БЕЛЫЙ СИД И БЕЛАЯ СИД ЛАМПА
WHITE LED AND WHITE LED LAMP

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к белому светоизлучающему диоду, а именно: к белой СИД лампе, использующей белый СИД с высоким коэффициентом цветопередачи, который изготавливается помещением по меньшей мере 6 СИД микросхем, испускающих свет различных длин волн, как электрическую комбинацию в один отражатель, который смешивает эти цвета.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ УРОВНЯ ТЕХНИКИ
Имеющийся в настоящее время в коммерческой продаже белый СИД изготавливается покрытием синего светоизлучающего чипа фосфорами, при этом синий свет испускается из СИД с длиной волны в диапазоне 455~465 нм, а фосфоры, которые поглощают синий свет, испускают желто-зеленый свет. Коэффициент цветопередачи белого СИД вследствие отсутствия красной световой компоненты в его излучении невысок. Поэтому белый СИД не был квалифицирован на право замещения обычных световых источников.
Способы, предложенные для изготовления белых СИД, включают также следующее:
А. Изготавливается комбинация из трех СИД чипов, испускающих свет красного, зеленого и синего цвета, и производится смешивание этих трехцветных световых пучков цветосмешивающим агентом с образованием белого света. Поскольку каждый СИД испускает одноцветный свет с полной шириной на уровне половины мощности около 20 нм, а цветосмешивающий агент может только смешивать световые пучки, но не меняет спектральные составы света. В результате спектр испускания полученной комбинации имеет три отдельных максимума излучения. Излучение прерывистого спектра трудно наделить высоким коэффициентом цветопередачи и, соответственно, этой комбинацией трудно получить источник света с высоким коэффициентом цветопередачи. С другой стороны, цветосмешивающий агент индуцирует диффузное отражение, ведущее к серьезным световым потерям.
В. Другой конструктивный способ был предложен в июне 1968 года (см. публикацию CN 1185042А), в котором задается нужный коэффициент цветопередачи, а затем по законам колориметрии вычисляются цветовые координаты. На основании результатов вычислений конструируется система, включающая в себя три или четыре СИД чипа, в которой последовательно задается длина волны излучения и интенсивность излучения от каждого чипа. Однако этот способ конструирования при практическом производстве белого СИД не используется. Причины этого следующие:
1) Этот способ конструирования применим только в том случае, когда количество типов чипов не больше чем 4. Как только оно становится больше чем 4, определенных удовлетворительных решений конструкции нет. В случае использования 4 типов чипов трудно получить высокий коэффициент цветопередачи.
2) Длины волн излучения, полученные на основе этого способа, не есть длины волн излучения СИД чипов, которые могут изготавливаться в массовом производстве. Реально массово изготавливаемые в настоящее время СИД чипы не могут дать ожидаемую величину коэффициента цветопередачи. Далее, в упомянутой публикации не раскрываются никакие технические решения по поводу того, как смешать несколько световых пучков для получения белого света.
3) Кроме того, данная патентная публикация не иллюстрирует никаких конкретных конструкций. Поэтому никаких практических технических решений для создания белого СИД из этой публикации извлечь невозможно.
С. Третий способ касается изготовления с использованием ультрафиолетового излучения для возбуждения люминофоров трех основных цветов. В принципе данный способ подобен способу изготовления люминесцентной лампы. Однако этот способ неблагоприятен в нижеследующих аспектах. Во-первых, при использовании ультрафиолетового излучения трудно избежать выхода ультрафиолетового излучения во внешнее пространство относительно устройства. Вышедшее ультрафиолетовое излучение может повредить глаза людей, находящихся вокруг производственного участка. Во-вторых, эффективность возбуждения люминофоров трех основных цветов низка, потому что длина волны ультрафиолетового СИД, используемого в настоящее время для возбуждения люминофоров, достаточно велика, и эффективность электрооптического преобразования мала. В результате общая световая эффективность белого СИД низка, и, таким образом, данный способ не может быть реализован на практике.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Целью настоящего изобретения является преодоление по меньшей мере одного аспекта из недостатков существующего уровня техники. Более конкретно, настоящее изобретение предназначено для решения проблемы, состоящей в том, что коэффициент цветопередачи мал, а различие между спектром испускания и спектром стандартного света велико, вследствие отсутствия в белом СИД, полученном с использованием комбинации синего света и люминофоров, красной составляющей.
Соответственно, целью настоящего изобретения является создание белого СИД с высоким коэффициентом цветопередачи и с высокой световой эффективностью, в котором на верхней поверхности теплопроводящего основания закреплены и электрически скомбинированы шесть или большее количество СИД чипов, испускающих свет на разных длинах волн. Световые лучи с различными длинами волн равномерно перемешаны отражателем, который выполняет функцию равномерного смешения света посредством диффузного отражения света от своей внутренней поверхности, на которой для увеличения диффузного отражения выполнены выступы.
Другой целью настоящего изобретения является изготовление белой СИД лампы и плоского СИД источника света для внутреннего освещения с использованием белого СИД высоким коэффициентом цветопередачи в соответствии с настоящим изобретением. Белая СИД лампа и плоский СИД источник света не имеют потерь энергии в люминофорах на преобразование цветов света, так что белая СИД лампа и плоский СИД источник света обладают высокой эффективностью электрооптического преобразования и длительным сроком службы, и являются пригодными для массового производства.
