DE102011100710A1 - Konversionselement für Leuchtdioden und Herstellungsverfahren - Google Patents
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Abstract
Das Konversionselement ist ein Glas und weist eine Fotolumineszenz auf, die dadurch bewirkt ist, dass das Glas lumineszierend ist und/oder das Konversionselement mit einem Leuchtstoff beschichtet ist. Bei dem Herstellungsverfahren wird eine Vorform (4) aus einem Glas gebildet, die Vorform wird unter Verwendung eines Strukturierungselementes (5) in eine strukturierte Glasfaser (2) umgeformt, und die Glasfaser wird in Konversionselemente (1) zerteilt.
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Konversionselement für Leuchtdioden, insbesondere ein Lumineszenzkonversionselement, mit dem Leuchtdioden individueller Farben hergestellt werden können, und ein zugehöriges Herstellungsverfahren.
- In
DE 19638667 C2 ist ein Halbleiterbauelement beschrieben, das mischfarbiges Licht abstrahlt. Ein Lumineszenzkonversionselement bewirkt, dass ein Teil der ausgesandten Strahlung einer Wellenlänge von weniger als 520 nm absorbiert wird und in einem längerwelligen Bereich emittiert wird. Das Lumineszenzkonversionselement kann zumindest teilweise aus einem transparenten Epoxidharz bestehen. Es ist mit einem fluoreszierenden Leuchtstoff versehen, zum Beispiel mit Y3Al5O12:Ce3+, Y3Ga5O12:Ce3+, Y(Al, Ga)5O12:Ce3+, Y(Al, Ga)5O12:Tb3+, Sc3Al5O12:Ce3+, Sc3Ga5O12:Ce3+, Sc(Al, Ga)5O12:Ce3+, Sc(Al, Ga)5O12:Tb3+, La3Al5O12:Ce3+, La3Ga5O12:Ce3+, La(Al, Ga)5O12:Ce3+, La(Al, Ga)5O12:Tb3+, SrS:Ce3+, Na, SrS:Ce3+, Cl, SrS:CeCl3, CaS:Ce3+, SrSe:Ce3+, CaGa2S4:Ce3+, SrGa2S4:Ce3+, YAlO3:Ce3+, YGaO3:Ce3+, Y(Al, Ga)O3:Ce3+, ScAlO3:Ce3+, ScGaO3:Ce3+, Sc(Al, Ga)O3:Ce3+, LaAlO3:Ce3+, LaGaO3:Ce3+, La(Al, Ga)O3:Ce3+, Y2SiO5:Ce3+, Sc2SiO5:Ce3+ oder La2SiO5:Ce3+ - Ein Lumineszenzkonversionselement kann auch aus Silikon gebildet werden. Hierbei tritt jedoch das Problem auf, dass die von der Leuchtdiode erzeugte Wärme nur unzureichend abgeführt wird. Zudem sind Leuchtstoffe, die empfindlich gegen Feuchtigkeit sind, zum Einsatz in einer semipermeablen Silikonmembran nur bedingt geeignet.
- Aufgabe der Erfindung ist es, ein neues Konversionselement für Leuchtdioden unter Ausnutzung der Fotolumineszenz und ein zugehöriges Herstellungsverfahren anzugeben.
- Diese Aufgabe wird mit dem Konversionselement mit den Merkmalen des Anspruches 1 beziehungsweise mit dem Herstellungsverfahren mit den Merkmalen des Anspruches 6 gelöst. Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
- Das Konversionselement ist ein Glas und weist eine Fotolumineszenz auf, die dadurch bewirkt ist, dass das Glas lumineszierend ist oder das Konversionselement mit einem Leuchtstoff beschichtet ist oder das Glas lumineszierend und das Konversionselement mit einem Leuchtstoff beschichtet ist. Unter einem Glas wird hierbei ein beliebiges glasartiges Material verstanden, das mit Verfahren der Herstellung von Glasfasern in eine geeignet strukturierte Form gebracht werden kann. Die Fotolumineszenz kann insbesondere eine Fluoreszenz sein, das heißt, ein sehr kurzes Nachleuchten von typisch weniger als einer millionstel Sekunde Dauer als unmittelbare Folge und Begleiterscheinung einer Anregung des Leuchtstoffes durch die Photonen einer einfallenden elektromagnetischen Strahlung.
- Bei Ausführungsbeispielen, in denen das Glas selbst lumineszierend ist, kann die Fotolumineszenz dadurch bewirkt sein, dass ein Leuchtstoff oder ein Dotierstoff in dem Glas vorhanden ist. Der Leuchtstoff kann zum Beispiel durch lumineszierende Partikel gebildet sein, die in dem Glas verteilt sind. Als Dotierstoff sind zum Beispiel Ionen eines oder mehrerer Metalle der Seltenen Erden geeignet. Die Metalle der Seltenen Erden sind Scandium, Yttrium, Lanthan, Cer, Praseodym, Neodym, Promethium, Samarium, Europium, Gadolinium, Terbium, Dysprosium, Holmium, Erbium, Thulium, Ytterbium und Lutetium.
