[go: up one dir, main page]

WO2015185296A1 - Lichtkonversionsvorrichtung und verfahren zum seiner herstellung - Google Patents

Lichtkonversionsvorrichtung und verfahren zum seiner herstellung Download PDF

Info

Publication number
WO2015185296A1
WO2015185296A1 PCT/EP2015/059348 EP2015059348W WO2015185296A1 WO 2015185296 A1 WO2015185296 A1 WO 2015185296A1 EP 2015059348 W EP2015059348 W EP 2015059348W WO 2015185296 A1 WO2015185296 A1 WO 2015185296A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
conversion
substrate
phosphor
arrangement
conversion device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2015/059348
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Tobias Gleitsmann
Oliver Mehl
Peter Hoehmann
Markus Stange
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Osram GmbH
Original Assignee
Osram GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Osram GmbH filed Critical Osram GmbH
Publication of WO2015185296A1 publication Critical patent/WO2015185296A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/80—Constructional details
    • H10H20/85—Packages
    • H10H20/851—Wavelength conversion means
    • H10H20/8515—Wavelength conversion means not being in contact with the bodies
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K11/00—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
    • C09K11/08—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K11/00—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
    • C09K11/02—Use of particular materials as binders, particle coatings or suspension media therefor
    • C09K11/025—Use of particular materials as binders, particle coatings or suspension media therefor non-luminescent particle coatings or suspension media
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/01—Manufacture or treatment
    • H10H20/036—Manufacture or treatment of packages
    • H10H20/0361—Manufacture or treatment of packages of wavelength conversion means
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/80—Constructional details
    • H10H20/85—Packages
    • H10H20/851—Wavelength conversion means
    • H10H20/8511—Wavelength conversion means characterised by their material, e.g. binder
    • H10H20/8512—Wavelength conversion materials
    • H10H20/8513—Wavelength conversion materials having two or more wavelength conversion materials
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/80—Constructional details
    • H10H20/85—Packages
    • H10H20/851—Wavelength conversion means
    • H10H20/8516—Wavelength conversion means having a non-uniform spatial arrangement or non-uniform concentration, e.g. patterned wavelength conversion layer or wavelength conversion layer with a concentration gradient

