СВЕТОПРЕОБРАЗУЮЩИЙ БЛОК, ЛАМПА И СВЕТИЛЬНИК Российский патент 2017 года по МПК H01L33/50 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Изобретение относится к светопреобразующим блокам для преобразования света, испускаемого источником света, в свет другого цвета.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОМУ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

В некоторых приложениях светодиод (LED), испускающий синий свет, сочетается с люминесцентным материалом, преобразующим часть синего цвета в свет другого цвета, например, в желтый, оранжевый или красный свет. Часто не весь синий свет преобразуется в другой цвет, поскольку светодиодный блок и люминесцентный материал должны испускать белый свет. Количество и характеристики люминесцентного материала выбирают так, чтобы требуемое количество синего света преобразовывалось в определенной степени так, чтобы сочетание испускаемого остающегося синего света и некоторого количества света другого света приводило к появлению белого света, что означает, свет со световой точкой, близкой к линии абсолютно черного тела в цветовом пространстве.

Опубликованная патентная заявка США US 2012/0001204 описывает установку для регулировки цвета, где применяется сочетание светоизлучателей со слоями люминесцентных материалов для получения испускаемого света определенного цвета.

Однако во время производства освещающих блоков, где применяется сочетание синего источника света и слоя люминесцентного материала, частично преобразующего синий свет в свет другого цвета, возникает проблема. Относительно сложно изготовить светоизлучатели, например светодиоды, которые испускают свет с в точности одинаковым синим спектром испускания. Неприемлемо сочетать светоизлучатели, которые немного отличаются друг от друга, с только одним типом слоя с заданным количеством люминесцентного материала, поскольку это приведет к получению осветительных блоков, испускающих свет несколько разного цвета. Испускание света с несколько разными цветами хорошо регистрируется невооруженным глазом, что может привести, например, к получению светильников с различными источниками света, которые испускают излучение с несколькими разными цветами. Известное решение заключается в следующем: после изготовления светоизлучателей синего цвета каждый синий светоизлучатель охарактеризовывают, группируют и комбинируют со слоем люминесцентного материала заданной толщины в зависимости от характеристик конкретного синего светоизлучателя для получения светового излучения с желательной цветовой точкой. Охарактеризовывание и группировка изготовляемых светоизлучателей стоят относительно дорого, и необходимо держать на складе относительно большое количество различных Слоев люминесцентного материала, что также относительно дорого.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Цель изобретения заключается в получении цветопреобразующего блока, позволяющего использовать источники синего света с несколько разными эмиссионными спектрами синего света.

Первый аспект изобретения относится к светопреобразующему блоку. Второй аспект изобретения относится к лампе. Третий аспект изобретения относится к светильнику. Предпочтительные варианты осуществления описаны в прилагаемой формуле изобретения.

Светопреобразующий блок в соответствии с первым аспектом изобретения включает первый слой и второй слой. Первый слой содержит первый люминесцентный материал. Первый люминесцентный материал включает частицы, проявляющие пространственное квантование и имеющие, по меньшей мере в одном измерении, размер в нанометровом диапазоне. Первый слой расположен для приема света от источника света, испускающего свет первого спектрального распределения в фиолетовом или синем спектральном диапазоне. Первое спектральное распределение имеет первый пик с первой длиной волны. Первый слой выполнен с возможностью преобразования по существу всего принятого света в свет второго спектрального распределения в синем спектральном диапазоне, вне зависимости от положения первого спектрального распределения в фиолетовом или синем спектральном диапазоне. Второе спектральное распределение имеет длину волны второго пика, являющуюся более длинной длиной волны, чем длина волны первого пика. Второй слой содержит второй люминесцентный материал. Второй слой расположен с возможностью приема света со вторым спектральным распределением, и выполнен с возможностью по меньшей мере частично преобразовывать принятый свет в свет третьего спектрального распределения, являющийся отличным от первого спектрального распределения и второго спектрального распределения.

Первый слой, содержащий первый люминесцентный материал, преобразует по существу весь свет первого спектрального распределения в свет со вторым спектральным распределением. Это происходит независимо от точного положения первого спектрального распределения в синем или фиолетовом спектральном диапазоне. Из указанного следует, что спектр поглощения первого люминесцентного материала относительно широкий и перекрывается с возможным расположением первого спектрального распределения в фиолетовом и синем спектральных диапазонах. Кроме того, отсюда следует, что количество первых люминесцентных материалов в первом слое относительно большое: по меньшей мере, оно достаточно велико, чтобы поглощать весь падающий свет с первым спектральным распределением для обеспечения, например, полного преобразования. Первый люминесцентный материал проявляет пространственное квантование, что означает, что частицы обладают оптическими свойствами, которые зависят от размера частиц. Примеры таких материалов - это квантовые точки, квантовые стержни и квантовые тетраподы. Первый люминесцентный материал - это люминесцентный материал, обладающий хорошо определенным спектром светоизлучения; при этом положение второго спектрального распределения в синем спектральном диапазоне хорошо определено, так же как и длина волны второго пика. Таким образом, первый слой, содержащий первый люминесцентный материал, преобразует свет с не вполне известным спектральным распределением, расположенным в фиолетовом или синем спектральном диапазоне в синий свет, для которого хорошо известно спектральное распределение длин волн и длина волны, отвечающая пику.

