ОСВЕТИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Изобретение относится к осветительному устройству и способу освещения. Изобретение дополнительно относится к способу изготовления для изготовления осветительного устройства.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В публикации US 7,462,878 B2 предложен светоизлучающий диодный кристалл, содержащий последовательность полупроводниковых слоев, пригодных для излучения первичного электромагнитного излучения, и дополнительно содержащий преобразующий слой, который нанесен на, по меньшей мере, одну основную поверхность последовательности полупроводниковых слоев и содержит, по меньшей мере, один люминофор, пригодный для преобразования части первичного излучения во вторичное излучение. По меньшей мере, часть вторичного излучения и, по меньшей мере, часть непреобразованного первичного излучения взаимно накладываются с образованием смешанного излучения и получением, тем самым, цветового пространства. Структуру преобразующего слоя формируют специально для настройки зависимости полученного цветового пространства от угла наблюдения. По меньшей мере, один люминофор может быть органическим люминофором.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Целью настоящего изобретения является создание осветительного устройства, способа освещения и способа изготовления осветительного устройства, при этом, с возможностью увеличение срока эксплуатации осветительного устройства.

В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения предлагается осветительное устройство, при этом, осветительное устройство содержит:

- материал для преобразования для преобразования первичного света во вторичный свет, причем, материал для преобразования содержит преобразующий фотолюминесцентный материал, который деградирует до непреобразующего фотолюминесцентного материала со временем, когда материал для преобразования освещается первичным светом,

- источник первичного света для излучения первичного света, направляемого на материал для преобразования для генерации вторичного света,

причем, материал для преобразования приспособлен так, что, когда материал для преобразования освещается первичным светом, относительное снижение концентрации преобразующего фотолюминесцентного материала в материале для преобразования больше, чем относительное снижение интенсивности вторичного света.

Как известно в технике, деградация фотолюминесцентного материала вызывает существенное снижение поглощательной способности фотолюминесцентного материала для первичного света. При таком приспособлении материала для преобразования, что, когда материал для преобразования освещается первичным светом, относительное снижение концентрации преобразующего фотолюминесцентного материала в материале для преобразования больше, чем относительное снижение интенсивности вторичного света, поглощательная способность для первичного света снижается лишь немного, даже если большая часть фотолюминесцентного материала обесцвечена. Поэтому, осветительное устройство можно использовать более продолжительное время, при одинаковой или немного сниженной интенсивности вторичного света. Тем самым, можно увеличить срок эксплуатации осветительного устройства.

Если, например, только первая часть первичного света направляется на преобразующий фотолюминесцентный материал для генерации вторичного света, при этом, вторая часть первичного света не направляется на преобразующий фотолюминесцентный материал, то вторая часть первичного света и вторичный свет можно смешивать для образования смешанного света, имеющего требуемую цветовую температуру. Поскольку материал для преобразования приспособлен так, что, когда материал для преобразования освещается первичным светом, относительное снижение концентрации преобразующего фотолюминесцентного материала в материале для преобразования больше, чем относительное снижение интенсивности вторичного света, то цветовая температура смешанного цвета будет, по существу, неизменной или только немного изменяться, если материал для преобразования освещается первичным светом.

Относительное снижение концентрации преобразующего фотолюминесцентного материала в материале для преобразования, предпочтительно, определяют как разность концентраций преобразующего фотолюминесцентного материала в материале для преобразования в первый момент времени и во второй момент времени, деленную на концентрацию преобразующего фотолюминесцентного материала в материале для преобразования в первый момент времени. Первый момент времени является, предпочтительно, моментом времени, в который начинается освещение материала для преобразования первичным светом. Например, первый момент времени может быть моментом времени, в который материал для преобразования впервые освещают первичным светом после того, как осветительное устройство было изготовлено. Относительное снижение интенсивности вторичного света, предпочтительно, определяют как разность между интенсивностями вторичного света в первый момент времени и во второй момент времени, деленную на интенсивность вторичного света в первый момент времени. Относительное снижение концентрации преобразующего фотолюминесцентного материала в материале для преобразования, предпочтительно, больше, чем относительное снижение интенсивности вторичного света для всех вторых моментов времени после первого момента времени.

Предпочтительно, что, по меньшей мере, одно из концентрации преобразующего фотолюминесцентного материала в материале для преобразования и длины пути первичного света в материале для преобразования обеспечено из расчета, чтобы, когда материал для преобразования освещается первичным светом, относительное снижение концентрации преобразующего фотолюминесцентного материала в материале для преобразования было больше, чем относительное снижение интенсивности вторичного света. В частности, материал для преобразования может образовывать слой, содержащий молекулы органических люминофоров в качестве преобразующего фотолюминесцентного материала, при этом, толщина слоя и концентрация молекул органических люминофоров обеспечены из расчета, чтобы относительное снижение интенсивности вторичного света было меньше, чем 10%, в течение требуемого срока эксплуатации в рабочем режиме. Если осветительное устройство выполнено с возможностью обеспечения смешанного света, как поясняется выше, то толщина слоя и концентрация молекул органических люминофоров, предпочтительно, обеспечены из расчета, чтобы, например, сдвиг цветовой температуры в течение требуемого срока эксплуатации в рабочем режиме был меньше, чем 300 К, или сдвиг в цветовом пространстве в течение требуемого срока эксплуатации в рабочем режиме был меньше, чем 5 стандартных отклонений согласования цветов (SDCM).

