DE112017002296T5 - Leuchtstoffmaterialien für Lichtquellen und Verfahren zum Fluid machen der gleichen - Google Patents

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Abstract

Ein Verfahren schließt das Erhalten eines Pulvers auf Kaliumhexafluorsilicatbasis (PFS), das Erhalten eines fluid machenden Materials und das Mischen des PFS-basierten Pulvers mit dem fluid machenden Material ein, um eine PFS-basierte Mischung zu bilden. Die PFS-basierte Mischung ist dazu ausgebildet, mit einem Harzmaterial gemischt zu werden, um eine fließende Leuchtstoffmischung zu bilden, welche dazu eingerichtet ist, auf einer Lichtquelle platziert zu werden, um einen Leuchtstoff auf der Lichtquelle zu bilden.

Description

  • QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
  • Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Anmeldung Nr. 62 / 330,401 , die am 02. Mai 2016 eingereicht wurde und deren gesamte Offenbarung hierin durch Bezugnahme eingeschlossen ist.
  • HINTERGRUND
  • Einige Lichtquellen umfassen Leuchtstoffkörper, die auf oder in der Nähe der Lichtquellen angeordnet sind. Diese Leuchtstoffkörper oder Leuchtstoffe empfangen wenigstens einen Teil des von den Lichtquellen erzeugten Lichts. Das empfangene Licht bewirkt, dass die Leuchtstoffe Licht emittieren. Zum Beispiel enthalten einige lichtemittierende Dioden (LEDs) rot emittierende Leuchtstoffe, die von den LEDs erzeugtes Licht empfangen, um Licht zu emittieren.
  • Um die Leuchtstoffe zu erzeugen, kann ein Kaliumhexafluorosilicat (PFS) -basiertes Material mit Silikon gemischt werden. Diese Mischung wird dann auf der LED platziert und zur Bildung des Leuchtstoffs aushärten gelassen. Ein Problem, das beim Mischen des PFS-basierten Materials mit dem Silikon auftreten kann, ist die Aggregation des PFS-basierten Materials zu größeren Klumpen. Zum Beispiel kann das PFS-basierte Material in einer Pulverform vorliegen, die mit dem Silikon gemischt ist. Während des Mischens des PFS-basierten Pulvers in das Silikon kann das Pulver zu größeren Klumpen aggregieren. Elektrostatische Kräfte können diese Aggregation des PFS-basierten Pulvers verursachen.
  • Diese Klumpen können Probleme mit den Leuchtstoffen und beim Bilden der Leuchtstoffe verursachen. Die Klumpen des PFS-basierten Pulvers können die Menge des PFS-Materials reduzieren, das Licht von der Lichtquelle empfängt, da nur der äußere Oberflächenbereich der größeren Klumpen das Licht empfangen kann, während das Innere der Klumpen das Licht nicht empfangen kann. Als ein Ergebnis wird die Menge an Licht, die von dem PFS-Material empfangen wird, um Licht zu erzeugen, das von dem Leuchtstoff emittiert wird, der das PFS-Material enthält, verringert (relativ zu einem Leuchtstoff ohne Klumpen oder mit kleineren Anhäufungen des PFS-Materials). Während der Bildung der Leuchtstoffe können das PFS und die Silikonmischung durch eine Düse oder eine andere Vorrichtung mit einer relativ kleinen Öffnung abgegeben werden. Die Klumpen oder anderen Aggregationen des PFS-Materials in der Mischung können den Fluss der Mischung durch die Düse und aus der Düse auf die LED verstopfen oder anderweitig behindern, wodurch die Bildung der Leuchtstoffe gestört wird. Zusätzlich können die größeren Klumpen des PFS-basierten Pulvers die Fähigkeit des Leuchtstoffs, Wärme abzuleiten (verglichen mit einem Leuchtstoff, der keine Klumpen oder kleinere Klumpen aufweist) verringern und die nutzbare Lebensdauer des Leuchtstoffs verringern.
