DE102015101413A1

DE102015101413A1 - Leuchtmittel mit veränderbarer Emission und Verfahren zum gesteuerten Verändern des Farbeindrucks einer Lichtquelle

Info

Publication number: DE102015101413A1
Application number: DE102015101413.0A
Authority: DE
Inventors: Franziska Steudel; Peter Nolte; Stefan Schweizer
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2015-01-30
Filing date: 2015-01-30
Publication date: 2016-08-04
Anticipated expiration: 2035-01-31
Also published as: DE102015101413B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Leuchtmittel, umfassend eine monochromatische Lichtquelle sowie ein in eine transluzente Matrix eingebettetes lumineszierendes Material, das im von der Lichtquelle emittierten Strahl angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das lumineszierende Material aus mindestens zwei unterschiedlichen lumineszierenden Leuchtstoffen besteht, die unter Ausbildung unterschiedlicher lumineszenzaktiver Zentren in die Matrix eingebettet sind, und ein Mittel vorhanden ist, das den energetischen Zustand der lumineszenzaktiven Zentren verändern kann. Bei diesem Mittel kann es sich um ein Heiz- oder Kühlelement, das die transluzente Matrix erwärmen oder kühlen kann, oder um die genannte monochromatische Lichtquelle handeln, die alternativ oder kumulativ monochromatisches Licht zweier oder mehrerer Wellenlängen emittieren kann.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Leuchtmittel, dessen Emission reversibel und kontrolliert verändert werden kann. Die Veränderung des Farbeindrucks wird dadurch bewirkt, dass das Leuchtmittel mindestens zwei verschiedene Stoffe mit unterschiedlichen Lumineszenzeigenschaften aufweist, so dass unterschiedliche lumineszenzaktive Zentren im Leuchtmittel vorhanden sind. Für die Erfindung wird die Tatsache genutzt, dass sich die Intensität der Lumineszenz der verschiedenen Zentren bei der Veränderung von energetischen Bedingungen wie der Temperatur oder der eingestrahlten Lichtwellenlänge unterschiedlich verändert, so dass sich das Verhältnis der Intensität der emittierten, hauptsächlich vom Auge wahrgenommenen Wellenlängen und damit der vom Auge empfangene und im Gehirn verarbeitete Farbeindruck verändert.
Die Farbmischung zur Gestaltung des Farbeindruckes ist bei vielen Anwendungen von enormer Bedeutung. Speziell in der Beleuchtung spielt die Wahl der „richtigen“ Farbe eine entscheidende Rolle. Das gilt insbesondere für LEDs („light emitting diodes“, Leuchtdioden). Die Halbleiterbauelemente, die in Hochleistungs-LEDs verwendet werden, emittieren Licht nur in einem sehr schmalen Spektrum. Um Leuchtmittel mit einem breiteren (nicht zwingend weißen) Spektrum zu erhalten, werden diese schmalbandigen Emitter mit einem Leuchtstoff kombiniert, der einen Teil der Strahlung in einen anderen Wellenlängenbereich konvertiert. Die zurzeit verwendeten Leuchtstoffe bestehen in der Regel aus einem Matrixmaterial, das mit einem Element oder mehreren Elementen aus den Gruppen der Seltenen Erdmetalle oder der Hauptgruppen- oder der Übergangsmetalle dotiert ist. Die Farbe der LED ergibt sich aus dem kombinierten Spektrum von Halbleiter und Leuchtstoff. Der Vorschlag, eine Matrix mit mehreren verschiedene Kationen zu dotieren, um das Auftreten von Energietransfers zwischen den Dotanden zu nutzen, ist nicht neu, aber in der aktuellen Leuchtstoffforschung weit verbreitet, siehe Z. Wang et al., Ceramics International 40, 15283–292 (2014). Das Emissionsspektrum eines derartigen kombinierten Leuchtmittels und damit sein Farbeindruck werden bei der Herstellung fest eingestellt; sie können im Nachhinein nicht gezielt verändert werden.
