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HINTERGRUND
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Die vorliegenden exemplarischen Ausführungsformen beziehen sich auf neue Leuchtstoff-Zusammensetzungen. Sie finden besondere Anwendung in Verbindung mit einer Umwandlung von LED erzeugter ultravioletter (UV), violetter oder blauer Strahlung in weißes Licht oder anderes gefärbtes Licht für allgemeine Beleuchtungszwecke. Es sollte allerdings klar sein, dass die Erfindung auch auf die Umwandlung von Strahlung in Hg-basierten fluoreszierenden Lampen, in Gasentladungslampen, wie Szintillationsdetektorelemente in der Computer-Tomographie (CT) und Positronen-Emissions-Tomographie (PET), UV-, violetten und/oder blauen Lasern, wie auch in anderen Quellen für weißes oder gefärbtes Licht für verschiedene Anwendungen anwendbar ist.
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Licht emittierende Dioden bzw. Leuchtdioden (LEDs) sind Halbleiter-Lichtemitter, die oft als Ersatz für andere Lichtquellen, zum Beispiel Glühlampen, verwendet werden. Sie sind besonders als Displaylichter, Warnlichter und Anzeigelichter oder in anderen Anwendungen, wo gefärbtes Licht gewünscht wird, nützlich. Die Farbe von Licht, das durch eine LED produziert wird, ist von dem Typ des Halbleitermaterials abhängig, das bei seiner Herstellung verwendet wird.
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Gefärbtes Licht emittierende Halbleitervorrichtungen, einschließlich Licht emittierende Dioden bzw. Leuchtdioden und Laser (beide werden allgemein hierin als LEDs bezeichnet), werden aus Legierungen der Gruppe III–V, zum Beispiel Galliumnitrid (GaN) produziert. Um LEDs zu bilden, werden typischerweise Schichten der Legierung epitaxial auf einem Substrat, zum Beispiel Siliciumcarbid oder Saphir, abgeschieden, und können mit einer Vielzahl von Dotierungsmitteln vom n- und p-Typ dotiert werden, um Eigenschaften, zum Beispiel Lichtemissionseffizienz, zu verbessern. Was die GaN-basierten LEDs angeht, so wird Licht im Allgemeinen im UV- und/oder blauen Bereich des elektromagnetischen Spektrums emittiert. Bis vor kurzem waren LEDs für Beleuchtungsverwendungen, in denen ein helles weißes Licht benötigt wird, aufgrund der inhärenten Farbe des durch die LED produzierten Lichts nicht geeignet.
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Vor kurzem wurden Techniken zur Umwandlung des Lichts, das aus LEDs emittiert wird, in für Beleuchtungszwecke verwendbares Licht entwickelt. In einer Technik wird die LED mit einer Leuchtstoffschicht beschichtet oder bedeckt. Ein Leuchtstoff ist ein lumineszentes Material, das Strahlungsenergie in einem Teil des elektromagnetischen Spektrums absorbiert und Energie in einem anderen Teil des elektromagnetischen Spektrums emittiert. Leuchtstoffe einer wichtigen Klasse sind kristalline anorganische Verbindungen mit sehr hoher chemischer Reinheit und mit einer kontrollierten Zusammensetzung, denen geringe Mengen anderer Elemente (”Aktivatoren” genannt) zugesetzt wurden, um sie in effiziente fluoreszente Materialien umzuwandeln. Mit der richtigen Kombination von Aktivatoren und anorganischen Wirtsverbindungen kann die Farbe der Emission kontrolliert werden. Äußerst nützliche und gut bekannte Leuchtstoffeemittieren Strahlung im sichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrums als Reaktion auf eine Anregung durch elektromagnetische Strahlung außerhalb des sichtbaren Bereichs.
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Indem ein Leuchtstoff, der durch die Strahlung angeregt wird, welche durch die LED erzeugt wird, zwischengeschaltet wird, kann Licht einer unterschiedlichen Wellenlänge, zum Beispiel im sichtbaren Bereich des Spektrums, erzeugt werden. Gefärbte LEDs werden oft in Spielzeugen, Anzeigelampen und anderen Vorrichtungen verwendet. Hersteller suchen kontinuierlich nach neuen Leuchtstoffen zur Verwendung in solchen LEDs, um maßgefertigte Farben und höhere Leuchtstärke zu produzieren.
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Zusätzlich zu gefärbten LEDs kann eine Kombination von durch LED erzeugtem Licht und durch Leuchtstoff erzeugtem Licht verwendet werden, um weißes Licht zu produzieren. Die populärsten weißen LEDs basieren auf blau emittierenden GaInN-Chips. Die blau emittierenden Chips werden mit einem Leuchtstoff beschichtet, der einiges der blauen Strahlung in eine komplementäre Farbe umwandelt, zum Beispiel eine gelb-grüne Emission. Die Summe des Lichts aus dem Leuchtstoff und dem LED-Chip stellt einen Farbpunkt mit den entsprechenden Farbkoordinaten (x und y) in dem CIE 1931-Chromatizitäts-Diagramm und korrelierter Farbtemperatur (CCT) bereit, und seine Spektralverteilung stellt eine Farbwiedergabefähigkeit, gemessen durch den Farbwiedergabe-Index (CRI), bereit.
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Der CRI ist allgemein definiert als ein Mittelwert für 8 Standardfarbproben (R1-8), der üblicherweise als der allgemeine Farbwiedergabe-Index (General Color Rendering Index) bezeichnet wird und als Ra abgekürzt wird.
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Eine bekannte weißes Licht emittierende Vorrichtung umfasst eine blaues Licht emittierende LED, die eine Peak-Emissionswellenlänge im blauen Bereich hat (von etwa 440 nm bis etwa 480 nm), kombiniert mit einem Leuchtstoff, zum Beispiel Cerdotierter Yttrium-Aluminium-Granat Y3Al5O12:Ce3+ (”YAG”). Der Leuchtstoff absorbiert einen Teil der Strahlung, die von der LED emittiert wird, und wandelt die absorbierte Strahlung in ein gelb-grünes Licht um. Der Rest des blauen Lichts, das durch die LED emittiert wird, wird durch den Leuchtstoff transmittiert und mit dem gelben Licht, das durch den Leuchtstoff emittiert wird, vermischt. Ein Betrachter nimmt das Gemisch aus blauem und gelbem Licht als ein weißes Licht wahr.
