DE102009010468A1 - Method for manufacturing layer of radiation-emitting functional material arranged with light conversion material particle for substrate, involves supplying composition, which contains solvent and organic bonding agent - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fixierung von Lichtkonversionsstoff-Partikeln auf einer Schicht eines strahlungsemittierenden Funktionsmaterials oder einem auf dem strahlungsemittierenden Funktionsmaterial aufbringbaren Substrat, eine strahlungsemittierende Vorrichtung, bei der im Strahlengang der Primärlichtquelle eine mit diesem Verfahren herstellbare Schicht eines strahlungsemittierenden Funktionsmaterials mit darauf angeordneten Partikeln eines Lichtkonversionsstoffs angeordnet ist sowie ein Substrat mit darauf fixierten Lichtkonversionsstoff-Partikeln.The The present invention relates to a method for fixing light-conversion substance particles a layer of a radiation-emitting functional material or a coatable on the radiation-emitting functional material Substrate, a radiation-emitting device, in the beam path the primary light source can be produced by this method Layer of a radiation-emitting functional material with it arranged particles of a light conversion material is arranged and a substrate having light conversion particles fixed thereon.
Nach dem Stand der Technik werden Lichtkonversionsstoff-Partikel auf strahlungsemittierenden Funktionsmaterialien aufgebracht, indem sie in eine organische Matrix (zum Beispiel aus einem Harz z. B. Epoxid oder Silikon) eingebracht werden; diese organische Matrix mit den Lichtkonversionsstoff-Partikeln wird dann auf das strahlungsemittierende Funktionsmaterialaufgebracht und ausgehärtet.To The prior art is light conversion particles on radiation-emitting functional materials applied by into an organic matrix (for example from a resin, for example Epoxy or silicone) are introduced; this organic matrix with the light-conversion particles is then applied to the radiation-emitting functional material and cured.
Es stellt sich jedoch die Aufgabe, ein Funktionsmaterial mit darauf angeordneten Lichtkonversionsstoff-Partikeln bereit zu stellen, bei dem die Lichtkonversionsstoff-Partikel bzw. die Matrix, die diese Lichtkonversionsstoff-Partikel enthält, günstiger fixiert sind.It However, the task is to provide a functional material with it arranged light conversion particles to provide in which the light conversion substance particles or the matrix, the contains these light conversion particles, cheaper are fixed.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. Weitere unabhängige Ansprüche betreffen ein Substrat mit darauf fixierten Lichtkonversionsstoff-Partikeln sowie ein optoelektronisches Bauelement, in dem eine mit dem Verfahren herstellbare Schicht eines strahlungsemittierenden Funktionsmaterials mit darauf angeordneten Partikeln eines Lichtkonversionsstoffs enthalten ist. Unteransprüche lehren vorteilhafte Weiterbildungen.These The object is achieved by a method according to claim 1. Further independent claims relate to a substrate with light conversion particles fixed thereon and an optoelectronic Component in which a processable layer of a radiation-emitting functional material with particles arranged thereon a light conversion substance is contained. under claims teach advantageous developments.
Mit
dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die Partikel
des Lichtkonversionsstoffs folgendermaßen auf einem Substrat
fixiert:
In einem ersten Verfahrensschritt (Verfahrensschritt (A))
werden die Partikel des Lichtkonversionsstoffs in Form einer Zusammensetzung
auf dem strahlungsemittierenden Funktionsmaterial oder einem auf
dem strahlungsemittierenden Funktionsmaterial aufbringbaren Substrat
aufgebracht. Diese Zusammensetzung enthält neben den Partikeln
des Lichtkonversionsstoffs ein Lösungsmittel und/oder ein
organisches Bindemittel. Alternativ kann die Zusammensetzung aus
den Lichtkonversionsstoff-Partikeln, dem Lösungsmittel
und/oder dem organischen Bindemittel bestehen. Die Anordnung kann
hierbei mit jedem beliebigen Verfahren erfolgen; es ist allerdings
sinnvoll, diesen Schritt so durchzuführen, dass eine homogene
Verteilung der Lichtkonversionsstoff-Partikel auf dem Funktionsmaterial/Substrat
erfolgt, so dass in einer strahlungsemittierenden Vorrichtung die
gewünschte Konversionswirkung erreicht wird.With the method according to the invention, the particles of the light conversion substance are fixed on a substrate as follows:
In a first method step (method step (A)), the particles of the light conversion substance are applied in the form of a composition to the radiation-emitting functional material or to a substrate which can be applied to the radiation-emitting functional material. This composition contains, in addition to the particles of the light conversion substance, a solvent and / or an organic binder. Alternatively, the composition may consist of the light-conversion substance particles, the solvent and / or the organic binder. The arrangement can be done with any method; However, it is useful to carry out this step so that a homogeneous distribution of the light-conversion substance particles takes place on the functional material / substrate, so that the desired conversion effect is achieved in a radiation-emitting device.
In einem Verfahrensschritt (B) wird dann die so aufgebrachte Zusammensetzung Bedingungen unterworfen, bei denen die organischen Bestandteile aus der Zusammensetzung entfernt werden. Die Entfernung der organischen Bestandteile kann hierbei auf beliebige Art und Weise erfolgen; insbesondere sind Bedingungen zu nennen, bei denen das organische Material ausgebrannt und/oder verdampft wird. Häufig wird der Verfahrensschritt (B) daher das Anlegen eines Vakuums und/oder das Einbringen in einen Ofen zur Verbrennung und/oder Verdampfung der organischen Bestandteile beinhalten. Ein derartiger Ofen wird üblicherweise bei Temperaturen von maximal 400°C betrieben werden, so dass weder eine Beschädigung eines temperaturempfindlichen Substrats noch eine Beeinträchtigung der Konversionswirkung der Lichtkonversionsstoff-Partikel zu befürchten ist.In a process step (B) is then the composition thus applied Subjected to conditions in which the organic constituents the composition are removed. The removal of the organic Ingredients can be done in any way; In particular, conditions are to be mentioned in which the organic Material burned out and / or evaporated. Frequently becomes the process step (B) therefore the application of a vacuum and / or the introduction into an oven for combustion and / or evaporation of the organic ingredients. Such a furnace usually becomes be operated at temperatures of maximum 400 ° C, so that neither damage a temperature-sensitive Substrate still an impairment of the conversion effect the light conversion substance particles is to be feared.
In einem weiteren Verfahrensschritt (Verfahrensschritt (C)) werden die Lichtkonversionsstoff-Partikel auf dem Funktionsmaterial/Substrat entweder chemisch fixiert und/oder (direkt) physikalisch auf dem Funktionsmaterial/Substrat fixiert. Abschließend erfolgt gegebenenfalls das Aufbringen des so erhaltenen Substrats auf dem strahlungsemittierenden FunktionsmaterialsIn a further process step (process step (C)) the light conversion particles on the functional material / substrate either chemically fixed and / or (directly) physically on the functional material / substrate fixed. Finally, if necessary, the application of the thus obtained substrate on the radiation-emitting functional material
Im Rahmen dieser Erfindung werden die beiden Alternativen, nach denen die Partikel des Lichtkonversionsstoffs entweder auf das Funktionsmaterial oder einem auf dem strahlungsemittierenden Funktionsmaterial aufbringbaren Substrat aufgebracht sind auch mit Funktionsmaterial/Substrat bezeichnet.in the Under this invention, the two alternatives, according to which the particles of the light conversion substance either on the functional material or a coatable on the radiation-emitting functional material Substrate applied are also referred to as functional material / substrate.
Als strahlungsemittierendes Funktionsmaterial kann jegliches Material, das in einer strahlungsemittierenden Vorrichtung Verwendung findet, eingesetzt werden. Beispielsweise sind in einer LED enthaltene Halbleiterschichten zu nennen. Dieses Funktionsmaterial kann auch die oberste Schicht einer aus mehreren Schichten aufgebauten, in der strahlungsemittierenden Vorrichtung enthaltenen Primärlichtquelle sein.When radiation-emitting functional material can be any material used in a radiation-emitting device, be used. For example, semiconductor layers contained in an LED to call. This functional material can also be the topmost layer one composed of several layers, in the radiation-emitting Device be included primary light source.
Für das auf dem lichtemittierenden Funktionsmaterial aufbringbaren Substrat ist jegliches Material geeignet. Im Regelfall wird jedoch ein Substrat eingesetzt werden, bei dem gewährleistet ist, dass die Primärstrahlung einer Primärlichtquelle im für die jeweilige Anwendung gewünschten Spektralbereich nicht absorbiert wird. Zu nennen sind beispielsweise Quarzglas- und Saphir-Substrate.For the substrate which can be applied to the light-emitting functional material Any material is suitable. As a rule, however, a substrate is used which ensures that the primary radiation a primary light source for the particular application desired spectral range is not absorbed. To call For example, quartz glass and sapphire substrates.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, eine Fixierung der Konversionsstoff-Partikel mit hoher mechanischer Festigkeit auf dem Substrat zu gewährleisten.With the method according to the invention, it is possible to fix the conversion substance particles to ensure high mechanical strength on the substrate.
Durch die Fixierung, die aufgrund des Entfernens der organischen Bestandteile der zusammensetzung im Wesentlichen anorganischer Natur ist, ist es möglich, Lichtkonversionsstoff-Partikel auch für Anwendungen einzusetzen, bei denen der Einsatz organischer Materialien kritisch ist, da sie nicht ausreichend strahlungsresistent sind (z. B. High-Power-LEDs oder LEDs mit Emission im UV-Bereich). Insbesondere spielt das Problem der Verfärbung der organischen Matrix keine Rolle. Es sind in strahlungsemittierenden Vorrichtungen auch keine alterungsbedingten Effizienzverluste wie bei der Verwendung organischer Materialien als Fixierungsmittel zu erwarten.By the fixation due to the removal of the organic components the composition is essentially inorganic in nature, it is possible, light conversion particles also for applications where the use of organic materials is critical is because they are not sufficiently resistant to radiation (eg high-power LEDs or LEDs with emission in the UV range). In particular, the problem is playing discoloration of the organic matrix is not important. There are in radiation-emitting devices also no age-related Loss of efficiency as with the use of organic materials to be expected as a fixative.
Schließlich ist mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine sehr präzise Anordnung der Lichtkonversionsstoff-Partikel auf dem Funktionsmaterial/Substrat möglich.After all is a very with the inventive method precise arrangement of the light conversion particles on the functional material / substrate possible.
