WO2014088451A1 - Способ получения модифицированных трехцветных светодиодных источников белого света - Google Patents

Способ получения модифицированных трехцветных светодиодных источников белого света Download PDF

Info

Publication number
WO2014088451A1
WO2014088451A1 PCT/RU2012/001029 RU2012001029W WO2014088451A1 WO 2014088451 A1 WO2014088451 A1 WO 2014088451A1 RU 2012001029 W RU2012001029 W RU 2012001029W WO 2014088451 A1 WO2014088451 A1 WO 2014088451A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
white light
phosphors
phosphor
color
light sources
Prior art date
Application number
PCT/RU2012/001029
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Анатолий Васильевич ВИШНЯКОВ
Яаохуи ЧАНГ
Екатерина Анатольевна ВИШНЯКОВА
Original Assignee
Vishnyakov Anatoly Vasilyevich
Chang Yaohui
Vishniakova Ekaterina Anatolyevna
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 Vishnyakov Anatoly Vasilyevich, Chang Yaohui, Vishniakova Ekaterina Anatolyevna filed Critical Vishnyakov Anatoly Vasilyevich
Priority to PCT/RU2012/001029 priority Critical patent/WO2014088451A1/ru
Publication of WO2014088451A1 publication Critical patent/WO2014088451A1/ru

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09KMATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K11/00Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
    • C09K11/08Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials
    • C09K11/77Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing rare earth metals
    • C09K11/7706Aluminates
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/50Wavelength conversion elements
    • H01L33/501Wavelength conversion elements characterised by the materials, e.g. binder
    • H01L33/502Wavelength conversion materials
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B20/00Energy efficient lighting technologies, e.g. halogen lamps or gas discharge lamps

Definitions

  • the invention relates to the field of lighting engineering and, in particular, to LED white light sources based on LEDs of blue (450–455 nm), green (525–535 nm) and red (605–615 nm), called after combining the RGB triad.
  • LED white light sources based on LEDs of blue (450–455 nm), green (525–535 nm) and red (605–615 nm), called after combining the RGB triad.
  • Light sources of this type are widely used in household and decorative lighting systems.
  • a significant drawback of industrial white light sources based on LEDs with narrow spectral (20-3 Onm) lines is the low level of color rendering quality. This parameter is determined by the values of the general (Ra) and partial color rendering indices (R). In industrial three-color white light sources, the overall color rendering index (Ra) usually does not exceed 70 units (with a physiologically acceptable norm of 80-95 for indoor units). This is due to the low values of particular color rendering indices characterizing the contribution to the total luminous flux of saturated red radiation (R9), saturated yellow (R10), saturated green (R11) and saturated blue (R12).
  • the color rendering quality in RGB white light sources depends on the position of the maxima and the intensity of the light emitted by each LED.
  • the light intensity depends on the current density passing through the LED.
  • An increase in current density is always accompanied by an increase in the temperature of the p- ⁇ junction, which in turn leads to a broadening of the emitted spectral line and a change in the position of the maximum on the spectral curve.
  • each of these values for different lines has its own temperature coefficient. Therefore, the search for color balance in sources of this type, achieved by correcting the radiation power of all radiation components for a given the color temperature of a white light source or a given emission spectrum is a rather complicated task, which is also a disadvantage of this type of device.
  • the third disadvantage is the low volume uniformity of color.
  • the color of the white light source should not depend on the direction of the radiation.
  • the distance between the LEDs in the triad can exceed 1 mm and under these conditions the source of each light becomes physically distinguishable, which leads to a decrease in the efficiency of the system as a whole.
  • the present invention seeks to address these disadvantages of traditional RGB white light sources.
  • the technical result of the invention is to improve the color rendering quality and increase the light conversion efficiency of tri-color LED white light sources.
  • This result is achieved by the method of obtaining modified tri-color LED white light sources, namely, that a suspension of a phosphor excited by blue light is applied to the RGB triad in a curable optically transparent photo-and heat-resistant polymer.
  • the observed effect of improving the color rendering quality and light conversion efficiency is due to the improvement in volumetric color uniformity achieved by scattering of each of the color components in the applied dispersion medium and a significant broadening of each of the color bands.
  • M ° 1-5 show how the lighting characteristics of a three-color LED white light source change when it is modified by applying a suspension of phosphors of various compositions to the RGB triad, belonging to the cerium-activated yttrium-aluminum garnet family (YAG: Ce). In the table.
  • N ° l shows the optical characteristics of these phosphors (color coordinates - x and y, the position of the maximum in the luminescence spectrum - ⁇ ⁇ ( ⁇ ), the dominant wavelength in the luminescence spectrum - X ⁇ (nm), color temperature - T s (K), the width of the spectrum at half the height is ⁇ ( ⁇ ), the luminescence brightness when excited by light with a wavelength of 460 nm (% in relation to the Nemoto "902" standard).
  • modifying the RGB source leads to a fundamental change in all optical characteristics, an increase in the total and the entire set of private indices, as well as an increase of more than 50% in the total luminous flux, the magnitude of which is proportional to the efficiency of the light source. It should also be noted a significant expansion of all base bands and an increase in the intensities of the bands of green and red light.
  • the color temperature of the modified source was close to the standard of normal white.
  • the increase in the total luminous flux is maintained at the level of example N ° l.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Luminescent Compositions (AREA)
  • Led Device Packages (AREA)

