DE102008027339A1 - Effizienter Wellenlängenkonverter und Leuchtvorrichtung mit einem effizienten Wellenlängenkonverter - Google Patents

Effizienter Wellenlängenkonverter und Leuchtvorrichtung mit einem effizienten Wellenlängenkonverter Download PDF

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Abstract

Der erfindungsgemäße Wellenlängenkonverter ist in eine Leuchtvorrichtung einbaubar und weist einen Leuchtstoff zur zumindest teilweisen Wandlung einer elektromagnetischen Grundstrahlung in eine Zweitstrahlung auf, wobei die Zweitstrahlung eine zur Grundstrahlung unterschiedliche Wellenlänge aufweist. Der erfindungsgemäße Wellenlängenkonverter weist in einem für die Durchstrahlung vorgesehenen Bereich eine wärmeleitende Komponente auf und/oder steht mit einer solchen Komponente in Verbindung, wobei die Anordnung aus Wellenlängenkonverter und wärmeleitender Komponente für die Grundstrahlung und/oder Zweitstrahlung zumindest teilweise durchlässig ist. Des Weiteren ist Gegenstand der Erfindung eine Leuchtvorrichtung mit einem entsprechenden Wellenlängenkonverter.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die Erfindung betrifft einen effizienten Wellenlängenkonverter sowie eine Leuchtvorrichtung mit einem effizienten Wellenlängenkonverter.
  • Stand der Technik
  • Lumineszenzdioden emittieren elektromagnetische Strahlung aus einem relativ schmalen Wellenlängenbereich (Strahlungsspektrum). Für Anwendungen, bei denen ein breitbandigeres Strahlungsspektrum erforderlich ist, werden beispielsweise mehrere Lumineszenzdioden, die Strahlung aus unterschiedlichen Wellenlängenbereichen emittieren, kombiniert. So lässt sich weißes Licht beispielsweise durch die Überlagerung von Licht aus dem roten, grünen und blauen Wellenlängenbereich erzeugen. Entsprechend sind in diesem Fall mehrere Lumineszenzdioden erforderlich, was einen erhöhten Kostenaufwand und Platzbedarf bedeutet. Des Weiteren ist die räumliche Trennung der Lumineszenzdioden insbesondere bei abbildenden Optiken erkennbar.
  • Kostengünstiger kann das Strahlungsspektrum einer Lumineszenzdiode durch Verwendung von Wellenlängenkonvertern erweitert werden. Ein solcher Wellenlängenkonverter enthält mindestens einen Leuchtstoff, der bei Anregung durch in der Regel kurzwelligere Strahlung eine längerwelligere Strahlung erzeugt. So lässt sich beispielsweise weißes Licht durch Verwendung einer blaue Strahlung emittierenden Lumineszenzdiode und einem ”Blau zu Gelb”-Wellenlängenkonverter oder einer Ultraviolett-Strahlung emittierenden Lumineszenzdiode und einem ”UV zu Rot-Grün-Blau”-Wellenlängenkonverter erzeugen.
  • Auf Grund der bei der Strahlungswandlung auftretenden Verlustleistung kommt es zur Erwärmung des Wellenlängenkonverters, wodurch sich seine Wandlungseffizienz verringert, was eine Änderung der Farbtemperatur zur Folge hat, und die Verlustleistung weiter erhöht. Durch diesen selbstverstärkenden Effekt kann die Temperatur des Wellenlängenkonverters so stark erhöht werden, dass mit dem Wellenlängenkonverter in Verbindung stehende Bauteile (z. B. Lumineszenzdiode) geschädigt werden können. Weiterhin führen lokale Temperaturunterschiede im Wellenlängenkonverter zu Ungleichverteilungen in der Abstrahlcharakteristik. Mit weiter zunehmenden Strahlungsleistungen von Lumineszenzdioden wird dieses Problem immer akuter. Durch ein Aufbringen beziehungsweise Verbinden des Wellenlängenkonverters mit der Lumineszenzdiode kann Wärme vom Wellenlängenkonverter über die Lumineszenzdiode an einen Kühlkörper abgeleitet werden. Mit dieser Art der Entwärmung lässt sich eine effektive Funktionsweise des Wellenlängenkonverters allerdings nicht gewährleisten, da die Verlustleistung der Lumineszenzdiode die Entwärmung limitiert und der Wellenlängenkonverter entsprechend eine höhere Temperatur als die Lumineszenzdiode aufweisen wird. Zudem wird die Lumineszenzdiode durch den Wellenlängenkonverter zusätzlich thermisch belastet, was die Emissionseffizienz und die Lebensdauer der Lumineszenzdiode verringert.
  • Beschreibung
  • Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und einen Wellenlängenkonverter mit hoher Wandlungseffizienz zur Verfügung zu stellen, der auch für höhere Strahlungsleistungen geeignet ist.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Aufgabe durch einen Wellenlängenkonverter gemäß Anspruch 1 gelöst.