Ein Ausbluten des die Lichtkonversionsstoff-Partikel enthaltenden Matrixmaterials spielt daher auch keine Rolle. Dagegen erfolgt durch ein Ausbluten bei organischen Matrixmaterialien wie Silikon häufig eine Kontamination der Bond-Pad-Flächen von LED's; diese werden aber für die Kontaktierung des Chips benötigt, so dass eine Kontaktierung nicht möglich ist oder zumindest erschwert wird.One Bleeding of the matrix material containing the light conversion substance particles therefore does not matter. In contrast, by bleeding In organic matrix materials such as silicone often one Contamination of the bond pads of LED's; these will but needed for contacting the chip, so that a contact is not possible or at least is difficult.
Das für die Zusammensetzung verwendete Lösungsmittel wird bevorzugt so gewählt, dass das Konversionsstoff-Partikel-Lösungsmittel-Gemisch mit gängigen Verfahren (z. B. Druckverfahren oder Sedimentationsverfahren) auf das Substrat aufgebracht werden kann. Bevorzugt sind hierbei Lösungsmittel, die eine Agglomerationstendenz der Konversionsstoff-Partikel nicht fördern oder sogar eine Deagglomeration bewirken. Insbesondere sind als Lösungsmittel Alkohole (z. B. Isopropanol oder 1,4-Butandiol) oder Wasser zu nennen.The solvent used for the composition is preferably chosen so that the conversion substance-particle-solvent mixture with common methods (eg printing process or sedimentation process) can be applied to the substrate. Preference is given here Solvents that are an agglomeration tendency of the conversion substance particles do not promote or even cause deagglomeration. In particular, alcohols (for example isopropanol or 1,4-butanediol) or water.
Als organische Bindemittel eignen sich alle Bindemittel, die unter den genannten Bedingungen im Wesentlichen rückstandsfrei entfernbar sind. Weiterhin sind Bindemittel geeignet, die eine Deagglomeration der eingesetzten Konversionsstoff-Partikel unterstützen. Insbesondere sind hierbei handelsübliche Bindemittel zu nennen, die eine gute Dispergierung von keramischen Partikeln und eine gute Verarbeitbarkeit der erhaltenen Schlicker gewährleisten, beispielsweise Acrylat-basierte Bindemittel. Weiterhin sollte das organische Bindemittel gewährleisten, dass darin enthaltene Konversionsstoff-Partikel auch nach der Entfernung der organischen Bestandteile gut auf dem Substrat/Funktionsmaterial fixiert sind. Diese Bindemittel können auch Zusatzstoffe zur weiteren Verbesserung der Verarbeitbarkeit enthalten (z. B. Entschäumer oder Weichmacher).When Organic binders are all binders that are among the said conditions substantially residue-free removable are. Furthermore, binders are suitable which have a deagglomeration support the conversion substance particles used. In particular, commercial binders are in this case too call that a good dispersion of ceramic particles and ensure good processability of the slip obtained, for example Acrylate-based binders. Furthermore, the organic binder should ensure that it contains conversion substance particles even after the removal of the organic components well on the Substrate / functional material are fixed. These binders can also additives to further improve the processability contained (eg defoamers or plasticizers).
Für die Lichtkonversionsstoff-Partikel eignen sich alle für die Anwendung bei LEDs bekannten Konversionsstoffe. Beispiele für derartige als Konversionsstoffe geeignete Leuchtstoffe und Leuchtstoffmischungen sind:
- – Chlorosilikate wie beispielsweise
in der
DE 100 36 940 - – Orthosilikate, Metallsulfide, Thiogallate und Vanadate,
wie beispielsweise in der
WO 2000/333 90 - – Aluminate, Oxide, Halophosphate, wie beispielsweise
in der
US 6,616,862 - – Nitride, Sione und Sialone wie beispielsweise in der
DE 101 47 040 - – Granate von Yttrium und/oder den seltenen Erden wie
YAG:Ce und der Erdalkalielemente wie beispielsweise in der
US2004/0626999
- - Chlorosilicates such as in the
DE 100 36 940 - - Orthosilicates, metal sulfides, thiogallates and vanadates, such as in the
WO 2000/33390 - Aluminates, oxides, halophosphates, such as in the
US 6,616,862 - - Nitrides, Sione and Sialone such as in the
DE 101 47 040 - - Garnets of yttrium and / or the rare earths such as YAG: Ce and the alkaline earth elements such as in the
US2004 / 0626999
Die genannten Lichtkonversionsstoffe liegen üblicherweise als Pulver von Lichtkonversionsstoff-Partikeln vor. Die Größe der Lichtkonversionsstoff-Partikel beträgt üblicherweise 1 bis 20 μm, bevorzugt 2 bis 15 μm. Die mittlere Partikelgröße d50 liegt üblicherweise zwischen 2 und 10 μm.The said light conversion materials are usually present as powder of light conversion material particles. The size of the light conversion substance particles is usually 1 to 20 .mu.m, preferably 2 to 15 .mu.m. The average particle size d 50 is usually between 2 and 10 microns.
In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden in Verfahrensschritt (C) die Lichtkonversionsstoff-Partikel auf dem Funktionsmaterial/Substrat entweder mit einem anorganischen Fixierungsmittel chemisch fixiert und/oder (direkt) physikalisch fixiert. Die Fixierung erfolgt hierbei derart, dass bei einer physikalischen Fixierung zumindest teilweise eine stoffschlüssige Verbindung der Partikel untereinander und mit dem Funktionsmaterial einerseits oder mit dem Substrat andererseits entsteht. Bei einer chemischen Fixierung erfolgt (mittels des anorganischen Fixierungsmittels) eine stoffschlüssige Verbindung der Lichtkonversionsstoff-Partikel untereinander und/oder mit dem Funktionsmaterial einerseits oder dem Substrat andererseits.In an embodiment of the invention Process become in process step (C) the light conversion material particles on the functional material / substrate either with an inorganic fixative chemically fixed and / or (directly) physically fixed. The fixation takes place in such a way that at a physical fixation at least partially a cohesive connection of the particles with each other and with the functional material on the one hand or with the substrate arises on the other hand. In a chemical fixation takes place (by means of the inorganic fixative) a cohesive Connecting the light conversion material particles with each other and / or with the functional material on the one hand or the substrate on the other.
Unter chemischem Fixieren mit einem anorganischen Fixierungsmittel wird hierbei verstanden, dass zwischen Fixierungsmittel und Konversionsstoff-Partikel und gegebenenfalls auch zwischen Substrat/Funktionsmaterial und Fixierungsmittel chemische Bindungen beziehungsweise Wechselwirkungen ausgebildet werden, so dass (mittels des anorganischen Fixierungsmittels) eine stoffschlüssige Verbindung der Partikel untereinander und/oder mit dem Substrat/Funktionsmaterial entsteht.Under chemical fixation with an inorganic fixative understood here that between fixative and conversion substance particles and optionally also between substrate / functional material and Fixative chemical bonds or interactions be formed so that (by means of the inorganic fixative) a cohesive connection of the particles with each other and / or with the substrate / functional material.
Bei diesem chemischen Fixieren kann auch eine Änderung der chemischen Struktur des Fixierungsmittels erfolgen; eine Änderung der chemischen Struktur der Konversionsstoffpartikel sollte allerdings – wenn überhaupt – nur im Bereich der Oberfläche dieser Partikel stattfinden.at This chemical fixation can also be a change of chemical structure of the fixative done; a change However, the chemical structure of the conversion substance particles should, if at all, only take place in the area of the surface of these particles.
Dagegen kann ein physikalisches Fixieren ohne ein zusätzliches (anorganisches) Fixierungsmittel erfolgen, indem Energie in das System Lichtkonversionsstoff-Partikel/Substrat eingetragen wird. Durch den Energieeintrag bilden sich dann chemische Bindungen bzw. Wechselwirkungen (zwischen Substrat/Funktionsmaterial und Konversionsstoff-Partikel) aus.On the other hand can be a physical fix without an additional (Inorganic) fixative done by energy in the System light conversion substance particles / substrate is registered. By The energy input then forms chemical bonds or interactions (between substrate / functional material and conversion substance particles) out.
Das erfindungsgemäß verwendete Funktionsmaterial bzw. Substrat und das zur Fixierung verwendete anorganisches Fixierungsmittel sind im Regelfall aus unterschiedlichen Materialien gebildet. Für das anorganische Fixierungsmittel ist grundsätzlich jegliches Material geeignet. Im Regelfall wird jedoch ein Material eingesetzt werden, bei dem gewährleistet ist, dass die Primärstrahlung einer Primärlichtquelle im für die jeweilige Anwendung gewünschten Spektralbereich nicht oder nur in geringem Ausmaß absorbiert wird. Weiterhin sollte das Funktionsmaterial keine Schädigung der Lichtkonversionsstoff-Partikel (d. h. insbesondere keine Beeinträchtigung von deren Konversionswirkung) verursachen.The Functional material or Substrate and the inorganic fixative used for fixation are usually made of different materials. For the Inorganic fixatives are basically any Material suitable. As a rule, however, a material is used which ensures that the primary radiation a primary light source for the particular application desired spectral range not or only in small Extent is absorbed. Furthermore, the functional material should no damage to the light conversion particles (i.e. H. in particular, no impairment of their conversion effect) cause.
Das Verfahren nach dieser Ausführungsform erlaubt aufgrund des anorganischen Fixierungsmittels eine sehr präzise Anordnung der Lichtkonversionsstoff-Partikel und des anorganischen Fixierungsmittels auf dem Funktionsmaterial/Substrat. Die Partikel des Lichtkonversionsstoffs liegen dabei üblicherweise statistisch auf dem Funktionsmaterial/Substrat verteilt vor. Ein Ausbluten dieses Fixierungsmittels tritt – anders als bei der Verwendung organischer Fixierungsmittel auf Silikonharzbasis – nicht auf.The Method according to this embodiment allows due the inorganic fixative a very precise arrangement the light conversion material particles and the inorganic fixative on the functional material / substrate. The particles of the light conversion substance are usually statistically distributed on the functional material / substrate in front. Bleeding this fixative occurs - different than when using silicone resin-based organic fixatives - not on.
Das Verhältnis von Lichtkonversionsstoff-Partikeln und anorganischem Fixierungsmittel kann beliebig eingestellt werden. Insbesondere sind Verhältnisse zwischen 5 Vol.-% anorganischem Fixierungsmittel und 95 Vol.-% Lichtkonversionsstoff-Partikel und 90 Vol.-% Fixierungsmittel und 10 Vol.-% Lichtkonversionsstoff-Partikel sinnvoll. Bevorzugt weist der Anteil der Lichtkonversionsstoff-Partikel zumindest 40 Vol.-%, besonders bevorzugt zumindest 50 Vol.-% auf.The Ratio of light-conversion particles and inorganic Fixing agent can be adjusted arbitrarily. Especially are ratios between 5% by volume of inorganic fixative and 95% by volume of light conversion particles and 90% by volume of fixative and 10 vol .-% light conversion particles useful. Prefers the proportion of light-conversion substance particles is at least 40 Vol .-%, more preferably at least 50 vol .-% on.
