СВЕТОИЗЛУЧАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2010 года по МПК H01L33/50 H01L33/58 

Изобретение относится к светоизлучающему устройству, обладающему высокой эффективностью и косинусоидальным распределением света, и включает в себя твердофазный источник света и элемент для преобразования света.

Известны электролюминесцентные устройства с люминофорами (светоизлучающие диоды с люминофорами, СИДл), содержащие электролюминесцентный источник света (СИД) и светопреобразующий слой люминофора, обычно порошковый слой люминофора или поликристаллический люминофор. В таких СИДл, СИД испускает первичное излучение, по меньшей мере, часть которого поглощается слоем люминофора (конверсионным элементом), установленным на СИД, и повторно испускается в виде длинноволнового вторичного излучения. Этот способ также обозначен, как преобразование цвета или света. В зависимости от применения первичное излучение полностью преобразуют во вторичное излучение, или в качестве частичного преобразования, различным образом окрашенный свет, например белый свет, можно получать путем смешения первичного и вторичного излучения. В то время как вторичное излучение распространяется ненаправленно в активном веществе и, таким образом, в основном путем косинусоидального углового распределения из конверсионного элемента в случае порошкового элемента, не преобразованное первичное излучение имеет среднее направление излучения, которое задается слоистой структурой твердофазного источника света и, как правило, значительно отклоняется от направления светоизлучающего слоя. Поэтому, смешанный свет, полученный путем наложения первичного и вторичного излучения, не обладает распределением интенсивности (ламбертовским распределением света), которое косинусоидально зависит от угла зрения, а полученный в результате смешанный цвет значительно изменяется в зависимости от угла излучения. Желательное для пользователя распределение света представляет собой ламбертовское распределение излучения, которое отличается тем, что в прямом направлении интенсивность максимальная.

В Патенте США 6653765 раскрыт источник света, имеющий компонент, излучающий в синем или ультрафиолетовом спектральном диапазоне (первичное излучение), например СИД, а также слой кристаллофосфора (люминофора), по меньшей мере, для частичного преобразования первичного излучения во вторичное излучение, и слой светорассеивающего материала для генерирования ламбертовского распределения светового излучения для источника света. Светорассеивающие частицы служат в качестве светорассеивающего материала, причем является предпочтительным, чтобы эти частицы были установлены между светоизлучающими компонентами и кристаллофосфором, поскольку оптимальный размер рассеивающих частиц необходимо адаптировать только к длине волны первичного излучения. Размер светорассеивающих частиц должен составлять от 1/10 длины волны до десятикратной длины волны. Оптимальное рассеивание достигается при наличии размера частиц, равного длине волны, например, размера частиц, равного 0,3 мкм для ультрафиолетового первичного излучения.

Кристаллофосфор устанавливают в источнике света, раскрытом в Патенте США 6653765 таким образом, чтобы общее первичное излучение (100%) для получения светового пятна однородного цвета падало на слой люминофора. В одном варианте воплощения СИД полностью окружен слоем люминофора, а в других вариантах воплощения используют отражатели для полного отклонения первичного излучения на люминофор. Люминофоры изготавливают с использованием способа жидких химических реактивов из суспензии, или, при изготовлении порошковых слоев, с использованием несущих матричных материалов. Эти слои обладают высокой мощностью собственного рассеяния. На эффективность (световая отдача) раскрытого светового источника негативно влияют эффекты обратного рассеяния и безизлучательные (повторные) процессы поглощения в кристаллофосфоре.

Поэтому, задачей настоящего изобретения является обеспечение светоизлучающего устройства, обладающего ламбертовским распределением света, которое характеризуется повышенной световой отдачей.

