CN107110467A - 用于发光二极管色温偏移感知的热塑性面板 - Google Patents
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Abstract
由于在观察者和LED之间放置的无源色温偏移面板,观察者感知到发光二极管(LED)实际发射的色温发生改变。所述面板以一定方式着色,使得在面板中不存在任何电致变色材料、光致变色材料、或热致变色材料的情况下,能够感知发光二极管的一个色温向发光二极管的另一色温的偏移。
Description
优先权要求
本申请要求于2014年10月9日提交的美国临时专利申请系列号62/061,879(代理人案卷号12014016)的优先权,该文通过引用纳入本文。
发明领域
本发明涉及一种通过使用热塑性面板调节发光二极管色温感知的方法,所述热塑性面板在发光二极管和该发光二极管的光的观察者之间。
发明背景
由于与白炽灯相比,发光二极管(“LED”)较低的能耗,所以LED迅速流行起来用于室内外照明。
LED以各种色温按商用规模生产。在商业零售商店中出售的LED常规陈列包括“柔白”(2700K);“暖白”(3000K);“亮白”(3500K);“自然光”(5000K),其中2700~5000的色温以开氏温度测定。
由于待获取色温的不同,LED的制造成本不同。例如,生产具有约3500K色温的通用高亮度LED比生产具有约2700K色温的LED更便宜。但是“亮白”色温可能没有“柔白”色温理想。
本领域已知的是存在调整LED色温的需求,例如在美国专利第8,801,220号中所公开的。本领域还已知的是在光源和观察者之间的材料层可以是无源滤色器,例如参见美国公布的专利申请200710132371。但是,为了能够从LED所发射的光的色温调整或调谐至被看到的光的色温,这些方法都依赖于昂贵的电致变色层或组件中的其它元件。
发明内容
本领域需求的是一种具有以下特性的材料:其制造廉价且可用于将LED色温由LED发射的实际色温调整或调谐至LED观察者感知到的理想色温。
在本发明中发现如果人们愿意利用具有预定颜色的无源层提供相对于LED实际发射的不同色温的感知到的色温的偏移,那么不需要可调谐电致变色层、光致变色层、或热致变色层及其相关成本。
本发明的一个方面是包含热塑性树脂和至少一种着色剂的面板,其中所述面板是半透明的,并且介于发光二极管和发光二极管的观察者之间,并且,其中面板以一定方式着色,从而在面板中不存在任何电致变色材料、光致变色材料、或热致变色材料的情况下,能够感知到引起由发光二极管的实际色温向观察者感知的另一色温的偏移。
作为一个实施方式,可以选择着色剂用于在热塑性面板中使用,从而将较便宜的LED的实际色温改变为较昂贵的LED的感知到的色温。以该方式,人们可以通过使用如上所述预定色的中间面板降低提供特定色温的成本。
具体实施方式
热塑性树脂
以面板形态能够半透明的任何热塑性树脂都是在本发明中使用的候选树脂。理想的候选树脂包括聚烯烃、聚酯、聚丙烯酸、苯乙烯、聚酰胺、聚卤乙烯等。优选的候选树脂是聚卤乙烯,因为其固有的透明性、并且适用于与影响透光度和半透明度的其它材料混合。
聚氯乙烯聚合物在世界范围广泛使用。此处涉及的聚氯乙烯树脂(PVC)包括聚氯乙烯均聚物、氯乙烯共聚物、接枝共聚物、和在任何其它聚合物例如提高热变形温度的聚合物、抗冲击增韧剂、阻透聚合物、链转移剂、稳定剂、增塑剂、或流动改性剂存在下聚合的氯乙烯聚合物。
例如,通过在链转移剂存在下过聚合低粘度且高玻璃化转变温度(Tg)增强剂例如SAN树脂、或酰亚胺化聚甲基丙烯酸酯,可以与PVC聚合物进行组合改性。
在另一选择中,氯乙烯可以在所述Tg增强剂的存在下进行聚合,所述增强剂在氯乙烯聚合之前已经预先形成、或者在氯乙烯聚合期间形成。然而,仅有那些具有特定平均粒径和脆度的树脂呈现出适用于本发明实施的优点。
