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Bei
dieser Anmeldung handelt es sich um eine Teilfortsetzung der Anmeldung
Seriennr: 10/761,763, eingereicht am 21. Januar 2004, für die Priorität beansprucht
wird. Die gesamte ältere
Anmeldung ist hier durch Bezugnahme aufgenommen.
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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.
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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.
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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.
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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 Lauf der Zeit eine nicht gerade
wünschenswerte
Luminanzeffizienz und/oder Lichtausgabestabilität aufweisen.
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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.
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und
ein Verfahren zum Emittieren von Ausgangslicht mit verbesserten
Charakteristika zu schaffen.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 20 sowie
ein Verfahren gemäß Anspruch
12 gelöst.
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Eine
Vorrichtung und ein Verfahren zum Emittieren von Ausgangslicht verwendet
ein Gruppe-IIB-Element-Selenid-basiertes
Phosphormaterial und/oder ein Thiogallat-basiertes Phosphormaterial, um zumindest
einen Teil des ursprünglichen
Lichts, das von einer Lichtquelle der Vorrichtung emittiert wird,
in Licht längerer
Wellenlänge
umzuwandeln, um das optische Spektrum des Ausgangslichts zu verändern. Somit
können
die Vorrichtung und das Verfahren verwendet werden, um Licht weißer Farbe
zu erzeugen.
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Eine
Vorrichtung zum Emittieren von Ausgangslicht gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung umfasst eine Lichtquelle, die ein erstes Licht einer
ersten Spitzenwellenlänge
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, einen Teil des ersten Lichts in ein
zweites Licht einer zweiten Spitzenwellenlänge umzuwandeln. Die Wellenlängenverschieberegion
umfasst ferner ein Thiogallat-basiertes Phosphormaterial, das eine
Eigenschaft aufweist, einen Teil des ersten Lichts in ein drittes Licht
einer dritten Spitzenwellenlänge
umzuwandeln. Das zweite Licht und das dritte Licht sind Komponenten
des Ausgangslichts.
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Eine
Vorrichtung zum Emittieren von Ausgangslicht gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel
der Erfindung umfasst eine Lichtquelle, die ein erstes Licht einer
ersten Spitzenwellenlänge
emittiert, und eine Wellenlängenverschieberegion,
die optisch mit der Lichtquelle gekoppelt ist, um das erste Licht
zu empfangen. Die Wellenlängenverschieberegion
umfasst ein Thiogallat-basiertes Phosphormaterial, das eine Struktur
aufweist, die durch MNxSy definiert
ist, wobei M ein Element ist, das aus einer Gruppe ausgewählt ist,
die Barium, Calcium, Strontium und Magnesium umfasst, N ein Element
ist, das aus einer Gruppe ausgewählt
ist, die Aluminium, Gallium und Indium umfasst, und x und y Zahlen
sind. Das Thiogallat-basierte Phosphormaterial weist eine Eigenschaft
auf, zumindest einen Teil des ersten Lichts in ein zweites Licht
einer zweiten Spitzenwellenlänge umzuwandeln.
Das zweite Licht ist eine Komponente des Ausgangslichts.
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Ein
Verfahren zum Emittieren von Ausgangslicht gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung umfasst ein Erzeugen eines ersten Lichts, ein Empfangen
des ersten Lichts, was ein Umwandeln eines Teils des ersten Lichts
in ein zweites Licht einer zweiten Spitzenwellenlänge unter
Verwendung eines Gruppe-IIB-Element-Selenid-basierten Phosphormaterials
und ein Umwandeln eines Teils des ersten Lichts in ein drittes Licht
einer dritten Spitzenwellenlänge
unter Verwendung eines Thiogallat-basierten Phosphormaterials umfasst,
und ein Emittieren des zweiten Lichts und des dritten Lichts als
Komponenten des Ausgangslichts.
