DE10157447A1 - Verfahren zum Herstellen einer Weißlichtquelle - Google Patents

Verfahren zum Herstellen einer Weißlichtquelle

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Abstract

Bei einem Verfahren zum Herstellen einer Weißlichtquelle werden eine Ultraviolett-Lichtquelle und geeignete Phosphorverbindungen verwendet. Eine der Phosphorverbindungen wird direkt mittels der Ultraviolett-Lichtquelle angeregt und erzeugt eine Strahlung größerer Wellenlänge. Andere Phosphorverbindungen werden mittels der Strahlung der längeren Wellenlänge angeregt und erzeugen Strahlung einer wesentlich größeren Wellenlänge. Das mittels der Phosphorverbindungen erzeugte Licht wird gemischt, um weißes Licht bereitzustellen.

Description

  • Die Erfindung schafft ein Verfahren zum Herstellen einer Weißlichtquelle, insbesondere ein Verfahren zum Herstellen einer Weißlichtquelle mit großer Helligkeit mittels einer Ultraviolett-Lichtquelle und geeigneten Phosphorverbindungen, welche direkt oder indirekt mittels der Ultraviolett- Lichtquelle angeregt werden.
  • Eine Weißlichtquelle wird gewöhnlich mittels Mischens von Licht verschiedener Wellenlängen bereitgestellt und weißes Licht, welches vom menschlichem Sehvermögen wahrgenommen wird, ist gewöhnlich aus zumindest zwei Farben zusammengesetzt. Zum Beispiel kann eine herkömmliche Weißlichtquelle mittels Mischens von rotem Licht, grünem Licht und blauem Licht mit einem geeigneten Intensitätsverhältnis realisiert werden. Alternativ kann die Weißlichtquelle mittels Mischens von gelbem Licht und blauem Licht mit einem geeigneten Intensitätsverhältnis realisiert werden.
  • Die Weißlichtquelle gemäß dem Stand der Technik verwendet gewöhnlich zumindest Phosphorverbindungen verschiedener Farben, um das Farbwiedergabevermögen zu gewährleisten. Eine Vorraussetzung jedoch, um eine Weißlichtquelle hoher Effizienz bereitzustellen, ist es, dass das Licht aus der anregenden Lichtquelle von allen Phosphorverbindungen absorbiert werden kann. Ferner haben alle Phosphorverbindungen verträgliche Absorptionskoeffizienten in Bezug auf das Licht der anregenden Lichtquelle. Ferner sollten die Phosphorverbindungen verträgliche Quanteneffizienzen haben, um das Mischen des Lichts zu erleichtern.
  • Wie aus den obigen Erläuterungen ersehen werden kann, sollten die Phosphorverbindungen jedoch sorgfältig ausgewählt werden, damit das Absorptionsband zu der Wellenlänge der anregenden Strahlung passt. Ferner sollten die Phosphorverbindungen verträgliche Absorptionskoeffizienten und Quanteneffizienzen aufweisen, um weißes Licht hoher Qualität bereitzustellen. Diese Anforderungen legen den Materialien der Phosphorverbindungen eine strikte Beschränkungen auf.
  • Der Erfindung liegt das Problem zu Grunde, ein Verfahren zum Herstellen einer Weißlichtquelle mit großer Helligkeit mittels einer Ultraviolett-Lichtquelle und geeigneter Phosphorverbindungen bereitzustellen, wobei eine der Phosphorverbindungen mittels einer Ultraviolett-Lichtquelle und die anderen Phosphorverbindungen mittels des von der Phosphorverbindung, welche mittels des ultravioletten Lichts angeregt wird, re-emittierten Lichts angeregt werden.
  • Ein Aspekt der Erfindung ist es ein Verfahren zum Herstellen einer Weißlichtquelle bereitzustellen, welche eine Ultraviolett-Lichtquelle und geeignete Phosphorverbindungen benutzt. Eine der Phosphorverbindungen wird mittels einer Ultraviolett-Lichtquelle angeregt und erzeugt Strahlung mit größerer Wellenlänge. Andere Phosphorverbindungen werden mittels der Strahlung größerer Wellenlänge angeregt und erzeugen Strahlung mit wesentlich größerer Wellenlänge. Das mittels dieser Phosphorverbindungen erzeugte Licht wird gemischt, um weißes Licht bereitzustellen.