Требуемый срок эксплуатации равен, например, по меньшей мере, 1000 часов, по меньшей мере, 5000 часов или, по меньшей мере, 10000 часов. В рабочем режиме, температура материала для преобразования равна, например, по меньшей мере, 60° Цельсия, по меньшей мере, 100° Цельсия или, по меньшей мере, 120° Цельсия, и интенсивность первичного света равна, например, по меньшей мере, 0,1 Вт/см², по меньшей мере, 1 Вт/см² или, по меньшей мере, 2 Вт/см². Предпочтительно, рабочий режим задан температурой 120° Цельсия для материала для преобразования и интенсивностью первичного света 2 Вт/см².

Осветительное устройство, предпочтительно, выполнено с возможностью применения в светофорах, автомобильном осветительном оборудовании, сельскохозяйственном осветительном оборудовании и т.д. Осветительное устройство, предпочтительно, выполнено с возможностью генерации красного и/или желтого вторичного света. Осветительное устройство может быть также выполнено с возможностью генерации другого цвета или белого цвета, при этом, преобразующий фотолюминесцентный материал, излучающий в зелено-красном диапазоне, освещается первичным светом для генерации вторичного света, имеющего разные цвета, которые смешиваются для генерации белого света. В частности, только первая часть первичного света может быть направлена на преобразующий люминесцентный материал для генерации вторичного света, имеющего один или несколько цветов, которые смешиваются со второй частью первичного света, который не был направлен на преобразующий фотолюминесцентный материал, для генерации белого света или любого другого требуемого цвета. Например, первичный свет может быть синим светом, и вторичный свет может быть красным светом для образования пурпурного цвета.

Осветительное устройство, предпочтительно, приспособлено так, чтобы первичный свет, в частности, первая часть первичного света, которая направляется на преобразующий фотолюминесцентный материал, по существу, полностью преобразовался во вторичный свет.

Преобразующий фотолюминесцентный материал может деградировать со временем, под воздействием тепла или света, в частности, первичного света. Преобразующий фотолюминесцентный материал является, предпочтительно, фосфоресцирующим материалом или флуоресцирующим материалом. В частности, преобразующий фотолюминесцентный материал, предпочтительно, содержит молекулы органических люминофоров, которые характеризуются лишь обесцвечиванием в результате фотохимической реакции, т.е. облучение должно приводить, главным образом, к обесцвечиванию. Молекулы органических люминофоров являются, предпочтительно, органическими красителями, например, периленовыми производными.

Предпочтительно, материал для преобразования приспособлен так, что, если относительное снижение концентрации преобразующего фотолюминесцентного материала равно или меньше, чем 90 процентов, то относительное снижение интенсивности вторичного света меньше, чем 10 процентов, предпочтительнее, меньше, чем 5 процентов и еще более предпочтительно, меньше, чем 3 процента. В дополнительном предпочтительном варианте осуществления, материал для преобразования приспособлен так, что, если относительное снижение концентрации преобразующего фотолюминесцентного материала равно или меньше, чем 90 процентов, то относительное снижение интенсивности вторичного света меньше, чем 1 процент.

В одном варианте осуществления, преобразующий фотолюминесцентный материал, т.е. фотолюминесцентный краситель, обеспечен в слое с такими концентрацией и с толщиной, что пропускание первичного света составляет, приблизительно, 10^-8 процентов, что соответствует поглощательной способности 10, до деградации. После деградации 90 процентов преобразующего фотолюминесцентного материала, поглощательная способность становится равной, предпочтительно, 1, что соответствует пропусканию 10 процентов. Следовательно, коэффициент поглощения первичного света и, следовательно, излучение вторичного света только немного изменяются. Если принять, что конец срока эксплуатации имеет место при, приблизительно, 90-процентной деградации фотолюминесцентного материала, то поглощательная способность для первичного света снизилась от 10 до 1, т.е. преобразующим фотолюминесцентным материалом поглощается, по-прежнему, почти весь первичный свет.

В общем, можно принять, что концентрация C(t) преобразующего фотолюминесцентного материала снижается экспоненциально в соответствии со следующим уравнением:

,(1)

где C ₀ означает концентрацию преобразующего фотолюминесцентного материала в первый момент времени, в который начинается освещение преобразующего фотолюминесцентного материала первичным светом, и a означает постоянную снижения. Если срок эксплуатации задан как время, за которое достигнуто 10-процентное относительное снижение интенсивности вторичного света, то срок эксплуатации известного осветительного устройства составляет, приблизительно, . В предпочтительном варианте осуществления изобретения, 10-процентное относительное снижение интенсивности вторичного света достигается при 90-процентном относительном снижении концентрации преобразующего фотолюминесцентного материала в материале для преобразования. Поэтому, срок эксплуатации можно задать выражением . Следовательно, в данном примере, срок эксплуатации увеличивают в раз увеличением поглощательной способности слоя для преобразования в 10 раз, при этом, поглощательная способность, предпочтительно, определяется произведением толщины слоя, концентрации преобразующего фотолюминесцентного материала в слое и коэффициентом экстинкции в преобразующем фотолюминесцентном материале.

Предпочтительно, преобразующий фотолюминесцентный материал содержит органический преобразующий фотолюминесцентный материал и/или квантовые точки. Органический преобразующий фотолюминесцентный материал является, предпочтительно, органическим люминофором. Органический люминофор имеет несколько преимуществ по сравнению с неорганическим люминофором. Положение и ширину полосы спектра люминесценции можно рассчитать для любого места в видимом диапазоне для обеспечения высокой эффективности. Кроме того, квантовый выход преобразования цветов может быть очень высоким, и органические люминофоры имеют высокую прозрачность, т.е. отражение или рассеяние первичного света ослаблены, в частном случае, исключены, что дополнительно повышает эффективность системы. Кроме того, вследствие своего органического происхождения и стойкости, органические люминофоры могут быть на несколько порядков величины дешевле, чем неорганические люминофоры. Кроме того, если преобразующий фотолюминесцентный материал содержит квантовые точки, то положение и ширину полосы спектра люминесценции можно спроектировать для любого места в видимом диапазоне для обеспечения высокой эффективности, в частности, посредством настройки размера квантовых точек.

