DE102012105278A1

DE102012105278A1 - Verfahren zur Herstellung einer keramischen Wellenlängenkonversionsschicht und Beleuchtungselement mit einer keramischen Wellenlängenkonversionsschicht

Info

Publication number: DE102012105278A1
Application number: DE102012105278A
Authority: DE
Inventors: Ute Liepold; Bianca Pohl; Christian Bilgeri; Juliane Kechele
Original assignee: Osram GmbH; Siemens AG
Current assignee: Osram GmbH; Siemens AG
Priority date: 2012-06-18
Filing date: 2012-06-18
Publication date: 2013-12-19
Also published as: WO2013189835A1

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung einer keramischen Wellenlängenkonversionsschicht (1) angegeben, bei dem
– ein Pulvergemisch (10) mit zumindest einem ersten und einem zweiten pulverförmigen Keramikmaterial (11, 12) bereitgestellt wird und
– das Pulvergemisch (10) mittels eines Aerosolabscheideverfahrens auf eine Oberfläche (20) zur Bildung der keramischen Wellenlängenkonversionsschicht (1) aufgebracht wird,
wobei
– das erste Keramikmaterial (11) durch einen keramischen Wellenlängenkonversionsstoff gebildet wird,
– das erste und zweite Keramikmaterial (11, 12) unterschiedliche Brechungsindizes aufweisen,
– die Wellenlängenkonversionsschicht (1) eine keramische Dichte von größer oder gleich 90% aufweist und
– die Wellenlängenkonversionsschicht (1) mit einer Dicke von größer oder gleich 1 µm aufgebracht wird.
Weiterhin wird ein Beleuchtungselement (100) mit einer keramischen Wellenlängenkonversionsschicht (1) auf zumindest einer Oberfläche (20) einer Komponente (2) angegeben.

Description

Es werden ein Verfahren zur Herstellung einer keramischen Wellenlängenkonversionsschicht und ein Beleuchtungselement mit einer keramischen Wellenlängenkonversionsschicht angegeben.
Um das Licht einer Lichtquelle zumindest teilweise in andere Wellenlängen umzuwandeln, werden Leuchtstoffe verwendet. Beispielsweise werden Licht emittierende Dioden (LED) mit solchen Leuchtstoffen kombiniert, um anstelle des einfarbigen Emissionsspektrums einer LED ein mischfarbiges Spektrum zu erhalten. Beispielsweise sind solche so genannten Konversions-LEDs bekannt, bei denen ein blau oder ultraviolett emittierender Leuchtdiodenchip verwendet wird, dessen Licht durch einen oder mehrere geeignete Leuchtstoffe in längerwelliges Licht konvertiert wird. Dadurch lassen sich beliebige Lichtfarben, insbesondere auch Weißlicht, erzeugen.
Bekannte Konverter werden beispielsweise als Komposit aus einem transparenten Harz mit eingebettetem Leuchtstoffpulver hergestellt.
Deutlich bessere Effizienzen aufgrund einer besseren Wärmeableitung lassen sich mit keramischen Leuchtstoffkonvertern erreichen, bei denen der Konverter durch einen oder mehrere keramische Leuchtstoffe oder durch ein keramisches Komposit mit einem oder mehreren Leuchtstoffen in einer Matrix wie etwa einem keramischen Leuchtstoff in einer Keramikmatrix gebildet wird. Keramikkonverter werden üblicherweise durch Sintern hergestellt. Da die Sintertemperaturen für keramische Leuchtstoffe oft über den Maximaltemperaturen liegen, denen Leuchtdiodenchips oder auch andere Komponenten von Leuchtdioden ausgesetzt werden können, können Keramikkonverter nicht durch Aufsintern hergestellt werden, sondern müssen in getrennten Verfahren hergestellt werden und können erst nachträglich im fertig gestellten Zustand aufgebracht werden.
Zumindest eine Aufgabe von bestimmten Ausführungsformen ist es, ein Verfahren zur Herstellung einer keramischen Wellenlängenkonversionsschicht anzugeben. Zumindest eine weitere Aufgabe von bestimmten Ausführungsformen ist es, ein Beleuchtungselement mit einer keramischen Wellenlängenkonversionsschicht anzugeben.
Diese Aufgaben werden durch einen Gegenstand und ein Verfahren gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen des Gegenstands und des Verfahrens sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet und gehen weiterhin aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen hervor.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist ein Verfahren zur Herstellung einer keramischen Wellenlängenkonversionsschicht einen Verfahrensschritt auf, bei dem ein Pulvergemisch mit zumindest einem ersten und einem zweiten pulverförmigen Keramikmaterial bereitgestellt wird. Beispielsweise kann das Pulvergemisch aus dem zumindest einen ersten und einen zweiten pulverförmigen Keramikmaterial bestehen. In einem weiteren Verfahrensschritt wird das Pulvergemisch mittels eines Aerosolabscheideverfahrens auf eine Oberfläche zur Bildung der keramischen Wellenlängenkonversionsschicht aufgebracht.
Insbesondere kann die Oberfläche, auf die das Pulvergemisch mittels Aerosolabscheidung aufgebracht wird, durch eine Komponente eines Beleuchtungselements gebildet werden.
Gemäß zumindest einer weiteren Ausführungsform weist ein Beleuchtungselement eine keramische Wellenlängenkonversionsschicht auf zumindest einer Oberfläche einer Komponente auf. Die keramische Wellenlängenkonversionsschicht kann insbesondere durch das vorgenannte Verfahren hergestellt sein.
Die im Folgenden beschriebenen Merkmale und Ausführungsformen beziehen sich gleichermaßen auf das Verfahren zur Herstellung der keramischen Wellenlängenkonversionsschicht als auch auf das Beleuchtungselement mit der keramischen Wellenlängenkonversionsschicht.
