Светодиодный (сид) источник света, подобный gls - RU2503880C2

Чертежи

Описание

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к белому источнику света, содержащему по меньшей мере два светоизлучающих диода (СИД, LED).

Уровень техники изобретения

WO 0063977 A1 раскрывает источник света, содержащий синие СИД в прозрачной колбе лампы накаливания. Источник света дополнительно содержит преобразовательный материал, скомпонованный в спиралеподобной нити накала традиционной лампы накаливания и отражающее покрытие, расположенное на внутренней стороне прозрачной колбы лампы.

JP 2003051209 A раскрывает источник света с множеством СИД разных цветов, расположенных внутри прозрачного пластмассового шара, при этом, внутренние стенки упомянутого шара покрыты флуоресцентной пленкой.

DE 102005020695 A1 раскрывает источник света, содержащий по меньшей мере два СИД разных цветов, которые встроены в два люминесцентных материала разных характеристик поглощения и испускания.

WO 0057490 A раскрывает лампу с множеством СИД, расположенных в пределах отражателя.

US 2007/258240 A1 раскрывает источник света, содержащий два разных СИД, которые могут управляться по отдельности. Посредством соответствующего программирования системы управления, процедура уменьшения силы света может осуществляться с характеристиками, подобными таковым у ламп накаливания.

Сущность изобретения

На основании этого уровня техники, цель настоящего изобретения состояла в том, чтобы предложить альтернативный источник света, имеющий внешний вид лампы GLS (служб общего освещения), при этом, желательно, чтобы этот источник света был хорошо пригодным для применений внутри помещения наряду с обладанием более низкой потребляемой мощностью, чем традиционные лампы накаливания и обеспечением перестраиваемой цветовой температуры.

Эта цель достигается белым источником света на СИД согласно пункту 1 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления раскрыты в зависимых пунктах формулы изобретения.

Белый источник света на СИД согласно настоящему изобретению, по выбору, может содержать следующие компоненты:

a) прозрачную колбу лампы, через которую источник света может испускать свой свет. По меньшей мере часть колбы лампы, по выбору, может иметь отражающее покрытие.

b) по меньшей мере один первый СИД и один второй СИД, при этом, эти по меньшей мере два СИД имеют разный тип (то есть, разные эмиссионные характеристики) и установлены в вышеупомянутой колбе лампы.

c) люминесцентный слой, расположенный на поверхности (типично, внутренней стороне) колбы лампы, покрывающий полную поверхность или по меньшей мере часть ее, и являющийся способным к преобразованию света от первого и/или второго СИД в иную (обычно, большую) длину волны.

Колба лампы источника света предпочтительно имеет внешне сходную с GLS форму, например, форму, подобную сфере/эллипсоиду или груше. Колба лампы также может иметь коническую форму, известную под терминами светонаправляющая лампа или лампа PAR, особенно если она (частично) покрыта отражающим покрытием. Колба лампы предпочтительно оснащена стандартным цоколем для традиционных ламп накаливания.

Описанный источник света имеет преимущество для использования энергоэффективных, надежных и недорогих СИД в качестве первичных источников света наряду с предоставлением возможности конструироваться с внешним видом и режимами работы, подобными традиционной лампе накаливания. Использование двух разных СИД и дополнительного люминесцентного слоя предоставляет возможность достигать полного эмиссионного спектра с превосходными свойствами. Так как люминесцентный слой расположен на поверхности колбы лампы, никакой дополнительный носитель для люминесцентного материала не нужен, и испускание может производиться пространственно очень однородно.

Изобретение содержит белый источник света на СИД со следующими компонентами:

a) по меньшей мере одним первым СИД ближнего УФ (ультрафиолетового, UV) свечения и одним вторым СИД другого типа, оба которых могут управляться избирательно (то есть независимо друг от друга).

b) люминесцентным слоем красного свечения, расположенным на поверхности, которая облучается двумя СИД.

По выбору, люминесцентный слой может быть расположен на прозрачной колбе лампы.