Цель настоящего изобретения достигнута по меньшей мере в одном следующем объекте:
В соответствии с объектом настоящего изобретения предложен белый СИД с высоким коэффициентом цветопередачи (как показано на фиг.8), содержащий теплопроводящее основание, рамку с выводами, отражатель, закрепленный на верхней поверхности теплопроводящего основания, СИД чипы, закрепленные на теплопроводящем основании внутри отражателя, и прозрачный силикон, закрывающий СИД чипы, в котором отражатель представляет собой коническую чашу, которая имеет открытое дно, и на внутренней поверхности стенки отражателя имеются выступы для смешения световых пучков. Рамка с выводами по форме и по размеру хорошо согласована с дном упомянутого отражателя, и закреплена с внешней стороны дна отражателя и на верхней поверхности теплопроводящего основания. СИД чипы содержат по меньшей мере шесть типов СИД чипов, которые испускают световые лучи с различными длинами волн, а количество СИД чипов каждого типа по меньшей мере один, где испускаемые чипами две смежные длины волны имеют интервал 20 нм ~35 нм. Электрически чипы могут быть соединены последовательно, параллельно или комбинированно. Электроды чипов электрически соединены с проводами рамки с выводами.
В одном конкретном исполнении длины волн шести типов СИД чипов, испускающих световые лучи с различными длинами волн, есть 475 нм (чип синего света), 490 нм (чип сине-зеленого цвета), 525 нм (чип зеленого цвета), 560 нм (чип желто-зеленого цвета), 590 нм (чип оранжевого цвета) и 630 нм (чип красного цвета). Каждый чип сконфигурирован на свою длину волны. СИД чипы 6 типов расположены на теплопроводящем основании таким образом, что световые лучи различных длин волн могут быть хорошо смешаны и перемешаны. Электрические соединения чипов могут быть последовательными, параллельными или комбинированными. При последовательно-параллельном соединении падение напряжения в двух частях, соединенных в параллель, должно быть одинаковым. Фиг.8 показывает способ соединения, при котором три чипа, соединенные последовательно, составляют одну группу, и две такие группы соединены параллельно. Каждая группа (три последовательно соединенных чипа) возбуждается отдельным независимым источником питания, или шесть чипов электрически соединены последовательно. Возможны другие способы соединения, которые могут быть определены пользователем в зависимости от необходимости.
В предпочтительном варианте исполнения каждый из шести типов СИД чипов может содержать по два чипа, расположенных на верхней поверхности теплопроводящего основания. Двенадцать СИД чипов расположены в шахматном порядке попеременно, чтобы обеспечить хорошее смешение световых лучей. Двенадцать чипов обычно разделены на две группы, а шесть чипов в каждой группе связаны последовательно. Поскольку количество чипов в двух группах одно и то же, эти две группы имеют одинаковое падение напряжения. Таким образом, две группы соединены параллельно (как показано на фиг.8d). Токи, протекающие через эти две группы, соответственно равны. Таким образом, эти СИД могут испускать белый свет высокой однородности с двойной выходной мощностью по сравнению с СИД, использующими шесть чипов, как показано на фиг.8b.
В одном конкретном исполнении СИД чипы могут содержать 9 или 11 типов СИД, испускающих световые лучи с различными длинами волн, чтобы распределение энергии в спектре света было более ровным и более близким к спектру стандартной лампы, такие, как использующие 9 типов СИД чипов с длинами волн 457 нм, 465 нм, 490 нм, 515 нм, 535 нм, 560 нм, 590 нм, 610 нм и 630 нм - соответственно каждый тип для каждого чипа. Конфигурация и электрическое соединение этих чипов показаны на фиг.8d. Положение чипов выполнено так, чтобы световые лучи могли хорошо перемешаться. Девять типов СИД чипов, испускающих световые лучи с различными длинами волн, разделены на две неравные группы, чтобы выполнить электрические соединения. Одна группа образована из пяти типов последовательно соединенных СИД чипов, испускающих световые лучи с различными длинами волн, которые испускают световые лучи, более близкие к синему свету. Другая группа образована из четырех типов последовательно соединенных СИД чипов, испускающих световые лучи с различными длинами волн, которые испускают световые лучи, более близкие к красному свету, как показано на фиг.8d. Поскольку количество СИД чипов в этих двух группах различно, то для этих двух групп требуются два независимых возбуждающих источника питания.
В одном конкретном исполнении СИД чипы могут быть чипами "силового" типа или могут быть составлены из нескольких небольших чипов. Общее количество чипов определяется требуемой мощностью и той электрической мощностью, которую может создать обычный специалист в данной области техники.
В предпочтительном варианте исполнения теплопроводящее основание может быть выполнено из меди, алюминия или из композитных материалов, основание оснащено винтом или винтовым отверстием, выполненным в его донной поверхности, и основание оснащено теплоизлучающими ребрами или сверхтеплопроводящими трубками. Теплоизлучающие ребра представляют собой спиральные теплоизлучающие ребра с одной или большим количеством спиралей, или тип теплоизлучающей сборки.
В предпочтительном варианте исполнения отражатель для смешения света выполнен из металлического материала, такого как медь или алюминий, а на внутренней поверхности стенки отражателя имеются сферические выступы. Поверхность выступа гладкая и дает высокое отражение. С целью смешения света выступы могут иметь одинаковые или разные размеры. Выступы размещены с шахматным смещением по чередующимся линиям, в виде решеток или в виде равномерной картины в порядке уменьшения размеров, пока угол испускания и равномерность испущенного света соответствуют практическим требованиям. Фиг.7b и 7с показывают, соответственно, две типичные конфигурации.
