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DE102015102275B4 - LED-Leuchtstruktur für Hintergrundlicht - Google Patents

LED-Leuchtstruktur für Hintergrundlicht Download PDF

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DE102015102275B4 DE102015102275.3A DE102015102275A DE102015102275B4 DE 102015102275 B4 DE102015102275 B4 DE 102015102275B4 DE 102015102275 A DE102015102275 A DE 102015102275A DE 102015102275 B4 DE102015102275 B4 DE 102015102275B4
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Abstract

LED-Leuchtstruktur für Hintergrundlicht, umfassendeinen Halter (11),einen blauen Leuchtdiodenchip (12), der auf dem Halter (11) angeordnet ist,einen grünen Leuchtdiodenchip (13), der auf dem Halter (11) angeordnet ist,ein rotes Lumineszenzpulver (14), das von dem Blaulicht des blauen Leuchtdiodenchip (12) erregt wird und ein Rotlicht erzeugt, undeine Kapsel (15), die zum Verschluss des blauen Leuchtdiodenchips (12), des grünen Leuchtdiodenchips (13) und des roten Lumineszenzpulvers (14) dient, wobei das rote Lumineszenzpulver (14) die chemische Formel TXF:Mnhat, wobei T Li, Na, K oder Rb und X Ge, Si, Sn, Zr oder Ti sein kann, wobei das rote Lumineszenzpulver einen Korndurchmesser im Bereich von 20µm-30µm hat, wobei die Kapsel (15) eine Feuchtigkeitsdurchlässigkeit von 10-20g/m/24h und eine Sauerstoffdurchlässigkeit von kleiner als 9,869 cm³ /m² /24h/ kPa besitzt, wodurch das Blaulicht des blauen Leuchtdiodenchips (12), das Grünlicht des grünen Leuchtdiodenchips (13) und das Rotlicht des roten Lumineszenzpulvers (14) gemischt werden und ein Weißlicht erzeugt wird.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die Erfindung betrifft eine LED-Leuchtstruktur für Hintergrundlicht, die durch die Einschränkung des Korndurchmessers des Lumineszenzpulvers und der Eigenschaften der Kapsel die Lichtausbeute und die Yield-Rate der Lichtfarbe erhöht und eine Oxidation des Lumineszenzpulvers vermeidet.
  • Stand der Technik
  • Wegen der Vorteile der Halbleiterelemente wird die Halbleiterleuchtdiode für Hintergrundlicht von Displays oder als Beleuchtungslicht verwendet. Bei der Anwendung als Hintergrundlicht oder Beleuchtungslicht muss die Wirkung des Tageslichts erreicht werden. Die Leuchtdiode mit einem einzelnen Leuchtdiodenchip ist eine ausgereifte Technik. Der Leuchtdiodenchip erzeugt ein Farblicht mit einem engen Wellenbereich. Da das Licht der Leuchtdiode monochromatisch ist, wird das Weißlicht oder ein gezieltes Farblicht durch Lichtmischung erzeugt.
  • Um ein Weißlicht zu erzeugen, werden drei Leuchtdiodenchips für drei Grundfarben (RGB) verwendet, deren Lichter gemischt werden und somit ein Weißlicht erzeugen. Oder ein Lumineszenzfarbstoff wird von dem Leuchtdiodenchip erregt und ein Farblicht erzeugt, das mit dem Licht des Leuchtdiodenchips gemischt wird, wodurch das Weißlicht erhalten wird. Die Firma Nichia verwendet einen blauen Leuchtdiodenchip aus InGaN und einen YAG-Lumineszenzfarbstoff, der durch Erregung ein Gelblicht erzeugt, das mit dem Blaulicht gemischt wird, wodurch ein Weißlicht erhalten wird. In der US 2007 / 0126011 A1 ist eine weißes Licht emittierende Diode beschrieben, die einen blauen Leuchtdiodenchip, einen grünen Leuchtdiodenchip und eine rot fluoreszierende Substanz in einem Formteil aufweist. Die WO 2014 / 068440 A1 beschreibt eine LED mit einer blauen und einer grünen Lichtquelle sowie zwei unterschiedlichen rot lumineszierenden Stoffen. Ein tageslichtähliches Weißlicht ist das Ziel der Entwicklung.