Цель настоящего изобретения достигают с помощью светоизлучающего устройства, содержащего твердофазный источник света, по меньшей мере, один конверсионный элемент и светорассеивающий элемент, причем твердофазный источник света обеспечен для испускания первой части первичного излучения, которое должно попадать в светорассеивающий элемент, и второй части первичного излучения, которое должно попадать в конверсионный элемент для, по меньшей мере, частичного преобразования, по меньшей мере, в одно вторичное излучение, причем светорассеивающий элемент обеспечен для генерирования смешанного излучения, обладающего ламбертовским распределением света от первой части первичного излучения, вторичного излучения и доли второй части первичного излучения, которое не было преобразовано в конверсионном элементе, при этом первая часть первичного излучения покидает светоизлучающее устройство без прохождения через конверсионный элемент. Следовательно, потери света, вызванные безизлучательным поглощением в конверсионном элементе, можно избежать, по меньшей мере, для первой части первичного излучения, поскольку оно не проходит через конверсионный элемент ни перед попаданием в светорассеивающий элемент, ни после выхода из светорассеивающего элемента. Согласно изобретению светорассеивающее устройство, таким образом, обладает повышенной эффективностью в той же самой цветовой точке по сравнению с аналогичным состоянием из уровня техники. В качестве твердофазного источника света можно использовать один или несколько неорганических и/или органических СИД или лазерных диодов. Независимый пункт формулы изобретения отчетливо содержит также варианты воплощения светоизлучающих устройств с полным преобразованием второй части первичного излучения во вторичное излучение.

В одном варианте воплощения конверсионный элемент содержит керамический материал, обладающий плотностью, которая составляет более 97% от теоретической плотности твердой фазы кристаллической структуры. Из-за слабого эффекта собственного рассеяния такой конверсионный элемент испускает повышенную долю вторичного излучения перпендикулярно среднему направлению распространения второй части первичного излучения. Это приводит к лучшей смешиваемости первой части первичного излучения со вторичным излучением. Дополнительно, слабый эффект рассеяния снижает среднюю длину оптического пути первичного и вторичного излучения в направлении конверсионного элемента. Таким образом, доля безизлучательного вторичного поглощения в конверсионном элементе дополнительно снижена, а следовательно, эффективность светоизлучающего устройства дополнительно повышена.

В еще одном варианте воплощения конверсионный элемент обладает толщиной, по меньшей мере, 30 мкм в среднем направлении излучения второй части первичного излучения. При наличии конверсионных элементов такой толщины, для регулировки желаемых цветовых точек смешанного света могут быть достигнуты достаточно большие изменения интенсивности поглощения.

В еще одном варианте воплощения твердофазный источник света, рассматриваемый в направлении излучения смешанного света, имеет светоизлучающую поверхность, которая больше или равна поверхности конверсионного элемента, обращенной к твердофазному источнику света. Таким образом, долю первой части первичного излучения можно повысить до полного первичного излучения. В данном варианте воплощения, по меньшей мере, полное первичное излучение, испускаемое вбок из твердофазного источника света, не проходит через конверсионный элемент. Здесь свет, обозначенный как «испускаемый вбок», покидает твердофазный источник света через поверхность, которая в основном расположена перпендикулярно среднему направлению распространения первичного излучения. Чем больше доля первой части первичного излучения в суммарном первичном излучении, тем меньше потерь первичного излучения за счет безизлучательного вторичного поглощения, и, таким образом, светоизлучающая установка становится более эффективной.

В еще одном варианте воплощения конверсионный элемент имеет, по меньшей мере, одно отверстие, через которое первичное излучение может проходить без прохождения через сам конверсионный элемент. Требуемое повышение доли первой части первичного излучения для суммарного первичного излучения дополнительно повышает эффективность светоизлучающего устройства. Среднее направление распространения доли первичного излучения, которая проходит через отверстия, по меньшей мере, очень близко к среднему направлению распространения вторичного излучения и делает менее дорогой светоизлучающий элемент пригодным для генерирования излучения с ламбертовским распределением света. Здесь отверстия не считаются частями конверсионного элемента.

В еще одном варианте воплощения конверсионный элемент оптически связан с твердофазным твердым источником света в целях снижения обратных отражений на граничных поверхностях.

В еще одном варианте воплощения светорассеивающий элемент вмещает в себя твердофазный источник света и конверсионный элемент. Генерирование структуры ламбертовского распределения света, таким образом, облегчается.

В еще одном варианте воплощения светоизлучающее устройство дополнительно содержит линзу, которая вмещает в себя твердофазный источник света, конверсионный элемент и светорассеивающий элемент. Линза способствует желаемому отклонению или фокусированию смешанного света.

В еще одном варианте воплощения, цветовой оттенок смешанного света регулируют за счет доли непреобразованного первичного излучения, которое в свою очередь регулируют с помощью рассеивающих свойств светорассеивающего элемента, причем первичное излучение рассеивается назад в направлении конверсионного элемента, где преобразуется во вторичное излучение. Цветовой оттенок можно тонко отрегулировать благодаря соответствующим образом адаптированным рассеивающим свойствам, например, в виде реакции на зависящие от производственного процесса, слегка варьируемые свойства поглощения излучения конверсионными элементами, или на слегка варьируемые длины волн первичного излучения. В качестве альтернативы, таким образом, можно также изготавливать светоизлучающие устройства со световыми точками, адаптированными для различных требований при использовании одинаковых твердофазных источников света и конверсионных элементов.

