МОДУЛЬ ИЗЛУЧЕНИЯ БЕЛОГО СВЕТА Российский патент 2017 года по МПК H01L25/75 F21K9/60 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к модулям излучения света, выполненным с возможностью генерирования формирования спектров выходного излучения, имеющих желаемый спектральный состав, и к использованию таких модулей излучения света.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Источники света или устройства освещения, состоящие из светоизлучающих диодов (LED), все больше используются для замещения традиционных источников света, как, например, ламп накаливания и источников флуоресцентного света. LED предлагают много преимуществ по сравнению с традиционными источниками света, особенно это касается эффективности преобразования света. Однако один недостаток заключается в том, что LED формируют свет в относительно узком спектральном диапазоне.

Во многих применениях, как, например, применение в розничной торговле и окружающей среде, стандарт по отношению, например, к качеству воспроизведения цвета, устанавливается такими источниками света, как, например, Philips CDM-Elite. Лампа CDM-Elite имеет высокое качество света и превосходное качество воспроизведения белого цвета. Термин «качество воспроизведения белого цвета» относится к желаемому улучшенному белому внешнему виду белого предмета, освещенного источником света. Когда источники света, основанные на LED, используются для замещения традиционных систем освещения, они особо требуются для генерирования света, который воспринимается как белый.

Воспроизведение цвета, как правило, измеряется с помощью индекса (CRI) цветопередачи, который вычисляется в Ra. CRI иногда также называют индексом качества воспроизведения цвета. CRI является количественным измерением способности источника света воспроизводить цвета разных предметов достоверно, по сравнению с идеальным или естественным источником света. Дневной свет имеет высокий CRI, где Ra приблизительно равен 100. Лампы накаливания относительно близки, с Ra больше, чем 95, а флуоресцентное освещение менее точное, с Ra, как правило, 70-90.

Следовательно, чтобы достигнуть желаемого «белого» света в применениях освещения, основанных на LED, желательны источники света с высоким CRI. Для систем освещения LED существуют модули LED теплого белого или нейтрального белого света с доступной цветопередачей около 80-90. Хотя качество воспроизведения цвета этих источников света хорошее, белые объекты, видимые под этими источниками света, кажутся менее белыми, по сравнению со стандартными традиционными альтернативами. В некоторых применениях это является недостатком модулей LED, особенно для упомянутых применений в розничной торговле, где предпочтительны лампы, имеющие превосходное качество воспроизведения белого света, часто называемые «белоснежное».

Термин «цветность» используется для идентификации цвета источника света, независимо от его светимости или яркости. Более конкретно, цветность источника света может быть представлена координатами цветности, либо цветовыми точками в диаграмме цветности CIE 1931 или диаграмме цветности CIE 1976 (Международная комиссия по освещению). Цветовая температура источника света определяется относительно идеального, чисто теплового источника света, также известного как абсолютно черное тело, чей спектр света имеет ту же цветность, что и источник света. Цветовая температура измеряется в кельвинах (К). Так называемая линия цветности черного тела (или линия) является путем или линией, которую цвет накаленного черного тела примет в конкретном пространстве цветности по мере изменения температуры черного тела.

Было сделано много попыток для улучшения освещения белым светом источников LED. US 2007/0284563 раскрывает устройство излучения света, включающее в себя, по меньшей мере, три разных LED для излучения света в синем, зеленом или красном диапазоне длины волн, причем по выбору четвертый LED имеет пиковую длину волны излучения 410-460, и также включающее в себя средство преобразования длины волны для преобразования первичного света во вторичный свет. Высокая способность цветопередачи достигается при использовании LED, имеющих узкие диапазоны излучения, и люминофора, излучающего желто-зеленый или оранжевый свет, имеющий относительно широкий диапазон длин волн излучения. В соответствии с US 2007/0284563, можно достигнуть высокого CRI (>90).

Однако, хотя свет, как правило, воспринимается как белый и имеет хорошую цветопередачу, белый свет по-прежнему не является «белоснежным», как желательно во многих применениях. Следовательно, существует потребность в эффективном решении для обеспечения желаемого белого света, имеющего улучшенное качество воспроизведения белого цвета в применениях LED.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Целью настоящего изобретения является преодоление этой проблемы и обеспечение модуля излучения белого света, который может производить «белоснежный» эффект.

Ввиду вышеупомянутого, желательно обеспечить модуль излучения света, который способен формировать спектр белого света с улучшенным качеством воспроизведения белого света. Более конкретно, целью настоящего изобретения является обеспечение модуля излучения света, который может формировать свет, имеющий превосходную цветопередачу белого цвета, и который может производить так называемый «белоснежный» эффект.

В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения, эти и другие цели достигаются с помощью модуля излучения света, выполненного с возможностью формирования белого выходящего света, имеющего пик излучения в диапазоне длин волн от 400 до 440 нм, содержащего:

- по меньшей мере первый элемент излучения света, выполненный с возможностью излучения света, имеющего пик излучения в первом диапазоне длин волн от 440 до 460 нм;

- по меньшей мере один материал преобразования длины волны, размещенный для приема света, излученного упомянутым первым элементом излучения света, и способный излучать свет, имеющий пик излучения в диапазоне длин волн от зеленого до красного; и

- по меньшей мере один второй элемент излучения света, выполненный с возможностью излучения света, имеющего пик излучения во втором диапазоне длин волн от 400 до 440 нм.

В соответствии со вторым аспектом, вышеупомянутые цели достигаются с помощью модуля излучения света, выполненного с возможностью формирования белого выходящего света, имеющего пик излучения в диапазоне длин волн от 400 до 440 нм, содержащего:

- по меньшей мере один излучатель синего свечения для обеспечения света, имеющего пиковую длину волн излучения в первом диапазоне длин волн от 440 до 460 нм;

- по меньшей мере один излучатель темно-синего свечения для обеспечения света, имеющего пик излучения во втором диапазоне длин волн от 400 до 440 нм; и

- по меньшей мере один материал преобразования длины волны, размещенный для приема света, произведенного упомянутым, по меньшей мере одним излучателем синего свечения, и способный преобразовывать свет от 440 до 460 нм в свет, имеющий пик излучения в диапазоне длин волн от зеленого до красного,

причем упомянутый модуль излучения света выполнен с возможностью формирования отношения (A’) интегрального спектрального распределения мощности света диапазона длин волн от 380 до 430 нм к интегральному спектральному распределению мощности общего выходящего света, сформированного модулем излучения света, определенного посредством

(Уравнение 1b),

причем 0,6≤Aʹ≤3.

Как использовано в настоящем документе, «темно-синий» или «синий с короткой длиной волн» обозначает синий свет диапазона длин волн от 380 до 440 нм. Второй элемент излучения света, в соответствии с изобретением, имеет пиковую длину волн излучения в диапазоне от 390 до 440 нм, как правило, от 400 до 440 нм. Следовательно, свет ниже пиковой длины волн может также быть внутри диапазона «синего с короткой длиной волн».

Дополнительно, как использовано в настоящем документе, «синий», «обычный синий», «нормальный синий» или «стандартный синий», в общем, относится к свету, имеющему пиковую длину волн в диапазоне от 440 до 460 нм.

Как использовано в настоящем документе, «элемент излучения света» относится к полупроводниковой структуре излучения света, как, например, кристалл LED или интегральная схема на кристалле. Светоизлучающий диод может содержать один или несколько элементов излучения света.

Как использовано в настоящем документе, более конкретно, по отношению к вышеупомянутому второму аспекту изобретения, «излучатель» относится к источнику света конкретного диапазона длин волн. Термин «излучатель» включает в себя элемент излучения света, а также флуоресцентный или люминесцентный материал, как, например, материал преобразования длины волны.

