DE102004053594A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Emittieren von Ausgangslicht unter Verwendung eines Gruppe-IIB-Element-Selenid-basierten Phosphormaterials - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren zum Emittieren von Ausgangslicht unter Verwendung eines Gruppe-IIB-Element-Selenid-basierten Phosphormaterials Download PDF

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Abstract

Eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Emittieren von Ausgangslicht verwendet ein Gruppe-IIB-Element-Selenid-basiertes Phosphormaterial, um zumindest einen Teil des ursprünglichen Lichtes, das von einer Lichtquelle der Vorrichtung emittiert wird, in ein Licht längerer Wellenlänge umzuwandeln, um das optische Spektrum des Ausgangslichtes zu verändern. Somit können die Vorrichtung und das Verfahren verwendet werden, um Licht weißer Farbe zu erzeugen. Das Gruppe-IIB-Element-Selenid-basierte Phosphormaterial ist in einer Wellenlängenverschieberegion enthalten, die optisch mit der Lichtquelle gekoppelt ist, bei der es sich um einen Chip einer blaugrünes Licht emittierenden Diode (LED) handeln kann.

Description

  • Bei dieser Anmeldung handelt es sich um eine Teilfortsetzung der Anmeldung Seriennr. 10/761,762, eingereicht am 21. Januar 2004, für die Priorität beansprucht wird. Die gesamte ältere Anmeldung ist hier durch Bezugnahme aufgenommen.
  • Herkömmliche Lichtquellen, wie z. B. Glüh-, Halogen- und Leuchtstofflampen, sind in den vergangenen 20 Jahren nicht wesentlich verbessert worden. Lichtemittierende Dioden („LEDs") sind jedoch hinsichtlich des Betriebswirkungsgrades bis zu einem Punkt verbessert worden, an dem LEDs nun die herkömmlichen Lichtquellen bei herkömmlichen einfarbigen Beleuchtungsanwendungen, wie z. B. Verkehrssignallichtern und Autorücklichtern, ersetzen. Der Grund hierfür liegt teilweise in der Tatsache, dass LEDs viele Vorteile gegenüber herkömmlichen Lichtquellen aufweisen. Diese Vorteile umfassen eine längere Betriebslebensdauer, einen geringeren Leistungsverbrauch und eine geringere Größe.
  • LEDs sind normalerweise einfarbige Halbleiterlichtquellen und sind derzeit in verschiedenen Farben von UV-Blau bis Grün, Gelb und Rot erhältlich. Auf Grund der Schmalbandemissionscharakteristika können einfarbige LEDs nicht direkt für „Weiß-"Lichtanwendungen verwendet werden. Vielmehr muss das Ausgangslicht einer einfarbigen LED mit einem anderen Licht einer oder mehr unterschiedlicher Wellenlängen gemischt werden, um weißes Licht zu erzeugen. Zwei gängige Lösungsansätze zum Erzeugen weißen Lichtes unter Verwendung einfarbiger LEDs umfassen (1) ein Zusammenpacken einzelner roter, grüner und blauer LEDs, so dass das Licht, das von diesen LEDs emittiert wird, kombiniert wird, um weißes Licht zu erzeugen, und (2) ein Einbringen von fluoreszierendem Material in eine UV-, blaue oder grüne LED, so dass ein Teil des ursprünglichen Lichts, das durch den Halbleiterchip der LED emittiert wird, in Licht längerer Wellenlänge umgewandelt wird und mit dem ursprünglichen UV, blauen oder grünen Licht kombiniert wird, um weißes Licht zu erzeugen.
  • Von diesen beiden Lösungsansätzen zum Erzeugen weißen Lichtes unter Verwendung einfarbiger LEDs wird der zweite Lösungsansatz dem ersten Lösungsansatz im Allgemeinen vorgezogen. Im Gegensatz zu dem zweiten Lösungsansatz erfordert der erste Lösungsansatz eine komplexere Treiberschaltungsanordnung, da die roten, grünen und blauen LEDs Halbleiterchips umfassen, die unterschiedliche Betriebsspannungsanforderungen aufweisen. Zusätzlich zu den unterschiedlichen Betriebsspannungsanforderungen verschlechtern sich die roten, grünen und blauen LEDs unterschiedlich im Lauf ihrer Betriebslebensdauer, was eine Farbsteuerung über einen längeren Zeitraum unter Verwendung des ersten Lösungsansatzes schwierig macht. Da nur ein einziger Typ von einfarbiger LED für den zweiten Lösungsansatz benötigt wird, kann unter Verwendung des zweiten Lösungsansatzes außerdem eine kompaktere Vorrichtung hergestellt werden, die einen einfacheren Aufbau und geringere Herstellungskosten aufweist. Außerdem kann der zweite Lösungsansatz eine breitere Lichtemission ergeben, was ein weißes Ausgangslicht, das höhere Farbwiedergabecharakteristika aufweist, bedeuten würde.