在本发明的实施中,可以使用聚氯乙烯均聚物或包含一种或多种可与聚氯乙烯共聚的共聚单体的聚氯乙烯共聚物。用于聚氯乙烯的合适单体包括:丙烯酸和甲基丙烯酸;丙烯酸的酯和甲基丙烯酸的酯,其中,所述酯部分具有1~12个碳原子,例如丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、以及丙烯酸乙基己酯等;甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丁酯等;丙烯酸的羟烷基酯和甲基丙烯酸的羟烷基酯,例如,丙烯酸羟甲基酯、丙烯酸羟乙基酯、甲基丙烯酸羟乙基酯等;丙烯酸的缩水甘油酯和甲基丙烯酸的缩水甘油酯,例如丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯等;α,β-不饱和二羧酸及其酸酐,例如,马来酸、延胡索酸、衣康酸及这些酸的酸酐等;丙烯酰胺和甲基丙烯酰胺;丙烯腈和甲基丙烯腈;马来酰亚胺,例如,N-环己基马来酰亚胺;烯烃,例如乙烯、丙烯、异丁烯、己烯等;偏二氯乙烯,例如偏二氯乙烯;乙烯基酯,例如,乙酸乙烯酯;乙烯基醚,例如甲基乙烯基醚、烯丙基缩水甘油醚、正丁基乙烯基醚等;交联单体,例如,邻苯二甲酸二烯丙酯、乙二醇二甲基丙烯酸酯、亚甲双丙烯酰胺、三丙烯酰三嗪(tracrylyl triazine)、二乙烯醚、烯丙基硅烷等;并且包括任意上述共聚单体的混合物。
本发明还可以使用氯化的聚氯乙烯(CPVC),其中含有约57%氯的PVC进一步与由分散在水中并经辐照生成溶于水的氯自由基的氯气所产生的氯自由基发生反应,产生CPVC,这是一种具有较高玻璃化转变温度(Tg)及热变形温度的聚合物。商品CPVC通常含有约58重量%至约70重量%、优选约63重量%至约68重量%的氯。可以使用常规方法通过将该PVC共聚物氯化来获取CPVC共聚物,比如美国专利2,996,489所描述的方法,该专利通过引用纳入本发明。CPVC的商业来源包括路博润公司(Lubrizol Corporation)。
优选的组合物是聚氯乙烯均聚物。
聚氯乙烯聚合物的市售来源包括德克萨斯州达拉斯的OxyVinyls公司和德克萨斯州弗里波特的Shintech USA公司。
树脂的配混物
热塑性树脂化合物通常包含各种添加剂,本领域技术人员根据由其生产的制品所需性能,无需过多实验便可对这些添加剂进行选择。
使用PVC仅作为一个可能的实施方式,适用于本发明的PVC化合物可以在每100重量份的PVC中(每百份树脂的份数、或者“phr”)包含0.01~约500重量份的添加剂有效量。
例如,可以利用各种主润滑剂和/或辅润滑剂例如氧化聚乙烯、石蜡、脂肪酸、以及脂肪酸酯等。
可以利用热稳定剂和紫外线(UV)稳定剂,如各种有机锡,例如二丁基锡、S-S’-二(异辛基巯基乙酸)二丁基锡、二月桂酸二丁基锡、二异辛基巯基乙醇酸二甲基锡、混合金属稳定剂例如钡锌稳定剂和钙锌稳定剂、以及铅稳定剂(例如三碱式硫酸铅、二碱式邻苯二甲酸铅)。辅助稳定剂可以包括例如磷酸的金属盐、多元醇、和环氧化油。盐的具体例子包括水溶性碱金属磷酸盐、磷酸一氢钠、正磷酸盐例如所述碱金属的单正磷酸盐、二正磷酸盐和三正磷酸盐、碱金属多磷酸盐、-四聚磷酸盐和-偏磷酸盐等。可以使用多元醇例如糖醇、和环氧化物例如环氧大豆油。辅助稳定剂的常规含量为每100重量份PVC约0.1重量份至约10.0重量份(phr)。
此外,可以利用抗氧化剂例如酚、BPA、BHT、BHA、各种位阻酚和各种抑制剂,例如经取代的二苯甲酮。
可以以至多200或300phr的量使用各种加工助剂、填料、阻燃剂、增强材料等。示例性的加工助剂是丙烯酸聚合物例如聚(甲基)丙烯酸甲酯系材料。
