RU2604059C2 - Светодиодный источник света с удаленным люминофором - Google Patents
Светодиодный источник света с удаленным люминофором Download PDFInfo
- Publication number
- RU2604059C2 RU2604059C2 RU2015104528/07A RU2015104528A RU2604059C2 RU 2604059 C2 RU2604059 C2 RU 2604059C2 RU 2015104528/07 A RU2015104528/07 A RU 2015104528/07A RU 2015104528 A RU2015104528 A RU 2015104528A RU 2604059 C2 RU2604059 C2 RU 2604059C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- bulb
- luminophor
- light source
- phosphor
- radiation
- Prior art date
Links
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 30
- 238000005286 illumination Methods 0.000 claims abstract description 17
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 6
- 239000012780 transparent material Substances 0.000 claims abstract description 6
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 43
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims description 4
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 abstract description 6
- 239000011368 organic material Substances 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 241000723554 Pontia occidentalis Species 0.000 description 1
- 238000000149 argon plasma sintering Methods 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 1
- 238000004020 luminiscence type Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 238000000844 transformation Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
- H01L33/50—Wavelength conversion elements
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F21—LIGHTING
- F21K—NON-ELECTRIC LIGHT SOURCES USING LUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING ELECTROCHEMILUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING CHARGES OF COMBUSTIBLE MATERIAL; LIGHT SOURCES USING SEMICONDUCTOR DEVICES AS LIGHT-GENERATING ELEMENTS; LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F21K99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Led Device Packages (AREA)
- Non-Portable Lighting Devices Or Systems Thereof (AREA)
Abstract
Изобретение относится к светотехнике и может быть использовано для упрощения конструкций, повышения выхода излучения и улучшения спектра излучения источника света на основе светодиодов. Технический результат заключается в повышении эффективности источника света и обеспечении равномерной освещенности колбы светодиодного источника света за счет помещения слоя люминофора во внутреннюю поверхность колбы и выбора особой поверхности формы. Технический результат достигается тем, что светодиодный источник света с удаленным люминофором содержит колбу из оптически прозрачного материала с коэффициентом преломления больше единицы и меньше квадрата коэффициента преломления люминофора, во внутреннюю поверхность которой внедрен люминофор. Внутри колбы установлены светодиоды. Поверхность колбы из органического материала имеет форму, рассчитанную по индикатрисе излучения светодиодов и обеспечивающую одинаковую освещенность светодиодами во всех точках поверхности колбы. Люминофор внедрен во внутреннюю поверхность колбы на глубину, равную оптимальной толщине слоя люминофора, обеспечивающего эффективное преобразование излучения. 5 ил.
Description
Изобретение относится к светотехнике и может быть использовано для упрощения конструкций, повышения выхода излучения и улучшения спектра излучения источника света на основе светодиодов.
Известны люминофорные слои и колбы для светодиодных источников излучения, изготовленных по технологии удаленного люминофора. Для улучшения цветности и эффективности, равномерности излучения по всем направлениям светодиодного источника света используется люминофор, который размещается на прозрачной для видимого излучения колбе, а светодиод располагается на месте нити накала лампы накаливания. Причем для исключения поглощения света люминофора поверхностью светодиода расстояние между светодиодом и поверхностью люминофора должно быть больше размера светодиода (Шуберт Ф.Е. Светодиоды, пер. с англ. под ред. А.Э. Юновича - М.: Физматлит, 2008), (Goetz W. White lighting (illumination) with LEDs // Proceedings of the 5th International Conference on Nitride Semiconductors, 25-30 May 2003).
Недостатками известного решения являются: форма поверхности колбы не обеспечивает равномерность свечения люминофора на поверхности колбы из-за неравномерной индикатрисы излучения светодиода; слой люминофора располагается не внутри материала колбы; сниженная эффективность люминофора из-за процессов переотражения между зернами кристалла падающего излучения светодиода и преобразованного люминофором излучения.
Известен источник света, содержащий светорассеивающую колбу из оптически прозрачного материала с нанесенным на поверхность или на часть поверхности слоем люминофора или смеси люминофоров, или введенным в объем или в часть объема частицами люминофора или смеси люминофоров, с установленными внутри ультрафиолетовыми или синими светодиодами, светодиодной матрицей или светодиодными матрицами (RU 110865, МПК H01K 5/00, опубл. 27.11.2011).
