CN104520407B - 用于提供电磁辐射的设备 - Google Patents

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Abstract

在不同的实施例中提供一种用于提供电磁辐射的设备(10)。设备(10)具有用于产生激发辐射(14)的辐射装置(12)和至少一个用于产生转换辐射(22)的转换元件(20，26)。转换元件(20，26)具有至少一种发光材料并且与辐射装置(12)间隔开地设置在激发辐射(14)的光路中。作为发光材料适用的是d50在10至30μm的范围中的粗粒的氮化物硅酸盐。

Description

用于提供电磁辐射的设备
技术领域
本发明涉及一种用于提供电磁辐射的设备。该设备具有用于产生激发辐射的辐射装置和至少一个用于产生转换辐射的转换元件。转换元件具有发光材料并且与辐射装置间隔开地设置在激发辐射的光路中。
背景技术
现今，在现代的照明装置中越来越多地使用高能效的、高强度的和/或提供高的光功率密度的辐射源，例如高功率LED(light emitting diode，发光二极管)、激光器、例如激光二极管的形式的激光器、和/或超级发光二极管。不同于为热辐射器的白炽灯，所述辐射源在狭窄受限的光谱范围中发射光，使得其光是近似单色的或完全单色的。显示其他的光谱范围的可能性例如在于辐射转换，其中发光材料借助于LED和/或激光二极管照射并且在其方面发射其他波长的辐射。在所谓的“远程磷光体”(Fern-Phosphor)应用中，例如与辐射源间隔开的具有发光材料的层通常借助于LED或激光二极管照射并且在其方面放射另一波长的辐射。例如，所述技术能够用于将蓝色的LED的光通过混合通过激发包含发光材料的层产生的黄光转换成白光。
此外，现今通常使用投影仪(Beamer)，以便光学地示出数据。这种投影仪将要示出的数据以各个静止的和/或运动的图像的形式例如投射到银幕上。已知的是，在常规的投影仪中，借助于传统的放电灯、即水银蒸汽高压灯产生必要的激发辐射。最近，但是也已经使用LARP(Laser Activated Remote Phosphor，激光激发的远程激光体)技术。在该技术中，与辐射源间隔开地设置的具有发光材料或由发光材料构成的转换元件用激发辐射、尤其是激发射束(泵浦射束、泵浦激光射束)照射。激发射束的激发辐射由发光材料完全地或部分地吸收并且转换成转换辐射(发射辐射)，所述发射辐射的波长进而光谱特性和/或颜色通过发光材料的转换特性来确定。在降频转换的情况下，辐射源的激发辐射通过经过照射的发光材料转换成与激发辐射的波长相比具有更长波长的转换辐射。例如，因此能够借助于转换元件将蓝色的激发辐射(蓝色的激光)转换成红色的或绿色的转换辐射(转换光，照明光)。
激发辐射能够将大量能量引入到转换元件中，由此所述转换元件能够强烈地加热。这能够引起转换元件和/或包含在其中的发光材料的损坏，所述发光材料作为单独发光材料或发光材料混合物存在。此外，在缺乏对发光材料的冷却的情况下，由于通过热淬火造成的效率减小而出现转换损失。为了避免过强的加热并且为了避免转换元件的或发光材料的与此关联的可能的损坏，已知的是，将多个转换元件设置在发光材料轮(通常也称作为磷光体轮、泵浦轮或色彩轮)，所述发光材料轮由激发辐射照射，所述发光材料轮同时转动。由于转动，依次照亮不同的转换元件和/或转换元件区域进而在面积方面分布所引入的光能。
