СПОСОБ СОЗДАНИЯ СВЕЧЕНИЯ СВЕТОВОГО УЗЛА Российский патент 2010 года по МПК H01J63/06 H01J21/04 

Изобретение относится к светотехнике, а именно к способу создания светового потока и свечения светового узла с заданным спектром с использованием источников первичного излучения, в частности светодиодов, и вторичного люминесцентного излучения - люминофоров. Способ может быть использован при создании осветительных устройств бытового и промышленного назначения для улучшения их потребительских свойств: получение свечения с заданным комфортным спектром, например разных оттенков теплого и холодного белого, с повышенной равномерностью или требуемой неравномерностью, а также свечения со спектром, различающимся по направлению свечения.

Известен способ создания свечения светового узла, включающий генерирование потока первичного излучения локальными источниками, в данном случае светодиодами и выравнивание яркости свечения путем экранирования, отражения и рассеивания светового потока источников при направлении на светопропускающую поверхность. (Заявка РСТ WO 2005/001331, МКИ F21S 8/00). К причинам, препятствующим достижению требуемого технического результата при использовании известного способа, относится то, что при его реализации не обеспечиваются требуемые спектр излучения и распределение равномерности свечения светопропускающей поверхности. Кроме того, при реализации известного способа имеются потери светового потока из-за многократного повторного отражения.

Известен способ создания свечения светового узла, включающий генерирование потока первичного излучения локальными источниками, в данном случае светодиодами, и преобразование синего или ультрафиолетового излучения в белый цвет свечения с помощью специального люминофора, имеющего спектр излучения в требуемом диапазоне. При этом корректировка спектра излучения белого цвета осуществляется за счет изменения химического состава люминофоров. К причинам, препятствующим достижению требуемого технического результата при использовании известного способа, относится его трудоемкость и технологическая сложность получения требуемого спектра излучения изменением химического состава люминофора, а также то, что формируется узкая диаграмма светового излучения и неравномерность излучения. (Патент РФ №2251761, МКИ H01L 33/00).

Наиболее близким способом того же назначения по совокупности признаков является способ создания светоизлучающего узла, в котором генерируют излучение светодиодом в фиолетовой и синей областях спектра, излучение преобразуется в излучение люминофора в люминесцентном покрытии, нанесенном на светопропускающую подложку, и частично проходит через люминофор и подложку, при этом образуется результирующее свечение. К причинам, препятствующим достижению требуемого технического результата при использовании известного способа, относится то, что создание требуемого спектра излучения ограничено спектром излучения примененного светодиода, спектром излучения выбранного люминофора и суммарным коэффициентом пропускания подложки и покрытия, что не позволяет оптимизировать процесс преобразования синего или ультрафиолетового излучения в требуемый спектр свечения с помощью люминофоров. Световой поток первичного излучения светодиода, проходящий через светопропускающую подложку с люминесцентным покрытием, ограничен их коэффициентом пропускания, а коэффициент пропускания определен, кроме материала подложки, наличием и количеством люминофора в покрытии, от чего зависит свечение люминофора. Получение нужных оттенков свечения ограничено. Введение люминофора в покрытие, нанесенное на светопропускающую подложку (оболочку), приводит к дополнительным потерям светового потока из-за наличия коэффициентов пропускания как подложки, так и покрытия (патент РФ №2301475, МКИ H01J 63/06).

Заявленное изобретение решает задачу создания свечения узла с заданным спектральным распределением с применением светодиодов. При осуществлении изобретения может быть получен технический результат, заключающийся в повышении точности создания заданного спектра свечения, упрощении изменения спектра свечения, повышении яркости светового потока, улучшении равномерности свечения за счет оптимизации концентрации и количества люминофоров в оболочке и оптимизации применения светодиодов. Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном способе создания свечения светоизлучающего узла с заданным спектральным распределением, включающем генерирование потока излучения источником первичного излучения, воздействие этим потоком на люминесцентный материал и суммирование световых потоков первичного и вторичного люминесцентного излучения, вторичное люминесцентное излучение создают набором люминофоров от 1 до К, которые введены в объем светопропускающей оболочки. При этом люминофоры могут быть выбраны с несовпадающими или совпадающими полностью или частично спектральными диапазонами излучения и/или поглощения. Суммарную концентрацию люминофоров в оболочке выбирают из выражения:

0,05%≤(C_Σ=С₁+С₂+…+C_K)≤50%,

где C_Σ - суммарная концентрация люминофоров в оболочке, %;

С₁…C_K - концентрация каждого отдельного люминофора в оболочке, %.

