CZ307197B6 - Svítidlo se zdrojem budicího záření a luminiscenční vrstvou - Google Patents
Svítidlo se zdrojem budicího záření a luminiscenční vrstvou Download PDFInfo
- Publication number
- CZ307197B6 CZ307197B6 CZ2016-587A CZ2016587A CZ307197B6 CZ 307197 B6 CZ307197 B6 CZ 307197B6 CZ 2016587 A CZ2016587 A CZ 2016587A CZ 307197 B6 CZ307197 B6 CZ 307197B6
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- polymer
- luminescent layer
- passive
- luminophore
- luminaire
- Prior art date
Links
- 230000005284 excitation Effects 0.000 title claims abstract description 51
- 230000005855 radiation Effects 0.000 title claims abstract description 49
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims abstract description 48
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims abstract description 36
- 239000004205 dimethyl polysiloxane Substances 0.000 claims abstract description 30
- 229920000435 poly(dimethylsiloxane) Polymers 0.000 claims abstract description 30
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 12
- -1 polydimethylsiloxane Polymers 0.000 claims abstract description 9
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 19
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims description 9
- 229910019990 cerium-doped yttrium aluminum garnet Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 230000001795 light effect Effects 0.000 claims description 3
- JNDMLEXHDPKVFC-UHFFFAOYSA-N aluminum;oxygen(2-);yttrium(3+) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Y+3] JNDMLEXHDPKVFC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- 229910019901 yttrium aluminum garnet Inorganic materials 0.000 description 13
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 11
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 8
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 7
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 7
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 7
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 238000010790 dilution Methods 0.000 description 5
- 239000012895 dilution Substances 0.000 description 5
- 229920002050 silicone resin Polymers 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 4
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 3
- 231100001261 hazardous Toxicity 0.000 description 3
- 239000004417 polycarbonate Substances 0.000 description 3
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 3
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N cerium Chemical compound [Ce] GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 2
- 239000002223 garnet Substances 0.000 description 2
- 210000004907 gland Anatomy 0.000 description 2
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000002367 halogens Chemical class 0.000 description 2
- 238000004020 luminiscence type Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 229920002037 poly(vinyl butyral) polymer Polymers 0.000 description 2
- VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N Ethene Chemical compound C=C VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005977 Ethylene Substances 0.000 description 1
- 229910001060 Gray iron Inorganic materials 0.000 description 1
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VVQNEPGJFQJSBK-UHFFFAOYSA-N Methyl methacrylate Chemical compound COC(=O)C(C)=C VVQNEPGJFQJSBK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- XTXRWKRVRITETP-UHFFFAOYSA-N Vinyl acetate Chemical compound CC(=O)OC=C XTXRWKRVRITETP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PSNPEOOEWZZFPJ-UHFFFAOYSA-N alumane;yttrium Chemical compound [AlH3].[Y] PSNPEOOEWZZFPJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 150000008280 chlorinated hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 238000005352 clarification Methods 0.000 description 1
- 239000002817 coal dust Substances 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 239000003086 colorant Substances 0.000 description 1
- 239000002322 conducting polymer Substances 0.000 description 1
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 description 1
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 1
- 239000007888 film coating Substances 0.000 description 1
- 238000009501 film coating Methods 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 1
- 230000036039 immunity Effects 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 1
- 238000000399 optical microscopy Methods 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 1
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 1
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 description 1
- 239000004848 polyfunctional curative Substances 0.000 description 1
- 229920002959 polymer blend Polymers 0.000 description 1
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 description 1
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 description 1
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 description 1
- 239000004800 polyvinyl chloride Substances 0.000 description 1
- 229920000915 polyvinyl chloride Polymers 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 239000012780 transparent material Substances 0.000 description 1
- 238000011282 treatment Methods 0.000 description 1
- 238000001429 visible spectrum Methods 0.000 description 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
Landscapes
- Non-Portable Lighting Devices Or Systems Thereof (AREA)
- Luminescent Compositions (AREA)
Abstract
Svítidlo se zdrojem budicího záření a luminiscenční
vrstvou obsahující sntěs polymeru a alespoň jednoho
typu luminoforu, spočívající v tom, že luminiscenční
vrstvaje uspořádána na světlovodném jádru z
polymeru, přičemž toto svčtlovodné jádro z
polymeruje pro přenos optického budicího záření
propojeno se zdrojem budicího záření pasivním
propojovacím vláknem, přičemž pasivním
propojovacím vláknem je svazek pasivních optických
vláken o délce od 0,5 do 500 m nebo pasivní vlákno
z polydimethylsiloxanu o délce z intervalu 0,5 cm do
1 tn.
Description
Oblast techniky
Svítidlo se zdrojem budicího záření a luminiscenční vrstvou je určeno pro osvětlení prostor, zejména je vhodné pro použití v prostorech, kde nelze použít konvenční svítidla připojená přímo v místě osvětlení k elektrickému napájení, jako například v prostředích s nebezpečím výbuchu, ve vlhkých prostorech, v prostředí, kde hrozí rušení elektrických zařízení či sítě vznikem elektromagnetických interferencí, apod.