迄今，根据设计方案，LARP技术中的微型化程度受限，因为具有辐射源(泵浦激光器)和发光材料轮的装置需要大量结构空间。然而，对于不同的应用而言，小的结构空间是值得期望的，例如在Pico投影的领域中，即在小尺寸的移动投影仪中，和/或在所谓的嵌入式投影中的微型化的投影单元中，其中投影单元例如集成到手机或相机中。在此，转换元件的热联接是重要的，以便避免过热和损坏。
发明内容
为了远程磷光体应用，将薄的发光材料层、例如立方体的硅酸盐矿石、正硅酸盐、石榴石或氮化物施加到相应的载体的表面上。发光材料层在此通常借助粘合剂机械固定并且联接到光学系统(透镜、准直仪等)上，其中光耦合例如能够经由空气或借助于浸渍介质进行。为了确保光学系统与发光材料的尽可能最佳的光学联接，应确保尽可能直接的光学联接。为了远程磷光体应用，即为了在其中发光材料(磷光体)和辐射源、例如高功率激光二极管空间分开的应用，例如将薄的发光材料层施加到例如基底和/或载体的表面上，借助粘合剂机械固定并且联接到光学系统(透镜、准直仪等)上(空气、浸渍物等)。
在前面提到的应用中，以通常的方式借助于具有高的光功率的LED和/或激光二极管激发发光材料以发射。在此出现的热损失例如经由载体引出，以便避免过热进而光学特性的热学相关的变化或还有发光材料的损坏。发光材料例如能够用高功率密度(几W/mm2)的光源激发以发射。在此出现的高的热损失(斯托克斯)引起发光材料层中的热量输入。如果所述温度例如由于不充分的散热而过高，那么能够引起光学特性(发射波长、转换效率等)的热学相关的变化或者最终引起发光材料或层本身的损坏。发光材料层的该退化的原因能够是发光材料和粘合剂。出于所述原因，发光材料层应构造成，使得所述发光材料层能够最佳地散热，以便避免发光材料和粘合剂的热学损坏。
至少粉末状地存在的发光材料在没有附加地应用粘合剂、例如硅树脂的情况下不形成机械稳定的层，即不形成抗磨损和/或抗刮的层。但是，通常也使用粘合剂，以便将发光材料微粒聚集成随后能够涂覆到相应的表面上的状态。然而，在将粘合剂用于层稳定时，所述粘合剂本身能够与发光材料相互作用进而负面地影响其光学和热学特性、以及其使用寿命。此外，粘合剂的导热性通常在引出在转换元件中出现的热量时表现出有限的大小。此外，粘合剂本身应是热学和光谱稳定的并且几乎没有示出老化特性。出于该原因，将惰性的、光学透明的、热学和光谱稳定的粘合剂用于产生稳定且更长寿命的发光材料层是有利的。
已知的是，将硅树脂作为粘合基体用于光学激发(例如LED)。然而，所述硅树脂不允许过高的光功率(功率密度为几W/mm2)或需要其他的技术耗费(例如，用于减少光作用时间的色彩轮)。已知的发光材料硅树脂混合物通常直接施加到金属的基底上。例如，发光材料在有机基体、例如硅树脂中悬浮进而例如被丝网印刷。层例如大约30μm厚。硅树脂具有为0.1W/m·K-0.2W/m·K的差的热导率，所述热导率引起发光材料在运行中更强烈加热进而效率变低。这尤其在大功率的LED中和在激光应用中是有问题的。
在构成发光材料层时的覆层工艺通过基底材料的类型受限。因此，对许多塑料和金属材料(例如铝)的高温工艺由于其熔化温度或热抗性不能够考虑。而替选地，可用的良好导热的陶瓷材料(例如AlN)与提高的技术和经济耗费相关联。
从不同的出版文献中已知具有改进的导热的无机基体，例如从WO 2011/104364A1中已知低熔点的玻璃或从WO 2011/138169 A1中已知金属磷酸盐。
然而，无机基体相对于有机基体具有下述缺点，当要求一定的(例如相对于UV辐射和/或湿气的)化学稳定性时，为了实现紧凑的少气泡的层通常需要相对高的温度。常见的低熔点的玻璃的典型的软化温度位于500℃至600℃。在该温度下，光电的基底、例如LED芯片或进行良好反射的基底、例如高反射率的铝或要嵌入的发光材料、尤其是氮化物已经损坏进而效率更低。
