Белое светодиодное устройство переменного тока

Специалисты в данной области техники прилагают постоянные усилия, чтобы обеспечить преодоление стробоскопического эффекта, возникающего в белом светодиодном устройстве в режиме питания переменным током, и улучшить диссипацию тепла.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Техническая проблема, которую необходимо решить в настоящем изобретении, состоит в обеспечении нового белого светодиодного устройства, позволяющего преодолеть ряд недостатков, таких как стробоскопический эффект в режиме питания переменным током и проблемы с диссипацией тепла у существующих белых светодиодных устройств.

Технические решения согласно настоящему изобретению включают белый светоизлучающий диодный (LED) элемент, содержащий светодиодный чип и светоизлучающий материал, способный излучать свет при возбуждении светодиодным чипом, характеризующийся тем, что светодиодный чип содержит только один светоизлучающий p-n-переход, время жизни светового излучения светоизлучающего материала составляет от 1 до 100 мс, световая яркость чипа с отключенным электропитанием при непостоянном токе компенсируется послесвечением светоизлучающего материала, а свет, излучаемый светодиодным чипом, смешивается со светом, излучаемым светоизлучающим материалом, с получением белого света.

Также объектом изобретения является белый светодиодный элемент, содержащий светодиодный чип и светоизлучающий материал, способный излучать свет при возбуждении светодиодным чипом, характеризующийся тем, что светодиодный чип содержит только один светоизлучающий p-n-переход, время жизни светового излучения светоизлучающего материала составляет от 10 до 30 мс, а свет, излучаемый светодиодным чипом, смешивается со светом, излучаемым светоизлучающим материалом, с получением белого света.

Согласно определению люминесценции, время жизни излучения светоизлучающего материала - это время снижения интенсивности свечения материала до 1/е от максимальной интенсивности при возбуждении.

Белый светодиодный элемент приводится в действие переменным током (АС) с частотой, не превышающей 100 Гц, предпочтительно - от 50 до 60 Гц. Световая яркость чипа с отключенным электропитанием при непостоянном токе может быть компенсирована послесвечением светоизлучающего материала, так что питание переменным током является более практичным.

Белый светодиодный элемент согласно настоящему изобретению исключает стробоскопический эффект, вызванный питанием переменным током, при использовании стандартного светодиодного чипа с одним p-n-переходом, в отличие от светодиодного чипа переменного тока согласно предшествующему уровню техники, в котором интегрировано множество микрокристаллов, так что его производство является простым, а стоимость низка.

При этом свет, излучаемый светодиодным чипом, является ультрафиолетовым излучением в диапазоне длин волн от 200 нм до 380 нм или видимым светом в диапазоне длин волн от 380 нм до 780 нм.

В настоящем изобретении светоизлучающий материал излучает свет при возбуждении его светодиодным чипом, и общий визуальный эффект излучаемого света является белым светом, или общий визуальный эффект света, излучаемого светоизлучающим материалом, и света, излучаемого чипом, является белым светом.

Светоизлучающий материал является по меньшей мере одним материалом, выбранным из CaS:Eu²⁺; CaS:Bi ²⁺, Tm³⁺; ZnS:Tb³⁺; CaSrS₂ :Eu²⁺, Dy³⁺; SrGa₂S₄ :Dy³⁺; Ga₂O₃:Eu³⁺ ; (Y,Gd)BO₃:Eu³⁺; Zn₂SiO ₄:Mn²⁺; YBO₃:Tb³⁺; Y(V,P)O ₄:Eu³⁺; SrAl₂O₄:Eu ²⁺; SrAl₂O₄:Eu²⁺, B ³⁺; SrAl₂O₄:Eu²⁺, Dy ³⁺, B³⁺; Sr₄Al₁₄O ₂₅:Eu²⁺; Sr₄Al₁₄O ₂₅:Eu²⁺, Dy³⁺, В³⁺; BaAl ₂O₄:Eu²⁺; CaAl₂O₄ :Eu²⁺; Sr₃SiO₅:Eu²⁺ , Dy³⁺; BaMgAl₁₀O₁₇:Eu²⁺ , Mn²⁺; Tb(acac)₂(AA)phen; Y₂ O₂S:Eu³⁺; Y₂SiO₅:Tb ³⁺; SrGa₂S₄:Ce³⁺; Y ₃(Al,Ga)₅O₁₂:Tb³⁺; Ca ₂Zn₄Ti₁₅O₃₆:Pr³⁺ ; CaTiO₃:Pr³⁺; Zn₂P₂ O₇:Tm³⁺; Ca₂P₂O ₇:Eu²⁺, Y³⁺; Sr₂P ₂O₇:Eu²⁺, Y³⁺; Lu ₂O₃:Tb³⁺; Sr₂Al₆ O₁₁:Eu²⁺; Mg₂SnO₄ :Mn²⁺; CaAl₂O₄:Ce³⁺ , Tb³⁺; Sr₄Al₁₄O₂₅ :Tb³⁺; Ca₁₀(PO₄)₆ (F,Cl)₂:Sb³⁺, Mn²; Sr₂ MgSi₂O₇:Eu²⁺; Sr₂ CaSi₂O₇:Eu²⁺; Zn₃ (PO₄)₂:Mn²⁺, Ga³⁺ ; CaO:Eu³⁺; Y₂O₂S:Mg²⁺ , Ti³⁺; Y₂O₂S:Sm³⁺ ; SrMg₂(PO₄)₂:Eu²⁺ , Gd³⁺; BaMg₂(PO₄)₂ :Eu²⁺, Gd³⁺; Zn₂SiO₄ :Mn²⁺, As⁵⁺; CdSiO₃:Dy³⁺ ; MgSiO₃:Eu²⁺ и Mn²⁺.

