DE102015100842A1

DE102015100842A1 - Beleuchtungsvorrichtung mit einer Leuchtstoffschicht und verschiedenen Leuchtdioden

Info

Publication number: DE102015100842A1
Application number: DE102015100842.4A
Authority: DE
Inventors: Dominik Uhlich; Helga Bettentrup
Original assignee: TAILORLUX GmbH
Current assignee: TAILORLUX GmbH
Priority date: 2015-01-21
Filing date: 2015-01-21
Publication date: 2016-07-21
Also published as: WO2016116576A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung mit einer Leuchtstoffschicht (3) und wenigstens zwei verschiedenen Leuchtdioden (5, 7), wobei wenigstens eine Leuchtdiode (5, 7) eine ultraviolette Leuchtdiode (7) ist, die Verwendung dieser Beleuchtungsvorrichtung (1), ein Verfahren zu deren Herstellung, sowie ein System aus der Beleuchtungsvorrichtung (1) und einer Schaltung, Steuerung oder Fernbedienung.

Description

Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung mit einer Leuchtstoffschicht und wenigstens zwei verschiedenen Leuchtdioden, wobei wenigstens eine Leuchtdiode eine ultraviolette Leuchtdiode ist, die Verwendung dieser Beleuchtungsvorrichtung, ein Verfahren zu deren Herstellung, sowie ein System aus der Beleuchtungsvorrichtung und einer Schaltung, Steuerung oder Fernbedienung.
Es gibt sogenannte Retrofit-Systeme für ältere Leuchtmittel wie Glühbirnen, Halogenstrahler, Energiesparlampen und Leuchtstoffröhren, die auf Basis von Leuchtdioden funktionieren. Diese können auch Leuchtstoffe aufweisen, die dann zumeist auf die Leuchtdioden selbst aufgebracht sind. Üblicherweise werden in diesen Fällen Leuchtstoffe mit blauen Leuchtdioden zum Leuchten angeregt.
Es wird für Fluoreszenz- und Energiesparlampen eine Vielzahl von LED-Retrofitsystemen angeboten. Diese Systeme haben bisher den Nachteil, dass die Anschaffungskosten hoch sind, die Lichtquellen punktuell sind und das Spektrum unflexibel ist.
Es gibt bereits einige Systeme, die mit einem Remote Phosphor arbeiten. Bei diesen bisherigen Systemen werden vergleichsweise große Mengen teurer LED-Leuchtstoffe benötigt. Diese Leuchtstoffe müssen in Lacksysteme oder Kunststoffe eingebracht werden.
WO 2012/145139 A1 und US 2011/0089830 A1 beschreiben Wärmeübertragungselemente und Lampen mit diesen Elementen, wobei blaue Leuchtdioden einen Remote Phosphor zum Leuchten anregen.
US 8,915,636 B2 beschreibt eine Beleuchtungsvorrichtung für Flachbildschirme, wobei ein Remote Phosphor auf die Linsen oder Leuchtdioden aufgebracht sein kann. Auch hier können blaue Leuchtdioden den Remote Phosphor zum Leuchten anregen.
US 8,610,377 B2 und CN 103038570 A beschreiben eine Beleuchtungsvorrichtung, die eine blaue und eine rote Leuchtdiode sowie einen Remote Phosphor aufweisen kann.
WO 2008/134056 A1 beschreibt eine Beleuchtungsvorrichtung mit einer UV-LED und einem Remote Phosphor.
Die im Stand der Technik beschriebenen Leuchtstoffschichten sind üblicherweise mit einem organischen Trägermaterial wie Kunststoff oder einer Polymerfolie gebildet.
Die bisherigen Systeme haben den Nachteil, dass die Leuchtstoffe von blauen Leuchtdioden zum Leuchten angeregt werden und daher blaues Licht absorbieren. Diese bisherigen Beleuchtungssysteme lassen kein oder nur wenig UV-Licht oder blaues Licht der Leuchtdioden durch. So können bislang mit diesen Systemen schlecht spezielle Anwendungsfälle wie Beleuchtung für Hühnerställe oder Pflanzen abgedeckt werden, da ein UV-Anteil oder Anteil an blauem Licht im elektromagnetischen Spektrum erforderlich sein kann.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Beleuchtungsvorrichtung bereitzustellen, bei der blaues Licht oder ultraviolettes Licht der Leuchtdioden von einer Leuchtstoffschicht durchgelassen werden.
In einer ersten Ausführungsform wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe durch eine Beleuchtungsvorrichtung mit einer Leuchtstoffschicht und wenigstens zwei verschiedenen Leuchtdioden gelöst, wobei wenigstens eine Leuchtdiode eine ultraviolette Leuchtdiode ist.