В одном варианте воплощения адаптация светорассеивающего элемента может состоять в том, что светорассеивающий элемент содержит отражающие и/или преломляющие частицы одинакового или различных размеров, материала и концентрации, предназначенные для получения смешанного излучения, обладающего ламбертовским распределением света.

В еще одном варианте воплощения частицы содержат материалы из группы пигментов для поглощения первичного и/или вторичного излучения. Пигменты могут поглощать исключительно первичное и вторичное излучение, или в другом варианте воплощения, последовательно испускать его повторно с длиной волны, отличной от длины волны до поглощения. С помощью этих пигментов можно еще более целенаправленно отрегулировать коррелированную цветовую температуру светоизлучающего устройства.

Эти и другие особенности изобретения становятся ясными и будут разъяснены со ссылкой на варианты воплощения, описанные здесь и далее.

На чертежах:

Фиг.1 иллюстрирует вариант воплощения светоизлучающего устройства согласно изобретению, вид сбоку.

Фиг.2 иллюстрирует светоизлучающее устройство согласно Фиг.1, имеющее типичные размеры, в плоскости пересечения А-В, без светорассеивающего элемента.

Фиг.3 представляет собой вид сверху светоизлучающего устройства из Фиг.2, в плоскости пересечения А-В, без светорассеивающего элемента.

Фиг.4 иллюстрирует зависимость коррелированной цветовой температуры белого смешанного света, выходящего из светоизлучающего устройства согласно Фиг.3, от угла наблюдения для различных направлений наблюдения.

Фиг.5 иллюстрирует график распределения света согласно варианту воплощения светоизлучающего устройства согласно изобретению, показанному на Фиг.1.

Фиг.6 иллюстрирует дополнительный вариант воплощения светоизлучающего устройства согласно изобретению, имеющего линзу, и

Фиг.7 иллюстрирует дополнительный вариант воплощения светоизлучающего устройства согласно изобретению.

Фиг.1 схематически иллюстрирует вариант воплощения светоизлучающего устройства согласно изобретению, имеющего несущий 1 элемент, подложку 2 и твердофазный источник 3 света, обеспеченный на подложке 2 для генерирования первичного излучения 511 и 512, а также конверсионный 4 элемент, установленный на пути лучей первичного излучения, по меньшей мере, для частичного поглощения второй 512 части первичного излучения и вторичного излучения 521 и 522. Твердофазный источник 3 света и конверсионный 4 элемент окружены светорассеивающим 6 элементом, предназначенным для создания смешанного света 5 с ламбертовской структурой распределения. Смешанный 5 свет имеет коррелированную цветовую температуру, которая зависит от первичного и вторичного излучения. Термин «цветовая температура» точно применим только для радиаторов в виде черного тела. Коррелированная цветовая температура означает температуру такого излучателя в виде черного тела, воспринимаемый цвет которого имеет максимальное сходство со спектром смешанного 5 света.

Типичный твердофазный источник 3 света содержит электролюминесцентную слоистую структуру, нанесенную на подложку 2, имеющую, по меньшей мере, один органический или неорганический электролюминесцентный слой, который установлен между двумя электродами. Здесь первичное излучение (верхний излучатель) испускается через прозрачный электрод на сторону, обращенную в направлении, противоположном подложке, тогда как электроды, обращенные к подложке 2, и/или подложка 2 являются отражательными. Светоизлучающее устройство также может содержать несколько электролюминесцентных источников света, предназначенных для испускания одинакового и/или различного первичного излучения, например, плоский комплект установок СИД. В других вариантах воплощения, в качестве твердофазных источников света могут быть использованы один или несколько лазерных диодов, возможно соединенных со световодными и/или светораспределительными элементами.