Предпочтительный светоизлучающий материал является по меньшей мере одним материалом, выбранным из Ca₂P₂ O₇:Eu²⁺, Y³⁺; Sr₂ P₂O₇:Eu²⁺, Y³⁺; Sr ₄Al₁₄O₂₅:Eu²⁺, Dy ³⁺, В³⁺; SrAl₂O₄:Eu ²⁺, Dy³⁺, В³⁺; Zn₂SiO ₄:Mn²⁺, As⁵⁺; Zn₂P ₂O₇:Tm³⁺; Y₂O₂ S:Eu³⁺; Sr₄Al₁₄O₂₅ :Tb³⁺; Zn₃(PO₄)₂:Mn ²⁺, Ga³⁺ и CaS:Eu²⁺.

В белом светодиодном элементе согласно настоящему изобретению каждый светодиодный чип содержит только один светоизлучающий p-n-переход.

Белое светодиодное устройство согласно настоящему изобретению содержит белый светодиодный элемент и схему запуска. Схема запуска, питаемая переменным током, является однонаправленной последовательной схемой, обратной параллельной схемой или схемой мостового выпрямителя, как показано на Фиг. с 1 по 4, или произвольными комбинациями этих схем. Рабочая частота схемы запуска, питаемой переменным током, не превышает 100 Гц.

Кроме того, белое светодиодное устройство согласно настоящему изобретению дополнительно содержит световодный покровный слой, который представляет собой непланарную световодную структуру. Проходя через световодный покровный слой, свет, испущенный светодиодным чипом, и свет, испущенный светоизлучающим материалом, отражаются, преломляются, рассеиваются, отклоняются и в конечном итоге смешиваются с получением равномерного света на выходе. При этом световодный покровный слой является линзой или другим прозрачным покровным слоем, в который могут быть добавлены частицы несветоизлучающего материала с диаметром менее 5 мкм, чтобы свет из чипа рассеивался более равномерно.

Настоящее изобретение имеет следующие полезные эффекты.

В белом светодиодном устройстве согласно предшествующему уровню техники в качестве светоизлучающего материала использован YAG:Се, который вызывает стробоскопический эффект из-за периодических изменений переменного тока при частотах менее 100 Гц. В настоящем изобретении светоизлучение может поддерживаться при исчезновении источника света, поскольку использован светоизлучающий материал со специфическим временем жизни излучения; соответственно, в белом светодиодном устройстве переменного тока, основанном на техническом решении согласно настоящему изобретению, при периодическом изменении тока светоизлучение светоизлучающего материала может поддерживаться в течение определенной доли периода, что компенсирует стробоскопический эффект светодиодного чипа, вызванный флуктуацией переменного тока, и поддерживает стабильный световой выход белого светодиодного устройства в течение всего периода переменного тока. Кроме того, поскольку светодиодный чип не работает в течение половины периода переменного тока, то снижается тепловой эффект, что полезно для преодоления ряда трудностей, связанных с нагреванием чипа в белом светодиодном устройстве согласно предшествующему уровню техники.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

Фиг.1 представляет собой принципиальную схему однонаправленной последовательной схемы белого светодиодного устройства переменного тока согласно настоящему изобретению;

