ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ЭЛЕКТРОЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЙ ИЗЛУЧАТЕЛЬ Российский патент 2014 года по МПК H01L33/50 

Изобретение относится к светотехнике, а именно, к полупроводниковым электролюминесцентным излучателям с управляемыми цветовыми характеристиками.

Важной задачей в области светотехники является создание полупроводниковых электролюминесцентных излучателей с определенными цветовыми оттенками излучения.

Известны полупроводниковые электролюминесцентные излучатели, цветовые характеристики которых определяются структурой и материалом используемого в них полупроводникового светоизлучающего кристалла.

Так, известен полупроводниковый светоизлучающий кристалл [RU 102849], позволяющий генерировать "глубокий" зеленый цвет излучения. Указанный кристалл содержит эпитаксиальную гетероструктуру на основе твердых растворов нитридов металлов третьей группы AlInGaN, включающую активную область с квантовой ямой, выполненной из нитридного материала InGaN, которая обеспечивает излучение в зеленой области видимого света. При этом присутствующее в составе материала квантовой ямы количество индия распределено в указанном материале не равномерно по толщине квантовой ямы, а уменьшается ступенчато или плавно по ее толщине в направлении эпитаксиального роста гетероструктуры. Это приводит к тому, что излучаемое кристаллом световое излучение зеленого цвета смещается в длинноволновую область его спектра, максимум которого лежит в диапазоне длин волн 540-570 нм.

Известен полупроводниковый излучатель [WO 9750132], содержащий полупроводниковый светоизлучающий кристалл с многополосным спектром излучения. Указанный кристалл генерирует свет в ультрафиолетовой, синей и/или зеленой области видимого спектра. Кроме того, рассматриваемый излучатель содержит люминофор, поглощающий часть генерируемого кристаллом излучения и преобразующий его в излучение с большей длиной волны. В результате суммарное излучение, генерируемое излучателем, обеспечивается смешением указанных выше излучений, при этом излучатель позволяет получить определенный цветовой оттенок излучаемого света, в том числе получить белый свет.

Таким образом, в описанных выше излучателях за счет конструкции и технологии их изготовления можно получить определенный цветовой оттенок излучения, однако в них не предусмотрена возможность управления цветовыми характеристиками в процессе эксплуатации.

Известен полупроводниковый электролюминесцентный излучатель, описанный в RU 2202843, который выбран в качестве ближайшего аналога.

Указанный излучатель включает соединенный с источником электропитания, полупроводниковый светоизлучающий кристалл, генерирующий световой поток при протекании через него питающего тока. При этом использован кристалл, излучающий свет, по меньшей мере, в двух различных спектральных диапазонах с регулируемым путем изменения амплитуды питающего тока соотношением интенсивностей излучений различного спектрального диапазона.

Указанное регулирование достигается путем изменения параметров электропитания, а именно, путем изменения величины тока. Соотношение интенсивностей излучений различного спектрального диапазона изменяется при изменении величины протекающего через кристалл тока, что связано с особенностями рекомбинации электронно-дырочных носителей в зонах генерации указанных излучений. Соответственно, изменяется "вклад" каждого из излучений в генерируемый кристаллом суммарный световой поток, что ведет к изменению цветового оттенка излучаемого кристаллом света.

Рассматриваемый излучатель позволяет изменять цветовые характеристики света в процессе эксплуатации.

Однако изменение цветовых характеристик в рассматриваемом излучателе сопровождается визуально различимым изменением силы света генерируемого кристаллом суммарного светового потока, что снижает комфортность зрительного восприятия генерируемого излучателем света.

Задачей заявляемого изобретения является повышение комфортности зрительного восприятия света, генерируемого излучателем с изменяемыми цветовыми характеристиками.

Сущность заявляемого изобретения заключается в том, что в полупроводниковом электролюминесцентном излучателе, включающем соединенный с источником электропитания полупроводниковый светоизлучающий кристалл, генерирующий световой поток при протекании через него питающего тока, при этом использован кристалл, излучающий свет, по меньшей мере, в двух различных спектральных диапазонах с регулируемым путем изменения параметров электропитания соотношением интенсивностей излучений различного спектрального диапазона, согласно изобретению использован источник электропитания, снабженный схемой амплитудно-широтной импульсной модуляции питающего тока, обуславливающей изменение величины амплитуды и длительности импульсов питающего тока при обеспечении постоянства силы света генерируемого кристаллом светового потока.

