DE102008021438A1 - Konversionsmaterial insbesondere für eine, eine Halbleiterlichtquelle umfassende weiße oder farbige Lichtquelle, Verfahren zu dessen Herstellung sowie dieses Konversionsmaterial umfassende Lichtquelle - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Konversionsmaterial insbesondere für eine eine Halbleiterlichtquelle als Primärlichtquelle umfassende weiße oder farbige Lichtquelle. Das Konversionsmaterial umfasst ein Matrixglas, welches Bulkmaterial bei einer Dicke d von etwa 1 mm im Wellenlängenbereich von 350 bis 800 nm und in dem Bereich, in welchem die Primärlichtquelle Licht emittiert, eine Reintransmission taui von mehr als 80% aufweist, wobei die Summe aus Transmission und Remission des gesinterth von 350 nm bis 800 nm und in dem Spektralbereich, in welchem die Primärlichtquelle Licht emittiert, mindestens mehr als 80%, bevorzugt mehr als 85%, am meisten bevorzugt mehr als 90%, beträgt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Konversionsmaterial insbesondere für eine, eine Halbleiterlichtquelle umfassende weiße oder farbige Lichtquelle sowie eine dieses Konversionsmaterial umfassende Lichtquelle.
  • Mit der Erfindung soll insbesondere ein Konversionsmaterial zur zumindest teilweisen Umwandlung der Strahlung einer Primärlichtquelle, bei welcher die Primärstrahlung beispielsweise blaues Licht umfassen kann, in Licht anderer Wellenlängen, welche nachfolgend auch als Sekundärstrahlung bezeichnet wird und beispielsweise gelbes Licht umfassen kann, bereitgestellt werden, wobei durch die Überlagerung der Primär- und der gegebenenfalls breitbandigen Sekundärstrahlung farbiges oder weißes Licht erzeugbar wird.
  • Durch die passende Auswahl des Konversionsmaterials und die Abstimmung des Gesamtsystems, können auf diesem Wege Lichtfarben oder Farborte dieser Lichtquelle eingestellt werden.
  • Zur Konversion der Strahlung der Primärlichtquelle in Licht anderer Wellenlängen werden Leuchtstoffe, die herkömmlich auch als „Phosphore” bezeichnet werden, eingesetzt. Diese Leuchtstoffe sind in der Regel in eine Matrix eingebettet, welche vom Primärlicht durchstrahlt wird. Das Ausmaß der Konversion ist durch die Dicke des Konversionsmaterials, die Art und Konzentrationen der Dotierung oder Dotierungen mit Leuchtstoffen einstellbar.
  • Der Farbort des emittierten Lichtes kann dabei durch das Ausmaß der Konversion der Primärstrahlung in gewissen Grenzen eingestellt werden, so dass im Falle der Erzeugung weißen Lichtes sowohl warme als auch kalte Weißpunkte der resultierenden Gesamtstrahlung ermöglicht werden.
  • Die Erzeugung beispielsweise weißen Lichtes durch Überlagerung blauen Lichtes, welches von einer Primärlichtquelle ausgesendet wird, und gelben Lichtes, welches durch Konversion des blauen Lichtes der Primärlichtquelle erzeugt wird, ist seit geraumer Zeit bekannt.
  • Die derzeit etablierte technische Lösung basiert auf Phosphoren, welche gebunden in einer Polymermatrix, die meist aus Epoxydharzen oder Silikonen besteht, vorliegen.
  • Nachteilig hierin ist bei diesen Ausführungsformen insbesondere die Empfindlichkeit der Polymere gegenüber Umgebungsbedingungen, wie Feuchte, Strahlung, insbesondere kurzer Wellenlängen (UV), und gegenüber erhöhten Temperaturen von beispielsweise mehr als 120°C. Diese führen, einzeln oder in Kombination auftretend, zur Verschlechterung oder Alterung der teilweise ohnehin nicht optimalen optischen Eigenschaften der Polymere. Aufgrund dann einsetzender Quellung, Trübung, Färbung (Yellowing, Browning) oder gar Zersetzung der Polymere wird die Leistung und Lebensdauer der diese verwendenden lichttechnischen Systeme stark beeinträchtigt.
  • Mit steigender Leistungsfähigkeit, insbesondere Lichtausbeute, der Halbleiter-Lichtquellen auf LED- oder Laserdioden(LD)-Basis kommt der Temperaturbeständigkeit zunehmende Bedeutung zu, da die Steigerung der Leistung dieser Lichtquellen u. a. durch Halbleitersysteme mit höheren zulässigen Leistungsdichten und höheren Strömen erreicht wird, wodurch das Gesamtsystem nicht nur höherer Strahlungsleistung sondern auch höherer Temperaturbelastung ausgesetzt wird.
  • Das derzeit bereits übliche Temperaturniveau liegt um und deutlich über 150°C, in einigen Fällen bereits über 180°C und folgt einem klaren Trend zu Temperaturen von über 200°C. Im langfristigen Einsatz von einigen zehntausend Stunden und mehr befinden sich damit die Polymere bereits heute im Grenzbereich von deren Einsatzfähigkeit und sind als für die Lebensdauer begrenzende Größe für derartige Lichtquellen einzustufen.
  • In EP 0936682 B9 (Nichia, „Light emitting device and display device”) wird eine blaue lichtemittierende Diode (LED) auf Grundlage von GaN als Primärlichtquelle und ein gelb fluoreszierender Leuchtstoff zur Konversion auf Basis von (Y1-rGdr)3Al5O12:Ce mit r zwischen 0 und 1 beschrieben. Als Matrix zur Einbettung des Leuchtstoffes werden transparente Materialien wie Epoxydharz, Harnstoffharz, Silikonharz oder Glas verwendet. Hierin kommen jedoch alle vorstehend genannten Nachteile der Polymere zum Tragen. Es wird in dieser Schrift nicht auf intrinsische Nachteile bestimmter Glastypen Rücksicht genommen, wie diese beispielsweise bei Zn-Phosphaten bestimmter Zusammensetzungen auftreten, wie Reaktivität mit Leuchtstoffen, beispielsweise auch Redoxreaktionen in dieser Umgebung und Eigenfärbung, welche die Konversions- und Leistungseigenschaften der Gesamtlichtquelle negativ beeinflussen.
  • US 2006/0113906 A1 (Nichia, „Light emitting device and method of manufacturing thereof”) beschreibt eine Diode mit einer Glasscheibe zur Abdeckung und zum Schutz des lichtemittierenden Chips, wobei das Glas zwingend aus B2O3 (20–30 Gew.-%) und ZnO (50–60 Gew.-%) und optional aus SiO2 (0–10 Gew.-%) und/oder TiO2 (0–10 Gew.-%) und/oder anderen Komponenten besteht, eine Glastemperatur Tg zwischen 200°C und 700°C, bevorzugt 430°C bis 600°C aufweist und Fluoreszenzstoffe zur Lichtkonversion enthalten kann. Es wird eine Glasscheibe als Abdeckung eines Halbleiterchips, welche beabstandet zum Chip angeordnet ist, beschrieben. Ferner wird beschrieben, dass das Glas einen Leuchtstoff enthalten kann, jedoch nicht berücksichtigt wie dieses Glas mit dessen Leuchtstoff hergestellt werden kann, denn erfahrungsgemäß lassen sich beispielsweise Ce:YAG und auch andere Leuchtstoffe nicht in der Glasschmelze verarbeiten, wie es notwendig wäre, um die hier beschriebene Glasscheibe als Abdeckung zu erhalten. Es besteht bei der üblichen Temperaturbehandlung generell die Neigung zur gegenseitigen chemischen Reaktion zwischen Glas und Leuchtstoff, soweit beide Komponenten nicht explizit in diesem Punkt aufeinander abgestimmt sind. Ferner kann es in der jeweils spezifischen Ausführung des Glases mit dessen Leuchtstoff zur Eigenfärbung sowie zu dessen Entmischung kommen.
  • In der EP 1471777 A2 wird ein mit Ce aktivierter Leuchtstoff mit Granatstruktur beschrieben, wobei Terbium und Y, Lu, Sc, La, Gd oder Sm ein Hauptbestandteil des Wirtsgitters ist. Die verwendete Vergussmasse besteht aus Polymeren mit allen bereits beschriebenen Nachteilen.
  • Die DE 10137641 A1 beschreibt eine kappenförmige Matrix zur Einbettung der Leuchtstoffe, die durch einen glasartigen Körper gebildet wird. Zwischen dem Chip, welcher das Primärlicht emittiert, und der Kappe mit den eingebetteten Leuchtstoffen befindet sich eine Ausnehmung, welche mit einem optisch transparenten Medium mit hohem Brechungsindex gefüllt ist. Diese Kappe kann aus einem Glas, das einen Leuchtstoff enthalten kann, einem fluoreszierendem Glas oder einer fluoreszierenden Glaskeramik bestehen. Es wird beschrieben, wie Leuchtstoffe grundsätzlich in Glas einbettbar sind, jedoch nicht berücksichtigt, dass bei ungeeigneten Gläsern der Leuchtstoff beim Einbettungsprozess angegriffen wird und damit seine Konversionseigenschaften zumindest teilweise oder sogar ganz verliert und das Glas durch den Prozess dessen Transmissionseigenschaften negativ verändern und somit die Effizienz der LED stark gemindert werden kann, da hier eine ausgeprägte Neigung zur Eigenfärbung besteht.
  • Die DE 102005023134 beschreibt die Verwendung eines Leuchtstoffes, welcher in eine Glasmatrix eingebettet ist. Als Glasmatrix werden zwei Glasfamilien beschrieben, ein Borkronglas (mit z. B. 16–25% K2O und ein Lanthankronglas (mit z. B. 5–25% ThO2). Auch in dieser Veröffentlichung wird die Herstellbarkeit des Glas-Konvertersystems nicht berücksichtigt und sind die zu erwartenden negativen Einflüsse auf das Gesamtsystem, umfassend Primärlichtquelle und Konverter, weiter vorhanden. Darüber hinaus sind wegen des Borkornglases negative Wechselwirkung von Chip und Konverter aufgrund des hohen Alkaligehaltes und der Alkalimigration, insbesondere bei höheren Temperaturen in den Halbleiter hinein, stark Lebensdauer beeinträchtigend zu erwarten. Das dort erwähnte Lanthankronglas zeichnet sich in negativer Weise durch den Gehalt an ThO2 aus und ist zu dem schon wegen der verwendeten Rohstoffe teuer. Dessen Umweltverträglichkeit bei Herstellung, Gebrauch und Recycling stellt ein weiteres gravierendes Problem dar.
  • Die US 6,642,618 B2 beschreibt die Verwendung einer Schicht aus Sol-Gel Glas, welches mit fluoreszierenden Substanzen dotiert wurde, als Konversionsmaterial. Als fluoreszierende Substanzen kommen Sulfide des Typs (Sr,Ba,Ca)Ga2S4:Eu2+ zum Einsatz. Das Glas, hergestellt auf einer Sol-Gel Route, enthält mindestens eine Komponente aus der Gruppe PbO, Ga2O3, Bi2O3, CdO, ZnO, BaO und Al2O3. Die Sol-Gel Route birgt wiederum Nachteile bezüglich der Variabilität eines Konverters in sich, da nur sehr dünne Schichten mit einer Dicke von weniger als 10 μm in kompakter Form dargestellt werden können. Die Darstellung kompakter Volumenkörper auf der Sol-Gel Route ist zwar prinzipiell möglich, aber aufwändig wegen langer Trocknungszeiten von mehr als 24 h, wodurch es als teuer und nicht praktikabel für viele wichtige Applikationen einzustufen ist. Des weiteren beinhaltet das benannte Glas nach ROHS verbotene Komponenten.
