СВЕТОДИОДНЫЙ ИСТОЧНИК СВЕТА Российский патент 2015 года по МПК H05B33/08 F21K99/00 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Данное изобретение относится в основном к технологии освещения, а более точно к светодиодным (СИД) источникам света.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В области СИД источников света теплый белый имеет цветовую температуру от 2700K до 3000K (сокращенно "2700/3000K" в следующих абзацах), может быть получен от смешения синего света, желтого/зеленого света и огромного количества красного света. В одном подходе, при помощи покрытия нитридным красным флуоресцентным порошком и люминофором, например, алюмоиттриевого граната (YAG) на галлий нитридные (GaN) синие СИД чипы, например, теплый белый свет может быть произведен от смешения желтого/зеленого света и красного света, который генерируется активированием нитридного красного флуоресцентного порошка и люминофора с порцией синего света, излучаемого от синего СИД, с непоглощенным синим светом, который проходит через нитридный красный флуоресцентный порошок и люминофор. Однако в данном подходе может возникать большая доля серьезных потерь в процессе перехода от синего к красному, и поэтому световая эффективность такого типа теплых белых СИД источников света низка.

С целью повышения световой эффективности теплых белых СИД источников света в другом подходе теплый белый СИД световой источник может быть сконструирован при помощи компоновки массива покрытых люминофором синих СИД, например массива покрытых YAG основанных на GaN синих СИД, с массивом красных СИД, например массив СИД на алюмоиттриевом фосфиде галлия (AlInGaP). По сравнению с предыдущим подходом, состоящим в переходе синего света в красный, световая эффективность данного подхода значительно выше, поскольку массив красных СИД напрямую излучает красный свет, и качество смешанного теплого белого света выше.

Однако поскольку синий СИД имеет иную температурную зависимость выходных люменов по сравнению с красными СИД, то падение люменов красных СИД значительно сильнее, чем синих СИД при росте температуры перехода. Таким образом, когда СИД источник света работает, то есть температура перехода достигает высокого уровня, цветовая точка теплого белого света, смешанного из холодного белого света, излучаемого от массива покрытых люминофором синих СИД, и красного света, излучаемого от массива красных СИД, может сместиться. Когда цветовая точка смещается от 5 эллипсов МакАдама от цветовой температуры в 2700/3000K на месте абсолютно черного тела, зритель может наблюдать, что цвет теплого белого источника света более зеленый или красный.

Обычно, когда СИД источник света в рабочем состоянии, и если отношение выхода люменов массива покрытых люминофором синих СИД к выходу люменов массива красных СИД находится внутри диапазона от 4,8:1 до 3,8:1, цветовая точка теплого белого света, смешанного из холодного белого света, излучаемого массивом покрытых люминофором синих СИД, и красного света, излучаемого от массива красных СИД, может находиться в пределах 5-ти эллипсов МакАдама от цветовой температуры 2700/3000K на месте абсолютно черного тела.

Обычно, теплый белый СИД источник света образуется при помощи компоновки массива покрытых люминофором синих СИД с массивом красных СИД, управляемых двухканальным управляющим устройством. Кроме двухканального управляющего устройства осветительная система, имеющая СИД источник света, обычно дополнительно оснащается датчиком температуры. Когда СИД источник света в рабочем состоянии, сенсор температуры измеряет контактную температуру массива СИД и посылает информацию о температуре к двухканальному управляющему устройству. Основываясь на полученной информации о температуре, двухканальное управляющее устройство регулирует силы тока, поставляемые к массиву покрытых люминофором синих СИД и массиву красных СИД, соответственно, таким образом, соотношение выходных люменов остается в диапазоне от 4,8:1 до 3,8:1

Теплый белый СИД источник света, управляемый двухканальным управляющим устройством, может дать уверенность в том, что отношение выхода люменов массива покрытых люминофором синих СИД к выходу люменов массива красных СИД находится внутри диапазона от 4,8:1 до 3,8:1 в процессе его работы, однако, поскольку данный тип адаптируемых осветительных СИД систем включает температурные датчики и двухканальное управляющее устройство, он сложен по структуре и его стоимость выше.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

С целью упрощения дизайна и снижения стоимости будет предпочтительно использовать одноканальное управляющее устройство для управления массивом покрытых люминофором синих светодиодов и массивом красных светодиодов, то есть массив покрытых люминофором синих светодиодов и массив красных светодиодов управляется одинаковой силой тока.