通过采用0.5~5phr的商用丙烯酸加工助剂,例如来自罗门哈斯公司(Rohm andHaas)的商标的那些,可以实现对熔体粘度的调节。K-120ND、K-120N、K-175和其它加工助剂在塑料和橡胶协会:PVC加工国际会议,4月26~28日(1983),第17号文件(The Plastics and Rubber Institute:International Conference on PVCProcessing,Apr.26-28(1983),Paper No.17)中公开。
填料的例子包括碳酸钙、黏土、二氧化硅和各种硅酸盐、滑石、炭黑等。增强材料包括玻璃纤维、聚合物纤维和纤维素纤维。该填料通常以相对于PVC约3~500phr的量添加。优选可以采用3~300phr的填料。而且,可以添加阻燃填料,比如ATH(三水合铝)、AOM(八钼酸铝)、三氧化锑、氧化镁和硼酸锌,从而显著增加聚氯乙烯的阻燃性。这些填料的浓度为1phr~200phr。
在所有可能的热塑性化合物中,GeonTMM7500聚氯乙烯配混物目前优选用于制造本发明面板。
着色剂.
着色剂可以是一种颜料、一种染料、多种颜料的组合、多种染料的组合、多种颜料和一种染料的组合、一种颜料和多种染料的组合、或多种颜料和多种染料的组合。着色剂的选择取决于面板设计者为了面板中色温偏移而需要的最终颜色。优选颜料能够持久抵抗由于暴露于紫外光导致的脱色。
颜色科学是本领域技术人员所熟知的。不需要过多的实验,人们就可以使用颜色匹配技术来确定在球形色空间中的具体位置。例如,本领域技术人员可以利用PCT公布WO2004/095319的教导来通过数字技术绘制使用具体聚合物载体和着色剂作为原料成分的色空间图。或者,人们可以制备用于视觉检查的被称为色板(plaques)的小样品。
着色剂可从本领域技术人员熟知的许多来源购得。市售可以获得的颜料包括有机和无机色料化学试剂。市售可以获得的染料包括所有有机化学试剂。用于颜料和染料的商业来源包括跨国公司例如巴斯夫(BASF)、拜耳(Bayer)、克莱恩(Clariant)、颜色化学国际公司(Color-Chem International)、太阳化学(Sun Chemical)、珠海高空化学(ZhuhaiSkyhigh Chemicals)等。
一旦已知面板中预先确定颜色的概念可用于引起感知的LED色温偏移,则面板中着色剂的量取决于本领域技术人员已知的各种因素,且无需过多实验。例如,着色剂的phr范围可以为0.0001~0.0005,如果人们使用紫色染料将色温感知从较高数值偏移到较低数值,例如从约3300K偏移至约2700~2700K,在销售中,在无需发生在约2700~2800K处发光的LED的制造成本的情况下,其对应于从“亮白”和“暖白”产品之间转变为更理想的“柔白”产品。
任选添加剂
本发明的配混物可包含常规塑料添加剂,其量足以使配混物获得所期望的加工性质或性能。所述量不应造成添加剂的浪费或对配混物的加工或性能有害。热塑性配混领域的技术人员无需过多的实验,仅须参考一些文献,例如来自“塑料设计资料库”(PlasticsDesign Library)(www.elsevier.com)的“塑料添加剂数据库”(Plastics Additives Database)(2004),就能够选择许多不同类型的添加剂加入本发明的配混物中。任选的添加剂的非限制性例子包括:粘合促进剂;杀生物剂(抗菌剂、杀真菌剂和防霉剂)、抗雾化剂;抗静电剂;粘合剂、起泡剂和发泡剂;分散剂;填料和增量剂;防火剂、阻燃剂和烟雾抑制剂;抗冲改性剂;引发剂;润滑剂;云母;颜料、着色剂和染料;增塑剂;加工助剂;脱模剂;硅烷、钛酸盐/酯和锆酸盐/酯;滑爽剂和防黏剂;稳定剂;硬脂酸酯/盐;紫外线吸收剂;粘度调节剂;蜡;以及它们的组合。