Definitions

  • the present invention relates to a conversion device for converting radiation of an excitation radiation source into conversion radiation comprising a substrate and to a conversion arrangement which is arranged on the substrate, comprises at least one phosphor and has at least one predefinable conversion capability. It also relates to a phosphor wheel with at least one such conversion device and a method for producing such a conversion device.
  • LARP Laser Activated Remote Phosphor
  • LRP Laser Activated Remote Phosphor
  • Such LRP modules are used in particular in Pro ⁇ jetechnischsvorraumen, wherein the case verwen- Deten conversion devices are often arranged on a Leuchtstoffrad.
  • different phosphors can be generated with different wavelengths at Ver ⁇ application by means of one and the same source of excitation radiation conversion radiation.
  • US 2010/0328617 Al which is a structured phosphor wheel shows, the US 2009/0167149 AI, the US 2009/0086475 AI ⁇ as the US 7,753,559 B2, the transmissive arrangements for LEDs show.
  • the object of the present invention is therefore to develop a generic conversion device in such a way that it is characterized on the one hand by the most compact possible construction and on the other hand by the greatest possible efficiency.
  • the object is also to provide a phosphor wheel with at least one such conversion device and a method for producing such a conversion device.
  • the present invention is based on the finding that excessive local heating of a phosphor reduces its conversion efficiency. This leads to saturation effects, which are also known by the term “quenching” or “thermal quenching” this area is the ratio of supplied Anre ⁇ supply radiation and emitted emission radiation is no longer linear, but is not linear. This then results in a decrease in the efficiency and thus in a decrease in the efficiency.
  • the invention is furthermore based on the recognition that different temperature levels exist during operation within the conversion device, that is, the conversion capacities are different in different areas of the conversion device, in particular within the conversion arrangement.
  • the conversion capability within the conversion arrangement with regard to the temperature level in different areas of the conversion arrangement, the transition to the non-linear conversion region can thus be reliably avoided, on the other hand the linear conversion range can be maximally utilized.
  • a high conversion capability that is, a high convergence ⁇ sion efficiency, namely a high heat input means corresponding to a high power dissipation, and vice versa.
  • the vertical center of gravity of the heat input is shifted in the direction of the substrate plane, which leads to a better heat dissipation. This thermal hot spots will be reliably avoided or at least significantly redu ⁇ ed. In this way, the efficiency and thus the efficiency of the conversion device can be optimized and thus significantly improved over the known from the prior art measures.
  • the conversion arrangement is arranged on the substrate and usually resulting from the conversion Heat is dissipated substantially via heat conduction, is therefore provided according to the invention, that the Konver ⁇ sionswin the conversion arrangement is as registered herein, that it decreases in a direction perpendicular away from the substrate at least partially away. Accordingly, near the substrate, a higher conversion capability can vorgese ⁇ hen, without causing there to overheating, because the path of heat conduction is short, while away from the substrate a lower conversion capability must be provided within the conversion arrangement further to avoid there overheating.
  • the substrate has a higher Thermal conductivity ⁇ ness than the conversion means or is on a cooling body, preferably made of aluminum or copper is disposed.
  • the invention can also be realized if the conversion arrangement is applied to a substrate whose heat conductivity corresponds to that of the conversion arrangement or even less.
  • ⁇ performs, for example an air or water cooling.
  • the substrate is formed ⁇ highly reflective and / or includes coated aluminum ⁇ minium. This ensures that the excitation radiation impinging on the substrate, which has not yet led to a conversion, can effect a conversion in a second pass through the conversion arrangement.
  • incident Kon ⁇ radiation radiation is deflected in the desired direction and thus forms part of the output signal of the conversion device.
  • the conversion capability of the Kon ⁇ version arrangement is designed such that it decreases away from Sub ⁇ strat at least partially linear or Wegli ⁇ near. This allows an adaptation of the conversion ability to the possibilities of heat dissipation, which are based on the construction of the conversion arrangement, that is to say in particular on the phosphor particles used, the use of intermediate layers, which will be discussed in more detail below, and the expenditure required for heat removal will, depends.
  • the conversion capability of the conversion arrangement can in particular also be designed in such a way that, at least in sections, it increases again at a certain distance from the substrate, in particular linearly or nonlinearly.
  • a better heat dissipation is usually given than within the conversion arrangement. This circumstance can then be exploit optimization of the efficiency in such a way that in this area of better heat dissipation the conversion ability is formed higher than within the Konversi ⁇ onsanaku.
  • the conversion ability of the conversion arrangement is adjusted by the concentration of phosphor particles within the at least one phosphor.
  • concentration of phosphor particles within the at least one phosphor is adjusted by the concentration of phosphor particles within the at least one phosphor.
  • the conversion capability of the conversion assembly may also be adjusted by the grain size of phosphor particles within the at least one phosphor. This is a coarser grain with a height ren conversion ability correlated as a grain having ge ⁇ ringerer size.
  • the conversion capability of the conversion arrangement can also be set by the doping concentration of the at least one phosphor.
  • the conversion capability is correlated with the level of doping of the phosphor, for example Ce doping in YAG or LuAG. Areas with a high doping have a high conversion ability and are therefore to be arranged close to the substrate.
  • the conversion arrangement comprises at least two phosphor layers, in particular a plurality of phosphor layers, preferably between 2 and 20 phosphor layers, with different conversion capability.
  • the conversion capability may be selected as follows: In Kon ⁇ version with a green phosphor, that is a phosphor whose conversion radiation in the green WEL is wavelength region, a conversion of 10% at the surface, in the middle of 30% and near the substrate of 50%.
  • At least one first and one second side wall are provided perpendicularly projecting from the substrate, which are preferably formed scarfreflek ⁇ tierend and / or coated aluminum, wherein the conversion arrangement between the first and the second side wall is arranged.
  • the substrate which are preferably formed scarfreflek ⁇ tierend and / or coated aluminum, wherein the conversion arrangement between the first and the second side wall is arranged.
  • incident Anre ⁇ supply radiation is reflected to the side walls and can thereby advertising converted in the conversion means in the conversion radiation.
  • the efficiency of a conversion device according to the invention can be further increased.
  • incident conversion radiation is reflected and therefore contributes to the output signal of a conversion device according to the invention.
  • a similar effect can be achieved by a targeted adjustment of the scattering properties of the layer or layers of the conversion arrangement.
  • a transparent pension intermediate layer is provided between at least two layers of the conversion arrangement, in particular between two phosphor layers.
  • a transparent pension intermediate layer is provided between at least two layers of the conversion arrangement, in particular between two phosphor layers.
  • Such transparent intermediate layers may consist for example of ITO (indium tin oxide), graphene or sapphire.
  • the conversion arrangement can also comprise at least two phosphor layers with different phosphors, which are designed to emit radiation in different wavelength ranges. In this way, mixed colors can be generated. It is particularly preferred to arrange that one of the two phosphor layers, which generates more heat during the conversion, closer to the substrate than the other of the two phosphor layers. That is, the phosphor layers should be sorted according to the characteristics of the Stokes shift (red in FIG Sub ⁇ stratice, green / blue substrate away).
  • the conversion arrangement preferably comprises an antireflective cover layer.
  • a structured surface in particular a microstructure, can be used. or nanostructured surface, be provided.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of the structure of an embodiment of a conversion device 10 according to the invention.
  • This comprises a substrate 12, wel ⁇ Ches is characterized by a high thermal conductivity.
  • the substrate 12 is also preferably arranged on adekör ⁇ per.
  • the substrate 12 is preferably formed harnessreflek ⁇ tierend and can be realized by coated Alumini ⁇ order.
  • a conversion assembly 16 is between Be ⁇ tenputn, of which the two side walls 14a, 14b are provided DAR arranged, which comprises a plurality of phosphor layers 18a, 18b, 18c and is thus formed, directed to the Konversionsanord ⁇ voltage 16 To convert excitation radiation 20 into conversion radiation 22.
  • excitation radiation sources are preferably laser sources with a power density of preferably between 10 and 300 W / mm 2 into consideration.
  • the side walls 14a, 14b can be designed to open conically upwards, ie be spaced further apart from the substrate surface with a larger diameter, so that they are able to dissipate a loss heat arising in the phosphor layers 18 particularly well down to the substrate 12.
  • the phosphor layers 18a to 18c have different conversion capability, wherein the phosphor layers 18a-18c is selected so that their conversion ability away at least in sections decreases in a direction perpendicularly from the sub ⁇ strat 12th In ahead ⁇ case, therefore, the phosphor layer 18a has a higher conversion capability than the phosphor layer 18c. Since the phosphor layer 18a is disposed directly on the good heat-conductive substrate 12, therefore, the waste heat generated in the phosphor layer 18a in the conversion is well dissipated in a short path. The phosphor layers 18b and 18c, which are not disposed directly on the substrate 12, as mentioned, have a reduced conversion ability, since their heat loss can be dissipated less well.
  • the phosphor layer 18a preferably has a high phosphor concentration which, if possible, permits full conversion with good thermal connection to the substrate 12.
  • the phosphor layer 18b has a mean phosphor concentration, while the phosphor layer has ei 18c ⁇ ne low phosphor concentration and thus only leads to a slight warming.
  • the layer 18c has small grains, the layer 18b medium grains and the layer 18a large grains. This achieves a better distribution of the heat and a greater dispersion deeper in the construction of the conversion arrangement 16.
  • layers of ceramic phosphors with different doping can be used. Layers with high doping and thus high conversion ability, which lead to a strong heating, are again arranged near the substrate.
  • tape cast process green compacts these ceramics can be easily laminated.
  • slips are applied with a doctor blade in a coating process.
  • alternatives include screen printing, stencil printing or dispensing.
  • various phosphors in silicon are arranged in the individual layers, for example, low-doped Ce-YAG above, which absorbs little excitation radiation 20 and therefore tends to quench less, while higher-doped Ce-YAG is provided lower in the conversion arrangement 16 the less excitation radiation 20 arrives. In this way, a color mixture can be achieved because the emission spectrum changes with the Ce doping.
  • this method can also be extended to other dopants.
  • an anti-reflective coating layer 24 is applied herein, whereby a ⁇ hand im- coupling excitation radiation 20 sert is and on the other hand the extraction of convergence ⁇ sion radiation 22.
  • This cover layer 24 is preferably applied as a sol-gel process. Particularly suitable for this purpose, for example, the AR layers of the company Centrosolar.
  • a coating applied to the anti-reflective coating layer 24 structured surface 26, which may be in particular ⁇ sondere realized by suitable micro- or nano-structured surfaces, can furthermore be the coupling of excitation radiation 20, and the exit coupling of conversion radiation 22 improve.
  • silicone is used for the surface structure, this can be impressed by a stamp. Alternatively, a portion of the silicone may be exposed to UV light through a mask and thus pre-cured.
  • the structures are preferably in the range of a few 100 nm to a few, in particular 5 ⁇ m.
  • the conversion capability of the phosphor layers 18 from a predetermined distance from the substrate 12 at least in sections increases again. Both the decrease in the conversion ability and the increase in the conversion ability can be linear or non-linear ⁇ forms.
  • the conversion capability of the conversion arrangement 16 can be adjusted by the concentration of phosphor particles within the phosphor layers 18a to 18c and / or the grain size of phosphor particles within these phosphor layers 18a to 18c and / or the doping concentration within the phosphor layers 18a to 18c. Vorlie ⁇ quietly three phosphor layers 18a-18c provides Darge ⁇ .
  • the invention can also be realized only by using a single phosphor layer. Preferably, however, between two and twenty phosphor layers with different conversion ability are used.
  • the phosphor layers 18a to 18c of the conversion arrangement 16 can be designed to emit conversion radiation 22 in different wavelength ranges. In this way, mixed colors can be generated. In this case, the one of the phosphor layers which generates the most heat during the conversion is arranged closest to the substrate. The other phosphor layers follow it according to their conversion ability.
  • Realisie ⁇ conclusions may include filler material that rentes that phosphor layer 18, which produces less heat loss or the phosphor ⁇ layers 18, which generate less heat loss transparent.
  • This filler material may preferably be formed scattering and may be reali ⁇ Siert by filled with scattering particles matrix material, for example with T1O2-, ZnO, Al 2 -, O3 particles filled silicone. Alternatively, this can also be realized through a column filled with fluorescent Mat ⁇ rix with predetermined scattering characteristics.
  • the conversion arrangement 16 comprises only one phosphor layer 18, but with suitable measures it is ensured that the conversion capability in a direction perpendicular to the substrate 12 away ⁇ decreases.
  • the distribution of the phosphor particles within the phosphor layer 18 can be controlled during the production of the conversion arrangement 16, for example by influencing the sedimentation.
  • the viscosity of the material chosen as the matrix By choosing the viscosity of the material chosen as the matrix, the decrease of phosphor particles applied on the surface of the matrix can be influenced in a targeted manner. By varying the particle size of the phosphor particles, this can be influenced alternatively or additionally.
  • additives for adjusting the slope of the conversion capability can be USAGE ⁇ det. These then have an effect on the viscosity of the total suspension.
  • the sedimentation can also be influenced by shaking the not yet cured phosphor 18 as desired.
  • a transparent intermediate layer 28 is provided between the phosphor layers 18a and 18b. This serves to promote the lateral cooling over the side walls 14a, 14b. These may be formed, for example, of ITO or sapphire. Alternatively or additionally, a dichroic intermediate layer 30 can be provided between the phosphor layers 18a, 18b, by means of which a precise color adjustment is possible when using phosphors which emit in different wavelength ranges.
  • the substrate 12 may be, for example, a wheel disc of a Leuchtstoffrads when an inventive convergence ⁇ sion device 10 is to be used for a dynamic application. In the case of a static application, the substrate 12 is in particular a firmly mounted plate.
  • the substrate 12 is first provided.
  • the conversion assembly 16 is applied, wherein the Kon ⁇ version arrangement 16 comprises at least one phosphor and at least one predetermined conversion capacity ⁇ has.
  • the conversion capability of the conversion means at least away portion ⁇ example 16 decreases vertically from the substrate 12 in the direction.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Led Device Packages (AREA)
  • Luminescent Compositions (AREA)
  • Projection Apparatus (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Konversionsvorrichtung (10) zum Konvertieren von Strahlung (20) einer Anregungsstrahlungsquelle in Konversionsstrahlung (22) umfassend: ein Substrat (12); eine Konversionsanordnung (16), die auf dem Substrat (12) angeordnet ist, mindestens einen Leuchtstoff umfasst und mindestens eine vorgebbare Konversionsfähigkeit aufweist, wobei die Konversionsfähigkeit der Konversionsanordnung (16) derart ausgebildet ist, dass sie in einer Richtung senkrecht vom Substrat (12) weg zumindest abschnittsweise abnimmt. Die Erfindung betrifft überdies ein Leuchtstoffrad mit einer derartigen Konversionsvorrichtung (10) sowie ein Verfahren zum Herstellen einer derartigen Konversionsvorrichtung (10).