作为替选方案已知的是下述转换元件，所述转换元件由包括发光材料的陶瓷或由包括发光材料的晶体形成。尤其地，发光材料能够形成陶瓷或晶体。这种转换元件能够固定粘接在冷却体上，借此能够引出在其中出现的热量。对于引出热量进行限制的变量在此是所应用的粘接剂的热导率。此外，当转换元件尤其薄地构成时，好的散热是有益的。
在不同的实施例中，提供一种用于提供电磁辐射的设备，所述设备能够简单地和/或成本适当地制造和/或能够实现借助高能的激发辐射提供转换辐射。此外，在不同的实施例中，提供一种用于提供电磁辐射的设备，所述设备的转换元件是耐温和耐候的和/或具有高的效率和/或长的使用寿命。
在不同的实施例中，提供一种用于提供电磁辐射的设备。所述设备具有用于产生激发辐射的辐射装置和至少一个用于产生转换辐射的转换元件。转换元件具有粗粒的氮化物硅酸盐作为单独的发光材料或多种发光材料中的一种发光材料。转换元件与辐射装置间隔开地设置在激发辐射的光路中。
转换元件进而设备能够简单地和/或成本适当地制造。新型的发光材料能够实现将转换元件用于借助高能的激发辐射产生转换辐射。换言之，辐射装置能够具有一个、两个或更多个辐射源，所述辐射源产生具有高的功率密度的激发辐射。此外，具有新型的发光材料的转换元件是尤其耐温和耐候的并且具有高的效率和长的使用寿命，因为通过新型的发光材料得出改进的辐射稳定性、例如UV稳定性和散热，并且嵌入的发光材料较少地通过环境因素受到损坏。
转换元件例如能够具有转换层，所述转换层例如能够在基底上构成。借助于适当的粘合剂、例如金属磷化物例如能够产生尤其附着牢固的转换层。此外，转换层能够构成为，使得其在随后的加工步骤中不经受机械损坏和/或破坏。此外，转换层能够在适当的温度下制造。
在不同的实施方式中，转换元件相对于辐射装置可运动地设置。例如，转换元件可转动地设置。
在不同的实施方式中，设备具有发光材料轮，所述发光材料轮围绕轴线可转动地设置并且所述发光材料轮具有转换元件。转换元件例如能够设置在发光材料轮的边缘上和/或设置在发光材料轮的圆面上。除了转换元件之外，例如能够设置有一个、两个或更多个其他的转换元件。转换元件例如能够具有不同的发光材料。
在不同的实施方式中，转换元件相对于辐射装置固定地设置。例如，设备能够在没有发光材料轮的情况下用于Pico投影应用，例如在便携的电子设备中应用，其中使用适当的基体、例如缩合的金属磷酸盐作为用于转换元件的基体能够有助于足够的散热。
在不同的实施方式中，转换元件的表面具有冷却结构。冷却结构具有转换元件的人为增大的表面。这能够有助于转换元件的良好的冷却。
在不同的实施方式中，冷却结构具有凹槽和/或薄片。这能够有助于，以简单的方式有效地构成冷却结构。
在不同的实施方式中，辐射装置具有至少一个辐射源，所述辐射源产生具有高的亮度的激发辐射。
在不同的实施方式中，辐射源是激光器、激光二极管或超级发光二极管。
在不同的实施方式中，高的亮度位于1W/mm2和50W/mm2之间的范围中。
为了转换出自尤其激光二极管的蓝光，需要极其辐射稳定和温度稳定的发光材料。为了投影应用，对此为了展开可接受的色彩空间，除了发射绿色和黄色的发光材料之外也需要发射红色的发光材料，所述发光材料在波长为λdom～600nm时以高的效率发射并且虽然存在热负荷和光学负荷同时在最终的产物中是稳定的。