В частном случае выполнения изобретения излучатель содержит люминофорный материал, частично поглощающий излучение кристалла и преобразующий его в излучение иного спектрального диапазона.

Использование кристалла, излучающего свет, по меньшей мере, в двух различных спектральных диапазонах, позволяет получить в заявляемом излучателе суммарный световой поток, цветовой оттенок которого определяется соотношением интенсивностей излучений различного спектрального диапазона.

Особенностью заявляемого излучателя является использование в нем источника электропитания, снабженного схемой амплитудно-широтной импульсной модуляции питающего тока. Это позволяет в процессе эксплуатации заявляемого излучателя осуществлять амплитудно-широтную импульсную модуляцию протекающего через кристалл тока при постоянной частоте следования импульсов.

Изменение амплитуды импульсов протекающего через кристалл тока влияет неодинаковым образом на процесс рекомбинации электронно-дырочных носителей в зонах генерации излучений различного спектрального диапазона, что приводит к изменению соотношения интенсивностей указанных излучений. Соответственно, изменяется "вклад" каждого из излучений в генерируемый кристаллом световой поток, что обуславливает изменение цветового оттенка излучаемого кристаллом света.

То есть заявляемый излучатель обеспечивает возможность управления в процессе его эксплуатации цветовыми характеристиками света.

Принципиально важным является то, что в процессе амплитудно-широтной импульсной модуляции при изменении амплитуды импульсов тока изменяется и их длительность таким образом, чтобы сила света суммарного светового потока, генерируемого кристаллом, оставалась той же самой.

Таким образом, техническим результатом, достигаемым при реализации заявляемого изобретения, является возможность управления характеристиками цветности излучателя при обеспечении постоянства генерируемого светового потока. Это способствует повышению комфортности зрительного восприятия генерируемого излучателем света, поскольку при изменении тона цвета излучения не сопровождается визуально различимым изменением силы света, генерируемого излучателем.

В случае когда излучатель содержит люминофорный материал, частично поглощающий излучение кристалла и преобразующий его в излучение иного спектрального диапазона, расширяются возможности получения требуемой цветности суммарного светового потока, в том числе можно получить суммарный белый цвет.

Заявляемое устройство содержит полупроводниковый светоизлучающий кристалл, излучающий свет, по меньшей мере, в двух различных спектральных диапазонах. Устройство также содержит источник питающего напряжения, электрически соединенный с кристаллом, снабженный схемой амплитудно-широтной импульсной модуляции тока. Указанная схема обеспечивает такое изменение амплитуды и длительности импульсов питающего тока при постоянной частоте импульсов, при котором сохраняется постоянство силы света генерируемого кристаллом светового потока.

В частности, использован кристалл, содержащий выращенную методом эпитаксии на сапфировой подложке гетероструктуру на основе твердых растворов нитридов металлов третьей группы AlInGa с р-п переходом. Указанная гетероструктура включает п - контактный слой, выполненный из материала GaN, активную область с двумя квантовыми ямами, выполненными из материала InGaN, разделенными барьерными слоями, выполненными из материала (In)GaN, а также р - контактный слой, выполненный из GaN. Указанные квантовые ямы излучают свет в синем диапазоне спектра (450-490 нм) и в зеленом диапазоне спектра (500-570 нм). На п- и р-контактных слоях сформированы соответственно контакты п- и р-типа. Светоизлучающий кристалл смонтирован в рамочный корпус. Контакты п- и р-типа указанного кристалла соединены с помощью проволочных разводок с изолированными выводами, посредством которых кристалл соединен со схемой амплитудно-широтной импульсной модуляции, подключенной к источнику электропитания.

Устройство может также содержать люминофорный материал, частично поглощающий излучение кристалла и преобразующий его в излучение иного спектрального диапазона.

В частности, устройство содержит компаунд с распределенными в нем частицами люминофора, в качестве которого использованы следующие вещества или их смеси: SrS:Eu, CaS:Eu. Спектр поглощения указанного материала лежит в области синего света, а спектр его излучения лежит в области красно-оранжевого света с длиной волны от 580 до 630 нм. Указанный компаунд покрывает верхнюю поверхность и боковые стенки кристалла.