  • Sowohl für Hintergrundlicht als auch für Beleuchtungslicht werden die Farbtemperatur, Farbwiedergabe, Farbton/Farbsättigung usw. der Lichtfarbe standardisiert. Neben der Lichtfarbe ist die Helligkeit auch ein wichtiger Faktor. Das Hintergrundlicht verwendet herkömmlicherweise einen blauen Leuchtdiodenchip und einen YAG-Lumineszenzfarbstoff zur Erzeugung eines Weißlichts. Die Vorteile sind niedrige Herstellungskosten und gute Lichtausbeute. Da der Anteil des Grünlichts und des Rotlichts in diesem Weißlicht zu klein ist, ist die Farbwirkung nicht befriedigend. Um dieses Problem zu lösen, werden ein blauer Leuchtdiodenchip, ein roter Lumineszenzfarbstoff und ein grüner Lumineszenzfarbstoff verwendet. Die Eigenschaften des Lumineszenzfarbstoffs, wie Absorption des Lichtes der Leuchtdiodenchips, Lichtumwandlung, Feuchtigkeitsbeständigkeit, Wärmebeständigkeit, Korndurchmesser und Gleichmäßigkeit, können das erhaltene Weißlicht beeinflussen. Daher ist die Aufgabe der Entwicklung es, durch die Einschränkung der Parameter die Gleichmäßigkeit der Lichtfarbe, die Farbwiedergabe, die Farbsättigung, die Lichtausbeute usw. zu verbessern.
  • Der Lumineszenzfarbstoff verwendet üblicherweise Metallionen als Aktivator. Die Metallionen werden leicht durch Feuchtigkeit oxidiert. Daher ist es eine wichtige Aufgabe, einen Einfluss auf das Weißlicht durch Oxidation des Lumineszenzfarbstoffs zu vermeiden.
  • Der Erfinder zielt darauf ab, eine LED-Leuchtstruktur für Hintergrundlicht anzubieten, die durch die Einschränkung des Korndurchmessers des Lumineszenzpulvers und der Eigenschaften der Kapsel die Lichtausbeute und die Yield-Rate der Lichtfarbe erhöht und eine Oxidation des Lumineszenzpulvers vermeidet.
  • Aufgabe der Erfindung
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine LED-Leuchtstruktur für Hintergrundlicht zu schaffen, die durch die Einschränkung des Korndurchmessers des Lumineszenzpulvers und der Eigenschaften der Kapsel die Lichtausbeute und die Yield-Rate der Lichtfarbe erhöht und eine Oxidation des Lumineszenzpulvers vermeidet.
  • Diese Aufgabe wird durch die erfindungsgemäße LED-Leuchtstruktur für Hintergrundlicht gelöst, die umfasst: einen Halter; einen blauen Leuchtdiodenchip, der auf dem Halter angeordnet ist; einen grünen Leuchtdiodenchip, der auf dem Halter angeordnet ist; ein rotes Lumineszenzpulver, das von dem Blaulicht des blauen Leuchtdiodenchips erregt wird und ein Rotlicht erzeugt; und eine Kapsel, die zum Verschluss des blauen Leuchtdiodenchips, des grünen Leuchtdiodenchips und des roten Lumineszenzpulvers dient, wobei das rote Lumineszenzpulver die chemische Formel T2XF6:Mn4+ hat, wobei T Li, Na, K oder Rb und X Ge, Si, Sn, Zr oder Ti sein kann, wobei das rote Lumineszenzpulver einen Korndurchmesser im Bereich von 20µm-30µm hat, wobei die Kapsel eine Feuchtigkeitsdurchlässigkeit von 10-20g/m2/24h und eine Sauerstoffdurchlässigkeit von kleiner als 9,869 cm³ /m² /24h/ kPa besitzt, wodurch das Blaulicht des blauen Leuchtdiodenchips, das Grünlicht des grünen Leuchtdiodenchips und das Rotlicht des roten Lumineszenzpulvers gemischt werden und ein Weißlicht erzeugt wird.
  • Der Korndurchmesser des roten Lumineszenzpulvers beträgt am besten 25µm.
  • Der Halter ist in Form von einer planen Platte oder einem Becher ausgebildet.
  • Dadurch kann Erfindung durch die Einschränkung des Korndurchmessers des Lumineszenzpulvers und der Eigenschaften der Kapsel die Lichtausbeute und die Yield-Rate der Lichtfarbe erhöhen und eine Oxidation des Lumineszenzpulvers vermeiden.
  • Figurenliste
    • 1 zeigt eine Schnittdarstellung der Erfindung, wobei der Halter in Form von einem Becher ausgebildet ist,
    • 2 zeigt eine Schnittdarstellung der Erfindung, wobei der Halter in Form von einer planen Platte ausgebildet ist,
    • 3 zeigt ein Diagramm der Messwerte der Lichtausbeute in verschiedenen Zeitpunkten der LED-Leuchtstruktur mit der Kapsel im unterschiedlichen Bereich der Feuchtigkeitsdurchlässigkeit und der Sauerstoffdurchlässigkeit.