在迄今的投影模块中，使用不同的红色发光材料：低掺杂的基于MAlSiN3:Eu2+的发光材料和高掺杂的M2Si5N8:Eu2+发光材料(关于M的Eu含量≥4％(M是元素Ca、Sr和Ba中的一种或多种元素))。MAlSiN3:Eu2+类的发光材料在一些市售的产品中使用(CASIO，Intematix)。然而由于所使用的发光材料的高的主波长，所述体系仅具有小的光学效率。虽然发光材料的改性允许为了改进的视觉效率而移动发射，然而仅在降低稳定性的情况下如此(M通常是Ca，然而能够部分地通过例如Sr取代，这虽然降低稳定性，但是也移动主波长)。在使用高掺杂的氮化物硅酸盐M2Si5N8:Eu2+时，视觉效率由于发射光谱的位置而明显更大，然而所述体系在大的光学负荷下仅不那么有效并且示出高的热淬火性能。所有迄今研究的能够由于有利的热淬火性能明显更有效的低掺杂的氮化物硅酸盐M2Si5N8:Eu2+在过短的波长下为了应用而进行发射(例如在光学地对于Ca0.1Sr0.9BaSi5N8:4％Eu2+为30W的情况下λdom＝595nm)并且相对于光学和热学负荷是不稳定的(例如，细颗粒的CaSrSi5N8——见图)。
组分为M2Si5N8:Eu2+(M是元素Ca、Sr和Ba中的一种或多种元素)的新型的低掺杂的氮化物硅酸盐(关于M的Eu2+含量≤2％，优选至少为0.1Mol.％)在平均颗粒大小为d50≥10μm时(借助于静态的激光衍射来测量)与明显更细的、烘烤的传统的低掺杂的258体系(d50典型为大约5μm或更小)相比具有明显更大的主要颗粒。优选地，d50大于或等于21μm。所述新型的发光材料与该组份的细颗粒的发光材料相比对Eu2+含量≤2％示出改进的稳定性并且对Eu2+含量≤1％示出甚至明显改进的稳定性和小得多的热淬火特性。
所述粗粒的、低掺杂的发光材料在借助激光器激发时相对于光学和热学负荷是稳定的。因此，所述发光材料理想地适合用于基于激光器的转换元件的应用。Ca(1-x)SrxSi5N8:Eu2+的粗粒的试样全部是稳定的并且适合用于在基于激光器的转换元件中应用。所述发光材料的发射波长能够经由准确的组分(Ca-Sr)和活化剂浓度确定。
附图说明
本发明的实施例在附图中示出并且在下文中详细描述。
附图示出：
图1示出用于提供电磁辐射的设备的实施例；
图2示出用于提供电磁辐射的设备的实施例；
图3示出用于提供电磁辐射的设备的实施例；
图4-7示出不同的发光材料的REM图像；
图8示出用于激光器应用的发光材料的典型的颗粒大小的比较；
图9示出用于不同的发光材料的激光负荷测试的结果；
图10示出具有不同的Eu掺杂的发光材料的效率的比较；
图11示出用于不同的发光材料的激光过应力测试的结果；
图12示出用于具有不同直径的不同的发光材料的激光过应力测试的结果；
图13示出用于具有不同直径的不同的发光材料的氧化测试的结果。
具体实施方式
在下面详细的描述中参考附图，所述附图形成所述描述的一部分，并且在所述附图中为了图解说明示出能够实施本发明的具体的实施形式。在此方面，关于所描述的附图的定向而应用方向术语例如“上”、“下”、“前”、“后”、“前部”、“后部”等等。因为实施形式的组成部分能够以多个不同的定向来定位，所以方向术语用于图解说明并且不以任何方式受到限制。要理解的是，能够使用其他的实施形式并且能够进行结构上的或逻辑上的改变，而不偏离本发明的保护范围。要理解的是，除非另作特别说明，在此描述的不同的示例的实施形式的特征能够互相组合。因此，下面详细的描述不应解释为受限制的，并且本发明的保护范围通过实施例来限定。
