película conteria moléculas de corante alinhadas ou não-alinhadase uma camada preferível e seletivamente reflexiva (por exemplo, estapoderiam ser camadas colestéricas 9a e/ou 9b). Esta película poderia então serfixada pelo usuário final em qualquer janela. Pré-colocada dentro do caixilhode janela estaria a fotovoltaica. Assim, a janela torna-se o guia de onda 2,transportando a luz para as células solares 13 dentro do caixilho. A películapode ser descartável: isto é, ela pode ser descascada da janela para permitirluz solar natural de volta para dentro do recinto, se desejado.

Em uma forma de realização, as expressões "acopladoopticamente" ou "opticamente acoplado" também inclui o acoplamento ópticode objetos cujas superfícies não são adjacentes, porém entre as quais umadistância pode estar presente. Por exemplo, a célula fotovoltaica 13 ficapreferivelmente adjacente ao guia de onda 2, porém, em uma forma derealização, pode haver algum espaço no meio. Tal espaço pode, por exemplo, ser enchido com ar ou compreender um vácuo ou mesmo polímero. Opolímero pode, por exemplo, ser usado para fixar uma célula PV ao guia deonda, como em uma forma de realização uma folha de plástico termocurávelde elevado índice pode sr aplicado para auxiliar na extração de luz do guia deonda e introdução desta luz dentro do PV. Por exemplo, colocando-se umpolímero de baixo índice refrativo entre o espelho metálico da base e acamada de corante ou guia de onda parece aumentar a saída do sistema.

A invenção é também dirigida a formas de realização em que oobjeto luminescente compreende, em seguida a uma camada poliméricaalinhada (com material fotoluminescente alinhado), ainda uma ou maiscamadas compreendendo material fotoluminescente não orientado.

Em uma forma de realização, o objeto luminescentecompreende ainda pelo menos uma camada colestérica reflexiva seletiva decomprimento de onda e seletiva de polarização (mostrada como camadas 7 ou 8).

O objeto luminescente pode também compreender (uma célula de) duas oumas camadas colestéricas reflexivas seletivas de comprimento de onda eseletiva de polarização. Por exemplo, o objeto luminescente podecompreender uma camada colestérica direita e uma esquerda, porém podetambém compreender duas camadas colestéricas direitas ou uma célula de camadas colestéricas direita, direita e esquerda ou direita, esquerda direita,como camadas seletivas de comprimento de onda. Tal forma de realização éesquematicamente indicada na Fig. 16c com um espelho seletivo decomprimento de onda compreendendo, em vez de camadas colestéricasdireitas e esquerdas 7 e 8, respectivamente, por exemplo, uma célula de trêscamadas 8 (sendo todas esquerdas ou todas direitas) vide também figura 3)).Como será evidente da pessoa hábil na técnica, esta forma de realização podetambém ser aplicável a outras formas de realização, como, por exemplo,esquematicamente mostrado nas outras figuras. Para dar um exemplo,também a fibra das figuras 7 e 8 podem compreender, em vez das camadas 7 e 8, uma ou mais camada(s) colestérica(s) refletindo luz circularmentepolarizada para a direita ou uma ou mais camada(s) colestérica(s) refletindoluz circularmente polarizada para a esquerda ou compreender tanto uma oumais camada(s) colestérica(s) refletindo a luz circularmente polarizada para adireita como uma ou mais camada(s) colestérica(s) refletindo luzcircularmente polarizada para a esquerda.

Como mencionado acima, a posição da camada luminescente 1e guia de onda 2 pode ser trocada (vide, por exemplo, também as figuras 7 e8), o que é esquematicamente mostrado nas Figs. 16a e 16b, que são variantesdas figuras 1 e 14b, porém podem também ser aplicada como variantes aoutras formas de realização.

