Осветительное устройство с корпусом, заключающим в себе источник света - RU2538100C2

Чертежи

Показать все 14 чертежа(ей)

Описание

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к осветительному устройству с корпусом, заключающим в себе источник света, а также к лампе, такой как точечный источник света, содержащей такое осветительное устройство.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В уровне техники известны осветительные устройства, содержащие пропускающий керамический слой. В уровне техники известны пропускающие керамические слои или люминесцентная керамика и способ ее изготовления. Например, можно сослаться на US2005/0269582. US2005/0269582 среди прочих описывает полупроводниковое светоизлучающее устройство, объединенное с керамическим слоем, который расположен на пути света, испускаемого светоизлучающим слоем. Керамический слой состоит из материала или включает в себя материал, такой как люминесцентный материал, который преобразует длины волны.

Осветительные устройства с пропускающим покрытием и люминесцентным материалом описаны, например, в US2007/0114562. Этот документ описывает, например, желтую и красную осветительные системы, включающие в себя полупроводниковый световой излучатель и люминесцентный материал. Эти системы имеют спад излучения в пределах соответственных красного и желтого цветовых диапазонов ITE, имеющих заданные цветовые координаты на диаграмме цветности CIE. Люминесцентный материал может включать в себя один или более люминесцентных материалов. Осветительные системы могут использоваться либо в качестве красного и желтого источника света светофора, либо в качестве автомобильного дисплея.

Кроме того, US2007/0114562 описывает светодиодную осветительную систему, содержащую опорный элемент, на котором расположен полупроводниковый световой излучатель, крышку, расположенную на этом опорном элементе поверх полупроводникового светового излучателя, при этом крышка и опорный элемент вместе задают внутренний объем, содержащий полупроводниковый световой излучатель, и герметик, находящийся во внутреннем объеме и герметизирующий полупроводниковый световой излучатель. Люминесцентный материал осажден на внутреннюю поверхность крышки.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Недостатком существующих систем может являться то, что такие системы невозможно легко уменьшить или резко увеличить по мощности (в применениях, связанных с высокоинтенсивным излучением света) из-за того, что увеличивается тепло, которое выделяет люминесцентный материал. Это тепло может разрушать люминесцентный материал и может привести к тепловому гашению. Кроме того, также относительно высоких температур могут не выдержать другие части осветительного устройства.

Следовательно, аспект изобретения обеспечивает альтернативное осветительное устройство, которое, предпочтительно, дополнительно устраняет один или более этих недостатков.

Кроме того, для осветительных устройств, содержащих корпус, заключающий в себе источник света и люминесцентный материал, обычно желательно обеспечить такой корпус, который способствовал бы смешению света люминесцентного материала и света источника света ("смесительная камера"). Подобным же образом, когда осветительное устройство содержит источники света, генерирующие свет на различных длинах волн, также может потребоваться смешение света. Поэтому существует также потребность в создании альтернативного отражающего материала для смесительной камеры, который, предпочтительно, дополнительно способствовал бы рассеянию тепла.

В первом аспекте изобретение предлагает осветительное устройство, содержащее корпус, заключающий в себе источник света, предпочтительно, светоизлучающий диод (светодиод), сконфигурированный для генерации света источника света, в котором корпус содержит пропускающую часть (здесь называемую также "окном" или "выходным окном"), выполненную с возможностью пропускания, по меньшей мере, части света источника света, тем самым обеспечивая наличие света осветительного устройства за пропускающей частью, и отражающую часть, выполненную с возможностью отражения, по меньшей мере, части света источника света, в котором отражающая часть содержит керамический отражающий материал, как дополнительно определено в п.1 формулы изобретения.

В данном варианте исполнения источник света может содержать, например, RGB-светодиод (то есть светоизлучающий диод красного, зеленого и синего света) или множество диодов, сконфигурированных для обеспечения белого света, такого как комбинация RGB-света или комбинация синего и желтого света, или комбинация синего, желтого и красного света и т.д. По выбору, осветительное устройство может быть сконфигурировано для излучения цветного света.

В другом варианте исполнения источник света содержит один источник света или множество источников света (таких как множество светодиодов), который может (или которые могут) обеспечить свет разных заданных длин волн в зависимости от условий его возбуждения. Следовательно, в конкретном варианте исполнения осветительное устройство может дополнительно содержать контроллер (прикрепленный к осветительному устройству или внешний относительно него), выполненный с возможностью управления цветом света осветительного устройства в ответ на сигнал датчика или на сигнал устройства ввода пользователя.

Термины "выше по потоку" или "ниже по потоку" относятся к размещению элементов или признаков относительно направления распространения света из светогенерирующего средства (здесь - источника света, такого как светодиод), где относительно первого положения в пределах пучка света из светогенерирующего средства второе положение в пучке света, ближнее к светогенерирующему средству, является положением "выше по потоку", а третье положение в пределах пучка света, дальнее от светоизлучающего средства, является положением "ниже по потоку".

В предпочтительном варианте исполнения изобретение предлагает такое осветительное устройство, в котором корпус дополнительно заключает в себя люминесцентный материал, выполненный с возможностью поглощения, по меньшей мере, части света источника света и испускания света люминесцентного материала, в котором корпус содержит пропускающую часть, выполненную с возможностью пропускания, по меньшей мере, части света источника света, или, по меньшей мере, части света люминесцентного материала, или как, по меньшей мере, части света источника света, так и, по меньшей мере, части света люминесцентного материала, тем самым обеспечивая наличие света осветительного устройства за пропускающей частью, и отражающую часть, выполненную с возможностью отражения, по меньшей мере, части света источника света, или, по меньшей мере, части света люминесцентного материала, или как, по меньшей мере, части света источника света, так и, по меньшей мере, части света люминесцентного материала, в котором отражающая часть содержит керамический отражающий материал. Пропускающая часть, главным образом, выполнена с возможностью пропускания, по меньшей мере, части света люминесцентного материала или как, по меньшей мере, части света источника света, так и, по меньшей мере, части света люминесцентного материала.

Поэтому в соответствии с дополнительным аспектом настоящее изобретение предлагает осветительное устройство, содержащее корпус, заключающий в себе источник света, предпочтительно светодиод, сконфигурированный для испускания света источника света, и люминесцентный материал, сконфигурированный для поглощения, по меньшей мере, части света источника света и испускания света люминесцентного материала, в котором корпус содержит пропускающую часть, выполненную с возможностью пропускания, по меньшей мере, части света источника света, или, по меньшей мере, части света люминесцентного материала, или как, по меньшей мере, части света источника света, так и, по меньшей мере, части света люминесцентного материала, тем самым обеспечивая наличие света осветительного устройства за пропускающей частью, и отражающую часть, выполненную с возможностью отражения, по меньшей мере, части света источника света, или, по меньшей мере, части света люминесцентного материала, или как, по меньшей мере, части света источника света, так и, по меньшей мере, части света люминесцентного материала, в котором отражающая часть содержит керамический отражающий материал.

Предпочтительно, такое осветительное устройство может быть эффективным источником света с хорошим смешением цветов, с эффективным рассеянием тепла и обладающее надежностью. Это особенно благодаря использованию керамических материалов, а также использованию люминесцентных материалов на удалении от источника света (последние варианты исполнения). Керамический материал может иметь относительно хорошую теплопроводность. Предпочтительно, теплопроводность составляет, по меньшей мере, около 5 Вт/мК, такую как, по меньшей мере, около 15 Вт/мК, а более предпочтительно, по меньшей мере, около 100 Вт/мК. Алюмоиттриевый гранат (АИГ) имеет теплопроводность в диапазоне около 6 Вт/мК, поликристаллический оксид алюминия (РСА) - в диапазоне около 20 Вт/мК, а AlN (нитрид алюминия) - в диапазоне около 150 Вт/мК или больше.

Предпочтительно, отражающая часть выполнена с возможностью отражения, по меньшей мере, части света источника света и, по меньшей мере, части света люминесцентного материала. Кроме того, предпочтительно, пропускающая часть выполнена с возможностью пропускания, по меньшей мере, части света источника света, особенно когда свет источника света находится в видимом диапазоне спектра длин волн, и, по меньшей мере, части света люминесцентного материала.

Ниже изобретение дополнительно описывается со ссылкой на светодиод как предпочтительный вариант исполнения источника света. Следовательно, далее термин "светодиод" относится в целом к источнику света, если не указано или из контекста не следует иное, но предпочтительно относится к светодиоду. Кроме того, термин "светодиод" относится в особенности к твердотельному световому устройству (к твердотельным светодиодам).

Люминесцентный материал расположен на удалении от светодиода. Здесь "на удалении от светодиода" специально указывает, что этот люминесцентный материал расположен не на нулевом расстоянии от светодиодного кристалла. Предпочтительно, наименьшее расстояние между светодиодным кристаллом и люминесцентным материалом находится в диапазоне 0,5-50 мм, в основном, в диапазоне 3-20 мм. Светодиодный кристалл представляет собой светоизлучающую поверхность светодиода.