在本说明书的范围内，术语“连接”、“联接”以及“耦联”用于描述直接的和间接的连接、直接的或间接的联接以及直接的或间接的耦联。在附图中，只要是适宜的，相同的或类似的元件就设有相同的附图标记。
发射电磁辐射的器件能够在不同的实施例中为发射电磁辐射的半导体器件和/或构成为发射电磁辐射的二极管、构成为发射电磁辐射的有机的二极管、构成为发射电磁辐射的晶体管或构成为发射电磁辐射的有机的晶体管。电磁辐射例如能够是在可见范围中的光、UV光和/或红外光。在本文中，发射电磁辐射的器件例如能够构成为发光二极管(lightemitting diode，LED)、构成为有机发光二级管(organic light emitting diode，OLED)、构成为发光晶体管或构成为有机发光晶体管。在不同的实施例中，发光器件能够是集成电路的一部分。此外，能够设有多个发光器件，例如安置在共同的壳体中。
图1示出根据不同的实施例的用于提供电磁辐射的设备10。设备10具有辐射装置12，所述辐射装置产生激发辐射14。辐射装置12例如是辐射源或者具有一个、两个或更多个辐射源。作为辐射源例如使用发射电磁辐射的器件。辐射源12例如能够是激光辐射源。激光辐射源例如能够是激光二极管。激光二极管能够是单模的或多模的激光二极管。例如，激光二极管能够是发射蓝色激光的激光二极管，所述激光二极管也称作为蓝色激光二极管。辐射源12的功率例如能够是50mW至5W。替选于蓝色激光二极管，其发射波长例如能够位于400nm至480nm的光谱范围中，作为辐射源12能够使用UV(激光)辐射源，例如发射波长在300nm和400nm之间的辐射源。
激发辐射14例如是在可见范围中的电磁辐射。激发辐射(泵浦光或泵浦辐射)14)能够例如也为紫外辐射、红外辐射或甚至为微粒辐射，例如为电子射束或离子射束，然而优选地，激发辐射14为激光辐射和/或LED光。激发辐射14不强制地限制于特定的光谱范围；其例如能够在红色的、绿色的、蓝色的和/或紫外的波长范围中泵浦，例如通过相应的辐射源(泵浦辐射源)或也通过辐射装置12中的多个辐射源的组合来泵浦。通常，辐射源能够设计成用例如借助基本上恒定的功率或者但是也以脉冲的方式运行。
激发辐射14朝向固定在载体16上的转换元件20定向。换言之，辐射装置12照射或辐照转换元件20和/或转换元件20设置在激发辐射14的光路中。载体16也能够称作为基底。此外，转换元件20能够安置在基底上，所述基底随后能够固定在载体16上。辐射装置12与转换元件20具有预设的大于零的间距进而不直接与转换元件20物理接触。载体16例如能够是色彩轮的一部分和/或例如是投影仪的一部分。设备10例如能够设置在投影仪中。替选于此，设备10例如能够例如作为内部照明装置、前照灯或后灯设置在机动车辆中、设置在可携带的电子设备中、例如设置在可携带的投影仪和/或移动电话中、或者设置在内窥镜中。此外，载体16能够具有冷却设备。
被照射的转换元件20在其方面放射转换辐射22。替选地，设备10能够具有多个辐射装置12和/或多个转换元件20。激发辐射14和/或转换辐射22也能够称作为电磁辐射。为了产生转换辐射22，转换元件20具有一种或多种发光材料。发光材料借助于偏转的激发射束14在能量方面被激发。在随后的能量激发中，发光材料发射一个或多个预设的波长的转换辐射。因此，发生对激发辐射14的转换，由此产生转换辐射22。在转换时，激发辐射14的波长朝向更短的或更长的波长移动。色彩能够是单色或混合色。单色例如能够具有绿光、红光或黄光和/或混合色例如能够由绿光、红光和/或黄光混合和/或例如具有白光。附加地，能够提供蓝光，例如通过转换元件20构成为使得至少部分未转换的激发辐射14作为可用的电磁辐射离开设备10。单色或混合色能够借助于转换辐射22和/或激发辐射14示出。例如，绿色、红色和黄色能够借助于蓝色的激光示出。在将UV激光用作为泵浦光时，发光材料也能够选择成，使得其示出红色、绿色、蓝色和黄色。