Description

Beschreibung
LICHTKONVERSIONSVORRICHTUNG UND VERFAHREN ZUM SEINER
HERSTELLUNG
Technisches Gebiet Die vorliegende Erfindung betrifft eine Konversionsvor¬ richtung zum Konvertieren von Strahlung einer Anregungs- strahlungsquelle in Konversionsstrahlung umfassend ein Substrat sowie eine Konversionsanordnung, die auf dem Substrat angeordnet ist, mindestens einen Leuchtstoff um- fasst und mindestens eine vorgebbare Konversionsfähigkeit aufweist. Sie betrifft überdies ein Leuchtstoffrad mit mindestens einer derartigen Konversionsvorrichtung sowie ein Verfahren zum Herstellen einer derartigen Konversionsvorrichtung .
Stand der Technik Aus dem Stand der Technik sind so genannte LARP-Module (LARP = Laser Activated Remote Phosphor) bekannt, die als gattungsgemäße Konversionsvorrichtungen betrachtet werden können. Derartige LARP-Module werden insbesondere in Pro¬ jektionsvorrichtungen eingesetzt, wobei die dabei verwen- deten Konversionsvorrichtungen häufig auf einem Leuchtstoffrad angeordnet sind. Damit lässt sich bei Ver¬ wendung unterschiedlicher Leuchtstoffe mittels ein und derselben Anregungsstrahlungsquelle Konversionsstrahlung mit unterschiedlichen Wellenlängen erzeugen. Zum weiteren Stand der Technik wird verwiesen auf die US 2010/0328617 AI, die ein strukturiertes Leuchtstoffrad zeigt, die US 2009/0167149 AI, die US 2009/0086475 AI so¬ wie die US 7,753,559 B2, die transmissive Anordnungen für LEDs zeigen.
Insbesondere vor dem Hintergrund mobiler Anwendungen ist es wünschenswert, die dabei verwendeten Konversionsvorrichtungen möglichst klein, kompakt und effizient auszu¬ legen. Die aus dem Stand der Technik bekannten Konversionsvorrichtungen sind in Bezug hierauf weiterhin verbesserungswürdig .
Darstellung der Erfindung Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, eine gattungsgemäße Konversionsvorrichtung derart weiterzubilden, dass sich diese einerseits durch eine möglichst kompakte Bauweise sowie andererseits durch eine möglichst große Effizienz auszeichnet. Die Aufgabe be- steht weiterhin darin, ein Leuchtstoffrad mit mindestens einer derartigen Konversionsvorrichtung bereitzustellen sowie ein Verfahren zum Herstellen einer derartigen Konversionsvorrichtung .
Diese Aufgaben werden gelöst durch eine Konversionsvor- richtung mit den Merkmalen von Patentanspruch 1, ein Leuchtstoffrad mit den Merkmalen von Patentanspruch 18 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen von Patentanspruch 19.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine zu starke lokale Erwärmung eines Leuchtstoffs dessen Konversionseffizienz verringert. Dies führt nämlich zu Sättigungseffekten, die auch unter dem Begriff „Quenchen" oder "thermisches Quenchen" bekannt sind. In diesem Bereich ist das Verhältnis aus zugeführter Anre¬ gungsstrahlung und emittierter Emissionsstrahlung nicht mehr linear, sondern wird nichtlinear. Dies resultiert dann in einer Abnahme des Wirkungsgrads und damit in ei- ner Abnahme der Effizienz.
Die Erfindung basiert weiterhin auf der Erkenntnis, dass im Betrieb innerhalb der Konversionsvorrichtung unterschiedliche Temperaturniveaus bestehen, das heißt die Konversionskapazitäten sind in unterschiedlichen Berei- chen der Konversionsvorrichtung, insbesondere innerhalb der Konversionsanordnung, unterschiedlich. Durch eine gezielte Einstellung der Konversionsfähigkeit innerhalb der Konversionsanordnung im Hinblick auf das Temperaturniveau in unterschiedlichen Bereichen der Konversionsanordnung kann demnach der Übergang in den nichtlinearen Konversionsbereich zuverlässig vermieden werden, andererseits der lineare Konversionsbereich maximal ausgenutzt werden. Eine hohe Konversionsfähigkeit, das heißt eine hohe Konver¬ sionseffizienz, bedeutet nämlich einen hohen Wärmeeintrag entsprechend einer hohen Verlustleistung und umgekehrt. Durch eine erfindungsgemäße Konversionsvorrichtung wird der vertikale Schwerpunkt des Wärmeeintrags in Richtung der Substratebene verschoben, was zu einer besseren Wärmeabfuhr führt. Dadurch werden thermische Hot Spots wer- den zuverlässig vermieden oder zumindest deutlich redu¬ ziert. Auf diese Weise können der Wirkungsgrad und damit die Effizienz der Konversionsvorrichtung optimiert und damit gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Maßnahmen deutlich verbessert werden.
Da die Konversionsanordnung auf dem Substrat angeordnet ist und üblicherweise die bei der Konversion entstehende Wärme im Wesentlichen über Wärmeleitung abgeführt wird, ist deshalb erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Konver¬ sionsfähigkeit der Konversionsanordnung derart ausgebil¬ det ist, dass sie in einer Richtung senkrecht vom Sub- strat weg zumindest abschnittsweise abnimmt. Demnach kann in Substratnähe eine höhere Konversionsfähigkeit vorgese¬ hen werden, ohne dass es dort zu einer Überhitzung kommt, da der Weg der Wärmeleitung kurz ist, während innerhalb der Konversionsanordnung weiter vom Substrat weg eine niedrigere Konversionsfähigkeit vorgesehen werden muss, um dort Überhitzungen zu vermeiden. Auf diese Weise können in der Konversionsanordnung Konversionsfähigkeiten vorgesehen werden, durch die einerseits ein Quenchen zuverlässig vermieden wird, andererseits jedoch der lineare Arbeitsbereich bis zum Quenchen optimal ausgenutzt wird. Durch die sich daraus ergebende hohe Effizienz kann bei gleicher Ausgangsleistung eine erfindungsgemäße Konversi¬ onsvorrichtung deutlich kleiner ausgeführt werden als aus dem Stand der Technik bekannte Konversionsvorrichtungen. Bevorzugt weist das Substrat eine höhere Wärmeleitfähig¬ keit auf als die Konversionsanordnung oder es ist auf einem Kühlkörper, bevorzugt aus Aluminium oder Kupfer, angeordnet. Selbstverständlich kann die Erfindung auch realisiert werden, wenn die Konversionsanordnung auf ei- nem Substrat aufgebracht wird, deren Wärmeleitfähigkeit derjenigen der Konversionsanordnung entspricht oder sogar geringer ist. Dann ist jedoch sicherzustellen, dass die auf das Substrat übertragene Verlustwärme geeignet abge¬ führt wird, beispielsweise durch eine Luft- oder Wasser- kühlung. In jedem Fall ist es von Vorteil, wenn das Substrat hoch¬ reflektierend ausgebildet ist und/oder beschichtetes Alu¬ minium umfasst. Dadurch wird sichergestellt, dass die auf dem Substrat auftreffende Anregungsstrahlung, die noch nicht zu einer Konversion geführt hat, bei einem zweiten Durchlauf durch die Konversionsanordnung eine Konversion bewirken kann. Andererseits wird darauf auftreffende Kon¬ versionsstrahlung in die gewünschte Richtung umgelenkt und bildet so einen Teil des Ausgangssignals der Konver- sionsvorrichtung .
