DE102004023110A1

DE102004023110A1 - Licht emittierende Vorrichtung

Info

Publication number: DE102004023110A1
Application number: DE102004023110A
Authority: DE
Inventors: Kun-Chui Lee; Jung-Pin Cheng; Tzu-Chi Baoshan Cheng
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-11-27
Filing date: 2004-05-11
Publication date: 2005-06-30
Also published as: KR20050051533A; JP2005167177A; TW200518363A; TWI263356B; US20050117334A1; JP3128699U; US7207691B2

Abstract

Eine Licht emittierende Vorrichtung weist mindestens drei Licht emittierende Quellen und einen Phosphor auf, wobei die drei Lichtquellen aus den folgenden, Licht emittierenden Dioden (LED) bestehen, die Licht mit unterschiedlichen Wellenlängen emittieren. Zwei dieser Lichtquellen werden verwendet, um den Phosphor zu erregen, damit Licht mit ausgeprägter Wellenlänge entsteht, die von den Wellenlängen der beiden Lichtquellen unteschiedlich ist. Das Licht ausgeprägter Wellenlänge wird mit Teilen der beiden Lichtquellen und einer Lichtquelle von einer anderen unabhängigen Lichtquelle gemischt und es wird ein Mischlicht ausgelöst, um ein weißes Licht zu erzielen, das einen ausgezeichneten Farbwiedergabe-Index hat.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
(a) Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Licht emittierende Vorrichtung und insbesondere eine solche Licht emittierende Vorrichtung, die drei Licht emittierende Dioden (LED) und einen Phosphor aufweist. Der Phosphor wird durch Absorbieren von Licht aus ersten und zweiten Lichtquellen erregt, um ein ausgeprägtes Licht zu emittieren. Das ausgeprägte Licht wird mit einem roten Licht aus der dritten Lichtquelle und nicht erregtem blauen Licht aus den ersten und zweiten Lichtquellen gemischt, und es wird ein gemischtes Licht ausgelöst, damit ein weißes Licht mit einem ausgezeichneten Farbwiedergabe-Index erzielt wird.

(b) Beschreibung des Standes der Technik

In Verbindung mit 8 ist ein Kurvendiagramm aufgrund von natürlichem Sonnenlicht (natürlichem weißem Licht) dargestellt, wobei die Wellenlänge des Lichtes zwischen 360 und 750 nm liegt.

Zum Herstellen einer weißes Licht emittierenden Vorrichtung mit einer Wellenlänge, die nahe der von natürlichem Sonnenlicht (weißem Licht) ist, schlägt die taiwanesische Patentanmeldung Nr. 383508 eine Licht emittierende Vorrichtung und eine Display-Vorrichtung vor, bei der eine blaues Licht emittierende Diode als eine blaue Lichtquelle zur Erregung des Phosphors dient, derart, dass der erregte Phosphor ein Licht emittiert, das eine Wellenlänge unterschiedlich von der des blauen Lichtes hat. Weißes Licht wird erhalten, wenn das unterschiedliche Licht mit dem nicht erregten blauen Licht, das von der Lichtquelle emittiert wird, gemischt wird. Nach 9 wird eine Kurve S2, die ein Spektrum des erzielten weißen Lichtes darstellt, mit einer Kurve verglichen, die das natürliche weiße Licht (Sonnenlicht) in 8 ergibt, und es wird festgestellt, dass eine verhältnismäßig hohe Abweichung zwischen den beiden Kurven besteht. Ein Grund dafür ist, dass das „weiße Licht", das dadurch definiert wird, dass das Licht mit einer größeren Wellenlänge, das durch den durch das blaue Licht erregten Phosphor emittiert wird, mit dem nicht erregten blauen Licht, verglichen mit natürlichem Sonnenlicht, gemischt wird, nicht zufriedenstellende Farbwiedergabe-Effekte hat.

