BRPI1007686B1 - sistema de iluminação - Google Patents

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BRPI1007686B1
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Bechtel Hans-Helmut
Heidemann Matthias
J Schmidt Peter
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Koninl Philips Electronics Nv
Koninklijke Philips Nv
Lumileds Holding Bv
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Abstract

sistema de iluminação a invenção refere-se a um sistema de iluminação contendo uma placa de conversão e dispersão de luz compreendendo uma camada não conversora, mas dispersora e uma camada mais fina de conversão. através da separação da dispersão e da conversão, as características do sistema de iluminação podem ser bastante aumentadas.

Description

SISTEMA DE ILUMINAÇÃO CAMPO DA INVENÇÃO
A presente invenção é direcionada para novos materiais luminescentes e compostos para dispositivos de 5 emissão de luz, especialmente no campo dos LEDs.
HISTÓRICO DA INVENÇÃO
Nos anos recentes, diversas novas técnicas e instalações têm sido desenvolvidas para os LEDs, entre elas a introdução de placas conversoras de cerâmica e camadas. A 10 este respeito, é feita referência, por exemplo, ao documento US 2004/145 308 que foi incorporado como referência.
No entanto, ainda existe a contínua necessidade por placas conversoras e camadas que apresentem boas propriedades de emissão e dispersão.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
É um objetivo da presente invenção fornecer um sistema de iluminação que seja utilizável em uma grande variedade de aplicações e especialmente permita a fabricação de LEDs de luz quente com eficiência de iluminação otimizada 20 e renderização da cor.
Este objetivo é solucionado através de um sistema de iluminação de acordo com a reivindicação 1 da presente invenção. Deste modo, um sistema de iluminação é proposto compreendendo pelo menos uma placa de conversão e dispersão de luz compreendendo
a) uma primeira camada tendo propriedades de
dispersão e nenhuma propriedade de conversão e
b) uma segunda camada tendo propriedades de
conversão
30 em que a espessura A da primeira camada e a
espessura B da segunda camada corresponde
A>3*B
2/12
Preferencialmente A e B correspondem a A^4*B, mais preferencialmente A^7*B.
termo camada e/ou placa especialmente significa e/ou inclui um objeto que se estende em uma 5 dimensão (isto é, a altura) para 4 0%, mais preferencialmente 20% e ainda mais preferencialmente 10% que em quaisquer outras dimensões (isto é, largura e comprimento) .
O termo dispersão especialmente significa e/ou 10 inclui a mudança da propagação da direção da luz.
O termo conversão especialmente significa e/ou inclui os processos físicos de absorção da luz e emissão da luz em outra área do comprimento da onda, por exemplo, devido a transições radioativas que envolvem pelo menos um estado 15 base e pelo menos um estado aceso e que possa ser descrito com um diagrama de coordenada configuracional mostrando as curvas de energia potencial dos centros de absorção e emissão como uma função da coordenada configuracional.
O termo nenhuma propriedade de conversão 20 especialmente significa e/ou inclui que 95%, mais preferencialmente 97%, mais preferencialmente 98% e ainda mais preferencialmente 2 99% de todas as luzes transmitidas passem pela placa sem serem convertidas.
Tal sistema de iluminação tem mostrado para uma 25 variedade de aplicações na presente invenção ter pelo menos uma das seguintes vantagens:
O surpreendente resultado de uma das idéias básicas fundamentando a presente invenção, isto é, separar a dispersão e a conversão é que para a maioria das aplicações, 30 uma boa emissão direta com uma estabilidade angular do perfil de emissão pode ser encontrada.
A totalidade da instalação do sistema de iluminação pode ser mantida simples e pequena.
3/12
O tempo de vida do sistema de iluminação é consideravelmente estendido devido às propriedades de dissipação do calor melhoradas e estabilidade química melhorada.
- Camadas funcionais adicionais podem ser aplicadas em uma camada apenas para eliminar o risco de danificar a outra camada mais calma.
De acordo com uma realização preferencial, a segunda camada está no caminho ótico entre a fonte de luz 10 primária e a primeira camada.
A fonte de luz primária será na maioria das aplicações um LED azul; no entanto, quaisquer dispositivos conhecidos no campo para um técnico no assunto podem ser usados.
