RU2628014C2 - Lighting device - Google Patents
Lighting device Download PDFInfo
- Publication number
- RU2628014C2 RU2628014C2 RU2012152704A RU2012152704A RU2628014C2 RU 2628014 C2 RU2628014 C2 RU 2628014C2 RU 2012152704 A RU2012152704 A RU 2012152704A RU 2012152704 A RU2012152704 A RU 2012152704A RU 2628014 C2 RU2628014 C2 RU 2628014C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- led
- light
- lenses
- phosphor
- leds
- Prior art date
Links
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 35
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims abstract description 34
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 32
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims abstract description 19
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 19
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 65
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 42
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 20
- 238000003491 array Methods 0.000 claims description 9
- 238000001429 visible spectrum Methods 0.000 claims description 3
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 claims description 2
- 230000004313 glare Effects 0.000 abstract description 14
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 13
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 abstract description 13
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 17
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 12
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 11
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 10
- 201000004569 Blindness Diseases 0.000 description 8
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 7
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 7
- 230000009471 action Effects 0.000 description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 5
- 238000000149 argon plasma sintering Methods 0.000 description 3
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 3
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 3
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 3
- 239000012780 transparent material Substances 0.000 description 3
- 244000309464 bull Species 0.000 description 2
- 238000005401 electroluminescence Methods 0.000 description 2
- 230000035807 sensation Effects 0.000 description 2
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000012053 enzymatic serum creatinine assay Methods 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 238000005424 photoluminescence Methods 0.000 description 1
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F21—LIGHTING
- F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
- F21S8/00—Lighting devices intended for fixed installation
Landscapes
- Led Device Packages (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к приборостроению, а именно к области светотехники, и может быть использовано при проектировании новых энергоэффективных полупроводниковых источников света, в том числе, линейных светодиодных ламп, предназначенных для прямой замены люминесцентных разрядных ламп низкого давления. Изобретение направлено на расширение области применения устройства.The invention relates to instrumentation, and in particular to the field of lighting engineering, and can be used in the design of new energy-efficient semiconductor light sources, including linear LED lamps, designed for direct replacement of low-pressure fluorescent discharge lamps. The invention is aimed at expanding the scope of the device.
Известен световой прибор, содержащий несколько светодиодов для формирования светового потока и несколько линз для управления световым потоком (LED Panel Light. Bulb Lamp LGI 100-240V. Products Brochure LIGHT GREEN/ Light Green International Co., Ltd., 2010).A known light device containing several LEDs for forming a light flux and several lenses for controlling the light flux (LED Panel Light. Bulb Lamp LGI 100-240V. Products Brochure LIGHT GREEN / Light Green International Co., Ltd., 2010).
Недостатком светового прибора является узкая область применения из-за низкой световой эффективности, обусловленной потерями энергии на разогрев кристалла и снижением светового потока при преобразовании энергии первичного излучения светодиода его слоем люминофора и повышении температуры р-n-перехода и частиц слоя люминофора, слепящего эффекта, вызванного повышенной яркостью точечного или точечных источников света, малого срока службы, высокой стоимости светодиодных компонентов и устройства в целом.The disadvantage of a light device is a narrow scope due to low light efficiency due to energy losses due to heating of the crystal and a decrease in the light flux when converting the energy of the primary radiation of the LED to its phosphor layer and increasing the temperature of the pn junction and particles of the phosphor layer, a dazzling effect caused by increased brightness of point or point light sources, short life, high cost of LED components and the device as a whole.
Известен световой прибор, содержащий светодиодную матрицу для формирования светового потока и линзу для управления световым потоком (Продукция CREE. Каталог Rainbow Electronics/ Rainbow Electronics, 2010).Known light device containing an LED matrix for forming a luminous flux and a lens for controlling the luminous flux (CREE Products. Catalog Rainbow Electronics / Rainbow Electronics, 2010).
Недостатком светового прибора является узкая область применения из-за низкой световой эффективности, обусловленной потерями энергии на разогрев кристалла и снижением светового потока при преобразовании энергии первичного излучения светодиода его слоем люминофора и повышении температуры р-n-перехода и частиц слоя люминофора, слепящего эффекта, вызванного повышенной яркостью точечного или точечных источников света, малого срока службы, высокой стоимости светодиодных компонентов и устройства в целом.The disadvantage of a light device is a narrow scope due to low light efficiency due to energy losses due to heating of the crystal and a decrease in the light flux when converting the energy of the primary radiation of the LED to its phosphor layer and increasing the temperature of the pn junction and particles of the phosphor layer, a dazzling effect caused by increased brightness of point or point light sources, short life, high cost of LED components and the device as a whole.
Известен световой прибор, содержащий несколько светодиодов для формирования светового потока и несколько линз для управления световым потоком (Полупроводниковая светотехника. Каталог производственного альянса Контракт- Электроника/ Контракт- Электроника, 2010).A known light device containing several LEDs for forming a light flux and several lenses for controlling a light flux (Semiconductor lighting technology. Catalog of the Production Alliance Contract-Electronics / Contract-Electronics, 2010).
Недостатком светового прибора является узкая область применения из-за низкой световой эффективности, обусловленной потерями энергии на разогрев кристалла и снижением светового потока при преобразовании энергии первичного излучения светодиода его слоем люминофора и повышении температуры р-n-перехода и частиц слоя люминофора, слепящего эффекта, вызванного повышенной яркостью точечного или точечных источников света, малого срока службы, высокой стоимости светодиодных компонентов и устройства в целом.The disadvantage of a light device is a narrow scope due to low light efficiency due to energy losses due to heating of the crystal and a decrease in the light flux when converting the energy of the primary radiation of the LED to its phosphor layer and increasing the temperature of the pn junction and particles of the phosphor layer, a dazzling effect caused by increased brightness of point or point light sources, short life, high cost of LED components and the device as a whole.