Следовательно, модуль излучения света, в соответствии со вторым аспектом изобретения, может содержать излучатель темно-синего свечения, как правило, в виде элемента излучения темно-синего света, излучатель синего свечения в виде элемента излучения синего света или материала преобразования длины волны синего свечения (способный преобразовывать часть темно-синего света в нормальный синий), и другой материал преобразования длины волны для преобразования части нормального синего света в диапазон длин волн от зеленого до красного. Альтернативно, источник света, в соответствии со вторым аспектом изобретения, может содержать элемент излучения нормального синего света (соответствующий первому элементу излучения света, в соответствии с первым аспектом изобретения), элемент излучения темно-синего света (соответствующий второму элементу излучения света, в соответствии с первым аспектом изобретения), и материал преобразования длины волны для преобразования части нормального синего света в свет диапазона длин волн от зеленого до красного.

При исследовании изобретатели настоящего изобретения обнаружили, что путем добавления конкретного количества синего света с короткой длиной волн (также называемого «темно-синий») к спектру, можно достигнуть превосходного качества воспроизведения белого света в модулях LED. Таким образом, настоящее изобретение основано на понимании того, что при добавлении конкретного количества синего света с короткой длиной волн к выходному спектру можно достигнуть превосходного качества воспроизведения белого света.

Следовательно, в соответствии с настоящим изобретением, модуль излучения света формирует выходной спектр света при пике интенсивности где-то в диапазоне длин волн 400-440 нм, предпочтительно в диапазоне 400-425 нм или 400-420 нм. В противоположность устройству в US 2007/028563, которое использует LED синего свечения, имеющий пиковую длину волн излучения в диапазоне 410-460 нм, в комбинации с люминофором, который, несомненно, обеспечен для преобразования света в более длинные волны, вклад излучателя «темно-синего» свечения или элемента излучения света настоящего изобретения в большей степени заключается в общем выходном спектре и, следовательно, он обеспечивает «белоснежный» эффект.

Для дополнительного улучшения белого внешнего вида цветовая точка модуля излучения света, в соответствии с вариантами осуществления изобретения, может быть настроена ниже линии (BBL) черного тела, более конкретно, для низких коррелированных цветовых температур, ССТ (как правило, 4000 К или меньше).

Установлено, что предмет выглядит более белым, если он выглядит более ярким, либо он выглядит ахроматическим или слегка ахроматическим с синим оттенком. Следовательно, синеватая цветовая точка воспринимается как более белая, чем цветовая точка, которая находится на линии (BBL) черного тела. Следовательно, возможно получить «белоснежный» белый свет с помощью настройки цветовой точки источника света гораздо ниже BBL, добавляя обычный синий. Это, однако, приведет к тому, что цветовая точка будет вне цветового пространства ANSI (Американский национальный институт стандартов), которое определяет приемлемые отклонения для источника света LED определенной цветовой температуры (например, 3000 К), также называемой «бины ANSI». Однако изобретатели настоящего изобретения обнаружили, что при добавлении синего света с короткой длиной волн, в соответствии с изобретением, а не обычного синего, финальная цветовая точка может снова быть расположена внутри пространства ANSI и при этом по-прежнему давать превосходную белую цветопередачу, включая «белоснежный». Можно отметить, что добавление синего света с короткой длиной волн не обязательно означает увеличение CRI, но обеспечивает желаемый «белоснежный» эффект.

Фиг. 15а является схематическим изображением части диаграммы цветности CIE 1931, указывающей линию черного тела около 3000 К и цветовое пространство ANSI для цветовой температуры 3000 К.

Цветовая точка может также быть представлена в диаграмме цветности 1976 CIE. Фиг. 15b показывает линию черного тела около 3000 К в диаграмме цветности 1976 CIE, включая цветовое пространство ANSI в этой диаграмме для цветовой температуры 3000 К. Диаграмму 1976 CIE иногда считают более подходящей для представления сдвигов цветовых точек, воспринимаемых человеческим глазом.

В вариантах осуществления изобретения свет, сгенерированный модулем излучения света, может иметь цветовую точку в диаграмме цветности CIE 1931 или диаграмме цветности 1976 CIE, которая лежит на линии черного тела.

В вариантах осуществления изобретения свет, сгенерированный модулем излучения света, может иметь цветовую точку в диаграмме цветности CIE 1931 или диаграмме цветности 1976 CIE, которая лежит ниже или слегка ниже линии черного тела. Когда цветовая точка света, сгенерированного модулем излучения света, настроена немного ниже линии черного тела, это дополнительно улучшает белый внешний вид освещенного белого предмета.

В некоторых вариантах осуществления свет, сгенерированный модулем излучения света, может иметь цветовую точку в диаграмме цветности CIE 1931 или диаграмме цветности 1976 CIE, которая лежит внутри цветового пространства ANSI для соответствующей цветовой температуры модуля излучения света.

Модуль излучения света, в соответствии с вариантами осуществления изобретения, может быть выполнен с возможностью формирования белого выходящего света, имеющего пик излучения в диапазоне длин волн от 400 до 435 нм, например, от 405 до 420 нм, как, например, от 405 до 415 нм или от 410 до 420т нм. Второй диапазон длин волн может, таким образом, быть от 400 до 435 нм, например, от 405 до 420 нм, как, например, от 405 до 415 нм или от 410 до 420 нм.

Дополнительно, свет, излученный материалом преобразования длины волны, может быть от 500 до 780 нм, как правило, от 500 до 600 нм, например, от 500 до 560 нм.

В вариантах осуществления изобретения модуль излучения света содержит, по меньшей мере два разных материала преобразования длины волны. Например, один материал преобразования длины волны может быть способен излучать свет, имеющий пик излучения в диапазоне длин волн от 500 до 600 нм (представляя зелено-желтый), а другой материал преобразования длины волны может быть способен излучать свет, имеющий пик излучения в диапазоне длин волн от 600 до 780 нм (представляя оранжевый или красный).

В вариантах осуществления настоящего изобретения большая часть света, излученного вторым элементом излучения света (в соответствии с первым аспектом настоящего изобретения), не преобразуется материалом преобразования длины волны зеленого/желтого/красного свечения. Напротив, этот темно-синий свет может формировать часть общего выходного спектра и, таким образом, может вносить вклад в белоснежный эффект. В соответствии с вариантами осуществления второго аспекта изобретения большая часть света, излученного излучателем темно-синего свечения, не преобразуется материалом преобразования длины волны зеленого/желтого/красного свечения.

В вариантах осуществления изобретения материал преобразования длины волны имеет пиковую длину волны поглощения больше, чем 440 нм.

В вариантах осуществления изобретения материалом преобразования длины волны является гранат с примесью церия. Гранаты с примесью церия имеют высокие характеристики поглощения и излучения света, которые подходят для применения в настоящем изобретении.

В вариантах осуществления настоящего изобретения модуль излучения света не содержит дополнительный тип элемента излучения света, в дополнение к упомянутому первому и второму элементам излучения света.

В вариантах осуществления изобретения модуль излучения света содержит множество первых элементов излучения света, как определено выше, и один или несколько упомянутых вторых элементов излучения света, причем отношение числа первых упомянутых элементов излучения света к упомянутому второму элементу(ам) излучения света составляет от 10:1 до 2:1. Таким образом, отношение первых ко вторым элементам излучения света может обеспечивать подходящий спектральный состав выходящего света.

В вариантах осуществления настоящего изобретения модуль излучения света также, в соответствии с первым аспектом изобретения, выполнен с возможностью формирования отношения Аʹ интегрального спектрального распределения мощности света диапазона длин волн от 380 до 430 нм к интегральному спектральному распределению мощности общего выходящего света, сформированного модулем излучения света, определенного:

(Уравнение 1b),

причем 0,6≤Aʹ≤3.

Эти величины Аʹ показаны или, по меньшей мере, спрогнозированы для обеспечения желаемого эффекта белоснежного света.

В вариантах осуществления настоящего изобретения материал преобразования длины волны размещен удаленно от упомянутого первого элемента излучения света или упомянутого элемента излучения света на основании полупроводников, соответственно. Следовательно, материал преобразования длины волны может быть удаленным люминесцентным элементом. По выбору, материал преобразования длины волны может также быть размещен удаленно от упомянутого второго элемента излучения света.

В вариантах осуществления настоящего изобретения по меньшей мере часть материала преобразования длины волны может быть обеспечена на первом элементе излучения света или элементе излучения света на основании полупроводников, соответственно, и может, таким образом, формировать светоизлучающий диод белого свечения с люминофором. По выбору, другая часть упомянутого материала преобразования длины волны может быть размещена на втором элементе излучения света.

