Осветительное устройство на белых светодиодах - RU2524690C2

Чертежи

Описание

Область техники

Настоящее устройство относится к осветительному устройству на белых светодиодах переменного тока и к способу его изготовления, что относится к области производства светодиодов. Более конкретно, настоящее изобретение относится к способу изготовления осветительного устройства на белых светодиодах переменного тока с использованием люминесцентных материалов с синим послесвечением и желтых люминесцентных материалов.

Предпосылки для создания изобретения

В настоящее время светодиоды используются в таких областях как освещение, визуализация, задняя подсветка и т.д., и как наиболее перспективные осветительные средства следующего поколения светодиоды привлекают большое внимание своими преимуществами энергосбережения, длительности срока службы, отсутствием загрязнений и т.д. Существуют многочисленные решения по реализации белого светодиода, причем наиболее разработанное техническое решение для изготовления белого светодиода в настоящее время заключается в реализации излучения белого света с использованием сочетания синего светодиодного чипа и желтого фосфора. В Томе 11 на странице 53 журнала Appl.Phys.Lett., опубликованного в 1967 г., описан люминесцентный материал Y₃Al₅O₁₂: Ce³⁺, который имеет желтую люминесценцию с максимальной длиной волны излучаемого света 550 нм и временем существования меньше 100 нс. В Томе 64 на странице 417 журнала Appl.Phys.A, опубликованного в 1997 г., описано, что излучение света белым светодиодом реализовано с использованием желтой люминесценции Y₃Аl₅O₁₂: Се³⁺ и синего нитрида галлия, и такая технология является наиболее разработанным техническим решением для изготовления белого светодиода в настоящее время. Но при практическом применении с подъемом температуры устройства во время работы интенсивности люминесценции синего светодиодного чипа и фосфора снижаются, и интенсивность люминесценции фосфора снижается более явно, что влияет на использование светодиода. Традиционный светодиод возбуждают постоянным током, но в настоящее время в жилых домах, промышленности, торговле и общественных зданиях и строениях в основном используется переменный ток. Таким образом, при использовании светодиода для освещения необходимо применять выпрямительный трансформатор для преобразования переменного тока в постоянный, чтобы обеспечить нормальную эксплуатацию светодиода. Однако при преобразовании переменного тока в постоянный до 15~30% энергии теряется, и стоимость преобразовательного устройства высокая. Помимо этого, монтаж требует больших трудозатрат и времени, и КПД не высокий. В патенте КНР № CN 100464111С раскрыта лампа переменного тока на светодиодах, в которой использованы светодиодные чипы разных цветов, соединенные параллельно в источнике переменного тока. В патенте в основном сказано, что светодиодные чипы разных цветов вместе формируют белый свет, и описана конкретная схема из чипов, излучающих красный, зеленый и синий свет, без упоминания люминесцентного порошка. В патенте США № US 7,489,086, B2 раскрыто устройство для возбуждения светодиода переменного тока и осветительное устройство, в котором оно используется. Патент также описывает конструкцию схемы без инновационного отчета о люминесцентном порошке, при этом все еще применяется традиционный люминесцентный порошок Y₃Аl₅O₁₂: Се³⁺. Автор этого изобретения исследует люминесцентный материал Y₂O₃·Al₂O₃·SiO₂: Ce·B·Na·P, имеющий феномен длительного желтого послесвечения, и осветительное устройство на белых светодиодах, возбуждаемое импульсным током (заявка на патент КНР №200910307357.3).

В настоящее время осветительное устройство на белых светодиодах переменного тока все еще нуждается в исследованиях, чтобы преодолеть влияние эффекта снижения температуры и изменения направления переменного тока на осветительное устройство на белых светодиодах переменного тока, чтобы расширить выбор в области освещения белыми светодиодами.

Раскрытие изобретения

Цель настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить новое осветительное устройство на белых светодиодах.

Техническое решение настоящего изобретения: синие светодиодные чипы или ультрафиолетовые чипы+люминесцентные материалы А с синим послесвечением+желтые люминесцентные материалы В. При этом массовое отношение люминесцентных материалов А с синим послесвечением к желтым люминесцентным материалам В составляет 10-70% мас. / 30-90% мас. и предпочтительно 20-50% мас. / 50-80% мас.

Кроме того, люминесцентный материал А с синим послесвечением имеет пиковую длину волны излучаемого света 440~490 нм.