  • Die Unteransprüche lehren vorteilhafte Weiterbildungen.
  • Der erfindungsgemäße Wellenlängenkonverter mit wärmeleitender Komponente ist in eine Leuchtvorrichtung einbaubar und weist einen Leuchtstoff zur zumindest teilweisen Wandlung einer elektromagnetischen Grundstrahlung in eine Zweitstrahlung auf, wobei die Zweitstrahlung eine zur Grundstrahlung unterschiedliche Wellenlänge aufweist. Die wärmeleitende Komponente ist in einem für die Durchstrahlung vorgesehenen Bereich des Wellenlängenkonverters angeordnet, wobei die Anordnung aus Wellenlängenkonverter und wärmeleitender Komponente für die Grundstrahlung und/oder Zweitstrahlung zumindest teilweise durchlässig ist.
  • Als Wellenlängenkonverter fungieren bevorzugt Schichten oder Schichtfolgen, die mindestens einen Leuchtstoff zur Strahlungswandlung, wie zum Beispiel Yag:Ce, Tag:Ce, Silikatkristall, aufweisen. Leuchtstoffe werden durch eine Strahlung bestimmter Wellenlänge/n (Grundstrahlung) angeregt und emittieren daraufhin Strahlung mit anderen Wellenlängen (Zweitstrahlung), wobei die Zweitstrahlung in der Regel langwelliger als die Grundstrahlung ist. Die Leuchtstoffe werden in einem Basismaterial (Matrix) angeordnet und durch dieses fixiert.
  • Als Basismaterial für den Wellenlängenkonverter wird vorzugsweise mindestens ein Polymer, insbesondere Silikone, Polyurethane und/oder Epoxide, verwendet. Diese Polymere weisen eine hohe Transparenz, insbesondere für Strahlung aus dem für den Menschen sichtbaren, dem ultravioletten und dem infraroten Wellenlängenbereich, auf, was eine hohe Transmissionseffizienz beziehungsweise geringe Transmissionsverluste gewährleistet. Zudem sind diese Materialien thermomechanisch anpassbar und flexibel prozessierbar.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Wellenlängenkonverter nach Art einer Folie ausgeführt. Dadurch lässt sich eine homogene Dicke des für die Durchstrahlung vorgesehenen Bereichs des Wellenlängenkonverters gewährleisten und zudem eine nachhaltig homogene Verteilung des Leuchtstoffes realisieren, wodurch lokale Schwankungen in der Abstrahlcharakteristik und/oder der Farbverteilung reduziert werden. Die Abstrahlcharakteristik beschreibt in diesem Zusammenhang die Ortsabhängigkeit des Strahlungsspektrums und der Strahlungsflussdichte [W/m2] (strahlungsphysikalische Größe) oder der Lichtstromdichte [Im/m2] (photometrische Größe) der den Wellenlängenkonverter verlassenden Strahlung.
  • Unter Strahlungsflussdichte wird im Sinne der Erfindung der Differentialquotient aus Strahlungsleistung pro Flächenelement verstanden, wobei das Flächenelement zur Strahlrichtung senkrecht in den Strahlengang gebracht wird. Die photometrische Bewertung von Lichtquellen bezieht sich auf ihre auf die Hellempfindlichkeitskurve des Auges bezogenen Eigenschaften wie zum Beispiel Lichtstrom und der daraus abgeleiteten Lichtstromdichte.
  • Der Wellenlängenkonverter weist mindestens eine wärmeleitende Komponente auf beziehungsweise steht mit mindestens einer wärmeleitenden Komponente in Verbindung. Die wärmeleitende Komponente ist insbesondere in einem für die Durchstrahlung vorgesehenen Bereich des Wellenlängenkonverters angeordnet. Dabei erfolgt die Anordnung bevorzugt in den durchstrahlten Bereichen, in denen die höchste Strahlungsflussdichte oder Lichtstromdichte und damit die höchsten Temperaturen auftreten. Bei einer reflektierenden Anordnung (siehe 6), bei der jeweils der einfallende und der reflektierte Strahl den Wellenlängenkonverter durchlaufen, ergibt sich die zu betrachtende Strahlungsflussdichte in den Bereichen, in denen sich beide Strahlen überlagern, aus der Summe der Strahlungsflussdichten der einzelnen Strahlen. Durch die wärmeleitende Komponente wird eine möglichst gute Wärmeleitung über diesen Bereichen gewährleistet, wodurch sich eine Homogenisierung der Temperaturverteilung sowie eine Entwärmung des Wellenlängenkonverters begünstigen lassen. Durch eine homogene Temperaturverteilung und eine damit verbundene Verringerung von Temperaturunterschieden im Wellenlängenkonverter werden lokale Unterschiede in der Wandlungseffizienz reduziert, woraus eine homogenere Abstrahlcharakteristik, insbesondere Farbverteilung, resultiert.