Unter einem Keramikmaterial oder einem keramischen Material ist insbesondere ein oxidhaltiges und/oder ein nitridhaltiges Material zu verstehen, das insbesondere in Pulverform verarbeitet wird, wobei hier und im Folgenden auch Materialien, die nur eine Nahordnung und keine Fernordnung aufweisen, unter den Begriff „keramisches Material“ fallen. Dementsprechend sind auch anorganische Gläser von der Formulierung „keramisches Material“ oder „Keramikmaterial“ umfasst. Unter einem pulverförmigen Keramikmaterial ist insbesondere ein Pulver aus einem Material zu verstehen, mit dem ein keramisches Element herstellbar ist, also ein keramisches Pulver oder Pulvermaterial.
Die keramische Wellenlängenkonversionsschicht ist zur Abstrahlung von Licht durch Absorption einer Primärstrahlung und Emission einer von der Primärstrahlung verschiedenen Sekundärstrahlung vorgesehen. Hierzu weist die Wellenlängenkonversionsschicht zumindest einen keramischen Wellenlängenkonversionsstoff auf. Insbesondere wird das erste Keramikmaterial durch einen keramischen Wellenlängenkonversionsstoff gebildet.
Darüber hinaus kann die Wellenlängenkonversionsschicht weitere Wellenlängenkonversionsstoffe aufweisen, beispielsweise kann das zweite Keramikmaterial durch einen weiteren keramischen Wellenlängenkonversionsstoff gebildet sein oder die Wellenlängenkonversionsschicht kann zusätzlich zum ersten und zweiten Keramikmaterial zumindest ein oder mehrere weitere durch keramische Wellenlängenkonversionsstoffe gebildete Keramikmaterialen aufweisen. Weist die Wellenlängenkonversionsschicht mehrere durch Wellenlängenkonversionsstoffe gebildete Keramikmaterialen auf, so sind diese bevorzugt verschieden voneinander und können bevorzugt Licht unterschiedlicher Energie emittieren.
Als Aerosolabscheideverfahren (ADM: "aerosol deposition method") wird hier und im Folgenden ein Kaltsprühverfahren bezeichnet, wie es in der Druckschrift J. Akedo, Journal of Thermal Spray Technology 17 (2), S. 181–198 (2008) beschrieben ist. Bei einem solchen Verfahren kann das Pulvergemisch mit zumindest dem ersten und dem zweiten pulverförmigen Keramikmaterial in einer Pulverkammer bereitgestellt werden, die auch als Aerosolkammer bezeichnet werden kann und die über eine Gaszuleitung und eine Gasableitung verfügt. Mittels der Gaszuleitung kann ein Gas, bevorzugt ein inertes Gas, in die Pulverkammer geleitet werden. Das Gas kann beispielsweise Helium, Stickstoff, Sauerstoff, Argon, Luft oder eine Mischung dieser enthalten oder daraus sein. Mittels des Gases wird ein Teil der Partikel des Pulvergemischs im Gas über die Gasableitung in eine Beschichtungskammer geleitet, die bevorzugt einen niedrigeren Druck als die Pulverkammer aufweist. Insbesondere kann das Aerosolabscheideverfahren in der Beschichtungskammer bei Raumtemperatur, also beispielsweise bei einer Temperatur von etwa 300 K, durchgeführt werden. Das Aerosol mit den Partikeln des Pulvergemischs tritt in der Beschichtungskammer durch eine Düse aus und wird durch die Düse strahlartig auf die zu beschichtende Oberfläche gerichtet, die geeignet temperiert und/oder aufgeraut oder glatt sein kann. Der Strahl mit dem Aerosol kann beispielsweise punktuell auf die zu beschichtende Oberfläche treffen. Weiterhin kann der Strahl mit dem Aerosol auch aufgeweitet, beispielsweise linear aufgefächert, auf die zu beschichtende Oberfläche treffen. Das Gas des Aerosols wirkt als Beschleunigungsgas, da über den Gasstrom die darin enthaltenen Partikel auf die zu beschichtende Oberfläche gesprüht werden. Die Düse und/oder die zu beschichtende Oberfläche können relativ zueinander bewegbar sein, um ein großflächiges Aufbringen der Partikel zu ermöglichen. Dieser Vorgang kann auch als „Abrastern“ bezeichnet werden.
Durch das Aerosolabscheideverfahren kann das Pulvergemisch mit zumindest dem ersten und zweiten Keramikmaterial durch gezielte Wahl der Materialien, der Partikelmorphologie, der Partikelgrößenverteilung sowie der Aufsprühbedingungen, also beispielsweise des Gasstroms und/oder der Düsengeometrie, mit gewünschten Eigenschaften hergestellt werden. Weiterhin ist mit dem Aerosolabscheideverfahren ein Aufbringen der Materialen des Pulvergemischs in Form einer unstrukturierten oder einer strukturierten Wellenlängenkonversionsschicht möglich.