Общая светоотдача второго источника света на СИД, благоприятным образом, зависит отдельных активностей первого и второго СИД, так как она является смесью прямых излучений СИД и красного света возбужденного люминесцентного слоя. Посредством избирательного управления двумя СИД, общая светоотдача, поэтому, может настраиваться, как требуется. Люминесцентный слой красного свечения, например, может содержать люминесцентны материал согласно пункту 10 формулы изобретения (например, LiEuMo₂O₈), который имеет стабильный эмиссионный спектр независимо от длины волны возбуждения и является возбуждаемым ультрафиолетовым светом (например, 395 нм) и светом второго СИД, если предполагается, что это должно покрывать диапазон около 465 нм (например, используемый в некоторых белых СИД) или другие спектральные диапазоны, где может возбуждаться кристаллический люминофор, например, около 540 нм (сравните с фиг.2). Как результат, слой LiEuMo₂O₈, расположенный в удаленном месте (например, внутри колбы лампы), возбуждается излучением обоих СИД. Изменение баланса яркости между СИД, в таком случае, изменяет смешанную светоотдачу (содержащую требуемый свет рассеяния белых СИД и УФ света). По выбору, может быть добавлен люминесцентный слой от зеленого до желтого свечения, который менее возбудим УФ светом.

В последующем, описаны различные необязательные варианты осуществления изобретения, которые относятся к источникам света на СИД согласно изобретению.

Таким образом, СИД источника света предпочтительно устанавливаются на теплоотводе для эффективного снятия рассеиваемой мощности во время работы лампы.

Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, первый СИД является СИД ближнего ультрафиолетового (УФ) свечения, в частности, СИД с эмиссионным пиком в диапазоне от приблизительно 370 нм до приблизительно 400 нм.

В еще одном варианте осуществления изобретения, который, предпочтительно, может комбинироваться с вышеупомянутым, второй СИД является СИД синего свечения, в частности, СИД с эмиссионным пиком в диапазоне от приблизительно 400 нм до приблизительно 480 нм. При уменьшении силы света, синий СИД понижает как цветовую температуру (появление теплого белого) и общую яркость, как требуется в применении. В качестве альтернативы, второй СИД может быть СИД зеленого свечения, в частности, СИД с эмиссионным пиком в диапазоне от приблизительно 520 нм до приблизительно 560 нм.

Согласно еще одному другому варианту осуществления изобретения, второй СИД является СИД белого свечения с люминофорным превращением или СИД зеленого свечения с люминофорным превращением. Такой СИД, в частности, может комбинироваться с упомянутым первым СИД ближнего УФ свечения.

Люминесцентный слой предпочтительно содержит по меньшей мере один люминесцентный материал, который имеет характеристику поглощения, которая соответствует эмиссионному спектру одного или обоих из двух СИД, предпочтительно к тому, который испускает с большей энергией. Слой, по выбору, может содержать два разных люминесцентных материала, каждый из которых оптимально соответствует одному из двух СИД.

Люминесцентный слой, в частности, может содержать люминесцентный материал красного свечения, например, материал, содержащий состав в соответствии с общими формулами (Sr_1-x-yCa_xBa_y)_2-zSi₅N₈:Eu_z (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0,1≤z≤2), (Sr_1-xCa_x)S:Eu (0≤x≤1), (Sr_1-x-yCa_xBa_y)_3-zSi₂N₂O₄:Eu_z (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0,1≤z≤3), CaAlSiN₃:Eu, MLn_1-z (Mo_1-xW_x)₂O₈:Eu_z (при M=Li, Na, K, Rb, Cs и Ln=Y, La, Ga и 0≤x≤1, 0,1≤z≤1), Ln_2-z(Mo_1-xW_x)₂O₉:Eu_z (при Ln=La, Gd, Lu и 0≤x≤1, 0,2≤z≤2), или Ln_2-z(Mo_1-xW_x)₃O₁₂:Eu_z (при Ln=La, Gd, Lu и 0≤x≤1, 0,2≤z≤2).

Согласно еще одному варианту осуществления изобретения, люминесцентный слой содержит люминесцентный материал от зеленого до желтого свечения, в частности, материал, содержащий состав в соответствии с общими формулами (Sr_1-x-yCa_xBa_y)₂SiO₄:Eu (0≤x≤1, 0≤y≤1), (Sr_1-xCa_x)Si₂N₂O₂:Eu (0≤ x≤1), SrLi₂Si0₄:Eu, (Y_1-x-y-zLu_xGd_yTb_z)₃(Al_1-aGa_a)₅O₁₂:Ce (0≤a≤1, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤z≤1), Y₃Al_5-xSi_xO_12-xN_x:Ce, или CaAlSiN₃:Ce.