Besonders bevorzugt ist die Konversionsfähigkeit der Kon¬ versionsanordnung derart ausgebildet, dass sie vom Sub¬ strat weg zumindest abschnittsweise linear oder nichtli¬ near abnimmt. Dies erlaubt eine Anpassung der Konversi- onsfähigkeit an die Möglichkeiten der Wärmeableitung, welche vom Aufbau der Konversionsanordnung, das heißt insbesondere der verwendeten Leuchtstoffpartikel, der Verwendung von Zwischenschichten, auf die weiter unten noch näher eingegangen wird, sowie den Aufwand, der für die Wärmeabfuhr betrieben wird, abhängt.
Die Konversionsfähigkeit der Konversionsanordnung kann in diesem Zusammenhang insbesondere auch derart ausgebildet sein, dass sie ab einer vorgebbaren Entfernung vom Substrat zumindest abschnittsweise wieder zunimmt, insbeson- dere linear oder nichtlinear. Auf diese Weise kann der Erkenntnis Rechnung getragen werden, dass an der Oberfläche der Konversionsanordnung, die nicht auf dem Substrat angeordnet ist, das heißt die in Richtung der Anregungs- strahlungsquelle orientiert ist, üblicherweise eine bes- sere Wärmeableitung gegeben ist als innerhalb der Konversionsanordnung. Dieser Umstand lässt sich dann zur Opti- mierung des Wirkungsgrads dergestalt ausnutzen, dass in diesem Bereich besserer Wärmeableitung die Konversionsfähigkeit höher ausgebildet ist als innerhalb der Konversi¬ onsanordnung . Als besonders vorteilhaft hat es sich herausgestellt, wenn die Konversionsanordnung vom Substrat ausgehend eine Gesamtdicke aufweist, wobei die Konversionsfähigkeit der Konversionsanordnung so ausgebildet ist, dass innerhalb der substratnächsten 15% der Gesamtdicke der Konversions- anordnung mindestens 20%, bevorzugt mindestens 30% der Strahlung der Anregungsstrahlungquelle in Konversions¬ strahlung konvertierbar ist. Dies gilt sowohl für einschichtigen oder mehrschichtigen Aufbau der Konversionsanordnung . Der Fokus der Anwendung einer erfindungsgemäßen Konversionsvorrichtung liegt insbesondere auf Vollkonversion in Reflektivanordnung mittels ein oder mehrerer Laserstrahlen in senkrechtem oder schrägem Einfall zur Leuchtstoffschichtebene. Teilkonversion und -transmission ist eben- falls möglich.
Bevorzugt ist die Konversionsfähigkeit der Konversionsan¬ ordnung eingestellt durch die Konzentration an LeuchtstoffPartikeln innerhalb des mindestens einen Leuchtstoffs. An Stellen mit erhöhter Konzentration ist demnach die Konversionsfähigkeit erhöht, während sie an Stellen mit geringerer Konzentration verringert ist.
Die Konversionsfähigkeit der Konversionsanordnung kann auch eingestellt sein durch die Korngröße von LeuchtstoffPartikeln innerhalb des mindestens einen Leuchtstoffs. Dabei ist ein gröberes Korn mit einer höhe- ren Konversionsfähigkeit korreliert als ein Korn mit ge¬ ringerer Größe.
Die Konversionsfähigkeit der Konversionsanordnung kann auch eingestellt sein durch die Dotierkonzentration des mindestens einen Leuchtstoffs. Die Konversionsfähigkeit ist dabei korreliert mit der Höhe der Dotierung des Leuchtstoffs, beispielsweise Ce-Dotierung bei YAG oder LuAG. Bereiche mit einer hohen Dotierung weisen eine hohe Konversionsfähigkeit auf und sind deshalb nahe am Sub- strat anzuordnen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Konversionsanordnung mindestens zwei Leuchtstoffschichten, insbesondere eine Vielzahl von Leuchtstoffschichten, bevorzugt zwischen 2 und 20 Leuchtstoffschichten, mit unter- schiedlicher Konversionsfähigkeit. Wird beispielsweise die Konversionsanordnung dreischichtig ausgebildet, kann die Konversionsfähigkeit wie folgt gewählt sein: Bei Kon¬ version mit einem grünen Leuchtstoff, das heißt einem Leuchtstoff, dessen Konversionsstrahlung im grünen Wel- lenlängenbereich liegt, eine Konversion von 10 % an der Oberfläche, in der Mitte von 30 % und substratnah von 50 %. Wird ein roter Leuchtstoff gewählt, das heißt ein Leuchtstoff, dessen Konversionsstrahlung im roten Wellenlängenbereich liegt, ist der Wärmeeintrag durch Stokes- Shift stärker ausgeprägt als bei Verwendung eines grünen Leuchtstoffs, daher ist es empfehlenswert einen größeren Gradienten zu wählen, beispielsweise an der Oberfläche 5 %, in der Mitte 20 % und in Substratnähe 60 %. Die Höhe eines derartigen Stapels von Leuchtstoffschichten beträgt bevorzugt zwischen 10 ym und 250 ym. Die Schichten können beispielsweise als Pulverschichten mit Binder-Matrixsystem oder als keramische Leuchtstoff¬ schichten ausgeführt sein, wobei einzelne dieser insbe¬ sondere als „Tape Cast"-Schichten oder Folien ausgebilde- ten Schichten unterschiedliche Konversionsfähigkeit auf¬ weisen und daraus ein Stack zusammenlaminiert wird.
Zwischen zumindest zwei Leuchtstoffschichten kann mindestens eine dichroitische Zwischenschicht vorgesehen sein. Dadurch kann auf einfache Weise eine gewünschte Farbein- Stellung vorgenommen werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind senkrecht vom Substrat abstehend zumindest eine erste und eine zweite Seitenwand vorgesehen, die bevorzugt hochreflek¬ tierend ausgebildet sind und/oder beschichtetes Aluminium umfassen, wobei die Konversionsanordnung zwischen der ersten und der zweiten Seitenwand angeordnet ist. Auf diese Weise wird auf die Seitenwände auftreffende Anre¬ gungsstrahlung reflektiert und kann dadurch in der Konversionsanordnung in Konversionsstrahlung umgesetzt wer- den. Dadurch lässt sich der Wirkungsgrad einer erfindungsgemäßen Konversionsvorrichtung weiter steigern. Auch auf die Seitenwände auftreffende Konversionsstrahlung wird reflektiert und trägt daher zum Ausgangssignal einer erfindungsgemäßen Konversionsvorrichtung bei. Ein ähnli- eher Effekt lässt sich durch eine gezielte Einstellung der Streueigenschaften der Schicht beziehungsweise Schichten der Konversionsanordnung erzielen.
In diesem Zusammenhang ist es bevorzugt, wenn zwischen zumindest zwei Schichten der Konversionsanordnung, insbe- sondere zwischen zwei Leuchtstoffschichten, eine transpa- rente Zwischenschicht vorgesehen ist. Auf diese Weise kann eine seitliche Entwärmung erzielt werden, das heißt die Verlustwärme wird zusätzlich über die Seitenwände ab¬ geführt. Derartige transparente Zwischenschichten können beispielsweise aus ITO (Indium-Tin-Oxid), Graphen oder Saphir bestehen.
