DE102012000217A1

DE102012000217A1 - Vis led

Info

Publication number: DE102012000217A1
Application number: DE201210000217
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-01-07
Filing date: 2012-01-07
Publication date: 2013-07-11

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, die es gestattet im gesamten sichtbaren Spektralbereich eine von thermischen Einflüssen weitgehend unabhängige elektromagnetische Strahlung abzugeben.

Description

Technisches Gebiet
Viele Oberflächen wie z. B. Papier oder Kleidung enthalten Lumineszenzfarbstoffe die, im violetten und/oder nahen ultravioletten Bereich des elektromagnetischen Spektrums angeregt, im sichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrums leuchten. Leuchtdioden die weißes Licht emittieren strahlen zu wenig im violetten und/oder nahen ultravioletten Bereich des Spektrums ab, um einen natürlichen Farbeindruck dieser Oberflächen für den Betrachter zu erhalten. Mit mehreren Leuchtdioden die sowohl im sichtbaren als auch im violetten und/oder nahen ultravioletten Bereich des Spektrums diese Oberflächen gleichzeitig bestrahlen lässt sich ein natürlicher Farbeindruck der Oberflächen erhalten. Es verändert sich aber, z. B. durch unterschiedlichen Temperaturdrift, das Spektrum der einzelnen Leuchtdioden und damit auch der Farbeindruck des Betrachtes. Auch bewirkt, besonders auf kurzen Distanzen zwischen der Beleuchtung und der Oberfläche, der Abstand zwischen den verschiedenfarbigen Leuchtdioden unterschiedliche Farb- und Glanzeffekte. Die Erfindung beschreibt eine Lichtquelle die bestehend aus einer Leuchtdiode oder einem Laser die im violetten und/oder nahen ultravioletten Spektralbereich (Maximalintensität der Leuchtdiode bei Wellenlängen < 449 nm) verschiedene integrierte Lumineszenzfarbstoffe bestrahlt. Die Gesamtstrahlung dieser Leuchtdiode umfasst einen größeren Spektralbereich des elektromagnetischen Spektrums und ist für Farbbestimmungen von Objekten (Reflexion) oder z. B. Absorptionsbestimmungen von Analyten (Transmission) besser geeignet als mehrere verschiedenfarbige Leuchtdioden.
Stand der Technik
Die Patentschrift DE19638667 beschreibt eine Leuchtdiode, die unter 520 nm abstrahlt und mit einem „Granat” Lumineszenzfarbstoff dotiert mit seltenen Erden Metallen ein weißes Licht erzeugt. Laut dortigem Anspruch 14 kann der Leuchtdiode noch ein weiterer blau fluoreszierender Farbstoff zugesetzt werden. Diese beiden Lumineszenzfarbstoffe reichen aber zusammen mit der Emission der Leuchtdiode nicht aus, um den gesamten Spektralbereich vom nahen Ultravioletten bis nahen Infrarot (z. B. 380 nm–750 nm) zu emittieren. Auch wenn die Leuchtdiode im Ultravioletten abstrahlen sollte, wird der nahe infrarote Spektralbereich zu gering bestrahlt.
In der Patentschrift PCT2010-063 wird ein „roter Phosphor” Lumineszenzfarbstoff mit der Strukturformel mit Me_2-xR_xSi₅N_8-yF_3y; mit Me = Alkalimetall; R = selten Erden Metall, Si = Silizium, N = Stickstoff, F = Fluor; 0 < x < 1, 0 ≤ y ≤ 0.5 beschrieben, der noch über 750 nm ins nahe Infrarot emittiert. Wird dieser Lumineszenzfarbstoff z. B. wie dort im Anspruch 21 dargelegt mit „gelbem Phosphor” (Y,Ce)₃ kombiniert, so wird mit der vorgesehenen Leuchtdiode, die eine Maximalintensität bei der Wellenlänge (450 bis 470) nm besitzt, der violette und nahe ultraviolette Spektralbereich nicht ausreichend stark emittiert.
Weitere Patentschriften wie EP1104799 , JP2003-515665 , US20070040152 , US5110768 und US4944930 beschreiben ein oder mehrere „orange Phosphor” Lumineszenzfarbstoffe, die ebenfalls mehr oder minder geeignet sind noch in nahem Infrarotem Spektralbereich zu emittieren.
Mehre Leuchtdioden, mit und ohne Lumineszenzfarbstoffe, für den Tageslichtbereich, werden in der Patentschrift DE 10 2005 059 362 vorgeschlagen. Für spektroskopische Messgeräte ist eine solche Lichtquelle nicht geeignet, da der Aufwand zur Stabilisierung der Strahlungsquellen durch unterschiedliches thermisches Verhalten beträchtlich ist. Auch ist die Farbmischung durch Verwendung von mehren Leuchtdioden mit erhöhtem Fertigungsaufwand verbunden.
Darstellung der Erfindung
Zumindest im sichtbaren Spektralbereich ist es wünschenswert, dass die Lichtquelle nicht durch thermisch bedingte Wellenlängenverschiebung der Leuchtdiode verändert wird. Thermisch bedingte Wellenlängenverschiebungen des ultravioletten Anteils wirken sich auf die Lumineszenzfarbstoffe des bestrahlten Objektes nicht gravierend aus, da die gesamte Leistung der Lichtquelle im ultravioletten Bereich je nach deren Absorptionskoeffizienten und Quantenwirkungsgrad der Lumineszenzfarbstoffe zur Emission im Sichtbaren beiträgt.
So wurde gefunden dass z. B. die Absorption und der Quantenwirkungsgrad von 7-Diethylamino-4-methylcoumarin so effizient ist, dass dieser Lumineszenzfarbstoff dazu in der Lage ist die gesamte Strahlungsleistung im nahen ultravioletten Bereich, unabhängig einer spektralen thermischen Verschiebung der anregenden Leuchtdiode, zu absorbieren und sehr gut in den sichtbaren Spektralbereich zu emmitieren. Da diese Emissionswellenlänge des 7-Diethylamino-4-methylcoumarin bei 450 nm liegt lässt sich diese Emission zur Anregung von weiteren Lumineszenzfarbstoffen nutzen. Bereits mit 7-Diethylamino-4-methylcoumarin alleine als Lumineszenzfarbstoff in Kombination mit einer Leuchtdiode, die diesen Lumineszenzfarbstoff im ultravioletten Bereich anregt, ist es also möglich eine wellenlängenstabilisierte Leuchtdiode zu erstellen die im sichtbaren Spektralbereich abstrahlt.
Für OLED als weiteren Lumineszenzfarbstoff wird u. a. auch das 9,10-Diphenylanthracene genutzt. Je nach Lösungsmittel oder Einbettungsmaterial lassen sich unterschiedliche Emissionswellenlängen einstellen. In Silikon oder Epoxydharz eingebettet liegt die Emissionswellenlänge < 500 nm nach Anregung im nahen violetten und/oder ultravioletten Bereich.
In der Veröffentlichung H. Du, R. A. Fuh, J. Li, A. Corkan, J. S. Lindsey, „PhotochemCAD: A computer-aided design and research tool in photochemistry", Photochemistry and Photobiology, 68, 141–142, 1998 werden noch weitere Lumineszenzfarbstoffe beschrieben, die mehr oder minder ebenso wie 7-Diethylamino-4-methylcoumarin in der Lage sind eine solche Emissions-Stabilisierung der anregenden Leuchtdiode oder Lasers zu erreichen.
Aufgabenstellung
Die Aufgabe der Erfindung ist es, die elektromagnetische Strahlung einer Leuchtdiode oder eines Lasers durch Lumineszenzfarbstoffe so zu stabilisieren, dass deren thermische Wellenlängenverschiebung für den sichtbaren Bereich des Spektrums minimiert ist. Diese Aufgabe wird mit dem Gegenstand des Patentanspruches 1. gelöst.
Ausführungsbeispiel
In 1 ist das Emissionspektrum einer Leuchtdiode mit einer maximalen Intenstiätswellenlänge von 395 nm und den Lumineszenzfarbstoffen Me_2-xR_xSi₅N_8-yF_3y; mit Me = Alkalimetall; R = selten Erden Metall, Si = Silizium, N = Stickstoff, F = Fluor; 0 < x < 1, 0 ≤ y ≤ 0.5, 9,10-Diphenylanthracene und „gelben Phosphor” (Y,Ce)₃ dargestellt. Es wurde Silikon als Einbettungsmittel verwendet. Der eingebettete Lumineszenzfarbstoff wurde auf der Leuchtdiode fixiert. Die Strahlung der Leuchtdiode wurde durch den Lumineszenzfarbstoff teilweise absorbiert.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 19638667 [0002]
EP 1104799 [0004]
JP 2003-515665 [0004]
US 20070040152 [0004]
US 5110768 [0004]
US 4944930 [0004]
DE 102005059362 [0005]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