Die keramische Wellenlängenkonversionsschicht weist nach dem Aufbringen mittels des Aerosolabscheideverfahrens die im bereitgestellten Pulvergemisch enthaltenen Keramikmaterialen, also zumindest das erste und das zweite Keramikmaterial, in Form von Partikeln auf, die miteinander verbunden sind. Insbesondere können die Wellenlängenkonversionsschicht sowie auch das bereitgestellte Pulvergemisch ausschließlich Keramikmaterialien aufweisen. Darüber hinaus können auch Polymermaterialien enthalten sein, die zur Veränderung von optischen und/oder mechanischen Eigenschaften eingebracht werden, beispielsweise optische Streuzentren und/oder Materialien zur Verminderung von Spannungen und/oder zur Erhöhung der Bruchfestigkeit. Zusatzstoffe, wie beispielsweise Binder, Lösungsmittel, Klebematerialien oder Metallpartikel, die bei bekannten Verfahren dazu vorgesehen sind, eine Verbindung der Partikel der keramischen Materialien untereinander in einer Wellenlängenkonversionsschicht zu fördern, sind bei der hier beschriebenen Wellenlängenkonversionsschicht und bei dem hier beschriebenen Verfahren jedoch nicht nötig und daher nicht vorhanden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden das erste und das zweite Keramikmaterial jeweils als Pulver bereitgestellt, das durch Partikel gebildet wird, die einen mittleren Durchmesser d₅₀ von größer oder gleich 100 nm, bevorzugt von größer oder gleich 300 nm aufweist. Die Partikel weisen weiterhin einen mittleren Durchmesser d₅₀ von kleiner oder gleich 3 µm und bevorzugt von kleiner oder gleich 1 µm auf.
Die Keramikmaterialen liegen aufgrund ihrer Bereitstellung als Pulvergemisch auch in der keramischen Wellenlängenkonversionsschicht durchmischt vor. Je nach jeweils bereitgestellter Menge der Keramikmaterialen im Pulvergemisch sowie je nach Haftungseigenschaften während des Aufbringens kann ein in der keramischen Wellenlängenkonversionsschicht zu einem geringeren Anteil enthaltenes Keramikmaterial in einem zu einem höheren Anteil enthaltenen Keramikmaterial eingebettet sein, so dass das zu einem höheren Anteil vorhandene Keramikmaterial ein Matrixmaterial für das zu einem geringeren Anteil vorhandene Keramikmaterial bildet. Dadurch kann die Stabilität der keramischen Wellenlängenkonversionsschicht zumindest durch das zu einem höheren Anteil enthaltene Keramikmaterial gegeben sein.
Im Vergleich zu Sinterverfahren kann das Aerosolabscheideverfahren bei deutlich niedrigeren Temperaturen durchgeführt werden, insbesondere beispielsweise auch bei Raumtemperatur, da die Energie, die zur Konsolidierung der Partikel des Pulvergemischs, also zum „Zusammenbacken“ der Partikel, nötig ist, um die keramische Wellenlängenkonversionsschicht zu bilden, über die kinetische Energie im Gasstrom bereitgestellt werden kann, während bei Sinterverfahren die dafür nötige Energie bekanntermaßen durch die Erhitzung auf hohe Temperaturen geliefert wird. Durch die kinetische Energie der Partikel des Pulvergemisches kann es beim Aufprallen auf die zu beschichtende Oberfläche lediglich lokal sehr begrenzt zu einer Erhöhung der Temperatur der am Aufprall beteiligten Partikel kommen, die jedoch ausreichend ist, die Partikel „zusammen zu backen“.
Das Aerosolabscheideverfahren kann somit eine höhere Energieeffizienz in der Prozessierung sowie eine höhere Prozessverträglichkeit im Vergleich zu üblichen Verfahren bieten, die im Stand der Technik zur Herstellung von keramischen Leuchtstoffschichten verwendet werden. Insbesondere kann die Komponente, auf deren Oberfläche die Wellenlängenkonversionsschicht durch das Aerosolabscheideverfahren gebildet wird, eine Maximaltemperatur aufweisen, bis zu der die Komponente ihre strukturelle Integrität behält und die unterhalb einer minimalen Sintertemperatur des Pulvergemischs und damit der Wellenlängenkonversionsschicht liegt. Mit anderen Worten kann die keramische Wellenlängenkonversionsschicht auf Materialien aufgebracht werden, die unter Sinterbedingungen schmelzen oder sich zersetzen würden. Mittels geeigneter Nachweismethoden wie beispielsweise Rasterelektronenmikroskopie lässt sich dadurch die Herstellung von Wellenlängenkonversionsschichten mit den hier beschriebenen keramischen Dichten und Dicken durch Aerosolabscheidung nachweisen. Insbesondere wenn diese auf Komponenten aufgebracht sind, auf die die keramischen Materialien nicht aufgesintert werden können, kann sich ein Hinweis auf das hier beschriebene Verfahren ergeben.
Beispielsweise kann die Komponente, auf deren Oberfläche die Wellenlängenkonversionsschicht aufgebracht wird, ein Keramikmaterial, ein Glas, einen Kunststoff und/oder ein Halbleitermaterial aufweisen. Insbesondere kann die Komponente und insbesondere die Oberfläche der Komponente, auf die die Wellenlängenkonversionsschicht aufgebracht wird, eines oder mehrere der vorgenannten Materialien aufweisen, die Sintertemperaturen nicht standhalten würden, die notwendig wären, um die Wellenlängenkonversionsschicht durch Aufsintern herzustellen.
Durch das hier beschriebene Verfahren kann die Wellenlängenkonversionsschicht in Form einer dichten keramischen Schicht bei einer niedrigen Temperatur, besonders bevorzugt bei Raumtemperatur, erzeugt werden. Insbesondere kann die Wellenlängenkonversionsschicht eine keramische Dichte von größer oder gleich 90% und besonders bevorzugt von größer oder gleich 99% aufweisen. Mit Hilfe der keramischen Dichte kann die Porenfreiheit der Wellenlängenkonversionsschicht angegeben werden. Eine keramische Dichte von 100% bedeutet dabei, dass die Wellenlängenkonversionsschicht frei von Poren ist und als porenfreier Keramikkörper ausgebildet ist. Eine keramische Dichte von größer oder gleich 90% oder von größer oder gleich 99% bedeutet, dass weniger als 10% beziehungsweise weniger als 1% des Volumens der Wellenlängenkonversionsschicht durch Poren gebildet werden.
