WO2014048682A1 - Beleuchtungsvorrichtung zum erzeugen einer lichtemission und verfahren zum erzeugen einer lichtemission - Google Patents

Beleuchtungsvorrichtung zum erzeugen einer lichtemission und verfahren zum erzeugen einer lichtemission Download PDF

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Ion Stoll
Dominik Eisert
Britta GÖÖTZ
Robert Schulz
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    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K50/00—Organic light-emitting devices
    • H10K50/10—OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED]
    • H10K50/11—OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED] characterised by the electroluminescent [EL] layers
    • H10K50/125—OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED] characterised by the electroluminescent [EL] layers specially adapted for multicolour light emission, e.g. for emitting white light

Definitions

  • the invention relates to a lighting device for
  • a light emission for example a light-emitting diode component with a package or a light-emitting diode design on a substrate (panel), and a method for generating a light emission.
  • LED light-emitting diode
  • a semiconductor chip which emits narrow-band blue light is usually used.
  • LEDs for vehicle brake and taillight applications and traffic light applications this is a red-converting
  • Component is emitted (also referred to as full conversion).
  • Dominant wavelength (greater than 615 nm) emitted by the broadband in both the red and in the infrared
  • CaAISiN3 Eu 2+, (Ba, Sr) 2Si5N8: Eu 2+; Eu 2+ -doped sulfides,
  • Lighting device and a method for generating a light emission provided.
  • a lighting device for generating a light emission provided with a light source, a first
  • a lighting device for generating a light emission comprising: a light source configured to generate light having a first dominant wavelength; a first converter configured to absorb the light generated by the light source and to emit light having a second dominant wavelength greater than the first dominant wavelength; and a second converter configured to absorb a light portion of the light emitted from the first converter and to emit light so that the light emission has a third dominant wavelength which is greater than the second dominant wavelength.
  • the first dominant wavelength lies in the spectral range of blue
  • the first converter converts the light of
  • Light for example, at least 99% of the blue light is converted by the first converter. That is, no or hardly blue light remains and converts. In particular, no blue component in the light emitted by the first converter is then recognizable to the human observer without technical aids. The first converter then only radiates
  • the yellowish-red light and possibly infrared radiation.
  • the yellowish-red light has wavelengths, for example
  • the second converter then absorbs part of the yellowish-red light of the first converter. In particular, little or no radiation of the light source strikes the second converter, that is, no or hardly any blue light.
  • the second converter in particular absorbs the
  • the second converter in particular completely absorbs the yellow or yellowish portion of the yellowish-red light.
  • the second converter absorbs electromagnetic radiation with a wavelength between at least 580 nm and
  • the second converter then re-emits
  • electromagnetic radiation in the range of red light for example with a wavelength of at least 615 nm.
  • Converter sensitive materials such as organic converters and / or converters based on semiconductor nanoparticles are used. Since the first converter can be formed with a phosphor which emits light of shorter wavelength than is otherwise necessary in full conversion to red light, less primary radiation is converted to infrared radiation, which further increases the efficiency of the illumination device.
  • the first and the second converter are included
  • the first converter is formed with a ceramic phosphor and the second converter is formed with an organic phosphor.
  • the proportion of light may include up to about 40% of the light output of the first converter. In one embodiment, the amount of light may be up to about 30% of the light output of the first converter
  • the proportion of light may include up to about 20% of the light output of the first converter.
  • the proportion of light may include up to about 10% of the light output of the first converter.
  • the proportion of light may include up to about 5% of the light output of the first converter.
  • the second converter may be configured to emit light having a fourth dominant wavelength which is greater than the second dominant wavelength.
  • the second converter can be set up, the light component of the first converter
  • the second converter can be a
  • Particle size or have a particle size which is smaller than the second dominant wavelength.
  • the second converter a
  • the second converter may be included in a lens of the lighting device. In one embodiment, the second converter can at least partially surround a lens of the illumination device
  • the light source can have a light-emitting diode component with a package and the package can have a cavity for receiving the second converter.
  • the second converter can be contained in a matrix material, which can be accommodated in the cavity.
  • the light source may include a chip disposed on a substrate.
  • the first converter can be arranged on the chip. In one embodiment, the second converter can be arranged on the first converter.
  • the second converter may be arranged offset to the chip on the substrate.
  • the second converter as
  • the third dominant wavelength may be in the range of about 615 nm to about 625 nm.
  • the first converter may be configured to emit light in a wavelength range from about 580 nm to about 650 nm.
  • the second dominance wavelength may be less than 610 nm.
  • a method of generating a light emission may include: generating light with a first one
  • Dominance wavelength by a light source Absorbing the generated light and emitting light having a second dominant wavelength which is greater than the first one
  • the proportion of light may include up to about 40% of the light output of the first converter.
  • the proportion of light may include up to about 30% of the light output of the first converter.
  • the proportion of light may include up to about 20% of the light output of the first converter. In one embodiment, the proportion of light may include up to about 10% of the light output of the first converter. In one embodiment, the light component may include approximately 5% of the light output of the first converter.
  • the light emitted by the second converter may have a fourth dominant wavelength which may be greater than the second dominant wavelength.
  • the light component of the light emitted by the first converter can be absorbed by the second converter and light can be emitted, so that the light source is emitted
  • the second converter can be a
  • the second converter a
  • the third dominant wavelength may be in the range of about 615 nm to about 625 nm.
  • the first converter may emit light in a wavelength range from about 580 nm to about 650 nm.
  • the second dominance wavelength may be less than about 610 nm.
  • At least some embodiments can advantageously ensure that a red-red converted spectrum with of a dominant wavelength in the range of about 615 to about 625 nm.
  • Figure 1 is a schematic representation of a
  • Embodiment of a lighting device for generating a light emission Embodiment of a lighting device for generating a light emission.
  • Figure 2 is a schematic representation of a cross section of another embodiment of a lighting device for generating a
  • FIG. 3 shows a schematic illustration of a cross section of a further exemplary embodiment of a lighting device for generating a
  • Figure 4 is a schematic representation of a cross section of another embodiment of a lighting device for generating a
  • Figure 5 is a schematic representation of a cross section of another embodiment of a lighting device for generating a
  • FIG. 6 shows a schematic representation of a cross section of a further exemplary embodiment of a lighting device for generating a
  • Figure 7 is a schematic representation of a cross section of another embodiment of a lighting device for generating a
  • Figure 8 is a schematic representation of a cross section of another embodiment of a lighting device for generating a
  • FIG. 9 shows measured spectra of a comparison of a conventional red LED, consisting of a
  • a semiconductor chip that emits blue light and a converter that converts it completely into red light and an embodiment of a lighting device for generating a light emission.
  • FIG. 10 shows measured spectra of a further comparison of a conventional red LED, consisting of a
  • a semiconductor chip that emits blue light and a converter that converts it completely into red light and an embodiment of a lighting device for generating a light emission.
  • FIG. 11 shows measured spectra of a further comparison of a conventional red LED, consisting of a A semiconductor chip that emits blue light and a converter that converts it completely into red light, and embodiments of a lighting device for generating a light emission.
  • FIG. 12 shows examples of a comparison of
  • Color shifts conventional red LEDs, consisting of a semiconductor chip that emits blue light and a converter that converts it completely into red light, and embodiments of a lighting device for generating a light emission.
  • FIG. 13 shows examples of a comparison of FIG.
  • Color shifts conventional red LEDs, consisting of a semiconductor chip that emits blue light and a converter that converts it completely into red light, and embodiments of a lighting device for generating a light emission.
  • Figure 14 shows a color locus graph showing the ECE standard and EN12368 (traffic light standard).
  • a blue semiconductor chip is fully converted with a red phosphor.
  • a second converter In the further light path is a second converter.
  • the Converter has an absorption in the short-wave range of the emitted light of the first converter. Furthermore, the second converter has an emission in the long-wave range of the first converter or in the infrared range, for example, with a dominant wavelength that is greater than the dominant wavelength of the first converter. The second converter thus advantageously absorbs parts of the short-wave emission of the first converter and thereby shifts the dominant wavelength of the emission over a long wavelength. In addition, the emission of the second converter can become long-wave
  • a wavelength of dominance is understood to mean the wavelength
  • Hue of a light emitting device such as a light emitting diode (LED) describes how the human eye perceives it.
  • the dominant wavelength can also be called
  • Wavelength can be designated.
  • the second converter is an organic converter.
  • organic converters have little stability to irradiation with short-wave visible light, that is, light
  • wavelengths correspond to an energy of about 2.3-3.1 eV, which is of a size with weak carbon bonds (for example, carbon-carbon bonds). or carbon-halogen bonds; 220-350 kJ / mol) and can thus destroy them photochemically.
  • the second converter in one embodiment is irradiated only with light in a range from about 580 nm to about 650 nm. This can advantageously be achieved with organic converters, a high stability of the lighting device.
