[go: up one dir, main page]

RU2628014C2 - Lighting device - Google Patents

Lighting device Download PDF

Info

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
Application number
RU2012152704A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2012152704A (en
Inventor
Евгений Михайлович Силкин
Original Assignee
Евгений Михайлович Силкин
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Евгений Михайлович Силкин filed Critical Евгений Михайлович Силкин
Priority to RU2012152704A priority Critical patent/RU2628014C2/en
Publication of RU2012152704A publication Critical patent/RU2012152704A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2628014C2 publication Critical patent/RU2628014C2/en

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21LIGHTING
    • F21SNON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S8/00Lighting devices intended for fixed installation

Landscapes

  • Led Device Packages (AREA)

Abstract

FIELD: lighting.
SUBSTANCE: lighting device comprises one or more LEDs or one or more LED matrices for generating a light flux emitting in the ultraviolet or blue regions of the optical spectrum, and of two or more secondary remote lenses or multilenses for controlling the light flux, cascaded or cascaded and parallel to the direction of the optical axis of the emission of LED or several LEDs or of one or more LED matrices. In this lighting device luminophor particles or mixtures, converting the emission of the LEDs or LED matrices into the emission of missing parts of the spectrum of the visible range or required wavelengths, are introduced onto the surface of the optically transparent binder or its part or directly into the volume of the multilenses or its part.
EFFECT: extended scope of application of the lighting device by increasing light output, decreasing glare effect, luminophor consumption, increasing reliability and manufacturability.
1 dwg

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 more LEDs 1, or one or more LED arrays for the formation of light flux emitting in the ultraviolet or blue spectral regions of the optical range, and two or more secondary remote lenses 2, or multi-lenses for controlling the light flux installed in cascade or cascade and in parallel in the direction of the optical axis of emission of the LED or several LEDs, or one or more LED arrays, to the surface or to a part of the surface in the optical rozrachnom binder, or directly into the volume of the volume or lens or multi-lens administered phosphor particles 3 or a mixture of phosphors that convert radiation LEDs or LED arrays in the missing parts of the radiation spectrum in the visible range of wavelengths or desired.

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 LED 1, it begins to emit light due to the phenomenon of electroluminescence and the conversion of direct current electric energy into light energy. During operation of the device, part of the energy is dissipated, which leads to heating of the elements. LED 1 or LED matrix emits light energy of certain wavelengths (in the ultraviolet, violet, blue or, optionally, blue regions of the spectrum of the optical range), which is converted by particles 3 of a phosphor or a mixture of phosphors introduced into the internal volume or part of the volume (or deposited on surfaces or parts of surfaces in an optically transparent binder) of an optically transparent lens material 2 (lenses, multi-lenses or multi-lenses). The optically transparent material of lenses 2 acts as a binder for particles 3 of a phosphor or a mixture of phosphors if they are introduced directly into the volume of the lens or lenses (multi-lenses or multi-lenses). Thus, the light source (light fixture) becomes more distributed in space and the spectrum of its radiation in the necessary direction is modified. Due to the conversion of the primary radiation of the LED 1 (matrix) by particles 3 of a phosphor or a mixture of phosphors removed from the volume of the primary lens and remote from the crystal, the light output (ratio of light flux to power consumption, lm / W) of the device increases. Indeed, most of the energy consumed by the device is converted to the energy of light. This is due to a decrease in the pn junction temperature of the LED 1 and particles 3 of the phosphor or a mixture of phosphors, a decrease in the scattering and reflection coefficients of the light in the claimed design of the light device. The secondary remote lens (lens, multi-lens or multi-lens) 2 simultaneously redistributes the light flux of the LED, for example, into a smaller solid angle and (or) changes the shape of the light beam (light intensity curve). The cascading arrangement of lenses (multi-lenses) 2 allows, in particular, to reduce the consumption of phosphor (a mixture of phosphors). Indeed, a lens 2 located closer to the LED 1, for example, focuses the primary radiation of the LED 1 and directs it to the region where the phosphor particles (phosphor mixture) 3 are located on the surface of the removed lens or lenses (multi lenses or multi lenses) 2 in an optically transparent binder or directly in the volume of the lens or lenses (multi-lenses or multi-lenses) 2. The primary radiation of the LED 1 or LEDs, LED matrix or matrices is not reflected back to the semiconductor crystal (s), and the secondary radiation the study of the phosphor particles (phosphor mixture) 3 cannot reach the LED (LEDs, LED matrix or matrices) 1. As a result, additional heating of the crystal (crystals) and phosphor particles 3 does not occur, which reduces radiation energy loss and limits the degradation of parts of the device.

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 lens system 2 in the required place.

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). Particles 3 of a phosphor or a mixture of phosphors when exposed to the initial radiation of the LED (1) generate energy in the missing regions of the spectrum (for example, yellow-green or green and red parts of the spectrum of visible light). When mixing the radiation of the LED (1) and phosphor 3, white or close to it light is formed. An LED (light emitting diodes, an LED matrix or arrays) 1 is a semiconductor device (s) that operates, as noted above, when turned on directly and converts the energy of an electric current directly into light radiation due to the phenomenon of electroluminescence.

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 LEDs 1 or branches of the LED matrix are turned in parallel.

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)

Световой прибор, содержащий 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.A light device containing one or more LEDs, or one or more LED arrays for forming a light flux emitting in the ultraviolet or blue spectral regions of the optical range, and two or more secondary remote lenses, or multi-lenses for controlling the light flux, installed in cascade or cascade and parallel to the direction of the optical axis of emission of the LED or several LEDs, or one or more LED arrays, to the surface or to a part of the surface in the optical a transparent binder material, either directly into the volume, or into 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 wavelengths.
RU2012152704A 2012-12-06 2012-12-06 Lighting device RU2628014C2 (en)

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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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