Es sind bereits Vorschläge gemacht worden, wie sich das Licht von LED-Lichtquellen modifizieren lassen könnte. In WO 2013/028632 A1 wird ein Verfahren zum Farbmischen in emittierenden Beleuchtungskörpern offenbart, bei dem mehrere, verschiedenfarbiges Licht emittierende Dioden (meist Rot, Grün und Blau) in der Summe mit konstantem Strom beaufschlagt werden, wobei der Strom geteilt und die jeweiligen Anteile über eine Steuerung in unterschiedlichen Verhältnissen an die Dioden abgegeben werden. Durch die unterschiedlichen Intensitäten der Lichtemission bei unterschiedlicher Versorgung der jeweiligen Dioden mit Strom wird der Farbeindruck verändert. Aus WO 2014/074842 ist bekannt, Arrays derartiger verschiedenfarbiger Dioden mit speziell geformten Lichtröhren und Reflektoren zu kombinieren, um uniformes oder annähernd uniformes Licht beliebiger Farbe (z. B. weiß) und engen Strahlwinkeln zu erzeugen. Bei solchen Optiken entsteht allerdings meist für variable Abstände kein einheitlicher Farbeindruck.
Eine Weiterentwicklung der vorgenannten Vorrichtungen kann der US 2014/0034991 entnommen werden. Hier wird vorgeschlagen, verschiedene LED-Submodule in Vertiefungen auf einem Substrat mit hoher thermischer Leitfähigkeit anzuordnen und jeweils über den Oberflächen der LEDs wellenlängenkonvertierende Elemente anzubringen. Durch Auswahl eines jeweils korrekten Anteils an Licht aus den verschiedenen LEDs durch ein Steuersystem wird bei Kombination der emittierten Strahlungen ein breites weißes Emissionsspektrum erzielt. Durch ein Kontrollsystem, das die einzelnen LEDs mit der gewünschten Strommenge oder der gewünschten Spannung versorgt, lässt sich eine vordefinierte Farbvariation erreichen.
Die Anpassung des Farbeindruckes durch Modifikation des Leuchtstoffes ist im Stand der Technik eher selten. Ein diesbezüglicher Ansatz ist US 2014/264402 A1 zu entnehmen, der auf der Variation der Dicke des Leuchtstoffes beruht. Hier wird jeweils der gleiche Leuchtstoff in unterschiedlichen Dicken auf identische blaue LED-Chips appliziert und entsprechend die gewünschte Kombination angesteuert. Dies ermöglicht allerdings nur die Einstellung der Farbtemperatur von „Kaltweiß“ bis „Warmweiß“.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Leuchtmittel bereitzustellen, dessen Farbeindruck im Betrieb, also nach seiner Herstellung und seinem Verkauf, z. B. vom Endverbraucher gezielt eingestellt bzw. reversibel verändert werden kann. Aufgabe der Erfindung ist es außerdem, ein Arbeitsverfahren bereitzustellen, mit dem sich die genannte Einstellung bzw. Veränderung erreichen lässt. Unter „Farbeindruck“ ist dabei zu verstehen, dass die Wahrnehmung unterschiedlicher Farbtöne auch weit ab von der „Farbe Weiß“ möglich sein soll. Dies lässt sich beispielsweise über die CIE-Normfarbtafel und deren Weißlichtpunkt beschreiben: Die Erfindung ist vor allem zur Variation von Farbeindrücken geeignet, die durch Licht mit einer Zusammensetzung hervorgerufen werden, das durch einen Punkt auf der CIE-Normfarbtafel mit einem Abstand von 0,05 oder mehr und insbesondere von 0,10 oder mehr in x- und in y-Richtung vom Weißlichtpunkt definiert ist.