Наличие удаленного люминесцентного материала в источниках света на основе светодиода оказывается очень благоприятным с точки зрения эффективности системы, особенно для генерации света с низкой цветовой температурой (теплый белый цвет). Нанесение покрытия из люминесцентного материала или пленки на пропускающий опорный элемент может привести к сильному повышению эффективности системы, поскольку при этом лишь малое количество света может отражаться назад в светодиод, где он имеет довольно высокие шансы поглотиться. Использование люминесцентного материала на удалении от светодиода может привести к увеличению эффективности примерно до 50% по сравнению с системами с люминесцентным материалом непосредственно в светодиодной сборке.

Нанесение слоя люминесцентного материала на поверхность, особенно на излучающую поверхность (то есть поверхность ниже по потоку) выходного окна, может привести к возникновению довольно насыщенной цветовой точки этой поверхности, когда лампа выключена и когда она освещена белым светом. Степень насыщенности цвета, появляющегося на выходном окне, может быть уменьшена нанесением, в соответствии с настоящим изобретением, люминесцентного материала между светодиодом и (диффузным, полупрозрачным материалом) выходным окном. (Полупрозрачное) выходное окно "действует" как окно виртуального излучения (для дополнительной оптической системы, где свет может претерпевать дальнейшие изменения, например изменяться по форме пучка). С увеличением расстояния между слоем люминесцентного материала и полупрозрачным выходным окном насыщенность цвета дополнительно уменьшается.

Термин "керамика" в области техники известен, и конкретно он может относиться к неорганическому неметаллическому твердому веществу, полученному под воздействием тепла с последующим охлаждением. Керамические материалы могут иметь кристаллическую или частично кристаллическую структуру, или же могут быть аморфными, как, например, стекло. Наиболее часто керамики имеют кристаллическую структуру. Термин «керамика», в особенности относится к материалам, которые спечены вместе с образованием каких-либо форм (в отличие от порошков). Типичные керамические материалы описаны как здесь, так и в приводимых ссылках. Используемые здесь керамики, предпочтительно, являются поликристаллическими керамиками. Отражающий керамический материал в варианте исполнения также может быть отражающим керамическим покрытием.

Корпус специально выполнен с возможностью приема всего света от источника света. Кроме того, корпус специально выполнен с возможностью вывода света из источника света и/или из люминесцентного материала только через пропускающую часть. Таким образом, корпус может быть также обозначен как смесительная камера. Смешение может быть значимым, когда используется множество источников света, которые генерируют свет с разными длинами волн. Смешение может быть также значимым, когда используется люминесцентный материал, который расположен на удалении от источника света (от которого он поглощает часть света, чтобы обеспечить свечение люминесцентного материала).

Пропускающая часть может быть обозначена также как окно. Предпочтительно, пропускающая часть является полупрозрачной. Помимо всего прочего, это препятствует непосредственному восприятию находящегося внутри корпуса источника (источников) света и возможной оптики.

Термин "источник света" (таким образом) может относиться ко множеству источников света. Поэтому в одном варианте исполнения осветительное устройство содержит множество источников света. Кроме того, термин "люминесцентный материал" может относиться ко множеству люминесцентных материалов. Следовательно, в одном варианте исполнения люминесцентный материал содержит множество люминесцентных материалов (такое как 2-4 люминесцентных материала). Подобным же образом термин "отражающая часть" и "пропускающая часть" могут относиться, соответственно, ко множеству отражающих частей и пропускающих частей.

Как упоминалось выше, использование керамических материалов может позволить относительно эффективную передачу тепла, более того, возможен вариант, когда керамический материал находится в контакте с теплоотводом. В области техники теплоотводы известны, и конкретно они могут относиться к объектам, которые, используя тепловой контакт (либо прямой, либо радиационный), поглощают и рассеивают тепло от другого объекта. Предпочтительно, теплоотвод находится в физическом контакте с источником света. Следовательно, фраза "керамический материал находится в контакте с теплоотводом" и подобные же фразы, предпочтительно, относятся к конструкциям, в которых керамический материал находится в физическом контакте с теплоотводом. В другом предпочтительном варианте исполнения отражающая часть находится в контакте с теплоотводом; это может еще больше способствовать рассеянию тепла. Тепло может в особенности создаваться источником света и внутри люминесцентного материала (потери Стокса).

В конкретном варианте исполнения теплоотвод содержит керамический материал, более конкретно, является керамическим материалом. Таким образом, в одном варианте исполнения теплоотвод и отражающая часть могут быть выполнены как единый керамический элемент. Тем самым передача тепла может быть еще больше улучшена. С другой стороны, (керамический) теплоотвод может сам по себе обеспечить рассеяние тепловой энергии. Расположением теплоотвода в контакте с керамической отражающей частью (включая варианты исполнения, в которых отражающая часть и теплоотвод выполнены воедино) и/или с керамической пропускающей частью можно увеличить рассеяние, поскольку отражающая и/или пропускающая керамические части, тем самым, также могут выполнять функции теплоотвода и, таким образом, способствовать еще большему рассеянию.

В одном варианте исполнения керамический материал основан на одном или более материалах, выбранных из группы, состоящей из Al₂O₃, AlN, SiO₂, Y₃Al₅O₁₂ (АИГ), аналога Y₃Al₅O₁₂, Y₂O₃ и TiO₂, и ZrO₂. Выражение "аналог Y₃Al5O₁₂" относится к "гранатовым" системам, имеющим по существу ту же самую структуру решетки, что и АИГ, но в которых Y и/или Al, и/или O, особенно Y и/или Al, по меньшей мере, частично замещены другим ионом, таким как один или более из Sc, La, Lu и G соответственно.

В предпочтительном варианте исполнения керамический материал Al₂O₃нанесен в качестве отражающего материала. Al₂O₃ может быть выполнен высокоотражающим, будучи спеченным при температуре в диапазоне около 1300-1700°С, такой как в диапазоне около 1300-1500°С, такой как в диапазоне 1300-1450°С. Этот материал в соответствующей области техники известен также как "коричневый" РСА (поликристаллический оксид алюминия).

Выражение "основан на" указывает, что исходные материалы для изготовления керамического материала по существу состоят из одного или более указанных здесь материалов, таких как, например, Al₂O₃ или Y₃Al₅O₁₂ (АИГ). Это, однако, не исключает присутствия небольших количеств (остатка) связующего материала или легирующих добавок, таких как Ti, или Al₂O_3, или - в одном варианте исполнения - Се для АИГ.

В одном варианте исполнения пропускающая часть дополнительно сконфигурирована для передачи тепла к теплоотводу. В другом варианте исполнения пропускающая часть является частью теплоотвода. Преимущество этих вариантов исполнения заключается в том, что генерируемое светодиодами тепло эффективно удаляется в окружающее пространство.

Специалистам в данной области техники будет ясно, что свет люминесцентного материала и свет осветительного устройства, по меньшей мере, частично или полностью находится в видимой части волнового спектра (то есть 380-780 нм). В одном варианте исполнения источник света излучает также в видимом диапазоне, но в варианте исполнения может дополнительно или альтернативно излучать также и в УФ-части. Как упоминалось выше, в предпочтительном варианте исполнения источник света содержит светодиод. В следующем варианте исполнения источником света является светодиод, сконфигурированный для генерации синего света. Источник излучения синего света может использоваться сам по себе или может использоваться в комбинации с люминесцентным материалом таким образом, чтобы давать белый свет, или может использоваться в комбинации с одним или более других светодиодов, генерирующих свет на других длинах волн. Могут также применяться комбинации таких вариантов исполнения. При использовании синего светоизлучающего диода и желтого светоизлучающего люминесцентного материала (который возбуждается синим светом) может получиться красный светоизлучающий диод. Красный светоизлучающий диод может использоваться для приведения цветовой точки к более низкой температуре и/или увеличения коэффициента цветопередачи света, обеспечиваемого осветительным устройством. Люминесцентный материал может быть выбран таким, чтобы он имел высокое пропускание для красного света. Например, может быть использован АИГ:Се. Следовательно, осветительное устройство может дополнительно содержать светодиод, сконфигурированный для генерации красного света. Значит, в одном варианте исполнения светодиодный источник света сконфигурирован для обеспечения синего света, а осветительное устройство дополнительно содержит люминесцентный материал с желтым излучением и, по выбору, один или более других люминесцентных материалов, сконфигурированных для излучения в зеленой, оранжевой или красной, предпочтительно в красной области, и где люминесцентный материал с желтым излучением и, по выбору, один или более других люминесцентных материалов сконфигурированы для поглощения, по меньшей мере, части синего света и испускания указанных цветов, и где, по выбору, осветительное устройство дополнительно содержит один или более дополнительных светодиодных источников света, сконфигурированных для обеспечения света в видимой области, предпочтительно в одной или более областях из зеленой, желтой, оранжевой или красной, предпочтительно красной. Это может представлять особенный интерес для улучшения коэффициента цветопередачи и/или эффективности.