Deshalb ist es für vorliegende Erfindung von entscheidender Bedeutung, wie ein weißes Licht erzielt werden kann, das dem natürlichen Sonnenlicht angenähert ist.

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Mit der Erfindung wird eine Licht emittierende Vorrichtung vorgeschlagen, die zwei Lichtquellen zum Erregen eines Phosphor verwendet, um Licht mit Wellenlängen zu erzeugen, die von denen verschieden sind, die durch die beiden Lichtquellen emittiert werden. Die beiden unterschiedlichen Licht-Wellenlängen werden mit Teilen der beiden Lichtquellen und einem Licht aus einer anderen unabhängigen Lichtquelle gemischt, und es wird ein gemischtes Licht ausgelöst, um ein weißes Licht mit einem ausgezeichneten Farbwiedergabe-Index zu erzielen.

Nach den 1 und 5 weist eine Licht emittierende Vorrichtung gemäß der Erfindung auf
mindestens drei Licht emittierende Quellen und einen Phosphor, wobei die drei Lichtquellen durch die folgenden Licht emittierenden Dioden (LED) bestimmt sind, die unterschiedliche Wellenlängen haben, nämlich
eine erste Lichtquelle A durch mindestens eine erste LED gebildet wird, die in der Lage ist, blaues Licht mit einer Wellenlänge im Bereich zwischen 360 nm und 480 nm zu emittieren,
eine zweite Lichtquelle B, die durch mindestens eine zweite LED gebildet wird, die in der Lage ist, ein blaues bis grünes Licht mit einer Wellenlänge zwischen 480 nm und 570 nm zu emittieren,
eine dritte Lichtquelle R, die durch mindestens eine dritte LED gebildet wird, die in der Lage ist, ein rotes Licht mit einer Wellenlänge zwischen 585 nm und 780 nm zu emittieren, und
einen Phosphor, der Licht mit unterschiedlichen Wellenlängen absorbiert, das von den ersten und zweiten Lichtquellen A und B emittiert und so erregt wird, dass er Licht mit einer Wellenlänge emittiert, die sich von der der ersten und zweiten Lichtquellen deutlich unterscheidet, wobei das ausgeprägte Licht mit dem roten Licht, das von der dritten Lichtquelle R emittiert wird, und dem Licht, das von den ersten und zweiten Lichtquellen A und B emittiert wird, gemischt wird, und dabei ein Mischlicht entsteht, um ein weißes Licht W mit einem ausgezeichneten Farbwiedergabe-Index zu erzielen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Phosphor Licht mit unterschiedlichen Wellenlängen aus den ersten und zweiten Lichtquellen A und B aufnimmt und so erregt wird, dass ein ausgeprägtes Licht emittiert wird. Das ausgeprägte Licht hat eine Wellenlänge, die sich von den Wellenlängen der ersten und zweiten Lichtquellen A und B unterscheidet und zwischen 500 nm und 585 nm liegt.

Vorzugsweise ist der Phosphor so beschaffen, dass er aus mindestens einem der folgenden Materialien ausgewählt ist:

(a) Yttium-Aluminium-Garnet (YAG);
(b) S_im O^4– n, und
(c) BxOy^3–.

Des weiteren wird bei vorliegender Erfindung ein Aktivator des Phosphor 40 aus einer oder mehreren der folgenden Komponenten ausgewählt:

(a) YAG☐Ce³⁺ mit Ce als Aktivator zum Aktivieren des Phosphors,
(b) YAG☐Eu^2+/3+ mit Eu als Aktivator zum Aktivieren des Phosphors, und
(c) YAG☐Tb³⁺ mit Tb als Aktivator zum Aktivieren des Phosphors.