  • Vorzugsweise emittiert die wärmeleitende Komponente selbst keine elektromagnetische Strahlung aus dem Wellenlängenbereich der Grundstrahlung und/oder der Zweitstrahlung. Dadurch wird eine zusätzliche emissionsbedingte Erwärmung der wärmeleitenden Komponente und eine damit verbundene Verringerung der Effizienz der wärmeleitenden Komponente verhindert.
  • Die wärmeleitende Komponente weist ein Material auf, dessen Wärmeleitfähigkeit größer als die Wärmeleitfähigkeit des Basismaterials des Wellenlängenkonverters, insbesondere größer gleich 1 W/(K·m), besonders bevorzugt größer gleich 5 W/(K·m), ist oder die wärmeleitende Komponente besteht aus einem solchen Material. Bevorzugt sollte ein solches Material eine möglichst hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisen. Geeignete Materialien sind Metalle, Metall-Legierungen, intermetallische Verbindungen, Saphir, Aluminiumnitrid, Bornitrid und/oder Diamant. Bevorzugte Metalle oder Bestandteile der Metall-Legierung oder der intermetallischen Verbindung sind Silber, Gold, Kupfer, Aluminium, Platin, Indium und/oder Nickel.
  • Die Anordnung aus Wellenlängenkonverter und wärmeleitender Komponente ist für die Grundstrahlung und/oder Zweitstrahlung zumindest teilweise durchlässig, wobei insbesondere die Strahlungsdurchlässigkeit der Anordnung in Durchstrahlrichtung maßgebend ist. Als Durchstrahlrichtung wird die Richtung verstanden, in die der den Wellenlängenkonverter transmittierte Strahl die höchste Strahlungsflussdichte oder Lichtstromdichte aufweist. Bei einer reflektierenden Anordnung (siehe 6) können für die Durchlässigkeit mehrere Durchstrahlrichtungen, zum Beispiel in Richtung des einfallenden und in Richtung des reflektierten Strahls, maßgeblich sein, wobei die Richtung des einfallenden und des reflektierten Strahl wiederum durch die dem jeweiligen Strahl zuordenbare höchste Strahlungsflussdichte oder Lichtstromdichte bestimmt wird.
  • Besonders vorteilhaft ist eine möglichst hohe Strahlungsdurchlässigkeit der Anordnung aus Wellenlängenkonverter und wärmeleitender Komponente, um absorptions- und/oder reflexionsbedingte Strahlungsverluste gering zu halten und die Strahlen der in den Wellenlängenkonverter ein- und ausgekoppelten Strahlung in ihrer Ausdehnung nicht oder möglichst geringfügig zu begrenzen. Besonders bevorzugt ist die wärmeleitende Komponente, insbesondere das die wärmeleitende Komponente bildende Material, für die Grundstrahlung und/oder Zweitstrahlung zumindest teilweise durchlässig, insbesondere transparent, um die Strahlungsdurchlässigkeit der Anordnung aus Wellenlängenkonverter und wärmeleitender Komponente zu erhöhen und Strahlungsverluste zu reduzieren.
  • In manchen Fällen kann die wärmeleitende Komponente derart ausgeführt sein, dass sie zusätzlich als Diffusor fungiert. Dadurch wird der durch den Wellenlängenkonverter transmittierte Strahl verstärkt gestreut und eine zusätzliche Homogenisierung der Abstrahlcharakteristik erreicht.
  • Durchführungen beziehungsweise Vertiefungen in der wärmeleitenden Komponente, wie zum Beispiel Löcher oder Schlitze, die eine Strahlungstransmission gewährleisten könnten, aber zu anderen Zwecken vorgesehen sind, wie beispielsweise zur Aufnahme von Befestigungsmitteln oder Halterungen, bedingen im Sinne der Erfindung keine teilweise Strahlungsdurchlässigkeit der wärmeleitenden Komponente beziehungsweise der Anordnung aus Wellenlängenkonverter und wärmeleitender Komponente.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die wärmeleitende Komponente nach Art eines Gitters (gitterartig) oder als Schicht ausgeführt.
  • Eine gitterartige wärmeleitende Komponente weist mehrere Durchführungen auf, die eine Transmission der Grundstrahlung und/oder der Zweitstrahlung gewährleisten und die durch das die wärmeleitende Komponente bildende Material (Gittermaterial) begrenzt werden. Die Ausdehnungen der Durchführungen liegen bevorzugt im μm-Bereich. Dadurch lässt sich eine homogene Temperaturverteilung bei gleichzeitiger Gewährleistung einer akzeptablen Strahlungsdurchlässigkeit der Anordnung aus Wellenlängenkonverter und wärmeleitender Komponente begünstigen.