De acordo com uma realização preferencial, a primeira e/ou a segunda camadas são essencialmente feitas de material cerâmico.
termo essencialmente no sentido da presente invenção significa especialmente 90(wt)-%, mais preferencialmente >95(wt)-%, ainda mais preferencialmente (wt)-% e a mais preferencial 99 (wt) termo material cerâmico no sentido da presente invenção significa e/ou inclui especialmente material cristalino ou compacto policristalino ou material composto 25 com uma quantidade controlada de poros ou o qual é livre de poros.
termo material policristalino no sentido da presente invenção significa e/ou inclui especialmente um material com uma densidade de volume mais larga que 90 por 30 cento do constituinte principal, consistindo em mais de 80% do domínio do cristal único, com cada domínio sendo maior que 0,5 pm em diâmetro e tendo orientações cristalográficas diferentes. Os domínios do cristal único podem ser conectados
4/12 por materiais amorfos ou de vidro ou por constituintes cristalinos adicionais.
De acordo com uma realização preferencial, o material cerâmico tem um volume de 0,005 mm3 à 8 mm3, mais preferencialmente 0,03 mm3 à 1 mm3 e mais preferencialmente 0,08 mm3 à ú 0,18 mm3.
De acordo com uma realização preferencial, o material cerâmico tem uma densidade de 90% e 100% da densidade teórica. Isto foi mostrado para ser vantajoso para uma variedade de aplicações da presente invenção desde que as propriedades luminescentes de pelo menos um material cerâmico pode ser aumentada.
Mais preferencialmente o material cerâmico tem uma densidade de > 97% e 100% da densidade teórica, ainda mais preferencialmente 98% e 100%, ainda mais preferencialmente 98,5% e ú 100% e mais preferencialmente 99,0% e < 100%.
De acordo com uma realização preferencial da presente invenção, a irregularidade da superfície RMS (interrupção da planaridade de uma superfície; medido como um meio geométrico da diferença entre as características mais altas e mais profundas da superfície) da(s) superfície(s) do material cerâmico é 0,001 pm e 1 pm.
De acordo com uma realização da presente invenção, a irregularidade da(s) superfície(s) do pelo menos um material cerâmico é > 0,005 pm e 0,8 pm, de acordo com uma realização da presente invenção 0,01 pm e 0,5 pm, de acordo com uma realização da presente invenção > 0,02 pm e 0,2 pm e de acordo com uma realização da presente invenção 0,03 pm e 0,15 pm.
De acordo com uma realização preferencial da presente invenção, a área específica da superfície do material cerâmico é 10'7m2/g e ú 0,lm2/g.
5/12
De acordo com uma realização preferencial, a espessura B da segunda camada é 1 5 pm e 80 pm. Isto tem sido mostrado ser vantajoso para varias aplicações da presente invenção, pois desde que ao fazê-lo a eficiência da vedação e da emissão lateral da placa de conversão e dispersão da luz possa ser bastante aumentada e reduzida, respectivamente.
Preferencialmente a espessura B da segunda camada é pm e ^50 pm.
De acordo com uma realização preferencial, a espessura A da primeira camada é 1 50 pm e 1000 pm. Isto tem mostrado ser vantajoso, desde que ao fazê-lo, para várias aplicações as características de dispersão e a uniformidade do perfil de emissão da placa de conversão e dispersão da luz possa ser bastante aumentada.
Preferencialmente a espessura A da primeira camada é 1 100 pm e 300 pm.
De acordo com uma realização preferencial, o coeficiente de dispersão da primeira camada é > 0 e 1000 cm'1.
O coeficiente de dispersão s é determinado pela medida da reflectância Ro e/ou a transmitância To de uma camada fina com espessura A de acordo com as equações:
/1 - fcR0\ = ) if b \ sA = -1 Ars inh Ar sinh b}
B * To J
Com & = -Vfc2 -1 e k = — s (a é o coeficiente de absorção da camada)
No caso de a=0 as equações se simplificam para = R°
1-¾ r0
Preferencialmente o coeficiente de dispersão da
6/12 primeira camada é 100 e ^500 cm .
De acordo com a realização preferencial, o principal índice de refração n da primeira camada é 1,3 e
2,5.
De acordo com a realização preferencial, a diferença Δη no índice de refração entre o índice de refração da primeira camada e da segunda camada é 0,03 e 1. Isto tem mostrado ser vantajoso por misturar a luz da fonte primária de luz e a luz convertida da segunda camada para várias aplicações. Preferencialmente Δη é à 0,3 e 0,5.
De acordo com uma realização, a primeira camada é essencialmente feita de material selecionado a partir do grupo compreendendo vidro, A12O3, Y3A150i2, RE3A150i2 (RE=metais terrosos raros), Y2O3, ZnS, A1ON, A1PON, A1N, MgAl2O4, SiC, SiO2, Si3N4 ou misturas destes.