Источник света на СИД, кроме того, предпочтительно сконструировано таким образом, что оно демонстрирует красное смещение в своем общем эмиссионном спектре при уменьшении силы света (то есть, при уменьшении подачи электроэнергии на оба СИД или по меньшей мере на второй СИД). Это делает источник света особенно подходящим для осветительных целей внутри помещения, где требуется режим уменьшения силы света, подобный таковому у лампы накаливания.

Источник света на СИД предпочтительно присоединен к блоку управления и питания для отдельного управления мощностью, подаваемой в первый СИД и второй СИД, соответственно. Таким образом, становится возможным независимое управление яркостью и цветом источника света.

Вышеупомянутый блок управления и питания предпочтительно приспособлен для

a) уменьшения мощности, подаваемой на один из по меньшей мере двух СИД, и

b) поддержания мощности, подаваемой на другой из по меньшей мере двух СИД, постоянной, когда источник света установлен в состояние уменьшения силы света.

Эти и другие аспекты изобретения будут очевидны из и разъяснены со ссылкой на вариант(ы) осуществления, описанный в дальнейшем. Эти варианты осуществления будут описаны в качестве примера с помощью прилагаемых чертежей, на которых:

Краткое описание чертежей

Фиг.1 схематично показывает вид в разрезе через источник света на СИД согласно настоящему изобретению;

Фиг.3 показывает спектр поглощения и эмиссионный спектр люминесцентного материала, который может использоваться в качестве покрытия внутренней стороны колбы лампы источника света на СИД;

Фиг.3 и 4 показывают эмиссионные спектры СИД, которые могут использоваться в источнике света на СИД;

Фиг.5 и 6 показывают общие эмиссионные спектры источников света согласно настоящему изобретению для разных степеней уменьшения силы света.

Одинаковые номера ссылок на фигурах указывают ссылкой на идентичные или подобные компоненты.

Подробное описание вариантов осуществления

Неорганические СИД дают возможность источников света с новыми признаками, такими как настройка произвольного цвета или произвольное уменьшение силы света без мерцания. Поскольку неорганические СИД типично испускают один цвет, можно комбинировать зеленый и синий СИД и смешивать испускаемый свет посредством вторичной оптики для получения динамически управляемого источника света. Эта концепция, таким образом, дает очень эффективные настраиваемые по цвету источники света, но высокий индекс цветопередачи (CRI) может быть получен только посредством применения четырех или пяти разных типов СИД, например, посредством комбинирования красного, оранжевого, желтого, зеленого и синего СИД, вследствие в значительной степени узких полос испускания спектра СИД на основе AlInGaP и AlInGaN. Это является серьезным недостатком, поскольку сложность требуемой электроники возбуждения возрастает с количеством типов СИД. Чтобы избежать этих проблем, можно основывать белый источник света на СИД на одиночном типе СИД, например, кристаллах InGaN синего свечения, и преобразователе цвета, содержащем один или два люминесцентных состава, например, YAG:Ce и CaS:Eu.

Для того чтобы уменьшить потребление энергии освещением, крайне желательна замена лампы GLS (служб общего освещения) другими источниками света, в частности, энергосберегающими лампами (CFLi) или СИД. Однако, свет ламп CFLi часто воспринимается сильно отличным от ламп GLS (некомфортным) вследствие разной их точки цветности и совершенно разных эмиссионных спектров.

Настоящее изобретение, поэтому, предлагает источник света на СИД с двумя типами СИД и люминесцентным слоем, который содержит один или два люминесцентных состава. Источник света предпочтительно имеет внешне сходную с GLS форму, а его компоненты (СИД, люминофор) выбираются таким образом, чтобы получающаяся в результате лампа на СИД демонстрировала красное смещение точки белого цвета при уменьшении силы света.

Примерный вариант осуществления такого источника 100 света на СИД схематично показан на фиг.1 и содержит:

- два разных типа СИД 21, 22 в качестве первичных источников света; типично, есть некоторое количество от трех до двенадцати СИД, установленных на подложке 12 в комбинации с теплоотводом 11.

- стеклянную или пластмассовую (из прозрачного полимера) колбу 40 лампы с формой, подобной лампе накаливания.

- люминесцентный слой 30, нанесенный на внутреннюю сторону колбы 40 лампы, чтобы добиваться белого спектра лампы.