  • Lighting device 100 includes a blue light source 102 that generates light 104 at a first dominant wavelength, such as light 104 with a first one
  • Lighting device 100 includes a first converter 106, which generates the light 104 generated by the light source
  • the second dominant wavelength may range from about 580 nm to 650 nm
  • the lighting device 100 includes a second converter 110, which is formed
  • Light component for example, to absorb a short-wavelength light component of the light emitted by the first converter 108, and light 112 with respect to the absorbed light to emit increased wavelength.
  • the second converter 110 has a
  • the absorbed fraction of light may include up to about 40% of the light output of the first converter 106, advantageously up to about 30%, more preferably up to about 20%, even more advantageously up to about 10%, and preferably about 5%.
  • the amount of light power absorbed can be influenced by one or more of the following parameters:
  • the extinction coefficient may be wavelength dependent, that is, the amount of light power absorbed may result from the superposition of the emission and the extinction.
  • the molar extinction coefficient may be dependent on the dielectricity of the medium. A dominant wavelength of the total of the
  • Illuminator 100 generated light 114 resulting from the superposition of the non-absorbed
  • the light portion 108 of the first converter 106 and the light 112 emitted by the second converter 110 may be in the range of about 615 nm to about 625 nm.
  • both the dominant wavelength and the peak wavelength of the light 114 relative to the light 108 emitted by the first converter 106 are shifted in the long-wavelength. This is not achievable, for example, if only a portion of the light emitted by the first converter would be absorbed.
  • the embodiment of a shown in Figure 2 is not achievable, for example, if only a portion of the light emitted by the first converter would be absorbed.
  • Lighting device 200 includes a light source 202 which is a light emitting diode (LED) device with a blue one
  • a light source 202 which is a light emitting diode (LED) device with a blue one
  • Semiconductor chip 204 and a package (also referred to as housing) 206 includes.
  • the package 206 has a cavity 208 for receiving the second converter 210.
  • a first converter 216 is applied to the semiconductor chip 204 for full conversion or almost full conversion (blue component in the spectrum
  • the first converter 216 may be applied to the semiconductor chip 204, for example
  • Deposition or spray coating (spraycoating) may be applied.
  • the second converter 210 may be included in a matrix material 212 received in the cavity 208.
  • a lens 214 may optionally be mounted on the package 206 in the region of the cavity 208.
  • the cavity 208 is in this
  • the lens 214 may be applied to the second converter 210 by an adhesive (eg, silicone).
  • the lens 214 may be dropped in other embodiments, and a lens shape may be formed by surface forces.
  • an adhesive eg, silicone
  • the lens 214 may be formed by molding methods such as molding or casting. In constructions other than by volume grouting, this matrix may contain the second converter (eg, an organic converter or semiconductor nanoparticle). at
  • Lighting device 300 includes a light source 302, which is a light emitting diode device with a blue
  • Semiconductor chip 304 and a package 306 has.
  • Matrix material 312 is received in a cavity 308 of the package 306.
  • the cavity 308 is in this
  • a lens 314 may be mounted on the package 306 in the region of
  • Cavity 308 be attached.
  • a first converter 316 is mounted on the semiconductor die 304, configured for full conversion or nearly full conversion (blue fraction in the spectrum, advantageously less than about 5%).
  • the first converter 316 may be applied to the semiconductor chip 304 by, for example, layer transfer, volume casting, electrophoretic deposition, or spray coating
  • a second converter 318 is disposed at least partially around the lens 314 or substantially completely surrounds the lens 314, as shown in the embodiment shown in FIG.
  • the material of the second converter 318 is in the form of a
  • Lighting device 400 includes a light source 402, which is a light emitting diode device with a blue
  • Semiconductor chip 404 and a package 406 includes.
  • a matrix material 412 is received in a cavity 408 of the package 406.
  • the cavity 408 is in this
  • Embodiment shed with the matrix material 410.
  • a lens 414 is mounted on the package 406 in the region of the cavity 408.
  • a first converter 416 is mounted on the semiconductor chip 404, configured for full conversion or near full conversion (blue portion in the spectrum advantageously less than about 5%).
  • the first converter 416 may be applied to the semiconductor chip 404 by, for example, layer transfer, volume casting, electrophoretic deposition, or spray coating
  • the material of a second converter 418 is included in the lens 414.
  • Lighting device 500 includes a light source which has a blue one mounted on a substrate 504
  • Semiconductor chip 506 (eg, light emitting diode chip) includes.
  • a first converter 508 is disposed on the chip 506, and a second converter 510 is disposed on the first converter 508.
  • a lens 512 may be mounted over the second converter 508.
  • the first converter 508 may be, for example, by means of layer transfer
  • the lens 512 may be attached to the
  • Substrate 504 be gemoldet.
  • Lighting device 600 includes a light source which has a blue one mounted on a substrate 604
  • Semiconductor chip 606 (for example, a light-emitting diode chip).
  • a first converter 608 is disposed on the chip 606 and a lens 612 may be mounted over the first converter 608.
  • the material of a second converter 610 may be included in the lens 612.
  • Lighting device 700 includes a light source that has a blue one disposed on a substrate 704
  • Semiconductor chip 706 for example, a light-emitting diode chip.
  • a first converter 708 is disposed on the chip 706 and a lens 712 may be mounted over the first converter 708.
  • a second converter 714 is disposed at least partially around the lens 712 or substantially completely surrounds the lens 712, as in the one shown in FIG.
  • the material of the second converter 714 is applied in the form of a shell around the lens 712, for example, gemoldet.
  • Lighting device 800 includes a light source having a blue one disposed on a substrate 804
  • Semiconductor chip 806 (for example, a light-emitting diode chip).
  • a first converter 808 is disposed on semiconductor chip chip 806 and a second converter 810 is laterally offset from semiconductor chip 806 on substrate 804 arranged. This advantageously enables the second converter 810 to be effectively cooled.
  • the substrate 804 may consist of silver, which may have a high reflectivity and at the same time may have a good thermal conductivity.
  • the substrate for example a
  • Silver substrate coupled to a heat sink (for example, copper) in the bottom of the LED package.
  • a heat sink for example, copper
  • a ceramic substrate can be used.
  • An exemplary lens material is silicone.
  • the substrate may be made of, for example, alumina, aluminum nitride or
  • Embodiments may, for example, be the following
  • Polyacrylate for example, high or low density polyethylene (PE) or polypropylene (PP)
  • PE high or low density polyethylene
  • PP polypropylene
  • Polyvinyl chloride PVC
  • polystyrene PS
  • polyester PVC
  • PC Polycarbonate
  • PET polyethylene terephthalate
  • PES Polyethersulfone
  • PEN polyethylene naphthalate
  • PMMA Polymethyl methacrylate
  • PI polyimide
  • PEEK polyether ketones
  • polyamides for example polyphthalamide (PPA), polycyclohexylenedimethylene terephthalate (PCT), silicones,
  • the second converter may be used as a separate component to the light source and the first Converter be formed.
  • the second converter is applicable in a so-called remote approach.
  • OLED organic light-emitting diode
  • the first converter may be configured to emit light in a range of about 580 nm to about 650 nm
  • the total emitted / converted light of the illumination device may have a dominant wavelength in a range from about 610 nm to about 625 nm.
  • the second converter may have its absorption maximum at about 575 nm.
  • the light from the first converter may have a dominant wavelength of about 606 nm and the dominant wavelength of the total emitted / converted light may be about 612 nm.
  • FIG. 9 shows measured spectra of a comparison of a conventional red LED with full conversion or nearly
  • Converter advantageously a red shift of the emission, while reducing the bandwidth, achieve.
  • the second converter absorbs light in the short-wave region 904 of the emission 900 and emits light in the long-wave region 906 of the emission 900.
  • the dominant wavelength is about 606 nm and the peak wavelength is about 627 nm.
  • the dominant wavelength is about 612 nm and the peak wavelength is about 629 nm.
  • FIG. 10 shows measured spectra of a further comparison of a conventional full conversion or near red LED
  • Lighting device with a second converter (curve 1002).
  • the first converter has a lower concentration.
  • the second converter may advantageously provide red-shift of the emission
  • Dominance wavelength about 605 nm and the peak wavelength about 619 nm.
  • the dominant wavelength about 611 nm and the
  • the Eu2 + -doped converter in FIG. 9 and FIG. 10 is a (Sr, Ba, Ca) 2Si5N8 phosphor (preferably having an Eu2 + content of about 0.5-15% and more preferably of about 2-8% ). In Figure 9, this was in a concentration of approximately 32% phosphor in a Volumenverguss (light path in the package about 0.4 mm) and in Figure 10 with about 25% in a volume Verguss used.
  • the second converter is Lumogen red 305 F, obtainable for example from BASF. About 4 mg was dissolved in about 20 g of silicone. That corresponds to one
  • Embodiments are used.
  • Figure 11 shows measured spectra of a further comparison of a conventional red LED with full conversion or near
  • Dominance wavelength of about 610 nm, about 607 nm and about 608 nm was measured.