Это изобретение, кроме того, предлагает белую СИД лампу, в том виде, как она показана на фиг.9, которая построена на основе описанного в изобретении белого СИД. Белая СИД лампа содержит по меньшей мере один белый СИД, который соединен и механически контактирует с теплоотводом, непосредственно или через винтовое отверстие. Этот СИД соединен проводниками со схемой возбуждения, а схема возбуждения через свой корпус соединена с электрическим разъемом. СИД закрывает прозрачная колбообразная оболочка. Дно теплоотвода соединено с чашеобразным пластмассовым элементом, а источник возбуждающего питания вмещен во внутреннее пространство этого пластмассового элемента. Пластмассовый элемент обеспечивает хорошую электрическую изоляцию между источником возбуждающего питания и теплоотводом. Конец пластмассового элемента оснащен электрическим разъемом. Отражатель, использованный в СИД, закреплен на верхнем конце теплоотвода. На внутренней поверхности стенки отражателя имеются выступы для достижения равномерного перемешивания света.
В предпочтительном варианте исполнения электрический разъем является байонетным патроном с двойным выступом или с множественными выступами, или винтовым патроном, который может быть винтовым патроном международного стандарта Е27 или Е14, или патроном других типов.
В предпочтительном варианте исполнения прозрачная колбообразная оболочка выполнена из стекла или пластмассы, и является прозрачной, цветной или диффузной.
В особом варианте исполнения на внутренней поверхности стенки прозрачной колбообразной оболочки есть светопреобразующие материалы.
Изобретение обеспечивает плоский СИД источник света для внутреннего освещения, использующий белый СИД в соответствии с настоящим изобретением. Плоский СИД источник света включает в себя по меньшей мере один белый СИД, теплоотвод, схему возбуждения, электрический разъем, и прозрачную колбообразную оболочку, в котором теплоотвод образован обеспечением двух или четырех отражающих стенок на теплоизлучающей плате. Теплоизлучающая плата по своей нижней поверхности оснащена ребрами. Отражающие стенки оснащены по своей внутренней поверхности выступами. Электрическое соединительное отверстие, выполненное на внешней поверхности отражающих стенок, соединено с возбуждающим источником питания. Прозрачная колбообразная оболочка прикреплена к отражательным стенкам как отдельный плоский источник света или как комбинация двух или большего количества СИД плоских источника света. СИД является белым СИД с высоким коэффициентом цветопередачи.
Белый СИД с высоким коэффициентом цветопередачи в соответствии с настоящим изобретением имеет следующие преимущества:
1. В одном варианте исполнения по меньшей мере 6 типов СИД чипов, испускающих свет на различных длинах волн, закреплены и электрически скомбинированы на теплопроводящем основании, испущенные световые лучи равномерно перемешаны диффузным отражением на отражающей стенке отражателя, который выполнен в форме конуса или усеченного конуса, имеющего открытое дно, и который оснащен выступами на внутренней поверхности стенки, с тем, чтобы произвести таким образом белый СИД и белую СИД лампу с большой эффективностью и с большим коэффициентом цветопередачи. Поскольку распределение энергии в спектре белого СИД или белой СИД лампы близко к распределению энергии в спектре стандартной лампы, то он содержит полный спектр, к которому чувствителен человеческий глаз, и, соответственно, белый СИД обладает хорошим эффектом смешения света, большим коэффициентом цветопередачи и низкими световыми потерями.
2. Белый СИД в соответствии с настоящим изобретением имеет высокую излучательную эффективность. В настоящее время преимущественный способ изготовления белых СИД использует люминофоры, которые поглощают синий цвет, а испускают желтый. В этом процессе происходит потеря определенной энергии. В отличие от этого настоящее изобретение не использует люминофоры, и, таким образом, потеря энергии исключена. Кроме того, поскольку здесь используется патентноспособный способ смешения света, достигается высокая излучательная эффективность.
3. Белый СИД в соответствии с настоящим изобретением имеет низкое оптическое ослабление и хорошую оптическую стабильность. Для белых СИД, производимых существующими способами, их ослабление включает в себя, по существу, ослабление светоиспускающего чипа и ослабление люминофоров. Однако изготовление белого светодиода в соответствии с настоящим изобретением никак не связано с люминофорами и, таким образом, хроматичность его спектра полностью зависит от хроматичности спектра чипов и эффектов смешения света. Поэтому пока длины волн каждого из выбранных типов чипов являются стабильными в массовом производстве, до тех пор испущенный свет будет иметь стабильную спектральную хроматичность.
4. При использовании белого СИД или белой СИД лампы в соответствии с настоящим изобретением может быть реализовано "заказное" освещение. Регулировкой прямого тока в каждом типе СИД можно изменять выходную световую интенсивность и, таким образом, связанная с ней цветовая температура света, испущенного белым СИД или белой СИД лампой, может быть приведена к температуре монохромного света.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг.1 показывает распределение энергии в спектре стандартного лампового источника света типа А, цветовая температура которого составляет 2656 К.
Фиг.2 показывает распределение энергии в спектре стандартного лампового источника света типа D65, цветовая температура которого составляет 6504 К.
Фиг.3а показывает распределение энергии в спектре стандартного лампового источника света типа А внутри волнового диапазона, выбранного в зависимости от функции зрения человека.
Фиг.3b показывает распределение энергии в спектре стандартного лампового источника света типа D65 внутри волнового диапазона, выбранного в зависимости от функции зрения человека.
Фиг.4 показывает распределение энергии в спектре трех типов СИД чипов красного, зеленого и синего света.