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Andere
Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden
detaillierten Beschreibung zusammen mit den beiliegenden Zeichnungen,
die mittels Beispielen der Prinzipien der Erfindung veranschaulicht
wird, ersichtlich. Es zeigen:
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1 ein
Diagramm einer Weiß-Phosphorumwandlungs-LED
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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2A, 2B und 2C Diagramme von
Weiß-Phosphorumwandlungs-LEDs mit alternativen
Lampenkonfigurationen gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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3A, 3B, 3C und 3D Diagramme
von Weiß-Phosphorumwandlungs-LEDs
mit einem Leitungsrahmen, der eine Reflektorschale gemäß einem
alternativen Ausführungsbeispiel
der Erfindung aufweist;
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4 das
optische Spektrum einer Weiß-Phosphorumwandlungs-LED
mit einem blauen LED-Chip gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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5 eine
Darstellung der Luminanz-(lv-)Verschlechterung über der Zeit für eine Weiß-Phosphorumwandlungs-LED
gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung; und
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6 ein
Flussdiagramm eines Verfahrens zum Emittieren von Ausgangslicht
gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
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Mit
Bezugnahme auf 1 ist eine mittels Phosphor
umgewandeltes weißes
Licht emittierende Diode (LED) 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der
Erfindung gezeigt. Die LED 100 ist konzipiert, um ein Ausgangslicht „weißer" Farbe mit einer
hohen Luminanzeffizienz und einer guten Lichtausgabestabilität zu erzeugen.
Das weiße
Ausgangslicht wird erzeugt durch ein Umwandeln eines Teils des ursprünglichen
Lichtes, das durch die LED 100 erzeugt wird, in Licht längerer Wellenlänge unter
Verwendung eines Gruppe-IIB-Element-Selenid-basierten
Phosphormaterials und eines Thiogallat-basierten Phosphormaterials.
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Wie
es in 1 gezeigt ist, handelt es sich bei der Weiß-Phosphorumwandlungs-LED 100 um eine
Leitungsrahmenbefestigte LED. Die LED 100 umfasst einen
LED-Chip 102, Leitungsrahmen 104 und 106,
einen Draht 108 und eine Lampe 110. Der LED-Chip 102 ist
ein Halbleiterchip, der Licht einer bestimmten Spitzenwellenlänge erzeugt.
Somit ist der LED-Chip 102 eine Lichtquelle für die LED 100. Bei
einem exemplarischen Ausführungsbeispiel
ist der LED-Chip 102 konzipiert, um Licht zu erzeugen, das
eine Spitzenwellenlänge
in dem blauen Wellenlängenbereich
des sichtbaren Spektrums aufweist, der bei etwa 420 nm bis 490 nm
liegt. Der LED-Chip 102 befindet sich an dem Leitungsrahmen 104 und
ist über
den Draht 108 elektrisch mit dem anderen Leitungsrahmen 106 verbunden.
Die Leitungsrahmen 104 und 106 liefern die elektrische
Leistung, die erforderlich ist, um den LED-Chip 102 zu
treiben. Der LED-Chip 102 ist in der Lampe 110 eingekapselt,
bei der es sich um ein Medium für
die Ausbreitung des Lichtes von dem LED-Chip 102 handelt.
Die Lampe 110 umfasst einen Hauptabschnitt 112 und
einen Ausgabeabschnitt 114. Bei diesem Ausführungsbeispiel
ist der Ausgabeabschnitt 114 der Lampe 110 kuppelförmig, um
als eine Linse zu fungieren. Somit wird das Licht, das von der LED 100 als
Ausgangslicht emittiert wird, durch den kuppelförmigen Ausgabeabschnitt 114 der
Lampe 110 fokussiert. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann der Ausgabeabschnitt 114 der
Lampe 100 jedoch horizontal sein.
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Die
Lampe 110 der Weiß-Phosphorumwandlungs-LED 100 ist
aus einer transparenten Substanz hergestellt, bei der es sich um
jedes beliebige transparente Material handeln kann, wie z. B. klares
Epoxid, so dass sich Licht von dem LED-Chip 102 durch die
Lampe bewegen und aus dem Ausgabeabschnitt 114 der Lampe
emittiert werden kann. Bei diesem Ausführungsbeispiel umfasst die
Lampe 110 eine Wellenlängenverschieberegion 116,
bei der es sich ebenfalls um ein Medium zum Ausbreiten von Licht handelt,
die aus einer Mischung der transparenten Substanz und zwei Typen
von fluoreszierenden Phosphormaterialien, die auf Gruppe-IIB-Element- Selenid 118 und
Thiogallat 119 basieren, hergestellt ist. Das Gruppe-IIB-Element-Selenid-basierte
Phosphormaterial 118 und das Thiogallat-basierte Phosphormaterial 119 werden
verwendet, um einen Teil des ursprünglichen Lichtes, das durch
den LED-Chip 102 emittiert wird, in ein Licht niedrigerer Energie
(längerer
Wellenlänge)
umzuwandeln. Das Gruppe-IIB-Element-Selenid-basierte Phosphormaterial 118 absorbiert
einen Teil des ursprünglichen Lichtes
einer ersten Spitzenwellenlänge
von dem LED-Chip 102, was die Atome des Gruppe-IIB-Element-Selenid-basierten
Phosphormaterials anregt, und emittiert Licht längerer Wellenlänge einer
zweiten Spitzenwellenlänge.