  • Bevorzugt weist mindestens ein Projektionsabbild der gitterartigen wärmeleitenden Komponente ein Verhältnis von Flächeninhalt der Durchführungen zu Flächeninhalt des Materials der gitterartigen wärmeleitenden Komponente von größer gleich 6, insbesondere größer gleich 9, auf. Insbesondere bei strahlungsundurchlässigen Gittermaterialien kann dadurch eine erhöhte Strahlungsdurchlässigkeit der wärmeleitenden Komponente gewährleistet werden.
  • Eine Projektion ist im Sinne der Erfindung eine Abbildung der Punkte der wärmeleitenden Komponente (dreidimensionales Objekt) auf Punkte einer gegebenen Ebene (Projektionsebene). Die Bildpunkte in der Projektionsebene bilden das Projektionsabbild. Bevorzugt resultiert das Projektionsabbild aus einer Zentralprojektion, insbesondere einer Parallelprojektion.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Knoten der gitterartigen wärmeleitenden Komponente einstückig ausgebildet. Entsprechend werden die Knoten nicht durch die Überlagerung zueinander nicht parallel laufender Einzellagen gebildet, wie dies beispielsweise bei geflochtenen Gittern oder Geweben der Fall ist. Als Knoten wird erfindungsgemäß ein Bereich der gitterartigen wärmeleitenden Komponente verstanden, der Gittermaterial aufweist oder daraus besteht und an den mindestens drei Durchführungen angrenzen. Eine solche bevorzugte gitterartige wärmeleitende Komponente lässt sich zum Beispiel durch Schlitzen und anschließendes Dehnen eines Bleches herstellen. Durch die einstückig ausgeführten Knoten wird eine besonders gute Wärmeleitung über der gitterartigen wärmeleitenden Komponente gewährleistet, da keine Material- und/oder Strukturgrenzen die thermische Kopplung verschiedener Bereiche der gitterartigen wärmeleitenden Komponente verringern.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die wärmeleitende Komponente als Schicht ausgeführt. Dadurch lässt sich eine besonders gute Wärmeleitung realisieren. Unter Schicht werden erfindungsgemäß auch Schichtsysteme, die aus mehreren Einzelschichten aufgebaut sind, verstanden.
  • Die Schicht kann strukturiert oder nicht strukturiert ausgeführt sein. In einer vorteilhaften strukturierten Ausführungsform weist die Schicht Vertiefungen auf, deren Ausdehnungen bevorzugt im μm-Bereich liegen, um die Strahlungsdurchlässigkeit zu erhöhen.
  • Der erfindungsgemäße Wellenlängenkonverter weist vorzugsweise als wärmeleitende Komponente wärmeleitende Partikel, insbesondere mit Ausdehnungen im Millimeter-, Mikrometer- und/oder Nanometerbereich, auf, wodurch sich ebenfalls eine homogene Temperaturverteilung über den Wellenlängenkonverter begünstigen lässt. Als wärmeleitende Komponente wird diesbezüglich im Sinne der Erfindung die Gesamtheit der in den Konverter eingebrachten wärmeleitenden Partikel verstanden. Entsprechend kann die Strahlungsdurchlässigkeit der wärmeleitenden Komponente beziehungsweise der Anordnung aus Wellenlängenkonverter und wärmeleitender Komponente durch die Anordnung und/oder Konzentration der wärmeleitenden Partikel im Wellenlängenkonverter eingestellt beziehungsweise beeinflusst werden.
  • Die erfindungsgemäße Leuchtvorrichtung weist mindestens eine eine elektromagnetische Grundstrahlung emittierende Strahlungsquelle auf, zu der ein Wellenlängenkonverter mit wärmeleitender Komponente derart angeordnet ist, dass zumindest ein Teil der Grundstrahlung durch den Wellenlängenkonverter in eine Zweitstrahlung gewandelt wird, die eine zur Grundstrahlung unterschiedliche Wellenlänge aufweist, wobei die wärmeleitende Komponente in einem für die Durchstrahlung vorgesehenen Bereich des Wellenlängenkonverters angeordnet ist. Die Anordnung aus Wellenlängenkonverter und wärmeleitender Komponente ist für die Grundstrahlung und/oder Zweitstrahlung zumindest teilweise durchlässig.
  • Bevorzugt emittiert die wärmeleitende Komponente selbst keine elektromagnetische Strahlung aus dem Wellenlängenbereich der Grundstrahlung und/oder der Zweitstrahlung, wodurch eine zusätzliche emissionsbedingte Erwärmung der wärmeleitenden Komponente und eine damit verbundene Verringerung der Effizienz der wärmeleitenden Komponente verhindert wird.