In Lösung der Aufgabe wird ein Leuchtmittel bereitgestellt, das eine monochromatische Lichtquelle sowie ein in eine transluzente Matrix eingebettetes lumineszierendes Material umfasst, das im von der Lichtquelle emittierten Strahl angeordnet ist. Das lumineszierende Material umfasst zwei oder mehr unterschiedliche lumineszierende Verbindungen, Ionen oder sonstige Leuchtstoffe, deren Lumineszenz auf quantenphysikalischen Effekten bei der Lichtanregung beruht.
Durch das Einbetten der unterschiedlichen Leuchtstoffe in die transluzente Matrix enthält die Matrix mindestens zwei unterschiedliche lumineszenzaktive Zentren. Der aus der Lichtquelle austretende Lichtstrahl trifft auf diese Zentren und regt sie an. Beim Zurückfallen der Zentren aus dem angeregten Zustand auf ein niedrigeres Energie-Niveau werden Photonen emittiert. Es entsteht ein Farbeindruck, der durch die Kombination der Emission der unterschiedlichen lumineszenzaktiven Zentren bestimmt wird.
Als transluzente Matrix eignen sich vor allem anorganische Materialien, auch wenn organische Matrices wie z. B. Silikon, Epoxidharz, Polyurethan oder Polyacrylat nicht ausgeschlossen sind. Insbesondere anorganische Gläser sind günstig, da lumineszierende Ionen in Schmelzen der entsprechenden Gläser eingearbeitet werden können, beispielsweise in Form ihrer Oxide. Die Art der Gläser ist prinzipiell nicht beschränkt, da die meisten Gläser eine hohe Transmission im sichtbaren Spektralbereich aufweisen. So können oxidische (phosphatische Gläser, silikatische Gläser, Boratgläser), aber auch nicht-oxidische (Halogenid- und Chalkogenid-)Gläser als Matrix dienen; niedriger schmelzende Gläser haben dabei den Vorteil, dass die Herstellung der dotierten Matrix weniger energieaufwändig ist. Neben Gläsern können auch anorganische kristalline Stoffe eingesetzt werden wie schwermetalldotierte Sulfide oder Aluminate.
Als Leuchtstoffe eignen sich neben organischen Leuchtstoffen (die meist eher für die Einarbeitung in organische Matrices geeignet sind) vor allem anorganische Substanzen, darunter im sichtbaren Spektralbereich lumineszierende Ionen aus der Gruppe der Seltenen Erdmetalle (wie Ce³⁺, Sm³⁺, Pr³⁺, Dy³⁺, Tb³⁺, Eu^2+/3+, Er³⁺, Tm³⁺, Yb^2+/3+ und dgl.) und andere Metallionen, darunter insbesondere (Übergangs-)Metallionen (wie Cr³⁺, Mn^2+/4+, Ti³⁺, und dgl.), aber auch Metallionen der Hauptgruppenelemente wie Bi³⁺ oder Pb²⁺. Auch Halbleiter-Quantenpunkte wie CdS, CdSe, InP, ZnSe und dgl. sind geeignet. Die Leuchtstoffe werden der Matrix in geeigneter Menge zugesetzt, die der Fachmann leicht ermitteln kann; diese liegt häufig bei 0,05–5 Mol%, vorzugsweise bei 0,1–2 Mol-% pro Leuchtstoff, bezogen auf das Gesamtmaterial aus Matrix und Leuchtstoff.
Die Matrix kann die Form einer flachen oder ggf. an die Form der Lichtquelle angepassten Scheibe haben, die auf die Lichtquelle aufgelegt, mit einem transluzenten Kleber mit ihr verklebt oder auf sie aufgeschmolzen wird. Andere Verbindungen zwischen Lichtquelle und Scheibe und sind ebenfalls möglich. Es ist dabei nicht zwingend erforderlich, dass die Matrix in unmittelbarer Nachbarschaft zur Lichtquelle angeordnet ist; stattdessen kann sie auch zu dieser beabstandet sein. Das Aufschmelzen einer Glasmatrix auf die Lichtquelle hat den Vorteil, dass die Oberseite der Lichtquelle, aus der das Licht austritt, nicht eben sein muss und außerdem hierdurch gegen die Umgebungsatmosphäre abgedichtet werden kann.