Для лучшей связи с вышеописанной проблемой в одном из вариантов осуществления настоящего изобретения представлен светодиодный источник света. Источник света содержит:

массив красных светодиодов;

массив покрытых люминофором синих светодиодов, цветовую точку от смешанного света, исходящего от массива покрытых люминофором синих светодиодов, попадает в четырехугольник диаграммы цветности CIE, при этом координатами четырех вершин четырехугольника являются: (0,375, 0,427), (0,390, 0,456), (0,366, 0,430), (0,38, 0,46);

при котором температура перехода светодиодов массива покрытых люминофором синих светодиодов и массива красных светодиодов практически равняется комнатной температуре, отношение выхода люменов массива покрытых люминофором синих светодиодов по отношению к выходу люменов массива красных светодиодов находится в диапазоне от 4:1 до 1,5:1.

Согласно варианту осуществления когда светодиодный источник света в рабочем состоянии, то есть температура перехода светодиодов из массива покрытых люминофором синих светодиодов и светодиодов из массива красных светодиодов, например, находится между 70°C и 100°C, и отношение выхода люменов массива покрытых люминофором синих светодиодов к выходу люменов массива красных светодиодов может быть в диапазоне от 4,8:1 до 3,8:1, таким образом, что цветовая точка теплого белого света, смешанная из холодного белого света, излучаемого от массива покрытых люминофором синих светодиодов, и красного света, излучаемого от массива красных светодиодов, может находиться в пределах 5 эллипсов МакАдама от цветовой температуры в 2700/3000K на месте абсолютно черного тела, таким образом, качество теплого белого света, излучаемого светодиодным источником света, эффективно улучшается.

Преимущественно, количественное соотношение и/или соотношение площадей светодиодов из массива покрытых люминофором синих светодиодов к светодиодам из массива красных светодиодов настраивается таким образом, что значение выхода люменов массива покрытых люминофором синих светодиодов по отношению к массиву красных светодиодов находится в диапазоне от 4:1 до 1,5:1.

Преимущественно, компонентное соотношение и/или размер зерна люминофора настраивается таким образом, что цветовая точка смешанного света, исходящего от массива покрытых люминофором светодиодов, попадает в четырехугольник.

Преимущественно, длина волны пика излучения массива покрытых люминофором синих светодиодов установлена в пределах диапазона от 440 нм до 460 нм. Преимущественно, массив синих светодиодов является массивом синих светодиодов, основанных на нитриде галлия.

Преимущественно, длина волны пика излучения массива (110) красных светодиодов установлена в пределах диапазона от 600 нм до 620 нм. Преимущественно, массив красных светодиодов является массивом AlInGaP светодиодов.

Преимущественно, люминофор содержит YAG или TAG.

Согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения представлено осветительное устройство. Осветительное устройство включает в себя одноканальное управляющее устройство и любой из светодиодных источников света, описанных выше, при этом светодиодный источник света управляется одноканальным управляющим устройством.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Для более полного понимания настоящего изобретения и его преимуществ ссылки выполнены на описание в сочетании с прилагаемыми чертежами, на которых:

Фиг.1 представляет собой схематический вид светодиодного источника света 100 согласно варианту осуществления настоящего изобретения;

Фиг.2 представляет собой схематический вид осветительного устройства 10 согласно варианту осуществления настоящего изобретения;

Фиг.3 представляет диаграмму цветности CIE согласно варианту осуществления настоящего изобретения;

Фиг.4 показывает внешний вид предполагаемых светодиодов светодиодного источника света 100 согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

Соответствующие номера и символы на различных фигурах в основном относятся к соответствующим частям, если не указано обратное.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЛЛЮСТРАТИВНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Варианты осуществления настоящего изобретения описаны в деталях далее со ссылками на сопроводительные чертежи.

Фиг.1 представляет собой схематический вид светодиодного источника света 100 согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг.2 представляет собой схематический вид осветительного устройства 10 согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Осветительное устройство 10 включает в себя одноканальное управляющее устройство 200 и светодиодный источник света 100 с Фиг.1.

Как показано на Фиг.1 и 2, светодиодный источник 100 света содержит массив 110 красных светодиодов и массив 120 покрытых люминофором синих светодиодов. Массив 110 красных светодиодов может включать в себя один или более красных светодиодов, и схожим образом массив 120 синих светодиодов может включать один или более красных светодиодов.