  • KURZE BESCHREIBUNG
  • In einer Ausführungsform umfasst ein Verfahren das Erhalten eines Kaliumhexafluorosilicats (PFS) -basiertes Pulver, das Erhalten eines fluid machenden Materials und Mischen des PFS-basierten Pulvers mit dem fluid machenden Materials, um eine PFS-basierte Mischung zu bilden. Das PFS-basierte Gemisch ist dazu eingerichtet, dass es mit einem Harzmaterial gemischt wird, um eine fließende Leuchtstoffmischung zu bilden, die dazu eingerichtet ist, auf einer Lichtquelle platziert zu werden, um einen Leuchtstoff auf der Lichtquelle zu bilden.
  • In einer anderen Ausführungsform weist ein Verfahren das Erhalten eines Kaliumhexafluorosilicat (PFS) -basierten Pulvers, das Erhalten eines fluid machenden Metalloxidmaterials und das Mischen des PFS-basierten Pulvers mit dem fluid machenden Metalloxidmaterial, um eine PFS-basierte Mischung zu bilden. Die PFS-basierte Mischung ist dazu eingerichtet, mit einem Harzmaterial gemischt zu werden, um eine Leuchtstoffmischung zu bilden, die dazu eingerichtet ist, um einen Leuchtstoff einer Lichtquelle zu bilden.
  • In einer Ausführungsform wird ein Leuchtstoffkörper bereitgestellt, der aus einem Kaliumhexafluorosilicat (PFS) - basierten Pulver, einem fluid machenden Metalloxidmaterial und einem Harzmaterial gebildet ist.
  • Figurenliste
  • Der hierin beschriebene Gegenstand wird durch das Lesen der folgenden Beschreibung von nicht beschränkenden Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen besser verstanden, wobei im Folgenden:
    • 1 veranschaulicht ein Flussdiagramm einer Ausführungsform eines Verfahrens zum fluid machen von Leuchtstoffmaterialien und optional zum Erzeugen von Leuchtstoffen unter Verwendung von fluid gemachten Leuchtstoffmaterialien;
    • 2 veranschaulicht das Mischen eines PFS-basierten Materials mit einem fluid machenden Material, um eine fluid gemachte PFS-basierte Mischung gemäß einer Ausführungsform zu bilden;
    • 3 veranschaulicht das Mischen der in 2 gezeigten fluid gemachten PFS-basierten Mischung mit einem Harzmaterial gemäß einer Ausführungsform;
    • 4 zeigt das Platzieren einer in 3 gezeigten Leuchtstoffmischung auf einer Lichtquelle gemäß einer Ausführungsform; und
    • 5 zeigt lose Dichten der PFS-basierten Mischung, die in 2 gezeigt ist, und interne Quantenausbeuten oder Quanteneffizienzen (QA) der PFS-basierten Mischung für unterschiedliche Gewichtsprozentanteile an fluid machendem Material in der PFS-basierten Mischung.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • 1 veranschaulicht ein Flussdiagramm einer Ausführungsform eines Verfahrens 100 zum fluid machen von Leuchtstoffmaterialien und optional zum Erzeugen von Leuchtstoff unter Verwendung von fluid gemachten Leuchtstoffmaterialien. Bei 102 wird ein PFS-basiertes Pulver erhalten. Das Pulver auf PFS-Basis kann Kaliumhexafluorsilicat sein, das mit vierwertigem Mangan (Mn 4+) dotiert ist. Alternativ kann eine andere Art von Leuchtstoffmaterial erhalten werden. Das PFS-basierte Material kann in Form eines Pulvers vorliegen, wenn das PFS-basierte Material durch Auflösen eines größeren festen Körpers aus dem PFS-basierten Material erhalten wird, wie durch Mahlen oder Zerkleinern des größeren festen Körpers. In einer Ausführungsform kann das PFS-basierte Material in Form eines Pulvers vorliegen, wenn das PFS-basierte Material einen Durchschnitt oder eine Median der größten äußeren Nicht-Umfangsabmessung oder -durchmessers aufweist, die nicht größer als ein Zehntel eines Millimeters ist.