Концентрацию каждого отдельного люминофора в оболочке выбирают из выражения

0,05%≤Ci≤50%,

где i - порядковый номер люминофора от 1 до К.

Люминофоры вводят в объем светопропускающей оболочки, и спектр излучения одних совпадает полностью или частично со спектром поглощения других люминофоров, что вызывает свечение последних, в большей или меньшей степени, в их спектральном диапазоне излучения. Световой поток и спектральный диапазон свечения двух люминофоров суммируются. Люминофоры вводят в объем светопропускающей оболочки, и спектр поглощения одних совпадает полностью или частично со спектром поглощения других люминофоров, а спектры излучения люминофоров не совпадают, что вызывает свечение оболочки, в которую их вводят в суммарном спектральном диапазоне излучения. Люминофоры вводят в объем светопропускающей оболочки, спектр излучения одних не совпадает со спектром поглощения других люминофоров, что не вызывает свечения последних от свечения первых в их спектральном диапазоне излучения. В этом случае свечение последних люминофоров может вызываться только источником первичного излучения, например светодиодами. Люминофоры вводят в объем светопропускающей оболочки, и спектр поглощения одних совпадает полностью или частично со спектром поглощения других люминофоров, спектры излучения люминофоров совпадают полностью или частично, что вызывает свечение оболочки, в которую их вводят, в суммарном спектральном диапазоне излучения и с суммарной величиной спектрального потока. Световой поток излучения каждого люминофора (F_J) вызывается суммой излучений от источника первичного излучения (F₀) и вторичного излучения люминофоров (F_i), входящих в состав оболочки, при совпадении полном или частичном спектра поглощения рассматриваемого люминофора со спектрами излучения первичного излучения источника и вторичного излучения других люминофоров:

где F_J - полный спектральный световой поток люминофора j в оболочке;

F₀ - спектральный поток излучения люминофора, функционально зависимый от первичного излучения источника излучения;

F_i - спектральный поток излучения люминофора, зависимый от вторичного излучения других люминофоров;

M₀, M_i - коэффициенты преобразования люминофором j светового потока от первичного источника и люминофора i соответственно.

Суммарный световой поток оболочки получают сложением спектрального светового потока от источника первичного излучения F_J с учетом коэффициента пропускания оболочки и суммарного спектрального светового потока

люминофоров. Таким образом, для получения оттенков свечения, в том числе разных оттенков белого, добавляют люминофоры с необходимыми диапазонами поглощения и излучения, при неизменном первичном излучении, настроенном на спектр поглощения основного люминофора. Зная спектры поглощения и излучения люминофоров заранее, точно подбирают требуемый спектр свечения, например, подбирая и меняя области пересечения спектров поглощения и излучения, используемых люминофоров, усиливают и уменьшают тот или другой оттенок, а также увеличивают поток излучения в нужной области спектра. Предложенный способ получения свечения светового узла от вторичного люминесцентного излучения набором люминофоров в оболочке упрощает процесс получения заданного спектра свечения, увеличивает точность получения заданного спектра и равномерности свечения оболочки, увеличивает величину яркости свечения. Для получения необходимого спектра свечения светового узла поток первичного излучения генерируют от 1 до N, зависимо или независимо управляемых источников излучения, например светодиодов. Спектры излучения отдельных источников различны и спектрально перекрывают или частично захватывают спектральный диапазон поглощения отдельных люминофоров, при этом спектральный диапазон излучения выбирают из следующего выражения:

360≤(Δλ_Σ=Δλ₁+Δλ₂+…+Δλ_n)≤780;

где Δλ_Σ - объединенный спектральный диапазон излучения, нм;

Δλ₁…Δλ_n - спектральные диапазоны излучения отдельных источников, нм.