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Die oben beschriebene blaue LED-YAG-Leuchtstoffvorrichtung produziert typischerweise ein weißes Licht mit einem allgemeinen Farbwiedergabe-Index (Ra) von etwa 70–82 mit einem abstimmbaren Farbtemperaturbereich von etwa 4000 K bis 8000 K. Typische allgemeine Beleuchtungsanwendungen erfordern einen höheren CRI und niedrigere CCT-Werte als sie unter Verwendung des blauen LED-YAG-Ansatzes möglich sind. Bei einer Anstrengung, den CRI zu verbessern, verwenden neuere im Handel erhältliche LEDs eine Mischung von YAG-Leuchtstoff und einem zusätzlichen Leuchtstoff oder mehreren zusätzlichen Leuchtstoffen, einschließlich eines roten Leuchtstoffs, zum Beispiel CaS:Eu2+ oder (Ba, Sr, Ca)2Si5N8:Eu2+, um Farbtemperaturen unter 4000 K mit einem Ra von etwa 90 bereitzustellen.
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Somit gibt es einen anhaltenden Bedarf für zusätzliche Zusammensetzungen, die als eine einzelne Leuchtstoffkomponente oder als Teil einer Leuchtstoffmischung bei der Herstellung sowohl von weißen als auch gefärbten LEDs wie auch in anderen Anwendungen eingesetzt werden können. Solche Leuchtstoff-Zusammensetzungen werden einen noch weiteren Array von LEDs mit wünschenswerten Eigenschaften, einschließlich der Fähigkeit, Lichtquellen mit guter Farbqualität (CRI > 80) und einem großen Bereich von Farbtemperaturen bereitzustellen, erlauben.
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Die Lehre nach der
WO 2005/103199 A schafft hier keine Abhilfe. Sie beschreibt eine Beleuchtungsapparatur, die eine Leuchtstoffschicht aufweist, die einen Nitrid-Leuchtstoff und ein Licht emittierendes Element enthält. Dieses Element weist einen Emissionspeak in dem Wellenlängenbereich von 360 nm bis weniger als 500 nm auf. Der Nitrid-Leuchtstoff wird durch das Licht angeregt, das durch das Licht emittierende Element ausgestrahlt wird. Der Nitrid-Leuchtstoff wird durch Eu
2+ aktiviert und durch die Formel (M
1-xEu
x)AlSiN
3 dargestellt, wobei ”M” Mg, Ca, Sr, Ba und/oder Zn ist, wobei die Zahl ”x” die Formel 0,005 ≤ x ≤ 0,3 erfüllt. Vorzugsweise enthält die Leuchtstoffschicht einen grünen Leuchtstoff, der durch Eu
2+ oder Ce
3+ aktiviert wird, und hat einen Emissionspeak in einem Wellenlängenbereich von 500 nm bis 560 nm. Der grüne Leuchtstoff ist vorzugsweise ein Nitrid-Leuchtstoff oder ein Oxynitrid-Leuchtstoff, ein Erdalkalilmetallorthosilikat-Leuchtstoff, ein Thiogallat-Leuchtstoff, ein Aluminat-Leuchtstoff, jeweils aktiviert mit Eu
2+, ein Aluminat-Leuchtstoff, koaktiviert mit Eu
2+ und Mn
2+, ein Nitrid-Leuchtstoff oder ein Oxynitrid-Leuchtstoff, und ein Leuchtstoff mit Granat-Struktur, jeweils aktiviert mit Ce
3+. Die nachfolgend geschilderte Erfindung zeigt zwar bezüglich der Peakbreite der Strahlung mit diesem Stand der Technik eine Überlappung. Es besteht bei dem jeweiligen Leuchtstoffmaterial keine Übereinstimmung.
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KURZE BESCHREIBUNG
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In einem ersten Aspekt wird ein Leuchtstoff bereitgestellt, umfassend Ca1-a-bCeaEubAl1+aSi1-aN3, worin 0 < a ≤ 0,2, 0 ≤ b ≤ 0,2.
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In einem zweiten Aspekt wird ein Leuchtstoff bereitgestellt, umfassend Ca1-c-dCecEudAl1-c(Mg, Zn)cSiN3, worin 0 < c ≤ 0,2, 0 ≤ d ≤ 0,2.
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In einem dritten Aspekt wird ein Leuchtstoff bereitgestellt, umfassend Ca1-2e-fCee(Li; Na)eEufAlSiN3, worin 0 < e ≤ 0,2, 0 ≤ f ≤ 0,2, e + f > 0.
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In einem vierten Aspekt wird ein Leuchtstoff bereitgestellt, umfassend Ca1-g-h-iCeg(Li, Na)hEulAl1+g-hSi1-g+hN3, worin 0 ≤ g ≤ 0,2, 0 < h ≤ 0,4, 0 ≤ i ≤ 0,2, g + i > 0.
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In einem fünften Aspekt wird eine Licht emittierende Vorrichtung bereitgestellt, die eine Halbleiter-Lichtquelle mit einer Peak-Emission von etwa 250 bis etwa 550 nm hat, und einen der oben definierten Leuchtstoffe umfasst.
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In einem sechsten Aspekt wird eine Leuchtstoffmischung bereitgestellt, die einen oder mehrere der Leuchtstoffe, wie sie oben definiert sind, und wenigstens einen zusätzlichen Leuchtstoff umfasst, wobei die Leuchtstoffmischung fähig ist, Licht zu emittieren, das zur Verwendung in einer allgemeinen Beleuchtung entweder allein oder in Kombination mit Strahlung, die von einer Halbleiter-Lichtquelle, die mittels Strahlung mit der Leuchtstoffmischung verbunden ist, emittiert wird, geeignet ist, wobei der eine zusätzliche Leuchtstoff oder die mehreren zusätzlichen Leuchtstoffe ausgewählt ist/sind aus der Gruppe, umfassend:
(Ba, Sr, Ca)5(PO4)3(Cl, F, Br, OH):Eu2+, Mn2+; (Ba, Sr, Ca)BPO5:Eu2+, Mn2+;
(Sr, Ca)10(PO4)6·νB2O3:Eu2+ (worin 0 < ν ≤ 1); Sr2Si3O8·2SrCl2:Eu2+;
(Ca, Sr, Ba)3MgSi2:Eu2+, Mn2+; BaAl8O13:Eu2+; 2SrO·0,84P2O5·0,16B2O3:Eu2+;
(Ba, Sr, Ca)MgAl10O17:Eu2+, Mn2+; (Ba, Sr, Ca)Al2O4:Eu2+; (Y, Gd, Lu, Sc, La)BO3:Ce3+,Tb3+;
(Ba, Sr, Ca)2Si1-ξO4-2ξ:Eu2+ (worin 0 ≤ ξ ≤ 0,2); (Ba, Sr, Ca)2(Mg, Zn)Si2O7:Eu2+;
(Sr, Ca, Ba)(Al, Ga, In)2S4:Eu2+; (Y, Gd, Tb, La, Sm, Pr, Lu)3(Al, Ga)5-λO12-3/2λ:Ce3+ (worin 0 ≤ λ ≤ 0,5); (Lu, Y, Sc)2-p(Ca, Mg)1+pLiσMg2-σ(Si, Ge)3-σPσO12-p:Ce3+ (worin 0 ≤ p ≤ 0,5, 0 ≤ σ ≤ 0,5);
Ca(Sr)8(Mg, Zn)(SiO4)4Cl2:Eu2+, Mn2+; Na2Gd2B2O7:Ce3+, Tb3+;
(Ca, Sr)8Ba, Mg, Zn)2P2O7:Eu2+, Mn2+; (Gd, Y, Lu, La)2O3:Eu3+, Bi3+; (Gd, Y, Lu, La)2O2S:Eu3+,Bi3+;
(Gd, Y, Lu, La)VO4:Eu3+, Bi3+; (Ca, Sr)S:Eu2+; (Ca, Sr)S:Eu2+, Ce3+; SrY2S4:Eu2+;
CaLa2S4:Ce3+; (Ba, Sr, Ca)MgP2O7:Eu2+, Mn2+; (Y, Lu)2WO6:Eu3+, Mo6+;
(Ba, Sr, Ca)βSiγNμ:Eu2+ (worin 2β + 4γ = 3μ); Ca3(SiO4)Cl2:Eu2+;
(Y, Lu, Gd)2-φ, CaφSi4N6 +φC1-φ:Ce3+ (worin 0 ≤ φ ≤ 0,5); (Lu, Ca, Li, Mg, Y)α-SiAlON, dotiert mit Eu2+ und/oder Ce3+; und 3,5MgO·0,5MgF2·GeO2:Mn4+
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Beleuchtungssystems nach einer Ausführungsform.