  • Die erfindungsgemäße Leuchtvorrichtung weist mindestens eine Strahlungsquelle auf, wobei bevorzugt Lumineszenzdioden, Laserdioden und/oder Laser eingesetzt werden.
  • Diese Strahlungsquellen emittieren Strahlung aus einem relativ schmalen Wellenlängenbereich. Durch einen oder mehrere auf diesen Wellenlängenbereich abgestimmte Leuchtstoffe kann eine besonders effektive Strahlungswandlung gewährleistet werden.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Wellenlängenkonverter der erfindungsgemäßen Leuchtvorrichtung und/oder die wärmeleitende Komponente mit einer Wärmesenke verbunden. Die Wärmesenke dient insbesondere dazu, die im Wellenlängenkonverter erzeugte Verlustwärme durch Wärmeleitung vom Wellenlängenkonverter wegzuleiten und diese dann durch Wärmestrahlung und Konvektion an die Umgebung abzugeben. Die Verbindung ist vorzugsweise stoffschlüssig und wird mittels Löten und/oder Kleben hergestellt. Das verwendete Lot beziehungsweise der verwendete Kleber weisen zweckmäßigerweise eine möglichst hohe Wärmeleitfähigkeit auf, um eine möglichst gute thermische Kopplung zwischen Wärmesenke und Wellenlängenkonverter beziehungsweise wärmeleitender Komponente zu gewährleisten.
  • Besonders geeignete Wärmesenken sind Kühlkörper und/oder Gehäuse, die vorzugsweise aus Materialien mit einer möglichst hohen Wärmeleitfähigkeit und/oder hohen Wärmekapazität bestehen oder solche Materialien aufweisen.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführung steht der Wellenlängenkonverter und/oder die wärmeleitende Komponente mit der Strahlungsquelle in Verbindung, wobei die Strahlungsquelle selbst als Wärmesenke fungiert oder mit einer Wärmesenke in Verbindung steht. Dadurch kann eine zusätzliche Entwärmung des Wellenlängenkonverters und/oder der Strahlungsquelle erreicht werden.
  • Die Herstellung eines Wellenlängenkonverters mit wärmeleitender Komponente kann mit verschiedenen bekannten Verfahren erfolgen.
  • Das Basismaterial für den Wellenlängenkonverter liegt üblicherweise in fließfähiger oder streichfester Form vor. In diesem Zustand wird der in der Regel pulverförmige Leuchtstoff dem Basismaterial beigefügt und zu einem Wellenlängenkonvertermaterial gemischt, wobei meist eine möglichst homogene blasenfreie Verteilung des Leuchtstoffs im Basismaterial und damit im Wellenlängenkonverter angestrebt wird.
  • Zur Integration einer wärmeleitenden Komponente können dem fließfähigen oder streichfesten Wellenlängenkonvertermaterial wärmeleitende Partikel, wie zum Beispiel Metallpulver, beigefügt werden. Nach dem Aushärten des Wellenlängenkonvertermaterials sind die Partikel und der Leuchtstoff fixiert.
  • Die Integration eines wärmeleitenden Gitters kann beispielsweise nach dem Vorbild des Siebdruckverfahrens erfolgen. Dabei werden die Durchführungen des Gitters mit dem fließfähigen oder streichfesten Wellenlängenkonvertermaterial gefüllt. Nach Aushärten des Wellenlängenkonvertermaterials schließt das Gitter zumindest teilweise bündig mit der Oberfläche des Wellenlängenkonvertermaterials (1a) ab.
  • Eine vollständige Umhüllung des Gitters mit Wellenlängenkonvertermaterial kann beispielsweise durch einen Tauch- (1b) oder Laminierprozess (1c) erfolgen. Beim Laminierprozess liegt das Wellenlängenkonvertermaterial bereits in ausgehärteter Form, zum Beispiel als Folie, vor. Das Gitter kann nun zwischen zwei Wellenlängenkonverterfolien in Zuge des Laminierprozesses fixiert und damit integriert werden (1c).
  • In einer weiteren Ausführungsform wird das Gitter mit der Oberfläche des Wellenlängenkonverters in Verbindung gebracht, zum Beispiel mittels Kleben oder Bonden (1d).
  • Die Aufbringung einer wärmeleitenden Schicht auf den Wellenlängenkonverter kann mittels verschiedener Abscheideverfahren oder in Form eines festen Substrats mittels bekannter Verbindungsverfahren, zum Beispiel Kleben oder Bonden, erfolgen (2). Die Integration einer wärmeleitenden Schicht in den Wellenlängenkonverter kann ebenfalls beispielsweise durch einen Tauch- oder Laminierprozess erreicht werden.