Wird der Anteil des anorganischen Fixierungsmittels zu hoch gewählt, so kann die Konversionseffizienz des Konversionsstoff-/Fixierungsmittel-Gemischs gegenüber der reiner Konversionsstoff-Partikel herabgesetzt sein.Becomes the proportion of the inorganic fixing agent is too high, thus, the conversion efficiency of the conversion substance / fixative mixture reduced compared to the pure conversion substance particles be.
Der Anteil des anorganischen Fixierungsmittels beträgt bevorzugt mindestens 10 Prozent, besonders bevorzugt mindestens 25 Prozent. Ab einem derartigen Anteil ist mit einer guten mechanischen Stabilität des Konversionsstoffpartikel/Fixierungsmittel/Substrat- bzw. Konversionsstoffpartikel/Fixierungsmittel/Funktionsmaterial-Systems zu rechnen.Of the Proportion of the inorganic fixing agent is preferred at least 10 percent, more preferably at least 25 percent. From such a proportion is with good mechanical stability of the conversion substance particle / fixative / substrate or conversion substance particle / fixative / functional material system to count.
Das Verhältnis zwischen anorganischem Fixierungsmittel und Lichtkonversionsstoff-Partikeln kann zudem so gewählt werden, dass nach dem chemischen Fixieren die Konversionsstoff-Partikel nicht vollständig in das anorganische Fixierungsmittel eingebettet sind. Vielmehr ist es im Regelfall ausreichend, dass die oberste Lage der Lichtkonversionsstoff-Partikel nur im Bereich ihrer jeweils dem Funktionsmaterial zugewandten Seite an das anorganische Fixierungsmittel stoffschlüssig gebunden ist. Ist es also beabsichtigt, nur eine Monolage der Lichtkonversionsstoff-Partikel auf dem Funktionsmaterial/Substrat zu fixieren, so ergibt sich daraus, dass das anorganische Fixierungsmittel eine gegenüber den Lichtkonversionsstoff-Partikeln verringerte Partikelgröße aufweisen sollte. Ist die Schichtdicke der fixierten Lichtkonversionsstoff-Partikel gegenüber der mittleren Größe der Lichtkonversionsstoff-Partikel z. B. 2 bis 20-fach erhöht, so ergibt sich daraus, dass – vorausgesetzt, dass das anorganische Fixierungsmittel in Pulverform vorliegt und die Pulverpartikelform im wesentlichen erhalten bleibt – die Partikelgröße der Partikel des anorganischen Fixierungsmittels gegenüber des Lichtkonversionsstoffs bevorzugt verkleinert sein sollte und zudem der Anteil des anorganischen Fixierungsmittels 30 bis 60 Vol.-%, bevorzugt 40 bis 50 Vol.-% betragen sollte. Auch in diesem Fall werden dann die Lichtkonversionsstoff-Partikel der obersten Lage zumindest teilweise aus dem Konversionsstoffpartikel/Fixierungsmittel-Gemisch herausragen.The Ratio between inorganic fixative and Light conversion particles can also be chosen that after chemical fixation, the conversion substance particles not completely in the inorganic fixative are embedded. Rather, it is usually sufficient that the uppermost layer of light-conversion particles only in the range their respective functional material side facing the inorganic fixative is firmly bonded. So is it intended only a monolayer of the light-conversion substance particles on the functional material / substrate to fix, it follows that the inorganic fixative a reduced compared to the light conversion particles Particle size should have. Is the layer thickness the fixed light conversion particles compared to the mean size of the light conversion particles z. B. increased 2 to 20 times, it follows that - assuming that the inorganic fixing agent is in powder form and the powder particle form is essentially preserved - the Particle size of the particles of the inorganic fixative opposite the light conversion substance should preferably be reduced in size and In addition, the proportion of the inorganic fixative 30 to 60 vol .-%, preferably 40 to 50 vol .-% should be. In this case, too Then the light conversion particles of the uppermost layer at least partially from the conversion substance particle / fixative mixture protrude.
Eine vollständige Einbettung der Lichtkonversionsstoff-Partikel in eine Matrix aus dem anorganischen Fixierungsmittel kann aber auch erwünscht sein. Ist dies der Fall, so kann insbesondere ein Schutz der empfindlichen Lichtkonversionsstoff-Partikel vor Feuchtigkeit und Sauerstoff erfolgen. Eine derartige Schutzwirkung kann bei Lichtkonversionsstoff-Partikeln, die in einer organischen Matrix vorliegen, z. B. aufgrund von Alterungserscheinungen (z. B. Versprödung) der Matrix oder auch aufgrund der chemischen Zusammensetzung der Matrix nicht gegeben sein.A complete embedding of the light conversion substance particles but in a matrix of the inorganic fixative can also be desired. If this is the case, then in particular a protection of the sensitive light conversion particles Moisture and oxygen take place. Such a protective effect can be used in light-conversion particles in an organic Matrix present, z. B. due to aging phenomena (eg. Embrittlement) of the matrix or else due to the chemical Composition of the matrix does not exist.
Die in Verfahrensschritt (A) bereitgestellte Zusammensetzung, die Konversionsstoff-Partikel, Lösungsmittel/organischem Bindemittel und gegebenenfalls ein anorganisches Fixierungsmittel umfasst, kann mit einem beliebigen Verfahren auf das Funktionsmaterial/Substrat aufgebracht werden. Die Zusammensetzung kann beispielsweise mittels Druckverfahren wie Siebdruckverfahren und Siebdruck-ähnlichen Verfahren, Sprühen, Beschichtungsmethoden wie Tauchbeschichten und Rotationsbeschichten, Strahldruck oder auch Aufrakeln oder Aufsedimentieren aufgebracht werden und ist daher im Regelfall auch derart ausgebildet, dass sie mit einem oder mehreren dieser Verfahren aufbringbar ist.The composition provided in process step (A), which comprises conversion substance particles, solvent / organic binder and optionally an inorganic fixative, can be applied to the functional material / substrate by any desired method. The composition may be, for example, by means of printing processes such as screen printing and sieving pressure-like methods, spraying, coating methods such as dip coating and spin coating, jet printing or knife coating or Aufededimentieren are applied and is therefore usually designed such that it can be applied by one or more of these methods.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird das Gemisch, das Konversionsstoff-Partikel, Bindemittel/Lösungsmittel und gegebenenfalls ein anorganisches Fixierungsmittel umfasst, als etwa 3 bis 300 μm dicke Schicht, bevorzugt 10 bis 50 μm dicke Schicht aufgetragen (bezogen auf die Endschichtdicke nach dem Fixieren, insbesondere nach einem Sinterprozess). Bei rein physikalischer Fixierung der Konversionsstoff-Partikel beträgt die Endschichtdicke üblicherweise 3 bis 50 μm; bei chemischer Fixierung mittels eines anorganischen Fixierungsmittels beträgt sie üblicherweise 5 bis 150 μm. Die Schichtdicke bemisst sich hierbei insbesondere nach der Partikelgröße der Konversionsstoff-Partikel und der zu erzielenden Konversionswirkung, d. h. nach dem gewünschten Farbeindruck der Sekundärstrahlung beziehungsweise dem Anteil der zu konvertierenden Primärstrahlung in einem optoelektronischen Bauelement. Weiterhin wird die Schichtdicke auch durch Art, Anteil und Eigenschaften des Konversionsstoffs beeinflusst.In In another embodiment of the invention, the mixture is the conversion substance particle, binder / solvent and optionally an inorganic fixative, as about 3 to 300 microns thick layer, preferably 10 to 50 microns thick Layer applied (based on the final layer thickness after fixing, in particular after a sintering process). For purely physical Fixation of the conversion substance particles is the final layer thickness usually 3 to 50 μm; with chemical fixation by means of an inorganic Fixing agent is usually 5 up to 150 μm. The layer thickness is measured here in particular the particle size of the conversion substance particles and the conversion effect to be achieved, d. H. according to the desired Color impression of the secondary radiation or the Proportion of the primary radiation to be converted in one optoelectronic component. Furthermore, the layer thickness also becomes influenced by the type, proportion and properties of the conversion substance.
In einer weiteren Ausführungsform erfolgt die physikalische und/oder chemische Fixierung der Lichtkonversionsstoff-Partikel auf dem Funktionsmaterial/Substrat mittels eines Sintervorgangs. Der Sintervorgang wird dabei so ausgeführt, dass sich bei der physikalischen Fixierung Bindungen beziehungsweise Wechselwirkungen zwischen Funktionsmaterial/Substrat und Lichtkonversionsstoff-Partikeln ausbilden, bei der chemischen Fixierung Bindungen beziehungsweise Wechselwirkungen zwischen Fixierungsmittel und Konversionsstoff-Partikeln und gegebenenfalls auch zwischen Funktionsmaterial/Substrat und Fixierungsmittel ausbilden.In In another embodiment, the physical and / or chemical fixation of the light conversion substance particles on the functional material / substrate by means of a sintering process. The sintering process is carried out so that in the physical fixation bonds or interactions between functional material / substrate and light conversion substance particles form, in chemical fixation bonds or Interactions between fixative and conversion substance particles and optionally also between functional material / substrate and Training fixative.
In einer Ausführungsform wird das Sinterverfahren so durchgeführt, dass kein vollständiges Aufschmelzen des anorganischen Fixierungsmittels erfolgt. Bevorzugt wird das Sinterverfahren dann bei einer Temperatur unterhalb des Schmelzpunkts des anorganischen Fixierungsmittels durchgeführt. In einer weiteren Ausführungsform wird das Sinterverfahren so durchgeführt, dass zwischen den Partikeln des anorganischen Fixierungsmittels untereinander beziehungsweise mit den Lichtkonversionsstoff-Partikeln und dem Funktionsmaterial/Substrat gerade so viele Bindungen/Wechselwirkungen ausgebildet werden, dass eine stoffschlüssige Verbindung gegeben ist beziehungsweise – bei der physikalischen Fixierung – gerade eine stoffschlüssige Verbindung zwischen Konversionsstoff-Partikeln und Funktionsmaterial/Substrat gegeben ist (in diesem Fall kommt es also – wenn überhaupt – nur zu einem Anschmelzen der Partikeloberfläche des anorganischen Fixierungsmittels). Schmilzt das anorganische Fixierungsmittel vollständig auf, so kann dies dazu führen, dass die Konversionswirkung der in der Schmelze eingebetteten (beziehungsweise sogar gelösten) Lichtkonversionsstoff-Partikel deutlich verschlechtert ist.In In one embodiment, the sintering process is performed that no complete melting of the inorganic Fixing agent takes place. The sintering process is then preferred at a temperature below the melting point of the inorganic Fixing agent performed. In a further embodiment the sintering process is carried out in such a way that between the particles of the inorganic fixative with each other or with the light conversion substance particles and the Functional material / substrate just as many bonds / interactions be formed that a cohesive connection is given or - in the physical fixation - straight a cohesive connection between conversion substance particles and functional material / substrate is given (in this case comes So it - if anything - only one Melting the particle surface of the inorganic fixative). Fully melts the inorganic fixative This can lead to the conversion effect the melt embedded (or even dissolved) Light conversion substance particles is significantly deteriorated.