Известен световой прибор, содержащий несколько светодиодов для формирования светового потока и несколько линз для управления световым потоком (Инновационное светодиодное освещение. Каталог продукции / Завод Светорезерв, 2010).A known light device containing several LEDs for forming a luminous flux and several lenses for controlling the luminous flux (Innovative LED lighting. Product Catalog / Svetorezerv Plant, 2010).
Недостатком устройства является узкая область применения, что обусловлено низкой световой эффективностью устройства (светового прибора) из-за потерь энергии на разогрев кристалла и снижения светового потока при преобразовании энергии первичного излучения светодиода его слоем люминофора и повышении рабочей температуры p-n-перехода и частиц слоя люминофора, слепящего эффекта, вызванного повышенной яркостью точечного или точечных источников света, малого срока службы, высокой стоимости светодиодных компонентов и устройства в целом.The disadvantage of this device is the narrow scope, which is due to the low luminous efficiency of the device (light device) due to energy losses due to heating the crystal and a decrease in the light flux when the energy of the primary radiation of the LED is converted by its phosphor layer and the working temperature of the pn junction and particles of the phosphor layer are increased, the glare effect caused by the increased brightness of a point or point light sources, short life, high cost of LED components and the device as a whole.
Известен световой прибор, содержащий один или несколько светодиодов или одну или несколько светодиодных матриц для формирования светового потока и одну или несколько линз для управления световым потоком, на поверхность или на часть поверхности, или в объем, или в часть объема линзы или линз введены частицы люминофора или смеси люминофоров (П. 106798 РФ, МКИ H01L 33\00. Световой прибор / Е.М. Силкин. - Заявл. 25.03.2011. - Опубл. 20.07.2011. - Бюл. №20).A known light device containing one or more LEDs or one or more LED arrays for forming a luminous flux and one or more lenses for controlling the luminous flux, phosphor particles are introduced onto the surface or part of the surface, or into the volume or part of the volume of the lens or lenses or a mixture of phosphors (P. 106798 RF, MKI H01L 33 \ 00. Light device / EM Silkin. - Application. March 25, 2011. - Publish. July 20, 2011. - Bull. No. 20).
Это устройство реализовано в соответствии с технологией «вынесенного» люминофора, в результате чего обеспечиваются повышенная световая эффективность и определенное снижение слепящего эффекта (действия).This device is implemented in accordance with the technology of “remote” phosphor, as a result of which increased light efficiency and a certain reduction in the glare effect (action) are provided.
Слепящий эффект или слепящее действие источника света (светового прибора, осветительной установки) характеризуется показателями ослепленности или дискомфорта. Указанные показатели устанавливаются соответствующими стандартами.The blinding effect or blinding effect of a light source (light fixture, lighting system) is characterized by indicators of blindness or discomfort. Indicated indicators are established by relevant standards.
Для осветительных установок промышленных предприятий нормируется показатель ослепленности, зависящий от нормируемого отношения пороговых разностей яркости при наличии и отсутствии слепящих источников в поле зрения. По показателю ослепленности можно судить о степени ухудшения видимости при действии блеских источников света. Показатель ослепленности рассчитывается по специальной формуле через коэффициент ослепленности, равный отношению пороговых разностей яркости при наличии и отсутствии слепящих источников в поле зрения. При этом под пороговой разностью яркости понимается наименьшее заметное отличие яркости объекта и фона.For lighting installations of industrial enterprises, the glare index is normalized, depending on the normalized ratio of threshold brightness differences in the presence and absence of glare sources in the field of view. By the blindness index, one can judge the degree of deterioration of visibility under the action of brilliant light sources. The blindness index is calculated according to a special formula through the blindness coefficient, equal to the ratio of threshold brightness differences in the presence and absence of glare sources in the field of view. In this case, the threshold brightness difference is understood as the smallest noticeable difference in the brightness of the object and background.
Для жилых и общественных зданий, административно-бытовых помещений вместо показателя ослепленности нормируется показатель дискомфорта. Показатель дискомфорта характеризует степень неудобства или напряженности при наличии в поле зрения источников повышенной яркости. Более точно, он определяет степень дополнительной напряженности зрительной работы, вызванной наличием значительной разницы яркостей в освещенном помещении. То есть показатель дискомфорта (аналог показателя ослепленности) - это критерий оценки дискомфортной блескости, вызывающей неприятные ощущения у наблюдателя при неравномерном распределении яркостей в поле зрения. В европейских нормах качества света используется также обобщенный показатель дискомфорта (UGR). Блескостью называется свойство ярких обьектов вызывать у наблюдателя неприятные ощущения (в частности, чувство ослепленности).For residential and public buildings, office buildings, instead of a glare indicator, the indicator of discomfort is normalized. An indicator of discomfort characterizes the degree of inconvenience or tension when there are sources of increased brightness in the field of view. More precisely, it determines the degree of additional tension in visual work caused by the presence of a significant difference in brightness in a lighted room. That is, the indicator of discomfort (an analogue of the blindness indicator) is a criterion for evaluating discomfort brilliance, which causes an unpleasant sensation in the observer with an uneven distribution of brightness in the field of view. The European Light Quality Standards also use a generalized measure of discomfort (UGR). Glossiness is the property of bright objects to cause an unpleasant sensation in the observer (in particular, a feeling of blindness).
