DE102004053594A1 - Apparatus and method for emitting output light using a group IIB element selenide-based phosphor material - Google Patents
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Abstract
Eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Emittieren von Ausgangslicht verwendet ein Gruppe-IIB-Element-Selenid-basiertes Phosphormaterial, um zumindest einen Teil des ursprünglichen Lichtes, das von einer Lichtquelle der Vorrichtung emittiert wird, in ein Licht längerer Wellenlänge umzuwandeln, um das optische Spektrum des Ausgangslichtes zu verändern. Somit können die Vorrichtung und das Verfahren verwendet werden, um Licht weißer Farbe zu erzeugen. Das Gruppe-IIB-Element-Selenid-basierte Phosphormaterial ist in einer Wellenlängenverschieberegion enthalten, die optisch mit der Lichtquelle gekoppelt ist, bei der es sich um einen Chip einer blaugrünes Licht emittierenden Diode (LED) handeln kann.An apparatus and method for emitting output light uses a Group IIB element selenide based phosphor material to convert at least a portion of the original light emitted by a light source of the device into a longer wavelength light to the optical spectrum to change the output light. Thus, the apparatus and method can be used to produce white color light. The Group IIB element selenide-based phosphor material is contained in a wavelength shift region optically coupled to the light source, which may be a cyan light emitting diode (LED) chip.
Description
Bei dieser Anmeldung handelt es sich um eine Teilfortsetzung der Anmeldung Seriennr. 10/761,762, eingereicht am 21. Januar 2004, für die Priorität beansprucht wird. Die gesamte ältere Anmeldung ist hier durch Bezugnahme aufgenommen.at This application is a partial continuation of the application Ser. 10 / 761,762, filed January 21, 2004, claimed priority becomes. The whole older one Registration is incorporated herein by reference.
Herkömmliche Lichtquellen, wie z. B. Glüh-, Halogen- und Leuchtstofflampen, sind in den vergangenen 20 Jahren nicht wesentlich verbessert worden. Lichtemittierende Dioden („LEDs") sind jedoch hinsichtlich des Betriebswirkungsgrades bis zu einem Punkt verbessert worden, an dem LEDs nun die herkömmlichen Lichtquellen bei herkömmlichen einfarbigen Beleuchtungsanwendungen, wie z. B. Verkehrssignallichtern und Autorücklichtern, ersetzen. Der Grund hierfür liegt teilweise in der Tatsache, dass LEDs viele Vorteile gegenüber herkömmlichen Lichtquellen aufweisen. Diese Vorteile umfassen eine längere Betriebslebensdauer, einen geringeren Leistungsverbrauch und eine geringere Größe.conventional Light sources, such. B. incandescent, halogen and fluorescent lamps, have not been essential in the past 20 years been improved. However, light emitting diodes ("LEDs") are in terms of operating efficiency has been improved to a point where LEDs are now the conventional ones Light sources in conventional monochromatic lighting applications, such. B. traffic signal lights and car taillights, replace. The reason for that lies partly in the fact that LEDs have many advantages over conventional ones Have light sources. These benefits include longer operating life, lower power consumption and smaller size.
