ITMI20130774A1 - Dispositivo di illuminazione trasparente composito - Google Patents

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ITMI20130774A1
ITMI20130774A1 IT000774A ITMI20130774A ITMI20130774A1 IT MI20130774 A1 ITMI20130774 A1 IT MI20130774A1 IT 000774 A IT000774 A IT 000774A IT MI20130774 A ITMI20130774 A IT MI20130774A IT MI20130774 A1 ITMI20130774 A1 IT MI20130774A1
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IT
Italy
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transparent
light
present
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dielectric particles
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IT000774A
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Inventor
Corrado Carretti
Alessio Corazza
Calogero Sciascia
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Getters Spa
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Description

La presente invenzione riguarda un dispositivo luminoso composito trasparente. Negli anni recenti sono state svolte diverse attivit? per migliorare l?aspetto e le caratteristiche di elementi trasparenti impartendo loro propriet? aggiuntive e modificando la loro funzione originaria trasformandoli da elementi passivi a dispositivi attivi.
Ad esempio, nel caso di finestre per edifici, sono state compiute alcune attivit? per trasformare un elemento trasparente in una sorgente di illuminazione ambientale durante le ore notturne, come descritto nella domanda di brevetto WO 2009/040724. In questo caso l?effetto tecnico ? ottenuto interponendo un elemento organico emettitore di luce lungo la traiettoria percorsa dalla radiazione solare incidente; questa soluzione ? complicata, dispendiosa e non pu? evitare di avere un impatto negativo sulla trasparenza della finestra salvo che non vengano utilizzati materiali e processi molto costosi.
Altre soluzioni sono descritte nelle domande internazionali di brevetto WO 2012/041480 e WO 2007/047684. In questi casi, per ottenere produzione di luce, sono state descritte sorgenti perimetrali di luce associate a particelle diffondenti in modo che siano pi? concentrate nella parte centrale della finestra. Questo gradiente di concentrazione ha lo svantaggio che influisce sulla trasparenza ed uniformit? della finestra.
La domanda di brevetto US 8,237,352 mostra un foglio luminescente associato a luci LED aventi un contenuto uniforme di fosforo ad alta concentrazione, e non affronta il problema della trasparenza dello strato.
Lo scopo della presente invenzione ? quello di superare gli inconvenienti ancora presenti nell?arte nota utilizzando un dispositivo luminoso composito trasparente, il quale ? uniformemente trasparente durante il giorno e capace allo stesso tempo di diventare una sorgente luminosa uniforme di eccellente qualit? durante le ore notturne (quando viene acceso).
Questi effetti sono ottenuti attraverso la presente invenzione che in un primo aspetto quindi consiste in un dispositivo composito trasparente comprendente un elemento trasparente con sorgenti di luce discreta associate ad un elemento perimetrale trasparente, una cornice riflettente che delimita le estremit? del dispositivo luminoso composito trasparente. Detta cornice riflettente ricopre almeno l?80% del perimetro del dispositivo luminoso trasparente. L?elemento trasparente ? caratterizzato dal fatto che:
a.? detto elemento trasparente comprende una matrice trasparente con una dispersione uniforme di particelle dielettriche.
b.? detta matrice trasparente ha un coefficiente di estinzione ottica della luce uguale o minore di 0.009 cm?1.
c.? detto elemento trasparente ha un coefficiente di estinzione ottica della luce aumentato di un valore compreso tra 0.003 cm?1 e 0.03 cm?1 rispetto alla matrice trasparente.
L?invenzione sar? successivamente illustrata per mezzo delle seguenti figure dove:
?? La figura 1 ? una rappresentazione schematica vista dall?alto del dispositivo luminoso trasparente secondo la presente invenzione,
?? La figura 2 ? una rappresentazione schematica vista dall?alto di un ulteriore forma realizzativa del dispositivo luminoso composito trasparente secondo la presente invenzione,
?? La figura 3 ? una vista schematica della sezione trasversale di un'altra forma realizzativa del dispositivo luminoso composito trasparente secondo la presente invenzione.