- Bei weiteren Ausführungsbeispielen ist das Konversionselement ein Glas aus der Gruppe von Kalk-Natron-Glas, Borosilikatglas, Bleikristallglas und Tellurdioxid-Glas. Ein Tellurdioxid-Glas kann insbesondere Wolframtrioxid enthalten.
- Bei dem Herstellungsverfahren wird eine Vorform aus einem Glas gebildet, die Vorform wird unter Verwendung eines Strukturierungselementes in eine strukturierte Glasfaser umgeformt, und die Glasfaser wird in Konversionselemente zerteilt.
- Bei einem Ausführungsbeispiel des Verfahrens wird die Vorform aus einem lumineszierenden Glas, in dem ein Leuchtstoff oder ein Dotierstoff vorhanden ist, gebildet.
- Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel des Verfahrens wird die Vorform aus einem Glas aus der Gruppe von Kalk-Natron-Glas, Borosilikatglas, Bleikristallglas und Tellurdioxid-Glas gebildet.
- Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel des Verfahrens wird das Glas mit Ionen eines oder mehrerer Elemente aus der Gruppe von Scandium, Yttrium, Lanthan, Cer, Praseodym, Neodym, Promethium, Samarium, Europium, Gadolinium, Terbium, Dysprosium, Holmium, Erbium, Thulium, Ytterbium und Lutetium dotiert, zum Beispiel mit Nd3+, Er3+ oder Ce3+.
- Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel des Verfahrens wird das Konversionselement mit einem Leuchtstoff beschichtet.
- Es folgt eine genauere Beschreibung von Beispielen des Konversionselementes und des Herstellungsverfahrens anhand der beigefügten Figuren.
-
1 zeigt eine schematische Darstellung der Strukturierung einer Glasfaser. -
2 zeigt ein Beispiel eines Strukturierungselementes. - Bei dem Herstellungsverfahren wird gemäß der Darstellung der
1 zunächst eine Vorform4 aus Glas hergestellt, die dann mittels eines Strukturierungselementes5 in die vorgesehene Form einer strukturierten Glasfaser2 gebracht wird. Die Glasfaser kann danach in die Konversionselemente1 zerteilt werden, was zum Beispiel in an sich bekannter Weise mittels einer Schneide (blade dicing), durch DWC (diamond wire cutting) oder durch Wasserstrahlschneiden (water jet cutting) geschehen kann. - Bei einem typischen Herstellungsverfahren, das einem bei der Herstellung von Glasfasern angewandten Verfahren entspricht, wird die Vorform
4 in viskosem Zustand durch die Öffnung6 des Strukturierungselementes5 , die zum Beispiel spezielle Ausformungen7 aufweisen kann, gezogen und auf diese Weise in die gewünschte Form gebracht. Die strukturierte Glasfaser2 weist aufgrund der Herstellung einen homogenen Querschnitt auf, der jedoch verschiedenste Formen annehmen kann und zum Beispiel rund, eckig, insbesondere quadratisch oder mit Stegen oder Kannelüren3 versehen sein kann, entsprechend der Form der Öffnung6 des Strukturierungselementes5 . - Die
2 zeigt ein Beispiel für ein Strukturierungselement5 mit einer Öffnung6 , die im Wesentlichen quadratisch ist und in einer Ecke eine Ausformung7 aufweist. Hieran ist erkennbar, wie die strukturierte Glasfaser2 mit verschiedenen Formen versehen werden kann, so dass die Konversionselemente1 an unterschiedliche Formen der Leuchtdioden, elektrischen Anschlussflächen oder Gehäuse angepasst werden können. Die strukturierte Glasfaser2 kann mit einem beliebigen zur Herstellung konventioneller Glasfasern verwendeten Verfahren hergestellt werden, mit dem ein für die betreffende Anwendung geeigneter Querschnitt geformt werden kann. - Ein Beispiel für ein Borosilikatglas, aus dem das Konversionselement mittels eines solchen Verfahrens hergestellt werden kann, ist 81SiO2 - 13B2O3 - 2Al2O3 - 4Na2O. Die Zahlen 81, 13, 2 und 4, die den Verbindungen, die das Glas bilden, vorangestellt sind, geben jeweils den Anteil der betreffenden Verbindung in Mol-% an.
- Ein Beispiel für ein Kalk-Natron-Glas (alkaline glass), aus dem das Konversionselement hergestellt werden kann, ist 69SiO2 - 1B2O3 - 3K2O - 4Al2O3 - 13Na2O - 2BaO - 5CaO - 3MgO. Die Zahlen 69, 1, 3, 4, 13, 2, 5 und 3, die den Verbindungen, die das Glas bilden, vorangestellt sind, geben auch hier jeweils den Anteil der betreffenden Verbindung in Mol-% an.
