ITMI20110164A1 - Sorgenti luminose led, oled, el, incapsulate per coestrusione in un elastomero siliconico vulcanizzabile a freddo comprendente materiali termoconduttivi, e relativo processo di preparazione - Google Patents

Description

Descrizione

"SORGENTI LUMINOSE LED, OLED, EL, INCAPSULATE PER COESTRUSIONE IN UN ELASTOMERO SILICONICO VULCANIZZABILE A FREDDO COMPRENDENTE MATERIALI TERMOCONDUTTIVI, E RELATIVO PROCESSO DI PREPARAZIONEâ€

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce a elementi luminosi flessibili, ottenuti per coestrusione di un elastomero siliconico vulcanizzabile a freddo, su profili in materiali termoconduttivi supportanti sorgenti luminose a LED, OLED, EL.

Più in particolare l’invenzione si riferisce a elementi luminosi flessibili, ottenuti per coestrusione di un elastomero siliconico vulcanizzabile a freddo mediante radiazioni UV, sopra profili in elastomero siliconico termo conduttivo accoppiati a sorgenti luminose a LED, OLED, EL e le loro ottiche.

Le sorgenti luminose LED {Light Emìtting Diod /Diodo ad Emissione di Luce ) di varie forme, tipi (SMD, DIP, ecc.), potenze ed alimentazioni, sono sorgenti di luce largamente diffuse grazie ai loro numerosi vantaggi dal punto di vista illuminotecnico tra i quali: elevata durata, elevato rendimento, funzionamento in sicurezza perché spesso a bassissima tensione, possibilità di miniaturizzazione degli apparecchi d’illuminazione, insensibilità alle vibrazioni, eco-compatibilità grazie all’assenza di mercurio, possibilità in alcuni modelli di effetti dinamici (cambia colore RGB, RGBW, ecc.).

Le nuove sorgenti luminose OLED ( Organic Light Emìtting Diode /Diodo Organico ad Emissione di Luce) sono al momento scarsamente utilizzate in campo illuminotecnico a causa del loro costo elevato dovuto soprattutto al recente sviluppo e all’attuale processo produttivo. Offrono però interessanti vantaggi tra i quali: bassa tensione di alimentazione, ottimo contrasto, brillantezza dei colori, possibilità di creare supporti flessibili.

Le sorgenti luminose EL ( Electrolumìnescent/Elettrolumìnescenti ) sono maggiormente utilizzate, data la bassa emissione luminosa, per effetti di retro illuminazione (back light) o segnaletica. Hanno alcuni interessanti vantaggi tra i quali: spessori minimi, flessibilità, resistenza meccanica alle vibrazioni, uniformità di luce, emissione di calore quasi nulla e possibilità di essere realizzate in qualsiasi forma.

Molto spesso tali sorgenti, in particolare quelle LED, vengono montate su supporti flessibili, di varie tipologie e lunghezze, recanti anche i relativi circuiti e contatti elettrici, dando origine a strisce flessibili luminose (LED strip) adatte ad essere applicate ad elementi o superfici di diverse geometrie.

Quando dette strisce flessibili luminose sono utilizzate in esterno o quando à ̈ richiesto che esse appartengano ad una specifica classe di protezione IP, necessaria per un determinato impiego, esse vengono ricoperte con una guaina di un opportuno materiale plastico, rigido o flessibile,

Le ricoperture flessibili (guaine) fino ad oggi utilizzate sono a base di polivinilcloruro (PVC) plastificato e di elastomero siliconico RTV.

L’utilizzo del PVC plastificato consente la ricopertura delle sorgenti luminose per coestrusione diretta, in continuo. Il PVC plastificato ha tuttavia dei limiti nella temperatura di utilizzo (tipicamente da -20°C sino a 60°C), contiene plastificanti, e non à ̈ consigliabile per impieghi in ambiente esterno (outdoor) con forte escursione termica, o con climi particolarmente rigidi o torridi.

Gli elastomeri siliconici RTV sono materiali a bassa viscosità che vulcanizzano a temperatura ambiente o di poco superiore. Rispetto al PVC plastificato sono utilizzabili in un ampio intervallo di temperature (tipicamente da -60°C sino a 200°C), non contengono plastificanti, sono molto trasparenti, hanno eccellente resistenza agli agenti atmosferici ed ai raggi ultravioletti e sono per questo perfettamente idonei ad impieghi in ambienti sia interni che esterni (indoor & outdoor).