Кроме того, источник первичного света, предпочтительно, является светоизлучающим диодом. В частности, источник первичного света является светоизлучающим диодом, генерирующим синий первичный свет. Синий первичный свет, обычно, можно преобразовать в любой другой цвет в видимом диапазоне, с минимальными потерями энергии, так называемыми, стоксовыми потерями. Светоизлучающие диоды с синим свечением очень эффективны. Если осветительное устройство выполнено с возможностью генерации смешанного света, являющегося смесью первичного света, который не был поглощен преобразующим фотолюминесцентным материалом, и вторичного света, и если осветительное устройство должно вырабатывать белый смешанный свет, то синяя составляющая белого смешанного света может обеспечиваться светоизлучающим диодом с синим свечением. В другом варианте осуществления, светоизлучающий диод может быть также приспособлен с возможностью генерации ближнего ультрафиолетового первичного света. В данном случае, предпочтительно, синяя составляющая требуемого белого света также генерируется преобразованием ближнего ультрафиолетового первичного света в синий вторичный свет.

Дополнительно предпочтительно то, что материал для преобразования содержит частицы для рассеяния вторичного света для ослабления волноводных эффектов. Ослабление волноводных эффектов позволяет улучшить выход вторичного света из материала для преобразования. В предпочтительных вариантах осуществления осветительного устройства, материал для преобразования образует плоский слой для преобразования, размещенный на выходном окне осветительного устройства, при этом, предпочтительное направление выхода света, по существу, перпендикулярно плоскости, в которой находится слой для преобразования. При этом, в частности, ослабление волноводных эффектов приводит к снижению потерь на самопоглощение, а также снижает вероятность того, что часть вторичного света будет покидать осветительное устройство через кромки слоя для преобразования, со снижением, тем самым, эффективности осветительного устройства.

В предпочтительном варианте осуществления, материал для преобразования образует слой, содержащий выходную внешнюю поверхность для выхода вторичного света. Выходная поверхность также может быть выполнена с возможностью ослабления волноводных эффектов.

Дополнительно предпочтительно то, что материал для преобразования образует слой, содержащий поверхность, оптически связанную с рассеивающей поверхностью для ослабления волноводных эффектов.

Дополнительно предпочтительно то, что осветительное устройство приспособлено таким образом, что первичный свет, который не поглощен преобразующим фотолюминесцентным материалом, и вторичный свет смешиваются для образования смешанного света, который вырабатывается осветительным устройством. Данное решение может обеспечивать, в результате, цвет смешанного света, который, по существу, не зависит от угла, под которым смешанный свет выходит из осветительного устройства.

Предпочтительно также то, что материал для преобразования образует слой, содержащий внешнюю выходную поверхность для выхода вторичного света из слоя, при этом, источник первичного света и слой расположены так, что первичный свет освещает слой в направлении, поперечном или параллельном внешней выходной поверхности. Например, внешняя выходная поверхность может быть рассеивающей поверхностью для выхода вторичного света путем рассеяния. Осветительное устройство, предпочтительно, содержит коллиматор для коллимации первичного света для направления поперечно или параллельно внешней выходной поверхности.

Осветительное устройство может содержать экран для экранирования преобразующего фотолюминесцентного материала от окружающего света. Данное решение устраняет излучение вторичного света, вызываемое окружающим светом. Экран может быть приспособлен с возможностью экранирования солнечного света или искусственного света, например, света от других автомобилей, если осветительное устройство применяют в автомобиле. Предпочтительно, экран содержит фильтр, предназначенный для поглощения и/или ослабления света в диапазоне изменения поглощательной способности преобразующего фотолюминесцентного материала. Фильтр может быть размещен на внешней поверхности слоя преобразующего фотолюминесцентного материала.

Дополнительно предпочтительно то, что осветительное устройство содержит отражательную камеру, содержащую отражательную внутреннюю поверхностью для направления первичного света в, по меньшей мере, одно из фотолюминесцентной области, в которой расположен материал для преобразования, или выходного окна отражательной камеры.

Преобразующий фотолюминесцентный материал может быть расположен в виде рисунка. Дополнительно предпочтительно то, что рисунок содержит, по меньшей мере, одну первую зону с преобразующим фотолюминесцентным материалом и, по меньшей мере, одну вторую зону без преобразующего фотолюминесцентного материала. Например, осветительное устройство может содержать выходное окно для света, при этом, преобразующий фотолюминесцентный материал покрывает не все выходное окно для света, а только часть данного окна, в частности, в некоторых зонах выходного окна для света, преобразующий фотолюминесцентный материал может присутствовать, причем, в других зонах выходного окна для света, преобразующий фотолюминесцентный материал отсутствует. Зона выходного окна для света, в которой преобразующий фотолюминесцентный материал отсутствует, предпочтительно, прозрачна для первичного света. Таким образом, первичный свет и вторичный свет могут выходить из выходного окна и смешиваться для образования смешанного света, имеющего смешанный цвет. Отношение зон с преобразующим фотолюминесцентным материалом и без него определяет цветовую температуру осветительного устройства.