Недостатком известного устройства является форма колбы, не обеспечивающая равномерность свечения люминофора на ней, и слой люминофора располагается не внутри материала колбы.
Известен светодиодный источник белого света с удаленным люминофором, содержащий колбу из оптически прозрачного материала, во внутреннюю поверхность которой внедрен люминофор. Внутри колбы установлены светодиоды, излучающие в области возбуждения слоя люминофора (RU 2475887, МПК H01L 27/15, опубл. 20.02.2013).
Недостатками известного решения являются неоптимальное распределение люминофора по толщине колбы, что резко снижает эффективность излучения света (А.П. Иванов, К.Г. Предко. Оптика люминесцентного экрана. Минск, 1984. с. 85), сложность изготовления всего источника света для обеспечения равномерного свечения поверхности колбы.
Известен преобразователь спектра оптического излучения. Это техническое решение является наиболее близким аналогом. В нем люминофорный слой называется преобразователем спектра оптического излучения. Он преобразует спектр падающего на него излучения, в излучение другого спектра. Для повышения эффективности преобразования излучения в данном изобретении предлагается помещать люминофор в прозрачную для падающего и преобразованного излучения основу с коэффициентом преломления больше единицы и меньше n2, где n - коэффициент преломления люминофора. Это приводит к увеличению выхода излучения люминесцентного слоя за счет снижения процессов рассеяния как падающего излучения, так и преобразованного излучения (RU 2075105, МПК G02F 2/02, опубл. 10.03.1997).
Недостатком известного решения является неравномерная освещенность светодиодом слоя люминофора и, как следствие, неравномерная интенсивность свечения люминофора на поверхности колбы.
Технический результат заключается в повышении эффективности источника света и обеспечении равномерной освещенности колбы светодиодного источника света за счет помещения слоя люминофора во внутреннюю поверхность колбы и выбора особой поверхности формы.
Технический результат достигается тем, что светодиодный источник света с удаленным люминофором содержит колбу из оптически прозрачного материала с коэффициентом преломления больше единицы и меньше квадрата коэффициента преломления люминофора. Во внутреннюю поверхность колбы внедрен люминофор. Внутри колбы установлены светодиоды, излучающие в области возбуждения слоя люминофора. Поверхность колбы имеет форму, рассчитанную по индикатрисе излучения светодиодов и обеспечивающую одинаковую освещенность светодиодами во всех точках поверхности колбы. Люминофор внедрен во внутреннюю поверхность колбы на глубину, равную оптимальной толщине слоя люминофора, обеспечивающего эффективное преобразование излучения.
Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1 приведен светодиодный источник света; на фиг. 2 - полярная система координат для расчета геометрии колбы; на фиг. 3 - индикатриса излучения светодиода, измеренная на расстоянии 5 см от светодиода; на фиг. 4 - форма сечения поверхности колбы одинаковой освещенности, рассчитанная с помощью соотношения (1); на фиг. 5 - поверхностная яркость свечения колбы в относительных единицах.
Светодиодный источник света содержит подложку 1 со светодиодами 2, накрытыми колбой 3, из оптически прозрачного материала (например, органического) с коэффициентом преломления больше единицы и меньше квадрата коэффициента преломления люминофора. Во внутреннюю поверхность колбы 3, обращенную к светодиодам 2, внедрен люминофор 4 на глубину, равную оптимальной толщине слоя люминофора, обеспечивающего эффективное преобразование излучения. Форма поверхности колбы 3 рассчитана по индикатрисе излучения светодиодов и обеспечивает ее одинаковую освещенность светодиодами 2 во всех точках поверхности колбы 3. Светодиоды 2 излучают в области возбуждения слоя люминофора 4.
Устройство работает следующим образом. Излучение светодиодов 2 преобразуется в видимое излучение люминофором 4, который внедрен во внутреннюю поверхность колбы 3. Эффективное преобразование излучения светодиодов в видимое обеспечивается:
1. оптимальной толщиной слоя люминофора, внедренного в внутреннюю поверхность колбы;
2. в результате резкого уменьшения рассеяния возбуждающего света и света люминесценции за счет более высокого коэффициента преломления материала колбы, чем воздуха.
