-
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Weißlichtemitter unter Verwendung von mindestens einer blauen Leuchtdiode (light emitting diode, LED).
-
In den vergangenen Jahren konnten erhebliche Fortschritte im Bereich der Weißlichtemitter unter Verwendung eines Leuchtstoffs, der von mindestens einer blauen Leuchtdiode angestrahlt wird, erzielt werden.
-
Einige Weißlichtemitter sind derart eingerichtet, dass der Leuchtstoff oder eine Leuchtstoffschicht den LED-Chip direkt kontaktiert. Aus dieser Konfiguration resultieren mögliche Nachteile. Beispielsweise kann die Photonendichte relativ hoch sein und kann den Leuchtstoff saturieren. Des Weiteren kann die Leuchtdiode relativ heiß werden und die starke Hitze kann zu einer Verdunkelung des Leuchtstoffs im Zeitverlauf und zu einer Effizienzreduktion des Bauelementes führen.
-
Aus diesen und weiteren Gründen wurde eine abweichende Konfiguration in speziellen Anwendungen bevorzugt, in welcher der Leuchtstoff körperlich vom LED-Chip getrennt ist. Diese Konfiguration ist bekannt als „Fern”-Leuchtstoff („Remote”-Leuchtstoff). Der Fern-Leuchtstoff ist räumlich in einem Abstand von der LED angeordnet, was zu einer vorteilhaften Reduktion der Photonendichte und einer Reduktion der Wärmebeanspruchung des Leuchtstoffs führt.
-
Einige Konfigurationen unter Verwendung eines Fern-Leuchtstoffs verwenden eine extrudierte Vor-Form (Pre-Form) aus Kunststoff, typischerweise aus lichtdurchlässigem Polypropylen oder Polyethylen, welche den Leuchtstoff enthält. Diese extrudierten Formen können im Allgemeinen in zweckmäßiger Gestalt, wie ein äußeres Glas eines Beleuchtungskörpers geformt werden. Jedoch existieren verschiedene Nachteile bei der Verwendung eines extrudierten Elements.
-
Beispielsweise resultiert der Extrusionsprozess in einer Bauteil-zu-Bauteil Abweichung der Farbtemperatur, welche inakzeptabel groß sein kann. Beispielsweise kann die Abweichung in der Farbtemperatur von Bauteil-zu-Bauteil in einigen Fallen +/– 500 K betragen. Die Verwendung extrudierter Bauteile mit solch einer großen Abweichung der Farbtemperatur von Bauteil-zu-Bauteil, kann eine Sortierung und Klasseneinteilung der Bauteile erfordern, um eine Gesamt-Toleranz der Farbtemperatur für ein Bauelement zu erreichen, wobei die Sortierung und Klasseneinteilung nicht erwünscht ist. Ein anderer möglicher Nachteil ist, dass der Extrusionsprozess es erfordert, eine relativ große Materialmenge zu bewegen, selbst wenn nur geringe Mengen benötigt werden. Noch ein anderer möglicher Nachteil ist, dass der Extrusionsprozess relativ komplizierte Anlagen für das Mischungsherstellen benötigt, mittels welchem der Leuchtstoff in ein Kunststoffbasismaterial gemischt wird.
-
Zumindest aus diesen Gründen wäre es wünschenswert, einen Fern-Leuchtstoff zu haben, welcher mittels eines anderen Prozesses als mittels Extrusion hergestellt wird.
-
Eine Ausführungsform ist ein Weißlichtemitter. Eine Silikon-Folie, welcher die Fähigkeit fehlt ihre Form beizubehalten, weist eine Leuchtstoffkonzentration zwischen zwei Prozent und zehn Prozent auf. Ein Paar optisch durchlässige Kunststofffolien sind an gegenüberliegenden Seiten der flexiblen Silikon-Folie laminiert und kontaktieren die flexible Silikon-Folie. Der Weißlichtemitter weist die Fähigkeit auf seine Form beizubehalten.