Первичное излучение, испускаемое твердофазным источником 3 света, распространяется в основном перпендикулярно светоизлучающему слою в твердофазном источнике 3 света и обозначено здесь как вторая 512 часть первичного излучения (см. Фиг.1). Из-за различных коэффициентов преломления слоев в твердофазном источнике света и сопутствующих эффектов полного отражения на граничных поверхностях первая 511 часть первичного излучения, также как и вторая 512 часть первичного излучения испускается вбок из твердофазного источника 3 света под большим углом к среднему направлению излучения 5, не попадая на конверсионный 4 элемент. Благодаря светорассеивающему 6 элементу и полученному в результате ламбертовскому распределению смешанного света первичное излучение, испускаемое вбок под большим углом наблюдения (углом между направлением наблюдения и средним направлением 5 распространения), не приводит к повышенной доле первичного излучения в смешанном свете. Сравнимый эффект можно также получать с помощью конверсионного элемента, который вмещает в себя твердофазный источник света. Однако в данном случае общее первичное излучение, называемое также непреобразованным излучением, должно проходить через конверсионный элемент. Потери на безизлучательное поглощение части первичного излучения в конверсионном элементе приводят к снижению эффективности таких источников излучения. Светоизлучающее устройство согласно изобретению обладает более высокой эффективностью по сравнению с такими СИДл, из-за отсутствия потерь на поглощение, по меньшей мере, для части (первой 511 части) доли, необходимой для настройки желаемой цветовой температуры. Для конкретной требуемой доли первичного излучения смешанного света, для полного непреобразованного первичного излучения эффективность светоизлучающего устройства повышается с повышением доли первой 511 части первичного излучения (в зависимости от структуры конверсионного элемента, его интенсивность поглощения для второй 512 части первичного излучения может составлять менее 100%, вследствие чего непреобразованное первичное излучение также проходит через конверсионный элемент).

Конверсионный 4 элемент установлен для, по меньшей мере, частичного поглощения второй 512 части первичного излучения по ходу лучей второй 512 части первичного излучения для преобразования поглощенного первичного излучения во вторичное излучение 521 и 522. Выбор активного материала в конверсионном элементе определяет спектр вторичного излучения. При использовании подходящего первичного и вторичного излучения можно использовать различным образом окрашенный свет, например белый свет, полученный из синего первичного излучения и желтого вторичного излучения. В других вариантах воплощения ультрафиолетовое первичное излучение также можно преобразовывать с помощью подходящих конверсионных материалов и различным образом окрашенного вторичного излучения, например, синего, желтого, зеленого и/или красного вторичного излучения. Для других применений можно получить различные сочетания первичного и вторичного излучения.

В одном варианте воплощения конверсионный 4 элемент может содержать прессованный керамический материал, изготовленный в основном из светопреобразующего кристаллофосфора или стабильного по размерам матричного материала, например, полиметилметакриллата или других материалов, которые могут быть легированы частицами и содержат внедренные светопреобразующие частицы. В другом варианте воплощения конверсионный 4 элемент содержит керамический материал, обладающий плотностью более 97% от теоретической плотности твердой фазы. Из-за малого эффекта собственного рассеяния такой конверсионный 4 элемент испускает большую долю 521 вторичного излучения перпендикулярно среднему направлению распространения второй 512 части первичного излучения. Это приводит к лучшей смешиваемости первой 511 части первичного излучения с испускаемым вбок вторичным 521 излучением. Дополнительно, эффект малого рассеяния снижает среднюю длину оптического пути второй 521 части первичного излучения в конверсионном 4 элементе до выхода из конверсионного элемента. Таким образом, доля безизлучательного повторного поглощения второй 512 части первичного излучения в конверсионном элементе снижена, а следовательно, эффективность светоизлучающего устройства повышена дополнительно. Эффект рассеяния получают посредством специальных способов спекания, например, путем спекания керамического материала в условиях восстановления при 1700-1750°С в течение 2-8 часов, что приводит к получению материалов, обладающих плотностью >96% от теоретической плотности за вычетом пористости, и путем последующего спекания материала при 1750°С под давлением газообразного аргона (0,500-2 кбар) в течение 10 часов для удаления остаточной пористости. В таких керамических материалах, предназначенных для преобразования света, вторичное излучение содержит значительно более высокую долю вторичного излучения 521, которое испускается вбок из конверсионного элемента (таким образом, оно выходит с поверхности конверсионного элемента, нормальный слой которого, как правило, расположен под прямым углом к направлению распространения второй 512 части первичного излучения), по сравнению с керамическими материалами из прессованного люминофора.