  • Bei 104 wird ein fluid machendes Material erhalten. Das fluid machende Material enthält in einer Ausführungsform ein Metalloxidpulver. Zum Beispiel kann das fluid machende Material Aluminiumoxid enthalten. Alternativ kann das Fluid machende Material ein anderes Metalloxidpulver oder ein Material wie Siliciumdioxid oder pyrogenes Siliciumdioxid enthalten. Das fluid machende Material kann in einem Pulver bereitgestellt werden, wenn die Partikel des fluid machenden Materials eine sehr kleine Größe aufweisen, wie zum Beispiel ein Durchschnitt oder einen Median der größten äußeren Nicht-Umfangsabmessung oder des Durchmessers, der kleiner als ein Mikrometer ist.
  • Bei 106 wird das fluid machenden Materials mit dem Pulver auf PFS-Basis gemischt, um eine PFS-basierte Mischung. zu bilden. 2 veranschaulicht das Mischen eines PFS-basierten Materials 200 mit einem fluid machenden Material 202, um eine fluid gemachte PFS-basierte Mischung 204 gemäß einer Ausführungsform zu bilden. Die Menge des fluid machenden Materials 202, die in das PFS-basierte Material 200 eingemischt wird, kann relativ klein sein. Zum Beispiel kann das Gesamtgewicht des fluid machenden Materials 202, das mit dem PFS-basierten Material 200 gemischt ist, nicht mehr als 0,1% des Gewichts des PFS-basierten Materials 200 betragen. Alternativ kann das Gesamtgewicht des fluid machenden Materials 202, das mit dem PFS-basierten Material 200 gemischt ist, nicht mehr als 0,08%, nicht mehr als 0,06%, nicht mehr als 0,05%, nicht mehr als 0,04%, nicht mehr als 0,03 % oder nicht mehr als 0,02% des Gewichts des PFS-basierten Materials 200 betragen.
  • Das Verfahren 100 umfasst optional das Vermengen der fluid gemachten PFS-basierten Mischung 204 mit einem Harzmaterial bei 108. 3 veranschaulicht das Vermengen der in 2 gezeigten fluid gemachten PFS-basierten Mischung 204 mit einem Harzmaterial 300 gemäß einer Ausführungsform. Die fluid gemachte Mischung 204 und das Harzmaterial 300 werden kombiniert, um eine fließende Leuchtstoffmischung 302 zu bilden. Die Mischung 302 kann fließen, indem sie zumindest teilweise fluid ist, bis die Mischung 302 zu einem festen Körper aushärtet. In einer Ausführungsform ist das Harzmaterial 300 Silikon, wie zum Beispiel Polydimethylsiloxan. Alternativ kann ein anderes härtbares Harzmaterial verwendet werden.
  • Das Verfahren 100 umfasst optional das Anordnen der Leuchtstoffmischung auf einer Lichtquelle bei 110. 4 veranschaulicht das Anordnen der Leuchtstoffmischung 302 auf einer Lichtquelle 400 gemäß einer Ausführungsform. Die Leuchtstoffmischung 302 kann auf die Lichtquelle 400, wie etwa eine Halbleiterlichtquelle (z. B. eine LED), injiziert werden, indem die Mischung 302 von einem Reservoir 402 durch eine Düse 404 und auf die Lichtquelle 400 injiziert wird. Wahlweise kann die Mischung 302 aus der Düse 404 gesprüht oder anderweitig abgegeben werden. Wie in 4 gezeigt, kann die Mischung 302 die Lichtquelle 400 zumindest teilweise einkapseln. Die Mischung 302 kann dann gehärtet werden, um auf oder über der Lichtquelle 400 zu härten. Die gehärtete Mischung 302 bildet den Leuchtstoff- oder Leuchtstoffkörper auf der Lichtquelle 400, der Licht als Reaktion auf das Empfangen von Licht erzeugt durch die Lichtquelle 400 emittiert.