Weiterhin kann die Wellenlängenkonversionsschicht mit einer Dicke von größer oder gleich 1 µm, bevorzugt von größer oder gleich 10 µm und besonders bevorzugt von größer oder gleich 100 µm aufgebracht werden. Weiterhin kann die Dicke der Wellenlängenkonversionsschicht kleiner oder gleich 500 µm betragen. Je dicker die Wellenlängenkonversionsschicht ausgebildet ist, desto höher kann die Konversionswahrscheinlichkeit für durchgestrahltes Licht sein. Jedoch können auch mehr Spannungen aufgebaut werden, die bei einer zu großen Dicke sogar zum Reißen oder Zersprengen der Wellenlängenkonversionsschicht oder der Komponente, auf deren Oberfläche die Wellenlängenkonversionsschicht aufgebracht wird, führen können.
In Abhängigkeit der gegebenen Sprühbedingungen sowie der Pulvervorbereitungsbedingungen können Keramikmaterialien gut mittels des Aerosolabscheideverfahrens aufbringbar sein. Gut aufbringbar bedeutet hierbei, dass Schichtdicken von zumindest einigen Mikrometern erreicht werden können. Daneben kann es auch Keramikmaterialien geben, die für sich alleine bei den gegebenen Sprühbedingungen und Pulvervorbereitungsbedingungen weniger gut oder sogar gar nicht bei der Aerosolabscheidung zur Bildung einer Schicht mit einer signifikanten Schichtdicke führen können. Wie gut sich ein keramisches Material als Schicht abscheiden lässt, wird beispielsweise auch von der Korngrößenverteilung des Ausgangspulvers bestimmt. Beispielsweise sind jedoch keramische Wellenlängenkonversionsstoffe in Pulverform mit geeigneten Korngrößen nicht beliebig verfügbar, was die Auswahl der einsetzbaren keramischen Wellenlängenkonversionsstoffe und damit die erzielbaren Konversionsfarben und -farbmischungen bei der Verwendung eines Aerosolabscheideverfahrens erheblich einschränken kann. Neben der Partikelgröße können auch die Dichte des pulverförmigen keramischen Materials und somit die Masse der einzelnen Partikel sowie auch Ladungseffekte beispielsweise von Oberflächenladungen, sowie auch die Festigkeit des keramischen Materials beziehungsweise dessen Verformbarkeit oder Härte einen Einfluss darauf haben, wie gut sich das keramische Material mittels Aerosolabscheidung aufbringen lässt.
Dadurch, dass bei den hier beschriebenen Verfahren das Pulvergemisch mit zumindest dem ersten und dem zweiten pulverförmigen Keramikmaterial verwendet wird, kann eine Mischung beispielsweise aus einem gut und einem einzeln weniger gut oder nicht abscheidbaren pulverförmigen Keramikmaterial bereitgestellt werden. Bevorzugt wird das gut abscheidbare Material zu mindestens 50% im Pulvergemisch bereitgestellt. Durch die Mischung der verschieden gut abscheidbaren Keramikmaterialien ergibt sich ein Komposit, bei dem in der Wellenlängenkonversionsschicht das weniger gut abscheidbare Keramikmaterial im gut abscheidbaren Keramikmaterial eingebettet ist. Dadurch, dass das gut abscheidbare Keramikmaterial somit in der keramischen Wellenlängenkonversionsschicht als Matrixmaterial für das weniger gut oder gar nicht abscheidbare Keramikmaterial dient, kann trotz der Verwendung eines weniger gut oder gar nicht abscheidbaren Keramikmaterials eine keramische Wellenlängenkonversionsschicht mit einem solchen Material mit der gewünschten Dicke, insbesondere ausgewählt aus dem oben angegebenen Dickenbereich, aufgebracht werden.
Weiterhin weisen das erste und zweite Keramikmaterial bevorzugt voneinander unterschiedliche Brechungsindizes auf. Hierdurch kann der Vorteil erreicht werden, dass im Vergleich zu einer keramischen Wellenlängenkonversionsschicht, die nur ein keramisches Material aufweist, die Lichtstreuung innerhalb der keramischen Wellenlängenschicht erhöht werden kann. Dadurch kann ein für eine optimale Konversion ausreichend langer Lichtweg erreicht werden, ohne dass die Dicke der Wellenlängenkonversionsschicht zu groß sein muss.
Wegen der hohen Materialdichte und des damit extrem niedrigen Porenanteils ist die Lichtstreuung in einer mittels Aerosolabscheidung aufgebrachten Wellenlängenkonversionsschicht, die nur ein einziges keramisches Material aufweist, gering und der Lichtweg ist gerade bei kleineren Schichtdicken so kurz, dass in der Regel bei den gewünschten Schichtdicken keine ausreichende Konversionswirkung erzielt werden kann. Dickere Schichten sind jedoch nicht in jedem Fall wünschenswert, beispielsweise aufgrund höheren Materialverbrauchs, längerer Prozesszeiten oder auch designtechnischer Vorgaben.
Keramische Wellenlängenkonversionsstoffe, die beispielsweise das erste oder das zweite Keramikmaterial bilden, können beispielsweise zumindest eines oder mehrere der folgenden Materialien zur Wellenlängenkonversion aufweisen oder aus einem oder mehreren der folgenden Materialien gebildet sein: seltene Erd dotierte Granate, seltene Erd dotierte Erdalkalisulfide, seltene Erd dotierte Thiogallate, seltene Erd dotierte Aluminate, seltene Erd dotierte Silikate, wie Orthosilikate, seltene Erd dotierte Chlorosilikate, seltene Erd dotierte Nitridosilikate, seltene Erd dotierte Oxinitride und seltene Erd dotierte Aluminiumoxinitride, seltene Erd dotierte Siliziumnitride sowie seltene Erd dotierte Oxonitridoalumosilikate, seltene Erd dotierte Nitridoalumosilikate und Aluminiumnitride.