Als Lichtquelle eignen sich alle Lichtquellen, die monochromatisches Licht emittieren, das kurzwelliger ist als zumindest der langwellige Bereich des sichtbaren Lichts. Günstig sind Bereiche zwischen ca. 300 und 500 nm. Dem Fachmann sind die Wellenlängen, mit denen sich lumineszenzaktive Zentren anregen lassen, bekannt. Als Lichtquellen eignen sich insbesondere LEDs (organische und insbesondere anorganische LEDs), Laserdioden und Laser. Anorganische LED-Chips sind besonders günstig; sie sind leicht erhältlich, haben eine plane Oberfläche und besitzen eine enge Halbwertsbreite der Emission von ca. 15 bis 20 nm.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben sich die Tatsache zunutze gemacht, dass die Intensität der Lumineszenzstrahlung von lumineszierenden Zentren in einer Matrix von den herrschenden energetischen Bedingungen, wie Temperatur und Anregungswellenlänge, abhängt. Verändern sich diese Bedingungen, so verändert sich auch die Helligkeit der Strahlung. Derartige Veränderungen sind bei allen Leuchtstoffen materialspezifisch. Dabei nimmt die Emission verschiedener lumineszierender Zentren bei steigendem Energieeintrag nicht in gleichem Maße zu, so dass sich die Relation der Emissionsintensität solcher Zentren zueinander verschiebt. Das hat zur Folge, dass sich das Verhältnis der Intensität der emittierten, hauptsächlich vom Auge wahrgenommenen Wellenlängen und damit der vom Auge empfangene und im Gehirn verarbeitete Farbeindruck verändert. Die Erfindung stellt Mittel bereit, mit denen sich der Energiezustand der Zentren verändern lässt, und zwar entweder unabhängig von der Einstrahlung, beispielsweise durch eine Veränderung der Temperatur, oder durch eine Veränderung bei der Anregung, beispielsweise durch eine Veränderung der Anregungswellenlänge.
In einer ersten Ausgestaltung der Erfindung wird der Effekt genutzt, dass die Quantenausbeute und damit die Helligkeit von Leuchtstoffen von ihrer Temperatur abhängen. Dieses Temperaturverhalten ist dotierelementspezifisch und erfolgt kontinuierlich. Durch Kombination von zwei oder mehr verschiedenen Dotierungen (lumineszenzaktiven Zentren) innerhalb eines Matrixmaterials, die jeweils einzeln unterschiedliche Farbeindrücke liefern, kann mittels Temperaturänderung die Emission zwischen diesen beiden verschoben werden. Der Vorgang ist reversibel. Dementsprechend ist erfindungsgemäß ein Mittel vorgesehen, das die Temperatur des in die transluzente Matrix eingebetteten lumineszierenden Materials verändern und diese Veränderung steuern kann.
Die elementspezifische Temperaturabhängigkeit der Emissionsintensität von Leuchtstoffen ist am Beispiel eines Tb³⁺ und Eu³⁺-dotierten Leuchtstoffes in 1 für drei verschiedene Temperaturen dargestellt. Als Matrix diente eine Basisglaszusammensetzung aus 33,33 Mol-% BaO und 66,67 Mol-% B₂O₂. Diese Zusammensetzung war mit 0,1 Mol-% Eu₂O₃ und 1 Mol-% Tb₂O₃ dotiert, sodass der Anteil an BaO in der Endzusammensetzung bei 32,967 Mol-% und der Anteil an B₂O₃ bei 65,933 Mol-% lag. Die Figur zeigt die Emissionsspektren unter 376 nm Anregung bei 300 K (durchgezogene Linie), 600 K (gestrichelte Linie) und 800 K (gepunktete Linie). Besonders treten die Emissionen bei 543 und 611 nm hervor. Die Emission bei 543 nm (grün) stammt von Tb³⁺ und die bei 611 nm (rot) von Eu³⁺. Erfolgt die Lumineszenz-Messung bei Raumtemperatur (300 K), so dominiert die Emission von Eu³⁺ das Spektrum. Bei 600 K nimmt die Emission von Tb³⁺ im Vergleich zu Eu³⁺ zu und bei 800 K ist diejenige von Tb³⁺ die dominierende Emission im Spektrum.
