Результат интеллектуальной деятельности: СВЕТОДИОДНАЯ СБОРКА, ВКЛЮЧАЮЩАЯ В СЕБЯ СВЕТОРАССЕИВАЮЩИЙ СЛОЙ

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к области светодиодных (LED) сборок. В частности, изобретение относится к светодиодным световым сборкам с люминофором с улучшенным равномерным излучением (pcLED). Такие сборки часто используют для обеспечения белого света.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Излучающие белый свет светодиоды, как правило, включают в себя светодиод синего свечения, в сочетании со слоем люминофора, который стимулируется синим излучением светодиода в излучение желтого/красного света, причем сочетание желтого/красного и синего излучений обеспечивает белый свет. Для нормального направления, вертикально к поверхности кристалла светодиода или вертикально к поверхности слоя люминофора с углом излучения 0º, длина прямого (нерассеянного) пути в слое люминофора световых лучей, излучаемых светодиодом синего свечения, равна толщине слоя люминофора. При увеличении углов излучения длина прямого пути для лучей синего света увеличивается. Соответственно с помощью слоя люминофора часть поглощенных лучей синего света для лучей света с углом излучения 0° становится меньше, чем для лучей света с увеличенным углом излучения. Поскольку преобразованный свет, излучаемый слоем люминофора, имеет всегда почти ламбертовское распределение в пределах угла, белый свет, излучаемый светодиодом, содержит больше синего света, излучаемого светодиодом, что приводит к более высокой коррелированной цветовой температуре для небольших углов излучения вблизи нормального излучения с углом примерно 0-30°. Обычно слоем люминофора является Y₃Al₅O₁₂:Ce³⁺(YAG:Ce). В случае такого YAG:Ce слоя люминофора излучаемый свет становится желтоватым с увеличением угла излучения, воспринимаемым как желтое кольцо. Для того, чтобы решить проблему желтого кольца известно увеличение энергии рассеяния слоя люминофора и/или добавление рассеивающего слоя сверху слоя люминофора. В обоих случаях уменьшение проблем желтого кольца приводит к снижению эффективности светодиода, поскольку рассеяние сопровождается отражением света, что приводит к потерям. В частности, рассеяние преобразованного с понижением частоты излучения люминофора, приводит к отражению, которое сопровождается потерями на отражение.

Например, в заявке на Европейский патент 09175903 вводится слой фильтра, который включает в себя чередующиеся слои материала с высоким преломлением и более низким преломлением.

Тем не менее, все еще остается потребность в дополнительном улучшении светодиодных сборок, чтобы дополнительно преодолеть упомянутые выше недостатки и предоставить более однородный профиль излучения светодиодной сборки.

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачей настоящего изобретения является предложить светодиодную сборку, которая к тому же улучшает равномерность профиля излучения.

Эта задача решается с помощью светодиодной сборки по п. 1 настоящего изобретения. Соответственно предлагается светодиодная сборка, включающая в себя светодиодный кристалл, слой люминофора, слой фильтра и светорассеивающий слой, обеспеченный между слоем люминофора и слоем фильтра на пути света, излучаемого светодиодным кристаллом, при этом

- разница показателя преломления ∆n между светорассеивающим слоем и материалом, примыкающим к светорассеивающему слою, слоя фильтра, составляет ∆n≥0,2, предпочтительно ∆n≥0,3 и;

-разница показателя преломления ∆n между светорассеивающим слоем и материалом слоя, примыкающего к светорассеивающему слою в направлении светодиода, составляет ∆n≥0,2, предпочтительно ∆n≥0,3;

-и произведение толщины светорассеивающего слоя D и показателя преломления n светорассеивающего слоя составляет 1900 нм≥n·D≥400 нм.

Светодиодным кристаллом согласно изобретению является предпочтительно светодиод синего свечения, хотя им не ограничиваются.

Слоем, примыкающим к светорассеивающему слою в направлении светодиода, для некоторых применений настоящего изобретения может быть слой люминофора, однако для других применений этим слоем может быть, например, стеклянный слой, предоставленный между слоем люминофора и светорассеивающим слоем.

Слой люминофора согласно настоящему изобретению включает в себя предпочтительно один или более от красного до зеленого излучающих материалов, которые поглощают свет от светодиодного кристалла. Предпочтительным материалом слоя люминофора является, например, Lu_1,5Y_1,5Al₅O₁₂:Ce³⁺(LuYAG:Ce), хотя им не ограничиваются, и можно использовать любой отвечающий требованиям материал, известный специалисту в данной области техники.