Als Wellenlängenkonversionsstoff kann in bevorzugten Ausführungsformen insbesondere ein Granat, etwa Yttriumaluminiumoxid (YAG), Lutetiumaluminiumoxid (LuAG) und/oder Terbiumaluminiumoxid (TAG), verwendet werden.
Als Wellenlängenkonversionsstoff kann in weiteren bevorzugten Ausführungsformen insbesondere einer der vorab genannten nitridische Wellenlängenkonversionsstoffe verwendet werden. Als Beispiele für nitridische Wellenlängenkonversionsstoffe seien solche basierend auf Verbindungen von Erdalkalimetallen mit SiON, SiAlON, Si_xN_y und AlSiN genannt.
Das Material für den Wellenlängenkonversionsstoff ist in weiteren bevorzugten Ausführungsformen beispielsweise mit einem oder mehreren der folgenden Aktivatoren dotiert: Cer, Europium, Neodym, Terbium, Erbium, Praseodym, Samarium, Mangan. Rein beispielhaft für mögliche dotierte Wellenlängenkonversionsstoffe seien Cer-dotierte Yttriumaluminium-Granate, Cer-dotierte Lutetiumaluminium-Granate, Europium-dotierte Orthosilikate sowie Europium-dotierte Nitride genannt.
Beispielsweise kann ein Wellenlängenkonversionsstoff der Wellenlängenkonversionsschicht, etwa das erste oder zweite Keramikmaterial, durch YAG:Ce zur Emission einer gelben Sekundärstrahlung gebildet werden. Weiterhin kann ein keramischer Wellenlängenkonversionsstoff der Wellenlängenkonversionsschicht, etwa das erste oder zweite Keramikmaterial, durch Strontium-SiON:Eu zur Emission einer grünen Sekundärstrahlung, durch Calcium-SiAlON:Eu zur Emission einer rötlich-orangefarbigen (amber) Sekundärstrahlung oder durch M₂Si₅N₈:Eu, wobei M hier und im Folgenden eines oder mehrere ausgewählt aus Ca, Sr und Ba ist zur Emission einer roten Sekundärstrahlung gebildet werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden das erste und das zweite Keramikmaterial jeweils durch einen keramischen Wellenlängenkonversionsstoff gebildet. Das erste Keramikmaterial kann beispielsweise durch einen wie oben beschriebenen gut mittels Aerosolabscheidung abscheidbaren keramischen Wellenlängenkonversionsstoff gebildet sein, während das zweite Keramikmaterial durch einen keramischen Wellenlängenkonversionsstoff gebildet wird, der weniger gut oder auch gar nicht mittels Aerosolabscheidung abscheidbar ist. In der Wellenlängenkonversionsschicht kann in diesem Fall das zweite Keramikmaterial im ersten Keramikmaterial eingebettet sein. Beispielsweise kann das erste Keramikmaterial durch YAG:Ce gebildet werden, während das zweite Keramikmaterial durch einen nitridischen keramischen Wellenlängenkonversionsstoff, beispielsweise M₂Si₅N₈:Eu, gebildet wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird das zweite Keramikmaterial durch ein transparentes Keramikmaterial gebildet. Transparent heißt hierbei, dass im sichtbaren Spektralbereich keine Konversion durch das transparente Keramikmaterial stattfindet. Beispielsweise kann das transparente Keramikmaterial undotiertes YAG, Aluminiumoxid, Yttriumoxid, Siliziumnitrid, Aluminiumnitrid, ein SiAlON und/oder Magnesium-Aluminium-Oxid aufweisen oder daraus sein. Beispielsweise kann das erste Keramikmaterial durch YAG:Ce gebildet werden, während das zweite Keramikmaterial durch Aluminiumoxid gebildet wird.
Die Verwendung des transparenten Keramikmaterials kann insbesondere auch dann von Vorteil sein, wenn nur ein keramischer Wellenlängenkonversionsstoff verwendet werden soll, der weniger gut oder gar nicht mittels Aerosolabscheidung abscheidbar ist. In diesem Fall kann das erste Keramikmaterial durch den weniger gut oder gar nicht abscheidbaren keramischen Wellenlängenkonversionsstoff gebildet werden, während das zweite Keramikmaterial durch ein transparentes Keramikmaterial gebildet wird, beispielsweise eines der vorgenannten Materialien, die sich gut mittels Aerosolabscheidung abscheiden lassen. Das erste Keramikmaterial wird dann im Pulvergemisch in einer derartigen Menge bereitgestellt, dass es in der fertig gestellten Wellenlängenkonversionsschicht im zweiten Keramikmaterial eingebettet ist. Wie bereits oben beschrieben ist, kann durch die Verwendung der Kombination eines gut und eines weniger gut oder gar nicht mittels Aerosolabscheidung abscheidbaren Keramikmaterials ein Komposit durch die Keramikmaterialien gebildet werden, wodurch die Wellenlängenkonversionsschicht mit einer gewünschten Dicke und festhaftend auf der Oberfläche, auf der sie aufgebracht wird, ausgebildet werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird die Komponente, auf deren Oberfläche die Wellenlängenkonversionsschicht aufgebracht wird, durch einen Licht emittierenden Halbleiterchip oder durch einen Halbleiterwafer mit zumindest einer Licht emittierenden Schicht gebildet. Der Halbleiterwafer kann insbesondere in eine Vielzahl von Licht emittierenden Halbleiterchips vereinzelbar sein. Durch das Aerosolabscheideverfahren kann es möglich sein, dass auf den Licht emittierenden Halbleiterchip oder auf den Halbleiterwafer keramische Wellenlängenkonversionsschicht direkt aufgebracht werden kann, ohne dass wie bei einem Sinterverfahren das Halbleitermaterial geschädigt würde. Der Beschuss eines Halbleitermaterials direkt mit den Partikeln des Pulvergemisches kann während der Ausbildung der Wellenlängenkonversionsschicht auch zu einer Aufrauung des Halbleitermaterials führen, so dass beispielsweise die Lichtauskoppelfläche eines Licht emittierenden Halbleiterchips mit unmittelbar darauf aufgebrachter keramischer Wellenlängenkonversionsschicht eine aufgeraute Grenzfläche zur Wellenlängenkonversionsschicht bildet, wodurch sich die Lichtauskopplung aus dem Licht emittierenden Halbleiterchip und entsprechend die Lichteinkopplung in die Wellenlängenkonversionsschicht verbessern kann.