  • Die Düse 404 kann einen relativ kleinen Auslass oder eine relativ kleine Öffnung aufweisen, durch die die Mischung 302 die Düse 404 verlässt. Der Auslass kann einen Durchmesser von 70 Mikrometer oder kleiner haben. Ohne Hinzufügen des fluid machenden Materials 202 zu dem PFS-basierten Material 200 können Partikel des PFS-basierten Materials 200 in der Mischung 302 den Auslass der Düse 404 verstopfen und verhindern, dass zusätzliche Mischung 302 aus der Düse 404 abgegeben wird. Die Zugabe des fluid machenden Materials 202 zu dem PFS-basierten Material 200 verhindert, dass dieses Verstopfen auftritt.
  • Die Zugabe des fluid machenden Materials 202 zu dem PFS-basierten Material 200 kann die lose Dichte oder Schüttdichte der fluid gemachten PFS-basierten Mischung 204 sogar bei relativ kleinen Mengen des fluid machenden Materials 202 erhöhen. 5 zeigt lose Dichten 500 des PFS-basierten Materials 200 in der PFS-basierten Mischung 204 und interne Quantenausbeuten oder Quanteneffizienzen (QA) 502 der PFS-basierten Mischung 204 für unterschiedliche Gewichtsprozentsätze des fluid machenden Materials 202 in der Mischung 204. Die internen Quantenausbeuten oder - wirkungsgrade können ein Verhältnis der Anzahl von Photonen, die eine Probe der PFS-basierten Mischung verlassen, zu der Anzahl von Photonen, die von der Probe absorbiert werden, darstellen. Die internen Quantenausbeuten oder -wirkungsgrade können mit dem Spektrometer FS5 mit integrierender Kugel, hergestellt von Edinburgh Instruments, gemessen werden. In den in 5 gezeigten Beispielen ist das PFS-basierte Material 200 Kaliumhexafluorsilicat, das mit vierwertigem Mangan dotiert ist, und das fluid machende Material 202 ist Aluminiumoxid.
  • Die losen Dichten 500 und die Quantenausbeuten 502 sind entlang einer horizontalen Achse 504 gezeigt, die für unterschiedliche Gewichtsprozente des Aluminiumoxids in der Mischung 204 statt und entlang einer ersten vertikalen Achse 506, die für verschiedene lose Dichten steht und entlang einer zweiten vertikalen Achse 508, die für unterschiedliche interne Quantenausbeuten oder Wirkungsgrade steht.
  • Wie in 5 gezeigt, erhöht die Zugabe des fluid machenden Materials 202 zu dem PFS-basierten Material 200 die lose Dichte 500 des PFS-basierten Materials 200 selbst bei relativ geringen Mengen (z. B. bei 0,005% Gewichtsprozent). Wenn die Menge des der PFS-basierten Mischung 204 zugesetzten fluid machenden Materials 202 ansteigt (z. B. Mengen von 0,03% bis 0,07% Gewichtsprozent), wird die lose Dichte 500 konstant oder im Wesentlichen konstant und ist etwa 20% größer als die lose Dichte 500 ohne zu dem PFS-basierten Material 200 hinzugefügtes fluid machendes Material 202. Die Quantenausbeute 502 der PFS-basierten Mischung 204 über diesen Bereich ist innerhalb des Messfehlers der Pulver konstant oder im Wesentlichen konstant.
  • Sofern nicht anders definiert, haben die hierin verwendeten technischen und wissenschaftlichen Begriffe die gleiche Bedeutung, wie sie üblicherweise von einem Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet, zu dem diese Offenbarung gehört, verstanden wird. Die Ausdrücke „erster“, „zweiter“ und dergleichen, wie sie hier verwendet werden, bezeichnen keine Reihenfolge, Menge oder Wichtigkeit, sondern werden eher verwendet, um ein Element von einem anderen zu unterscheiden. Auch die Begriffe „ein“ und „eine“ bezeichnen keine Mengenbeschränkung, sondern bezeichnen das Vorhandensein von wenigstens einem der Gegenstände, auf die Bezug genommen ist. Die Verwendung von „einschließlich“, „umfassend“ oder „habend“ und Abwandlungen davon sollen die nachfolgend aufgelisteten Gegenstände und deren Äquivalente sowie zusätzliche Gegenstände umfassen. Die Ausdrücke „verbunden“ und „gekoppelt“ sind nicht auf physikalische oder mechanische Verbindungen oder Kopplungen beschränkt und können elektrische und optische Verbindungen oder Kopplungen umfassen, ob direkt oder indirekt.