No caso de que somente uma camada colestérica refletindo luzcircularmente polarizada para a direita ou para a esquerda seja aplicada, comocamada de topo 7 (ou 8), como, por exemplo, mostrado na figura 13a (videtambém formas de realização das figuras 1 - 5 b; 14a - e; 16a-b) ou comocamada de base 9 (vide a forma de realização da figura 2) ou tanto taiscamadas de topo 7 (ou 8) como de base (9), a refletividade para radiação deemissão pode ser menor do que pelo menos 50%. Pelo menos 25% pode sersuficiente, ou pelo menos 50 % da luz com a polarização específica (circularmente polarizada para a direita ou para a esquerda, respectivamente).Em conseqüência, em uma forma de realização específica, um objetoluminescente é provido, compreendendo:

a. uma camada ou núcleo luminescente contendo ummaterial fotoluminescente; e

b. um espelho seletivo de comprimento de onda;

em que a camada ou núcleo luminescente é opticamenteacoplado ao espelho seletivo de comprimento de onda, dito espelho seletivode comprimento de onda sendo pelo menos 50% transparente à luz absorvidapelo material fotoluminescente e pelo menos 25% reflexiva à radiação que é

emitida pelo material fotoluminescente e em que o espelho seletivo decomprimento de onda compreende uma camada colestérica de polímeronemático quiral.

Especialmente, um objeto luminescente é provido, em que oespelhos seletivos de comprimento de onda o espelho seletivo decomprimento de onda polimérico compreende uma ou mais camada(s)colestérica(s) refletindo luz circularmente polarizada para a esquerda oucompreende tanto uma ou mais camada(s) colestérica(s) refletindo luzcircularmente polarizada para a direita como uma ou mais camada(s)colestérica(s) refletindo luz circularmente polarizada para a esquerda. Asformas de realização específicas ainda descritas nas reivindicações,especialmente reivindicações 3,7, 11 - 27 são também aplicáveis a esta formade realização.

Em ainda uma outra forma de realização, em vez de ou emadição à conversão descendente do material fotoluminescente (isto é materialque absorve luz em um mais curto comprimento de onda do que emite luz,por exemplo, um conversor verde para vermelho), o objeto luminescente dainvenção pode também compreender materiais de conversão ascendente (istoé, materiais que absorvem luz em um mais curto comprimento de onda do queemitem luz.

A invenção é ainda ilustrada por meio dos seguintes exemplos.

EXEMPLOS

Exemplo 1

Um substrato de vidro puro tem uma camada de alinhamentode poliimida (Optimer Al 1051, da JSR Micro) moldado em fusão sobre ele a2000 rpm/s em uma aceleração de 2500 rpm/s2 por 45 seg. Após isto, osubstrato foi aquecido por 1,5 hora a 180°C sob vácuo. A camada dealinhamento foi esfregada com um pano de veludo, para induzir umalinhamento planar do cristal líquido colestérico aplicado.

No lado oposto do slide, uma mistura dopada com coranteisotrópico foi aplicada. A mistura foi preparada misturando-se 1 % em pesode Irgacure 184 (da Ciba Chemicals) e 1 % em peso de DCM (4-dicianometileno-2-metil-6-(p-dimetilaminoestirila)-4H-pirano (da AldrichChemicals), junto com uma solução contendo 75 % em peso de pentaacrilatode dipentaeritritol (Aldrich) e 25 % em peso de etanol. Uma película com aespessura de aproximadamente 10 um foi produzida por revestimento porrotação a 4000 rpm por 45 segundos (2500 rpm/seg velocidade de rampa). Aamostra foi curada UV (k = 365 nm) sob uma atmosfera de N2 por 10 minutosem temperatura ambiente. Os espectros de absorção e emissão da amostrapodem ser vistos na Figura 9 como curvas cheias e pontilhadas em negrito,respectivamente.

Um espelho de prata de 120 nm foi borrifado no topo dacamada de corante, empregando-se um revestidor de bonificaçãoconvencional (revestidor de bonificação Emitech K575X, em uma conente de65 mA por 2,5 min).

Uma mistura colestérica foi feita misturando-se 3,9 % em pesode um dopante quiral para a direita LC756 (da BASF), 1 % em peso Irgacure184 (da Ciba Chemicals), 1 % em peso de tensoativo e 94 % em peso de hospedeiro de cristal líquido reativo RM257 (Merck) dissolvido em xileno 55% em peso de sólidos, 45 % em peso de solvente). Subseqüentemente, amistura foi agitada a 80°C por 3 horas.