Кроме того, люминесцентный материал А с синим послесвечением является по меньшей мере одним из Sr₄Аl₁₄O₂₅:Eu²⁺, Dy³⁺, Sr₂MgSi₂O₇:Eu²⁺, Dy³⁺, CaS:Bi³⁺, Na⁺, CaS:Cu⁺, Na⁺ и CaSrS:Bi³⁺.

Желтый люминесцентный материал В имеет пиковую длину волны излучаемого света 520~580 нм.

Кроме того, желтый люминесцентный материал В является люминесцентным материалом, имеющим или не имеющим феномен послесвечения или сочетание этого.

Кроме того, желтый люминесцентный материал В является по меньшей мере одним из Y₂O₃·Al₂O₃·SiO₂: Ce·B·Na·P, Y₂O₂S:Mg, Ti, Sr₃SiO₅:Eu²⁺, Dy³⁺, Ca₂MgSi₂O₇: Eu²⁺, Dy³⁺, CaS:Sm³⁺, YAG(алюмо-иттриевый гранат): Се и TAG(алюмо-тербиевый гранат): Се.

Белый свет, излучаемый осветительным устройством на белых светодиодах настоящего изобретения, формируется из синего света, излучаемого люминесцентным порошком с синим послесвечением, желтого света, излучаемого желтым люминесцентным порошком, и света от синего или ультрафиолетового светодиодного чипа при возбуждении этого чипа.

Вышеупомянутый люминесцентный порошок также может возбуждаться фиолетовыми и ультрафиолетовыми светодиодными чипами с достижением того же эффекта.

Люминесцентное покрытие настоящего изобретения может быть сформировано путем смешивания люминесцентных материалов А с синим послесвечением и желтых люминесцентных материалов В или путем нанесения покрытия из люминесцентных материалов А с синим послесвечением на чипы с последующим нанесением покрытия из желтых люминесцентных материалов В на люминесцентные материалы А с синим послесвечением.

Принцип осветительного устройства на белых светодиодах переменного тока в настоящем изобретении следующий.

Из схематического изображения базового модуля осветительного устройства на светодиодах переменного тока, показанного на Фиг.1, можно видеть, что из-за периодической характеристики переменного тока люминесценция светодиодов на основе модуля также имеет периодическое изменение светлый - темный, т.е., стробирование люминесценции, этим влияя на использование устройства.

Настоящее изобретение применяет люминесцентные материалы, имеющие характеристики послесвечения, так что свет будет поддерживаться, когда источник света возбуждения исчезает, таким образом в осветительном устройстве на белых светодиодах переменного тока, основанном на решении настоящего изобретения, когда изменяется цикл тока, материал с синим послесвечением будет излучать синее послесвечение, чтобы компенсировать синий свет и возбуждать желтый люминесцентный порошок, этим устраняя влияние стробирования люминесценции светодиодного чипа, вызываемое колебаниями переменного тока, на осветительное устройство, так что световой выход устройства во время цикла переменного тока поддерживается стабильным. Помимо этого, поскольку светодиодный чип не работает в половину каждого цикла переменного тока, тепловой эффект уменьшается, что выгодно для преодоления серии трудностей, вызываемых нагревом чипа при использовании существующего осветительного устройства на белых светодиодах.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 - схема базового светодиодного модуля осветительного устройства на светодиодах переменного тока;

Фиг.2 - спектр послесвечения Sr₄Al₁₄O₂₅:Eu²⁺, Dy³⁺;

Фиг.3 - спектр послесвечения Sr₂MgSi₂O₇:Eu²⁺, Dy³⁺;

Фиг.4 - спектр фотолюминесценции Y₂O₃·Al₂O₃·SiO₂: Ce·B·Na·P; и

Фиг.5 - схема конструкции блока светодиодной люминесценции,

На Фиг.5-1 цифрой 1 обозначено смешанное люминесцентное покрытие, изготовленное из люминесцентных материалов А с синим послесвечением и желтых люминесцентных материалов В; цифрой 2 обозначен синий, фиолетовый или ультрафиолетовый светодиодный чип; и цифрой 3 обозначена линза; и

на Фиг.5-2, цифрой 2 обозначен синий, фиолетовый или ультрафиолетовый светодиодный чип; цифрой 3 обозначена линза; цифрой 5 обозначено покрытие, изготовленное из люминесцентных материалов А с синим послесвечением, и цифрой 4 обозначено покрытие, изготовленное из желтых люминесцентных материалов В.