В варианте воплощения, показанном на Фиг.1, светорассеивающий 6 элемент вмещает в себя твердофазный источник 3 света и конверсионный 4 элемент. В других вариантах воплощения светорассеивающий 6 элемент, рассматриваемый в направлении распространения смешанного 5 света, можно также устанавливать выше конверсионного 4 элемента, например, в форме плоскости, при условии, что соответствующая отражающая компоновка светоизлучающего устройства приводит к тому, что суммарное первичное излучение 511 и 512 и вторичное излучение 521 и 522 проходят через светорассеивающий элемент с получением ламбертовской схемы распределения света в смешанном 5 свете.

Фиг.2 и Фиг.3 иллюстрируют размеры светоизлучающего устройства согласно Фиг.1, показанные здесь без светорассеивающего 6 элемента ради большей ясности, на виде сбоку (Фиг.2) и на виде сверху (Фиг.3), в плоскости пересечения А-В. Твердофазный источник 3 света имеет поверхность 1 мм × 1 мм и заштрихованную в целях лучшего отображения, хотя она расположена ниже конверсионного 4 элемента на виде сверху и, таким образом, на виде сверху она не является непосредственно видимой. Конверсионный 4 элемент выступает выше твердофазного источника 3 света перпендикулярно среднему направлению распространения света 5 на 0,08 мм, соответственно, в направлениях X1 и Х3, и, соответственно, на 0,15 мм в направлениях Х2 и Х4.

Несмотря на этот выступ, твердофазный источник 3 света испускает значительную первую 511 часть первичного излучения, которое оценивается в несколько тысяч градусов Кельвина, как показано на Фиг.4, при рассмотрении зависящих от угла измерений коррелированной цветовой температуры, без использования светорассеивающего элемента, за счет смещения коррелированной цветовой температуры между малыми и крупными углами наблюдения. Кривые на Фиг.4 отображают зависящие от угла измерения в четырех направлениях, обозначенных как Х1-Х4 на Фиг.3. Здесь, угол наблюдения 0° соответствует перпендикулярному виду сверху светоизлучающего устройства. В качестве первичного и вторичного излучения было использовано излучение в синем или желтом спектральном диапазоне. На виде сверху получился белый смешанный свет с цветовой температурой в пределах 4700 К, тогда как при больших углах наблюдения цветовая температура белого света составляет до 8000 К и, таким образом, содержит большую долю синего первичного излучения.

В данном составе материала, толщину конверсионного 4 элемента необходимо адаптировать к желаемому соотношению между первичным и вторичным излучением. Здесь, является благоприятным, чтобы конверсионный 4 элемент имел толщину, по меньшей мере, 30 мкм, при рассмотрении в направлении излучения 5.

В данном случае конверсионный 4 элемент может быть нанесен непосредственно на твердофазный источник 3 света или оптически связан с твердофазным источником 3 света посредством прозрачных материалов. Для создания оптической связи конверсионного 4 элемента с твердофазным источником 3 света между конверсионным 4 элементом и твердофазным источником 3 света можно использовать, например, адгезионные слои или гибкие или жесткие материалы, обладающие показателем преломления 1,4-3, для первичного излучения, например, сшиваемые двухкомпонентные кремнийорганические каучуки, которые сшиты платиновыми нитями, или также материалы из стекла, которые соединены при высоких температурах с твердофазным источником 3 света и с конверсионным 4 элементом. Кроме того, является особо благоприятным, чтобы конверсионный 4 элемент был приведен в тесный контакт с твердофазным источником 3 света.

На Фиг.5 схема распределения света из светоизлучающего устройства согласно изобретению, как показано на Фиг.1, показана с размерами, указанными на Фиг.2 и Фиг.3 и являющимися функцией угла испускания первичного излучения при длине волны 470 нм. Здесь светорассеивающий элемент 6 вмещает в себя твердофазный источник 3 света и конверсионный 4 элемент со средней толщиной 600 мкм. Точную толщину здесь следует понимать как толщину вдоль оптического пути первичного и вторичного излучения. Сплошная кривая линия, отмеченная буквой «L» на Фиг.5, отображает идеальное ламбертовское распределение света. Светорассеивающий элемент содержит кремнийорганический матричный материал (коэффициент преломления n=1,45), в который введены рассеивающие частицы со средним диаметром 0,2 мкм и объемной концентрацией 0,05%. Были рассчитаны измерительные кривые для соответствующих частиц, которые отличаются только коэффициентами поглощения n от 1,6 до 2,6. Схемы распределения света, измеренные на Фиг.5, почти не зависят от коэффициента преломления; таким образом, все измерительные точки были отображены одинаковыми символами. При рассмотрении влияния светорассеивающего 6 элемента на распределение света первичного излучения после прохождения через светорассеивающий 4 элемент обнаружены большие различия в размерах частиц. Тогда как частицы диаметром менее приблизительно 500 нм распределяют проходящий свет по всем углам согласно распределению, близкому к ламбертовскому, крупные частицы изменяют угловое распределение пропускаемого света практически только при использовании оптически очень толстого слоя (со слабой силой пропускания). Например, распределение света при первичном излучении с длиной волны 470 нм четко отличается от ламбертовского распределения, если внедренные частицы имеют средний диаметр 1,0 мкм при одинаковой концентрации, как на Фиг.4. Этот результат по существу не зависит от коэффициента преломления частиц.