Nelle figure gli elementi ausiliari non necessari per l?illustrazione del concetto inventivo verranno omessi, per esempio in riferimento alle figure 1?3, la potenza fornita della sorgente di luce discreta, l?interruttore e il regolatore non vengono mostrati. Inoltre alcune caratteristiche sono state ingrandite per comprendere meglio la figura, con particolare e non unico riferimento alla dimensioni delle particelle dielettriche delle figure 1 e 2, che sono i componenti fondamentali della presente invenzione in relazione alle loro propriet? di diffusione facoltativamente in combinazione con la luminescenza. Gli inventori hanno trovato una serie di caratteristiche necessarie per ottenere un aspetto migliore del dispositivo luminoso, sia nel suo stato di non operativit?, quando la sua trasparenza viene sfruttata per esempio nelle finestre per edifici, separatori di ambienti, lampade, e che allo stesso tempo sia capace di fornire una buona qualit? di luce quando viene attivato, ad esempio quando le sorgenti di luce discreta lungo il suo perimetro vengono accese. Con una buona qualit? di luce vuol dire che la luce ? gradevolmente diffusa, senza punti di luce troppo intensi o brillanti.
Queste caratteristiche consistono in una uniforme distribuzione in bassa concentrazione delle particelle dielettriche per deviare la luce fuori dal pannello e associate all?utilizzo di una cornice riflettente per ottenere riflessi in successione. Queste caratteristiche e la loro combinazione non sono state anticipate nell?arte nota.
Con una distribuzione uniforme delle particelle dielettriche si intende che in ciascun punto dell?elemento luminoso trasparente contenente particelle dielettriche, ovvero il numero di particelle al di sotto di 10?2 cm3 di volume (nelle condizioni in cui tutto il volume ? contenuto in questo elemento costitutivo) ? uguale o differisce meno del 10% rispetto al valore medio nel pannello. In pratica un modo semplice per verificare questa condizione ? constatare che la differenza tra la concentrazione nella parte centrale dell?elemento luminoso e il volume periferico ? uguale o minore del 10%. La definizione di cui sopra tiene conto inoltre che l?elemento luminoso contenente le particelle diffondenti potrebbe presentare una discontinuit? (assenza di particelle dielettriche) vicino alle estremit? del dispositivo luminoso e/o nelle immediate posizioni delle sorgenti di luce discreta.
Il dispositivo luminoso trasparente secondo la presente invenzione comprende un elemento trasparente con un materiale di matrice trasparente, inteso come un materiale il cui coefficiente di estinzione ottica della luce ? ? uguale o minore di 0,009cm?1.
Con il seguente coefficiente ? definito come
<1 ?>
<? = ? ? ln>? 100<>
e
? = 100 ? <? ???>
? ?? +?
<? ???? >? = 100 ? ? ??
dove:
?? d ? lo spessore del substrato,
?? Iin e Iout sono rispettivamente l?intensit? della luce incidente e l?intensit? della luce dopo aver attraversato il substrato trasparente,
?? Iback ? la luce riflessa dalla superficie esposta alla luce incidente,
?? T ? la trasmittanza e R ? la riflettanza.
I materiali trasparenti preferiti per l?utilizzo nella presente invenzione sono vetro, 5 materiali polimerici come il polimetilmetacrilato (PMMA), il policarbonato (PC), le resine polisilossaniche, le resine acriliche ed epossidiche e il polivinilbutirrale. Questi materiali potrebbero essere utilizzati da soli o in combinazione con un substrato trasparente, ovvero uno strato sottile di un elemento trasparente (come ad esempio uno strato di PMMA contenente una dispersione di particelle dielettriche) potrebbe essere 10 depositato su un substrato vetroso. Lo spessore preferito del substrato trasparente ? compreso tra 0,1 e 6 mm.
La concentrazione di particelle dielettriche per un dispositivo luminoso composito trasparente secondo la presente invenzione dovrebbe essere bassa, ci? significa che apportano un incremento al valore di estinzione ottica della luce con un valore 15 compreso tra 0,003 cm?1 e 0,03 cm?1. Questo corrisponde ai valori della concentrazione volumetrica (volume delle particelle rispetto al volume della matrice) della particella dielettrica compresa tra:
Dove ? ? il raggio della particella dielettrica in ?m, e m ? il rapporto tra l?indice rifrattivo delle particelle dielettriche e la matrice trasparente misurata a 500 nm.
Maggiormente preferito ? l?utilizzo della concentrazione volumetrica per la concentrazione delle particelle dielettriche compresa:
?? Tra 10?6 ? 10?5 per 20 ?m > ? ? 5 ?m, in modo da ottenere una diffusione della luce indipendente rispetto alle lunghezze d?onda della radiazione;
?? Tra 10?6 ? 10?5 per 1 ?m > ? ? 0,3 ?m in modo da assicurare una elevata uniformit? della luce estratta lungo il pannello;
?? Tra 10?4,5 ? 10?3 per 0,1 ?m > ? ? 0,04 ?m dove m ? compreso tra 0,933 e 1,067 (con m? 1 ? 0,007) in modo da raggiungere il massimo di luce ricavata mantenendo una buona trasparenza.