Следовательно, в одном варианте исполнения светодиодный источник содержит люминесцентный материал, и этот люминесцентный материал сконфигурирован для обеспечения вместе со светом (синим) источника света белого света осветительного устройства. В еще одном варианте исполнения источник света содержит светодиод, сконфигурированный для испускания света, имеющего длины волны, выбранные из диапазона в 285-400 нм, такого как 300-400 нм, а люминесцентный материал сконфигурирован для поглощения, по меньшей мере, части (УФ/синеватой) этого света и для испускания света (в видимом диапазоне). В таком варианте исполнения осветительное устройство содержит люминесцентный материал, и люминесцентный материал может быть сконфигурирован для обеспечения вместе со светом (УФ/синим) источника света белого света осветительного устройства или в варианте исполнения может быть сконфигурирован для обеспечения цветного света.

В одном варианте исполнения, по меньшей мере, часть люминесцентного материала обеспечена в покрытии на поверхности выше по потоку пропускающей части. Эта пропускающая часть имеет поверхность выше по потоку, направленную к источнику света, и поверхность ниже по потоку, направленную наружу от осветительного устройства. По меньшей мере, часть люминесцентного материала может быть обеспечена как покрытие на поверхность выше по потоку и/или поверхность ниже по потоку, предпочтительно, на поверхность выше по потоку. Предпочтительно, источник света и люминесцентный материал не находятся в физическом контакте друг с другом (то есть расстояние между источником света и люминесцентным материалом не нулевое).

Фразы, подобные "пропускает, по меньшей мере, часть света источника света, или, по меньшей мере, часть света люминесцентного материала, или как, по меньшей мере, часть света источника света, так и, по меньшей мере, часть света люминесцентного материала" обозначают соответственно часть или весь свет источника света, часть или весь свет люминесцентного материала и часть или весь свет источника света и часть или весь свет люминесцентного материала. Выражение "по меньшей мере" здесь в вариантах исполнения может означать также "весь" или "полностью". Термин "пропускающий" здесь означает, что, по меньшей мере, часть света в видимой части спектра, которая направлена перпендикулярно к пропускающему элементу, может проходить через этот элемент. Предпочтительно, пропускание составляет, по меньшей мере, около 10%, даже более предпочтительно, по меньшей мере, около 20%, еще более предпочтительно, по меньшей мере, около 40%, и еще более предпочтительно, по меньшей мере, около 80% или выше (перпендикулярное излучение). Здесь термин "пропускание" относится к пропусканию, усредненному по видимому волновому диапазону (380-780 нм). Пропускающий элемент может быть полупрозрачным (пропускающим и рассеивающим свет) или прозрачным (по существу пропускающим беспрепятственно). Термины "прозрачный" и "полупрозрачный" в области техники известны. Термин "отражающий" означает, что, по меньшей мере, часть света в видимой части спектра, которая направлена перпендикулярно к отражающему элементу, может быть отражена этим элементом. Предпочтительно, отражение составляет, по меньшей мере, около 80%, даже более предпочтительно, по меньшей мере, около 90%, еще более предпочтительно, по меньшей мере, около 95% и еще более предпочтительно, по меньшей мере, около 99% или выше (перпендикулярное излучение). Здесь термин "отражающий" относится к отражению, усредненному по видимому волновому диапазону (380-780 нм). Отражение может быть зеркальным (угол отражения по существу равен углу падения) или диффузным (рассеяние), а на выбор и таким, и таким.

В одном варианте исполнения, по меньшей мере, часть люминесцентного материала внедрена в пропускающую часть. При изготовлении пропускающей части люминесцентный материал может, например, быть скомбинирован с исходным материалом (или материалами) для изготовления пропускающей части. Например, когда пропускающая часть выполнена из керамического материала, то к исходному материалу (или материалам) для изготовления керамических материалов может быть добавлен люминесцентный материал. Таким образом, термин "внедренный" может относиться к люминесцентному материалу как к отдельному элементу (элементам) внутри пропускающей части. Однако в варианте исполнения люминесцентный материал, кроме того, может быть выполнен в керамическом материале, как, например, в гранатовой, содержащей церий керамике. Керамические материалы последнего типа здесь также обозначены как люминесцентная керамика. В соответствующей области техники известно, например, изготовление керамики АИГ:Се (см. также ниже). Таким образом, может быть обеспечено пропускающее (в особенности полупрозрачное) и люминесцентное окно.

Как уже указывалось ранее, пропускающая часть содержит пропускающий керамический материал. Это может даже еще больше улучшить рассеяние тепла, поскольку керамические материалы могут относительно эффективно рассеивать тепло, в отличие от полимерных пропускающих частей, которые предлагались в предшествующем уровне техники. Керамический материал, предпочтительно, основан на одном или более материалах, выбранных из группы, состоящей из Al₂O₃, AIN, SiO₂, Y₃Al₅O₁₂ (АИГ), аналога Y₃A_l5O₁₂, Y₂O₃, TiO₂ и ZrO₂. В предпочтительном варианте исполнения керамический материал Al₂O₃ применяется в качестве светопропускающего материала. Al₂O₃, например, может быть выполнен в высокой степени отражающим, будучи спеченным при температуре в диапазоне около 1500-2000°С, такой как в диапазоне 1600-200°С. Кроме того, пропускающая часть, предпочтительно, находится в контакте с теплоотводом.

В конкретном варианте исполнения, по меньшей мере, часть люминесцентного материала расположена ниже по потоку к источнику света и выше по потоку к пропускающей части (см. также выше), и пропускающая часть, предпочтительно, является по существу прозрачной. В одном варианте исполнения люминесцентный материал может быть расположен на источнике света, таком как кристалл светодиода (расстояние люминесцентный материал-светодиод равно нулю), или введен в смолу на светодиоде, однако люминесцентный материал может быть обеспечен в виде слоя, расположенного на удалении от источника света и на удалении от пропускающей части. В еще одном варианте исполнения люминесцентный материал обеспечен в виде покрытия на пропускающей части (см. также выше). В таком варианте исполнения пропускающая часть не обязательно является полупрозрачной, а может также являться прозрачной, что может быть благоприятно с точки зрения пропускания. Следовательно, в другом варианте исполнения пропускающая часть может быть полупрозрачной.

В одном варианте исполнения корпус может иметь шестиугольное поперечное сечение. Это может предпочтительно улучшить смешение света. В еще одном варианте исполнения корпус имеет круглое сечение. Предпочтительно, отражающая часть имеет круглое или шестиугольное сечение. Отражающая часть может, например, содержать цилиндр или шестиугольную трубку, при этом пропускающая часть закрывает один конец этого цилиндра или трубки. Пропускающая часть может быть, например, плоской или может иметь форму купола.

В дополнительном аспекте настоящее изобретение предлагает лампу, такую как точечный источник света, содержащую осветительное устройство в том виде, как здесь определено.

В еще одном варианте исполнения лампа может содержать множество осветительных устройств, таких как 2 или 4. Такая лампа, в частности, может дополнительно содержать опорную структуру, выполненную с возможностью поддержки множества осветительных устройств. Кроме того, эта опорная структура может быть выполнена, соответственно, с возможностью обеспечения, по меньшей мере, части отражающих частей. В дополнение или альтернативно эта опорная структура может быть выполнена с возможностью поддержки источников света в виде светоизлучающих диодов (светодиодов). Кроме того, эта опорная структура может содержать керамический материал или состоять из него. В частности, опорная структура (таким образом) может быть выполнена в виде теплоотвода и, по выбору, может находиться в контакте с теплоотводом или быть выполнена воедино с ним в оболочке теплоотвода. Следовательно, опора может представлять собой отражающий керамический материал, который дополнительно может быть сконфигурирован для рассеяния части тепловой энергии светодиодных источников света.

В еще одном дополнительном аспекте настоящее изобретение также обеспечивает использование керамического материала в осветительном устройстве для рассеяния тепла; это может быть пропускающая часть, и/или отражающая часть, и/или другие части.

Ниже конкретные элементы изобретения дополнительно рассматриваются более подробно.

Осветительное устройство

Осветительное устройство здесь коротко называется также "устройством". Пропускающая часть, такая как полупрозрачное выходное окно, имеет поверхность выше по потоку, направленную к светодиоду (к светодиодам), и поверхность ниже по потоку, направленную наружу осветительного устройства.

Как упоминалось выше, эта пропускающая часть или выходное окно выполнено с возможностью вывода света из осветительного устройства. Однако при этом не исключены дополнительные оптические элементы, такие как коллиматоры, отражатели, световоды, оптические слои и т.д. для направления или воздействия на свет осветительного устройства, которые могут быть расположены за выходным окном.

С изобретением могут быть реализованы удаленные модули люминесцентного материала и лампы, которые имеют очень высокую эффективность и хорошую цветопередачу.