De acordo com uma realização preferencial, a segunda camada é essencialmente feita de um material selecionado do grupo compreendendo LubYcGddCeeAl50i2 com b+c+d+e=3, 0,09 — e — 0,24, Cai-x-y-z-o,5uMxSii+u-v-zN3-vOv; EUy, Cez com 0 < u < 0,2, 0 < v < 0,05, 0 < x < 1, 0,001 < y < 0,01, 0,002 < y < 0,04, e M = Sr, Ba, Mg ou misturas destes.
De acordo com uma realização preferencial, a placa compreende uma terceira camada fornecida entre a primeira e a segunda camada feita essencialmente de um material adesivo, preferencialmente uma cola de silicone.
Esta invenção refere-se ainda a um método para produzir uma placa de conversão e dispersão da luz compreendendo as etapas de
a) Fornecer uma primeira e uma segunda camada, em que a espessura da segunda camada é maior que a desejada.
b) Conectar a primeira e a segunda camada, opcionalmente através do uso de uma terceira camada fornecida entre a primeira e a segunda camada e essencialmente feita de
7/12 um material adesivo.
c) Reduzir mecanicamente a espessura da segunda camada, por exemplo, através de desgaste.
Ao fazer isso, tem sido mostrado que para vários aplicações que a placa de conversão e dispersão da luz de acordo com a presente invenção pode ser feita facilmente e efetivamente mesmo para pequenas espessuras da segunda camada.
Um sistema de iluminação de acordo com a presente 10 invenção pode ser para uso em uma grande variedade de sistemas e/ou aplicações, entre elas uma ou mais das seguintes:
- Sistemas de iluminação de escritório
- Sistemas de aplicação doméstica
15 - Sistemas de iluminação de shopping - Sistemas de iluminação para casas - Sistemas de iluminação de realce - Sistemas de iluminação de pontos - Sistemas de iluminação de teatros
20 - Sistemas de aplicação de fibra ótica - Sistemas de projeção - Sistemas de auto iluminação de display - Sistemas de display pixelado - Sistemas de display segmentado
25 - Sistemas de sinais de avisos _
- Sistemas de aplicação de iluminação médica - Sistemas de sinais indicadores, e - Sistemas de iluminação decorativa - Sistemas portáteis
30 - Aplicações automotivas - Sistemas de iluminação de estufa.
Os componentes supracitados, bem como os componentes reivindicados e os componentes a serem usados de
8/12 acordo com a invenção nas realizações descritas, não são assuntos para quaisquer exceções especiais em relação ao seu tamanho, forma, seleção de material e conceito técnico que o critério de seleção conhecido no campo pertinente pode ser aplicado sem limitações.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
Detalhes adicionais, aspectos, características e vantagens do objeto da invenção são revelados nas reivindicações dependentes, as figuras e a seguinte descrição das respectivas figuras e exemplos, que - em um modelo exemplar - mostra várias realizações e exemplos de um material luminescente para uso em um sistema de iluminação de acordo com a invenção bem como diversas realizações e exemplos de um sistema de iluminação de acordo com a invenção.
A Fig. 1 mostra uma instalação bastante esquemática de um sistema de iluminação de acordo com uma realização da presente invenção.
A Fig. 2 mostra uma vista detalhada bastante esquemática de uma placa de conversão e dispersão da luz da Fig. 1.
A Fig. 3 mostra uma fotografia de um detalhe da placa de conversão e dispersão da luz de acordo com o Exemplo
I da presente invenção.
A Fig. 4 mostra uma fotografia _de_um detalhe de urna placa de conversão e dispersão da luz de acordo com o Exemplo
II da presente invenção.
A Fig. 5 mostra o padrão de radiação espacial de dois LEDs de acordo com os Exemplos I e II da presente invenção e exemplo comparativo.
A Fig. 6 mostra a Emissão espectra de dois LEDs de acordo com o Exemplo I e II da presente invenção e o exemplo comparativo; e
9/12
A Fig. 7 mostra um gráfico de Cromaticidade CIE 1931 mostrando o Planckian lócus de dois LEDs de acordo com o Exemplo I e II da presente invenção e o exemplo comparativo.
A Fig. 1 mostra uma instalação bastante esquemática de um sistema de iluminação de acordo com uma realização da presente invenção. A maior parte da Fig. 1 é técnica anterior e conhecida por um técnico no assunto e será, deste modo, descrita apenas brevemente. Ê aparente que o sistema de iluminação da Fig. 1 é apenas exemplar e o técnico no assunto pode usar partes diferentes ou substituí-las deliberadamente.
O sistema de iluminação 1 compreende um LED 20 azul de chip com filme fino no qual uma placa de conversão e dispersão de luz 10 é fornecida; ambos são cobertos por lentes.