  • Ein Problem bei dem zweiten Lösungsansatz zum Erzeugen weißen Lichtes besteht darin, dass das fluoreszierende Material, das derzeit verwendet wird, um das ursprüngliche UV-, blaue oder grüne Licht umzuwandeln, LEDs ergibt, die im Laufe der Zeit eine nicht gerade wünschenswerte Luminanzeffizienz und/oder Lichtausgabestabilität aufweisen.
  • Im Hinblick auf dieses Problem besteht ein Bedarf nach einer LED und einem Verfahren zum Emittieren weißen Ausgangslichtes unter Verwendung eines fluoreszierenden Phosphormaterials mit einer hohen Luminanzeffizienz und einer guten Lichtausgabestabilität.
    •
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Emittieren von Ausgangslicht mit verbesserten Charakteristika zu schaffen.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 8 sowie ein Verfahren gemäß Anspruch 15 gelöst.
  • Eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Emittieren von Ausgangslicht verwenden ein Gruppe-IIB-Element-Selenidbasiertes Phosphormaterial, um zumindest einen Teil des ursprünglichen Lichtes, das von einer Lichtquelle der Vorrichtung emittiert wird, in Licht längerer Wellenlänge umzuwandeln, um das optische Spektrum des Ausgangslichtes zu verändern. Somit können die Vorrichtung und das Verfahren verwendet werden, um Licht weißer Farbe zu erzeugen. Das Gruppe-IIB-Element-Selenid-basierte Phosphormaterial ist in einer Wellenlängenverschieberegion enthalten, die optisch mit der Lichtquelle gekoppelt ist, bei der es sich um einen Chip einer blaugrünes licht emittierenden Diode (LED) handeln kann.
  • Eine Vorrichtung zum Emittieren von Ausgangslicht gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst eine Lichtquelle, die ein erstes Licht einer ersten Spitzenwellenlänge in dem sichtbaren Wellenlängenbereich emittiert, und eine Wellenlängenverschieberegion, die optisch mit der Lichtquelle gekoppelt ist, um das erste Licht zu empfangen. Die Wellenlängenverschieberegion umfasst ein Gruppe-IIB-Element-Selenid-basiertes Phosphormaterial, das eine Eigenschaft aufweist, zumindest einen Teil des ersten Lichtes in ein zweites Licht einer zweiten Spitzenwellenlänge umzuwan deln. Das zweite Licht ist eine Komponente des Ausgangslichtes.
  • Ein Verfahren zum Emittieren eines Ausgangslichtes gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst ein Erzeugen eines ersten Lichtes einer ersten Spitzenwellenlänge in dem sichtbaren Wellenlängenbereich, ein Empfangen des ersten Lichtes, was ein Umwandeln zumindest eines Teils des ersten Lichtes in ein zweites Licht einer zweiten Spitzenwellenlänge unter Verwendung eines Gruppe-IIB-Element-Selenid-basierten Phosphormaterials umfasst, und ein Emittieren des zweiten Lichtes als einer Komponente des Ausgangslichtes.
    •
  • Andere Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung wer- den aus der folgenden detaillierten Beschreibung zusammen mit den beiliegenden Zeichnungen, die mittels Beispielen der Prinzipien der Erfindung veranschaulicht wird, ersichtlich. Es zeigen:
  • 1 ein Diagramm einer Weiß-Phosphorumwandlungs-LED gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 2A, 2B und 2C Diagramme von Weiß-Phosphorumwandlungs-LEDs mit alternativen Lampenkonfigurationen gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 3A, 3B, 3C und 3D Diagramme von Weiß-Phosphorumwandlungs-LEDs mit einem Leitungsrahmen, der eine Reflektorschale gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel der Erfindung aufweist;
  • 4A und 4B die optischen Spektren von Weiß-Phosphorumwandlungs-LEDs mit blauen bzw. grünen LED-Chips gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 5 eine Darstellung der Luminanz-(lv-)Verschlechterung über der Zeit für eine Weiß-Phosphorumwandlungs-LED gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
  • 6 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Emittieren von Ausgangslicht gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • Mit Bezugnahme auf 1 ist eine mittels Phosphor umgewandeltes weißes Licht emittierende Diode (LED) 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Die LED 100 ist konzipiert, um ein Ausgangslicht „weißer" Farbe mit einer hohen Luminanzeffizienz und einer guten Lichtausgabestabilität zu erzeugen. Das weiße Ausgangslicht wird erzeugt durch ein Umwandeln eines Teils des ursprünglichen Lichtes, das durch die LED 100 erzeugt wird, in Licht längerer Wellenlänge unter Verwendung von Gruppe-IIB-Element-Selenid-basiertem Phosphormaterial. Bei einem exemplarischen Ausführungsbeispiel umfasst die LED 100 nur einen einzigen Phosphortypen. Somit benötigt die LED 100 bei diesem Ausführungsbeispiel keine komplexe Mischung von unterschiedlichen Phosphoren, wie es bei einigen herkömmlichen Weiß-Phosphorumwandlungs-LEDs der Fall ist.