Tuttavia la bassa viscosità dei siliconi RTV comporta un loro utilizzo per colata in appositi stampi. Questo limita la produzione di detti elementi rivestiti con questo materiale a pochi metri per volta, in particolar modo quelli di tipo striscia o profilo luminoso. Inoltre, ogni qualvolta si debba modificare la forma della sezione del rivestimento, si rende necessario realizzare un apposito stampo.

Esistono anche elastomeri siliconici caratterizzati da una maggiore viscosità che rende molto facile la loro estrusione, quali i siliconi HTV. Questi materiali, tuttavia, sono reticolabili solo a temperature molto elevate (superiori ai 200°C), alle quali le sorgenti luminose non potrebbero resistere. Non à ̈ quindi possibile la diretta ricopertura per co-estrusione in continuo di strisce luminose con elastomeri siliconici HTV.

L’utilizzo di detti siliconi HTV per ricoperture di strisce luminose potrebbe essere possibile se si utilizzasse un processo che prevede di preparare, prima, un profilo (guaina) di adeguata sezione mediante estrusione in continuo del silicone HTV, successivamente di inserire manualmente la striscia luminosa nel profilo, e di sigillare il tutto con un sigillante siliconico a temperatura ambiente o di poco superiore. Tuttavia questa sequenza, al di là della sua complessità, non consente di incapsulare perfettamente la striscia luminosa e di evitare che bolle d’aria rimangano intrappolate. Le bolle d’aria sono da evitare in quanto possono alterare l’effetto ottico puntiforme delle sorgenti LED o uniforme delle sorgenti OLED e EL.

L’inconveniente di dette strisce luminose ricoperte dalla guaina à ̈ quello di avere una scarsa dissipazione del calore, generato durante il funzionamento delle strisce luminose (in particolare di quelle LED e OLED), in particolare quando inserite in un profilato o telaio e/o quando sono presenti diodi luminosi di elevata potenza che generano rapidamente calore. Ciò comporta una riduzione della vita delle sorgenti luminose poiché i diodi ad emissione di luce, essendo a base di materiali semiconduttori, non garantiscono le loro prestazioni e longevità a temperature normalmente superiori a 100°C sul punto di attacco.

In aggiunta, poiché le strisce luminose rivestite sono comunemente applicate a superfici mediante biadesivi, l’adesione potrebbe venir meno in seguito ad indurimento od invecchiamento dell’adesivo stesso.

Inoltre, poiché molto spesso dette strisce luminose rivestite sono applicate sia all’interno che all’esterno di edifici, à ̈ desiderabile che esse possano esercitare anche una azione di tenuta, all’acqua e/o aria, quando inserite in un profilato o telaio.

Scopo della presente invenzione à ̈ fornire elementi luminosi flessibili, trasparenti o con effetti ottici speciali contenenti sorgenti luminose, che superino, almeno in parte, gli inconvenienti della tecnica nota, e che possano essere preparati in qualsiasi lunghezza e forma desiderata dagli utilizzatori, che siano utilizzabili in un ampio intervallo di temperature e in svariate situazioni ambientali senza degrado alcuno, e che mostrino un’elevata durata anche quando sono presenti diodi luminosi di elevata potenza.

Un ulteriore scopo à ̈ quello di fornire tali elementi luminosi flessibili che possano essere realizzati in continuo senza subire danneggiamenti delle luci incorporate in essi, e che possano essere montati senza l’uso di biadesivi.

Questi scopi sono raggiunti dalle strisce luminose rivestite in accordo all’invenzione aventi le caratteristiche elencate nell’annessa rivendicazione indipendente 1.

Realizzazioni vantaggiose dell’invenzione appaiono dalle rivendicazioni dipendenti.

Oggetto della presente invenzione sono elementi luminosi flessibili creati da una striscia luminosa di sorgenti di luce a LED, OLED, EL, ricoperta da un rivestimento di qualsivoglia sagoma, in materiale elastomerico siliconico (definito anche come gomma siliconica) estrudibile anche in continuo e vulcanizzabile a freddo mediante raggi UV (ossia senza apporto di calore come avviene ad esempio in forni IR, in forni ad aria calda, in forni UHF, in bagni di sali fusi, in autoclave).

Detta striscia luminosa appoggia inoltre su un supporto termoconduttivo, preferibilmente di tipo siliconico o di altro genere, ed à ̈ interposta tra detto rivestimento esterno e detto supporto.