Alternativ oder zusätzlich kann das Beleuchtungselement als Komponente, auf der die Wellenlängenkonversionsschicht aufgebracht wird, ein Gehäuse, beispielsweise für einen Licht emittierenden Halbleiterchip, oder einen Reflektor, beispielsweise für eine Lampe mit einem Licht emittierenden Halbleiterchip, aufweisen. Darüber hinaus kann die Komponente, auf deren Oberfläche die Wellenlängenkonversionsschicht aufgebracht wird, durch einen Träger, beispielsweise eine Glas-, Keramik- oder Kunststoffplatte oder -folie gebildet werden, auf die die Wellenlängenkonversionsschicht mittels des Aerosolabscheideverfahrens aufgebracht wird. Der Träger mit der keramischen Wellenlängenkonversionsschicht kann unmittelbar auf oder auch beabstandet zu einem Licht emittierenden Halbleiterchip angeordnet werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die Komponente, auf deren Oberfläche die Wellenlängenkonversionsschicht aufgebracht wird, durch ein Keramiksubstrat gebildet, das einen oder mehrere der vorgenannten Wellenlängenkonversionsstoffe enthält oder daraus gebildet wird. Auf einem solchen Substrat kann ein Pulvergemisch mit zumindest einem der vorgenannten Wellenlängenkonversionsstoffe und einem transparenten Keramikmaterial oder einem weiteren der vorgenannten Wellenlängenkonversionsstoffe als erstem und zweitem pulverförmigen Keramikmaterial zur Bildung der Wellenlängenkonversionsschicht aufgebracht werden. Beispielsweise kann ein YAG:Ce-Substrat als Komponente verwendet werden, auf dem ein Pulvergemisch mit einem keramischen Wellenlängenkonversionsstoff, bevorzugt einem rot emittierenden Wellenlängenkonversionsstoff, und einem transparenten Keramikmaterial als erstem und zweitem pulverförmigen Keramikmaterial zur Bildung der Wellenlängenkonversionsschicht aufgebracht werden.
Bei dem hier beschriebenen Verfahren zur Herstellung der keramischen Wellenlängenkonversionsschicht und beim hier beschriebenen Beleuchtungselement mit der keramischen Wellenlängenkonversionsschicht kann durch die Wahl des ersten und zweiten Keramikmaterials eine geeignete Konversionswirkung beispielsweise durch einen verlängerten Lichtweg infolge der verstärkten Lichtstreuung durch die unterschiedlichen Brechungsindizes des ersten und zweiten Keramikmaterials erreicht werden. Hierbei kann eine optimierbare Lichtstreuung und eine damit einstellbare Konversionswirkung erreicht werden. Bei Bedarf können gemischte Lichtfarben durch Verwendung mehrerer Leuchtstoffe, beispielsweise eine warmweiße Konversionsschicht durch Mischung von gelbem und rotem Wellenlängenkonversionsstoff, beispielsweise YAG:Ce und M₂Si₅N₈:Eu. Dabei können auch Keramikmaterialien verwendet werden, die als Einzelmaterialien nicht mittels des Aerosolabscheideverfahrens abscheidbar sind und die durch das weitere Keramikmaterial in die Wellenlängenkonversionsschicht eingebracht werden können.
Weitere Vorteile, vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen.
Es zeigen:
1A bis 1C schematische Darstellungen von Verfahrensschritten eines Verfahrens zur Herstellung einer keramischen Wellenlängenkonversionsschicht gemäß einem Ausführungsbeispiel,
2 eine schematische Darstellung eines Beleuchtungselements mit einer keramischen Wellenlängenkonversionsschicht gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel,
3 eine schematische Darstellung eines Beleuchtungselements mit einer keramischen Wellenlängenkonversionsschicht gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel,
4 eine schematische Darstellung eines Beleuchtungselements mit einer keramischen Wellenlängenkonversionsschicht gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel und
5 eine schematische Darstellung eines Beleuchtungselements mit einer keramischen Wellenlängenkonversionsschicht gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
In den Ausführungsbeispielen und Figuren können gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen, vielmehr können einzelne Elemente, wie zum Beispiel Schichten, Bauteile, Bauelemente und Bereiche, zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
In Verbindung mit den 1A bis 1C ist ein Verfahren zur Herstellung einer keramischen Wellenlängenkonversionsschicht 1 gezeigt. Hierzu wird in einem ersten Verfahrensschritt ein Pulvergemisch 10 mit zumindest einem ersten pulverförmigen Keramikmaterial 11 und zumindest einem zweiten pulverförmigen Keramikmaterial 12 bereitgestellt. Das erste und zweite Keramikmaterial 11, 12 werden jeweils als Pulver mit einem mittleren Partikeldurchmesser d₅₀ von größer oder gleich 100 nm und kleiner oder gleich 3 µm und bevorzugt in einem Bereich von größer oder gleich 300 nm und kleiner oder gleich 1 µm bereitgestellt.
