Удаленный люминофор что это
Удаленный люминофор
Научно-технологический испытательный центр «Нанотех-Дубна» предлагает для производства светодиодных светильников удаленные люминофоры с внедрёнными квантовыми точками.
Удалённый люминофор (remote phosphor) — светопреобразующий элемент светодиодных светильников (пластины или изделия более сложной пространственной формы и геометрии, например, полусферы, полуцилиндры и пр.), изготовленные из прозрачного полимера (полиметилметакрилата, поликарбоната и т.п.) и смеси люминофоров.
Технология удалённого люминофора, получившая в последнее время широкое распространение для изготовления светодиодных источников белого света предусматривает использование синих светодиодов и одного или нескольких люминофоров. Часть синего света, испускаемого светодиодом, проходит, не взаимодействуя с люминофором, а другая часть с помощью люминофора преобразуется в желтый свет. Желтый свет в смеси с синим, излучаемым светодиодом, дает белое излучение.
Для редкоземельных люминофоров, преимущественно использующихся в современных светодиодах и при изготовлении пластин с удалённым люминофором, поглощение в синей области относительно мало, что требует нанесения толстого слоя люминофора. Также изделия на основе одного люминофора обладают относительно низким индексом цветопередачи, что существенно ограничивает их применение для бытовых нужд.
Дополнительное внедрение квантовых точек, перекрывающих красную область спектра люминесценции удалённого люминофора, приводит к увеличению индекса цветопередачи и, как следствие, к получению более качественного света в светодиодном источнике.
Типы светодиодных светильников для применения удалённого люминофора:
Светопреобразующие полимерные пленки или пластины могут быть выполнены в виде изделий любой площади и формы.
Удаленный люминофор что это
Типа на стеклышко сами люминофор наносите и радуйтесь.
[Только зарегистрированные пользователи могут видеть ссылки. Регистрация!]
Remote Phosphor Technology – the potential and pitfalls.
LED technology that is starting to penetrate the current LED marketplace known as Remote Phosphor Technology (RPT). RPT was first pioneered in the LED sector some nine years ago but it was researchers at the Lighting Research Centre, Rensselaer Polytechnic Institute in the US that provided a practical way forward. They developed and patented a new packaging method for white LEDs called Scattered Photon Extraction (SPE) which enables higher luminous efficiency by placing the phosphor at a remote location from the die by shaping the lens surrounding the die to extract a significant amount of the back-scattered light from phosphor before it is absorbed by other components within the LED emitter. Even back in 2005, the SPE technique showed a 20-25% improvement in efficiency compared to standard white LEDs which was an incredible feat considering how bright LEDs have become in four years!
The most popular way to create a white LED is to use a Blue LED chip which is coated with a phosphor and there are several common methods used in production as shown in figure 2. Referring to figure 2, the majority of LEDs are created using either (a) or (b) where the phosphor is either conformally coated around the LED chip or dispersed throughout the coupling medium respectively. Conformal coating is considered the better technique as the quality of light output is improved and there is less of a CRI or CCT variation with beam angle.
Philips Lumileds have recently developed a new method, Lumiramic, mentioned in previous articles where the phosphor is placed within a small disk above the die to improve quality and consistency.
The first iterations of remote phosphors placed the phosphors away from the LED chip but still within the emitter package. Although this showed an improvement there would still be significant issues with LED temperature especially as phosphor efficiency and lifetime degrade as the ambient temperature increases.
A further issue is that when blue light which is absorbed by the phosphor it converts the light into a different wavelength commonly know as phosphor conversion. Unfortunately, phosphor conversions scatters light in all directions (not just forwards) and hence studies by the Lighting Research Center (LRC) have shown that up to 60% of the lighting created by the phosphor is scattered back toward the LED die and lost due to absorption.
Even when there is a highly polished reflector used the arrangement did not show much of an improvement in terms of extracted light output over traditional packages where the phosphor was placed close to the die. The LRC uses the SPE technique to extract the back-scatter light from the remote phosphor before it is absorbed by using a secondary optic that efficiently transferred the blue light to the remote phosphor whilst recycling the back-scattered white light from the system so it is not lost.
The SPE technique shows a 60% improvement in light output and efficacy compared to similar commercial white LEDs, where the phosphor is placed close to the LED die. Although this research was undertaken in 2005, when traditional white LEDs had an efficacy of 30 lumens per watt at 350mA, the SPE system showed an efficacy of approximately 50 lumens per Watt. If we applied the SPE or similar light recycling techniques to the latest blue LEDs we would be looking at efficiencies of 150-160 lumens per watt!