Предпочтительно, материал для преобразования содержит композитный материал, содержащий две фазы, при этом, преобразующий фотолюминесцентный материал присутствует только в одной из двух фаз для расположения преобразующего фотолюминесцентного материала в виде рисунка. Другая из двух фаз является, предпочтительно, прозрачной, в частности, полностью прозрачной, для первичного света. Например, преобразующий фотолюминесцентный материал можно молекулярно диспергировать в полимерных частицах. Затем, полимерные частицы диспергируют в другом полимере для создания композитного материала. Композитный материал можно также создать смешением двух несовместимых полимеров, при этом, преобразующий фотолюминесцентный материал растворен только в одном из полимеров. Фаза, которая не содержит преобразующий фотолюминесцентный материал, может вызывать объемное рассеяние первичного света, который не был поглощен преобразующим фотолюминесцентным материалом, и вторичного света для улучшения смешивания света и ослабления волноводных эффектов.

Осветительное устройство может содержать разные виды преобразующего фотолюминесцентного материала, обеспечивающего вторичный свет, имеющий разные цвета. Разные виды преобразующего фотолюминесцентного материала можно смешивать, при этом, смесь обеспечивают в одной области осветительного устройства, или разные виды преобразующего фотолюминесцентного материала можно размещать в отдельных областях осветительного устройства. Области осветительного устройства могут быть обеспечены на выходном окне осветительного устройства.

В соответствии с дополнительным аспектом настоящего изобретения предлагается способ изготовления для изготовления осветительного устройства, при этом, способ изготовления содержит следующие этапы:

- обеспечивают материал для преобразования для преобразования первичного света во вторичный свет, причем, материал для преобразования содержит преобразующий фотолюминесцентный материал, который деградирует до непреобразующего материала со временем, когда материал для преобразования освещается первичным светом,

- приспосабливают материал для преобразования таким образом, чтобы, когда материал для преобразования освещается первичным светом, относительное снижение концентрации преобразующего фотолюминесцентного материала в материале для преобразования было больше, чем относительное снижение интенсивности вторичного света,

- обеспечивают источник первичного света для излучения первичного света,

- располагают материал для преобразования и источник первичного света таким образом, чтобы первичный свет был способен направляться на материал для преобразования для генерации вторичного света.

В соответствии с дополнительным аспектом настоящего изобретения предлагается способ освещения, при этом, первичный свет излучается источником первичного света и направляется на материал для преобразования, содержащий преобразующий фотолюминесцентный материал, который деградирует до непреобразующего фотолюминесцентного материала со временем, когда материал для преобразования освещается первичным светом, для генерации вторичного света, причем, материал для преобразования приспособлен так, что, когда материал для преобразования освещается первичным светом, относительное снижение концентрации преобразующего фотолюминесцентного материала в материале для преобразования больше, чем относительное снижение интенсивности вторичного света.

Следует понимать, что осветительное устройство по п. 1 формулы изобретения, способ изготовления по п. 14 формулы изобретения и способ освещения по п. 15 формулы изобретения имеют сходные и/или идентичные предпочтительные варианты осуществления, в частности, определяемые в зависимых пунктах формулы изобретения.

Следует понимать, что предпочтительный вариант осуществления изобретения может быть также любой комбинацией зависимых пунктов формулы изобретения, с соответствующими независимыми пунктами формулы изобретения.

Приведенные и другие аспекты изобретения будут очевидны из пояснений со ссылками на нижеописанные варианты осуществления.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг. 1 - примерный и схематичный первый вариант осуществления осветительного устройства,

Фиг. 2 - несколько примерных спектров поглощения молекул органических люминофоров,

Фиг. 3 - примерное пропускание слоя для преобразования осветительного устройства по отношению к первичному свету в зависимости от концентрации органического люминофора в слое для преобразования,

Фиг. 4 - 6 - примерный и схематичный дополнительный вариант осуществления осветительного устройства,

Фиг. 7 - 9 - примерный и схематичный дополнительный вариант осуществления осветительного устройства,

Фиг. 10 - примерный и схематичный дополнительный вариант осуществления осветительного устройства,

Фиг. 11 - примерные спектры поглощения и пропускания люминофорного материала,

Фиг. 12 - примерный спектр поглощения фильтра экрана для экранирования от окружающего света,

Фиг. 13 - примерная схема рисунка органического люминофора,

Фиг. 14 - примерный и схематичный рисунок органического люминофора, предназначенного для излучения разных цветов,

Фиг. 15 - композитный материал первой фазы, содержащей органический люминофор, и второй фазы, прозрачной для первичного света,

Фиг. 16 -пропускания разных слоев для преобразования, обладающих разными концентрациями поглощающего люминофора в зависимости от толщины слоя для преобразования,

Фиг. 17 - примерная блок-схема последовательности операций варианта осуществления способа изготовления для изготовления осветительного устройства, и

Фиг. 18 - примерная блок-схема последовательности операций варианта осуществления способа освещения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

На фиг. 1 схематично изображено примерное осветительное устройство 1, содержащее материал 2 для преобразования для преобразования первичного света во вторичный свет. Материал 2 для преобразования содержит преобразующий фотолюминесцентный материал 15, который деградирует со временем. Осветительное устройство 1 дополнительно содержит источник 3 первичного света для излучения первичного света 4, направляемого на преобразующий фотолюминесцентный материал 15 для генерации вторичного света 5. Материал 2 для преобразования и источник 3 первичного света расположены в корпусе 6, имеющем выходное окно 8 для предоставления вторичному свету 5 выхода из корпуса 6. Материал 2 для преобразования приспособлен так, что, после 90-процентной деградации преобразующего фотолюминесцентного материала 15, материал 15 для преобразования поглощает более, чем 90 процентов первичного света 4. Материал 2 для преобразования обеспечен в виде слоя, при этом, по меньшей мере, одно из концентрации преобразующего фотолюминесцентного материала 15 в слое и длин путей первичного света 4 внутри слоя, в частности, толщины слоя, обеспечены из расчета, чтобы, после 90-процентной деградации преобразующего фотолюминесцентного материала, материал для преобразования поглощал более, чем 90 процентов первичного света. Предпочтительно, слой содержит молекулы органических люминофоров в качестве преобразующего фотолюминесцентного материала, при этом, толщина слоя и концентрация молекул органических люминофоров, предпочтительно, обеспечены из расчета, чтобы снижение интенсивности вторичного света было меньше, чем 10%, через 5000 часов эксплуатации осветительного устройства 1 при 100 °C, при интенсивности первичного света 2 Вт/см².