Фиг.2 представляет собой принципиальную схему обратной параллельной схемы белого светодиодного устройства переменного тока согласно настоящему изобретению;

Фиг.3 представляет собой принципиальную схему схемы мостового выпрямителя, содержащей нормально проводящий светодиодный чип белого светодиодного устройства переменного тока согласно настоящему изобретению;

Фиг.4 представляет собой принципиальную схему схемы мостового выпрямителя, не содержащей нормально проводящего светодиодного чипа белого светодиодного устройства переменного тока согласно настоящему изобретению;

Фиг.5 представляет собой принципиальную схему строения белого светодиодного элемента, где цифрой 1 обозначен светоизлучающий материал или светоизлучающий слой, изготовленный из светоизлучающего материала и прозрачной среды, а цифрой 2 обозначен светодиодный чип; и

Фиг.6 изображает цветовые точки из Примеров с 1 по 8 на хроматической диаграмме CIE1931, причем цифры с 1 по 8 относятся к Примерам с 1 по 8 соответственно.

Изложенная выше сущность настоящего изобретения далее будет описана более подробно на основании вариантов осуществления изобретения. Однако не следует считать, что объем настоящего изобретения ограничен этими вариантами. Любая технология, разработанная на основании изложенной выше сущности настоящего изобретения, входит в объем настоящего изобретения. В частности, это касается строения базовой схемы, поскольку в вариантах осуществления настоящего изобретения приведена лишь простейшая обратная параллельная схема, однако белое светодиодное устройство переменного тока не ограничено этой схемой и включает также, например, однонаправленную последовательную схему и схему мостового выпрямителя.

ОПИСАНИЕ ПРИМЕРОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В Примерах с 1 по 8 стробоскопический эффект преодолен за счет осуществления белого светодиодного устройства, изготовленного из светоизлучающего материала, указанного в Таблице 1, и коммерческого нормального светодиодного чипа, выполненного с использованием обычной корпусной технологии, без использования интегрального чипа, предназначенного для светодиода переменного тока.

Примеры с 1 по 8

Сравнительный пример 1

Люминесцентные свойства белого светодиодного устройства переменного тока согласно настоящему изобретению

В Таблице 2 приведены значения световой яркости в течение 20 мс фотовспышки на основе белого фотодиодного устройства переменного тока, приводимого в действие переменным током с частотой 50 Гц, полученные с помощью высокоскоростной исследовательской камеры Samoff CAM512, которая делает 300 фотоснимков в секунду. Эталон 1 - это белое светодиодное устройство переменного тока, изготовленное так же, как в примерах с 1 по 8, с использованием коммерческого чипа, излучающего синий свет с длиной волны 460 нм и покрытого светоизлучающим материалом YAG:Се, излучающим желтый свет (время жизни излучения равно 100 не). Эталон 2 - это белое светодиодное устройство переменного тока, изготовленное так же, как в примерах с 1 по 8, с использованием коммерческого чипа, излучающего синий свет с длиной волны 460 нм и покрытого светоизлучающими материалами с длительным временем жизни излучения SrA1204:Eu, Dy и Y2O2S: Eu, Mg, Ti (время жизни излучения больше 1 с). Данные по яркости в Таблице 2 - это относительная яркость, являющаяся безразмерной величиной.

В Таблице 3 приведены нормализованные значения максимальной световой яркости всех образцов из примеров, приведенных в Таблице 2.

Как можно видеть из Таблиц 2 и 3, люминесценция согласно настоящему изобретению является стабильной и слегка флуктуирует в течение периода переменного тока. Однако в случае Эталона 1, то есть белого светодиодного устройства, изготовленного с использованием коммерческого синего чипа, покрытого стандартным светоизлучающим материалом YAG:Се, излучающим желтый свет и имеющим короткое время жизни излучения, люминесценция является нестабильной и сильно флуктуирует в течение периода переменного тока. Очевидно, что настоящее изобретение эффективно и дешево позволяет преодолеть стробоскопию светодиодных устройств переменного тока.

Однако, как проиллюстрировано Эталоном 2, люминесценция белого светодиодного устройства, изготовленного с использованием светоизлучающего материала с длительным временем жизни излучения, также слабо флуктуирует в течение периода переменного тока, тем не менее, энергия, полученная материалом в то время, когда существует возбуждающий свет, не может быть выделена быстро, так что свет является слабым (см. Таблицу 1), и это является недостатком при использовании в качестве светоизлучающего материала.