-
Eine weitere Ausführungsführungsform ist ein Verfahren. Mindestens ein Leuchtstoff wird mit einem optisch hochwertigen Silikon-Material zum Bilden eines Leuchtstoff-Silikon-Gemisches gemischt. Das Leuchtstoff-Silikon-Gemisch wird in einer Vakuumkammer angeordnet. Die Vakuumkammer wird zum Bilden eines entgasten Leuchtstoff-Silikon-Gemisches evakuiert. Das entgaste Leuchtstoff-Silikon-Gemisch wird auf einem Tiegel einer Gussform verteilt. Die Gussform und das verteilte, entgaste Leuchtstoff-Silikon-Gemisch werden in einem Aushärteofen angeordnet. Die Temperatur der Gussform und des verteilten, entgasten Leuchtstoff-Silikon-Gemisches wird im Aushärteofen erhöht. Das verteilte, entgaste Leuchtstoff-Silikon-Gemisch bildet eine ausgehärtete Leuchtstoff-Silikon-Folie bei der erhöhten Temperatur. Die ausgehärtete Leuchtstoff-Silikon-Folie wird aus der Gussform entfernt. Die ausgehärtete Leuchtstoff-Silikon-Folie wird zwischen Folien optisch durchlässigen Kunststoffes angeordnet. Luft wird von zwischen der ausgehärteten Leuchtstoff-Silikon-Folie und den Folien optischen durchlässigen Kunststoffes entfernt. Die ausgehärtete Leuchtstoff-Silikon-Folie wird an den Folien optischen durchlässigen Kunststoffes an den Rändern laminiert. Die Seitenkanten der ausgehärteten Leuchtstoff-Silikon-Folie und der Folien optischen durchlässigen Kunststoffes werden versiegelt (abgedichtet).
-
Die vorangehenden und andere Ziele, Merkmale und Vorteile, hierin offenbart, werden ersichtlich aus der nachfolgenden Beschreibung spezieller Ausführungsformen, welche hierin offenbart werden, wie illustriert in den beiliegenden Zeichnungen, in welchen sich gleiche Bezugszeichen auf die gleichen Teile in den verschiedenen Ansichten beziehen. Die Zeichnungen sind nicht zwangsläufig maßstabgerecht, der Schwerpunkt wird stattdessen allgemein auf die Darstellung der Prinzipien gelegt, welche offenbart sind.
-
1 ist eine schematische Darstellung einer flexiblen Silikon-Folie, die mindestens einen Leuchtstoff eingebettet im Silikonbasismaterial aufweist.
-
2 ist eine Seitenansicht eines Weißlichtemitters.
-
3 ist eine Querschnittsansicht des Weißlichtemitters aus 2.
-
4 ist eine Seitenansicht eines beispielhaften Beleuchtungskörpers, welcher einen Weißlichtemitter aus 2 und 3 verwendet.
-
Ein Weißlichtemitter ist offenbart, in welchem eine Silikon-Folie zwischen einem Paar optisch durchlässiger Kunststofffolien laminiert wird. Der Silikon-Folie fehlt die Fähigkeit ihre Form beizubehalten, während die drei Folien, wenn zusammen versiegelt, ihre Form beibehalten können. Die Silikon-Folie weist mindestens einen Leuchtstoff mit einer Leuchtstoffkonzentration zwischen zwei Prozent und zehn Prozent auf. Die Silikon-Folie kann mittels Gießen (Molden) hergestellt werden. Im Vergleich mit vergleichbaren Silikon-Bauteilen, herstellt mittels Extrusion, können die gegossenen Bauteile eine geringere Bauteil-zu-Bauteil Abweichung der Farbtemperatur zeigen, können in kleineren Fertigungslosen oder als Einzelstücke gebildet (hergestellt, produziert) werden und können die Mischung des Silikons und des Leuchtstoffmaterials mit der Hand oder mit einer relativ einfachen Mischapparatur ermöglichen. In manchen Fällen, sind die Folien an ihrer Peripherie (Seitenrändern) versiegelt und weisen einen Rand um die Leuchtstofffolie herum auf. In manchen Fällen weist die Leuchtstofffolie eine Mischung verschiedener Leuchtstoffe auf.
-
Der obige Absatz ist lediglich eine Generalisierung verschiedener Komponenten (Bestandteile, Grundbestandteile) und Merkmale, welche im Folgenden detailliert beschrieben werden und sollte nicht als limitierend in irgendeiner Weise ausgelegt werden.