- Ein Beispiel für ein Wolfram-Tellurdioxid-Glas, aus dem das Konversionselement hergestellt werden kann, ist 71TeO2 - 22, 5WO3 - 5Na2O - 1, 5Nb2O5. Die Zahlen 71, 22, 5, 5 und 1, 5, die den Verbindungen, die das Glas bilden, vorangestellt sind, geben auch hier jeweils den Anteil der betreffenden Verbindung in Mol-% an.
- Die angegebenen Gläser sind nur einzelne Beispiele aus einer Vielzahl von Gläsern, die für das Konversionselement und das Herstellungsverfahren geeignet sind. Eine Dotierung zur Erzeugung der Fotolumineszenz oder das Einbringen von Partikeln eines Leuchtstoffes erfolgt vorzugsweise vor dem Herstellen der Vorform
4 . Statt dessen oder zusätzlich kann ein Leuchtstoff als Beschichtung auf das Konversionselement aufgebracht werden. Eine nachträgliche Beschichtung ist insbesondere dann bevorzugt, wenn der vorgesehene Leuchtstoff für das Herstellungsverfahren nicht geeignet ist, zum Beispiel wegen der zum Schmelzen des Glases erforderlichen erhöhten Temperatur. - Die strukturierte Glasfaser
2 kann zusätzlich auf ihrer Außenseite mit einer reflektierenden Schicht, zum Beispiel aus TiO2, oder mit einer Schichtstruktur, die eine Interferenz bewirkt, zum Beispiel mit einem dichroitischen Spiegel, versehen werden. Damit wird die reflektierende Eigenschaft der Ränder des Konversionselementes verbessert. - Vor dem Zerteilen in die Konversionselemente können die strukturierten Glasfasern
2 platzsparend am Stück gelagert werden, so dass jederzeit eine beliebige Anzahl von Konversionselementen der gewünschten Form kurzfristig bereitgestellt werden kann. Bei der Serienproduktion können hohe Qualitätsstandards und enge Toleranzgrenzen durch eine Kontrolle der Qualität der Glasfasern mit vergleichsweise geringem Aufwand erzielt werden. Die Verwendung von Glas verbessert die Ableitung der durch die Leuchtdiode erzeugten Wärme und erlaubt den unproblematischen Einsatz einer Vielzahl unterschiedlicher Leuchtstoffe. - ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
-
- DE 19638667 C2 [0002]
Claims (10)
- Konversionselement für eine Leuchtdiode, bei dem – das Konversionselement (
1 ) eine Fotolumineszenz aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass – das Konversionselement (1 ) ein Glas ist und – die Fotolumineszenz dadurch bewirkt ist, dass das Glas lumineszierend ist und/oder das Konversionselement (1 ) mit einem Leuchtstoff beschichtet ist. - Konversionselement nach Anspruch 1, bei dem das Glas lumineszierend ist und ein Leuchtstoff oder ein Dotierstoff in dem Glas vorhanden ist.
- Konversionselement nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Konversionselement (
1 ) ein Glas aus der Gruppe von Kalk-Natron-Glas, Borosilikatglas, Bleikristallglas und Tellurdioxid-Glas ist. - Konversionselement nach Anspruch 3, bei dem das Glas ein Tellurdioxid-Glas mit Wolframtrioxid ist.
- Konversionselement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem das Glas mit Ionen eines oder mehrerer Elemente aus der Gruppe von Scandium, Yttrium, Lanthan, Cer, Praseodym, Neodym, Promethium, Samarium, Europium, Gadolinium, Terbium, Dysprosium, Holmium, Erbium, Thulium, Ytterbium und Lutetium dotiert ist.
- Verfahren zur Herstellung eines Konversionselementes, bei dem eine Vorform (
4 ) aus einem Glas gebildet wird, die Vorform (4 ) unter Verwendung eines Strukturierungselementes (5 ) in eine strukturierte Glasfaser (2 ) umgeformt wird und die Glasfaser (2 ) in Konversionselemente (1 ) zerteilt wird. - Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die Vorform (
4 ) aus einem lumineszierenden Glas, in dem ein Leuchtstoff oder ein Datierstoff vorhanden ist, gebildet wird. - Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, bei dem die Vorform (
4 ) aus einem Glas aus der Gruppe von Kalk-Natron-Glas, Borosilikatglas, Bleikristallglas und Tellurdioxid-Glas gebildet wird. - Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, bei dem das Glas mit Ionen eines oder mehrerer Elemente aus der Gruppe von Scandium, Yttrium, Lanthan, Cer, Praseodym, Neodym, Promethium, Samarium, Europium, Gadolinium, Terbium, Dysprosium, Holmium, Erbium, Thulium, Ytterbium und Lutetium dotiert wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, bei dem das Konversionselement (
1 ) mit einem Leuchtstoff beschichtet wird.
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