E? importante sottolineare che le particelle diffondenti potrebbero non avere una forma sferica, e anche che le particelle presenteranno una distribuzione dimensionale, quindi nella formula precedente ? si riferisce al raggio medio delle particelle, o in caso di forme irregolari, la media del valore della semiampiezza delle particelle (che per ciascuna particella ? data dalla somma del valore massimo e minimo diviso per 4). Questo inoltre tiene conto che potrebbero essere presenti diverse tipologie di particelle, ciascuna caratterizzata dalla propria distribuzione dimensionale.
Esempi di materiali idonei per le particelle dielettriche sono, ossidi metallici, in questo caso i preferiti sono ossidi di Ti, Al, Zr, Hf, Ta, Y, Yb, silicati, in questo caso i preferiti sono alluminosilicati, SiO2, sferette di vetro, sferette bianche e trasparenti ceramiche, sferette di plastica bianche e trasparenti, solfato di bario ecc.
Lo spessore della matrice contenente la dispersione uniforme delle particelle dielettriche ? preferibilmente compresa tra 0,1 e 6 mm. Un'altra classe di materiali adatta per essere utilizzata come particella dielettrica nel dispositivo luminoso composito trasparente secondo la presente invenzione sono i fosfori inorganici come Ce:YAG; ortosilicati, alluminosilicati, nitruri, ossinitruri dopati con Europio ecc.
In una struttura alternativa della presente invenzione l?ulteriore elemento trasparente contiene una dispersione di coloranti luminescenti con una concentrazione compresa tra 10?6 e 10?9 moli/L. Esempi di coloranti idonei luminescenti sono: molecole organiche come derivati di bipiridina, cumarina, derivati di dicarbocianina, lattone, ossazina 720, derivati di naftalimide, ftalocianina, ematorfirina, pirrometene, tioxantene, sulforodamina, rodamina 6G, derivati di perilene, derivati di (ISO)violatrone, QuantumDots inorganici (CuInS, ZnSe, ZnS, InP, CuInZnS ecc.) o nano?fosfori.
Secondo la presente invenzione il perimetro dell?elemento luminoso composito presenta una riflettivit? media uguale o pi? alta dell?80%, questo tiene conto sia del fatto che il 100% della riflettivit? ? un valore ideale, (nonostante i materiali con una riflettivit? pi? alta del 90% potrebbero essere facilmente identificati da un esperto del settore essendo piuttosto convenzionali), sia del fatto che alcune porzioni del perimetro del dispositivo potrebbero non essere riflettenti, per esempio le porzioni in corrispondenza delle sorgenti di luce discreta.
Un esempio di sorgenti di luce discreta idonee ad essere utilizzate nella presente invenzione sono i LEDs convenzionali, in cui viene preferito l?utilizzo di LEDs blu o bianchi, diodi laser, transistori organici emettitori di luce (OLETs) oppure diodi organici emettitori di luce (OLEDs). Questi sono disposti preferibilmente su almeno 2 lati del dispositivo luminoso composito trasparente, e il loro numero ? tale per cui la potenza generata ? compresa tra 5 e 18 W per metro della lunghezza del perimetro del dispositivo. Preferibilmente queste sorgenti di luce discreta forniscono una produzione totale di luce compresa tra 2000 e 5000 lumen per ciascun metro quadro della superficie del dispositivo luminoso composito trasparente. La figura 1 mostra uno schema dall?alto della prima forma realizzativa del dispositivo luminoso composito trasparente 10. In questo caso una serie di sorgenti di luce discreta 13, 13?, 13??, ? inserita nell? elemento trasparente che contiene la dispersione uniforme di particelle dielettriche 11. I quattro lati 12, 12?, 12??, 12??? del dispositivo composito luminoso trasparente sono riflettenti, ad esempio effettuando un deposito su un sottile strato metallico. In questo caso ? preferibile inserire le sorgenti di luce discreta nell?elemento trasparente 11 per una lunghezza uguale o minore di 2 cm. La figura 2 mostra uno schema dall?alto della seconda forma realizzativa del dispositivo luminoso composito trasparente 20, comprendente l?elemento trasparente 21 che contiene la dispersione uniforme delle particelle dielettriche, detto elemento avente un perimetro 22, una cornice riflettente con un perimetro esterno 24 e un perimetro interno 25, parzialmente sovrapponibile con l?elemento trasparente 21 contenente le particelle dielettriche e le sorgenti di luce discreta 23, 23?, 23??,?