-
1 ist eine schematische Darstellung einer flexiblen Silikon-Folie 1, die mindestens einen Leuchtstoff 3 eingebettet in einem Silikonbasismaterial 2 aufweist. In einer tatsächlichen Vorrichtung würde die flexible Silikon-Folie 1 versiegelt innerhalb eines Paares an Kunststofffolien, welche Unterstützung bieten, dennoch ist die flexible Silikon-Folie allein in 1 zur Verdeutlichung gezeigt. Die flexible Silikon-Folie 1 wird in 1 mit einer rechteckigen Form gezeigt, obgleich die Folie 1 in jeder geeigneten (verwendbaren) Form (Gestalt) geformt (gebildet, gegossen) werden kann. In manchen Fällen weist die flexible Silikon-Folie 1 eine Dicke, T, zwischen 0.1 mm und 0.5 mm auf.
-
Allgemein kann man für das Erzielen eines bestimmten Aussehens (Erscheinungsbildes) eines Beleuchtungskörpers eine Kombination aus verschiedenen Leuchtstoffen in der Silikon-Folie 1 verwenden. Die Leuchtstoffe weisen unterschiedliche Emissionsspektren auf, so dass die Kombination von ihnen, mit zweckmäßigen Gewichtsprozentsätzen, das gewünschte Leistungsspektrum erzeugen kann. Im Allgemeinen weist die Silikon-Folie einen Leuchtstoffanteil zwischen zwei Prozent und zehn Prozent auf, wobei der Leuchtstoffanteil einen Leuchtstoff oder eine Kombination verschiedener Leuchtstoffe aufweisen kann. In anderen Worten kann die Summe, der gemeinsame (kombinierte) Gewichtprozentsatz aller verschiedenen Leuchtstoffe, zwischen zwei Prozent und zehn Prozent von der flexiblen Silikon-Folie sein.
-
Zum Beispiel emittieren drei gebräuchliche Leuchtstoffe hauptsächlich im roten Bereich, gelben Bereich und grünen Bereich des Spektrums. Man kann die Leuchtstoffe in gleicher Weise kombinieren als würde man rotes, gelbes und grünes Licht kombinieren. Eine typische Angleichung an das Tageslicht kann eine Kombination von drei unterschiedlichen Leuchtstoffen verwenden, mit roten, gelben und grünen Ausgabe, kombiniert mit zweckmäßigen Gewichtsprozenten. Als weiteres Beispiel, kann eine Realisierung des Innenlichtes (der Innenbeleuchtung), welche einer Innenbeleuchtung mittels eines Wolfram-Filaments angenähert ist, mittels vier verschiedener Leuchtstoffe erfolgen. zusätzlich zu den oben beschrieben roten, gelben und grünen Leuchtstoffen kann man auch ein orangen Leuchtstoff hinzufügen um Innenlicht zu approximieren.
-
Jeder der oben beschriebenen Ausgaben kann als „Weißlicht” bezeichnet werden. In diesem Schriftstück weist „Weißlicht” einen Bereich unterschiedlicher Farbtemperaturen, wie beispielsweise „kühles Weiß”, „warmes Weiß”, und so weiter auf.
-
Allgemein sind diese Leuchtstoffe kommerziell mit bekannten, publizierten Spektren verfügbar. Die Auswahl spezifischer Leuchtstoffe sowie die Bestimmung der zweckmäßigen Gewichtsprozentsätze zur Erzeugung eines gewünschten Effektes wird typischerweise mittels Routineexperimente festgestellt.
-
In 1 sind die Leuchtstoffe 3 gezeigt als Partikel, welche fest eingetaucht (versunken) sind in der flexiblen Silikon-Folie 1. Vier verschiedene Leuchtstoffpartikel 3a, 3b, 3c und 3d sind in 1 gekennzeichnet. In manchen Fällen sind die vier Partikel 3a, 3b, 3c, 3d einzelne Leuchtstoffe. In anderen Fällen kann jeder der Partikel 3a, 3b, 3c, 3d ein Leuchtstoff von zwei, drei oder vier verschiedenen Leuchtstoffen sein.