Для получения нужного спектра включают тот или иной набор источников от 1 до N, зависимо или независимо управляемых источников и тем самым меняют спектральный диапазон первичного излучения. В результате, в зависимости от спектральных характеристик люминофоров и от совпадения суммарного спектра излучения первичного излучения со спектрами поглощения люминофоров получают или изменяют необходимый спектральный поток излучения оболочки. Спектральный поток излучения от источника первичного излучения определяют с учетом степени прозрачности оболочки, то есть коэффициента пропускания оболочки. Выбор оптимальной прозрачности оболочки с распределенными в ней равномерно или по другим зависимостям люминофорами осуществляют через ее толщину, определяющую при одинаковой концентрации люминофоров и одних и тех же оптических характеристиках материала оболочки целиковый или локальный коэффициент пропускания оболочки. Толщину оболочки с люминофорами выбирают из выражения

0,05≤Н_об.≤50,

где Н_об. - толщина оболочки с люминофорами, мм;

Прозрачность меняют, изменяя толщину оболочки и, как следствие, соотношение между первичным и вторичным излучением при неизменной концентрации люминофоров, что повышает точность регулировки спектра. Для обеспечения заданной равномерности свечения оболочки по толщине и/или площади оболочки слои делают с разным составом и/или концентрацией люминофоров. Тем самым обеспечивают заданное распределение спектрального потока по площади оболочки или по направлению. Располагая люминофоры разными последовательными или параллельными способами, можно создавать любые необходимые спектры свечения как в целом, так и в зависимости от угла свечения.

С целью повышения равномерности свечения светоизлучающего узла вводят в оболочку люминофоры, полностью или частично прозрачные для полного или частичного спектра излучения источника первичного излучения и/или полного или частичного вторичного излучения других люминофоров. При этом введенные прозрачные люминофоры обладают коэффициентом преломления, не совпадающим с коэффициентом преломления оболочки. С этой же целью в состав оболочки вводят органические светопропускающие частицы с коэффициентом преломления, не совпадающим с коэффициентом преломления оболочки.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволяет установить, что заявителем не обнаружены аналоги, характеризующиеся признаками, идентичными признакам заявленного изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога позволил выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном объекте, изложенных в формуле изобретения. Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "новизна".

Для проверки соответствия заявленного изобретения требованию «изобретательский уровень», заявитель провел дополнительный поиск известных решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного изобретения, результаты которого показывают, что заявленный способ создания свечения светоизлучающего узла не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники, так как не выявлены технические решения, в которых повышение точности создания заданного спектра свечения, упрощение изменения спектра свечения, повышение яркости светового потока, улучшение заданной равномерности свечения достигались бы за счет оптимизации суммарных концентрации и количества люминофоров в оболочке и подбора их спектральных диапазонов поглощения и излучения, а также оптимизации применения источников первичного излучения. Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "изобретательский уровень".

Изобретение относится к светотехнике и может быть использовано при создании осветительных приборов бытового и промышленного назначения для улучшения их потребительских качеств: получения свечения с заданным комфортным спектром, например разных оттенков теплого и холодного белого, с повышенной равномерностью или требуемой неравномерностью. Технический результат - повышение точности заданного спектра свечения, упрощение изменения спектра свечения, повышение яркости светового потока, улучшение равномерности свечения за счет оптимизации суммарных концентраций и количества люминофоров в оболочке и оптимизации применения светодиодов. Достигается тем, что для создания свечения светоизлучающего узла потоком излучения воздействуют на люминесцентный материал, суммируют световые потоки первичного и вторичного люминесцентного излучения, причем вторичное люминесцентное излучение создают набором от 1 до К люминофоров, введенных в объем светопропускающей оболочки. Суммарная концентрация люминофоров в оболочке выбирается по формуле в диапазоне от 0,05 до 50%. Диапазоны спектра излучения одних люминофоров, входящих в состав оболочки, полностью или частично совпадают с диапазонами спектра поглощения других люминофоров, входящих в состав оболочки, и световой поток излучения каждого люминофора (F_j) вызывают суммой излучений от источника первичного (F₀) и вторичного излучения люминофоров (F_j), входящих в состав оболочки, при полном или частичном совпадении спектра поглощения рассматриваемого люминофора со спектрами излучения первичного и вторичного излучения других люминофоров. 6 з.п. ф-лы.

