TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine rosafarbenes Licht emittierende Vorrichtung,
insbesondere eine rosafarbenes Licht emittierende Vorrichtung umfassend eine Licht
emittierende Diode und einen Fluoreszenzkörper.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Licht emittierende Dioden (LED) weisen zahlreiche Vorteile gegenüber herkömmlichen
Lichtquellen auf, einschließlich eines minimierten Volumens, hervorragender
Lichtemissionseffizienz, langer Lebensdauer (bis zu einhunderttausend Stunden), fehlender
Notwendigkeit des Aufwärmens, hoher Ansprechgeschwindigkeit, hoher Zuverlässigkeit,
Bruchfestigkeit, hoher Flexibilität, wenn es darum geht, Anforderungen von Anwendungen
zu genügen, um minimierte oder Matrixelemente herzustellen, fehlender Wärmestrahlung,
und fehlender Umweltbelastung durch Gifte wie Quecksilber. Darüber hinaus wird, nach
Verbindung der LED mit geeigneten Fluoreszenzpulvern, eine weiße LED durch Mischen
von farbigen Lichtern hergestellt. Derartige weiße LED können bei niedrigerer Spannung
und Stromstärke (ungefähr 20 mA) betrieben werden, und stellen eine Farbtemperatur
(8000 K) bereit, die mit derjenigen von Sonnenlicht vergleichbar ist, und weisen eine
Farbwiedergabe nahe derjenigen von Hochleistungs-Fluoreszenzlampen (Drei-
Wellenlängen-Typ) auf.
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Die LED wird seit 1968 kommerziell hergestellt. Jedoch wurde die Vollfarben-LED
verwirklicht, als NICHIA Company (Japan) erfolgreich blaue GaInN LEDs mit höherer
Effizienz 1993 entwickelte. Obwohl LEDs mit bestimmten Farben, wie gelbe oder
orangefarbene LEDs, entwickelt worden sind, ist es immer noch unmöglich, rosafarbene
LEDs herzustellen. Entsprechend sind rosafarbene LEDs in hohem Maße gewünscht.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine rosafarbenes Licht emittierende
Vorrichtung bereitzustellen, welche eine Licht emittierende Diode als ein lumineszierendes
Element und einen Fluoreszenzkörper enthaltend
Yttriumaluminiumgranat-Fluoreszenzpulver umfasst, wobei die Diode Licht mit einer Wellenlänge im Bereich von
400 bis 450 nm emittiert, und das Licht anschließend das
Yttriumaluminiumgranat-Fluoreszenzpulver in dem Fluoreszenzkörper zur Emission eines anderen Lichts mit einer
Wellenlänge im Bereich von 575 nm bis 585 nm anregt, so dass beide Lichter
kombinieren, um ein rosafarbenes Licht mit gleichmäßig verteilten Farben zu erzeugen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Fig. 1 zeigt das Pulverröntgendiffraktogramm für den
Yttriumaluminiumgranat-Fluoreszenzkörper nach Beispiel 3 mit einer Formel (Y3-x-yCexGdy)Al5O12, wobei x 0,05 ist
und y 1,2, 1,8 bzw. 2,4 ist.
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Fig. 2 zeigt Emissionsspektren von Yttriumaluminiumgranat-Fluoreszenzkörpern nach
Beispiel 3, nachgewiesen durch Licht mit einer Wellenlänge von 450 nm als
Lumineszenzquelle.
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Fig. 3 zeigt, dass gestrichelte Linien, welche getrennt von den Chromatizitäten gemäß
den Punkten A, B und C (berechnet aus dem Emissionsspektrum nach Fig. 2), die einen
Fluoreszenzkörper repräsentieren, zu der Chromatizität gemäß Punkt D, der ein Licht mit
einer Wellenlänge von 450 nm repräsentiert, gezeichnet werden, den rosafarbenen Bereich
in dem Chromatizitätsdiagramm passieren.
GENAUE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Zur Illustration, und um ein vollständigeres Verständnis der Erfindung mit vielen der mit
ihr verbundenen Vorteile bereitzustellen, wird die folgende genaue Beschreibung
betreffend Yttriumaluminiumgranat-Fluoreszenzpulver, ihre Herstellung und ihre
Verwendung in lichtemittierenden Vorrichtungen gegeben.