Bei einer speziellen Ausführungsform der Erfindung ist die Vorrichtung 10 eine gedruckte Schaltungsplatte (PCB), mit der stromleitende Pins der ersten, zweiten und dritten Lichtquellen A, B und R verlötet sind, um eine elektrische Schleife auszubilden.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine schematische Ansicht einer Vorrichtung nach der Erfindung, bestehend aus drei Licht emittierenden Dioden (LED) und einem Phosphor.
2 zeigt eine schematische Ansicht einer Vorrichtung nach der Erfindung, bestehend aus drei LEDs und zwei Phosphorkörpern.
3 zeigt eine schematische Ansicht einer Vorrichtung nach der Erfindung, bestehend aus drei LEDs, die in einem Phosphor eingekapselt sind.
4 zeigt eine schematische Ansicht einer Vorrichtung nach der Erfindung, bestehend aus drei LEDs und zwei Phosphorkörpern.
5 stellt ein Blockschaltbild nach der Erfindung dar, das die Ausbildung eines weißen Lichtes zeigt.
6 ist eine ebene schematische Ansicht, die eine Vorrichtung nach der Erfindung zeigt, die in einer gedruckten Schaltungsplatte installiert ist.
7 ist ein Kurvendiagramm, das ein Spektrum eines weißen Lichtes nach der Erfindung zeigt.
8 ist ein Kurvendiagramm, das ein Spektrum des natürlichen Sonnenlichtes darstellt.
9 zeigt in einem Kurvendiagramm ein Spektrum, das aus einem Phosphor gewonnen wird, der durch eine Blaulicht-Quelle nach dem Stand der Technik erregt wird.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Nach den 1 und 6 weist eine Vorrichtung eine gedruckte Schaltungsplatte oder eine andere modularisierte Basis auf. Stromleitende Pins 22, 32 und 42 der ersten LED 20, der zweiten LED 30 und der dritten LED 40 sind mit der Vorrichtung 10 zur Herstellung einer elektrischen Schleife verlötet. Die dritte LED 40 ist zwischen den ersten und zweiten LEDs 20 und 30 angeordnet. Der Phosphor 50 wird durch Mischen von transparentem Harz und Phosphor-Pulver erhalten und wird um die erste LED 20 herum angeordnet. Wenn die erste LED 20 durch ein Elektrode getriggert wird, sendet sie ein blaues Licht mit einer Wellenlänge im Bereich zwischen 360 nm und 480 nm auf und dient als erste Lichtquelle A. Wird die zweite LED 30 durch eine Elektrode getriggert, emittiert sie ein blaues bis grünes Licht, das mit dem bloßen Auge definiert wird und das eine Wellenlänge hat, die im Bereich zwischen 480 nm und 570 nm liegt; sie dient als zweite Lichtquelle B. Wenn die dritte LED 40 durch eine Elekrode getriggert wird, emittiert sie ein rotes Licht mit einer Wellenlänge, die im Bereich zwischen 585 nm und 780 nm liegt, und dient als dritte Lichtquelle R.
Wie in 5 dargestellt, ist der Phosphor 50 zur Darstellung des blauen Lichtes bestimmt, das als die erste Lichtquelle A dient, die aus dem Inneren an die Außenseite des Phosphors 50 emittiert und von dem Phosphor 50 absorbiert wird. Die zweite Lichtquelle B emittiert ein blaues bis grünes Licht, und ein Teil davon dringt in die Phosphor-Substanz 50 von außen ein. Damit werden die ersten und zweiten Lichtquellen A und B gleichzeitig von dem Phosphor 50 so beaufschlagt, dass der Phosphor 50 Wellenlängen der ersten und zweiten Lichtquellen A und B gleichzeitig absorbiert, wodurch er erregt wird und ein ausgeprägtes Licht 60 mit einer Wellenlänge im Bereich zwischen 500 nm und 585 nm emittiert. Das ausgeprägte Licht 60 wird mit Licht aus der ersten Lichtquelle A, der zweiten Lichtquelle B und der dritten Lichtquelle R gemischt, wobei ein Mischlicht ausgelöst und ein weißes Licht mit einem ausgezeichneten Farbwiedergabe-Index erzielt wird.