  • a peak wavelength, that is, the highest intensity wavelength, of about 624 nm was measured, while for curves 1102, 1104, and 1106, a dominance wavelength of about 628 nm, about 629 nm, and about 627 nm, respectively, was measured.
  • the material of the second converters in the embodiments of curves 1102, 1104 and 1106 was BASF Lumogen F Red 305, with approximately equal layer thicknesses.
  • FIG. 12 shows examples of a comparison of
  • Lighting device with a second converter Lighting device with a second converter.
  • FIG. 13 shows examples of a further comparison of
  • Lighting device with a second converter in the
  • the first converter has these
  • the measured values of the LEDs with only one converter do not reach the traffic light standard 1400 and the ECE standard 1402 (EN12368) as well as the ECE standard 1402.
  • Dominance wavelength can be obtained in a range from about 615 nm to about 625 nm.
  • Dominance wavelength can be obtained in a range from about 615 nm to about 625 nm.
  • Converters such as phosphors, move towards yellow at higher temperatures. Also, it does not convert that much at higher temperatures.
  • the second converter for example phosphor, can absorb the yellow shift (the yellow shift) as more light is absorbed and redeemed. Furthermore, the strong residuals of blue light may be due to the second
  • Converters are absorbed. Otherwise, the desired color range would be left at high temperatures.
  • Possible, but not limiting, materials for the first converter in the described embodiments are Eu 2 + -doped converters, such as Eu 2 + doped ones
  • Nitrides such as CaAISiN3: Eu 2+, (Ba, Sr) 2Si5N8: Eu 2+;
  • Eu 2+ -doped sulfides Eu 2+ -doped SiAIONe and SiONe.
  • Possible, but not limiting, materials for the second converter in the described embodiments are organic dyes and luminescent dyes, for example the following classes of substances:
  • Acridine dyes acridinone dyes, anthraquino dyes, anthracene dyes, cyanine dyes, dansyl dyes, squaryllium dyes, spiropyrans, boron dipyrromethene (BODIPY), perylenes, pyrenes, naphthalenes,
  • Diarylmethane dyes triarylmethane dyes, nitro and nitroso dyes, phthalocyanine dyes and the metal complexes of phthalocyanines, quinones, azo dyes, indophenol dyes, oxazines, oxazones, thiazines and
  • Advantageous organic materials are, for example

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Description

Beschreibung
Beleuchtungsvorrichtung zum Erzeugen einer Lichtemission und Verfahren zum Erzeugen einer Lichtemission
Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung zum
Erzeugen einer Lichtemission, zum Beispiel ein Leuchtdioden- Bauteil mit einem Package oder eine Leuchtdioden-Bauform auf einem Substrat (Panel) , und ein Verfahren zum Erzeugen einer Lichtemission.
Um weißes oder andersfarbiges Licht mittels einer Leuchtdiode (LED) zu generieren, wird in der Regel ein Halbleiterchip, der schmalbandiges blaues Licht emittiert, verwendet. Für LEDs für Fahrzeug-Brems- und Rücklichter-Anwendungen und Ampelanwendungen wird hierbei ein rot konvertierender
Leuchtstoff verwendet, der sich oberhalb (aber im Lichtweg) des Halbleiterchips der LED befindet. Dabei wird
typischerweise das blaue Licht des Halbleiterchips
vollständig konvertiert, so dass nur rotes Licht aus dem
Bauteil emittiert wird (auch bezeichnet als Vollkonversion) .
Diese Vollkonversion führt in der Regel zu einem
Effizienzverlust der LED, da ein hoher Leuchtstoffgehalt verwendet werden muss; dieses führt zu erhöhten
Streuverlusten. Ein zweites Problem besteht darin, dass die üblicherweise verwendeten Leuchtstoffe eine breitbandige
Emission haben. Eu 2+-dotierte Leuchtstoffe mit einer
Dominanzwellenlange von größer als 610 nm sind derzeit kommerziell nicht mit einer hohen Konversionseffizienz erhältlich . Ebenso besteht generell das Problem, dass, um einen
gesättigten Rotton zu erreichen (Dominanzwellenlänge von größer als 615 nm) , es dabei zu zwei gegenläufigen Effekten kommt, die das Ergebnis negativ beeinflussen:
Ein roter Farbstoff mit einer relativ langwelligen
Dominanzwellenlänge (größer als 615 nm) emittiert durch die Breitbandigkeit sowohl im roten als auch im infraroten
Spektralbereich. Dadurch wird die visuelle Effizienz
erniedrigt. Bei Verwendung eines kurzwelligen roten
Leuchtstoffs (Dominanzwellenlänge von kleiner als 610 nm) besitzt der Leuchtstoff noch einen hohen Anteil des
emittierten Lichts im grünen Spektralbereich; dadurch
verschiebt sich die Dominanzwellenlänge bei einer hohen
Leuchtstoffkonzentration kurzwellig und der angestrebte
Farbbereich wird nicht erreicht.
Zur Erzeugung von rotem Licht mit einer Dominanzwellenlänge in einem Bereich von ungefähr 600 nm bis ungefähr 615 nm mittels Vollkonversion von blauem Licht mit einem Eu 2+ dotierten Konverter (Eu 2+-dotierte Nitride, beispielsweise
CaAISiN3 :Eu2+, (Ba, Sr) 2Si5N8 :Eu2+; Eu2+-dotierte Sulfide,
Eu2+-dotierte SiAIONe und SiONe) muss so viel Konverter verwendet werden, dass der Konverter Bereiche seiner
kurzwelligen Emission wieder reabsorbiert. Damit kann ein schmalbandiges Emissionsspektrum erhalten werden. Diese
Leuchtstoffmenge ist jedoch größer als alleine zur
Vollkonversion benötigt wird. Durch die Quanteneffizienz (QE) von kleiner 1 führt dieses zu Effizienzverlusten (in der Praxis QE -80 - 90 %) . Ebenso wirkt sich die hohe
Leuchtstoffkonzentration mittels Streuung unvorteilhaft aus. Hier und im Folgenden ist der Begriff „ungefähr" insbesondere so zu verstehen, dass die angegebenen Zahlenwerte genau oder im Rahmen der Herstellungstoleranz genau erreicht werden. „Ungefähr" bedeutet also insbesondere „genau oder im Rahmen der Herstellungstoleranz genau".
Es kann auch ein keramisches Konversionselement verwendet werden, hierbei kommt es aber auch durch Reabsorption zu Effizienzverlusten.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen werden eine
Beleuchtungsvorrichtung und ein Verfahren zum Erzeugen einer Lichtemission bereitgestellt.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird eine
Beleuchtungsvorrichtung zum Erzeugen einer Lichtemission zur Verfügung gestellt, mit einer Lichtquelle, einem ersten
Konverter und einem zweiten Konverter.
In verschiedenen Ausführungsformen wird eine
Beleuchtungsvorrichtung zum Erzeugen einer Lichtemission bereitgestellt, aufweisend: eine Lichtquelle, eingerichtet zum Erzeugen von Licht mit einer ersten Dominanzwellenlänge; einen ersten Konverter, welcher eingerichtet ist, das von der Lichtquelle erzeugte Licht zu absorbieren, und Licht mit einer zweiten Dominanzwellenlänge, welche größer ist als die erste Dominanzwellenlänge, zu emittieren; und einen zweiten Konverter, welcher eingerichtet ist, einen Lichtanteil des von dem ersten Konverter emittierten Lichts zu absorbieren und Licht zu emittieren, so dass die Lichtemission eine dritte Dominanzwellenlänge aufweist, welche größer ist als die zweite Dominanzwellenlänge. In einer Ausgestaltung der Beleuchtungsvorrichtung liegt die erste Dominanzwellenlänge im Spektralbereich von blauem
Licht, der erste Konverter konvertiert das Licht der
Lichtquelle vollständig zu gelblich-rotem Licht, und der zweite Konverter emittiert Licht im lang-welligen Bereich des ersten Konverters oder im Infrarotbereich.
Die vollständige Konversion des Lichts der ersten Lichtquelle zu gelblich-rotem Licht wird dabei im Rahmen der
Herstellungstoleranz erreicht. Das heißt, wenigstens 95 % des blauen Lichts, insbesondere wenigstens 98 % des blauen
Lichts, zum Beispiel wenigstens 99 % des blauen Lichts werden vom ersten Konverter konvertiert. Das heißt, kein oder kaum blaues Licht bleibt und konvertiert. Insbesondere ist für den menschlichen Betrachter ohne technische Hilfsmittel dann kein Blauanteil mehr im vom ersten Konverter abgestrahlten Licht erkennbar. Der erste Konverter strahlt dann also nur
gelblich-rotes Licht und eventuell Infrarotstrahlung ab. Das gelblich-rote Licht weist beispielsweise Wellenlängen
zwischen wenigstens 580 nm und höchstens 650 nm auf.
