СВЕТОДИОД БЕЛОГО СВЕТА С КОМПОЗИТНЫМ ЛЮМИНОФОРОМ Российский патент 2022 года по МПК H01L33/32 H01L33/48 C09K11/06 F21K9/00 

Изобретение относится к светотехнике, в частности к светодиоду нового поколения, заменяющей светодиоды использующие люминофор с содержанием редкоземельных металлов в устройствах бытового и промышленного назначения.

Последнее десятилетие осветительные приборы на базе светодиодов используются повсеместно и постепенно заменяют все классические источники освещения, такие как газоразрядные лампы и лампы накаливания. Светодиодные лампы используют меньше электроэнергии для того же светового потока - на 85% меньше электроэнергии по сравнению с обычным освещением и примерно на 18% меньше электроэнергии по сравнению с компактными люминесцентными лампами. Во всем мире около 20% электроэнергии расходуется на освещение. Светодиод может оказать большое влияние на потребление энергии. Предприятия могут сделать огромную экономию на электроэнергии. Низкая мощность, вес и механическая прочность светодиодов делают их еще более привлекательными для использования.

Изобретение относится к светодиодам белого свечения, являющимся полупроводниковыми оптоэлектронными устройствами. Изобретение позволяет изготовлять светодиодные лампы пригодные для использования в бытовых целях, для световой индикации в приборах или как источник подсветки объектов, где важно низкое энергопотреблением.

Как правило, в быту применяются светодиоды с белым свечением. Светодиоды белого света бывают двух видов. Первый вид технический сложный, в котором совмещены три диода (красный, зеленый, синий), регулируя интенсивность каждого диода можно изменить цветовую температуру диода [RU 254860 C2 от 20.062013]. Второй вид диодов испускает белый свет с помощью люминофора и синего светодиода. Данный тип светодиодов прост в изготовлении, но, как правило, люминофор содержит редкоземельные металлы (иттрий, стронций), цена которых высокая, а добыча его не всегда экологична [RU 2511030 C2 от 04.12.2009].

Технический результат, получаемый от использования в разработанном светодиоде композита, не содержащего иттрий или другой дорогой и сложно получаемый редкоземельный металл, дешевле аналогов и более экологичен. Экологичность, при производстве, является ключевым фактором, обеспечивающим конкурентоспособность данной разработки, и согласуется со стратегией устойчивого экологического развития.

Преимущества изобретения - оптимальная для бытового применения цветовая температура 7000 К, то есть слабо холодный белый свет. Низкая стоимость сырья на рынке, а также отсутствие опасных и токсичных материалов при изготовлении. Возможность быстрого масштабирования производства, а также стабильность производства за счет использования российского сырья. Устройства высокоэффективно и просто в изготовлении.

Данный технический результат достигается за счет использования мелкодисперсного высокофлюоресцентного композитного материалам на основе нитрида углерода и оксида алюминия [Патент RU 2725796 С1] g-C₃N₄/Al₂O₃, которой характеризуется высокой яркостью и светотехническими параметрами. Светодиод, выполненный в круглом корпусе и имеют линзу типа "пуля" с длинной волны эмиссии 405nm (синего цвета). На светодиод нанесен тонкий слой прозрачного полимера на основе полиуретана и этилацетата. На полимер методом обсыпки нанесен композитный материал на основе нитрида углерода и оксида алюминия, по мере склеиванья композитного материала с синим диодом проведено повторное покрытие диода тонким слоем прозрачного полимера для защиты эмиссионного покрытия от механических повреждения.

Изобретение иллюстрируется следующими изображениями:

Фиг. 1 изображен светодиод белого света с композитным люминофором;

Фиг. 2 Спектр люминесценции при комнатной температуре.

На Фиг. 1 показаны определяющие элементы диода, такие как 1 - контакты диода; 2 - корпус синего светодиода; 3 - высокофлюоресцентный композитный материал; 4 - защитный полимерный слой.

Принцип работы такого светодиода заключается в том, что излучение синего светодиода возбуждает композитный люминофор, который флюоресцирует в широком диапазоне длин волн, что позволяет добиться белого света. Толщина композитного слоя продиктована особенностью поглощения материала, в данном примере она составляет 1-2 мм, при ее кратном увеличении будет очень слабое белое свечения, а при уменьшении слоя возможен уход спектра свечения в синий оттенок.

На Фиг. 2 представлен график "Спектр электролюминесценции белого света с композитным люминофором в диапазоне 410-700 nm". На спектре видна явная тенденция ухода максиму пика в синюю область спектра, что влечет за собой цветовую температуру 7000 К. Свечение светодиода можно определить как слегка холодный белый свет.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к светодиоду с эмиссией белого света, и может быть использовано при изготовлении светодиодов в устройствах бытового и промышленного назначения. Снижение энергопотребления за счет использования композитного материала с высоким уровнем флуоресценции и повышение надежности устройства является техническим результатом изобретения, который достигается за счет того, что светодиод выполнен с длиной волны эмиссии, составляющей 405 nm, корпус которого выполнен в форме типа "пуля", и снабжен покрытием из прозрачного полимера на основе полиуретана и этилацетата с нанесенным на него методом обсыпки мелкодисперсным флуоресцентным композитным материалам на основе нитрида углерода и оксида алюминия g-C₃N₄/Al₂O₃, при этом поверхностный слой прозрачного полимера защищает эмиссионное покрытие от механических повреждений. 2 ил. 1 пр.

Светодиод белого света с композитным люминофором, отличающийся тем, что светодиод с длиной волны эмиссии, составляющей 405 nm, корпус которого выполнен в форме типа "пуля", имеет покрытие, состоящее из прозрачного полимера на основе полиуретана и этилацетата с нанесенным на него методом обсыпки мелкодисперсным высокофлуоресцентным композитным материалам на основе нитрида углерода и оксида алюминия g-C₃N₄/Al₂O₃, а также дополнительный поверхностный слой прозрачного полимера для защиты эмиссионного покрытия от механических повреждений.