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Die vorliegende Erfindung betrifft Yttriumaluminiumgranat-Fluoreszenzpulver mit der
Formel (Y3-x-yCexZy)Al5O12 oder (Y3CexZy)Al5O12, wobei 0 < x ≤ 0,8, 0 < y ≤ 2,5, und Z
ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus den Seltenerdmetallen, ausgenommen Cer
(Ce). Die Seltenerdmetalle, ausgenommen Cer, umfassen Gadolinium (Gd), Praseodym
(Pr), Neodym (Nd), Promethium (Pm), Samarium (Sm), Terbium (Tb), Dysprosium (Dy),
Holmium (Ho), Erbium (Er), Thulium (Tm), Ytterbium (Yb) und Lutetium (Lu).
Vorzugsweise ist in der Formel (Y3-x-yCexZy)Al5O12 oder (Y3CexZy)Al5O12, wobei 0 < x ≤ 0,4,
1,0 < y ≤ 2,5, und Z Gadolinium (Gd). Da das Fluoreszenzpulver mindestens zwei
optisch aktive Zentren enthält (Cer und ein Seltenerdmetall außer Cer), ist es möglich, die
Komponenten der Zusammensetzung oder ihre Verhältnisse einzustellen, um rosafarbenes
Licht mit einem breiteren Farbspektrum sowie hervorragenden lichtemittierenden
Eigenschaften wie höchst gleichmäßiger Farbe und hoher Helligkeit zu erhalten. Genauer
emittieren die Fluoreszenzpulver der vorliegenden Erfindung ein orangegelbes bis rotes
Licht mit einer Wellenlänge im Bereich von 575 nm bis 585 nm, wenn sie durch eine
lichtemittierende Diode, die zur Emission von violettem bis blauem Licht mit einer
Wellenlänge im Bereich von 400 nm bis 450 nm befähigt ist, angeregt werden. Die beiden
Lichter kombinieren, um ein rosafarbenes Licht mit gleichmäßig verteilten Farben zu
erzeugen.
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Die erfindungsgemäßen Fluoreszenzpulver können nach jedem herkömmlichen Verfahren
zur Herstellung von Fluoreszenzpulvern hergestellt werden. Die Verfahren schließen
Festkörperreaktionsverfahren und chemische Syntheseverfahren ein. Unter diesen schließt
ein Festkörperreaktionsverfahren den Schritt des Mischens der metallhaltigen Materialien
in den gewünschten Verhältnissen ein. Die Mischung wird den Behandlungen des
Mahlens, der Pyrolyse, des Calcinierens, des Sinterns und der Reduktion zur Herstellung
der Fluoreszenzpulver unterworfen. Jedoch ist die Gleichförmigkeit der so erhaltenen
Fluoreszenzpulver gering, und ihre Teilchengrößen sind groß und nicht einheitlich. Auf der
anderen Seite liefern chemische Syntheseverfahren Fluoreszenzpulver, welche die
gewünschte Reinheit, Gleichförmigkeit und Partikelgrößen aufweisen. Somit sind
chemische Syntheseverfahren, insbesondere ein Gelierungsverfahren und ein
Co-Präzipitationsverfahren, zur Herstellung der erfindungsgemäßen Fluoreszenzpulver
bevorzugt.
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Das Gelierungsverfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Fluoreszenzpulver
umfasst die Schritte (1) des Mahlens und homogenen Vermischens wasserlöslicher
Verbindungen enthaltend die gewünschten Metalle in Verhältnissen entsprechend
denjenigen der Metalle in den gewünschten Fluoreszenzpulvern, um eine
Metallpulvermischung zu erhalten, (2) des Lösens der Pulvermischung in Wasser zur
Bildung einer wässrigen Lösung, (3) der Zugabe einer geeigneten Menge eines
Chelatbildners in die wässrige Lösung zur Komplexierung der Metalle in der wässrigen
Lösung, (4) des Einstellens des pH-Werts der wässrigen Lösung auf größer oder gleich 3
und dadurch des Überführens der wässrigen Lösung in eine viskose Flüssigkeit, (5) der
Pyrolyse der viskosen Flüssigkeit zu einer Asche, (6) des Calcinierens der Asche, und (7)
des Sinterns der calcinierten Asche.
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Die Verbindungen, die in Schritt (1) verwendet werden, können alle geeigneten
Verbindungen sein, beispielsweise Salze oder organische Verbindungen der gewünschten
Metalle.
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Das Wasser, das in Schritt (2) verwendet wird, ist vorzugsweise entionisiertes Wasser,
besonders bevorzugt zweifach entionisiertes Wasser.