Dosavadní stav techniky
V současném stavu techniky jsou známy „bílé“ LED diody, pro generování bílého světla, které jsou nejčastěji tvořeny modrou LED diodou emitující záření o vlnových délkách 450 až 470 nm (modré světlo), kde je přímo na diodě nanesena vrstva matrice s luminoforem, který část fotonů modrého světla absorbuje a emituje fotony s delší vlnovou délkou. Například v patentovém dokumentu KR 2014/0141615 (A) je popsán LED čip s vrstvou luminoforu nanesenou přímo na tomto zdroji budicího záření, tedy k napájení LED čipu elektrickou energií dochází v místě cíleného generování bílého světla prostřednictvím luminoforu, a to pouze bodově, tj. s malou osvětlovací plochou řádově v jednotkách cm. Podobně v patentových dokumentech RU 2012/136803 (A) a WO 2011/044931 (A 1) jsou popsány zdroje budicího záření LED mající vrstvu s luminoforem umístěnou přímo na diodě.
Aby mohl být luminofor aplikován v podobě vrstvy nebo filmu na povrch LED diod, je dispergován v matrici z vhodného typu materiálu. Například v patentovém dokumentu WO 2016/080857 (Al) je popsán kompozitní polymemí materiál obsahující disperzi červeného anorganického luminoforu v matrici z polymeru přeměňující UV záření a modrozelené světlo na červeno-oranžové, kde jedním z polymerů může být silikon. Jedním z běžných silikonů je polydimethylsiloxan (PDMS).
Často používaným luminoforem v tzv. studeně-bílých LED diodách je ytttrito-h Hnitý granát dopovaný cérem (YAG: Ce).
V článku Lina a kol. (Lin, Η. Y., Ye, Z. T., Lin, C. C., Chen, K. J., Tu, Η. H., Chen, Η. M., Chen, C. H. a Kuo, H. C., Improvement of light quality by Zr(f film of chip on glass structure white LED. Optics Express. January 2016, A341-A349. DOI: 10.1364/ΘΕ.24.00Α341. ISSN 10944087) je popsán LED chip s nánosem filmu z PDMS s YAG luminoforem na skleněném substrátu. V článku Chena a kol. (Chen, L. C., Lin, W. W. a Chen, J. W., Fabrication of GaNBased White Light-Emitting Diodes on Yttrium Aluminium Garnet-Polydimethylsiloxane Flexible Substrates, Advances in Materials Science and Engineering. 2015. DOI: 10.1155/2015/537163. ISSN 16878434 jsou popsány bílé LED diody, na jejichž povrchu je v substrátu z PDMS homogenně dispergovaný luminofor YAG dopovaným cérem.
Dále v článku Estevese a kol. (Esteves, A. C. C., Brokken-Zijp, J., Laven, J. a de With, G., Light converter coatings from cross-linked PDMS/particles composite materials. May 2010, 12-18. DOI: 10.1016/j.porgcoat.2009.09.020. ISSN 03009440) jsou popsány tenké (30 pm) kompozitní povlaky vyrobené z PDMS, ve kterých jsou dispergovány částice granátového luminoforu YAG:Ce. Definované uspořádání generuje po vybuzení slabým modrým zdrojem světla bílé světlo. V publikaci je zkoumán vliv tepelné a optické degradace kompozitních povlaků pomocí optické mikroskopie (SEM) a spektroskopie (ATR-FTIR). Výsledky ukazují, že tenké kompozitní povlaky jsou v čase stabilní a autoři publikace doporučují jejich použití v LED aplikacích. Nevýhodou popsaného řešení je, že tenké (maloobjemové) PDMS povlaky nelze kombinovat s výkonnými zdroji modrého světla, protože ve spektrální oblasti bude výrazně
- 1 CZ 307197 B6 převládat modrá složka nad zelenou a červenou, což se projeví zbarvením generovaného světla do modré barvy a nelze tak přímo mluvit o bílém světle. Tenká (30 pm) vrstva s luminoforem ve výše zmíněném článku je zkoumána pro jedinou značně vysokou koncentraci luminoforu YAG:Ce v PDMS vyjádřenou v procentech objemu 15 %, což odpovídá přibližně hmotnostnímu zlomku 0,484.
Dle patentového dokumentu RU 2012/144004 (A) jsou popsány světelné diody, kde na povrch skla je v tenké vrstvě uložena homogenní hmota obsahující polyvinylbutyral, tvrdidlo a alespoň jeden luminofor.
Dle patentového dokumentu US 2016/222289 (Al) luminiscenční kompozit obsahuje polymer a luminofor, kde polymerem může být silikon a luminoforem některý z prvků vzácných zemin, zinek nebo mangan.