Преобразующий фотолюминесцентный материал 2 деградирует со временем, под воздействием тепла или света, в частности, первичного света 4. Преобразующий фотолюминесцентный материал содержит молекулы органических люминофоров типа периленовых производных органических красителей. Упомянутые молекулы органических люминофоров характеризуются лишь обесцвечиванием в результате термохимической реакции, т.е. облучение приводит, главным образом, к обесцвечиванию, а не к снижению квантового выхода, и не к образованию дополнительных центров поглощения. В дополнение или в качестве альтернативы, преобразующий фотолюминесцентный материал может содержать квантовые точки.

Источник 3 первичного света является светоизлучающим диодом, который излучает, предпочтительно, синий первичный свет 4. Осветительное устройство, предпочтительно, выполнено с возможностью генерации красного и/или желтого вторичного света. Осветительное устройство может быть также выполнено с возможностью генерации света другого цвета или белого света, при этом, преобразующий фотолюминесцентный материал, излучающий в зелено-красном диапазоне, освещается первичным светом для генерации вторичного света, имеющего разные цвета, и которые смешиваются для генерации белого света.

Материал 2 для преобразования содержит частицы для рассеяния вторичного света, генерируемого в материале 2 для преобразования. Упомянутые частицы ослабляют волноводные эффекты. Кроме того, материал для преобразования, образующий слой, содержит выходную внешнюю поверхность 7 для выхода вторичного света. Выходная внешняя поверхность 7 приспособлена также с возможностью ослабления волноводных эффектов.

Органические люминофоры и люминофоры типа квантовых точек обладают низкой фотохимической стабильностью. Наблюдения показали, что органические молекулы обесцвечиваются под воздействием света, как показано, например, на фиг. 2. На фиг. 2 представлены спектры поглощения фотолюминесцентного материала через различные периоды времени облучения синим первичным светом, т.е. для разных периодов времени обесцвечивания. Спектр, указанный ссылочной позицией 10, соответствует отсутствию обесцвечивания, спектр, указанный ссылочной позицией 11, соответствует 16-часовому обесцвечиванию, спектр, указанный ссылочной позицией 12, соответствует 85-часовому обесцвечиванию, и спектр, указанный ссылочной позицией 13, соответствует времени обесцвечивания 107 часов.

Предпочтительно, осветительное устройство выполнено с возможностью преобразования первичного света, который, предпочтительно, является светом светоизлучающего диода, по существу, полностью во вторичный свет, имеющий другой цвет, при минимальном пропуске первичного света. С данной целью, предпочтительно, применяют слой для преобразования, образованный материалом для преобразования, имеющим такие толщину и концентрацию преобразующего фотолюминесцентного материала, что преобразующим фотолюминесцентным материалом, который можно также считать люминесцентным красителем, преобразуется более, чем, например, 99 процентов первичного света. На фиг. 3 схематично представлено примерное пропускание первичного света, имеющего длину волны, например, 450 нм, в зависимости от концентрации красителя в слое для преобразования, который в приведенном примере имеет толщину 1 мм. На фиг. 3 показано, что, после снижения поглощательной способности в десять раз, поглощательная способность остается еще достаточной, так что пропуск первичного света сквозь слой для преобразования является незначительным. Как можно видеть на фиг. 3, если, например, принять, что первоначальная концентрация преобразующего фотолюминесцентного материала равна 0,45 процентам, и что, после деградации, концентрация снижается до 0,045 процентов, то пропускание первичного света все еще меньше, чем 1 процент. Это означает, что, после относительного снижения концентрации преобразующего фотолюминесцентного материала в материале для преобразования на 90 процентов, преобразующим фотолюминесцентным материалом поглощается, по-прежнему, более, чем 99 процентов первичного света. Поэтому, снижение интенсивности вторичного света является относительно небольшим в сравнении с первоначальной интенсивностью вторичного света до деградации.