Равномерное освещение светодиодом колбы во всех точках ее поверхности обеспечивается формой колбы, сечение которой приведено на фиг. 4.
Ниже приведен вывод соотношения, позволяющего рассчитывать геометрию поверхности колбы, обеспечивающую ее одинаковую освещенность светодиодами во всех точках поверхности. Используем полярную систему координат (фиг. 2). Поверхность колбы образуется путем вращения кривой, получаемой в полярной системе координат относительно оси, проходящей через начало координат и точку, куда падает максимальная интенсивность от светодиода. Согласно определению освещенность площадки dS поверхности колбы светодиодом равна:
где I(α) - сила света в канделах; ρ - расстояние до источника света; α - угол падения луча света относительно нормали к поверхности. Для максимальной освещенности примем α=0:
В полярных координатах угол µ между касательной к кривой ρ=ρ(φ) и полярным радиус-вектором определяется формулой (G. Korn, Т. Korn. Mathematikal handbook. 1968):
Требование одинаковой освещенности означает выполнение равенства: Е=Emax. Учтем, что α=(π/2)-µ, тогда
Из соотношения (3), используя тригонометрические формулы, получим:
Используя соотношения (5) из (4), получаем:
Введем обозначения: 
, 
Сделав алгебраические преобразования из соотношения (6), получим:
A(ϕ, r) - нормированная индикатриса излучения источника света. Выражение (7) применимо для случая многих источников света. Например, источник света состоит из нескольких светодиодов. В этом случае A(ϕ, r) - нормированная индикатриса излучения нескольких светодиодов.
Пример расчета: На фиг. 3 приведена индикатриса излучения светодиода, измеренная на расстоянии 5 см от синего светодиода (λ=390 нм). На фиг. 4 приведена рассчитанная с помощью соотношения (7) форма сечения поверхности колбы. Поверхность, полученная вращением кривой (фиг. 4) обеспечивает одинаковую освещенность светодиодом, с индикатрисой излучения, изображенной на фиг. 3 во всех точках поверхности колбы. Как видно из фиг. 2, форма колбы не является шаровидной. На фиг. 5 приведена экспериментальная индикатриса излучения синего светодиода с колбой с люминофором ZnS-Cu. Из фиг. 5 видно, что практически во всех точках колбы яркость свечения колбы одинакова.
По сравнению с известным решением предлагаемое позволяет повысить эффективность источника света и обеспечить равномерную яркость колбы светодиодного источника света за счет помещения слоя люминофора во внутреннюю поверхность колбы и выбора особой поверхности формы.
Claims (1)
- Светодиодный источник света с удаленным люминофором, содержащий колбу из оптически прозрачного материала с коэффициентом преломления больше единицы и меньше квадрата коэффициента преломления люминофора, во внутреннюю поверхность которой внедрен люминофор, внутри колбы установлены светодиоды, излучающие в области возбуждения слоя люминофора, отличающийся тем, что поверхность колбы имеет форму, рассчитанную по индикатрисе излучения светодиодов и обеспечивающую одинаковую освещенность светодиодами во всех точках поверхности колбы, при этом люминофор внедрен во внутреннюю поверхность колбы на глубину, равную оптимальной толщине слоя люминофора, обеспечивающего эффективное преобразование излучения.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015104528/07A RU2604059C2 (ru) | 2015-02-10 | 2015-02-10 | Светодиодный источник света с удаленным люминофором |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015104528/07A RU2604059C2 (ru) | 2015-02-10 | 2015-02-10 | Светодиодный источник света с удаленным люминофором |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2015104528A RU2015104528A (ru) | 2016-08-27 |
| RU2604059C2 true RU2604059C2 (ru) | 2016-12-10 |
Family
ID=56851869