转换元件20可选地具有基体材料(粘合剂)，所述基体材料例如具有缩合的金属磷酸盐。一种或多种发光材料嵌入到基体材料中。能够将下述材料理解成发光材料：所述材料将一个波长的有损失的电磁辐射转换成另一(较长)波长的电磁辐射，例如借助于磷光性或荧光性转换。吸收的电磁辐射和发射的电磁辐射中的能量差能够转换成光子、即热量和/或借助于发射具有与能量差成比例的波长的电磁辐射。
常见的已知的能够与新型的发射红色的发光材料一起使用的发光材料例如能够是石榴石或氮化物、硅酸盐、氧化物、磷酸盐、硼酸盐、氮氧化物、硫化物、硒化物、铝酸盐、钨酸盐和铝的、硅的、镁的、钙的、钡的、锶的、锌的、镉的、锰的、铟的、钨的和其他过渡金属的或稀土金属的、如钇的、钆的或镧的卤化物，所述卤化物由活化剂、例如铜、银、铝、锰、锌、锡、铅、铈、铽、钛、锑或铕掺杂。在不同的实施方式中，附加的发光材料是氧化物的或(氧)氮化物的发光材料，例如石榴石、正硅酸盐、氮化物(铝)硅酸盐、氮化物或氮化物正硅酸盐或卤化物或卤化磷酸盐。适当的发光材料的具体的示例是锶氯磷灰石:Eu((Sr,Ca)5(PO4)3Cl:Eu；SCAP)、钇铝石榴石:Cer(YAG:Ce)、CaAlSiN3:Eu或发射绿色的石榴石A3B5O12:Eu，A优选单独地或组合地为Y、Lu，B单独地或组合地为Al或Ga。此外，在发光材料混合物中例如能够包含具有散射光的特性的颗粒和/或辅助材料。暂时的辅助材料的示例包含表面活性剂或有机溶剂。持久的添加物的示例是散射光的颗粒、例如为金属氧化物颗粒或稳定剂、例如为氧化的纳米颗粒。
基体材料必要时具有缩合的金属磷酸盐，例如缩合的磷酸铝，例如由单磷酸铝溶液构成。基体材料例如是无定形的或主要是无定形的、无色的和/或对于激发辐射14和/或转换辐射22是透明的。缩合的金属磷酸盐具有良好的高于硅树脂的热导率的热导率和良好的UV抗性。缩合的金属磷酸盐例如是无铅的或低铅的，例如具有小于1摩尔％的份额。缩合的金属磷酸盐通常是低碱和/或低卤素的，例如是无碱或无卤素的。碱金属和卤素的含量因此能够是可忽略的和/或分别小于1摩尔％。例如，这就是说，所述元素并非有意地添加并且在任何情况下由所使用的原料的杂质引起。由此，实现较高的湿度稳定性。例外是金属磷酸盐与碱式硅酸盐的组合。具有由金属磷酸盐构成的基体和具有发光材料和/或必要时具有添加物的转换层的热膨胀系数例如能够大于5.0×10-6K-1。
在其上施加有发光材料层的基底例如能够是载体16、发光材料轮、冷却体或光学构件、例如准直仪。基底能够由不同的适合的材料、例如由塑料、玻璃、陶瓷或金属构成。为了构成发光材料体，能够使用所提出的材料中的形式。发光材料体例如能够是发光材料膜。发光材料层、发光材料膜和/或发光材料体、例如发光材料小板因此能够形成转换元件20或者是转换元件20的一部分。
图2示出设备10的一个实施例，所述实施例尽可能地相应于在图1中示出的实施例，其中与此不同的是在设备10的在图2中示出的实施例中，载体16至少部分地对于转换辐射22和/或激发辐射14构成为是透明的。