Два СИД 21, 22 присоединены к блоку 50 управления и питания (который может рассматриваться в качестве части источника 100 света или в качестве внешнего компонента), посредством которого они по отдельности снабжаются питанием. Более того, должно быть отмечено, что колба лампы не обязательно является компонентом лампы, так как люминесцентный слой также мог быть расположен на другой поверхности.

Первый СИД 21 имеет тип СИД ближней УФ области спектра с эмиссионным пиком между 370 и 400 нм. Типичный спектр этого СИД с эмиссионным пиком на 395 нм показан левой кривой на графике по фиг.4 (вертикальная ось: нормализованная интенсивность I излучения; горизонтальная ось: длина λ волны).

Второй СИД 22 может быть синим СИД с пиковым испусканием между 460 и 470 нм. Типичный спектр для этого СИД с пиком 465 нм показан правой кривой на фиг.4.

В качестве альтернативы, второй СИД 22 может быть СИД белого цвета с люминофорным превращением, содержащим люминофор типа граната согласно формуле (Y_1-x-y-zLu_xGd_yTb_z)₃(Al_1-aGa_a)₅O₁₂:Ce. Эмиссионный спектр СИД холодного белого свечения с люминофорным превращением, содержащего (Y,Gd)₃Al₅O₁₂:Ce, показан на фиг.3 (x=0,360, y=0,378, Tc=4600 K).

Люминесцентный слой 30 может содержать один или два люминесцентных состава. Если только один люминесцентный состав присутствует в качестве покрытия 30 стеклянной колбы 40 лампы, его характеристика оптимизируется эмиссионным спектром такого типа СИД, который испускает при более высокой энергии. Если применяются два люминесцентных состава, характеристика первого люминесцентного состава оптимизируется первым типом СИД, а характеристика второго люминесцентного состава оптимизируется вторым типом СИД.

Фиг.2 показывает эмиссионный спектр (em) и спектр возбуждения (exc) типичного люминофора красного линейного свечения (LiEuMo₂Q₈), возбуждаемого в широком диапазоне, например, посредством СИД ближней УФ области спектра (370-400 нм) и посредством 465 нм или 540 нм, который может использоваться в качестве компонента люминесцентного слоя 30.

Следующие варианты выбора для конструкции источника 100 света на СИД особенно предпочтительны:

a) УФ+синий СИД:

Первый вариант осуществления источника света на СИД содержит СИД 21 ближней УФ области спектра (370-400 нм) и синие СИД 22 (460-470 нм), а также люминесцентный слой 30 с двумя люминесцентными составами.

Первый люминесцентный состав является люминофором от зеленого до желто-оранжевого свечения (например, испускающим более чем приблизительно 50% своей энергии в диапазоне 520-580 нм), эффективно светящийся при возбуждении 460-470 нм, согласно одной из следующих формул:

- (Sr_1-x-yCa_xBa_y)₂SiO₄:Eu - (Sr_1-xCa_xBa_y)Si₂N₂O₂:Eu

- SrLi₂SiO₄:Eu

- (Y_1-x-y-zLu_xGd_yTb_z)₃(Al_1-aGa_a)₅O₁₂:Ce

- Y₃Al_5-xSi_xO_12-xN_x:Ce

- CaAlSiN₃:Ce

Второй люминесцентный состав является люминофором красного свечения (600-680 нм), эффективно светящимся при возбуждении 370-400 нм, согласно одной из следующих формул:

- (Sr_1-x-yCa_xBa_y)₂Si₅N₈:Eu

- (Sr_1-xCa_x)S:Eu - (Sr_1-x-yCa_xBa_y)₃Si₂N₂O₄:Eu

- CaAlSiN₃:Eu

- MEu(Mo_1-xW_x)₂O₈ (при M=Li, Na, K, Rb, Cs)-Ln₂(Mo_1-xW_x)₂O₉:Eu (при Ln=La, Gd, Lu)

- Ln₂(Mo_1-xW_x)₃O₁₂:Eu (при Ln=La, Gd, Lu)

Фиг.5 показывает эмиссионные спектры такого белого источника света на СИД с СИД (In,Ga)N свечения на 465 нм, СИД In,Ga)N свечения на 395 нм, и люминесцентным слоем, содержащим Y₃Al₅O₁₂Ce и LiEuMo₂O₈ в качестве функции условий возбуждения. Для этой фигуры, предполагается, что весь УФ свет поглощается люминесцентным слоем или колбой лампы.