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Der Chelatbildner, der in Schritt (3) verwendet wird, ist eine organische oder anorganische
Verbindung, welche mit den ausgewählten Metallen Chelatkomplexe bilden kann.
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Geeignete Chelatbildner schließen organische Säuren, beispielsweise Zitronensäure, ein,
ohne darauf begrenzt zu sein.
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In Schritt (4) wird eine Base zu der wässrigen Lösung zugegeben, um ihren pH-Wert auf
größer oder gleich 3, vorzugsweise größer oder gleich 7, besonders bevorzugt größer oder
gleich 10, einzustellen. Die Base kann eine organische Base, eine anorganische Base oder
dergleichen sein. Geeignete organische Basen schließen Amine, beispielsweise
Ethylendiamin, ein, ohne darauf begrenzt zu sein. Geeignete anorganische Basen schließen
Ammoniakwasser ein, ohne darauf begrenzt zu sein.
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In Schritt (4) kann, nachdem der pH-Wert der Lösung wie gewünscht eingestellt worden
ist, jede geeignete Methode angewandt werden, um die Ausbildung einer viskosen
Flüssigkeit zu beschleunigen. Beispielsweise kann eine Hitzebehandlung in Verbindung
mit Rühren angewandt werden, um die Ausbildung zu beschleunigen, wobei die
Temperatur, auf die erhitzt wird, vorzugsweise nicht höher als 120°C ist.
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In Schritt (5) kann die Pyrolyse an Luft durchgeführt werden. Die Auswahl der
Pyrolysetemperatur hängt von der Art der beteiligten Metalle und dem Zweck ab, dass die
meisten der organischen Substanzen und ein Teil der Stickoxide in der viskosen Flüssigkeit
zersetzt werden können. Im Allgemeinen ist die Pyrolysetemperatur nicht höher als 400°C,
beispielsweise 300°C. Ein Kühlschritt wird optional angewandt, um die viskose Flüssigkeit
vor Schritt (5) zu einem Gel abzukühlen.
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Das Calcinieren in Schritt (6) und das Sintern in Schritt (7) sind herkömmliche Schritte
nach dem Stand der Technik. Abhängig von den ausgewählten Metallen kann der
Fachmann eine geeignete Temperatur, Zeit und Aufheizungs-/Abkühlungsrate wählen, um
die Schritte durchzuführen. Beispielsweise kann zur Herstellung von
(Y0,55Ce0,05Gd2,4)Al5O12 die Calcinierungstemperatur von 900°C bis 1200°C,
beispielsweise 1000°C betragen; die Sintertemperatur kann von 1200°C bis 1600°C,
beispielsweise 1500°C, betragen. Sowohl das Calcinieren als auch das Sintern können an
Luft ausgeführt werden. Die Aufheizungs-/Abkühlungsrate kann zwischen 1°C/min und
10°C/min, beispielsweise 5°C/min, betragen. Die calcinierte Asche von Schritt (6) kann
optional vor Schritt (7) gemahlen werden.
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Nach Schritt (7) kann das gesinterte Pulver optional in einer reduzierenden Atmosphäre bei
erhöhter Temperatur reduziert werden. Die reduzierende Atmosphäre kann jedes geeignete
Gas oder jede geeignete Gasmischung sein. Beispielsweise kann die reduzierende
Atmosphäre eine Mischung von Wasserstoff und Stickstoff in einem optionalen Verhältnis
wie H2/N2 (5%/95%) sein. Der Fachmann kann eine geeignete Reduktionstemperatur und
-zeit auswählen, um die Reduktion durchzuführen. Die Reduktionstemperatur liegt
typischerweise im Bereich von 1300°C bis 1550°C, wie 1500°C, und die Reduktionszeit
liegt typischerweise im Bereich von 6 bis 18 Stunden, wie 12 Stunden.
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Das Co-Präzipitationsverfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen
Fluoreszenzpulvers umfasst die Schritte (1) des Mahlens und homogenen Vermischens
wasserlöslicher Verbindungen enthaltend die gewünschten Metalle in Verhältnissen
entsprechend denjenigen in den gewünschten Fluoreszenzpulvern, um eine
Metallpulvermischung zu erhalten, (2) des Lösens der Pulvermischung in Wasser zur
Bildung einer wässrigen Lösung, (3) des Einstellens des pH-Werts der wässrigen Lösung
auf größer oder gleich 7 und dadurch des Überführens der wässrigen Lösung in ein Gel, (4)
der Pyrolyse des Gels zu einer Asche, (5) des Calcinierens der Asche, und (6) des Sinterns
der calcinierten Asche.
