DE202004020550U1

DE202004020550U1 - Weißes Licht emittierende Vorrichtung

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Publication number: DE202004020550U1
Application number: DE202004020550U
Authority: DE
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Priority date: 2004-05-11
Filing date: 2004-05-11
Publication date: 2005-08-25
Anticipated expiration: 2014-05-12

Abstract

Weißes Licht emittierende Vorrichtung mit einer Vorrichtung (100) mit mindestens einer Licht emittierenden Diode (LED (10), die als Lichtquelle zum Emittieren von Licht (20) zwischen dem blauen und dem grünen Spektrum dient,
einem Leuchtstoff (30), der in der Lage ist, das Licht (20) aus der Lichtquelle (10) zu absorbieren, um Licht (40) zweiter Farbe und Licht (50) erster Farbe zu erregen und zu erzeugen, wobei das Licht (50) erster Farbe und das Licht (40) zweiter Farbe mit einem Teil des Lichtes (20) aus der Lichtquelle (10) gemischt und anschließend zusammen ausgelöst wird, um weißes Licht (60) zu erzielen, dadurch gekennzeichnet, dass der Leuchtstoff aus einem gleichförmigen Gemisch eines ersten Leuchtstoffs (34) und eines zweiten Leuchtstoffs (32) besteht, wobei der zweite Leuchtstoff (32) ein Leuchtstoff aus YAG : Tb³⁺, Ce³⁺ und der erste Leuchtstoff ein Leuchtstoff aus 4 MgOF₂GeO₂ : Mn ist.