LEDs sind normalerweise einfarbige Halbleiterlichtquellen und sind derzeit in verschiedenen Farben von UV-Blau bis Grün, Gelb und Rot erhältlich. Auf Grund der Schmalbandemissionscharakteristika können einfarbige LEDs nicht direkt für „Weiß-"Lichtanwendungen verwendet werden. Vielmehr muss das Ausgangslicht einer einfarbigen LED mit einem anderen Licht einer oder mehr unterschiedlicher Wellenlängen gemischt werden, um weißes Licht zu erzeugen. Zwei gängige Lösungsansätze zum Erzeugen weißen Lichtes unter Verwendung einfarbiger LEDs umfassen (1) ein Zusammenpacken einzelner roter, grüner und blauer LEDs, so dass das Licht, das von diesen LEDs emittiert wird, kombiniert wird, um weißes Licht zu erzeugen, und (2) ein Einbringen von fluoreszierendem Material in eine UV-, blaue oder grüne LED, so dass ein Teil des ursprünglichen Lichts, das durch den Halbleiterchip der LED emittiert wird, in Licht längerer Wellenlänge umgewandelt wird und mit dem ursprünglichen UV, blauen oder grünen Licht kombiniert wird, um weißes Licht zu erzeugen.LEDs are usually monochrome semiconductor light sources and are currently available in different colors from UV blue to green, yellow and red. On Because of the narrow band emission characteristics, single color LEDs can not directly for "white" light applications be used. Rather, the output light must be a monochrome LED mixed with another light of one or more different wavelengths become white To generate light. Two common Possible solutions to Generate white Light using single color LEDs include (1) packing together single red, greener and blue LEDs, so that the light emitted by these LEDs is combined to white Producing light; and (2) introducing fluorescent material in a UV, blue or green LED, so that part of the original light, which is emitted by the semiconductor chip of the LED, converted into light of longer wavelength will and with the original UV, blue or green light is combined to white To generate light.
Von diesen beiden Lösungsansätzen zum Erzeugen weißen Lichtes unter Verwendung einfarbiger LEDs wird der zweite Lösungsansatz dem ersten Lösungsansatz im Allgemeinen vorgezogen. Im Gegensatz zu dem zweiten Lösungsansatz erfordert der erste Lösungsansatz eine komplexere Treiberschaltungsanordnung, da die roten, grünen und blauen LEDs Halbleiterchips umfassen, die unterschiedliche Betriebsspannungsanforderungen aufweisen. Zusätzlich zu den unterschiedlichen Betriebsspannungsanforderungen verschlechtern sich die roten, grünen und blauen LEDs unterschiedlich im Lauf ihrer Betriebslebensdauer, was eine Farbsteuerung über einen längeren Zeitraum unter Verwendung des ersten Lösungsansatzes schwierig macht. Da nur ein einziger Typ von einfarbiger LED für den zweiten Lösungsansatz benötigt wird, kann unter Verwendung des zweiten Lösungsansatzes außerdem eine kompaktere Vorrichtung hergestellt werden, die einen einfacheren Aufbau und geringere Herstellungskosten aufweist. Außerdem kann der zweite Lösungsansatz eine breitere Lichtemission ergeben, was ein weißes Ausgangslicht, das höhere Farbwiedergabecharakteristika aufweist, bedeuten würde.From These two approaches to create white Light using single-color LEDs becomes the second approach the first solution generally preferred. Unlike the second approach requires the first solution a more complex driver circuitry, as the red, green and blue LEDs include semiconductor chips that have different operating voltage requirements exhibit. additionally to deteriorate to different operating voltage requirements the red, green and blue LEDs vary over their service life, what about a color control over a longer one Period of time using the first approach makes it difficult. Because only a single type of single-color LED for the second approach needed In addition, using the second approach, one can more compact device can be made, which is a simpler Structure and lower production costs. In addition, can the second approach give a broader light emission, giving a white output light, the higher color rendering characteristics would mean.
Ein Problem bei dem zweiten Lösungsansatz zum Erzeugen weißen Lichtes besteht darin, dass das fluoreszierende Material, das derzeit verwendet wird, um das ursprüngliche UV-, blaue oder grüne Licht umzuwandeln, LEDs ergibt, die im Laufe der Zeit eine nicht gerade wünschenswerte Luminanzeffizienz und/oder Lichtausgabestabilität aufweisen.One Problem with the second approach to Generate white Light is that the fluorescent material that is currently is used to the original UV, blue or green light Converting leads to LEDs that do not have a straight line over time desirable Have luminance efficiency and / or light output stability.
Im Hinblick auf dieses Problem besteht ein Bedarf nach einer LED und einem Verfahren zum Emittieren weißen Ausgangslichtes unter Verwendung eines fluoreszierenden Phosphormaterials mit einer hohen Luminanzeffizienz und einer guten Lichtausgabestabilität.in the In view of this problem, there is a need for an LED and a method of emitting white output light using a fluorescent phosphor material having a high luminance efficiency and a good light output stability.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Emittieren von Ausgangslicht mit verbesserten Charakteristika zu schaffen.It The object of the present invention is a device and a method of emitting output light with improved To create characteristics.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 8 sowie ein Verfahren gemäß Anspruch 15 gelöst.These The object is achieved by a device according to claim 1 or 8 and a Method according to claim 15 solved.
Eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Emittieren von Ausgangslicht verwenden ein Gruppe-IIB-Element-Selenidbasiertes Phosphormaterial, um zumindest einen Teil des ursprünglichen Lichtes, das von einer Lichtquelle der Vorrichtung emittiert wird, in Licht längerer Wellenlänge umzuwandeln, um das optische Spektrum des Ausgangslichtes zu verändern. Somit können die Vorrichtung und das Verfahren verwendet werden, um Licht weißer Farbe zu erzeugen. Das Gruppe-IIB-Element-Selenid-basierte Phosphormaterial ist in einer Wellenlängenverschieberegion enthalten, die optisch mit der Lichtquelle gekoppelt ist, bei der es sich um einen Chip einer blaugrünes licht emittierenden Diode (LED) handeln kann.A Use apparatus and a method for emitting output light a Group IIB element selenide-based phosphor material, at least a part of the original one Light emitted from a light source of the device, longer in light wavelength to change the optical spectrum of the output light. Consequently can The device and the method used to light white color to create. The Group IIB element Selenide-based phosphor material is in a wavelength shift region included optically coupled with the light source, in the it is a chip of a blue-green light-emitting diode (LED) can act.
Eine Vorrichtung zum Emittieren von Ausgangslicht gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst eine Lichtquelle, die ein erstes Licht einer ersten Spitzenwellenlänge in dem sichtbaren Wellenlängenbereich emittiert, und eine Wellenlängenverschieberegion, die optisch mit der Lichtquelle gekoppelt ist, um das erste Licht zu empfangen. Die Wellenlängenverschieberegion umfasst ein Gruppe-IIB-Element-Selenid-basiertes Phosphormaterial, das eine Eigenschaft aufweist, zumindest einen Teil des ersten Lichtes in ein zweites Licht einer zweiten Spitzenwellenlänge umzuwan deln. Das zweite Licht ist eine Komponente des Ausgangslichtes.An output light emitting device according to an embodiment of the invention includes a light source that emits a first peak wavelength first light in the visible wavelength range and a wavelength shift region that is optically aligned with the light source is coupled to receive the first light. The wavelength shift region comprises a Group IIB element selenide based phosphor material having a property of converting at least a portion of the first light into a second light of a second peak wavelength. The second light is a component of the output light.
Ein Verfahren zum Emittieren eines Ausgangslichtes gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst ein Erzeugen eines ersten Lichtes einer ersten Spitzenwellenlänge in dem sichtbaren Wellenlängenbereich, ein Empfangen des ersten Lichtes, was ein Umwandeln zumindest eines Teils des ersten Lichtes in ein zweites Licht einer zweiten Spitzenwellenlänge unter Verwendung eines Gruppe-IIB-Element-Selenid-basierten Phosphormaterials umfasst, und ein Emittieren des zweiten Lichtes als einer Komponente des Ausgangslichtes.One A method for emitting an output light according to a embodiment of the invention comprises generating a first light of a first one Peak wavelength in the visible wavelength range, receiving the first light, which translates into at least one Part of the first light in a second light of a second peak wavelength below Use of a group IIB element selenide-based phosphor material and emitting the second light as a component of the output light.