Die Konversionsanordnung kann auch zumindest zwei Leuchtstoffschichten mit unterschiedlichen Leuchtstoffen umfassen, die ausgelegt sind, Strahlung in unterschiedli- chen Wellenlängenbereichen zu emittieren. Auf diese Weise können Mischfarben erzeugt werden. Dabei ist es besonders bevorzugt, diejenige der beiden Leuchtstoffschichten, die bei der Konversion mehr Wärme erzeugt, näher am Substrat anzuordnen als die andere der beiden Leuchtstoffschich- ten. Das heißt, die Leuchtstoffschichten sollten nach der Ausprägung des Stokes-Shifts sortiert werden (rot in Sub¬ stratnähe, grün/blau substratfern) .
Die Konversionsanordnung umfasst mindestens zwei Leuchtstoffschichten, die ausgebildet sind, bei der Kon- version unterschiedliche Verlustwärme zu erzeugen, wobei diejenige LeuchtstoffSchicht , die weniger Verlustwärme erzeugt, transparentes Füllmaterial umfasst. Auf diese Weise lässt sich die Wärmeleitungsfähigkeit einer derar¬ tigen Schicht verbessern. Dadurch kann die Konversionsfä- higkeit der gesamten Konversionsanordnung weiter gesteigert werden, was in einer weiteren Verbesserung des Wirkungsgrads resultiert.
Bevorzugt umfasst die Konversionsanordnung eine antire- flektierende Deckschicht. Alternativ oder zusätzlich kann eine strukturierte Oberfläche, insbesondere eine mikro- oder nanostrukturierte Oberfläche, vorgesehen sein. Diese Maßnahmen ermöglichen eine verbesserte Einkopplung von Anregungsstrahlung und Auskopplung von Konversionsstrahlung. Insofern lässt sich durch diese Maßnahmen der Wir- kungsgrad einer erfindungsgemäßen Konversionsvorrichtung weiter verbessern.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen .
Die im Vorhergehenden beschriebenen vorteilhaften Ausfüh- rungsformen einer erfindungsgemäßen Konversionsvorrichtung und deren Vorteile gelten entsprechend, soweit an¬ wendbar, für ein erfindungsgemäßes Leuchtstoffrad sowie ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen einer Konversionsvorrichtung .
Kurze Beschreibung der Zeichnung (en)
Im Nachfolgenden werden nunmehr Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 in schematischer Darstellung den Aufbau eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Konversionsvorrichtung;
Fig. 2 in schematischer Darstellung den Aufbau eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemä¬ ßen Konversionsvorrichtung; und
Fig. 3 in schematischer Darstellung den Aufbau eines dritten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemä- ßen Konversionsvorrichtung Bevorzugte Ausführung der Erfindung
Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung den Aufbau eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Konversionsvorrichtung 10. Diese umfasst ein Substrat 12, wel¬ ches sich durch eine hohe Wärmeleitfähigkeit auszeichnet. Das Substrat 12 ist überdies bevorzugt auf einem Kühlkör¬ per angeordnet. Das Substrat 12 ist bevorzugt hochreflek¬ tierend ausgebildet und kann durch beschichtetes Alumini¬ um realisiert sein. Auf dem Substrat 12 ist zwischen Sei¬ tenwänden, von denen die beiden Seitenwände 14a, 14b dar- gestellt sind, eine Konversionsanordnung 16 angeordnet, die mehrere Leuchtstoffschichten 18a, 18b, 18c umfasst und somit ausgebildet ist, eine auf die Konversionsanord¬ nung 16 gerichtete Anregungsstrahlung 20 in Konversions¬ strahlung 22 umzuwandeln. Als Anregungsstrahlungsquellen kommen bevorzugt Laserquellen mit einer Leistungsdichte von bevorzugt zwischen 10 und 300 W/mm2 in Betracht. Die Seitenwände 14a, 14b können in einer bevorzugten Ausführungsform kegelförmig nach oben geöffnet, also mit größerem Durchmesser weiter zur Substratoberfläche beabstandet, ausgebildet sein, sodass sie eine in den Leuchtstoffschichten 18 entstehende Verlustwärme besonders gut nach unten zum Substrat 12 abführen können.
Die Innenseiten der Seitenwände 14a, 14b sind ebenfalls hochreflektierend ausgebildet, wodurch darauf auftreffen- de Anregungsstrahlung 20 oder Konversionsstrahlung 22 reflektiert wird. Wird Anregungsstrahlung 20 reflektiert, kann diese im weiteren Strahlengang durch die Konversionsanordnung 16 in Konversionsstrahlung 22 umgewandelt werden, wird Konversionsstrahlung 22 reflektiert, so wird dadurch ermöglicht, dass diese zur Oberfläche der Konver- sionsanordnung 16 umgelenkt wird und als Ausgangssignal aus der Konversionsanordnung austritt.
Die Leuchtstoffschichten 18a bis 18c weisen unterschiedliche Konversionsfähigkeit auf, wobei die Leuchtstoff- schichten 18a bis 18c derart gewählt sind, dass deren Konversionsfähigkeit in einer Richtung senkrecht vom Sub¬ strat 12 weg zumindest abschnittsweise abnimmt. Im vor¬ liegenden Fall weist demnach die LeuchtstoffSchicht 18a eine höhere Konversionsfähigkeit auf als die Leuchtstoff- schicht 18c. Da die LeuchtstoffSchicht 18a unmittelbar auf dem gut wärmeleitenden Substrat 12 angeordnet ist, wird deshalb die in der Leuchtstoffschicht 18a bei der Konversion erzeugte Verlustwärme gut und auf kurzem Weg abgeleitet. Die Leuchtstoffschichten 18b und 18c, die nicht unmittelbar auf dem Substrat 12 angeordnet sind, weisen, wie erwähnt, eine reduzierte Konversionsfähigkeit auf, da deren Verlustwärme weniger gut abgeführt werden kann. Auf diese Weise wird ein thermischer Stau, der zu einer Sättigung der Konversion führen kann, zuverlässig vermieden. Dies führt zur Vermeidung von Quenchen, wodurch sich ein deutlich höherer Wirkungsgrad einer erfindungsgemäßen Konversionsvorrichtung realisieren lässt als bei aus dem Stand der Technik bekannten Konversionsvorrichtungen . Bevorzugt hat im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 die Leuchtstoffschicht 18a eine hohe Leuchtstoffkonzentrati- on, die möglichst eine Vollkonversion bei guter thermischer Anbindung an das Substrat 12 erlaubt. Die Leuchtstoffschicht 18b weist eine mittlere Leuchtstoff- konzentration auf, während die Leuchtstoffschicht 18c ei¬ ne niedrige Leuchtstoffkonzentration aufweist und damit lediglich zu einer geringen Erwärmung führt. Wird die Konversionsfähigkeit durch Variation der Korngröße über die Schichten 18a bis 18c eingestellt, so weist die Schicht 18c kleine Körner auf, die Schicht 18b mittlere Körner und die Schicht 18a große Körner. Damit wird eine bessere Verteilung der Wärme erreicht und eine größere Streuung tiefer im Aufbau der Konversionsanordnung 16.