Выражение “слой фильтра” согласно настоящему изобретению предпочтительно включает в себя диэлектрический слой фильтра. Предпочтительно слой фильтра разрабатывается таким образом, что лучи света с длиной волны примерно от 400 нм до 500 нм, предпочтительно примерно от 420 нм до 490 нм, излучаемые от светодиодного кристалла являются, по меньшей мере, частично отраженными на слое фильтра в зависимости от угла излучения относительно нормального. Следует отметить, что слой фильтра может включать несколько подслоев (на самом деле это является одним предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения, как будет описано более подробно далее), так, что выражение “слой” в данном контексте не предназначается, для ограничения в том смысле, что этот слой состоит только из одного материала. Предпочтительно слой фильтра выбирается из слоев, описанных в заявке на Европейский патент 09175903, которая включена в настоящий документ полностью здесь посредством ссылки. Особенно предпочтительно, что слой фильтра включает в себя покрытие диэлектрического слоя из чередующихся материалов с низким и высоким коэффициентом преломления.

Выражение “светорассеивающий слой”, в частности, означает, и/или включает слой, который обладает способностью рассеяния падающего света и который, тем не менее, имеет хорошую прозрачность. Предпочтительно свет рассеивается только на границах раздела рассеивающего слоя и примыкающего преобразующего слоя и слоя фильтра посредством преломления у границ раздела.

Такая светодиодная сборка проявила для широкого диапазона применений в рамках настоящего изобретения, по меньшей мере, одно из следующих преимуществ:

- при использовании светорассеивающего слоя эффективность компоновки увеличивается в пределах угловой равномерности с желаемым цветом;

- можно использовать широкий интервал шероховатости поверхности конверсионного слоя или подложки;

- светодиодная сборка демонстрирует улучшенную возможность таргетинга цвета (определения целевого цвета).

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления произведение толщины D светорассеивающего слоя и показателя преломления n светорассеивающего слоя составляет 1600 нм≥n·D≥900 нм, более предпочтительно 1400 нм≥n·D≥1000 нм, а наиболее предпочтительно 1200 нм≥n·D≥1100 нм. Это было продемонстрировано на практике, чтобы дополнительно повысить возможности светорассеивающего слоя.

Однако для большинства практических применений (независимо от материала, выбранного в качестве светорассеивающего слоя) может быть предпочтительно, что толщина D светорассеивающего слоя составляет 800 нм≥D≥300 нм (т.е. не учитывая показатель преломления). Большая толщина может привести к проблемам в процессе изготовления светорассеивающего слоя, меньшая толщина может привести к существенному снижению рабочих характеристик. Более предпочтительно толщина светорассеивающего слоя составляет 700нм≥D≥400нм, наиболее предпочтительная 600 нм≥D≥500 нм.

Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, материал светорассеивающего слоя выбирают по существу из группы, включающей в себя неорганические оксиды, предпочтительно из группы, включающей в себя ZrO₂, Y₂O₃, Ta₂O₅, Nb₂O₅, SiO₂, TiO₂, Al₂O₃, HfO₂ или их смеси. Эти материалы подтвердили на практике свою прозрачность, а также желаемые показатели преломления.

Выражение “по существу” означает, главным образом, ≥95%, предпочтительно ≥97%, а наиболее предпочтительно ≥99% вес.%. Тем не менее, для некоторых практических применений ничтожные количества (следы) добавок могут также присутствовать в основной массе составов. Эти добавки также включают в себя элементы переходных металлов, которые могут быть использованы, чтобы ввести специализированные свойства поглощения света для слоев.

Настоящее изобретение относится кроме того к системе, включающей светодиодную сборку согласно настоящему изобретению, используемую для одного или более из следующих применений:

Офисных систем освещения

Домашних прикладных систем

Систем освещения магазина

Систем домашнего освещения

Систем направленного освещения

Точечных систем освещения

Театральных систем освещения

Волоконно-оптических прикладных систем освещения

Проекционных систем

Самоосвещаемых дисплейных систем

Мозаичных дисплейных систем

Сегментированных дисплейных систем

Систем предупредительных знаков

Медицинских прикладных систем освещения

Систем знака индикаторов (индикаторных знаков) и

Декоративных систем освещения

Портативных систем освещения

Применения на автотранспорте

Систем освещения теплицы.

Упомянутые выше компоненты, как и заявленные компоненты и компоненты, которые должны быть использованы согласно изобретению в описанных вариантах осуществления, не подвергаются никаким определенным исключениям относительно их размера, формы, выбора материала и технической концепции, так что критерии выбора, известные в относящейся к делу области, могут быть использованы без ограничений.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Дополнительные детали, особенности, характеристики и преимущества объекта изобретения раскрывают в зависимых пунктах формулы изобретения, на фигурах и в следующем описании соответствующих фигур и примеров, которые показывают в виде примера несколько вариантов осуществления и примеры предлагаемых светодиодных сборок согласно изобретению.