Der zweite Konverter absorbiert daraufhin einen Teil des gelblich-roten Lichts des ersten Konverter. Auf den zweiten Konverter trifft insbesondere kaum oder keine Strahlung der Lichtquelle, also kein oder kaum blaues Licht.
Der zweite Konverter absorbiert insbesondere den
hochenergetischen Anteil des gelblich-roten Lichts des ersten Konverters möglichst vollständig oder vollständig. Der zweite Konverter absorbiert insbesondere den gelben oder gelblichen Anteil des gelblich-roten Lichts vollständig. Beispielsweise absorbiert der zweite Konverter elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge zwischen wenigstens 580 nm und
höchstens 615 nm, insbesondere höchstens 600 nm.
Der zweite Konverter re-emittiert daraufhin
elektromagnetische Strahlung im Bereich von rotem Licht, beispielsweise mit einer Wellenlänge von wenigstens 615 nm.
Insgesamt kann auf diese Weise besonders farbreines rotes Licht auf besonders effiziente Weise erzeugt werden. Durch den zweiten Konverter wird ein unerwünschter Anteil im
Spektrum des vom ersten Konverter emittierten Lichts - der gelbe oder gelbliche Lichtanteil - absorbiert und zur
Erzeugung von weiterem rotem Licht oder von Infrarotstrahlung genutzt. Da der zweite Konverter nur von relativ energiearmem Licht bestrahlt wird, können zur Bildung des zweiten
Konverters empfindliche Materialien wie beispielsweise organische Konverter und/oder Konverter, die auf Halbleiter- Nanopartikeln beruhen, Verwendung finden. Da der erste Konverter mit einem Leuchtstoff gebildet werden kann, der Licht kurzwelliger emittiert, als dies sonst bei der Vollkonversion zu rotem Licht notwendig ist, wird weniger Primärstrahlung zu Infrarotstrahlung konvertiert, was die Effizienz der Beleuchtungseinrichtung weiter erhöht.
Der erste und der zweite Konverter sind dabei mit
unterschiedlichen Leuchtstoffen gebildet. Beispielsweise ist der erste Konverter mit einem keramischen Leuchtstoff gebildet und der zweite Konverter ist mit einem organischen Leuchtstoff gebildet.
In einer Ausgestaltung kann der Lichtanteil bis zu ungefähr 40 % der Lichtleistung des ersten Konverters beinhalten. In einer Ausgestaltung kann der der Lichtanteil bis zu ungefähr 30 % der Lichtleistung des ersten Konverters
beinhalten .
In einer Ausgestaltung kann der Lichtanteil bis zu ungefähr 20 % der Lichtleistung des ersten Konverters beinhalten.
In einer Ausgestaltung kann der Lichtanteil bis zu ungefähr 10 % der Lichtleistung des ersten Konverters beinhalten.
In einer Ausgestaltung kann der Lichtanteil bis zu ungefähr 5 % der Lichtleistung des ersten Konverters beinhalten. In einer Ausgestaltung kann der zweite Konverter eingerichtet sein, Licht mit einer vierten Dominanzwellenlänge, welche größer ist als die zweite Dominanzwellenlänge, zu emittieren.
In einer Ausgestaltung kann der zweite Konverter eingerichtet sein, den Lichtanteil des von dem ersten Konverter
emittierten Lichts zu absorbieren und Licht zu emittieren, so dass die Lichtemission eine gegenüber dem von dem ersten Konverter emittierten Licht größere Peakwellenlänge aufweist. In einer Ausgestaltung kann der zweite Konverter eine
Teilchengröße oder eine Partikelgröße aufweisen, welche kleiner ist als die zweite Dominanzwellenlänge.
In einer Ausgestaltung kann der zweite Konverter ein
organisches Material beinhalten.
In einer Ausgestaltung kann der zweite Konverter in einer Linse der Beleuchtungsvorrichtung beinhaltet sein. In einer Ausgestaltung kann der zweite Konverter zumindest teilweise um eine Linse der Beleuchtungsvorrichtung
angeordnet sein.
In einer Ausgestaltung kann die Lichtquelle ein Leuchtdioden- Bauteil mit einem Package aufweisen und das Package kann eine Kavität zur Aufnahme des zweiten Konverters aufweisen. In einer Ausgestaltung kann der zweite Konverter in einem Matrixmaterial beinhaltet sein, welches in der Kavität aufgenommen sein kann.
In einer Ausgestaltung kann die Lichtquelle ein auf einem Substrat angeordneten Chip beinhalten.
In einer Ausgestaltung kann der erste Konverter auf dem Chip angeordnet sein. In einer Ausgestaltung kann der zweite Konverter auf dem ersten Konverter angeordnet sein.
In einer Ausgestaltung kann der zweite Konverter versetzt zu dem Chip auf dem Substrat angeordnet sein.
In einer Ausgestaltung kann der zweite Konverter als
separates Bauteil zu der Lichtquelle und dem ersten Konverter ausgebildet sein. In einer Ausgestaltung kann die dritte Dominanzwellenlänge im Bereich von ungefähr 615 nm bis ungefähr 625 nm sein. In einer Ausgestaltung kann der erste Konverter eingerichtet sein, Licht in einem Wellenlängenbereich von ungefähr 580 nm bis ungefähr 650 nm zu emittieren. In einer Ausgestaltung kann die zweite Dominanzwellenlänge kleiner als 610 nm sein.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird ein Verfahren zur Erzeugung einer Lichtemission bereitgestellt. Das Verfahren kann aufweisen: Erzeugen von Licht mit einer ersten
Dominanzwellenlänge durch eine Lichtquelle; Absorbieren des erzeugten Lichts und Emittieren von Licht mit einer zweiten Dominanzwellenlänge, welche größer ist als die erste
Dominanzwellenlänge, durch einen ersten Konverter; und
Absorbieren eines Lichtanteils des durch den ersten Konverter emittierten Lichts und Emittieren von Licht durch einen zweiten Konverter, so dass die Lichtemission eine dritte Dominanzwellenlänge aufweist, welche größer ist als die zweite Dominanzwellenlänge.
In einer Ausgestaltung kann der Lichtanteil bis zu ungefähr 40 % der Lichtleistung des ersten Konverters beinhalten.
In einer Ausgestaltung kann der Lichtanteil bis zu ungefähr 30 % der Lichtleistung des ersten Konverters beinhalten.
In einer Ausgestaltung kann der Lichtanteil bis zu ungefähr 20 % der Lichtleistung des ersten Konverters beinhalten. In einer Ausgestaltung kann der Lichtanteil bis zu ungefähr 10 % der Lichtleistung des ersten Konverters beinhalten. In einer Ausgestaltung kann der Lichtanteil ungefähr 5 % der Lichtleistung des ersten Konverters beinhaltet.
In einer Ausgestaltung kann das durch den zweiten Konverter emittierte Licht eine vierte Dominanzwellenlänge haben, welche größer sein kann als die zweite Dominanzwellenlänge.
In einer Ausgestaltung kann durch den zweiten Konverter der Lichtanteil des von dem ersten Konverter emittierten Lichts absorbiert und Licht emittiert werden, so dass die
Lichtemission eine gegenüber dem von dem ersten Konverter emittierten Licht größere Peakwellenlänge aufweist.
In einer Ausgestaltung kann der zweite Konverter eine
Teilchen- oder Partikelgröße haben, welche kleiner ist die zweite Dominanzwellenlänge.
In einer Ausgestaltung kann der zweite Konverter ein
organisches Material beinhalten.
In einer Ausgestaltung kann die dritte Dominanzwellenlänge im Bereich von ungefähr 615 nm bis ungefähr 625 nm sein.
In einer Ausgestaltung kann der erste Konverter Licht in einem Wellenlängenbereich von ungefähr 580 nm bis ungefäh 650 nm emittieren.
In einer Ausgestaltung kann die zweite Dominanzwellenlänge kleiner als ungefähr 610 nm sein.
Zumindest einige Ausführungsbeispiele können vorteilhaft gewährleisten, dass ein rot-rot konvertiertes Spektrum mit einer Dominanzwellenlänge im Bereich von ungefähr 615 bis ungefähr 625 nm erhalten wird.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.
In den Zeichnungen zeigt:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines
Ausführungsbeispiels einer Beleuchtungsvorrichtung zum Erzeugen einer Lichtemission.
Figur 2 eine schematische Darstellung eines Querschnitts eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Beleuchtungsvorrichtung zum Erzeugen einer
Lichtemission .
Figur 3 eine schematische Darstellung eines Querschnitts eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Beleuchtungsvorrichtung zum Erzeugen einer
Lichtemission .
Figur 4 eine schematische Darstellung eines Querschnitts eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Beleuchtungsvorrichtung zum Erzeugen einer
Lichtemission .
Figur 5 eine schematische Darstellung eines Querschnitts eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Beleuchtungsvorrichtung zum Erzeugen einer
Lichtemission . Figur 6 eine schematische Darstellung eines Querschnitts eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Beleuchtungsvorrichtung zum Erzeugen einer
Lichtemission .