Alternativ können auch Schichten aus keramischen Leuchtstoffen mit unterschiedlicher Dotierung verwendet werden. Schichten mit hoher Dotierung und damit hoher Konversionsfähigkeit, welche zu einer starken Erwärmung führen, sind wieder in Substratnähe angeordnet. Bei Ver¬ wendung des so genannten Tape Cast-Verfahrens können Grünlinge dieser Keramiken einfach aufeinanderlaminiert werden. Dabei wird in einem Auftragungsprozess beispiels¬ weise Slicker mit einem Rakel aufgebracht. Alternativen bestehen in einer Anbringung durch Siebdruck, Schablonendruck oder Aufdispensen . Alternativ sind verschiedene Leuchtstoffe in Silikon in den einzelnen Schichten ange- ordnet, beispielsweise oben niedrig dotiertes Ce-YAG, das wenig Anregungsstrahlung 20 absorbiert und daher geringer zum Quenchen neigt, während weiter unten in der Konversionsanordnung 16 höher dotiertes Ce-YAG vorgesehen ist, bei dem weniger Anregungsstrahlung 20 ankommt. Auf diese Weise lässt sich auch eine Farbmischung erreichen, da sich das Emissionsspektrum mit der Ce-Dotierung ändert. Selbstverständlich ist dieses Verfahren auch auf andere Dotierstoffe erweiterbar.
Auf der LeuchtstoffSchicht 18c ist vorliegend eine anti- reflektierende Deckschicht 24 aufgebracht, wodurch einer¬ seits die Einkopplung von Anregungsstrahlung 20 verbes- sert wird sowie andererseits die Auskopplung von Konver¬ sionsstrahlung 22. Diese Deckschicht 24 wird bevorzugt als SolGel-Prozess aufgebracht. Besonders dafür eignen sich beispielsweise die AR-Schichten der Firma Centrosolar. Eine auf der antireflektierenden Deckschicht 24 aufgebrachte strukturierte Oberfläche 26, die insbe¬ sondere durch geeignete mikro- oder nano-strukturierte Oberflächen realisiert sein kann, lässt sich weiterhin das Einkoppeln von Anregungsstrahlung 20 sowie das Aus- koppeln von Konversionsstrahlung 22 verbessern.
Wird Silikon für die Oberflächenstruktur verwendet, kann diese durch einen Stempel eingeprägt werden. Alternativ kann ein Teil des Silikons mit UV-Licht durch eine Maske belichtet und so vorgehärtet werden. Die Strukturen sind bevorzugt im Bereich einiger 100 nm bis wenige, insbesondere 5 ym.
Wird eine erfindungsgemäße Konversionsvorrichtung 10 bei¬ spielsweise durch ein Gebläse gekühlt, kann es sinnvoll sein, dass die Konversionsfähigkeit der Leuchtstoff- schichten 18 ab einer vorgebbaren Entfernung vom Substrat 12 zumindest abschnittsweise wieder zunimmt. Sowohl die Abnahme der Konversionsfähigkeit als auch die Zunahme der Konversionsfähigkeit kann linear oder nichtlinear ausge¬ bildet sein. Wie bereits erwähnt, kann die Konversionsfähigkeit der Konversionsanordnung 16 eingestellt sein durch die Konzentration an LeuchtstoffPartikeln innerhalb der Leuchtstoffschichten 18a bis 18c und/oder die Korngröße von LeuchtstoffPartikeln innerhalb dieser Leuchtstoff- schichten 18a bis 18c und/oder die Dotierkonzentration innerhalb der Leuchtstoffschichten 18a bis 18c. Vorlie¬ gend sind drei Leuchtstoffschichten 18a bis 18c darge¬ stellt. Die Erfindung kann jedoch auch nur unter Verwendung einer einzelnen Leuchtstoffschicht realisiert wer- den. Bevorzugt werden jedoch zwischen zwei und zwanzig Leuchtstoffschichten mit unterschiedlicher Konversionsfähigkeit verwendet.
Die Leuchtstoffschichten 18a bis 18c der Konversionsanordnung 16 können ausgebildet sein, Konversionsstrahlung 22 in unterschiedlichen Wellenlängenbereichen zu emittieren. Auf diese Weise können Mischfarben erzeugt werden. Dabei ist diejenige der Leuchtstoffschichten, die bei der Konversion am meisten Wärme erzeugt, am nächsten am Substrat angeordnet. Die anderen Leuchtstoffschichten folgen entsprechend ihrer Konversionsfähigkeit darüber.
Generell gilt, das heißt auch bei monochromen Realisie¬ rungen, dass diejenige Leuchtstoffschicht 18, die weniger Verlustwärme erzeugt beziehungsweise die Leuchtstoff¬ schichten 18, die weniger Verlustwärme erzeugen, transpa- rentes Füllmaterial umfassen können. Dieses Füllmaterial kann bevorzugt streuend ausgebildet sein und kann reali¬ siert sein durch mit streuenden Partikeln gefülltes Matrixmaterial, beispielsweise mit T1O2-, ZnO-, Al2-, O3- Partikeln gefülltes Silikon. Alternativ kann dies auch realisiert sein durch eine mit Leuchtstoff gefüllte Mat¬ rix mit vorgegebenen Streueigenschaften.
Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel um- fasst die Konversionsanordnung 16 lediglich eine Leuchtstoffschicht 18, bei der jedoch durch geeignete Maßnahmen sichergestellt ist, dass die Konversionsfähig- keit in einer Richtung senkrecht vom Substrat 12 weg ab¬ nimmt. Die Verteilung der Leuchtstoffpartikel innerhalb der LeuchtstoffSchicht 18 kann bei der Herstellung der Konversionsanordnung 16 gesteuert werden, indem bei- spielsweise die Sedimentation beeinflusst wird. Durch die Wahl der Viskosität des als Matrix gewählten Materials kann das Absinken von auf der Oberfläche der Matrix aufgebrachten LeuchtstoffPartikeln gezielt beeinflusst werden. Durch Variation der Korngröße der Leuchtstoffparti- kel lässt sich dies alternativ oder zusätzlich beeinflussen. In diesem Zusammenhang können auch Zusatzstoffe zur Einstellung des Gefälles der Konversionsfähigkeit verwen¬ det werden. Diese wirken sich dann auf die Viskosität der Gesamtsuspension aus. Die Sedimentation kann auch durch Rütteln des noch nicht ausgehärteten Leuchtstoffs 18 wunschgemäß beeinflusst werden.
Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Konversionsvorrichtung 10 ist zwischen den Leuchtstoffschichten 18a und 18b eine transparente Zwischenschicht 28 vorgesehen. Diese dient dazu, die seitliche Entwärmung über die Seitenwände 14a, 14b zu fördern. Diese können beispielsweise aus ITO oder Saphir gebildet sein. Alternativ oder zusätzlich kann zwischen den Leuchtstoffschichten 18a, 18b eine dichroitische Zwi- schenschicht 30 vorgesehen sein, mittels der eine präzise Farbeinstellung bei Verwendung von Leuchtstoffen, die in unterschiedlichen Wellenlängenbereichen emittieren, ermöglicht wird. Selbstverständlich können innerhalb einer Konversionsanordnung mehrere transparente Zwischenschich- ten 28 beziehungsweise mehrere dichroitische Zwischen¬ schichten 30 vorgesehen sein. Das Substrat 12 kann beispielsweise eine Radscheibe eines Leuchtstoffrads sein, wenn eine erfindungsgemäße Konver¬ sionsvorrichtung 10 für eine dynamische Anwendung eingesetzt werden soll. Im Falle einer statischen Anwendung stellt das Substrat 12 insbesondere ein fest montiertes Plättchen dar.
Zum Herstellen einer erfindungsgemäßen Konversionsvorrichtung 10 zum Konvertieren von Strahlung einer Anre- gungsstrahlungsquelle 20 in Konversionsstrahlung 22 wird zunächst das Substrat 12 bereitgestellt. Auf dieses wird die Konversionsanordnung 16 aufgebracht, wobei die Kon¬ versionsanordnung 16 mindestens einen Leuchtstoff umfasst und mindestens eine vorgebbare Konversionsfähigkeit auf¬ weist. Bei dem Aufbringen wird sichergestellt, dass die Konversionsfähigkeit der Konversionsanordnung 16 in Richtung senkrecht vom Substrat 12 weg zumindest abschnitts¬ weise abnimmt.