Затем по меньшей мере часть света со вторым спектральным распределением преобразуется в свет с третьим спектральным распределением. Непреобразованная часть света со вторым спектральным распределением испускается в окружающую среду вместе с генерируемым светом с третьим спектральным распределением. Поскольку положение второго распределения цвета хорошо известно, и поглощаемая часть хорошо известна, а также известно количество генерируемого света третьего спектрального распределения, общее светоиспускание светопреобразующего блока хорошо определено и известно. Не требуется характеристики или группировки источников света, испускающих свет с первым спектральным распределением, и не требуется держать в запасе различные вторые слои. В частности, первый слой с первым люминесцентным материалом дает вклад в этот эффект, поскольку после преобразования света первым слоем на положение второго спектрального распределения не влияют погрешности, которые могут привести к видимым различиям в цвете.

Еще одно преимущество светопреобразующего блока заключается в том, что первый слой с первым люминесцентным материалом преобразует фиолетовый или синий свет в синий свет с большими длинами волн (со вторым спектральным распределением). Человеческий глаз менее чувствителен к свету с длинами волн в фиолетовом или более коротковолновом синем спектральном диапазоне. Если длина волны света возрастает до длины волны в более длинноволновом синем спектральном диапазоне, человеческий глаз воспринимает излучение как свет с большей интенсивностью. Таким образом, человеческий глаз воспринимает преобразованный свет как свет с интенсивностью в большее количество люменов. Часть этого света с большим числом люменов не преобразуется вторым слоем, и, таким образом, весь испускаемый светопреобразующим блоком свет воспринимается как свет большей интенсивности, тогда как интенсивность падающего света с первым спектральным распределением, выраженная в (оптических) ваттах, не возрастает.

Опционально первый слой изготовлен так, чтобы полностью преобразовывать падающий свет от источника света с первым спектральным распределением в фиолетовом или синем спектральном диапазоне в свет со вторым спектральным распределением в синем спектральном диапазоне. Следует отметить, что полное преобразование света означает, что в свете, испускаемом светопреобразующим блоком, не остается света с первым спектральным распределением. Таким образом, весь свет, падающий на первый слой, преобразуется в свет другого цвета. Однако во время преобразования некоторые потери могут привести к несколько меньшему количеству испускаемого света со вторым спектральным распределением, но в контексте полного светопреобразования наиболее важная характеристика заключается в том, что не остается света с первым спектральным распределением. Частичное преобразование света со вторым спектральным распределением в свет с третьим спектральным распределением означает, что преобразуется не весь свет, и часть света со вторым спектральным распределением испускается светопреобразующим блоком.

Частицы первого люминесцентного материала имеют по меньшей мере один размер, находящийся в нанометровом диапазоне. Это означает, например, что если частицы в основном сферические, их диаметр находится в нанометровом диапазоне. Или же это означает, например, если они имеют форму проволок, что размер сечения проволоки в данном измерении находится в нанометровом диапазоне. Размер в нанометровом диапазоне означает, что их размер по меньшей мере не превышает 1 мкм, т.е. меньше 1000 нм и больше или равен 0,5 нм. В одном из вариантов осуществления размер в одной размерности меньше 50 нм. В еще одном варианте осуществления размер в одной размерности находится в диапазоне от 2 до 30 нм.

Опционально светопреобразующий блок содержит источник света, испускающий свет с первым спектральным распределением в фиолетовом или синем спектральном диапазоне.

Опционально спектр поглощения первого люминесцентного материала полностью перекрывается с первым спектральным распределением. Если спектр поглощения полностью перекрывается с первым спектральным распределением, потенциально весь свет с первым спектральным распределением преобразуется в свет со вторым спектральным распределением.

В некоторых случаях первый слой содержит количество квантовых точек, достаточно большое для полного поглощения падающего света. Если поглощается весь падающий свет с первым спектральным распределением, весь свет будет преобразован первым люминесцентным материалом, и в спектре испускания светопреобразующего блока не остается света с первым спектральным распределением. Эффективность преобразования первым люминесцентным материалом может привести к некоторым потерям, так что общая энергия падающего света с первым спектральным распределением немного выше, чем общая энергия сгенерированного света со вторым спектральным распределением.

Опционально длина волны второго пика находится в диапазоне от 4 60 нм до 480 нм. Если длина волны пика во втором спектральном распределении находится в этом диапазоне, данная длина волны пика относительно большая в синем спектральном диапазоне, что означает, что невооруженный глаз воспринимает свет во втором спектральном диапазоне как более интенсивный, чем свет в первом спектральном диапазоне, где длина волны пика меньше. Таким образом, общее светоиспускание светопреобразующего блока воспринимается как более интенсивное, чем можно было бы ожидать в случае падающего света первого спектрального распределения.