Dle patentového dokumentu RU 2012/149507 (A) je popsáno použití diody, která je obklopena tenkou stěnou ve tvaru polokoule nebo válce z opticky transparentního materiálu, který obsahuje polykarbonát a luminofor Nb: YALO.
Výše popsaná řešení s LED diodami vždy ozařují vrstvu s luminoforem v místě generování budicího záření, nejsou však vhodná pro použití v prostředích, kde není možné pracovat se zařízeními produkujícími elektromagnetické interference.
Klasická svítidla do prostor s nebezpečím výbuchu obsahují dodatečnou ochranu jiskrové bezpečnosti ve formě krytů, pevných závěrů, zalévacích hmot, chemických ošetření atd. Elektrické zařízení musí být voleno tak, aby jeho maximální povrchová teplota nedosáhla teploty vznícení, kteréhokoliv plynu, páry nebo prachu, které mohou být přítomny.
Příkladem je svítidlo pro osvětlení důlních prostorů s nebezpečím výbuchu methanu a uhelného prachu, které má těleso a přírubu z šedé litiny povrchově upravené práškovou barvou, ocelový závěs s okem, optický kryt z kaleného skla a dvě kabelové vývodky. Uvnitř svítidla je zabudovaný LED modul skládající se z desky osazené LED diodami a napájecího zdroje. Dosedací plocha mezi přírubou a tělesem svítidla tvoří válcovou spáru nevýbušného závěru „d“. Svítidlo je konstruované jako průchozí, pro třífázové zapojení (pěti žilový kabel). Při použití svítidla jako koncové se kabelová vývodka zaslepí zátkou. Svítidlo se vyrábí s elektronickým regulovatelným předřadníkem, který umožňuje regulaci světelného toku a tím i příkonu svítidla na 50 %. Svítidla jsou vybavena samoresetující tepelnou pojistkou a přepěťovou ochranou až do 4 kV.
Dosud známá svítidla ze stavu techniky využívající vedení světla optickými vlákny do určité vzdálenosti od budicího zdroje záření obsahují filtry či luminiscenční vrstvy měnící spektrum vyzářeného světla přímo ve zdroji světla, případně bezprostředně za ním ještě před vstupem do optických vláken, na jejichž výstupním konci je toto světlo vyzářeno. Nevýhodou těchto systémů je, že výstupní optický výkon je nižší, což je způsobeno částečnou absorbcí excitačního záření samotným luminoforem a nevýhodně i v důsledku rozptylu záření luminoforu do všech stran a k světelným ztrátám, neboť do svazku optických vláken nemůže být navázáno, vedeno a na konci vláken vyzářeno veškeré záření emitované luminoforem. Tato známá svítidla využívají jako primární zdroj halogenovou žárovku, výbojku, případně LED diody. U laserového zdroje, který nevyzařuje přímo bílé světlo, by konverzí spektra záření umístěného bezprostředně za primárním zdrojem záření docházelo ke značným ztrátám záření.
Podstata vynálezu
Předmětem vynálezu je svítidlo se zdrojem budicího záření a luminiscenční vrstvou obsahující směs polymeru a alespoň jednoho typu luminoforu, jehož podstata spočívá v tom, že
-2CZ 307197 B6 luminiscenční vrstva s hmotnostním zlomkem luminoforu ve směsi s polymerem z intervalu od 0,0385 do 0,0050 je uspořádána na světlovodném jádru z polymeru, přičemž toto světlovodná jádro z polymeru je pro přenos optického budicího záření propojeno se zdrojem budicího záření pasivním propojovacím vláknem, přičemž pasivním propojovacím vláknem je svazek pasivních optických vláken o délce z intervalu od 0,5 do 500 m nebo pasivní vlákno z polydimethylsiloxanu o délce z intervalu 0,5 cm do 1 m.
Toto řešení umožňuje do prostor s nebezpečím výbuchu instalovat pouze vzdálený osvětlovací element, který je pasivní z hlediska generování budicího záření pomocí elektrické energie přímo v místě osvětlení. Tento pasivní osvětlovací element obsahuje světlovodná jádro z čistého polymeru, do kterého je navázán pasivním propojovacím vláknem výkon ze zdroje budicího záření, a luminiscenční vrstvu pracující na principu luminiscenčního jevu.
Pasivní optické vlákno umožňuje oddělení místa osvětlení od místa zdroje/napájení energie do zdroje budicího záření a distribuci optického záření do místa pasivního osvětlovacího elementu. Základní výhoda vynálezu vůči dosavadnímu stavu techniky spočívá ve využití kombinace prvků, které generují viditelné světlo bez nutnosti generování budicího záření pomocí elektrické energie v místě osvětlování prostoru. Další výhodou je elektromagnetická imunita vůči rušení z napájecí sítě, zařízením produkujícím elektromagnetická pole nebo rizikovým místům, což umožňuje osvětlování v místech, kde to dosud možné nebylo nebo bylo velmi finančně náročné, např. na místech s jiskrovým nebezpečím a rizikem výbuchu (doly, sklady, atd.).