A mistura colestérica foi moldada por rotação sobre a camadade alinhamento de poliimida a 2000 rpm por 45 s, com uma velocidade de aceleração de 2500 rpm/s. Após moldagem por rotação, o substrato foiaquecido a 80°C por cerca de 1 min, para evaporar o solvente e permitir que otensoativo melhore o alinhamento do cristal líquido nemático quiral. Emseguida, a fotopolimerização foi realizada em temperatura ambiente porirradiação por 10 min, usando-se uma lâmpada UV (comprimento de onda pico 365 nm) em um ambiente-N2. Um segundo colestérico para a esquerdapôde então ser facilmente aplicado à superfície usando-se um processosimilar. Finalmente, uma camada de tinta prata reflexiva foi aplicada às trêsbordas do guia de onda, resultando no dispositivo final.

O procedimento acima foi repetido duas vezes usando-se 4,2 e4,5 % em peso do dopante quiral para a direita LC756. A Figura 9 representaos espectros de transmissão da camada colestérica contendo 3,5 % em peso dodopante quiral para a direita exposto à luz não polarizada em três ângulos deincidência, isto é, 0o, 20° e 40°. Os espectros de transmissão para as camadascolestéricas contendo 4,2 % em peso ou 4,5 % em peso do dopante quiral sãoessencialmente idênticos, exceto que a faixa de reflexão para as camadascontendo 4,2 % em peso e 4,5 % em peso ocorre em comprimentos de ondasignificativamente mais curtos. Para sermos mais precisos, a faixa de reflexãopara a incidência de luz perpendicular na amostra de 4,2 % em peso é mudada para azul em cerca de 32 nm e a faixa de reflexão para a amostra de 4,5 % empeso em cerca de 83 nm.

A saída de luz das amostras LSC foi determinada usando-seum Autronic DMS 703 (Melchers GmbH) junto com um CCD-Spect-2(Câmera-CCD). As amostras de LSC foram colocadas em um suporte de amostra feito sob medida e expostas a uma fonte de luz aproximadamenteuniforme, localizada em uma distância de cerca de 11 cm. A saída de luz deuma pequena área (cerca de 0,8 cm2) da borda de emissão da amostra foimedida através de uma distribuição angular de -50 - 50° em etapas de 1 grau.A emissão total foi determinada por integração dos espectros através de todos os comprimentos de onda medidos (350 - 800 nm) e todos os ângulos. Asmedições ao longo do comprimento da borda da amostra indicam poucavariação da posição, porém para estes experimentos a posição de medição deemissão foi fixa. Todas as medições para amostras únicas com múltiplascamadas foram feitas no mesmo dia. Um esboço da instalação de medição émostrado na Figura 10.

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Como pode ser claramente visto, a aplicação da única camadacolestérica (Amostra A) melhorou a saída de luz pelo menos 11-17% e pelaaplicação de uma segunda camada esquerda este melhoria será da ordem de20 - 35%. Os resultados obtidos para as amostras B e C são reduzidos porque a faixa de reflexão da camada colestérica parcialmente coincide com o pico deabsorção do material fotoluminescente e/ou somente parcialmente coincidecom o pico de emissão de dito material fotoluminescente.

Aqui, a camada de alinhamento foi usada para alinhar ascamadas colestéricas.

Este experimento foi repetido, porém utilizando-se umsubstrato pmma em lugar de um substrato de vidro. Uma camada dealinhamento de poliimida (Optimer Al 1051 da JSR Micro) foi moldada porrotação sobre ele a 2000 rpm/s em uma aceleração de 2500 rpm/s2 por 45 seg.Após isto, o substrato foi aquecido por 1,5 hora a 100°C no ar. O camada de alinhamento foi esfregada com um pano de veludo, para induzir umalinhamento planar do cristal líquido colestérico aplicado.

No lado oposto do slide, uma mistura dopada com coranteisotrópico foi aplicada. A mistura foi preparada misturando-se 1 % em pesode Irgacure 184 (da Ciba Chemicals) e 1 % em peso DCM (4-Diciametileno- 2-metil-6-(-dimetilaminoestireil)-4H-pirano (da Aldrich Chemicals), juntocom uma solução contendo 75 % em peso de pentaacrilato de dipentaeritritol(Aldrich) e 25 % em peso de etanol. Uma película com espessura deaproximadamente 10 u,m foi produzida por revestimento por rotação a 4000rpm por 45 segundos (velocidade de rampa de 2500 rpm/seg). A amostra foicurada UV (A, = 365 nm) sob uma atmosfera N2 por 10 minutos emtemperatura ambiente.