Опционально длина волны первого пика находится в диапазоне от 380 нм до 460 нм. Опционально длина волны первого пика находится в диапазоне от 440 нм до 460 нм. Если длина волны, отвечающая первому пику, находится в одном из этих диапазонов, в синем спектральном диапазоне, отвечающем испускаемому свету со вторым спектральным распределением, остается все еще достаточно неиспользованных длин волн. Таким образом, разработчик светопреобразующего блока может выбрать первый люминесцентный материал со спектром испускания в части синего спектрального диапазона, которая не перекрывается с первым спектральным диапазоном и отвечает спектру поглощения, который полностью перекрывается с возможным положением первого спектрального распределения. Кроме того, такое положение в фиолетовом или синем спектральном диапазоне приводит к относительно большому возрастанию длины волны пика от длины волны первого пика до длины волны второго пика и, следовательно, к значительному увеличению интенсивности преобразованного света, выраженной в люменах.

Опционально третье спектральное распределение попадает в диапазон от 500 нм до 800 нм.

Опционально первый слой не находится в непосредственном контакте с источником света. Если первый слой находится в непосредственном контакте с источником света, легче обеспечить полное преобразование света с первым спектральным распределением. Данный возможный вариант осуществления предотвращает рассеяние света между источником света и первым слоем. Кроме того, можно обеспечить относительно малый размер первого слоя, что экономит материалы.

Опционально между первым слоем и вторым слоем имеется щель. Иначе говоря, второй слой расположен на удалении или вблизи от первого слоя, что означает, что второй слой не находится в непосредственном контакте с первым слоем. Щель предотвращает нагрев второго слоя при контакте с первым слоем (и наоборот) в результате теплопередачи. Часто желательно предотвратить слишком сильный нагрев второго люминесцентного материала во втором слое, поскольку это может повредить второй люминесцентный материал, что отрицательно повлияет на эффективность второго люминесцентного материала. Кроме того, при конструкции, где слои расположены поблизости друг от друга, общая эффективность светопреобразующего блока может возрасти.

Опционально светопреобразующий блок также включает камеру смешения отраженного света. По меньшей мере один из источника света, первого слоя, второго слоя располагается в камере смешения отражающего света. Опционально камера смешения для отраженного света содержит окошко для выхода света, а второй слой расположен на окошке для выхода света.

Стенки камеры смешения для отраженного света отражают свет, который падает на них, и, таким образом, возвращает свет, испускаемый или отражаемый один из компонентов светопреобразующего блока в неправильном направлении (не в направлении окошка для выхода света). Источник света может испускать свет в сторону стенок, и первый слой или второй слой может отражать часть падающего на них света. Эффективность светопреобразующего блока в целом возрастает. Далее, в зависимости от точного расположения по меньшей мере одного источника света, первого слоя, второго слоя в камере смешения для отраженного света, свет лучше смешивается и/или распределяется так, что на выходе светопреобразующего блока получается более однородный свет.

Опционально первый люминесцентный материал содержит по меньшей мере один элемент из квантовых точек, квантовых стержней или квантовых тетраподов. Такие материалы имеют оптические свойства, которые зависят от их размера, и в одном направлении их размеры находятся в нанометровом диапазоне. Таким образом, они пригодны для применения в качестве первого люминесцентного материала.

В соответствии со вторым аспектом изобретения представлена лампа, которая включает светопреобразующий блок в соответствии с первым аспектом изобретения.

В соответствии с третьим аспектом изобретения представлен светильник, содержащий светопреобразующий блок в соответствии с первым аспектом изобретения или включающий лампу в соответствии со вторым аспектом изобретения.

Лампа в соответствии со вторым аспектом изобретения и светильник в соответствии с третьим аспектом изобретения обеспечивают те же преимущества, что и светопреобразующий блок в соответствии с первым аспектом изобретения и отвечают одинаковым вариантам осуществления с теми же эффектами, что и в случае соответствующих вариантов осуществления светопреобразующего блока.

В соответствии с четвертым вариантом осуществления настоящего изобретения в светопреобразующем блоке используют слой, включающий первый люминесцентный материал. Его применяют для полного преобразования света с первым спектральным распределением в свет со вторым спектральным распределением, где первое спектральное распределение отвечает фиолетовому или синему спектральному диапазону и включает первый пик с первой длиной волны. Второе спектральное распределение находится в синем спектральном диапазоне и имеет второй пик со второй длиной волны. Длина волны второго пика имеет большую длину волны, чем длина волны первого пика. Полное преобразование не зависит от точного положения первого спектрального распределения в синем или фиолетовом спектральном диапазоне. Первый люминесцентный материал содержит частицы с пространственным квантованием и имеет по меньшей мере одну размерность размера в нанометровом диапазоне размерами по меньшей мере в одном измерении.

Здесь термин "по существу", как в случае "по существу все излучение" или "по существу состоит из", понятен для специалиста в данной области техники. Термин "по существу" также может включать в себя варианты осуществления с "совершенно", "целиком", "всеми", "полностью" и т.д. Таким образом, в вариантах осуществления выражение "по существу" также можно убрать. Когда это применимо, термин "по существу" также может относиться к 90% или более, как в случае 95% или более, в особенности 99% или более и даже 99,5% или более, включая 100%. Термин "содержит" также относится к вариантам осуществления, где термин "содержит" означает "состоит из".