Альтернативно, в вариантах осуществления изобретения, второй элемент излучения света может не иметь материал преобразования длины волны.

Дополнительное преимущество модуля излучения света, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения, заключается в том, что оно может решить или облегчить проблемы, касающиеся неравномерного спектрального распределения излученного света под разными углами просмотра, также называемыми проблемы «цвет в зависимости от угла». В традиционных LED с люминофором выходящий свет содержит меньше синего света под большими углами излучения, так как синий свет, излученный под большими углами, преобразуется, в большей степени, вследствие его долгого пути через люминофор. Традиционные способы решения этой проблемы для LED белого свечения с люминофором могут заключаться в добавлении рассеивания к люминесцентному слою (что, однако, ведет к сокращению эффективности) или дихроичного фильтра поверх люминофора.

Однако, преимущественно, добавление второго (хотя с короткой длиной волн) LED синего свечения, в соответствии с изобретением, приводит к ламбертовскому излучению для большей части синего света, излученного модулем, так что излученный свет является более равномерным по отношению к цвету под разными углами просмотра.

В другом аспекте изобретение обеспечивает способ формирования белого света с использованием модуля излучения света, описанного выше, содержащий функционирование, по меньшей мере первого и второго элементов излучения света, или излучателя темно-синего свечения, соответственно, для формирования выходящего света, имеющего отношение Аʹ интегрального спектрального распределения мощности света диапазона длин волн от 380 до 430 нм к интегральному спектральному распределению мощности общего выходящего света, сформированному модулем излучения света, определенное:

(Уравнение 1b),

причем 0,6≤Aʹ≤3.

В вариантах осуществления изобретения модуль излучения света может быть выполнен с возможностью генерирования света со спектром белого света, имеющим желаемое качество воспроизведения белого цвета, относящимся к улучшенному белому внешнему виду белого предмета, освещенного упомянутым модулем излучения света. Такой модуль излучения света может содержать:

по меньшей мере один первичный элемент светоизлучающего диода, размещенный для излучения белого света, упомянутый первичный элемент светоизлучающего диода, и

по меньшей мере один вторичный элемент светоизлучающего диода, размещенный для излучения синего света с короткой длиной волн, имеющего пиковую длину волн от 400 до 440 нм.

Добавляя конкретное количество синего света с короткой длиной волн к спектру света, можно достигнуть превосходного качества воспроизведения белого цвета. Существует вероятность создания белоснежного света путем настройки цветовой точки гораздо ниже BBL. Это приведет к тому, что цветовая точка будет вне цветового пространства ANSI; однако, с помощью добавления синего света с короткой длиной волн, цветовая точка будет внутри пространства ANSI, с превосходной белой цветопередачей.

В некоторых вариантах осуществления модуль излучения света формирует свет, имеющий цветовую точку в диаграмме цветности CIE 1931, которая лежит внутри цветового пространства ANSI. Сформированный свет может иметь цветовую точку в диаграмме цветности CIE 1931, которая лежит ниже линии черного тела.

В вариантах осуществления изобретения первичный элемент светоизлучающего диода содержит по меньшей мере один люминофор, способный излучать свет в диапазоне длин волн от зеленого до красного. Таким образом, упомянутый первичный элемент светоизлучающего диода может содержать по меньшей мере один светоизлучающий диод белого свечения с люминофором. По меньшей мере один первичный элемент светоизлучающего диода может содержать по меньшей мере один светоизлучающий диод с люминофором желтого/зеленого/красного свечения. То есть светоизлучающий диод синего свечения может быть скомбинирован с люминофором желтого/зеленого/красного свечения для формирования белого света.

Спектр белого света, сгенерированный модулем излучения света, может иметь индекс (CRI) цветопередачи от 80 до 90.

В некоторых вариантах осуществления, упомянутый вторичный элемент светоизлучающего диода, как правило, не содержит люминофор. Альтернативно, в других вариантах осуществления упомянутый по меньшей мере один вторичный элемент светоизлучающего диода содержит люминофор. Например, вторичный элемент светоизлучающего диода, размещенный для излучения синего света с короткой длиной волн, может содержать люминофор желтого/зеленого/красного свечения. Следовательно, часть синего света светоизлучающего диода с короткой длиной волн может быть преобразована с использованием люминесцентного слоя.

Люминесцентный слой синего канала света с короткой и длинной длиной волны может отличаться по составу и толщине.

В некоторых вариантах осуществления по меньшей мере один светоизлучающий диод синего свечения с люминофором желтого/зеленого/красного свечения может иметь пиковую длину волн от 440 до 460 нм, и по меньшей мере один вторичный элемент светоизлучающего диода размещен для излучения синего света с короткой длиной волн, имеющего пиковую длину волн от 400 до 440 нм.

В вариантах осуществления изобретения модуль излучения света может дополнительно содержать по меньшей мере один светоизлучающий диод прямого красного света.

В некоторых вариантах осуществления по меньшей мере один первичный элемент светоизлучающего диода и по меньшей мере один вторичный элемент светоизлучающего диода могут быть размещены на плате светоизлучающего диода, содержащей люминофор желтого/зеленого/красного свечения.

В другом аспекте изобретение обеспечивает способ генерирования света со спектром белого света, имеющим желаемое качество воспроизведения белого цвета по отношению к улучшенному белому внешнему виду белого предмета, освещенного модулем излучения света, содержащий этапы:

размещения в упомянутом модуле излучения света по меньшей мере одного первичного элемента светоизлучающего диода для излучения белого света, и

размещения в упомянутом модуле излучения света по меньшей мере одного вторичного элемента светоизлучающего диода для излучения синего света с короткой длиной волн.

Модуль излучения света может быть модулем излучения света, как определено выше.

В другом аспекте изобретение обеспечивает использование (или способ использования) модуля излучения света, как описано в настоящем документе, для освещения предмета, содержащего флуоресцентное придающее белый цвет вещество.

Наконец, в дополнительном аспекте изобретение обеспечивает лампу, осветитель узкого направленного света или светильник, содержащий по меньшей мере один модуль излучения света, как описано в настоящем документе.

Необходимо отметить, что изобретение относится ко всем возможным комбинациям признаков, перечисленных в формуле изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Этот и другие аспекты настоящего изобретения будут описаны более подробно со ссылками на сопровождающие чертежи, показывающие вариант(ы) осуществления изобретения.

Фиг. 1 является схематическим видом сбоку компоновки излучения света, в соответствии с вариантами осуществления изобретения;

Фиг. 2 является схематическим видом сбоку компоновки излучения света, в соответствии с другим вариантом осуществления изобретения;

Фиг. 3а является схематическим видом сбоку компоновки излучения света, в соответствии с другим вариантом осуществления изобретения;

Фиг. 3b является схематическим видом сбоку компоновки излучения света, в соответствии с другим вариантом осуществления изобретения;

Фиг. 4 является схематическим видом сверху компоновки излучения света, в соответствии с другим вариантом осуществления изобретения;

Фиг. 5-8 являются схематическими иллюстрациями разных вариантов осуществления модуля излучения света, в соответствии с настоящим изобретением;

Фиг. 9 изображает разные протестированные белые спектры для длины волны накачки в 455 нм традиционной LED синего свечения;

Фиг. 10 изображает разные протестированные белые спектры для длины волны накачки в 445 нм традиционной LED синего свечения;

Фиг. 11 изображает отклонения цветовой точки для одной из комбинаций предыдущих двух фигур;

Фиг. 12 изображает один белый спектр с «превосходной» белой цветопередачей (пунктирная линия), по сравнению с белым спектром со средней белой цветопередачей (сплошная линия);

Фиг. 13 является графиком, изображающим спектр излучения, записанный для модуля излучения света в соответствии с вариантами изобретения, и отраженный/излученный спектр предмета, содержащего флуоресцентное придающее белый цвет вещество, освещенного модулем;

Фиг. 14 изображает разницу цветовой точки между светом, излученным модулем излучения света в соответствии с вариантами изобретения, и отраженным/излученным спектром предмета, содержащего флуоресцентное придающее белый цвет вещество, освещенного модулем излучения света;

Фиг. 15а показывает часть диаграммы цветности 1931 CIE, включающей в себя линию черного тела при цветовой температуре 3000 К;

Фиг. 15b показывает часть диаграммы цветности 1976 CIE, включающей в себя линию черного тела при цветовой температуре 3000 К;

Фиг. 16 и 17 представляют собой теоретические излученные цветовые точки в пространстве цветности 1976 CIE для модулей излучения света в соответствии с вариантами осуществления изобретения и соответствующие теоретические излученные/отраженные цветовые точки предметов, содержащих флуоресцентное придающее белый цвет вещество, освещенные такими модулями излучения света;

Фиг. 18 является графиком, показывающим ожидаемый сдвиг цветовой точки как функцию отношения Аʹ интенсивности;

Фиг. 19 является схематическим видом сбоку компоновки излучения света, в соответствии с дополнительным вариантом осуществления изобретения.