Для расчетов показателей ослепленности и дискомфорта (обобщенного показателя дискомфорта) разработаны специальные инженерные методики.To calculate the indicators of blindness and discomfort (a general indicator of discomfort), special engineering techniques have been developed.
Указанный световой прибор (П. 106798 РФ, МКИ H01L 33\00. Световой прибор / Е.М. Силкин. - Заявл. 25.03.2011. - Опубл. 20.07.2011. - Бюл. №20) является наиболее близким по технической сущности к изобретению и выбран в качестве прототипа.The specified light device (P. 106798 of the Russian Federation, MKI H01L 33 \ 00. Light device / EM Silkin. - Application. March 25, 2011. - Publish. July 20, 2011. - Bull. No. 20) is the closest in technical essence to the invention and is selected as a prototype.
Недостатком прототипа является узкая область применения, что обусловлено недостаточной световой эффективностью из-за значительных потерь энергии и относительно высоким слепящим эффектом (или действием) из-за рассеяния излучения светодиодов или светодиодных матриц, сравнительно высокой стоимостью устройства из-за значительного расхода люминофора, недостаточной надежностью и, следовательно, малым сроком службы, из-за нанесения люминофора на поверхность линз без связующего материала и повышенного нагрева кристалла или кристаллов светодиодов или светодиодных матриц энергией вторичного излучения частиц люминофора, недостаточной технологичности изготовления прибора из-за неудобства применения и большого расхода люминофора (или смеси люминофоров).The disadvantage of the prototype is a narrow scope, which is due to insufficient light efficiency due to significant energy losses and relatively high glare effect (or action) due to the scattering of radiation of LEDs or LED matrices, the relatively high cost of the device due to the significant consumption of the phosphor, insufficient reliability and, therefore, a short service life, due to the application of a phosphor on the surface of the lenses without a binder material and increased heating of the crystal or crystals of light odiodov or LED matrices energy of the secondary radiation of the phosphor particles insufficient manufacturability of the device due to application of the inconvenience and high consumption of the phosphor (or phosphor mixture).
Изобретение направлено на решение задачи расширения области применения светового прибора за счет увеличения светоотдачи, снижения слепящего эффекта или действия (показателей ослепленности и дискомфорта), уменьшения расхода люминофора, повышения надежности и технологичности, что является целью изобретения и техническим результатом.The invention is aimed at solving the problem of expanding the scope of use of a light device by increasing light output, reducing glare or action (indicators of blindness and discomfort), reducing the phosphor consumption, increasing reliability and manufacturability, which is the purpose of the invention and the technical result.
Указанная цель и технический результат достигаются тем, что в световом приборе, содержащем один или несколько светодиодов, или одну или несколько светодиодных матриц для формирования светового потока, излучающих в ультрафиолетовой или синей областях спектра оптического диапазона, и две или несколько вторичных удаленных линз, или мультилинз для управления световым потоком, установленных каскадно или каскадно и параллельно в направлении оптической оси излучения светодиода или нескольких светодиодов, или одной или нескольких светодиодных матриц, на поверхность или на часть поверхности в оптически прозрачном связующем материале, или непосредственно в объем, или в часть объема линз или мультилинз введены частицы люминофора или смеси люминофоров, преобразующие излучение светодиодов или светодиодных матриц в излучение недостающих частей спектра видимого диапазона или требуемых длин волн.The specified goal and technical result is achieved in that in a light device containing one or more LEDs, or one or more LED matrices for forming a light flux emitting in the ultraviolet or blue regions of the spectrum of the optical range, and two or more secondary remote lenses, or multi-lenses for controlling the luminous flux installed cascade or cascade and parallel to the direction of the optical axis of the radiation of the LED or several LEDs, or one or more LEDs of matrices, on the surface or on a part of the surface in an optically transparent binder material, or directly into the volume, or into the part of the volume of lenses or multi-lenses, phosphor particles or phosphor mixtures are introduced, which convert the radiation of LEDs or LED matrices into radiation of the missing parts of the visible spectrum or the required lengths waves.