  • Wege zur Ausführung der Erfindung
  • Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den anliegenden Zeichnungen.
  • Wie aus den 1 und 2 ersichtlich ist, umfasst die erfindungsgemäße LED-Leuchtstruktur für Hintergrundlicht 1 einen Halter 11, einen blauen Leuchtdiodenchip 12, einen grünen Leuchtdiodenchip 13, ein rotes Lumineszenzpulver 14 und eine Kapsel 15.
  • Der blaue Leuchtdiodenchip 12 und der grüne Leuchtdiodenchip 13 sind auf dem Halter angeordnet 11. Der Halter 11 kann in Form von einer planen Platte oder einem Becher ausgebildet sein, wie es in den 1 und 2 dargestellt ist. Die LED-Leuchtstruktur ist eine weiße LED-Leuchtstruktur. Das rote Lumineszenzpulver 14 wird von dem Blaulicht des blauen Leuchtdiodenchips 12 erregt und erzeugt ein Rotlicht. Das Rotlicht wird mit dem Blaulicht des blauen Leuchtdiodenchips 12 und dem Grünlicht des grünen Leuchtdiodenchips 13 gemischt, wodurch ein Weißlicht erhalten wird. Das rote Lumineszenzpulver 14 hat die chemische Formel T2XF6:Mn4+, wobei T Li, Na, K oder Rb und X Ge, Si, Sn, Zr oder Ti sein kann. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die chemische Formel des roten Lumineszenzpulvers 14 K2SiF6:Mn4+. Das rote Lumineszenzpulver ist durch die Co-Präzipitation hergestellt und hat einen Korndurchmesser im Bereich von 20µm-30µm, vorzugsweise 25µm. Dadurch wird die Lichtausbeute und die Lichtfarbe der LED-Leuchtenstruktur 1 verbessert. Der Korndurchmesser des Lumineszenzpulvers kann die Lichtausbeute, den CIE-Δx-Wert, den CIE-Δy-Wert und die Yield-Rate der Lichtfarbe des erregten Lichts beeinflussen. Die Yield-Rate der Lichtfarbe ist ein wichtiger Faktor bei der Anwendung der LED-Leuchtstruktur auf das Hintergrundlicht. Bei der Anwendung auf den Monitor werden anstatt der einteiligen kalten Kathodenröhre eine Vielzahl von Leuchtdioden verwendet, die reihen- oder pallelgeschaltet werden und Leuchtstreifen bilden. Wenn die Lichtfarbe der Leuchtdioden nicht einheitlich ist oder eine Abweichung hat, kann der Bildschirm eine Farbdifferenz oder eine ungleichmäßige Farbe haben.
  • Die folgende Tabelle zeigt den CIE-Δx-Wert, den CIE-Δy-Wert, die Lichtausbeute und die Yield-Rate der Lichtfarbe des Mischlichts von dem Rotlicht des roten Lumineszenzpulvers, dem Blaulicht des blauen Leuchtdiodenchips 12 und dem Grünlicht des grünen Leuchtdiodenchips 13, wenn der Korndurchmesser des roten Lumineszenzpulvers 14 im Bereich von 1-1,2 liegt. Die Yield-Rate der Lichtfarbe des roten Lumineszenzpulvers 14 wird ermittelt, wenn der CIE-Δx-Wert und der CIE-Δy-Wert 0,03 beträgt.