-
Viele dieser kommerziell verfügbaren Leuchtstoffe sind eingerichtet um blaues Licht zu absorbieren, meist mit einem Wellenlängenbereich zwischen 440 nm und 470 nm. In einigen Fällen, ist der „blaue” Anteil des Spektrums zwischen 455 nm und 470 nm des Spektrums, während der „tiefblaue” Anteil des Spektrums zwischen 440 nm und 455 nm ist.
-
Das blaue Licht für diese Leuchtstoffe wird von einer oder mehr blauen Leuchtdioden (ligh-emitting diodes, LEDs) erzeugt. Wie nachstehend beschrieben, sind die blauen LEDs in einem Array (Anordnung, z. B. Matrix) gebildet und räumlich von der flexiblen Silikon-Folie 1 getrennt. Blaues Licht, emittiert von dem Array, wird von dem Leuchtstoff 3 in der flexiblen Silikon-Folie 1 absorbiert. Weißes Licht wird von dem Leuchtstoff 3 in der flexiblen Silikon-Folie 1 als Antwort auf das absorbierte blaue Licht emittiert.
-
Die flexible Silikon-Folie 1 ist zu dünn, zu hauchdünn oder zu welch um sich selbst zu tragen. Der Folie 1 fehlt die Eigenschaft ihre eigene Form zu tragen und sie biegt sich durch ihr Eigengewicht durch. In einer tatsächlichen Vorrichtung ist die flexible Silikon-Folie 1 zwischen zwei durchlässigen Kunststofffolien angeordnet. Die durchlässigen Kunststofffolien können sowohl optisch transparent als auch optisch transluzent sein.
-
2 ist eine Seitenansicht eines Weißlichtemitters 10, der ein Paar optisch durchlässige Kunststofffolien 4 und 5 aufweist, welche an gegenüberliegenden Seiten der flexiblen Silikon-Folie 1 laminiert sind und die flexible Silikon-Folie 1 kontaktieren. 3 ist eine Querschnittsansicht des Weißlichtemitters 10 aus 2.
-
Als vollständige Einheit, ist der Weißlichtemitter 10 strukturell solider als die freie Silikon-Folie 1 und weist die Fähigkeit auf ihre Form beizubehalten (anders ausgedrückt, ist eingerichtet derart, dass sie ihre Form beibehält). Der Fachmann kann die Kunststofffolien 4 und 5 derart auswählen, dass jede Kunststofffolie eine größere Biegesteifigkeit aufweist als die reine flexible Silikon-Folie 1, gleiche Dicke und lateraler Abmessungen (Ausdehnungen) voraussetzend. Kombiniert mit einer 0.5 mm dicken Silikon-Folie 1 ist der resultierende Verbund relativ steif. Eine Erhöhung der Dicke der Kunststofffolien 4 und 5 wird zu einem Anstieg der Fähigkeit der Beibehaltung der eigenen Form mit minimalem Einfluss auf die optische Leistungsfähigkeit tendieren (neigen). Sobald das Licht durch das durchlässige Material geht, ergibt sich ein minimaler Verlust, voraussetzend, dass das Material der Folien 4 und 5 transparent ist. Die meisten der optischen Verluste treten bei Reflexion an der Oberfläche auf, welche unabhängig von den Dicken der Silikon-Folie 1 und der Kunststofffolien 4 und 5 ist. In manchen Fallen, ist die Dicke jeder Kunststofffolie, X, zwischen 0.1 mm und 0.5 mm. In manchen Fällen sind die Dicken der Kunststofffolien 4 und 5 gleich; in anderen Fällen sind die Dicken unterschiedlich. In manchen Fällen weist das Paar Kunststofffolien gleichmäßige Ränder, M, zwischen 6 mm und 13 mm um die Silikon-Folie 1 herum, auf. Eine typische laterale Ausdehnung kann ungefähr 75 mm sein, wenn auch die laterale Ausdehnung im Bereich von einigen mm bis etwa 1 m oder größer sein kann. Es kann nachvollzogen werden, dass andere Größen und Dicken ebenfalls verwendet werden können.