Die Verschiebung der Emission zwischen den Ionen aus der Gruppe der Seltenen Erdmetalle zeigt sich deutlich im CIE-Diagramm (2). Dargestellt sind der Weißpunkt E (bei ca. x = 0,33/y = 0,33) und die Positionen der Emission eines Tb³⁺/Eu³⁺ doppel-dotierten Leuchtstoffes bei verschiedenen Temperaturen (angegeben in Kelvin (K)) mit jeweils gleicher Anregung bei 376 nm. Ein nur Tb³⁺ dotierter Leuchtstoff hat die Emission im grünen Spektralbereich, für Eu³⁺ liegt sie im roten Spektralbereich. Bei der Dotierung mit beiden Seltenen Erdmetallen überwiegt bei Raumtemperatur die Emission von Eu³⁺ im roten Spektralbereich, die sich für hohe Temperaturen zum grünen Spektralbereich verschiebt. Für beispielsweise drei Ionen aus der Gruppe der Seltenen Erdmetalle würde sich ein Dreieck ergeben, innerhalb dessen der Farbeindruck variiert werden kann.
3 zeigt das Blockdiagramm einer Ausführungsform eines temperatursteuerbaren Leuchtmittels. Die Anregungsquelle 301 regt den Leuchtstoff 302 an. Die Temperatur des Leuchtstoffes kann durch ein Heizelement 303 eingestellt werden. Das Heizelement ist vorzugsweise gegenüber der Leuchtquelle isoliert. Wenn beispielsweise eine Lichtquelle wie z. B. eine LED verwendet wird, auf der eine mit lumineszenzaktiven Zentren dotierte Glasplatte liegt, kann das Heizelement seitlich neben der Matrix, beispielsweise einer Glasplatte mit den verschiedenen lumineszenzaktiven Zentren, angeordnet werden und nur in thermischem Kontakt mit der Glasplatte stehen. Eine alternative Anordnung umfasst eine Lichtquelle, beispielsweise eine LED, aus der Licht seitlich ausgekoppelt und in einen Körper eingestrahlt wird, der aus der genannten lichtdurchlässigen Matrix mit den darin eingebetteten lumineszenzaktiven Zentren besteht, wobei der Körper in thermischem Kontakt mit einer Heizquelle steht. Gegebenenfalls können thermisch leitende Elemente durch die Glasplatte führen, beispielsweise dünne metallische Drähte.
In einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung wird die Wellenlänge des Anregungslichts zur Steuerung des Farbeindrucks des Leuchtmittels genutzt. Bei mehrfach-dotierten Leuchtstoffen hängt der Farbeindruck von der Anregungswellenlänge ab. Hier ist die monochromatische Lichtquelle so ausgestaltet, dass sie monochromatisches Licht unterschiedlicher Wellenlängen emittieren kann. Am Beispiel eines Tb³⁺ und Eu³⁺-dotierten Leuchtstoffes ist der Einfluss der Anregungswellenlänge auf die Emission bei Raumtemperatur im CIE-Diagramm in 4 dargestellt. Für die Glasmatrix wurde dasselbe Material verwendet wie für das Beispiel, das die thermische Steuerung des Farbeindrucks illustriert. Die Dotierung lag in diesem Fall jedoch bei 2 Mol-% Tb₂O₃ und 1 Mol-% Eu₂O₃. Unter Anregung mit einer Wellenlänge von 350 nm emittiert der Leuchtstoff im grünen, bei 390 nm Anregungswellenlänge im roten Spektralbereich. Somit kann durch ein Umschalten der Anregungswellenlänge von 350 nm auf 390 nm der Farbeindruck von Grün auf Rot geändert werden.