加工
本发明的配混物的制备并不复杂。本发明的配混物可以间歇或连续操作的方式制得。
以连续工艺进行的混合通常在挤出机中进行,该挤出机的温度升高到足以使聚合物基体熔化,可以在挤出机头部或挤出机中的下游加入固体成分添加剂。挤出机速度范围可为约50-约500转/分钟(rpm),并且优选为约100-约300rpm。通常,将挤出机的输出物制成粒状,供后续挤出或模塑成聚合物制品。
以间歇工艺进行的混合通常在班伯里混炼机中进行,该混炼机的温度也升高到足以使聚合物基体熔化,以便加入固体成分添加剂。混合速度为60-1000rpm,并且混合温度可以为环境温度。同样地,将混炼机的输出物切碎成更小的尺寸,供后续挤出或模塑成聚合物制品。
后续的挤出或模塑技术是热塑性聚合物工程领域的技术人员所熟知的。不需要过多的实验,仅仅需要参考诸如《挤出,权威加工指南和手册》(Extrusion,The DefinitiveProcessing Guide and Handbook);《模塑部件收缩和翘曲手册》(Handbook of MoldedPart Shrinkage and Warpage);《专业模塑技术》(Specialized Molding Techniques);《旋转模塑技术》(Rotational Molding Technology)和《模具、工具和模头修补焊接手册》(Handbook of Mold,Tool and Die Repair Welding)(均由塑料设计资料库出版(elsevier.com))之类的参考文献,本领域技术人员就能使用本发明的配混物制得具有任何想得到的形状和外观的制品。
热塑性配混物的面板
不管上述确定的成分的选择如何,本发明的面板需要是半透明的,从而使得LED发出的光能够穿过面板的厚度被远离LED的面板一侧处的观察者感知。例如,天花板上的照明器材在器材框架内可以具有一个或多个的LED,同时面对地板的器材一侧是本发明的面板。该面板对于光的通过需要是半透明的,但是还需要是有色的,从而将色温的感知从LED实际发射的色温改变到更理想的不同色温,例如,从约3300K移动到约2800K。
如上所述,颜色匹配是本领域技术人员已知的技术。在本发明中,该技术可以用于在光透过面板传送期间将LED的色温从实际色温调整到感知到的色温。
调整色温的颜色匹配是基于通过使用着色剂的面板内色温的预定偏移,其并不通过例如与面板一起使用电致变色层、光致变色层、或热致变色层进行调整。只要实际色温已知并且所期望感知的色温已知,那么可以使用着色剂,在光穿过无源热塑性面板的时候偏移预定色温。
面板可以是任意尺寸以容纳任意量的LED,面板可以垂直设置作为发光信号墙或平行设置作为天花板支架(ceiling fixture)。优选面板的长度为约0.254cm(0.1英寸)~约3.04m(10英尺),并且优选约2.54(1英寸)~约121cm(4英尺)。优选面板的宽度范围为约12.7cm(5英寸)~约3.04m(10英尺),并且优选约2.54(1英寸)~约182cm(6英尺)。
面板的厚度影响其半透明性。此外,无需过多实验,本领域技术人员能够确定LED光穿过的面板的合适厚度。例如,面板厚度范围为约0.5mm-约10mm,并且优选约0.5mm-约5mm。
优选,通过使用ASTM D1003测得,半透明性或透光率百分比范围为约30%~约99%,并且优选约50%~约85%。
可选地,为了尽可能降低辨认出LED点光源的能力,面板也可以包含例如无机填料、丙烯酸和硅酮、或它们的组合,从而不仅提供半透明性而且提供扩散性。
面板可以使用任何常规聚合物成型技术制造,非限制性地包括挤出、模塑、压延、热成型、浇铸等。
本发明的实用性