Фиг.5 показывает распределение энергии в спектре шести типов СИД чипов в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг.6 показывает распределение энергии в спектре смешанного света от шести типов СИД чипов в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг.7а представляет собой вид поперечного сечения расположения выступов на внутренней поверхности стенки отражателя.
Фиг.7b представляет собой вид сверху другого расположения выступов на внутренней поверхности стенки отражателя.
Фиг.7c представляет собой условный вид третьего расположения выступов на внутренней поверхности стенки отражателя.
Фиг.8a представляет собой вид поперечного сечения конструкции белого СИД с высоким коэффициентом цветопередачи в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг.8b представляет собой условный вид устройства и схему электрических соединений 6 типов СИД чипов на теплопроводящем основании (единица измерения длины волны для чипов на фиг.8b - нм).
Фиг.8c представляет собой условный вид устройства и схему электрических соединений 6 типов СИД чипов на теплопроводящем основании, где каждый тип СИД чипа содержит два чипа (единица измерения длины волны для чипов на фиг.8с - нм).
Фиг.8d представляет собой условный вид устройства и схему электрических соединений 9 типов СИД чипов на теплопроводящем основании (единица измерения длины волны для чипов на фиг.8d - нм).
Фиг.9 представляет собой условный вид конструкции белой СИД лампы в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг.10 представляет собой условный вид конструкции плоской белой СИД лампы, изготовленной с использованием белых СИД с высоким коэффициентом цветопередачи в соответствии с настоящим изобретением.
На чертежах следующие компоненты обозначены нижеуказанными ссылочными позициями:
1 - теплопроводящее основание;
2 - рамка с выводами;
3 - отражатель;
4 - выступ;
5 - СИД чип;
6 - прозрачный силикон;
7 - дорожка вывода СИД кремния;
8 - схема возбуждения;
10 - электрический разъем;
11 - СИД источник света;
12 - прозрачная колбообразная оболочка;
13 - теплоотвод;
14 - пластиковый элемент;
3' - отражающая крышка;
4' - выступ.
Варианты исполнения настоящего изобретения будут описаны только с помощью примеров со ссылками на сопроводительные иллюстрации. Однако этим не преследуется цель ограничения настоящего изобретения конкретными вариантами исполнения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНОГО ВАРИАНТА ИСПОЛНЕНИЯ
Настоящее изобретение предлагает способ изготовления белого СИД с высоким коэффициентом цветопередачи. Варианты исполнения этого способа будут проиллюстрированы далее со ссылкой на чертежи. Трехзначные цифры на фиг.8а-8d указывают длины волны чипов. На фиг.8а-8d единица измерения длины волны, которая является нм, для краткости опущена.
Коэффициент цветопередачи источника света есть физический параметр для оценки свойства цветопередачи источника света относительно объекта, освещенного этим источником света. Солнечный свет есть источник света с наилучшим коэффициентом цветопередачи, поскольку его спектр непрерывен во всем диапазоне видимого излучения. Среди искусственных источников света можно считать, что наилучшим коэффициентом цветопередачи обладают международные специфицированные стандартные лампы. Стандартные лампы испускают лучи света с непрерывным спектром, но с различной цветовой температурой вследствие различного распределения энергии по спектру. Фиг.1 показывает распределение энергии в спектре стандартного лампового источника света типа D65 в видимом диапазоне.
Фиг.2 показывает распределение энергии в спектре стандартного лампового источника света типа А. Для изготовления СИД с высоким коэффициентом цветопередачи необходимо, чтобы СИД испускал свет, который по существу имеет непрерывное распределение энергии в спектре, который близок к спектру стандартной лампы. Однако стандартная лампа имеет довольно широкий спектральный диапазон, включающий в себя полосу в 380~780 нм в видимой области. СИД трудно, да и не необходимо соответствовать вышеприведенным требованиям по ширине спектра, поскольку глаза человека чувствительны только к световым лучам с длинами волн в 450~700 нм. На основе диапазона чувствительности человеческого глаза и диапазона длин волн, испускаемых СИД, волновой диапазон в 455~680 нм выбран в качестве опорного волнового диапазона для изготовления СИД с высоким коэффициентом цветопередачи.
На фиг.4 показан спектр обычного трехцветного - R, G, B - света, в котором два максимума имеют большой интервал, так что не спектр может считаться непрерывным. Спектр СИД чипа содержит максимальную длину волны, на которой СИД излучает свет с максимальной величиной выходной мощности. Спектр СИД чипа содержит также первый волновой диапазон, имеющий два конца, на которых СИД чип излучает свет с, примерно, половиной величины от максимального значения выходной мощности, и второй волновой диапазон, имеющий два конца, на которых СИД чип излучает свет с, примерно, четвертью величины от максимального значения выходной мощности. Первый волновой диапазон обычно имеет максимальную длину волны, которая примерно на 10 нм больше, чем длина волны максимума излучения, и минимальную длину волны, которая примерно на 10 нм меньше, чем длина волны максимума излучения. Второй волновой диапазон обычно имеет максимальную длину волны, которая примерно на 18 нм больше, чем длина волны максимума излучения, и минимальную длину волны, которая примерно на 18 нм меньше, чем длина волны максимума излучения. Например, красный СИД чип с длиной волны максимума излучения в 630 нм имеет первый волновой диапазон 620~640 нм, а второй волновой диапазон - 612~648 нм.