Эти и другие аспекты изобретения наглядно изложены и объяснены со ссылкой на описанные далее варианты осуществления.

Для специалиста в данной области техники очевидно, что два и более из указанных вариантов, способов осуществления и/или аспектов настоящего изобретения могут сочетаться любым пригодным способом.

Изменения и варианты системы или блока, отвечающие описанным изменениям и вариантам блока, могут быть осуществлены экспертом в данной области техники на основании настоящего изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

НА ЧЕРТЕЖАХ:

На фиг. 1а схематично показан вид поперечного сечения первого варианта осуществления светопреобразующего блока согласно первому аспекту изобретения,

На фиг. 1b схематично показаны спектр светоиспускания и спектр поглощения источника света и первого слоя светопреобразующего блока,

На фиг. 2а схематично показан другой вариант осуществления светопреобразующего блока,

На фиг. 2b схематично показан еще один вариант осуществления светопреобразующего блока,

На фиг. 3 схематично показано альтернативное расположение компонентов светопреобразующего блока,

На фиг. 4а и 4b схематично показаны варианты осуществления лампы согласно второму аспекту настоящего изобретения,

На фиг. 5 схематично показан вариант осуществления светильника согласно третьему аспекту настоящего изобретения.

Следует отметить, что позиции с одинаковыми номерами на различных чертежах обладают одинаковыми структурными особенностями и одинаковыми функциями или отвечают одинаковым сигналам. В случае, когда функция и/или структура такой позиции уже объяснены, отсутствует необходимость в их повторном объяснении в подробном описании.

Чертежи чисто схематические и нарисованы не в масштабе. В частности, некоторые размеры сильно преувеличены для ясности.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

Первый вариант осуществления показан на фиг. 1. На фиг. 1а схематично показано сечение светопреобразующего блока 100 согласно первому аспекту изобретения. Первый слой 108 светопреобразующего блока 100 принимает свет 110 с первым спектральным распределением. Первое спектральное распределение находится в фиолетовом или синем спектральном диапазоне, и первое спектральное распределение имеет первый пик с первой длиной волны в фиолетовом или синем спектральном диапазоне. Первый слой 108 содержит квантовые точки, которые представляют собой люминесцентный материал. Квантовые точки поглощают свет с первым спектральным распределением и преобразуют поглощенный свет в свет 104 со вторым спектральным распределением. Второй спектральный диапазон находится в синем спектральном диапазоне и содержит второй пик со второй длиной волны, которая больше длины волны первого пика. Первый слой 108 полностью преобразует падающий свет с первым спектральным распределением в свет 104 со вторым спектральным распределением. Полное преобразование не зависит от точного положения первого спектрального распределения в фиолетовом или синем спектральном диапазоне. Таким образом, свет, испускаемый первым слоем, - это свет 104 со вторым спектральным распределением, и светопреобразующий блок также содержит второй слой 106, который сконфигурирован для приема света 104 со вторым спектральным распределением. Второй слой 106 содержит второй люминесцентный материал, который сконфигурирован поглощать свет 104 со вторым спектральным распределением и преобразует поглощенный свет в свет 102 с третьим спектральным распределением. Второй слой 106 частично преобразует падающий свет 104 со вторым спектральным распределением в свет 102 третьего спектрального распределения. Таким образом, свет, испускаемый светопреобразующим блоком 100, с свет 102 с третьим спектральным распределением и свет 104 со вторым спектральным распределением. В альтернативном варианте осуществления второй слой 106 полностью преобразует свет 104 со вторым спектральным распределением в свет 102 с третьим спектральным распределением.

Следует отметить, что в описании чертежей материал первого слоя 108 представляет собой квантовые точки. Вместо квантовых точек также можно использовать другие материалы, такие как квантовые стержни или квантовые тетраподы. Люминесцентный материал первого слоя 108 содержит по меньшей мере частицы с пространственным квантованием и обладает нанометровым размером по меньшей мере в одном измерении. Это означает, например, что если частицы в основном сферические, их диаметр находится в нанометровом диапазоне. Или же это означает, например, если они имеют форму проволок, что размер сечения проволоки в данном измерении находится в нанометровом диапазоне. Размер в нанометровом диапазоне означает, что их размер по меньшей мере не превышает 1 мкм, т.е. меньше 1000 нм и больше или равен 0.5 нм. В одном из вариантов осуществления размер в данном измерении меньше 50 нм. В одном из вариантов осуществления размер в данном измерении находится в диапазоне от 2 до 30 нм.

Отметим, что первый слой 108 и второй слой 106 не расположены один поверх другого; между этими двумя слоями есть щель. В других вариантах осуществления два слоя 106, 108 расположены один поверх другого.