Um espelho de prata de 120 nm foi borrifado no topo dacamada de corante usando-se um revestidor de borrifo convencional(revestidor de borrifo Emitech K575X, em uma corrente de 65 mA por 2,5 min).

Uma mistura colestérica foi feita misturando-se 4,1 % em pesode um dopante quiral para a direita LC756 (da BASF), 2 % em peso deIrgacure 184 (da Ciba Chemicals), 1 % em peso de tensoativo e 94 % em pesode hospedeiro de cristal líquido reativo RM257 (Merck) dissolvido em xileno(55 % em peso sólidos, 45 % em peso solvente). Subseqüentemente, a misturafoi agitada a 80°C por 3 horas.

A mistura colestérica foi moldada por rotação sobre a camadade alinhamento de poliimida a 2000 rpm por 45 seg, com uma velocidade deaceleração de 2500 rpm/s. Após moldar por rotação, o substrato foi aquecidoa 80°C por cerca de 1 min, para evaporar o solvente e permitir que otensoativo melhore o alinhamento do cristal líquido nemático quiral. Emseguida, a fotopolimerização foi realizada em temperatura ambiente porirradiação por 10 min, empregando-se uma lâmpada-UV (comprimento de onda pico 365 nm) em um ambiente de N2. Uma segunda colestérica para aesquerda pôde então ser facilmente aplicada à superfície usando-se umprocesso similar. Finalmente, uma camada de tinta de prata reflexiva foiaplicada a três bordas do guia de onda, resultando no dispositivo final.

A saída de luz da amostra LSC foi determinada usando-se um Autronic DMS 703 (Melchers GmbH) junto com um CCD-Spect-2 (Câmera-CCD). As amostras de LSC foram colocadas em um suporte de amostra feitosob medida e expostas a uma fonte de luz aproximadamente uniforme,localizada a uma distância de cerca de 11 cm. A saída de luz de uma pequenaárea (cerca de 0,8 cm2) da borda de emissão da amostra foi medida através de uma distribuição angular de -70-70° em etapas de 1 grau. A emissão total foideterminada integrando-se os espectros através de todos os comprimentos deonda medidos (350 - 800 nm) e todos os ângulos. Para este experimento, aposição de medição de emissão foi fixada.

A amostra com o único colestérico para a direita demonstrou um aumento de 34% na saída de luz integrada para luz de entradaperpendicular à superfície da guia de onda, quando comparada com a saída deluz integrada da camada de corante nua. Quando subseqüentemente cobertacom o segundo colestérico para a esquerda, a saída de luz integrada total foideterminada como sendo 53% maior do que a da camada de corante sozinhapara luz de entrada incidente perpendicular à superfície do guia de onda.

Exemplo 2

Uma mistura de cristal líquido dopada com corantehomeotrópico foi aplicada a um slide de vidro puro de 30 mm x 30 mm x 1 mm. A mistura de material líquido foi preparada misturando-se uma soluçãode etanol, que continha 1 % em peso de Irgacure 184 (da Ciba Chemicals) e 1% em peso de Coumarin 30 (da Aldrich Chemicals), junto com uma soluçãocontendo 50 % em peso de monômero RMM77 e um xileno de 50 % em pesohomeotrópico nemático, cujos componentes principais são os cristais líquidosRM82 e RM257 (ambos Merck) e um dopante homeotrópico. A mistura foiagitada a 80°C por 2 horas, até todo etanol fosse evaporado. O xileno foievaporado aplicando-se a mistura sobre os guias de ondas pré-aquecidos (80gc) por 10 minutos. Após evaporação do xileno, uma película úmida foicriada com uma haste Meyer de 24 um, resultando em uma película com aespessura de aproximadamente 10 um. As amostras foram curadas UV (X =365 nm) sob uma atmosfera N2 por 4 minutos em temperatura ambiente eentão por 4 minutos a 110°C.