  • Die Abkürzung RoHS (engl. Restriction of the use of certain hazardous substances in electrical and electronic equipment: „Beschränkung der Verwendung bestimmter gefährlicher Stoffe in Elektro- und Elektronikgeräten”) bezeichnet zusammenfassend die EG-Richtlinie 2002/95/EG zum Verbot bestimmter Substanzen bei der Herstellung und Verarbeitung von elektrischen und elektronischen Geräten und Bauteilen, sowie die jeweilige Umsetzung in nationales Recht, welche maximal 0,01 Gewichtsprozent Cadmium, maximal je 0,1 Gewichtsprozent Blei, Quecksilber, sechswertiges Chrom, PBB und PBDE zulässt.
  • Diese Dicke der Sol-Gel Schichten limitiert weiterhin die Dotierbarkeit mit Leuchtstoffen, wodurch nur eine stark eingrenzte Anzahl sinnvoller Farborte, darüber hinaus mit blau-lastigem Farbeindruck, eingestellt werden kann und somit die Effizienz des Systems nach oben beschränkt ist. Blaue Farbanteile tragen aufgrund niedrigerer Augenempfindlichkeit nur gering zur gesamten Luminosität bei. Die Zusammensetzung üblicher Sol-Gel Precursoren, welch je nach Typ auch chemisch sehr aggressive Substanzen (nennenswerte Konzentrationen an mineralischen Säuren) enthalten, bergen zumindest die Möglichkeit, dass der Chip während der Herstellung geschädigt wird.
  • EP 1605526 A beschreibt die Verwendung von Glasscheiben mit eingebetteten Konversionsmaterialien sowie die Vereinzelung dieser Scheiben und deren Weiterverarbeitung zu Kappen. Das Matrixglas enthält mindestens eine Komponente aus der Gruppe GeO2, TeO2, PbO, CaO und B2O3. Nachteilig ist jedoch, inklusive der vorstehend benannten Probleme, der einem ROHS Verbot unterliegende Pb-Gehalt sowie der Einsatz teurer GeO2- und toxischer TeO2-Rohstoffe.
  • Die Patent Abstracts of Japan, Publication number: 2007-123410 beschreiben eine lichtemittierende Diode, die mit einem hochbrechenden Glas bedeckt ist, in welchem Phosphore eingebettet sind. Das dotierte Glas wird durch gemeinsames (gleichzeitiges) Schmelzen von zerkleinerten Glasscherben und den jeweiligen Phosphoren erhalten. Das verwendete Glas enthält zwingend TeO2 (40–53 Mol%), B2O3 (5–30 Mol%) und ZnO (3–20 Mol%), sowie optional Ga2O3, Bi2O3, GeO2, Y2O3, La2O3, Gd2O3 (0–7 Mol%) und Ta2O5. Die Gefahr der Eigenfärbung dieses Glases aufgrund des Bi2O3- und TeO2-Gehaltes einerseits, andererseits die vorstehend bereits genannten Nachteile sowie erneut der Einsatz teurer und teilweise toxischer Rohstoffe (TeO2 Ga2O3, Bi2O3, GeO2) mit teilweise hohen Anteilen sind für dessen kommerzielle Verwendung äußerst abträglich. Ferner ist dessen kommerzielle Anwendbarkeit aufgrund erhöhter Entmischungs-/ Kristallisationsanfälligkeit in speziellen Ausprägungen in Frage gestellt.
  • Die Patent Abstracts of Japan, Publication number: 2007-016171 beschreiben ein Wellenlängenkonversionsmaterial aus Oxynitrid-Glas mit einem Erweichungspunkt von 700°C oder mehr, und darin verteilten Fluoreszenzmaterialien auf Basis von Nitriden, wobei die Leuchtstoffe bereits in der Schmelze zugegeben werden bzw. auch das Glas selbst aus Leuchtstoff tauglich herstellbar ist. Die Nachteile wie Reaktivität und Eigenfarbe sind auch hier vorhanden. Erhöhte Reaktivität untereinander ist insbesondere in einem erhöhten Temperaturregime bei Temperaturen von mehr als 600°C zu erwarten. Zudem ist die Herstellung von Oxynitrid-Gläsern im Vergleich zur Herstellung von z. B. Silikat-Gläsern aufwändig und teuer.
  • In der WO 2007145047 A1 ist ein Wellenlängenkonversionsmaterial aus einem niedrigschmelzenden Glas mit den Hauptkomponenten SnO, B2O3 und P2O5 und darin verteilten Fluoreszenzmaterialien auf Basis von Nitriden offenbart. Das hier beschrieben Glas bzw. die Glasfamilie neigt insb. aufgrund des P2O5-Gehaltes zur Färbung und ist damit mindestens in bestimmten Zusammensetzungen ungeeignet, einen effektiven Wellenlängenkonverter darzustellen.
  • EP 1880983 beschreibt ein Kompositmaterial, welches durch Mischen und Backen eines Glaspulvers, vermischt mit einem Leuchtstoff, erhalten wird. Der so hergestellte Konverter erreicht eine Energie-Konversions-Effizienz von mindestens 10%. Das beschriebene Glas enthält – wie viele bereits vorher benannte – hohe Anteile an beispielsweise ZnO, B2O3 und Alkalien, mit den damit einhergehenden Nachteilen. Diese führen insbesondere im beschriebenen Zusammensetzungsbereich und dem beschriebenen Herstellverfahren das Potential der Eigenfarbe mit sich. Damit wird die Effizienz des Gesamtsystems verringert und kann, wenn überhaupt, nur wenig über der beanspruchten Grenze von 10% liegen.
  • Zusammenfassend beschreibt der Stand der Technik Lichtquellen basierend auf LED oder Laserdiodenlichtquellen mit Wellenlängen-Konvertern bestehend aus Leuchtstoffen und Matrixmaterialien, bei welchen insbesondere die Matrixmaterialien intrinsische Schwächen und Nachteile aufweisen. Im Falle der Polymere sind dies insbesondere deren Instabilität gegenüber thermischer Belastung und Umwelteinflüssen sowie deren relativ niedrige Brechzahl.
  • Im Falle der benannten anorganischen Matrixmaterialien umfassen diese Nachteile:
    • • deren chem. Reaktivität mit den einzubettenden Leuchtstoffen, die insbesondere im Laufe des Herstellungsprozesses des Konverters bei erhöhten Temperaturen (glasige Matrices) bzw. hohen Temperaturen (keramische Matrices oder schmelzflüssiges Glas) die Fluoreszenzeigenschaften des Phosphors negativ beeinträchtigen oder zerstören (auch bei Phosphoren, deren thermische Stabilität über den notwendigen Prozesstemperaturen liegt, wie beispielsweise Ce:YAG)
    • • Die Beeinträchtigung des Leuchtstoffes bei der Herstellung des Konverters
    • • Die Toxizität einzelner Komponenten der Matrix mit Auswirkungen auf deren Herstellbarkeit
    • • Spezielle und damit teure Synthesen, die weiterhin spezieller Herstellverfahren bedürfen, welche nur kleine Volumina darstellen lassen und damit wiederum kostentreibend wirken
    • • Die teure Zusammensetzung des Matrixglases
    • • Die, mindestens potentielle Gefahr, der Eigenfarbe der beschriebenen Matrixmaterialien, Gläser sowie Glasfamilien nach deren Temperung, Niederschmelzung oder Wiedererschmelzen aus Pulvern.
  • Diese führen einzeln oder in Summe zu ineffizienten Konvertern mit geringerer Lichtausbeute oder sogar zu funktionslosen Exemplaren, welches durch eigene Experimente der Erfinder für einige der vorerwähnten Gläser und Glasfamilien gezeigt werden konnte.
  • Mit der Erfindung soll ein anorganisches Wellenlängen-Konversionsmaterial mit einem Matrixglas mit mindestens einem eingebetteten Leuchtstoff zur Erzeugung weißen oder farbigen Lichtes durch additive Farbmischung des Lichtes unterschiedlicher Wellenlängen bzw. Spektren unterschiedlicher Ausprägung bezüglich deren spektralen Verlaufes bereit gestellt werden.
  • Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Konversionsmaterial mit den Merkmalen des Anspruchs 1, welches vorzugsweise gemäß einem Verfahren mit den Merkmalen des Verfahrens 22 hergestellt ist.
  • Dieses Konversionsmaterial umfasst ein Glas, welches im Folgenden auch als Matrix oder Matrixglas bezeichnet wird und liegt als Bulkmaterial oder loses bzw. gesintertes Pulver vor.
  • Als transparente Matrix kommt bei vorliegender Erfindung in einer ersten Gruppe bevorzugter Ausführungsbeispiele ein Glas zum Einsatz, dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient zwischen 3 und 11·10–6K–1 liegt und dessen Brechwert nd Werte oberhalb von 1,6 oder gleich 1,6 annimmt.
  • Das Matrixglas ist weiter dadurch gekennzeichnet, dass die verwendeten Phosphore (zum Beispiel Ce:YAG) bei der Einschmelzung/Temperung/Sinterung nicht bzw. nicht in nennenswertem Ausmaß angegriffen oder aufgelöst werden, wodurch deren Funktionalität zumindest eingeschränkt oder ganz verloren ginge. Der nach Einschmelzung/Temperung/Sinterung erhaltene Körper soll im folgenden auch als Konverter bzw. Konversionsmaterial bezeichnet werden.
  • Die Zusammensetzung des Matrixglases ist frei von toxischen und/oder umwelt- bzw. gesundheitsbedenklichen Komponenten.
  • Die Herstellung erfolgt vorzugsweise über Schmelzen der Glasrohstoffe, Bildung einer Fritte (oder dünne Scherben) durch Ausgießen der Schmelze, beispielsweise in Wasser (oder zwischen gekühlten Walzen), Aufmahlen der Fritte zu einem Glaspulver, Versetzen des Matrix-Pulvers mit Fluoreszenzstoffen (Phosphoren) und thermischer Behandlung beispielsweise Sinterung zu einem neuen Glaskörper/Glasmatrix-Verbundwerkstoff, dem Konverter.
  • Die Glasmatrix ist weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass diese schon als reiner Glaskörper aus obigen Prozess keine Eigenfarbe hat und somit sowohl Primärlicht als auch Sekundärlicht in idealer Weise unverändert, dies bedeutet nicht geschwächt oder durch Absorptionen spektral verändert, für die Farbmischung bereitgestellt werden.
  • Im allgemeinen wird somit die Konversion Lichtes einer Wellenlänge w1 bzw. eines spektralen Wellenlängenbereiches w1 in Licht einer Wellenlänge w2 bzw. eines spektralen Wellenlängenbereiches w2 bzw. bei Verwendung von n Leuchtstoffen in Licht der Wellenlänge wn bzw. eines spektralen Wellenlängenbereiches wn, um in der Summe Licht mit der prinzipiellen spektralen Verteilung z1·w1 + z2·w2 + ... + zn·wn zu erhalten, wobei der Faktor z die Anteile und Farbstärke der zughörigen Wellenlängen oder Wellenlängenbereiche angibt, welche an der Farbmischung beteiligt sind, berücksichtigt. Dies auf Basis einer Primärlichtquelle beispielsweise LED oder LD, deren Spektrum mindestens teilweise Licht entsprechend der Anregungsspektren der Leuchtstoffe emittiert und so zur Emission von Licht anderer Wellenlängen führt. Die eingesetzte Lichtquelle kann, muss allerdings nicht, mit deren eigenem Licht, welches teilweise nicht in andere Wellenlängen konvertiert wurde, zur Mischung beitragen.