Существенным отличием, характеризующим изобретение, является расширение области применения за счет дальнейшего повышения световой эффективности, снижения слепящего эффекта, уменьшения стоимости и расхода люминофора, увеличения надежности и срока службы, и повышения технелогичности изготовления прибора. Повышение световой эффективности (общей светоотдачи) устройства достигается в результате уменьшения потерь энергии на разогрев кристалла светодиода и роста светового потока при преобразовании энергии первичного излучения светодиода слоем люминофора и снижении рабочей температуры p-n-перехода светодиода или светодиодов и частиц люминофора или смеси люминофоров, а также большей эффективностью преобразования исходного светового потока (излучения) светодиода или светодиодов частицами люминофора, помещенными в оптически прозрачный связующий материал, и снижения рассеяния света. Частицы различных люминофоров (смеси или смесей), при этом могут размещаться в различных прозрачных связующих материалах на различных линзах (или в объемах линз из различных материалов), что позволяет согласовать используемые материалы по коэффициентам преломления и просветлить, в частности, используемую оптическую систему. В результате, общие потери энергии излучения источников также значительно снижаются. Уменьшается и расход люминофора (смеси) за счет возможного качественного перенаправления (концентрирования) излучения источников и снижения рассеяния света. Вынесение люминофора за пределы конструкции светодиода (или светодиодной матрицы) в соответствии с предлагаемой технологией позволяет создать устройство (световой прибор) с еще более малым слепящим действием. Перенаправлять (концентрировать) первичное излучение светодиодов в высокоэнергетической части спектра оптического излучения (ультрафиолетовый, фиолетовый, синий, голубой свет) с помощью вторичных линз проще и эффективнее из-за более высоких коэффициентов преломления оптически прозрачных материалов для соответствующих длин волн. Конструкция нового светового прибора обеспечивает высокую надежность и технологичность (снижение, в частности, скорости деградации материалов, удобство и эффективность нанесения на поверхность или внесения в объем вторичных линз частиц люминофора или смеси люминофоров, уменьшение расхода материалов). Исполнение прибора может быть оптимальным для соответствующего применения, что достигается параллельной (как вариант) или каскадной, (либо смешанной, то есть каскадной и параллельной) установкой линз или мультилинз. Каскадная установка (соединение) вторичных линз означает последовательное размещение в пространстве линз в направлении оптической оси излучения светодиода или нескольких светодиодов, или одной или нескольких светодиодных матриц (в зависимости от того, что является источником излучения в конкретном варианте реализации прибора). Под мультилинзой понимается параллельное соединение нескольких линз в единую конструкцию или размещение их на одном основании (цель - получение распределенного источника белого или близкого к нему света).A significant difference that characterizes the invention is the expansion of the scope by further increasing luminous efficiency, reducing the glare effect, reducing the cost and consumption of the phosphor, increasing the reliability and service life, and increasing the technology of manufacturing the device. An increase in the luminous efficiency (overall light output) of the device is achieved by reducing the energy loss due to heating the LED crystal and increasing the luminous flux when converting the energy of the primary radiation of the LED by the phosphor layer and lowering the operating temperature of the pn junction of the LED or LEDs and phosphor particles or phosphor mixture, as well as a greater the efficiency of conversion of the initial light flux (radiation) of the LED or LEDs by phosphor particles placed in an optically transparent bonding material, and reducing light scattering. Particles of different phosphors (mixtures or mixtures) can be placed in different transparent binders on different lenses (or in lens volumes of different materials), which allows you to match the materials used by the refractive indices and brighten, in particular, the optical system used. As a result, the total energy loss of radiation from sources is also significantly reduced. The consumption of the phosphor (mixture) is also reduced due to the possible high-quality redirection (concentration) of the radiation of the sources and the reduction of light scattering. The removal of the phosphor beyond the design of the LED (or LED matrix) in accordance with the proposed technology allows you to create a device (light device) with even less glare. Redirecting (concentrating) the primary radiation of LEDs in the high-energy part of the spectrum of the optical radiation (ultraviolet, violet, blue, blue light) with the help of secondary lenses is easier and more effective due to the higher refractive indices of optically transparent materials for the corresponding wavelengths. The design of the new lighting device provides high reliability and manufacturability (in particular, a decrease in the rate of degradation of materials, the convenience and efficiency of applying phosphor particles or a mixture of phosphors to the surface of secondary lenses, or reducing the consumption of materials). The performance of the device may be optimal for the respective application, which is achieved by parallel (as an option) or cascade (or mixed, that is, cascade and parallel) installation of lenses or multi-lenses. Cascade installation (connection) of secondary lenses means the sequential placement in the space of the lenses in the direction of the optical axis of the radiation of the LED or several LEDs, or one or more LED arrays (depending on what is the radiation source in a particular embodiment of the device). A multi-lens means parallel connection of several lenses into a single design or placing them on one base (the goal is to obtain a distributed source of white or close to it light).
Расширение области применения светового прибора за счет за счет увеличения светоотдачи, снижения слепящего эффекта или действия (показателей ослепленности и дискомфорта), уменьшения расхода люминофора, повышения надежности и технологичности является полученным техническим результатом, обусловленным новым принципом преобразования энергии первичного излучения светодиода частицами люминофора или смеси люминофоров, нанесенных на поверхность в оптически прозрачном связующем материале, или введенных в объем или в часть объема оптически прозрачного материала линз (или мультилинз), особенностями новой конструкции светового прибора с вынесенным люминофором (каскадная или смешанная - каскадная и параллельная установка вторичных линз или мультилинз), то есть отличительными признаками изобретения. Таким образом, отличительные признаки заявляемого светового прибора являются существенными.The expansion of the scope of the light device due to the increase in light output, reduce the glare effect or action (indicators of glare and discomfort), reduce the phosphor consumption, increase reliability and manufacturability is the technical result due to the new principle of conversion of the primary radiation energy of an LED from phosphor particles or a mixture of phosphors deposited on the surface in an optically transparent binder, or introduced into the volume or in part of the volume of the optical and a transparent material of lenses (or multi-lenses), features of the new design of a light device with a remote phosphor (cascade or mixed - cascade and parallel installation of secondary lenses or multi-lenses), that is, the distinguishing features of the invention. Thus, the distinguishing features of the claimed light device are significant.
На рисунке приведена типовая конструкция заявляемого светового прибора для случая выполнения с каскадной установкой вторичных линз и размещения частиц люминофора или смеси люминофоров в слое оптически прозрачного связующего материала.The figure shows a typical design of the inventive lighting device for the case of performing with cascade installation of secondary lenses and placing particles of a phosphor or a mixture of phosphors in a layer of optically transparent binder material.