More recent studies by the LRC indicate how the CCT of an SPE fixture varies with different phosphor densities.
The variation in phosphor density and thickness is one of the key issues for RPT based white LED fixtures hence why manufacturers have taken a long time to begin to introduce such products to the market.
There are several research groups around the world that have been working on RPT technologies where they have mixed two or more different phosphors together enabling a variable colour temperature or CCT to be achieved by using the relative intensities of two different wavelength LEDs. One company that has commercialised this into a product (KPT of Korea) and it has impressed all that have viewed it.
The early-to-market RPT products such as the Philips Fortimo and the much advertised alphaLED products need to be effectively tested for CCT and CRI consistency between fixtures and their lifetime and performances monitored especially if they are using standard blue LEDs illuminating a single phosphor plate.
It is very difficult to ensure the phosphor materials are placed across a 25mm to 100mm plate with a homogeneous density and consistent thickness. If either of these variables change significantly then the CCT and CRI of the light fixture will vary and although it is possible to replicate one or two samples for research it is much more difficult to scale up for higher volumes.
This said, the possibility of significantly improved white LED luminaire efficacy and lifetime which certain remote phosphor technologies have shown, paves the way towards the 150 lumen per watt LED fixture using today’s LED technology.
It will be a matter of time before high quality, consistent and efficient RPT LED fixtures will reach the market with the majority of research required being in the production capability of producing thin consistent layers of phosphor on plates.
Что внутри у новых светодиодных ретрофитных ламп?
Philips Lighting 12E26A60
На прилавках магазинов США появились первые светодиодные лампы, заменяющие 60-ваттные лампы накаливания. Несмотря на то, что в 2012 году законы США запрещают использование только 100-ваттных ламп накаливания, в продаже можно найти множество светодиодных эквивалентов 15, 25, 40, 60 и 75-ваттных ламп. Начальная цена светодиодных ламп относительно высока, но благодаря большому сроку службы и энергоэффективности эти лампы окупят себя многократно.
Наибольшее внимание привлекла светодиодная лампа 12E26A60 семейства AmbientLED, изготовленная компанией Philips Lighting (Рисунок 1). При потребляемой мощности 12.5 Вт лампа отдает световой поток 800 лм и может служить заменой для 60-ваттных ламп накаливания. Второй прибор, конфигурацией очень напоминающий AmbientLED, выиграл объявленный Министерством энергетики США конкурс «Освещение завтрашнего дня». Кроме того, эта лампа была объявлена безусловным победителем среди флуоресцентных и светодиодных источников света в сравнительном тесте, проведенном журналом Consumer Reports.
 | |
| Рисунок 1. | Выпускаемые компанией Philips Lighting 12.5-ваттные лампы семейства AmbientLED со световым потоком 800 лм (слева) предназначены для замены 60-ваттных ламп накаливания. В середине показана похожая на продукцию Philips лампочка, выигравшая объявленный Министерством энергетики США конкурс «Освещение завтрашнего дня». В отличие от первой, она состоит не из трех, а из четырех сегментов. Справа лампа, продажи которой Philips начинает в ближайшее время. Лампа должна объединить в себе все лучшие характеристики первых двух. |
На первый взгляд, непонятно, каким образом эти желто-оранжевые лампы могут излучать теплый белый свет с цветовой температурой 2700 K, подобный свету типичных бытовых ламп накаливания. Но все объясняется очень просто. Такой цвет обусловлен внутренним покрытием поверхности пластиковых элементов колбы, на которые нанесен удаленный люминофор, который, собственно, и определяет ключевые характеристики лампы. Люминофор преобразует свет высокоэффективных синих светодиодов в теплый белый свет, равномерно засвечивая всю поверхность колбы.