  • Somit ist es vorteilhaft, auch ein anorganisches Matrixmaterial/Matrixglas bereitzustellen, welches
    • • Thermisch, chemisch und gegenüber Umwelteinflüssen beständig ist
    • • Keine umwelt- und/oder gesundheitsbedenklichen Komponenten enthält
    • • Ohne aufwändige Methoden in Volumen und damit kostengünstig darstellbar ist
    • • Sich chemisch inert gegenüber den einzubettenden Leuchtstoffen verhält (und vice versa)
    • • In der Ausbildung als Matrix für Konversionsmaterial (1) ohne Leuchtstoffe im wesentlichen keine Eigenfarbe aufweist und
    • • (2) mit Leuchtstoffen eine niedrige Remission (Rückstreuung) im Spektralbereich von deren Absorptionsbanden besitzt. Im einzelnen: o dass das Matrixglas als Bulkmaterial/Glas eine hohe Reintransmission τi > 80% bei einer durchleuchteten Dicke des Matrixglases d = 1 mm im Wesentlichen ohne Absorptionsbanden im Wellenlängenbereich von 350 bis 800 nm besitzt o dass die Summe aus Transmission und Remission das Matrixglases allein (d. h. undotiert) gesintert im Spektralbereich bevorzugt von 350 nm bis 800 nm (inklusive dem Spektralbereich der Primärlichtquelle oder der Primärlichtquellen) mindestens > 80%, bevorzugt > 85%, meist bevorzugt > 90% beträgt o sowie der sich über diese Spektralbereiche einstellende maximale und minimale Betrag der Differenz von Remission und Transmission um nicht mehr als 40% bevorzugt um nicht mehr als 25% sowie am meisten bevorzugt um nicht mehr als 15% unterscheidet, o dass die Remission des mit Leuchtstoffen dotierten Matrixglases im gesinterten Zustand im Spektralbereich der Primärlichtquelle < 30%, bevorzugt < 25%, meist bevorzugt < 15% beträgt, und o dass die Summe aus Transmission und Remission des mit Leuchtstoffen dotierten Matrixglases im gesinterten Zustand im Spektralbereich von 350 nm bis 800 nm, exklusive des Spektralbereichs der Primärlichtquellen, mindestens > 80%, bevorzugt > 85%, meist bevorzugt > 90% beträgt o sowie der sich über diese Spektralbereiche einstellende maximale und minimale Betrag der Differenz von Remission und Transmission um nicht mehr als 40% bevorzugt um nicht mehr als 25% sowie am meisten bevorzugt um nicht mehr als 15% unterscheidet
    • • sowie bei einer ersten Gruppe von bevorzugten Ausführungsformen einen Brechwert größer oder gleich 1,6 aufweist.
  • Womit ohne Einschränkung der Allgemeinheit bezüglich der Generierung weiterer Lichtfarben die Konversion blauen in gelbes Licht, um in der Summe weißes Licht oder den physiologischen Farbeindruck weißen Lichtes zu erhalten, ermöglicht wird. Als weißes Licht wird nachfolgend nicht nur das vollständige Spektrum sichtbaren Lichtes sondern insbesondere auch jede Art von Licht bezeichnet, welches zumindest beim Menschen den Eindruck weißen Lichtes erzeugt.
  • Im Speziellen umfasst die Erfindung bevorzugt:
    • – die Konversion blauen Lichtes einer Primärlichtquelle mittels eines Leuchtstoffes in gelbes Licht, um in der Summe den Farbeindruck weißen Lichtes zu erhalten. Im speziellen Falle zur Herstellung einer als weiß empfundenen Lichtquelle basierend auf einer blauen LED und einem Leuchtstoff des Types Ce:YAG (mit Emission in dem Wellenlängenbereich um 560 nm).
    • – Konversion blauen Lichtes mittels mindestens einem jeweils passenden Leuchtstoff in gelbes und/oder rotes und/oder grünes Licht, um in der Summe weißes Licht zu erhalten (in der Mischung von RGB oder RGGB)
    • – Konversion blauen Lichtes mittels mindestens einem jeweils passenden Leuchtstoff in gelbes und/oder rotes und/oder grünes Licht, um in der Summe Licht einer bestimmten Farbe zu erhalten. Bevorzugte Leuchtstoffe enthalten als Wirtsmaterial zumindest einen Stoff aus der Gruppe umfassend Oxide, Nitride, Oxynitride, Sulfide, Oxysulfide, Halogenide, Halooxide, Halosulfide, Telluride und Selenide, wobei das Wirtsmaterial zumindest mit einem Stoff aus der Gruppe dotiert ist, welche Seltene Erden (Ce, Eu, Tb, Gd, ...), Übergangsmetalle (Cr, Mn) und Schwermetalle (Tl, Pb, Bi) enthält.
  • Bei der Konversion von UV-Licht wird in den beschriebenen Fällen jeweils noch ein zusätzlicher Leuchtstoff benötigt, der im blauem Spektralbereich emittiert.
  • Eine erste Gruppe bevorzugter erfindungsgemäßer Matrixgläser weist nachfolgende Eigenschaften auf:
    • a.) eine Brechzahl, die größer oder gleich 1,6 ist, wobei das Matrixglas einen Brechwert größer oder gleich 1,6, bevorzugt 1,65–2,0 bevorzugt 1,8–1,95 hat und damit an die Leuchtstoffe (im spez. Ce:YAG n ~ 1,8) angepasst ist.
    • b.) Bei welchem die Differenz zur Brechzahl des Materials des Halbleiterelementes ”minimiert” ist, welche je nach Konfiguration des Halbleiterelementes beispielsweise: 1,8 (Saphir), 2,5 (GaN oder InGaN) bis 3,5 (AlInGaP) beträgt. Insbesondere im direkten Kontakt von Konverter und Halbleiterelement ist diese Anpassung im Rahmen des möglichen wichtig, um effizient blaues Licht in den Konverter einzukoppeln.
    • c.) Das Matrixglas hat im Wesentlichen keine Eigenfarbe, welches umfasst, o dass das Matrixglas als Bulkmaterial/Glas eine hohe Reintransmission τi > 80% bei d = 1 mm ohne Absorptionsbanden im Wellenlängenbereich von 350 bis 800 nm hat, o dass die Summe aus Transmission und Remission das Grundglase/Matrixglases allein (d. h. undotiert) gesintert im Spektralbereich von 350 nm bis 800 nm (inklusive dem Spektralbereich der jeweiligen Primärlichtquelle) mindestens > 80%, bevorzugt > 85%, meist bevorzugt > 90% beträgt, wobei als Spektralbereich der Primärlichtquelle der Bereich im Spektrum, innerhalb welchem die Primärlichtquelle Licht emittiert, bezeichnet wird, o sowie der sich über diese Spektralbereiche einstellende maximale und minimale Betrag der Differenz von Remission und Transmission um nicht mehr als 40% bevorzugt um nicht mehr als 25% sowie am meisten bevorzugt um nicht mehr als 15% unterscheidet o dass die Remission des mit Leuchtstoffen dotierten Matrixglases im gesinterten Zustand im Spektralbereich der Primärlichtquelle < 30%, bevorzugt < 25, meist bevorzugt < 15% beträgt, und o dass die Summe aus Transmission und Remission des mit Leuchtstoffen dotierten Matrixglases im gesinterten Zustand im Spektralbereich von 350 nm bis 800 nm, exklusive des Spektralbereichs der Primärlichtquellen, mindestens > 80%, bevorzugt > 85%, meist bevorzugt > 90% beträgt, o sowie der sich über diese Spektralbereiche einstellende maximale und minimale Betrag der Differenz von Remission und Transmission um nicht mehr als 40% bevorzugt um nicht mehr als 25% sowie am meisten bevorzugt um nicht mehr als 15% unterscheidet
  • Vorteilhaft ist bei den erfindungsgemäßen Matrixgläsern ferner eine in weiten Bereichen einstellbare Konverterdicke (30 ... einige 1000 μm): dies führt zu einer größeren Designfreiheit für die Bereitstellung hocheffizienter Konversionsmaterialien, da dann Dichte und absolute Menge der Leuchtstoffe unabhängig variiert werden kann und somit Farbort und Effizienz der mit dem Matrixglas und der Primärlichtquelle versehenen Lichtquelle optimal eingestellt werden kann.
  • Sehr vorteilhaft ist auch die chemische Inertheit gegenüber den einzubettenden Phosphoren und vice versa, dies bedeutet die chemische Inertheit der einzubettende Phosphore oder Leuchtstoffe gegenüber dem Matrixglas.
  • Von großem Vorteil ist es ferner, wenn die Glasmatrix und die Leuchtstoffe nicht nur gegeneinander inert sind sondern auch bei erhöhten Temperaturen nicht miteinander reagieren bzw. im Falle einer Reaktion die Leuchtstoffeigenschaften nicht negativ beeinflusst werden. Dies sowohl im Falle der Herstellung des Konverters als auch beim Betrieb der resultierenden Lichtquelle.
  • Vorteilhaft ist auch die Prozessierbarkeit in etablierten industriellen Prozessen, die einfache, endformnahe Fertigung, bzw. Fertigung der Endform zu plausiblen Kosten sowie Sonderausprägungen eines Konverters (beispielsweise Gradienten in der Leuchtstoffdotierung, zusätzliche optische Elemente) zulassen.
  • Folgende Gläser, Glasfamilien erfüllen die erfindungsgemäßen Anforderungen in überraschender Weise sehr gut:
    Lanthan-Borosilikatgläser mit Zinkanteil, Aluminium-Borosilikate mit Yttriumanteil und Erdalkali-Silikate.
  • Beispielgläser sind:
    • • N-LaSF40 (SCHOTT AG), N-LASF46 (SCHOTT AG)
    • • P-LaSF47 (SCHOTT AG), K-VC89 (Sumita),
    • • N-KzFS5 (SCHOTT AG), S-NBH5 (Ohara),
    • • N-KzFS8 (SCHOTT AG),
    • • Y2O3-haltige Gläser (SCHOTT AG) mit nd größer oder gleich 1,6: N-LAK9, N-LAK33A, N-LAK34, N-LAF2, N-LAF7, N-LAF21, N-LAF34, N-LASF44, P-LASF47, K-LAFK60 (Sumita)
  • Es ist ferner mit der vorliegenden Erfindung u. a. vorteilhaft möglich, eine Glasmatrix für Konversionsmaterialien bereitzustellen, mit welchem, insbesondere auch aufgrund ökologischer Erwägungen, ohne die Verwendung von Tl2O, TeO2 und As2O3 und vorzugsweise auch ohne die Komponente Bi2O3, gewünschte und vorteilhafte optische Eigenschaften (nd/νd) bei gleichzeitig geringen Verarbeitungstemperaturen ermöglicht werden.
  • Diese Gläser dürfen keine Trübung, Kristallisation und Eigenfärbung als Matrixglas aufweisen, sollen ferner ohne Eigenfarbe sinterbar sein und möglichst wenig chemisch reaktiv gegenüber den enthaltenen Leuchtstoffen sein.
  • Bei einer ersten Gruppe erfindungsgemäßer Matrixgläser haben diese einen Brechwert nd von nd >= 1,6 und vorzugsweise eine geringe Verarbeitungstemperatur. Auch sollen diese gut zu schmelzen und zu verarbeiten sein, sowie eine ausreichende Entglasungsstabilität aufweisen, die eine Fertigung der Gläser in kontinuierlich geführten Aggregaten möglich macht.
  • Insbesondere wird ein arsen-, und vorzugsweise Bi2O3-freies Glas mit einem Brechwert nd von nd ≥ 1,6 bereitgestellt, welches die folgenden Komponenten umfasst (in Gew.-% auf Oxidbasis).