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Die Verbindungen, die in Schritt (1) verwendet werden, können alle geeigneten
Verbindungen sein, beispielsweise Salze oder organische Verbindungen der gewünschten
Metalle.
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Das Wasser, das in Schritt (2) verwendet wird, ist vorzugsweise entionisiertes Wasser,
besonders bevorzugt zweifach entionisiertes Wasser.
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In Schritt (3) wird eine Base zu der wässrigen Lösung zugegeben, um ihren pH-Wert auf
größer oder gleich 3, vorzugsweise größer oder gleich 7, besonders bevorzugt größer oder
gleich 10, einzustellen. Die Base kann eine organische Base, eine anorganische Base oder
dergleichen sein. Geeignete organische Basen schließen Amine, beispielsweise
Ethylendiamin, ein, ohne darauf begrenzt zu sein. Geeignete anorganische Basen schließen
Ammoniakwasser ein, ohne darauf begrenzt zu sein.
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In Schritt (3) kann, nachdem der pH-Wert der Lösung wie gewünscht eingestellt worden
ist, jede geeignete Methode wie Mischen angewandt werden, um die Gelbildung zu
beschleunigen. Eine Filtration, optional in Verbindung mit Absaugen, kann die Gelbildung
erleichtern.
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In Schritt (4) kann die Pyrolyse an Luft durchgeführt werden. Die Auswahl der
Pyrolysetemperatur hängt von der Art der beteiligten Metalle und dem Zweck ab, dass die
meisten organischen Substanzen und ein Teil der Stickoxide in der viskosen Flüssigkeit
zersetzt werden können. Im Allgemeinen ist die Pyrolysetemperatur nicht höher als 400°C,
beispielsweise 300°C.
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Die calcinierte Asche, die in Schritt (5) erhalten wird, kann optional vor Schritt (6)
gemahlen werden.
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Das Calcinieren in Schritt (5) und das Sintern in Schritt (6) sind herkömmliche Schritte
nach dem Stand der Technik. Abhängig von den ausgewählten Metallen kann der
Fachmann eine geeignete Temperatur, Zeit und Aufheizungs-/Abkühlungsrate wählen, um
die Schritte durchzuführen. Beispielsweise kann zur Herstellung von
(Y0,55Ce0,05Gd2,4)Al5O12 die Calcinierungstemperatur von 900°C bis 1200°C,
beispielsweise 1000°C betragen; die Sintertemperatur kann von 1200°C bis 1600°C,
beispielsweise 1500°C, betragen. Sowohl das Calcinieren als auch das Sintern können an
Luft ausgeführt werden. Die Aufheizungs-/Abkühlungsrate kann zwischen 1°C/min und
10°C/min, wie 5°C/min, betragen.
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Nach Schritt (6) kann das gesinterte Pulver optional in einer reduzierenden Atmosphäre bei
erhöhter Temperatur reduziert werden. Die reduzierende Atmosphäre kann jedes geeignete
Gas oder jede geeignete Gasmischung sein. Beispielsweise kann die reduzierende
Atmosphäre eine Mischung von Wasserstoff und Stickstoff in einem optional ausgewählten
Verhältnis wie H2/N2 (5%/95%) sein. Der Fachmann kann eine geeignete
Reduktionstemperatur und -zeit auswählen, um die Reduktion durchzuführen. Die
Reduktionstemperatur liegt typischerweise im Bereich von 1300°C bis 1550°C, wie
1500°C, und die Reduktionszeit liegt typischerweise im Bereich von 6 bis 18 Stunden, wie
12 Stunden.
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Durch Einstellen der Zusammensetzung der Metallpulvermischung in Schritt (1) können
das Gelierungsverfahren und das Co-Präzipitationsverfahren zur Herstellung jedes
gewünschten erfindungsgemäßen Fluoreszenzpulvers verwendet werden. Die so erhaltenen
Produkte weisen feinere und gleichmäßigere Teilchen im Vergleich zu denjenigen, die
durch Festkörperreaktionsverfahren hergestellt werden, auf.