Andere Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung wer- den aus der folgenden detaillierten Beschreibung zusammen mit den beiliegenden Zeichnungen, die mittels Beispielen der Prinzipien der Erfindung veranschaulicht wird, ersichtlich. Es zeigen:Other Aspects and advantages of the present invention will become apparent from the following detailed description together with the accompanying drawings, illustrated by means of examples of the principles of the invention it can be seen. Show it:
Mit
Bezugnahme auf
Wie
es in
Die
Lampe
Bei
einem Ausführungsbeispiel
handelt es sich bei dem Gruppe-IIB-Element-Selenid-basierten Phosphormaterial
Der
ZnSe-basierte Phosphor ist das bevorzugte Gruppe-IIB-Element-Selenid-basierte
Phosphormaterial
Der bevorzugte ZnSe:Cu-Phosphor kann durch verschiedene Techniken generiert werden. Eine Technik umfasst ein Trockenvermahlen einer vordefinierten Menge von undotiertem ZnSe-Material in feine Pulver oder Kristalle, die weniger als 5 μm groß sein können. Eine kleine Menge von Cu-Dotierstoff wird dann zu einer Lösung aus der Alkoholfamilie, wie z. B. Methanol, hinzugefügt und mit den undotierten ZnSe-Pulvern kugelvermahlen. Die Menge Cu-Dotierstoff, die zu der Lösung hinzugefügt wird, kann überall zwischen einer minimalen Menge bis zu etwa 6% des Gesamtgewichtes von ZnSe-Material und Cu-Dotierstoff liegen. Das dotierte Material wird dann bei etwa einhundert Grad Celsius (100°C) ofengetrocknet, und der sich ergebende Kuchen wird erneut trockenvermahlen, um kleine Partikel zu erzeugen. Das gemahlene Material wird in einen Tiegel geladen, wie z. B. einen Quarztiegel, und bei einer inerten Atmosphäre bei etwa eintausend Grad Celsius (1.000°C) eine bis zwei Stunden gesintert. Die gesinterten Materialien können dann, falls nötig, gesiebt werden, um ZnSe:Cu-Phosphorpulver mit einer gewünschten Partikelgrößenverteilung, die im Mikrometerbereich sein kann, zu erzeugen.Of the preferred ZnSe: Cu phosphor can be generated by various techniques become. One technique involves dry milling a predefined one Amount of undoped ZnSe material in fine powders or crystals, which can be less than 5 microns in size. A small amount of Cu dopant then becomes a solution from the alcohol family, such as. As methanol, added and with ball-milled the undoped ZnSe powders. The amount of Cu dopant, that to the solution added can, everywhere between a minimum amount up to about 6% of the total weight of ZnSe material and Cu dopant. The doped material It is then oven-dried at about one hundred degrees Celsius (100 ° C) resulting cake is dry-ground again to small particles to create. The ground material is loaded into a crucible, such as As a quartz crucible, and in an inert atmosphere at about one thousand degrees Celsius (1,000 ° C) sintered for one to two hours. The sintered materials can then, if necessary, sieved to ZnSe: Cu phosphor powder with a desired Particle size distribution, which may be in the micrometer range.
Die
ZnSe:Cu-Phosphorpulver können
weiter verarbeitet werden, um Phosphorpartikel mit einer Silikabeschichtung
zu erzeugen. Die Silikabeschichtung auf den Phosphorpartikeln reduziert
ein Gruppieren oder Agglomerieren der Phosphorpartikel, wenn die
Phosphorpartikel mit einer transparenten Substanz gemischt werden,
um eine Wellenlängenverschieberegion
in einer LED, wie z. B. die Wellenlängenverschieberegion
Um eine Silikabeschichtung auf den ZnSe:Cu-Phosphorpartikeln aufzubringen, werden die gesiebten Materialien einem Ausheilungsprozess unterworfen, um die Phosphorpartikel auszuheilen und Verunreinigungsstoffe zu entfernen. Anschließend werden die Phosphorpartikel mit Silikapulvern gemischt, und dann wird die Mischung in einem Ofen bei etwa 200 Grad Celsius erhitzt. Die angelegte Hitze bildet eine dünne Silikabeschichtung auf den Phosphorpartikeln. Die Silikamenge auf den Phosphorpartikeln beträgt etwa 1% mit Bezug auf die Phosphorpartikel. Die sich ergebenden ZnSe:Cu-Phosphorpartikel mit Silikabeschichtung können eine Partikelgröße von weniger als oder gleich dreißig (30) Mikrometern aufweisen.To apply a silica coating to the ZnSe: Cu phosphor particles, the sieved materials are subjected to an annealing process to heal the phosphor particles and remove contaminants. Subsequently, the phosphor particles are mixed with silica powders, and then the mixture is heated in an oven at about 200 degrees Celsius. The applied heat forms a thin silica coating on the phosphor particles. The amount of silica on the phosphor particles is about 1% with respect to the phosphor particles. The resulting ZnSe: Cu phosphor particles having a silica coating may have a particle size of less than or equal to thirty (30) microns.