Bei dem exemplarischen Ausführungsbeispiel
weist das Gruppe-IIB-Element-Selenid-basierte Phosphormaterial 118 eine
Eigenschaft auf, einen Teil des ursprünglichen Lichts von dem LED-Chip 102 in
Licht einer längeren
Spitzenwellenlänge
in dem roten Wellenlängenbereich des
sichtbaren Spektrums umzuwandeln, der bei etwa 620 nm bis 800 nm
liegt. Ähnlich
absorbiert das Thiogallat-basierte Phosphormaterial 119 einen
Teil des ursprünglichen
Lichts von dem LED-Chip 102, was die Atome des Thiogallat-basierten
Phosphormaterials anregt, und emittiert Licht längerer Wellenlänge einer
dritten Spitzenwellenlänge.
Bei dem exemplarischen Ausführungsbeispiel
weist das Thiogallat-basierte Phosphormaterial 119 eine
Eigenschaft auf, einen Teil des ursprünglichen Lichts von dem LED-Chip 102 in
Licht einer längeren
Spitzenwellenlänge
in dem grünen
Wellenlängenbereich
des sichtbaren Spektrums umzuwandeln, der bei etwa 490 nm bis 575
nm liegt. Die zweite und dritte Spitzenwellenlänge des umgewandelten Lichts
sind teilweise durch die Spitzenwellenlänge des ursprünglichen
Lichts und das Gruppe-IIB-Element-Selenid-basierte Phosphormaterial 118 und
das Thiogallat-basierte Phosphormaterial 119 definiert.
Das nicht absorbierte ursprüngliche
Licht von dem LED-Chip 102 und das umgewandelte Licht werden
kombiniert, um ein Licht „weißer" Farbe zu erzeugen,
das von dem Lichtausgabeabschnitt 114 der Lampe 110 als
Ausgangslicht der LED 100 emittiert wird.
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Bei
einem Ausführungsbeispiel
handelt es sich bei dem Gruppe-IIB-Element-Selenid-basierten Phosphormaterial 118,
das in der Wellenlängenverschieberegion 116 der
Lampe 110 enthalten ist, um Phosphor, der aus Zinkselenid
(ZnSe) hergestellt ist, das durch einen oder mehr geeignete Dotierstoffe, wie
z. B. Kupfer (Cu), Chlor (Cl), Fluor (F), Brom (Br) und Silber (Ag)
und Seltenerdelemente, aktiviert ist. Bei einem exemplarischen Ausführungsbeispiel
handelt es sich bei dem Gruppe-IIB-Element-Selenid-basierten Phosphormaterial 118 um
Phosphor, der aus ZnSe hergestellt ist, das durch Cu aktiviert ist,
d. h. ZnSe:Cu. Anders als herkömmliche
fluoreszierende Phosphormaterialien, die zum Erzeugen von Licht weißer Farbe
unter Verwendung von LEDs verwendet werden, wie z. B. solche, die
auf Aluminium, Oxid, Sulfid, Phosphat und Halophosphat basieren,
weist ZnSe:Cu-Phosphor eine hohe Effizienz auf bezüglich der
Wellenlängenverschiebeumwandlung
von Licht, das von einem LED-Chip emittiert wird. Der Grund hierfür liegt
darin, dass die meisten herkömmlichen fluoreszierenden
Phosphormaterialien eine große Bandlücke aufweisen,
was verhindert, dass die Phosphormaterialien Licht, z. B. blaues
Licht, effizient absorbieren und in Licht längerer Wellenlänge umwandeln.
Im Gegensatz dazu weist der ZnSe:Cu-Phosphor eine geringere Bandlücke auf,
was einer höheren
Effizienz bezüglich
der Wellenlängenverschiebeumwandlung über Fluoreszenz
gleich kommt.
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Bei
dem Thiogallat-basierten Phosphormaterial 119, das in der
Wellenlängenverschieberegion 116 der
Lampe 110 enthalten ist, kann es sich um ein Metall-Thiogallat-basiertes
Phosphormaterial handeln, das durch einen oder mehr geeignete Dotierstoffe,
wie z. B. Seltenerdelemente, aktiviert ist. Das Metall-Thiogallat-basierte
Phosphormaterial kann eine Struktur aufweisen, die durch MNxSy definiert ist, wobei
M ein Gruppe-IIA-Element, wie z. B. Barium (Ba), Calcium (Ca), Strontium
(Sr) und Magnesium (Mg), ist, N ein Gruppe-IIIA-Element, wie z.