На основании вышеприведенных характеристик СИД чипа может быть сформирован непрерывный спектр. Например, если СИД чип с длиной волны максимума излучения 630 нм имеет на длине волны 630 нм выходную мощность 1,0, то на длине волны 612 нм его выходная мощность будет ¼. Кроме того, если другой СИД на длине волны максимума излучения в 594 нм имеет выходную мощность 1,0, то на длине волны 612 нм его выходная мощность будет ¼. Раз так, то если свет, испущенный этими двумя чипами, объединить, то общая выходная мощность этих двух СИД на длине волны 612 нм будет ½ от выходной мощности на длине волны 630 или 594 нм. В этом случае распределение энергии в спектре будет непрерывным с зигзагообразной формой, хотя это и не прямая линия в горизонтальном направлении. Волновой диапазон между 455 и 680 нм имеет ширину 225 нм. Если в этом волновом диапазоне использовать различные типы СИД, испускающие свет с различными длинами волн с интервалом в 20 нм, то необходимо будет 11 типов СИД чипов. Однако, на самом деле, нет необходимости использовать так много чипов, поскольку распределение энергии в спектре стандартной лампы с определенной скоррелированной цветовой температурой не является горизонтальной линией. Поэтому этот волновой интервал может быть выправлен так, как надо. Если этот интервал составляет 35 нм, то для формирования непрерывного спектра зигзагообразной формы будет достаточно 6 типов СИД чипов, испускающих световые лучи с различными длинами волн. Например, с интервалом в 35 нм могут быть использованы 6 типов СИД чипов с длинами волн излучения в 457 нм, 493 нм, 529 нм, 565 нм, 601 нм и 640 нм.
В одном варианте исполнения, имея в виду, что длина волны СИД, изготавливаемых при массовом производстве на предприятиях-изготовителях чипов, согласована с заказчиком, длины волн максимумов для 6 типов чипов могут быть выбраны следующими: 457 нм, 490 нм, 525 нм, 560 нм, 590 нм и 630 нм соответственно. Хотя они чуть отличаются от вышеприведенных требуемых значений, но находятся внутри допустимого на практике диапазона. За исключением интервала в 40 нм между 590 и 630 нм, интервалы между другими соседними длинами волн максимумов излучения составляют менее чем 35 нм и таким образом могут быть перекрыты вторые волновые диапазоны на уровне четверти максимальной выходной мощности. То есть, в том случае, когда чипы 6 видов излучают свет одновременно и имеют одинаковые выходные мощности на соответствующих длинах волн максимумов излучения, выходные мощности света двух смежных СИД могут быть взаимно наложены на длинах волн, которые отстоят на 18 нм от соответствующих длин волн максимумов излучения, и общие выходные мощности на этих длинах волн будут равны сумме выходных мощностей смежных чипов двух типов на этих длинах волн. Распределение энергии образованного таким образом спектра представляет собой непрерывную зигзагообразную кривую. Если будут использоваться более 6 типов СИД, испускающих свет с различными длинами волн, интервал между длинами волн максимумов излучения будет меньше, и распределение энергии светового спектра станет более ровным и гладким. Но использование СИД слишком многих типов может повлечь за собой усложнение производства. Фиг.8a представляет конструкцию комбинации 9 типов СИД чипов.
Для изготовления белого СИД с высоким коэффициентом цветопередачи следующей проблемой, которая должна быть решена, является выравнивания распределения энергии между различными чипами. В настоящем изобретении предложены два следующих способа выравнивания распределения энергии на соответствующих длинах волн:
1. коррекция количества чипов с одинаковой длиной волны максимума излучения, например, для имитации источника света типа D65 количество чипов с короткими волнами максимума излучения может быть больше, чем количество чипов с длинными волнами максимума излучения; для имитации источник света типа А количество чипов с длинными волнами максимума излучения может быть больше, чем количество чипов с короткими волнами максимума излучения;
2. управление выходной мощностью чипов регулированием тока чипов. Светоизлучающая энергия СИД чипа пропорциональна проходящему по нему прямому току в широком диапазоне тока после того, как он включен. Соответственно, светоизлучающую энергию СИД чипа можно регулировать изменением проходящего по нему прямого тока. Во время регулировки прямого тока этот ток есть не более чем номинальный ток СИД чипа. Обычно для регулирования тока чипа может быть использована модуляция постоянного тока или широтно-импульсная модуляция.
Третья проблема, которая должна быть решена для производства белых СИД с высоким коэффициентом цветопередачи, касается смешения цветов. Традиционный способ смешения цвета состоит в нанесении сверху чипа большого количества агентов с диффузным отражением, чтобы создать повторяющееся рассеивание света в чипосодержащей полости и тем самым достичь эффекта светового смешения. Поскольку диффузное отражение беспорядочно, световые потери становятся очень серьезными, а коэффициент электрооптического преобразования, таким образом, становится заметно малым. Для решения этой проблемы на гладкой внутренней поверхности стенки отражателя выполнено множество выступов, которые содержат часть сферы и имеют гладкие поверхности с большой отражательной способностью, предназначенные для достижения и отражения света и смешения света. В зависимости от характера смешения света эти выступы могут иметь одинаковые или разные размеры, кроме того, они могут быть распределены в шахматном порядке или в порядке уменьшения размеров. Фиг.7b и фиг.7с показывают два типичных вида распределения выступов.
