Осветительное устройство

Полезная модель относится к области фотоэлектроники, а именно к основанным на светоизлучающих диодах осветительным устройствам, которые обладают заданным спектром излучения с требуемой цветовой температурой.
Из существующего уровня техники известно светоизлучающее устройство (Патент РФ №2485633 «Светоизлучающее устройство», МПК H01L 33/50, опубл. 20.06.2013), которое включают в себя подложку, электроды, предусмотренные на подложке, светодиод, выполненный с возможностью излучения света (СИД), причем светодиод предусмотрен на одном из электродов, люминофоры, выполненные с возможностью изменения длины волны света, и электропроводное устройство, выполненное с возможностью соединения светодиода с другим из множества электродов. Люминофоры могут покрывать участок светодиода и при этом один из люминофоров включает медь и редкоземельный элемент и/или другой люминесцентный ион и один из люминофоров излучает зеленый свет. Люминофор может включать в себя соединения типа алюмината, силикатов, легированных свинцом и/или медью, антимонатов, легированных свинцом и/или медью, германатов, легированных свинцом и/или медью, германатов-силикатов, легированных свинцом и/или медью, фосфатов, легированных свинцом и/или медью. Такое светоизлучающее устройство характеризуется относительно широким диапазоном цветовой температуры, от приблизительно 2000 К до приблизительно 8000 К, или индексом цветопередачи приблизительно 90.
Недостатками данного устройства являются малая однородность излучения и относительно низкий индекс цветопередачи, обусловленные свойствами использованных материалов в качестве люминофорного слоя. Также в процессе работы снижается стабильность излучения из-за большого количества разнообразных материалов включенных в состав люминофорного слоя.
Из существующего уровня техники известно осветительное устройство (Патент РФ №2456713 «Белый СИД и белая СИД лампа», МПК H01L 33/60, опубл. 20.07.2012), включающие в себя теплопроводящее основание, рамку с выводами, отражатель, закрепленный на верхней поверхности теплопроводящего основания, СИД чипы, закрепленные на теплопроводящем основании и в отражателе, и прозрачный силикон, закрывающий верхние поверхности СИД чипов, в котором отражатель представляет собой коническую чашу, имеющую открытое дно и выступы для смешения света на внутренней поверхности стенки отражателя. СИД чипы содержат по меньшей мере шесть типов СИД чипов, которые испускают свет с различными пиками длин волн, что интервал между пиками длин волн двух смежных СИД чипов составляет 20-35 нм. СИД чипы дополнительно содержат электроды, соединенные электрически с выводами упомянутой рамки с выводами.
Недостатком данного устройства является повышенное энергопотребление из-за использования более шести СИД чипов с разными характеристиками, что также определяет высокую стоимость устройства. При этом индекс цветопередачи не достигает высоких значений из-за сложности подбора СИД с четко заданным спектром излучения.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является осветительное устройство (Патент РФ №2496182 «Осветительное устройство с СИД и передающим основанием, включающим люминесцентный материал», МПК H01L 33/50, опубл. 20.10.2013), включающее в себя: светоизлучающий диод, выполненный с возможностью излучать свет; передающее основание, включающее в себя люминесцентный материал, где люминесцентный материал расположен так, чтобы поглощать и переизлучать, по крайней мере, часть излучения СИД. Боковая стенка углубления СИД включает в себя отражатель углубления СИД, выполненный с возможностью отражать излучение СИД. При этом СИД и люминесцентный материал выполнены с возможностью генерировать свет предварительно установленного цвета. Люминесцентные материалы выбираются из гранатов и нитридов, в частности с добавлением трехвалентного церия или двухвалентного европия, соответственно.
Недостатками данного устройства являются малая однородность излучения и относительно низкий индекс цветопередачи, обусловленные свойствами использованных материалов в качестве люминофорного покрытия.
Задачей заявляемой полезной модели является создание осветительного устройства, которое обеспечивает технический результат, заключающийся в повышении однородности излучения и индекса цветопередачи.
Сущность полезной модели заключается в том, что в осветительном устройстве, содержащем светоизлучающий диод, закрепленный на основании внутри корпуса, внутренняя поверхность стенок которого выполнена с возможностью отражения излучения светоизлучающего диода, а также размещенную на торцах стенок прозрачную пластину с нанесенным люминофорным покрытием, обращенным к светоизлучающему диоду, люминофорное покрытие выполнено многослойным из последовательно нанесенных друг на друга слоев на основе коллоидных квантовых точек халькогенидов кадмия.
Люминофорное покрытие может быть выполнено из восьми последовательно нанесенных друг на друга слоев на основе коллоидных квантовых точек халькогенидов кадмия, при этом первые два слоя выполнены из коллоидных квантовых точек сульфида кадмия с пиком фотолюминесценции на длине волны 380 нм с концентрацией 5 мг/мл, последующие слои выполнены из коллоидных квантовых точек селенида кадмия при этом третий и четвертый слои выполнены из коллоидных квантовых точек с пиком фотолюминесценции на длине волны 680 нм с концентрацией 100 мг/мл, пятый, шестой и седьмой слои выполнены из коллоидных квантовых точек с пиком фотолюминесценции на длине волны 500, 550, 600 нм соответственно, и с концентрацией 0,16 мг/мл, а восьмой слой выполнен из коллоидных квантовых точек с пиком фотолюминесценции на длине волны 650 нм с концентрацией 0,02 мг/мл.