Осветительное устройство изобретения в особенности выполнено с возможностью генерации света с заданным цветом, таким как белый свет.

Предлагаемые конфигурации могут быть применены в освещении больших площадей, окружающем освещении (например, световой мозаике), задней подсветке (например, рекламных щитах), в светильниках нижнего освещения, в модернизированных диффузных лампах, таких как сменные энергосберегающие лампы накаливания GLS или TL, и настенных светильниках и - в зависимости от величины и сведения светового пучка - в некоторых лампах "точечной" подсветки. Осветительные устройства могут использоваться в помещениях, например в домах, в гостиных, в офисах, в торгово-развлекательных центрах, снаружи, например для уличного освещения. Термин "модернизированный" в области техники известен, см., например, публикацию US5463280.

Далее приводятся некоторые дополнительные детали, касающиеся, соответственно, светодиодов и люминесцентных материалов, пропускающего окна и керамик.

Светодиоды и люминесцентные материалы

В одном варианте исполнения светодиод сконфигурирован для испускания синего излучения, а люминесцентный материал содержит (а) зеленый люминесцентный материал, сконфигурированный для поглощения, по меньшей мере, части синего излучения светодиода и испускания зеленого излучения, и (b) красный люминесцентный материал, сконфигурированный для поглощения, по меньшей мере, части синего излучения светодиода, или, по меньшей мере, части зеленого излучения, или как, по меньшей мере, части синего излучения, так и, по меньшей мере, части зеленого излучения и испускания красного излучения. Таким образом, свет заданного цвета может быть белым светом. В зависимости, помимо всего прочего, от мощности светодиода, спектра синего излучения светодиода и количества люминесцентного материала может быть составлен белый свет с различными цветовыми температурами.

В другом варианте исполнения светодиод сконфигурирован для испускания синего излучения, а люминесцентный материал содержит (а) желтый люминесцентный материал, сконфигурированный для поглощения, по меньшей мере, части синего излучения и испускания желтого излучения, и, по выбору, (b) один или более других люминесцентных материалов, сконфигурированных для поглощения, по меньшей мере, части синего излучения светодиода, или, по меньшей мере, части желтого излучения, или как, по меньшей мере, части синего излучения, так и, по меньшей мере, части желтого излучения и испускания излучения на длине волны излучения, отличной от желтого излучения. Таким же образом и в этом случае свет заданного цвета может быть белым светом. В зависимости, помимо всего прочего, от мощности светодиода, спектра синего излучения светодиода, мощности светодиода и количества люминесцентного материала может быть составлен белый свет с различными цветовыми температурами. В конкретном варианте исполнения люминесцентный материал в дополнение к (а) желтому люминесцентному материалу дополнительно содержит (b) красный люминесцентный материал, сконфигурированный для поглощения, по меньшей мере, части синего излучения светодиода, или, по меньшей мере, части желтого излучения, или как, по меньшей мере, части синего излучения, так и, по меньшей мере, части желтого излучения и испускания красного излучения. Этот красный люминесцентный материал может среди прочих быть применен для дополнительного улучшения коэффициента цветопередачи.

В одном варианте исполнения осветительное устройство содержит множество светоизлучающих диодов (светодиодов), сконфигурированных для испускания светодиодного излучения, такого как порядка 2-100, как 4-64.

Используемый здесь термин «белый свет» известен специалистам в данной области техники. Он относится конкретно к свету, имеющему коррелированную цветовую температуру (ССТ) между примерно 2000 и 20000 К, более точно 2700-20000 К, для общего освещения более точно в диапазоне около 2700 К и 6500 К, а в целях задней подсветки более точно в диапазоне около 7000 К и 20000 К и более точно в пределах около 15 стандартных отклонений цветового совпадения (SDCM) от линии абсолютно черного тела, более точно в пределах около 10 стандартных отклонений цветового совпадения от линии абсолютно черного тела, даже более точно в пределах около 5 стандартных отклонений цветового совпадения от линии абсолютно черного тела. Термин "заданный цвет" может относиться к любому цвету в пределах цветового треугольника, но специально может относиться к белому свету.

Термины "синий цвет" или "синее излучение" относятся конкретно к свету, имеющему длину волны в диапазоне около 410-490 нм. Термин "зеленый цвет" относится конкретно к свету, имеющему длину волны в диапазоне около 500-570 нм. Термин "красный цвет" относится конкретно к свету, имеющему длину волны в диапазоне около 590-650 нм. Термин "желтый цвет" относится конкретно к свету, имеющему длину волны в диапазоне около 560-590 нм. Термин "синеватый цвет" используется для определения света в диапазоне около 380-410 нм. Видимый свет, считается, заключен в волновом диапазоне примерно 380-780 нм.

Эти термины не исключают, что какой-то конкретный люминесцентный материал может иметь широкую полосу излучения, имеющего длину волны (длины волн) вне диапазона, например, около 500-570 нм, около 560-590 нм и около 590-650 нм соответственно. Однако основная длина волны излучения таких люминесцентных материалов (или, соответственно, светодиода) будет находиться, соответственно, в пределах указанных здесь диапазонов. Следовательно, фраза "с длиной волны в диапазоне" конкретно указывает, что излучение может иметь основную длину волны излучения в пределах указанного диапазона.

Особенно предпочтительные люминесцентные материалы выбираются из гранатов и нитридов, специально легированных соответственно трехвалентным церием или двухвалентных европием. Варианты исполнения с гранатами, главным образом, включают в себя гранаты типа A₃B₅O₁₂, где "А" содержит, по меньшей мере, иттрий или лютеций и где "В" содержит, по меньшей мере, алюминий. Такой гранат может быть легирован церием (Се), празеодимием (Pr) или комбинацией церия с празеодимием, однако главным образом церием. "В" в основном содержит алюминий, но В может также частично содержать галлий (Ga), и/или скандий (Sc), и/или индий (In), но главным образом до около 20% алюминия, более конкретно до около 10% алюминия (то есть ионы "В" по существу состоят из 90 или более процентов на моль из алюминия и на 10 или менее процентов на мольиз одного или более элементов из Ga, Sc и In). "В" может, в частности, содержать до около 10% галлия. В другом варианте "В" и "О" могут быть, по меньшей мере, частично замещены кремнием и азотом. Элемент "А", в частности, может быть выбран из группы, состоящей из иттрия (Y), гадолиния (Gd), тербия (Tb) и лютеция (Lu). Кроме того, гадолиний и тербий, в частности, присутствуют только в "А" в количестве до около 20%. В конкретном варианте исполнения гранатовый люминесцентный материал содержит (Y_1-xLu_x)₃B₅O₁₂:Ce, где х равно или больше 0 и равно или меньше 1.

Выражение ":Се" означает, что часть ионов металла (то есть в гранатах: часть ионов "А") в люминесцентном материале замещена церием. Например, если рассматривать соединение (Y_1-xLu_x)₃Al₅O₁₂:Ce, то часть иридия и/или лютеция замещена церием. Такое написание специалистам в данной области техники известно. Церий, в общем, замещает не более чем 10% "А"; в общем, концентрация церия будет в диапазоне 0,1-4%, в частности, 0,1-2% (относительно "А"). Полагая наличие 1% церия и 10% иридия, полная правильная формула может быть: (Y_0,1Lu_0,89Ce_0,01)₃Al₅O₁₂. Как известно специалистам в данной области техники, церий в гранате находится по существу или только в трехвалентном состоянии.

"Красный" люминесцентный материал в одном варианте исполнения может содержать один или более материалов, выбранных из группы, состоящей из (Ba, Sr, Ca)S:Eu, (Ba, Sr, Ca)AlSiN₃:Eu и (Ba, Sr, Ca)₂Si₅N₈:Eu. В этих сложных соединениях европий (Eu) находится по существу или только в двухвалентном состоянии и замещает один или более указанных двухвалентных катионов. Вообще говоря, европий не присутствует в количествах, больших чем 10% от количества катионов, в частности, в диапазоне около 0,5-10, более конкретно, в диапазоне около 0,5-5% относительно количества катионов, которые он замещает. Выражение ":Eu" означает, что часть ионов металла замещена европием (в этих примерах - Eu²⁺). Например, полагая наличие в CaAlSiN₃:Eu 2% европия, правильная формула может быть написана как (Ca_0,98Eu_0,02)AlSiN₃. Двухвалентный европий в общем случае будет замещать двухвалентные катионы, такие как вышеприведенные щелочноземельные катионы, в особенности, Ca, Sr или Ba.

Материал (Ba, Sr, Ca)S:Eu может быть также обозначен как MS:Eu, где "М" является одним или более элементами, выбранными из группы, состоящей из бария (Ba), стронция (Sr) и кальция (Ca); в частности, "М" в этом сложном соединении содержит кальций или стронций, или кальций и стронций, более конкретно, кальций. Сюда введен европий, который замещает, по меньшей мере, часть "М" (то есть один или более элементов из Ba, Sr и Ca).