На фиг. 4-6 представлен дополнительный вариант осуществления осветительного устройства. Осветительное устройство 101 содержит материал 102 для преобразования для преобразования первичного света во вторичный свет, при этом, материал 102 для преобразования содержит преобразующий фотолюминесцентный материал 115, который деградирует со временем. Предпочтительно, преобразующий фотолюминесцентный материал содержит органический люминофор и/или квантовые точки. Осветительное устройство содержит источники 103 и 110 первичного света, являющиеся светоизлучающими диодами. Светоизлучающие диоды излучают первичный свет для направления на преобразующий фотолюминесцентный материал 115 для генерации вторичного света. Предпочтительно, материал 102 для преобразования приспособлен так, что, если относительное снижение концентрации преобразующего фотолюминесцентного материала 115 не превышает 90 процентов, то относительное снижение интенсивности вторичного света меньше, чем 10 процентов. Осветительное устройство 101 содержит отражательную камеру 109, содержащую отражательную внутреннюю поверхность для направления первичного света в фотолюминесцентную область 116 отражательной камеры 109, в которой расположен материал 102 для преобразования. Осветительное устройство 101 содержит выходное окно 130, через которое свет выходит из устройства. Выходное окно 130 может быть образовано слоем 102 для преобразования, слой 102 для преобразования может быть расположен на выходном окне 130. Если слой 102 для преобразования освещается первичным светом, то преобразующий фотолюминесцентный материал деградирует, т.е. обесцвечивается, как схематично показано увеличивающейся белой областью на фиг. 4-6. Предпочтительно, слой для преобразования приспособлен так, чтобы в слое для преобразования повторно поглощалось менее, чем 20 процентов вторичного света. Для ослабления данного самопоглощения, целесообразно применять материалы для преобразования, характеризующиеся большими стоксовскими сдвигами, при этом, стоксовский сдвиг, предпочтительно, определяется как разность между положениями максимумов полос спектров поглощения и излучения одного и того же электронного перехода. Предпочтительными являются стоксовские сдвиги более, чем 50 нм. С упомянутой целью, в слое для преобразования можно применять люминесцирующие молекулы, характеризующиеся резонансным переносом энергии.

На фиг. 7-9 представлен дополнительный вариант осуществления осветительного устройства. Осветительное устройство 201 содержит материал 202 для преобразования для преобразования первичного света 204 во вторичный свет 205, при этом, материал 202 для преобразования содержит преобразующий фотолюминесцентный материал 215, который деградирует со временем. Предпочтительно, преобразующий фотолюминесцентный материал 215 содержит органический люминофор и/или квантовые точки. Осветительное устройство 201 содержит источник 203 первичного света, являющийся светоизлучающим диодом для излучения первичного света 204, направляемого на преобразующий фотолюминесцентный материал 215 для генерации вторичного света 205. В данном варианте осуществления, материал 202 для преобразования также приспособлен так, что, если относительное снижение концентрации преобразующего фотолюминесцентного материала не превышает 90 процентов, то относительное снижение интенсивности вторичного света меньше, чем 10 процентов. Осветительное устройство 202 содержит внутреннюю отражающую поверхностью 217 и противоположную внешнюю выходную поверхность 220 для выхода вторичного света 205 из слоя для преобразования, образованного материалом 202 для преобразования, таким образом, что вторичный свет 205 выходит из осветительного устройства, по существу, через выходную поверхность 220. Кроме того, осветительное устройство 201 может содержать коллиматор 218 для коллимации первичного света 204. В частности, как показано на фиг. 7-9, первичный свет светоизлучающего диода 203 вводится в слой для преобразования слева и коллимируется для освещения в направлении слева направо на фиг. 7-9. В результате обесцвечивания, положение 219 излучения изменяется, при этом, предпочтительно, полное преобразование первичного света во вторичный свет остается даже в состоянии на фиг. 9. Обесцвечивание показано увеличивающейся белой зоной на фиг. 8 и 9.

Источник 203 первичного света и слой 202 для преобразования расположены так, что первичный свет 204 пересекает слой 202 для преобразования в направлении, по существу, параллельном внешней выходной поверхности 220. Внешняя выходная поверхность 220 может быть рассеивающей поверхностью для выхода вторичного света 205 посредством рассеяния.

На фиг. 10 представлен дополнительный вариант осуществления осветительного устройства. Осветительное устройство 301 содержит материал 302 для преобразования для преобразования первичного света 304, 322, 323 во вторичный свет 326, 325, 324. Материал 302 для преобразования содержит преобразующий фотолюминесцентный материал 315, который деградирует со временем. В данном варианте осуществления, преобразующий фотолюминесцентный материал 315, предпочтительно, также содержит органический люминофор и/или квантовые точки. Осветительное устройство содержит источники 303, 310, 321 первичного света, являющиеся светоизлучающими диодами для излучения первичного света 304, 322, 323. Первичный свет 304, 322, 323 направляется на преобразующий фотолюминесцентный материал 315 для генерации вторичного света 326, 325, 324. В данном варианте осуществления, материал 302 для преобразования также приспособлен таким образом, что, если относительное снижение концентрации преобразующего фотолюминесцентного материала 315 не превышает 90 процентов, то относительное снижение интенсивности вторичного света меньше, чем 10 процентов. Осветительное устройство 301 содержит отражательную камеру 309 для смешения первичного света 304, 322, 323 и для направления смешанного первичного света на материал 302 для преобразования. Боковой элемент отражательной камеры 309 содержит материал 302 для преобразования, при этом, наружная сторона материала 302 для преобразования, которая обращена к наружной стороне осветительного устройства 301, экранирована экраном 327. Экран 327 приспособлен с возможностью экранирования материала 302 для преобразования от окружающего света. Данное решение устраняет излучение вторичного света, вызываемое окружающим светом. Экран может быть приспособлен с возможностью экранирования солнечного света или искусственного света, например, света от других автомобилей, если осветительное устройство применяют в автомобиле. Предпочтительно, экран 327 содержит фильтр, предназначенный для поглощения и/или отражения света в диапазоне изменения поглощательной способности преобразующего фотолюминесцентного материала 315.

На фиг. 11 схематично представлены примеры спектра 30 поглощения и спектра 31 пропускания преобразующего фотолюминесцентного материала. При наличии данных спектров, спектр поглощения фильтра экрана 327 может быть описан спектром 32 поглощения, показанным на фиг. 12.

Материал для преобразования, описанный в данных вариантах осуществлениях, образует, предпочтительно, слой. Данный слой может содержать выходную внешнюю поверхность для вывода вторичного света. Выходная поверхность может быть также приспособлена с возможностью ослабления волноводных эффектов. В дополнение или в качестве альтернативы, поверхность слоя может быть также оптически связанной с рассеивающей поверхностью для ослабления волноводных эффектов. Материал для преобразования может также содержать частицы для рассеяния вторичного света для ослабления волноводных эффектов.