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2 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Beleuchtungssystems nach einer zweiten Ausführungsform.
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3 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Beleuchtungssystems nach einer dritten Ausführungsform.
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4 ist eine perspektivische Darstellung mit weg geschnittener Seite eines Beleuchtungssystems nach einer vierten Ausführungsform.
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5 ist das Emissionsspektrum eines Leuchtstoffs nach einer erfindungsgemäßen Ausführungsform unter 470 nm-Anregung.
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6 sind die Emissions- und Absorptionsspektren eines Leuchtstoffs einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform.
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7 sind die Emissionsspektren von verschiedenen nach einer anderen Ausführungsform.
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8 sind die Spektren der diffusen Reflexion von verschiedenen Leuchtstoffen nach einer anderen Ausführungsform.
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9 ist das simulierte Emissionsspektrum einer LED-basierten Lampe nach einer anderen Ausführungsform.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Leuchtstoffewandeln Strahlung (Energie) in sichtbares Licht um. Verschiedene Kombinationen von Leuchtstoffen stellen unterschiedliche gefärbte Lichtemissionen bereit. Das gefärbte Licht, das aus den Leuchtstoffen stammt, stellt eine Farbtemperatur bereit. Hierin werden neue Leuchtstoff-Zusammensetzungen sowie ihre Verwendung in LED- und anderen Lichtquellen präsentiert.
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Ein Leuchtstoff-Umwandlungsmaterial (Leuchtstoffmaterial) wandelt erzeugte UV- oder blaue Strahlung in sichtbares Licht unterschiedlicher Wellenlänge um. Die Farbe des erzeugten sichtbaren Lichts ist von den besonderen Komponenten des Leuchtstoffmaterials abhängig. Das Leuchtstoffmaterial kann nur eine einzelne Leuchtstoff-Zusammensetzung oder zwei oder mehr Leuchtstoffe einer Grundfarbe umfassen, zum Beispiel eine besondere Mischung mit einem oder mehreren eines gelben und roten Leuchtstoffs, um eine gewünschte Farbe (Tönung) von Licht zu emittieren. Wie der Ausdruck ”Leuchtstoffmaterial” hierin verwendet wird, soll er sowohl eine einzelne Leuchtstoff-Zusammensetzung als auch eine Mischung von zwei oder mehr Leuchtstoff-Zusammensetzungen umfassen.
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Es wurde bestimmt, dass eine LED-Lampe, die ein hellweißes Licht produziert, verwendbar wäre, um LEDs als Lichtquellen wünschenswerte Qualitäten zu verleihen. In einer Ausführungsform der Erfindung wird daher ein lumineszentes Material, ein mit Leuchtstoff-Umwandlungsmaterial beschichteter LED-Chip, zur Bereitstellung von weißem Licht offenbart. Das Leuchtstoffmaterial kann ein einzelner Leuchtstoff oder eine Leuchtstoffmischung aus zwei oder mehr Leuchtstoff-Zusammensetzungen, einschließlich einzelner Leuchtstoffe, die Strahlung bei einer spezifizierten Wellenlänge, zum Beispiel Strahlung von etwa 250 bis 550 nm, wie sie durch eine UV- bis sichtbare LED emittiert wird, in sichtbares Licht unterschiedlicher Wellenlänge umwandeln, sein. Das sichtbare Licht, das durch das Leuchtstoffmaterial (und einen LED-Chip, wenn er sichtbares Licht emittiert) bereitgestellt wird, umfasst ein hellweißes Licht mit hoher Intensität und Helligkeit.
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Was 1 angeht, so wird eine beispielhafte LED-basierte Licht emittierende Anordnung oder Lampe 10 gemäß einer bevorzugten Struktur gezeigt. Die Licht emittierende Anordnung 10 umfasst eine Halbleiter-Quelle für UV- oder sichtbare Strahlung, zum Beispiel einen Leuchtdioden (LED)-Chip 12 und Leitungen 14, die elektrisch mit dem LED-Chip verbunden sind. Die Leitungen 14 können dünne Drähte umfassen, die durch (einen) dickeren Leiterrahmen 16 gestützt werden, oder die Leitungen können selbst tragende Elektroden umfassen und der Leiterrahmen kann weggelassen sein. Die Leitungen 14 führen Strom zu dem LED-Chip 12 und bewirken so, dass der LED-Chip 12 Strahlung emittiert.
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Die Lampe kann eine Halbleiter-Quelle für sichtbares oder UV-Licht umfassen, die fähig ist, weißes Licht zu produzieren, wenn ihre Strahlung auf den Leuchtstoff gerichtet ist. Die bevorzugte Peak-Emission des LED-Chips in der vorliegenden Erfindung wird von der Identität der Leuchtstoffe in den offenbarten Ausführungsformen abhängen und kann von zum Beispiel von 250–550 nm reichen. In einer bevorzugten Ausführungsform wird jedoch die Emission der LED im nahen UV bis zur blauen Region sein und eine Peak-Wellenlänge im Bereich von etwa 350 bis etwa 500 nm haben. Die Halbleiter-Lichtquelle umfasst dann typischerweise eine LED, die mit verschiedenen Verunreinigungen dotiert ist. So kann die LED eine Halbleiter-Diode, basierend auf geeigneten III–V-, II–VI- oder IV-IV-Halbleiter-Schichten, mit einer Peak-Emissions-Wellenlänge von etwa 250 bis 550 nm umfassen.