Как изображено на фигурах, размеры слоев и участков преувеличены для иллюстративных целей и, таким образом, обеспечены для иллюстрации общих структур вариантов осуществления настоящего изобретения. Одинаковые ссылочные номера относятся к одинаковым элементам на всех фигурах.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

Здесь и далее будет описано более полно настоящее изобретение со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых изображены предпочтительные на данный момент варианты осуществления изобретения. Это изобретение, однако, может быть осуществлено во многих разных формах и не должно быть ограничено вариантами осуществления, упомянутыми в настоящем документе; вместо этого, эти варианты осуществления обеспечены для точности и полноты и полностью передают объем изобретения специалистам в данной области техники.

Фиг. 1 изображает вариант осуществления настоящего изобретения в виде компоновки 100 излучения света, которая может формировать часть модуля излучения света, оборудованного управляющей электроникой и так далее, как понятно специалистам в данной области техники. Компоновка 100 излучения света содержит первый элемент 101 излучения света и второй элемент 102 излучения света, размещенные на опоре 103. Первый элемент 101 излучения света, здесь первый светодиодный (LED) кристалл, выполнен с возможностью излучения света в диапазоне длин волн синего света, более конкретно, от 440 до 460 нм. Материал 104 преобразования длины волны, также называемый люминофором, установлен на первом LED кристалле 101, например, в качестве слоя.

Материал 104 преобразования длины волны выполнен с возможностью преобразования части синего света, излученного первым LED 101, в свет с более длинной длиной волн, как правило, спектрального диапазона от зеленого до красного, так что получившаяся комбинация синего света (440-460 нм) и зеленого до красного света воспринимается как белый свет. Следовательно, он может быть люминофором желтого, зеленого или красного свечения. LED кристалл 101 в комбинации с материалом 104 преобразования длины волны можно называть LED кристаллом белого свечения с люминофором.

Дополнительно, второй элемент 102 излучения света, здесь второй LED кристалл, выполнен с возможностью излучения синего света с короткой длиной волн, как правило, в диапазоне длин волн от 400 до 440 нм. В этом варианте осуществления второй LED кристалл 102 не имеет материала преобразования длины волны, и его можно называть LED кристаллом прямого излучения.

Во время функционирования свет, излученный первым LED кристаллом, частично преобразуется материалом 104 преобразования длины волны для получения белого света, имеющего традиционное спектральное распределение. Однако, свет, излученный вторым LED кристаллом, не преобразуется никаким материалом преобразования длины волны и, таким образом, обеспечивает спектральное распределение общего выходящего света из компоновки излучения света в виде пика излучения в диапазоне длин волн от 400 до 440 нм. Следовательно, компоновка 100 излучения света получает белый выходящий свет, имеющий дополнительный пик излучения в диапазоне длин волн от 400 до 440 нм, который происходит от второго LED кристалла 102.

В некоторых вариантах осуществления второй LED кристалл 102 может быть выполнен с возможностью излучения света в диапазоне длин волн от 400 до 435 нм.

Опора 103 может быть или формировать часть любой подходящей физической и/или функциональной поддерживающей структуры, включающей в себя печатную монтажную плату (РСВ). Опора 103 может содержать средство для электрического соединения, требуемого для элементов 101, 102 излучения света. По выбору, части опоры 103 могут быть светоотражающими.

Также предполагается, что компоновка 100 излучения света может быть окружена по меньшей мере одной светоотражающей стенкой, по выбору формирующей камеру смешения света.

Материалы преобразования длины волны, используемые в настоящем изобретении, могут быть неорганическим люминофором, излучающим в диапазоне длин волн от зеленого до красного.

Примеры подходящих материалов преобразования длины волны включают в себя, но не ограничены, гранаты с примесью церия (Се), как, например, YAG (Y₃Al₅O₁₂) с примесью церия, также обозначаемый как YAG:Ce, или LuAG (Lu₃Al₅O₁₂) с примесью церия, также обозначаемый как LuAG:Ce. YAG:Ce излучает желтоватый свет, в то время как LuAG:Ce излучает желто-зеленоватый свет. Альтернативно, может быть использован материал YAG:Ce, в котором часть иттрия замещена галлием (Ga) (таким образом, излучая желто-зеленоватый свет).

Максимум поглощения YAG:Ce, как правило, около 455 нм. Максимум поглощения LuAG:Ce, как правило, около 445 нм. Используя YAG:Ce в настоящем изобретении, можно достигнуть CRI 80. Однако, используя LuAG:Ce, можно достигнуть более высокого CRI, до 90.

Примеры неорганических люминесцентных материалов, которые излучают красный свет, могут включать в себя, но не ограничены, ECAS (ECAS, то есть Ca_1-xAlSiN₃:Eu_x, где 0≤x≤1; предпочтительно 0≤x≤0,2) и BSSN (BSSNE, то есть Ba_2-xM_xSi_5-yAl_yN_8-yO_y:Eu_z, где М представляет собой Sr или Са, 0≤x≤1 и, предпочтительно, 0≤x≤0,2, 0≤у≤4, и 0,0005≤z≤0,05).

В вариантах осуществления изобретения могут быть использованы по меньшей мере два материала преобразования длины волны. Как правило, в таких вариантах осуществления один материал преобразования длины волны излучает свет в спектральном диапазоне от зеленого до желтого, а другой материал преобразования длины волны излучает свет в красном спектральном диапазоне.

Фиг. 2 изображает другой вариант осуществления изобретения. В этом варианте осуществления компоновка 200 излучения света содержит по меньшей мере первый элемент излучения света, здесь первый LED кристалл 201, и второй элемент излучения света, здесь второй LED кристалл 202. Первый LED кристалл 201 выполнен с возможностью излучения синего света в диапазоне длин волн от 440 до 460 нм. Второй LED кристалл 202 выполнен с возможностью излучения света в диапазоне длин волн от 400 до 460 нм.

В противоположность варианту осуществления, описанному выше со ссылкой на Фиг. 1, первый LED кристалл 201 не является LED кристаллом с люминофором, то есть не имеет материала преобразования длины волны, размещенного прямо на кристалле. Напротив, в варианте осуществления, изображенном на Фиг. 2, элемент 204 преобразования длины волны, содержащий материал преобразования длины волны, установлен удаленно как от первого LED кристалла 201, так и от второго LED кристалла 202, для приема света, излученного обоими LED кристаллами 201, 202. Элемент 204 преобразования длины волны можно называть как «удаленный люминофор» или как находящийся в «удаленной конфигурации». Элемент 204 преобразования длины волны можно также называть как удаленный люминесцентный слой. Элемент преобразования длины волны может быть самоподдерживающим и может быть обеспечен в виде пленки, листа, платы, диска или тому подобного. Хотя это не изображено на Фиг. 2, элемент преобразования длины волны может поддерживаться одной или несколькими боковыми стенками, окружающими источники 201, 202 света, так что элемент преобразования длины волны формирует крышку или окно.