  • Die nachfolgende Tabelle umfasst Bsp. 2 bis 4 der ersten Gruppe
    SiO2 3–7
    B2O3 16–22
    Al2O3 0–1
    ZnO 3–26
    TiO2 1–11
    ZrO2 1–8
    La2O3 32–45
    Nb2O5 5–16
    WO3 0–7
    Y2O3 0–5
    BaO 0–6
    MgO 0–6
    CaO 0–6
    SrO 0–6
    Summe Erdalkalioxide 0–10
    Läutermittel 0–2
  • Die nachfolgende Tabelle umfasst Bsp. 5 der ersten Gruppe
    SiO2 1–5
    B2O3 29–35
    Al2O3 20–6
    Y2O3 35–45
    ZnO 0–6
    TiO2 0–6
    ZrO2 0–6
    La2O3 0–6
    Nb2O5 0–6
    WO3 0–6
    BaO 0–6
    MgO 0–6
    CaO 0–6
    SrO 0–6
    Summe Erdalkalioxide 0–10
    Läutermittel 0–2
  • Die nachfolgende Tabelle umfasst Bsp. 6 der ersten Gruppe
    SiO2 37–45
    Al2O3 3–7
    Na2O + K2O 8–12
    BaO 22–<30
    ZnO 5–10
    ZrO2 2–7
    La2O3 2–<4
    P2O5 0–6
    MgO + CaO 0–8
    Läutermittel 0–2
  • Bevorzugt
    SiO2 39–45
    Al2O3 3–7
    Na2O + K2O 8–12
    BaO 24–<30
    ZnO 5–10
    ZrO2 2–7
    La2O3 2–<4
    P2O5 0–6
    MgO + CaO 0–8
    Läutermittel 0–2
  • Das erfindungsgemäße Glas ist vorzugsweise auch frei von färbenden, und/oder optisch aktiven, wie laseraktiven, Komponenten.
  • Insbesondere ist das erfindungsgemäße Glas vorzugsweise auch frei von Komponenten, welche redoxempfindlich sind, wie beispielsweise Ag2O oder Bi2O3, und/oder frei von toxischen bzw. gesundheitsschädlichen Komponenten, wie beispielsweise die Oxide von Tl, Te, Be und As.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das in dieser Beschreibung und in den Ansprüchen genannte Glas auch vorzugsweise frei von anderen, in den Ansprüchen nicht genannten Komponenten, d. h. gemäß einer derartigen weiteren Ausführungsform besteht das Glas im wesentlichen aus den genannten Komponenten. Der Ausdruck „im wesentlichen bestehen aus” bedeutet dabei, dass andere Komponenten höchstens als Verunreinigungen vorliegen, jedoch der Glaszusammensetzung nicht als einzelne Komponente beabsichtigt zugegeben werden.
  • Das erfindungsgemäße Glas kann übliche Läutermittel in geringen Mengen beinhalten. Vorzugsweise beträgt die Summe der zugesetzten Läutermittel höchstens 2,0 Gew.-% mehr bevorzugt höchstens 1,0 Gew.-% Als Läutermittel kann in dem erfindungsgemäßen Glas mindestens eine der folgenden Komponenten enthalten sein (in Gew.-%, additiv zur übrigen Glaszusammensetzung):
    Sb2O3 0–1 Und/oder
    As2O3 0–1 Und/oder
    SnO 0–1 Und/oder
    SO4 2– 0–1 Und/oder
    Cl– 0–1 Und/oder
    F– 0–1
  • Auch Fluor und fluorhaltige Verbindungen neigen während des Schmelz- und Aufschmelzvorgangs und während des Sinterprozesses zum Verdampfen und erschweren dadurch ein genaues Einstellen der Glaszusammensetzung bzw. nach dem Sintern der Glasmatrix. Das erfindungsgemäße Glas ist daher vorzugsweise auch fluorfrei.
  • Die Tabellen enthalten Ausführungsbeispiele in den bevorzugten Zusammensetzungsbereichen. Die in den Beispielen beschriebenen Gläser wurden mit unterschiedlichen Prozessparametern hergestellt, was einhergeht mit den physikalischen Eigenschaften der Gläser.
  • Ausführungsbeispiele der Herstellung der Matrixgläser
  • Herstellung Beispiel 6:
  • Die Rohstoffe für die Oxide, werden abgewogen, ein oder mehrere Läutermittel, wie z. B. As2O3, zugegeben und anschließend gut gemischt. Das Glasgemenge wird bei ca. 1330°C in einem diskontinuierlichen Schmelzaggregat eingeschmolzen, danach geläutert (1380°C) und homogenisiert. Bei einer Gusstemperatur von etwa 1380°C kann das Glas gegossen und zu den gewünschten Abmessungen z. B. als Ribbons verarbeitet werden. In großvolumigen, kontinuierlichen Aggregaten können die Temperaturen erfahrungsgemäß um mindestens ca. 100 K abgesenkt werden.
  • Ribbons werden erhalten durch Gießen des Glases über zwei Walzen. Diese lassen sich besser zu Pulver vermahlen, einer Vorstufe zum Sintern, als Scherben. Tabelle: Schmelzbeispiel für 100 kg berechnetes Glas (gemäß Beispiel 6)
    Oxid Gew.-% Rohstoff Einwaage (g)
    SiO2 39,9 SiO2 39880,35
    Al2O3 5,0 Al(OH)3 7669,3
    Na2O 10,0 Na2CO3 17099,59
    ZnO 8,0 ZnO 7976,07
    ZrO2 5,0 ZrO2 4985,04
    BaO 25,9 BaCO3 33621,56
    1,0 Ba(NO3)2 1688,70
    La2O3 5,0 La2O3 5030,32
    As2O3 0,3 As2O3 299,10
    Summe 100,1 118250,04
  • Die Eigenschaften des so erhaltenen Glases sind in der nachfolgenden Tabelle als Beispiel 6 angegeben. Tabelle der Ausführungsbeispiele für die Glasmatrix für das Konversionsmaterial
    Bsp 2 3 4 5 6
    Oxide
    SiO2 5,3 5,4 5,6 2,8 40
    B2O3 18,5 19,6 18,1 32,1
    Al2O3 23,5 5,0
    Na2O 10,0
    PbO
    ZnO 22,1 23,5 4,9 8,0
    BaO 2,1 27
    TiO2 2,7 4,2 8,8
    ZrO2 2,9 3,0 6,0 5,0
    La2O3 35,5 36,8 42,3 5,0
    Nb2O5 7,4 7,9 12,3
    WO3 5,1
    Y2O3 41,6
    nd 1,834 1,834 1,901 1,6641 1,6001
    CTE (20,300°C) [10–6/K] 6,9 6,9 7,2 6,97 10,8
    Tg [°C] 585 590 645 684 541
    T (η = 107,6 dPas) [°C] 673 677 735 742
    T (η = 104 dPas) [°C] 786 852 983
  • Bevorzugte Ausführungsbeispiele des Herstellungsverfahrens des Konversionsmaterials
  • Die im Folgenden beschriebenen Beispiele sowohl der ersten als auch der zweiten Gruppe erfindungsgemäßer Ausführungsformen unterliegen im wesentlichen jeweils der gleichen Methodik zur Herstellung.
  • Pulver der Ausgangsgläser – vermahlen auf eine Körnung von d50 < 20 μm, bevorzugt < 10 μm, meist bevorzugt < 8 μm – werden mit einem Leuchtstoff – beispielsweise Ce:YAG einer Körnung d50 zwischen < 20 μm, bevorzugt < 10 μm, meist bevorzugt < 8 μm auf Basis von Gewichtsprozenten eingewogen und in einem Mischaggregat- beispielsweise Taumelmischer Turbula (Typ T2C/Fa. Willi A. Bachofen/Basel) oder Speedmix (Typ DAC 150 FVZ/Hauschildt Engineering) über 1 bis 120 min, bevorzugt 1 bis 5 min (Speedmix) bzw. 15 bis 120 min (Turbula), meist bevorzugt 1 bis 3 min (Speedmix) bzw. 60 bis 120 min (Turbula) gemischt.
  • Wobei der D50- oder auch Medianwert, derjenige Wert ist, welcher eine Korngröße angibt, bei der 50% der Partikel feiner, und 50% gröber sind als dieser angegebene Wert.
  • Es existieren auch nanoskalige Phosphore, dies bedeutet Leuchtstoffe mit äußeren Abmessungen im Bereich einiger Nanometer, insbesondere von weniger als 100 bis 200 nm, welche ebenfalls verwendbar sind.
  • Die Pulvermischung oder auch das pure Glaspulver wird anschließend in Portionen der Gestalt entnommen, dass ein Pulverkörper mit einem Durchmesser von ca. 10 mm, bevorzugt 5 mm, am bevorzugtesten von weniger als 5 mm aber mindestens 1 mm und einer Höhe von ca. 3 mm bzw. 1 mm oder 0,5 bis 0,1 mm erstellt werden kann.
  • Die Schüttung erfolgt auf ein thermisch stabiles Substrat in ein die Schüttung begrenzendes beispielsweise rohr- oder ringförmiges Element und wird manuell verfestigt oder einem uniaxialen Pressprozess zugeführt, der durch Zugabe üblicher Presshilfsmittel optimiert gestaltet werden kann. Dies der Art, dass anschließend die äußere Abgrenzung entfernt werden kann. Danach erfolgt die Temperung der Proben bei Temperatur-, Zeitregimen (Aufheizraten und Haltezeiten), die den Matrixgläsern hinsichtlich deren Erweichungstemperatur angepasst sind. Abhängig von der Steilheit des Viskositätsverlaufes des Glases liegen ohne Beschränkung der Allgemeinheit die Zieltemperaturen T der Temperung im Bereich zwischen EW und Va des Matrixglases, in der Regel in einem Regime von EW + 150 K.
  • Die Aufheizung erfolgt so, dass von einem ausgeglichenen Temperaturniveau im Ofen und insbesondere der Schüttung bzw. ggf. mehrerer Schüttungen ausgegangen werden kann.
  • Insbesondere das zu wählende Zeitregime ist dabei typischerweise von Art, Größe und Auslegung (auch der Regelung) des Temperaggregates abhängig. Im vorliegenden Ofen (Typ Nabertherm N70/H; Regelung Naber C16 und Eurotherm Typ 2604) haben sich Aufheizraten zwischen 1 K/min bis 30 K/min, bevorzugt 1 K/min bis 20 K/min, meist bevorzugt 1 K/min bis 10 K/min auf Zieltemperatur und Haltezeiten vor Abkühlung mit Ofenkennlinie von 0 bis 60 min, bevorzugt 0 bis 30, meist bevorzugt 10 bis 30 min bewährt.
  • Nach der Temperung werden die so entstandenen Kompositkörper bestehen aus Glasmatrix und mindestens einem Leuchtstoff nachbearbeitet, dabei kommen Schleif- und oder Läppmittel der Körnung bis < 400 μm (beidseitig) sowie fallweise beispielsweise Diamant-Poliermittel Körnung bis < 1 μm (einseitig) zum Einsatz, so dass damit beidseitig raue bzw. einseitig rau bzw. polierte Oberflächen vorliegen.
  • Die Messung der optischen Daten Remission bzw. Transmission erfolgte in einem üblichen Spektrometer mit Probe vor (Transmission) bzw. hinter (Remission) einer Integrationssphäre im Wellenlängenbereich von 250 bis 2500 nm, mindestens aber im Bereich von 300 bis 800 nm, um die vorstehend genannten Größen zu ermitteln.