Abstract

Способ получения модифицированных трехцветных источников белого света, позволяющий повысить качество цветопередачи и увеличить эффективность источника света посредством нанесения на RGB триаду суспензии возбуждаемого синим светом люминофора в отверждаемом оптически прозрачном фото- и термостойком полимере В качестве люминофоров, наносимых на поверхность трехцветного источника белого света, предложено использовать активированные церием люминофоры семейства стехиометрического граната Ln3Al5O12, где Ln - иттрий или совместно с ним один или несколько редкоземельных элементов. Наряду с ними могут использоваться нестехиометрические композиции с избытком оксидов лантаноидной группы или оксида алюминия, а также активированные европием силикатные люминофоры на основе смешанных оксидов щелочно-земельных металлов.

Description

Способ получения модифицированных
трехцветных светодиодных источников белого света
Изобретение относится к области светотехники и, в частности, к светодиодным источникам белого света на основе светодиодов синего (450- 455 нм), зеленого (525-535 нм) и красного цветов (605-615 нм), называемых после объединения RGB триадой. Источники света данного типа достаточно широко используются в системах бытового и декоративного освещения.
Существенным недостатком промышленных источников белого света на основе светодиодов с узкими спектральными (20-3 Онм) линиями является невысокий уровень качества цветопередачи. Этот параметр определяется значениями общего (Ra) и частных индексов (R) цветопередачи. В промышленных трехцветных источниках белого света общий индекс цветопередачи (Ra) обычно не превосходит 70 единиц (при физиологически допустимой норме составляющей для внутренних помещений 80-95). Это обусловлено невысокими значениями частных индексов цветопередачи, характеризующих вклад в общий световой поток насыщенного красного излучения (R9), насыщенного желтого (R10), насыщенного зеленого (R11) и насыщенного синего (R12) цвета.
Качество цветопередачи в RGB источниках белого света зависит от положения максимумов и интенсивности света, излучаемого каждым светодиодом. Интенсивность света, в свою очередь, зависит от плотности тока проходящего через светодиод. Увеличение плотности тока всегда сопровождается возрастанием температуры p-η перехода, что в свою очередь приводит к уширению излучаемой спектральной линии и изменению положению максимума на спектральной кривой. При этом каждая из этих величин для различных линий имеет свой температурный коэффициент. Поэтому поиск цветового баланса в источниках данного типа, достигаемый коррекцией мощности излучения всех компонент излучения при заданной величине цветовой температуры источника белого света или заданном спектре излучения, представляет собой достаточно сложную задачу, что также является недостатком устройств данного типа.
Третий недостаток состоит в невысокой объемной однородности цвета. Цветность источника белого света не должна зависеть от направления излучения. В промышленных RGB источниках расстояние между светодиодами в триаде, может превосходить 1 мм и в этих условиях источник каждого света становится физически различимым, что приводит к снижению эффективности системы в целом.
В статье [ Zukauskas А., а.о. nd "Optimization of white polychromatic semiconductor lamps": Appl. Phys. Lett. 80, 234(2002b)] описаны различные способы оптимизации оптических параметров многоцветных светодиодных источников белого света, основанные на физических принципах регулирования. Применительно к промышленным источникам белого света, предназначенным для бытового и декоративного освещения, эти приемы достаточно сложны и сопряжены с необходимостью периодической подстройки электрических параметров.
Предлагаемое изобретение направлено на устранение указанных недостатков традиционных RGB источников белого света.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение качества цветопередачи и увеличения эффективности преобразования света у трехцветных светодиодных источников белого света. Этот результат достигается способом получения модифицированных трехцветных светодиодных источников белого света, заключающемся в том, что на RGB триаду наносят суспензию возбуждаемого синим светом люминофора в отверждаемом оптически прозрачном фото- и термостойком полимере.
Наблюдаемый эффект повышения качества цветопередачи и эффективности светопреобразования обусловлен улучшением объемной однородности цвета, достигаемым в результате рассеяния каждой из цветовых компонент в нанесенной дисперсионной среде и значительным уширением каждой из цветовых полос.