Description

HINTERGRUND DER NEUERUNG
(a) Gebiet der Neuerung
Die Neuerung betrifft eine weißes Licht emittierende Vorrichtung und insbesondere eine weißes Licht emittierende Vorrichtung mit erhöhten Lichtwiedergabe-Effekten sowie einen Leuchtstoff, der quantitativen Änderungen widersteht, wodurch eine hohe Stabilität und Zuverlässigkeit für einen Wellenlängen-Bereich des weißen Lichtes gewährleistet ist.
(b) Beschreibung des Standes der Technik
Aus dem US Patent Nr. 6 351 069 B1 ist eine Red-Efficiency-Compensating Phosphor LED bekannt, deren Leuchtstoff-Material aus zwei Materialien besteht, nämlich SrS:E_U und YAG:Pr³⁺.
Hierbei ist eine Licht emittierende Diode (LED) vorgesehen, die ein blaues Licht emittiert, das als Lichtquelle dient, die den Leuchtstoff in dem SrS:E_U- Material erregt, um ein Licht (Licht erster Farbe) zu erregen, das eine bestimmte Wellenlänge hat. Die Lichtquelle erregt auch den Leuchtstoff des YAG:Pr³⁺, um ein weiteres Licht (Licht zweiter Farbe) zu erregen, das eine von dem Licht erster Farbe unterschiedliche Wellenlänge hat. Das Licht erster Farbe und das Licht zweiter Farbe mit unterschiedlichen Wellenlängen werden mit einem Teil der Lichtquelle gemischt und dann ausgelöst, wobei das gemischte Licht als „weißes Licht", wie es für das bloße Auge wirkt, definiert ist.
Der Leuchtstoff des SrS:E_U-Materials nach der Neuerung hat aufgrund chemischer Eigenschaften von Schwefel einen nicht zufriedenstellenden Wärmewiderstand und es tritt häufig ein Oxidieren und eine quantitative Änderung auf, die durch einen in der Umgebung stattfindenden Temperaturanstieg verursacht ist. Die Licht-Wellenlänge (Licht erster Farbe), die bei der Erregung des SrS:E_U-Materials ausgelöst wird und eine quantitative Änderung erfahren hat, kann innerhalb eines erwarteten Bereiches kaum gesteuert werden, und es wird deshalb schwieriger, die Qualität von weißem Licht mit besseren Farbwiedergabe-Effekten auf lange Sicht zu steuern.
Des weiteren betrifft das US-Patent Nr. 6 504 179 B1 eine „LED-based White-Emitting Illumination Unit", bei der ein Leuchtstoff durch Mischen von grünem emittierendem Leuchtstoff, der grünes Licht emittiert, wenn er durch eine Lichtquelle erregt wird, mit gelbem emittierendem Leuchtstoff, der gelbes Licht bei einer Erregung durch eine Lichtquelle emittiert, ausgebildet wird.
Hierbei emittiert die LED blaues Licht, das als eine Lichtquelle dient. Wenn ein Teil des blauen Lichtes aus der Lichtquelle mit dem vorerwähnten gelben Licht und dem grünen Licht mit unterschiedlichen Wellenlängen gemischt wird, wird weißes Licht erhalten. Bei Verwendung der beiden getrennten Lichtstrahlen mit unterschiedlichen Wellenlängen und durch Erregen des Leuchtstoffs mit Hilfe der blauen Lichtquelle hat das dabei entstehende weiße Licht aufgrund fehlender Wellenlängen, die in das rote Spektrum hineinreichen, vergleichsweise unzureichende Farbwiedergabe-Effekte; dies bedeutet, dass das weiße Licht ziemlich stumpf erscheint.
KURZBESCHREIBUNG DER NEUERUNG
Mit vorliegender Neuerung wird als primäre Aufgabe vorgeschlagen, eine weißes Licht emittierende Vorrichtung zu schaffen, die verbesserte Lichtwiedergabe-Effekte besitzt, wodurch das weiße Licht mit leuchtendem Kontrast erzielt wird.
Des weiteren wird mit vorliegender Neuerung als sekundäre Aufgabe eine weißes Licht emittierende Vorrichtung vorgeschlagen, die einen Leuchtstoff besitzt, der gegenüber quantitativen Änderungen widerstandsfähug ist, indem ein wärmeresistentes und stabiles Material verwendet wird, wodurch eine hohe Qualität und verbesserte Farbwiedergabe-Effekte des entstehenden weißes Lichtes auf lange Sicht erzielt werden.
KURZBESCREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt ein Flussschema des Verfahrens nach der Neuerung.
2 stellt ein Kurvendiagramm eines Spektrum eines Lichtes erster Farbe dar, das aus einem von einer Lichtquelle erregten zweiten Leuchtstoff emittiert wird.
3 stellt ein Kurvendiagramm dar, das ein Spektrum eines Lichtes zweiter Farbe zeigt, das aus einem von einer Lichtquelle erregten ersten Leuchtstoff emittiert wird.
4 stellt ein Kurvendiagramm dar, das ein Spektrum weißen Lichtes nach der Neuerung zeigt.
5 zeigt eine Schnittansicht der Vorrichtung bei einer Ausführungsform nach der Neuerung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachstehend wird die Neuerung in Verbindung mit der Zeichnung näher beschrieben.
Nach den 1 und 5 weist eine weißes Licht emittierende Vorrichtung nach der Neuerung folgende Merkmale auf:
Eine Vorrichtung 100 mit mindestens einer Licht emittierenden Diode (LED) 10, die als Lichtquelle dient und die in der Lage ist, Licht 20 zu emittieren, das zwischen einem blauen und einem grünen Spektrum liegt;
einen Leuchtstoff 30, der in der Lage ist, effektiv das Licht 20 zu absorbieren und das so erregt wird, dass ein Licht 40 einer zweiten Farbe und Licht 50 einer ersten Farbe emittiert wird, wobei das Licht 50 erster Farbe und das Licht 40 zweiter Farbe mit einem Licht 20' aus einem Teil der Lichtquelle gemischt werden, um ein weißes Licht 60 mit guten Lichtwiedergabe-Effekten zu erzielen; die charakteristischen Eigenschaften bestehen darin, dass das Leuchtstoff-Material aus einem Gemisch aus einem zweiten Leuchtstoff 32 und einem ersten Leuchtstoff 34 besteht, wobei der zweite Leuchtstoff 32 ein Leuchtstoff YAG:Tb³⁺, Ce³⁺ und der erste Leuchtstoff 34 ein Leuchtstoff 4 MgOF₂GeO₂ : M_n ist.
Nach den vorstehend erwähnten primären charakteristischen Eigenschaften kann der Leuchtstoff 32 YAG:Tb³+, Ce³+ durch TbAG : Ce ersetzt werden. Nach den vorstehend erwähnten primären charakteristischen Eigenschaften kann der Leuchtstoff 34 4 MgOF₂GeO₂ : Mn durch eine oder mehrere der folgenden Komponenten ersetzt werden:

a) Gd₃AlsO₁ ₂: C_e, mit C_e als Aktivator,
b) YAG: E_U, mit E_U als Aktivator,
c) Y₂O₃ : E_U, B_i, mit einer Komponente von E_U und B_i als Aktivator,
d) Y(Gd)BO₃: E_U, mit E_U als Aktivator,
e) 6MgO. A_S2O₅: M_n, mit M_n als Aktivator,
f) GdMgB₅O₁₀ mit einer Komponente mit mindestens C_e, T_b, M_n oder E_U als Aktivator.

Nach den Merkmalen der Neuerung wird eine Wellenlänge des Lichtes 40 der zweiten Farbe vorzugsweise aus einem Bereich zwischen 580 und 700 nm und eine Wellenlänge des Lichtes der ersten Farbe vorzugsweise aus einem Bereich zwischen 520 und 565 nm ausgewählt und hat einen Farbton, der im grünen Spektrum definiert ist. Das Licht zweiter Farbe wird aus dem ersten Leuchtstoff 34 erzeugt, die durch das Licht 20 der Lichtquelle erregt wird und einen Farbton hat, der im roten Spektrum definiert ist. Das Licht 50 der ersten Farbe wird aus dem zweiten Leuchtstoff 32 erzeugt, der von dem Licht 20 der Lichtquelle erregt wird, wie in 3 gezeigt.
Des weiteren werden nach der Neuerung Wellenlängen, die von der LED 20 emittiert werden, aus einem Bereich zwischen 360 und 560 nm ausgewählt.
Ferner ist der Leuchtstoff 30 an der LED 10 angebracht oder in ihrer Nähe angeordnet, wodurch das Licht 20 der Lichtquelle effektiv absorbiert wird.
Die LED 10 besitzt ein stromleitendes Verbindungsende 12, das mit einer Leiterplatte 80 verbunden ist.
Nach den vorerwähnten primären und sekundären charakteristischen Eigenschaften kann, wenn der zweite Leuchtstoff 32 aus YAG besteht, ein Aktivator Tb und Ce durch Pr oder Dy oder aber durch Komponentenmaterialien von Pr und Dy ersetzt werden. Wenn der zweite Leuchtstoff 32 aus TbAG besteht, kann ein Aktivator Ce durch Pr oder Dy, oder aber durch Komponentenmaterialien von Pr und Dy ersetzt werden.
Nach den 1 und 5 weist die Vorrichtung 100 eine LED 10 auf, die als Lichtquelle dient. Die LED 10 besitzt zwei stromleitende Verbindungsenden 12, die mit einer Leiterplatte 80 verbunden sind und einen elektrischen Kreis bilden. Wenn die Schaltung stromführend gemacht wird, emittiert die LED 10 ein Licht 20 mit einer Wellenlänge, die zwischen 360 und 560 nm beträgt, wobei eine Farbe des Lichtes 20 zwischen dem blauen und dem grünen Spektrum definiert wird. Bei dieser Ausführungsform der Neuerung wird das Licht 20, das einen Spitzenwert für die Wellenlänge vorzugsweise zwischen 400 und 450 nm hat, so ausgewählt, wie in den 2 und 3 gezeigt. Der Leuchtstoff 30 besteht aus den ersten und den zweiten Leuchtstoffmaterialien 34 und 32 und ist mit der LED 10 verbunden, durch sie abgedeckt oder in ihrer Nähe angeordnet ist. Der zweite Leuchtstoff 32 kann aus einer oder mehreren der folgenden Komponenten ausgewählt werden:

(a) YAG: C_e mit C_e als Aktivator, und
(b) T_bAG: C_e mit C_e oder T_b als Aktivator.