Вышеизложенное содержание настоящего изобретения кроме того подробно описано посредством нижеописанных вариантов осуществления изобретения в форме примеров. Но следует понимать, что объем предмета настоящего изобретения не ограничивается нижеописанными примерами, и любая технология, реализуемая вышеприведенным содержанием настоящего изобретения, должна подпадать под объем настоящего изобретения. В частности, относительно конструкции базовой схемы, примеры настоящего изобретения показывают только простейшую однонаправленную последовательную схему, но схема осветительного устройства на светодиодах переменного тока этим не ограничена и включает, например, реверсивную последовательно-параллельную схему и мостовую схему. В примерах синий светодиодный чип имеет длину волны излучения 460 нм, фиолетовый светодиодный чип имеет длину волны излучения 400 нм, и ультрафиолетовый светодиодный чип имеет длину волны излучения 365 нм.

Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения

Новое осветительное устройство на белых светодиодах состоит из синих светодиодных чипов, люминесцентных материалов А с синим послесвечением и желтых люминесцентных материалов В. При этом массовое отношение люминесцентных материалов А с синим послесвечением к желтым люминесцентным материалам В составляет 10-70% мас. / 30-90% мас., а предпочтительно 20-50% мас. / 50-80% мас.

При этом люминесцентный материал А с синим послесвечением имеет пиковую длину волны излучаемого света 440-490 нм, например, он может быть одним из или сочетанием следующих материалов: Sr₄Al₁₄O₂₅:Eu²⁺, Dy³⁺, Sr₂MgSi₂O₇:Eu²⁺, Dy³⁺, CaS:Bi³⁺, Na⁺, CaS:Cu⁺, Na⁺ и CaSrS: Bi³⁺.

Желтым люминесцентным материалом В может быть люминесцентный материал, имеющий или не имеющий феномен послесвечения или сочетание этого, с пиковой длиной волны излучения света 520-580 нм. Люминесцентный материал, имеющий феномен послесвечения, включает Се-активируемый Y₂O₃·Аl₂O₃·SiO₂:Ce·B·Na·P, Y₂O₂S: Mg, Ti, Sr₃SiO₅:Eu²⁺, Dy³⁺, Ca₂MgSi₂O₇: Eu²⁺, Dy³⁺ и CaS:Sm³⁺. Люминесцентный материал, не имеющий феномена послесвечения, включает YAG:Се и TAG:Се.

Белый свет, излучаемый осветительным устройством на белых светодиодах настоящего изобретения, формируется из синего света, излучаемого люминесцентным порошком с синим послесвечением, желтого света, излучаемого желтым люминесцентным порошком, и света от синего светодиодного чипа при возбуждении синего светодиодного чипа.

Осветительное устройство на белых светодиодах переменного тока настоящего изобретения может реализовывать вход переменного тока путем параллельного соединения двух обратных светодиодов или мостовых схем. Однако из-за периодической характеристики переменного тока люминесценция светодиодов на основе двух модулей также имеет периодическое изменение светлый - темный, т.е., стробирование люминесценции, что влияет на использование устройства.

В настоящем изобретении применены люминесцентные материалы, имеющие характеристики послесвечения, так что свет будет поддерживаться, когда источник света возбуждения исчезает, таким образом в осветительном устройстве на белых светодиодах, возбуждаемом импульсным током, основанном на решении настоящего изобретения, когда изменяется цикл тока, материал с синим послесвечением будет излучать синее послесвечение, чтобы компенсировать синий свет, и возбуждать желтый люминесцентный порошок, этим устраняя влияние стробирования люминесценции светодиодного чипа, оказываемого колебаниями переменного тока на освещение, так что световой выход устройства во время цикла переменного тока поддерживается стабильным. Помимо этого, поскольку светодиодный чип не работает в половину каждого цикла импульсного тока, тепловой эффект уменьшается, что выгодно для преодоления серии трудностей, вызываемых нагревом чипа при использовании существующего осветительного устройства на белых светодиодах.

Конкретные примеры 1-18 приведены ниже в таблице 1.

Способ изготовления следующий: просеивание люминесцентных материалов А и В через сетку с ячейкой 500 меш, равномерное смешивание люминесцентных материалов А и B в отношениях, указанных в Примерах 1-18, и упаковка их со светодиодным чипом, имеющим мощность 0,1 Вт, чтобы сформировать осветительное устройство на белых светодиодах с его базовым блоком, показанным на Фиг.1.