Далее, материал (Ba, Sr, Ca)₂Si₅N₈:Eu может быть также обозначен как M₂Si₅N₈:Eu, где "М" является одним или более элементами, выбранными из группы, состоящей из бария (Ba), стронция (Sr) и кальция (Ca); в частности, "М" в этом сложном соединении содержит стронций и/или барий. В дополнительном конкретном варианте исполнения "М" состоит из стронция и/или бария (если не принимать во внимание присутствие европия), в частности, 50-100%, в частности, 50-90% бария и 50-0%, в частности, 50-10% стронция, при этом получается материал, такой как Ba_1,5Sr_0,5Si₅N₈:Eu (то есть 75% бария, 25% стронция). Сюда введен европий, который замещает, по меньшей мере, часть "М" (то есть один или более элементов из Ba, Sr и Ca).

Подобным же образом материал (Ba, Sr, Ca)AlSiN₃:Eu может быть также обозначен как MAlSiN₃:Eu, где "М" является одним или более элементами, выбранными из группы, состоящей из бария (Ba), стронция (Sr) и кальция (Ca); в частности, "М" в этом сложном соединении содержит кальций, или стронций, или кальций и стронций, более конкретно кальций. Сюда введен европий, который замещает, по меньшей мере, часть "М" (то есть один или более элементов из Ba, Sr и Ca).

Термин "люминесцентный материал" относится конкретно к неорганическим люминесцентным материалам, которые тоже иногда обозначаются как люминесцентные материалы. Эти термины известны специалистам в данной области техники.

Пропускающая часть (выходное окно)

Пропускающая часть (в полупрозрачном варианте исполнения) или выходное окно выполнено, главным образом, на ненулевом расстоянии от поверхности ниже по потоку пропускающего окна. Это выходное окно выполнено с возможностью вывода света из осветительного устройства.

В одном варианте исполнения выходное окно может содержать органический материал. Предпочтительные органические материалы выбираются из группы, состоящей из полиэтилентерефталата, полиэтилена, полипропилена, поликарбоната, поли(метил)метакрилата, полиэтиленнафталата, сополимер циклоолефина, полидиметилсилоксана. Однако в другом варианте исполнения выходное окно содержит неорганический материал. Предпочтительные неорганические материалы выбираются из группы, состоящей из стекол, (плавленого) кварца, керамики и силиконов, предпочтительно керамики. Как упоминалось выше, пропускающая часть содержит пропускающий керамический материал.

В одном варианте исполнения выходное окно является полупрозрачным. Например, вышеупомянутые материалы могут иметь внутренние полупрозрачные свойства или могут быть выполнены полупрозрачными (например, матированием материала (например, пескоструйной обработкой или травлением кислотой)). Такие способы известны в области техники. Полупрозрачное выходное окно может позволить некоторому количеству света проходить через него, но внутренний объем (то есть объекты выше по потоку осветительного устройства, выше по потоку от выходного окна), который виден сквозь полупрозрачный материал, является по существу размытым или неразличимым.

Как упоминалось выше, в следующем варианте исполнения выходное окно содержит, по меньшей мере, часть люминесцентного материала. В другом варианте исполнения выходное окно, содержащее люминесцентный материал (слой), дополнительно оснащено покрытием со стороны выше по потоку, которое содержит также часть люминесцентного материала (который может иметь по существу другой цвет излучения или по существу такой же цвет излучения).

Керамика

В области техники известны пропускающие керамические слои или люминесцентные керамики и способ их изготовления. Например, можно сослаться на патентную заявку США №10/861,172 (US2005/0269582), на патентную заявку США №11/080,801 (US2006/0202105) или на публикации WO2006/097868, WO2007/080555, WO2007/0126017 и WO2006/114726. Эти документы и особенно информация относительно изготовления керамических слоев, предоставленная в этих документах, включена сюда путем ссылки.

Керамические слои могут быть, главным образом, самостоятельными слоями, и они могут быть сформированы отдельно от полупроводникового устройства, после чего в одном варианте исполнения прикреплены к законченному полупроводниковому устройству, или в другом варианте исполнения могут быть использованы в качестве подложки роста для полупроводникового устройства. Керамические слои могут быть полупрозрачными или прозрачными, что может уменьшить потери на рассеяние, обусловленные наличием непрозрачных слоев преобразования длин волн, таких как конформные слои люминесцентного материала (то есть порошковые слои). Люминесцентные керамические слои могут быть более прочными, чем тонкие пленки или конформные слои люминесцентного материала. В дополнение, поскольку люминесцентные керамические слои являются твердыми, может быть легче образовать оптический контакт между ними и дополнительными оптическими элементами, такими как линзы и вторичная оптика, которые также являются твердыми.

В одном варианте исполнения керамический люминесцентный материал может быть образован нагревом порошкового люминесцентного материала до высокой температуры, пока поверхности частиц люминесцентного материала не начнут размягчаться и не образуется жидкий поверхностный слой. Поверхности частично расплавленных частиц способствуют перемещению массы взаимодействующих частиц, что приводит к образованию "протоков", в которых эти частицы соединяются. Перераспределение массы, в результате чего образуются протоки, вызывает усадку частиц во время спекания, и получается прочный агломерат частиц. Для формирования поликристаллического керамического слоя с низкой остаточной внутренней пористостью могут быть необходимы этапы одноосного или изостатического прессования и вакуумное спекание предварительно сформированного "сырца" или спеченной предварительно уплотненной керамики. Полупрозрачностью керамического люминесцентного материала, то есть величиной рассеяния, которое он производит, можно управлять от высокой степени непрозрачности до высокой степени прозрачности регулировкой условий нагрева или прессования, способом изготовления, используемыми исходными частицами люминесцентного материала и соответствующей кристаллической решеткой люминесцентного материала. Помимо люминесцентного материала, например, для облегчения формирования керамики или для регулировки коэффициента преломления керамики в состав могут быть включены другие керамообразующие материалы, такие как оксид алюминия. Также могут быть сформированы поликристаллические композитные материалы, которые содержат более одного кристаллического компонента или комбинацию кристаллических и аморфных или стекловидных компонентов, например, спеканием двух отдельных порошковых люминесцентных материалов, таких как люминесцентный материал оксонитридосиликат и люминесцентный материал нитридосиликат.

В конкретном варианте исполнения керамический люминесцентный материал может быть образован традиционными "керамическими процессами". "Сырец" помимо других способов формируется сухим прессованием, пленочным литьем, литьем пластин. Затем этот сырец нагревается до повышенной температуры. На этапе спекания происходит образование протоков и перемещение массы взаимодействующих частиц. Это приводит к сильному уменьшению пористости и, как следствие, к усадке керамического тела. Остаточная пористость зависит от условий спекания (температуры, режима нагрева, выдержки, атмосферы). Для формирования поликристаллического керамического слоя с низкой остаточной внутренней пористостью может быть необходимо горячее одноосное, или горячее изостатическое, или вакуумное спекание предварительно сформированного "сырца" или спеченной предварительно уплотненной керамики.

Примеры люминесцентных материалов, которые могут быть, например, сформированы в люминесцентные керамические слои, включают в себя алюминиевые гранатовые люминесцентные материалы с общей формулой (Lu_1-x-y-a-bY_xGd_y)₃(Al_1-z-cGa_zSi_c)₅O_12-cN_c:Ce_aPr_b, где 0≤x<1, 0≤y<1, 0≤z≤0,1, 0<а≤0,2, 0≤b≤0,1 и 0≤с<1, такие как Lu₃Al₅O₁₂:Се³⁺, Y₃Al₅O₁₂:Се³⁺ и Y₃Al_4,8Si_0,2O_11,8N_0,2:Се³⁺, которые испускают свет в желто-зеленом диапазоне, и (Sr_1-x-yBa_xCa_y)_2-zSi_5-aAl_aN_8-aO_a:Eu_z²⁺, где 0≤а<5, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤ x+y≤1 и 02Si₅N₈:Eu_z²⁺, которые испускают свет в красном диапазоне. Подходящие керамические пластины Y₃Al₅O₁₂:Се³⁺ могут быть закуплены в компании "Baikowski International Corp." в Шарлотте, Северная Каролина. Могут быть также пригодными другие "зеленые", "желтые" и "красные" люминесцентные материалы, включая (Sr_1-a-bCa_bBa_c)Si_xN_yO_z:Eu_a²⁺ (a=0,002-0,2; b=0,0-0,25; c=0,0-0,25; x=1,5-2,5; y=1,5-2,5; z=1,5-2,5), включая, например, SrSi₂N₂O₂:Eu²⁺; (Sr_1-u-v-xMg_uCa_vBa_x)(Ga_2-y-zAl_yIn_zS₄):Eu²⁺; включая, например, SrGa₂S₄:Eu²⁺; (Sr_1-x-yBa_xCa_v)₂SiO₄:Eu²⁺, включая, например, SrBaSiO₄:Eu²⁺; Ca_1-xSr_xS:Eu²⁺, где 0≤x≤1, включая, например, CaS: Eu_a²⁺ и SrS:Eu_a²⁺; (Ca_1-x-y-zSr_xBa_yMg_z)_1-n(Al_1-a+bB_a)Si_1-bN_3-bO_b:RE_n, где 0≤x≤1; 0≤y≤1; 0≤z≤0,1; 0≤а≤1; 0≤b≤1 и 0,002≤n≤0,2; а RE выбирается из европия (II) и церия (Ш), включая, например, CaAlSiN₃:Eu²⁺ и CaAl_1,04Si_0,96N₃:Се³⁺; и M_x^V+Si_12-(m+n)Al_m+nO_nN_16-n, где x=m/v, а "М" является металлом, предпочтительно, выбранным из группы, содержащей Li, Mg, Ca, Y, Sc, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu или их смеси, включая, например, Ca_0,75Si_8,625Al_3,375O_1,375N_0,625:Eu_0,25.