Световой прибор содержит один или несколько светодиодов 1, или одну или несколько светодиодных матриц для формирования светового потока, излучающих в ультрафиолетовой или синей областях спектра оптического диапазона, и две или несколько вторичных удаленных линз 2, или мультилинз для управления световым потоком, установленных каскадно или каскадно и параллельно в направлении оптической оси излучения светодиода или нескольких светодиодов, или одной или нескольких светодиодных матриц, на поверхность или на часть поверхности в оптически прозрачном связующем материале, или непосредственно в объем, или в часть объема линз или мультилинз введены частицы люминофора 3 или смеси люминофоров, преобразующие излучение светодиодов или светодиодных матриц в излучение недостающих частей спектра видимого диапазона или требуемых длин волн.The light device contains one or
Излучение в высокоэнергетической части спектра оптического диапазона соответствует ультрафиолетовому, фиолетовому или синему (и, в меньшей степени, голубому) свечению. Соответственно в приборе используются ультрафиолетовые, фиолетовые или синие светодиоды (как вариант, голубые светодиоды). Частицы люминофора или смеси люминофоров преобразуют высокоэнергетическое излучение, полностью или частично, в излучение недостающих частей спектра видимого диапазона или требуемых длин волн (в частности, для получения белого или, близкого к нему, света). Преобразование с помощью люминофоров излучения светодиодов в высоэнергетической части спектра оптического диапазона в белый (или близкий к нему) свет является наиболее эффективным.Radiation in the high-energy part of the spectrum of the optical range corresponds to ultraviolet, violet or blue (and, to a lesser extent, blue) glow. Accordingly, the device uses ultraviolet, violet or blue LEDs (as an option, blue LEDs). Particles of a phosphor or a mixture of phosphors convert high-energy radiation, in whole or in part, to the radiation of the missing parts of the visible spectrum or the required wavelengths (in particular, to obtain white or close to it light). The conversion by means of phosphors of LED radiation in the high-energy part of the spectrum of the optical range to white (or close to it) light is the most effective.
Световой прибор в установившемся режиме работает следующим образом. Светодиод 1 (светодиодная матрица) через выводы подключается к источнику вторичного электропитания. При подаче электропитания на светодиод 1 он начинает излучать свет за счет явления электролюминесценции и преобразования электрической энергии прямого тока в световую энергию. При работе устройства часть энергии рассеивается, что приводит к разогреву элементов. Светодиод 1 или светодиодная матрица излучает световую энергию определенных длин волн (в ультрафиолетовой, фиолетовой, синей или, как вариант, голубой областях спектра оптического диапазона), который преобразуется частицами 3 люминофора или смеси люминофоров, введенных во внутренний объем или часть объема (или нанесенных на поверхности или части поверхностей в оптически прозрачном связующем материале) оптически прозрачного материала линзы 2 (линз, мультилинзы или мультилинз). Оптически прозрачный материал линз 2 выполняет роль связующего материала для частиц 3 люминофора или смеси люминофоров, если они вводятся непосредственно в объем линзы или линз (мультилинзы или мультилинз). Таким образом, источник света (световой прибор) становится более распределенным в пространстве и видоизменяется спектр его излучения в необходимом направлении. За счет преобразования первичного излучения светодиода 1 (матрицы) частицами 3 люминофора или смеси люминофоров, вынесенных из объема первичной линзы и удаленных от кристалла, светоотдача (отношение светового потока к потребляемой мощности, лм/Вт) устройства возрастает. Действительно, большая часть потребляемой устройством энергии преобразуется в энергию света. Это обусловлено снижением температуры p-n-перехода светодиода 1 и частиц 3 люминофора или смеси люминофоров, снижением коэффициентов рассеяния и отражения света в заявляемой конструкции светового прибора. Вторичная удаленная линза (линзы, мультилинза или мультилинзы) 2 одновременно перераспределяет световой поток светодиода, например, в меньший телесный угол и (или) изменяет форму светового пучка (кривой силы света). Каскадное размещение линз (мультилинз) 2 позволяет, в частности, уменьшить расход люминофора (смеси люминофоров). Действительно, линза 2, расположенная ближе к светодиоду 1, например, фокусирует первичное излучение светодиода 1 и направляет его в область размещения частиц люминофора (смеси люминофоров) 3 на поверхности удаленной линзы или линз (мультилинзы или мультилинз) 2 в оптически прозрачном связующем материале или непосредственно в объеме линзы или линз (мультилинзы или мультилинз) 2. Первичное излучение светодиода 1 или светодиодов, светодиодной матрицы или матриц не отражается обратно к полупроводниковому кристаллу (кристаллам), а вторичное излучение частиц люминофора (смеси люминофоров) 3 не может достигнуть светодиода (светодиодов, светодиодной матрицы или матриц) 1. В результате, дополнительный нагрев кристалла (кристаллов) и частиц люминофора 3 не происходит, что снижает потери энергии излучения и ограничивает деградацию частей устройства.The light fixture in steady state operates as follows. LED 1 (LED matrix) is connected to the secondary power source through the terminals. When applying power to the
Внесение частиц люминофора (смеси люминофоров) 3 в оптически прозрачный связующий материал (например, силикон, пластмасса) повышает эффективность преобразования энергии излучения и технологичность изготовления прибора. Материал связующего легко дозируется и с ним удобно выполнять различные технологические операции, а также размещать в необходимом месте линзовой системы 2.The introduction of phosphor particles (a mixture of phosphors) 3 in an optically transparent binder material (for example, silicone, plastic) increases the efficiency of radiation energy conversion and the manufacturability of the device. The binder material is easily dosed and it is convenient to carry out various technological operations with it, as well as to place the
Светодиод или светодиоды (матрица или светодиодные матрицы) 1 генерируют, например, излучение в ультрафиолетовой, фиолетовой, синей или голубой областях спектра оптического диапазона (изготовлены на основе гетероструктур GaN, InGaN и других). Частицы 3 люминофора или смеси люминофоров при воздействии исходного излучения светодиода (1) вырабатывают энергию в недостающих областях спектра (например, желто-зеленый или зеленый и красный части спектра видимого света). При смешивании излучений светодиода (1) и люминофора 3 образуется белый или близкий к нему свет. Светодиод (светодиоды, светодиодная матрица или матрицы) 1 представляет собой полупроводниковый прибор (приборы), работающий, как отмечено выше, при прямом включении и преобразующий энергию электрического тока непосредственно в световое излучение за счет явления электролюминесценции.An LED or LEDs (matrix or LED arrays) 1 generate, for example, radiation in the ultraviolet, violet, blue or blue regions of the spectrum of the optical range (made on the basis of heterostructures GaN, InGaN and others).