B. Aluminium (Al), Gallium (Ga) und Indium (In), ist, und x und y
Zahlen sind, z. B. x gleich 2 ist und y gleich 4 ist, oder x gleich
4 ist und y gleich 7 ist. Bei einem Ausführungsbeispiel handelt es sich
bei dem Thiogallat-basierten Phosphormaterial 119 um ein
Gruppe-IIA-Element-Galliumsulfid-basiertes Phosphormaterial, wobei
das Gruppe-IIA-Element Ca, Sr und/oder Ba sein kann. Beispielsweise
kann es sich bei dem Thiogallat-basierten
Phosphormaterial 119 um Phosphor handeln, der aus Barium-Galliumsulfid hergestellt
ist, das durch einen oder mehr geeignete Dotierstoffe, wie z. B.
Seltenerdelemente, aktiviert ist. Bevorzugt handelt es sich bei
dem Thiogallat-basierten Phosphormaterial 119 um Phosphor,
der aus Barium-Galliumsulfid hergestellt ist, das durch Europium
(Eu) aktiviert ist, d. h. BaGa4S7:Eu.
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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.
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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 116 der
Lampe 110, zu bilden. Das Gruppieren oder Agglomerieren
von Phosphorpartikeln kann eine LED ergeben, die ein Ausgangslicht
erzeugt, das eine uneinheitliche Farbverteilung aufweist.
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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.
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Der
bevorzugte BaGa4S7:Eu-Phosphor
kann ebenfalls durch verschiedene Techniken generiert werden. Eine
Technik umfasst ein Verwenden von BaS und Ga2S3 als Vorläufer. Die Vorläufer werden
in einer Lösung
aus der Alkoholfamilie, wie z. B. Methanol, zusammen mit einer kleinen
Menge von Eu-Dotierstoff, Flussmitteln (Cl und F) und überschüssigem Schwefel
kugelvermahlen. Die Menge des Eu-Dotierstoffs, der der Lösung hinzugefügt wird,
kann irgendwo zwischen einer minimalen Menge bis etwa 6 % des Gesamtgewichts
aller Inhaltsstoffe liegen. Das dotierte Material wird dann getrocknet
und nachfolgend gemahlen, um feine Partikel zu erzeugen. Die gemahlenen
Partikel werden dann in einen Tiegel, wie z. B. einen Quarztiegel,
geladen und bei einer inerten Atmosphäre bei etwa achthundert Grad
Celsius (800°C)
eine oder zwei Stunden gesintert. Die gesinterten Materialien können dann,
falls nötig,
gesiebt werden, um BaGa4S7:Eu-Phosphorpulver
mit einer gewünschten
Partikelgrößenverteilung,
die im Mikrometerbereich sein kann, zu erzeugen.
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Ähnlich den
ZnSe:Cu-Phosphorpulvern können
die BaGa4S7:Eu-Phosphorpulver weiter
verarbeitet werden, um Phosphorpartikel mit einer Silikabeschichtung
zu erzeugen. Die sich ergebenden BaGa4S7:Eu-Phosphorpartikel mit Silikabeschichtung
können
eine Partikelgröße von weniger
als oder gleich vierzig (40) Mikrometern aufweisen.
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Nach
dem Abschluss des ZnSe:Cu- und des BaGa4S7:Eu-Syntheseprozesses
können
die ZnSe:Cu- und BaGa4S7:Eu-Phosphorpulver mit
der gleichen transparenten Substanz der Lampe 110, z. B. Epoxid,
gemischt werden und um den LED-Chip 102 aufgebracht
werden, um die Wellenlängenverschieberegion 116 der
Lampe zu bilden. Das Verhältnis zwischen
den zwei unterschiedlichen Typen von Phosphorpulvern kann eingestellt
werden, um unterschiedliche Farbcharakteristika für die Weiß-Phosphorumwandlungs-LED 100 zu
erzeugen. Beispielsweise kann das Verhältnis zwischen den ZnSe:Cu-Phosphorpulvern und
den BaGa4S7:Eu-Phosphorpulvern
1:5 betragen. Der verbleibende Teil der Lampe 110 kann
durch ein Aufbringen der transparenten Substanz ohne die ZnSe:Cu- und BaGa4S7:Eu-Phosphorpulver
gebildet werden, um die LED 100 zu erzeugen. Obwohl die
Wellenlängenverschieberegion 116 der
Lampe 110 in 1 so gezeigt ist, dass dieselbe
eine rechteckige Form aufweist, kann die Wellenlängenverschieberegion in anderen
Formen, wie z. B. einer Halbkugel, konfiguriert sein. Außerdem kann
es sein, dass die Wellenlängenverschieberegion 116 bei
anderen Ausführungsbeispielen
nicht physisch mit dem LED-Chip 102 gekoppelt ist. Somit
kann die Wellenlängenverschieberegion 116 bei
diesen Ausführungsbeispielen
anderswo in der Lampe 110 positioniert sein.