В отличие от светящейся порошковой пленки, которая содержит частицы люминесцентного материала с большими оптическими изменениями в коэффициенте преломления связующего или окружающего материала, и в отличие от монокристаллического люминесцентного тела, который в оптическом смысле ведет себя как единая большая частица люминесцентного материала при отсутствии оптических неоднородностей, поликристаллическая люминесцентная керамика может вести себя как отдельные плотно упакованные частицы люминесцентного материала, при том что в ней есть (по существу) лишь небольшие оптические неоднородности на поверхностях раздела между частицами люминесцентного материала. Посредством уменьшения оптических неоднородностей оптические свойства приближаются к свойствам монокристаллического люминесцентного тела. Таким образом, люминесцентные керамики, подобные LuAG (которая имеет кубическую кристаллическую структуру), оптически почти однородны и имеют тот же самый коэффициент преломления, что и люминесцентный материал, образующий люминесцентную керамику. В отличие от конформного слоя люминесцентного материала или слоя люминесцентного материала, осажденного на прозрачный материал, такой как смола, люминесцентная керамика обычно не требует никакого связующего материала (такого как органическая смола или эпоксидная смола), кроме как самого люминесцентного материала, так что между отдельными частицами люминесцентного материала существуют очень малые промежутки пространства или материала с отличным показателем преломления. В результате этого люминесцентная керамика может быть прозрачной или полупрозрачной, в отличие от конформного слоя люминесцентного материала, который проявляет больше и/или более крупные оптические неоднородности в слое.

Как упоминалось выше, в конкретном варианте исполнения пропускающий керамический слой содержит цериумсодержащую гранатовую керамику, а именно - гранатовую керамику А₃В₅О₁₂:Се (как было определено выше), где «А» содержит, по меньшей мере, лютеций, а «В» содержит, по меньшей мере, алюминий, более конкретно, гранатовую керамику (Y_1-xLu_x)₃В₅О₁₂:Се, где х больше 0 и равен или меньше 1. В частности, «В» является алюминием. Фраза «пропускающий керамический слой содержит цериумсодержащую гранатовую керамику» относится главным образом к керамике, которая по существу или полностью состоит из такого материала (здесь в этом варианте исполнения гранат).

В области техники известны пропускающие керамические слои, смотри также выше. Прозрачность прозрачного керамического слоя может быть определена, используя пропускание в качестве меры для рассеивающих свойств слоя. Пропускание в общем случае определяется как отношение количества света от диффузного источника света, прошедшего через керамический слой (в том числе после внутреннего отражения и рассеяния), и количества света, излученного этим диффузным источником света, который облучает керамический слой. Пропускание может, например, быть получено установкой керамического слоя с толщиной, например, в диапазоне 0,07-2 мм, такой как около 120 микрометров, перед диффузным излучателем красного света с основной длиной волны между 590 и 650 мм, а затем измерением вышезаданного отношения.

Некоторые керамики могут быть также выполнены с высоким отражением. Например, оксид алюминия может иметь высокое отражение (отражение в 99% или даже отражение в 99,5%).

В конкретном варианте исполнения отражающий керамический материал имеет, например, среднее отражение в диапазоне >95%, таком как >98% в волновом диапазоне 400-750 нм. Например, был приготовлен поликристаллический оксид алюминия, имеющий в диапазоне 400-500 нм отражение в диапазоне около 98-99%, а в диапазоне 500-750 нм - отражение в диапазоне около 99-99,5%.

Пропускающий материал, особенно пропускающий керамический материал, имеет, например, в диапазоне 450-750 нм среднее пропускание, по меньшей мере, 99% или даже, по меньшей мере, 99,5%.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Варианты исполнения изобретения теперь будут описаны только посредством примеров со ссылками на сопроводительные схематичные чертежи, на которых соответствующие ссылочные символы обозначают соответствующие части и на которых:

фиг.1а-1j схематично изображают варианты исполнения осветительного устройства,

фиг.2 показывает измерения температуры на пропускающей части, содержащей люминесцентный материал (в виде покрытия или "внедренный"), при этом пропускающая часть является керамической, стеклянной, поликарбонатной или в виде слоя полиэтилентерефталата, а также температуры теплоотвода как функции мощности, подаваемой на источники света, и

фиг.3а-3d схематично изображают дополнительные варианты исполнения ламп, содержащих 4 или 2 осветительных устройства соответственно.

Чертежи не обязательно выполнены в масштабе.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ИСПОЛНЕНИЯ

Фиг.1а схематично изображает вариант исполнения осветительного устройства 1 в соответствии с изобретением. Осветительное устройство 1 содержит корпус 100, заключающий в себе источник света 10, предназначенный для генерации света 11 источника света, такого как светоизлучающий диод (светодиод). Корпус 100 образует полость или камеру 30, которая и заключает в себе источник света 10. Вообще говоря, корпус 100, по меньшей мере, содержит нижнюю часть или подложку 150 и огораживающую часть 101, и эта огораживающая часть 101 может принимать различные формы.

Корпус 100 содержит пропускающую часть 110, предназначенную для пропускания, по меньшей мере, части света 11 источника света, тем самым обеспечивая свет 2 осветительного устройства за пропускающей частью 110, и отражающую часть 120, предназначенную для отражения, по меньшей мере, части света 11 источника света. Отражающая часть 120 содержит отражающий керамический материал.

На схематично изображенном варианте исполнения фиг.1а корпус 100, по существу, состоит из подложки 150 и огораживающей части 101, при этом последняя состоит, по существу, из стенки (стенок) 160 и пропускающей части 110. Стенка (стенки) 160 состоит, по существу, из отражающей части 120. Таким образом, корпус содержит отражающую часть 120 и пропускающую часть 110.

Подложка 150 может содержать теплоотвод 200 или функционировать как теплоотвод 200. Таким образом, отражающая часть 120 может находиться в контакте с теплоотводом 200.

В варианте исполнения, изображенном на фиг.1а, корпус 100 дополнительно заключает в себе люминесцентный материал 20, предназначенный для поглощения, по меньшей мере, части света 11 источника света и испускания света 21 люминесцентного материала. Поэтому главным образом в таких вариантах исполнения корпус 100 содержит пропускающую часть 110, сконфигурированную для пропускания одного или более, выбранных из группы, состоящей из, по меньшей мере, части света 11 источника света и, по меньшей мере, части света 21 люминесцентного материала. Тем самым может быть обеспечен свет 2 осветительного устройства за пропускающей частью 110. Дополнительно, отражающая часть 120 может быть сконфигурирована для отражения одного или более, выбранных из группы, состоящей из, по меньшей мере, части света 11 источника света и, по меньшей мере, части света 21 люминесцентного материала. Отражающая часть 120 содержит отражающий керамический материал.

Пропускающая часть 110, называемая также окном или выходным окном, содержит поверхность 111 выше по потоку, направленную к источнику света 10, и поверхность 112 ниже по потоку, направленную наружу осветительного устройства. В этом варианте исполнения, по меньшей мере, часть люминесцентного материала 20 (на этом рисунке - весь люминесцентный материал 20) обеспечена в покрытии 113 на поверхности 111 выше по потоку пропускающей части 110.

В осветительном устройстве 1 источник света 10 находится выше по потоку пропускающей части 110, а пропускающая часть 110 находится ниже по потоку источника света 10. Поверхность 111 выше по потоку находится выше по потоку поверхности 112 ниже по потоку, но поверхность 111 выше по потоку, конечно, находится ниже по потоку источника света 10.

Ссылочная позиция d обозначает кратчайшее расстояние между источником света 10, главным образом, светодиодным кристаллом, и люминесцентным материалом 20.

Свет 11, генерируемый источником света 10, может быть отражен на отражающей части (частях) 120, и большая часть отраженного света может, вместе с прямым светом, в конечном счете, выйти из камеры 30 через пропускающую часть 110. Свет, выходящий из осветительного устройства 1, обозначен ссылкой 2. В варианте исполнения по фиг.1а свет 2 устройства может содержать свет 21 люминесцентного материала и свет 11 осветительного устройства.