  • Ein anderer Aspekt der Erfindung ist es ein Verfahren zum Herstellen einer Weißlichtquelle bereitzustellen, welche eine Ultraviolett-Lichtquelle und geeignete Phosphorverbindungen verwendet. Die Phosphorverbindungen werden direkt bzw. indirekt von der Ultraviolett-Lichtquelle angeregt und das mittels dieser Phosphorverbindungen erzeugte Licht wird gemischt, um weißes Licht zu erzeugen. Daher werden die Ultraviolett-Lichtquelle und die Phosphorverbindungen gepackt, um eine Weißlichtquelle mit geringen Betriebsstrom bereitzustellen.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Figuren dargestellt und wird im Folgenden näher erläutert.
  • Es zeigen:
  • Fig. 1 ein Anregungsspektrum eines (Ba0,9Eu0,1)MgAl10O17- Phosphorpulvers mit Bezug auf die Wellenlänge von 488 nm;
  • Fig. 2 ein Emissionsspektrum des mittels eines 382 nm ultravioletten Lichts angeregten (Ba0,9Eu0,1)MgAl10O17- Phosphorpulvers;
  • Fig. 3 die Farbtemperaturänderungen in der Normfarbtafel gemäß CIE von verschiedenen BAM/YAG Verhältnissen, welche mittels eines 382 nm ultravioletten Lichts bestrahlt werden;
  • Fig. 4 ein Anregungsspektrum eines (Y2,3Ce0,05Gd0,65)Al5O12- Phosphorpulvers mit Bezug auf die Wellenlänge von 600 nm;
  • Fig. 5 ein Emissionsspektrum des mittels eines 470 nm blauen Lichts angeregten (Y2,3Ce0,05Gd0,65)Al5O12- Phosphorpulvers;
  • Die Erfindung stellt ein Verfahren zum Herstellen einer Weißlichtquelle bereit, welche eine Ultraviolett-Lichtquelle und geeignete Phosphorverbindungen verwendet. Eine der Phosphorverbindungen wird mittels einer Ultraviolett- Lichtquelle angeregt und erzeugt Strahlung mit größerer Wellenlänge. Andere Phosphorverbindungen werden mittels der Strahlung größerer Wellenlänge angeregt und erzeugen Strahlung mit wesentlich größerer Wellenlänge. Das mittels dieser Phosphorverbindungen erzeugte Licht wird gemischt, um weißes Licht bereitzustellen. In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden zwei Phosphorverbindungen benutzt.
  • Die Ultraviolett-Lichtquelle kann entweder mittels einer Ultraviolett-LED, eines Elektronenstrahles oder eines Plasmas realisiert werden.
  • Die Phosphorverbindung, welche blaues Licht emittiert, nachdem sie mittels ultravioletten Lichts angeregt wurde, kann aus der Gruppe, welche sich aus BaMgAl10O17:Eu; ZnS:Ag; und (Sr, Ca, Ba, Mg)10(PO4)6Cl2:Eu zusammensetzt, ausgewählt sein.
  • Die Phosphorverbindung, welche gelbes Licht emittiert, nachdem sie mittels blauen Lichts angeregt wurde, kann aus der Gruppe, welche sich aus Y3Al5O12:Ce, Gd; ZnS:Mn; und 3Cd3(PO4)2CdCl2:Mn zusammensetzt, ausgewählt sein.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren, um die Phosphorverbindungen zu erzeugen wird nachfolgend erläutert:
    • 1. Synthetisieren eines Phosphorpulvers mit der Formel BaMgAl10O17:Eu (als BAM bezeichnet) wie zum Beispiel (Ba0,9Eu0,1)MgAl10O17 mittels Festkörper-Reaktion oder Chemosynthese-Verfahren, beispielsweise Zitrat-Sol-Gel- Verfahren oder Kopräzipitation.
    • 2. Synthetisieren eines Phosphorpulvers mit der Formel Y3Al5O12:Ce, Gd (als YAG bezeichnet) wie zum Beispiel (Y2,3Ce0,05Gd0,65)Al5O12 mittels Festkörper-Reaktion oder Chemosynthese-Verfahren, beispielsweise Zitrat-Sol-Gel- Verfahren oder Kopräzipitation.