Для среднего диаметра частиц 0,2-0,5 мкм полученная схема распределения света очень близка к идеальному ламбертовскому распределению. Наилучший результат для коэффициента преломления частиц, - от 1,8 до 2,0, получен при средних диаметрах частиц 0,2 мкм. Наилучший результат для коэффициента преломления для частиц, больший или равный 2,1, получен при средних диаметрах частиц 0,3-0,4 мкм. Наилучший результат для коэффициента преломления частиц 1,9-2,3 получен при средних диаметрах частиц 0,5 мкм. Схема распределения света заметно отклоняется от ламбертовского распределения при средних размерах частиц 0,05 мкм и менее. Значения коэффициентов преломления следует понимать в контексте их отличия от коэффициента преломления матричного материала, причем в указанных примерах кремнийорганический материал имеет n=1,45. Для других матричных материалов предпочтительные коэффициенты преломления частиц необходимо подбирать исходя из этого. Дополнительно, принимая во внимание концентрацию V_т в процентах и толщину D светорассеивающего 6 элемента в микронах, предпочтительное произведение концентрации частиц и толщины V_T·D светорассеивающего 6 элемента составляет от 0,1 до 3, еще более предпочтительно - от 0,2 до 1. В качестве светорассеивающих частиц можно использовать, например, ZrO₂ или TiO₂. Однако специалистам в данной области техники также известны светорассеивающие частицы из других материалов. При одинаковом среднем диаметре частиц на светорассеивающие свойства светорассеивающего 6 элемента, зависящие от длины волны, может влиять изменение размера частиц. Это распределение обычно соответствует нормальному логарифмическому распределению с шириной распределения σ. Например, для частиц ZrO₂ (n=2,2) с объемной концентрацией в кремнийорганическом веществе, равной 0,05%, с шириной распределения σ диаметра частиц от 0,06 до 0,3 получена характеристика отражения (характеристика рассеяния) частиц, которая лишь немного зависит от длины волны, однако, эта характеристика отражения еще дополнительно зависит от размера частиц.

Вариант воплощения

В структуре светоизлучающего устройства, выбранного согласно Фиг.1, СИД, испускающий синий свет с максимальным испусканием при 450 нм, и керамический материал YAG:Ce (YAG - иттриево-алюминевый гранат), нанесенный на твердофазный источник света, были использованы в качестве твердофазного источника света для получения желтого вторичного излучения, выходящего из керамического материала, имеющего плотность 98% от теоретической плотности твердой фазы. Керамический диск имел толщину 250 мкм. Сырьевой материал для керамического диска был изготовлен в течение 12 часов перемалывания 40 г Y₂O₃, 32 г Al₂O₃ и 3,44 г СеО₂ в изопропаноле с помощью мелющих шаров из Аl₂O₃ массой 1,5 кг и с последующим отжигом высушенного порошка при 1300°С в атмосфере СО. Полученный порошок YAG:Ce был деагломерирован в этиловом спирте с помощью планетарной шаровой мельницы, имеющей агатовые чашки для размалывания, и были изготовлены затем керамические сырьевые тела (диаметр 100 мм, высота 2 мм) путем шликерной заливки в гипсовую форму. После сушки сырьевые тела были отожжены на графитовых дисках в атмосфере СО при 1700° в течение двух часов. Затем керамический материал YAG был распилен до частиц размером 290 мкм, подвергнут поверхностной обработке и отполирован. Плотность керамического материала составляет 98% от теоретической плотности. Требуемые керамические диски были затем вырезаны лазером и очищены. Пропускание света через керамический материал составляло 80% при длине волны 600 нм. Между керамическим диском и СИД был помещен тонкий слой кремнийорганического геля, имеющий толщину менее 10 мкм, фирмы Gelest Inc PP2-D200 Gelest gel D200 для создания оптической связи между керамическим диском и твердофазным источником света. Затем была установлена сферическая линза, пространство (зазор) 6 внутри которой было заполнено кремнийорганическим гелем, содержащим внедренные в него светорассеивающие частицы. В данном варианте воплощения такой заполненный зазор 6 представляет собой светорассеивающий 6 элемент. Частицы, внедренные в кремнийорганический гель, представляют собой ZrO₂ со средним диаметром частиц 0,25 мкм. Распределение света показало 92%-ное сходство с идеальной ламбертовской схемой распределения и, таким образом, оно очень хорошо соответствует ламбертовскому распределению.