Как правило, материал преобразования длины волны, содержащийся в элементе 204 преобразования длины волны, может быть выполнен с возможностью преобразования синего света в свет с более длинной длиной волн, как правило, в спектральном диапазоне от зеленого до красного, так что получившаяся комбинация синего света (440-460 нм) и от зеленого до красного воспринимается как белый свет. Таким образом, свет, излученный первым LED кристаллом 201, принимается элементом 204 преобразования длины волны и частично преобразуется, в то время как свет, излученный вторым LED кристаллом 202, который принимается элементом 204 преобразования длины волны, не существенно преобразуется, но, вместо этого, передается. Компоновка 200 излучения света, следовательно, получает белый выходящий свет, имеющий дополнительный пик излучения в диапазоне длин волн от 400 до 440 нм, который происходит от второго LED кристалла 202.

В некоторых вариантах осуществления элемент 204 преобразования длины волны может содержать материал преобразования длины волны, имеющий максимум поглощения около 450 нм, например, около 455 нм. Один пример такого материала - это YAG:Ce. В таких вариантах осуществления второй LED кристалл 202 может иметь пик излучения при или около 440 нм, и, вследствие более высокой длин волн поглощения, материал преобразования длины волны может избежать излишнего преобразования света, излученного вторым LED кристаллом 202, более конкретно, света, имеющего длину волн ниже 435 нм.

В других вариантах осуществления элемент 204 преобразования длины волны может содержать материал преобразования длины волны, имеющий максимум поглощения ниже 450 нм, например, при или около 445 нм. Один пример такого материала - это LuAG:Ce.

Другой вариант осуществления изобретения изображен на Фиг. 3а. Эта фигура показывает компоновку 300 излучения света, которая может формировать часть модуля излучения света, содержащего первый элемент 301 излучения света в виде первого LED кристалла и второй элемент 302 излучения света в виде второго LED кристалла, размещенные на опоре 303. В этом варианте осуществления оба первый LED кристалл 301 и второй LED кристалл 302 являются так называемыми LED кристаллами с люминофором. Первый LED кристалл 301 обеспечен первым материалом 304 преобразования длины волны, и второй LED кристалл 302 обеспечен вторым материалом 305 преобразования длины волны. Первый и второй материалы 304, 305 преобразования длины волны могут быть из одного и того же материала или из разных материалов.

Как правило, первый LED кристалл 301 выполнен с возможностью излучения света в диапазоне длин волн от 440 до 460 нм. Первый материал 304 преобразования длины волны преобразует часть этого света в свет с более длинными длинами волн, так что общее излучение первого элемента 301 излучения света с люминофором, включая материал 304 преобразования длины волны, воспринимается как белый свет. Дополнительно, второй LED кристалл 302, как правило, излучает свет в диапазоне длин волн от 400 до 440 нм, и материал 305 преобразования длины волны принимает и преобразует часть этого света в свет с более длинными длинами волн, так что общее излучение от элемента 302 излучения света, включая материал 305 преобразования длины волны, также воспринимается как белый. Однако достаточное количество света, излученного вторым LED кристаллом 302, не поглощается и не преобразуется материалом 305 преобразования длины волны, тем самым обеспечивая пик излучения в диапазоне длин волн от 400 до 440 нм в общем выходном спектре компоновки 300 излучения света.

Фиг. 3b изображает вариант осуществления, подобный Фиг. 3а, но на ней непрерывный слой 306 материала преобразования длины волны применен напрямую на обоих LED кристаллах 301, 302, а не установлен в удаленном положении. Слой 306 может содержать единственный материал преобразования длины волны или комбинацию материалов преобразования длины волны. Материал(ы) преобразования длины волны может быть равномерно распределен по слою 305. Слой 306 может быть сформирован с помощью обеспечения материала(ов) преобразования длины волны в жидком виде, например, растворенного в жидкости-носителе, и распределения жидкости для покрытия элементов 301, 302 излучения света. По выбору, слой 306 может быть отвержден.

Фигура 4 показывает вид сверху модуля 400 излучения света, содержащего множество светоизлучающих диодов, в данном случае 20 отдельных LED кристаллов, размещенных на плате или опоре 403. Модуль содержит множество первых LED кристаллов 401, выполненных с возможностью излучения света первого диапазона длины волн, определенного в настоящем документе, и по меньшей мере один второй LED кристалл 402, выполненный с возможностью излучения света второго диапазона длины волн, как определено в настоящем документе. Как правило, модуль 400 содержит множество вторых упомянутых LED кристаллов 402. Круглая боковая стенка 404 высоты, превышающей высоту LED кристаллов 401, 402, обеспечена на периферии платы 403, ограждая LED кристаллы 401, 402, и она может выступать в качестве поддержки для элемента преобразования длины волны, который может быть размещен в качестве крышки или окна, удаленно от LED кристаллов 401, 402. Ссылка сделана на Фиг. 2, которая показывает схематический вид сбоку подобной компоновки, однако без боковой стенки 404, изображая только два LED кристалла. Боковая стенка 404 может иметь отражающую внутреннюю поверхность, обращенную к LED кристаллам 401, 402, таким образом, формируя отражающую камеру смешения света.

По выбору, в отличие от удаленного элемента преобразования длины волны, покрывающего модуль 400, материал преобразования длины волны может быть обеспечен напрямую на или в близости отдельных LED кристаллов 401 и, по выбору, также отдельных LED кристаллов 402. Например, LED кристаллы 401 и, по выбору, также LED кристаллы 402, могут быть с люминофором, подобно как на Фиг. 1 или Фиг. 3а, соответственно. Альтернативно, непрерывный слой материала преобразования длины волны может быть применен на LED кристаллах 401, а также LED кристаллах 402, подобно варианту осуществления, описанному со ссылкой на Фиг. 3b.

В любом варианте осуществления изобретения, описанном в настоящем документе, компоновка излучения света может содержать множество упомянутых первых элементов излучения света и, по выбору, также упомянутых вторых элементов излучения света. Разные числа соответствующих первых и вторых элементов излучения света могут быть использованы для получения желаемого отношения интенсивности соответствующих излученных диапазонов длины волн, более конкретно, когда все элементы излучения света управляются одним и тем же током. Например, число первых элементов излучения света ко второму(ым) элементу(ам) излучения света может быть от 10:1 до 3:2, более конкретно, от 9:1 до 2:1, например, от 9:1 до 3:1.

В вариантах изобретения, например, как описано со ссылкой на Фиг. 1, 3 или 4, первый LED кристалл может быть LED кристаллом с люминофором, на основании LED кристалла синего свечения и люминофора желтого или зеленого или красного свечения.

По выбору, например, в вариантах осуществления, описанных со ссылкой на Фиг. 3 или 4, второй LED кристалл может быть LED кристаллом с люминофором, содержащим люминофор желтого или зеленого или красного свечения.

В общем, состав и/или количество, концентрация или толщина слоя материала(ов) преобразования длины волны, связанного с соответствующими первым и вторым LED кристаллами, может быть одинаковой или отличаться.

В вариантах осуществления изобретения светоизлучающий диод может дополнительно содержать LED кристалл красного свечения, как правило, LED кристалл прямого красного свечения (то есть, не содержащий люминофор).

По выбору, в вариантах осуществления изобретения модуль излучения света может включать в себя рассеивающую структуру, например, добавленную к слою материала преобразования длины волны. Такая рассеивающая структура может быть применена поверх слоя материала преобразования длины волны, как правило, снизу от него по направлению света от светоизлучающего диода. Альтернативно, рассеивающая структура может быть интегрирована с материалом преобразования длины волны, например, в виде рассеянных частиц или пор.

Дополнительные варианты осуществления изобретения изображены на Фиг. 5-7.

Фиг. 5 изображает вариант осуществления модуля 10 излучения света в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. Модуль 10 излучения света содержит LED плату 20, на которой размещены два светоизлучающих диода 110 синего свечения. Два светоизлучающих диода 110 синего свечения размещены для излучения синего света, имеющего пиковую длину волн между 440 и 460 нм. Два светоизлучающих диода 110 синего свечения содержат материал 85 преобразования длины волны, таким образом, формируя LED с люминофором, которые могут быть адаптированы для излучения белого света, в зависимости от выбора материала преобразования длины волны. Необходимо отметить, что может быть использовано любое желаемое число LED 110, включая один LED 110.