In einer weiteren Ausführungsform wird das Sinterverfahren so durchgeführt, dass kein Schmelzen der Konversionsstoff-Partikel erfolgt oder dass allenfalls ein Anschmelzen der Oberfläche der Konversionsstoff-Partikel stattfindet. Im Regelfall liegt daher der Schmelzpunkt des anorganischen Fixierungsmittels unter dem des Lichtkonversionsstoffs. Bei Verwendung eines anorganischen Fixierungsmittels wird ferner Art und Menge des anorganischen Fixierungsmittels sowie die Sintertemperatur bevorzugt so gewählt, dass kein eutektisches Schmelzen des Gemischs aus dem anorganischem Fixierungsmittel und den Konversionsstoff-Partikeln erfolgt. Beide vorgenannten Ausführungsformen können daher dazu dienen zu verhindern, dass sich die Konversionswirkung der in der Schmelze eingebetteten Lichtkonversionsstoff-Partikel verschlechtert.In Another embodiment is the sintering method so performed that no melting of the conversion substance particles takes place or that at best a melting of the surface the conversion substance particle takes place. As a rule, therefore the melting point of the inorganic fixative below that of the Light conversion material. When using an inorganic fixative Further, the type and amount of the inorganic fixing agent and the sintering temperature preferably chosen so that no eutectic Melting of the mixture of the inorganic fixative and the conversion substance particles takes place. Both aforementioned embodiments can therefore serve to prevent the conversion effect the melt-embedded light-conversion particles deteriorated.
Nach dem vorstehend beschriebenen Sinterverfahren kann insbesondere ein beschichtetes Funktionsmaterial/Substrat erhalten werden, in dem – sofern ein chemisches Fixierungsmittel verwendet wird – zwischen den versinterten Lichtkonversionsstoff- und Fixierungsmittel-Partikeln Hohlräume und/oder Zwischenräume ausgebildet sind. Ein derartiges beschichtetes Funktionsmaterial/Substrat nimmt daher zumeist im gesinterten und ungesinterten Zustand im Wesentlichen den selben Raum ein (die Dichteänderung der Schicht aus Konversionsstoffpartikeln und dem gegebenenfalls enthaltenen anorganischen Fixierungsmittel beträgt dann häufig maximal +10%). Das Sinterverfahren kann auch so durchgeführt werden, dass das erhaltene Gebilde eine offenporöse Struktur aufweist. Im Volumen, das das anorganische Fixierungsmittel einnimmt, beträgt der Anteil der vorhandenen Hohlräume insbesondere 2 bis 35 Vol.-%, häufig 5 bis 20 Vol.-%. Im Übrigen ergibt sich aus dem vorstehend geschilderten Sinterverfahren, dass beim Vorliegen einer porösen Struktur die Hohlräume/Poren üblicherweise im Wesentlichen homogen über das gesinterte anorganische Fixierungsmittel verteilt sind. Allerdings kann durch Sedimentationserscheinungen der Anteil der Hohlräume auf der dem Funktionsmaterial zugewandten Seite der Schicht des gesinterten Fixierungsmittels vermindert sein.To The sintering method described above can in particular a coated functional material / substrate are obtained, in which - provided a chemical fixative is used - between the sintered Lichtkonversionsstoff- and fixative particles Cavities and / or spaces are formed. Such a coated functional material / substrate therefore decreases mostly in the sintered and unsintered state substantially the same space (the density change of the layer Conversionsstoffpartikeln and optionally contained inorganic Fixing agent is then usually a maximum of + 10%). The sintering process can also be carried out so that the resulting structure has an open-porous structure. The volume occupied by the inorganic fixative is Proportion of the existing cavities, in particular 2 to 35 Vol .-%, often 5 to 20 vol .-%. Incidentally, results from the above-described sintering process, that in Presence of a porous structure, the cavities / pores usually substantially homogeneous over the sintered inorganic Fixing agents are distributed. However, by sedimentation phenomena the proportion of cavities on the functional material facing side of the layer of the sintered fixative be diminished.
Als Sinterverfahren für die physikalische und/oder chemische Fixierung der Lichtkonversionsstoff-Partikel auf dem Funktionsmaterial/Substrat kann jegliches Sinterverfahren verwendet werden. Zu nennen sind beispielsweise Lasersinter-Verfahren, Mikrowellensinter-Verfahren oder auch Sinterverfahren, bei denen das zu sinternde Werkstück in einen herkömmlichen Ofen eingebracht wird. Besonders bevorzugt sind Sinterverfahren, bei denen die Energie derart in das System aus Lichtkonversionsstoff-Partikeln Funktionsmaterial/Substrat und gegebenenfalls enthaltenem Fixierungsmittel eingebracht wird, dass gezielt eine Erwärmung der Bereiche, an denen keine Bindungen geknüpft werden sollen beziehungsweise keine Wechselwirkungen erwünscht sind, vermieden wird. Dies sind insbesondere die nicht oberflächennahen Bereiche der Lichtkonversionsstoff-Partikel und gegebenenfalls des Funktionsmaterials. Weiterhin ist bei der Fixierung der Lichtkonversionsstoff-Partikel auf oder mittels eines Substrats eine durchgängige (homogene) Wärmeverteilung bevorzugt; das Sintern in einem herkömmlichen Ofen gewährleistet dies. Bei der Fixierung der Lichtkonversionsstoff-Partikel auf einem Funktionsmaterial ist die Wärmezufuhr in der Regel nur in der zu sinternden, die Lichtkonversionsstoff-Partikel enthaltenden Schicht und eine möglichst geringe Wärmeübertragung auf das Funktionsmaterial erwünscht; meist wird daher in diesem Fall ein Lasersinter-Verfahren oder ein Mikrowellensinter-Verfahren eingesetzt.As a sintering method for physically and / or chemically fixing the light-conversion substance particles on the functional material / substrate, any sintering method can be used. To name a few are, for example, laser sintering methods ren, microwave sintering method or sintering method in which the workpiece to be sintered is introduced into a conventional oven. Particular preference is given to sintering processes in which the energy is introduced into the system of light conversion substance particles, functional material / substrate and optionally contained fixing agent in such a way that targeted heating of the regions where no bonds are to be attached or no interactions are desired is avoided. These are, in particular, the regions of the light conversion substance particles which are not close to the surface and optionally of the functional material. Furthermore, in the fixation of the light conversion substance particles on or by means of a substrate, a continuous (homogeneous) heat distribution is preferred; Sintering in a conventional oven ensures this. When fixing the light conversion substance particles on a functional material, the heat input is generally desired only in the layer containing the light conversion substance particles to be sintered and the lowest possible heat transfer to the functional material; In most cases, therefore, a laser sintering process or a microwave sintering process is used in this case.
Der Sintervorgang erfolgt üblicherweise bei Temperaturen < 1100°C, bevorzugt < 800°C, besonders bevorzugt < 500°C.Of the Sintering is usually carried out at temperatures <1100 ° C, preferably <800 ° C, particularly preferably <500 ° C.
Die gewählte Temperatur beim Sinterverfahren hängt im Wesentlichen davon ab, welcher Natur das anorganische Fixierungsmittel ist beziehungsweise ob die Lichtkonversionsstoff-Partikel direkt (physikalisch) mit dem Funktionsmaterial/Substrat versintert werden sollen und ob auf ein Substrat oder auf ein Funktionsmaterial aufgesintert wird.The selected temperature depends on the sintering process essentially based on what nature of the inorganic fixative is or whether the light conversion substance particles directly (physically) to be sintered with the functional material / substrate and whether sintered on a substrate or on a functional material becomes.
In einer Ausführungsform wird die Sintertemperatur so gewählt, dass die Sintertemperatur unter der Schmelztemperatur des anorganischen Fixierungsmittels beziehungsweise – bei der physikalischen Fixierung – des Lichtkonversionsstoff-Partikels liegt. Wie oben angegeben, ist es lediglich nötig, dass die Bindungen zwischen den Partikeln des Fixierungsmittels, dem Funktionsmaterial/Substrat und den Lichtkonversionsstoff-Partikeln gebildet werden können. Dem entsprechend bleiben in der Regel im nach dem Sinterprozess erhaltenen Funktionsmaterial/Substrat mit fixierten Lichtkonversionsstoff-Partikeln die Korngrenzen und/oder Partikelgrenzen der zuvor vorliegenden Fixierungsmittel- und Lichtkonversionsstoff-Partikel im Wesentlichen sichtbar (und mittels optischer Nachweismethoden erkennbar).In In one embodiment, the sintering temperature is selected that the sintering temperature below the melting temperature of the inorganic Fixing agent or - in the physical Fixation - the light conversion substance particle is located. As stated above, it is only necessary that the bonds between the particles of the fixative, the functional material / substrate and the light conversion material particles can be formed. Accordingly, usually remain after the sintering process obtained functional material / substrate with fixed light conversion particles the grain boundaries and / or particle boundaries of the previously present Fixing agent and Lichtkonversionsstoff particles substantially visible (and recognizable by means of optical detection methods).
In einer Ausführungsform wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren als Fixierungsmittel ein Nanopulver und/oder ein Submikropulver, das aus einer keramischen Komponente besteht, verwendet beziehungsweise ein Gemisch, das ein derartiges Nanopulver und/oder Submikropulver enthält, eingesetzt. Alternativ oder gleichzeitig können auch die Lichtkonversionsstoff-Partikel in Form eines Nanopulvers und/oder eines Submikropulvers vorliegen beziehungsweise einen Anteil Nanopulver und/oder Submikropulver enthalten. Im letzteren Fall entspricht der Anteil des Nanopulvers und/oder Submikropulvers, dann bevorzugt dem vorstehend für das anorganische Fixierungsmittel angegebenen.In an embodiment is in the inventive Process as fixing agent a nanopowder and / or a submicropulver, which consists of a ceramic component, used or a mixture containing such a nanopowder and / or submicropulver contains, used. Alternatively or simultaneously also the light conversion substance particles in the form of a nanopowder and / or a Submikropulvers or a share Containing nanopowder and / or submicropulver. In the latter case corresponds to the proportion of nanopowder and / or submicropulver, then preferred for the inorganic fixative above specified.
