Осветительное устройство на белых светодиодах, возбуждаемое импульсным током - RU2522461C2

Чертежи

Описание

Область техники

Настоящее устройство относится к осветительному устройству на белых светодиодах, использующему характеристику послесвечения люминесцентного порошка и возбуждаемому импульсным током, что относится к области производства светодиодов. Более конкретно, настоящее изобретение относится к осветительному устройству на белых светодиодах, изготовленному 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: Се³⁺, 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 Y₃Al₅O₁₂: Се³⁺ и синего нитрида галлия, и такая технология является наиболее разработанным техническим решением для изготовления белого светодиода в настоящее время. Существующие светодиодные чипы в основном возбуждают постоянным током, имеющим постоянную величину и направление. Но в таком режиме требования к тепловой конструкции светодиода очень высокие, и светодиодные чипы сгорят, если дополнительное тепло нельзя будет своевременно рассеивать.

В патенте КНР №CN 100464111 С 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 Y₃Al₅O₁₂: 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). Однако в этом изобретении все же не сообщается об осветительном устройстве на белых светодиодах, использующем режим возбуждения импульсным током и характеристику послесвечения этого люминесцентного порошка для компенсации колебаний в выходе света.

Раскрытие изобретения

Цель настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить осветительное устройство на белых светодиодах, возбуждаемое импульсным током.

Техническое решение настоящего изобретения: синие светодиодные чипы или ультрафиолетовые чипы, возбуждаемые импульсным током,+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. Осветительное устройство на белых светодиодах возбуждает светодиодные чипы импульсным током, имеющим частоту не меньше чем 50 Гц.

Настоящее изобретение реализует осветительное устройство на белых светодиодах, возбуждаемое импульсным током, этим давая возможность светодиодным чипам работать периодически и с перерывами. В то же время люминесцентный порошок, используемый в настоящем изобретении, имеет эффект послесвечения, который может компенсировать колебания в выходе света осветительного устройства, вызываемые периодическими изменениями импульсного тока.

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 Sr₄Al₁₄O₂₅: 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, возбуждаемого импульсным током, в настоящем изобретении следующий.

Из схематического изображения базового модуля светодиодного осветительного устройства, показанного на Фиг.1, можно видеть, что из-за периодической характеристики импульсов импульсного тока люминесценция устройства 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, возбуждаемом импульсным током, основанном на решении настоящего изобретения, когда цикл тока изменяется на стадию малого 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 импульсного тока, так что световой выход устройства во время цикла импульса поддерживается стабильным. Помимо этого, поскольку светодиодный чип не работает в половину каждого цикла импульса, тепловой эффект уменьшается, что выгодно для преодоления серии трудностей, вызываемых нагревом чипа при использовании существующего осветительного устройства на белых светодиодах. Более того, осветительное устройство на белых светодиодах, возбуждаемое импульсным током, настоящего изобретения обладает хорошим рассеянием тепла и длительным сроком службы без использования переключающего устройства со сложной схемой, что очевидно снижает стоимость.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 - схема базового светодиодного осветительного устройства, возбуждаемого импульсным током;

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

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

Фиг.4 - спектр фотолюминесценции Y₂O₃·Al₂O₃·SiO₂: Се·В·Na·Р; 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 примерах импульсный ток имеет частоту 100 Гц, 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. Осветительное устройство на белых светодиодах возбуждает светодиодные чипы импульсным током, имеющим частоту не меньше чем 50 Гц.

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 неимеющий 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.

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 импульсного тока на освещение, так что световой выход устройства во время цикла импульса 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 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, и импульсный ток имеет частоту 100 Гц.

Проверочный пример 1: характеристики люминесценции светодиодного осветительного устройства настоящего изобретения

Импульсный ток, используемый в настоящем изобретении, имеет частоту 100 Гц, т.е., цикл составляет 10 мс. В таблице 2 указана яркость в пределах 20 мс осветительного устройства, показанного как модуль на Фиг.1, испытанного с помощью скоростной камеры, делающей 300 фотоснимков в секунду, когда светодиодные чипы, указанные в Примерах 1-18, запитаны непосредственно от сети переменного тока. Контрольным образцом является светодиодное осветительное устройство, возбуждаемое импульсным током, 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 импульсного тока, тогда как люминесценция осветительного устройства на белых светодиодах с имеющимся в продаже синим чипом, упакованным с известным желтым люминесцентным материалом YAG, не имеющим послесвечения, нестабильна и очень явно колеблется во время цикла импульсного тока.

Проверочный пример 2: ослабление света светодиодного осветительного устройства 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 источника постоянного тока. Способ испытания следующий: подача электропитания на светодиодные осветительные устройства, возбуждаемые импульсным током, 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, возбуждаемого импульсным током, настоящего изобретения меньше ослабления яркости светодиодного осветительного устройства, использующего существующий режим.

Данные таблиц 2-3 показывают, что осветительное устройство на белых светодиодах, возбуждаемое импульсным током, изготовленное с люминесцентными материалами с послесвечением 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, возбуждаемому импульсным током. Устройство включает упакованные внутри синие, фиолетовые или ультрафиолетовые светодиодные чипы и люминесцентное покрытие, использующее люминесцентный материал. Люминесцентный материал является сочетанием (1) или (2) люминесцентного материала А с синим послесвечением и желтого люминесцентного материала. Желтый люминесцентный материал В способен излучать свет при возбуждении синих, фиолетовых или ультрафиолетовых чипов и/или возбуждении люминесцентного материала А с синим послесвечением. Сочетание (1) представляет собой сочетание 5% SrMgSiO:Eu,Dy+ 15% CaSrS:Bi+ 20% SrAlO:Eu,Dyи 15% SrSiO:Eu,Dy+ 20% CaMgSiO:Eu,Dy+ 25% YAlO:Се, а сочетание (2) представляет собой сочетание 35% CaS:Br,Naи 25% YO·AlO·SiO:Ce·B·Na·P + 10 %CaS:Sm+ 15% YOS:Mg,Ti + 5% SrSiO:Eu,Dy+ 10% CaMgSiO:Eu,Dy. При этом осветительное устройство на белых светодиодах возбуждает светодиодные чипы импульсным током, имеющим частоту не меньше чем 50 Гц. Изобретение позволяет улучшить стабильность люминесценции и уменьшить тепловой эффект. 4 з.п. ф-лы, 6 ил., 3 табл., 2 пр.

Формула