Модуль 10 излучения света дополнительно содержит светоизлучающий диод 120, размещенный для излучения синего света с короткой длиной волн, имеющего пиковую длину волн между 400 и 440 нм.

Дополнительно, модуль 10 излучения света содержит необязательный светоизлучающий диод 90 прямого красного свечения. Светоизлучающий диод 90 прямого красного свечения может излучать свет, имеющий длину волн более 600 нм. При этом получившийся белый спектр состоит из двух синих пиков, широкого желтого/зеленого излучения и острого красного вклада. По меньшей мере один светоизлучающий диод с люминофором желтого/зеленого/красного свечения может иметь пиковую длину волн между 440 и 460 нм, и по меньшей мере один вторичный светодиодный элемент может быть установлен для излучения синего света с короткой длиной волн, имеющего пиковую длину волн между 400 и 440 нм.

Фиг. 6 изображает другой вариант осуществления модуля 10 излучения света, в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения. В этом варианте осуществления светоизлучающий диод 120, размещенный для излучения синего света с короткой длиной волн, не содержит люминофора. Подобно варианту осуществления на Фиг. 5, модуль 10 содержит необязательный светоизлучающий диод 90 прямого красного свечения. Светоизлучающий диод 90 прямого красного свечения может излучать свет, имеющий длину волн более 600 нм. Необходимо отметить, что может быть использовано любое желаемое число соответствующих LED, включая один LED 110.

В другом варианте осуществления, изображенном на Фиг. 7, модуль 10 излучения света содержит два светоизлучающих диода 110, которые размещены для излучения синего света, имеющего пиковую длину волн между 440 и 460 нм. Модуль излучения света также содержит светоизлучающий диод 120, размещенный для излучения синего света с короткой длиной волн, имеющего пиковую длину волн между 400 и 440 нм, и светоизлучающий диод 90 прямого красного свечения. В этом варианте осуществления материалы 35, 85 преобразования длины волны содержатся в элементе преобразования длины волны, обеспеченном в качестве удаленного люминесцентного элемента. В варианте этого осуществления, удаленный люминесцентный элемент содержит только материал 35 преобразования длины волны и не имеет материал 85 преобразования длины волны.

Фиг. 8 изображает другой вариант осуществления модуля 10 излучения света, содержащего LED плату 21, где ряд светоизлучающих диодов 110 размещены близко к ряду светоизлучающих диодов 120. LED плата 100 модуля 10 излучения света содержит люминофор 35, 85 желтого/зеленого/красного свечения, напрямую нанесенный на нее. Этот вариант осуществления может быть подобен варианту осуществления, описанному со ссылкой на Фиг. 3b.

В вышеупомянутых вариантах осуществления опора 103, 203, 303 или LED плата 20 может быть или формировать часть структуры кристалл на плате. Люминофор желтого/зеленого/красного свечения может быть установлен на плате светоизлучающего диода или в удаленной конфигурации.

Светоизлучающие диоды синего свечения могут быть расположены в камере смешения, а люминофор может быть в выходном окне.

Способ генерирования света с белым спектром света, имеющим желаемое качество воспроизведения белого света по отношению к улучшенному белому внешнему виду белого предмета, освещенного модулем излучения света, может содержать этапы размещения в упомянутом модуле излучения света по меньшей мере одного первичного элемента светоизлучающего диода для излучения белого света; размещения в упомянутом модуле излучения света по меньшей мере одного вторичного элемента светоизлучающего диода для излучения синего света с короткой длиной волн. Способ формирует свет с белым спектром света, имеющим желаемое качество воспроизведения белого света по отношению к улучшенному белому внешнему виду белого предмета, освещенного модулем излучения света. Способ содержит этап, на котором по меньшей мере один первичный элемент светоизлучающего диода размещается в модуле излучения света. На следующем этапе по меньшей мере один вторичный элемент светоизлучающего диода размещается в модуле излучения света.

Модуль излучения света, в соответствии с вариантами осуществления изобретения может преимущественно быть использован для освещения предметов и частиц, содержащих флуоресцентное придающее белый цвет вещество (FWA).

Название «флуоресцентные придающие белый цвет вещества», в общем обозначает химические вещества, которые, при возбуждении их ультрафиолетовым светом, формируют синюю флуоресценцию, обычно с пиком при 445 нм. Флуоресцентные придающие белый цвет вещества добавляются во многие продукты, например, в бумагу, ткани и пластик, чтобы улучшить белый внешний вид. Однако изобретатели настоящего изобретения обнаружили, что флуоресцентные придающие белый цвет вещества также подвержены возбуждению синим светом с короткой длиной волн, что ведет к излучению обычного синего света, таким образом улучшая белый вид освещенного материала. Более конкретно, свет, имеющий длину волн 440 нм или ниже, особенно, 420 нм или ниже, может возбуждать флуоресцентные придающие белый цвет вещества. В вариантах осуществления изобретения второй светоизлучающий диод, имеющий пик излучения в диапазоне длин волн от 400 до 440 нм, может формировать достаточную интенсивность света, менее или равного 420 нм, для эффективного возбуждения флуоресцентного придающего белый цвет вещества.

Желаемый «белоснежный» эффект может быть представлен разницей (сдвиг vʹ, Δvʹ, как видно из диаграммы 1976 CIE) в цветовой точке света, излученного/отраженного предметом, содержащим FWA, по сравнению со светом, излученным источником света, используемым для освещения упомянутого предмета. Когда цветовая точка излученного/отраженного света (Р2) сдвигается дополнительно ниже линии черного тела, по сравнению с цветовой точкой (Р1) света, излученного источником освещения, это может обеспечить белоснежный эффект (Фиг. 14). Это феномен объясняется более подробно со ссылкой на Пример 2 ниже. Чтобы обеспечить желаемое улучшение в качестве воспроизведения белого света и «белоснежный» эффект, может быть достаточно Δvʹ по меньшей мере -0,002 (-Δvʹ≥0,002), более конкретно, когда цветовая точка источника света уже ниже BBL. Однако, в зависимости от цветовой точки источника света, может быть желателен более большой сдвиг vʹ, например, Δvʹ по меньшей мере -0,005.

Изобретатели обнаружили, что «белоснежный» эффект (например, Δvʹ в -0,005), полученный при освещении предмета, содержащего флуоресцентное придающее белый цвет вещество, с использованием модуля излучения света, в соответствии с вариантами осуществления изобретения зависит от отношения интенсивности «темно-синего» света (например, 380-430 нм) к общему спектру, излученному модулем.

Отношение А интегрального спектрального распределения мощности Е(λ) в «темно-синем» диапазоне длин волн (здесь, 380-430 нм; граница на 430 - во избежание вклада от излучателя «стандартного синего» свечения) к интегральному спектральному распределению мощности общего выходного спектра, излученного модулем, может быть выражено посредством:

(Уравнение 1а)

Дополнительно изобретатели обнаружили, что интенсивность, требуемая для достижения желаемого «белоснежного» эффекта (например, Δvʹ в -0,006), при освещении предмета, содержащего флуоресцентное придающее белый цвет вещество, зависит от пиковой длины волн, излученной модулем излучения света, в соответствии с вариантами осуществления изобретения. Более конкретно, было обнаружено, что при темно-синих пиковых длинах волн в нижней части темно-синего диапазона длин волн (например, 405 нм), интенсивность, требуемая для достижения «белоснежного» эффекта (конкретный сдвиг vʹ) была ниже, чем при темно-синих пиковых длинах волн излучения в верхней части темно-синего диапазона длин волн (например, 420 нм). Таким образом, Aʹ можно определить следующим образом, принимая во внимание эту зависимость от длины волн:

(Уравнение 1b)

В вариантах осуществления изобретения Aʹ равно или больше чем 0,6, как правило по меньшей мере 0,8, например, 0,8≤Aʹ≤3. В вариантах осуществления изобретения 1≤Aʹ≤2. График, изображающий вычисленный vʹ как функцию Aʹ, представлен на Фиг. 18 и описан более подробно далее (смотрите Пример 2).