  • Die interne Konversionsquantenausbeute, der in der Glasmatrix eingebetteten Leuchtstoffe, war gegenüber der internen Konversionsquantenausbeute, der nicht eingebetteten Leuchtstoffe, um nicht mehr als 20%, bevorzugt um nicht mehr als 10% und am meisten bevorzugt um nicht mehr als 5% vermindert. Gemessen wurde die interne Konversionsquantenausbeute jeweils mittels der Abklingzeiten der angeregten optischen Übergänge in den Leuchtstoffen.
    Beispiel A B C D E F G H
    Glastyp/Anteil gew% Bsp. 2 100 Bsp. 2 98 Bsp. 2 92,5 Bsp 2 85 Bsp. 3 95 Bsp. 3 90 Bsp. 4 90 Bsp. 6 90
    Leuchtstoff1/Anteil Gew.-% 0 2 5 15 5 10 10 10
    Leuchtstoff2/Anteil Gew.-% 0 0 2,5 0 0 0 0 0
    Temperatur 7°C 700 700 700 700 650 650 743 770
    Rampe/K/min 1 1 1 1 15 15 1 1
    Haltezeit/min 0 0 10 5 45 60 0 5
    Dicke undotiert/mm 1,5 1,5 1,5 1,5 0,5 0,5 1,5 1,5
    Remission + Transmission undotiert/%; für Vis (380–780 nm) incl. PL 404 ... 460 nm 82 + 10 = 92 82 + 11 = 93 81 + 9 = 90 83 + 11 = 94 89 + 5 = 94 88 + 7 = 95 75 + 10 = 85 80 + 7 = 87
    Eigenfarbe undotiert Keine keine keine keine keine keine keine Keine
    Dicke dotiert/mm - 0,5 0,5 0,2 0,5 0,3/0,5 0,5 0,5
    Remission dotiert Bei PL 460 nm - 29% 11% 15% 21% 2 Bsp. 9%/11% 22 17
    Remission + Transmission dotiert/%; Dicke/mm für Vis (380–780 nm) exclusive PL - 79 + 11 = 90 78 + 10 = 88 80 + 14 = 94 81 + 8 = 89 73 + 19 = 92/78 + 10 = 88 70 + 11 = 81 73 + 11 = 84
  • Die nachfolgend beschriebenen Gläser und Glasfamilien einer zweiten bevorzugten Gruppe von Ausführungsbeispielen erfüllen die erfindungsgemäßen Anforderungen überraschenderweise ebenfalls, weisen jedoch einen Brechungsindex auf, welcher kleiner als 1,6 ist.
  • Der Brechungsindex dieser Gläser liegt bevorzugt bei 1,43 bis 1,6 und am meisten bevorzugt bei 1,45 bis 1,49. Hierdurch sind diese Gläser an die Brechzahl der die Lichtquellen/Einheiten umgebenden Polymere (Epoxyde oder Silikone, i. a. Polymer mit nd zw. 1,3 und 1,6) relativ gut angepasst.
  • Ferner wird die Differenz zur Brechzahl von Luft als letztlich das Gesamtsystem Lichtquelle umgebendes Medium deutlich vermindert.
  • Besonders im indirekten Kontakt von Konvertermaterial zu Halbleiterelement und weiteren umgebenden (Bau-)Elementen ist diese Anpassung wichtig, um anregendes Licht (beispielsweise einer blauen LED), welches den Konverter durchdringt, sowie im Konverter generiertes Licht aus dem Konverter effizient auszukoppeln. Als indirekter Kontakt wird hierbei eine Anordnung ohne direkten mechanischen Kontakt verstanden, dies bedeutet insbesondere so, dass sich die evaneszenten Felder des sich ausbreitenden Lichtes, welche die jeweiligen Materialien umgeben, nicht oder im Wesentlichen nicht messbar überlagern.
  • Bevorzugte Gläser dieser Gruppe umfassen beispielsweise Zink-Phosphate, Borosilikate, Aluminium-Borosilikate und Erdalkali-Silikate.
  • Bsp.-Gläser sind:
    • • BF33/BF40 (SCHOTT AG), Pyrex (Corning)
    • • 8250 (SCHOTT AG)
    • • AF32 (SCHOTT AG), AF37 (SCHOTT AG), AF45 (SCHOTT AG), 1737 (Corning), Eagle 2000 (Corning), Eagle XG (Corning)
    • • N-SK 57 (SCHOTT AG)
    • • D263 (SCHOTT AG)
    • • Opt. Gläser K-PBK40 (Sumita), K-CSK120 (Sumita), P-SK5 (Hikari), K-PSK50 (Sumita), D-K9L (GDGM), D-ZK2 (GDGM), D-ZK3 (GDGM)
  • Vorteilhaft wird mit vorliegender Erfindung u. a., eine Glasmatrix für Konversionsmaterialien bereitgestellt, mit welcher, insbesondere auch aufgrund ökologischer Erwägungen, ohne die Verwendung von Tl2O, TeO2 und As2O3 und vorzugsweise auch ohne die Komponente Bi2O3, gewünschte und vorteilhafte optische Eigenschaften (nd/νd) bei gleichzeitig geringen Verarbeitungstemperaturen ermöglicht werden.
  • Diese Gläser weisen keine Trübung, Kristallisation und Eigenfärbung als Matrixglas auf und sind ferner ohne Eigenfarbe sinterbar. Dabei sind diese Gläser chemisch nur wenig reaktiv gegenüber den verwendeten Leuchtstoffen.
  • Ferner sind diese Gläser gut zu schmelzen und zu verarbeiten und weisen eine ausreichende Entmischungs- und Kristallisationsstabilität auf, die eine Fertigung der Gläser in kontinuierlich geführten Aggregaten möglich macht.
  • Insbesondere wird ein arsen-, und vorzugsweise Bi2O3 freies Glas mit einem Brechwert nd von nd < 1,6 bereitgestellt, welches die folgenden Komponenten umfasst (in Gew.-% auf Oxidbasis):
    Die nachfolgende Tabelle umfasst Beispiel 1 der zweiten Gruppe
    P2O5 44–55
    B2O3 0–8
    Al2O3 0–5
    ZnO 22–32
    La2O3 0,5–5
    BaO 4–13
    Na2O 5–15
    K2O 0–8
    MgO 0–5
    CaO 0–5
    Summe Alkalioxide <=15
    Summe Erdalkalioxide <=8
  • Bevorzugt
    P2O5 46–53
    B2O3 0–5
    Al2O3 0–3
    ZnO 24–31
    La2O3 0,5–4
    BaO 4–11
    Na2O 6–13
    K2O 0–6
    MgO 0–4
    CaO 0–4
    Summe Alkalioxide <=13
    Summe Erdalkalioxide <=5
    Läutermittel <=2
  • Die nachfolgende Tabelle umfasst Beispiel 2 der zweiten Gruppe
    SiO2 40–44
    B2O3 14–16
    Al2O3 3–6
    ZnO 2–4,5
    TiO2 0,1–0,5
    BaO 23–27
    SrO 0,1–1
    Li2O 5,5–<7
    Na2O 2–4
    K2O 0–4
  • Bevorzugt
    SiO2 41–43
    B2O3 14–16
    Al2O3 3,5–6
    ZnO 2,5–4
    TiO2 0,1–0,5
    BaO 23–27
    SrO 0,3–1
    Li2O 5,5–6,5
    Na2O 2–4
    K2O 0–6
  • Die nachfolgende Tabelle umfasst Beispiel 3 der zweiten Gruppe
    SiO2 >58–65
    B2O3 >6–10,5
    Al2O3 >14–25
    ZnO 0–<2
    BaO >3–5
    MgO 0–<3
    CaO <=9
    MgO + CaO + BaO >=8
    ZrO2 0–2
    TiO2 0–2
    ZrO2 + TiO2 0–2
    As2O3 0–1,5
    Sb2O3 0–1,5
    CeO2 0–1,5
    Cl– 0–1,5
    F– 0–1,5
    SO4 2– 0–1,5
    As2O3 + Sb2O3 + SnO2 + CeO2 + Cl– + F– + SO4 2– <1,5
  • Bevorzugt
    SiO2 >58–65
    B2O3 >8–10,5
    Al2O3 >18–20,5
    ZnO 0,1–<2
    BaO >3–4
    MgO 0–<3
    CaO –<=9
    MgO + CaO + BaO –>=8
    ZrO2 0–2
    TiO2 0–2
    ZrO2 + TiO2 0–2
    As2O3 0–1,5
    Sb2O3 0–1,5
    CeO2 0–1,5
    Cl– 0–1,5
    F– 0–1,5
    SO4 2– 0–1,5
    As2O3 + Sb2O3 + SnO2 + CeO2 + Cl– + F– + SO4 2– <1,5
  • Die nachfolgende Tabelle umfasst Beispiel 5 der zweiten Gruppe
    SiO2 55–79
    B2O3 3–25
    Al2O3 0–10
    Li2O 0–10
    Na2O 0–10
    K2O 0–10
    Li2O + Na2O + K2O 0,5–16
    MgO 0–2
    CaO 0–3
    SrO 0–3
    BaO 0–3
    ZnO 0–3
    MgO + CaO + SrO + BaO + ZnO 0–10
    ZrO2 0–3
    CeO2 0–1
    WO3 0–1
    Läutermittel 0–2
  • Die nachfolgende Tabelle umfasst Beispiel 6 der zweiten Gruppe
    SiO2 65–82
    B2O3 5–13
    Al2O3 2–8
    ZrO2 0–2
    Li2O + Na2O + K2O 3–10
    MgO + CaO + SrO + BaO + ZnO 0–7
    Läutermittel 0–2
  • Das erfindungsgemäße Glas ist vorzugsweise auch frei von färbenden, und/oder optisch aktiven, wie laseraktiven, Komponenten.
  • Insbesondere ist das erfindungsgemäße Glas vorzugsweise auch frei von Komponenten, welche redoxempfindlich sind, wie beispielsweise Ag2O oder Bi2O3, und/oder frei von toxischen bzw. gesundheitsschädlichen Komponenten, wie beispielsweise die Oxide von Tl, Te, Be und As.
  • Jedenfalls ist das Glas bevorzugt frei von Arsen.
  • Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das erfindungsgemäße Glas auch vorzugsweise frei von anderen, in den Ansprüchen nicht genannten Komponenten, d. h. gemäß einer derartigen Ausführungsform besteht das Glas im wesentlichen aus den genannten Komponenten.
  • Der Ausdruck „im wesentlichen bestehen aus” bedeutet dabei, dass andere Komponenten höchstens als Verunreinigungen vorliegen, jedoch der Glaszusammensetzung nicht als einzelne Komponente beabsichtigt zugegeben werden.
  • Das erfindungsgemäße Glas kann übliche Läutermittel in geringen Mengen beinhalten. Vorzugsweise beträgt die Summe der zugesetzten Läutermittel höchstens 2,0 Gew.-%, mehr bevorzugt höchstens 1,0 Gew.-%. Als Läutermittel kann in dem erfindungsgemäßen Glas mindestens eine der folgenden Komponenten enthalten sein (in Gew.-%, additiv zur übrigen Glaszusammensetzung):
    Sb2O3 0–1 Und/oder
    As2O3 0–1 Und/oder
    SnO 0–1 Und/oder
    SO4 2– 0–1 Und/oder
    Cl– 0–1 Und/oder
    F– 0–1
  • Auch Fluor und fluorhaltige Verbindungen neigen während des Schmelz- und Aufschmelzvorgangs und während des Sinterprozesses zum Verdampfen und erschweren dadurch ein genaues Einstellen der Glaszusammensetzung bzw. nach dem Sintern der Glasmatrix. Das erfindungsgemäße Glas ist daher vorzugsweise auch fluorfrei.