Další výhodou svítidla dle vynálezu oproti svítidlům využívajícím vedení světla pasivními propojovacími vlákny do vzdáleného místa osvětlování je transport mnohem vyššího budicího optického záření a následná produkce mnohem vyššího výstupního optického výkonu vycházejícího z pasivního propojovacího vlákna, který se navazuje do pasivního osvětlovacího elementu na konci optické trasy tím, že v blízkosti budicího zdroje záření nedochází k vyzáření či k následné absorbci záření emitovaného luminoforem do jiných směrů než ve směru optických vláken. Výsledkem je pak vyšší intenzita bílého světla, které je výstupem z pasivního osvětlovacího elementu. Díky tomu je možné použít delší pasivní propojovací vlákno k oddělení zdroje budicího záření od vzdáleného osvětlovacího elementu. Naopak emise záření luminoforem umístěným na konci optické trasy do všech stran je žádaná a neomezuje výsledný vyzářený výkon.
Polymerem použitým pro světlovodné jádro z polymeru a luminiscenční vrstvu je v jednom provedení polydimethylsiloxan (PDMS), který splňuje požadavky pro použití k osvětlení v rizikových nebo výše popsaných problematických místech. PDMS je elastický, má výborné dielektrické vlastnosti, je transparentní a také je velmi odolný vůči vnějším vlivům, jako je například působení kapalin, řady chemikálií, radiace, UV záření a mechanické namáhání, a není korozivní. Běžně se používá při teplotách - 50 až + 200 °C, ale při krátkodobém zatížení vydrží i teploty až 350 °C. Vhodným typem polymeruje PDMS (polydimethylsiloxan), dle podmínek použití a požadovaných vlastností je však možné zvolit i jiné typy polymerů, jejich směsí či kopolymerů, například na bázi (poly)ethylenu, vinylacetátu, polyethylentereftalátu, fluorovaných či chlorovaných uhlovodíků, polyvinylbutyralu, polyuretanu, silikonů, kopolyolefinů, polyvinylchloridu, polykarbonátu, methyl-metakrylátu, polystyrenu, polykarbonátu atd.
Pro účel osvícení prostor je přednostním cílem napodobit bílé světlo, pro různé světelné efekty je možné volit luminofor, případně kombinace luminoforů dle požadovaného výsledného světelného efektu. Luminofor je látka schopná pohlcovat energii ze zdroje budicího záření a následně vyzařovat tuto energii se změnou vlnové délky, např. ve formě bílého světla.
Luminoforem je s výhodou yttrito-hlinitý granát dopovaný cérem (Y3Al5Oi2:Ce), schopný pohlcovat část energie modrého budicího záření a následně ji vyzařovat na vyšších vlnových délkách tak, aby v kombinaci s nepohlceným modrým zářením bylo generováno celé spektrum vlnových délek viditelného záření (400 až 800 nm) s charakteristikou co nejvíce podobnou
-3CZ 307197 B6 charakteristice bílého světla. Teploty chromatičnosti pasivního osvětlovacího elementu se potom pohybují v rozsahu 3000 K až 7500 K. Teplota chromatičnosti závisí na koncentraci typu luminoforů a tloušťce luminiscenční vrstvy 5, viz tabulka 1, kde obsah luminoforu ve směsi s polymerem, vyjádřený hmotnostním zlomkem, se pohybuje v intervalu od 0,0385 do 0,0050.
| Hmotnostní zlomek luminoforu ve směsi luminoforu s PDMS | Teplota chromatičnosti [K] | |||||
| 0,2 cm | 0,5 cm | 1 cm | 1,5 cm | 2 cm | 2,5 cm | |
| 0,0385 | 4376 | 3953 | 3738 | 3548 | 3327 | 3233 |
| 0,0196 | 7040 | 4244 | 3925 | 3811 | 3768 | 3687 |
| 0,0132 | - | 5417 | 4175 | 4128 | 3982 | 3918 |
| 0,0099 | - | 6104 | 4489 | 4152 | 4049 | 3989 |
| 0,0079 | - | - | 6155 | 4684 | 4383 | 4233 |
| 0,0066 | - | - | 9046 | 5149 | 4670 | 4333 |
| 0,0057 | - | - | 12862 | 5487 | 4704 | 4367 |
| 0,0050 | - | - | 17398 | 5615 | 4848 | 4512 |
Tabulka 1: Teploty chromatičnosti v závislosti na poměru PDMS a luminoforu v luminiscenční vrstvě a na tloušťce luminiscenční vrstvy.
Použití těchto nízkých koncentrací luminoforu YAG:Ce umožňuje oproti vysokým koncentracím v tenkých kompozitních povlacích známých ze stavu techniky homogennější promísení luminoforu s PDMS. Díky širokému rozsahu koncentrací lze pak definovaně nastavit teplotu chromatičnosti emitovaného bílého světla v závislosti na tloušťce luminiscenční vrstvy 5. jak je uvedeno v tabulce 1, ze které je patrné, že vynález využívá ve srovnání se stavem techniky robustnějších luminiscenčních vrstev s luminoforem uspořádaných na specifickém světlovodném jádru, proto je umožněna kombinace s výkonnými zdroji světla (LED, LD) při zachování dostatečné intenzity a kvality výstupního bílého světla.