Soll im angeführten Materialsystem der Wechsel zwischen Emissionen im gelben und roten Spektralbereich erfolgen, so muss der Wechsel der Anregungswellenlänge von 380 nm auf 390 nm erfolgen. Eine Anregung mit drei verschiedenen Quellen (350 nm, 380 nm und 390 nm) ermöglicht in diesem Beispiel eine Farbänderung von Rot, Grün und Gelb. Für eine Dotierung beispielsweise mit drei verschiedenen Ionen aus der Gruppe der Seltenen Erdmetallen ergibt sich ein Dreieck im CIE-Diagramm, innerhalb dessen der Farbeindruck entsprechend der Anregung eingestellt werden kann.
Als Mittel zur Veränderung des Energiezustands der lumineszenzaktiven Zentren dient in dieser Ausführungsform eine Lichtquelle, die monochromatisches Licht mindestens zwei unterschiedlicher Wellenlängen aussenden kann. Eine solche Lichtquelle kann beispielsweise durch eine Kombination mehrerer Einzel-Lichtquellen wie unterschiedliche LED-Chips realisiert werden, die jeweils bei unterschiedlichen Wellenlängen emittieren. 5 zeigt das Blockdiagramm eines Leuchtstoffes in einer derartigen Ausführungsform mit unterschiedlichen Anregungen, die von zwei unterschiedlichen Anregungsquellen erzeugt werden. Die Anregungsquellen 501 und 503 regen den Leuchtstoff 502 an. Dabei erfolgt die Anregung nicht gleichzeitig, sondern es kann zwischen beiden Anregungsquellen umgeschaltet werden.
In beiden Ausführungsbeispielen erfolgt die Anregung monochromatisch. Als Anregungsquelle kann in allen Fällen eine LED (bzw. eine Kombination von LEDs mit unterschiedlichen Emissionswellenlängen), eine Laserdiode oder ein Laser dienen.
Die voranstehenden grundlegenden Erläuterungen wurden anhand von Beispielen illustriert, in denen dreiwertiges Europium und dreiwertiges Terbium als lumineszenzaktive Zentren in spezifischen Molverhältnissen und in spezifischen Konzentrationen eingesetzt wurden. Aus den Erläuterungen sollte jedoch unmissverständlich hervorgehen, dass sowohl das Molverhältnis als auch die Konzentration je nach Bedarf und nach Wunsch vom Fachmann gewählt werden kann, der sich hierfür an den jeweiligen Spektren und deren Intensität unter bestimmten Bedingungen orientieren kann. Gleiches gilt, wenn anstelle dieser Seltenen Erdmetallionen andere (Übergangs-)Metallionen oder Halbleiter-Quantenpunkte eingesetzt werden sollen. Die Position der Emission (integriert über das gesamte Emissionsspektrum) im CIE-Diagramm ist als Beispiel für die Seltenen Erdmetallionen Sm³⁺, Pr³⁺, Dy³⁺, Tb³⁺, Eu³⁺ und Eu²⁺ in 6 gezeigt. Beispielhaft sind die Emissionsspektren von Eu²⁺ und Sm³⁺ in 7 und die Emissionsspektren von Dy³⁺ und Pr³⁺ in 8 übereinandergelegt. Kombinationen von insbesondere zwei, aber auch drei oder mehr der Seltenen Erdmetallionen, die in 6 gezeigt sind, sind für die vorliegende Erfindung bevorzugt; als besonders bevorzugt sind die Kombinationen von Tb³⁺ mit Eu³⁺ oder Pr³⁺, Mn²⁺ mit Eu²⁺ oder Cr³⁺ und Dy³⁺ mit Eu²⁺ hervorzuheben.