В другом варианте воплощения, для дополнительного модифицирования коррелированной цветовой температуры, в качестве рассеивающих частиц также можно использовать окрашенные пигменты. В качестве таких материалов, в частности, подходят неорганические материалы, коэффициент преломления которых находится в желательном диапазоне. Такие материалы представляют собой, например, СоО-Аl₂O₃ и ультрамарин в качестве пигментов синего цвета, TiO₂-CoO-NiO-ZrO₂, СеО-Сr₂О₃-ТiO₂-Аl₂О₃, TiO₂-ZnO-CoO-NiO в качестве пигментов зеленого цвета и Fе₂O₃, CdS-CdSe, TaON в качестве пигментов красного цвета.

Часть упомянутого ранее непреобразованного первичного излучения, отраженного назад в конверсионный элемент при рассеянии в светорассеивающем 6 элементе, может быть использована и в других вариантах воплощения для дополнительной адаптации коррелированной цветовой температуры смешанного 5 света.

В еще одном варианте воплощения, показанном на Фиг.6, твердофазный источник 3 света, рассматриваемый в направлении излучения смешанного 5 света, имеет светоизлучающую 31 поверхность, которая больше или равна поверхности 41 конверсионного 4 элемента, которая обращена к твердофазному источнику 3 света. Таким образом, доля первой части первичного излучения 511 от общего первичного излучения может быть повышена. В данном варианте воплощения, по меньшей мере, общее первичное излучение, испускаемое вбок из твердофазного источника 3 света, не проходит через конверсионный 4 элемент. Если поверхность 41 конверсионного 4 элемента меньше светоизлучающей 31 поверхности, как показано на Фиг.6, то, помимо испускаемого вбок первичного 511 излучения, часть первичного излучения, испускаемого параллельно среднему направлению излучения 5, не проходит через конверсионный 4 элемент. Таким образом, доля первичного излучения, которая не проходит через конверсионный элемент, дополнительно повышается.

В еще одном варианте воплощения, показанном на Фиг.7, конверсионный 4 элемент имеет, по меньшей мере, одно отверстие 8, через которое может проходить первичное излучение, не проходя через сам конверсионный 4 элемент. Требуемое повышение доли первой 511 части первичного излучения для повышения суммарного первичного излучения дополнительно повышает эффективность светоизлучающего устройства. Среднее направление распространения доли первичного 511 излучения, которое проходит через отверстия 8, по меньшей мере, очень близко к среднему направлению распространения вторичного излучения и обеспечивает возможность для менее дорогого и тщательного разработанного светорассеивающего 6 элемента генерировать свет с ламбертовским распределением. Отверстия 8 не следует здесь считать частью конверсионного элемента. Отверстия можно заполнять либо газом, например воздухом, либо другим прозрачным и нерассеивающим материалом, например кремнийорганическим материалом.

Варианты воплощения, разъясненные со ссылкой на Фигуры, и описание, представляют собой только примеры светорассеивающего устройства согласно изобретению для эффективного испускания смешанного света, имеющего ламбертовское распределение, и не должны рассматриваться в качестве вариантов, ограничивающих патентную заявку этими примерами. Специалисты в данной области техники могут также освоить и альтернативные варианты воплощения, которые также находятся в рамках объема прилагаемой формулы изобретения. Под нумерацией независимых пунктов формулы изобретения не следует подразумевать, что сочетания пунктов формулы изобретения не отображают соответствующие варианты воплощения изобретения.