Per striscia luminosa si intende una pluralità di sorgenti di luce a LED, OLED, EL, i relativi circuiti, la necessaria componentistica ed le eventuali ottiche specifiche per eventuali effetti ottici speciali (luce uniforme, luce diffusa, fotoluminescenza, ecc.).

Preferibilmente, per striscia luminosa di sorgenti di luce LED qui si intende identificare quello che viene normalmente identificato con il termine “strisce LED†(LED strip).

Le strisce LED sono formate da un circuito stampato, di forma e dimensioni variabili, su cui sono montate una o più sorgenti LED (diodi fotoemettitori), le quali sono elettricamente collegate a tale circuito stampato. Vi sono inoltre connettori elettrici che permettono il collegamento della striscia LED ad una fonte di energia o di varie strisce tra loro.

Il rivestimento, in accordo alla presente invenzione, à ̈ costituito da un elastomero siliconico che può essere trasparente, eventualmente colorabile o additivabile per ottenere effetti quali la diffusione della luce, fosforescenza, o fotoluminescenza, e che à ̈ reticolabile a freddo, ad esempio mediante esposizione a radiazioni UV.

Detto rivestimento à ̈ realizzato mediante coestrusione di detto elastomero siliconico, reticolabile a freddo, sopra il supporto termo conduttivo. Il materiale termoconduttivo può essere di tipo elastomerico siliconico, oppure polimerico additivato con metalli, o un altro materiale termoconduttivo, ad esempio una barra metallica. Detto supporto viene precedentemente preparato prima di coestrudervi sopra detto rivestimento.

L’elemento luminoso risultante dalla coestrusione incorpora completamente la striscia luminosa, senza alcuno spazio intermedio, e pertanto all’interno di esso non vi sono bolle d’aria che impediscono la diffusione della luce. La buona trasmissione luminosa dell’elemento luminoso in accordo all’invenzione à ̈ quindi garantita sia dall’elastomero siliconico sia dal processo di coestrusione sopra descritto.

Il rivestimento ha Io scopo di proteggere la striscia luminosa dagli agenti esterni (aria, acqua, umidità, vapore, agenti atmosferici ed altri svariati agenti chimici dannosi) e potrà altresì assumere la forma più idonea a seconda del tipo di applicazione finale e dell’effetto ottico che dovrà avere.

Il supporto termoconduttivo, anch’esso della forma più idonea a seconda del tipo di applicazione, ha lo scopo di consentire la dissipazione verso l’esterno del calore generato dalla striscia luminosa.

Inoltre, a seconda dell’utilizzo finale e della sede in cui andranno alloggiati detti elementi luminosi, essi potranno presentare anche dei piedini di aggancio o particolari profili ad incastro, evitando quindi l’uso di biadesivi.

Potranno altresì presentare elementi aggiuntivi di tenuta e/o battuta che ne rendano possibile l’utilizzo come guarnizioni.

Ulteriori caratteristiche dell’invenzione risulteranno più chiare dalla descrizione dettagliata che segue, riferita ad alcune sue forme di realizzazione puramente esemplificativa, e quindi non limitative, illustrata nei disegni annessi, in cui:

Fig. la à ̈ una vista in sezione trasversale di una prima forma di realizzazione dell’elemento luminoso in accordo all’invenzione;

Fig. lb à ̈ una vista prospettica della forma di realizzazione di fig, la;

Fig. 2 à ̈ una vista in sezione trasversale di una seconda forma di realizzazione dell’elemento luminoso in accordo all’invenzione e dotata inoltre di alette di fissaggio;

Fig, 3 à ̈ una vista in sezione trasversale di una terza forma di realizzazione dell’elemento luminoso in accordo all’invenzione;

Figg. 4 e 5 sono viste in sezione trasversale della forma di realizzazione di fig. 1 contenente inoltre differenti conduttori elettrici per le sorgenti luminose della striscia.

Con riferimento alla figura la, viene illustrata una prima forma di realizzazione di un elemento luminoso dell’invenzione, indicata con il numero di riferimento 10.

Tale elemento 10 presenta un corpo di un rivestimento 1 avente un profilo a cupola, che incorpora centralmente la striscia luminosa 2 contenente le sorgenti luminose di tipo LED o altro. Detto profilo a cupola del rivestimento 1 à ̈ rivolto verso l’esterno.