Мощный СИД чип имеет площадь светоизлучающей поверхности около 1 кв. миллиметра. На коротких расстояниях или в пространстве мощный СИД чип не может рассматриваться как точечный источник света, а скорее как плоскостной источник света. Каждый из выступов на отражающей поверхности освещен световыми лучами, идущими от различных направлений, а затем эти световые лучи отражаются назад в соответствии с законом отражения. Таким образом, каждый из выступов может рассматриваться как точечный источник света, который испускает световые лучи наружу со своей вершины и с боковых сторон выступа. При такой конфигурации световые лучи с различными длинами волн этими выступами могут быть хорошо перемешаны, при этом световые потери могут быть уменьшены и достигнута высокая эффективность смешения световых лучей.
Вариант исполнения 1
Далее со ссылками на фиг.8а, 8b будет описан белый СИД с высоким коэффициентом цветопередачи в соответствии с настоящим изобретением, а также способ его изготовления.
В этом варианте исполнения теплопроводящее основание 1 может иметь плоскую форму, и выполнено, например, из такого металла, как медь или алюминий или из композитных материалов, и оно может быть оснащено теплоизлучающими ребрами. Теплоизлучающие ребра могут быть спиральными теплоизлучающими ребрами с одной или большим количеством спиралей. Описываемое здесь основание может быть подобно основанию, раскрытому в китайской заявке на патент №02826127.5, или может быть любым из СИД оснований, имеющихся в коммерческой продаже. Кроме того, теплопроводящее основание 1 может быть теплоизлучающей сборкой, которая состоит из опоры, выполненной из материалов с высокой теплопроводностью, верхних теплоизлучающих ребер, установленных сверху на опоре, и из окружающих опору группы ребер с меньшим тепловым излучением. Опорой может быть сверхтеплопроводящая трубка, металлическая трубка или металлический стержень. Теплоизлучающие ребра в центре имеют сквозные отверстия. Сквозное отверстие имеет диаметр, который равен внешнему диаметру сверхтеплопроводящей трубки, металлической трубки или металлического стержня. Внутренний диаметр сверхтеплопроводящей трубки или металлической трубки может быть выполнен с возможностью установки на нижнюю поверхность теплопроводящего основания СИД или сопряжения с ней с помощью винта. Выполненный из изоляционных материалов или металлов пористый или сеткообразный корпус может закрывать опору и может быть частью этой опоры.
Отражатель 3 для смешения световых лучей обычно выполнен из посеребренной меди или алюминия. Он может представлять собой чашу, имеющую форму конуса или усеченного конуса с открытым дном. От верхнего края отражателя вниз вдоль внутренней поверхности стенки (как показано на фиг.7а) нанесены выступы 4. Эти выступы 4 могут быть расположены в порядке уменьшения их диаметров (как показано на фиг.7b). Кроме того, выступы 4 могут быть расположены в виде решетки (как показано на фиг.7с) или с шахматным смещением по чередующимся линиям. Отражатель 3 закреплен на верхней поверхности теплопроводящего основания 1 и устроен в рамке 2 с выводами. Углы между отражателем 3 и теплопроводящим основанием 1 могут быть 10-80°. Выступ 4 содержит гладкую сферическую поверхность, и, таким образом, внутренняя поверхность стенки отражателя гладкая и имеет высокую отражательную способность.
В варианте исполнения используются шесть имеющихся в коммерческой продаже СИД чипов, которые имеют интервалы между длинами волн максимумов излучения двух смежных чипов около 35 нм. В частности, длины волн максимумов излучения могут быть около 457 нм, около 490 нм, около 525 нм, около 560 нм, около 590 нм и около 630 нм, соответственно. Шесть СИД чипов 5 электрически соединены проводниками - либо последовательно, либо полностью параллельно.
В варианте исполнения три чипа с длинами волн максимумов излучения 457 нм, 490 нм и 525 нм соединены последовательно как одна группа, а три других чипа также соединены последовательно и образуют другую группу. Каждая из этих двух групп может иметь два вывода, соответственно, на обоих концах. Конфигурация и электрическое соединение 6 чипов показаны на фиг.8b, на которой две группы электрически соединены в параллель, а выходы могут быть подсоединены к управляющей схеме 8. В противном случае, вместо параллельного соединения эти две группы могут запитываться независимо, от двух источников питания, или могут быть соединены последовательно. В зависимости от требований, предъявляемых пользователем, возможны и другие соединения.
По сравнению с обычным белым СИД, образованным RGB-СИДами, в этом варианте исполнения между чипом синего света с длиной волны максимума излучения 457 нм и чипом зеленого света с длиной волны максимума излучения 525 нм добавлен СИД чип с длиной волны максимума излучения 490 нм, а между чипом зеленого света с длиной волны максимума излучения 525 нм и чипом красного света с длиной волны максимума излучения 630 нм добавлены по меньшей мере СИД чип с длиной волны максимума излучения 560 нм и СИД чип с длиной волны максимума излучения 590 нм. Когда одновременно излучают свет 6 чипов с интервалами между длинами волн максимумов излучения двух смежных чипов около 35 нм, может быть образован непрерывный спектр света, а не спектр с разделенными максимумами (см. фиг.5 и 6).
Вышеупомянутые шесть СИД чипов 5 расположены на верхней поверхности теплопроводящего основания 1. Связанные электрически электроды шести чипов 5 выведены из рамки 2 с выводами. Рамка 2 с выводами представляет собой пластик с вделанной медью или многослойную печатную плату. Рамка 2 с выводами имеет вделанную медную дорожку 7 в качестве вывода электрода СИД, которая электрически подсоединяет электроды СИД к источнику питания 8. Вделанная медная дорожка в рамке 2 с выводами электрически изолирована от теплопроводящего основания 1. Рамка 2 с выводами расположена с внешней стороны отражателя 3. СИД чипы 5 покрыты прозрачным силиконом 6.