Фиг. 1 схематично изображает вид поперечного сечения светодиодной сборки согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 2 изображает пропускание при 0° как функцию длины волны для светодиодной сборки согласно Примеру 1 и одному сравнительному Примеру.

Фиг. 3 изображает несколько спектров пропускания светодиодной сборки согласно Примеру 1 для различных углов.

Фиг. 4 изображает несколько спектров пропускания светодиодной сборки согласно Примеру II для различных углов.

Фиг. 5 изображает диаграмму, показывающую отклонение точки цвета, как функцию угла излучения для сборки согласно Примеру II и Сравнительному примеру.

Фиг. 6 изображает пропускание при 0° как функцию длины волны для светодиодной сборки согласно Примеру III и одному сравнительному Примеру.

Фиг. 7 изображает пропускание при 0° как функцию длины волны для светодиодной сборки согласно Примеру IV и одному сравнительному Примеру.

Фиг. 8 изображает пропускание при 0° как функцию длины волны для светодиодной сборки согласно Примеру V и одному сравнительному Примеру.

Фиг. 9 изображает пропускание при 0° как функцию длины волны для светодиодной сборки согласно Примеру VI и одному сравнительному Примеру.

Фиг. 10 изображает пропускание при 0° как функцию длины волны для светодиодной сборки согласно Примеру VII и одному сравнительному Примеру.

Фиг. 11 изображает пропускание при 0° как функцию длины волны для светодиодной сборки согласно Примеру VIII и одному сравнительному Примеру.

Фиг. 12 изображает пропускание при 0° как функцию длины волны для светодиодной сборки согласно Примеру IX и одному сравнительному Примеру.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Фиг. 1 схематично изображает вид поперечного сечения светодиодной сборки 1 согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения. Она состоит из светодиодного кристалла 10 (предпочтительно (голубого) синего светодиода), притом, что слой 12 люминофора, светорассеивающий слой 16 и слой 14 фильтра предоставляют на верхней поверхности светодиодного кристалла 10.

ПРИМЕР I

Изобретение будет более понятно с помощью следующего Примера 1, который является просто иллюстрацией и который является необязательным. Согласно Примеру I светорассеивающий слой, так же как и слой фильтра (состоящий из нескольких подслоев) обеспечивали на слое люминофора согласно Таблице 1.

В качестве сравнительного примера использовали аналогичную сборку без светорассеивающего слоя. Фиг. 2 изображает пропускание при 0° в зависимости от длины волны для сборки в соответствии с Примером I (сплошная линия) и сравнительным примером (пунктирная линия). Можно ясно видеть, что предлагаемая сборка изображает несколько “сдвигов, всплесков” (“nudges”) и “гребней, границ” (“edges”), которые демонстрируют улучшенные рассеивающие свойства. Фиг. 3 изображает несколько спектров пропускания светодиодной сборки согласно Примеру 1 для различных углов. Здесь также можно ясно видеть улучшенные свойства предлагаемой сборки.

ПРИМЕР II

Вторую предлагаемую сборку выполняли аналогичным способом, как и в Примере 1 со структурой, указанной в Таблице II.

Фиг. 4 изображает несколько спектров пропускания согласно Примеру II для различных углов, четко (как на Фиг. 3) изображается улучшенный профиль излучения. Фиг. 5 изображает диаграмму, показывающую отклонение цвета точки (CIE 1796) как функцию угла излучения для сборки согласно Примеру II и сравнительному примеру без светорассеивающего слоя (нагретые белые светодиоды, CCT=2700K). Может быть четко видно, что отклонение для предлагаемого примера намного меньше.

ПРИМЕР III

Третью предлагаемую сборку выполняли аналогичным способом, как и в Примере II со структурой, указанной в Таблице III.

Фиг. 6 изображает пропускание при 0° как функцию длины волны для сборки в соответствии с Примером III (сплошная линия) и сравнительным примером без светорассеивающего слоя (пунктирная линия). Можно ясно видеть, что предлагаемая сборка демонстрирует несколько “сдвигов, всплесков” (“nudges”) и “гребней, границ” (“edges”), которые демонстрируют улучшенные рассеивающие свойства.