    • 3. Messen des Anregungsspektrums des(Ba0,9Eu0,1)MgAl10O17- Phosphorpulvers mit Bezug auf die Wellenlänge von 488 nm. Wie in Fig. 1 dargestellt kann das (Ba0,9Eu0,1)MgAl10O17- Phosphorpulver mittels eines ultravioletten Lichts angeregt werden.
    • 4. Messen des Emissionsspektrums des mittels eines ultravioletten Lichts der Wellenlänge 382 nm angeregten (Ba0,9Eu0,1)MgAl10O17-Phosphorpulver. Wie in Fig. 2 dargestellt emittiert das (Ba0,9Eu0,1)MgAl10O17-Phosphorpulver nach Anregen mittels eines ultravioletten Lichts einer Wellenlänge von 382 nm blaues Licht. Die Farbkoordinate des blauen Lichts ist unter Bezugnahme auf die 1931 CIE (commission internationale del'Eclairage) Normfarbtafel bestimmt und ist mit dem Buchstaben "A" in Fig. 3 markiert.
    • 5. Messen des Anregungsspektrums des (Y2,3Ce0,05Gd0,65)Al5O12- Phosphorpulvers mit Bezug auf die Wellenlänge von 600 nm. Wie in Fig. 4 dargestellt kann das YAG-Phosphorpulver mittels eines blauen Lichts einer Wellenlänge zwischen 400 und 490 nm angeregt werden.
    • 6. Messen des Emissionsspektrums des mittels eines Lichts der Wellenlänge 470 nm angeregten (Y2,3Ce0,05Gd0,65)Al5O12- Phosphorpulvers. Wie in Fig. 5 dargestellt emittiert das (Y2,3Ce0,05Gd0,65)Al5O12-Phosphorpulver nach Anregen mittels eines blauen Lichts gelbes Licht. Die Farbkoordinate des gelben Lichts ist unter Bezugnahme auf die 1931 CIE Normfarbtafel bestimmt und ist mit dem Buchstaben "B" in Fig. 3 markiert.
    • 7. Mischen des obigen BAM-Phosphorpulvers und des YAG- Phoshorpulvers in verschiedenen Verhältnissen (BAM/YAG = 3,3; 5,0; 7,1 bzw. 9,3) und Verwenden einer 382 nm Ultraviolett-LED als Anregungsstrahlung. Die Farbtemperaturvariationen für die verschiedenen BAM/YAG Verhältnisse sind in Fig. 3 gezeigt.
    • 8. Zeichnen einer gestrichelten Gerade, welche die Punkte "A" und "B" in Fig. 3 miteinander verbindet. Wie in Fig. 3 zu sehen ist, durchquert die gestrichelte Gerade einen Weißlichtbereich in der CIE Normfarbtafel. Ferner befinden sich die Farbtemperaturveränderungen der verschiedenen BAM/YAG Verhältnisse auch entlang der gestrichelten Gerade.
  • Die obigen BAM-Phosphorpulver und YAG-Phosporpulver können in verschiedenen Verhältnissen gemischt werden und mit einer Ultraviolett-Lichtquelle als Strahlungsquelle gepackt werden, womit eine Weißlichtquelle wie zum Beispiel eine Weißlicht-LED gebildet wird. Die gepackte Weißlicht-LED kann beispielsweise in eine der nachfolgenden Anordnungen implementiert werden: eine Lampe, eine Vorrichtung mit Oberflächenbefestigung (SMD = surface mounted device) und einen COB (Chip-on-Board).
  • Zusammenfassend hat die erfindungsgemäße Weißlichtquelle typische Vorteile gegenüber bekannten Weißlichtquellen:
    • 1. Erfindungsgemäß kann eine Phosphorverbindung von dem Licht einer anderen Phosphorverbindung angeregt werden. Dadurch ist es nicht notwendig, dass die erfindungsgemäßen Phosphorverbindungen von der gleichen Lichtquelle angeregt werden. Die Anwendbarkeit von Phosphorverbindungen wird erhöht.
    • 2. Die Weißlichtquelle kann aus einer großen Vielfalt von Phosphorverbindungen erzeugt werden; das Farbwiedergabevermögen und die Effizienz werden erhöht.
  • Obwohl die Erfindung gemäß der obigen Ausführung beschrieben ist, können verschiedene Variationen vorgenommen werden. Zum Beispiel können in dem erfindungsgemäßen Verfahren Phosphorverbindungen verwendet werden, welche direkt oder indirekt mittels einer Ultraviolett-Lichtquelle angeregt werden und welche im einem geeigneten Verhältnis gemischt werden, um eine gleichmäßige Weißlichtquelle großer Helligkeit bereitzustellen.