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015104528/07A RU2604059C2 (ru) | 2015-02-10 | 2015-02-10 | Светодиодный источник света с удаленным люминофором |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2604059C2 (ru) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2075105C1 (ru) * | 1993-02-15 | 1997-03-10 | Мордовский государственный университет им.Н.П.Огарева | Преобразователь спектра оптического излучения |
| JP2008270786A (ja) * | 2007-03-26 | 2008-11-06 | Mitsubishi Electric Corp | 光源モジュール及び発光装置 |
| RU106445U1 (ru) * | 2011-03-25 | 2011-07-10 | Евгений Михайлович Силкин | Интегрированная светодиодная лампа |
| RU110865U1 (ru) * | 2011-07-21 | 2011-11-27 | Евгений Михайлович Силкин | Источник света |
| RU2475887C1 (ru) * | 2011-08-01 | 2013-02-20 | Закрытое Акционерное Общество "Научно-Производственная Коммерческая Фирма "Элтан Лтд" | Светодиодный источник белого света с удаленным отражательным многослойным фотолюминесцентным конвертером |
| RU2012152334A (ru) * | 2012-12-06 | 2014-06-20 | Анатолий Васильевич Вишняков | Способ получения светодиодных источников белого света |
-
2015
- 2015-02-10 RU RU2015104528/07A patent/RU2604059C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2075105C1 (ru) * | 1993-02-15 | 1997-03-10 | Мордовский государственный университет им.Н.П.Огарева | Преобразователь спектра оптического излучения |
| JP2008270786A (ja) * | 2007-03-26 | 2008-11-06 | Mitsubishi Electric Corp | 光源モジュール及び発光装置 |
| RU106445U1 (ru) * | 2011-03-25 | 2011-07-10 | Евгений Михайлович Силкин | Интегрированная светодиодная лампа |
| RU110865U1 (ru) * | 2011-07-21 | 2011-11-27 | Евгений Михайлович Силкин | Источник света |
| RU2475887C1 (ru) * | 2011-08-01 | 2013-02-20 | Закрытое Акционерное Общество "Научно-Производственная Коммерческая Фирма "Элтан Лтд" | Светодиодный источник белого света с удаленным отражательным многослойным фотолюминесцентным конвертером |
| RU2012152334A (ru) * | 2012-12-06 | 2014-06-20 | Анатолий Васильевич Вишняков | Способ получения светодиодных источников белого света |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2015104528A (ru) | 2016-08-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4937845B2 (ja) | 照明装置および表示装置 | |
| JP6228598B2 (ja) | 遠隔波長変換層を有する照明装置 | |
| TWI521297B (zh) | 波長轉換模組與照明系統 | |
| JP2015032373A5 (ru) | ||
| RU2301475C1 (ru) | Светоизлучающий узел, способ создания свечения светоизлучающего узла и устройство для осуществления способа создания свечения светоизлучающего узла | |
| TWI520383B (zh) | 發光二極體封裝結構 | |
| KR20090105596A (ko) | 백색 ｌｅｄ 소자 및 이를 이용한 ｌｅｄ 조명기구 | |
| JP2015515133A5 (ru) | ||
| US20120176768A1 (en) | LED Light Tube | |
| CN104641477A (zh) | 发光组件、灯和灯具 | |
| TW200912181A (en) | Light source | |
| JP6281843B2 (ja) | 照明器具 | |
| WO2009083853A1 (en) | Lighting system | |
| RU2604059C2 (ru) | Светодиодный источник света с удаленным люминофором | |
| JP2012204349A (ja) | 発光装置 | |
| TW201506321A (zh) | 發光二極體光源模組 | |
| RU2525166C2 (ru) | Способ управления цветностью светового потока белого светодиода и устройство для осуществления способа | |
| US10429034B2 (en) | Light-emitting device with light guide for two way illumination | |
| JP2013531357A (ja) | 単一チャンバーの照明デバイス | |
| RU2565419C1 (ru) | Светоизлучающее тело и светодиодное осветительное устройство, содержащее такое тело | |
| TW201441529A (zh) | 車燈系統 | |
| PE20191008A1 (es) | Dispositivo optico que aumenta la emision de fuentes de luz electro-luminiscentes con ayuda de un filtro dicroico que comprende nanohilos de oxido de zinc | |
| RU2510824C1 (ru) | Способ создания светоизлучающей поверхности и осветительное устройство для реализации способа | |
| RU120514U1 (ru) | Светодиодное осветительное устройство | |
| RU2360180C2 (ru) | Устройство для создания светоизлучающей поверхности (варианты) |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170211 |