Драйвер питания устройства выполняется по любой из известных схем для регулируемого преобразования переменного тока в постоянный ток (с трансформацией уровня напряжения с помощью обычного трансформатора или без нее) или переменный ток при встречно-параллельном включении светодиодов 1 или ветвей светодиодной матрицы.The power driver of the device is performed according to any of the known schemes for the controlled conversion of alternating current to direct current (with the transformation of the voltage level using a conventional transformer or without it) or alternating current when the
По сравнению с прототипом существенно возрастает световая эффективность (общая светоотдача) светового прибора. Светоотдача источника света (световая эффективность светового прибора) - это отношение светового потока к общей потребляемой мощности (лм/Вт). Световой поток светодиода уменьшается при нагреве кристалла, а эффективность фотолюминесценции снижается при нагреве частиц люминофора (или смеси люминофоров). Связующее в виде, например, оптически прозрачного материала линзы, в который вводятся или на который наносятся частицы люминофора или смеси люминофоров в оптически прозрачном связующем материале, эффективно охлаждает люминофор, а также положительно влияет на рассеяние и отражение света. В частности, при равенстве показателей (коэффициентов) преломления оптически прозрачного материала линзы и люминофора, введенного в объем, наиболее значительно уменьшаются коэффициенты рассеяния и отражения, что способствует увеличению светимости линзы. Нагрев кристалла светодиода обусловлен, в том числе, рассеиваемой в люминофоре и отраженной им энергией излучения (известные конструкции светодиодов с нанесенным непосредственно на кристалл слоем люминофора) p-n-перехода. При введении частиц люминофора во внутренний объем или в часть объема или на поверхности оптически прозрачного материала линзы в оптически прозрачном связующем материале потери энергии в люминофоре не влияют на дополнительный нагрев кристалла светодиода и не приводят к повышению его рабочей температуры и снижению исходного светового потока излучения светодиода. Наиболее эффективно указанные эффекты проявляются при каскадной или смешанной (каскадной и параллельной) установке вторичных удаленных линз или мультилинз (светодиод или светодиоды могут выполняться с первичной герметизирующей линзой или, как вариант, без первичной линзы). Более того, суммарный световой поток светодиода значительно возрастает (до 10%). Таким образом, для получения равного светового потока от светодиода требуется меньшая мощность источника вторичного электропитания. Одновременно удаление частиц люминофора или смеси люминофоров от кристалла светодиода приводит к снижению рабочей температуры частиц люминофора и повышению яркости. Световая эффективность (общая светоотдача) светового прибора возрастает. Частицы люминофора или смеси люминофоров в объеме или в части объема или на поверхности оптически прозрачного материала линзы в оптически прозрачном связующем материале в заявляемом световом приборе выполняют одновременно несколько функций (светорассеяние, снижение максимальной яркости, модификация спектра, увеличение суммарного светового потока излучения). В прототипе световой поток уменьшается за счет непроизводительных потерь энергии в слоях полупроводников светодиода и частицах люминофора или смеси люминофоров, а также повышенного рассеяния и непроизводительных потерь световой энергии. Первичное излучение светодиода (светодиодов, матрицы или светодиодных матриц) в пространстве рассеивается не оптимально. Это дополнительная причина снижения световой эффективности (общей светоотдачи) светового прибора, выбранного за прототип. Параллельное (как вариант) или каскадное (смешанное, то есть каскадное и параллельное) размещение линз (мультилинз), просветление оптической системы позволяют снизить непроизводительные потери излучения. Световая эффективность нового прибора может быть повышена на 5÷10% по сравнению с прототипом.Compared with the prototype, the luminous efficiency (total light output) of the light device significantly increases. Luminous efficiency of a light source (luminous efficiency of a light fixture) is the ratio of the luminous flux to the total power consumption (lm / W). The luminous flux of the LED decreases when the crystal is heated, and the photoluminescence efficiency decreases when the phosphor particles (or a mixture of phosphors) are heated. A binder in the form of, for example, an optically transparent lens material, into which phosphor particles or a mixture of phosphors in an optically transparent binder material are introduced or deposited, effectively cools the phosphor and also positively affects the scattering and reflection of light. In particular, when the refractive indices (coefficients) of the optically transparent lens material and the phosphor introduced into the volume are equal, the scattering and reflection coefficients are most significantly reduced, which contributes to an increase in the luminosity of the lens. The heating of the LED crystal is caused, inter alia, by the radiation energy scattered in the phosphor and reflected by it (known LED designs with a phosphor layer deposited directly on the crystal) of the pn junction. When phosphor particles are introduced into the internal volume or into a part of the volume or on the surface of an optically transparent lens material in an optically transparent binder, the energy loss in the phosphor does not affect the additional heating of the LED crystal and does not increase its operating temperature and decrease the initial light flux of the LED radiation. These effects are most effective when cascading or mixed (cascading and parallel) installation of secondary remote lenses or multi-lenses (LED or LEDs can be performed with a primary sealing lens or, as an option, without a primary lens). Moreover, the total luminous flux of the LED increases significantly (up to 10%). Thus, to obtain an equal luminous flux from the LED, less power is required from the secondary power source. At the same time, the removal of phosphor particles or a mixture of phosphors from the LED crystal leads to a decrease in the operating temperature of the phosphor particles and an increase in brightness. The luminous efficiency (total light output) of the light device increases. Particles of a phosphor or a mixture of phosphors in the volume or in part of the volume or on the surface of an optically transparent lens material in an optically transparent binder material in the inventive light device perform several functions simultaneously (light scattering, reducing the maximum brightness, modifying the spectrum, increasing the total luminous flux of radiation). In the prototype, the light flux is reduced due to unproductive energy losses in the layers of LED semiconductors and particles of a phosphor or a mixture of phosphors, as well as increased scattering and unproductive losses of light energy. The primary radiation of a light emitting diode (LEDs, matrix, or LED matrixes) in space is not optimally scattered. This is an additional reason for the decrease in luminous efficiency (total light output) of the light device selected for the prototype. Parallel (as an option) or cascade (mixed, that is, cascade and parallel) arrangement of lenses (multi-lenses), and the illumination of the optical system can reduce unproductive radiation losses. The luminous efficiency of the new device can be increased by 5 ÷ 10% compared with the prototype.