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Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine rosafarbenes Licht emittierende Vorrichtung,
die violettes bis blaues Licht emittierende Dioden als lumineszierendes Element und einen
Fluoreszenzkörper enthaltend Yttriumaluminiumgranat-Fluoreszenzpulver mit der Formel
(Y3-x-yCexZy)Al5O12 oder (Y3CexZy)Al5O12, wobei 0 < x ≤ 0,8, 0,5 < y ≤ 2,5, und Z
ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus den Seltenerdmetallen, ausgenommen Cer
(Ce), umfasst. Die Seltenerdmetalle, ausgenommen Cer, umfassen Gadolinium (Gd),
Praseodym (Pr), Neodym (Nd), Promethium (Pm), Samarium (Sm), Terbium (Tb),
Dysprosium (Dy), Holmium (Ho), Erbium (Er), Thulium (Im), Ytterbium (Yb) und
Lutetium (Lu). Vorzugsweise ist in der Formel (Y3-x-yCexZy)Al5O12 oder (Y3CexZy)Al5O12
0 < x ≤ 0,4, 1,0 < y ≤ 2,5, und Z Gadolinium (Gd).
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In der erfindungsgemäßen, rosafarbenes Licht emittierenden Vorrichtung mit hoher
Helligkeit emittiert eine lichtemittierende Diode violettes bis blaues Licht mit einer
Wellenlänge im Bereich von 400 bis 450 nm emittiert, wobei das Licht die
Yttriumaluminiumgranat-Fluoreszenzpulver zur Emission von orangegelbem bis
orangefarbenem Licht mit einer Wellenlänge im Bereich von 575 nm bis 585 nm anregt.
Die oben genannten beiden Lichter kombinieren, um rosafarbenes Licht zu erzeugen.
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Beispielsweise wird in einem Fluoreszenzkörper, der aus
Yttriumaluminiumgranat-Fluoreszenzpulvern enthaltend Cer und Gadolinium hergestellt ist, der Fluoreszenzkörper
durch eine lichtemittierende Diode, welche violettes bis blaues Licht mit einer Wellenlänge
im Bereich von 400 bis 450 nm emittiert, zur Emission von orangegelbem bis
orangefarbenem Licht mit einer Wellenlänge im Bereich von 575 nm bis 585 nm angeregt.
Das violette bis blaue Licht kombiniert mit dem orangegelben oder orangefarbenen Licht,
um rosafarbenes Licht mit gleichmäßig verteilten Farben bereitzustellen und einer
Helligkeit, die höher ist als diejenige, die von einem Fluoreszenzköper aus
Fluoreszenzpulvern, die nur Europium, aber nicht Gadolinium enthalten, bereitgestellt wird.
Um die optischen Eigenschaften der Fluoreszenzmaterialien zu testen, wird ein
Photolumineszenz-Spektrometer verwendet, um einen Scan des Lumineszenzspektrums
eines Fluoreszenzkörpers durchzuführen, und anschließend wird eine
Lumineszenzwellenlänge zum Scannen des Emissionsspektrums auf Basis des
Lumineszenzspektrums ermittelt. Der erfindungsgemäße
Yttriumaluminiumgranat-Fluoreszenzkörper, der mindestens zwei optisch aktive Zentren umfasst, kann durch
violettes bis blaues Licht mit einer Wellenlänge im Bereich von 400 bis 450 nm emittiert,
zur Emission von orangegelbem bis orangefarbenem Licht mit einer Wellenlänge im
Bereich von 575 nm bis 585 nm angeregt werden. Bei Betrachtung des Fluoreszenzkörpers
kann ein rosafarbenes Licht von großer Helligkeit wahrgenommen werden. Dies liegt
daran, dass man bei gleichzeitiger Anregung der Sehnerven durch zwei verschiedene
Lichter mit verschiedenen Wellenlängen eine neue, von den Farben der Lichtquellen
verschiedene Farbe, wahrnehmen kann. Die Chromatizität der Farbe, ausgedrückt als (x,
y), kann von der relativen Lichtstärke angesichts der zwischen den beiden Chromatizitäten
der Wellenlänge der Ursprungslichter gezeichneten Linie berechnet werden. Daher
können, unter Verwendung herkömmlicher Technologie, die erfindungsgemäßen
Fluoreszenzpulver zur Bildung eines Fluoreszenzkörpers von geeignetem Material
getragen oder auf geeignetem Material fixiert werden. Der Fluoreszenzkörper, der mit
einer lichtemittierenden Diode als einer Lichtquelle zur Emission einer Wellenlänge im
Bereich von 370 nm bis 410 nm verbunden ist, kann mit einem geeigneten Strom
angewendet werden, um eine rosafarbenes Licht emittierende Diode mit hervorragenden
lichtemittierenden Eigenschaften bereitzustellen.