Pomocí pasivního osvětlovacího elementu s luminoforem a polymerem na bázi PDMS lze generovat záření o vysoké hodnotě svítivosti.
Další výhodou je možnost vzájemného skládání a propojování vrstev libovolných tvarů tvořených čistým polymerem s vrstvami tvořenými směsí polymeru a luminoforu o vhodné koncentraci, resp. kombinace více druhů luminoforů, za účelem dosažení žádaných osvětlovacích efektů. Primární tvar určuje čistý polymer, na základě jeho tvaru se tvoří obal luminiscenční vrstvy z polymeru a luminoforu.
Osvětlení v místě vzdáleném od zdroje budicího záření a distribuci optického budicího záření k pasivnímu osvětlovacímu elementu pro dosažení co nejlepšího navázání výkonu do pasivního osvětlovacího elementu zajišťuje pasivní propojovací vlákno/a, jímž v jiném provedení může být svazek pasivních optických vláken, jež mají dle útlumu vlákna a výkonu zdroje záření délku z intervalu od 0,5 do 500 m, nebo planární vlnovod, jímž je pasivní vlákno z polydimethylsiloxanu, které má s výhodou délku z intervalu od 0,5 cm do 1 m. Použití svazku pasivních optických vláken o minimálním počtu 32 vláken má výhodu, že propojení není omezeno pouze na krátké vzdálenosti, optická vlákna mají nižší útlum a jsou vhodná zejména pro zdroj budicího záření typu laser. Optimálními optickými vlákny jsou s výhodou SiO2 MM (multimode) vlákna, z důvodu většího jádra a úhlu numerické apertury pro navázání světla do pasivního osvětlovacího elementu, zároveň vykazují mnohonásobně menší útlum než například plastová (POF) vlákna. Lze použít i klasická telekomunikační vlákna standardu G.652.D. Vlákno z PDMS vykazuje větší útlum než optická vlákna, proto je vhodné pouze na kratší vzdálenosti; výhodou PDMS vlákna však je, že lze použít jednotlivé vlákno o větším průměru 5 až 10 mm a je
-4 CZ 307197 B6 vhodnější pro LED typ zdroje budicího záření. Vlákna z PDMS je nutné obalit odrazivým materiálem, který zabrání vyvázání světla z vlákna (například pomocí jiného typu PDMS s nižším indexem lomu, případně pomocí odrazných materiálů jako je hliník, např. alobal, stříbřenka, apod.).
Další výhodou je, že pasivní osvětlovací element, případně světlovodné jádro lze vyrobit a použít variabilně na přání zákazníka, například ve tvaru hranolu, válce nebo koule. Minimální tloušťka (obalu z) luminiscenční vrstvy je 0,2 cm. S výhodou je pro co nejvyšší hodnoty svítivosti celé světlovodné jádro z polymeru, s výjimkou místa napojení pasivních propojovacích vláken pokryté luminiscenční vrstvou. V jiném výhodném provedení lze světlovodné jádro z polymeru a luminiscenční vrstvy různě kombinovat a pokrýt jen jeho část luminiscenční vrstvou k vytvoření prvku požadovaného tvaru, vyzařujícího viditelné záření či k vytvoření různých světelných efektů či obrazců. K tomuto účelu lze kombinovat různé luminofory či více druhů luminiscenčních vrstev z různých druhů luminoforů.
Zdrojem budicího záření, který slouží ke generování budicí světelné energie, je s výhodou LED nebo laser s hodnotami výstupního výkonu v rozmezí 1 mW až desítky W v závislosti na ploše osvětlovacího elementu při dostatečné stabilitě (zajištěna teplotním a proudovým kontrolérem), který generuje záření o vlnové délce λ v rozmezí 440 až 470 nm, které odpovídá modré barvě ve viditelném spektru.
Objasnění výkresů
Podstata vynálezu je dále objasněna na příkladech jeho uskutečnění, které jsou popsány s využitím připojených výkresů, kde na:
obr. 1 je blokové schéma svítidla dle vynálezu, obr. 2 je znázorněn pasivní osvětlovací element s kruhovým profilem, obr. 3 je znázorněn pasivní osvětlovací element s obdélníkovým profilem, obr. 4 je znázorněn pasivní osvětlovací element se čtvercovým profilem, obr. 5 je graf budicího a vybuzeného spektra LED diody FF-01 a luminoforu QMK58/F-U2, obr. 6 je graf budicího a vybuzeného spektra LED diody FF-01 a luminoforu QMK58/F-U1.