Figur 7 eine schematische Darstellung eines Querschnitts eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Beleuchtungsvorrichtung zum Erzeugen einer
Lichtemission .
Figur 8 eine schematische Darstellung eines Querschnitts eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Beleuchtungsvorrichtung zum Erzeugen einer
Lichtemission .
Figur 9 zeigt gemessene Spektren eines Vergleichs einer herkömmlichen roten LED, bestehend aus einem
Halbleiterchip, der blaues Licht emittiert, und einem Konverter, der dieses vollständig in rotes Licht umwandelt, und eines Ausführungsbeispiels einer Beleuchtungsvorrichtung zum Erzeugen einer Lichtemission .
Figur 10 zeigt gemessene Spektren eines weiteren Vergleichs einer herkömmlichen roten LED, bestehend aus einem
Halbleiterchip, der blaues Licht emittiert, und einem Konverter, der dieses vollständig in rotes Licht umwandelt, und eines Ausführungsbeispiels einer Beleuchtungsvorrichtung zum Erzeugen einer Lichtemission.
Figur 11 zeigt gemessene Spektren eines weiteren Vergleichs einer herkömmlichen roten LED, bestehend aus einem Halbleiterchip, der blaues Licht emittiert, und einem Konverter, der dieses vollständig in rotes Licht umwandelt, und Ausführungsbeispielen einer Beleuchtungsvorrichtung zum Erzeugen einer Lichtemission.
Figur 12 zeigt Beispiele eines Vergleichs von
Farbortverschiebungen (Farbortshifts) herkömmlicher roten LEDs, bestehend aus einem Halbleiterchip, der blaues Licht emittiert, und einem Konverter, der dieses vollständig in rotes Licht umwandelt, und Ausführungsbeispielen einer Beleuchtungsvorrichtung zum Erzeugen einer Lichtemission. Figur 13 zeigt Beispiele eines Vergleichs von
Farbortverschiebungen (Farbortshifts) herkömmlicher roten LEDs, bestehend aus einem Halbleiterchip, der blaues Licht emittiert, und einem Konverter, der dieses vollständig in rotes Licht umwandelt, und Ausführungsbeispielen einer Beleuchtungsvorrichtung zum Erzeugen einer Lichtemission.
Figur 14 zeigt eine Farbort-Graphik, in der die ECE-Norm und die EN12368 (Ampelnorm) aufgezeigt sind.
In einem Ausführungsbeispiel wird ein blauer Halbleiterchip mit einem roten Leuchtstoff vollkonvertiert. Im Weiteren Lichtweg befindet sich ein zweiter Konverter. Dieser
Konverter besitzt eine Absorption im kurzwelligen Bereich des emittierten Lichts des ersten Konverters. Des Weiteren besitzt der zweite Konverter eine Emission im langwelligen Bereich des ersten Konverters oder im Infrarot-Bereich, zum Beispiel mit einer Dominanzwellenlänge, die größer ist als die Dominanzwellenlänge des ersten Konverters. Der zweite Konverter absorbiert so vorteilhaft Teile der kurzwelligen Emission des ersten Konverters und verschiebt dadurch die Dominanzwellenlänge der Emission langwellig. Zusätzlich kann die Emission des zweiten Konverters zur langwelligen
Verschiebung sowohl der Dominanzwellenlänge als auch der Peakwellenlänge (das heißt die Wellenlänge mit der höchsten Intensität) der Emission beitragen und vorteilhaft die
Gesamteffizienz weiter steigern, im Vergleich zu einer identischen Wellenlängenverschiebung durch eine
Konzentrationssteigerung des ersten Konverters.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird unter einer Dominanzwellenlänge die Wellenlänge verstanden, die den
Farbton einer lichtemittierenden Vorrichtung, beispielsweise einer Leuchtdiode (LED) , beschreibt, wie ihn das menschliche Auge empfindet. Die Dominanzwellenlänge kann auch als
Hauptwellenlänge, Schwerpunktwellenlänge oder dominante
Wellenlänge bezeichnet werden.
Vorteilhafterweise handelt es sich bei dem zweiten Konverter um einen organischen Konverter. Die Teilchengröße oder
Partikelgröße organischer Konverter ist üblicherweise
deutlich kleiner als die Wellenlänge des Lichts. Dadurch kommt es vorteilhaft zu keinen oder nur zu geringen
Streuverlusten. Üblicherweise besitzen organische Konverter nur eine geringe Stabilität gegenüber Bestrahlung mit kurzwelligem sichtbarem Licht, das heißt mit Licht
beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 420 nm bis ungefähr 540 nm. Diese Wellenlängen entsprechen einer Energie von ungefähr 2.3 - 3.1 eV, was in einer Größe mit schwachen Kohlenstoffbindungen (zum Beispiel Kohlenstoff-Kohlenstoff- oder Kohlenstoff-Halogen-Bindungen; 220 - 350 kJ/mol) liegt und diese somit photochemisch zerstören können.
Durch die Vollkonversion des von dem blauen Halbleiterchip emittierten Lichts mittels des ersten Konverters wird der zweite Konverter in einem Ausführungsbeispiel nur mit Licht in einem Bereich von ungefähr 580 nm bis ungefähr 650 nm bestrahlt. Dadurch kann vorteilhaft auch mit organischen Konvertern eine hohe Stabilität der Beleuchtungsvorrichtung erreicht werden.
Das in der Figur 1 gezeigte Ausführungsbeispiel einer
Beleuchtungsvorrichtung 100 beinhaltet eine blaue Lichtquelle 102, welche Licht 104 mit einer ersten Dominanzwellenlänge erzeugt, beispielsweise Licht 104 mit einer ersten
Dominanzwellenlänge in einem Bereich von ungefähr 380 nm bis ungefähr 480 nm. Außerdem beinhaltet die
Beleuchtungsvorrichtung 100 einen ersten Konverter 106, welcher das von der Lichtquelle erzeugte Licht 104
absorbiert, und welcher Licht 108 mit einer zweiten
Dominanzwellenlänge, welche größer ist als die erste
Dominanzwellenlänge, emittiert. In verschiedenen
Ausführungsbeispielen kann die zweite Dominanzwellenlänge in einem Bereich von ungefähr 580 nm bis 650 nm liegen,
beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 580 nm bis ungefähr 610 nm, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 600 nm bis ungefähr 610 nm.
Des Weiteren beinhaltet die Beleuchtungsvorrichtung 100 einen zweiten Konverter 110, welcher ausgebildet ist, einen
Lichtanteil, beispielsweise einen kurzwelligen Lichtanteil des von dem ersten Konverter emittierten Lichts 108 zu absorbieren, und Licht 112 mit einer gegenüber dem absorbierten Licht erhöhten Wellenlänge zu emittieren.
Beispielsweise hat der zweite Konverter 110 eine
Dominanzwellenlänge, welche größer ist als die
Dominanzwellenlänge des ersten Konverters.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann der absorbierte Lichtanteil bis zu ungefähr 40 % der Lichtleistung des ersten Konverters 106 beinhalten, vorteilhaft bis zu ungefähr 30 %, noch vorteilhafter bis zu ungefähr 20 %, noch vorteilhafter bis zu ungefähr 10 %, und bevorzugt ungefähr 5 %. Die Menge der absorbierten Lichtleistung kann beispielsweise durch eine oder mehrere der folgenden Parameter beeinflusst werden:
Länge des Lichtwegs durch das Medium mit dem
Konversionsmaterial, Konzentration des Lichtmaterials und der molare Extinktionskoeffizient des gewählten
Konversionsmaterials (Lambert ' sches Gesetz).
Der Extinktionskoeffizient kann wiederum wellenlängenabhängig sein, das heißt die Menge der absorbierten Lichtleistung kann sich aus der Superposition der Emission und der Extinktion ergeben. Ebenso kann der molare Extinktionskoeffizient von der Dielektrizität des Mediums abhängig sein. Eine Dominanzwellenlänge des insgesamt von der
Beleuchtungsvorrichtung 100 erzeugten Lichts 114, welches sich aus der Superposition des nicht absorbierten
Lichtanteils 108 des ersten Konverters 106 und dem von dem zweiten Konverter 110 emittiertem Licht 112 ergibt, kann im Bereich von ungefähr 615 nm bis ungefähr 625 nm sein.
Vorteilhaft sind sowohl die Dominanzwellenlänge als auch die Peakwellenlänge des Lichts 114 gegenüber dem von dem ersten Konverter 106 emittierten Licht 108 langwellig verschoben. Dieses ist zum Beispiel nicht erreichbar, wenn nur ein Anteil des von dem ersten Konverter emittierten Lichts absorbiert werden würde. Das in der Figur 2 gezeigte Ausführungsbeispiel einer
Beleuchtungsvorrichtung 200 beinhaltet eine Lichtquelle 202, welche ein Leuchtdioden (LED) -Bauteil mit einem blauen
Halbleiterchip 204 und einem Package (auch bezeichnet als Gehäuse) 206 beinhaltet. Das Package 206 hat eine Kavität 208 zur Aufnahme des zweiten Konverters 210.