Eine ultraviolette Leuchtdiode im Sinne der Erfindung ist eine Leuchtdiode, die ultraviolettes Licht emittiert. Dies gilt analog auch für andere unten genannten Leuchtdioden, die Licht mit anderen Spektralbereichen emittieren.
Der Begriff" Leuchtstoffschicht" im Sinne der Erfindung kann beispielsweise auch als Synonym für eine Konversionsschicht, eine Konverterschicht, ein Konversionselement oder ein Remote Phosphor verwendet sein.
Durch die verschiedenen Leuchtdioden in Kombination mit der Leuchtstoffschicht können Spektren generiert werden, welche eine gesunde oder medizinische Wirkung haben.
Die Beleuchtungsvorrichtung weist vorzugsweise einen Hohlraum (wie beispielsweise einen Kolben oder eine Röhre) auf. Die äußere Begrenzung des Hohlraums besteht vorzugsweise überwiegend aus Glas. Der Hohlraum kann evakuiert sein. Alternativ kann der Hohlraum aber auch mit einem Gas mit Umgebungsdruck gefüllt sein. Das Gas kann vorzugsweise Luft sein.
Alternativ kann die Beleuchtungsvorrichtung auch als flächige Beleuchtungsvorrichtung ohne Hohlraum ausgestaltet sein.
Die Beleuchtungsvorrichtung kann vorzugsweise eine Retrofit-Beleuchtungsvorrichtung sein.
Die Leuchtdioden können auf einer Leiterplatte angeordnet sein. Die Leiterplatte kann vorzugsweise mit einem Kühlkörper verbunden sein.
Leuchtstoffschicht
Die Leuchtstoffschicht enthält vorzugsweise zumindest einen Leuchtstoff, der bei Anregung kaltweißes Licht abstrahlt.
Der Leuchtstoff, der das kaltweiße Licht emittiert, ist vorzugsweise so ausgewählt, dass die Farbtemperatur des kaltweißen Lichtes in einem Bereich von 3.800 bis 6.000 K liegt.
Ganz besonders bevorzugt emittiert kein Leuchtstoff in der Leuchtstoffschicht Licht mit einem Emissionsmaximum von bis zu 375 nm.
Die Leuchtstoffschicht ist vorzugsweise ein Remote Phosphor.
Vorzugsweise ist die Leuchtstoffschicht für blaues Licht transparent. Blaues Licht im Sinne der Erfindung hat vorzugsweise eine Wellenlänge in einem Bereich von 380 bis 490 nm. Vorzugsweise liegt der Transmissionsgrad der Leuchtstoffschicht für Licht mit einer Wellenlänge von 480 nm in einem Bereich von 0,5 bis 1, ganz besonders bevorzugt in einem Bereich von 0,7 bis 0,9.
Die Leuchtstoffschicht wird nur vorzugsweise von der wenigstens einen ultravioletten Leuchtdiode zum Leuchten angeregt. Das Licht der übrigen eingesetzten Leuchtdioden passiert die Leuchtstoffschicht vorzugsweise ohne die eigene Emissionsfarbe zu ändern. Es kommt durch die erfindungsgemäße Leuchtstoffschicht vorzugsweise zu einer diffusen Streuung des von den anderen Leuchtdioden (außer ultravioletten Leuchtdioden) ausgesendeten Lichtes. Aus diesem Grund kann auf eine zusätzliche Streuschicht verzichtet werden.
Vorzugsweise enthält die Leuchtstoffschicht auch einen Leuchtstoff, der bei Anregung NIR-Strahlung (Nahes Infrarotlicht) emittiert. Dieser Leuchtstoff, der bei Anregung NIR-Strahlung emittiert, emittiert vorzugsweise wenigstens Licht in einem Bereich von 700 bis 2.000 nm. Der Leuchtstoff, der bei Anregung NIR-Strahlung emittiert, wird vorzugsweise so ausgewählt, dass er durch Strahlung in einem Bereich von 200 bis 700 nm zum Leuchten angeregt wird. Der Leuchtstoff, der bei Anregung NIR-Strahlung emittiert, ist vorzugsweise ausgewählt aus Granaten, Germanaten, Gallaten oder Silikaten, die besonders bevorzugt mit Cr³⁺ und/oder Cr⁴⁺ dotiert sind.
Vorzugsweise enthält die Leuchtstoffschicht auch einen Leuchtstoff, der bei Anregung UV-Strahlung (ultraviolettes Licht) emittiert. Besonders bevorzugt sind hier als Leuchtstoffe dotierte Borate, Aluminate, Silikate oder Phosphate.
Das Schichtgewicht für die Leuchtstoffschicht liegt vorzugsweise in einem Bereich von 0,1 bis 20 mg/cm², insbesondere 0,2 bis 3 mg/cm², ganz besonders bevorzugt in einem Bereich von 1 bis 2,2 mg/cm².
Die Leuchtstoffschicht ist vorzugsweise auf der Innenseite der Begrenzung des Hohlraums angeordnet. Besteht die Begrenzung des Hohlraums zumindest teilweise aus Glas, so ist die Leuchtstoffschicht vorzugsweise auf der Innenseite des Glases angeordnet.