Электроды шести чипов могут быть выведены по отдельности или в группах для регулировки выходной интенсивности соответствующих чипов с целью достижения требуемого цвета световых лучей. Эти модификации или изменения вполне очевидны для специалистов в данной области техники. Распределение общей энергии спектра 6 СИД чипов, использованных в настоящем варианте исполнения, показано на фиг.6.
На фиг.8с показан другой вариант исполнения белого СИД с высоким коэффициентом цветопередачи. В этом варианте исполнения на верхней поверхности теплопроводящего основания 1 расположено двенадцать СИД чипов 5, которые содержат шесть типов СИД чипов, что и показано на фиг.8с. Каждый тип СИД чипов содержит два чипа, испускающих свет разных длин волн. Как показано на фиг.8с, двенадцать СИД чипов 5 расположены в шахматном порядке, чтобы обеспечить хорошее смешение света. Шесть типов СИД чипов являются синими СИД чипами с длиной волны максимума излучения 457 нм, сине-зелеными СИД чипами с длиной волны максимума излучения 490 нм, зелеными СИД чипами с длиной волны максимума излучения 525 нм, желто-зелеными СИД чипами с длиной волны максимума излучения 560 нм, оранжевыми СИД чипами с длиной волны максимума излучения 590 нм и красными СИД чипами с длиной волны максимума излучения 630 нм. Они сконфигурированы таким образом, что интервалы между длинами волн максимумов излучения любых двух смежных СИД чипов составляют около 35 нм. Двенадцать (шесть типов) СИД чипов разделены на две группы. Чипы в каждой группе соединены последовательно и выводятся дорожками выводов, которые подсоединены к возбуждающему источнику питания, как показано на фиг.8с.
На фиг.8d другой белый СИД с высоким коэффициентом цветопередачи содержит девять типов СИД чипов, испускающих свет разных длин волн (только один чип каждого типа). Использование девяти типов СИД чипов, испускающих свет на разных длинах волн, может повысить "гладкость" распределения энергии в спектре светодиода, с тем, чтобы распределение энергии в этом спектре приблизилось к спектру стандартной лампы. Девять типов чипов имеют длины волн максимумов излучения 457 нм, 465 нм, 490 нм, 515 нм, 535 нм, 560 нм, 590 нм, 610 нм и 630 нм соответственно. Они расположены на теплопроводящем основании 1 таким образом, чтобы свет мог хорошо смешиваться. Девять чипов разделены на две группы. Первая группа содержит СИДы с, по существу, более короткими длинами волн, то есть она состоит из пяти СИД чипов с длинами волн 457 нм, 535 нм, 560 нм, 465 нм и 490 нм соответственно, которые соединены последовательно. Вторая группа содержит четыре СИД чипа с, по существу, более длинными длинами волн, то есть она состоит из четырех СИД чипов с длинами волн 590 нм, 630 нм, 515 нм и 610 нм, которые соединены последовательно. Эти две группы чипов, соответственно, соединены последовательно и выводятся соответственно дорожками выводов, которые подсоединены к возбуждающему источнику питания 8. Поскольку количество чипов в этих двух группах различно, то для возбуждения этих двух групп чипов требуется, соответственно, два независимых источника питания. Хотя использование двух источников питания и может увеличить сложность электрических цепей, ток в каждой группе может регулироваться независимо, что является преимуществом при регулировке коэффициента цветопередачи СИД. Общее количество СИД может зависеть от необходимой мощности для их работы, а также от способности каждого чипа выдержать такую мощность, что понятно специалистам в данной области техники.
По сравнению с комбинацией из шести чипов, испускающих свет разных длин волн, комбинация из девяти чипов дополнительно содержит синий СИД чип с длиной волны 465 нм между 457 нм и 490 нм, СИД чип с длиной волны 515 нм между 490 нм и 535 нм, СИД чип с длиной волны 610 нм между 590 нм и 630 нм. В комбинации из шести типов чипов распределение энергии в спектрах чипов с длинами волн 490 нм и 457 нм перекрываются на длине волны, в которой их выходные мощности составляют ¼ от максимального значения мощности, поскольку интервал между 490 нм и 457 нм составляет 33 нм. Введя чип с длиной волны 465 нм, интервал между длинами волн максимумов излучения 465 нм и 457 нм делается равным 8 нм, а интервал между длинами волн максимумов излучения 465 нм и 490 нм делается равным 25 нм. Таким образом, распределения энергии в спектре чипа с длиной волны 465 нм и в спектре чипа с длиной волны 490 нм или 457 нм перекрываются на такой длине волны, на которой их выходные мощности не больше чем Ѕ от максимального значения мощности. В результате распределение энергии с перекрытием в диапазоне 457 нм ~ 490 нм по существу становится горизонтальной линией с приблизительно равной мощностью по всему диапазону длин волн. Подобным же образом СИД чип с длиной волны 515 нм между 490 нм и 535 нм может сократить интервал между смежными длинами волн максимумов излучения с 45 нм до 25 и 20 нм соответственно. СИД чип с длиной волны 610 нм между 590 нм и 630 нм может сократить интервал между смежными длинами волн максимумов излучения с 40 нм до 20 нм. Поэтому распределения энергии в спектре чипа с длиной волны 515 нм и чипа с длиной волны 490 нм или 435 нм перекрываются на такой длине волны, в которой выходные мощности этих чипов не превышают Ѕ от максимального значения мощности, а распределения энергии в спектре чипа с длиной волны 610 нм и в чипа с длиной волны 590 нм или 630 нм также перекрываются на такой длине волны, в которой выходные мощности этих чипов не превышают Ѕ от максимального значения мощности. Хотя чип с длиной волны 560 нм и чип с длиной волны 590 нм имеют интервал между длинами волн максимумов излучения в 30 нм, так что их распределения энергии, перекрытые в волновом диапазоне 560 нм ~ 590 нм, имеют меньшую выходную мощность, это почти не будет оказывать влияния на общее распределение энергии. Когда одновременно работают чипы девяти типов, распределение энергии спектра становится относительно гладким. Общее количество чипов может зависеть от мощности, необходимой для работы, и от способности каждого чипа выдержать такую мощность, что понятно специалистам в данной области техники.