Примеры практического выполнения
Приведенные ниже примеры М°1-5 показывают, как изменяются светотехнические характеристики трехцветного светодиодного источника белого света при модифицировании его посредством нанесения на RGB триаду суспензии люминофоров различного состава, принадлежащих к семейству иттрий-алюминиевого граната, активированного церием (YAG:Ce). В табл. N°l приведены оптические характеристики этих люминофоров (цветовые координаты - х и у, положение максимума в спектре люминесценции - λρ(ΗΜ), доминирующая длина волны в спектре люминесценции - Х^(нм ), цветовая температура - Тс (К) , ширина спектра на половине высоты - Δλ(ΗΜ), яркость люминесценции при возбуждении светом с длиной волны 460 нм ( % по отношении к стандарту «902» компании Nemoto).
Табл.1
Оптические характеристики люминофоров, использованных для нанесения на пове хность т ехцветных светодиодных источников белого света
Figure imgf000004_0001
На защитную линзу серийно выпускаемого трехцветного светодиодного источника белого света, спектр и оптические параметры которого приведены в левой части табл. N°2, была нанесена суспензия порошкообразного люминофора FL 4255. Суспензия, содержащая 0,5 г люминофора, была приготовлена в растворе силикона (2мл) и отвердителя (2мл). 2 капли приготовленной суспензии были нанесены с помощью промышленного дозатора на поверхность защитной линзы RGB триады. Данные об оптических параметрах модифицированного источника света приведены в правой части табл.2
Табл.2
Figure imgf000005_0001
Как видно, модифицирование RGB источника приводит к принципиальному изменению всех оптических характеристик, повышению общего и всей совокупности частных индексов, а также к увеличению более, чем на 50 %, общего светового потока, величина которого пропорциональна эффективности источника света. Следует отметить также значительное расширение всех базовых полос и увеличение интенсивностей полос зеленого и красного света.
Величина цветовой температуры у модифицированного источника была близка к стандарту нормального белого цвета.
Пример Jfe2
В данном случае в отличие от примера N°l наносимый люминофор характеризовался более высоким значением цветовой температуры. Во всем остальном методика проведения эксперимента не отличалась от описанной в примере N2I .
Можно отметить, что в данном случае наблюдается более значительное повышение общего и частных индексов цветопередачи, а также понижение цветовой температуры до стандарта нормального белого цвета, как в отношении величины цветовой температуры, так и относительно всей совокупности индексов цветопередачи.
Увеличение величины общего светового потока сохраняется на уровне примера N°l.
Табл.3
Figure imgf000007_0001
Пример jNfe3
В данном примере воспроизводится тенденция, наблюдавшаяся в предшествующих случаях, а именно: имеет место дальнейшее улучшение всех светотехнических параметров модифицированных источников белого света, приближающихся к возможному максимуму значений применительно к выбранному исходному трехцветному светодиодному источнику белого света (иабл.4).
Табл.4
Figure imgf000008_0001
Примеры Ν«4 и JN»5.
Известно, что желто-оранжевые люминофоры в отличие от желто- зеленых и желтых, имеют меньшую яркость и характеризуются более низкими цветовыми температурами. Поэтому использование таких люминофоров для модифицирования трехцветных источников не приводит к принципиальному изменению достигнутого высокого уровня значений индексов цветопередачи, но сопровождается уменьшением относительной доли синего излучения и снижением величины общего светового потока. Одновременно происходит спад цветовой температуры до значений, характерных для теплого белого света (см. табл. N25 и N26).
Табл.5
Figure imgf000009_0001
Табл.6
Figure imgf000010_0001
Следует отметить, что даже в наиболее неблагоприятном случае (пример Ν->5) эффективность модифицированного RGB источника белого света более, чем на 30 % превышает уровень, характеризующий промышленные образцы.
Таким образом, применение желто-зеленых, желтых и желто- оранжевых люминофоров, возбуждаемых синим и, частично, зеленым светом, позволяет после нанесение их на поверхность промышленных трехцветных светодиодных источников белого света существенно улучшить весь комплекс их светотехнических параметров, а именно:
- повысить общий индекс цветопередачи до значении > 84 и частных индексов цветопередачи R9-R14 >75-85;
- увеличить при прочих равных условиях величину общего светового потока на 30-50%;
- снизить цветовую температуру до значений, отвечающих теплому белому свету.