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Vorzugsweise kann die LED wenigstens eine Halbleiter-Schicht umfassen, die GaN, ZnSe oder SiC umfasst. Beispielsweise kann die LED einen Nitrid-Verbindungs-Halbleiter umfassen, der durch die Formel In3GakAllN (worin 0 ≤ j; 0 ≤ k; 0 ≤ l und j + k + l = 1) dargestellt wird, der eine Peak-Emissionswellenlänge von größer als etwa 250 nm und kleiner als etwa 550 nm hat. Solche LED-Halbleiter sind auf dem Fachgebiet bekannt. Die Strahlungsquelle wird hierin aus Gründen der Zweckmäßigkeit als eine LED beschrieben. Wie der Ausdruck allerdings hierin verwendet wird, ist gemeint, dass alle Halbleiter-Strahlungsquellen, einschließlich zum Beispiel Halbleiter-Laserdioden, mit umfasst werden.
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Obgleich die allgemeine Diskussion der beispielhaften Strukturen der Erfindung, die hierin diskutiert werden, auf anorganische LED-basierte Lichtquellen gerichtet ist, sollte einzusehen sein, dass der LED-Chip durch eine organische Licht emittierende Struktur oder eine andere Strahlungsquelle ersetzt werden kann, es sei denn, es ist etwas anderes angegeben, und dass eine Bezugnahme auf einen LED-Chip oder Halbleiter lediglich repräsentativ für eine beliebige geeignete Strahlungsquelle ist.
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Der LED-Chip 12 kann in einer Hülle 18 eingekapselt sein, welche den LED-Chip und ein Verkapselungsmaterial 20 einschließt. Die Hülle 18 kann zum Beispiel Glas oder Kunststoff sein. Vorzugsweise ist die LED 12 im Wesentlichen in dem Verkapselungsmaterial 20 zentriert. Das Verkapselungsmaterial 20 ist vorzugsweise ein Epoxid, Kunststoff, Niedrigtemperaturglas, Polymer, Thermoplast, ein wärmehärtendes Material, Harz, Silicon oder ein anderer Typ eines LED-einkapselnden Materials, wie es auf dem Fachgebiet bekannt ist. Gegebenenfalls ist das Verkapselungsmaterial 20 ein Spinglas oder ein anderes Material mit hohem Brechungs-Index. Vorzugsweise ist das Verkapselungsmaterial 20 ein Epoxid oder ein Polymermaterial, zum Beispiel Silicon. Sowohl die Hülle 18 als auch das Verkapselungsmaterial 20 sind vorzugsweise transparent oder im Wesentlichen optisch durchlässig für die Wellenlänge des Lichts, das durch den LED-Chip 12 und ein Leuchtstoffmaterial 22 (unten beschrieben) produziert wird. In einer alternativen Ausführungsform kann die Lampe 10 nur ein Verkapselungsmaterial ohne eine äußere Hülle 18 umfassen. Der LED-Chip 12 kann zum Beispiel durch den Leiterrahmen 16, durch selbst tragende Elektroden, den Boden der Hülle 18 oder durch ein Fundament (nicht gezeigt), das an der Hülle oder dem Leiterrahmen montiert ist, gestützt bzw. getragen werden.
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Die Struktur des Beleuchtungssystems umfasst ein Leuchtstoffmaterial 22 mittels Strahlung verbunden mit dem LED-Chip 12. Mittels Strahlung verbunden bedeutet, dass die Elemente miteinander assoziiert sind, so dass Strahlung von einem zu dem anderen übertragen wird.
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Dieses Leuchtstoffmaterial 22 wird durch ein beliebiges geeignetes Verfahren auf der LED 12 abgeschieden. Beispielsweise kann eine wasserbasierte Suspension des Leuchtstoffs (der Leuchtstoffe) gebildet werden, und als eine Leuchtstoffschicht auf die LED-Oberfläche aufgetragen werden. In einem derartigen Verfahren wird eine Siliconaufschlämmung, in der die Leuchtstoffpartikel statistisch suspendiert sind, um die LED platziert. Dieses Verfahren ist lediglich exemplarisch für mögliche Positionen des Leuchtstoffmaterials 22 und der LED 12. So kann das Leuchtstoffmaterial 22 über oder direkt auf die Licht emittierende Oberfläche des LED-Chips 12 aufgetragen werden, indem die Leuchtstoffsuspension über den LED-Chip 12 aufgetragen und getrocknet wird. Sowohl die Hülle 18 als auch das Verkapselungsmaterial 20 sollten transparent sein, um zu erlauben, dass Licht 24 durch solche Elemente durchgelassen wird. In einer Ausführungsform kann die mittlere Partikelgröße des Leuchtstoffmaterials von etwa 1 bis etwa 10 Mikrometer sein, obgleich dies keine Beschränkung sein soll.
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2 stellt eine zweite bevorzugte Struktur des Systems gemäß dem bevorzugten Aspekt dar. Die Struktur der Ausführungsform von 2 ist ähnlich der von 1, außer dass das Leuchtstoffmaterial 122 in das Verkapselungsmaterial 120 eingemischt (eingeschlossen) ist, anstatt dass es direkt auf dem LED-Chip 112 ausgebildet ist. Das Leuchtstoffmaterial (in Form eines Pulvers) kann innerhalb einer einzelnen Region des Verkapselungsmaterials 120 oder bevorzugter durch das ganze Volumen des Verkapselungsmaterials hindurch eingemischt sein. Eine Strahlung 126, die durch den LED-Chip 112 emittiert wird, mischt sich mit dem Licht, das durch das Leuchtstoffmaterial 122 emittiert wird, und das gemischte Licht erscheint als weißes Licht 124. Wenn der Leuchtstoff mit dem Verkapselungsmaterial 120 zu vermischen ist, dann kann ein Leuchtstoffpulver zu einem Polymervorläufer gegeben werden, um den LED-Chip 112 aufgegeben werden, und dann kann der Polymervorläufer unter Verfestigen des Polymermaterials gehärtet werden. Andere bekannte Leuchtstoff-Mischungsverfahren (phosphor interspersion methods) können ebenfalls verwendet werden, zum Beispiel eine Transferbeladung. Die Bezugszeichen 114, 116 und 118 stellen zu den Bezugszeichen 14, 16 und 18 der 1 analoge Komponenten dar.