Схематично изображенный вариант исполнения по фиг.1а может представлять собой, например, сечение кубического, тороидального, шестиугольного или круглого (трубчатого) устройства 1.

Фиг.1b схематично изображает вариант исполнения, в котором корпус 100 содержит куполообразную часть. В этом варианте исполнения пропускающая часть 110 выполнена в виде купола. На этом схематично изображенном варианте исполнения люминесцентный материал 120 снова включен лишь для примера и также лишь для примера показан в виде покрытия на поверхности 111 выше по потоку пропускающей части 110.

Фиг.1с схематично изображает вариант исполнения без люминесцентного материала 20, хотя источник(и) света 10, как вариант, может содержать белый излучающий светодиод на основе люминесцентного материала (не показан). Источник(и) света 10 (здесь для примера показаны 4 источника света 10¹) могут быть светодиодами типа RGB или могут быть светодиодами, которые по отдельности обеспечивают RGB-цвета или другие цветовые комбинации (синий-желтый, синий-желтый-красный и т.д.), которые обеспечивают белый свет.

Фиг.1d-1e схематично показывают виды сверху примеров осветительного устройства 1 в соответствии с вариантами исполнения изобретения, в которых первый вид показывает вариант исполнения, в котором корпус 100 может иметь трубчатую (см., например, фиг.1а), или трубчато-куполообразную (см., например, фиг.1b), или куполообразную форму, и в которых последний вид показывает вариант исполнения, в котором корпус 100 имеет шестиугольную форму (см., например, фиг.1а).

Фиг.1f схематично изображает вариант исполнения, в котором люминесцентный материал 20 расположен ниже по потоку источника (источников) света 10 и выше по потоку пропускающей части 110. Например, может быть обеспечено промежуточное пропускающее окно 130, которое содержит люминесцентный материал 20 как покрытие (на поверхности выше по потоку и/или ниже по потоку) или которое содержит люминесцентный материал 20 как введенный внутрь (показано). Например, это пропускающее промежуточное окно 130 может быть содержащей люминесцентный материал полимерной пленкой или, предпочтительно, может быть люминесцентным керамическим материалом.

Камера 30 выполнена таким образом, как показано на этом варианте исполнения, разделенной на первую камеру 30′, выше по потоку промежуточного окна 130, и вторую камеру 30′′, ниже по потоку промежуточного окна 130. В принципе, может быть большее количество промежуточных окон 130. Промежуточное окно 130, содержащее люминесцентный материал, расположенное на ненулевом расстоянии от пропускающей части 110, может иметь преимущество в том, что когда пропускающая часть 110 является полупрозрачной, эта полупрозрачная часть может восприниматься как белая (когда пропускающая часть 110 является, по существу, бесцветной), хотя промежуточное окно 130 при этом могло бы быть цветным (например, когда используется цветной люминесцентный материал 20, такой как алюминиево-иттриевый гранат, легированный церием, и/или такой как нитриды, легированные европием).

Фиг.1g схематично изображает вариант исполнения, в котором стенка (стенки) 160 имеет отражающие части (указанные ссылочной позицией 120) с внутренней стороны стенки (стенок). Такая стенка (или стенки) могла бы быть теплоотводом 200 или могла бы функционировать как теплоотвод. Следовательно, пропускающая часть 110 также может находиться в контакте с теплоотводом 200. Отражающий керамический материал 120 в одном варианте исполнения может быть отражающим керамическим покрытием (на стенках 160).

Хотя на вышеприведенных фиг.1а-1g не показано, область подложки 150 внутри корпуса 100, не занятая источником (источниками) света 10, в общем, также содержит отражающий материал, который в одном варианте исполнения может быть отражающей частью 120 (т.е. керамическим отражателем).

Фиг.1h схематично изображает вариант исполнения, в котором огораживающая часть 101 по существу состоит из купола. Следовательно, в этом случае корпус 100 содержит подложку 150 и купол, при этом последний содержит пропускающую часть 110. Поскольку подложка 150 может содержать теплоотвод 200 или может функционировать как теплоотвод, то, таким образом, пропускающая часть 110 также может находиться в контакте с теплоотводом 200. Следует заметить, что этот купол в одном варианте исполнения (не показано) также содержит отражающую часть 120 и пропускающую часть 110. В этом варианте исполнения, в качестве примера, область подложки 150 внутри корпуса 100, не занятая источником (источниками) света 10, содержит отражающую часть (части) 120 из отражающих материалов. Эта часть (части) 120 из отражающего керамического материала в одном варианте исполнения может быть отражающим керамическим покрытием (например, на подложке 150). Часть (части) 120 из отражающего керамического материала, размещенные, по меньшей мере, на части подложки 150 внутри корпуса 100, не занятой источником (источниками) света 10, указана здесь как нижние отражающие керамические части 126 (см. также далее).

Фиг.1i схематично изображает вариант исполнения, аналогичный варианту исполнения, схематично изображенному на фиг.1а, за исключением того, что на этом рисунке, в качестве примера, пропускающая люминесцентная керамика применяется в качестве пропускающей части 110 (и, таким образом, в качестве люминесцентного материала 20), и что более подробно изображен вариант, в котором область подложки 150 внутри корпуса 100, не занятая источником (источниками) света 10, содержит отражающие материалы, такие как отражающие части 120, которые здесь обозначены как нижние керамические отражающие части 126. Нижняя керамическая отражающая часть (части) 126 в одном варианте исполнения может содержать также отражающее покрытие (покрытия) из керамического материала.

Например, может быть возможно изготавливать часть корпуса 100, например, отражающую часть 120 (или все отражающие части) посредством процесса экструзии или посредством процесса прессования под давлением. Это может применяться также и к пропускающей части 110.

Фиг. 1j схематично изображает лампу 5, такую как точечный источник света, как пример варианта исполнения лампы высокой интенсивности, содержащий осветительное устройство 1 и оптику 170, сконфигурированную для коллимации света 2, выведенного из осветительного устройства 1 через пропускающую часть 110.

Фиг. 3а-3b схематично изображают варианты исполнения ламп 5, содержащих множество осветительных устройств 1, такое как 4 (см. фиг. 3а-3с) или 2 (см. фиг. 3d). Лампы 5 содержат цоколь 300 и промежуточную часть 201, обозначаемую также как оболочка 201 теплоотвода, который содержит теплоотвод (не показан) и световую часть, содержащую множество осветительных устройств 1. В принципе, любой один из вариантов исполнения, отображенных на фиг. 1a-1i, может быть использован или приспособлен для обеспечения множества осветительных устройств вариантов исполнения, схематично изображенных на фиг. 3а-3d.

Варианты исполнения, схематично изображенные на фиг. 1j и на фиг. 3а-3d, также обозначены как модифицированные светодиодные лампы.

Схематично изображенные варианты исполнения содержат опорную конструкцию 180, которая может быть установлена на теплоотводе, содержащемся в оболочке 201 теплоотвода, или может быть его частью.

Опорная конструкция 180 сконфигурирована для поддержания множества осветительных устройств 1. Кроме того, опорная конструкция 180 может быть сконфигурирована для обеспечения, по меньшей мере, части отражающих частей 120 соответственно. Опорная конструкция 180 может быть сконфигурирована также для поддержания источников света 10 в виде светоизлучающего диода (светодиода). Все эти варианты схематично показаны на фиг.3а-3d. Опорная конструкция 180 может быть прикреплена к оболочке 201 теплоотвода или может быть выполнена как единое целое с ним (см. также ниже).

Фиг.3а схематично показывает вариант исполнения, содержащий 4 осветительных устройства, которые заключены в "крылья" крестообразной опорной конструкции 180. В действительности, опорная конструкция 180 образует опорные элементы 150 осветительных устройств 1 (см. фиг.3b). Кроме того, опорная конструкция 180, в частности, может содержать керамический материал, приводящий к благоприятному отводу тепла от источников света 10. Следовательно, опорная конструкция здесь сконфигурирована и как теплоотвод 200. Дополнительно, в этих вариантах исполнения опорная конструкция 180, предпочтительно, является отражающей. То есть опорная конструкция сконфигурирована так же и как отражающие части 120 соответственных осветительных устройств 1.

Опорная конструкция 180 и теплоотвод в оболочке 201 теплоотвода могут представлять собой одну интегральную керамическую часть, в которой, предпочтительно, по меньшей мере, часть опорной конструкции 180 является отражающей. Таким образом, может быть обеспечен интегральный керамический элемент, который является предпочтительным с точки зрения рассеяния тепла. Опорная конструкция 180 может выполнять функцию теплоотвода, электрического изолятора и оптического отражателя. Кроме того, поскольку отражающие части 120 также могут быть керамическими, то эти части также могут увеличить рассеяние тепла и реально тоже могут выполнять функцию теплоотвода.