  • Wie es in 1 gezeigt ist, handelt es sich bei der Weiß-Phosphorumwandlungs-LED 100 um eine Leitungsrahmenbefestigte LED. Die LED 100 umfasst einen LED-Chip 102, Leitungsrahmen 104 und 106, einen Draht 108 und eine Lampe 110. Der LED-Chip 102 ist ein Halbleiterchip, der Licht einer bestimmten Spitzenwellenlänge erzeugt. Somit ist der LED-Chip 102 eine Lichtquelle für die LED 100. Bei dem exemplarischen Ausführungsbeispiel ist der LED-Chip 102 konzipiert, um Licht zu erzeugen, das eine Spitzenwellenlänge in dem sichtbaren Wellenlängenbereich aufweist, wie z. B. in einem Bereich von 400-520 nm, der in der blaugrünen Region des sichtbaren Wellenlängenbereiches liegt. Der LED-Chip 102 befindet sich an dem Leitungsrahmen 104 und ist über den Draht 108 elektrisch mit dem anderen Leitungsrahmen 106 verbunden. Die Leitungsrahmen 104 und 106 liefern die elektrische Leistung, die erforderlich ist, um den LED-Chip 102 zu treiben. Der LED-Chip 102 ist in der Lampe 110 eingekapselt, bei der es sich um ein Medium für die Ausbreitung des Lichtes von dem LED-Chip 102 handelt. Die Lampe 110 umfasst einen Hauptabschnitt 112 und einen Ausgabeabschnitt 114. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Ausgabeabschnitt 114 der Lampe 110 kuppelförmig, um als eine Linse zu fungieren. Somit wird das Licht, das von der LED 100 als Ausgangslicht emittiert wird, durch den kuppelförmigen Ausgabeabschnitt 114 der Lampe 110 fokussiert. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann der Ausgabeabschnitt 114 der Lampe 100 jedoch horizontal planar sein.
  • Die Lampe 110 der Weiß-Phosphorumwandlungs-LED 100 ist aus einer transparenten Substanz hergestellt, bei der es sich um jedes beliebige transparente Material handeln kann, wie z. B. klares Epoxid, so dass sich Licht von dem LED-Chip 102 durch die Lampe bewegen und aus dem Ausgabeabschnitt 114 der Lampe emittiert werden kann. Bei diesem Ausführungsbeispiel umfasst die Lampe 110 eine Wellenlängenverschieberegion 116, bei der es sich ebenfalls um ein Medium zum Ausbreiten von Licht handelt, die aus einer Mischung der transparenten Substanz und eines fluoreszierenden Phosphormaterials 118, das auf Gruppe-IIB-Element-Selenid basiert, hergestellt ist. Das Gruppe-IIB-Element-Selenidbasierte Phosphormaterial 118 wird verwendet, um einen Teil des ursprünglichen Lichtes, das durch den LED-Chip 102 emittiert wird, in ein Licht niedrigerer Energie (längerer Wellenlänge) umzuwandeln. Das Gruppe-IIB-Element-Selenidbasierte Phosphormaterial 118 absorbiert einen Teil des ursprünglichen Lichtes von dem LED-Chip 102, was die Atome des Gruppe-IIB-Element-Selenid-basierten Phosphormaterials anregt, und emittiert das Licht längerer Wellenlänge. Die Spitzenwellenlänge des umgewandelten Lichtes ist teilweise durch die Spitzenwellenlänge des ursprünglichen Lichtes und das Gruppe-IIB-Element-Selenid-basierte Phosphormaterial 118 definiert. Das nicht absorbierte ursprüngliche Licht von dem LED-Chip 102 und das umgewandelte Licht werden kombiniert, um Licht „weißer" Farbe zu erzeugen, das von dem Lichtausgabeabschnitt 114 der Lampe 110 als Ausgangslicht der LED 100 emittiert wird. Bei dem exemplarischen Ausführungsbeispiel weist das Gruppe-IIB-Element-Selenid-basierte Phosphormaterial 118 eine Eigenschaft auf, einen Teil des ursprünglichen Lichtes von dem LED-Chip 102 in Licht einer längeren Spitzenwellenlänge in dem roten Wellenlängenbereich des sichtbaren Spektrums umzuwandeln, der bei etwa 620 nm bis 800 nm liegt.