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Bezugnehmend auf Fig. 1 werden Pulverröntgendiffraktogramme für die
Yttriumaluminiumgranat-Fluoreszenzkörper aus Beispiel 3 mit der Formel
(Y3-x-yCexGdy)Al5O12 (wobei x = 0,05 und y 1,2, 1,8 bzw. 2,4 ist) bereitgestellt. Wie in
Fig. 1 gezeigt, kann durch Vergleich mit einem Standard-Pulverröntgendiffraktogramm
eines Yttriumaluminiumgranat-Fluoreszenzkörpers mit einer Formel Y3Al5O12 gefunden
werden, dass die hergestellten Produkte alle reine Phasen sind. Da die Komponenten der
Fluoreszenzpulver eng mit der Lumineszenzeffizienz der Pulver korrelieren, erfüllen die
nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Fluoreszenzpulver tatsächlich das
Erfordernis, reine Phasen aufzuweisen. Fig. 2 ist das Emissionsspektrum eines
Fluoreszenzpulvers von oben stehendem (Y3-x-yCexGdy)Al5O12, nachgewiesen durch Licht
mit einer Wellenlänge von 450 nm als Anregungsquelle. Wie in Fig. 2 gezeigt, verschiebt
sich die Fluoreszenzwellenlänge-Verteilung der Pulver umso mehr in den längeren
Wellenlängenbereich, je mehr Yttrium in den Fluoreszenzpulvern durch Gadolinium
ersetzt ist. Fig. 3 zeigt die Daten der Emissionsspektren, die durch die von der
Commission Internationale de l'Eclairage (CIE) 1931 erlassenen Chromatizitätsdiagramm-
Umrechnungsformel konvertiert wurden. Die Chromatizitäten der Fluoreszenzpulver mit
einer Formel (Y3-x-yCexGdy)Al5O12, wobei x 0,05 ist und y 1,2, 1,8 bzw. 2,4 ist, werden als
Punkte A, B bzw. C markiert, und die Chromatizität (0,1738, 0,0049) eines Lichts mit
einer Wellenlänge von 450 nm wird als D markiert. Gestrichelte Linien werden von den
Punkten A, B bzw. C zu D gezeichnet. Wie in Fig. 3 gezeigt wird gefunden, dass die
gestrichelten Linien den rosafarbenen Bereich in dem Chromatizitätsdiagramm passieren.
Mit anderen Worten wird gemäß dem Prinzip von Farben und Lichtern eine rosafarbene
Sehwahrnehmung erzeugt, wenn Sehnerven gleichzeitig durch Licht mit einer Wellenlänge
von 450 nm und einem orangegelben oder orangefarbenen Licht (Punkte A, B oder C)
angeregt werden. Es wird festgestellt, dass die Verwendung von herkömmlichen
Fluoreszenzpulvern mit einem einzigen Lumineszenzzentrum wie (Y3-xEux)Al5O12 in
Verbindung mit einer violettes oder blaues Licht emittierenden Diode keine Lichtquelle
bereitstellen kann, deren Chromatizität in die linke Hälfte des rosafarbenen Bereichs fällt.
Die Komponenten der Fluoreszenzpulver sind offensichtlich wichtig. Somit kann eine
rosafarbenes Licht emittierende Diode mit hervorragenden Lumineszenzeigenschaften
hergestellt werden durch Mischen der erfindungsgemäßen Fluoreszenzpulver und
geeigneter Materialien in geeigneten Verhältnissen, unter Verwendung einer violettes oder
blaues Licht emittierenden Diode als einer Lichtquelle zur Emission einer geeigneten
Wellenlänge, richtige Verpackung der Mischung und Diode, und Anwendung des richtigen
Stroms.
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Die nachstehenden Beispiele werden bereitgestellt, um die Erfindung näher zu erläutern,
von denen der Fachmann ein tieferes Verständnis der Erfindung gewinnen kann. Jedoch
sollten die Beispiele nicht als eine Begrenzung des Umfangs der Erfindung angesehen
werden.