Wenn deshalb der Leuchtstoff 30, der ein Material aus dem zweiten Leuchtstoff 32 enthält, durch das Licht 20 der Lichtquelle beleuchtet und erregt wird, wird Licht 50 einer ersten Farbe mit einer Wellenlänge zwischen 520 und 565 nm durch den Leuchtstoff 30 emittiert, wobei das Licht 50 erster Farbe als ein Wellenlängenbereich im grünen Spektrum definiert wird. Wenn der zweite Leuchtstoff 32 aus YAG besteht, kann ein Aktivator entweder ein individuelles Element von Pr und Dy oder eine Komponente der beiden Aktivatoren sein. Besteht der zweite Leuchtstoff 32 aus TbAG, kann ein Aktivator entweder ein individuelles Element, das aus Dy oder Pr ausgewählt ist, oder eine Komponente der beiden Aktivatoren sein.
Der erste Leuchtstoff 34 kann ein individuelles Element oder eine Komponente mindestens zweier Elemente aus den folgenden Elementen sein:

a) Gd₃Al₅O₁ ₂: C_e, mit C_e als Aktivator,
b) YAG: E_U, mit E_U als Aktivator,
c) Y₂O₃ : E_U, B;, mit einer Komponente von E_U und B_i als Aktivator,
d) Y(Gd)BO₃: E_U, mit E_U als Aktivator,
e) 6MgO. A_S2O₅: M_n, mit M_n als Aktivator,
f) GdMgB₅O₁₀ mit einer Komponente mit mindestens C_e, T_b, M_n oder E_U als Aktivator.

Wenn der zweite Leuchtstoff 32 durch das Licht 20 der Lichtquelle beleuchtet und erregt wird, emittiert er ein Licht 50 erster Farbe mit einem Wellenlängenbereich zwischen 520 und 565 nm, wie in 2 gezeigt. Das Licht 50 erster Farbe ist so definiert, dass es einen Wellenlängenbereich in einem grünen Spektrum besitzt.
Ein Teil-Licht 20' des Lichtes 20 der Lichtquelle, das nicht den ersten Leuchtstoff 34 und den zweiten Leuchtstoff 32 erregt hat, wird mit dem Licht 50 erster Farbe und dem Licht 40 zweiter Farbe gemischt und zusammen aus der Vorrichtung 100 frei gegeben, um ein weißes Licht 60 mit guten Farbwiedergabe-Effekten zu erzielen. Nach
4, die ein Kurvendiagramm zeigt, das ein Spektrum für weißes Licht darstellt und aufgrund von Experimenten nach der Neuerung erhalten wird, entspricht das Spektrum einem Kurvendiagramm der drei Wellenlängen aus dem Licht 50 erster Farbe und dem Licht 40 zweiter Farbe sowie dem Teil-Licht 20'. In dem Diagramm ist eine Kurve des Lichtes 40 zweiter Farbe, das als ein rotes Licht definiert wird, in einem markierten Bereich ausgeprägt dargestellt, so dass die Wiedergabe-Effekte des weißen Lichtes 60 verstärkt werden, das durch Mischen der drei unterschiedlichen Wellenlängen erzielt wird, und die Wellenlänge des Mischlichtes kommt dem natürlichen Sonnenlicht (weißes Licht 60) nahe.
Zusätzlich sind der erste Leuchtstoff 34 und der zweite Leuchtstoff 32 nach der Neuerung frei von Schwefel und haben deshalb eine höhere Wärmebeständigkeit, um zu verhindern, dass der erste und zweite Leuchtstoff sich aufgrund von Änderungen in der Umgebungstemperatur quantitativ verändern. Dies stellt eine Verbesserung einer Funktion nach der Neuerung dar. Darüber hinaus wird das Licht 50 erster Farbe mit einer Wellenlänge im Bereich zwischen 520 und 565 nm als innerhalb eines reinen grünen Spektrums liegend definiert, und das Licht 40 zweiter Farbe mit einer Wellenlänge zwischen 580 und 700 nm wird als innerhalb eines reinen roten Spektrums definiert. Damit werden das reine rote und grüne Licht und das blaue Licht mit einer Wellenlänge im Bereich zwischen 360 und 560 nm miteinander gemischt, so dass das dabei entstehende weiße Licht 60 einen besseren Farbeffekt und eine höhere Gleichförmigkeit ergibt, was eine weitere Funktion der Neuerung darstellt.
Die vorbeschriebenen Ausführungsformen nach der Neuerung sind lediglich als Ausführungsbeispiele für das Prinzip der Neuerung zu verstehen; der Fachmann ist deshalb in der Lage, eine Vielzahl von Modifikationen daraus abzuleiten, ohne dass er vom Wesen und vom Schutzumfang der Neuerung abweicht.