Уменьшение силы света синего СИД понижает как цветовую температуру и общую яркость, как требуется в применении. Это достигается следующим обстоятельством: Энергия возбуждения в УФ диапазоне сохраняется на постоянном уровне, так как только синие СИД подвергаются уменьшению силы света наряду с тем, что УФ СИД возбуждаются при постоянной мощности. Длины волны СИД и спектры возбуждения материала красного свечения организованы некоторым образом, чтобы испускание, обусловленное УФ возбуждением, было доминирующим по отношению к испусканию, обусловленному синим возбуждением. Отсюда, есть значительное уменьшение испускания синего и от желтого до зеленого (гранатовые люминофоры), наряду с тем, что испускание красного (например, LiEuMo₂O₈) является по существу стабильным. Индекс цветопередачи предназначен для всех цветовых температур между 80 и 85.

b) УФ + белый СИД:

Второй вариант осуществления источника света на СИД содержит СИД 21 ближней УФ области спектра (370-400 нм) и белые СИД 22 (кристалл 460-470 нм + желтый люминофор гранатового типа), а также люминесцентный слой 30, содержащий только один люминесцентный состав. Этот люминесцентный состав является люминофором красного полосного или линейного свечения, как упомянуто выше.

Фиг.6 показывает эмиссионные спектры такого белого источника света на СИД с СИД (In,Ga)N белого свечения с люминофорным превращением, содержащими люминофор (Y, Gd)₃Al₅O12:Ce, СИД (In,Ga)N свечения на 395 нм, и люминесцентным слоем, содержащим LiEuMo₂O₈ в качестве функции условий возбуждения. Уменьшение силы света белых СИД с люминофорным превращением уменьшает цветовую температуру, поскольку поток УФ СИД 395 нм, который в основном возбуждает люминофор LiEuMo₂O₈, остается тем же самым. Индекс цветопередачи предназначен для всех цветовых температур между 80 и 85.

Преимущество описанных источников света на СИД состоит в том, что они испускают белый свет, подобный известному у ламп накаливания или галогенных ламп, и что уменьшение тока возбуждения (уменьшение силы света) смещает цветовую температуру ламп от холодного белого к теплому белому. Это особенно полезно для осветительных применений внутри помещений. Более того, относительная световая эффективность такого источника света на СИД не снижается значительно вследствие уменьшения силы света, таким образом, в противоположность тому, что известно у ламп накаливания, галогенных и флуоресцентных ламп (эффективность СИД может даже возрастать по отношению к более низким токам возбуждения, тогда как электроника могла становиться менее эффективной на очень низких уровнях уменьшения силы света).

Описанные источники света, в особенности, применимы в тех окружающих средах, где

- должны равномерно передаваться насыщенные красный, телесный, коричневый и/или бежевый цвета,

- имеет высокую важность уютная атмосфера, например, искусственного освещения, и/или

- требуется подобный лампе накаливания режим уменьшения силы света.

В заключение, обращено внимание, что, в настоящей заявке, термин «содержащий» не исключает другие элементы или этапы, что употребление единственного числа не исключает множественности, и что одиночный процессор или другой блок может выполнять функции нескольких средств. Изобретение пребывает в каждом и любом новейшем отличительном признаке, а также каждой и любой комбинации отличительных признаков. Более того, символы ссылок в формуле изобретения не должны истолковываться в качестве ограничивающих ее объем.

Реферат

Изобретение относится к внешне сходному с GLS источнику (100) света на СИД, содержащему два разных типа СИД (21, 22), предпочтительно СИД, испускающие с ближним УФ спектром и синим или белым спектром, соответственно. Источник (100) света, кроме того, предпочтительно содержит прозрачную колбу (40) лампы с формой, подобной лампе накаливания, которая покрыта люминесцентным слоем (30), чтобы добиться белого спектра лампы. Люминесцентный слой красного свечения содержит состав, который испускает в диапазоне 600-800 нм. Лампа обеспечивает полный эмиссионный спектр и обеспечивает повышение однородности свечения белого света, что является техническим результатом изобретения. 12. з.п. ф-лы, 6 ил.

Формула