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In
den 2A, 2B und 2C sind Weiß-Phosphorumwandlungs-LEDs 200A, 200B und 200C mit
alternativen Lampenkonfigurationen gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung gezeigt. Die Weiß-Phosphorumwandlungs-LED 200A von 2A umfasst
eine Lampe 210A, bei der die gesamte Lampe eine Wellenlängenverschieberegion ist.
Somit ist bei dieser Konfiguration die gesamte Lampe 210A aus
der Mischung der transparenten Substanz und der Gruppe-IIB-Element-Selenid-basierten und Thiogallat-basierten
Phosphormaterialien 118 und 119 hergestellt. Die
Weiß-Phosphorumwandlungs-LED 200B von 2B umfasst
eine Lampe 210B, bei der eine Wellenlängenverschieberegion 216B an
der äußeren Oberfläche der
Lampe angeordnet ist. Somit wird bei dieser Konfiguration zuerst
die Region der Lampe 210B ohne die Gruppe-IIB-Element-Selenid-basierten
und Thiogallat-basierten Phosphormaterialien 118 und 119 über dem LED-Chip 102 gebildet,
und dann wird die Mischung der transparenten Substanz und der Phosphormaterialien über diese
Region aufgebracht, um die Wellenlängenverschieberegion 216B der
Lampe zu bilden. Die Weiß-Phosphorumwandlungs-LED 200C von 2C umfasst
eine Lampe 210C, bei der eine Wellenlängenverschieberegion 216C eine
dünne Schicht
der Mischung der transparenten Substanz und der Gruppe-IIB-Element-Selenid-basierten
und Thiogallat-basierten Phosphormaterialien 118 und 119 ist,
die über
den LED-Chip 102 aufgetragen ist. Somit wird bei dieser
Konfiguration zuerst der LED-Chip 102 mit der Mischung
der transparenten Substanz und der Gruppe-IIB-Element-Selenid-basierten und Thiogallat-basierten
Phosphormaterialien 118 und 119 beschichtet oder
bedeckt, um die Wellenlängenverschieberegion 216C zu
bilden, und dann kann der verbleibende Teil der Lampe 210C durch
ein Aufbringen der transparenten Substanz ohne die Phosphormaterialien über der
Wellenlängenverschieberegion
gebildet werden. Beispielsweise kann die Dicke der Wellenlängenverschieberegion 216C der
LED 200C zwischen zehn (10) und sechzig (60) Mikrometern
liegen, abhängig
von der Farbe des Lichtes, das durch den LED-Chip 102 erzeugt
wird.
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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 3A, 3B, 3C und 3D veranschaulicht
ist. Die 3A–3D zeigen
Weiß-Phosphorumwandlungs-LEDs 300A, 300B, 3000 und 300D mit
unterschiedlichen Lampenkonfigurationen, die einen Leitungsrahmen 320 umfassen,
der eine Reflektorschale 322 aufweist. Die Reflektorschale 322 stellt
eine vertiefte Region bereit, damit der LED-Chip 102 so
positioniert ist, dass ein Teil des Lichtes, das durch den LED-Chip
erzeugt wird, von dem Leitungsrahmen 320 weg reflektiert
wird, um von der jeweiligen LED als Nutzausgangslicht emittiert
zu werden.
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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
Gruppe-IIB-Element-Selenid-basierten und Thiogallat-basierten Phosphormaterialien
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.