In diesem Ausführungsbeispiel ist ein erster Konverter 216 auf dem Halbleiterchip 204 aufgebracht, zur Vollkonversion oder nahezu Vollkonversion (Blauanteil im Spektrum
vorteilhaft kleiner als ungefähr 5 %) . Der erste Konverter 216 kann auf den Halbleiterchip 204 zum Beispiel durch
Schichtentransfer, Volumenverguss , elektrophoretische
Abscheidung oder Sprühbeschichten ( Spraycoaten) aufgebracht sein .
Der zweite Konverter 210 kann in einem in der Kavität 208 aufgenommenen Matrixmaterial 212 beinhaltet sein. Eine Linse 214 kann optional auf dem Package 206 im Bereich der Kavität 208 angebracht sein. Die Kavität 208 ist in diesem
Ausführungsbeispiel mit dem Matrixmaterial 212 vergossen. Die Linse 214 kann beispielsweise wird durch einen Kleber (zum Beispiel Silikon) auf den zweiten Konverter 210 aufgebracht sein. Die Linse 214 kann in anderen Ausführungsbeispielen aufgetropft werden und es kann durch Oberflächenkräfte eine Linsenform ausgebildet werden. In einem weiteren
Ausführungsbeispiel kann die Linse 214 durch formgebende Verfahren wie Molding oder Casting gebildet werden. Bei Aufbauten anders als durch Volumenverguss kann diese Matrix den zweiten Konverter (zum Beispiel einen organischen Konverter oder Halbleiter-Nanopartikel ) enthalten. Bei
Volumenverguss würde eine Trennung des ersten und des zweiten Konverters nicht sicher gewährleistet sein.
Das in Figur 3 gezeigte Ausführungsbeispiel einer
Beleuchtungsvorrichtung 300 beinhaltet eine Lichtquelle 302, welche ein Leuchtdioden-Bauteil mit einem blauen
Halbleiterchip 304 und einem Package 306 aufweist. Ein
Matrixmaterial 312 ist in einer Kavität 308 des Package 306 aufgenommen. Die Kavität 308 ist in diesem
Ausführungsbeispiel mit dem Matrixmaterial 310 vergossen. Eine Linse 314 kann auf dem Package 306 im Bereich der
Kavität 308 angebracht sein.
In diesem Ausführungsbeispiel ist ein erster Konverter 316 auf dem Halbleiterchip 304 aufgebracht, eingerichtet zur Vollkonversion oder nahezu Vollkonversion (Blauanteil im Spektrum vorteilhaft kleiner als ungefähr 5 %) . Der erste Konverter 316 kann auf den Halbleiterchip 304 zum Beispiel durch Schichttransfer (Layertransfer) , Volumenverguss, elektrophoretische Abscheidung oder Sprühbeschichten
( Spraycoaten) aufgebracht sein.
Ein zweiter Konverter 318 ist zumindest teilweise um die Linse 314 herum angeordnet oder umschließt die Linse 314 im Wesentlichen vollständig, wie in dem in Figur 3 dargestellten Ausführungsbeispiel gezeigt. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Material des zweiten Konverters 318 in Form einer
Schale um die Linse 314 aufgebracht, zum Beispiel gemoldet. Das in Figur 4 gezeigte Ausführungsbeispiel einer
Beleuchtungsvorrichtung 400 beinhaltet eine Lichtquelle 402, welche ein Leuchtdioden-Bauteil mit einem blauen
Halbleiterchip 404 und einem Package 406 beinhaltet. Ein Matrixmaterial 412 ist in einer Kavität 408 des Package 406 aufgenommen. Die Kavität 408 wird in diesem
Ausführungsbeispiel mit dem Matrixmaterial 410 vergossen. Eine Linse 414 ist auf dem Package 406 im Bereich der Kavität 408 angebracht.
In diesem Ausführungsbeispiel ist ein erster Konverter 416 auf dem Halbleiterchip 404 aufgebracht, eingerichtet zur Vollkonversion oder nahezu Vollkonversion (Blauanteil im Spektrum vorteilhaft kleiner als ungefähr 5 %) . Der erste Konverter 416 kann auf den Halbleiterchip 404 zum Beispiel durch Schichttransfer (Layertransfer) , Volumenverguss , elektrophoretische Abscheidung oder Sprühbeschichten
( Spraycoaten) aufgebracht sein. Das Material eines zweiten Konverters 418 ist in der Linse 414 enthalten.
Das in Figur 5 gezeigte Ausführungsbeispiel einer
Beleuchtungsvorrichtung 500 beinhaltet eine Lichtquelle, welche einen auf einem Substrat 504 angeordneten blauen
Halbleiterchip 506 (beispielsweise Leuchtdioden-Chip) beinhaltet. Ein erster Konverter 508 ist auf dem Chip 506 angeordnet und ein zweiter Konverter 510 ist auf dem ersten Konverter 508 angeordnet. Eine Linse 512 kann über dem zweiten Konverter 508 angebracht sein. Der erste Konverter 508 kann zum Beispiel mittels Schichttransfer
(Layertransfer) , elektrophoretische Abscheidung oder
Sprühbeschichten (Spraycoaten) auf das Substrat 504
aufgebracht werden, zur Vollkonversion oder nahezu Vollkonversion. Die Linse 512 kann zum Beispiel auf das
Substrat 504 gemoldet sein.
Das in Figur 6 gezeigte Ausführungsbeispiel einer
Beleuchtungsvorrichtung 600 beinhaltet eine Lichtquelle, welche einen auf einem Substrat 604 angeordneten blauen
Halbleiterchip 606 (beispielsweise einen Leuchtdioden-Chip) aufweist. Ein erster Konverter 608 ist auf dem Chip 606 angeordnet und eine Linse 612 kann über dem ersten Konverter 608 angebracht sein. Das Material eines zweiten Konverters 610 kann in der Linse 612 enthalten sein.
Das in Figur 7 gezeigte Ausführungsbeispiel einer
Beleuchtungsvorrichtung 700 beinhaltet eine Lichtquelle, welche einen auf einem Substrat 704 angeordneten blauen
Halbleiterchip 706 (beispielsweise einen Leuchtdioden-Chip) aufweist. Ein erster Konverter 708 ist auf dem Chip 706 angeordnet und eine Linse 712 kann über dem ersten Konverter 708 angebracht beziehungsweise angeordnet sein. Ein zweiter Konverter 714 ist zumindest teilweise um die Linse 712 angeordnet oder umschließt die Linse 712 im Wesentlichen vollständig, wie in dem in Figur 7 dargestellten
Ausführungsbeispiel gezeigt. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Material des zweiten Konverters 714 in Form einer Schale um die Linse 712 aufgebracht, zum Beispiel gemoldet.
Das in Figur 8 gezeigte Ausführungsbeispiel einer
Beleuchtungsvorrichtung 800 beinhaltet eine Lichtquelle, welche einen auf einem Substrat 804 angeordneten blauen
Halbleiterchip 806 (beispielsweise einen Leuchtdioden-Chip) aufweist. Ein erster Konverter 808 ist auf Halbleiterchip Chip 806 angeordnet und ein zweiter Konverter 810 ist lateral versetzt zu dem Halbleiterchip 806 auf dem Substrat 804 angeordnet. Dieses ermöglicht vorteilhaft, dass der zweite Konverter 810 effektiv gekühlt werden kann. In einem
Ausführungsbeispiel kann das Substrat 804 beispielsweise aus Silber bestehen, welches eine hohe Reflektivität besitzen kann und gleichzeitig ein gute Wärmeleitfähigkeit aufweisen kann. Vorteilhaft kann das Substrat, beispielsweise ein
Silbersubstrat, an einen Kühlkörper (zum Beispiel aus Kupfer) in der Unterseite des LED-Packages gekoppelt sein. Als Substrat (Panel) in den oben mit Bezug auf die Figur 5 bis Figur 8 beschriebenen Ausführungsbeispielen kann
beispielsweise ein Keramiksubstrat verwendet werden. Ein beispielhaftes Linsenmaterial ist Silikon. Das Substrat kann beispielsweise aus Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid oder
Yttriumaluminiumoxid bestehen.
Als Linsen-Material in den beschriebenen
Ausführungsbeispielen können zum Beispiel die folgenden
Materialien vorteilhaft verwendet werden:
Polyacrylat, Polyolefine (beispielsweise Polyethylen (PE) mit hoher oder niedriger Dichte oder Polypropylen (PP) ) ,
Polyvinylchlorid (PVC) , Polystyrol (PS) , Polyester,
Polycarbonat (PC), Polyethylenterephthalat (PET),
Polyethersulfon (PES) , Polyethylennaphthalat (PEN),
Polymethylmethacrylat (PMMA) , Polyimid (PI), Polyetherketone (PEEK) , Polyamide, beispielsweise Polyphthalamide (PPA) , Polycyclohexylendimethylenterephthalat (PCT) , Silikone,
Epoxide oder ein flüssigkristallines Polymer (liquid
crystalline polymer - LCP) .