Damit stellt die Erfindung Mittel bereit, mit denen der Farbeindruck eines Leuchtstoffes reversibel verändert und an jeweilige Wünsche oder Erfordernisse angepasst werden kann. Durch die Temperatursteuerung des Leuchtstoffes ist eine kontinuierliche Anpassung des Farbeindruckes, also ein Farbverlauf möglich, während die Anregung eines Leuchtstoffes mit unterschiedlichen Wellenlängen das schnelle Umschalten zwischen verschiedenen Farbeindrücken ermöglicht. Die Modifikation des Farbeindruckes eines Leuchtstoffes kann in nahezu jeder Beleuchtungslösung zum Einsatz kommen. Sie ermöglicht dem Anwender ein manuelles Steuern des Lichtes, bei Einbau in eine elektronische Steuerung auch eine Automatisierung dieses Vorgangs. Die thermische Modifikation des Farbeindruckes kann aber auch zur Simulation eines Lichtverlaufes, beispielsweise des Tageslichtes eingesetzt werden. Das Umschalten verschiedener Anregungsquellen ermöglicht einen schnellen Farbwechsel von Beleuchtungseinrichtungen um mehr Aufmerksamkeit zu erregen, zum Beispiel bei Kontrollleuchten.
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

WO 2013/028632 A1 [0003]
WO 2014/074842 [0003]
US 2014/0034991 [0004]
US 2014/264402 A1 [0005]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Z. Wang et al., Ceramics International 40, 15283–292 (2014) [0002]

Claims

Leuchtmittel, umfassend eine monochromatische Lichtquelle sowie ein in eine transluzente Matrix eingebettetes lumineszierendes Material, das im von der Lichtquelle emittierten Strahl angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das lumineszierende Material aus mindestens zwei unterschiedlichen lumineszierenden Leuchtstoffen besteht, die unter Ausbildung unterschiedlicher lumineszenzaktiver Zentren in die Matrix eingebettet sind, und ein Mittel vorhanden ist, das den energetischen Zustand der lumineszenzaktiven Zentren verändern kann.
Leuchtmittel nach Anspruch 1, worin das lumineszierende Material Metallionen aus der Gruppe der Seltenen Erden, der Übergangsmetallionen und der Hauptgruppenelemente und/oder Halbleiter-Quantenpunkte enthält.
Leuchtmittel nach Anspruch 2, worin die Metallionen ausgewählt sind unter Ce³⁺, Sm³⁺, Pr³⁺, Dy³⁺, Tb³⁺, Eu²⁺, Eu³⁺, Er³⁺, Tm³⁺, Yb²⁺, Yb³⁺, Cr³⁺, Mn²⁺, Mn⁴⁺, Bi³⁺, Pb²⁺ und Ti³⁺ und/oder worin die Halbleiter-Quantenpunkte ausgewählt sind unter CdS, CdSe, InP und ZnSe.
Leuchtmittel nach einem der voranstehenden Ansprüche, worin das lumineszierende Material aus mindestens drei unterschiedlichen lumineszierenden Leuchtstoffen besteht.
Leuchtmittel nach einem der voranstehenden Ansprüche, worin die transluzente Matrix eine anorganische Glasmatrix ist, die vorzugsweise ausgewählt ist unter phosphatischen Gläsern, silikatischen Gläsern, Boratgläsern, Halogenid- und Chalkogenidgläsern, oder worin die transluzente Matrix ein anorganisches, kristallines oder teilkristallines Material ist.