На фиг. 1b показан график 150, содержащий спектр испускания и спектр поглощения источника света и первого слоя светопреобразующего блока. Свет, падающий на первый слой 108 от источника света, отвечает спектру испускания 156 с первым пиком с первой длиной волны λр1. Спектр испускания 156 находится в фиолетовом или синем спектральном диапазоне, и, следовательно, первый пик с первой длиной волны λр1 находится в одном из этих диапазонов. Квантовые точки первого слоя 108 характеризуются спектром поглощения 154, который перекрывается с фиолетовым спектральным диапазоном и частично с синим спектральным диапазоном. Спектр поглощения 154 относительно плоский и содержит интенсивный пик с критической длиной волны λ1. Существенная часть света с первым спектром испускания 156 поглощается квантовыми точками. Даже если первый спектр испускания 156 немного сдвинут в сторону более коротких длин волн или в сторону больших длин волн (как показано стрелкой 152), первый спектр испускания 156 все еще находится в рамках диапазона спектра поглощения 154 квантовых точек. Таким образом, вне зависимости от положения первого спектра испускания 156 в диапазоне спектра поглощения 154 квантовых точек поглощается свет, отвечающий первому спектру испускания 156. Если в первом слое 108 имеется достаточно материала с квантовыми точками, поглощается существенная часть света 110 с первым спектральным распределением. Материал с квантовыми точками преобразует поглощенный свет в свет со вторым спектральным распределением. Второй спектральный диапазон изображен на фиг. 1b как второе распределение в спектре испускания 158, отвечающее синему спектральному диапазону и включающее второй пик со второй длиной волны λр2, превышающей длину волны первого пика λр1. Положение второго спектрального распределения 158 не подвержено изменениям, даже если свет с первым спектральным распределением отвечает другому положению в спектре поглощения 154 квантовых точек.

Таким образом, первый слой 108 светопреобразующего блока 100 дает вклад в то, что второй слой 106, содержащий второй люминесцентный материал, всегда принимает свет 104 с тем же вторым спектральным распределением, даже если положение первого спектрального распределения иное из-за применения различных источников света. Так, если должно испускаться конкретное соотношение света 104 со вторым спектральным распределением и света 102 с первым спектральным распределением, всегда можно сконструировать светопреобразующий блок 100 с применением второго слоя 106 того же типа. Не требуется использовать различные типы вторых слоев 106 с различной толщиной или различными концентрациями второго люминесцентного материала для генерации света с конкретным отношением 102, 104 со вторым и третьим спектральным распределением.

В соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения длина волны λр1 первого пика находится в фиолетовом спектральном диапазоне, т.е. в диапазоне от 380 нм до 440 нм. В другом варианте осуществления длина волны λр1 первого пика находится в более коротковолновом синем спектральном диапазоне, т.е. в диапазоне от 440 нм до 460 нм. В соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения длина волны λр1 второго пика находится в более длинноволновом синем спектральном диапазоне, т.е. в диапазоне от 460 нм до 4 80 нм. В еще одном варианте осуществления настоящего изобретения свет с третьим спектральным распределением находится в диапазоне от 500 нм до 800 нм.

На фиг. 2а схематично показан еще один вариант осуществления светопреобразующего блока 250 в сечении. В дополнение к светопреобразующему блоку 100 на фиг. 1а светопреобразующий блок 200 на фиг. 2а включает в себя источник света 202, испускающий свет 110 с первым спектральным распределением. Можно использовать любой подходящий источник света, испускающий свет в фиолетовом или синем спектральном диапазоне. Примеры: светодиод (LED) или лазерный диод. Следует отметить, что источник света 202 не находится в непосредственном контакте с первым слоем 108. Иначе говоря, имеется щель между источником света 202 и первым слоем 108. В других вариантах осуществления первый слой 108 может быть расположен непосредственно поверх источника света 202.

На фиг. 2b схематично показан еще один вариант осуществления светопреобразующего блока 250 в сечении. Светопреобразующий блок 250 сходен со светопреобразующим блоком 200 на фиг. 2а с одним важным отличием: в светопреобразующий блок 250 добавлена камера смешения 252 для отраженного света. В варианте осуществления на фиг. 2b в камере смешения 252 для отраженного света имеются источник света 202 и первый слой 108, а на окошке 258 для выхода света камеры смешения 252 для отраженного света имеется второй слой 106. По меньшей мере внутренние стенки 160 камеры смешения 252 для отраженного света обладают отражающими свойствами и в одном из вариантом осуществления обладают диффузно-отражающими свойствами. На фиг. 2b схематично показан в качестве примера в точках 254, 256 диффузно отражающийся свет, падающий на внутренние стенки 260. В точке 254 свет с первым спектральным распределением падает на отражающие внутренние стенки 260. В точке 256 свет со вторым спектральным распределением падает на отражающие стенки. Отражаемый свет возвращается обратно, так, что он все еще может попасть на первый слой 108 или второй слой 106 и поменять цвет. В некоторых случаях внутренние стенки 260 обладают отражающей способностью более 90%, и в еще одном варианте осуществления отражающая способность внутренних стенок 260 превышает 95%.

Опционально светопреобразующий блок 250 может включать оптические мостиковые элементы (не показаны), находящиеся в оптическом контакте с источником света 202, с первым слоем 108 и/или вторым слоем 106. Оптический мостиковый элемент может интенсифицировать транспорт света от источника света 202 к первому слою 108 и/или ко второму слою 106 и может усиливать вывод света от источника света 202. Подходящими материалами для оптических мостиковых элементов могут быть стекло, кварц или термически устойчивые полимеры, такие как силиконы. Как правило, показатель преломления оптического мостикового элемента находится в диапазоне от 1,2 до 1,8. Например, показатель преломления полидиметилсилоксана (PDMS) равен 1,4.