Die Keramikmaterialien 11, 12 weisen im gezeigten Ausführungsbeispiel voneinander unterschiedliche Brechungsindizes auf. Hierdurch wird in der in 1C gezeigten fertig gestellten keramischen Wellenlängenkonversionsschicht 1 erreicht, dass die Wellenlängenkonversionsschicht 1 durchlaufendes Licht an den Grenzflächen zwischen dem ersten und dem zweiten Keramikmaterial 11, 12 gebrochen wird, sodass durch die Lichtstreuung ein längerer Lichtweg durch die keramische Wellenlängenkonversionsschicht 1 erreicht werden kann.
Weiterhin wird zumindest eines der bereitgestellten pulverförmigen Keramikmaterialien 11, 12 durch einen keramischen Wellenlängenkonversionsstoff gebildet.
In einem weiteren Verfahrensschritt wird, wie in 1B angedeutet ist, das Pulvergemisch 10 mittels eines Aerosolabscheideverfahrens auf eine zu beschichtende Oberfläche 20 einer zu beschichtenden Komponente 2 aufgebracht. Die Komponente 2, auf deren Oberfläche 20 die Wellenlängenkonversionsschicht 1 gebildet wird, kann beispielsweise ein Keramikmaterial, ein Glas, ein Kunststoff und/oder ein Halbleitermaterial aufweisen.
Für das Aerosolabscheideverfahren, das oben im allgemeinen Teil beschrieben ist, wird das Pulvergemisch 10 einem Gasstrom zugeführt, sodass das durch das Gas und das Pulvergemisch 10 gebildete Aerosol in einem Aerosolstrahl 13 mittels einer Düse 3 auf die Oberfläche 20 aufgebracht wird. Durch die hohe kinetische Energie der Partikel des Pulvergemischs 10 im Aerosolstrahl 13 findet beim Auftreffen auf die Oberfläche 20 beziehungsweise auf schon auf der Oberfläche 20 aufgebrachten Partikeln eine Konsolidierung, also ein „Zusammenbacken“, der Partikel statt. Der Aerosolstrahl 13 kann relativ zur Oberfläche 20 durch eine Bewegung der Düse 3 und/oder der Komponente 2 bewegbar sein, so dass die in 1C gezeigte keramische Wellenlängenkonversionsschicht 1 auf der Oberfläche 20 ausgebildet werden kann. Insbesondere ist die Wellenlängenkonversionsschicht 1 frei von weiteren, nicht keramischen Materialien, da als Pulvergemisch nur Keramikmaterialien bereitgestellt werden.
Die keramische Wellenlängenkonversionsschicht 1 kann insbesondere eine nanokristalline Struktur aufweisen mit einer keramischen Dichte von größer oder gleich 90% und bevorzugt von größer oder gleich 99%. Mit anderen Worten weist die keramische Wellenlängenkonversionsschicht 1 einen Volumenanteil von lediglich weniger als 10% und bevorzugt von lediglich weniger als 1% an Poren auf. Durch das vorab beschriebene Verfahren wird die Wellenlängenkonversionsschicht 1 bevorzugt mit einer Dicke von größer oder gleich 1 µm und insbesondere von größer oder gleich 10 µm aufgebracht. Für typische Anwendungen kann die Wellenlängenkonversionsschicht 1 auch eine Dicke von größer oder gleich 100 µm und kleiner oder gleich 500 µm, insbesondere eine Dicke von einigen 100 µm, aufweisen.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel wird das zweite Keramikmaterial 12 zu einem geringeren Anteil im Pulvergemisch 10 bereitgestellt als das erste Keramikmaterial 11. Hierdurch bildet das erste Keramikmaterial 11 in der fertig gestellten keramischen Wellenlängenkonversionsschicht 1 ein Matrixmaterial, in dem das zweite Keramikmaterial 12 eingebettet ist. Dadurch ist es beispielsweise möglich, dass als zweites Keramikmaterial 12 ein Keramikmaterial verwendet wird, das gemäß der Beschreibung oben im allgemeinen Teil weniger gut oder auch gar nicht mittels Aerosolabscheidung abgeschieden werden kann, wenn es als einziges Keramikmaterial eingesetzt wird. Das erste Keramikmaterial 11 wiederum wird durch ein Keramikmaterial gebildet, das sich gut mittels Aerosolabscheidung abscheiden lässt.
Beispielsweise kann das zweite Keramikmaterial 12 durch einen nitridischen Wellenlängenkonversionsstoff, etwa M₂Si₅N₈:Eu mit M ausgewählt aus Ca, Sr und Ba, gebildet sein, der in Abhängigkeit von den gegebenen Sprühbedingungen und den Pulvervorbereitungsbedingungen nur wenig gut mittels Aerosolabscheidung abscheidbar sein kann. Als erstes Keramikmaterial 11 kann beispielsweise ein weiterer keramischer Wellenlängenkonversionsstoff, etwa YAG:Ce, bereitgestellt werden, der sich gut mittels Aerosolabscheidung abscheiden lässt. Die Wellenlängenkonversionsschicht 1 weist in diesem Fall mit YAG:Ce als erstem Keramikmaterial 11 einen gelb konvertierenden Wellenlängenkonversionsstoff und mit M₂Si₅N₈:Eu als zweitem Keramikmaterial 12 einen rot konvertierenden Wellenlängenkonversionsstoff auf. In Verbindung mit einer blau emittierenden Lichtquelle, beispielsweise einem blaues Licht emittierenden Halbleiterchip, kann mit einer solchen keramischen Wellenlängenkonversionsschicht 1 beispielsweise warmweißes Licht erzeugt werden.