Фиг.3с схематично показывает пример сечения вариантов исполнения, схематично изображенных на фиг.3а, 3b. Следует заметить, что эти варианты исполнения показывают нечто типа клеверного листа с различными отсеками (каждый из которых имеет свою "собственную" камеру 30). Источники света 10 в отдельных отсеках могут быть сконфигурированы, чтобы обеспечивать белый свет, но могут быть сконфигурированы, чтобы обеспечивать цветной свет. В одном варианте исполнения может быть использован люминесцентный материал для преобразования, по меньшей мере, части света источника света (см. выше).

В конкретном варианте исполнения люминесцентный материал обеспечен в виде внутреннего покрытия на, по меньшей мере, часть пропускающей части (пропускающих частей) 110 (см., например, также фиг.1а, 1b, 1h).

В другом варианте исполнения люминесцентный материал нанесен в виде внутреннего покрытия на, по меньшей мере, часть пропускающей части (пропускающих частей) 110 и содержит люминесцентный материал желтого излучения, который, кроме того, сконфигурирован для испускания такого желтого излучения при возбуждении его синим светом (такой как гранатовый материал, как упомянуто выше). Один или более источников света 10 в осветительном устройстве (устройствах) 1, содержащий упомянутый люминесцентный материал, сконфигурирован, чтобы давать синий свет, кроме того, один или более источников света 10 в осветительном устройстве (устройствах) 1, содержащий упомянутый люминесцентный материал, сконфигурирован для излучения красного света. Таким образом, может быть получена широкая цветовая гамма.

Кроме того, может быть применена смесь люминесцентных материалов. Она может быть применена во всех описанных здесь вариантах исполнения, если не указано иное.

Фиг.3d (сечение) схематично показывает те же самые варианты исполнения, которые схематично показаны на фиг.3а-3с, за исключением того, что лампа 1 содержит "только" два осветительных устройства 1. И здесь снова, по меньшей мере, часть опорной конструкции 180 выполняет функцию опорного элемента 150 осветительных устройств 1, теплоотвода 200 и функцию отражающей части 120.

На приведенных выше примерах светодиодные источники света могут быть установлены на печатной плате или же они могут быть установлены непосредственно на керамическом материале, таком как опорный элемент 150.

Керамики являются инертными и поэтому имеют длительные сроки службы, что означает, что они могут соответствовать (ожидаемому) сроку службы светодиодов, в то время как пластмассы, металлы и органические покрытия со временем ухудшаются. Это значит также, что они не требуют оценки с точки зрения воспламенения. Керамические материалы могут быть выполнены с более высокой отражающей способностью (с общим отражением более 99%), чем даже многие специальные пластмассовые соединения. Как указывалось выше, могут быть созданы керамические материалы с хорошей теплопроводностью (до 35 Вт/мК или даже выше). Тепловые характеристики на системном уровне могут быть выше, чем с использованием металлических теплоотводов вследствие того, что больше нет необходимости в электрических изоляторах между светодиодами и теплоотводами. При использовании керамических кристаллодержателей срок службы увеличится вследствие сходства их коэффициентов теплового расширения. Следовательно, может быть обеспечено "все" керамическое устройство с керамическими частями в качестве опорного элемента, в качестве теплоотвода, в качестве пропускающей части, обладающего преимуществами высокого отражения света на отражающих частях, хорошего пропускания через окна и хорошими общими свойствами отвода тепла. Следовательно, изобретение обеспечивает также (полностью) керамическую модифицированную светодиодную лампу.

Таким образом, предпочтительно, может быть применен керамический материал в лампах высокой интенсивности и/или высокотемпературных применениях:

- в применениях с большим количеством высокомощных светодиодов на небольшой поверхности;

- теплопроводная керамика, которая отдает тепло металлическим частям конструкции;

- теплопроводная керамика, которая имеет соответствующие оптические качества, то есть служит в качестве носителя люминесцентного материала. При необходимости полупрозрачная или более рассеивающая (как диффузор);

- люминесцентный материал может быть использован в виде слоя поверх керамики или введенного в керамическую матрицу, который, таким образом, преобразует, например, синий свет светодиода;

- керамический материал имеет высокое сопротивление сильному расплавлению и высокой температуре. В нем не происходит разрушения органического материала, такого как пожелтение полимеров, и отсутствует деформация;

- керамика может быть выполнена по размерам и по форме в соответствии со спецификациями.

Следовательно, керамический материал может быть использован в осветительных устройствах 1 для рассеяния тепла; кроме того, (этот же) керамический материал может быть использован в качестве пропускающей части или в качестве отражающей части.

Пример

Были изготовлены следующие устройства: платы с высокой плотностью светодиодов, с теплоотводом с, например, 9 светодиодами на площади 260 мм² или 16 светодиодами на 310 мм², с малым расстоянием до люминесцентного материала (близость люминесцентного материала ~5-10 мм) в преобразовательной камере. Люминесцентный материал был введен в керамику или применен в соответствующем покрытии для обеспечения пропускающей части.

Керамический материал в качестве пропускающей части был протестирован и сравнен со стеклом, поликарбонатом и с пленкой полиэтилентерефталата (в качестве пропускающей части, содержащей люминесцентный материал). В дополнение к температуре этих частей измерялась, соответственно, температура теплоотвода в зависимости от подаваемой на светодиоды электрической мощности. Измерения показали (см. фиг.2), что удаленный фосфор на керамике имел температуру на 60°С меньшую, чем температура фосфора на поликарбонате или на стекле.

На фиг.2 сверху вниз показаны следующие кривые температуры в зависимости от входной мощности: температура люминесцентного материала опорного полиэтилентерефталатового пропускающего материала, содержащего люминесцентный материал (помечена звездочками), температура люминесцентного материала поликарбонатного пропускающего материала, содержащего люминесцентный материала в виде покрытия выше по потоку (квадратики), температура люминесцентного материала стеклянного пропускающего материала, содержащего люминесцентный материал в виде покрытия выше по потоку (треугольники), температура люминесцентного материала поликарбонатной керамики как пропускающего материала с люминесцентным материалом в виде покрытия выше по потоку (ромбики) и опорная температура теплоотвода.

Здесь термин "по существу", как в выражении "по существу все излучение" или в выражении "по существу состоит", специалистам в данной области техники будет понятен. Термин "по существу" может включать в себя варианты со словами "полностью", "совершенно", "все" и т.д. Следовательно, в вариантах исполнения наречие "по существу" также может быть опущено. Там, где это применимо, термин "по существу" может также означать 90% и более, например 95% и более, даже 99% и более или даже 99,5% и более, включая 100%. Термин "содержит" включает в себя также варианты исполнения, в которых термин "содержит" означает "состоит из". Термин "около", предшествующий значению величины, относится к вариантам, в которых значения величин могут слегка отклоняться, что понятно специалистам в данной области техники, но может включать варианты, в которых значения величин по существу точно соответствуют указанным величинам. Вообще говоря, величины, такие как "около 400 нм", могут включать 390,5-400,5 нм, как это известно специалистам в данной области техники.

Упомянутые здесь устройства, помимо всего прочего, описаны во время работы. Например, термин "синий светодиод" относится к светодиоду, который во время своей работы генерирует синий свет, другими словами, этот светодиод сконфигурирован для испускания синего света. Как будет ясно специалистам в данной области техники, изобретение не ограничено способами работы или устройствами в работе.

Следует заметить, что вышеупомянутые варианты исполнения лишь иллюстрируют, а не ограничивают изобретение, и специалисты в данной области техники способны разработать многие альтернативные варианты исполнения, не отклоняясь от объема приложенной формулы изобретения. В формуле изобретения любая помещенная между скобками ссылочная позиция не должна рассматриваться как ограничение пункта формулы изобретения. Использование глагола "содержать" и форм его сопряжений не исключает присутствия элементов или этапов, отличных от тех, которые изложены в пункте формулы изобретения. Предшествующий элементу признак единственного числа не исключает присутствия множества таких элементов. В пункте устройства с перечислением нескольких средств несколько из этих средств могут быть исполнены посредством одного и то же аппаратного элемента. Сам факт, что некоторые меры повторяются во взаимно разных зависимых пунктах формулы изобретения, не означает, что не может быть использована дающая преимущество комбинация этих мер.

Реферат

Изобретение относится к области светотехники. Техническим результатом является увеличение эффективности теплоотвода, который достигается за счет того, что осветительное устройство, содержащее корпус, расположенный в нем источник света, предпочтительно светодиод, и люминесцентный материал. Корпус содержит пропускающую часть, содержащую пропускающий керамический материал и выполненную с возможностью пропускания, по меньшей мере, части света источника света или, по меньшей мере, части света люминесцентного материала, и отражающую часть, в которой отражающая часть содержит керамический отражающий материал и выполнена с возможностью отражения, по меньшей мере, части света источника света. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 15 ил.

Формула