La striscia luminosa 2 à ̈ posta su un supporto 3 in materiale termo conduttivo. Tra l’elemento 2 ed il supporto termo conduttivo 3 à ̈ necessario garantire un perfetto accoppiamento, ottenuto meccanicamente e/o mediante interposizione di opportuni materiali, a loro volta termoconduttivi.

Come à ̈ evidente dalla figura 1, la striscia luminosa 2 à ̈ completamente annegata tra il corpo di rivestimento 1 e il supporto termoconduttivo 3, senza alcuna possibilità di lasciare una eventuale sacca d’aria. Ciò à ̈ dovuto al processo di co-estrusione con cui viene realizzato l’elemento illuminante 10 della presente invenzione, descritto in seguito, grazie al quale la striscia luminosa risulta completamente circondata dal materiale siliconico 1 nonché dal materiale termoconduttivo 3.

La forma del profilo del corpo di rivestimento esterno 1 non à ̈ vincolante ai fini della presente invenzione e può essere di qualsiasi forma, ad esempio sostanzialmente rettangolare in sezione, con una pluralità di onde 7 in superficie come illustrato in fìg, 2. Dette onde o alette 7 sono integrali con detto rivestimento 1, possono essere una o più, ed hanno funzione di tenuta, battuta o aggancio.

Nella realizzazione di fig. 2, il supporto 3 porta inoltre, sul dorso 4, una o più alette 5 sporgenti ed integrali con detto supporto 3, la cui forma non à ̈ vincolante ai fini della presente invenzione. La forma di dette alette 5 dipende sostanzialmente dalla larghezza della sede del profilato in cui deve essere inserita forzatamente detta aletta 5 per effettuare il fissaggio dell’elemento luminoso 10 della presente invenzione all’edificio o ad altro supporto. Dette alette 5 possono essere una o più, ed avere funzione di tenuta, battuta o aggancio.

In fig. 3 à ̈ illustrata una forma di realizzazione del presente elemento illuminante 10 in cui il supporto termoconduttivo 3 non à ̈ rettangolare ma ha una forma ad L poiché detto elemento illuminante 10 à ̈ destinato ad essere inserito in un profilato o sede ad L. La striscia luminosa à ̈ a contatto con la parte allungata B della L ed il corpo 1 ha un profilo complementare a detta L inglobandola in parte.

L’elemento illuminante 10 di fig. 1 può anche incorporare sorgenti luminose dotate di conduttori elettrici 6, come illustrato in figg. 4-5, nel caso in cui sia necessario avere un rilancio del segnale elettrico a causa della lunghezza della striscia LED.

In tal caso il supporto termoconduttivo 3 o il rivestimento 1 possono presentare una o più sedi nelle quali alloggiare i contatti di detti conduttori.

Nelle figure, le estremità del supporto termoconduttivo 3 sono state rappresentate a contatto con le estremità del rivestimento 1, anche se ciò non à ̈ vincolante ai fini della presente invenzione in quanto à ̈ anche possibile che il rivestimento 1 inglobi completamente al suo interno il supporto 3 recante la striscia LED 2, nel caso in cui questi non siano ad elevata potenza in modo da distribuire il calore sull’intero rivestimento.

Gli elementi luminosi 10, in accordo alla presente invenzione, ottenuti mediante la coestrusione di un elastomero siliconico, vulcanizzabile a freddo, su un profilo o supporto in materiale termoconduttivo che supporta una striscia di sorgenti luminose, potranno assumere qualsiasi sezione e dimensione.

Il materiale elastomerico siliconico che ricopre la sorgente luminosa, e che viene coestruso sul profilo (supporto) termoconduttivo precedentemente preparato, viene reticolato a freddo in pochi secondi mediante esposizione a radiazioni UV, ad una temperatura di gran lunga compatibile con tutte le tipologie di sorgenti luminose utilizzate.

Nel caso in cui il supporto 2 sia costituito da un elastomero siliconico termoconduttivo, detto elastomero verrà prima estruso nella forma desiderata e successivamente vulcanizzato, a caldo o a freddo, al fine di ottenere un profilo atto a supportare la striscia luminosa.

E’ anche possibile utilizzare, durante la preparazione del rivestimento 1, additivi per impartire varie proprietà, quali ad esempio resistenza all’esposizione prolungata ai raggi UV, al calore, alla fiamma, ai batteri, alle muffe, e/o con pigmenti specifici per ottenere speciali effetti cromatici, luminosi o foto luminescenti: in questo caso il presente processo prevede una fase di aggiunta di detti additivi all’elastomero siliconico reticolabile a freddo del rivestimento 1, prima di effettuare la fase di coestrusione. In alternativa, le stesse proprietà sopra riportate possono essere impartite mediante trattamenti superficiali.