В варианте реализации длина волны пика излучения массива 120 покрытых люминофором синих светодиодов установлена в пределах диапазона от 440 нм до 460 нм. Предпочтительно, массив 120 синих светодиодов содержит массив основанных на нитриде галлия синих светодиодов.

Массив основанных на нитриде галлия синих светодиодов включает, но без ограничения, массив GaN синих светодиодов, массив GaAlN синих светодиодов, массив InGaN светодиодов, или массив InAlGaN синих светодиодов.

В варианте реализации длина волны пика излучения массива 110 красных светодиодов установлена в пределах диапазона от 600 нм до 620 нм. Предпочтительно, массив 110 красных светодиодов содержит массив AlInGaP светодиодов.

В варианте реализации люминофор содержит YAG (Алюмоиттриевый гранат). В другом варианте реализации люминофор содержит TAG (Алюмотербиевый гранат).

Как показано на Фиг.2, массив 110 красных светодиодов и массив 120 покрытых люминофором синих светодиодов объединены в серии, и рабочий ток питания поставляется при помощи одноканального управляющего устройства 200.

Когда светодиодный источник 100 света находится в рабочем состоянии, рабочий ток питания, поставляемый при помощи одноканального управляющего устройства 200, течет через массив 110 красных светодиодов и массив 120 покрытых люминофором синих светодиодов, таким образом, массивы 110 и 120, соответственно, активируются для излучения света. Доля синего света, излучаемого массивом 120 покрытых люминофором синих светодиодов, активирует люминофорное покрытие для излучения, желтый/зеленый свет, желтый/зеленый свет смешивается с непоглощенным синим светом, проходящим через люминофор для генерации холодного белого света. Затем холодный белый свет, излучаемый от массива 120 покрытых люминофором синих светодиодов, смешивается с красным светом, излучаемым от массива красных светодиодов, для формирования теплого белого света.

В вариантах реализации, по Фиг.1 и 2, цветовая точка от смешанного света, исходящего от массива 120 покрытых люминофором синих светодиодов, попадает в пределы четырехугольника диаграммы цветности CIE, где координатами четырех вершин четырехугольника являются (0,375, 0,427), (0,390, 0,456), (0,366, 0,430), (0,38, 0,46).

В варианте реализации компонентное соотношение люминофора может быть настроено таким образом, что цветовая точка смешанного света, исходящего от массива 120 покрытых люминофором светодиодов, попадает в пределы четырехугольника.

В другом варианте реализации размер зерна люминофора может быть отрегулирован таким образом, что цветовая точка смешанного света, исходящего от массива 120 покрытых люминофором светодиодов синего света, попадает в пределы четырехугольника.

В дополнительном варианте осуществления и компонентное соотношение, и размер зерна люминофора могут быть отрегулированы таким образом, что цветовая точка смешанного света, исходящего от массива покрытых люминофором светодиодов, попадает в пределы четырехугольника.

Кроме того, в вариантах Фиг.1 и 2, когда температура перехода светодиодов массива 120 покрытых люминофором синих светодиодов и массива 110 красных светодиодов практически равняется комнатной температуре, отношение выхода люменов массива 120 покрытых люминофором синих светодиодов к выходу люменов массива 110 красных светодиодов находится в диапазоне от 4:1 до 1,5:1.

Предпочтительно, комнатная температура 25°C.

Следует отметить, что допускается незначительное отклонение комнатной температуры для настоящего изобретения от 25°C.

В варианте осуществления предопределенная длительность подачи управляющего тока к массиву 120 покрытых люминофором синих светодиодов и к массиву 110 красных светодиодов происходит в форме импульсов, и соотношение выхода люменов массива 120 покрытых люминофором синих светодиодов к выходу люменов массива 110 красных светодиодов измеряется. Затем количественное соотношение синих светодиодов из массива 120 покрытых люминофором синих светодиодов к красным светодиодам из массива 110 красных светодиодов может быть настроено таким образом, что отношение выхода люменов массива 120 покрытых люминофором синих светодиодов к выходу люменов массива 110 красных светодиодов находится в диапазоне от 4:1 до 1,5:1.

Поскольку предопределенная длительность рабочего тока питания массива 120 покрытых люминофором синих светодиодов и массива 110 красных светодиодов в форме импульсов, температура перехода светодиодов практически равна комнатной температуре, то точность измененных выходных значений люменов обеспечена и так же обеспечена точность последующих корректировок соотношений выхода люменов.