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Unter
jetziger Zuwendung zu 4A ist das optische
Spektrum 424 einer Weiß-Phosphorumwandlungs-LED
mit einem blauen (440-480 nm) LED-Chip gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung gezeigt. Die Wellenlängenverschieberegion für diese
LED wurde mit fünfundsechzig
Prozent (65%) ZnSe:Cu- und
BaGa4S7:Eu-Phosphor
relativ zu Epoxid gebildet. Die prozentuale Menge oder der Beladungsgehalt
von ZnSe:Cu- und BaGa4S7:Eu-Phosphor,
der in der Wellenlängenverschieberegion
der LED enthalten ist, kann der Phosphoreffizienz ent sprechend variiert
werden. Wenn die Phosphoreffizienz erhöht wird, z. B. durch ein Verändern der
Menge von Dotierstoff(en), kann der Beladungsgehalt des ZnSe:Cu-
und BaGa4S7:Eu-Phosphors
reduziert werden. Das optische Spektrum 424 umfasst eine
erste Spitzenwellenlänge 426 bei
etwa 460 nm, die der Spitzenwellenlänge des Lichtes entspricht,
das von dem blauen LED-Chip emittiert wird. Das optische Spektrum 424 umfasst
auch eine zweite Spitzenwellenlänge 428 bei
etwa 540 nm, bei der es sich um die Spitzenwellenlänge des
Lichts handelt, das durch den BaGa4S7:Eu-Phosphor in der Wellenlängenverschieberegion
der LED umgewandelt wird, und eine dritte Spitzenwellenlänge 430 bei etwa
645 nm, bei der es sich um die Spitzenwellenlänge des Lichtes handelt, das
durch den ZnSe:Cu-Phosphor in den Wellenlängenverschieberegionen der
LED umgewandelt wird.
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5 ist
eine Darstellung einer Luminanz-(lv-)Verschlechterung über der
Zeit für
eine Weiß-Phosphorumwandlungs-LED,
die eine Wellenlängenverschieberegion
mit fünfundsechzig
Prozent (65%) ZnSe:Cu- und BaGa4S7:Eu-Phosphor relativ zu Epoxid gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung aufweist. Wie es durch das Diagramm von 5 veranschaulicht
ist, erfahren die Luminanzeigenschaften der Weiß-Phosphorumwandlungs-LED über einen
längeren
Zeitraum hinweg wenig Veränderung,
während
dieselbe einem Licht hoher Intensität ausgesetzt ist, d. h. dem
Licht, das von dem Halbleiterchip der LED emittiert wird. Somit
weisen der ZnSe:Cu- und der BaGa4S7:Eu-Phosphor, die bei der LED verwendet
sind, eine gute Beständigkeit
gegenüber
Licht auf. Diese Lichtbeständigkeit
ist nicht auf das Licht beschränkt,
das von dem Halbleiterchip einer LED emittiert wird, sondern auch
jedes externe Licht, wie z. B. Sonnenlicht, einschließlich ultraviolettem
Licht. Somit sind LEDs gemäß der Erfindung
für eine
Verwendung im Freien geeignet und können eine stabile Luminanz über der
Zeit mit minimaler Farbverschiebung liefern. Zusätzlich können diese LEDs bei Anwendungen
verwendet werden, die hohe Ansprechge schwindigkeiten erfordern,
da die Dauer eines Nachleuchtens für den ZnSe:Cu- und den BaGa4S7:Eu-Phosphor kurz
ist.
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Ein
Verfahren zum Erzeugen von weißem Ausgangslicht
gemäß einem
Ausführungsbeispiel der
Erfindung ist mit Bezug auf 6 beschrieben. Bei
Block 602 wird ein erstes Licht einer ersten Spitzenwellenlänge erzeugt.
Das erste Licht kann durch einen LED-Chip, wie z. B. einen UV- oder
blauen LED-Chip, erzeugt werden. Anschließend wird bei Block 604 das
erste Licht empfangen, und ein Teil des ersten Lichtes wird unter
Verwendung des Gruppe-IIB-Element-Selenid-basierten Phosphormaterials in ein zweites
Licht einer zweiten Spitzenwellenlänge umgewandelt. Zusätzlich wird
bei Block 604 ein Teil des ersten Lichts unter Verwendung
des Thiogallat-basierten Phosphormaterials in ein drittes Licht
einer dritten Spitzenwellenlänge
umgewandelt. Anschließend
werden bei Block 606 das erste Licht, das zweite Licht
und das dritte Licht als Komponenten des Ausgangslichtes emittiert.
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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 können das
Gruppe-IIB-Element-Selenid-basierte Phosphormaterial und/oder das
Thiogallat-basierte Phosphormaterial gemäß der Erfindung bei einer lichtemittierenden
Vorrichtung verwendet werden, bei der praktisch das gesamte ursprüngliche
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.