Светоизлучающее устройство, содержащее твердофазный источник (3) света, по меньшей мере, один конверсионный (4) элемент и светорассеивающий (6) элемент, причем твердофазный источник (3) света обеспечен для испускания первой (511) части первичного излучения, которая должна попадать в светорассеивающий (6) элемент, и второй (512) части первичного излучения, которая должна попадать в конверсионный (4) элемент для, по меньшей мере, частичного преобразования, по меньшей мере, в одно вторичное (521, 522) излучение, причем светорассеивающий (6) элемент обеспечен для генерирования смешанного (5) излучения, обладающего ламбертовской схемой распределения света, соответствующего первой (511) части первичного излучения, вторичного (521, 522) излучения и доли второй (512) части первичного излучения, которое не было преобразовано в конверсионном (4) элементе, при этом первая (511) - часть первичного излучения выходит из светоизлучающего устройства, не проходя через конверсионный (4) элемент. Настоящее изобретение обеспечивает возможность создания светоизлучающего устройства, обладающего ламбертовским распределением света, которое характеризуется повышенной световой отдачей. 11 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Светоизлучающее устройство, содержащее твердофазный источник (3) света, по меньшей мере, один конверсионный (4) элемент и светорассеивающий (6) элемент, в котором обеспечен твердофазный источник (3) света для испускания первой (511) части первичного излучения, которая должна попадать в светорассеивающий (6) элемент, и второй (512) части первичного излучения, которая должна попадать в конверсионный (4) элемент для, по меньшей мере, частичного преобразования, по меньшей мере, в одно вторичное (521, 522) излучение, причем светорассеивающий (6) элемент обеспечен для генерирования смешанного (5) излучения, обладающего ламбертовским распределением света, соответствующего первой (511) части первичного излучения, вторичному (521, 522) излучению и доле второй (512) части первичного излучения, которая не была преобразована в конверсионном (4) элементе, при этом первая (511) часть первичного излучения выходит из светоизлучающего устройства, не проходя через конверсионный (4) элемент.

2. Светоизлучающее устройство по п.1, характеризующееся тем, что конверсионный (4) элемент содержит керамический материал, обладающий плотностью, которая составляет более 97% от теоретической твердофазной плотности кристаллической структуры.

3. Светоизлучающее устройство по п.1 или 2, характеризующееся тем, что конверсионный (4) элемент обладает толщиной, по меньшей мере, 30 мкм вдоль среднего направления излучения второй (512) части первичного излучения.

4. Светоизлучающее устройство по п.1 или 2, характеризующееся тем, что твердофазный источник (3) света, наблюдаемый в направлении излучения смешанного (5) света, имеет светоизлучающую (31) поверхность, которая больше или равна поверхности (41) конверсионного (4) элемента, обращенной к твердофазному источнику (3) света.

5. Светоизлучающее устройство по п.1 или 2, характеризующееся тем, что конверсионный (4) элемент обладает, по меньшей мере, одним отверстием (8), через которое может проходить первичное излучение, не проходя через конверсионный (4) элемент.

6. Светоизлучающее устройство по п.1 или 2, характеризующееся тем, что конверсионный (4) элемент оптически соединен с твердофазным источником (3) света.

7. Светоизлучающее устройство по п.1 или 2, характеризующееся тем, что светорассеивающий (6) элемент вмещает в себя твердофазный источник (3) света и конверсионный (4) элемент.

8. Светоизлучающее устройство по п.1 или 2, дополнительно содержащее линзу (7), которая окружает твердофазный источник (3) света, конверсионный (4) элемент и светорассеивающий (6) элемент.

9. Светоизлучающее устройство по п.1 или 2, характеризующееся тем, что цветовую точку смешанного (5) света регулируют за счет доли непреобразованного первичного (511) излучения, которое регулируют посредством рассеивающих свойств светорассеивающего (6) элемента, причем первичное излучение рассеивается назад по направлению к конверсионному (4) элементу с преобразованием его во вторичное излучение (521, 522).

10. Светоизлучающее устройство по п.1 или 2, характеризующееся тем, что светорассеивающий (6) элемент содержит отражающие и/или преломляющие частицы одинаковых или различных размеров, материалов и концентраций, для создания смешанного (5) излучения, имеющего ламбертовское распределение света.

11. Светоизлучающее устройство по п.10, характеризующееся тем, что частицы содержат материалы из группы пигментов для поглощения первичного и/или вторичного излучения.

12. Светоизлучающее устройство по п.10, характеризующееся тем, что частицы содержат материалы из группы пигментов для поглощения первичного и/или вторичного излучения и последующего повторного испускания при другой длине волны.