  • Darüber hinaus wird der Fachmann die Austauschbarkeit verschiedener Merkmale von verschiedenen Ausführungsformen erkennen. Die verschiedenen beschriebenen Merkmale sowie andere bekannte Äquivalente für jedes Merkmal können durch einen Durchschnittsfachmann auf diesem Gebiet gemischt und angepasst werden, um zusätzliche Systeme und Techniken gemäß den Prinzipien dieser Offenbarung zu bilden.
  • Bei der Beschreibung alternativer Ausführungsformen der beanspruchten Vorrichtung wird aus Gründen der Klarheit eine spezifische Terminologie verwendet. Die Erfindung soll jedoch nicht auf die so gewählte spezifische Terminologie beschränkt sein. Somit versteht es sich, dass jedes spezifische Element alle technischen Äquivalente umfasst, die auf ähnliche Weise arbeiten, um ähnliche Funktionen zu erfüllen.
  • Es wird angemerkt, dass verschiedene nicht einschränkende Ausführungsformen, die hierin beschrieben und beansprucht sind, für spezifische Anwendungen getrennt, kombiniert oder ausgewählt kombiniert werden können.
  • Ferner können einige der verschiedenen Merkmale der obigen nicht einschränkenden Ausführungsformen ohne die entsprechende Verwendung anderer beschriebener Merkmale vorteilhaft verwendet werden. Die vorstehende Beschreibung sollte daher als lediglich erläuternd für die Prinzipien, Lehren und beispielhaften Ausführungsformen dieser Erfindung betrachtet werden und nicht als deren Begrenzung.
  • Die Begrenzungen der folgenden Ansprüche sind nicht in einem Mittel-plus-Funktion-Format geschrieben und sollen nicht basierend auf 35 U.S.C. § 112 (f) ausgelegt werden, es sei denn, diese Anspruchsbeschränkungen verwenden ausdrücklich den Ausdruck „Mittel für“ gefolgt von einer Funktionsbeschreibung ohne weitere Struktur.
  • 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
    • US 62/330401 [0001]

Claims (29)

  1. Verfahren, aufweisend: Mischen eines Kaliumhexafluorsilicat-basierten Pulvers mit einem fluid machenden Material, um eine Kaliumhexafluorsilicat-basierte Mischung zu bilden, wobei die Kaliumhexafluorsilicat-basierte Mischung dazu eingerichtet ist, mit einem Harzmaterial gemischt zu werden, um eine fließende Leuchtstoffmischung zu bilden, die ausgebildet ist, auf einer Lichtquelle platziert zu werden, um einen Leuchtstoff auf der Lichtquelle zu bilden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend das Mischen der kaliumhexafluorsilicat-basierten Mischung mit dem Harzmaterial, um die fließende Leuchtstoffmischung zu bilden.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, ferner umfassend das Anordnen der fließenden Leuchtstoffmischung auf der Lichtquelle, um den Leuchtstoff auf der Lichtquelle zu bilden.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das kaliumhexafluorsilicat-basierte Pulver Kaliumhexafluorosilicat umfasst, das mit Mangan dotiert ist.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Mangan Mn4t umfasst.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das fluid machende Material ein Metalloxidpulver enthält.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das fluid machende Material Aluminiumoxid enthält.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das fluid machende Material Siliciumdioxid enthält.
  9. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das fluid machende Material als Partikel mit einer Größe im Submikrometerbereich ausgebildet ist.
  10. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Harzmaterial Silikon enthält.
  11. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der aus der Leuchtstoffmischung gebildete Leuchtstoff eine größere Quanteneffizienz relativ zu einem Leuchtstoff hat, der aus einer Leuchtstoffmischung gebildet ist, die das Kaliumhexafluorsilicat-basierte Pulver und das Harzmaterial enthält und das fluid machende Material nicht enthält.