Устройство работает следующим образом.

При протекании через кристалл тока, поступающего от источника электропитания и прошедшего через схему амплитудно-широтной импульсной модуляции, с помощью которой задаются амплитуда и длительность импульсного тока, кристалл излучает свет, по меньшей мере, в двух спектральных диапазонах.

В частности, кристалл генерирует излучение в синей и зеленой области спектра.

Генерируемый кристаллом световой поток образуется смешиванием излучений различного светового диапазона, при этом его цветовой оттенок определяется соотношением интенсивностей указанных излучений.

В случае использования в устройстве люминофорного материала часть генерируемого кристаллом излучения поглощается указанным материалом и преобразуется в излучение иного спектрального диапазона.

В частности, при прохождении светового потока через слой описанного выше люминофорного материала часть излучения синего цвета поглощается и преобразуется в излучение красно-оранжевого цвета. В результате суммарный световой поток представляет собой белый свет.

Для изменения цветовых характеристик устройства с помощью схемы амплитудно-широтной импульсной модуляции задают иные значения амплитуды и длительности импульсов питающего тока при сохранении их частоты. Изменение амплитуды импульсов тока приводит к изменению соотношения интенсивностей излучений различного цвета, в результате изменяется цветовой оттенок генерируемого кристаллом светового потока. При изменении (увеличении или уменьшении) амплитуды импульсов тока происходит изменение (соответственно, уменьшение или увеличение) длительности импульсов тока, при этом значения амплитуды и длительности импульсов задаются из условия сохранения постоянства силы света генерируемого кристаллом светового потока.

В частности, при использовании в устройстве описанного выше кристалла увеличение амплитуды импульсов тока приводит к увеличению доли излучения синего цвета в суммарном световой потоке по сравнению с долей излучения зеленого цвета и наоборот. Соответственно, изменяется оттенок генерируемого кристаллом светового потока, в том числе, оттенок белого света, получаемого в случае использования в устройстве описанного выше люминофорного материала. Так, при увеличении амплитуды тока спектр излучаемого устройством светового потока смещается в область "холодного" белого света, а при уменьшении амплитуды тока - в область "теплого" белого света. При этом изменение тона цвета излучения не сопровождается визуально различимым изменением силы света, генерируемого излучателем.

Изобретение к полупроводниковым электролюминесцентным излучателям с управляемыми цветовыми характеристиками. Полупроводниковый электролюминесцентный излучатель включает соединенный с источником электропитания полупроводниковый светоизлучающий кристалл, генерирующий световой поток при протекании через него питающего тока, при этом использован кристалл, излучающий свет, по меньшей мере, в двух различных спектральных диапазонах с регулируемым путем изменения параметров электропитания соотношением интенсивностей излучений различного спектрального диапазона. Согласно изобретению использован источник электропитания, снабженный схемой амплитудно-широтной импульсной модуляции питающего тока, обуславливающей изменение величины амплитуды и длительности импульсов питающего тока при обеспечении постоянства силы света генерируемого кристаллом светового потока. Изобретение обеспечивает повышение комфортности зрительного восприятия света, генерируемого излучателем с изменяемыми цветовыми характеристиками. 1 з.п. ф-лы.

1. Полупроводниковый электролюминесцентный излучатель, включающий соединенный с источником электропитания полупроводниковый светоизлучающий кристалл, генерирующий световой поток при протекании через него питающего тока, при этом использован кристалл, излучающий свет, по меньшей мере, в двух различных спектральных диапазонах с регулируемым путем изменения параметров электропитания соотношением интенсивностей излучений различного спектрального диапазона, отличающийся тем, что использован источник электропитания, снабженный схемой амплитудно-широтной импульсной модуляции питающего тока, обуславливающей изменение величины амплитуды и длительности импульсов питающего тока при обеспечении постоянства силы света генерируемого кристаллом светового потока.

2. Излучатель по п.1, отличающийся тем, что он содержит люминофорный материал, частично поглощающий излучение кристалла и преобразующий его в излучение иного спектрального диапазона.