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3 stellt eine dritte bevorzugte Struktur des Systems gemäß den bevorzugten Aspekten dar. Die Struktur der in 3 gezeigten Ausführungsform ist ähnlich der von 1, außer dass das Leuchtstoffmaterial 122 auf eine Oberfläche der Hülle 218 aufgetragen ist, anstatt über den LED-Chip 212 ausgebildet zu sein. Das Leuchtstoffmaterial wird vorzugsweise auf die innere Oberfläche der Hülle 218 aufgetragen, obgleich der Leuchtstoff, wenn es gewünscht wird, auf die äußere Oberfläche der Hülle aufgetragen werden kann. Das Leuchtstoffmaterial 222 kann auf die ganze Oberfläche der Hülle oder nur einen oberen Teil der Oberfläche der Hülle aufgetragen werden. Die Strahlung 226, die durch den LED-Chip 212 emittiert wird, mischt sich mit dem Licht, das durch das Leuchtstoffmaterial 222 emittiert wird, und das gemischte Licht erscheint als weißes Licht 224. Die Bezugszeichen 214, 216 und 220 stellen zu den Bezugszeichen 14, 16 und 20 der 1 analoge Komponenten dar. Natürlich können die Strukturen der 1–3 kombiniert werden und der Leuchtstoff kann in beliebigen zwei oder allen drei Stellen oder in einer anderen geeigneten Stelle, zum Beispiel getrennt von der Hülle oder integriert in die LED, lokalisiert werden.
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In einer beliebigen der obigen Strukturen kann die Lampe 10 auch eine Vielzahl von Streupartikeln (nicht gezeigt) umfassen, die in das Verkapselungsmaterial eingebettet sind. Die Streupartikel können zum Beispiel Al2O3-Partikel, zum Beispiel Aluminiumoxidpulver oder TiO2-Partikel umfassen. Die Streupartikel streuen das kohärente Licht, das aus dem LED-Chip emittiert wird, wirksam, vorzugsweise mit einer vernachlässigbaren Menge an Absorption.
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Wie in einer bevorzugten Struktur in 4 gezeigt ist, kann der LED-Chip 412 in eine reflektierende Schale 430 montiert sein. Die Schale 430 kann aus einem reflektierenden Material bestehen oder damit beschichtet sein, zum Beispiel Aluminiumoxid, Titandioxid oder anderes dielektrisches Pulver, das im Fachgebiet bekannt ist. Ein bevorzugtes reflektierendes Material ist Al2O3. Der Rest der Struktur der Ausführungsform von 4 ist derselbe wie der einer der vorangehenden Figuren und umfasst zwei Leitungen 416, einen leitenden Draht 432, der elektrisch mit dem LED-Chip 412 mit der zweiten Leitung verbunden ist, und ein Verkapselungsmaterial 420.
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In einer Ausführungsform stellt die Erfindung eine neue Leuchtstoffzusammensetzung bereit, die in der Leuchtstoffzusammensetzung 22 in dem oben beschriebenen LED-Licht verwendet werden kann, wobei die Zusammensetzung eine Leuchtstoffzusammensetzung mit der Formel Ca1-a-bCeaEubAl1+aSi1-aN3 umfasst, worin 0 < a ≤ 0,2, 0 ≤ b ≤ 0,2.
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In einer zweiten Ausführungsform umfasst der Leuchtstoff Ca1-c-dCecEud-Al1-c(Mg, Zn)cSiN3, worin 0 < c ≤ 0,2, 0 ≤ d ≤ 0,2.
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In einer dritten Ausführungsform umfasst der Leuchtstoff Ca1-2e-fCee-(Li, Na)eEufAlSiN3, worin 0 < e ≤ 0,2, 0 ≤ f ≤ 0,2, e + f > 0.
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In einer vierten Ausführungsform umfasst der Leuchtstoff Ca1-g-h-iCeg-(Li, Na)hEu, Al1+g-hSi1-g+hN3, worin 0 ≤ g ≤ 0,2, 0 < h ≤ 0,4, 0 ≤ i ≤ 0,2, g + i > 0.
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Es sollte betont werden, dass hierin verschiedene Leuchtstoffe beschrieben werden, in denen verschiedene Elemente in Klammern und durch Kommata eingeschlossen sind, zum Beispiel in dem obigen Ca1-c-dCecEudAl1-c(Mg, Zn)cSiN3-Leuchtstoff. Wie vom Fachmann auf diesem Gebiet verstanden wird, bedeutet dieser Typ eine Angabe, dass der Leuchtstoff eines oder alle dieser spezifizierten Elemente in der Formel in einem beliebigen Verhältnis von 0 bis 100% umfassen kann. Das heißt, dieser Typ einer Angabe hat für den obigen Leuchtstoff zum Beispiel dieselbe Bedeutung wie Ca1-c-dCecEudAl1-c(Mg1-qZnq)cSiN3, worin 0 < q ≤ 1.
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Beispielhafte Leuchtstoff nach einer oder mehreren dieser Ausführungsformen umfassen (Ca0,97Eu0,01Ce0,02)(Al0,98Mg0,02)SiN3, (Ca0,99Ce0,01)(Al0,99Mg0,01)SiN3, (Ca0,95Eu0,02Li0,03)Al0,97Si1,03N3, Ca0,90Eu0,02Li0,08)Al0,92Si1,08N3.
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5 ist das Emissionsspektrum von (Ca0,97Eu0,01Ce0,02)(Al0,98Mg0,02)SiN3 unter 470 nm-Anregung. 6 sind die Anregungs- und Emissionsspektren von (Ca0,99Ce0,01)(Al0,99Mg0,01)SiN3.
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Die Verwendung von Ce3+ als Dotierungsmittel kann die Effizienz der resultierenden Beleuchtungsvorrichtung erhöhen, wenn andere Leuchtstoffe vorhanden sind. Das heißt, da von mit Eu2+ dotierten Leuchtstoffen bekannt ist, dass sie die Strahlung absorbieren, die von anderen Leuchtstoffen, die in der Vorrichtung vorliegen, emittiert wird, während Ce3+ dies typischerweise nicht tut, hat dies den zusätzlichen Vorteil einer Erhöhung der Vorrichtungs-Bauteileffizienz, wenn zusätzliche Leuchtstoffe vorliegen (zum Beispiel YAG), da weniger des Lichts, das durch diese Leuchtstoffe emittiert wird, infolge der niedrigeren Konzentration an Eu2+ absorbiert werden wird.