Unter Nanopartikel werden erfindungsgemäß Partikel mit einer mittleren Partikelgröße (d50) von 1 bis 100 nm verstanden (z. B. Partikel mit einer mittleren Partikelgröße zwischen 10 und 40 nm); Submikropartikel besitzen insbesondere eine mittlere Partikelgröße zwischen 100 und 1000 nm (insbesondere zwischen 250 und 800 nm). Durch den Einsatz von Nanopartikeln ist es im Regelfall möglich, den Schmelzpunkt gegenüber den von größeren Partikeln zu senken (im Fall von Konversionsstoffpartikeln, z. B. aus YAG, um etwa 200°C).According to the invention, nanoparticles are understood as meaning particles having an average particle size (d 50 ) of 1 to 100 nm (eg particles having an average particle size between 10 and 40 nm); Submicroparticles in particular have an average particle size between 100 and 1000 nm (in particular between 250 and 800 nm). By using nanoparticles, it is generally possible to reduce the melting point from that of larger particles (in the case of conversion substance particles, eg from YAG, by about 200 ° C.).
Als keramische Komponente kann für das Nanopulver und/oder das Submikropulver beispielsweise SiO2 (z. B. Aerosil) oder Aluminiumoxid eingesetzt werden.SiO 2 (eg Aerosil) or aluminum oxide can be used as the ceramic component for the nanopowder and / or the submicrop powder.
Als Nanopulver/Submikropulver der Lichtkonversionsstoff-Partikel können beispielsweise Granat-Pulver (etwa YAG) eingesetzt werden.When Nanopowder / Submikropulver the light conversion particles can For example, garnet powder (about YAG) can be used.
In einer weiteren Ausführungsform kann das anorganische Fixierungsmittel ein Flussmittel sein oder ein Flussmittel enthalten. Ein derartiges Flussmittel hat den Effekt, dass die Schmelztemperatur des zu sinternden Materials gesenkt werden kann. Bei dieser Alternative ist es nicht nur möglich, zunächst ein Gemisch aus Fixierungsmittel und Konversionsstoff-Partikeln herzustellen; es können auch die Konversionsstoffpartikel direkt mit dem Flussmittel beschichtet werden, so dass zumindest ein Teil der Oberfläche damit beschichtet ist, und dann auf das Funktionsmaterial/Substrat aufgebracht werden.In In another embodiment, the inorganic fixative be a flux or contain a flux. Such a thing Flux has the effect that the melting temperature of the sintered Material can be lowered. This alternative is not only possible, first a mixture of fixative and to produce conversion substance particles; it can also the conversion substance particles coated directly with the flux be so that at least part of the surface with it coated, and then applied to the functional material / substrate become.
In einer weiteren Ausgestaltung wird als anorganisches Fixierungsmittel ein Gemisch mit einem niedrigen eutektischen Schmelzpunkt eingesetzt. Beispielsweise weist das Phasendiagramm des Systems SiO2/B2O3 ein Eutektikum bei 372°C auf. Hieraus kann z. B. eine Zusammensetzung hergestellt werden, die 80 Vol.-% eines Lösungsmittels (z. B. Butandiol), 10 Vol.-% Leuchtstoffpartikel (z. B. YAG) und 10 Vol.-% der Bestandteile des niedrig schmelzenden Systems (aus 33 mol% SiO2 und 67 mol% B2O3) enthalten. Weiterhin ist als niedrig schmelzendes System auch ein Gemisch aus Nano-Bornitrid mit diversen anorganischen Oxiden zu nennen (dieses ist beispielsweise von der Firma ItN/Nanovation GmbH unter dem Namen Nanocomp PP MT 11 erhältlich).In a further embodiment, a mixture having a low eutectic melting point is used as the inorganic fixing agent. For example, the phase diagram of the SiO 2 / B 2 O 3 system has a eutectic at 372 ° C. From this can z. For example, a composition comprising 80% by volume of a solvent (eg butanediol), 10% by volume of phosphor particles (eg YAG) and 10% by volume of the components of the low-melting system (of 33 mol% SiO 2 and 67 mol% B 2 O 3 ). Furthermore, a mixture of nano-boron nitride with various inorganic oxides should be mentioned as a low-melting system (this is available, for example, from the company ItN / Nanovation GmbH under the name Nanocomp PP MT 11).
Bevorzugt wird hierbei das eutektische Gemisch aus den beiden Komponenten (z. B. SiO2/B2O3) schon vor der Mischung mit den Lichtkonversionsstoff-Partikeln miteinander verschmolzen und dann in pulverisierter Form als Fixierungsmittel eingesetzt.Here, the eutectic mixture of the two components (eg., SiO 2 / B 2 O 3) is preferably melted before the mixture with the light conversion material particles together and then used in powdered form as a fixing agent.
In einer weiteren Ausführungsform besteht das anorganische Fixierungsmittel aus einem keramischen Material und/oder einem Glas beziehungsweise enthält einen (oder beide) der genannten Stoffe.In In another embodiment, the inorganic Fixing means of a ceramic material and / or a glass or contains one (or both) of the mentioned Substances.
Nach einer Ausführungsform kommen als Glaser hierbei insbesondere die Stoffe in Betracht, bei denen der SiO2-Anteil die Hauptkomponente darstellt und insbesondere > 50 Gew.-% beträgt. Als weitere Komponenten können saure Oxide, insbesondere saure Oxide der Zusammensetzung A2O3, AO2 und A2O5 – wobei A für ein beliebiges oxidbildendes Element steht – (z. B. B2O3, Al2O3, GeO2, TiO2, P2O5) enthalten sein. Weiterhin können basische Oxide enthalten sein (z. B. Na2O, K2O, MgO, CaO, PbO, ZnO, BaO, Li2O). Schließlich können auch Stoffe wie z. B. Fluoride im Glas enthalten sein.According to one embodiment, suitable glasses are in particular the substances in which the SiO 2 content is the main component and in particular> 50% by weight. Other components which may be used are acidic oxides, in particular acidic oxides of composition A 2 O 3 , AO 2 and A 2 O 5 - where A is any oxide-forming element (eg B 2 O 3 , Al 2 O 3 , GeO 2 , TiO 2 , P 2 O 5 ). Furthermore, basic oxides may be present (eg Na 2 O, K 2 O, MgO, CaO, PbO, ZnO, BaO, Li 2 O). Finally, substances such. For example, fluorides may be contained in the glass.
Besonders bevorzugt werden als Glaser niedrig schmelzende Glassorten verwendet. Bleihaltige Glaser weisen zwar einen relativ niedrigen Schmelzpunkt auf, sind allerdings weniger bevorzugt, da Blei als Schwermetall bei der Entsorgung Probleme bereitet. Zur Einstellung eines niedrigen Schmelzpunktes können auch Komponenten, die als Flussmittel wirken, im Glas enthalten sein (z. B. das genannte Zinkoxid sowie die vorstehenden Alkalioxide).Especially Glases used are preferably low-melting types of glass. Although lead-containing glasses have a relatively low melting point however, are less preferred because lead is a heavy metal in disposal issues. For setting a low melting point also components that act as fluxes in the Glass (for example, the said zinc oxide and the above Alkali oxides).
Die handelsüblich erhältlichen Glas-Partikel weisen für das erfindungsgemäße Verfahren häufig zu große Partikelgrößen auf. In einer bevorzugten Ausführungsform werden daher die handelsüblichen Gläser vor dem Einsatz als anorganisches Fixierungsmittel gemahlen (z. B. mit einer Kugelmühle oder einer Planetenkugelmühle), um die Partikelgröße zu verringern. Bevorzugte mittlere Partikelgrößen liegen zwischen 0,1 und 20 μm. Besonders bevorzugt sind mittlere Partikelgrößen zwischen 0,1 und 2 μm. Weiterhin bevorzugt ist, dass die mittlere Größe der Glaspartikel (beziehungsweise keramischen Partikel) kleiner ist als die der Lichtkonversionsstoff-Partikel. Weiterhin können Gemische verschiedener Partikelgrößen eingesetzt werden.The commercially available glass particles exhibit for the inventive method often large particle sizes. In a preferred embodiment Therefore, the standard glasses before the Milled as an inorganic fixative (eg with a Ball mill or a planetary ball mill) to reduce the particle size. Preferred middle Particle sizes are between 0.1 and 20 microns. Particularly preferred are average particle sizes between 0.1 and 2 μm. It is further preferred that the mean size of the glass particles (respectively ceramic particles) is smaller than that of the light conversion substance particles. Farther can mixtures of different particle sizes be used.
Das Verhältnis zwischen Glaspartikeln und den Partikeln des Lichtkonversionsstoffs (in Vol.-%) ist vorstehend für die anorganischen Fixierungsmittel allgemein angegebenen. Bevorzugt liegt das Verhältnis Glaspartikel/Lichtkonversionsstoff-Partikel zwischen 60/40 und 10/90 Vol.-%, besonders bevorzugt beträgt es 55/45 bis 30/70 Vol.-%. Weiterhin wurde festgestellt, dass bei Partikelgemischen, in denen ungefähr die selbe Menge (in Vol.-%) an Glaspartikeln und Lichtkonversionsstoff-Partikeln vorliegen, eine Erniedrigung der Temperatur, die zum Versintern der Partikel nötig ist, zu verzeichnen ist. Ganz besonders bevorzugt ist daher ein Partikelverhältnis Glaspartikel/Lichtkonversionsstoff-Partikel zwischen 50/50 und 45/55 Vol.-%.The Relationship between glass particles and the particles of the Light conversion substance (in Vol .-%) is above for the inorganic fixatives generally indicated. Prefers is the ratio of glass particles / light conversion particles between 60/40 and 10/90 vol .-%, particularly preferably it 55/45 to 30/70 Vol .-%. Furthermore, it was found that for particle mixtures, in which about the same amount (in Vol .-%) of glass particles and Light conversion particles are present, a lowering of the Temperature needed to sinter the particles to be recorded. Very particular preference is therefore a particle ratio Glass particles / light conversion particles between 50/50 and 45/55 Vol .-%.
Die Glaspartikel werden (im Gemisch mit den Lichtkonversionsstoff-Partikeln) bevorzugt in Form einer Schlickerzusammensetzung auf das Funktionsmaterial/Substrat aufgebracht, die neben den Partikeln ein Lösungsmittel enthält (Als geeignet haben sich hierbei beispielsweise ein Alkohol wie Butandiol sowie Wasser herausgestellt).The Glass particles are used (mixed with the light-conversion particles) preferably in the form of a slip composition on the functional material / substrate applied, in addition to the particles a solvent contains (for example, have as suitable an alcohol such as butanediol and water exposed).