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Gruppe-IIB-Element-Selenid-basierten Phosphormaterial 118, das in der Wellenlängenverschieberegion 116 der Lampe 110 enthalten ist, um Phosphor, der aus Zinkselenid (ZnSe) hergestellt ist, das durch einen oder mehr geeignete Dotierstoffe, wie z. B. Kupfer (Cu), Chlor (Cl), Fluor (F), Brom (Br), Silber (Ag) und Seltenerdelemente, aktiviert ist. Bei einem exemplarischen Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Gruppe-IIB-Element-Selenid-basierten Phosphormaterial 118 um Phosphor, der aus ZnSe hergestellt ist, das durch Cu aktiviert ist, d. h. ZnSe:Cu. Anders als herkömmliche fluoreszierende Phosphormaterialien, die zum Erzeugen von Licht weißer Farbe unter Verwendung von LEDs verwendet werden, wie z. B. solche, die auf Aluminium, Oxid, Sulfid, Phosphat und Halophosphat basieren, weist ZnSe:Cu-Phosphor eine hohe Effizienz auf bezüglich der Wellenlängenverschiebeumwandlung von Licht, das von einem LED-Chip emittiert wird. Der Grund hierfür liegt darin, dass die meisten herkömmlichen fluoreszierenden Phosphormaterialien eine große Bandlücke aufweisen, was verhindert, dass die Phosphormaterialien Licht, z. B. blaugrünes Licht, effizient absorbieren und in Licht längerer Wellenlänge umwandeln. Im Gegensatz dazu weist der ZnSe:Cu-Phosphor eine geringere Bandlücke auf, was einer höheren Effizienz bezüglich der Wellenlängenverschiebeumwandlung über Fluoreszenz gleich kommt.
  • Der ZnSe-basierte Phosphor ist das bevorzugte Gruppe-IIB-Element-Selenid-basierte Phosphormaterial 118 für die Wellenlängenverschieberegion 116 der Lampe 110. Bei dem Gruppe-IIB-Element-Selenid-basierten Phosphormaterial 118 der Wellenlängenverschieberegion 116 kann es sich jedoch um Phosphor handeln, der aus Cadmiumselenid (CdSe) hergestellt ist, das durch einen oder mehr geeignete Dotierstoffe, wie z. B. Cu, Cl, F, Br, Ag und Seltenerdelemente, aktiviert ist. Alternativ dazu kann das Gruppe-IIB-Element-Selenidbasierte Phosphormaterial 118 der Wellenlängenverschieberegion 116 eine Kombination von ZnSe und CdSe umfassen, die durch einen oder mehr geeignete Dotierstoffe aktiviert ist.
  • Der bevorzugte ZnSe:Cu-Phosphor kann durch verschiedene Techniken generiert werden. Eine Technik umfasst ein Trockenvermahlen einer vordefinierten Menge von undotiertem ZnSe-Material in feine Pulver oder Kristalle, die weniger als 5 μm groß sein können. Eine kleine Menge von Cu-Dotierstoff wird dann zu einer Lösung aus der Alkoholfamilie, wie z. B. Methanol, hinzugefügt und mit den undotierten ZnSe-Pulvern kugelvermahlen. Die Menge Cu-Dotierstoff, die zu der Lösung hinzugefügt wird, kann überall zwischen einer minimalen Menge bis zu etwa 6% des Gesamtgewichtes von ZnSe-Material und Cu-Dotierstoff liegen. Das dotierte Material wird dann bei etwa einhundert Grad Celsius (100°C) ofengetrocknet, und der sich ergebende Kuchen wird erneut trockenvermahlen, um kleine Partikel zu erzeugen. Das gemahlene Material wird in einen Tiegel geladen, wie z. B. einen Quarztiegel, und bei einer inerten Atmosphäre bei etwa eintausend Grad Celsius (1.000°C) eine bis zwei Stunden gesintert. Die gesinterten Materialien können dann, falls nötig, gesiebt werden, um ZnSe:Cu-Phosphorpulver mit einer gewünschten Partikelgrößenverteilung, die im Mikrometerbereich sein kann, zu erzeugen.