Příklady uskutečnění vynálezu
Vynález bude dále objasněn na příkladech uskutečnění s odkazem na příslušné výkresy. Předmětem vynálezu je svítidlo, schematicky znázorněné na obr. 1, se zdrojem I budicího záření a luminiscenční vrstvou 5 obsahující směs polymeru a alespoň jednoho typu luminoforu, které obsahuje pasivními propojovacími vlákny 2 propojený zdroj 1 budicího záření a vzdálený pasivní osvětlovací element 3 se světlovodným jádrem 4 z polymeru a s alespoň jednou luminiscenční vrstvou 5, která generuje viditelné (bílé) světlo bez nutnosti generování budicího záření pomocí elektrické energie v místě osvětlení.
Luminoforem je s výhodou v jednom příkladném uskutečnění yttrito-hlinitý granát dopovaný cérem (Y3Al50i2:Ce nebo-li YAG.Ce), jehož výstupní rozsah vlnových délek vzniklých efektem luminiscence v kombinaci s budicím zářením odpovídá bílé barvě světla (400 až 800 nm), které je vyzařováno z celé plochy luminiscenční vrstvy 5. YAG: Ce luminofory mohou být například QMK.58/F-U1, QMK58-/F-U2, QMK.58/N-U6, QMK.58/F-D1. Některé luminofory pohlcují všechno budicí záření a výsledkem emise záření může být světlo různě zbarvené dle typu luminoforu a jeho množství.
-5CZ 307197 B6
Jedním příkladem uskutečnění je svítidlo dle vynálezu, kde je zdroj 1 budicího záření LED typu FF-01 s napájecím napětím min 15 V, emitující budicí záření o vlnových délkách 400 až 500 nm s maximem při 455 nm, a FWHM (full width at half maximum) 19 nm, propojený s pasivním osvětlovacím elementem 3 pomocí pasivních propojovacích vláken 2 tvořených polymerem PDMS (připraveným z dvousložkového roztoku silikonové pryskyřice ředěním v poměru 1:10,), o průřezu vlákna 5 mm a délce vlákna 10 cm, a kde světlovodné jádro 4 z polymeruje z čistého PDMS (připraveného z dvousložkového roztoku silikonové pryskyřice ředěním v poměru 1:10,) a má tvar hranolu o podstavě s rozměry 10x10 mm a výšce 3 cm, na němž je nanesena 2 mm luminiscenční vrstva 5 na povrchu po celé ploše světlovodného jádra 4 z polymeru s výjimkou místa přívodu pasivního propojovacího vlákna 2, kde luminiscenční vrstva 5 je tvořena směsí luminoforu a polymeru, kde hmotnostní zlomek luminoforu yttrito-hlinitého granátu (YAG) dopovaného cérem (Ce) (QMK.58/F-U2) ve směsi je 0,0385. Výsledné spektrum blížící se bílému světlu, které je složené z budicího a vybuzeného záření v rozsahu vlnových délek 400 až 800 nm (viditelné světlo) je znázorněno na obr. 5 s teplotou chromatičnosti 4354 K. Podobnou teplotu chromatičnosti vykazují zářivky.
Druhým příkladem uskutečnění je svítidlo dle vynálezu, kde je zdroj i budicího záření LED typu FF-01 s napájecím napětím min 15 V, emitující budicí záření o vlnových délkách 400 až 500 nm s maximem při 455 nm, a FWHM 19 nm, propojený s pasivním osvětlovacím elementem 3 pomocí pasivních propojovacích vláken 2 tvořených polymerem PDMS (připraveným z dvousložkového roztoku silikonové pryskyřice ředěním v poměru 1:10,) o průřezu vlákna 10 mm a délce vlákna 30 cm, a kde světlovodné jádro 4 z polymeru je z čistého PDMS (připraveného z dvousložkového roztoku silikonové pryskyřice ředěním v poměru 1:10,) a má tvar válce o podstavě s poloměrem 10 mm a výšce 5 cm, na němž je 2 mm luminiscenční vrstva pokrývající 80% povrchu světlovodného jádra 4 z polymeru mimo místo přívodu pasivního propojovacího vlákna 2, a tato luminiscenční vrstva 5 je tvořena směsí luminoforu a polymeru, kde hmotnostní zlomek yttrito-hlinitého granátu (YAG) dopovaného cérem (Ce) (QMK58/F-U1) ve směsi je 0,0132. Výsledné spektrum blížící se bílému světlu, které je složené z budicího a vybuzeného záření v rozsahu vlnových délek 400 až 800 nm (viditelné světlo) je znázorněno na obr. 6 s teplotou chromatičnosti 3365 K. Podobnou teplotu chromatičnosti vykazují halogenové žárovky.