In anderen Ausführungsbeispielen kann der zweite Konverter als separates Bauteil zu der Lichtquelle und dem ersten Konverter ausgebildet sein. Damit wird der zweite Konverter in einem so genannten Remote-Ansatz anwendbar.
Die Ausführungsbeispiele sind im Falle einer organischen Leuchtdiode (OLED) mit Pumpwellenlängen im blauen und weißen Bereich möglich, beispielsweise mit Blau und Weiß als
Pumpwellenlänge für den ersten Konverter und Rot dann direkt für die rot-rote Konversion vom zweiten Konverter. In den beschriebenen Ausführungsbeispielen kann der erste Konverter zum Beispiel eingerichtet sein, Licht in einem Bereich von ungefähr 580 nm bis ungefähr 650 nm,
beispielsweise mit einer Dominanzwellenlänge kleiner als ungefähr 610 nm zu emittieren. Das von der
Beleuchtungsvorrichtung insgesamt emittierte/konvertierte Licht kann zum Beispiel eine Dominanzwellenlänge in einem Bereich von ungefähr 610 nm bis ungefähr 625 nm haben. Der zweite Konverter kann beispielsweise sein Absorptionsmaximum bei ungefähr 575 nm haben. In einem Ausführungsbeispiel kann das Licht von dem ersten Konverter eine Dominanzwellenlänge von ungefähr 606 nm haben und die Dominanzwellenlänge des insgesamt emittierte/konvertierte Lichts kann ungefähr 612 nm sein . Figur 9 zeigt gemessene Spektren eines Vergleichs einer herkömmlichen roten LED mit Vollkonversion oder nahezu
Vollkonversion durch einen Eu 2+-dotierten Konverter (Kurve 900) und einem Ausführungsbeispiel einer
Beleuchtungsvorrichtung mit einem zweiten Konverter (Kurve 902) . Wie aus der Figur 9 ersichtlich ist, kann der zweite
Konverter vorteilhaft eine Rotverschiebung der Emission, bei gleichzeitiger Verringerung der Bandbreite, erreichen. Durch den zweiten Konverter wird Licht im kurzwelligen Bereich 904 der Emission 900 absorbiert und Licht im langwelligen Bereich 906 der Emission 900 emittiert. Dadurch sind sowohl die
Dominanzwellenlänge als auch die Peakwellenlänge der Emission 902 langwellig gegenüber der Emission 900 verschoben. Ohne den zweiten Konverter (Kurve 900) ist die Dominanzwellenlänge ungefähr 606 nm und die Peakwellenlänge ungefähr 627 nm. Mit dem zweiten Konverter (Kurve 902) ist die Dominanzwellenlänge ungefähr 612 nm und die Peakwellenlänge ungefähr 629 nm.
Figur 10 zeigt gemessene Spektren eines weiteren Vergleichs einer herkömmlichen roten LED mit Vollkonversion oder nahezu
Vollkonversion durch einen Eu 2+-dotierten Konverter (Kurve
1000) und einem Ausführungsbeispiel einer
Beleuchtungsvorrichtung mit einem zweiten Konverter (Kurve 1002) . Im Vergleich zu Figur 9 hat der erste Konverter eine niedrigere Konzentration. Wiederum kann der zweite Konverter vorteilhaft eine Rotverschiebung der Emission, bei
gleichzeitiger Verringerung der Bandbreite, erreichen. Ohne den zweiten Konverter (Kurve 1000) ist die
Dominanzwellenlänge ungefähr 605 nm und die Peakwellenlänge ungefähr 619 nm. Mit dem zweiten Konverter (Kurve 1002) ist die Dominanzwellenlänge ungefähr 611 nm und die
Peakwellenlänge ungefähr 626 nm.
Bei dem Eu2+-dotierten Konverter in der Figur 9 und Figur 10 handelt es sich um einen (Sr, Ba, Ca) 2Si5N8-Phosphor (bevorzugt mit einem Eu2+-Gehalt von ungefähr 0.5 - 15 % und besonders bevorzugt von ungefähr 2 - 8 %) . In Figur 9 wurde dieser in einer Konzentration von ungefähr 32 % Leuchtstoff in einem Volumenverguss (Lichtweg im Package ungefähr 0.4 mm) und in Figur 10 mit ungefähr 25 % in einem Volumenverguss eingesetzt. Der zweite Konverter ist Lumogen red 305 F, erwerblich zum Beispiel bei BASF. Ungefähr 4 mg wurden in ungefähr 20 g Silikon gelöst. Das entspricht einer
Konzentration von ungefähr 0.1 g/1 Konzentrationen von ungefähr 0.001 - ungefähr 0.1 g/1 bei einem Lichtweg von ungefähr 1.5 mm können beispielsweise in verschiedenen
Ausführungsbeispielen benutzt werden.
Figur 11 zeigt gemessene Spektren eines weiteren Vergleichs einer herkömmlichen roten LED mit Vollkonversion oder nahezu
Vollkonversion durch nur einen Eu 2+ "dotierten Konverter (Kurve 1100) und Ausführungsbeispielen einer
Beleuchtungsvorrichtung mit einem zweiten Konverter (Kurven 1102, 1104 und 1106) . Für die Kurve 1100 wurde eine
Dominanzwellenlänge von ungefähr 604 nm gemessen, während für die Kurven 1102, 1104 und 1106 jeweils eine
Dominanzwellenlänge von ungefähr 610 nm, ungefähr 607 nm und ungefähr 608 nm gemessen wurde. Für die Kurve 1100 wurde eine Peakwellenlänge, das heißt die Wellenlänge mit der höchsten Intensität, von ungefähr 624 nm gemessen, während für die Kurven 1102, 1104 und 1106 jeweils eine Dominanzwellenlänge von ungefähr 628 nm, ungefähr 629 nm und ungefähr 627 nm gemessen wurde. Das Material der zweiten Konverter in den Ausführungsbeispielen der Kurven 1102, 1104 und 1106 war BASF Lumogen F Rot 305, mit ungefähr gleichen Schichtdicken .
Figur 12 zeigt Beispiele eines Vergleichs von
Farbortverschiebungen herkömmlicher roter LEDs mit
Vollkonversion oder nahezu Vollkonversion durch nur einen Konverter und Ausführungsbeispielen einer
Beleuchtungsvorrichtung mit einem zweiten Konverter.
Figur 13 zeigt Beispiele eines weiteren Vergleichs von
Farbortverschiebungen herkömmlichen roter LEDs mit
Vollkonversion oder nahezu Vollkonversion durch nur einen Konverter und Ausführungsbeispielen einer
Beleuchtungsvorrichtung mit einem zweiten Konverter. Im
Vergleich zu Figur 12 hat der erste Konverter in diesen
Beispielen eine niedrigere Konzentration.
Wie aus einem Vergleich der Figuren 12 und 13 mit der Figur 14 zeigt, fallen die gemessenen Werte der
Ausführungsbeispiele, angezeigt als Gruppen 1200 und 1300 in Figuren 12 und 13, sowohl innerhalb einer Ampelnorm 1400
(EN12368) als auch der ECE Norm 1402. Dagegen erreichen die gemessenen Werte der LEDs mit nur einem Konverter, angezeigt als Gruppen 1204 und 1304 in Figuren 12 und 13, die Ampelnorm 1400 und die ECE Norm 1402 nicht.
Die beschriebenen Ausführungsbeispiele können vorteilhaft einen oder mehrere der folgenden Effekte haben:
- Es kann ein konvertiertes Spektrum mit einer
Dominanzwellenlänge in einem Bereich von ungefähr 615 nm bis ungefähr 625 nm erhalten werden.
- Durch die zweite Konversion von energiearmen Photonen
(rote) können Materialien zur Konversion verwendet werden (wie zum Beispiel organische Konverter und Halbleiter- Nanopartikel ) , die bei der gewöhnlichen Konversion von blauem Licht nicht die notwendige Stabilität aufweisen würden. Diese Materialien können in Partikelgrößen deutlich unterhalb der Wellenlänge des sichtbaren Lichts erhalten werden und es kommt somit nicht zu weiteren Streuverlusten. - Der erste Konverter emittiert kurzwelliger als ohne eine zweite Konversion notwendig. Dadurch kommt es zu weniger Emission im infraroten Bereich.
- Es kann ein konvertiertes Spektrum mit einer
Dominanzwellenlange in einem Bereich von ungefähr 615 nm bis ungefähr 625 nm erhalten werden.
- Es kann eine höhere Gesamteffizienz erreicht werden als zum Beispiel mit einem Einzel-Phosphor-System.
- Das Spektrum wird schmaler, dadurch wird eine bessere
Farbsättigung erreicht. Man erhält einen reineren Rotton.