Размер чипов, упомянутых в этом варианте исполнения, может быть небольшим, таким как 0,35 мм ×0,35 мм, или может быть большим, таким как 1 мм ×1 мм или 1,5 мм ×1,5 мм. Количество чипов каждого типа может быть определено на основании уровня необходимой мощности белого СИД.
Вариант исполнения 2
Далее со ссылкой на фиг.9 будет описана СИД лампа с высоким коэффициентом цветопередачи.
СИД лампа в качестве своего источника света использует любой из вышеописанных белых СИДов 11 в соответствии с настоящим изобретением. Белые СИДы закреплены непосредственно наверху теплоотвода 13, что позволяет во время работы чипа 5 производить быстрое рассеяние тепла. Теплоотвод 13 является известным устройством, используемым в обычной СИД лампе. Если световой поток белого СИД не в состоянии обеспечить предъявленные требования, то может быть использовано множество описанных белых СИДов с высоким коэффициентом цветопередачи в соответствии с настоящим изобретением, что очевидно для специалиста в данной области техники. Белый СИД (или СИДы) окружен(ы) конической отражающей крышкой 3'. Угол между отражающей крышкой 3' и плоскостью крепления белого СИД лежит в диапазоне 10°~80°. На внутренней стенке отражающей крышки 3' выполнены выступы 4'. Выступы 4' могут смешивать свет и дают возможность свету выходить под нужными углами. Коническая отражающая крышка 3' может быть также прикреплена наверху теплоотвода 13. Теплоотвод 13 выполнен из материалов с высокой тепловой проводимостью и на внешней поверхности оснащен ребрами, как показано на фиг.9. Теплоотвод 13 обеспечивает хорошую конвекцию воздуха и высокую эффективность рассеяния тепла. Размер верхней части теплоотвода 13 подходит для установки на отражатель. Донная часть теплоотвода 13 соединена с чашеобразным пластиковым элементом 14, внутри которого расположена схема возбуждения 8. Пластиковый элемент 14 обеспечивает достаточную электрическую изоляцию между схемой возбуждения 8 и теплоотводом 13. Пластиковый элемент 14 оснащен на конце электрическим разъемом 10. Электрический разъем 10 может иметь винтовой патрон в соответствии с общим стандартом Е27 или Е14, или патрон с байонетным соединением с двойным выступом или с множественными выступами. Белые СИДы могут быть закреплены в центре упомянутой отражающей крышки, а нижняя поверхность белых СИДов может упираться в теплоотвод, который оснащен ребрами и имеет размеры, соответствующие отражающей крышке. Белый СИД (СИДы) может (могут) иметь механический контакт с теплоотводом на винтах или винтовых отверстиях в теплопроводящем основании. Вывод СИД (СИДов) электрически соединен со схемой возбуждения 8. Схема возбуждения 8 электрически соединена с электрическим разъемом 10 через его корпус. Прозрачный корпус 12 лампы закрывает СИД(ы). Прозрачная колбообразная оболочка 12 лампы может быть цветной или светорассеивающей колбообразной оболочкой, выполненной из обычного стекла или пластмассы, или же она по внутренней стенке прозрачной колбообразной оболочки может быть покрыта слоем светопреобразующего материала.
Вариант исполнения 3
На фиг.10 показан плоский СИД источник света для внутреннего освещения, подобный обычному плоскому СИД источнику света, за исключением того, что теплоотвод, который имеет излучающую плату, оснащен двумя или четырьмя отражательными стенками. Излучающая плата имеет нижнюю поверхность, снабженную ребрами. Внутренние поверхности отражательных стенок оснащены выступами 4'. Любой один или большее количество белых СИДов с высоким коэффициентом цветопередачи в соответствии с настоящим изобретением (количество СИДов зависит от требуемого светового потока) прикреплены непосредственно к верхней поверхности теплоотвода. Электрический разъем 10, например электрическое соединительное отверстие, на внешней поверхности отражательной стенки, соединен со схемой возбуждения 8. Прозрачная колбообразная оболочка 12 прикреплена к отражательной стенке и образует отдельный плоский источник света. Излучающие панели могут быть расположены на задней поверхности светопроводящей пластины, использованной для плоского источника света, или в качестве источника задней подсветки для ЖК (жидкокристаллического) дисплея и окружающие светопроводящую пластину. Поскольку белый свет, испущенный из СИД, многократно отражен от его дна и от его стенок, и, наконец, выходит из его верхней поверхности, то этот выходящий свет вполне однороден.
Хотя вышеприведенное описание пояснило некоторые конкретные варианты исполнения, настоящее изобретение может быть реализовано в других вариантах исполнения. Специалистам в данной области техники будет понятно, что все модификации и изменения вышеприведенных вариантов исполнения соответствуют объему настоящего изобретения, не отклоняясь от духа и сущности изобретения.