Grazie all’impiego di silicone elastomerico reticolabile a freddo à ̈ possibile quindi realizzare in continuo elementi luminosi altamente flessibili, anche trasparenti, in parte termo-conduttivi, che possono alloggiare internamente strisce luminose di varia natura.

Tali elementi luminosi sono atti ad essere utilizzati dalla minima sino alla massima temperatura di funzionamento della striscia luminosa in essi contenuta. Ad esempio detto elastomero vulcanizzabile a freddo ed un elastomero siliconico termoconduttivo permettono un ampio intervallo di temperature di utilizzo che può spaziare da -60°C sino a 200°C.

L’assenza di PVC e di plastificanti garantisce l'assenza di fumi di acido cloridrico in caso di incendio.

E’ da intendersi che anche altri tipi di elastomeri (gomme) vulcanizzabili a freddo possono essere impiegati per realizzare il rivestimento esterno della guarnizione in accordo alla presente invenzione.

Alla presente forma di realizzazione dell’invenzione possono essere apportate numerose variazioni e modifiche di dettaglio alla portata di un tecnico del ramo, rientranti comunque nell’ambito dell’invenzione espresso dalle rivendicazioni annesse.

Claims (1)

1. RIVENDICAZIONI 1. Elemento luminoso flessibile (10) comprendente una striscia luminosa (2) di sorgenti di luce a LED, OLED, EL, coperta da un rivestimento esterno (1) in materiale elastomerico siliconico caratterizzato dal fatto che detto materiale elastomerico siliconico à ̈ vulcanizzabile a freddo e che detta striscia luminosa (2) à ̈ posta tra detto rivestimento esterno (1) e un supporto (3), a contatto con detto rivestimento (1), su cui appoggia detta striscia (2), detto supporto (3) essendo costituito da un materiale termo-conduttivo, 2. Elemento secondo la rivendicazione 1 in cui sono presenti ottiche specifiche per effetti ottici speciali quali luce uniforme, luce diffusa, fotoluminescenza, o simili, 3. Elemento secondo la rivendicazione 1 o 2 in cui la striscia luminosa (2) à ̈ formata, in aggiunta alle sorgenti di luce a LED, OLED, EL, da un circuito stampato, i relativi circuiti, la componentistica e i conduttori elettrici (6). 4. Elemento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti in cui detto rivestimento (1) à ̈ trasparente oppure colorato o additivato con additivi per ottenere effetti di diffusione della luce, fosforescenza, o fotoluminescenza. 5. Elemento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti in cui detto supporto termoconduttivo (3) à ̈ un elastomero siliconico, vulcanizzabile a caldo o a freddo. 6. Elemento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti in cui detto corpo di rivestimento esterno (1) ha un profilo a cupola. 7. Elemento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti in cui detto rivestimento esterno (1) presenta una o più alette sporgenti (7) integrali con esso, dette alette essendo elementi di tenuta, battuta o aggancio. 8. Elemento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti in cui sul suo dorso (4) del supporto termo conduttivo (3) sono presenti uno o più piedini di aggancio (5) integrali con detto corpo di rivestimento (1), opzionalmente in forma di freccia. 9. Elemento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti in cui il supporto termoconduttivo (3) comprende uno o più additivi atti ad impartire resistenza ai raggi UV e/o al calore e/o alla fiamma, ai batteri, alle muffe, e/o uno o più pigmenti per ottenere effetti cromatici. 10. Elemento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti in cui il supporto termoconduttivo (3) à ̈ in forma di rettangolo o di L in sezione. 11. Elemento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti in cui, detto rivestimento (1) può anche inglobare completamente al suo interno detto supporto (3) recante la striscia (2). 12. Processo per preparare un elemento luminoso flessibile (10) come definito nelle rivendicazioni precedenti comprendente le fasi di: - preparare un supporto termoconduttivo (3); - posare una striscia di LED, OLED, EL (2) sul supporto termoconduttivo (3), eventualmente con interposizione tra di essi di opportuni materiali; - coestrudere in continuo un elastomero siliconico, vulcanizzabile a freddo sopra il supporto termoconduttivo (3) che porta detta striscia (2) precedentemente preparata formando il rivestimento (1); - reticolare mediante esposizione a radiazioni UV il rivestimento (1) coestruso in precedenza.