A medição da saída de luz pela amostra foi realizada por um Autronic DMS 703 (Melchers GmbH) junto com um CCD-Spect-2 (CâmeraCCD). As amostras LSC foram colocadas em um suporte de amostra feito sobmedida e expostas a uma fonte de luz colimada. A saída da luz da superfícieda amostra foi medida através de uma distribuição angular de 0 - 90°, emetapas de 1 grau. A emissão pico foi determinada e comparada à emissão picoda superfície de uma amostra isotrópica, preparada da exata maneira comodescrito acima, porém usando-se uma mistura RM82 e RM257, não contendoo dopante homeotrópico. O resultado foi que a amostra homeotrópica quaserepartiu igualmente a quantidade de luz perdida através da amostra, dessemodo aumentando a quantidade de luz dirigida para dentro do guia de onda. AFigura 11 representa o resultado deste experimento. Nesta figura, aintensidade de luz emitida pela superfície é fornecida em função do ângulo deemissão para duas amostras, uma com um corante isotropicamente alinhado(círculos) e um com o corante homeotropicamente alinhado (triângulos).

Observe-se que para o guia de onda usado neste experimento, toda luz acimade 33° foi capturada pela reflexão interna total e, assim, não pôde escaparatravés da superfície. O guia de onda aqui compreende a placa de vidro tendodimensões de 30 x 30 x 1 mm (1 x w x h).

O desempenho deste LSC é melhorado substancialmente pelaaplicação de uma camada colestérica direita e esquerda, acoplada com osespelhos de prata, como descrito no Exemplo 1.

Exemplo 3

O Exemplo 2 é repetido, exceto que um polímero cristalinolíquido é empregado que é alinhado em um ângulo de inclinação em torno de30°, utilizando-se o procedimento descrito por Sinha et al. em Appl. Phys.Lett. (2001), 79 (16), 2543-2545.

Repetindo, a eficiência do LSC é medida usando-se ametodologia descrita no Exemplo 1. Os resultados mostram que a eficiênciado LSC excede a eficiência dos LSCs descritos nos exemplos 1 e 2. Estasuperior eficiência acredita-se ser associada com um melhorado acoplamentoda radiação emitida para dentro do guia de onda.

Exemplo 4

Um alinhamento inclinado das moléculas de corante foitambém obtido da seguinte maneira. Uma solução foi preparada de dois polimidas: 4% Nissan G1211, um poliimida homeotrópico, e 96% Nissangl30, um poliimida planar. Esta solução foi moldada por rotação em umaplaca de vidro de 30x30x 1 mm a 5000 rpm por 60 segundos e curada emum forno de vácuo por 90 minutos a 180°C. O poliimida foi esfregado em umpano de veludo.Uma mistura contendo 1% de um corante baseado emperileno, 1% do fotoiniciador Irg 184 (Ciba Chemicals) e 98% RM257(Merck), dissolvida em uma relação de 55:45 % em peso em xileno, foimoldada por rotação sobre as camadas de alinhamento de poliimida a 2000 rpm por 40 segundos e colocada em uma placa quente a 80° para evaporar osolvente. Este procedimento resultou em um ângulo de inclinação doscorantes baseados em perileno de cerca de 15°.

A saída de luz da amostra de LSC foi determinada usando-seum Autronic DMS 703 (Melchers GmbH) junto com um CCD-Spect-2(Câmera-CCD). As amostras de LSC foram colocadas em um suporte deamostra feito sob medida e expostas a uma fonte de luz aproximadamenteuniforme, localizada em uma distância de cerca de 11 cm. A saída de luz deuma pequena área (cerca de 0,8 cm2) da borda de emissão da amostra foimedida através de uma distribuição angular de -70 - 70° em etapas de 1 grau.

A emissão total foi determinada integrando-se os espectros através de todosos comprimentos de onda medidos (350 - 800 nm) e todos os ângulos. Paraeste experimento, a posição de medição de emissão foi fixa. A saída de luzintegrada total desta amostra foi de -10% mais elevada do que a saída de umaamostra aleatoriamente orientada, preparada da mesma maneira (que nãocompreendia uma camada de alinhamento de poliimida).