Особенностью заявляемой полезной модели является то, что люминофорное покрытие выполняют многослойным из последовательно нанесенных друг на друга слоев на основе коллоидных квантовых точек халькогенидов кадмия. Для получения заданной цветовой температуры осветительного устройства используют различное количество слоев с разными характеристиками. При создании осветительного устройства с цветовой температурой 6504К используют люминофорное покрытие из восьми последовательно нанесенных друг на друга слоев, где первые два слоя выполняют из ККТ сульфида кадмия с пиком фотолюминесценции на длине волны 380 нм с концентрацией 5 мг/мл, последующие слои выполняют из коллоидных квантовых точек селенида кадмия при этом третий и четвертый слои выполняют из ККТ с пиком фотолюминесценции на длине волны 680 нм с концентрацией 100 мг/мл, пятый, шестой и седьмой слои выполняют из ККТ с пиком фотолюминесценции на длине волны 500, 550, 600 нм соответственно, и с концентрацией 0,16 мг/мл, а восьмой слой выполняют из коллоидных квантовых точек с пиком фотолюминесценции на длине волны 650 нм с концентрацией 0,02 мг/мл.
Такое особое люминофорное покрытие прозрачной пластины, закрепленной на стенках корпуса устройства обращенное к светодиоду обеспечивает явления поглощения и переизлучения излучения светоизлучающего диода в массиве коллоидных квантовых точек на определенных длинах волн благодаря заданному размеру ККТ. А выполнение покрытия многослойным с заданной последовательностью нанесения коллоидных квантовых точек, исходящей из их характеристик, позволяет получить определенную спектральную характеристику с уникальным количеством пиков переизлучения ККТ на заданных длинах волн. Благодаря переизлучению коллоидных квантовых точек на множестве различных длинах волн увеличивается ширина спектра и однородность излучения, а также возрастает индекс цветопередачи.
Использование в заявляемом техническом решении одного светоизлучающего диода исключает требование высоких рабочих напряжений и токов, что приводит к повышению эффективности работы осветительного устройства.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображено:
Фиг. 1. Схематическое изображение осветительного устройства.
Фиг. 2. Спектр излучения осветительного устройства с цветовой температурой 6504К
Фиг. 3. Спектр излучения осветительного устройства с цветовой температурой 5500К
Осветительное устройство содержит (фиг. 1) основание корпуса 1, на котором закреплен светоизлучающий диод 2. Внутренняя поверхность стенок 3 корпуса выполнена с возможностью отражения излучения светоизлучающего диода. На торцах стенок 3 корпуса установлена прозрачная пластина 4, с нанесенным многослойным люминофорным покрытием 5, обращенным к светоизлучающему диоду. Люминофорное покрытие выполнено из последовательно нанесенных друг на друга слоев на основе коллоидных квантовых точек халькогенидов кадмия.
Предлагаемое осветительное устройство работает следующим образом.
При освещении светоизлучающим диодом 2 люминофорное покрытие 5, нанесенное на прозрачную пластину 4 со стороны основания 1, где часть спектра светоизлучающего диода 2 отражается от стенок 3 корпуса и проходит через люминофорное покрытие 5 и прозрачную пластину, а другая часть непосредственно поступает на люминофорное покрытие 5, где происходит поглощение и переизлучение в массиве коллоидных квантовых точек на определенных длинах волн благодаря их заданному размеру.
Люминофорное покрытие прозрачной пластины осветительного устройства может быть изготовлено следующим образом для осветительного устройства, содержащего светоизлучающий диод на длину волны 365 нм, изготовляли люминофорное покрытие состоящее из восьми слоев.
Пример 1. Экспериментально подобранный жидкий массив коллоидных квантовых точек осаждали поочередными слоями на стеклянную подложку. Первые два слоя выполнены из коллоидных квантовых точек сульфида кадмия с пиком фотолюминесценции на длине волны 380 нм с концентрацией 5 мг/мл, последующие слои выполнены из коллоидных квантовых точек селенида кадмия при этом третий и четвертый слои выполнены из коллоидных квантовых точек с пиком фотолюминесценции на длине волны 680 нм с концентрацией 100 мг/мл, пятый, шестой и седьмой слои выполнены из коллоидных квантовых точек с пиком фотолюминесценции на длине волны 500, 550, 600 нм соответственно, и с концентрацией 0,16 мг/мл, а восьмой слой выполнен из коллоидных квантовых точек с пиком фотолюминесценции на длине волны 650 нм с концентрацией 0,02 мг/мл.
Слои наносились методом центрифугирования, размещая прозрачную пластину. Далее пластину с нанесенными сломи подвергали отжигу до полного испарения растворителя при температуре 100-120°С в течение 20 минут.
Осветительное устройство с пластиной с таким люминофорным покрытием характеризуется повышенной однородностью (см. фиг. 2), индекс цветопередачи созданного осветительного устройства равен 98.
Пример 2. Состав люминофорного слоя в структуре осветительного устройства под эталон рассеянного света при цветовой температуре 6504 К аналогичен п. 1, за исключением выполнения третьего и четвертого слоев, которые создают с концентрацией ККТ селенида кадмия на длине волны 680 нм равной 2 мг/мл.
Осветительное устройство с пластиной с таким люминофорным покрытием также характеризуется повышенной однородностью (см. фиг. 3), индекс цветопередачи созданного осветительного устройства достигает 97.
Предлагаемая полезная модель позволяет обеспечить технический результат, заключающийся в повышении однородности излучения и индекса цветопередачи.