  • Die in den Beispielen beschriebenen Gläser wurden mit unterschiedlichen Prozessparametern hergestellt, was einhergeht mit den physikalischen Eigenschaften der Gläser.
  • Herstellung Beispiel 2:
  • Die Rohstoffe für die Oxide werden abgewogen, ein oder mehrere Läutermittel, wie z. B. Sb2O3, zugegeben und anschließend gut gemischt. Das Glasgemenge wird bei ca. 1320°C in einem kontinuierlichen Schmelzaggregat eingeschmolzen, danach geläutert (1370°C) und homogenisiert. Bei einer Gusstemperatur von etwa 1320°C kann das Glas gegossen und zu den gewünschten Abmessungen z. B. als Ribbons verarbeitet werden. In großvolumigen, kontinuierlichen Aggregaten können die Temperaturen erfahrungsgemäß um mindestens ca. 100 K abgesenkt werden.
  • Ribbons werden erhalten durch Gießen des Glases über zwei Walzen. Diese lassen sich besser zu Pulver vermahlen, einer Vorstufe zum Sintern, als Scherben. Tabelle: Schmelzbeispiel für 100 kg berechnetes Glas (gemäß Beispiel 8)
    Oxid Gew.-% Rohstoff Einwaage (g)
    SiO2 42,85 SiO2 42913,69
    B2O3 14,9 B2O3 15128,18
    Al2O3 4,15 AlO(OH) 5348,39
    Li2O 6,27 LiNO3 15598,33
    Na2O 2,7 Na2CO3 4613,41
    ZnO 3,4 ZnO 3400,29
    SrO 0,72 Sr(NO3)2 1484,69
    BaO 24,5 BaCO3 31779,59
    TiO2 0,2 TiO2 201,51
    Sb2O3 0,30 Sb2O3 301,14
    Summe 100,20 120769,21
  • Die Eigenschaften des so erhaltenen Glases sind in der nachfolgenden Tabelle als Beispiel 8 angegeben.
    Oxide Bsp. 7 Bsp. 8 Bsp. 9 Bsp. 10 Bsp. 11 Bsp. 12
    SiO2 42,9 61,4 49,5 68,2 80,6
    B2O3 14,9 8,2 14,2 19 12,7
    P2O5 49,8
    Al2O3 1,9 4,2 16,0 11,4 2,7 2,4
    Li2O 6,3 0,7
    Na2O 9,8 2,7 0,7 3,5
    K2O 7,9 0,6
    ZnO 27,2 3,4 0,6
    MgO 2,8
    CaO 2,0 7,9
    SrO 0,7
    BaO 7,3 24,5 3,5 24,1
    TiO2 0,2
    La2O3 2,0
    nd 1,573 1,587 1,523 1,49 1,47
    α(20,300°C) [10–6/K] 8,9 3,75 4,5 5,0 3,3
    Tg [°C] 373 493 709 711 488 525
    T (η = 107,6 dPas) [°C] 593 883 942 715 820
    T (η = 104dPas) [°C] 551 751 1273 1263 1060 1260
  • Weitere Ausführungsbeispiele der Herstellung des Konversionsmaterials
  • Die im Folgenden beschriebenen Beispiele unterliegen im Wesentlichen jeweils der gleichen Methodik zur Herstellung.
  • Pulver der Ausgangsgläser – vermahlen auf eine Körnung von d50 < 20 μm, bevorzugt < 10 μm, meist bevorzugt < 8 μm – werden mit einem Leuchtstoff – beispielsweise Ce:YAG einer Körnung d50 zwischen < 20 μm, bevorzugt < 10 μm, meist bevorzugt < 8 μm- auf Basis von Gewichtsprozenten eingewogen und in einem Mischaggregat- beispielsweise Taumelmischer Turbula (Typ T2C/Fa. Willi A. Bachofen/Basel) oder Speedmix (Typ DAC 150 FVZ/Hauschildt Engineering) über 1 bis 120 min, bevorzugt 1 bis 5 min (Speedmix) bzw. 15 bis 120 min (Turbula), meist bevorzugt 1 bis 3 min (Speedmix) bzw. 60 bis 120 min (Turbula) gemischt.
  • Die Pulvermischung oder auch das pure Glaspulver wird anschließend in Portionen der Gestalt entnommen, dass ein Pulverkörper mit einem Durchmesser von ca. 12 mm/8 mm/< 5 mm und einer Höhe von ca. 3 mm/2/1 erstellt werden kann.
  • Die Schüttung erfolgt auf ein thermisch stabiles Substrat in ein die Schüttung begrenzendes beispielsweise rohr- oder ringförmiges Element und wird manuell verfestigt oder einem uniaxialen Pressprozess zugeführt, der durch Zugabe üblicher Presshilfsmittel optimiert gestaltet werden kann. Dies der Art, dass anschließend die äußere Abgrenzung entfernt werden kann.
  • Danach erfolgt die Temperung der Proben bei Temperatur-, Zeitregimen (Aufheizraten und Haltezeiten), die den Ausgangsgläsern hinsichtlich deren Erweichungstemperatur angepasst sind. Abhängig von der Steilheit des Viskositätsverlaufes des Glases liegen ohne Beschränkung der Allgemeinheit die Zieltemperaturen T der Temperung im Bereich zwischen EW, der Erweichungstemperatur, und Va, der Verarbeitungstemperatur, des Matrixglases, in der Regel in einem Regime von EW + 150 K.
  • Die Aufheizung erfolgt so, dass von einem ausgeglichenen Temperaturniveau im Ofen und insbesondere der Schüttung bzw. ggf. mehrerer Schüttungen ausgegangen werden kann.
  • Insbesondere das zu wählende Zeitregime ist dabei typischerweise von Art, Größe und Auslegung (auch der Regelung) des Temperaggregates abhängig. Im vorliegenden Ofen (Typ Nabertherm N70/H; Regelung Naber C16 und Eurotherm Typ 2604) haben sich Aufheizraten zwischen 1 K/min bis 30 K/min, bevorzugt 1 K/min bis 20 K/min, meist bevorzugt 1 K/min bis 10 K/min auf Zieltemperatur und Haltezeiten vor Abkühlung mit Ofenkennlinie von 0 bis 60 min, bevorzugt 0 bis 30, meist bevorzugt 10 bis 30 min bewährt.
  • Nach der Temperung werden die so entstandenen Kompositkörper bestehend aus Glasmatrix und mindestens einem Leuchtstoff nachbearbeitet, dabei kommen Schleif- und oder Läppmittel der Körnung bis < 400 μm (beidseitig) sowie fallweise beispielsweise Diamant-Poliermittel Körnung bis < 1 μm (einseitig) zum Einsatz, so dass damit beidseitig raue bzw. einseitig rau bzw. polierte Oberflächen vorliegen. Die Messung der optischen Daten Remission bzw. Transmission erfolgt in einem üblichen Spektrometer mit Probe vor bzw. am Eingang (Transmission) oder hinter am Ausgang (Remission) einer Integrationssphäre (Ulbrichkugel) im Wellenlängenbereich von 250 bis 2500 nm, mindestens aber im Bereich von 300 bis 800 nm, um o. g. Größen zu ermitteln.
    Beispiel I J K L M N O P
    Glastyp/Anteil gew% Bsp. 7 100 Bsp. 8 100 Bsp. 9 100 Bsp 10 100 Bsp. 11 100 Bsp. 11 90 Bsp 12 100 Bsp 12 90
    Leuchtstoff1/Anteil Ggew% 0 2 5 15 5 10 10 10
    Leuchtstoff2/Anteil Ggew% 0 0 0 0 0 0 0 0
    Temperatur/°C 700 700 700 700 650 650 743 770
    Rampe/K/min 1 1 1 1 15 15 1 1
    Haltezeit/min 0 0 10 5 45 60 0 5
    Dicke undotiert/mm 1,5 1,5 1,5 1,5 0,8 0,9 1,5 1,5
    Remission + Transmission undotiert/%; für Vis (380–780 nm) incl. PL 404 ... 460 nm 72 + 9 = 81 78 + 11 = 89 81 + 9 = 90 83 + 11 = 94 63 + 24 = 87 63 + 24 = 87 87 + 9 = 96 87 + 9 = 96
    Eigenfarbe undotiert Keine keine keine keine keine keine keine Keine
    Dicke dotiert/mm nn nn Nn Nn Nn 0,3 Nn 0,3
    Remission dotiert Bei PL 460 nm 24 16
    Remission + Transmission dotiert/%; Dicke/mm für Vis (380–780 nm) exclusive PL 58 + 23 = 81 78 + 14 = 92
  • Das vorstehend beschriebene Matrixglas kann zur Realisierung einer Lichtquelle, insbesondere einer weißen oder farbigen Lichtquelle verwendet werden, wobei das Matrixglas mit dem Leuchtstoff oder den Leuchtstoffen einem Konversionsmaterial entspricht, welches vorzugsweise die Merkmale des in einem der Ansprüche von 1 bis 21 definierten Konversionsmaterials umfasst und vorzugsweise mit einem Verfahren mit den Merkmalen eines der Ansprüche von 22 bis 28 hergestellt ist.
  • Die Lichtquelle umfasst in einer bevorzugten Ausführungsform eine Primärlichtquelle, insbesondere einer Halbleiterlichtquelle als Primärlichtquelle, welche Licht mit Wellenlängen im Bereich von 225 nm bis 520 nm, bevorzugt von 350 nm bis 480 nm emittiert, am meisten bevorzugt mit Wellenlängen im Bereich von 400 nm bis 480 nm emittiert.
  • In alternativer Ausgestaltung umfasst die Primärlichtquelle eine LED, welche Licht mit einer Wellenlänge im Bereich von 400 nm bis 480 nm, bevorzugt 420 nm bis 480 nm emittiert.
  • Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die Primärlichtquelle eine UV-LED, welche Licht mit einer Wellenlänge im Bereich von 235 nm bis 400 nm bevorzugt 350 nm bis 400 nm emittiert.
  • In einer nochmals weiteren Ausgestaltungsform umfasst die Primärlichtquelle eine Halbleiter-Laserdiode, welche Licht mit einer Wellenlänge im Bereich von 400 nm bis 480 nm emittiert.
  • Die Lichtquelle kann eine oder mehrere, insbesondere auch mehrere verschiedene Primärlichtquellen umfassen.
  • Weitere Beschreibungen dieser Lichtquellen sowie deren spezieller Ausgestaltung und Eigenschaften finden sich in der Anmeldung mit dem Titel „Optik-Konverter-System für (W) LEDs” mit dem internen Aktenzeichen 08SGL0020DEP bzw. P 3156 und in der Anmeldung mit dem Titel „Gehäuse für LEDs mit hoher Leistung” mit dem internen Aktenzeichen 08SGL0060DEP bwz. P 3063, des gleichen Anmelders, welche am gleichen Tag wie diese Anmeldung eingereicht wurden und vollumfänglich durch Bezugnahme auch zum Inhalt dieser Anmeldung gemacht werden.
  • Mit mehreren Primärlichtquellen und mehreren Leuchtstoffen kann eine Lichtquelle geschaffen werden, mit welcher Licht an nachfolgenden Farborten im (X, Y) Farbraum, insbesondere durch Auswahl der Primärlichtquelle, durch Auswahl des oder der Leuchtstoffe sowie durch Einstellung der Konzentration der Leuchtstoffe und/oder der Dicke des Konvertermaterials, emittierbar ist,
    • A = (0.16, 0.02)
    • B = (0.05, 0.30)
    • C = (0.02, 0.76)
    • D = (0.21, 0.76)
    • E = (0.72, 0.28).