  • Die ZnSe:Cu-Phosphorpulver können weiter verarbeitet werden, um Phosphorpartikel mit einer Silikabeschichtung zu erzeugen. Die Silikabeschichtung auf den Phosphorpartikeln reduziert ein Gruppieren oder Agglomerieren der Phosphorpartikel, wenn die Phosphorpartikel mit einer transparenten Substanz gemischt werden, um eine Wellenlängenverschieberegion in einer LED, wie z. B. die Wellenlängenverschieberegion 116 der Lampe 110, zu bilden. Das Gruppieren oder Agglomerieren von Phosphorpartikeln kann eine LED ergeben, die ein Ausgangslicht erzeugt, das eine uneinheitliche Farbverteilung aufweist.
  • Um eine Silikabeschichtung auf den ZnSe:Cu-Phosphorpartikeln aufzubringen, werden die gesiebten Materialien einem Ausheilungsprozess unterworfen, um die Phosphorpartikel auszuheilen und Verunreinigungsstoffe zu entfernen. Anschließend werden die Phosphorpartikel mit Silikapulvern gemischt, und dann wird die Mischung in einem Ofen bei etwa 200 Grad Celsius erhitzt. Die angelegte Hitze bildet eine dünne Silikabeschichtung auf den Phosphorpartikeln. Die Silikamenge auf den Phosphorpartikeln beträgt etwa 1% mit Bezug auf die Phosphorpartikel. Die sich ergebenden ZnSe:Cu-Phosphorpartikel mit Silikabeschichtung können eine Partikelgröße von weniger als oder gleich dreißig (30) Mikrometern aufweisen.
  • Nach dem Abschluss des Syntheseprozesses können die ZnSe:Cu-Phosphorpulver mit der gleichen transparenten Substanz der Lampe 110, z. B. Epoxid, gemischt und um den LED-Chip 102 aufgebracht werden, um die Wellenlängenverschieberegion 116 der Lampe zu bilden. Der verbleibende Teil der Lampe 110 kann durch ein Aufbringen der transparenten Substanz ohne die ZnSe:Cu-Phosphorpulver gebildet werden, um die Weiß-Phosphorumwandlungs-LED 100 zu erzeugen. Obwohl die Wellenlängenverschieberegion 116 der Lampe 110 in 1 so gezeigt ist, dass dieselbe eine rechteckige Form aufweist, kann die Wellenlängenverschieberegion in anderen Formen, wie z. B. einer Halbkugel, konfiguriert sein. Außerdem kann es bei anderen Ausführungsbeispielen sein, dass die Wellenlängenverschieberegion 116 nicht physisch mit dem LED-Chip 102 gekoppelt ist. Somit kann die Wellenlängenver schieberegion 116 bei diesen Ausführungsbeispielen anderswo in der Lampe 110 positioniert sein.
  • In den 2A, 2B und 2C sind Weiß-Phosphorumwandlungs-LEDs 200A, 200B und 200C mit alternativen Lampenkonfigurationen gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Die Weiß-Phosphorumwandlungs-LED 200A von 2A umfasst eine Lampe 210A, bei der die gesamte Lampe eine Wellenlängenverschieberegion ist. Somit ist bei dieser Konfiguration die gesamte Lampe 200A aus der Mischung der transparenten Substanz und des Gruppe-IIB-Element-Selenidbasierten Phosphormaterials 118 hergestellt. Die Weiß-Phosphorumwandlungs-LED 200B von 2B umfasst eine Lampe 210B, bei der eine Wellenlängenverschieberegion 216B an der äußeren Oberfläche der Lampe angeordnet ist. Somit wird bei dieser Konfiguration zuerst die Region der Lampe 210B ohne das Gruppe-IIB-Element-Selenid-basierte Phosphormaterial 118 über dem LED-Chip 102 gebildet, und dann wird die Mischung der transparenten Substanz und des Gruppe-IIB-Element-Selenid-basierten Phosphormaterials 118 über diese Region aufgebracht, um die Wellenlängenverschieberegion 216B der Lampe zu bilden. Die Weiß-Phosphorumwandlungs-LED 200C von 2C umfasst eine Lampe 210C, bei der eine Wellenlängenverschieberegion 216C eine dünne Schicht der Mischung der transparenten Substanz und des Gruppe-IIB-Element-Selenid-basierten Phosphormaterials 118 ist, die über den LED-Chip 102 aufgetragen ist. Somit wird bei dieser Konfiguration zuerst der LED-Chip 102 mit der Mischung der transparenten Substanz und des Gruppe-IIB-Element-Selenid-basierten Phosphormaterials 118 beschichtet oder bedeckt, um die Wellenlängenverschieberegion 216C zu bilden, und dann kann der verbleibende Teil der Lampe 210C durch ein Aufbringen der transparenten Substanz ohne das Phosphormaterial über der Wellenlängenverschieberegion gebildet werden. Beispielsweise kann die Dicke der Wellenlängenverschieberegion 216C der LED 200C zwischen zehn (10) und sechzig (60) Mikrometern liegen, abhängig von der Farbe des Lichtes, das durch den LED-Chip 102 erzeugt wird.
  • Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel kann der Leitungsrahmen einer Weiß-Phosphorumwandlungs-LED, an dem der LED-Chip positioniert ist, eine Reflektorschale umfassen, wie es in den 3A, 3B, 3C und 3D veranschaulicht ist. Die 3A–3D zeigen Weiß-Phosphorumwandlungs-LEDs 300A, 300B, 300C und 300D mit unterschiedlichen Lampenkonfigurationen, die einen Leitungsrahmen 320 umfassen, der eine Reflektorschale 322 aufweist. Die Reflektorschale 322 stellt eine vertiefte Region bereit, damit der LED-Chip 102 so positioniert ist, dass ein Teil des Lichtes, das durch den LED-Chip erzeugt wird, von dem Leitungsrahmen 320 weg reflektiert wird, um von der jeweiligen LED als Nutzausgangslicht emittiert zu werden.
  • Die unterschiedlichen Lampenkonfigurationen, die im Vorhergehenden beschrieben sind, können bei anderen Typen von LEDs, wie z. B. oberflächenbefestigten LEDs, angewendet werden, um andere Typen von Weiß-Phosphorumwandlungs-LEDs mit einem Gruppe-IIB-Element-Selenid-basierten Phosphormaterial gemäß der Erfindung herzustellen. Zusätzlich können diese unterschiedlichen Lampenkonfigurationen bei anderen Typen von lichtemittierenden Vorrichtungen, wie z. B. Halbleiterlaservorrichtungen, angewendet werden, um andere Typen von lichtemittierenden Vorrichtungen gemäß der Erfindung herzustellen. Bei diesen lichtemittierenden Vorrichtungen kann es sich bei der Lichtquelle um jede beliebige andere Lichtquelle als einen LED-Chip handeln, wie z. B. eine Laserdiode.
  • Unter jetziger Zuwendung zu 4A ist das optische Spektrum 424 einer Weiß-Phosphorumwandlungs-LED mit einem blauen LED-Chip gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Die Wellenlängenverschieberegion für diese LED wurde mit vierzig Prozent (40%) ZnSe:Cu-Phosphor relativ zu Epoxid gebildet. Die prozentuale Menge oder der Beladungsgehalt von ZnSe:Cu-Phosphor, der in der Wellenlängenverschieberegion der LED enthalten ist, kann der Phosphoreffizienz entsprechend variiert werden. Wenn die Phosphoreffizienz erhöht wird, z. B. durch ein Verändern der Dotierstoffmenge, kann der Beladungsgehalt des Phosphors reduziert werden. Das optische Spektrum 424 umfasst eine erste Spitzenwellenlänge 426 bei etwa 480 nm, die der Spitzenwellenlänge des Lichtes entspricht, das von dem blauen LED-Chip emittiert wird, und eine zweite Spitzenwellenlänge 428 bei etwa 650 nm, bei der es sich um die Spitzenwellenlänge des Lichtes handelt, das durch den ZnSe:Cu-Phosphor in der Wellenlängenverschieberegion der LED umgewandelt wird. Ähnlich ist in 4B das optische Spektrum 430 einer Weiß-Phosphorumwandlungs-LED mit einem grünen LED-Chip gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Die Wellenlängenverschieberegion für diese LED wurde mit fünfundvierzig Prozent (45%) ZnSe:Cu-Phosphor relativ zu Epoxid gebildet. Das optische Spektrum 430 umfasst eine erste Spitzenwellenlänge 432 bei etwa 494 nm, die der Spitzenwellenlänge des Lichtes entspricht, das von dem grünen LED-Chip emittiert wird, und eine zweite Spitzenwellenlänge 434, erneut bei etwa 650 nm, bei der es sich um die Spitzenwellenlänge des Lichtes handelt, das durch den ZnSe:Cu-Phosphor in der Wellenlängenverschieberegion dieser LED umgewandelt wird. Somit kann Licht unterschiedlicher Spitzenwellenlängen zu etwa der gleichen Spitzenwellenlänge wellenlängenverschoben werden durch ein Einstellen der relativen Menge von ZnSe:Cu-Phosphor, der in der Wellenlängenverschieberegion einer LED enthalten ist.