    Korndurchmesser des roten Lumineszenz-pulvers CIE-Δx-Wert von Blaulicht+ Grünlicht+ rotem Lumineszenz-pulver CIE-Δy-Wert von Blaulicht+ Grünlicht+ rotem Lumineszenz-pulver Lichtausbeute Yield-Rate der Lichtfarbe
    31 ~ 50µ m 50µm 0.055~0.065 0.045~0.06 95∼97% 80~90%
    45µm 0.050~0.060 0.045~0.06 95∼97% 80~90%
    40µm 0.040~0.050 0.045~0.06 97~99% 80~90%
    35µm 0.040~0.050 0.045~0.06 97~99% 80~90%
    31µm 0.040~0.050 0.045~0.06 97~99% 80~90%
    20 ~ 30µ m 30µm 0.030~0.040 0.03~0.04 97~99% 95~100%
    25µm 0.030~0.040 0.03~0.04 97~100% 95~100%
    20µm 0.030~0.040 0.03~0.04 97~99% 95~100%
    10 ~ 19µ m 19µm 0.025~0.035 0.03~0.04 94~96% 95~100%
    15µm 0.025~0.035 0.03~0.04 91~93% 95~100%
    10µm 0.025~0.035 0.03~0.04 85~87% 95~100%
  • Aus der obigen Tabelle ist zu entnehmen, dass je kleiner der Korndurchmesser des roten Lumineszenzpulvers 14 ist, desto höher die Yield-Rate der Lichtfarbe ist. Je größer der Korndurchmesser des roten Lumineszenzpulvers 14 ist, desto höher ist die Lichtausbeute. Die Yield-Rate der Lichtfarbe wird jedoch reduziert. Wenn der Korndurchmesser des roten Lumineszenzpulvers 14 im Bereich von 20-30µm liegt, betragen der CIE-Δx-Wert und der CIE-Δy-Wert der LED-Leuchtstruktur 1 beide 0,03-0,04. D.h. die Konzentration der Lichtfarbe ist am bestens und die Lichtausbeute und die Yield-Rate der Lichtfarbe können über 97% und 95% gehalten werden. In der Erfindung wird das rote Lumineszenzpulver 14 mit einem Korndurchmesser in diesem Bereich verwendet, damit die LED-Leuchtstruktur die beste Helligkeit und Lichtfarbe erzeugt. Wenn der Korndurchmesser des roten Lumineszenzpulvers 14 25µm ist, kann die Lichtausbeute über 97% und sogar auf 100% gehalten werden. Daher ist der beste Korndurchmesser des roten Lumineszenzpulvers 14 25µm.
  • Die Kapsel 15 dient zum Verschluss des blauen Leuchtdiodenchips 12, des grünen Leuchtdiodenchips 13 und des roten Lumineszenzpulvers 14. Die Kapsel 15 besitzt eine Feuchtigkeitsdurchlässigkeit von 10-20g/m2/24h und eine Sauerstoffdurchlässigkeit von kleiner als 9,869 cm³ /m² /24h/ kPa. Dadurch kann das Weißlicht, das durch das Mischen des Blaulichts des blauen Leuchtdiodenchips 12, des Grünlichts des grünen Leuchtdiodenchips 13 und des Rotlichts des roten Lumineszenzpulvers erhalten wird, eine bessere Lichtausbeute und Yield-Rate der Lichtfarbe. Wie obengenannt, ist die chemische Formel des roten Lumineszenzpulvers 14 T2XF6:Mn4+. Dadurch besitzt das rote Lumineszenzpulver 14 Mn4+-Ionen, die erregt werden können. Wenn die Mn4+-Ionen oxidiert werden, werden die Lichtausbeute und die Yield-Rate der Lichtfarbe des roten Lumineszenzpulvers 14 beeinflusst. Daher muss die Feuchtigkeitsdurchlässigkeit und die Sauerstoffdurchlässigkeit der Kapsel 15 eingeschränkt werden, um den Eintritt der Feuchtigkeit in den Halter 11 und eine Oxidation des roten Lumineszenzpulvers 14 zu vermeiden.
  • Die folgende Tabelle zeigt die Messwerte der Lichtausbeute in den folgenden Zeitpunkten der LED-Leuchtstruktur mit der Kapsel 15 im unterschiedlichen Bereich der Feuchtigkeitsdurchlässigkeit und der Sauerstoffdurchlässigkeit. Wie es in Verbindung mit 3 dargestellt ist, beträgt bei der Messung die Temperatur (Ta) 85°C, die Feuchtigkeit (RH) 85%, der Strom 120mA und die Leistung 0,4W. Die Kapsel der Gruppe A hat eine Feuchtigkeitsdurchlässigkeit von größer als 20g/m2/24h und eine Sauerstoffdurchlässigkeit von größer als 9,869 cm³ /m² /24h/ kPa. Die Kapsel der Gruppe B hat eine Feuchtigkeitsdurchlässigkeit im Bereich von 10-20g/m2/24h und eine Sauerstoffdurchlässigkeit von größer als 9,869 cm³ /m² /24h/ kPa. Die Kapsel der Gruppe C hat eine Feuchtigkeitsdurchlässigkeit im Bereich von 10-20g/m2/24h und eine Sauerstoffdurchlässigkeit von kleiner als 9,869 cm³ /m² /24h/ kPa. Die Kapsel der Gruppe D hat eine Feuchtigkeitsdurchlässigkeit von kleiner als 10g/m2/24h und eine Sauerstoffdurchlässigkeit von kleiner als 9,869 cm³ /m² /24h/ kPa.