2 zeigt eine weitere Ausführungsform nach der Erfindung, bei der die erste LED 20 und die dritte LED 40 an zwei versetzten Stellen angeordnet und beide in Phosphor 50 eingebettet sind. Somit ist die Vorrichtung 10 an jeder der linken und rechten Seiten mit einem Phosphor 50 (50) versehen, und eine zweite LED 30 ist in einem Mittenabschnitt angeordnet. Die dritte Lichtquelle R emittiert ein rotes Licht mit einer Wellenlänge im Bereich zwischen 585 nm und 780 nm, das nicht von dem Phosphor 50 absorbiert wird; das rote Licht ist theoretisch nicht in der Lage, den Phosphor 50 zu erregen. Blaues Licht mit einer Wellenlänge zwischen 360 nm und 480 nm aus den beiden ersten LEDs 20 (20) auf der linken und auf der rechten Seite werden vom Inneren nach außen in bezug auf den Phosphor 50 emittiert und erregen ein ausgeprägtes Licht 60 mit unterschiedlicher Wellenlänge. In der Zwischenzeit wird das rote Licht aus der dritten Lichtquelle R vom Inneren an die Außenseite des Phosphors 50 emittiert und es wird Licht mit einer Wellenlänge aus der zweiten LED 30 emittiert, die im Bereich zwischen 480 nm und 570 nm liegt (bei einer Farbe, die von blau bis grün erscheint). Deshalb werden die Lichtstrahlen aus der ersten, der zweiten und der dritten Lichtquelle A, B und R sowie das ausgeprägte Licht 60 über der Vorrichtung 10 gemischt, wodurch ein Licht entsteht, das für das bloße Auge als weißes Licht definiert wird. Deshalb haben das weiße Licht, das aus den drei unabhängigen Lichtstrahlen aus den ersten, zweiten und dritten Lichtquellen A, B und R erhalten wird, und das ausgeprägte Licht 60 alle unterschiedliche Wellenlängen, wobei das weiße Licht W einen ausgezeichnten Farbwiedergabe-Index hat.
7 zeigt ein Kurvendiagramm, das experimentelles weißes Licht gemäß der Erfindung darstellt, wobei eine Kurve S mit einer Kurve S1 basierend auf Sonnenlicht nach 8 verglichen wird, und es wird festgestellt, dass die beiden Kurven S und S1 weitgehend verschieden sind. Deshalb hat das experimentelle weiße Licht einen Farbwiedergabe-Index (CRI) von über 90%.
3 zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung, bei der die ersten, zweiten und dritten LEDs 20, 30 und 40 alle miteinander in Phosphor 50 eingebettet sind. Unter Verwendung der ersten und zweiten Lichtquellen A und B wird der Phosphor 50 so erregt, dass er ein ausgeprägtes Licht 60 emittiert. Das ausgeprägte Licht 60 wird mit Teilen von Licht mit Wellenlängen der ersten und zweiten Lichtquellen A und B und der Wellenlänge der dritten Lichtquelle R gemischt, wobei ein weißes Licht W über der Vorrichtung 10 dargestellt wird.
4 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei der die Vorrichtung 10 mit ersten und zweiten LEDs 20 und 30 an den linken und rechten Seiten verlötet und die dritte LED 40 mit einem mittleren Abschnitt verbunden ist. Zwei Phosphorkörper 50 (50) kapseln die ersten und zweiten LEDs 20 und 30 ein. Wenn in ähnlicher Weise die ersten, zweiten und dritten LEDs 20, 30 und 40 Licht der ersten, zweiten und dritten Lichtquellen A, B und R emittieren, werden die beiden Phosphorkörper 50 (50) erregt und emittieren ein ausgeprägtes Licht 60. Das ausgeprägte Licht 60 wird mit Licht der Wellenlängen der ersten, zweiten und dritten Lichtquellen A, B und R gemischt, wodurch Licht, das für das bloße Auge als weißes Licht definiert wird, entsteht, das einen ausgezeichneten Farbwiedergabe-Index besitzt.
Der Phosphor 50 kann aus Yttium-Aluminium-Garnet (YAG), S_im O^4– _n oder BxOy³ hergestellt werden.
Wenn der Phosphor 50 aus YAG ausgewählt wird, kann der Phosphor YAG☐Ce³⁺ mit Y und Al sein, wobei Ce als Aktivator dient. Wenn der Phosphor 50 aus YAG ausgewählt wird, kann der Phosphor 50 YAG☐Eu²⁺ ³⁺ mit Eu als Aktivator sein. Der Phosphor 50 kann auch YAG☐Tb^3☐+ mit Tb als Aktivator sein.
Die vorbeschriebenen Ausführungsformen haben lediglich beispielhaften Charakter zur Erläuterung der Erfindung und es existieren eine Vielzahl von Modifikationen, die vom Fachmann variiert und abgeändert werden können, ohne dass vom Wesen der Erfindung abgewichen wird.