  12. Verfahren, umfassend: Mischen eines Kaliumhexafluorsilicat-basierten Pulvers mit einem fluid machenden Metalloxidmaterial, um eine kaliumhexafluorsilicat-basierte Mischung zu bilden, wobei die kaliumhexafluorosilicat-basierte Mischung dazu ausgebildet ist, mit einem Harzmaterial gemischt zu werden, um eine Leuchtstoffmischung zu bilden, die ausgebildet ist, einen Leuchtstoff einer Lichtquelle zu bilden.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, ferner umfassend das Mischen der kaliumhexafluorsilicat-basierten Mischung mit dem Harzmaterial, um die fließende Leuchtstoffmischung zu bilden.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, ferner umfassend das Anordnen der fließenden Leuchtstoffmischung auf der Lichtquelle, um den Leuchtstoff auf der Lichtquelle zu bilden.
  15. Verfahren nach Anspruch 12, wobei das kaliumhexafluorsilicat-basierte Pulver Kaliumhexafluorosilicat umfasst, das mit Mangan dotiert ist.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Mangan Mn4t umfasst.
  17. Verfahren nach Anspruch 12, wobei das fluid machende Metalloxidmaterial Aluminiumoxid umfasst.
  18. Verfahren nach Anspruch 12, wobei das fluid machende Metalloxidmaterial als Teilchen im Submikrometerbereich gebildet wird.
  19. Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Harzmaterial Silikon enthält.
  20. Verfahren nach Anspruch 12, wobei der aus der Leuchtstoffmischung gebildete Leuchtstoff eine größere Quanteneffizienz im Vergleich zu einem Leuchtstoff aus einer Leuchtstoffmischung aufweist, die das kaliumhexafluorosilicat-basierte Pulver und das Harzmaterial enthält und das fluid machende Metalloxidmaterial nicht enthält .
  21. Ein Leuchtstoffkörper, gebildet aus: einem Pulver auf Basis von Kaliumhexafluorsilicat; einem fluid machenden Metalloxidmaterial; und einem Harzmaterial.
  22. Leuchtstoffkörper nach Anspruch 21, wobei das kaliumhexafluorosilicat-basierte Pulver Kaliumhexafluorosilicat umfasst, das mit Mangan dotiert ist.
  23. Leuchtstoffkörper nach Anspruch 22, wobei das Mangan Mn4t umfasst.
  24. Leuchtstoffkörper nach Anspruch 21, wobei das fluid machende Metalloxidmaterial Aluminiumoxid enthält.
  25. Leuchtstoffkörper nach Anspruch 21, wobei das fluid machende Metalloxidmaterial als Partikel im Submikrometerbereich ausgebildet ist.
  26. Leuchtstoffkörper nach Anspruch 21, wobei das Harzmaterial Silikon enthält.
  27. Leuchtstoffkörper nach Anspruch 21, wobei der Leuchtstoffkörper eine größere Quanteneffizienz verglichen mit einem anderen Leuchtstoffkörper aufweist, der aus einer Leuchtstoffmischung gebildet ist, die das Pulver auf Kaliumhexafluorsilicatbasis und das Harzmaterial enthält und das fluid machende Metalloxidmaterial nicht enthält.
  28. Verfahren, umfassend: Erhalten einer fließenden Leuchtstoffmischung aus einer Mischung aus einem Pulver auf Kaliumhexafluorsilicatbasis, einem fluid machenden Material und einem Harzmaterial, wobei die Mischung dazu ausgebildet ist, auf einer Lichtquelle platziert zu werden, um einen Leuchtstoff auf der Lichtquelle zu bilden; und Abgeben der fließenden Leuchtstoffmischung aus einer Düse auf die Lichtquelle.
  29. Verfahren nach Anspruch 28, wobei die Düse einen Auslass aufweist, durch den die fließende Leuchtstoffmischung abgegeben wird, wobei der Auslass eine Öffnung von nicht mehr als etwa 70 Mikrometer aufweist.
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