    Figure DE102015102275B4_0001
  • Aus der obigen Tabelle und 3 ist zu entnehmen, dass die Kapsel 15 in unterschiedlichen Bedingungen ein unterschiedliches Abklingen der Helligkeit besitzt. Wenn die Kapsel 15 eine Feuchtigkeitsdurchlässigkeit im Bereich von 10-20g/m2/24h und eine Sauerstoffdurchlässigkeitvon kleiner als 9,869 cm³ /m² /24h/ kPa (Gruppe C) hat, wird die Leuchtzeit im Vergleich mit den anderen Gruppe der Kapsel 15 verlängert und die beste Lichtausbeute erhalten. D.h. das Abklingen der Helligkeit ist langsam. Dadurch wird die Lebensdauer der LED-Leuchtstruktur 1 verlängert. Durch die Einschränkung der Feuchtigkeitsdurchlässigkeit und der Sauerstoffdurchlässigkeit der Kapsel 15 hält die Erfindung die Lichtausbeute und die Lebensdauer der LED-Leuchtstruktur 1 und vermeidet die Oxidation des roten Lumineszenzpulvers 14. Gleichzeitig erhöht die Erfindung durch die Steuerung des Korndurchmessers des roten Lumineszenzpulvers 14 und der Einschränkung der Feuchtigkeitsdurchlässigkeit und der Sauerstoffdurchlässigkeit der Kapsel 15 die Lichtausbeute und die Yield-Rate der Lichtfarbe.
  • Zusammenfassend ist festzustellen, dass die Erfindung durch die Steuerung des Korndurchmessers des roten Lumineszenzpulvers 14 und der Einschränkung der Feuchtigkeitsdurchlässigkeit und der Sauerstoffdurchlässigkeit der Kapsel 15 die Lichtausbeute, die Yield-Rate der Lichtfarbe und die Lebensdauer der LED-Leuchtstruktur 1 erhöht. Durch die Einschränkung der Kapsel 15 kann eine Oxidation des roten Lumineszenzpulvers 14 mit der Feuchtigkeit in der Luft verhindert werden, so dass eine Abweichung der Lichtfarbe des Rotlichts des roten Lumineszenzpulvers 14 vermieden wird. Dadurch kann das Rotlicht mit dem Blaulicht des blauen Leuchtdiodenchips 12 und dem Grünlicht des grünen Leuchtdiodenchips 13 mit einer bestimmten Yield-Rate zu einem Weißlicht gemischt werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    LED-Leuchtstruktur für Hintergrundlicht
    11
    Halter
    12
    blauer Leuchtdiodenchip
    13
    grüner Leuchtdiodenchip
    14
    rotes Lumineszenzpulver
    15
    Kapsel

Claims (3)

  1. LED-Leuchtstruktur für Hintergrundlicht, umfassend einen Halter (11), einen blauen Leuchtdiodenchip (12), der auf dem Halter (11) angeordnet ist, einen grünen Leuchtdiodenchip (13), der auf dem Halter (11) angeordnet ist, ein rotes Lumineszenzpulver (14), das von dem Blaulicht des blauen Leuchtdiodenchip (12) erregt wird und ein Rotlicht erzeugt, und eine Kapsel (15), die zum Verschluss des blauen Leuchtdiodenchips (12), des grünen Leuchtdiodenchips (13) und des roten Lumineszenzpulvers (14) dient, wobei das rote Lumineszenzpulver (14) die chemische Formel T2XF6:Mn4+ hat, wobei T Li, Na, K oder Rb und X Ge, Si, Sn, Zr oder Ti sein kann, wobei das rote Lumineszenzpulver einen Korndurchmesser im Bereich von 20µm-30µm hat, wobei die Kapsel (15) eine Feuchtigkeitsdurchlässigkeit von 10-20g/m2/24h und eine Sauerstoffdurchlässigkeit von kleiner als 9,869 cm³ /m² /24h/ kPa besitzt, wodurch das Blaulicht des blauen Leuchtdiodenchips (12), das Grünlicht des grünen Leuchtdiodenchips (13) und das Rotlicht des roten Lumineszenzpulvers (14) gemischt werden und ein Weißlicht erzeugt wird.
  2. LED-Leuchtstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Korndurchmesser des roten Lumineszenzpulvers (14) am besten 25µm beträgt.
  3. LED-Leuchtstruktur nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Halter (11) in Form von einer planen Platte oder einem Becher ausgebildet ist.
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