Светодиодный источник света с удаленным люминофором



Светодиодный источник света с удаленным люминофором
Светодиодный источник света с удаленным люминофором
Светодиодный источник света с удаленным люминофором
Светодиодный источник света с удаленным люминофором
Светодиодный источник света с удаленным люминофором

 

H01L33/50 - Полупроводниковые приборы по меньшей мере с одним потенциальным барьером или с поверхностным барьером, предназначенные для светового излучения, например инфракрасного; специальные способы или устройства для изготовления или обработки таких приборов или их частей; конструктивные элементы таких приборов (соединение световодов с оптоэлектронными элементами G02B 6/42; полупроводниковые лазеры H01S 5/00; электролюминесцентные источники H05B 33/00)

Владельцы патента RU 2604059:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва" (RU)

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.

 

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.

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.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к оптоэлектронной технике, а именно к полупроводниковым приборам, предназначенным для детектирования и испускания инфракрасного (ИК) излучения при комнатной температуре.

Лазерный элемент поверхностного испускания включает в себя полупроводниковую подложку и множество лазеров поверхностного испускания, сконфигурированных с возможностью испускания света со взаимно различными длинами волн.

Способ изготовления светоизлучающих устройств содержит этапы, на которых обеспечивают выводную рамку, которая включает в себя по меньшей мере один несущий элемент, причем несущий элемент является токопроводящим и разделен для образования множества различимых токопроводящих областей, размещают по меньшей мере один кристалл СИД на несущем элементе, прикрепляют кристалл СИД к каждой из токопроводящих областей и отделяют несущий элемент от выводной рамки для обеспечения СИД устройства с каждой из токопроводящих областей, электрически изолированных друг от друга, причем токопроводящие области прикреплены к кристаллу СИД и не прикреплены друг к другу после отделения несущего элемента от выводной рамки.

Изобретение относится к способу обеспечения отражающего покрытия (114) для подложки (104) для светоизлучающего устройства (112), предусматривающему стадии: обеспечения (201) подложки (104), имеющей первую часть поверхности (116) с первым материалом поверхности и вторую часть поверхности (106, 108) со вторым материалом поверхности, отличающимся от первого материала поверхности; нанесения (202) отражающего соединения, выполненного с возможностью присоединения к указанному первому материалу поверхности с образованием связи с этой подложкой (104) в первой части поверхности (116), которая является более сильной, чем связь между отражающим покрытием и подложкой (104) во второй части поверхности (106, 108); отверждения указанного отражающего соединения с образованием отражающего покрытия (114), имеющего связь между отражающим покрытием (114) и подложкой (104) в первой части поверхности (116); и подвергания указанной подложки (104) механической обработке с такой интенсивностью, чтобы удалить указанное отражающее покрытие (114) из указанной второй части поверхности (106, 108), в то время как указанное отражающее покрытие (114) остается на указанной первой части поверхности (116).

Структура (10) светоизлучающих диодов (СИДов) имеет полупроводниковые слои, включающие в себя слой p-типа, активный слой и слой n-типа. Слой p-типа имеет нижнюю поверхность, а слой n-типа имеет верхнюю поверхность, через которую излучается свет.

Изобретение относится к полупроводниковым источникам электромагнитного излучения, в частности к импульсным излучателям ИК-диапазона, и предназначено для использования в оптоэлектронных системах различного назначения.

Изобретение относится к области светотехники. Техническим результатом является повышение эффективности выделения света при помощи модуля схемы источника света, а также осветитель и дисплей, которые включают в себя такой модуль.

Изобретения включают полупроводниковое светоизлучающее устройство, способное излучать свет, имеющий первую пиковую длину волны, и полупроводниковый элемент, преобразующий длину волны, способный поглощать первый свет и излучать второй свет, имеющий вторую пиковую длину волны.