Проверочный пример 1: характеристики люминесценции осветительного устройства на светодиодах переменного тока настоящего изобретения

Частота обычного переменного тока составляет 50 Гц, т.е., цикл составляет 20 мс. Направление тока не изменяется, тогда как величина тока изменяется каждую половину цикла (т.е., 10 мс). В таблице 2 указана яркость в пределах 20 мс, проверенная осветительным устройством, показанным как модуль на Фиг.1, с помощью скоростной камеры, делающей 300 фотоснимков в секунду, когда светодиодные чипы, указанные в Примерах 1-18, запитаны непосредственно от сети переменного тока без преобразователя переменного тока в постоянный. Контрольным образцом является осветительное устройство на светодиодах переменного тока, которое выполнено таким же образом с белым светодиодным чипом и с имеющимся в продаже синим чипом, упакованным с желтым люминесцентным материалом. Данные по яркости в таблице 2 являются относительной проверяемой яркостью прибора и не имеют размерности.

Как можно видеть из данных в таблице 2, люминесценция настоящего изобретения стабильна во время цикла переменного тока, тогда как люминесценция осветительного устройства на белых светодиодах с имеющимся в продаже синим чипом, упакованным с желтым люминесцентным материалом, не стабильна, и свет не излучается во время отрицательной половины цикла переменного тока из-за обращения напряжения.

Проверочный пример 2: ослабление света осветительного устройства на светодиодах переменного тока настоящего изобретения

В таблице 3 приведены данные по ослаблению света Примеров 1-18 и контрольного образца. Контрольным образцом является осветительное устройство, выполненное путем установки белого светодиодного чипа с имеющимся в продаже синим чипом, упакованным с желтым люминесцентным материалом, в настоящее время в режиме электропитания от обычного источника постоянного тока. Способ испытания следующий: подача электропитания на осветительные устройства на светодиодах переменного тока Примеров 1-18 и контрольный образец и проверка их яркости после определенного интервала времени. Результаты показаны в таблице 3, при этом данные являются относительной яркостью и нормализованы исходными данными.

Как можно видеть из данных таблицы 3, ослабление яркости осветительного устройства на белых светодиодах настоящего изобретения меньше ослабления яркости светодиодного осветительного устройства, использующего существующий режим.

Данные таблиц 2-3 показывают, что осветительное устройство на белых светодиодах переменного тока, изготовленное с люминесцентными материалами с синим послесвечением и желтыми люминесцентными материалами согласно настоящему изобретению, лучше по стабильной люминесценции и небольшому ослаблению света и посредством этого имеет очевидную новизну и изобретательский уровень по сравнению с существующим светодиодным осветительным устройством.

Реферат

Изобретение относится к осветительному устройству на белых светодиодах. Устройство включает синие, фиолетовые или ультрафиолетовые светодиодные чипы и люминесцентное покрытие, использующее люминесцентный материал. Люминесцентный материал является сочетанием (1), (2), (3) или (4) люминесцентного материала А с синим послесвечением и желтого люминесцентного материала В. При этом желтый люминесцентный материал В способен излучать свет при возбуждении синими, фиолетовыми или ультрафиолетовыми светодиодными чипами и/или люминесцентным материалом А с синим послесвечением. Сочетание (1) представляет собой сочетание 40 вес.% SrAlO:Eu,Dyи 60 вес.% YO·AlO·SiO:Ce·B·Na·P, сочетание (2) представляет собой сочетание 5 вес.% SrMgSiO:Eu,Dy+ 30 вес.% SrAlO:Eu,Dy+ 15 вес.% CaS:Bi,Naи 25 вес.% YO·AlO·SiO:Ce·B·Na·P + 10 вес.% SrSiO:Eu,Dy+ 15 вес.% CaMgSiO:Eu,Dy, сочетание (3) представляет собой сочетание 5 вес.% SrMgSiO:Eu,Dy+ 15 вес.% CaSrS:Bi+ 20 вес.% SrAlO:Eu,Dyи 15 вес.% SrSiO:Eu,Dy+ 20 вес.% CaMgSiO:Eu,Dy+ 25 вес.% YAlO:Се, а сочетание (4) представляет собой сочетание 45 вес.% SrAlO:Eu, Dyи 55 вес.% YO·AlO·SiO:Ce·В·Na·Р. Светодиодные чипы излучают синий свет в случае сочетаний (1), (2), (3) и излучают фиолетовый свет в случае сочетания (4). Осветительное устройство возбуждается переменным током, имеющим частоту электропитания не меньше чем 50 Гц. Изобретение позволяет улучшить стабильность люминесценции и уменьшить тепловой эффект. 2 з.п. ф-лы, 6 ил., 3 табл., 2 пр.

Формула