На фиг. 3 схематично показано альтернативное расположение компонентов светопреобразующего блока в сечении. В светопреобразующем элементе 300 источник света 302, испускающий свет с первым спектральным распределением, расположен на опорном слое 304. Источник света 302 испускает свет с первым спектральным распределением в фиолетовом или синем спектральном диапазоне. Поверх источника света 302 расположен первый слой 308, содержащий квантовые точки. Первый слой 308 изготовлен так, что весь свет с первым спектральным распределением преобразуется в свет со вторым спектральным распределением. Второе спектральное распределение находится в синем спектральном диапазоне. Поверх первого слоя 308 расположен второй слой 306, включающий второй люминесцентный материал, преобразующий часть света со вторым спектральным распределением в свет с третьим спектральным распределением.

Светопреобразующий блок 320 сходен со светопреобразующим блоком 300. Источник света 302 расположен не на опорном слое 304, однако в других вариантах осуществления светопреобразующего блока 320 источник света 302 может быть расположен на опорном слое 304. Первый слой 308 расположен на источнике света 302. Второй слой 326, который имеет большей площадью, чем второй слой 306, расположен на удалении от сочетания источника света 302 и первого слоя 308. Иначе говоря, имеется щель между вторым слоем 326 и другими компонентами светопреобразующего блока 320.

Светопреобразующий блок 340 аналогичен светопреобразующему блоку 320, однако первый слой 34 8 расположен не поверх источника света 302, а в непосредственном контакте со вторым слоем 326. Между источником света 302 и первым слоем 348 имеется щель.

Светопреобразующий блок 360 аналогичен светопреобразующему блоку 340, однако поверх второго слоя 326 расположен дополнительный третий слой 363. Третий слой 363 содержит третий люминесцентный материал, преобразующий часть света со вторым спектральным распределением или часть света с третьим спектральным распределением в свет с четвертым спектральным распределением. В результате наличия третьего люминесцентного материала излучение светопреобразующего блока 360 включает свет третьего цвета, который представляет собой свет с четвертым спектральным распределением. Таким образом, можно генерировать больше разных цветов, или же можно получить белый свет с высоким индексом цветопередачи. В цветопреобразующем блоке 360 на фиг. 3 в различных слоях находятся второй люминесцентный материал и третий люминесцентный материал. В других вариантах осуществления они могут быть расположены в виде смеси в одном слое, или же они могут находиться в одном слое, где различные люминесцентные материалы пространственно разделены. Для генерирования света с еще большим количеством цветов или же белого света более высокого качества можно использовать даже больше, чем два люминесцентных материала.

Светопреобразующий блок 380 может иметь альтернативную конструкцию. На опорном слое 384 расположен набор сочетаний-источников света 302 с первым слоем 308 поверх источников света 302. Единственный второй слой 386 со вторым люминесцентным материалом расположен на небольшом расстоянии от первых слоев 308. В альтернативном варианте осуществления первые слои 308 расположены не непосредственно поверх источников света 302, а на небольшом расстоянии от источников света 302, или же они сочетаются в одном слое, который, например, находится в непосредственном контакте со вторым слоем 386.

Следует отметить, что эксперт способен комбинировать разнообразные конструкции на фиг. 1a, 1b, 2а, 2b и 3 для получения светопреобразующего блока, который лучше всего удовлетворяет конкретным требованиям.

В некоторых вариантах осуществления изобретения в качестве первого люминесцентного материала первого слоя можно использовать квантовые точки. Квантовые точки - это небольшие кристаллы из полупроводящего материала, которые обычно обладают шириной или диаметром всего лишь в несколько нанометров. При возбуждении падающим светом квантовая точка испускает свет цвета, определяемого размером и материалом кристалла. Таким образом, свет заданного цвета может быть получен путем подбора размера точек. Наиболее известные квантовые точки с эмиссией в видимом диапазоне основаны на селениде кадмия (CdSe) в оболочке, такой как сульфид кадмия (CdS) и сульфид цинка (ZnS). Также можно использовать бескадмиевые квантовые точки, такие как квантовые точки на основе фосфида индия (InP) и сульфида меди и индия (CuInS2) и/или сульфида серебра и индия (AgInS2). Квантовые точки демонстрируют очень узкую полосу испускания и, таким образом, они отличаются насыщенными цветами. Кроме того, цвет излучения можно легко подстраивать путем изменения размера квантовых точек. В настоящем изобретении можно использовать любой тип квантовых точек, известных в данной области техники, при условии, что они обладают подходящими характеристиками при преобразовании длин волн.

В некоторых вариантах осуществления изобретения второй слой содержит второй люминесцентный материал. Второй люминесцентный материал может быть органическим или неорганическим материалом. Примеры органических люминесцентных материалов, пригодные для использования в качестве светопреобразующего материала, включают люминесцентные материалы на основе производных перилена, которые продаются, например, под коммерческим названием "Lumogen". Примеры подходящих коммерчески доступных продуктов, таким образом, включают, лбез ограничения, Lumogen Red F305 (красный), Lumogen Orange F240 (оранжевый), Lumogen Yellow FI70 (желтый), Lumogen F083 и их сочетания.