Třetím příkladem uskutečnění je svítidlo dle vynálezu, kde je zdroj i budicího záření LASER typu Class III, emitující budicí záření o vlnových délkách 450 nm, propojený s pasivním osvětlovacím elementem 3 pomocí pasivních propojovacích vláken 2 tvořených MM optickými vlákny s parametry 19x MM S105/125/250 3.00, o průřezu vlákna 0,25 mm a délce vlákna 300 cm, kde světlovodné jádro 4 z polymeru je z čistého polymeru (připraveného z dvousložkového roztoku silikonové pryskyřice ředěním v poměru 1:10) a má tvar koule o poloměru 25 mm, na jehož povrchu je nanesena 2mm luminiscenční vrstva 5 v části světlovodného jádra 4 z polymeru, kde luminiscenční vrstva 5 je tvořena směsí luminoforu a polymeru, kde hmotnostní zlomek luminoforu yttrito-hlinitého granátu (YAG) dopovaného cérem (Ce) (QMK58/F-U2) ve směsi je 0,0196 a vyzařuje světlo o vlnových délkách 450 až 750 nm podobných bílému světlu s teplotou chromatičnosti 4500 K.
V dalším příkladném provedení mělo světlovodné jádro 4 z polymeru rozměry 25 x 25 x 1 cm.
Modulárnost jednotlivých částí modelu do různých prototypů a příklad uspořádání světlovodného jádra 4 z polymeru a luminiscenční vrstvy 5 jsou znázorněny na obrázcích 2 až 4, kde jedním příkladem uskutečnění je pasivní osvětlovací element 3 dle vynálezu, který má tvar válce, což je znázorněno na obr. 2. Na obr. 3. je příklad pasivního osvětlovacího elementu 3 ve tvaru hranolu s obdélníkovou podstavou, na obr. 4 pak s čtvercovou podstavou.
-6CZ 307197 B6
Průmyslová využitelnost
Výše popsané zařízení pasivního osvětlovacího elementu předpokládá kromě osvětlení vybraných prostor také další využití v automobilovém průmyslu, v reklamním průmyslu či pro různé tvarově a barevně esteticky osvětlené plochy.
Claims (7)
1. Svítidlo se zdrojem budicího záření a luminiscenční vrstvou obsahující směs polymeru a alespoň jednoho typu luminoforu, vyznačující se tím, že luminiscenční vrstva (5) s hmotnostním zlomkem luminoforu ve směsi s polymerem z intervalu od 0,0385 do 0,0050 je uspořádána na světlovodném jádru (4) z polymeru, přičemž toto světlovodné jádro (4) z polymeru je pro přenos optického budicího záření propojeno se zdrojem (1) budicího záření pasivním propojovacím vláknem (2), přičemž pasivním propojovacím vláknem (2) je svazek pasivních optických vláken o délce z intervalu od 0,5 do 500 m nebo pasivní vlákno z polydimethylsiloxanu o délce z intervalu 0,5 cm do 1 m.
2. Svítidlo se zdrojem budicího záření a luminiscenční vrstvou obsahující směs polymeru a alespoň jednoho typu luminoforu podle nároku 1, vyznačující se tím, že polymerem je polydimethylsiloxan.
3. Svítidlo se zdrojem budicího záření a luminiscenční vrstvou obsahující směs polymeru a alespoň jednoho typu luminoforu podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že luminoforem je yttrito-hlinitý granát dopovaný cérem.
4. Svítidlo se zdrojem budicího záření a luminiscenční vrstvou obsahující směs polymeru a alespoň jednoho typu luminoforu podle kteréhokoliv z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že pasivní světlovodné jádro (4) má tvar hranolu, válce nebo koule.
5. Svítidlo se zdrojem budicího záření a luminiscenční vrstvou obsahující směs polymeru a alespoň jednoho typu luminoforu podle kteréhokoliv z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že luminiscenční vrstva (5) pokrývá s výjimkou napojení pasivních propojovacích vláken (2) celý povrch světlovodného jádra (4) z polymeru.
6. Svítidlo se zdrojem budicího záření a luminiscenční vrstvou obsahující směs polymeru a alespoň jednoho typu luminoforu podle kteréhokoliv z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že luminiscenční vrstva (5) pokrývá část světlovodného jádra (4) z polymeru ve tvaru požadovaného světelného efektu.
