Люминесцентный излучатель с управляемым спектром излучения

Люминесцентный излучатель с управляемым спектром излучения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области светотехнических изделий, а именно к светодиодным осветительным устройствам с люминесцентными конвертерами излучения и предназначено для формирования комфортного для зрения «теплого белого света». Областью применения изобретения являются энергосберегающие осветительные устройства, в том числе - светодиодные, с удаленным протяженным люминесцентным экраном.

Известно осветительное устройство, содержащее люминесцентный излучатель, состоящий из люминесцентного экрана, содержащего несколько люминофоров, и источника возбуждающего излучения [1]. Нередко в люминесцентном экране используется смесь люминофоров, один из которых излучает в желто-зеленой зоне спектра, а другой - в красной. В качестве источника, возбуждающего люминесценцию, может использоваться, например, светодиод с излучением в синей зоне спектра 450-480 нм. Световой поток на выходе излучателя формируется сложением возбуждающего и люминесцентного излучений. Недостатком известных технических решений является некомфортный для зрения холодный цвет излучения, свидетельствующий об относительно высокой интенсивности излучения в синей зоне выходного спектра осветительного устройства. Избыток синего излучения возникает вследствие недостаточно эффективной конвертации возбуждающего излучения в люминесцентное. Использование желтого оптического фильтра может устранить синий оттенок в выходном излучении, но при этом уменьшает светоотдачу устройства, а следовательно, не является эффективным решением для излучателя с теплым белым светом. К тому же использование в люминесцентном экране нескольких люминофоров в виде смеси также уменьшает светоотдачу излучателя по причине более низкого квантового выхода красных люминофоров.

Известно техническое решение, в котором излучатель состоит из люминесцентного экрана, содержащего несколько люминофоров, и источника возбуждающего, в котором люминесцентный слой заключен между двумя прозрачными изогнутыми оболочками, причем одна из оболочек содержит множество граней или множество плоскостей с различными нормальными векторами, так что свет, отраженный от точки, расположенной на внутренней поверхности этой оболочки, падает на другую точку внутренней поверхности второй оболочки, что способствует более эффективному использованию возбуждающего излучения [2]. Это устройство принято нами в качестве прототипа.

Недостатками прототипа является то, что на пути светового потока от первичного источника света до выхода из устройства расположены три среды с различными коэффициентами преломления, из-за чего излучение может попадать в ловушку полного внутреннего отражения. Кроме того, люминесцентный слой, расположенный между двумя оболочками, работает на просвет, в то время как наиболее интенсивно возбуждается внутренняя поверхность люминесцентного слоя. Таким образом, внешняя поверхность люминесцентного слоя, являющаяся рабочей поверхностью излучателя, оказывается менее яркой. К недостаткам данного устройства относится также сложность коррекции спектрального состава осветительного устройства, которое возможно только за счет составления новой смеси люминофоров для люминесцентного слоя.

Из уровня техники известна также конструкция осветительного устройства, в котором с целью управления цветностью излучения предусмотрена возможность перемещение источника первичного излучения относительно люминесцентного экрана [3]. Однако возможность управления цветностью излучения только за счет перемещения источника относительно люминесцентного экрана - ограничена.

Целью изобретения является разработка люминесцентного излучателя для осветительных устройств с управляемым спектром излучения, в том числе с комфортным для зрения «теплым белым» светом и увеличенной светоотдачей.

Для достижения поставленной цели необходимо обеспечить более эффективную конвертацию возбуждающего излучения в люминесцентное. Основная идея изобретения заключается в создании условий для многократного отражения возбуждающего излучения от люминесцентных покрытий, которое может быть реализовано, если люминесцентный экран состоит из нескольких частей с возможностью их перемещения относительно друг друга.

Предлагаемая реализация люминесцентного излучателя следующая: люминесцентный экран состоит из двух частей - основного экрана, выполненного в форме цилиндрической трубки, на внутреннюю поверхность которого нанесен желто-зеленый люминофор, и дополнительного экрана выполненного в форме кольца, расположенного внутри основного экрана, на внутреннюю поверхность которого нанесен красный люминофор, при этом источник возбуждающего излучения и дополнительный экран выполнены с возможностью перемещения относительно основного экрана.

Схема заявляемого люминесцентного излучателя с управляемым спектром излучения и принцип его работы проиллюстрированы чертежами:

- фиг. 1 - конструкция люминесцентного излучателя с управляемым спектральным составом;

- фиг. 2 - спектр отражения от люминесцентного покрытия.