Der Leuchtstoff kann vorzugsweise auf der der Lichtquelle zugewandten Seite der Begrenzung der Beleuchtungsvorrichtung angeordnet sein.
Zumindest ein Leuchtstoff in der Leuchtstoffschicht ist vorzugsweise ein dotiertes Strontiumborat, Phosphat, Halophosphat, Aluminat oder Seltenerdoxysulfid, besonders bevorzugt ein dotiertes Aluminat oder Yttriumoxysulfid. Der Vorteil von Aluminaten oder Seltenerdoxysulfiden sind die bessere Farbwiedergabe und die breitere Emission.
Vorzugsweise ist das Aluminat ein Aluminat von Metallen der 2. Hauptgruppe des Periodensystems. Ganz besonders bevorzugt ist wenigstens ein Leuchtstoff in der Leuchtstoffschicht ein Aluminat der Formel BaMgAl₁₁O₁₇.
Zumindest ein Leuchtstoff in der Leuchtstoffschicht kann mit Übergangsmetallen oder Lanthanoiden dotiert sein. Ganz besonders bevorzugt ist der dotierte Leuchtstoff mit Eu²⁺, Eu³⁺, Cr³⁺, Cr⁴⁺, Ce³⁺, Tb³⁺ oder Mn²⁺ dotiert.
Der Gehalt an organischen Substanzen in der Leuchtstoffschicht liegt vorzugsweise in einem Bereich von 0 bis 1 Gew.%, ganz besonders bevorzugt in einem Bereich von 0 bis 0,1 Gew.%, bezogen auf das Gewicht der Leuchtstoffschicht. Ganz besonders bevorzugt enthält die Leuchtstoffschicht keine organischen Substanzen. Dadurch kommt es bei der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung nicht zur Alterung oder Zerstörung der Leuchtstoffschicht durch die wenigstens eine ultraviolette Leuchtdiode etwa durch Rissbildung, Abblättern oder Vergrauung der organischen Anteile.
Die durchschnittliche Partikelgröße (Median) der Leuchtstoffe in der Leuchtstoffschicht liegt vorzugsweise in einem Bereich von 1 bis 50 µm, besonders bevorzugt 5 bis 15 µm. Die Partikelgröße kann mit dynamischer Laserlichtstreuung gemessen werden.
Vorzugsweise liegt die durchschnittliche Partikelgröße (Median) der Leuchtstoffe in der Leuchtstoffschicht vorzugsweise in einem Bereich von 1 bis 50 µm, wobei gleichzeitig der Transmissionsgrad der Leuchtstoffschicht für Licht mit einer Wellenlänge von 480 nm in einem Bereich von 0,5 bis 1 liegt. Hierdurch kann eine besonders gute Lichtstreuung auch des blauen Lichts erhalten werden.
Vorzugsweise weist wenigstens ein Leuchtstoff eine breitbandige Emission auf. Die Halbwertsbreite der Emission dieses Leuchtstoffs liegt vorzugsweise in einem Bereich von 10 bis 100 nm.
Ultraviolette Leuchtdioden
Wenigstens eine ultraviolette Leuchtdiode emittiert vorzugsweise Licht in einem Bereich von 250 bis 380 nm, ganz besonders bevorzugt in einem Bereich von 350 bis 375 nm.
Die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung weist vorzugsweise 2 bis 500, insbesondere bevorzugt 10 bis 100 ultraviolette Leuchtdioden auf. Liegt die Anzahl der Leuchtdioden unterhalb dieses Bereiches, so ist zu befürchten, dass die Emission durch die Leuchtstoffschicht nicht homogen ist.
Die erfindungsgemäße ultraviolette Leuchtdiode hat den Vorteil, dass herkömmliche und damit günstige Lampenleuchtstoffe, welche wie für bisherige Fluoreszenzlampen verwendet werden, eingesetzt werden können.
Bislang wurde eine ultraviolette Leuchtdiode als Teil einer Beleuchtungsvorrichtung mit einer Leuchtstoffschicht verworfen, da ultraviolette Strahlung in diesen Systemen beispielsweise wegen der organischen Matrix für die Leuchtstoffe bislang nicht erwünscht war. Es wurde nun aber herausgefunden, dass auf diese Weise die besonders günstigen herkömmlichen Lampenleuchtstoffe eingesetzt werden können. Durch die Verwendung von ultravioletten Leuchtdioden, beispielsweise in Remote Phosphor Retrofitsystemen, lassen sich ganz andere und vor allem günstigere Leuchtstoffsysteme einsetzen.
Bei richtiger Leuchtstoffwahl kann bei der vorliegenden Erfindung die Schicht beispielsweise im sichtbaren Bereich des Lichtes transparent und durchlässig sein und beispielsweise nur UV-Licht absorbieren und sichtbares Licht streuen.