Claims

Ansprüche
Konversionsvorrichtung (10) zum Konvertieren von Strahlung (20) einer Anregungsstrahlungsquelle in Kon¬ versionsstrahlung (22) umfassend:
- ein Substrat (12) ;
- eine Konversionsanordnung (16), die auf dem Substrat (12) angeordnet ist, mindestens einen Leuchtstoff umfasst und mindestens eine vorgebbare Konversions¬ fähigkeit aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Konversionsfähigkeit der Konversionsanordnung (16) derart ausgebildet ist, dass sie in einer Rich¬ tung senkrecht vom Substrat (12) weg zumindest ab¬ schnittsweise abnimmt.
Konversionsvorrichtung (10) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Substrat (12) eine höhere Wärmeleitfähigkeit aufweist als die Konversionsanordnung (16).
Konversionsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Konversionsfähigkeit der Konversionsanordnung (16) derart ausgebildet ist, dass sie vom Substrat (12) weg zumindest abschnittsweise linear oder nicht¬ linear abnimmt. 4. Konversionsvorrichtung (10) nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass die Konversionsfähigkeit der Konversionsanordnung (16) derart ausgebildet ist, dass sie ab einer vorgebbaren Entfernung vom Substrat (12) zumindest abschnittsweise wieder zunimmt, insbesondere linear oder nichtlinear.
Konversionsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Konversionsanordnung (16) vom Substrat (12) ausgehend eine Gesamtdicke aufweist, wobei die Konver¬ sionsfähigkeit der Konversionsanordnung (16) so ausge¬ bildet ist, dass innerhalb der substratnächsten 15% der Gesamtdicke der Konversionsanordnung (16) mindestens 20%, bevorzugt mindestens 30% der Strahlung (20) der Anregungsstrahlungquelle in Konversionsstrahlung (22) konvertierbar ist.
Konversionsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Konversionsfähigkeit der Konversionsanordnung (16) eingestellt ist durch die Konzentration an Leuchtstoffpartikeln innerhalb des mindestens einen Leuchtstoffs .
Konversionsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Konversionsfähigkeit der Konversionsanordnung (16) eingestellt ist durch die Korngröße von Leuchtstoffpartikeln innerhalb des mindestens einen Leuchtstoffs .
8. Konversionsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Konversionsfähigkeit der Konversionsanordnung (16) eingestellt ist durch die Dotierkonzentration innerhalb des mindestens einen Leuchtstoffs.
9. Konversionsvorrichtung (10) nach einem der vorherge- henden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Konversionsanordnung (16) mindestens zwei Leuchtstoffschichten (18) , insbesondere eine Vielzahl von Leuchtstoffschichten (18a bis 18c), bevorzugt zwi- sehen 2 und 20 Leuchtstoffschichten (18) , mit unterschiedlicher Konversionsfähigkeit umfasst.
10. Konversionsvorrichtung (10) nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass zwischen zumindest zwei Leuchtstoffschichten (18) mindestens eine dichroitische Zwischenschicht (30) vorgesehen ist.
11. Konversionsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass senkrecht vom Substrat (12) abstehend zumindest eine erste (14a) und eine zweite Seitenwand (14b) vor¬ gesehen sind, die bevorzugt hochreflektierend ausge- bildet sind und/oder beschichtetes Aluminium umfassen, wobei die Konversionsanordnung (16) zwischen der ersten (14a) und der zweiten Seitenwand (14b) angeordnet ist . 12. Konversionsvorrichtung (10) nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet,
dass zwischen zumindest zwei Schichten der Konversi¬ onsanordnung (16), insbesondere zwischen zwei Leuchtstoffschichten (18) , eine transparente Zwischen- schicht (28) vorgesehen ist.
Konversionsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Konversionsanordnung (16) zumindest zwei Leuchtstoffschichten (18) mit unterschiedlichen Leuchtstoffen umfasst, die ausgelegt sind Strahlung (20) in unterschiedlichen Wellenlängenbereichen zu emittieren .
Konversionsvorrichtung (10) nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,
dass diejenige der beiden Leuchtstoffschichten (18) , die bei der Konversion mehr Wärme erzeugt, näher am Substrat (12) angeordnet ist als die andere der beiden Leuchtstoffschichten (18) .
Konversionsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Konversionsanordnung (16) zumindest zwei Leuchtstoffschichten (18) umfasst, die ausgebildet sind, bei der Konversion unterschiedliche Verlustwärme zu erzeugen, wobei diejenige LeuchtstoffSchicht (18), die weniger Verlustwärme erzeugt, transparentes Füll¬ material umfasst.
Konversionsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Konversionsanordnung (16) eine antireflektie- rende Deckschicht (24) umfasst.
Konversionsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Konversionsanordnung (16) eine strukturierte Oberfläche (26) aufweist.
Leuchtstoffrad mit mindestens einer Konversionsvor richtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche
Verfahren zum Herstellen einer Konversionsvorrichtung (10) zum Konvertieren von Strahlung (20) einer Anre- gungsstrahlungsquelle in Konversionsstrahlung (22) folgende Schritte umfassend:
a) Bereitstellen eines Substrats (12) ;
b) Aufbringen einer Konversionsanordnung (16) auf das Substrat (12), wobei die Konversionsanordnung (16) mindestens einen Leuchtstoff umfasst und mindestens eine vorgebbare Konversionsfähigkeit aufweist, gekennzeichnet dadurch,
dass in Schritt b) die Konversionsanordnung (16) derart auf das Substrat (12) aufgebracht wird, dass die Konversionsfähigkeit der Konversionsanordnung (16) in einer Richtung senkrecht vom Substrat (12) weg zumindest abschnittsweise abnimmt.
PCT/EP2015/059348 2014-06-03 2015-04-29 Lichtkonversionsvorrichtung und verfahren zum seiner herstellung Ceased WO2015185296A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102014210492.0A DE102014210492A1 (de) 2014-06-03 2014-06-03 Konversionsvorrichtung zum Konvertieren von Strahlung einer Anregungsstrahlungsquelle in Konversionsstrahlung und Verfahren zum Herstellen einer derartigen Konversionsvorrichtung
DE102014210492.0 2014-06-03