Устройство содержит светодиодный источник возбуждающего излучения (позиция 1 на фиг. 1) и люминесцентный экран, который состоит из двух частей: основного экрана в форме цилиндрической трубки (позиция 2 на фиг. 1) и дополнительного экрана в форме кольца, (позиция 3 на фиг. 1), причем дополнительный экран расположен в объеме основного экрана. Взаиморасположение возбуждающего источника и люминесцентных экранов выбирается таким, что возбуждающее и люминесцентное излучения многократно отражаются от обоих экранов, создавая выходной поток (позиция 4 на фиг. 1).

Для управления спектральным составом выходного потока устройства дополнительный экран и источник возбуждающего излучения расположены с возможностью перемещения относительно основного экрана и друг друга. Например, источник возбуждающего излучения и кольца могут быть расположены соосно с цилиндрической трубкой и с возможностью перемещения вдоль оси основного цилиндра. Тот факт, что на поверхности основного и дополнительного экранов нанесены люминофоры, излучающие в разных зонах спектра, еще более расширяет возможности по управлению спектральным составом излучения за счет перемещения как источника возбуждающего излучения, так и дополнительного экрана относительно основного экрана и друг друга. Например, на внутреннюю поверхность основного экрана нанесен люминофор, излучающий в желто-зеленой зоне спектра, а на поверхность дополнительного экрана нанесен люминофор, излучающий в красной зоне.

На внутреннюю поверхность основного экрана нанесено люминесцентное покрытие, излучающее в желто-зеленой зоне спектра, в качестве которого может быть использован, например, люминофор Y2.40Gd0.45Ce0.15A15O12 или любой другой с пиком излучения в желто-зеленой зоне спектра 520-590 нм. На поверхности (внутреннюю и/или внешнюю) дополнительного экрана нанесено люминесцентное покрытие, содержащие люминофор, излучающий в красной области спектра, в качестве которого может быть использован, например, Sr2Si5N8:Eu2+ или любой другой с пиком излучения в красной зоне спектра 620-700 нм.

На фиг. 2 представлена спектральная зависимость коэффициента отражения от длины волны для покрытия с люминесценцией в желто-зеленой области спектра. Из графика следует, что коэффициент отражения в синей области спектра значительно меньше, чем в зеленой и красной. Соответственно, после каждого отражения относительная доля излучения в синей области спектра уменьшается.

Функционирует устройство следующим образом. Излучение возбуждающего светодиодного источника освещает оба люминесцентных экрана, частично отражается и частично возбуждает люминесценцию экранов. Благодаря цилиндрической форме экранов, например, трубки и кольца, расположенного внутри нее (позиции 2, 3 на фиг. 1), излучение многократно отражается от обоих экранов, создавая выходной поток излучателя. Благодаря многократным отражениям все большая доля возбуждающего синего излучения поглощается люминесцентными покрытиями экранов, обеспечивая при этом дополнительное возбуждение люминесценции. В результате увеличивается светоотдача излучателя с одновременным уменьшением интенсивности излучения в синей зоне спектра.

Перемещение излучателя и дополнительного экрана относительно основного экрана обеспечивает контроль освещенности люминесцентных покрытий и тем самым управление яркостью люминесцентного свечения каждого из экранов. Например, перемещая дополнительный экран (позиция 3 на фиг. 1) вдоль оси основного экрана (позиция 2 на фиг. 1) по направлению к источнику возбуждающего излучения (позиция 1 на фиг. 1) или от него, изменяют относительные доли излучений, приходящиеся на синюю и красную области спектра в выходном потоке.

Таким образом, преимуществом предлагаемого изобретения является возможность создания люминесцентного излучателя с увеличенной светоотдачей и управляемым спектральным составом. В частности, конструкция устройства позволяет выбрать такое расположение частей люминесцентного излучателя относительно друг друга, чтобы спектр соответствовал комфортному для зрения «теплому белому» свету.

Источники информации

1. Патент США 6357889.

2. Патент РФ 2480671 С1.

3. WO 2012024582 А2.

Люминесцентный излучатель, состоящий из люминесцентного экрана, содержащего несколько люминофоров, и источника возбуждающего излучения с возможностью перемещения относительно друг друга, отличающийся тем, что люминесцентный экран состоит из двух частей - основного экрана, выполненного в форме цилиндрической трубки, на внутреннюю поверхность которой нанесен желто-зеленый люминофор, и дополнительного экрана, выполненного в форме кольца, расположенного внутри основного экрана, на поверхность которого нанесен красный люминофор, при этом источник возбуждающего излучения и дополнительный экран выполнены с возможностью перемещения относительно основного экрана.