  • 5 ist eine Darstellung einer Luminanz-(1v-)Verschlechterung über der Zeit für eine Weiß-Phosphorumwandlungs-LED, die eine Wellenlängenverschieberegion mit fünfundvierzig Prozent (45%) ZnSe:Cu-Phosphor relativ zu Epoxid gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung aufweist. Wie es durch das Diagramm von 5 veranschaulicht ist, erfahren die Luminanzeigenschaften der Weiß-Phosphorumwandlungs-LED über einen längeren Zeitraum hinweg wenig Veränderung, während dieselbe einem Licht hoher Intensität ausgesetzt ist, d. h. dem Licht, das von dem Halbleiterchip der LED emit tiert wird. Somit weist der ZnSe:Cu-Phosphor, der bei der LED verwendet ist, eine gute Beständigkeit gegenüber Licht auf. Diese Lichtbeständigkeit ist nicht auf das Licht beschränkt, das von dem Halbleiterchip einer LED emittiert wird, sondern auch jedes externe Licht, wie z. B. Sonnenlicht, einschließlich ultraviolettem Licht. Somit sind LEDs gemäß der Erfindung für eine Verwendung im Freien geeignet und können eine stabile Luminanz über der Zeit mit minimaler Farbverschiebung liefern. Zusätzlich können diese LEDs bei Anwendungen verwendet werden, die hohe Ansprechgeschwindigkeiten erfordern, da die Dauer eines Nachleuchtens für den ZnSe:Cu-Phosphor kurz ist.
  • Ein Verfahren zum Erzeugen von weißem Ausgangslicht gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist mit Bezug auf 6 beschrieben. Bei Block 602 wird ein erstes Licht einer ersten Spitzenwellenlänge in dem sichtbaren Wellenlängenbereich erzeugt. Das erste Licht kann durch einen LED-Chip, wie z. B. einen blaugrünen LED-Chip, erzeugt werden. Anschließend wird bei Block 604 das erste Licht empfangen, und ein Teil des ersten Lichtes wird unter Verwendung des Gruppe-IIB-Element-Selenid-basierten Phosphormaterials in ein zweites Licht einer zweiten Spitzenwellenlänge umgewandelt. Anschließend werden bei Block 606 das erste Licht und das zweite Licht als Komponenten des Ausgangslichtes emittiert.
  • Obwohl spezifische Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben und veranschaulicht wurden, ist die Erfindung nicht auf die spezifischen Formen oder Anordnungen von so beschriebenen und veranschaulichten Teilen beschränkt. Außerdem ist die Erfindung nicht auf Vorrichtungen und Verfahren zum Erzeugen weißen Ausgangslichts beschränkt. Die Erfindung umfasst auch Vorrichtungen und Verfahren zum Erzeugen anderer Typen von Ausgangslicht. Beispielsweise kann das Gruppe-IIB-Element-Selenid-basierte Phosphormaterial gemäß der Erfindung bei einer lichtemittierenden Vorrichtung verwendet werden, bei der praktisch das gesamte ur sprüngliche Licht, das durch eine Lichtquelle erzeugt wird, in Licht unterschiedlicher Wellenlänge umgewandelt wird, wobei es in diesem Fall sein kann, dass die Farbe des Ausgangslichtes nicht weiß ist. Der Schutzumfang der Erfindung soll durch die hieran angehängten Ansprüche und ihre Äquivalente definiert sein.

Claims (20)

  1. Vorrichtung zum Emittieren von Ausgangslicht, wobei die Vorrichtung folgende Merkmale aufweist: eine Lichtquelle (102), die ein erstes Licht einer ersten Spitzenwellenlänge in dem sichtbaren Wellenlängenbereich emittiert; und eine Wellenlängenverschieberegion (116; 210A, 216B; 216C), die optisch mit der Lichtquelle gekoppelt ist, um das erste Licht zu empfangen, wobei die Wellenlängenverschieberegion ein Gruppe-IIB-Element-Selenidbasiertes Phosphormaterial (118) umfasst, das eine Eigenschaft aufweist, zumindest einen Teil des ersten Lichtes in ein zweites Licht einer zweiten Spitzenwellenlänge umzuwandeln, wobei das zweite Licht eine Komponente des Ausgangslichtes ist.
  2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der das Gruppe-IIB-Element-Selenid-basierte Phosphormaterial (118) der Wellenlängenverschieberegion (116; 210A, 216B; 216C) mit zumindest einem Seltenerdelement dotiert ist.
  3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, bei der das Gruppe-IIB-Element-Selenid-basierte Phosphormaterial (118) der Wellenlängenverschieberegion (116; 210A, 216B; 216C) Phosphorpartikel umfasst.