In modo simile alla forma realizzativa mostrata nella figura 1, anche in questo caso ? preferibile che non pi? di 2 cm dell?elemento trasparente contenente le particelle dielettriche vengano perduti da un punto di vista operativo, ad esempio la sovrapposizione della cornice e dell?elemento 21? uguale o minore di 2 cm. Per ragioni di semplicit? la cornice 24 viene mostrata come un singolo elemento, ma ? pi? conveniente che sia ottenuta unendo insieme un sottogruppo di elementi, come ad esempio la cornice finale che ? ottenuta unendo insieme le sottostrutture, ad esempio 4 sottostrutture, una per ciascun lato del dispositivo luminoso composito trasparente, questo semplificher? sia l?operazione di assemblamento, sia un?operazione di manutenzione nel caso in cui uno o pi? dispositivi debbano essere sostituiti.
Riguardo alla forma del dispositivo luminoso composito trasparente, questa non ? limitata ad alcune forme particolari, quadrate o rettangolari (come l?unica mostrata nelle figure 1?3) che sono preferite, ma possono essere utilizzate anche forme ovali o circolari. Le forme menzionate vengono descritte solo come esempio specifico, dal momento che qualsiasi altra forma potrebbe essere adottata con successo.
Inoltre tutte le componenti rappresentate schematicamente mostrano sistemi planari, sebbene questa sia la configurazione preferita, anche superfici curve potrebbero essere ugualmente utilizzate. La figura 3 mostra una vista schematica della sezione trasversale della terza forma realizzativa 30 del dispositivo luminoso composito trasparente secondo la presente invenzione. In questo caso lo strato trasparente 31 contenente la dispersione uniforme delle particelle dielettriche ? interposto tra i due substrati trasparenti 35 e 35?, allo stesso modo della figura 1 le sorgenti di luce discreta 33 e 33? sono disposti all?interno dello strato trasparente 31 e le estremit? del dispositivo luminoso composito trasparente 30 sono formate dalla cornice riflettente 34 che scorre lungo il perimetro del dispositivo. Come gi? menzionato la cornice 34 potrebbe essere formata dall?unione di pi? sottostrutture che dovrebbero fornire un? adeguata dissipazione termica. La forma realizzativa mostrata nella figura 3 ? particolarmente preferita nel caso di finestre per edifici, in cui dette tipologie di finestre aventi due substrati esterni trasparenti 35 e 35? forniscono isolamento termico e allo stesso modo generano un?azione protettiva da agenti ambientali per le particelle dielettriche che in alcuni casi potrebbero reagire con l?umidit? o l?ossigeno. In questo caso una soluzione alternativa preferita in accordo con la struttura mostrata nella figura 3 consiste in un film sottile depositato sulla superficie di uno solo dei substrati di vetro 35 e 35? assemblati mantenendo uno spazio vuoto tra detti substrati di vetro, riempiti con gas inerti o aria secca. Questo ? il caso particolare in cui il dispositivo luminoso composito trasparente ? assemblato ermeticamente e viene inoltre riempito nella sua cavit? con un gas inerte.

Claims (1)

  1. La presente invenzione riguarda un dispositivo luminoso composito trasparente. Negli anni recenti sono state svolte diverse attivit? per migliorare l?aspetto e le caratteristiche di elementi trasparenti impartendo loro propriet? aggiuntive e modificando la loro funzione originaria trasformandoli da elementi passivi a dispositivi attivi. Ad esempio, nel caso di finestre per edifici, sono state compiute alcune attivit? per trasformare un elemento trasparente in una sorgente di illuminazione ambientale durante le ore notturne, come descritto nella domanda di brevetto WO 2009/040724. In questo caso l?effetto tecnico ? ottenuto interponendo un elemento organico emettitore di luce lungo la traiettoria percorsa dalla radiazione solare incidente; questa soluzione ? complicata, dispendiosa e non pu? evitare di avere un impatto negativo sulla trasparenza della finestra salvo che non vengano utilizzati materiali e processi molto costosi. Altre soluzioni sono descritte nelle domande internazionali di brevetto WO 2012/041480 e WO 2007/047684. In questi casi, per ottenere produzione di luce, sono state descritte sorgenti perimetrali di luce associate a particelle diffondenti in modo che siano pi? concentrate nella parte centrale della finestra. Questo gradiente di concentrazione ha lo svantaggio che influisce sulla trasparenza ed uniformit? della finestra. La domanda di brevetto US 8,237,352 mostra un foglio luminescente associato a luci LED aventi un contenuto uniforme di fosforo ad alta concentrazione, e non affronta il problema della trasparenza dello strato. Lo scopo della presente invenzione ? quello di superare gli inconvenienti ancora presenti nell?arte nota