Leuchtmittel nach Anspruch 5, worin die anorganische Glasmatrix ein dreidimensionaler Körper ist, der insbesondere die Form einer Scheibe besitzt, wobei der Körper auf eine Oberfläche der monochromatischen Lichtquelle oder auf ein Gehäuse der monochromatischen Lichtquelle aufgelegt oder aufgeklebt ist oder worin der Körper auf eine Oberfläche der monochromatischen Lichtquelle oder auf ein Gehäuse der monochromatischen Lichtquelle aufgeschmolzen ist.
Leuchtmittel nach einem der voranstehenden Ansprüche, worin das Mittel, das den energetischen Zustand der lumineszenzaktiven Zentren verändern kann, ein Heiz- oder Kühlelement ist, das in thermischem Kontakt mit der transluzenten Matrix steht.
Leuchtmittel nach Anspruch 7, worin das Heiz- oder Kühlelement thermisch gegen die momochromatische Lichtquelle isoliert ist.
Leuchtmittel nach Anspruch 7 oder 8, worin das Heiz- oder Kühlelement die transluzente Matrix auf Temperaturen erwärmen oder kühlen kann, die den Bereich zwischen 250 K und 1000 K, vorzugsweise den Bereich zwischen 300 K und 800 K oder einen Teilbereich daraus, insbesondere zwischen 300 K und 650 K, abdecken.
Leuchtmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, worin das Mittel, das den energetischen Zustand der lumineszenzaktiven Zentren verändern kann, die genannte monochromatische Lichtquelle ist, die alternativ oder kumulativ monochromatisches Licht zweier oder mehrerer Wellenlängen emittieren kann.
Leuchtmittel nach Anspruch 10, worin die monochromatische Lichtquelle aus zwei oder mehr Teil-Lichtquellen besteht, die Licht unterschiedlicher Wellenlängen emittieren können, oder eine Lichtquelle ist, deren Emissionswellenlänge verändert werden kann.
Leuchtmittel nach Anspruch 11, worin die monochromatische Lichtquelle aus drei, vier oder fünf Teil-Lichtquellen besteht.
Leuchtmittel nach einem der Ansprüche 10 bis 12, worin die monochromatische Lichtquelle Licht mit Wellenlängen im Bereich zwischen 200 und 500 nm, vorzugsweise im Bereich zwischen 350 und 450 nm, emittieren kann.
Verfahren zum reversiblen Verändern des Leuchteindrucks eines Leuchtmittels, umfassend das Vorsehen von mindestens zwei unterschiedlichen lumineszenzaktiven Zentren in einer lichtdurchlässigen Matrix, das Aktivieren der lumineszenzaktiven Zentren durch eine monochromatische Anregungsstrahlung, wobei die lumineszenzaktiven Zentren Licht emittieren, das einen ersten Leuchteindruck hervorruft, und das kontinuierliche oder diskontinuierliche Verändern dieses Leuchteindrucks in einen zweiten Leuchteindruck oder weitere Leuchteindrücke, indem der energetische Zustand der lumineszenzaktiven Zentren verändert wird.
Verfahren nach Anspruch 14, bei dem der energetische Zustand der lumineszenzaktiven Zentren dadurch verändert wird, dass deren Temperatur kontinuierlich oder diskontinuierlich verändert wird.
Verfahren nach Anspruch 15, worin die Temperatur im Bereich zwischen 250 K und 1000 K, vorzugsweise im Bereich zwischen 300 K und 800 K oder in einem Teilbereich daraus, insbesondere zwischen 300 K und 650 K, variiert wird.
Verfahren nach Anspruch 14, bei dem der energetische Zustand der lumineszenzaktiven Zentren dadurch verändert wird, dass die Wellenlänge der monochromatischen Anregungsstrahlung verändert wird.
Verfahren nach Anspruch 17, worin die Wellenlänge der monochromatischen Anregungsstrahlung im Bereich zwischen 200 und 500 nm, vorzugsweise im Bereich zwischen 350 und 450 nm verändert wird.