  • Der erfindungsgemäße Wellenlängenkonverters nach den Ansprüchen 1 bis 12 wird bevorzugt bei der Erzeugung weißen Lichts aus einer von einer Lumineszenzdiode emittierten Grundstrahlung verwendet. Bevorzugt emittiert die Lumineszenzdiode blaue Strahlung, insbesondere aus einem Wellenlängenbereich von 400 nm bis 480 nm, und/oder ultraviolette Strahlung, insbesondere aus einem Wellenlängenbereich von 190 nm bis 400 nm. Strahlung aus diesen Wellenlängenbereichen ist zur Anregung einer Vielzahl von Leuchtstoffen und damit als Basis für die Erzeugung weißen Lichts besonders geeignet. Als weißes Licht wird im Sinne der Erfindung Strahlung bezeichnet, deren Farbort im CIE-Normvalenzsystem/CIE-Normfarbtafel auf der „Black-Body-Kurve” liegt. Die ”Black-Body-Kurve” umfasst die Linie aller Weißpunkte und ergibt sich aus der Farbe eines Schwarzen Strahlers bei verschiedenen Temperaturen.
  • Bevorzugt wird der Wellenlängenkonverter nach den Ansprüchen 1 bis 12 zur Wandlung einer Grundstrahlung, deren Leuchtdichte größer gleich 10 cd/mm2 ist, verwendet.
  • Die erfindungsgemäße Leuchtvorrichtung nach den Ansprüchen 13 bis 17 wird bevorzugt in einem Fahrzeugscheinwerfer, einem Projektor, einer Photolithographieanlage oder einem Endoskop verwendet. Zudem ist die erfindungsgemäße Leuchtvorrichtung insbesondere für Anwendungen geeignet, die hohe Anforderungen an die Farbtreue stellen.
  • Beispiele
  • Ohne Einschränkung der Allgemeinheit wird die Erfindung anhand von Beispielen nachfolgend näher beschrieben.
  • 2 zeigt einen erfindungsgemäßen Wellenlängenkonverter 1 in Form einer Folie (Wellenlängenkonverterfolie) mit aufgebrachter wärmeleitender Diamantschicht 3.
  • 3 zeigt einen erfindungsgemäßen Wellenlängenkonverter 1 in Form einer Folie mit integriertem wärmeleitenden Gitter 2.
  • 4 zeigt eine erfindungsgemäße Leuchtvorrichtung mit Lumineszenzdioden-Chip 6 und dazu beabstandet angeordneten Wellenlängenkonverter 1 in Form einer Folie mit integriertem wärmeleitenden Gitter (4a); 4b mit zusätzlicher Linse.
  • 5 zeigt eine erfindungsgemäße Leuchtvorrichtung mit Lumineszenzdioden-Chip 6 und dazu beabstandet angeordneten Wellenlängenkonverter 1, wobei das wärmeleitende Gitter 2 zwischen Füllmaterial 5 und Wellenlängenkonverter 1 angeordnet ist.
  • 6 zeigt eine erfindungsgemäße Leuchtvorrichtung mit Lumineszenzdioden-Chip 6 und einem Wellenlängenkonverter 1 mit integriertem wärmeleitenden Gitter 2, wobei der Wellenlängenkonverter 1 auf dem Lumineszenzdioden-Chip 6 aufgebracht ist beziehungsweise das Wellenlängenkonvertermaterial 1 den Lumineszenzdioden-Chip 6 teilweise einschließt beziehungsweise verkapselt.
  • 7 zeigt eine erfindungsgemäße Leuchtvorrichtung mit Lumineszenzdioden-Chip und einem auf einem Reflektorelement angeordneten Wellenlängenkonverter mit integriertem wärmeleitenden Gitter.
  • 2 zeigt einen erfindungsgemäßen Wellenlängenkonverter 1 in Form einer Folie mit aufgebrachter wärmeleitender Diamantschicht 3. Als Basismaterial für den Wellenlängenkonverter 1 findet ein elastisches Silikon Verwendung, dem 35% Yag:Ce-Pulver als Leuchtstoff zugesetzt sind. Um eine über den Wellenlängenkonverter 1 gleichmäßige Strahlungswandlung gewährleisten zu können, ist der Leuchtstoff homogen im Basismaterial verteilt. Der Wellenlängenkonverter 1 weist eine Dicke von etwa 100 μm auf. Die wärmeleitende Diamantschicht 3 wird in Form eines Substrates aufgebracht und weist eine Dicke von etwa 25 μm auf.
  • 3 zeigt einen erfindungsgemäßen Wellenlängenkonverter 1 in Form einer Folie mit integriertem wärmeleitendem Gitter 2. Dieses Gitter 2 weist eine wabenförmige Struktur auf, die durch Schlitzen und anschließendes Dehnen eines Aluminiumbleches hergestellt werden kann. Das Aluminiumblech und damit das wärmeleitende Gitter 2 weist eine Dicke von etwa 125 μm auf. Die Durchführungen weisen laterale Ausdehnungen 11 zwischen etwa 30 μm und 70 μm auf. Die Stärke 8 des Gittermaterials zwischen zwei Durchführungen beträgt etwa 5 μm bis 20 μm.