Beispiel 1
(Festkörperreaktionsverfahren)
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Um eine Formulierung bereitzustellen, wobei Y : Ce : Gd : Al = 0,55 : 0,05 : 2,4 : 5, wurden
[Y(NO3)3.6 H2O] (0,4021 g), [Al(NO3)3.9 H2O] (3,5748 g), [Ce(NO3)3.6 H2O] (0,0418 g)
und [Gd(NO3)3.5 H2O] (1,9824 g) stöchiometrisch gemischt. Das Rohmaterial wurde
gemahlen und homogen zu einer Pulvermischung vermischt. Zur Calcinierung wurde die
Pulvermischung in einen Tiegel gegeben und an Luft mit einer Aufheizrate von 5°C/min
auf eine Temperatur von 1000°C erhitzt. Nach 24 Stunden wurde das Pulver mit einer
Abkühlrate von 5°C/min auf Raumtemperatur abgekühlt.
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Das calcinierte Pulver wurde gemahlen und in einen Tiegel gegeben und an Luft bei
1500°C 24 Stunden lang gesintert. Die Aufheizrate und die Abkühlrate des Sinterschritts
betrugen 5°C/min.
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Das gesinterte Pulver wurde gemahlen und optional in einer reduzierenden Atmosphäre
aus H2/N2 (5%/95%) bei 1500°C 12 Stunden lang reduziert. Der Reduktionsschritt wird
durchgeführt, um Ce4+ zu Ce3+ zu reduzieren und so die Helligkeit des Pulvers zu
verbessern. Schließlich wurde das Pulver auf Raumtemperatur abgekühlt, wobei ein
Fluoreszenzpulver mit einer Formel (Y0,55Ce0,05Gd2,4)Al5O12 erhalten wurde.
Beispiel 2
(Gelierungsverfahren)
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Um eine Formulierung bereitzustellen, wobei Y : Ce : Gd : Al = 0,55 : 0,05 : 2,4 : 5, wurden
[Y(NO3)3.6 H2O] (0,4021 g), [Al(NO3)3.9 H2O] (3,5748 g), [Ce(NO3)3.6 H2O] (0,0418 g)
und [Gd(NO3)3.5 H2O] (1,9824 g) stöchiometrisch gemischt. Die Salzmischung wurde
in zweifach entionisiertem Wasser gelöst, wobei eine wässrige Lösung gebildet wurde.
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Zitronensäure als Chelatbildner wurde zu der wässrigen Lösung in der gleichen
Stoffmenge wie die Metallionen in der wässrigen Lösung zugegeben. Eine Base wie
Ammoniakwasser oder Ethylendiamin wurde zu der wässrigen Lösung zugegeben, um den
pH-Wert der wässrigen Lösung auf 10,5 einzustellen. Die wässrige Lösung wurde auf 100
bis 120°C erwärmt, wobei eine viskose Flüssigkeit gebildet wurde. Die viskose Flüssigkeit
wurde abgekühlt, wobei ein Gel gebildet wurde. Das Gel wurde auf 300°C erhitzt, um die
meisten organischen Substanzen und ein Teil des Stickoxids in dem Gel zu zersetzen und
eine dunkelbraune Asche bereitzustellen.
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Zur Calcinierung wurde die Asche in einen Tiegel gegeben und mit einer Aufheizrate von
5°C/min an Luft auf 1000°C aufgeheizt, wobei Pulver gebildet wurden. Nach 24 Stunden
wurde das Pulver mit einer Abkühlrate von 5°C/min auf Raumtemperatur abgekühlt. Die
calcinierten Pulver wurden in einen Tiegel gegeben und an Luft bei 1500°C 24 Stunden
lang gesintert. Die Aufheizrate und die Abkühlrate während des Sinterschritts betrugen
5°C/min.
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Die gesinterten Pulver wurden optional in einer reduzierenden Atmosphäre aus H2/N2
(5%/95%) bei 1500°C 12 Stunden lang reduziert. Der Reduktionsschritt wird durchgeführt,
um Ce4+ zu Ce3+ zu reduzieren und so die Helligkeit der Pulver zu verbessern. Schließlich
wurde das Pulver auf Raumtemperatur abgekühlt, wobei ein Fluoreszenzpulver mit einer
Formel (Y0,55Ce0,05Gd2,4)Al5O12 erhalten wurde.
Beispiel 3
(Co-Präzipitationsverfahren)
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Um eine Formulierung bereitzustellen, wobei Y : Ce : Gd : Al = 0,55 : 0,05 : 2,4 : 5, wurden
[Y(NO3)3.6 H2O] (0,4021 g), [Al(NO3)3.9 H2O] (3,5748 g), [Ce(NO3)3.6 H2O] (0,0418 g)
und [Gd(NO3)3.5 H2O] (1,9824 g) stöchiometrisch gemischt. Die Salzmischung wurde
in zweifach entionisiertem Wasser gelöst, wobei eine wässrige Lösung gebildet wurde.