Die erfindungsgemäß in der Leuchtstoffschicht eingesetzten Leuchtstoffe lassen sich vorzugsweise nur durch UV-Licht (beispielsweise 250 bis 380 nm) anregen. Daher können sehr preisgünstige Standardleuchtstoffe aus der Fluoreszenzlampenindustrie eingesetzt werden. Die im Stand der Technik beschriebenen Leuchtstoffsysteme sind klassische LED-Leuchtstoffe, welche sich über einen blauen Halbleiterchip (380 bis 480 nm) anregen lassen. Diese Leuchtstoffe sind um Faktor 20 bis 100 teurer als die erfindungsgemäß bevorzugt vorgesehenen Standardleuchtstoffe.
Warmweiße Leuchtdioden
Die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung kann vorzugsweise auch wenigstens eine warmweiße Leuchtdiode aufweisen.
Die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung weist vorzugsweise 2 bis 500, insbesondere bevorzugt 10 bis 100 warmweiße Leuchtdioden auf.
Die Farbtemperatur der warmweißen Leuchtdiode liegt vorzugsweise in einem Bereich von 2.100 bis 3.000 K, insbesondere in einem Bereich von 2.400 bis 2.700 K.
Der Leuchtstoff der warmweißen Leuchtdioden ist vorzugsweise ausgewählt aus Granaten, Silikaten und/oder Nitriden.
Blaue Leuchtdioden
Die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung kann vorzugsweise auch wenigstens eine blaue Leuchtdiode aufweisen.
Die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung weist vorzugsweise 2 bis 500, insbesondere bevorzugt 10 bis 100 blaue Leuchtdioden auf.
Vorzugsweise emittiert die wenigstens eine blaue Leuchtdiode Licht mit einer Wellenlänge in einem Bereich von 380 bis 490 nm.
Vorzugsweise weist die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung wenigstens eine blaue Leuchtdiode in Kombination mit einer Leuchtstoffschicht auf, die auch einen Leuchtstoff enthält, der bei Anregung NIR-Strahlung emittiert.
Der Gehalt an organischen Substanzen in der Leuchtstoffschicht liegt vorzugsweise in einem Bereich von 0 bis 1 Gew.%, ganz besonders bevorzugt in einem Bereich von 0 bis 0,1 Gew.%, bezogen auf das Gewicht der Leuchtstoffschicht, wobei gleichzeitig der Transmissionsgrad der Leuchtstoffschicht für Licht mit einer Wellenlänge von 480 nm in einem Bereich von 0,5 bis 1 liegt. Dies hat den besonderen Vorteil, dass so das blaue Licht die Leuchtstoffschicht besonders gut passieren kann. Üblicherweise wird blaues Licht nämlich von organischen Substanzen absorbiert oder verfälscht.
Schaltung der Lichtquellen
Vorzugsweise sind die verschiedenen Leuchtdioden unabhängig voneinander schaltbar. Dies hat den entscheidenden Vorteil, dass beispielsweise in einem Altenheim die Beleuchtungssituation an den circadianen Rhythmus (Schlaf-Wach-Rhythmus) angepasst werden kann. So ist nachts ein Licht mit niedrigem Blauanteil und ein warmweißes nicht so intensives Licht gewünscht, um die Bildung von Melatonin (Schlafhormon) zu fördern. Besitzt die Beleuchtung abends oder nachts einen zu hohen Blauanteil, so wird diese Bildung unterdrückt. Tagsüber kann durch Zuschalten des kaltweißen Lichtes der Wachzustand angeregt und in eine ausreichend hohe Beleuchtungsdichte für Behandlungen gewährleistet werden. Vorzugsweise weist die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung wenigstens ein Endstück auf. Dieses Endstück passt vorzugsweise in eine standardisierte Fassung für Leuchtmittel. In wenigstens einem Endstück der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung ist vorzugsweise eine elektronische Steuerung angeordnet, mit der die verschiedenen Leuchtdioden unabhängig voneinander geschaltet werden können. Die Leuchtdioden eines Typs (beispielsweise ultraviolette Leuchtdioden) sind vorzugsweise parallel oder gemeinsam geschaltet. Die Steuerung ist vorzugsweise programmierbar.
Durch die einzelne oder gemeinsame Ansteuerung von ultravioletten Leuchtdioden, optional warmweißen Leuchtdioden und gegebenenfalls leuchtstoffkonvertierten NIR-Leuchtdioden in Kombination mit durch UV-Licht anregbaren Leuchtstoffen lassen sich eine Vielzahl unterschiedlicher Spektren und Lichtstimmungen mit nur einer Beleuchtungsvorrichtung erzeugen.
Weitere Ausführungsformen
In einer weiteren Ausführungsform wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung

– zur Bräunung der Haut,
– als Wohlfühllicht,
– in der Kosmetik,
– für die Tierbeleuchtung (beispielsweise Hühner, Puten, Schweine, oder Milchkühe),
– für die Pflanzenbeleuchtung,
– für medizinische Anwendungen,
– für Algenreaktoren, oder
– für die Tag-/Nachtbeleuchtung beispielsweise in Altenheimen oder Krankenhäusern

In einer weiteren Ausführungsform wird die der Erfindung zugrunde Grunde liegende Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung gelöst, wobei in einer Beleuchtungsvorrichtung eine Leuchtstoffschicht und wenigstens zwei verschiedenen Leuchtdioden angeordnet werden, wobei

a) wenigstens eine Leuchtdiode eine ultraviolette Leuchtdiode ist, und
b) die Leuchtstoffe zunächst in Wasser dispergiert werden,
c) die Leuchtstoffe in der Dispersion deagglomeriert werden,
d) die Dispersion mit einem anorganischen Bindemittel versetzt wird,
e) die Beleuchtungsvorrichtung oder ein überwiegender Teil der späteren äußeren Begrenzung der Beleuchtungsvorrichtung auf dem überwiegenden Teil der Innenseite der äußeren Begrenzung der Beleuchtungsvorrichtung mit der Dispersion beschichtet wird, und
f) die Beschichtung bei einer Temperatur von wenigstens 400 °C behandelt wird.