Дополнительно, отношение В интегрального спектрального распределения мощности E(λ) в «нормальном синем» диапазоне длин волн к интегральному спектральному распределению мощности общего спектра, излученного модулем, можно выразить так:

(Уравнение 2)

Хотя первый элемент излучения света, используемый в настоящем изобретении (излучающий «нормальный синий» свет), имеет пиковую длину волн в диапазоне от 440 до 460 нм, часть света будет излучена также ниже пиковой длины волн, и для лучшего учета общей интенсивности света, сформированного первым элементом излучения света, интегральное спектральное распределение мощности вычисляется от 435 нм до 465 нм. В вариантах осуществления изобретения 0<B<0,15, то есть обычный синий свет формирует менее 10% общего спектра.

Используя модуль излучения света, в соответствии с вариантами осуществления изобретения с 0,8≤Аʹ≤3 и 0<В<0,15, можно достичь белоснежного эффекта и индекса цветопередачи по меньшей мере 80.

В вариантах осуществления изобретения разные числа соответствующих первых и вторых элементов излучения света могут быть использованы для получения желаемого отношения интенсивности, более конкретно, когда все элементы излучения света управляются одним и тем же током. Например, число первых элементов излучения света ко вторым элементам излучения света может быть от 2:1 до 4:1, более конкретно, от 2:1 до 3:1, например, около 3:2. Для модуля излучения света, содержащего всего 100 элементов излучения света, число первых элементов излучения света может быть от 60 до 80, например, 72, а число вторых элементов излучения света может быть от 40 до 20, например, 28. Такой модуль излучения света может обеспечивать Δvʹ по меньшей мере -0,006, CRI по меньшей мере 80 и световой поток по меньшей мере 2000 лм.

ПРИМЕРЫ

ПРИМЕР 1

LED излучения синего света 455 нм был использован в комбинации с разными выбранными люминофорами, чтобы сделать белый свет. Используемые люминофоры зеленого свечения были LuAG люмирамик, U821 (порошок LuAG) и U822 (порошок YAG). Люминофоры зеленого свечения были скомбинированы с eCAS101, eCAS102 либо с LED кристаллом прямого красного свечения. На Фиг. 9, разные протестированные белые спектры показаны для этих разных комбинаций, где эти варианты показаны разными линиями на графике.

Подобным образом, LED излучения синего света 445 нм был использован в комбинации с разными выбранными люминофорами желтого/зеленого/красного свечения. Подобным образом, Фиг. 10 изображает разные белые спектры для этих соответствующих комбинаций. Разные выборы люминофора представлены разными линиями на Фиг. 9 и Фиг. 10.

Для одной из этих комбинаций в предыдущих двух фигурах, свет был сформирован с помощью небольшого смещения цветовой точки. Отклонение цветовой точки (ср) может быть вдоль BBL или перпендикулярно BBL. Фиг. 11 изображает эти отклонения в спектре для одной из комбинаций.

Как уже упомянуто выше, ни один из протестированных спектров не дает белой цветопередачи с характеристиками, близкими к характеристикам традиционного источника света высокого стандарта.

Однако во время этого исследования изобретатели обнаружили, что добавление синего света с короткой длиной волн к спектру ведет к желаемому превосходному качеству воспроизведения белого света (белоснежному). Фиг. 12 изображает белый спектр с «превосходной» белой цветопередачей (пунктирная линия), по сравнению с белым спектром со средней белой цветопередачей (сплошная линия).

ПРИМЕР 2

Источник света, содержащий 20 обычных LED кристаллов синего свечения и 5 LED кристаллов темно-синего свечения, люминофор LuAG:Ce (U821) и люминофор (MCC BR101d) красного свечения, был использован для освещения белой ткани, содержащей флуоресцентное придающее белый цвет вещество. Цветовая точка источника света была внутри ANSI 3000 K бин.

Спектр излучения источника света был измерен, а также свет, отраженный тканью. Эти спектры изображены на Фиг. 13. Как можно увидеть, спектр (сплошная линия) источника света имеет более высокий пик интенсивности излучения при 410 нм, в то время как интенсивность света, отраженного или излученного тканью (пунктирная линия) ниже 410 нм, но, напротив, слегка выше в диапазоне длин волн примерно 420-480 нм.

Также соответствующие цветовые точки света от источника света и ткани были записаны и изображены на Фиг. 14. Как можно увидеть на этой диаграмме, цветовая точка Р1 света, излученного источником света, лежит ниже линии черного тела. Однако цветовая точка Р2 света, излученного/отраженного тканью, сдвинута дополнительно ниже BBL и, следовательно, воспринимается как более белая. На этой фигуре, сдвиг в направлении vʹ (Δvʹ) около -0,004.

Теоретические цветовые точки света от источника света и ткани были вычислены и изображены на Фиг. 16. Как можно увидеть на этой диаграмме, цветовая точка Р1 света, излученного источником света, лежит на линии черного тела, и внутри ANSI бин 3000 К. Однако цветовая точа Р2 света, отраженного тканью, сдвинута дополнительно ниже BBL и лежит на границе или вне ANSI бин 3000 К и, следовательно, воспринимается как более белая.

Фиг. 17 изображает примерную теоретическую цветовую точку (Р1) и приемлемое пространство цветовой точки (пунктирный круг) для модуля излучения света, и получившуюся теоретическую цветовую точку (Р2) и желаемое пространство цветовой точки (сплошной круг) для предмета, содержащего FWA, освещенного модулем излучения света. Любая цветовая точка внутри пунктирного круга может восприниматься как «белоснежная».

Чтобы обеспечить желаемое улучшение в качестве воспроизведения белого цвета и «белоснежный» эффект, источник света должен, предпочтительно, формируеть Δvʹ по меньшей мере -0,002 (-Δvʹ≥0,002). С этой целью, могут быть предпочтительны источники света, имеющие темно-синюю пиковую длину волн 420 нм или ниже.

Относительно высокие отношения интенсивности синего света с короткой длиной волн могут давать удовлетворительный результат по отношению к «белоснежному» эффекту. Однако по причинам эффективности и/или для поддержания достаточно высокого CRI, предпочтительно использовать относительно низкое отношение синего света с короткой длиной волн к общему выходящему свету.

Как упомянуто выше, изобретатели изучили взаимоотношения между темно-синей пиковой длиной волн и отношением интенсивности. Они обнаружили, что при темно-синих пиковых длинах волн излучения в нижней части диапазона темно-синих длин волн (например, 405 нм) интенсивность, требуемая для достижения «белоснежного» эффекта (конкретный сдвиг vʹ), была ниже, чем для темно-синих пиковых длинах волн излучения в верхней части диапазона темно-синих длин волн (например, 420 нм), и определили отношение Aʹ (Уравнение 1b). Фиг. 18 является графиком, показывающим ожидаемый Δvʹ как функцию Aʹ, на основании более ранних экспериментов (освещение белой ткани или бумаги, используя источник света, в соответствии с вариантами осуществления изобретения). Как можно увидеть на этом графике, отношение Aʹ, равное 0,6, может привести к Δvʹ -0,002. Однако может быть желательно иметь Aʹ≥0,8, чтобы достигнуть Δvʹ по меньшей мере около -0,003, и, предпочтительно, Aʹ может быть выше, чем 0,8, например по меньшей мере 1 (что приведет к -Δvʹ 0,004-0,005).

Компоновка излучения света, описанная в настоящем документе, может формировать часть модуля излучения света для использования в разных применениях освещения. Например, такой модуль излучения света может быть использован в источнике белого света, например, осветителе узкого направленного света или светильнике, для освещения предметов, например, в условиях розничной торговли или выставки. Более конкретно, модуль излучения света в соответствии с вариантами изобретения, как правило, содержащийся в осветителе узкого направленного света, может преимущественно быть использован для акцентированного освещения в условиях розничной торговли.