In einer weiteren Ausführungsform wird vor Verfahrensschritt (A) das anorganische Fixierungsmittel (gegebenenfalls in einem Lösungsmittel oder organischen Bindemittel) auf das Funktionsmaterial/Substrat aufgebracht. Diese Verfahrensvariante eignet sich für sämtliche der vorgenannten Fixierungsmittel. Sie eignet sich insbesondere dann, wenn eine Monolage der Lichtkonversionsstoff-Partikel aufgebracht werden soll. Allerdings können auch mehrlagig Lichtkonversionsstoff-Partikel aufgebracht werden, bevorzugt wird dann die vor Verfahrensschritt (A) aufgebrachte Zwischenschicht aus Fixierungsmittel und dem gegebenenfalls vorhandenen Lösungsmittel oder Bindemittel so gewählt, dass ein Einsinken der Lichtkonversionsstoff-Partikel in diese Zwischenschicht möglich ist.In Another embodiment is prior to process step (A) the inorganic fixing agent (optionally in a solvent or organic binder) on the functional material / substrate applied. This process variant is suitable for all the aforementioned fixative. It is particularly suitable when applied to a monolayer of light-conversion particles shall be. However, multi-layered light-conversion material particles can also be used be applied, then is preferred before the process step (A) applied intermediate layer of fixing agent and optionally existing solvent or binder chosen so that a subsidence of the light conversion substance particles in this intermediate layer is possible.
In einer weiteren Ausführungsform werden die Konversionsstoff-Partikel mittels eines Sol-Gel-Materials als anorganisches Fixierungsmittel auf dem Funktionsmaterial/Substrat aufgebraucht. Alternativ kann eine nach Verfahrensschritt (A) (oder gegebenenfalls auch (B)) erzeugte Schicht der Lichtkonversionsstoff-Partikel auch nachträglich mit einer Mischung der Precursor des Sol-Gel-Materials (gegebenenfalls mit einem Lösungsmittel) getränkt werden. Das anorganische Fixierungsmittel kann bei dieser Ausführungsform beispielsweise ein Precursor des jeweiligen Lichtkonversionsstoffs sein. Wird beispielsweise als Lichtkonversionsstoff YAG:Ce eingesetzt, so kann das anorganische Fixierungsmittel ein Gemisch von Yttrium-Acetat, Aluminium-acetylacetonat und Cer-acetylacetonat (für die Ce-Dotierung) sein. Hierbei wird die Fixierung der Lichtkonversionsstoff-Partikel erreicht, indem sich der oder die Precursor (bei denen es sich insbesondere um metallorganische Verbindungen oder Metallsalzlösungen handelt) während der Temperaturbehandlung zu Oxiden umsetzen. Dabei entstehen dann (Nano-)Konversionsstoff-Partikel und/oder (Nano-)Partikel mindestens eines anorganischen Fixierungsmittel, wobei letzteres insbesondere aus den vorstehend angegebenen Gruppen ausgewählt ist und daher im Regelfall keine Licht konvertierenden Eigenschaften besitzt.In a further embodiment, the conversion substance particles are used up on the functional material / substrate by means of a sol-gel material as an inorganic fixative. Alternatively, a layer of the light-conversion substance particles produced by method step (A) (or optionally also (B)) may also be subsequently impregnated with a mixture of the precursors of the sol-gel material (optionally with a solvent). The inorganic fixing agent may in this embodiment be, for example, a precursor of the respective light conversion substance. If, for example, YAG: Ce is used as the light conversion substance, the inorganic fixing agent may be a mixture of yttrium acetate, aluminum acetylacetonate and cerium acetylacetonate (for the Ce doping). Here, the fixation of the light conversion material particles is achieved by reacting or precursors (which are in particular organometallic compounds or metal salt solutions) during the temperature treatment to form oxides. In this case, then (nano) conversion particles and / or (nano) particles of at least one inorganic fixing agent, the latter being selected in particular from the groups indicated above and therefore usually case has no light-converting properties.
In einer weiteren Ausführungsform können die Lichtkonversionsstoff-Partikel auf dem Funktionsmaterial/Substrat fixiert werden, indem die chemische Fixierung mittels eines Fixierungsmittels, das durch ein Sputter-Prozess aufgebracht wird, erfolgt. Das Funktionsmaterial/Substrat, auf dem gemäß Verfahrensschritt (A) die Lichtkonversionsstoff-Partikel angeordnet sind, wird dann einem Sputterprozess ausgesetzt, bei dem eine Beschichtung mit keramischem Material und/oder mit Glas erfolgt und bei dem diese (als anorganisches Fixierungsmittel dienenden) Stoffe in die Hohlräume zwischen den Partikeln des Lichtkonversionsstoffs eingelagert werden.In In another embodiment, the light conversion material particles be fixed on the functional material / substrate by the chemical Fixation by means of a fixative, by a sputtering process is applied takes place. The functional material / substrate on which according to process step (A) the light conversion substance particles are then exposed to a sputtering, at a coating with ceramic material and / or with glass takes place and in which these (serving as an inorganic fixative) Substances in the cavities between the particles of the light conversion substance be stored.
In einer weiteren Ausführungsform können die Partikel des Lichtkonversionsstoffs auf dem Funktionsmaterial/Substrat fixiert werden, indem auf dem Funktionsmaterial/Substrat, auf dem gemäß Verfahrensschritt (A) die Lichtkonversionsstoff-Partikel angeordnet sind, eine Fixierung mittels eines Fixierungsmittels, das durch Chemical Vapour Deposition (CVD) oder einem ähnlichen Verfahren aufgebracht wird, erfolgt.In In another embodiment, the particles the light conversion substance on the functional material / substrate fixed be on the functional material / substrate on the according to process step (A) the light conversion particles are arranged, a fixation by means of a fixative produced by Chemical Vapor Deposition (CVD) or a similar method is applied takes place.
Die erfindungsgemäß eingesetzte Schicht aus einem strahlungsemittierenden Funktionsmaterial ist insbesondere ein Bestandteil der Primärlichtquelle eines optoelektronischen Bauelements, insbesondere einer Leuchtdiode, einer Laserdiode oder einer Photodiode. Im Regelfall ist dieses Bauelement der Halbleiter zur Erzeugung der Primärstrahlung. Bei der Fixierung der Konversionsstoffpartikel auf diesem Funktionsmaterial ist dann zu beachten, dass die Fixierungsbedingungen nicht zu einer Schädigung des Halbleiters führen. Insbesondere sollte die Sintertemperatur daher nur so hoch wie unbedingt nötig gewählt werden.The According to the invention used layer of a radiation-emitting functional material is in particular a constituent the primary light source of an optoelectronic component, in particular a light emitting diode, a laser diode or a photodiode. As a rule, this component is the semiconductor for generating the primary radiation. In the fixation of the conversion substance particles It should then be noted on this functional material that the fixing conditions do not lead to damage to the semiconductor. In particular, the sintering temperature should therefore only as high as absolutely necessary to get voted.
Um eine Beschädigung des Halbleiters zu verhindern, kann auch ein Substrat mit den Konversionsstoffpartikeln auf dem Halbleiter im Strahlengang der Primärlichtquelle aufgebracht werden. Beispielsweise kann das Substrat mit Konversionsstoffpartikeln auf der Primärlichtquelle angeordnet werden, indem ein Klebstoff zwischen Primärlichtquelle und Substrat (mit Konversionsstoff-Partikeln) eingebracht wird, um eine Fixierung des Substrats mit den Konversionsstoffpartikeln auf der Primärlichtquelle zu gewährleisten.Around Also, to prevent damage to the semiconductor a substrate with the conversion substance particles on the semiconductor be applied in the beam path of the primary light source. For example, the substrate may contain conversion substance particles The primary light source can be arranged by an adhesive between primary light source and substrate (with conversion substance particles) is introduced to a fixation of the substrate with the conversion substance particles to ensure on the primary light source.
In einer alternativen Ausführungsform können auch über das anorganische Fixierungsmittel stoffschlüssig miteinander verbundene Konversionsstoff-Partikel ohne ein Substrat in den Strahlengang der Primärlichtquelle eingebracht werden. Das Substrat in Verfahrensschritt (A) ist dann so zu wählen, dass sich beim Fixierungsprozess (z. B. bei den Bedingungen, die während eines Sinterverfahrens herrschen) zu dem Substrat keine stoffschlüssigen Verbindungen von den Konversionsstoff-Partikeln einerseits und von den Partikeln des anorganischen Fixierungsmittels andererseits ausbilden. Als Substrat kommen bei dieser Ausführungsform insbesondere Substrate aus Al2O3 (insbesondere aus Korund), Bornitrid oder Wolfram in Betracht. Auch Gläser können geeignet sein, sofern diese einen entsprechend hohen Schmelzpunkt besitzen.In an alternative embodiment can also over the inorganic fixing agent cohesively with each other Connected conversion particles without a substrate in the beam path of the Primary light source are introduced. The substrate in process step (A) is then to be chosen so that during the fixation process (For example, under the conditions during a sintering process prevail) to the substrate no material connections from the conversion substance particles on the one hand and from the particles of the inorganic fixative, on the other hand. When Substrate come in this embodiment, in particular substrates from Al 2 O 3 (in particular from corundum), boron nitride or tungsten into consideration. Also, glasses may be suitable, provided that have a correspondingly high melting point.
Die nach dem Ablösen des Substrats erhaltene Schicht aus stoffschlüssig miteinander verbundenen Partikeln des anorganischen Fixierungsmittels und der Lichtkonversionsstoff-Partikel kann dann – wie zuvor für das Substrat mit Lichtkonversionsstoff-Partikeln beschrieben – in den Strahlengang der Primärlichtquelle eines optoelektronischen Bauelements eingebracht werden. Aufgrund der geringeren mechanischen Stabilität einer derartigen Schicht ist es bevorzugt, diese Schicht direkt auf der Primärlichtquelle (also z. B. im Halbleiter) anzuordnen und gegebenenfalls mittels eines Klebstoffs darauf zu fixieren.The after removal of the substrate obtained layer of material fit interconnected particles of the inorganic fixative and the light conversion substance particles can then - as before for the substrate with light-conversion particles - in the beam path of the primary light source of an optoelectronic Component be introduced. Due to the lower mechanical Stability of such a layer is preferred, these Layer directly on the primary light source (ie eg in Semiconductor) and optionally by means of an adhesive to fix on it.