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Obgleich in vielen Anwendungen ein blauer oder UV-LED-Chip allein geeignet ist, kann der oben beschriebene Leuchtstoff mit einem oder mehreren zusätzlichen Leuchtstoff(en) zur Verwendung in LED-Lichtquellen vermischt werden. So wird in einer anderen Ausführungsform eine LED-Beleuchtungsanordnung bereitgestellt, die eine Leuchtstoffkombination umfasst, welche eine Mischung eines Leuchtstoffs aus einer der obigen Ausführungsformen mit einem oder mehreren zusätzlichen Leuchtstoffen umfasst. Diese Leuchtstoffe können entweder einzeln für einzelne Farblampen oder in Mischungen mit anderen Leuchtstoffen eingesetzt werden, um weißes Licht für eine allgemeine Beleuchtung zu erzeugen. Diese Leuchtstoffe können mit geeigneten Leuchtstoffen gemischt werden, um eine weißes Licht emittierende Vorrichtung mit CCTs im Bereich von 2500 bis 10 000 K und CRIs im Bereich von 50–99 zu produzieren. Nicht-limitierende Beispiele für geeignete Leuchtstoffe zur Verwendung mit den vorliegenden erfindungsgemäßen Leuchtstoffen in Leuchtstoffmischungen sind unten aufgelistet.
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Die spezifischen Mengen einzelner Leuchtstoffe, die in der Leuchtstoffmischung verwendet werden, wird von der gewünschten Farbtemperatur abhängen. Die relativen Mengen jedes Leuchtstoffs in der Leuchtstoffmischung können als Spektralgewicht beschrieben werden. Das Spektralgewicht ist eine relative Menge, die jeder Leuchtstoff zu dem Gesamt-Emissionsspektrum der Vorrichtung beiträgt. Die Spektralgewichtsmengen aller einzelnen Leuchtstoff und eines restlichen Bluts aus der LED-Quelle sollten sich zu 100% addieren. In einer bevorzugten Ausführungsform von gemischten Leuchtstoffen wird der oben beschriebene Leuchtstoff in der Mischung ein Spektralgewicht haben, das von etwa 1 bis 75% reicht.
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Obgleich dies nicht beschränkend sein soll, umfassen geeignete Leuchtstoffe zur Verwendung in der Mischung mit den erfindungsgemäßen Leuchtstoffen:
(Ba, Sr, Ca)5(PO4)3(Cl, F, Br, OH):Eu2+, Mn2+
(Ba, Sr, Ca)BPO5:Eu2+, Mn2+
(Sr, Ca)10(PO4)6νB2O3:Eu2+ (worin 0 < ν ≤ 1)
Sr2Si3O8·2SrCl2:Eu2+
(Ca, Sr, Ba)3MgSi2O8:Eu2+, Mn2+
BaAl8O13:Eu2+σ
2SrO·0,84P2O5·0,16B2O3:Eu2+
(Ba, Sr, Ca)MgAl10O17:Eu2+, Mn2+
(Ba, Sr, Ca)Al2O4:Eu2+
(Y, Gd, Lu, Sc, La)BO3:Ce3+, Tb3+
(Ba, Sr, Ca)2Si1-ξO4-2ξ:Eu2+ (worin 0 ≤ ξ ≤ 0,2)
(Ba, Sr, Ca)2(Mg, Zn)Si2O7:Eu2+
(Sr, Ca, Ba)(Al, Ga, In)2S4:Eu2+
(Y, Gd, Tb, La, Sm, Pr, Lu)3(Al, Ga)5.λO12-3/2λ:Ce3+ (worin 0 ≤ λ ≤ 0,5)
(Lu, Y, Sc)2-p(Ca, Mg)1+pLiσMg2-σ(Si, Ge)3-σPσO12-p:Ce3+ (worin 0 ≤ p ≤ 0,5, 0 ≤ σ ≤ 0,5)
(Ca, Sr)8(Mg, Zn)(SiO4)4Cl2:Eu2+, Mn2+
Na2Gd2B2O7:Ce3+, Tb3+
(Sr, Ca, Ba, Mg, Zn)2P2O7:Eu2+, Mn2+
(Gd, Y, Lu, La)2O3:Eu3+, Bi3+
(Gd, Y, Lu, La)2O2S:Eu3+, Bi3+
(Gd, Y, Lu, La)VO4:Eu3+, Bi3+
(Ca, Sr)S:Eu2+
(Ca, Sr)S:Eu2+, Ce3+
SrY2S4:Eu2+
CaLa2S4:Ce3+
(Ba, Sr, Ca)MgP2O2:Eu2+, Mn2+
(Y, Lu)2WO6:Eu3+Mo3+
(Ba, Sr, Ca)βSiγNμ:Eu2+ (worin 2β + 4γ = 3μ)
Ca3(SiO4)Cl2:Eu2+
(Y, Lu, Gd)2-φCaφSi4N6+φC1-φ:Ce3+ (worin 0 ≤ φ ≤ 0,5)
(Lu, Ca, Li, Mg, Y)α-SiAlON dotiert mit Eu2+ und/oder Ce3+
3,5MgO·0,5MgF2·GeO2:Mn4+
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Für die Zwecke der vorliegenden Anmeldung sollte verstanden werden, dass, wenn ein Leuchtstoff zwei oder mehr Dotierungs-Ionen hat (das heißt solche Ionen, die auf den Doppelpunkt in den obigen Zusammensetzungen folgen), soll dies bedeuten, dass der Leuchtstoff wenigstens eines (aber nicht notwendigerweise alle) von solchen Dotierungs-Ionen in dem Material hat. Das heißt, wie es vom Fachmann verstanden wird, bedeutet dieser Typ von Angabe, dass der Leuchtstoff eines oder alle von solchen spezifizierten Ionen als Dotierungsmittel in der Formulierung enthalten kann.
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Wie festgestellt wurde, können die erfindungsgemäßen Leuchtstoff entweder allein unter Herstellung von einfarbigen Lichtquellen oder in Mischungen für weiße Lichtquellen eingesetzt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Leuchtstoffzusammensetzung eine Mischung von einem oder mehreren der obigen Leuchtstoffen und einem oder mehreren Lücken füllenden Leuchtstoffen, so dass das von der LED-Vorrichtung emittierte Licht ein weißes Licht ist.