1. Способ создания свечения светоизлучающего узла с заданным спектральным распределением, включающий генерирование потока излучения источником первичного излучения, воздействие этим потоком на люминесцентный материал и суммирование световых потоков первичного и вторичного люминесцентных излучений, отличающийся тем, что вторичное люминесцентное излучение создают набором от 1 до K люминофоров, введенных в объем светопропускающей оболочки, с несовпадающими или совпадающими полностью или частично диапазонами излучения и/или поглощения, а суммарную концентрацию люминофоров в оболочке выбирают из выражения:
0,05%≤(C_Σ=C₁+C₂+…+C_к)≤50%,
где С_Σ - суммарная концентрация люминофоров в оболочке, %,
C₁…C_к - концентрация каждого отдельного люминофора в оболочке, %,
и концентрацию каждого отдельного люминофора в оболочке выбирают из выражения:
0,05%≤C_i≤50%,
где i - порядковый номер люминофора от 1 до K,
при этом диапазоны спектра излучения одних люминофоров, входящих в состав оболочки, совпадают полностью или частично с диапазонами спектра поглощения других люминофоров, входящих в состав оболочки, и световой поток излучения каждого люминофора (F_j) вызывают суммой излучений от источника первичного излучения (F₀) и вторичного излучения люминофоров (F_i), входящих в состав оболочки, при совпадении полном или частичном спектра поглощения рассматриваемого люминофора со спектрами излучения первичного излучения источника и вторичного излучения других люминофоров:

где F_J - полный спектральный световой поток люминофора j в оболочке,
F₀ - спектральный поток излучения люминофора, функционально зависимый от первичного излучения источника излучения,
F_i - спектральный поток излучения люминофора, зависимый от вторичного излучения других люминофоров,
M₀, M_i - коэффициенты преобразования люминофором j светового потока от первичного источника и люминофора i соответственно.

2. Способ создания свечения светоизлучающего узла с заданным спектральным распределением по п.1, отличающийся тем, что спектр излучения источника первичного излучения не совпадает со спектром поглощения одного или нескольких люминофоров в оболочке светоизлучающего узла и совпадает со спектрами поглощения других, одного или нескольких люминофоров в этой же оболочке, а спектры поглощения первой группы люминофоров совпадают полностью или частично со спектром излучения второй группы люминофоров.

3. Способ создания свечения светоизлучающего узла с заданным спектральным распределением по п.1, отличающийся тем, что поток излучения генерируют от 1 до N зависимо или независимо управляемых источников излучения, спектры излучения отдельных источников частично совпадают или различны и спектрально совпадают полностью или частично со спектральным диапазоном поглощения всех или части люминофоров, введенных в оболочку, при этом спектральный диапазон излучения выбирают из следующего выражения:
360≤(Δλ_Σ=Δλ₁+Δλ₂+…+Δλ_n)<780,
где Δλ_Σ - объединенный спектральный диапазон излучения, нм,
Δλ₁…Δλ_n - спектральные диапазоны излучения отдельных источников, нм,
а суммарный спектральный поток излучения от источника первичного излучения определяют регулированием спектральных потоков от каждого из входящих в его состав N независимых источников излучения.

4. Способ создания свечения светоизлучающего узла с заданным спектральным распределением по п.1, отличающийся тем, что толщина оболочки с распределенными в ней равномерно или по другим зависимостям люминофорами определяет полную или локальную прозрачность оболочки и указанную толщину оболочки выбирают из выражения:
0,05≤Н_об≤30,
где Н_об - толщина оболочки с люминофорами, мм.

5. Способ создания свечения светоизлучающего узла с заданным спектральным распределением по п.1, отличающийся тем, что оболочка по своей толщине и/или площади имеет слои с разным составом и/или концентрацией люминофоров.

6. Способ создания свечения светоизлучающего узла с заданным спектральным распределением по п.1, отличающийся тем, что все или любое количество люминофоров, введенных в оболочку, полностью или частично прозрачны для полного или частичного спектра излучения источника первичного излучения и/или полного или частичного вторичного излучения других люминофоров и обладают коэффициентом преломления, не совпадающим с коэффициентом преломления оболочки.

7. Способ создания свечения светоизлучающего узла с заданным спектральным распределением по п.1, отличающийся тем, что в состав оболочки введены органические светопропускающие частицы с коэффициентом преломления, который не совпадает с коэффициентом преломления оболочки.