-
4 ist eine Seitenansicht eines beispielhaften Beleuchtungskörpers 20, der den Weißlichtemitter 10 aus 2 und 3 verwendet. Der Weißlichtemitter 10 in diesem Beispiel ist gebildet als eine Linsenanordnung zu einem geschlossenen Beleuchtungselement. Die Oberfläche des Emitters 10 emittiert einen weißen Lichtschein, welcher einen Lichteffekt erzeugt, ähnlich älteren fluoreszierenden Beleuchtungskörpern, in welchen durchsichtige (transluzente) Kunststoffhüllen eine fluoreszierende Leuchtröhre umschließen. Die durchsichtige Kunststoffhülle von diesen älteren Vorrichtungen erscheint als leuchtende Oberfläche, welche nach außen, in einem angemessenen breiten Winkelbereich emittiert. Gleichermaßen (In gleicher Weise) erscheint auch die Oberfläche des Emitters 10 als leuchtende Oberfläche, welche in einem angemessenen breiten Winkelbereich emittiert.
-
Der Beleuchtungskörper 20 kann in die Richtung aus der Papierebene heraus verlängert werden und kann die Größe und Form annehmen einer gewöhnlichen älteren fluoreszierenden Arbeitsleuchte, welche typischerweise über einer Werkbank oder einem Schreibtischplatz verwendet, an. Ein Array blauer LEDs, gezeigt in 4 als einzelne blaue LED 11, kann im hinteren Ende des Hohlraumes innerhalb des Beleuchtungskörpers 20 angeordnet sein. Das Array kann als ein 3-mal-12 Rechteck aus LEDs innerhalb des Hohlraumes des Beleuchtungskörpers 20 gebildet werden, wenn auch jede zweckmäßige Konfiguration verwendet werden kann. Der elektronische Schaltkreis zum Steuern der LEDs kann entlang dem gleichen hinteren Ende des Hohlraumes im Beleuchtungskörper 20 gebildet werden.
-
Die blauen LEDs 11 erzeugen blaues Anregungslicht 12 in Richtung des Weißlichtemitters 10. Leuchtstoffpartikel in dem Weißlichtemitter 10 absorbieren das blaue Anregungslicht 12 und emittieren Leuchtstoff-Licht. Das weiße Licht 13, erzeugt von dem Beleuchtungskörper 20, ist eine Kombination aus dem Leuchtstoff-Licht und weitergegebenen (nicht-absorbierten) blauen Anregungslicht 12.
-
Die nachfolgenden Absätze beschreiben einen beispielhaften Herstellungsprozess für die flexible Silikon-Folie und für den Weißlichtemitter 10. Es kann nachvollzogen werden, dass andere zweckmäßige Herstellungsprozesse ebenfalls genutzt werden können.
-
Zuerst wird ein Leuchtstoff mit einem optisch hochwertigen Silikonmaterial gemischt um ein Leuchtstoff-Silikon-Gemisch zu bilden. Das Gemisch (die Mischung) an Leuchtstoffen wird basierend auf dem gewünschten Spektrum des Leuchtstoff-Lichtes gewählt und wird typischerweise nach Simulation oder mittels Routineexperimente gewählt. Der Konzentrationsgrad des Leuchtstoff-Gemisches liegt typischerweise zwischen zwei Prozent und zehn Prozent.
-
Als nächstes wird das Leuchtstoff-Silikon-Gemisch in einer Vakuumkammer angeordnet und entgast. Der Vakuumbereich und die Zeit in der Kammer sind abhängig von dem Volumen des Leuchtstoff-Silikon-Gemisches und werden typischerweise mittels Routineexperimente ermittelt.
-
Als nächstes wird das Leuchtstoff-Silikon-Gemisch in einem Tiegel einer Gussform angeordnet. In manchen Fallen ist der Gusstiegel selbstnivellierend. Es ist vorteilhaft die Bildung von Luftblasen während der Füllung des Gusstiegels zu vermeiden. Alle bemerkten (beobachteten) Luftblassen sollten vor der Installation der oberen Hälfte des Gusstiegels entfernt werden.