H. Du, R. A. Fuh, J. Li, A. Corkan, J. S. Lindsey, „PhotochemCAD: A computer-aided design and research tool in photochemistry”, Photochemistry and Photobiology, 68, 141–142, 1998 [0009]

Claims

Vorrichtung zur Erzeugung einer elektromagnetischen Strahlung bestehend aus einer Lichtquelle bestehend aus einer Leuchtdiode die mit einer maximalen Intensität bei einer Wellenlänge < 449 nm emittiert oder einem Laser der mit einer maximalen Intensität bei einer Wellenlänge < 500 nm emittiert und mehrere Lumineszenzfarbstoffen von denen zumindest ein Lumineszenzfarbstoff in dem Bereich ≤ 610 nm seine maximale Emissionsintensität aufweist und ein weiterer Lumineszenzfarbstoff, der die Strukturformel (Me_2-xR_xSi₅N_8-yF_3y; mit Me = Alkalimetall; R = selten Erden Metall, Si = Silizium, N = Stickstoff, F = Fluor; 0 < x < 1, 0 ≤ y ≤ 0.5) besitzt und ein weiterer Lumineszenzfarbstoff, der bei ≤ 510 nm seine maximale Emissionsintensität aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lumineszenzfarbstoff mit einer maximalen Emissionsintensität ≤ 510 nm bevorzugt Diphenylanthracene und/oder 7-Diethylamino-4-methylcoumarin ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lumineszenzfarbstoffe und die Lichtquelle in Epoxydharz und/oder Silicon und/oder transparenter UV härtendem Kunststoff und/oder transparentem Polymer aus der Gruppe der Olefine und/oder Glas gekapselt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lumineszenzfarbstoffe so gegenüber der emittierenden Leuchtdiode oder dem Laser angeordnet sind, dass deren Oberflächenemission austritt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Einkapselmaterial Linsen geformt sind.