Die Dispersion der Leuchtstoffe in Wasser findet vorzugsweise in Anwesenheit eines Dispergierhilfsmittels statt. Vorzugsweise wird ein Dispergierhilfsmittel auf Basis von Polyacrylat eingesetzt.
Die Leuchtstoffe werden vorzugsweise durch Rühren deagglomeriert.
Das anorganische Bindemittel ist vorzugsweise ein Metalloxid, ganz besonders bevorzugt Aluminiumoxid.
Der durchschnittliche Partikeldurchmesser (Median) der Partikel des Bindemittels liegt vorzugsweise in einem Bereich von 1 bis 1.000 nm. Dies kann beispielsweise mit Hilfe von dynamischer Laserlichtstreuung gemessen werden.
Die äußere Begrenzung besteht vorzugsweise überwiegend aus Glas (beispielsweise wie bei einer Glühbirne oder einer Fluoreszenzleuchtstoffröhre).
Die Beschichtung der Innenseite mit der Dispersion kann beispielsweise mit üblichen Verfahren wie Aufsaugen, Tauchen oder Sprühen geschehen.
Die Leuchtstoffe können alternativ bevorzugt auch mit Hilfe von elektrostatischer Aufladung auf die Innenseite der äußeren Begrenzung der Beleuchtungsvorrichtung aufgebracht werden.
Vorzugsweise wird die Beschichtung bei einer Temperatur in einem Bereich von 500 bis 800°C behandelt.
Die erfindungsgemäßen Leuchtstoffe oder Leuchtstoffsysteme werden vorzugsweise mit Hilfe von Dispergierhilfsmitteln (beispielsweise Dispex^®) in Wasser aufgeschlämmt, durch Rühren deagglomeriert und mit Aluminiumoxid (beispielsweise Alon-C^©) als Bindemittel versetzt. Mit dieser Dispersion werden vorzugsweise Glashohlkörper (wie Röhren oder Kolben) bestehend aus optischen Gläsern in Schichtgewichten von 0,1 bis 20 mg/cm² beschichtet. Diese Leuchtstoffschicht wird vorzugsweise anschließend bei einer Temperatur in einem Bereich von 500 bis 800°C ausgebrannt und so auf dem Glaskörper fixiert. Somit kann im Gegensatz zu den im Stand der Technik beschriebenen Fixierungsmethoden hier gänzlich auf eine sonst übliche organische Einbettungsmatrix (wie Kunststoff, Lack, Polymerfolie) verzichtet werden. Eine solche Einbettungsmatrix wäre in der erfindungsgemäß beschriebenen Beleuchtungsvorrichtung auch praktisch nicht einsetzbar, da diese UV-Licht absorbiert und unter der UV-Bestrahlung im Laufe der Zeit zerstört würde. Auch würden die im Stand der Technik beschriebenen Leuchtstoffsysteme und Substrate ein Einbrennen bei so hohen Temperaturen nicht überstehen. Hier kommt vorzugsweise Glas oder Keramik in Kombination mit anorganischen Bindern (beispielsweise Aluminiumoxid wie Alon-C^®) als Trägermaterial in Frage.
In einer weiteren Ausführungsform wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe durch ein System aus einer erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung und einer Schaltung, Steuerung oder Fernbedienung gelöst.
Diese Fernbedienung kann auch ein Computerprogramm (beispielsweise eine App) auf einem Datenverarbeitungsgerät (beispielsweise Datenbrille wie Google Glass^®, Smartwatch, Mobiltelefon, Tablet, Notebook oder Desktopcomputer) sein.
Weitere praktische Ausführungsformen und Vorteile der Erfindung sind nachfolgend im Zusammenhang mit den Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
1 zeigt die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung,
2 zeigt das Spektrum des Lichts, das mit der Beleuchtungsvorrichtung aus 1 erzeugt wird,
3 zeigt die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung mit einer dünneren Leuchtstoffschicht als in 1,
4 zeigt das Spektrum des Lichts, das mit der Beleuchtungsvorrichtung aus 3 erzeugt wird,
5 zeigt die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung mit einer Leuchtstoffschicht, die zusätzlich einen NIR-Emitter aufweist,
6 zeigt das Spektrum des Lichts, das mit der Beleuchtungsvorrichtung aus 5 erzeugt wird.
1 zeigt die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung 1 mit der Leuchtstoffschicht 3, warmweißen Leuchtdioden 5 und ultravioletten Leuchtdioden 7. Die Endstücke 9 grenzen an die äußere Begrenzung 11 (beispielsweise Glas) der Beleuchtungsvorrichtung 1 an. Die Leuchtdioden 5, 7 sind auf einer Leiterplatte 13 angeordnet.
2 zeigt das Spektrum des Lichts, das mit der Beleuchtungsvorrichtung 1 aus 1 erzeugt wird. Im oberen Drittel ist das Mischspektrum abgebildet. Im mittleren Drittel ist das Emissionsspektrum der warmweißen Leuchtdiode 5 abgebildet. Im unteren Drittel ist das Emissionsspektrum der Leuchtstoffschicht 3 mit einer Leuchtstoffmischung abgebildet, die kaltweißes Licht emittiert.
3 zeigt die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung 1 mit einer dünneren Leuchtstoffschicht 3 als in 1, warmweißen Leuchtdioden 5 und ultravioletten Leuchtdioden 7. Die Endstücke 9 grenzen an die äußere Begrenzung 11 der Beleuchtungsvorrichtung 1 an. Die Leuchtdioden 5, 7 sind auf einer Leiterplatte 13 angeordnet. Durch die dünnere Leuchtstoffschicht 3 ist die Leuchtstoffschicht für UV-Licht durchlässiger.
4 zeigt das Spektrum des Lichts, das mit der Beleuchtungsvorrichtung 1 aus 3 erzeugt wird. Im oberen Drittel ist das Mischspektrum abgebildet. Im mittleren Drittel ist das Emissionsspektrum der warmweißen Leuchtdiode 5 abgebildet. Im unteren Drittel ist das Emissionsspektrum der Leuchtstoffschicht 3 mit einer Leuchtstoffmischung abgebildet, die kaltweißes Licht emittiert und ein Teil des UV-Lichtes durchlässt. Im oberen Drittel und im unteren Drittel kann man deutlich den ultravioletten Anteil am Spektrum erkennen, der von der dünneren Leuchtstoffschicht 3 durchgelassen wird.
5 zeigt die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung 1 mit einer Leuchtstoffschicht 3, die zusätzlich einen NIR-Emitter 17 aufweist, oder wie in der 5 als zusätzliche Leuchtstoffschicht mit NIR-Emitter 17 ausgebildet ist, warmweiße Leuchtdioden 5, blauen Leuchtdioden 15 und ultraviolette Leuchtdioden 7. Die Endstücke 9 grenzen an die äußere Begrenzung 11 der Beleuchtungsvorrichtung 1 an. Die Leuchtdioden 5, 7 sind auf einer Leiterplatte 13 angeordnet. Durch die blauen Leuchtdioden 15 wird der NIR-Emitter 17 (Leuchtstoff) zur Emission angeregt.
6 zeigt das Spektrum des Lichts, das mit der Beleuchtungsvorrichtung 1 aus 5 erzeugt wird. Im oberen Fünftel ist das Mischspektrum des NIR-Emitters, des kaltweißen Leuchtstoffs und der warmweißen Leuchtdiode 5 abgebildet. Im zweiten Spektrum von oben ist das Mischspektrum des kaltweißen Leuchtstoffs und der warmweißen Leuchtdiode 5 abgebildet. Im dritten Spektrum von oben ist das Emissionsspektrum des NIR-Leuchtstoffes bei Anregung ausschließlich durch die blaue Leuchtdiode 15 abgebildet. Im vierten Spektrum von oben ist das Emissionsspektrum der warmweißen Leuchtdiode 5 abgebildet. Im unteren Drittel ist das Emissionsspektrum der Leuchtstoffschicht 3 mit einer Leuchtstoffmischung abgebildet, die kaltweißes Licht emittiert. Im ersten Spektrum von oben kann man deutlich den NIR-Anteil am Spektrum erkennen, der von Leuchtstoffschicht 3 emittiert wird.
Ausführungsbeispiel
Bei einer handelsüblichen Retrofit-Röhre für Fassungen von handelsüblichen Fluoreszenz-Leuchtstoffröhren wurde das Endstück vorsichtig abgetrennt. Das Glas der Röhre war innen nicht beschichtet und klar.
Anschließend wurde eine Leuchtstoffmischung folgender Zusammensetzung hergestellt:

BaMgAl₁₁O₁₇:Eu²⁺ (blau) 5,4 g

BaMgAl₁₁O₁₇:Eu²⁺,Mn²⁺ (grün) 9 g

Y₂O₂S:Eu³⁺ (rot) 17,6 g
Diese 32 g Leuchtstoffmischung wurden mit 0,3 g Dispergierhilfsmittel Dispex^® versetzt. Diese Mischung wurde auf 100 g Gesamtgewicht mit Wasser aufgefüllt.
Die Leuchtstoffe wurden mit üblichen Verfahren dispergiert. Anschließend wurden die Leuchtstoffe im Wasser durch Rühren deagglomeriert. Die Dispersion wurde dann mit 0,3 g Al₂O₃ (Alon-C^®) als anorganischem Bindemittel versetzt und verrührt, bis die Zusammensetzung homogen aussah.
Diese Dispersion wurde dann in die Röhre aus Glas gegeben und geschwenkt, bis die gesamte Oberfläche benetzt war. Die überschüssige Zusammensetzung wurde ausgeschüttet und die Röhre offen über Nacht getrocknet. Anschließend wurde die Röhre bei 510°C für 3 h gebrannt. Dadurch wurde die Beschichtung fest mit dem Glas auf der Innenseite der Röhre verbunden.
Anschließend wurden auf herkömmliche Art je 20 folgender Leuchtdioden gleichmäßig über die gesamte Länge der Röhre innerhalb der Röhre angeordnet und elektrisch angeschlossen:

– OCU-400 UB365 von der Firma osa opto light (UV)
– OCU-440 BE470 von der Firma osa opto light (blau)
– OCU-440 UE365 von der Firma osa opto light (UV)
– Cree^® XLamp^® ML-B LED MLBAWT-A1-0000-000WE7 (warmweiß)

Es wurde auch eine ansonsten übliche elektronische Schaltung eingebaut, mit der die verschiedenen Typen von Leuchtdioden unabhängig voneinander geschaltet werden konnten.
Anschließend wurde das Endstück wieder mit der übrigen Röhre verbunden, so dass die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung entstand.
Die in der vorliegenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein. Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Sie kann im Rahmen der Ansprüche und unter Berücksichtigung der Kenntnisse des zuständigen Fachmanns variiert werden.
Bezugszeichenliste

1: Beleuchtungsvorrichtung
3: Leuchtstoffschicht
5: Warmweiße Leuchtdiode
7: Ultraviolette Leuchtdiode
9: Endstück
11: Äußere Begrenzung
13: Leiterplatte
15: Blaue Leuchtdiode
17: NIR-Emitter / NIR-Leuchtstoff

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2012/145139 A1 [0005]
US 2011/0089830 A1 [0005]
US 8915636 B2 [0006]
US 8610377 B2 [0007]
CN 103038570 A [0007]
WO 2008/134056 A1 [0008]

Claims

Beleuchtungsvorrichtung mit einer Leuchtstoffschicht (3) und wenigstens zwei verschiedenen Leuchtdioden (5, 7), wobei wenigstens eine Leuchtdiode (5, 7) eine ultraviolette Leuchtdiode (7) ist.
Beleuchtungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die verschiedenen Leuchtdioden (5, 7) unabhängig voneinander schaltbar sind.
Beleuchtungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Transmissionsgrad der Leuchtstoffschicht (3) für Licht mit einer Wellenlänge von 480 nm in einem Bereich von 0,5 bis 1 liegt.
Beleuchtungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Leuchtstoff in der Leuchtstoffschicht (3) ein dotiertes Halophosphat, Strontiumborat, Phosphat, Aluminat oder Seltenerdoxysulfid ist.
Beleuchtungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehalt an organischen Substanzen in der Leuchtstoffschicht (3) in einem Bereich von 0 bis 1 Gew.% bezogen auf das Gewicht der Leuchtstoffschicht (3) liegt.
Beleuchtungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungsvorrichtung (1) auch wenigstens eine warmweiße Leuchtdiode (5) aufweist.
Beleuchtungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungsvorrichtung (1) auch wenigstens eine blaue Leuchtdiode (15) aufweist.
Verwendung der Beleuchtungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 – zur Bräunung der Haut, – als Wohlfühllicht, – in der Kosmetik, – für die Tierbeleuchtung, – für die Pflanzenbeleuchtung, – für medizinische Anwendungen, – für Algenreaktoren, oder – für die Tag-/Nachtbeleuchtung.
Verfahren zur Herstellung der Beleuchtungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei in einer Beleuchtungsvorrichtung (1) eine Leuchtstoffschicht (3) und wenigstens zwei verschiedene Leuchtdioden (5, 7) angeordnet werden, wobei a) wenigstens eine Leuchtdiode (5, 7) eine ultraviolette Leuchtdiode (7) ist, und b) die Leuchtstoffe zunächst in Wasser dispergiert werden, c) die Leuchtstoffe in der Dispersion deagglomeriert werden, d) die Dispersion mit einem anorganischen Bindemittel versetzt wird, e) die Beleuchtungsvorrichtung (1) oder ein überwiegender Teil der späteren äußeren Begrenzung der Beleuchtungsvorrichtung (1) auf dem überwiegenden Teil der Innenseite der äußeren Begrenzung der Beleuchtungsvorrichtung (1) mit der Dispersion beschichtet wird, und f) die Beschichtung bei einer Temperatur von wenigstens 400°C behandelt wird.
System aus einer Beleuchtungsvorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 und einer Schaltung, Steuerung oder Fernbedienung.