图3示出设备10的一个实施例，所述实施例尽可能地相应于在图1中示出的实施例，其中与此不同的是在设备10的在图3中示出的实施例中，载体16构成为发光材料轮。发光材料轮围绕轴线24可转动地安装。发光材料轮能够借助于没有示出的驱动单元围绕轴线24转动。可选地，在发光材料轮上设置有其他的转换元件26。此外，还能够将其他的转换元件设置在发光材料轮上。发光材料轮20、26能够具有相同的和/或不同的发光材料，使得借助于其发光材料能够产生相同的或不同的波长的转换辐射22。
图4至7示出发光材料试样的500倍放大的(图4和5)和3000倍放大的(图6和7)REM图像。在此，图4和6分别示出M2Si5N8:Eu类型的具有低掺杂的Eu(1摩尔％的Eu)的具有大的主要颗粒(d50＝22μm)的相同的发光材料。图5和7分别示出具有高掺杂的Eu(4摩尔％)的具有小的主要颗粒(d50＝5μm)的相同类型的发光材料M2Si5N8:Eu。本发明的具体的实施例1是平均颗粒大小为d50＝22μm的发光材料CaSrSi5N8:1％Eu，所述发光材料借助蓝色的激光二极管(λ≈445nm)激发。所述发光材料在以45W激发的情况下以λdom≈599nm光学发射并且在给出的条件下是稳定的。本发明的另一个实施例2是平均颗粒大小为d50＝20μm的发光材料CaSrSi5N8:0.5％Eu，所述发光材料借助蓝色的激光二极管(λ≈445nm)激发。所述发光材料在以45W激发的情况下以λdom≈598nm光学发射并且在给出的条件下是稳定的。类似的实施例3是平均颗粒大小为d50＝4μm的发光材料CaSrSi5N8:0.5％Eu(细的)。
所述细粒的发光材料和平均颗粒大小为d50＝22μm的发光材料CaSrSi5N8:0.5％Eu(粗)已经经受激光器负荷测试(30W/mm2；409nm)。细粒的发光材料开始以λdom≈597nm发射，粗粒的发光材料开始以λdom≈599nm发射。在120分钟负荷之后，细粒的发光材料损失71％的转换效率，粗粒的发光材料仅损失17％的转换效率。
图8示出相似的发光材料M2Si5N8:Eu的典型的颗粒大小(分别为d50)的比较。对于激光器应用而言，平均的颗粒大小应例如为20或22μm，迄今通常使用平均颗粒大小远远小于10μm的发光材料，典型地为d50＝5μm。
图9示出激光器负荷测试的结果。在此，将d50＝20μm或4μm的粗粒的和细粒的发光材料M2Si5N8:Eu的表现相互比较。横坐标是以分钟为单位的时间，纵坐标是相对效率。掺杂始终是一样大的，即相对于M为0.5摩尔％的Eu。在此，M＝Ca0.5Sr0.5。因此，化学组分是相同的，唯一的区别是平均颗粒大小d50。已经证实的是，细粒的发光材料与粗粒的变型形式相比明显更差地经受负荷测试。
图10示出在以30W功率光学激发的情况下具有不同的Eu掺杂度(相对于M为0.5至3摩尔％)的不同的发光材料的输出的功率(相对于试样1，左边的柱)的比较。用活化剂掺杂得越低，稳定性就越高。试样1为CaSrSi5N8:Eu(0.5％)，试样2(中间的柱)为CaSrSi5N8:Eu(1％)、试样3(右边的柱)为Sr2Si5N8:Eu(3％)。当活化剂的浓度在1％和3％之间时，稳定性快速下降。最佳的区域位于0.3％和1.7％Eu之间、尤其为0.5％至1.5％Eu。
图11示出激光器过应力测试的结果。负荷分别为大约30W/mm2。试样原则上具有类似的组分。粗粒的发光材料(22μm＝d50)(实线)相对于相同类型的细粒的发光材料(虚线)具有明显更好的抗过应力性。