В Таблице 4 показаны цветовые координаты и цветовые температуры примеров из Таблицы 1 (измеренные с использованием колориметра CS-100A производства компании Minolta).

Как видно из Таблицы 4, приведенные выше примеры обеспечивают излучение белого света белым светодиодным устройством. Положения цветовых точек в светоизлучении соответствующих примеров на хроматической диаграмме CIE1931 показаны на Фиг.6.

Сравнительный пример 2

Ослабление света белого светодиодного устройства переменного тока согласно настоящему изобретению

В Таблице 5 приведены данные по ослаблению света для Примеров с 1 по 18 и эталона. Эталоном является белое светодиодное устройство, полученное с использованием белого светодиодного чипа, изготовленного из коммерческого синего чипа с длиной волны 460 нм с покрытием из YAG:Се, в стандартном режиме питания постоянным током согласно предшествующему уровню техники. Способ испытания является следующим: подача электропитания на белое светодиодное устройство переменного тока согласно настоящему изобретению и эталонное устройство и измерение их световой яркости через определенные промежутки времени с помощью колориметра CS-100 производства компании Minolta. Результаты приведены на Фиг.5. Данные на Фиг.5 являются значениями относительной яркости (безразмерная величина), исходные данные нормализованы.

Как можно видеть из данных, приведенных на Фиг.5, белое светодиодное устройство переменного тока согласно настоящему изобретению, обеспечивает меньшее ослабление света с течением времени, чем белое светодиодное устройство переменного тока согласно предшествующему уровню техники.

Формула изобретения

1. Белый светодиодный (LED) элемент, содержащий светодиодный чип и светоизлучающий материал, способный излучать свет при возбуждении светодиодным чипом, отличающийся тем, что светодиодный чип содержит только один светоизлучающий p-n-переход, светодиодный чип приводится в действие переменным током (АС) с частотой, не превышающей 100 Гц, время жизни излучения светоизлучающего материала лежит в диапазоне от 1 до 100 мс, световая яркость при непостоянном токе компенсирована послесвечением светоизлучающего материала, и свет, излучаемый светодиодным чипом, смешивается со светом, излучаемым светоизлучающим материалом, с получением белого света.

2. Белый светодиодный элемент по п.1, отличающийся тем, что светодиодный чип приводится в действие переменным током (АС) с частотой в диапазоне от 50 до 60 Гц.

3. Белый светодиодный элемент по п.2, отличающийся тем, что время жизни излучения светоизлучающего материала лежит в диапазоне от 10 до 30 мс.

4. Белый светодиодный элемент по п.2 или 3, отличающийся тем, что светоизлучающий материал является материалом, выбранным из группы CaS:Eu²⁺; CaS:Bi²⁺, Tm³⁺; ZnS:Tb³⁺; CaSrS ₂:Eu²⁺, Dy³⁺; SrGa₂S ₄:Dy³⁺; Ga₂O₃:Eu³⁺ ; (Y,Gd)BO₃:Eu³⁺; Zn₂SiO ₄:Mn²⁺; YBO₃:Tb³⁺; Y(V,P)O ₄:Eu³⁺; SrAl₂O₄:Eu ²⁺; SrAl₂O₄:Eu²⁺, B ³⁺; SrAl₂O₄:Eu²⁺, Dy ³⁺, B³⁺; Sr₄Al₁₄O ₂₅:Eu²⁺; Sr₄Al₁₄O ₂₅:Eu²⁺, Dy³⁺, В³⁺; BaAl ₂O₄:Eu²⁺; CaAl₂O₄ :Eu²⁺; Sr₃SiO₅:Eu²⁺ , Dy³⁺; BaMgAl₁₀O₁₇:Eu²⁺ , Mn²⁺; Tb(acac)₂(AA)phen; Y₂ O₂S:Eu³⁺; Y₂SiO₅:Tb ³⁺; SrGa₂S₄:Ce³⁺; Y ₃(Al,Ga)₅O₁₂:Tb³⁺; Ca ₂Zn₄Ti₁₅O₃₆:Pr³⁺ ; CaTiO₃:Pr³⁺; Zn₂P₂ O₇:Tm³⁺; Ca₂P₂O ₇:Eu²⁺, Y³⁺; Sr₂P ₂O₇:Eu²⁺, Y³⁺; Lu ₂O₃:Tb³⁺; Sr₂Al₆ O₁₁:Eu²⁺; Mg₂SnO₄ :Mn²⁺; CaAl₂O₄:Ce³⁺ , Tb³⁺; Sr₄Al₁₄O₂₅ :Tb³⁺; Ca₁₀(PO₄)₆ (F,Cl)₂:Sb³⁺, Mn²; Sr₂ MgSi₂O₇:Eu²⁺; Sr₂ CaSi₂O₇:Eu²⁺; Zn₃ (PO₄)₂:Mn²⁺, Ga³⁺ ; CaO:Eu³⁺; Y₂O₂S:Mg²⁺ , Ti³⁺; Y₂O₂S:Sm³⁺ ; SrMg₂(PO₄)₂:Eu²⁺ , Gd³⁺; CdSiO₃: Dy³⁺; BaMg ₂(PO₄)₂:Eu²⁺, Gd³⁺ ; Zn₂SiO₄:Mn²⁺, As⁵⁺ ; и MgSiO₃:Eu²⁺, Mn²⁺ или комбинацией этих материалов.