Claims

Weißes Licht emittierende Vorrichtung mit einer Vorrichtung (100) mit mindestens einer Licht emittierenden Diode (LED (10), die als Lichtquelle zum Emittieren von Licht (20) zwischen dem blauen und dem grünen Spektrum dient, einem Leuchtstoff (30), der in der Lage ist, das Licht (20) aus der Lichtquelle (10) zu absorbieren, um Licht (40) zweiter Farbe und Licht (50) erster Farbe zu erregen und zu erzeugen, wobei das Licht (50) erster Farbe und das Licht (40) zweiter Farbe mit einem Teil des Lichtes (20) aus der Lichtquelle (10) gemischt und anschließend zusammen ausgelöst wird, um weißes Licht (60) zu erzielen, dadurch gekennzeichnet, dass der Leuchtstoff aus einem gleichförmigen Gemisch eines ersten Leuchtstoffs (34) und eines zweiten Leuchtstoffs (32) besteht, wobei der zweite Leuchtstoff (32) ein Leuchtstoff aus YAG : Tb³⁺, Ce³⁺ und der erste Leuchtstoff ein Leuchtstoff aus 4 MgOF₂GeO₂ : Mn ist.
Weißes Licht emittierende Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der zweite Leuchtstoff YAG : TB³⁺, Ce³⁺ durch TbAG : Ce ersetzt ist.
Weißes Licht emittierende Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der erste Leuchtstoff 4 MgOF₂GeO₂ : Mn durch eine oder mehrere der folgenden Komonenten ersetzt ist: a) Leuchtstoff Gd₃Al₅O₁₂: C_e, mit C_e als Aktivator, b) YAG: E_U, mit E_U als Aktivator, c) Y₂O₃ : E_U, B;, mit einer Komponente von E_U und B; als Aktivator, d) Y(Gd)BO₃: E_U, mit E_U als Aktivator, e) 6MgO. As₂O₅: M_n, mit M_n als Aktivator, f) GdMgB₅O₁₀ mit einer Komponente mit mindestens C_e, T_b, M_n oder E_U als Aktivator.
Weißes Licht emittierende Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der eine Wellenlänge des Lichtes (40) zweiter Farbe zwischen 580 und 700 nm beträgt, eine Wellenlänge des Lichtes erster Farbe zwischen 520 und 565 nm beträgt und als innerhalb eines grünen Spektrums liegend definiert ist, und das Licht (40) zweiter Farbe von dem ersten Leuchtstoff (34) erzeugt wird, die durch das Licht (20) aus der Lichtquelle erregt wird und als innerhalb eines roten Spektrums liegend definiert ist, und das Licht (50) erster Farbe durch den zweite Leuchtstoff (32) erzeugt wird, der durch das Licht (20) aus der Lichtquelle (10) erregt wird.
Weißes Licht emittierende Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der eine Wellenlänge des durch die LFD (20) emittierten Lichtes aus einem Bereich zwischen 360 und 560 nm ausgewählt ist.
Weißes Licht emittierende Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der dann, wenn der zweite Leuchtstoff (32) aus YAG besteht, ein Aktivator Tb und Ce durch Pr oder Dy oder durch eine Komponente von Pr und Dy ersetzt werden kann, und wenn der zweite Leuchtstoff aus TbAG besteht, ein Aktivator Ce durch Pr oder Dy oder durch eine Komponente von Pr und Dy ersetzt werden kann.