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Wenn die Leuchtstoffzusammensetzung eine Mischung aus zwei oder mehr Leuchtstoffen umfasst, kann der Verhältnisanteil jedes der individuellen Leuchtstoffe in der Leuchtstoffmischung in Abhängigkeit von den Charakteristika des gewünschten Licht-Outputs variieren. Die relativen Verhältnisse der einzelnen Leuchtstoffe in den verschiedenen Ausführungsformen von Leuchtstoffmischungen können so eingestellt werden, dass, wenn ihre Emissionen gemischt und in einer Gegenlichtbeleuchtungsvorrichtung verwendet werden, sichtbares Licht mit vorbestimmten x- und y-Werten im CIE-Chromatizitätsdiagramm produziert wird. Wie angegeben wurde, wird vorzugsweise ein weißes Licht produziert. Dieses weiße Licht kann zum Beispiel einen x-Wert im Bereich von etwa 0,30 bis etwa 0,55 und einen y-Wert im Bereich von etwa 0,30 bis etwa 0,55 besitzen. Wie dargelegt wurde, können allerdings die genaue Identität und die genauen Mengen jedes Leuchtstoffs in der Leuchtstoffzusammensetzung entsprechend den Bedürfnissen des Endverwenders variiert werden.
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Die oben beschriebene Leuchtstoffzusammensetzung kann unter Verwendung bekannter Reaktionsverfahren im gelösten oder festen Zustand für die Produktion von Leuchtstoffen produziert werden, indem zum Beispiel Element-nitride, -oxide, -carbonate und/oder -hydroxide als Ausgangsmaterialien kombiniert werden. Andere Ausgangsmaterialien können Nitrate, Sulfate, Acetate, Citrate oder Oxalate umfassen. Alternativ können Co-Präzipitate der Seltenerdoxide als die Ausgangsmaterialien für die RE-Elemente verwendet werden. In einem typischen Verfahren werden die Ausgangsmaterialien durch ein Trocken- oder Nassmischverfahren kombiniert und in einem Ofen oder unter einer reduzierenden Atmosphäre oder in Ammoniak bei zum Beispiel 1000 bis 1600°C gebrannt.
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Ein Flussmittel kann zu dem Gemisch vor oder während des Mischschrittes gegeben werden. Dieses Flussmittel kann AlF3, NH4Cl oder ein beliebiges anderes herkömmliches Flussmittel sein. Eine Menge eines Flussmittels von weniger als etwa 20, vorzugsweise weniger als etwa 10 Gew.-% des Gesamtgewichts des Gemisches ist im Allgemeinen für Fließzwecke adäquat.
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Die Ausgangsmaterialien können durch ein beliebiges mechanisches Verfahren miteinander vermischt werden, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, Rühren oder Mischen in einem Hochgeschwindigkeitsmischer oder einem Bandmischer. Die Ausgangsmaterialien können kombiniert werden und miteinander in einer Kugelmühle, einer Hammermühle oder einer Strahlmühle pulverisiert werden. Das Mischen kann durch Nassverfahren durchgeführt werden, speziell wenn das Gemisch der Ausgangsmaterialien für eine anschließende Präzipitation in Lösung gebracht werden soll. Wenn das Gemisch nass ist, kann es zuerst getrocknet werden, bevor es unter einer reduzierenden Atmosphäre bei einer Temperatur von etwa 900°C bis etwa 1700°C, vorzugsweise von etwa 1100°C bis etwa 1600°C, für eine Zeit gebrannt wird, die ausreichend ist, um das gesamte Gemisch in die Endzusammensetzung umzuwandeln.
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Das Brennen kann in einem Chargen- oder kontinuierlichen Verfahren, vorzugsweise mit einer Rühr- oder Mischwirkung, durchgeführt werden, um einen guten Gas-Feststoff-Kontakt zu fördern. Die Brennzeit hängt von der Menge des zu brennenden Gemisches, der Gasrate, die durch die Brennvorrichtung geführt wird, und der Qualität des Gas-Feststoff-Kontakts in der Brennvorrichtung ab. Typischerweise ist eine Brennzeit von bis zu etwa 10 Stunden adäquat, für eine Phasenbildung ist es allerdings wünschenswert, nach dem Vermahlen mehrmals bei den gewünschten Temperaturen zu brennen. Die reduzierende Atmosphäre umfasst typischerweise ein reduzierendes Gas, zum Beispiel Wasserstoff, Kohlenstoffmonoxid, Ammoniak oder eine Kombination davon, gegebenenfalls mit einem Inertgas, zum Beispiel Stickstoff, Helium, usw., oder einer Kombination davon verdünnt. Eine typische Brennatmosphäre ist 2% H2 in Stickstoff. Alternativ kann der Tiegel, der das Gemisch enthält, in einen zweiten geschlossenen Tiegel gepackt werden, der Kohlenstoffpartikel hoher Reinheit enthält, und in Luft gebrannt werden, so dass die Kohlenstoffpartikel mit dem in der Luft vorhandenen Sauerstoff reagieren, wodurch Kohlenmonoxid zur Bereitstellung einer reduzierenden Atmosphäre erzeugt wird.
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Es kann wünschenswert sein, Pigmente oder Filter zu der Leuchtstoffzusammensetzung zuzugeben. Wenn die LED eine UV-emittierende LED ist, kann die Leuchtstoffschicht 22 auch 0 bis zu etwa 5 Gew.-% (bezogen auf das Gesamtgewicht der Leuchtstoffe) eines Pigments oder eines anderen UV-absorbierenden Materials umfassen, das fähig ist, UV-Strahlung mit einer Wellenlänge zwischen 250 nm und 550 nm zu absorbieren oder zu reflektieren.
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Geeignete Pigmente oder Filter umfassen beliebige von denen, die auf dem Fachgebiet bekannt sind, die fähig sind, Strahlung zu absorbieren, die zwischen 250 nm und 550 nm erzeugt wird. Solche Pigmente umfassen zum Beispiel Nickeltitanat oder Praseodymiumzirkonat. Das Pigment wird in einer Menge verwendet, die wirksam ist, um 10 bis 100% der Strahlung zu filtrieren, die im Bereich von 250 nm bis 550 nm erzeugt wird.