Claims

Формула изобретения
1. Способ получения модифицированных трехцветных светодиодных источников белого света, заключающийся в том, что на RGB триаду наносят суспензию возбуждаемого синим светом люминофора в отверждаемом оптически прозрачном фото- и термостойком полимере.
2. Способ получения модифицированных трехцветных источников белого света по п.1, отличающийся тем, что в качестве люминофора используются активированные церием люминофоры семейства стехиометрического граната Ln3Al50i2, где Ln - иттрий или вместе с ним один или несколько редкоземельных элементов.
3. Способ получения модифицированных трехцветных источников белого света по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что в качестве люминофора используют композиции Ln3+aAl50i2+i.5a5 нестехиометрического состава, у которых величина индекса а изменяется в интервале 0<сс< 0,45.
4. Способ получения модифицированных трехцветных источников белого света по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что в качестве люминофора используют композиции Ln3.aAl5O12-1.5a> нестехиометрического состава, у которых величина индекса а изменяется в интервале 0< a < 1,5.
5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве люминофора используют активированные европием силикатные люминофоры общей формулы (Sr-Ba-Ca)2Si04 и (Sr-Ba-Ca)Si03, обладающие желто-зеленой или желтой люминесценцией при возбуждении синим светом.
6. Способ по п.1-5, отличающийся тем, что для изготовления суспензии люминофора в качестве отверждаемого прозрачного фото- и термостойкого полимера используют силикон или эпоксидные смолы.
PCT/RU2012/001029 2012-12-06 2012-12-06 Способ получения модифицированных трехцветных светодиодных источников белого света WO2014088451A1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/RU2012/001029 WO2014088451A1 (ru) 2012-12-06 2012-12-06 Способ получения модифицированных трехцветных светодиодных источников белого света

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/RU2012/001029 WO2014088451A1 (ru) 2012-12-06 2012-12-06 Способ получения модифицированных трехцветных светодиодных источников белого света

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2014088451A1 true WO2014088451A1 (ru) 2014-06-12

Family

ID=50883763

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2012/001029 WO2014088451A1 (ru) 2012-12-06 2012-12-06 Способ получения модифицированных трехцветных светодиодных источников белого света