面板可以位于任何LED和LED观察者之间,并且是有色的,从而将实际色温改变为感知到的色温。该面板的最终用途非限制性地包括:所有类型的照明设备、所有类型的背光标志、常规照明、显示器照明、汽车、和移动设备。
该面板改进了LED点光源的色温均匀外观,在这些LED光点源中,点光源不能被制造成相等的紧密度容限,或者点光源由不同LED制造商制造,由此导致不同LED点光源之间发生色温变化。也可以将面板提供给灯具制造商,在不改变所使用的LED点光源的情况下,将灯具光定制输出为不同色温。由此可以简化库存管理,减少了在制品(WIP),加速了定制单元的制造,并且能够围绕单一类型的光源优化产品设计,而不必从潜在的众多供应商获得多种色温LED芯片。这也将使得终端用户能够在安装光源后(如果期望)改变色温。
实施例
GeonTM M7500聚氯乙烯化合物与0.0004phr的德国勒沃库森朗盛(Lanxess)的Solvent Violet 13蒽醌染料熔融混合,并且挤出为0.254cm(0.1英寸)厚、7.62cm(3英寸)宽、15.24cm(6英尺)长,从而制备实验面板。面板置于LED和与LED相背的面板表面侧的观察者之间。根据ASTM D1003测得,面板具有37%的透光率。LED具有使用Gigahertz-OptikHCT-99D手持式光色度计(Luminous Color Meter)测定的3320K的色温。使用相同的Gigahertz-Optik HCT-99D手持式光色度计,测得感知到的色温为2867K,存在453K的偏移。
上述实验在0.00020、0.00025、0.00030、和0.00035的条件下进行重复,感知到的色温偏移分别为420K、324K、355K和413K。由该信息,本领域技术人员可以设计Violet 13染料着色剂的量,以使得LED观察者透过面板感知到所期望的色温。
本发明不限于上述实施方式。见所附权利要求书。
Claims (11)
1.一种面板,所述面板包含:
(a)热塑性树脂和
(b)至少一种着色剂,
其中,所述面板是半透明的,并且介于发光二极管和发光二极管观察者之间,并且
其中所述面板以一定方式着色,使得在面板中不存在任何电致变色材料、光致变色材料、或热致变色材料的情况下,感知到发光二极管的一个实际色温向观察者感知到的另一色温偏移。
2.如权利要求1所述的面板,其中,所述面板是具有预定颜色的无源层,从而提供观察者所感知的相对于发光二极管实际发射的不同色温的色温的偏移。
3.如权利要求1或2所述的面板,其中,热塑性树脂选自下组:聚烯烃、聚酯、聚丙烯酸、苯乙烯、聚酰胺、聚卤乙烯、及其组合。
4.如权利要求3所述的面板,其中,热塑性树脂是聚氯乙烯树脂。
5.如权利要求4所述的面板,其中,所述面板进一步包含润滑剂、稳定剂、抗氧化剂、填料、阻燃剂、加工助剂、或其组合,它们与热塑性树脂和着色剂混合从而形成热塑性配混物。
6.如权利要求1~5中任一项所述的面板,其中,着色剂选自下组:一种颜料、一种染料、多种颜料的组合、多种染料的组合、多种颜料和一种染料的组合、一种颜料和多种染料的组合、或多种颜料和多种染料的组合。
7.如权利要求3所述的面板,其中,所述面板的厚度为0.5mm~约10mm。
8.如权利要求7所述的面板,其中,所述面板的厚度为约0.5mm~约5mm。
9.如权利要求6所述的面板,其中,所述面板的厚度为0.5mm~约10mm。
10.如权利要求9所述的面板,其中,所述面板的厚度为约0.5mm~约5mm。
11.如权利要求10所述的面板,其中,为了最大程度降低辨认出发光二极管点光源的能力,所述面板进一步包含无机填料、丙烯酸、硅酮、或它们的组合,从而提供扩散性。
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