Claims

Licht emittierende Vorrichtung (10) mit mindestens drei Licht emittierenden Quellen (A, B, R) und einem Phosphor (50), wobei die drei Lichtquellen aus Licht emittierenden Dioden (LED) (20, 30, 40) bestehen, die Licht mit unterschiedlichen Wellenlängen emittieren, gekennzeichnet durch eine erste Lichtquelle (A), die durch mindestens eine erste LED (20) gebildet ist, die in der Lage ist, blaues Licht mit einer Wellenlänge zwischen 360 nm und 480 nm zu emittieren, eine zweite Lichtquelle (B), die durch mindestens eine zweite LED (30) gebildet ist, die in der Lage ist, blaues bis grünes Licht mit einer Wellenlänge zwischen 480 nm und 570 nm zu emittieren, eine dritte Lichtquelle (R), die durch mindestens eine dritte LED (40) gebildet ist, die in der Lage ist, rotes Licht mit einer Wellenlänge zwischen 585 nm und 780 nm zu emittieren, und der Phosphor (50), der Licht mit unterschiedlichen Wellenlängen absorbiert, das von den ersten und zweiten Lichtquellen (A, B) emittiert wird, und der so erregt wird, dass er Licht mit einer Wellenlänge emittiert, die sich von der der ersten und zweiten Lichtquellen deutlich unterscheidet, wobei das ausgeprägte Licht (60) mit dem Rotlicht, das von der dritten Lichtquelle (R) emittiert wird, und dem Licht, das von den ersten und zweiten Lichtquellen emittiert wird, gemischt wird, und wobei ein Mischlicht entsteht, um ein weißes Licht mit einem ausgezeichnete Farbwiedergabe-Index zu erzielen.
Licht emittierende Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Phosphor Licht mit unterschiedlichen Wellenlängen aus den ersten und zweiten Licht- quellen (A, B) aufnimmt und so erregt wird, dass ein ausgeprägtes Licht emittiert wird, das eine Wellenlänge hat, die von denen der ersten und zweiten Lichtquellen (A, B) unterschiedlich ist und zwischen 500 nm und 585 nm liegt.
Licht emittierende Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Phosphor aus mindestens einem der folgenden Materialien ausgewählt wird (a) YAG, (b) S_im O^4– _n, und (c) BxOy³.
Licht emittierende Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Phosphor aus einer oder mehreren der folgenden Komponenten ausgewählt ist: (a) YAG☐Ce³⁺ mit Ce als Aktivator zum Aktivieren des Phosphors, (b) YAG☐Eu^2+/3+ mit Eu als Aktivator zum Aktivieren des Phosphors, und c) YAG☐Tb³⁺ mit Tb als Aktivator zum Aktivieren des Phosphors.
Licht emittierende Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Vorrichtung eine gedruckte Schaltungsplatte (PCB) ist, mit der stromleitende Pins der ersten, zweiten und dritten Lichtquellen (A, B, R) verlötet sind, um eine elektrische Schleife auszubilden.