DE102016011999A1

DE102016011999A1 - Uv-led

Info

Publication number: DE102016011999A1
Application number: DE102016011999.3A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-10-06
Filing date: 2016-10-06
Publication date: 2018-04-12

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, die es gestattet im mittleren ultravioletten und oder nahen ultravioletten und oder sichtbaren und oder infraroten 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 Betrachters. 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 mindestens einer Leuchtdiode oder Laser die im ultravioletten UV Spektralbereich (Maximalintensität der Leuchtdiode bei Wellenlängen < 380 nm) einzelne oder 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 im z. B. mittleren 280–315 nm und nahen Ultravioletten 315–380 nm zu emittieren.
In der Patentschriften wie EP1104799 , JP2003-515665 , US20070040152 , US5110768 und US4944930 beschreiben ein oder mehrere „orange Phosphor” Lumineszenzfarbstoffe, die mehr oder minder geeignet sind noch in nahem Infrarotem Spektralbereich zu emittieren. In Leuchtstoffröhren werden bereits die Lumineszenzfarbstoffe: GdPO4:Ce3+, Lu3Al5O12:Pr3+, YBO3:Pr3+, Y3Al5O12:Pr3+, LaPO4:Ce3+, LaMgAl11O19:Ce3+, YPO4:Ce3+, Sr2MgSi2O7:Pb2+ oder SrB4O7:Eu2+ verwendet um ein breitbandige Strahlung im nahen oder mittleren Ultravioletten zu erzeugen. Eine Leuchtstoffröhre hat aber gegenüber einer Leuchtdiode z. B.: hinsichtlich der elektrischen Ansteuerung oder Lebensdauer Nachteile.
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 mehreren Leuchtdioden mit erhöhtem Fertigungsaufwand verbunden.
Darstellung der Erfindung
Es ist wünschenswert, dass die Lichtquelle nicht durch thermisch bedingte Wellenlängenverschiebung der Leuchtdiode verändert wird. Thermisch bedingte Wellenlängenverschiebungen des anregenden Anteils wirken sich auf die Lumineszenzfarbstoffe des bestrahlten Objektes nicht gravierend aus, da die gesamte Leistung der Lichtquelle im anregenden Bereich je nach deren Absorptionskoeffizienten und Quantenwirkungsgrad der Lumineszenzfarbstoffe zur Emission beiträgt.
So wurde gefunden dass z. B. die Absorption und der Quantenwirkungsgrad von LaMgAl11O19:Ce3+, so effizient ist, dass dieser Lumineszenzfarbstoff dazu in der Lage ist die gesamte Strahlungsleistung im fernen ultravioletten Bereich (200 nm–280 nm), unabhängig einer spektralen thermischen Verschiebung der anregenden Leuchtdiode, zu absorbieren und sehr gut in den mittleren und nahen Spektralbereich zu emittieren. Da diese Emissionswellenlänge des LaMgAl11O19:Ce3+, bei 361 nm liegt lässt sich diese Emission zur Anregung von weiteren Lumineszenzfarbstoffen nutzen. Bereits mit LaMgAl11O19:Ce3+, alleine als Lumineszenzfarbstoff in Kombination mit einer Leuchtdiode, die diesen Lumineszenzfarbstoff im fernen ultravioletten Bereich anregt, ist es also möglich eine wellenlängenstabilisierte Leuchtdiode zu erstellen die im mittleren und nahen ultravioletten Spektralbereich abstrahlt.
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 einen weiten 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 275 nm und den Lumineszenzfarbstoff LaMgAl11O19:Ce3+, 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 [0003]
JP 2003-515665 [0003]
US 20070040152 [0003]
US 5110768 [0003]
US 4944930 [0003]
DE 102005059362 [0004]

Claims

Vorrichtung zur Erzeugung einer elektromagnetischen Strahlung bestehend aus einer Lichtquelle bestehend aus mindestens einer Leuchtdiode die mit einer maximalen Intensität bei einer Wellenlänge < 380 nm emittiert oder mindestens einem Laser der mit einer maximalen Intensität bei einer Wellenlänge < 380 nm emittiert und ein oder mehrere Lumineszenzfarbstoffen von denen zumindest ein Lumineszenzfarbstoff GdPO4:Ce3+, Lu3Al5O12:Pr3+, YBO3:Pr3+, Y3Al5O12:Pr3+, LaPO4:Ce3+, LaMgAl11O19:Ce3+, YPO4:Ce3+, Sr2MgSi2O7:Pb2+, SrB4O7:Eu2+ ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lumineszenzfarbstoff bevorzugt LaMgAl11O19:Ce3+ 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.