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Beispiele
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Proben-Leuchtstoffe wurden hergestellt, indem die folgenden Ausgangsmaterialien gemischt wurden. Ein geringer Überschuss an Li
3N (2% pro mol Probe) wurde zugesetzt, um die Li-Flüchtigkeit bei hohen Temperaturen zu kompensieren. Alle Proben wurden unter Verwendung von Mörser und Pistill gemischt und in nicht bedeckten Mo-Tiegeln bei 800°C für 2 Stunden, dann bei 1200°C für 3 Stunden und schließlich bei 1500°C für 5 Stunden gebrannt, alle unter 2% H
2/N
2-Atmosphäre mit einem Kohletiegel vor der Probe (Probe 1 stellt ein Vergleichsbeispiel dar).
| Probe 1: | Ca0,98EU0,02AlSiN3 | Probe 2: | Ca0,95Eu0,02Li0,03Al0,97Si1,03N3 |
| Ca3N2: | 1,042 g | Ca3N2: | 1,017 g |
| EuF3: | 0,090 g | EuF3: | 0,091 g |
| AlN: | 0,882 g | AlN: | 0,862 g |
| Si3N4; | 1,006 g | Si3N4: | 1,044 g |
| | | Li3N: | 0,023 g |
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| Probe 3: | Ca0,90Eu0,02Li0,08Al0,92Si1,08N3 | |
| Ca3N2: | 0,975 g |
| EuF3: | 0,092 g |
| AlN: | 0,827 g |
| Si3N4: | 1,107 g |
| Li3N: | 0,036 g |
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Charakteristika dieser Leuchtstoffe sind in Tabelle 1 gezeigt, einschließlich des Quantum-Effizienzvergleichs mit MFG-Leuchtstoff (3,5MgO·0,5MgF
2·GeO
2:Mn
4+), der von NICHIA im Handel erhältlich ist. TABELLE 1
| Zusammensetzung | Relative QE vs. MFG | Absorption bei 405 nm | (x, y) | Luminosität (Im/w-rad) |
| Ca0,98Eu0,02AlSiN3 | 71 | 83 | (0,665, 0,330) | 98 |
| Ca0,95Li0,03Eu0,02Al0,97Si1,03N3 | 79 | 83,5 | (0,658, 0,339) | 98 |
| Ca0,92Li0,08Eu0,02Al0,92Si1,08N3 | 81 | 85 | 0,646, 0,351) | 110 |
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Die Emissionsspektren dieser Zusammensetzungen unter 405 nm-Anregung sind in 7 gezeigt. Die diffusen Reflexionsspektren der Zusammensetzungen 1 und 3 sind in 8 gezeigt.
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Die errechneten Charakteristika von LED-basierten Lichtern unter Verwendung eines 470 nm-LED-Chips und verschiedener Leuchtstoffmischungen aus CaAlSiN
3:Ce
3+; CaAlSiN
3:Ce
3+, Eu
2+; Sr
5(PO
4)
3Cl:Eu
2+ (”SAE”) und Sr
4Al
14O
25:Eu2+ (”SECA”) sind unten in Tabelle 2 aufgelistet. Tabelle 2
| Probe | Komponenten | x | y | CCT | Ra | L/W rad |
| 1 | CaAlSiN3:Ce3+/SECA | 0,437 | 0,405 | 3008 | 72 | 318 |
| 2 | CaAlSiN3:Ce3+/SAE/SECA | 0,381 | 0,377 | 4000 | 86 | 301 |
| 3 | CaAlSiN3:Ce3+/CaAlSiN3:Ce3+, Eu2+/SAE/SECA | 0,406 | 0,392 | 3500 | 90 | 290 |
| 4 | CaAlSiN3:Ce3+/CaAlSiN3:Ce3+, Eu2+/SAE/SECA | 0,406 | 0,392 | 3500 | 95 | 280 |
| 5 | CaAlSiN3:Ce3+/CaAlSiN3:Ce3+, Eu2*/SAE/SECA | 0,437 | 0,405 | 3000 | 90 | 282 |
| 6 | CaAlSiN3:Ce3+/CaAlSiN3:Ce3+, Eu2+/SAE/SECA | 0,460 | 0,411 | 2700 | 90 | 273 |
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Ein simuliertes Emissionsspektrum einer LED-Lampe mit einer CCT von 2700 K (Probe 6) ist in 9 gezeigt.
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Bei Verwendung in Beleuchtungsanwendungen als Teil einer Leuchtstoffmischung können wir durch Zuordnen geeigneter Spektralgewichte für jeden Leuchtstoff Spektralmischungen schaffen, um die relevanten Teile von Farbraum, speziell für weiße Lampen, abzudecken. Für verschiedene gewünschte CCTs, CRIs und Farbpunkte kann man die geeigneten Mengen jedes Leuchtstoffs zum Einschluss in die Mischung bestimmen. Auf diese Weise kann man Leuchtstoffmischungen individuell aufmachen, um fast eine beliebige CCT oder einen Farbpunkt mit entsprechend hohem CRI zu produzieren. Natürlich wird die Farbe jedes Leuchtstoffs von seiner genauen Zusammensetzung abhängen. Allerdings ist eine Bestimmung der Änderungen im Spektralgewicht, um dieselbe oder eine ähnliche charakteristische Beleuchtungsvorrichtung zu produzieren, die durch solche Variationen benötigt werden, trivial und kann von einem Fachmann unter Verwendung verschiedener Methodologien, zum Beispiel experimentelle Entwicklung (design of experiment (DOE)) oder andere Strategien erreicht werden.
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Durch Verwendung der vorliegenden Erfindung können einzelne Leuchtstofflampen bereitgestellt werden, die CRI-Werte haben, die größer als die sind, die erreichbar sind, wenn YAG allein verwendet wird, und zwar über einen weiten Bereich von Farbtemperaturen. Außerdem kann die Verwendung der vorliegenden Oxynitrid-Leuchtstoffe in LED-Mischungen Lampen mit CRI-Werten über 90 über den gesamten Bereich von Farbtemperaturen von Interesse für eine allgemeine Beleuchtung (2500 K bis 8000 K) produzieren. In einigen Mischungen können die CRI-Werte das theoretische Maximum von 100 erreichen.
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Die oben beschriebene Leuchtstoff-Zusammensetzung kann außer in LEDs in weiteren Anwendungen eingesetzt werden. Das Material kann zum Beispiel als Leuchtstoff in einer Hg-Fluoreszenzlampe oder in Fluoreszenzlampen, die auf abwechselnden Entladungen basieren, in einer Kathodenstrahlröhre, in einer Plasma-Displayvorrichtung oder in einem Flüssigkristall-Display (LCD) verwendet werden. Das Material kann auch als Szintillator in einem elektromagnetischen Calorimeter, in einer Röntgenkamera, in einem Computer-Tomographie-Scanner, als Szintillationsdetektorelemente in einem CT- oder PET-System oder in einem Laser verwendet werden. Diese Verwendungen sind lediglich exemplarisch und nicht erschöpfend.
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Die exemplarische Ausführungsform wurde anhand der bevorzugten Ausführungsformen beschrieben. Offensichtlich werden Modifikationen und Veränderungen anderen beim Lesen und Verstehen der vorstehenden detaillierten Beschreibung einfallen. Es ist vorgesehen, dass die exemplarische Ausführungsform als solche Modifikationen und Veränderungen enthaltend konstruiert wurde, insoweit wie diese in den Rahmen der beigefügten Ansprüche oder die Äquivalente davon fallen.