Специалистам в данной области техники будет понятно, что настоящее изобретение никоим образом не ограничено предпочтительными вариантами осуществления, описанными выше. Напротив, многие модификации и варианты возможны внутри объема приложенной формулы изобретения. Например, один или оба первый и второй элементы излучения света, описанные в настоящем документе, могут быть замещены подходящей комбинацией элементов излучения света и материалом преобразования длины волны, например, UV LED кристаллом и люминофором синего свечения. Дополнительно, Фиг. 19 изображает альтернативный варианты осуществления компоновки 190 излучения света, которая использует только один тип элемента излучения света, а именно, LED кристалл 192 темно-синего свечения, размещенный на подложке 103. Материал 193 преобразования длины волны синего свечения обеспечен для преобразования части темно-синего света, излученного кристаллом 192, в обычный синий свет. Материал 194 преобразования длины волны, способный преобразовывать обычный синий свет в свет диапазона длин волн от зеленого до красного, обеспечен удаленно от LED кристалла 192 и материала 193 преобразования длины волны синего свечения, хотя предполагается, что материал 194 преобразования длины волны также может быть расположен поблизости или напрямую на материале 193 преобразования длины волны синего свечения. Подобным образом, материал 193 преобразования длины волны синего свечения также может быть расположен дополнительно дальше от LED кристалла 192, однако материал 194 преобразования длины волны может преимущественно быть обеспечен снизу от материала 193 преобразования длины волны синего свечения по пути света.

Дополнительно, варианты раскрытых вариантов осуществления могут быть поняты и выполнены специалистами в данной области техники, применяющими заявленное изобретение, при изучении чертежей, вариантов осуществления изобретения и приложенной формулы изобретения. В формуле изобретения слово «содержащий» не исключает другие элементы или этапы, а термины в единственном числе не исключают множественного числа. Сам факт того, что конкретные меры перечислены во взаимно разных зависимых пунктах формулы изобретения, не означает, что комбинация этих мер не может быть эффективно использована.

Изобретение относится к области осветительной техники и касается модуля излучения света, выполненного с возможностью формирования белого выходящего света с пиком излучения в диапазоне длин волн от 400 до 440 нм. Модуль включает в себя первый элемент, излучающий свет с пиком излучения в диапазоне длин волн от 440 до 460 нм и второй элемент, излучающий свет с пиком излучения в диапазоне от 400 до 440 нм. Кроме того, модуль включает в себя материал преобразования длины волны, принимающий свет от первого излучающего элемента, и способный излучать свет, имеющий пик излучения в диапазоне длин волн от зеленого до красного. Модуль излучает свет, в котором отношение А’ интегрального спектрального распределения мощности света диапазона длин волн от 380 до 430 нм к интегральному спектральному распределению мощности общего выходящего света, определяемое уравнением

находится в диапазоне 0,6≤A’≤3. Технический результат заключается в обеспечении возможности формирования излучения с улучшенной цветопередачей белого цвета. 5 н. и 9 з.п. ф-лы, 21 ил.

1. Модуль (100, 200, 300, 310, 400, 10) излучения света, выполненный с возможностью формирования белого выходящего света, имеющего пик излучения в диапазоне длин волн от 400 до 440 нм, содержащий:

по меньшей мере один первый элемент (101, 201, 301, 401, 110) излучения света, выполненный с возможностью излучения света, имеющего пик излучения в первом диапазоне длин волн от 440 до 460 нм;

по меньшей мере один материал (104, 204, 304, 306, 35, 85) преобразования длины волны, размещенный для приема света, излученного упомянутым первым элементом излучения света, и способный излучать свет, имеющий пик излучения в диапазоне длин волн от зеленого до красного; и

по меньшей мере один второй элемент (102, 202, 302, 402, 120) излучения света, выполненный с возможностью излучения света, имеющего пик излучения во втором диапазоне длин волн от 400 до 440 нм, и

причем упомянутый модуль (100, 200, 300, 310, 400, 10) излучения света при использовании формирует отношение (А’) интегрального спектрального распределения мощности света диапазона длин волн от 380 до 430 нм к интегральному спектральному распределению мощности общего выходящего света, сформированного модулем излучения света, определенное Уравнением 1b:

(Уравнение 1b),

причем 0,6≤A’≤3.

2. Модуль (100, 200, 300, 310, 400, 10, 190) излучения света, выполненный с возможностью формирования белого выходящего света, имеющего пик излучения в диапазоне длин волн от 400 до 440 нм, содержащий:

по меньшей мере один излучатель (101, 201, 301, 401, 110, 193) синего свечения для обеспечения света, имеющего пиковую длину волн излучения в первом диапазоне длин волн от 440 до 460 нм;

по меньшей мере один излучатель (102, 202, 302, 402, 120, 192) темно-синего свечения для обеспечения света, имеющего пик излучения во втором диапазоне длин волн от 400 до 440 нм; и

по меньшей мере один материал (104, 204, 304, 306, 35, 85, 194) преобразования длины волны, размещенный для приема света, сформированного упомянутым по меньшей мере одним излучателем синего свечения, и способный преобразовывать свет от 440 до 460 нм в свет, имеющий пик излучения в диапазоне длин волн от зеленого до красного,

причем упомянутый модуль излучения света при использовании формирует отношение (A’) интегрального спектрального распределения мощности света диапазона длин волн от 380 до 430 нм к интегральному спектральному распределению мощности общего выходящего света, сформированного модулем излучения света, определенное

(Уравнение 1b),

причем 0,6≤A’≤3.

3. Модуль (100, 200, 300, 310, 400, 10, 190) излучения света по п. 1 или 2, в котором второй диапазон длин волн составляет от 405 до 425 нм.

4. Модуль (100, 200, 300, 310, 400, 10, 190) излучения света по п. 1 или 2, содержащий по меньшей мере два разных материала преобразования длины волны.

5. Модуль (100, 200, 300, 310, 400, 10, 190) излучения света по п. 1 или 2, в котором большая часть света, излученного вторым элементом излучения света или излучателем темно-синего свечения, соответственно, не преобразуется материалом (104, 204, 304, 305, 306, 35, 85, 194) преобразования длины волны.

6. Модуль (190) излучения света по п. 2, в котором излучатель темно-синего свечения является элементом (192) излучения темно-синего света, а излучатель синего свечения является материалом (193) преобразования длины волны синего свечения.

7. Модуль (100, 200, 300, 310, 400, 10, 190) излучения света по п. 1 или 2, в котором материал преобразования длины волны имеет пиковую длину волны поглощения выше, чем 440 нм.

8. Модуль (100, 200, 300, 310, 400, 10, 190) излучения света по п. 1 или 2, в котором материал преобразования длины волны является гранатом с примесью церия.

9. Модуль (100, 200, 300, 310, 400, 10) излучения света по п. 1, содержащий множество упомянутых первых элементов излучения света и, по выбору, множество упомянутых вторых элементов излучения света, и при этом отношение числа упомянутых первых элементов излучения света к упомянутому второму элементу(ам) излучения света составляет от 10:1 до 2:1.

10. Модуль (200, 400, 10, 190) излучения света по п. 1 или 2, в котором упомянутый материал (204, 35, 85, 194) преобразования длины волны является удаленным люминесцентным элементом.

11. Модуль (100, 300, 310, 400, 10) излучения света по п. 1, в котором по меньшей мере часть упомянутого материала (104, 304, 306, 35, 85) преобразования длины волны обеспечена на упомянутом первом элементе излучения света и формирует светоизлучающий диод белого свечения с люминофором.

12. Способ формирования белого света с использованием модуля излучения света по п. 1 или 2, содержащий функционирование по меньшей мере упомянутых первых и вторых элементов излучения света или упомянутого излучателя темно-синего свечения, соответственно, для формирования выходящего света, имеющего отношение (A’) интегрального спектрального распределения мощности света диапазона длин волн от 380 до 430 нм к интегральному спектральному распределению мощности общего выходящего света, сформированного модулем излучения света, определенное Уравнением 1b:

(Уравнение 1b),

причем 0,6≤A’≤3.

13. Использование модуля излучения света по п. 1 или 2 для освещения предмета, содержащего флуоресцентное придающее белый цвет вещество.

14. Лампа, осветитель узкого направленного света или светильник, содержащий по меньшей мере один модуль излучения света по п. 1 или 2.