utilizzando un dispositivo luminoso composito trasparente, il quale ? uniformemente trasparente durante il giorno e capace allo stesso tempo di diventare una sorgente luminosa uniforme di eccellente qualit? durante le ore notturne (quando viene acceso). Questi effetti sono ottenuti attraverso la presente invenzione che in un primo aspetto quindi consiste in un dispositivo composito trasparente comprendente un elemento trasparente con sorgenti di luce discreta associate ad un elemento perimetrale trasparente, una cornice riflettente che delimita le estremit? del dispositivo luminoso composito trasparente. Detta cornice riflettente ricopre almeno l?80% del perimetro del dispositivo luminoso trasparente. L?elemento trasparente ? caratterizzato dal fatto che: a.? detto elemento trasparente comprende una matrice trasparente con una dispersione uniforme di particelle dielettriche. b.? detta matrice trasparente ha un coefficiente di estinzione ottica della luce uguale o minore di 0.009 cm?1. c.? detto elemento trasparente ha un coefficiente di estinzione ottica della luce aumentato di un valore compreso tra 0.003 cm?1 e 0.03 cm?1 rispetto alla matrice trasparente. L?invenzione sar? successivamente illustrata per mezzo delle seguenti figure dove: ?? La figura 1 ? una rappresentazione schematica vista dall?alto del dispositivo luminoso trasparente secondo la presente invenzione, ?? La figura 2 ? una rappresentazione schematica vista dall?alto di un ulteriore forma realizzativa del dispositivo luminoso composito trasparente secondo la presente invenzione, ?? La figura 3 ? una vista schematica della sezione trasversale di un'altra forma realizzativa del dispositivo luminoso composito trasparente secondo la presente invenzione. Nelle figure gli elementi ausiliari non necessari per l?illustrazione del concetto inventivo verranno omessi, per esempio in riferimento alle figure 1?3, la potenza fornita della sorgente di luce discreta, l?interruttore e il regolatore non vengono mostrati. Inoltre alcune caratteristiche sono state ingrandite per comprendere meglio la figura, con particolare e non unico riferimento alla dimensioni delle particelle dielettriche delle figure 1 e 2, che sono i componenti fondamentali della presente invenzione in relazione alle loro propriet? di diffusione facoltativamente in combinazione con la luminescenza. Gli inventori hanno trovato una serie di caratteristiche necessarie per ottenere un aspetto migliore del dispositivo luminoso, sia nel suo stato di non operativit?, quando la sua trasparenza viene sfruttata per esempio nelle finestre per edifici, separatori di ambienti, lampade, e che allo stesso tempo sia capace di fornire una buona qualit? di luce quando viene attivato, ad esempio quando le sorgenti di luce discreta lungo il suo perimetro vengono accese. Con una buona qualit? di luce vuol dire che la luce ? gradevolmente diffusa, senza punti di luce troppo intensi o brillanti. Queste caratteristiche consistono in una uniforme distribuzione in bassa concentrazione delle particelle dielettriche per deviare la luce fuori dal pannello e associate all?utilizzo di una cornice riflettente per ottenere riflessi in successione. Queste caratteristiche e la loro combinazione non sono state anticipate nell?arte nota. Con una distribuzione uniforme delle particelle dielettriche si intende che in ciascun punto dell?elemento luminoso trasparente contenente particelle dielettriche, ovvero il numero di particelle al di sotto di 10?2 cm3 di volume (nelle condizioni in cui tutto il volume ? contenuto in questo elemento costitutivo) ? uguale o differisce meno del 10% rispetto al valore medio nel pannello. In pratica un modo semplice per verificare questa condizione ? constatare che la differenza tra la concentrazione nella parte centrale dell?elemento luminoso e il volume periferico ? uguale o minore del 10%. La definizione di cui sopra tiene conto inoltre che l?elemento luminoso contenente le particelle diffondenti potrebbe presentare una discontinuit? (assenza di particelle dielettriche) vicino alle estremit? del dispositivo luminoso e/o nelle immediate posizioni delle sorgenti di luce discreta. Il dispositivo luminoso trasparente secondo la presente invenzione comprende un elemento trasparente con un materiale di matrice trasparente, inteso come un materiale il cui coefficiente di estinzione ottica della luce ? ? uguale o minore di 0,009cm?1. Con il seguente coefficiente ? definito come 1 ? ? = ?? ? ln 100 e ? = 100 ? ? ??? ? ? = 100 ? ????? ? ?? dove: ?? d ? lo spessore del substrato, ?? Iin e Iout sono rispettivamente l?intensit? della luce incidente e l?intensit? della luce dopo aver attraversato il substrato trasparente,
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