A Fig. 2 mostra uma vista detalhada bastante esquemática de uma placa de conversão e dispersão de luz da Fig. 1. A placa 10 compreende uma primeira camada 12 (com uma espessura A) , uma segunda camada 14 (com uma espessura B) e entre estas uma camada de cola de silicone 16. A Fig. 2 é altamente esquemática e na maioria das aplicações as dimensões reais serão muito diferentes. Ê notado que a placa 10 é fornecida no sistema de iluminação 1 para que a segunda camada 12 esteja no caminho ótico entre um LED 20 azul de chip e a segunda camada 14.
A invenção será mais bem entendida pelos seguintes Exemplos I e II que - em uma moda meramente ilustrativa mostra diversos sistemas de iluminação da presente invenção.
Nos exemplos, uma camada Y2,88Ce0,oi2Al5Oi2 (isto é, a segunda camada 14) foi aterrada em ambos os lados a partir de uma pastilha de 1,1 mm de espessura após sinterizar para 300 pm de espessura. Também uma camada policristalina A12O3 de 1 mm de espessura (PCA, a primeira camada 12) com uma densidade de massa de 99,98% do cristalino A12O3 foi aterrado a 150 pm.
10/12
Então a primeira camada foi revestida com uma camada de Silicone (Shin Etsu KJR-9222A e KJR-9222A, proporção de mistura 1:1), a segunda camada foi ligada e a segunda camada de silicone foi enrijecida a uma temperatura de 100°C por uma hora e curada à 150°C por duas horas.
Após a colagem, a segunda camada 14 foi ainda aterrada a uma espessura de 17 (Exemplo I) e 30 pm (Exemplo II), respectivamente.
Então ambas as placas foram cortadas em forma de cubos de 0,99 x 0,99 mm2, montadas em um TFFC LED azul emitindo cerca de 450 nm e com lentes. O acondicionamento do LED foi feito da mesma maneira que para os LEDs convertidos de fosforo Lumiramic.
Além disso, um Exemplo I comparativo foi feito em analogia aos exemplos inventivos. Nestes exemplos comparativos, a segunda camada foi definida para uma espessura de 120 pm e feita de Y2,842Gd0,i5Ceo,oo8Al5Oi2 (isto é, de um baixo conteúdo de Cério para corresponder à alta espessura).
A Fig. 3 mostra uma fotografia de um detalhe de uma placa de conversão e dispersão de luz de acordo com o Exemplo
I da presente invenção. A placa de conversão e dispersão de luz tem uma espessura total de cerca de 205 pm, em que a primeira camada é cerca de 140 pm espessa, a segunda camada cerca de 30 pm e a camada de silicone cerca de 3-5 pm.-
A Fig. 4 mostra uma fotografia de um detalhe de uma placa de conversão e dispersão de luz de acordo com o Exemplo
II da presente invenção. Por acaso, a placa de conversão e dispersão de luz tem também uma espessura total de cerca de 205 pm; no entanto, aqui a primeira camada tem cerca de 146 pm de espessura, a segunda camada cerca de 17 pm e a camada de silicone cerca de 42 pm.
A Fig. 5 mostra um padrão de radiação espacial de
11/12 dois LEDs de acordo com os Exemplos I e II da presente invenção e um exemplo comparativo. Devido à emissão a partir de duas faces da placa de conversão do Lumiramic do exemplo comparativo o fluxo radiativo sob um ângulo de emissão larga é mais alto em comparação com um fluxo sob ângulos largos emitidos por LEDs com placas conversoras dos Exemplos I e II da presente invenção.
A Fig. 6 mostra a Emissão espectra de dois LEDs de acordo com os Exemplos I e II da presente invenção e o exemplo comparativo. Para o exemplo comparativo (120 pm) a força conversora total é baixa e o pico de emissão da luz azul emitida é bem mais largo que o máximo da luz convertida. Para o exemplo 30 pm ambos os picos são aproximadamente iguais, o que mostra a alta eficiência da placa de conversão e dispersão de luz.
A Fig. 7 mostra um gráfico de Cromaticidade CIE 1931 mostrando um lócus Planckian e os pontos de cor dos dois LEDs de acordo com os Exemplos I e II da presente invenção e do exemplo comparativo. Pode ser visto que devido à placa inventiva de conversão e dispersão de luz uma baixa temperatura de cor de cerca de 4000K tem sido realizada com o exemplo 30 pm, ao passo que somente uma pequena mudança no tamanho da camada conversora 12 (isto é, 17 pm) leva a um aumento dramático da temperatura de cor de cerca de 10000K. Variações.—da espessura e concentração de Cério fornecem acesso para a produção de LED branco com temperatura de cor variando acima de 10000K para 4000K e abaixo.