Изобретение относится к осветительному устройству, содержащему преобразователь света. Осветительное устройство (1) включает (a) источник (100) света для получения света (110) источника света и (b) прозрачное преобразовательное устройство (200) для преобразования по меньшей мере части света (110) источника света.

Предложены блок схем источника света, устройство подсветки и дисплей, которые способны отводить свет, излучаемый с задней поверхности микросхемы светоизлучающего элемента, к передней поверхности, препятствуя снижению светоотражающей способности и обеспечивая снижение стоимости производства, а также простоту конструкции.

Изобретение относится к светотехнике и может быть использовано в осветительных устройствах и системах. .

Изобретение относится к области светотехники. Осветительное устройство 100 испускает первое цветовое распределение преимущественно в первом направлении, а второе цветовое распределение преимущественно во втором направлении.

Изобретение относится к способу обеспечения отражающего покрытия (114) для подложки (104) для светоизлучающего устройства (112), предусматривающему стадии: обеспечения (201) подложки (104), имеющей первую часть поверхности (116) с первым материалом поверхности и вторую часть поверхности (106, 108) со вторым материалом поверхности, отличающимся от первого материала поверхности; нанесения (202) отражающего соединения, выполненного с возможностью присоединения к указанному первому материалу поверхности с образованием связи с этой подложкой (104) в первой части поверхности (116), которая является более сильной, чем связь между отражающим покрытием и подложкой (104) во второй части поверхности (106, 108); отверждения указанного отражающего соединения с образованием отражающего покрытия (114), имеющего связь между отражающим покрытием (114) и подложкой (104) в первой части поверхности (116); и подвергания указанной подложки (104) механической обработке с такой интенсивностью, чтобы удалить указанное отражающее покрытие (114) из указанной второй части поверхности (106, 108), в то время как указанное отражающее покрытие (114) остается на указанной первой части поверхности (116).

Изобретение относится к области оптоэлектронной техники и касается способа определения температурного распределения по поверхности светодиода. Способ включает в себя нанесение на поверхность светодиода пленки покровного материала, определение с помощью ИК тепловизионного микроскопа калибровочной зависимости излучаемого находящимся в нерабочем режиме светодиодом сигнала от температуры при внешнем нагреве, регистрацию с помощью ИК тепловизионного микроскопа излучаемого поверхностью светодиода в рабочем режиме сигнала и программную обработку полученных данных.

Изобретение относится к области светотехники. Техническим результатом является повышение безопасности при монтаже.

Изобретение относится к области светотехники. Техническим результатом является повышение герметичности.

Изобретение относится к области светотехники. Техническим результатом является улучшение характеристики распределения света, возможность управления тепловым режимом и повышение выходной мощности.

Изобретение относится к области светотехники. Техническим результатом является возможность формирования различных диаграмм излучения, улучшение оптических характеристик в широком спектральном диапазоне, повышение эффективности теплоотвода, увеличение уровня защиты конструкции от влияния негативных факторов окружающей среды.

Изобретение относится к электрической лампе. Лампа содержит первичный полупроводниковый источник (104) света в тепловой связи с первичным рефлектором (106), который является отражающим, прозрачным и/или полупрозрачным.

Изобретение относится к области светотехники. Техническим результатом является увеличение срока работы.

Изобретение относится к области светотехники. Устройство освещения (1) для обеспечения равномерного распределения световой интенсивности относительно оптической оси устройства освещения содержит: по меньшей мере один источник света (7); корпус (3), установленный таким образом, что содержит в себе по меньшей мере один источник света (7), при этом корпус (3) содержит по крайней мере частично прозрачный участок корпуса, расположенный параллельно оптической оси устройства освещения (1); и отражатель (4), расположенный внутри корпуса (3), корпус (3) и отражатель (4) вместе определяют единую световую смесительную камеру (6); в которой отражатель (4) установлен для отражения света по меньшей мере одного источника света (7) от упомянутой оптической оси устройства освещения (1) в направлении по крайней мере частично прозрачного участка корпуса.
Наверх