Wird das Substrat nicht von der Schicht aus Partikeln des anorganischen Fixierungsmittels und des Lichtkonversionsstoff-Partikel entfernt, so bieten sich als transparente Substrate Gläser, die höherschmelzend als das anorganische Fixierungsmittel sind an sowie Al2O3-Substrate (z. B. Saphir) und Zinkoxid-Substrate z. B. Quarzglas (in Abhängigkeit vom verwendeten Fixierungsmittel).If the substrate is not removed from the layer of particles of the inorganic fixing agent and the light conversion substance particles, the transparent substrates are glasses which have a higher melting point than the inorganic fixing agent and Al 2 O 3 substrates (eg sapphire) and Zinc oxide substrates z. As quartz glass (depending on the fixative used).
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lässt sich ein Funktionsmaterial/Substrat mit darauf angeordneten Partikeln eines Lichtkonversionsstoffs herstellen. Bei diesem Funktionsmaterial/Substrat sind die Lichtkonversionsstoff-Partikel stoffschlüssig untereinander und/oder mit dem Funktionsmaterial/Substrat verbunden; die stoffschlüssige Verbindung erfolgt hierbei teilweise oder (bevorzugt) vollständig über anorganische Bindungen.With the method according to the invention can be a functional material / substrate with particles arranged thereon of a light conversion substance. For this functional material / substrate the light conversion substance particles are cohesive connected to each other and / or with the functional material / substrate; the cohesive connection takes place here partially or (preferably) completely via inorganic Bonds.
Unter einer Verbindung über anorganische Bindungen wird hierbei verstanden, dass die stoffschlüssige Verbindung nicht über chemische Strukturelemente erfolgt, in denen Kohlenwasserstoffgruppen (als verknüpfende Komponente oder als Seitenkette) enthalten sind.Under a compound via inorganic bonds is hereby understood that the cohesive connection does not have over chemical structural elements take place in which hydrocarbon groups (as a linking component or as a side chain) are.
Die Korngrenzen/Partikelgrenzen zwischen den ehemals vorliegenden Partikeln des Lichtkonversionsstoffs einerseits und des gegebenenfalls enthaltenen anorganischen Fixierungsmittels andererseits sind dabei im Wesentlichen sichtbar (d. h. mittels optischer Mittel im Wesentlichen vollständig detektierbar) sind. In einigen Verfahrensvarianten ragen zudem die Lichtkonversionsstoff-Partikel der obersten Konversionsstoff-Lage aus der aus Konversionsstoff-Partikeln und den Partikeln des anorganischen Fixierungsmittels gebildeten Schicht heraus.The grain boundaries / particle boundaries between the formerly present particles of the light conversion material on the one hand and the optionally contained inorganic fixative on the other hand are substantially visible (ie, by means of optical means substantially completely detectable) are. In addition, in some process variants, the light conversion substance particles of the uppermost conversion material layer protrude from the conversion out substance particles and the particles of the inorganic fixative layer.
Ein bevorzugter Einsatz der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten, stoffschlüssig untereinander oder mit einem Funktionsmaterial/Substrat verbundenen Lichtkonversionsstoff-Partikel sind optoelektronische Bauelemente mit einer Primärlichtquelle, die eine Primärstrahlung aussendet. Im Strahlengang der Primärlichtquelle werden dann die anorganisch gebundenen Lichtkonversionsstoff-Partikel angeordnet, so dass die Primärstrahlung in eine Sekundärstrahlung umgewandelt wird. Insbesondere sind als optoelektronische Bauelemente Leuchtdioden, Laserdioden und Photodioden zu nennen. Bei den Leuchtdioden ist die genannte Anordnung insbesondere für die Erzeugung von weißem Licht geeignet (z. B. mit YAG:Ce oder einem gelb emittierenden Orthosilikat als Leuchtstoff).One preferred use of the inventive Process produced, cohesively with each other or with a light material particles connected to a functional material / substrate are optoelectronic components with a primary light source, which emits a primary radiation. In the beam path of the Primary light source then become the inorganic bonded Light conversion particles arranged so that the primary radiation is converted into a secondary radiation. Especially are as optoelectronic components light emitting diodes, laser diodes and to name photodiodes. In the light-emitting diodes is mentioned Arrangement especially for the production of white Light suitable (eg with YAG: Ce or a yellow-emitting orthosilicate as a phosphor).
Weitere Merkmale, Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich – ohne Einschränkung der Allgemeinheit – aus der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele und der Figuren.Further Features, advantages and advantageous embodiments arise - without Restriction of generality - from the following Description of the embodiments and the figures.
Die Messung der Partikelgrößenverteilung und der d50-Werte erfolgt erfindungsgemäß stets mittels Laserbeugung.The measurement of the particle size distribution and the d 50 values is carried out according to the invention always by means of laser diffraction.
1. Beschichtung eines Substrats mit einem Lichtkonversionsstoff-Partikel enthaltenden Schlicker:1. Coating a substrate with a Slurry containing light conversion substance particles:
Aus 60 bis 85 Vol.-% eines Acryl-basierten Bindemittels (z. B. WB4101 der Firma Polymer Innovations) und 15 bis 40 Vol.-% eines dotierten Granats als Lichtkonversionsstoff (z. B. YAG:Ce – Die Partikelgröße des YAG:Ce beträgt zwischen 2 und 10 μm (d50)) wird ein Gemisch hergestellt, das, um eine ausreichende Homogenisierung zu erreichen, etwa 30 min bis 4 Stunden in einer Walzenkugelmühle gemahlen wird.Out 60 to 85% by volume of an acrylic based binder (eg WB4101 the company Polymer Innovations) and 15 to 40% by volume of a doped one Garnets as a light conversion substance (eg YAG: Ce - The particle size of YAG: Ce is between 2 and 10 μm (d50)) a mixture is prepared which, in order to obtain sufficient homogenization to reach about 30 minutes to 4 hours in a roller mill is ground.
Sind Nanopartikel in dem Gemisch enthalten, so bietet es sich an, das Gemisch vor der Behandlung mit der Walzenkugelmühle in einem Speedmixer zu behandeln, so dass die Bildung von Agglomeraten vermindert werden kann.are Nanoparticles contained in the mixture, so it is advisable, the Mixture before treatment with the roller ball mill in to handle a speed mixer, so that the formation of agglomerates can be reduced.
Statt des Acryl-basierten Bindemittels kann auch ein Lösungsmittel eingesetzt werden, beispielsweise Butandiol.Instead of The acrylic-based binder can also be a solvent can be used, for example, butanediol.
Statt 15 bis 40 Vol.-% reiner Lichtkonversionsstoff-Partikel kann auch ein Gemisch von Lichtkonversionsstoff-Partikeln und dem anorganischen Fixierungsmittel in einer Menge von 15 bis 40 Vol.-% eingesetzt werden.Instead of 15 to 40% by volume of pure light conversion particles can also a mixture of light-conversion particles and the inorganic fixative be used in an amount of 15 to 40 vol .-%.
Der so erhaltener Schlicker wird mittels einer Rakel auf ein Saphirsubstrat aufgetragen, so dass im frischen Zustand eine Schicht von etwa 90 μm Dicke entsteht.Of the thus obtained slip is applied by means of a doctor blade to a sapphire substrate applied, so that when fresh a layer of about 90 microns Thickness arises.
2. Entfernen des Bindemittels/Lösungsmittels aus dem beschichteten Substrat.2. Remove the binder / solvent from the coated substrate.
Das nach Beispiel 1 erhaltene Substrat, das mit dem Schlicker aus Lichtkonversionsstoff-Partikeln und organischen Binder- beziehungsweise Lösungsmittel und gegebenenfalls anorganischem Fixierungsmittel beschichtet ist, wird zunächst einem Trocknungsschritt unterworfen, so dass die flüchtigen Bestandteile verdampfen. Dieser Trocknungsschritt wird üblicherweise mehrere Stunden bis einen Tag lang durchgeführt. Anschließend wird das Substrat mit den darauf angeordneten Lichtkonversionsstoff-Partikeln Bedingungen unterworfen, bei denen ein organischer Binder ausgebrannt wird und die letzten Reste noch anhaftenden Lösungsmittels verschwinden. Üblicherweise erfolgt das Ausbrennen des Lösungsmittels in einem Ofen bei etwa 400°C. Wird das beschichtete Substrat zur Fixierung der Lichtkonversionsstoff-Partikel nachfolgend einem Sinterprozess unterworfen, so kann die Entfernung des organischen Bindemittels auch gleichzeitig mit dem Sintern erfolgen.The obtained according to Example 1 substrate, which with the slip of light-conversion particles and organic binders or solvents and optionally inorganic fixative is coated is first subjected to a drying step, so that the Volatiles evaporate. This drying step usually becomes carried out for several hours to one day. Subsequently becomes the substrate with the light conversion particles placed thereon Subjected to conditions in which an organic binder burned out is and the last residues of remaining solvent disappear. Usually, the burnout of the Solvent in an oven at about 400 ° C. Becomes the coated substrate for fixing the light-conversion particles Subsequent to a sintering process, the removal of the organic binder also occur simultaneously with the sintering.
3. Fixieren der Partikel des Lichtkonversionsstoffs3. Fix the particles of the light conversion substance
3.1. Physikalische Fixierung3.1. Physical fixation
Ein Schlicker aus 15–35 Vol.-% YAG:Ce und einem Acrylat-basierten Bindemittel wird auf ein Saphirsubstrat als ca. 90 μm dicke Schicht aufgerakelt. Das verwendete YAG:Ce besitzt hierbei eine Partikelgröße d50 von etwa 2 μm. Das mit dem Schlicker beschichtete Substrat wird nun bei 1300°C 180 bis 240 min gesintert. Um eine Oxidation von Ce3+ zu Ce4+ zu verhindern, wird unter Schutzgas beziehungsweise in reduzierender Atmosphäre gearbeitet. Ein separates Ausbrennen des Binders erfolgt nicht; der Binder wird während des Sinterprozesses entfernt.A slip of 15-35% by volume of YAG: Ce and an acrylate-based binder is applied to a sapphire substrate as a layer about 90 μm thick. The YAG: Ce used here has a particle size d 50 of about 2 μm. The slurry coated substrate is now sintered at 1300 ° C for 180 to 240 minutes. In order to prevent oxidation of Ce 3+ to Ce 4+ is under inert gas or worked in a reducing atmosphere. A separate burnout of the binder does not take place; the binder is removed during the sintering process.
Es wird eine Schicht mit einer Dicke zwischen 20 und 35 μm erhalten.It becomes a layer with a thickness between 20 and 35 μm receive.