-
Als nächstes wird das angeordnete, entgaste Leuchtstoff-Silikon-Gemisch in einem Aushärteofen bei einer erhöhten Temperatur ausgehärtet. Die Aushärtungstemperatur und Aushärtungszeit sind typischerweise vorgeschrieben von dem den Silikon-Produzenten und können nach Bedarf mittels Routineexperimente modifiziert werden.
-
Nach dem Aushärten wird der Gusstiegel aus dem Ofen entnommen und kühlt auf Raumtemperatur ab. Die Hälften der Gussform werden zerlegt und die ausgehärtete Leuchtstoff-Silikon-Folie wird aus der Gussform entfernt.
-
Die ausgehärtete Leuchtstoff-Silikon-Folie 1 wird zwischen zwei Folien optischen durchlässigen Kunststoffes 4, 5 angeordnet. Die Kunststoffart und die Dicke der Folien 4, 5 sind abhängig von der speziellen Anwendung der Vorrichtung, für die die Einrichtung eingesetzt wird. In einer besonderen Anwendung weisen die optisch durchlässigen Kunststofffolien 4, 5 einen Rand von 6 mm bis 13 mm, gleichmäßig um die Leuchtstoff-Silikon-Folie 1 in einem Abstand angeordnet, auf. Einige Beispiele für Materialen, welche für die optisch durchlässigen Kunststofffolien 4, 5 verwendet werden können, weisen Polykarbonat, PMMA (Akryl), Polystyrol und COC (Cycloolefin-Copolymer) auf. Es wird davon ausgegangen, dass verschiedene durchlässige Kunststoffmaterialien für die Kunststofffolien 4 und 5 verwendet werden können.
-
Die Drei-Folien-Baugruppe wird anschließend zusammen an den Rändern in einer Vakuumkammer laminiert, um die Luft zwischen den Folien zu entfernen, und an den Kanten versiegelt. Die versiegelte Drei-Folien-Baugruppe kann als flache, oder ebenflächige (planare), Vor-Form oder kann als geformte Vor-Form, wie die in 4 gezeigte Hülle in Seitenansicht, gebildet werden.
-
Sofern nicht anderweitig beschrieben, können die Wörter „wesentlich” und „im Wesentlichen” interpretiert werden um eine präzise Beziehung, einen Zustand, eine Anordnung, eine Orientierung und/oder eine andere Eigenschaft und Abweichungen davon aufzuweisen wie sie der Fachmann in dem Maß versteht, dass solch eine Abweichung die offenbarten Verfahren und Vorrichtungen nicht wesentlich beeinflusst.
-
Die gesamte vorliegende Offenbarung hindurch werden die Artikel „eine”, „einer”, „eines, ...” verwendet um ein Substantiv zu modifizieren, es kann verstanden werden der Einfachheit halber verwendet werden und um „genau ein”, „mehr als ein” (eine Vielzahl) des modifizierten Substantives zu inkludieren, wenn nicht ausdrücklich anders spezifiziert festgestellt.
-
Elemente, Komponenten, Module und/oder Teile davon, die beschrieben werden und/oder anderweitig dargestellt werden mittels der Figuren um zu kommunizieren, zugeordnet werden und/oder basierend auf, etwas anderem, kann so verstanden werden zu kommunizieren, zugeordnet werden und/oder basieren auf eine direkte und/oder indirekte Art und Weise, sofern nicht anders hierin festgelegt.
-
Obwohl die Verfahren und Systeme mit Bezug auf eine spezifische Ausführungsform beschrieben worden, sind sie nicht darauf beschränkt (Ersichtlich können viele Modifikationen und Varianten im Lichte der obigen Lehren offensichtlich werden.
-
Viele zusätzliche Änderungen in den Details, Materialien und Anordnungen der Teile, hierin beschrieben und dargestellt, können vom Fachmann auf dem Gebiet vorgenommen werden.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Lichtemitter
- 2
- Silikonbasismaterial
- 3
- Leuchtstoff
- 3a, 3b, 3c, 3d
- Leuchtstoffpartikel
- 4
- Kunststofffolie
- 10
- Weißlichtemitter
- 11
- Blaue LEDs
- 12
- Blaues Anregungslicht
- 13
- Weißlicht