Технология удаленного люминофора ChromaLit компании Intematix коммерчески доступна во множестве форм и размеров (Рисунок 2). Разработчики могут использовать эту технологию, независимо от конструкции, которую они хотят реализовать.
 | |
| Рисунок 2. | Технология удаленного люминофора может использоваться при создании различных ламп, от привычных миньонов до ламп квадратной, круглой, эллиптической или любой другой формы. |
Лампа состоит из трех секций по шесть синих светодиодов в каждой. Светодиоды установлены на платах, и с помощью пластмассовой рамки и винта закреплены на теплоотводе (Рисунок 3). Между платой и теплоотводом зажат кусочек теплопроводящей прокладки.
 | |
| Рисунок 3. | Лампа состоит из трех секций по шесть синих светодиодов в каждой. |
Недавно компания Cree представила светодиод XLamp XT-E Royal Blue (Рисунок 4) – высокоэффективный источник ярко синего света, разработанный специально для конструкций с удаленным люминофором [1]. По словам компании, этот светодиод устанавливает новый стандарт эффективности и светоотдачи для ярко голубых светодиодов. В сравнении со стандартным светодиодом XLamp XP-E Royal Blue, эффективность XT-E Royal Blue повышена на 20%. Минимальная интенсивность излучаемого им потока составляет 475 или 500 мВт при токе 350 мА и при достаточно высокой, но реалистичной, температуре перехода 85 °C.
 | |
| Рисунок 4. | Светодиод XLamp XT-E Royal Blue был разработан специально для использования в конструкциях с удаленным люминофором. |
Электроника ламп
Все платы светодиодных модулей снабжены разъемами, что обеспечивает бóльшую надежность конструкции, чем обычная пайка. Провода от модулей проходят через середину теплоотовода к разъемам, установленным на небольшой печатной плате электронного драйвера (Рисунок 5). Лампа AmbientLED рассчитана на работу со стандартными схемами диммеров, поэтому простейшей схемы AC/DC преобразователя для нее недостаточно.
 | |
| Рисунок 5. | С одной стороны печатной платы (вверху) установлены конденсаторы, катушки индуктивности и мощные резисторы, на которые подается входное переменное напряжение 120 В. На противоположной стороне (внизу) расположена микросхема драйвера. |
С одной стороны печатной платы установлены конденсаторы, катушки индуктивности и мощные резисторы. На противоположной стороне расположена микросхема драйвера, чип резисторы, конденсаторы и прочие элементы, выполняющие функции цифрового управления светодиодами. Симисторный регулятор (диммер) преобразует переменное напряжение сети 60 Гц в ШИМ сигнал, управляющий средним временем включения светодиодов. Частота переключения достаточно высока для того, чтобы человеческий глаз не замечал никакого мерцания, даже при максимальном диммировании лампы.
В лампе используется диммер, управляемый контроллером CY8CLED EZ-Color, выпускаемым компанией Cypress Semiconductor. Семейство микросхем EZ-Color было разработано для создания мощных и гибких решений на основе светодиодов высокой яркости, требующих интеллектуального управления яркостью свечения. Сочетающие программируемую систему-на-кристалле (Programmable System-on-Chip – PSoC) со специальной технологией точной модуляции сигнала PrISM (precise illumination signal modulation), микросхемы предоставляют полностью настраиваемую платформу для реализации комплексных решений освещения.
Семейство EZ-Color может независимо управлять несколькими каналами светодиодов, позволяя обменивать количество каналов на разрешающую способность. Так, при разрешении диммирования 32 бита к контроллеру CY8CLED16 можно подключить 4 канала светодиодов, а при разрешении 8 бит – 16 каналов. Подобная гибкость дает разработчикам драйверов и программного обеспечения для SoC возможность значительно сократить время и затраты на конструирование, стабилизировать цвет свечения лампы в диапазоне рабочих температур и компенсировать технологический разброс параметров светодиодов и оптических элементов.
Еще не все
Хотя сегодняшний успех AmbientLED бесспорен, вряд ли это будет последним словом в замене ламп накаливания. Cree и General Electric представили светодиодные ретрофитные лампы, которые, как ожидается, скоро тоже получат одобрение Министерства энергетики США. Широкий выбор и доступность любых компонентов светодиодных ламп теперь позволяют практически любому человеку попробовать свои силы в изобретении новой лампочки.
Ссылки
Перевод: AlexAAN по заказу РадиоЛоцман
Наши технологии
Технология удаленного люминофора активно развивается на рынках Японии и США, потому что имеет ряд преимуществ перед обычным светодиодным освещением. Остановимся более подробно на описании этой технологии и ее достоинствах.
История
Светодиоды известны с начала ХХ века, однако из-за их высокой стоимости и невысокой светоотдачи они не могли использоваться для замены традиционного освещения вплоть до конца ХХ века. Практически единственной сферой применения оставались цветные светодиодные индикаторы.
Изобретение в 1991 году японским ученым Шуджи Накарумой недорогой технологии производства сверхярких светодиодных кристаллов с синим спектром излучения позволило взглянуть на светодиоды свежим взглядом и увидеть новые задачи применения светодиодных кристаллов.