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Eine Base wie Ammoniakwasser oder Ethylendiamin wurde zu der wässrigen Lösung
zugegeben, um den pH-Wert der wässrigen Lösung auf 10,5 einzustellen. Die Lösung
wurde gerührt, wobei eine Gel-Lösung gebildet wurde, und anschließend abgenutscht, um
ein weißes Gel bereitzustellen. Das weiße Gel wurde in Luft auf 300°C erhitzt, um die
meisten organischen Substanzen und ein Teil des Stickoxids in dem Gel zu zersetzen, um
eine dunkelbraune Asche bereitzustellen.
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Zur Calcinierung wurde die Asche in einen Tiegel gegeben und mit einer Aufheizrate von
5°C/min an Luft auf 1000°C erhitzt, wobei Pulver gebildet wurden. Nach 24 Stunden
wurden die Pulver mit einer Abkühlrate von 5°C/min auf Raumtemperatur abgekühlt. Die
calcinierten Pulver wurden in einen Tiegel gegeben und an Luft bei 1500°C 24 Stunden
lang gesintert. Die Aufheizrate und die Abkühlrate während des Sinterschritts betrugen
5°C/min.
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Die gesinterten Pulver wurden optional in einer reduzierenden Atmosphäre von H2/N2
(5%/95%) bei 1500°C 12 Stunden lang reduziert, um Ce4+ zu Ce3+ zu reduzieren und so die
Helligkeit der Pulver zu verbessern.
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Schließlich wurde das Pulver auf Raumtemperatur abgekühlt, wobei ein Fluoreszenzkörper
mit einer Formel (Y0,55Ce0,05Gd2,4)Al5O12 erhalten wurde. Der Körper wurde mit einem
Mörser in einem Tiegel gemahlen. Der Fluoreszenzkörper wurden mittels
Pulverröntgendiffraktometrie getestet, um herauszufinden, ob seine Kristallstruktur eine
reine Phase ist, und anschließend mittels eines Photolumineszenz-Spektrometers auf seine
Licht emittierenden Eigenschaften hin untersucht.
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Die oben genannten Schritte wurden wiederholt, mit der Ausnahme, dass die Mengen von
[Y(NO3)3.6 H2O] und [Gd(NO3)3.5 H2O] derart verändert wurden, dass die
stöchiometrischen Verhältnisse von Y : Ce : Gd : Al = 1,75 : 0,05 : 1,2 : 5
bzw. 1,15 : 0,05 : 1,8 : 5 betrugen, wobei Fluoreszenzpulver der Formel (Y1,75Ce0,05Gd1,2)Al5O12 oder
(Y1,15Ce0,05Gd1,8)Al5O12 erhalten wurden. Die Licht emittierenden Eigenschaften der so
erhaltenen Fluoreszenzpulver wurden ebenfalls bestimmt.
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Die vorliegende Erfindung kann selbstverständlich auf andere spezielle Weisen als die hier
dargelegten durchgeführt werden, ohne dass von dem Geist und den wesentlichen
Merkmalen der vorliegenden Erfindung abgewichen wird. Die vorliegenden
Ausführungsformen sind daher in jeder Hinsicht als eine Illustration anzusehen und sind
nicht beschränkend. Daher soll jede kommende Änderung innerhalb von
Fluoreszenzkörpern, die aus Yttriumaluminiumgranat mit mindestens zwei optischen
aktiven Zentren in dem Haupt-Kristallgitter hergestellt werden, um hervorragende
lichtemittierende Eigenschaften wie hohe Gleichmäßigkeit in der Farbe und hohe
Helligkeit bereitzustellen, darin enthalten sein.
Bezugszeichenliste zu Fig. 3
1 grün
2 gelblich-grün
3 gelbgrün
4 grünlich-gelb
5 gelb
6 gelblich-orange
7 orange
8 rötlich-orange
9 rot
10 leicht violett-rot
11 rotviolett
12 rötlich-violett
13 violett
14 bläulich-violett
15 leicht violett-blau
16 blau
17 grünlich-blau
18 blaugrün
19 bläulich-grün
20 orangerosa
21 rosa
22 leicht violett-rosa
23 CIE Standard-Leuchtmittel C