  • Das Wellenlängenkonvertermaterial 1 weist die bereits im vorherigen Beispiel angegebene Zusammensetzung auf. Im streichfesten Zustand wird es mittels Siebdruckverfahren in den Durchführungen 7 des wärmeleitenden Gitters 2 verteilt. Nach dem Aushärten des Wellenlängenkonvertermaterials 1 schließt das wärmeleitende Gitter 2 zumindest teilweise mit den Oberflächen des Wellenlängenkonvertermaterials 1 bündig ab- wie die Querschnittsdarstellung (untere Darstellung aus 3) entlang der Schnittebene 12 verdeutlicht, um einen Kontakt des wärmeleitenden Gitters 2 zum Beispiel mit einem Kühlkörper zu ermöglichen.
  • Eine erfindungsgemäße Leuchtvorrichtung mit einem Wellenlängenkonverter 1 in Form einer Folie mit integriertem wärmeleitenden Gitter 2 zeigt 4a. Als Strahlungsquelle findet ein Lumineszenzdioden-Chip 6 Verwendung. Der Wellenlängenkonverter 1 ist beabstandet zum Lumineszenzdioden-Chip 6 angeordnet. Sowohl der Wellenlängenkonverter beziehungsweise das Wellenlängenkonvertermaterial 1 als auch das wärmeleitende Gitter 2 stehen mit dem Gehäuse 4 der Leuchtvorrichtung in Verbindung. Der Raum zwischen Lumineszenzdioden-Chip 6 und Wellenlängenkonverter 1 ist mit einem für die vom Lumineszenzdioden-Chip 6 emittierte Grundstrahlung transparenten Füllmaterial 5 auf Silikonbasis gefüllt. In 4b ist auf dem Wellenlängenkonverter 1 zusätzlich eine Linse 14 angeordnet.
  • 5 zeigt eine erfindungsgemäße Leuchtvorrichtung mit Lumineszenzdioden-Chip 6 und dazu beabstandet angeordneten Wellenlängenkonverter 1, wobei das wärmeleitende Gitter 2 zwischen Füllmaterial 5 und Wellenlängenkonverter 1 angeordnet ist. Durch das auf einem Silikon basierende Füllmaterial 5, welches für die vom Lumineszenzdioden-Chip 6 emittierte Grundstrahlung transparent ist, ist der Lumineszenzdioden-Chip 6 verkapselt. Das auf dem Füllmaterial 5 angeordnete wärmeleitende Gitter 2 wird durch das anschließend aufgebrachte Wellenlängenkonvertermaterial 1 fixiert.
  • 6 zeigt eine erfindungsgemäße Leuchtvorrichtung mit Lumineszenzdioden-Chip 6 und einem Wellenlängenkonverter 1 mit integriertem wärmeleitenden Gitter 2, wobei der Wellenlängenkonverter 1 auf dem Lumineszenzdioden-Chip 6 aufgebracht ist. In diesem Fall wird der Lumineszenzdioden-Chip 6 mit dem Wellenlängenkonvertermaterial 1 vergossen, wobei in einem Zwischenschritt das wärmeleitende Gitter 2 eingebracht wird.
  • 7 zeigt eine erfindungsgemäße Leuchtvorrichtung mit Lumineszenzdioden-Chip und einem auf einem Reflektorelement angeordneten Wellenlängenkonverter mit integriertem wärmeleitenden Gitter. Der Wellenlängenkonverter 1 ist beabstandet zum Lumineszenzdioden-Chip 6 angeordnet. Zwischen Lumineszenzdioden-Chip 6 und Wellenlängenkonverter 1 ist eine für die vom Lumineszenzdioden-Chip 6 emittierte Grundstrahlung transparente Linse 14 angeordnet. Das Reflektorelement ist gekrümmt ausgeführt und besteht aus einem Polymer, auf dem eine Silberschicht oder ein Schichtsystem, bestehend aus mehreren nichtmetallischen Schichten mit unterschiedlichem Brechungsindex, aufgebracht ist. Solche reflektierenden Polymerfilme können beispielsweise von 3 M bezogen werden.