ПРИМЕР IV

Четвертую предлагаемую сборку выполняли с помощью следующей структуры: Стеклянную подложку толщиной 170 мкм зачищали пескоструйным аппаратом с одной стороны, чтобы создать поверхность с шероховатостью Ra=190 нм. Слой порошка люминофора осаждали на стеклянную подложку в кремниевой матрице, а светорассеивающий слой совместно со слоями фильтра осаждали на противоположную сторону стеклянной подложки. Смотри Таблицу IV с деталями структуры Примера IV.

Фиг. 7 изображает пропускание при 0° как функцию длины волны для сборки согласно Примеру III (сплошная линия) и сравнительному примеру без светорассеивающего слоя (пунктирная линия). Можно четко видеть, что предлагаемая сборка демонстрирует несколько “сдвигов, всплесков” (“nudges”) и “гребней, границ” (“edges”), которые демонстрируют улучшенные рассеивающие свойства.

ПРИМЕР V

Пятую сборку выполняли аналогичным образом, как и в Примерах I-IV со структурой, указанной в Таблице V.

Фиг. 8 изображает пропускание при 0° как функцию длины волны для сборки согласно Примеру V (сплошная линия) и сравнительному примеру без светорассеивающего слоя (пунктирная линия). Можно четко видеть, что предлагаемая сборка демонстрирует несколько “сдвигов, всплесков” (“nudges”) и “гребней, границ” (“edges”), которые демонстрируют улучшенные рассеивающие свойства.

ПРИМЕР VI

Шестую сборку выполняли в аналогичном виде, как и в Примерах I-V со структурой, указанной в Таблице VI.

Фиг. 9 изображает пропускание как функцию длины волны при 0° для сборки согласно Примеру VI (сплошная линия) и сравнительному примеру без светорассеивающего слоя (пунктирная линия). Можно четко видеть, что предлагаемая сборка демонстрирует несколько “сдвигов, всплесков” (“nudges”) и “гребней, границ” (“edges”), которые демонстрируют улучшенные рассеивающие свойства.

ПРИМЕР VII

Седьмую сборку выполняли в аналогичном виде, как и в Примерах I-VI со структурой, указанной в Таблице VII.

Фиг. 10 изображает пропускание как функцию длины волны при 0° для сборки согласно Примеру VII (сплошная линия) и сравнительному примеру без светорассеивающего слоя (пунктирная линия). Можно четко видеть, что предлагаемая сборка показывает несколько “сдвигов, всплесков” (“nudges”) и “гребней, границ” (“edges”,) которые демонстрируют улучшенные рассеивающие свойства.

ПРИМЕР VIII

Восьмую предлагаемую сборку выполняли в аналогичном виде, как и в Примерах I-VII со структурой, указанной в Таблице VIII.

Фиг. 11 изображает пропускание при 0° как функцию длины волны для сборки согласно Примеру VIII (сплошная линия) и сравнительному примеру без светорассеивающего слоя (пунктирная линия). Можно четко видеть, что предлагаемая сборка показывает несколько “сдвигов, всплесков” (“nudges”) и “гребней, границ” (“edges”), которые демонстрируют улучшенные рассеивающие свойства.

ПРИМЕР IX

Девятую предлагаемую сборку выполняли в аналогичном виде, как и в Примере II со структурой, указанной в Таблице IX.

Фиг. 12 изображает пропускание при 0° как функцию длины волны для сборки согласно Примеру IX (сплошная линия) и сравнительному примеру без светорассеивающего слоя (пунктирная линия). Можно четко видеть, что предлагаемая сборка демонстрирует несколько “сдвигов, всплесков” (“nudges”) и “гребней, границ” (“edges”), которые демонстрируют улучшенные рассеивающие свойства.

Особые сочетания элементов и особенностей в приведенных выше подробных вариантах осуществления являются только примерами; взаимодействие и замещение этих идей другими идеями в данной заявке и в патентах/заявках, включенных по ссылке, являются также рассмотренными. Как будет понятно специалисту в данной области техники, вариации, модификации и другие реализации, того, что описывается в данном документе, можно решить специалисту в данной области без отступления от сущности и объема заявленного изобретения. Соответственно, приведенное выше описание приводится только с целью примера и не предназначено для ограничения. В формуле изобретения слово “включающий в себя” не исключает других элементов или этапов, а единственное число не исключает множество. Сам тот факт, что определенные критерии перечислены во взаимно различных пунктах формулы изобретения, не означает, что продуманное сочетание этих критериев не может быть использовано с пользой. Объем изобретения определяют следующей формулой изобретения и ее эквивалентами. Кроме того используемые в описании и формуле изобретения ссылочные позиции не ограничивают объем заявленного изобретения.