As combinações particulares dos elementos e características nas realizações detalhadas acima são apenas exemplares; a troca e substituição destes ensinamentos por outros ensinamentos nestes e nas patentes/pedidos incorporados como referência também são expressamente contempladas. Como técnicos no assunto irão reconhecer
12/12 variações, modificações e outras implementações do que está aqui descrito pode ocorrer aos técnicos no assunto comum sem se afastar do espirito e do escopo da invenção reivindicada. Deste modo, a seguinte descrição é somente a titulo de 5 exemplo e não é pretendidamente limitativa. Nas reivindicações, a palavra compreendendo não exclui outros elementos ou etapas, e os artigos indefinidos um ou uma não excluem uma pluralidade. O mero fato de certas medidas não serem citadas em mútuas reivindicações dependentes 10 diferentes não indica que a combinação destas medidas não possa ser usada como vantagem. O escopo da invenção é definido nas reivindicações a seguir e suas equivalentes. Além disso, os sinais de referência usados na descrição e nas reivindicações não limitam o escopo da invenção como 15 reivindicado.

Claims (7)

  1. REIVINDICAÇÕES
    1. SISTEMA DE ILUMINAÇÃO, caracterizado por compreender uma fonte de luz primária e pelo menos uma placa de conversão e dispersão de luz (10) compreendendo:
    a) uma primeira camada (12) tendo propriedades de dispersão e essencialmente nenhuma propriedade de conversão, em que a primeira camada (12) é essencialmente feita de um material selecionado do grupo que compreendendo vidro, Al2O3, Y3Al5O12, RE3Al5O12 (RE= metal raro da terra) Y2O3, ZnS, AlON, AIPON, AIN, MgAl2O4, SiC, SiO2, S13N4 ou suas misturas, e
    b) uma segunda camada (14) tendo propriedades de convenção e sendo localizada no caminho ótico entre a fonte de luz primária e a segunda camada, em que a segunda cama é essencialmente de um material selecionado do grupo que compreendendo LubYcGddCeeAl5O12 com b+c+d+e = 3,0.09 < e <
    0,24, Ca1-x-y-z-0,5uMxSi1+u+v+zAl1-u+v+zN3-vOv: Euy, Cez com 0 < u <
    0,2.0 < v < 0,05, 0 < x < 1, 0,001 < y < 0, 001, 0, 00,2 < y <
    0,04 e M = Sr, Ba, Mg ou suas misturas;
    em que a espessura A da primeira camada e a espessura B da segunda camada correspondem a A>3*B;
    e em que a primeira cama é essencialemente feita de um material cerâmico com uma densidade de h 90% e < 100% da densidade teórica, a espessura B da segunda camada é h 5pm e < 80pm, e a espessura da A da primeira camada é h 50pm e <
    100pm.
  2. 2. SISTEMA DE ILUMINAÇÃO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela segunda camada ser essencialmente feita de material cerâmico.
  3. 3. SISTEMA DE ILUMINAÇÃO, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo coeficiente de dispersão da primeira camada A ser > 0 e < 1000 cm-1.
    Petição 870190068791, de 19/07/2019, pág. 5/8
    2/2
  4. 4. SISTEMA DE ILUMINAÇÃO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pela diferença Δη no índice de refração entre o índice de refração da primeira camada e a segunda camada ser > 0,03 e < 1.
  5. 5. SISTEMA DE ILUMINAÇÃO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pela placa compreender uma terceira camada fornecida entre a primeira e a segunda camada e essencialmente feita de material adesivo.
  6. 6. SISTEMA DE ILUMINAÇÃO, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo material adesivo compreender uma cola de silicone.
  7. 7. SISTEMA, compreendendo um sistema de iluminação conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo sistema estar sendo usado em um ou mais dos seguintes aplicações:
    - Sistemas de iluminação de escritório - Sistemas de aplicação doméstica - Sistemas de iluminação de shopping - Sistemas de iluminação para casas - Sistemas de iluminação de realce - Sistemas de iluminação de pontos - Sistemas de iluminação de teatros - Sistemas de aplicação de fibra ótica - Sistemas de projeção - Sistemas de auto iluminação de display - Sistemas de display pixelado - Sistemas de display segmentado - Sistemas de sinais de avisos - Sistemas de aplicação de iluminação médica - Sistemas de sinais indicadores, e - Sistemas de iluminação decorativa - Sistemas portáteis
    - Aplicações automotivas.
BRPI1007686-7A 2009-05-19 2010-05-17 sistema de iluminação BRPI1007686B1 (pt)

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