    • 1
    Wellenlängenkonverter beziehungsweise Wellenlängenkonvertermaterial
    2
    wärmeleitendes Gitter
    3
    wärmeleitende Schicht
    4
    Gehäuse
    5
    Füllmaterial
    6
    Lumineszenzdioden-Chip
    7
    Durchführung
    8
    Stärke des Gittermaterials zwischen zwei Durchführungen
    9
    Dicke des Gitters
    10
    Knoten des Gitters
    11
    laterale Ausdehnungen der Durchführung
    12
    Schnittebene
    13
    für die Durchstrahlung vorgesehener Bereich
    14
    Linse
    15
    Reflektor
    16
    einfallender Strahl
    17
    reflektierter Strahl

Claims (17)

  1. Wellenlängenkonverter mit wärmeleitender Komponente (2, 3), wobei der Wellenlängenkonverter (1) in eine Leuchtvorrichtung einbaubar ist und einen Leuchtstoff zur zumindest teilweisen Wandlung einer elektromagnetischen Grundstrahlung in eine Zweitstrahlung aufweist, wobei die Zweitstrahlung eine zur Grundstrahlung unterschiedliche Wellenlänge aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die wärmeleitende Komponente (2, 3) in einem für die Durchstrahlung vorgesehenen Bereich (13) des Wellenlängenkonverters (1) angeordnet ist und die Anordung aus Wellenlängenkonverter (1) und wärmeleitender Komponente (2, 3) für die Grundstrahlung und/oder Zweitstrahlung zumindest teilweise durchlässig ist.
  2. Wellenlängenkonverter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wärmeleitende Komponente (2, 3) selbst keine elektromagnetische Strahlung aus dem Wellenlängenbereich der Grundstrahlung und/oder der Zweitstrahlung, emittiert.
  3. Wellenlängenkonverter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellenlängenkonverter (1) ein Polymer enthält.
  4. Wellenlängenkonverter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymer ein Silikon, ein Polyurethan und/oder ein Epoxid ist.
  5. Wellenlängenkonverter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellenlängenkonverter (1) nach Art einer Folie ausgeführt ist.
  6. Wellenlängenkonverter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wärmeleitende Komponente (2, 3) ein Material aufweist oder daraus besteht, dessen Wärmeleitfähigkeit größer der Wärmeleitfähigkeit des Basismaterials des Wellenlängenkonverters (1), bevorzugt größer gleich 1 W/(K·m), besonders bevorzugt größer gleich 5 W/(K·m), ist.
  7. Wellenlängenkonverter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wärmeleitende Komponente (2, 3) ein Metall, eine Metall-Legierung, eine intermetallische Verbindung, Saphir, Aluminiumnitrid, Bornitrid und/oder Diamant aufweist oder daraus besteht.
  8. Wellenlängenkonverter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall oder zumindest ein Bestandteil der Metall-Legierung oder der intermetallischen Verbindung aus der Gruppe Silber, Gold, Kupfer, Aluminium, Platin, Indium, Nickel ausgewählt ist.
  9. Wellenlängenkonverter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wärmeleitende Komponente nach Art eines Gitters (2) oder als Schicht (3) ausgeführt ist.
  10. Wellenlängenkonverter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Projektionsabbild der gitterartigen wärmeleitenden Komponente (2) ein Verhältnis von Flächeninhalt der Durchführungen (7) zu Flächeninhalt des Materials der gitterartigen wärmeleitenden Komponente (2) von größer gleich 6, insbesondere größer gleich 9, aufweist.
  11. Wellenlängenkonverter nach einem der Ansprüche 9 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Knoten (10) der gitterartigen wärmeleitenden Komponente (2) einstückig ausgebildet sind.
  12. Wellenlängenkonverter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellenlängenkonverter (1) als wärmeleitende Komponente (2, 3) wärmeleitende Partikel, insbesondere Nanopartikel, aufweist.
  13. Leuchtvorrichtung mit mindestens einer eine elektromagnetische Grundstrahlung emittierenden Strahlungsquelle (6), zu der ein Wellenlängenkonverter (1) mit wärmeleitender Komponente (2, 3) derart angeordnet ist, dass zumindest ein Teil der Grundstrahlung durch den Wellenlängenkonverter (1) in eine Zweitstrahlung gewandelt wird, die eine zur Grundstrahlung unterschiedliche Wellenlänge aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die wärmeleitende Komponente (2, 3) in einem für die Durchstrahlung vorgesehenen Bereich (13) des Wellenlängenkonverters (1) angeordnet ist und die Anordung aus Wellenlängenkonverter (1) und wärmeleitender Komponente (2, 3) für die Grundstrahlung und/oder Zweitstrahlung zumindest teilweise durchlässig ist.
  14. Leuchtvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Wellenlängenkonverter (1) um einen Wellenlängenkonverter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 handelt.
  15. Leuchtvorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Strahlungsquelle (6) um eine Lumineszenzdiode und/oder einen Laser handelt.
  16. Leuchtvorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellenlängenkonverter (1) und/oder die wärmeleitende Komponente (2, 3) mit einer Wärmesenke (4) verbunden ist.
  17. Leuchtvorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmesenke (4) ein Kühlkörper und/oder ein Gehäuse ist.
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