7. Svítidlo se zdrojem budicího záření a luminiscenční vrstvou obsahující směs polymeru a alespoň jednoho typu luminoforu podle kteréhokoliv z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že zdrojem záření o vlnových délkách z intervalu od 440 do 470 nm je laser nebo LED.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2016-587A CZ307197B6 (cs) | 2016-09-21 | 2016-09-21 | Svítidlo se zdrojem budicího záření a luminiscenční vrstvou |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2016-587A CZ307197B6 (cs) | 2016-09-21 | 2016-09-21 | Svítidlo se zdrojem budicího záření a luminiscenční vrstvou |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ2016587A3 CZ2016587A3 (cs) | 2018-03-14 |
| CZ307197B6 true CZ307197B6 (cs) | 2018-03-14 |
Family
ID=61568225
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ2016-587A CZ307197B6 (cs) | 2016-09-21 | 2016-09-21 | Svítidlo se zdrojem budicího záření a luminiscenční vrstvou |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ307197B6 (cs) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011044931A1 (de) * | 2009-10-14 | 2011-04-21 | Osram Gesellschaft mit beschränkter Haftung | LEUCHTVORRICHTUNG ZUR ERZEUGUNG EINES WEIßEN MISCHLICHTS |
| RU2012136803A (ru) * | 2012-08-29 | 2014-03-10 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Инфолед" | Люминофор для светодиодов белого свечения |
| RU2012144004A (ru) * | 2012-10-16 | 2014-04-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт прикладной акустики" | Люминесцентное покрытие для увеличения эффективности преобразования энергии падающего света и способ его получения (варианты) |
| WO2016080857A1 (ru) * | 2014-11-20 | 2016-05-26 | Анатолий Васильевич ВИШНЯКОВ | Светопреобразующий композиционный полимерный материал для парников и теплиц |
| KR20160060667A (ko) * | 2013-09-25 | 2016-05-30 | 로디아 오퍼레이션스 | 중합체 및 발광단을 포함하는 발광 복합재 및 이 복합재의 광전지에서의 용도 |
-
2016
- 2016-09-21 CZ CZ2016-587A patent/CZ307197B6/cs unknown
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011044931A1 (de) * | 2009-10-14 | 2011-04-21 | Osram Gesellschaft mit beschränkter Haftung | LEUCHTVORRICHTUNG ZUR ERZEUGUNG EINES WEIßEN MISCHLICHTS |
| RU2012136803A (ru) * | 2012-08-29 | 2014-03-10 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Инфолед" | Люминофор для светодиодов белого свечения |
| RU2012144004A (ru) * | 2012-10-16 | 2014-04-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт прикладной акустики" | Люминесцентное покрытие для увеличения эффективности преобразования энергии падающего света и способ его получения (варианты) |
| KR20160060667A (ko) * | 2013-09-25 | 2016-05-30 | 로디아 오퍼레이션스 | 중합체 및 발광단을 포함하는 발광 복합재 및 이 복합재의 광전지에서의 용도 |
| US20160222289A1 (en) * | 2013-09-25 | 2016-08-04 | Rhodia Operations | Luminescent composite comprising a polymer and a luminophore and use of this composite in a photovoltaic cell |
| WO2016080857A1 (ru) * | 2014-11-20 | 2016-05-26 | Анатолий Васильевич ВИШНЯКОВ | Светопреобразующий композиционный полимерный материал для парников и теплиц |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| A.C.C. Esteves, Light converter coatings from cross-linked PDMS/particles composite materials, Progress in Organic Coatings, May 2010, vol. 68, p. 12-18 * |
| Chen Lung-Chien, Fabrication of GaN-Based White Light-Emitting Diodes on Yttrium Aluminum Garnet-Polydimethylsiloxane Flexible Substrates, Advances in Materials Science and Engineering, April 2015, vol. 2015, article ID 537163 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CZ2016587A3 (cs) | 2018-03-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8567974B2 (en) | Illumination device with LED and one or more transmissive windows | |
| US10648642B2 (en) | LED apparatus employing tunable color filtering using multiple neodymium and fluorine compounds | |
| RU2585166C2 (ru) | Устройство освещения дневным светом | |
| US9746153B2 (en) | Light emitting diode module with improved light characteristics | |
| JP2014532975A (ja) | 導波路を含む照明ユニット | |
| US20170293066A1 (en) | Light concentrator for use in a lighting device | |
| CN107924976A (zh) | 光源 | |
| EP2458268A2 (en) | Phosphor plate and lighting device | |
| WO2017027540A1 (en) | Optical devices and systems having a converging lens with grooves | |
| US9746159B1 (en) | Lighting system having a sealing system | |
| US9651216B2 (en) | Lighting systems including asymmetric lens modules for selectable light distribution | |
| CZ30081U1 (cs) | Svítidlo se zdrojem budicího záření a luminiscenční vrstvou | |
| KR102726002B1 (ko) | 다중 네오디뮴 및 불소 화합물을 사용하여 색조정 필터링을 채택하는 led 장치 | |
| CZ307197B6 (cs) | Svítidlo se zdrojem budicího záření a luminiscenční vrstvou | |
| CN111486406B (zh) | 一种发光装置及应用其车灯 | |
| KR100919518B1 (ko) | 고연색성 백색광원 및 그것을 이용한 조명장치 | |
| US9568665B2 (en) | Lighting systems including lens modules for selectable light distribution | |
| US20110062454A1 (en) | Light emitting device having remotely located light scattering material | |
| WO2022096271A1 (en) | Laser phosphor lighting device providing beam shaping using concentric fibers | |
| KR20110113702A (ko) | 광원 장치 | |
| US11111385B2 (en) | Silicone composition | |
| KR20160067626A (ko) | 3차원 가변 led 조명장치 | |
| EP4119842A1 (en) | Light-emitting device, lighting system, and optical communication system | |
| WO2011032309A1 (en) | Light emitting device having remotely located light scattering material | |
| WO2013150429A1 (en) | Optical arrangement for up-down lighting |