5. Белый светодиодный элемент по п.4, отличающийся тем, что светоизлучающий материал является материалом, выбранным из группы Ca₂P₂O₇:Eu ²⁺, Y³⁺; Sr₂P₂O₇ :Eu²⁺, Y³⁺; Sr₄Al₁₄ O₂₅:Eu²⁺, Dy³⁺, В³⁺ ; SrAl₂O₄:Eu²⁺, Dy³⁺ , В³⁺; Zn₂SiO₄:Mn²⁺ , As⁵⁺; Zn₂P₂O₇:Tm ³⁺; Y₂O₂S:Eu³⁺; Sr ₄Al₁₄O₂₅:Tb³⁺; Zn ₃(PO₄)₂:Mn²⁺, Ga³⁺ и CaS:Eu²⁺ или комбинацией этих материалов.

6. Белый светодиодный элемент по п.2, отличающийся тем, что свет, излучаемый светодиодным чипом, является ультрафиолетовым излучением в диапазоне длин волн от 200 нм до 380 нм или видимым светом в диапазоне длин волн от 380 нм до 780 нм.

7. Белое светодиодное (LED) устройство переменного тока (АС), отличающееся тем, что оно содержит схему запуска, питаемую переменным током, и по меньшей мере один белый светодиодный элемент по любому из пунктов с 1 по 6,
причем схема запуска является одной из схем, выбранной из группы однонаправленной последовательной схемы, обратной параллельной схемы и схемы мостового выпрямителя, или их произвольной комбинацией.

8. Белое светодиодное (LED) устройство переменного тока (АС) по п.7, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит световодный покровный слой.

9. Белое светодиодное (LED) устройство переменного тока (АС) по п.8, отличающееся тем, что в световодный покровный слой добавлены частицы несветоизлучающего материала с диаметром меньше 5 мкм.

10. Применение белого светоизлучающего элемента, который содержит светодиодный чип и светоизлучающий материал, способный излучать свет при возбуждении светодиодным чипом, для изготовления белого светодиодного устройства переменного тока, причем время жизни излучения светоизлучающего материала лежит в диапазоне от 1 до 100 мс, световая яркость при непостоянном токе компенсирована послесвечением светоизлучающего материала, светодиодный чип содержит только один светоизлучающий p-n-переход, и свет, излучаемый светодиодным чипом, смешивается со светом, излучаемым светоизлучающим материалом, с получением белого света.

Имя изобретателя: ЧЖАН Хунцзе (CN), ЧЖАН Мин (CN), ЛИ Чэнюй (CN), ЧЖАО Кунь (CN), ЛИ Дунмин (CN), ЧЖАН Ли (CN)
Имя патентообладателя: СЫЧУАНЬ САНФОР ЛАЙТ КО., ЛТД (CN), ЧАНЧУНЬ ИНСТИТЬЮТ ОФ ЭППЛАЙД КЕМИСТРИ, ЧАЙНИЗ ЭКЕДЕМИ ОФ САЙЕНСИЗ (CN)
Почтовый адрес для переписки: 197101, Санкт-Петербург, а/я 128, "АРС-ПАТЕНТ"

Разместил статью: miha111
Дата публикации:  19-02-2015, 08:17

html-cсылка на публикацию		⇩ Разместил статью ⇩ Имя не указано  Его публикации  Нужна регистрация Отправить сообщение
BB-cсылка на публикацию
Прямая ссылка на публикацию

Огромное Спасибо за Ваш вклад в развитие отечественной науки и техники!