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2014088451A1 (ru)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1548851A2 (en) * 2003-12-26 2005-06-29 Stanley Electric Co., Ltd. Semiconductor light-emitting apparatus having wavelength conversion portion and method of fabricating the same
EP1845133A1 (en) * 2005-01-24 2007-10-17 Momentive Performance Materials Japan LLC Silicone composition for encapsulating luminescent element and luminescent device
RU2315078C2 (ru) * 2004-10-18 2008-01-20 Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственная компания "Люминифор-Платан" (ООО НПК "Люминофор-Платан") Фотолюминофоры для коротковолновых светоизлучающих диодов (сид)
US7661862B2 (en) * 2006-12-07 2010-02-16 Skc Haas Display Films Co., Ltd. LCD display backlight using elongated illuminators
WO2011014091A1 (ru) * 2009-07-28 2011-02-03 Vishnyakov Anatoly Vasilyevich Неорганический люминесцирующий материал для твердотельных источников белого света
RU2444813C2 (ru) * 2007-09-12 2012-03-10 Лумитех Продукцион Унд Энтвиклунг Гмбх Светодиодный модуль, светодиодный источник света и светодиодный светильник для энергоэффективного воспроизведения белого света
RU2456327C2 (ru) * 2010-10-22 2012-07-20 Анатолий Васильевич Вишняков Люминесцирующий материал для твердотельных источников белого света (варианты)

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1548851A2 (en) * 2003-12-26 2005-06-29 Stanley Electric Co., Ltd. Semiconductor light-emitting apparatus having wavelength conversion portion and method of fabricating the same
RU2315078C2 (ru) * 2004-10-18 2008-01-20 Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственная компания "Люминифор-Платан" (ООО НПК "Люминофор-Платан") Фотолюминофоры для коротковолновых светоизлучающих диодов (сид)
EP1845133A1 (en) * 2005-01-24 2007-10-17 Momentive Performance Materials Japan LLC Silicone composition for encapsulating luminescent element and luminescent device
US7661862B2 (en) * 2006-12-07 2010-02-16 Skc Haas Display Films Co., Ltd. LCD display backlight using elongated illuminators
RU2444813C2 (ru) * 2007-09-12 2012-03-10 Лумитех Продукцион Унд Энтвиклунг Гмбх Светодиодный модуль, светодиодный источник света и светодиодный светильник для энергоэффективного воспроизведения белого света
WO2011014091A1 (ru) * 2009-07-28 2011-02-03 Vishnyakov Anatoly Vasilyevich Неорганический люминесцирующий материал для твердотельных источников белого света
RU2456327C2 (ru) * 2010-10-22 2012-07-20 Анатолий Васильевич Вишняков Люминесцирующий материал для твердотельных источников белого света (варианты)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7036955B2 (ja) 白色光源
US9241384B2 (en) Solid state lighting devices with adjustable color point
CN102473821B (zh) Led模块、led灯和照明装置
TWI718305B (zh) 發光裝置
CN104263359B (zh) 一种全光谱led荧光粉及其应用
JP2021536118A (ja) フルスペクトル白色発光デバイス
CN107437576A (zh) 发光装置
EP1853681A1 (en) Illumination system comprising a radiation source and a luminescent material
CN103395997B (zh) 一种白光led用稀土掺杂透明玻璃陶瓷及其制备方法
CN109370593B (zh) 一种荧光体混合物及其发光装置
US10907095B2 (en) Luminophore mixtures for use in dynamic lighting systems
CN107369742B (zh) 一种高显色指数高s/p值白光led及其获得方法和应用
CN109216526A (zh) 发光装置
US10256374B2 (en) Light emitting device
US10340426B2 (en) Phosphor and illumination device utilizing the same
CN104241494A (zh) 可调节低色温高显色性大功率白光led新方法
JP6460040B2 (ja) 発光装置
KR20170026602A (ko) 옥시플루오라이드 인광체 조성물 및 이의 조명 장치
RU2536767C2 (ru) Способ получения модифицированных трехцветных светодиодных источников белого света
WO2014088451A1 (ru) Способ получения модифицированных трехцветных светодиодных источников белого света
JP2018182028A (ja) 発光装置
CN103923646B (zh) 一种黄色荧光粉及其制备方法
Liu et al. Luminescent properties of Sr3B2O6: Eu2+ yellow-emitting phosphor for white light-emitting diodes
JP7237815B2 (ja) 半導体発光装置及び照明装置
CN105176525A (zh) Led灯及其采用的红发射无机发光材料的制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 12889726

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 12889726

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1