Как показано на фиг. 1 и 4-10, материал для преобразования образует слой для преобразования, при этом, преобразующий фотолюминесцентный материал представляется непрерывно и однородно распределенным. Однако, преобразующий фотолюминесцентный материал может быть также расположен в виде рисунка. Зону осветительного устройства, через которую вторичный свет и, по желанию, также первичный свет, который не был направлен на преобразующий фотолюминесцентный материал, может выходить из осветительного устройства, можно рассматривать как выходное окно для света. Как показано на фиг. 1 и 4-10, данное выходное окно для света покрыто материалом для преобразования. Материал для преобразования может быть приспособлен так, что преобразующий фотолюминесцентный материал покрывает не все выходное окно для света, а только часть данного окна. В частности, в некоторых зонах выходного окна для света, преобразующий фотолюминесцентный материал может присутствовать, при этом, в других зонах выходного окна для света, преобразующий фотолюминесцентный материал отсутствует. Отношение зон с преобразующим фотолюминесцентным материалом и без него определяет цветовую температуру осветительного устройства. Данное выходное окно для света может быть образовано нанесением покрытия из преобразующего фотолюминесцентного материала на подложку.

На фиг. 13 представлена примерная схема упомянутой подложки 40 с зонами 41, содержащими органический люминофор, и зонами 42, в которых отсутствует органический люминофор. Подложка прозрачна для первичного света, так что свет, получаемый из осветительного устройства, является смесью вторичного света, генерируемого органическим люминофором, и первичного света, который пересекает подложку 40 без пересечения органического люминофора. Разные зоны, содержащие органический люминофор, могут быть снабжены разными видами органических люминофоров, излучающих разные длины волн, как, для примера, схематически показано на фиг. 14. Как показано на фиг. 14, на прозрачную подложку 43 нанесены покрытия из органических люминофоров 44, 45, 46 трех видов для генерации разных цветов. Например, органические люминофоры 44 могут генерировать красный свет, органические люминофоры 45 могут генерировать зеленый свет и органические люминофоры 46 могут генерировать желтый свет. Разные цвета данного вторичного света смешиваются с первичным светом, который пересекает подложку в зонах 47, которые не покрыты органическими люминофорами 44, 45, 46.

Материал для преобразования, описание которого приведено выше со ссылкой на фиг. 1 и 4-10, может быть композитным материалом, содержащим две фазы, при этом, преобразующий фотолюминесцентный материал присутствует только в одной из двух фаз для расположения преобразующего фотолюминесцентного материала в виде рисунка. Другая из двух фаз является, предпочтительно, прозрачной, в частности, полностью прозрачной, для первичного света. Например, преобразующий фотолюминесцентный материал можно молекулярно диспергировать в полимерных частицах, при этом, после этого, полимерные частицы диспергируют в другом полимере для создания композитного материала. Композитный материал можно также создать смешением двух несовместимых полимеров, при этом, преобразующий фотолюминесцентный материал растворен только в одном из полимеров. На фиг. 15 схематично изображен композитный материал 50 первой фазы 51, содержащей органический люминофор, и второй фазы 52, формирующей матрицу, прозрачную для первичного света. Первая фаза 51 с органическим люминофором образует несколько зон внутри прозрачной фазы 52, при этом, разные зоны могут излучать один и тот же цвет или разные цвета.

На фиг. 16 схематично показано примерное пропускание первичного света, имеющего длину волны 450 нм, в виде функции толщины d слоя для преобразования с концентрацией фотолюминесцентного материала 0,5 процентов. Разные показанные кривые соответствуют разным степеням обесцвечивания. На фиг. 16, 100 процентов, 70 процентов, 50 процентов и 30 процентов относятся к доле от первоначальной концентрации фотолюминесцентного материала в образце, т.е. 100 процентов означают, что обесцвечено 0 процентов люминесцентного материала, 70 процентов означают, что обесцвечено 30 процентов люминесцентного материала, и т.д. Можно видеть, что, при толщине 10 микрометров до обесцвечивания, поглощается, приблизительно, 60 процентов света. После 70-процентного обесцвечивания фотолюминесцентного материала, поглощение становится, приблизительно, 20 процентов. Данное значение соответствует, приблизительно, 70-процентному ослаблению поглощения. При толщине слоя 50 микрометров, поглощение до обесцвечивания превышает 95 процентов. После 70-процентного снижения концентрации преобразующего фотолюминесцентного материала, поглощение становится равным 70 процентам. Данное значение соответствует намного меньшему, 27,7-процентному, ослаблению поглощения. В случае с образцом с намного большей, 200-микрометровой толщиной, какого-либо ослабления поглощения почти не заметно, и почти весь свет все еще поглощается, когда 70 процентов фотолюминесцентного материала обесцвечивается. Во всех случаях, когда первичный свет поглощается, он преобразуется во вторичный свет. Таким образом, если поглощательную способность, которая, предпочтительно, определяется как произведение коэффициента экстинкции, толщины слоя для преобразования и концентрации преобразующего фотолюминесцентного материала в слое для преобразования, увеличивают посредством увеличения толщины, то можно прийти к ситуации, в которой, когда большая процентная часть люминесцентного материала деградирует, изменение поглощения первичного света и, следовательно, излучения вторичного света оказывается относительно небольшим. Как видно из фиг. 16, толщина слоя для преобразования составляет, например, предпочтительно, по меньшей мере, 50 микрометров, более предпочтительно, по меньшей мере, 100 микрометров или, еще более предпочтительно, по меньшей мере, 200 микрометров.