Eine je nach Materialsystem vorhandener Farbortverschiebung bei steigender Temperatur kann durch den zweiten Konverter ausgeglichen oder zumindest minimiert werden. Einige
Konverter, wie zum Beispiel Phosphore, schieben bei höheren Temperaturen in Richtung Gelb. Außerdem wird bei höheren Temperaturen nicht so stark konvertiert. Durch den zweiten Konverter, zum Beispiel Phosphor, kann die Gelbverschiebung (der Gelbshift) aufgefangen werden, da mehr Licht absorbiert und wieder in Rot umgewandelt wird. Ferner können die starken auftretenden Reste an blauem Licht durch den zweiten
Konverter absorbiert werden. Andernfalls würde bei hohen Temperaturen der angestrebte Farbbereich verlassen werden. Mögliche, aber nicht einschränkende, Materialien für den ersten Konverter in den beschriebenen Ausführungsbeispielen smd Eu 2 +-dotierte Konverter, wie zum Beispiel Eu 2 +-dotierte
Nitride, beispielsweise CaAISiN3 : Eu2+, (Ba, Sr) 2Si5N8 :Eu2+;
Eu2+-dotierte Sulfide, Eu2+-dotierte SiAIONe und SiONe. Mögliche, aber nicht einschränkende, Materialien für den zweiten Konverter in den beschriebenen Ausführungsbeispielen sind organische Farbstoffe und Lumineszenzfarbstoffe, zum Beispiel folgende Substanzklassen:
Acridin-Farbstoffe, Acridinon-Farbstoffe, Anthrachino- Farbstoffe, Anthracen-Farbstoffe, Cyanin-Farbstoffe, Dansyl- Farbstoffe, Squaryllium-Farbstoffe, Spiropyrane, Boron- dipyrromethene (BODIPY) , Perylene, Pyrene, Naphthalene,
Flavine, Pyrrole, Porphyrine und deren Metallkomplexe,
Diarylmethan-Farbstoffe, Triarylmethan- Farbstoffe, Nitro- und Nitroso-Farbstoffen, Phthalocyanin-Farbstoffe und die Metall-Komplexe von Phthalocyaninen, Quinone, Azo-Farbstoffe, Indophenol-Farbstoffe, Oxazine, Oxazone, Thiazine und
Thiazoie, Xanthene, Fluorene, Flurone, Pyronine, Rhodamine, Coumarine .
Vorteilhafte organische Materialien sind beispielsweise
Perylenimide und Perylencarboxylate .
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den
Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.

Claims

Patentansprüche
Beleuchtungsvorrichtung zum Erzeugen einer
Lichtemission, aufweisend:
- eine Lichtquelle (102, 202, 302, 402, 506, 606, 706, 806), eingerichtet zum Erzeugen von Licht mit einer ersten Dominanzwellenlänge;
- einen ersten Konverter (106, 216, 316, 416, 508, 608, 708, 808), welcher eingerichtet ist, das von der
Lichtquelle erzeugte Licht zu absorbieren, und Licht mit einer zweiten Dominanzwellenlänge, welche größer ist als die erste Dominanzwellenlänge, zu emittieren; und
- einen zweiten Konverter (110, 210, 318, 418, 510, 610, 714, 810), welcher eingerichtet ist, einen Lichtanteil des von dem ersten Konverter emittierten Lichts zu absorbieren und Licht zu emittieren, so dass die
Lichtemission eine dritte Dominanzwellenlänge aufweist, welche größer ist als die zweite Dominanzwellenlänge.
Beleuchtungsvorrichtung gemäß Anspruch 1,
bei der die erste Dominanzwellenlänge im Spektralbereich von blauem Licht liegt, der erste Konverter das Licht der Lichtquelle zu gelblich-rotem Licht vollkonvertiert, und der zweite Konverter Licht im langwelligen Bereich des ersten Konverters oder im Infrarotbereich emittiert, wobei der erste Konverter und der zweite Konverter mit unterschiedlichen Leuchtstoffen gebildet sind.
Beleuchtungsvorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2,
bei der der Lichtanteil bis zu 40 % der Lichtleistung des ersten Konverters (106, 216, 316, 416, 508, 608, 708, 808) beinhaltet, vorzugsweise bis zu 30 % der
Lichtleistung des ersten Konverters (106, 216, 316, 416, 508, 608, 708, 808), vorzugsweise bis zu 20 % der
Lichtleistung des ersten Konverters.
Beleuchtungsvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei der der zweite Konverter (110, 210, 318, 418, 510, 610, 714, 810) eingerichtet ist, Licht mit einer vierten Dominanzwellenlänge, welche größer ist als die zweite Dominanzwellenlänge, zu emittieren.
5. Beleuchtungsvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei der der zweite Konverter (110, 210, 318, 418, 510, 610, 714, 810) eingerichtet ist, den Lichtanteil des von dem ersten Konverter emittierten Lichts zu absorbieren und Licht zu emittieren, so dass die Lichtemission eine gegenüber dem von dem ersten Konverter (106, 216, 316, 416, 508, 608, 708, 808) emittierten Lichts größere Peakwellenlänge aufweist.
6. Beleuchtungsvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei der der zweite Konverter (110, 210, 318, 418, 510, 610, 714, 810) eine Teilchen- oder Partikelgröße hat, welche kleiner ist als die zweite Dominanzwellenlänge.
7. Beleuchtungsvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei der der zweite Konverter (110, 210, 318, 418, 510, 610, 714, 810) ein organisches Material beinhaltet.
8. Beleuchtungsvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend: - eine Linse (214, 314, 414, 512, 612, 712);
- wobei der der zweite Konverter (418, 610) in der Linse (414, 612) der Beleuchtungsvorrichtung beinhaltet ist, oder
- wobei der zweite Konverter (318, 714) zumindest teilweise um die Linse (314, 712) der
Beleuchtungsvorrichtung angeordnet ist.
Beleuchtungsvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei der die Lichtquelle ein Leuchtdioden-Bauteil (202, 302, 402) mit einem Package (206, 306, 406) aufweist, und wobei das Package (206, 306, 406) eine Kavität (208, 308, 408) zur Aufnahme des zweiten Konverters (210) aufweist .
10. Beleuchtungsvorrichtung gemäß Anspruch 9,
bei der der zweite Konverter (210) in einem
Matrixmaterial (212) beinhaltet ist, welches in der Kavität (208) aufgenommen ist.
Beleuchtungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10,
bei der die Lichtquelle ein auf einem Substrat (504, 604, 704, 804) angeordneten Chip (506, 606, 706, 806) beinhaltet .
Beleuchtungsvorrichtung gemäß Anspruch 11,
- bei der der erste Konverter (508) auf dem Chip (506) angeordnet ist; und/oder
- bei der der zweite Konverter (510) auf dem ersten Konverter (508) angeordnet ist.
13. Beleuchtungsvorrichtung gemäß Anspruch 12, bei der der zweite Konverter (810) versetzt zu dem Chip (806) auf dem Substrat (804) angeordnet ist. 14. Beleuchtungsvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei der die dritte Dominanzwellenlänge im Bereich von 615 nm bis 625 nm ist. 15. Verfahren zum Erzeugen einer Lichtemission, aufweisend:
- Erzeugen von Licht mit einer ersten
Dominanzwellenlänge durch eine Lichtquelle (102, 202, 302, 402, 506, 606, 706, 806);
- Absorbieren des erzeugten Lichts und Emittieren von Licht mit einer zweiten Dominanzwellenlänge, welche größer ist als die erste Dominanzwellenlänge, durch einen ersten Konverter (106, 216, 316, 416, 508, 608, 708, 808); und
- Absorbieren eines Lichtanteils des durch den ersten Konverter emittierten Lichts und Emittieren von Licht durch einen zweiten Konverter (110, 210, 318, 418, 510, 610, 714, 810), so dass die Lichtemission eine dritte Dominanzwellenlänge aufweist, welche größer ist als die zweite Dominanzwellenlänge.
16. Verfahren gemäß Anspruch 15,
bei dem der Lichtanteil bis zu 40 % der Lichtleistung des ersten Konverters beinhaltet, vorzugsweise bis zu 30 % der Lichtleistung des ersten Konverters,
vorzugsweise bis zu 20 % der Lichtleistung des ersten
Konverters .
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 15 oder 16, bei dem das durch den zweiten Konverter (110, 210, 318, 418, 510, 610, 714, 810) emittierte Licht eine vierte Dominanzwellenlänge hat, welche größer ist als die zweite Dominanzwellenlänge.
18. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 15 bis 17,
bei dem der zweite Konverter (110, 210, 318, 418, 510, 610, 714, 810) eine Teilchengröße oder eine
Partikelgröße hat, welche kleiner ist als die zweite Dominanzwellenlänge.
Verfahren gemäß Anspruch 18,
bei dem der zweite Konverter (110, 210, 318, 418, 510, 610, 714, 810) ein organisches Material beinhaltet.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 15 bis 19,
bei dem die dritte Dominanzwellenlänge im Bereich von
615 nm bis 625 nm ist.
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