Дополнительно, предопределенная длительность составляет от 5 до 100 мс, и предпочтительно предопределенная длительность составляет 25 мс.

Дополнительно, коэффициент заполнения управляющего тока, подаваемого в виде импульсов, в диапазоне от 1% до 20%.

В другом варианте осуществления соотношение области/ соотношение общей области синих светодиодов из массива 120 покрытых люминофором синих светодиодов к красным светодиодам из массива 110 красных светодиодов может быть настроено таким образом, что отношение выхода люменов из массива 120 покрытых люминофором синих светодиодов к выходу люменов массива 110 красных светодиодов находится в диапазоне от 4:1 к 1,5:1.

В другом варианте изобретения и количественное отношение, и соотношение площадей синих светодиодов из массива 120 покрытых люминофором синих светодиодов к красным светодиодам из массива 110 красных светодиодов может быть изменено таким образом, что отношение выхода люменов из массива 120 покрытых люминофором синих светодиодов к выходу люменов массива 110 красных светодиодов находится в диапазоне от 4:1 к 1,5:1.

Когда температура перехода светодиодов из массива 120 покрытых люминофором синих светодиодов и массива 110 красных светодиодов фактически равна комнатной температуре, отношение выхода люменов массива 120 покрытых люминофором синих светодиодов к выходу люменов массива 110 красных светодиодов находится в диапазоне от 4:1 до 1,5:1. Таким образом, когда светодиодный источник света в рабочем состоянии, то есть температура перехода светодиодов из массива 120 покрытых люминофором синих светодиодов и массива 110 красных светодиодов, например, находится между 70°C и 100°C, отношение выхода люменов массива 120 покрытых люминофором синих светодиодов к выходу люменов массива 110 красных светодиодов находится в диапазоне от 4,8:1 до 3,8:1, таким образом, точка теплого белого света, смешанная из холодного белого света, излучаемого от массива 120 покрытых люминофором синих светодиодов, и красного света, излучаемого от массива 110 красных светодиодов, может находиться внутри 5 эллипсов MacAdam цветовой температуры в 2700/3000K на месте абсолютно черного тела, как показано на Фиг.3.

Фиг.4 иллюстрирует внешний вид соответствующих светодиодов из светодиодов источников 100 света согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Массив 110 красных светодиодов из светодиодов источников 100 света включает в себя первый красный светодиод 1101 и второй красный светодиод 1102, и массив 120 покрытых люминофором синих светодиодов включает себя первый покрытый люминофором синий светодиод 1201 и второй покрытый люминофором синий светодиод 1202.

Как иллюстрирует на Фиг.4, четыре светодиода светодиодного источника 100 света установлены асимметрично на подложке. Первый покрытый люминофором синий светодиод 1201 установлен на левой стороне подложки, первый красный светодиод 1101 и второй красный светодиод 1102 симметрично установлены соответственно на верхней стороне и нижней стороне подложки, и второй покрытый люминофором синий светодиод 1202 установлен на правой стороне подложки.

Отметим, что расположение на Фиг.4 является иллюстрирующим примером, и будет принято во внимание, что расположение светодиодов светодиодного источника 100 света не ограничивается расположением, описанным выше.

В варианте осуществления массив 120 покрытых люминофором синих светодиодов и массив 110 красных светодиодов упакованы в подложку-носитель, например керамическую подложку с одиночной силиконовой инкапсулированной линзой на все эти два массива светодиодов.

В варианте осуществления массив 120 покрытых люминофором синих светодиодов и массив 110 красных светодиодов упакованы в подложку-носитель, например керамическую подложку с силиконовой инкапсулированной линзой на каждом отдельном светодиоде.

Так же, как описано в предыдущих вариантах осуществления, светодиодный источник 100 света согласно вариантам осуществления настоящего изобретения управляется одноканальным управляющим устройством, светодиодный источник света не ограничивается управлением только одноканальным управляющим устройством, он может также управляться двухканальным управляющим устройством. Как указано выше, когда светодиодный источник света управляется двухканальным управляющим устройством, он относительно сложный конструктивно, и его стоимость выше. Светодиодный источник света согласно вариантам осуществления настоящего изобретения управляется одноканальным устройством управления, имеет такую же эффективность освещения, дополнительно снижает стоимость и упрощает структуру.