Mittels eines handelsüblichen Klebebands zum Kleben von Papier (z. B. der Marke Tesa) wird die Bindung der Lichtkonversionsstoff-Partikel an das Substrat überprüft. Das Klebeband wird vollflächig auf das mit den Lichtkonversionsstoff-Partikeln beschichtete Substrat aufgedrückt und nachfolgend so abgezogen, dass die Zugrichtung senkrecht zur Substratebene erfolgt. Dieser Test wird nachfolgend als „Klebetest” bezeichnet.through a commercial adhesive tape for bonding paper (eg, the Tesa brand) becomes the bond of the light-conversion particles checked on the substrate. The tape will on the entire surface with the light conversion particles pressed substrate coated and subsequently removed so the pulling direction is perpendicular to the substrate plane. This Test is hereinafter referred to as "sticking test".
Auf dem abgezogenen Klebestreifen können keine Lichtkonversionsstoff-Partikel nachgewiesen werden.On The peeled tape can not light-conversion particles be detected.
3.2. Fixierung durch Verwendung eines Schlickers mit Nanopartikeln:3.2. Fixation by using a Slip with nanoparticles:
Auf ein Saphirsubstrat wird ein Schlicker aus 80 Vol.-% organischen Bindemittel, 19,5 Vol.-% YAG und 0,5 Vol.-% nanodispersem SiO2 (Aerosil) als Schicht mit einer Dicke von 90 μm aufgebracht. Nach dem Trocknen wird das beschichtete Substrat bei 1100°C in einem Ofen gesintert.On a sapphire substrate, a slurry of 80 vol .-% organic binder, 19.5 vol .-% YAG and 0.5 vol .-% nanodispersed SiO 2 (Aerosil) is applied as a layer with a thickness of 90 microns. After drying, the coated substrate is sintered at 1100 ° C in an oven.
Beim Klebetest lassen sich keine Konversionsstoff-Partikel auf dem Klebestreifen nachweisen. Gegenüber dem (rein) physikalischen Sintern kann die Sintertemperatur also um etwa 200°C gesenkt werden.At the Adhesive test can not be a conversion substance particles on the tape prove. Compared to (purely) physical sintering Thus, the sintering temperature can be lowered by about 200 ° C.
3.3. Fixierung durch Verwendung eines Schlickers mit einem Sinterhilfsmittel mit niedrigen eutektischen Schmelzpunkt3.3. Fixation by using a Slurry with a sintering aid with low eutectic melting point
Es wird ein Schlicker mit folgender Zusammensetzung hergestellt: 94 Vol.-% organisches Bindemittel, 0,5 Vol.-% nanodisperses SiO2 (Aerosil), 2,5 Vol.-% nanodisperses Bornitrid (der Firma ItN/Nanovation GmbH), 3 Vol.-% YAG.A slip having the following composition is produced: 94% by volume of organic binder, 0.5% by volume of nanodispersed SiO 2 (Aerosil), 2.5% by volume of nanodispersed boron nitride (from ItN / Nanovation GmbH), 3 Vol .-% YAG.
Nach dem Trocknen wird ein Sinterverfahren wie in Beispiel 3.2 durchgeführt; die Sintertemperatur beträgt 800°C.To the drying is carried out a sintering process as in Example 3.2; the sintering temperature is 800 ° C.
Beim Klebetest konnten – aufgrund der Eigenschaften des Bornitrids – Lichtkonversionsstoff-Partikel auf dem Klebestreifen nachgewiesen werden. Gegenüber dem (rein) physikalischen Sintern kann die Sintertemperatur um etwa 500°C gesenkt werden.At the Adhesive test could - due to the properties of boron nitride - light conversion particles be detected on the adhesive strip. Compared to the (pure) physical sintering can reduce the sintering temperature by about 500 ° C are lowered.
3.4. Fixierung durch Verwendung eines Schlickers mit Glaspulver:3.4. Fixation by using a Schlickers with glass powder:
- (i) Es wird ein Schlicker hergestellt, der aus 80 Vol-% 1,4-Butandiol, 10 Vol-% YAG:Ce3+ (d50 ca. 2 μm) und 10 Vol-% des Spezialglases 10181 der Ferro-GmbH (Bestandteile: ZnO, Na2O, B2O3, SiO2; d50 ca. 1 μm; Transformationstemperatur 433°C; Erweichungsbeginn 530°C, Dichte 3,47 g/cm3) besteht. Das Gemisch wird 2 Stunden in einer Kugelmühle homogenisiert. Die fertige Schlickerzusammensetzung wird als 90 μm dicke Schicht auf ein Saphirsubstrat aufgerakelt und getrocknet. Anschließend wird 240 Minuten bei einer Temperatur von 500°C gesintert. Danach haftet die Schicht so auf dem Saphirsubstrat, dass beim Klebetest kein signifikantes Ablösen von Lichtkonversionsstoff-Partikeln erkennbar ist.(i) A slurry is prepared which consists of 80% by volume 1,4-butanediol, 10% by volume YAG: Ce 3+ (d 50 about 2 μm) and 10% by volume of the special glass 10181 from Ferro-GmbH (Constituents: ZnO, Na 2 O, B 2 O 3 , SiO 2 , d 50 about 1 μm, transformation temperature 433 ° C, start of softening 530 ° C, density 3.47 g / cm 3 ). The mixture is homogenized for 2 hours in a ball mill. The finished slurry composition is knife-coated onto a sapphire substrate as a 90 μm thick layer and dried. The mixture is then sintered for 240 minutes at a temperature of 500 ° C. Thereafter, the layer adheres to the sapphire substrate in such a way that no significant detachment of light conversion substance particles can be detected during the adhesive test.
- (ii) Es wird ein Schlicker hergestellt, der aus 70 Vol-% 1,4-Butandiol, 15 Vol-% YAG:Ce3+ (d50 ca. 2 μm) und 15 Vol-% des Spezialglases 501052 der Ferro-GmbH (Bestandteile: ZnO, Na2O, Al2O3, B2O3, SiO2; d50 ca. 1 μm; Transformationstemperatur 400°C; Erweichungsbeginn 510°C, Dichte 3,341 g/cm3) besteht. Homogenisierung und Aufbringen der Schicht auf das Saphir-Substrat erfolgt wie in Beispiel 3.4.(i). Nach Trocknung durch Abdampfen des Lösungsmittels besteht die Schicht jeweils zu 50 Vol-% aus YAG:Ce und Glas. Die Sinterung erfolgt 240 Minuten bei 500°C. Danach haftet die Schicht so auf dem Saphirsubstrat, dass beim Klebetest kein signifikantes Ablösen von Lichtkonversionsstoff-Partikeln erkennbar ist.(ii) A slurry is prepared which consists of 70% by volume 1,4-butanediol, 15% by volume YAG: Ce 3+ (d 50 about 2 μm) and 15% by volume of the special glass 501052 from Ferro-GmbH (Constituents: ZnO, Na 2 O, Al 2 O 3 , B 2 O 3 , SiO 2 , d 50 about 1 μm, transformation temperature 400 ° C, softening start 510 ° C, density 3.341 g / cm 3 ). Homogenization and application of the layer to the sapphire substrate is carried out as in Example 3.4. (I). After drying by evaporation of the solvent, the layer consists in each case of 50% by volume of YAG: Ce and glass. The sintering takes place at 500 ° C for 240 minutes. Thereafter, the layer adheres to the sapphire substrate in such a way that no significant detachment of light conversion substance particles can be detected during the adhesive test.
- (iii) Es wird ein Schlicker hergestellt, der aus 70 Vol-% 1,4-Butandiol, 18 Vol-% YAG:Ce3+ (d50 ca. 2 μm) und 12 Vol-% des Spezialglases 501052 der Ferro-GmbH besteht. Homogenisierung und Aufbringen der Schicht auf das Saphir-Substrat erfolgt wie in Beispiel 3.4.(i). Nach Trocknung durch Abdampfen des Lösungsmittels besteht die Schicht aus 60 Vol-% aus YAG:Ce und 40 Vol-% Glas. Die Sinterung erfolgt 240 Minuten bei 6000°C. Danach haftet die Schicht so auf dem Saphirsubstrat, dass beim Klebetest kein signifikantes Ablösen von Lichtkonversionsstoff-Partikeln erkennbar ist.(iii) A slurry is prepared which consists of 70% by volume of 1,4-butanediol, 18% by volume of YAG: Ce 3+ (d 50 about 2 μm) and 12% by volume of special glass 501052 from Ferro-GmbH consists. Homogenization and application of the layer to the sapphire substrate is carried out as in Example 3.4. (I). After drying by evaporation of the solvent, the layer of 60% by volume consists of YAG: Ce and 40% by volume of glass. The sintering takes place at 6000 ° C for 240 minutes. Thereafter, the layer adheres to the sapphire substrate in such a way that no significant detachment of light conversion substance particles can be detected during the adhesive test.
- (iv) Es wird ein Schlicker hergestellt, der aus 75 Vol-% Wasser, 12,5 Vol-% des Chlorosilikat-Leuchtstoffs Ca8Mg(SiO4)4Cl2:Eu2+ und 12,5 Vol-% des Spezialglases 501052 der Ferro-GmbH besteht. Homogenisierung und Aufbringen der Schicht auf das Saphir-Substrat erfolgt wie in Beispiel 3.4.(i). Nach Trocknung durch Abdampfen des Lösungsmittels besteht die Schicht jeweils zu 50 Vol-% aus Chlorosilikat-Leuchtstoff und Glas. Die Sinterung erfolgt 240 Minuten in leicht reduzierender Atmosphäre bei 450°C. Danach haftet die Schicht so auf dem Saphirsubstrat, dass beim Klebetest kein signifikantes Ablösen von Lichtkonversionsstoff-Partikeln erkennbar ist.(iv) A slurry is prepared consisting of 75% by volume of water, 12.5% by volume of the chlorosilicate phosphor Ca 8 Mg (SiO 4 ) 4 Cl 2 : Eu 2+ and 12.5% by volume of the special glass 501052 of the Ferro GmbH exists. Homogenization and application of the layer to the sapphire substrate is carried out as in Example 3.4. (I). After drying by evaporation of the solvent, the layer consists in each case to 50% by volume of chlorosilicate phosphor and glass. The sintering takes place 240 minutes in a slightly reducing atmosphere at 450 ° C. Thereafter, the layer adheres to the sapphire substrate so that the adhesive test no significant detachment of Lichtkon version material particles is recognizable.
Gegenüber dem (rein) physikalischen Sintern kann durch Fixierung durch Verwendung eines Schlickers mit Glaspulver die Sintertemperatur also um mindestens 800°C gesenkt werden.Across from The (pure) physical sintering can be fixed by use a slip with glass powder so the sintering temperature at least 800 ° C are lowered.
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