Nach
dem Abschluss des Syntheseprozesses können die ZnSe:Cu-Phosphorpulver
mit der gleichen transparenten Substanz der Lampe
In
den
Bei
einem alternativen Ausführungsbeispiel kann
der Leitungsrahmen einer Weiß-Phosphorumwandlungs-LED,
an dem der LED-Chip positioniert ist, eine Reflektorschale umfassen,
wie es in den
Die unterschiedlichen Lampenkonfigurationen, die im Vorhergehenden beschrieben sind, können bei anderen Typen von LEDs, wie z. B. oberflächenbefestigten LEDs, angewendet werden, um andere Typen von Weiß-Phosphorumwandlungs-LEDs mit einem Gruppe-IIB-Element-Selenid-basierten Phosphormaterial gemäß der Erfindung herzustellen. Zusätzlich können diese unterschiedlichen Lampenkonfigurationen bei anderen Typen von lichtemittierenden Vorrichtungen, wie z. B. Halbleiterlaservorrichtungen, angewendet werden, um andere Typen von lichtemittierenden Vorrichtungen gemäß der Erfindung herzustellen. Bei diesen lichtemittierenden Vorrichtungen kann es sich bei der Lichtquelle um jede beliebige andere Lichtquelle als einen LED-Chip handeln, wie z. B. eine Laserdiode.The different lamp configurations described above are, can in other types of LEDs, such as. B. surface-mounted LEDs applied will come with other types of white phosphor conversion LEDs a Group IIB element selenide-based phosphor material according to the invention manufacture. additionally can these different lamp configurations in other types of light-emitting devices, such. B. semiconductor laser devices, be applied to other types of light-emitting devices according to the invention manufacture. It may be in these light-emitting devices at the light source to any other light source than act an LED chip, such as. B. a laser diode.
Unter
jetziger Zuwendung zu
Ein
Verfahren zum Erzeugen von weißem Ausgangslicht
gemäß einem
Ausführungsbeispiel der
Erfindung ist mit Bezug auf
Obwohl spezifische Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben und veranschaulicht wurden, ist die Erfindung nicht auf die spezifischen Formen oder Anordnungen von so beschriebenen und veranschaulichten Teilen beschränkt. Außerdem ist die Erfindung nicht auf Vorrichtungen und Verfahren zum Erzeugen weißen Ausgangslichts beschränkt. Die Erfindung umfasst auch Vorrichtungen und Verfahren zum Erzeugen anderer Typen von Ausgangslicht. Beispielsweise kann das Gruppe-IIB-Element-Selenid-basierte Phosphormaterial gemäß der Erfindung bei einer lichtemittierenden Vorrichtung verwendet werden, bei der praktisch das gesamte ur sprüngliche Licht, das durch eine Lichtquelle erzeugt wird, in Licht unterschiedlicher Wellenlänge umgewandelt wird, wobei es in diesem Fall sein kann, dass die Farbe des Ausgangslichtes nicht weiß ist. Der Schutzumfang der Erfindung soll durch die hieran angehängten Ansprüche und ihre Äquivalente definiert sein.Even though specific embodiments of Invention have been described and illustrated, the invention not on the specific shapes or arrangements of so described and illustrated parts. In addition, the invention is not limited to devices and methods for generating white output light. The The invention also includes apparatus and methods for generating other types of output light. For example, the group IIB element may be selenide-based Phosphor material according to the invention be used in a light-emitting device in which practically all of the original Light that is generated by a light source, different in light wavelength In this case it can be that the color is converted the output light is not white. The scope of the invention should be determined by the claims appended hereto and their equivalents be defined.
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