  • Hierdurch wird ein Farbraum innerhalb des Polygonzuges ABCDE definiert oder aufgespannt, innerhalb welchem von der Lichtquelle im Wesentlichen Licht aller Farborte emittierbar ist.
  • Die Einstellung des Farbortes innerhalb des vorstehend erwähnten sowie der nachfolgend aufgeführten Polygonzüge kann einmalig und fest definiert vorgenommen werden, indem das Verhältnis und die Konzentration der jeweiligen Leuchtstoffe sowie bei mehreren Lichtquellen die Intensität der Emission der jeweiligen Primärlichtquelle festgelegt wird.
  • Ferner kann bei mehreren Primärlichtquellen noch innerhalb eines gewissen Umfangs der Farbort durch Änderung der Intensität der Emission einer oder mehrer Primärlichtquellen verändert werden.
  • Bei einer weiteren Ausgestaltungsform der Lichtquelle kann Licht an nachfolgenden Farborten im (X, Y) Farbraum, insbesondere durch Auswahl der Primärlichtquelle, durch Auswahl des oder der Leuchtstoffe sowie durch Einstellung der Konzentration der Leuchtstoffe und/oder der Dicke des Konvertermaterials, emittiert werden,
    • F = (0.28, 0.24)
    • G = (0.37, 0.35)
    • H = (0.37, 0.40)
    • I = (0.24, 0.28).
  • Bei einer nochmals weiteren Ausgestaltungsform der Lichtquelle kann Licht an nachfolgenden Farborten im (X, Y) Farbraum, insbesondere durch Auswahl der Primärlichtquelle, durch Auswahl des oder der Leuchtstoffe sowie durch Einstellung der Konzentration der Leuchtstoffe und/oder der Dicke des Konvertermaterials, emittiert werden,
    • J = (0.37, 0.35)
    • K = (0.37, 0.42)
    • L = (0.50, 0.45)
    • M = (0.50, 0.38).
  • Bei einer nochmals weiteren Ausgestaltungsform der Lichtquelle kann Licht an nachfolgenden Farborten im (X, Y) Farbraum, insbesondere durch Auswahl der Primärlichtquelle, durch Auswahl des oder der Leuchtstoffe sowie durch Einstellung der Konzentration der Leuchtstoffe und/oder der Dicke des Konvertermaterials, emittiert werden,
    • N = (0.21, 0.76)
    • O = (0.66, 0.34)
    • P = (0.60, 0.34)
    • Q = (0.15, 0.76).
  • Hierdurch lassen sich insbesondere gesättigte Farben grün-gelb-orange (amber) NOPQ darstellen und sind darüber hinaus alle gesättigten Farben im Spektralbereich von 535 nm bis 610 nm durch Auswahl der Primärlichtquelle oder der Primärlichtquellen darstellbar, welche ansonsten mit reinen LEDs nur geringe Effizienzen aufweisen würden.
  • Zum Verständnis der nachfolgenden Patentansprüche sei angemerkt, dass der Begriff ”in dem Spektralbereich, in welchem die Primärlichtquelle Licht emittiert”, bei einer ersten Ausführungsform der Erfindung immer nur den Spektralbereich einer einzigen Primärlichtquelle umfasst. Diese einzige Primärlichtquelle ist dabei eine der in der vorstehenden Beschreibung oder in den nachfolgenden Ansprüchen erwähnte Primärlichtquelle.
  • Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsformen umfasst der Begriff ”in dem Spektralbereich, in welchem die Primärlichtquelle Licht emittiert”, den Spektralbereich von mehr als nur einer einzigen Primärlichtquelle. Es können dabei zwei oder mehr als zwei Primärlichtquellen mit verschiedenen Emissionsspektren verwendet werden, insbesondere um auch größere Farbräume aufspannen zu können. Aber auch diese zwei oder mehreren Primärlichtquellen umfassen jeweils nur die in der vorstehenden Beschreibung oder in den nachfolgenden Ansprüchen erwähnten Primärlichtquellen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • - EP 0936682 B9 [0011]
    • - US 2006/0113906 A1 [0012]
    • - EP 1471777 A2 [0013]
    • - DE 10137641 A1 [0014]
    • - DE 102005023134 [0015]
    • - US 6642618 B2 [0016]
    • - EP 1605526 A [0019]
    • - JP 2007-123410 [0020]
    • - JP 2007-016171 [0021]
    • - WO 2007145047 A1 [0022]
    • - EP 1880983 [0023]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • - EG-Richtlinie 2002/95/EG [0017]

Claims (36)

  1. Konversionsmaterial insbesondere für eine, eine Halbleiterlichtquelle als Primärlichtquelle umfassende weiße oder farbige Lichtquelle, umfassend ein Matrixglas, welches als Bulkmaterial bei einer Dicke d von etwa 1 mm im Wellenlängenbereich von 350 bis 800 nm und in dem Bereich, in welchem die Primärlichtquelle Licht emittiert, eine Reintransmission τi von mehr als 80% aufweist, wobei die Summe aus Transmission und Remission des gesinterten Matrixglases ohne Leuchtstoff im Spektralbereich von 350 nm bis 800 nm und in dem Spektralbereich, in welchem die Primärlichtquelle Licht emittiert, mindestens mehr als 80%, bevorzugt mehr als 85%, am meisten bevorzugt mehr als 90% beträgt.
  2. Konversionsmaterial nach Anspruch 1, bei welchem im Spektralbereich von 350 bis 800 nm und in dem Bereich, in welchem die Primärlichtquelle Licht emittiert, der sich über diese Spektralbereiche einstellende maximale und minimale Betrag der Differenz von Remission und Transmission sich um nicht mehr als 40% bevorzugt um nicht mehr als 25% sowie am meisten bevorzugt um nicht mehr als 15% unterscheidet.
  3. Konversionsmaterial nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem die Remission des mit Leuchtstoffen dotierten Matrixglases im gesinterten Zustand im Spektralbereich, in welchem die Primärlichtquelle Licht emittiert, weniger als 30%, bevorzugt weniger als 25%, meist bevorzugt weniger als 15% beträgt und die Summe aus Transmission und Remission des mit Leuchtstoffen dotierten Matrixglases im gesinterten Zustand im Spektralbereich von 350 nm bis 800 nm, ausser in dem Spektralbereich, in welchem die Primärlichtquelle Licht emittiert, mindestens mehr als 80%, bevorzugt mehr als 85%, meist bevorzugt mehr als 90% beträgt.
  4. Konversionsmaterial nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welchem im Spektralbereich von 350 bis 800 nm jedoch ohne den Bereich, in welchem die Primärlichtquelle Licht emittiert, der sich über diese Spektralbereiche einstellende maximale und minimale Betrag der Differenz von Remission und Transmission um nicht mehr als 40% bevorzugt um nicht mehr als 25% sowie am meisten bevorzugt um nicht mehr als 15% unterscheidet.
  5. Konversionsmaterial nach einem der Ansprüche von 1 bis 4, bei welchem die interne Konversionsquantenausbeute der in der Glasmatrix eingebetteten Leuchtstoffe gegenüber der internen Konversionsquantenausbeute der nicht eingebetteten Leuchtstoffe um nicht mehr als 20%, bevorzugt um nicht mehr als 10% und am meisten bevorzugt um nicht mehr als 5% vermindert ist.
  6. Konversionsmaterial nach einem der Ansprüche von 1 bis 5, bei welchem das Matrixglas als Bulkmaterial eine Brechzahl von mehr als 1,6 oder von 1,6, bevorzugt mit einem Wert von 1,65 bis 2,0, am meisten bevorzugt mit einem Wert von 1,8 bis 1,95 aufweist.
  7. Konversionsmaterial nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend Lanthan-Borosilikatgläser mit Zinkanteil, Aluminium-Borosilikate mit Yttriumanteil und Erdalkali-Silikate.
  8. Konversionsmaterial nach einem der vorstehenden Ansprüche von 1 bis 8 mit einem Matrixglas umfassend in Gewichtsprozent jeweils SiO2 3–7 B2O3 16–22 Al2O3 0–1 ZnO 3–26 TiO2 1–11 ZrO2 1–8 La2O3 32–45 Nb2O5 5–16 WO3 0–7 Y2O3 0–5 BaO 0–6 MgO 0–6 CaO 0–6 SrO 0–6 Summe 0–10 Erdalkalioxide Läutermittel 0–2
  9. Konversionsmaterial nach einem der vorstehenden Ansprüche von 1 bis 9 mit einem Matrixglas umfassend in Gewichtsprozent jeweils SiO2 40–44 B2O3 14–16 Al2O3 3–6 ZnO 2–4,5 TiO2 0,1–0,5 BaO 23–27 SrO 0,1–1 Li2O 5,5–<7 Na2O 2–4 K2O 0–4
    bevorzugt SiO2 41–43 B2O3 14–16 Al2O3 3,5–6 ZnO 2,5–4 TiO2 0,1–0,5 BaO 23–27 SrO 0,3–1 Li2O 5,5–6,5 Na2O 2–4 K2O 0–6
  10. Konversionsmaterial nach einem der vorstehenden Ansprüche von 1 bis 8 mit einem Matrixglas umfassend in Gewichtsprozent jeweils SiO2 1–5 B2O3 29–35 Al2O3 20–26 Y2O3 35–45 ZnO 0–6 TiO2 0–6 ZrO2 0–6 La2O3 0–6 Nb2O5 0–6 WO3 0–6 BaO 0–6 MgO 0–6 CaO 0–6 SrO 0–6 Summe Erdalkalioxide 0–10 Läutermittel 0–2
  11. Konversionsmaterial nach einem der vorstehenden Ansprüche von 1 bis 11 mit einem Matrixglas umfassend in Gewichtsprozent jeweils SiO2 37–45 Al2O3 3–7 Na2O + K2O 8–12 BaO 22–<30 ZnO 5–10 ZrO2 2–7 La2O3 2–<4 P2O5 0–6 MgO + CaO 0–8 Läutermittel 0–2
    bevorzugt jeweils SiO2 39–45 Al2O3 3–7 Na2O + K2O 8–12 BaO 24–<30 ZnO 5–10 ZrO2 2–7 La2O3 2–<4 P2O5 0–6 MgO + CaO 0–8 Läutermittel 0–2
  12. Konversionsmaterial nach einem der Ansprüche von 1 bis 5, bei welchem das Matrixglas als Bulkmaterial eine Brechzahl von weniger als 1,6, bevorzugt einen Wert von 1,43 bis 1,6, am meisten bevorzugt einen Wert von 1,45 bis 1,59 aufweist.
  13. Konversionsmaterial nach einem der vorstehenden Ansprüche von 1 bis 5 oder 12 mit einem Matrixglas, welches Zink-Phosphate, Borosilikate, Aluminium-Borosilikate und/oder Erdalkali-Silikate umfasst.