Хотя настоящее изобретение было описано выше в деталях и со ссылками на прилагаемые чертежи, должно быть понятно, что такие описания являются только иллюстративными и не должны рассматриваться в ограничительном смысле; поэтому настоящее изобретение не ограничивается такими вариантами реализации.

Будет без труда понятно, что специалисты в данной области техники могут понять и реализовать другие вариации раскрытых вариантов осуществления при помощи изучения описания, раскрытого содержания, прилагаемых чертежей и прилагаемой формулы изобретения. В формуле изобретения глагол «содержать» и его спряжение не исключает другие элементы или этапы, а форма единственного числа не исключает множественности. В практическом применении настоящего изобретения функциональность множества технических характеристик в формуле изобретения может быть реализована одним компонентом. Должно быть понятно, что любые номера ссылок в прилагаемых чертежах и в формуле изобретения не ограничивают объем настоящего изобретения.

Устройство относится к области светотехники. Техническим результатом является повышение эффективности излучаемого теплого белого света. Светодиодный источник света (100) состоит из массива (110) красных светодиодов, массива (120) синих светодиодов, покрытых люминофором, цветовая точка от смешанного света, исходящего от массива (120) синих светодиодов, покрытых люминофором, попадает в пределы четырехугольника диаграммы цветности МОК, где координатами четырех вершин четырехугольника являются (0,375, 0,427), (0,390, 0,456), (0,366, 0,430), (0,38, 0,46), при этом температура перехода светодиодов массива (120) синих светодиодов, покрытых люминофором, и массива (110) красных светодиодов, практически, равняется комнатной температуре, а соотношение выхода люменов массива (120) синих светодиодов, покрытых люминофором, по отношению к выходу люменов массива (110) красных светодиодов находится в диапазоне от 4:1 до 1,5:1. 9 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Светодиодный источник (100) света, содержащий
массив (110) красных светодиодов и
массив (120) покрытых люминофором синих светодиодов;
отличающийся тем, что цветовая точка от смешанного света, исходящего от массива (120) покрытых люминофором синих светодиодов, попадает в пределы четырехугольника диаграммы цветности CIE, при этом координатами четырех вершин четырехугольника являются (0,375, 0,427), (0,390, 0,456), (0,366, 0,430), (0,38, 0,46);
при этом, когда температура перехода светодиодов из массива (120) покрытых люминофором синих светодиодов и светодиодов из массива (110) красных светодиодов по существу равняется комнатной температуре, соотношение выхода люменов массива (120) покрытых люминофором синих светодиодов по отношению к выходу люменов массива (110) красных светодиодов находится в диапазоне от 4:1 до 1,5:1.

2. Светодиодный источник (100) света по п.1, в котором количественное соотношение и/или соотношение площадей светодиодов из массива (120) покрытых люминофором синих светодиодов к светодиодам из массива (110) красных светодиодов настраивается таким образом, что соотношение выхода люменов массива (120) покрытых люминофором синих светодиодов по отношению к выходу люменов массива (110) красных светодиодов находится в диапазоне от 4:1 до 1,5:1.

3. Светодиодный источник (100) света по п.1, в котором компонентное соотношение и/или размер гранул люминофора настраивается таким образом, что цветовая точка смешанного света, исходящего от массива (120) покрытых люминофором синих светодиодов, попадает в пределы четырехугольника.

4. Светодиодный источник (100) света по п.1, в котором длина волны пика излучения массива (120) покрытых люминофором синих светодиодов установлена в пределах диапазона от 440 нм до 460 нм.

5. Светодиодный источник (100) света по п.4, в котором массив (120) синих светодиодов содержит массив основанных на нитриде галлия синих светодиодах.

6. Светодиодный источник (100) света по п.1, в котором длина волны пика излучения массива (110) красных светодиодов установлена в пределах диапазона от 600 нм до 620 нм.

7. Светодиодный источник (100) света по п.6, в котором массив (110) красных светодиодов содержит массив AlInGaP светодиодов.

8. Светодиодный источник (100) света по п.1, в котором люминофор представляет собой YAG или TAG.

9. Светодиодный источник (100) света по п.5, в котором массив светодиодов на основе нитрида галлия содержит массив GaN синих светодиодов, массив GaAlN синих светодиодов, массив InGaN светодиодов или массив InAlGaN синих светодиодов.

10. Осветительное устройство (10), содержащее одноканальный драйвер (200) и светодиодный источник (100) света по любому из пп.1-9, в котором светодиодный источник (100) света управляется при помощи одноканального драйвера (200).