Примеры неорганического люминесцентного материала, например, люминофоры, пригодные для второго слоя, включают, без ограничения, допированный церием иттрий-алюминиевый гранат (Y3Al5O12:Се3+, также обозначаемый как YAG:Ce или Се-допированный YAG) или лютеций-алюминиевый гранат (LuAG, Lu3Al5O12), α-SiAlON:Eu2+ (желтый) и M2Si5N8: Еu2+ (красный), где M - это по меньшей мере один элемент из кальция Са, стронция Sr и бария Ва. Другой пример неорганического люминофора, который можно использовать в некоторых вариантах осуществления изобретения, как правило, когда падающий свет синий, - это YAG:Ce. Кроме того, часть алюминия можно заместить гадолинием (Gd) или галлием (Ga), где увеличение количества Gd приводит к красному сдвигу желтого излучения. Другие подходящие материалы могут включать (Sr1-x-yBaxCay)2-zSi5-aAlaN8-aOa:Euz2+ где 0≤а≤5, 0≤х≤1, 0≤у≤1 и 0≤z≤1, и (х+у)≤1, как, например, Sr2Si5N8:Eu2+, испускающий свет в красном диапазоне.

В некоторых вариантах осуществления второй слой включает рассеивающие элементы, например, частицы Аl2O3, BaSO4 или TiO2.

На фиг. 4а и 4b схематично показаны варианты осуществления лампы 400, 450 согласно второму аспекту настоящего изобретения, Лампа 400 - это усовершенствованная лампа накаливания, в которую встроен ряд светопреобразующих блоков 402 в соответствии с первым аспектом изобретения. Лампа 450 - это так называемый источник света, включающий камеру смешения света 454 с отражающими свет внутренними стенками и светорассеивателем 452 на окошке для выхода света. Напротив светорассеивателя расположен ряд светопреобразующих блоков внутри камеры смешения света 454, который испускает свет в сторону окошка для выхода света в камере смешения света 454. Свет, который попадает в окружающую среду не напрямую, а через светорассеиватель 452, и отражается обратно, возвращается благодаря отражающим стенкам камеры смешения света 454. Описанные светопреобразующие блоки можно использовать в любой лампе, включая, без ограничения, запасные лампы накаливания, запасные термолюминесцентные лампы, запасные галогеновые лампы.

На фиг. 5 схематично показан вариант осуществления светильника 500 согласно третьему аспекту настоящего изобретения. Светильник 500 включает один светопреобразующий блок и более (не показаны) согласно первому аспекту настоящего изобретения или включает одну лампу и более (не показаны) согласно второму аспекту изобретения.

Следует отметить, что указанные варианты осуществления иллюстрируют изобретение, без ограничений, и эксперты могут разработать много альтернативных вариантов осуществления без отклонения от области прилагаемой формулы изобретения.

В формуле изобретения любые ссылочные позиции в круглых скобках не следует рассматривать как ограничивающие формулу изобретения. Применение глагола "включать" и его форм не исключает наличия иных элементов или стадий, нежели указанные в формуле изобретения. Указание на наличие единственного элемента не исключает наличия множества таких элементов. Изобретение может быть осуществлено при помощи оборудования, содержащего несколько различных элементов.

В пункте формулы изобретения с перечислением нескольких способов, некоторые из этих способов можно осуществить при помощи одного и того же вида устройства. Сам тот факт, что некоторые особенности приведены в различных зависимых заявках, не говорит о том, что сочетание этих пунктов нельзя успешно использовать.

Представлены светопреобразующий блок 100, лампа и светильник. Светопреобразующий блок 100 содержит первый слой 108 и второй слой 106. Первый слой 108 содержит первый люминесцентный материал. Первый люминесцентный материал содержит частицы с пространственным квантованием и имеет размерность размера в нанометровом диапазоне. Первый слой принимает свет 110 от источника света, испускающего свет с первым спектральным распределением в фиолетовом или синем спектральном диапазоне. Первое спектральное распределение содержит пик с первой длиной волны. Первый слой 108 преобразует существенную часть падающего света 110 в свет 104 со вторым спектральным распределением в синем спектральном диапазоне вне зависимости от положения первого спектрального распределения в фиолетовом или синем спектральном диапазоне. Второй спектральный диапазон содержит пик со второй длиной волны, которая больше длины волны первого пика. Второй слой 106 содержит второй люминесцентный материал. На второй слой падает свет 104 со вторым спектральным распределением, и он преобразует падающий свет 104 по меньшей мере частично в свет 102 с третьим спектральным распределением, отличным от первого спектрального распределения и второго спектрального распределения. Изобретение обеспечивает возможность получения цветопреобразующего блока, позволяющего использовать источники синего света с несколько разными эмиссионными спектрами синего света. 4 н. и 11 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Светопреобразующий блок (100, 200, 250, 300, 320, 340, 360, 380, 402), содержащий:

- первый слой (108, 308, 348), содержащий первый люминесцентный материал, причем первый люминесцентный материал имеет частицы, проявляющие пространственное квантование и имеющие по меньшей мере в одном измерении размер в нанометровом диапазоне, причем первый слой (108, 308, 348) расположен для приема света (110) от источника света (202, 302), испускающего свет с первым спектральным распределением (156) в фиолетовом или синем спектральном диапазоне, причем первое спектральное распределение (156) имеет первый пик с первой длиной волны (λp1), причем первый слой (108, 308, 348) выполнен в возможностью преобразования, по существу, всего принятого света (110) в свет (104) со вторым спектральным распределением (158) в синем спектральном диапазоне вне зависимости от положения первого спектрального распределения (156) в фиолетовом или синем спектральном диапазоне, причем второе спектральное распределение (158) имеет длину волны второго пика (λp2), являющуюся более длинноволновой, чем длина волны первого пика (λp1),

- второй слой (106, 306, 326, 386), содержащий второй люминесцентный материал, причем второй слой (106, 306, 326, 386) расположен с возможностью приема света (104) со вторым спектральным распределением (158), и выполнен с возможностью по меньшей мере частично преобразовывать принятый свет (104) в свет (102) с третьим спектральным распределением, являющийся отличным от первого спектрального распределения (156) и второго спектрального распределения (158).

2. Светопреобразующий блок (100, 200, 250, 300, 320, 340, 360, 380, 402) по п. 1, дополнительно содержащий источник света (202, 302), испускающий свет (110) с первым спектральным распределением (156) в фиолетовом или синем спектральном диапазоне.

3. Светопреобразующий блок (100, 200, 250, 300, 320, 340, 360, 380, 402) по п. 1 или 2,

причем спектр поглощения (154) первого люминесцентного материала полностью перекрывается с первым спектральным распределением (156).

4. Светопреобразующий блок (100, 200, 250, 300, 320, 340, 360, 380, 402) по п. 1 или 2, в котором первый слой (108, 308, 348) содержит количество первого люминесцентного материала, достаточно большого для поглощения принятого света (110).

5. Светопреобразующий блок (100, 200, 250, 300, 320, 340, 360, 380, 402) по п. 1 или 2, в котором длина волны второго пика находится в диапазоне от 460 до 480 нм.

6. Светопреобразующий блок (100, 200, 250, 300, 320, 340, 360, 380, 402) по п. 1 или 2, в котором длина волны первого пика (λp1) находится в диапазоне от 380 до 460 нм.

7. Светопреобразующий блок (100, 200, 250, 300, 320, 340, 360, 380, 402) по п. 1 или 2, в котором третье спектральное распределение находится в диапазоне от 500 до 800 нм.

8. Светопреобразующий блок (100, 200, 250, 300, 320, 340, 360, 380, 402) по п. 2, в котором первый слой (108, 308, 348) находится в непосредственном контакте с источником света (202, 302).

9. Светопреобразующий блок (100, 200, 250, 300, 320, 340, 360, 380, 402) по п. 1 или 2, в котором между первым слоем (108, 308, 348) и вторым слоем (106, 306, 326, 386) находится щель.

10. Светопреобразующий блок (100, 200, 250, 300, 320, 340, 360, 380, 402) по п. 1 или 2, который дополнительно содержит камеру смешения отраженного света, причем по меньшей мере один из источника света (202, 302), первого слоя (108, 308, 348), второго слоя (106, 306, 326, 386) расположен внутри камеры смешения отраженного света.

11. Светопреобразующий блок (100, 200, 250, 300, 320, 340, 360, 380, 402) по п. 10, в котором камера смешения отраженного света содержит окошко для выхода света (258), а второй слой (106, 306, 326, 386) расположен на окошке для выхода света (258).

12. Светопреобразующий блок (100, 200, 250, 300, 320, 340, 360, 380, 402) по п. 1, в котором первый люминесцентный материал содержит по меньшей мере одно из квантовых точек, квантовых стержней и квантовых тетрапод.

13. Лампа (400, 450), содержащая светопреобразующий блок (100, 200, 250, 300, 320, 340, 360, 380, 402) по одному из пп. 1-12.

14. Светильник (500), содержащий светопреобразующий блок (100, 200, 250, 300, 320, 340, 360, 380, 402) по одному из пп. 1-12 или содержащий лампу (400, 450) по п. 13.

15. Применение слоя, содержащего первый люминесцентный материал в светопреобразующем блоке для преобразования, по существу, всего света с первым спектральным распределением в свет со вторым спектральным распределением, причем первое спектральное распределение находится в фиолетовом или синем спектральном диапазоне и имеет длину волны первого пика, а второе спектральное распределение находится в синем спектральном диапазоне и имеет длину волны второго пика, причем длина волны второго пика является более длинноволновой, чем длина волны первого пика, упомянутое, по существу, полное преобразование является независимым от положения первого спектрального распределения в фиолетовом или синем спектральном диапазоне, причем первый люминесцентный материал содержит частицы, проявляющие пространственное квантование и имеющие по меньшей мере в одном измерении размер в нанометровом диапазоне.