Возрастание световой эффективности прибора расширяет область его применения. Новое устройство может быть использовано в энергосберегающих системах освещения.The increase in the luminous efficiency of the device expands the scope of its application. The new device can be used in energy-saving lighting systems.
За счет снижения рассеяния, снижения габаритной яркости и обеспечения оптимальной распределенности источника света в пространстве, эффективной и оптимальной установки вторичных удаленных линз (мультилинз), по сравнению с прототипом, значительно снижается слепящее действие (показателей ослепленности и дискомфорта) прибора.By reducing the scattering, reducing the overall brightness and ensuring the optimal distribution of the light source in space, efficient and optimal installation of secondary remote lenses (multi-lenses), in comparison with the prototype, the glare (blinding and discomfort indicators) of the device is significantly reduced.
Дополнительно, по сравнению с прототипом, увеличиваются срок службы и надежность работы заявляемого светового прибора. Это достигается за счет комплексного снижения электрической нагрузки на источник вторичного электропитания для прибора и рабочей температуры p-n-перехода светодиода и частиц люминофора или смеси люминофоров. Уменьшается деградация структуры светодиода и кристаллов люминофора. Размещение частиц люминофора или смеси люминофоров в оптически прозрачном связующем материале обеспечивает защиту люминофорного слоя (слоев) от неблагоприятных воздействий окружающей среды. Срок службы нового светового прибора согласно экспертным оценкам может быть увеличен в 1,3÷1,5 раза.Additionally, in comparison with the prototype, the service life and reliability of the inventive lighting device are increased. This is achieved by comprehensively reducing the electrical load on the secondary power source for the device and the operating temperature of the pn junction of the LED and phosphor particles or a mixture of phosphors. The degradation of the structure of the LED and phosphor crystals is reduced. Placing particles of a phosphor or a mixture of phosphors in an optically transparent binder material protects the phosphor layer (s) from adverse environmental influences. According to expert estimates, the service life of a new light fixture can be increased by 1.3–1.5 times.
По сравнению с прототипом, дополнительно, коэффициент полезного действия нового устройства повышается на 3÷4% за счет уменьшения электрических потерь энергии в элементах, в том числе в источнике вторичного электропитания прибора, при одинаковом (заданном) световом потоке.Compared with the prototype, in addition, the efficiency of the new device is increased by 3 ÷ 4% due to the reduction of electric energy losses in the elements, including the source of secondary power supply of the device, with the same (specified) light flux.
Повышается технологичность изготовления нового светового прибора, как отмечено выше, за счет удобства применения оптически прозрачного связующего материала и снижения расхода люминофора или смеси люминофоров.The manufacturability of a new lighting device is increased, as noted above, due to the convenience of using an optically transparent binder material and reducing the consumption of a phosphor or a mixture of phosphors.
Увеличение срока службы прибора, повышение его коэффициента полезного действия и технологичности производства светового прибора значительно расширяют область применения.Increasing the life of the device, increasing its efficiency and manufacturability of the production of the lighting device significantly expand the scope.
Снижается цена устройства за счет возможной экономии дорогостоящего люминофора или смеси люминофоров и повышения технологичности его изготовления, что также расширяет область применения нового светового прибора.The price of the device is reduced due to the possible saving of an expensive phosphor or a mixture of phosphors and increasing the manufacturability of its manufacture, which also expands the scope of the new lighting device.
Может быть, по сравнению с прототипом, существенно упрощена конструкция и снижена цена светильников с заявляемым световым прибором за счет уменьшения потерь мощности в элементах источника вторичного электропитания и снижения их загрузки по току, следовательно, за счет возможности использования элементов источника вторичного электропитания на меньшую установленную мощность и с более низкой ценой, а также за счет упрощения и удешевления технологии изготовления всего светильника и уменьшения размеров используемых радиаторов. Это позволяет широко использовать заявляемые световые приборы в самых разных областях применения.Maybe, in comparison with the prototype, the design is significantly simplified and the price of luminaires with the claimed lighting device is reduced by reducing power losses in the elements of the secondary power source and reducing their current load, therefore, due to the possibility of using the elements of the secondary power source at a lower installed power and with a lower price, as well as by simplifying and reducing the cost of manufacturing technology for the entire lamp and reducing the size of the used radiators. This allows the widespread use of the claimed lighting devices in a wide variety of applications.