  4. Vorrichtung gemäß Anspruch 3, bei der die Phosphorpartikel des Gruppe-IIB-Element-Selenid-basierten Phosphormaterials (118) eine Silikabeschichtung aufweisen.
  5. Vorrichtung gemäß Anspruch 3 oder 4, bei der die Phosphorpartikel des Gruppe-IIB-Element-Selenid-basierten Phosphormaterials (118) eine Partikelgröße von weniger als oder gleich 30 Mikrometern aufweisen.
  6. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der das Gruppe-IIB-Element-Selenid-basierte Phosphormaterial (118) der Wellenlängenverschieberegion (116; 210A, 216B; 216C) Zinkselenid umfasst.
  7. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der das Gruppe-IIB-Element-Selenid-basierte Phosphormaterial (118) der Wellenlängenverschieberegion (116; 210A, 216B; 216C) Cadmiumselenid umfasst.
  8. Vorrichtung zum Emittieren von Ausgangslicht, wobei die Vorrichtung folgende Merkmale aufweist: einen Halbleiterchip (102), der ein erstes Licht einer ersten Spitzenwellenlänge in dem sichtbaren Wellenlängenbereich emittiert; und ein Phosphor enthaltendes Medium, das positioniert ist, um das erste Licht zu empfangen, wobei das Phosphor enthaltende Medium ein Gruppe-IIB-Element-Selenid-basiertes Phosphormaterial (118) umfasst, das eine Eigenschaft aufweist, zumindest einen Teil des ersten Lichtes in ein zweites Licht einer zweiten Spitzenwellenlänge umzuwandeln, wobei das zweite Licht eine Komponente des Ausgangslichtes ist.
  9. Vorrichtung gemäß Anspruch 8, bei der das Gruppe-IIB-Element-Selenid-basierte Phosphormaterial (118) der Phosphor enthaltenden Region mit zumindest einem Seltenerdelement dotiert ist.
  10. Vorrichtung gemäß Anspruch 8 oder 9, bei der das Gruppe-IIB-Element-Selenid-basierte Phosphormaterial (118) der Phosphor enthaltenden Region Phosphorpartikel umfasst.
  11. Vorrichtung gemäß Anspruch 10, bei der die Phosphorpartikel des Gruppe-IIB-Element-Selenid-basierten Phosphormaterials (118) eine Silikabeschichtung aufweisen.
  12. Vorrichtung gemäß Anspruch 10 oder 11, bei der die Phosphorpartikel des Gruppe-IIB-Element-Selenidbasierten Phosphormaterials (118) eine Partikelgröße von weniger als oder gleich 30 Mikrometern aufweisen.
  13. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 8 bis 12, bei der das Gruppe-IIB-Element-Selenid-basierte Phosphormaterial (118) der Phosphor enthaltenden Region Zinkselenid umfasst.
  14. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 8 bis 12, bei der das Gruppe-IIB-Element-Selenid-basierte Phosphormaterial (118) der Phosphor enthaltenden Region Cadmiumselenid umfasst.
  15. Verfahren zum Emittieren von Ausgangslicht, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Erzeugen (602) eines ersten Lichtes einer ersten Spitzenwellenlänge in dem sichtbaren Wellenlängenbereich; Empfangen (604) des ersten Lichtes, was ein Umwandeln zumindest eines Teils des ersten Lichtes in ein zweites Licht einer zweiten Spitzenwellenlänge unter Verwendung eines Gruppe-IIB-Element-Selenid-basierten Phosphormaterials (118) umfasst; und Emittieren (606) des zweiten Lichtes als einer Komponente des Ausgangslichtes.
  16. Verfahren gemäß Anspruch 15, bei dem das Gruppe-IIB-Element-Selenid-basierte Phosphormaterial (118) mit zumindest einem Seltenerdelement dotiert ist.
  17. Verfahren gemäß Anspruch 15 oder 16, bei dem das Gruppe-IIB-Element-Selenid-basierte Phosphormaterial (118) Phosphorpartikel umfasst.
  18. Verfahren gemäß Anspruch 17, bei dem die Phosphorpartikel des Gruppe-IIB-Element-Selenid-basierten Phosphormaterials (118) eine Silikabeschichtung aufweisen.
  19. Verfahren gemäß Anspruch 17 oder 18, bei dem die Phosphorpartikel des Gruppe-IIB-Element-Selenid-basierten Phosphormaterials (118) eine Partikelgröße von weniger als oder gleich 30 Mikrometern aufweisen.
  20. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 15 bis 19, bei dem das Gruppe-IIB-Element-Selenid-basierte Phosphormaterial (118) entweder Zinkselenid oder Cadmiumselenid umfasst.
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