Claims (7)

1. Verfahren zum Herstellen einer Weißlichtquelle, welches die folgenden Schritte aufweist:
Bereitstellen einer Ultraviolett-Lichtquelle;
direktes Anregen einer ersten Phosphorverbindung mittels ultravioletten Lichts, so dass ein erstes emittiertes Licht erzeugt wird;
Anregen einer zweiten Phosphorverbindung mittels des ersten emittierten Lichts, so dass ein zweites emittiertes Licht erzeugt wird;
Mischen der ersten Phosphorverbindung und der zweiten Phosphorverbindung in einem geeigneten Verhältnis, so dass das erste emittierte Licht und das zweite emittierte Licht zu weißem Licht gemischt werden.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei als Ultraviolett- Lichtquelle eine LED, ein Elektronenstrahl oder ein Plasma verwendet wird.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das erste emittierte Licht blaues Licht und das zweite emittierte Licht gelbes Licht ist.
4. Verfahren gemäß Anspruch 3, wobei die erste Phosphorverbindung, welche blaues Licht emittiert, nachdem sie mittels ultravioletten Lichts angeregt wurde, aus der Gruppe, welche sich aus BaMgAl10O17:Eu; ZnS:Ag; und (Sr, Ca, Ba, Mg)10(PO4)6Cl2:Eu zusammensetzt, ausgewählt wird; und die zweite Phosphorverbindung, welche gelbes Licht emittiert, nachdem sie mittels blauen Lichts angeregt wurde, aus der Gruppe, welche sich aus Y3Al5O12:Ce, Gd; ZnS:Mn; und 3Cd3(PO4)2CdCl2:Mn zusammensetzt, ausgewählt wird.
5. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Phosphorverbindungen entweder mittels einer Festkörper- Reaktion oder eines Chemosynthese-Verfahrens hergestellt werden.
6. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Phosphorverbindungen in einem vorgegebenen Verhältnis gemischt und mit einer Ultraviolett-Lichtquelle gepackt werden, so dass eine Weißlichtquelle gebildet wird.
7. Verfahren gemäß Anspruch 6, wobei die Weißlichtquelle in eine der folgenden Anordnungen gepackt ist: eine Lampe, eine Vorrichtung mit Oberflächenbefestigung (SMD = surface mounted device) oder einen COB (Chip-on-Board).
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