Это открытие послужило толчком к появлению современных белых светодиодов. Чуть позже, в 1997 году разработчиком Фредом Шубертом был получен первый белый сверхъяркий светодиод путем нанесения слоя желтого люминофора на кристалл синего спектра излучения.
Последнее изобретение положило начало разработке и внедрению массовых технологий производства белого светодиодного света, пригодного для замены традиционных и люминесцентных источников света.
В современном светодиоде полупроводниковый кристалл с синим спектром излучения заливается фосфором (люминофором) желтого цвета. Часть синего света, испускаемого светодиодом, проходит, не взаимодействуя с люминофором, а другая часть с помощью люминофора преобразуется в желтый свет. Желтый свет в смеси с синим, излучаемым светодиодом, дает белое излучение. Варьируя оттенок люминофора, можно регулировать цветовую температуру света.
Явным недостатком стандартной технологии является непосредственный контакт люминофора и кристалла. В связи с этим в системе присутствуют существенные термические потери и происходит быстрая деградация кристалла и люминофора.
Технология удаленного люминофора
Очередной вехой развития технологии белого светодиодного света стала технология удаленного люминофора. Первоначально технология была существенно дороже стандартной технологии производства светодиодов, поэтому она была экономически не оправдана, несмотря на все свои эргономические преимущества и высокую световую эффективность.
Идея данной технологии заключается в том, что люминофор наносится не на сам кристалл, а на отдельную пластину из стекла или высокопрозрачного поликарбоната, расположенную на некотором удалении от кристалла.
В качестве источников света применяются полупроводниковые кристаллы, излучающие свет с частотой 450 нм.
Выбор оттенка и состава люминофора пластины определяет температуру свечения и коэффициент цветопередачи.
Удаленный люминофор позволяет в большинстве случаев обойтись без рассеивателя.
Засвеченная пластина дает единое световое пятно с равномерным распределением светового потока без провалов яркости, наиболее естественным для человеческого глаза; в то время как полотно светодиодного светильника «заливного света» со множеством отдельных белых светодиодов создает на удаленной плоскости неравномерную освещенность в виде «ряби», вызывающей дискомфорт и раздражение зрения.
Основные преимущества нашей технологии:
Девять этапов контроля качества продукции, изготавливаемой по уникальной технологии удаленного люминофора
Структура системы контроля качества
Производство светодиодных светильников «НЕПЕС РУС» состоит из трех независимых технологических линий:
Естественно, чтобы говорить о высоком качестве светильника в целом, мы должны обеспечить такое же качество каждого компонента. Соответствующим образом выстроена и система контроля, позволяющая делать заключение об аналогии по отдельным компонентам светодиодного модуля и светильнику в целом. Отмечу, что система контроля качества охватывает все промежуточные этапы изготовления, то есть носит характер пооперационной проверки.
Среди контролируемых качественных параметров светодиода — устойчивость кристалла к усилию на сдвиг, прочность его сварного соединения с электродами и подложкой, состояние силиконового слоя. Качество колпачка характеризуется состоянием слоя люминофора и отсутствием механических повреждений на внутреннем и внешнем колпачке. Особое место занимает однородность по оптическим и/или электрическим свойствам светодиодов и колпачков. При сборке светильников осуществляется входной контроль монтажа светодиодов на платы, а также проверяются основные оптические и электрические параметры каждого светильника.
Контроль качества изготовления голубого светодиода
Качество изготовления светодиода проверяется после каждой производственной операции. (Краткий маршрут технологической линии изготовления голубого светодиода был приведен в № 1’2014 журнала.) Суть и цель основных этапов контроля при выпуске светодиода можно описать следующим образом.
Контроль качества нанесения серебряной пасты и установки LED-кристалла на несущую платформу
Для обеспечения равномерного теплоотвода при нанесении серебряной пасты важно обеспечить оптимальную дозировку и распределение ее по поверхности подложки, чтобы LED-кристалл лежал на ней всей поверхностью своего основания. Это контролируется визуально с помощью стереомикроскопов Olympus.
Когда мы говорим о качестве посадки кристалла, самым важным здесь является его способность сохранять устойчивое положение на подложке и не разрушаться под воздействием определенного усилия, приложенного к одной из его торцевых поверхностей в горизонтальной плоскости. Кристалл считается прошедшим испытания, если усилие, которое он выдержал, не меньше значения, указанного в таблице 1.