Deve ser observado que as formas de realização acimamencionadas ilustram em vez de limitar a invenção e que aqueles hábeis natécnica serão capazes de projetar muitas formas de realização alternativas,sem desvio do escopo das reivindicações anexas. Nas reivindicações, quaisquer sinais de referência colocados entre parênteses não serãointerpretados como limitando a reivindicação. O uso do verbo "compreender"e suas conjugações não exclui a presença de elementos ou etapas que nãoaquelas citadas em uma reivindicação. O artigo "um" ou "uma" precedendoum elemento não exclui a presença de uma pluralidade de tais elementos. Ainvenção pode ser implementada por meio de hardware compreendendodiversos elementos distintos e por meio de um computador adequadamenteprogramado. Na reivindicação do dispositivo enumerando diversos meios,diversos destes meios podem ser corporificados pelo mesmo item dehardware. O mero fato de que certas medidas são mencionadas emreivindicações dependentes mutuamente diferentes não indica que umacombinação destas medidas não possa ser usada com vantagem.

Claims

1. Objeto luminescente, caracterizado pelo fato decompreender:a. uma camada ou núcleo luminescente, contendo um materialfotoluminescente; eb. um espelho seletivo de comprimento de onda;em que a camada luminescente ou núcleo luminescente éopticamente acoplado ao espelho seletivo de comprimento de onda, ditoespelho seletivo de comprimento de onda sendo pelo menos 50% transparenteà luz absorvida pelo material fotoluminescente e pelo menos 50% refletivo àradiação que é emitida pelo material fotoluminescente e em que o espelhoseletivo de comprimento de onda compreende uma camada colestérica depolímero nemático quiral.

2. Objeto luminescente de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de o espelho seletivo de comprimento de ondapolimérico compreender uma ou mais camada(s) colestérica(s) refletindo luzcircularmente polarizada para a direita ou uma ou mais camada(s)colestérica(s) refletindo luz circularmente polarizada para a esquerda oucompreende tanto uma ou mais camada(s) colestéricas refletindo luzcircularmente polarizada para a direita e uma ou mais camada(s) colestérica(s)refletindo luz circularmente polarizada para a esquerda.

3. Objeto luminescente de acordo com a reivindicação 1 ou 2,caracterizado pelo fato de compreender uma primeira camada colestéricarefletindo luz circularmente polarizada para a direita e uma segunda camadacolestérica refletindo luz circularmente polarizada para a esquerda.

4. Objeto luminescente, caracterizado pelo fato decompreender uma camada ou núcleo luminescente contendo um materialfotoluminescente e um espelho seletivo de comprimento de onda; em que acamada luminescente ou núcleo luminescente é opticamente acoplado aoespelho seletivo de comprimento de onda, dito espelho seletivo decomprimento de onda sendo pelo menos 50% transparente à luz absorvidapelo material fotoluminescente e pelo menos 50% reflexivo à radiação que éemitida pelo material fotoluminescente e em que o espelho seletivo decomprimento de onda compreende uma camada de células poliméricas.

5. Objeto luminescente de acordo qualquer uma dasreivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de o espelho seletivo decomprimento de onda compreender uma primeira camada de célulaspoliméricas refletindo uma polarização de luz e uma segunda camada decélulas poliméricas refletindo a polarização oposta de luz.

6. Objeto luminescente de acordo qualquer uma dasreivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de a refletividade doespelho seletivo de comprimento de onda, para radiação emitida pelo materialfotoluminescente, exceder a refletividade do mesmo espelho para radiaçãoóptica absorvida por dito material fotoluminescente em pelo menos 50%,preferivelmente pelo menos 80%).

7. Objeto luminescente de acordo qualquer uma dasreivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de o espelho seletivo decomprimento de onda ser pelo menos 60% transparente, preferivelmente pelomenos 70% transparente à luz absorvida pelos materiais fotoluminescentes.

8. Objeto luminescente de acordo qualquer uma dasreivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de o espelho seletivo decomprimento de onda ser pelo menos 60% refletivo, preferivelmente pelomenos 70% refletivo à radiação que é emitida pelo material fotoluminescente.

9. Objeto luminescente de acordo qualquer uma dasreivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de o espelho seletivo decomprimento de onda compreender um espelho seletivo de polarização que épelo menos 50% transparente à luz absorvida pelo material fotoluminescentee que é pelo menos 50% refletivo à radiação polarizada circular ou linear coma apropriada polarização.