  14. Konversionsmaterial nach einem der vorstehenden Ansprüche von 1 bis 3 oder 10 mit einem Matrixglas umfassend in Gewichtsprozent jeweils P2O5 44–55 B2O3 0–8 Al2O3 0–5 ZnO 22–32 La2O3 0,5–5 BaO 4–13 Na2O 5–15 K2O 0–8 MgO 0–5 CaO 0–5 Summe Alkalioxide <=15 Summe Erdalkalioxide <=8
    umfassend bevorzugt jeweils P2O5 46–53 B2O3 0–5 Al2O3 0–3 ZnO 24–31 La2O3 0,5–4 BaO 4–11 Na2O 6–13 K2O 0–6 MgO 0–4 CaO 0–4 Summe Alkalioxide <=13 Summe Erdalkalioxide <=5 Läutermittel <2
  15. Konversionsmaterial nach einem der vorstehenden Ansprüche von 1 bis 5 oder 12 mit einem Matrixglas umfassend in Gewichtsprozent jeweils SiO2 41–43 B2O3 19–16 Al2O3 3,5–6 ZnO 2,5–4 TiO2 0,1–0,5 BaO 23–27 SrO 0,3–1 Li2O 5,5–6,5 Na2O 2–4 K2O 0–6
    umfassend bevorzugt jeweils SiO2 40–44 B2O3 14–16 Al2O3 3–6 ZnO 2–4,5 TiO2 0,1–0,5 BaO 23–27 SrO 0,1–1 Li2O 5,5–<7 Na2O 2–4 K2O 0–4
  16. Konversionsmaterial nach einem der vorstehenden Ansprüche von 1 bis 5 oder 12 mit einem Matrixglas umfassend in Gewichtsprozent jeweils SiO2 >58–65 B2O3 >6–10,5 Al2O3 >14–25 ZnO 0–<2 BaO >3–5 MgO 0–<3 CaO <=9 MgO + CaO + BaO >=8 ZrO2 0–2 TiO2 0–2 ZrO2 + TiO2 0–2 As2O3 0–1,5 Sb2O3 0–1,5 CeO2 0–1,5 Cl– 0–1,5 F– 0–1,5 SO4 2– 0–1,5 As2O3 + Sb2O3 + SnO2 + CeO2 + Cl– + F– + SO4 2– <1,5
    umfassend bevorzugt jeweils SiO2 >58–65 B2O3 >8–10,5 Al2O3 >18–20,5 ZnO 0,1–<2 BaO >3–4 MgO 0–<3 CaO –<=9
    MgO + CaO + BaO >=8 ZrO2 0–2 TiO2 0–2 ZrO2 + TiO2 0–2 As2O3 0–1,5 Sb2O3 0–1,5 CeO2 0–1,5 Cl– 0–1,5 F– 0–1,5 SO4 2– 0–1,5 As2O3 + Sb2O3 + SnO2 + CeO2 + Cl– + F– + SO4 2– <1,5
  17. Konversionsmaterial nach einem der vorstehenden Ansprüche von 1 bis 5 oder 12 mit einem Matrixglas umfassend in Gewichtsprozent jeweils SiO2 55–79 B2O3 3–25 Al2O3 0–10 Li2O 0–10 Na2O 0–10 K2O 0–10 Li2O + Na2O + K2O 0,5–16 MgO 0–2 CaO 0–3 SrO 0–3 BaO 0–3 ZnO 0–3 MgO + CaO + SrO + BaO + ZnO 0–10 ZrO2 0–3 CeO2 0–1 WO3 0–1 übliche Läutermittel 0–2
  18. Konversionsmaterial nach einem der vorstehenden Ansprüche von 1 bis 5 oder 12 mit einem Matrixglas umfassend in Gewichtsprozent jeweils SiO2 65–82 B2O3 5–13 Al2O3 2–8 ZrO2 0–2 Li2O + Na2O + K2O 3–10 MgO + CaO + SrO + BaO + ZnO 0–7 Läutermittel 0–2
  19. Konversionsmaterial nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Herstellbarkeit von dessen Matrixglas ohne die Verwendung von Tl2O, TeO2 und As2O3 und vorzugsweise auch ohne die Komponente Bi2O3 und/oder PbO wobei als Mindestanforderung für die Herstellbarkeit gilt, dass das Konversionsmaterial nach dessen Herstellung die in Anspruch 4 definierten Merkmale aufweist.
  20. Konversionsmaterial nach einem der Ansprüche von 1 bis 19, umfassend einen Leuchtstoff, welcher als Wirtsmaterial zumindest einen Stoff der Gruppe umfasst, welche Oxide, Nitride, Oxynitride, Sulfide, Oxysulfide, Halogenide, Halooxide, Halosulfide, Telluride und Selenide enthält, wobei das Wirtsmaterial zumindest mit einem Stoff aus der Gruppe dotiert ist, welche Seltene Erden (Ce, Eu, Tb, Gd, ...), Übergangsmetalle (Cr, Mn) und Schwermetalle (Tl, Bi) enthält.
  21. Verfahren zur Herstellung eines Konversionsmaterials, insbesondere eines Konversionsmaterials mit den in den Ansprüchen von 1 bis 19 definierten Merkmalen umfassend das Bereitstellen eines Matrixglases, insbesondere eines Matrixglases mit den in den Ansprüchen 1 bis 16 beschriebenen Eigenschaften, das Aufmahlen des Matrixglases zu Pulvern, das Mischen des pulverisierten Matrixglases mit einem pulverförmig vorliegenden Leuchtstoff, das Pressen des mit dem pulverförmig vorliegenden Leuchtstoff gemischten pulverisierten Matrixglases, sowie die Temperung der gepressten, das Matrixglas und den Leuchtstoff enthaltenden Mischung.
  22. Verfahren nach Anspruch 21, bei welchem das Matrixglas zu einem Pulver mit einer Körnung von d50 von weniger als 20 μm, bevorzugt von weniger als 10 μm und am meisten bevorzugt von weniger als 8 μm vermahlen wird.
  23. Verfahren nach Anspruch 21 oder 22, bei welchem ein Leuchtstoff, beispielsweise Ce:YAG, mit einer Körnung mit einem mittleren Korngrößendurchmesser von weniger als 15 μm, bevorzugt von weniger als 10 μm, am meisten bevorzugt von weniger als 8 μm verwendet wird.
  24. Verfahren nach Anspruch 21, 22 oder 23, bei welchem die Temperung nach Pressung der das Matrixglas und den Leuchtstoff enthaltenden Mischung bei Temperatur-, Zeitregimen (Aufheizraten und Haltezeiten), die den Ausgangsgläsern hinsichtlich deren Erweichungstemperatur angepasst sind.
  25. Verfahren nach Anspruch 21 oder 24, bei welchem die Temperung eine Erwärmung der gepressten das Matrixglas und den Leuchtstoff enthaltenden Mischung auf eine Zieltemperatur T im Bereich zwischen der Erweichungstemperatur EW und der Verarbeitungstemperatur Va des Matrixglases, bevorzugt auf eine Zieltemperatur in einem Temperaturbereich oberhalb der Erweichungstemperatur bis zu einer Temperatur von etwa 150 K oberhalb der Erweichungstemperatur umfasst.
  26. Verfahren nach Anspruch 21 oder 25, bei welchem während der Erwärmung Aufheizraten 1 K/min bis 30 K/min, bevorzugt von 1 K/min bis 20 K/min und am meisten bevorzugt von 1 K/min bis 10 K/min verwendet werden.
  27. Verfahren nach einem der Ansprüche von 21 bis 26, bei welchem die erwärmte, gepresste das Matrixglas und den Leuchtstoff enthaltenden Mischung vor deren Abkühlung während eines Zeitraums von 0 bis 60 min, bevorzugt von 0 bis 30 min und am meisten bevorzugt von 10 bis 30 min in etwa bei der Zieltemperatur gehalten und nachfolgend auf Raumtemperatur abgekühlt wird.
  28. Konversionsmaterial, welches vorzugsweise die Merkmale eines der Ansprüche von 1 bis 20 umfasst und mit einem Verfahren mit den Merkmalen eines der Ansprüche von 17 bis 24 hergestellt oder herstellbar ist.
  29. Lichtquelle, insbesondere weiße oder farbige Lichtquelle, mit einem Konversionsmaterial, welches vorzugsweise die Merkmale des in einem der Ansprüche von 1 bis 20 definierten Konversionsmaterials umfasst und vorzugsweise mit einem Verfahren mit den Merkmalen eines der Ansprüche von 21 bis 27 hergestellt ist, und mit einer Primärlichtquelle, insbesondere einer Halbleiterlichtquelle als Primärlichtquelle, welche Licht mit Wellenlängen im Bereich von 225 nm bis 520 nm, bevorzugt von 350 nm bis 480 nm emittiert, am meisten bevorzugt mit Wellenlängen im Bereich von 400 nm bis 480 nm emittiert.
  30. Lichtquelle nach Anspruch 29, bei welcher die Primärlichtquelle eine LED umfasst, welche Licht mit einer Wellenlänge im Bereich von 400 nm bis 480 nm, bevorzug 420 nm bis 480 nm emittiert.
  31. Lichtquelle nach Anspruch 29, bei welcher die Primärlichtquelle eine UV-LED umfasst, welche Licht mit einer Wellenlänge im Bereich von 235 nm bis 400 nm bevorzugt 365 nm bis 400 nm emittiert.
  32. Lichtquelle nach Anspruch 29, bei welcher die Primärlichtquelle eine Halbleiter-Laserdiode umfasst, welche Licht mit einer Wellenlänge im Bereich von 400 nm bis 480 nm emittiert.
  33. Lichtquelle nach einem der Ansprüche von 29 bis 32, mit welcher Licht an nachfolgenden Farborten im (X, Y) Farbraum, insbesondere durch Auswahl der Primärlichtquelle, durch Auswahl des oder der Leuchtstoffe sowie durch Einstellung der Konzentration der Leuchtstoffe und/oder der Dicke des Konvertermaterials, emittierbar ist, A = (0.16, 0.02) B = (0.05, 0.30) C = (0.02, 0.76) D = (0.21, 0.76) E = (0.72, 0.28) und hierdurch ein Farbraum innerhalb des Polygonzuges ABCDE definiert ist, innerhalb welchem von der Lichtquelle im Wesentlichen Licht aller Farborte emittierbar ist.
  34. Lichtquelle nach einem der Ansprüche von 29 bis 32, mit welcher Licht an nachfolgenden Farborten im (X, Y) Farbraum, insbesondere durch Auswahl der Primärlichtquelle, durch Auswahl des oder der Leuchtstoffe sowie durch Einstellung der Konzentration der Leuchtstoffe und/oder der Dicke des Konvertermaterials, emittierbar ist, F = (0.28, 0.24) G = (0.37, 0.35) H = (0.37, 0.40) I = (0.24, 0.28) und hierdurch ein Farbraum innerhalb des Polygonzuges FGHI definiert ist, innerhalb welchem von der Lichtquelle im Wesentlichen Licht aller Farborte emittierbar ist.
  35. Lichtquelle nach einem der Ansprüche von 29 bis 32, mit welcher Licht an nachfolgenden Farborten im (X, Y) Farbraum, insbesondere durch Auswahl der Primärlichtquelle, durch Auswahl des oder der Leuchtstoffe sowie durch Einstellung der Konzentration der Leuchtstoffe und/oder der Dicke des Konvertermaterials, emittierbar ist, J = (0.37, 0.35) K = (0.37, 0.42) L = (0.50, 0.45) M = (0.50, 0.38) und hierdurch ein Farbraum innerhalb des Polygonzuges JKLM definiert ist, innerhalb welchem von der Lichtquelle im Wesentlichen Licht aller Farborte emittierbar ist.
  36. Lichtquelle nach einem der Ansprüche von 29 bis 32, mit welcher Licht an nachfolgenden Farborten im (X, Y) Farbraum, insbesondere durch Auswahl der Primärlichtquelle, durch Auswahl des oder der Leuchtstoffe sowie durch Einstellung der Konzentration der Leuchtstoffe und/oder der Dicke des Konvertermaterials, emittierbar ist, N = (0.21, 0.76) O = (0.66, 0.34) P = (0.60, 0.34) Q = (0.15, 0.76) und hierdurch ein Farbraum innerhalb des Polygonzuges NOPQ definiert ist, innerhalb welchem von der Lichtquelle im Wesentlichen Licht aller Farborte emittierbar ist.
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