图12示出激光器过应力测试的另一个结果。负荷分别为大约30W/mm2。试样原则上具有相同的组分。粗粒的发光材料(22μm＝d50)(实线)相对于相同类型的细粒的发光材料(虚线)具有明显更好的抗过应力性。
图13示出在350℃下在空气中在16个小时的时间段中的氧化测试的结果。比较例是细粒的发光材料(d50＝4μm)，其相对量子效应损失位于100％。其为SrCaSi5N8:Eu(0.5％)。所有的粗粒的发光材料在较大的掺杂的情况下也损失明显更少的效率。相对于细粒的改进形式，效率损失仅是一小部分，即在30和70％之间。令人惊喜地，在该测试中，在具有更大的活化剂Eu掺杂、即1％的粗粒的发光材料与为0.5％的较低的掺杂的情况下相比具有更高的抗性。
概括地确定，令人惊喜地，在氮化物硅酸盐的类型的发光材料的情况下确定，在极限的应用条件下通过谨慎地选择颗粒大小并且尤其是同时谨慎地选择掺杂含量能够决定性地改进稳定性，所述掺杂含量应选择成小于2摩尔％。作为掺杂物适合的不仅有通常已知的Eu、而且也有其他的掺杂材料、例如Ce、Mn或Tb，以单独的或必要时以组合的方式。颗粒大小在此应当至少为d50＝10μm，优选地至少为15μm，尤其优选地至少为20μm。所述颗粒大小尤其能够位于至30μm的范围中。
本发明不局限于给出的实施例。例如，能够将给出的实施例组合。例如，转换元件20能够在每个任意的实施例中具有或不具有冷却结构。

Claims (10)

1.一种用于提供电磁辐射的设备(10)，具有用于产生激发辐射(14)的辐射装置(12)并且具有至少一个用于产生转换辐射(22)的转换元件(20，26)，所述转换元件具有至少一种第一发光材料并且所述转换元件与所述辐射装置(12)间隔开地设置在所述激发辐射(14)的光路中，其特征在于，作为第一发光材料使用M2Si5N8:D的氮化物硅酸盐，其中D＝活化剂，所述活化剂单独地包括Eu，Ce，Mn或者Tb或者包括它们的组合，并且其中M从Ba、Sr、Ca本身或其组合中选择，其中所述发光材料的平均颗粒大小d50大于20μm且小于30μm，其中活化剂D的浓度相对于M的浓度位于0.1％至1.5％的范围中。
2.根据权利要求1所述的设备(10)，其特征在于，所述活化剂包含Eu。
3.根据权利要求1所述的设备(10)，其特征在于，所述转换元件(20，26)相对于所述辐射装置(12)能运动地设置。
4.根据权利要求3所述的设备(10)，其特征在于，所述设备具有发光材料轮，所述发光材料轮围绕轴线(24)能转动地设置并且所述发光材料轮具有所述转换元件(20，26)。
5.根据权利要求1所述的设备(10)，其特征在于，所述转换元件(20，26)相对于所述辐射装置(12)固定地设置。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的设备(10)，其特征在于，所述转换元件的表面具有冷却结构。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的设备(10)，其特征在于，所述辐射装置(12)具有至少一个辐射源，所述辐射源产生具有高的亮度的激发辐射(14)。
8.根据权利要求7所述的设备(10)，其特征在于，所述辐射源是激光器、激光二极管或超级发光二极管。
9.根据权利要求7所述的设备(10)，其中所述高的亮度位于1W/mm2和50W/mm2之间。
10.根据权利要求8所述的设备(10)，其中所述高的亮度位于1W/mm2和50W/mm2之间。
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