По сравнению с прототипом могут быть снижены весогабаритные показатели заявляемого светового прибора (до 5%) и светильников на его основе за счет оптимизации конструкции (в том числе, радиатора или радиаторов), что также расширяет область применения новых устройств.Compared with the prototype, the overall dimensions of the inventive lighting device (up to 5%) and luminaires based on it can be reduced by optimizing the design (including radiator or radiators), which also expands the scope of new devices.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012152704A RU2628014C2 (en) | 2012-12-06 | 2012-12-06 | Lighting device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012152704A RU2628014C2 (en) | 2012-12-06 | 2012-12-06 | Lighting device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2012152704A RU2012152704A (en) | 2014-06-20 |
| RU2628014C2 true RU2628014C2 (en) | 2017-08-17 |
Family
ID=51213413
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2012152704A RU2628014C2 (en) | 2012-12-06 | 2012-12-06 | Lighting device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2628014C2 (en) |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2251761C2 (en) * | 2000-12-28 | 2005-05-10 | Тридоник Оптоэлектроник Гмбх | Light source with light-emitting component |
| US20080218993A1 (en) * | 2007-03-05 | 2008-09-11 | Intematix Corporation | LED signal lamp |
| RU2402110C1 (en) * | 2009-09-08 | 2010-10-20 | Закрытое акционерное общество "Светлана-Оптоэлектроника" | Polymer-coated light-emitting diode module |
| RU100180U1 (en) * | 2010-06-22 | 2010-12-10 | Учреждение Российской Академии Наук Научно-Технологический Центр Микроэлектроники И Субмикронных Гетероструктур Ран | LED LIGHTING DEVICE |
| RU106798U1 (en) * | 2011-03-25 | 2011-07-20 | Евгений Михайлович Силкин | LIGHT INSTRUMENT |
| WO2012071068A1 (en) * | 2010-11-24 | 2012-05-31 | Robe Lighting Inc | Improved beam control for an led luminaire |
| US20120187823A1 (en) * | 2006-08-03 | 2012-07-26 | Intematix Corporation | Led lighting arrangement including light emitting phosphor |
-
2012
- 2012-12-06 RU RU2012152704A patent/RU2628014C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2251761C2 (en) * | 2000-12-28 | 2005-05-10 | Тридоник Оптоэлектроник Гмбх | Light source with light-emitting component |
| US20120187823A1 (en) * | 2006-08-03 | 2012-07-26 | Intematix Corporation | Led lighting arrangement including light emitting phosphor |
| US20080218993A1 (en) * | 2007-03-05 | 2008-09-11 | Intematix Corporation | LED signal lamp |
| RU2402110C1 (en) * | 2009-09-08 | 2010-10-20 | Закрытое акционерное общество "Светлана-Оптоэлектроника" | Polymer-coated light-emitting diode module |
| RU100180U1 (en) * | 2010-06-22 | 2010-12-10 | Учреждение Российской Академии Наук Научно-Технологический Центр Микроэлектроники И Субмикронных Гетероструктур Ран | LED LIGHTING DEVICE |
| WO2012071068A1 (en) * | 2010-11-24 | 2012-05-31 | Robe Lighting Inc | Improved beam control for an led luminaire |
| RU106798U1 (en) * | 2011-03-25 | 2011-07-20 | Евгений Михайлович Силкин | LIGHT INSTRUMENT |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2012152704A (en) | 2014-06-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| TWI428542B (en) | Lighting unit having lighting strips with light emitting elements and a remote luminescent material | |
| CN103486466B (en) | A kind of LED lamp | |
| US8662732B2 (en) | Light emitting diode devices containing replaceable subassemblies | |
| US8212466B2 (en) | Solid state lighting devices including light mixtures | |
| CN201688222U (en) | LED bulb with double-layer lampshade | |
| US20140340910A1 (en) | LED-Based Luminaire Having a Mixing Optic | |
| RU2015105357A (en) | WHITE LIGHT SOURCE BASED ON LED WITH ADJUSTABLE CORRELATED COLOR TEMPERATURE WITH MIXING CAMERA AND EXIT WINDOW WITH REMOTE LUMINOPHOR | |
| JP2011501417A (en) | Lighting device and manufacturing method | |
| US9632295B2 (en) | Flood optic | |
| CN105121941B (en) | The luminous arrangement being distributed with controlled spectral properties and angle | |
| US8269428B2 (en) | Light emitting diode devices containing replaceable subassemblies | |
| Protzman et al. | LEDs for general illumination: The state of the science | |
| US20110062868A1 (en) | High luminous output LED lighting devices | |
| CN101451656A (en) | Light emitting diode lighting device | |
| RU2628014C2 (en) | Lighting device | |
| KR20130027740A (en) | Lighting device and lighting control method | |
| RU106798U1 (en) | LIGHT INSTRUMENT | |
| RU2525166C2 (en) | Method to control chromaticity of light flux of white light diode and device for method realisation | |
| RU106445U1 (en) | INTEGRATED LED LAMP | |
| RU133380U1 (en) | LIGHT INSTRUMENT | |
| CN102606900B (en) | Color-temperature-adjustable white light emitting diode (LED) light source | |
| Kang et al. | Optimization and fabrication of color temperature tunable white LED luminaires | |
| RU108213U1 (en) | LINEAR LED LAMP | |
| RU103673U1 (en) | LINEAR LED LAMP | |
| CN201269423Y (en) | lighting device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20171207 |