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2015185296A1 true WO2015185296A1 (de) 2015-12-10

Family

ID=53175002

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2015/059348 Ceased WO2015185296A1 (de) 2014-06-03 2015-04-29 Lichtkonversionsvorrichtung und verfahren zum seiner herstellung

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102014210492A1 (de)
WO (1) WO2015185296A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016209687A1 (de) 2016-06-02 2017-12-07 Osram Gmbh Beleuchtungsvorrichtung

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106058015B (zh) * 2016-06-16 2019-02-26 青岛海信电器股份有限公司 量子点发光装置、背光模组及液晶显示装置
US10203547B2 (en) 2016-06-16 2019-02-12 Hisense Electric Co., Ltd. Quantum dot light emitting device, backlight module, and liquid crystal display device

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090086475A1 (en) 2007-10-01 2009-04-02 Intematix Corporation Color tunable light emitting device
US20090167149A1 (en) 2007-12-26 2009-07-02 Olympus Corporation Light source device and endoscope apparatus comprising the same
US20090167151A1 (en) * 2007-12-27 2009-07-02 Lumination Llc Lighting device having illumination, backlighting and display applications
US20100019261A1 (en) * 2008-01-15 2010-01-28 Goeken Group Corp. Silicon nanoparticle white light emitting diode device
US7753559B2 (en) 2007-11-05 2010-07-13 Lite-On It Corporation Lighting device producing light with adjustable color and color temperature
US20100328617A1 (en) 2009-06-30 2010-12-30 Casio Computer Co., Ltd. Fluorescent wheel, light source device and projector
WO2013018494A1 (ja) * 2011-07-29 2013-02-07 シャープ株式会社 発光素子、発光装置および発光素子の製造方法
WO2014017334A1 (ja) * 2012-07-25 2014-01-30 デクセリアルズ株式会社 蛍光体シート
WO2014080705A1 (ja) * 2012-11-22 2014-05-30 シャープ株式会社 発光装置およびその製造方法、照明装置、ならびに前照灯

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090086475A1 (en) 2007-10-01 2009-04-02 Intematix Corporation Color tunable light emitting device
US7753559B2 (en) 2007-11-05 2010-07-13 Lite-On It Corporation Lighting device producing light with adjustable color and color temperature
US20090167149A1 (en) 2007-12-26 2009-07-02 Olympus Corporation Light source device and endoscope apparatus comprising the same
US20090167151A1 (en) * 2007-12-27 2009-07-02 Lumination Llc Lighting device having illumination, backlighting and display applications
US20100019261A1 (en) * 2008-01-15 2010-01-28 Goeken Group Corp. Silicon nanoparticle white light emitting diode device
US20100328617A1 (en) 2009-06-30 2010-12-30 Casio Computer Co., Ltd. Fluorescent wheel, light source device and projector
WO2013018494A1 (ja) * 2011-07-29 2013-02-07 シャープ株式会社 発光素子、発光装置および発光素子の製造方法
WO2014017334A1 (ja) * 2012-07-25 2014-01-30 デクセリアルズ株式会社 蛍光体シート
WO2014080705A1 (ja) * 2012-11-22 2014-05-30 シャープ株式会社 発光装置およびその製造方法、照明装置、ならびに前照灯

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016209687A1 (de) 2016-06-02 2017-12-07 Osram Gmbh Beleuchtungsvorrichtung
WO2017207228A1 (de) 2016-06-02 2017-12-07 Osram Gmbh Beleuchtungsvorrichtung

Also Published As

Publication number Publication date
DE102014210492A1 (de) 2015-12-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102012005654B4 (de) Optischer Konverter für hohe Leuchtdichten
DE112013001620B4 (de) Keramische Wellenlängenumsetzungsplatten und Lichtquellen mit denselben
DE102015113692A1 (de) Wellenlängen-Umwandlungs-Element, Licht-emittierende Vorrichtung, Projektor und Verfahren zur Herstellung eines Wellenlängen-Umwandlungs-Elements
DE102010042217A1 (de) Optoelektronisches Halbleiterbauelement und Verfahren zu seiner Herstellung
EP2245668B1 (de) Optoelektronisches modul und projektionsvorrichtung mit dem optoelektronischen modul
DE102017117603A1 (de) Lichtemittierende Vorrichtung und Verfahren zum Herstellen der lichtemittierenden Vorrichtung
DE112012001482T5 (de) LED-Einrichtung unter Verwendung von Quantenpunkten
DE102013207308B4 (de) Verfahren zum Herstellen einer optoelektronischen Baugruppe und optoelektronische Baugruppe
DE102011113962B4 (de) Verfahren zur Herstellung eines keramischen Konversionselements
WO2019233731A1 (de) Optoelektronisches bauteil und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen bauteils
DE102012101663A1 (de) Konversionselement und Leuchtmittel
DE112014001813B4 (de) Elektromagnetische Strahlung emittierende Baugruppe und Verfahren zum Herstellen einer elektromagnetische Strahlung emittierenden Baugruppe
DE102015107580A1 (de) Strahlungsemittierendes optoelektronisches Bauelement
DE102008029191A1 (de) Beleuchtungseinrichtung zur Hinterleuchtung eines Displays sowie ein Display mit einer solchen Beleuchtungseinrichtung
DE102009018088A1 (de) Modul zur Homogenisierung von Licht, das von einer Festkörper-Lichtquelle (z.B. einer LED) emittiert wird
DE102012101892B4 (de) Wellenlängenkonversionselement, Licht emittierendes Halbleiterbauelement und Anzeigevorrichtung damit sowie Verfahren zur Herstellung eines Wellenlängenkonversionselements
WO2016124632A1 (de) Konversionselement, optoelektronisches bauelement und entsprechendes herstellungsverfahren
WO2017085207A1 (de) Halbleiterbauelement
EP2845233A1 (de) Led-modul
WO2015185296A1 (de) Lichtkonversionsvorrichtung und verfahren zum seiner herstellung
DE102009003936B4 (de) Licht emittierendes Bauelement mit einer Konverterkeramik und einer Kühleinrichtung
DE102013207579A1 (de) LED-Modul mit hoher Lichtstromdichte
DE102017104134A1 (de) Optoelektronisches Bauelement und Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements
DE102018120584A1 (de) Optoelektronisches halbleiterbauelement und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen halbleiterbauelements
DE202018005077U1 (de) Phosphormodul

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 15721633

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 15721633

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1