Ниже, со ссылкой на блок-схему последовательности операций способа, представленную на фиг. 17, приведено описание способа изготовления для изготовления осветительного устройства.

На этапе 401 обеспечивают материал для преобразования для преобразования первичного света во вторичный свет, при этом, материал для преобразования содержит преобразующий фотолюминесцентный материал, который деградирует до непреобразующего материала со временем под действием освещения или нагревания. На этапе 402, приспосабливают материал для преобразования таким образом, чтобы, когда материал для преобразования освещается первичным светом, относительное снижение концентрации преобразующего фотолюминесцентного материала в материале для преобразования было больше, чем относительное снижение интенсивности вторичного света. На этапе 403, обеспечивают источник первичного света для излучения первичного света, и, на этапе 404, материал для преобразования и источник первичного света располагают так, чтобы первичный свет мог направляться на преобразующий фотолюминесцентный материал для генерации вторичного света. Следует отметить, что этап 403 можно также выполнять перед этапом 402.

Ниже, со ссылкой на блок-схему последовательности операций способа, представленную на фиг. 18, приведено примерное описание способа освещения.

На этапе 501, первичный свет излучается источником первичного света, и, на этапе 502, первичный свет направляется на преобразующий фотолюминесцентный материал, который деградирует со временем, в слое для преобразования, для генерации вторичного света, при этом, материал для преобразования приспособлен так, что, когда материал для преобразования освещается первичным светом, относительное снижение концентрации преобразующего фотолюминесцентного материала в материале для преобразования больше, чем относительное снижение интенсивности вторичного света.

Предпочтительно, преобразующий фотолюминесцентный материал содержит органические люминофоры и/или люминофоры типа квантовых точек. Осветительное устройство можно применять в различных областях, например, сельскохозяйственном и автомобильном осветительном оборудовании и светофорах. С данной целью можно применить светоизлучающий диод, излучающий синий цвет, при этом, первичный свет, исходящий из светоизлучающего диода с синим свечением, преобразуется во вторичный свет, имеющий другой цвет, например, желтый и красный. Для компенсации возможного обесцвечивания органического люминофора, толщину слоя для преобразования и/или концентрацию люминофора в слое для преобразования выбирают соответственно таким образом, чтобы, когда материал для преобразования освещается первичным светом, относительное снижение концентрации преобразующего фотолюминесцентного материала в материале для преобразования было больше, чем относительное снижение интенсивности вторичного света. Предпочтительно, осветительное устройство приспосабливают так, чтобы уменьшать снижение эффективности вследствие самопоглощения люминофора.

В частности, при применении в автомобильном осветительном оборудовании и светофоре, осветительное устройство, предпочтительно, приспосабливают так, чтобы исключать люминесценцию люминофора, вызываемую внешним светом, падающим на люминофор. Предпочтительно, количество люминофора выбирают достаточно большим, чтобы синий свет поглощался, по существу, полностью даже после продолжительного облучения, приводящего к обесцвечиванию части молекул люминофора.

Следует отметить, что фигуры, изображающие варианты осуществления осветительных устройств, являются всего лишь схематичными и примерными фигурами. Например, как показано на фиг. 7-9, коллиматор 218 может быть приспособлен с возможностью, в частности, более равномерного освещения первичным светом всей левой стороны материала для преобразования, показанного на данных фигурах. Кроме того, источник 203 первичного света может быть расположен так, чтобы левая сторона материала 202 для преобразования на фиг. 7-9 освещалась ближе к центру.

В ходе практического применения заявленного изобретения, специалистами в данной области техники могут быть разработаны и реализованы другие изменения вышеописанных вариантов осуществления, после изучения чертежей, описания и прилагаемой формулы изобретения.

В формуле изобретения, выражение «содержащий» не исключает других элементов или этапов, и признак единственного числа не исключает множественного числа.

Единственный блок или единственное устройство может выполнять функции нескольких объектов, перечисленных в формуле изобретения. Очевидное обстоятельство, что разные признаки упомянуты во взаимно различных зависимых пунктах формулы изобретения, не означает, что, в подходящих случаях, нельзя использовать сочетание упомянутых признаков.

Управление осветительным устройством в соответствии со способом освещения можно реализовать в форме средства из программного кода компьютерной программы и/или специализированного аппаратного обеспечения.

Компьютерную программу можно хранить/распространять на подходящем носителе информации, например, оптическом носителе информации или твердотельном носителе информации, поставляемом совместно с другим аппаратным обеспечением или в его составе, но можно также распространять в других формах, например, по сети Интернет или в других проводных или беспроводных телекоммуникационных системах.

Никакие ссылочные позиции в формуле изобретения нельзя интерпретировать в смысле ограничения объема.

Изобретение относится к осветительному устройству, содержащему материал для преобразования для преобразования первичного света во вторичный свет, при этом, материал для преобразования содержит преобразующий фотолюминесцентный материал, который деградирует до непреобразующего фотолюминесцентного материала со временем, когда материал для преобразования освещается первичным светом. Материал для преобразования приспособлен так, что, когда материал для преобразования освещается первичным светом, относительное снижение концентрации преобразующего фотолюминесцентного материала в материале для преобразования больше, чем относительное снижение интенсивности вторичного света. Данное решение позволяет осветительному устройству обеспечивать лишь немного ослабленную поглощательную способность для первичного света, даже если большая часть фотолюминесцентного материала обесцветилась, и, следовательно, более длительный срок эксплуатации, при одной и той же или немного сниженной интенсивности вторичного света.