10. Objeto luminescente de acordo com a reivindicação 9,caracterizado pelo fato de o espelho seletivo de comprimento de ondacompreender uma primeira camada de células poliméricas refletindo uma polarização de luz e uma segunda camada de células poliméricas refletindo apolarização oposta de luz, ambas camadas de células poliméricas sendolocalizadas no mesmo lado da camada luminescente ou sendo localizadas forado núcleo luminescente.

11. Objeto luminescente de acordo qualquer uma dasreivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de a camada luminescenteou núcleo luminescente compreender um polímero alinhado que contém ummaterial fotoluminescente orientado.

12. Objeto luminescente de acordo qualquer uma dasreivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de o objeto ser umalaminado óptico ou uma fibra óptica, dito objeto compreendendo um guia deonda que é opticamente acoplado à camada ou núcleo luminescente, em que oíndice refrativo do guia de onda, nw, é de modo que nw> n0 - 0,005, em que n0é o índice refrativo ordinário do polímero alinhado.

13. Objeto luminescente de acordo qualquer uma dasreivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de o objeto serpredominantemente transparente para radiação óptica na faixa de 400 - 500e/ou 600 - 700 nm.

14. Objeto luminescente de acordo qualquer uma dasreivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de compreender umacamada luminescente e um guia de onda, em que o objeto é um laminadoóptico ou uma fibra óptica, o objeto luminescente sendo acopladoopticamente ao guia de onda, o objeto luminescente compreendendo umpolímero alinhado, que contém um material fotoluminescente orientado, ditomaterial fotoluminescente orientado sendo imobilizado dentro do polímeroalinhado e dito polímero alinhado tendo um ângulo pré-inclinado de 10 - 90°em relação à superfície do objeto.

15. Objeto luminescente de acordo com a reivindicação 14,caracterizado pelo fato de o material fotoluminescente orientado ter umarelação dicróica de pelo menos 2,0, preferivelmente de pelo menos 3,0,muitíssimo preferivelmente de pelo menos 50,0 em uma célula planar.

16. Objeto luminescente de acordo com a reivindicação 14 ou15, caracterizado pelo fato de o polímero alinhado ter um ângulo pré-inclinado de 30 - 80°.

17. Objeto luminescente de acordo qualquer uma dasreivindicações 14 a 16, caracterizado pelo fato de o polímero alinhado ter umângulo pré-inclinado de 30 - 70°, preferivelmente de 40 - 70°, maispreferivelmente 40 - 60°.

18. Objeto luminescente de acordo qualquer uma dasreivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de o objeto ser uma fibraóptica compreendendo uma camada luminescente e um núcleo de guia deonda.

19. Objeto luminescente de acordo qualquer uma dasreivindicações 1 a 17, caracterizado pelo fato de o objeto ser uma fibra ópticacompreendendo um núcleo luminescente e um guia de onda.

20. Objeto luminescente de acordo qualquer uma dasreivindicações 14 a 19, caracterizado pelo fato de o guia de onda nãocompreender um corante fluorescente.

21. Objeto luminescente de acordo qualquer uma das reivindicações 14 a 20, caracterizado pelo fato de o ângulo pré-inclinado estardentro da faixa de 15 - 85°.

22. Objeto luminescente de acordo qualquer uma dasreivindicações 14 a 20, caracterizado pelo fato de o ângulo pré-inclinado estardentro da faixa de 30 - 60°.

23. Dispositivo fotovoltaico, caracterizado pelo fato decompreender um meio de coleta de radiação eletromagnética contendo umobjeto como definido em qualquer uma das reivindicações precedentes e umacélula fotovoltaica capaz de converter radiação óptica em energia elétrica queé opticamente acoplada ao objeto luminescente.

24. Visor ativado por luz fluorescente, caracterizado pelo fatode compreender um objeto luminescente como definido em qualquer uma dasreivindicações 1 a 22.

25. Sistema de iluminação de ambiente, caracterizado pelo fatode compreender um objeto luminescente como definido em qualquer uma dasreivindicações 1 a 22.

26. Janela, caracterizada pelo fato de compreender o objetoluminescente como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 22 euma célula fotovoltaica capaz de converter a radiação óptica em energiaelétrica, que é opticamente acoplada ao objeto luminescente.

27. Uso de um objeto luminescente como definido emqualquer uma das reivindicações 1 a 22, caracterizado pelo fato de ser paraconcentrar radiação óptica incidente.