Weiterhin ist es auch möglich, dass das erste Keramikmaterial 11 oder das zweite Keramikmaterial 12 durch ein transparentes Keramikmaterial gebildet wird. Das transparente Keramikmaterial kann beispielsweise undotiertes YAG, Aluminiumoxid, Yttriumoxid, Magnesium-Aluminium-Oxid, Siliziumnitrid, Aluminiumnitrid, ein SiAlON oder Mischungen daraus aufweisen oder daraus sein. Wird das erste Keramikmaterial 11 durch ein transparentes Keramikmaterial, beispielsweise Aluminiumoxid gebildet, in dem als zweites Keramikmaterial 12 beispielsweise einer der vorgenannten keramischen Wellenlängenkonversionsstoffe eingebettet ist, so bildet das transparente Keramikmaterial 11 das Matrixmaterial für den Wellenlängenkonversionsstoff 12. Im umgekehrten Fall, also wenn das transparente Keramikmaterial das zweite im ersten Keramikmaterial 11 eingebettete Keramikmaterial 12 bildet, kann beispielsweise YAG:Ce als erstes Keramikmaterial 11 und Aluminiumoxid als zweites Keramikmaterial 12 gewählt werden. Das transparente zweite Keramikmaterial 12 bildet in diesem Fall Streuzentren in der keramischen Wellenlängenkonversionsschicht 1.
Alternativ zu den genannten Materialkombinationen für das erste und zweite Keramikmaterial 11, 12 sind auch andere Kombinationen, beispielsweise mit den oben im allgemeinen Teil beschriebenen Materialien, möglich. Weiterhin können als Pulvergemisch 10 auch mehr als zwei Keramikmaterialen bereitgestellt werden, von denen zumindest eines durch einen keramischen Wellenlängenkonversionsstoff gebildet wird und die unterschiedliche Brechungsindizes aufweisen.
Durch das Aerosolabscheideverfahren kann die Wellenlängenkonversionsschicht 1 mit den vorab beschriebenen Dicken und keramischen Dichten auch unter Verwendung eines Keramikmaterials 12 ausgebildet werden, das sich weniger gut oder kaum mittels Aerosolabscheidung abscheiden lässt. Durch eine Einstellung des relativen Anteils des ersten Keramikmaterials 11 zum zweiten Keramikmaterial 12 sowie deren Brechungsindizes und Konversionseigenschaften kann die Lichtstreuung und damit auch die Konversionswirkung der keramischen Wellenlängenkonversionsschicht 1 optimiert werden. Die keramische Wellenlängenkonversionsschicht 1 kann somit aus mehreren Leuchtstoffen schneller und unkomplizierter hergestellt werden als dies bei der sukzessiven Abscheidung von Einzellagen mit verschiedenen keramischen Wellenlängenkonversionsstoffen möglich ist. Insbesondere können eben auch keramische Wellenlängenkonversionsstoffe verwendet werden, die sich nicht in Einzellagen abscheiden lassen.
In Verbindung mit den 2 bis 5 sind Ausführungsbeispiele für Beleuchtungselemente 100 gezeigt, die eine Wellenlängenkonversionsschicht 1 aufweisen, die beispielsweise mittels des in Verbindung mit den 1A bis 1C beschriebenen Verfahrens hergestellt werden können.
In 2 ist ein Beleuchtungselement 100 gezeigt, das eine keramische Wellenlängenkonversionsschicht 1 auf einer durch einen Licht emittierenden Halbleiterchip 4 gebildeten Komponente 2 aufweist. Der Licht emittierende Halbleiterchip 4 kann in einem Gehäuse 5 angeordnet sein, beispielsweise einem Kunststoffgehäuse oder einem Keramikgehäuse, das in 2 lediglich angedeutet ist. Alternativ hierzu kann der Licht emittierende Halbleiterchip 4 auch auf einem Träger, beispielsweise einem Keramikträger, einem Kunststoffträger oder einer Leiterplatte, angeordnet sein. Weitere Merkmale betreffend den Licht emittierenden Halbleiterchip 4 oder das Gehäuse 5, beispielsweise Materialien, Schichtaufbauten oder elektrische Kontaktschichten, sowie betreffend die Montage und den elektrischen Anschluss des Licht emittierenden Halbleiterchips 4 auf dem Gehäuse 5 sind dem Fachmann bekannt und werden daher hier nicht weiter ausgeführt.
Die Oberfläche 20, auf der die Wellenlängenkonversionsschicht 1 aufgebracht ist, wird durch die Lichtauskoppelfläche des Licht emittierenden Halbleiterchips 4 gebildet. Mit anderen Worten ist die keramische Wellenlängenkonversionsschicht 1 mittels des vorab beschriebenen Aerosolabscheideverfahrens unmittelbar auf der Lichtauskoppelfläche des Licht emittierenden Halbleiterchips 4 aufgebracht. Wie im allgemeinen Teil beschrieben ist, kann es hierdurch zu einer Aufrauung der Lichtauskoppelfläche des Licht emittierenden Halbleiterchips 4 kommen, sodass die Grenzfläche zwischen dem Licht emittierenden Halbleiterchip 4 und der keramischen Wellenlängenkonversionsschicht 1 aufgeraut und unregelmäßig ausgebildet ist, wodurch Licht aus dem Licht emittierenden Halbleiterchip 4 effizient in die Wellenlängenkonversionsschicht 1 eingekoppelt werden kann.
Die Wellenlängenkonversionsschicht 1 kann beispielsweise auf den bereits im Gehäuse 5 montierten Licht emittierenden Halbleiterchip 4 aufgebracht werden. Dies ist dadurch möglich, dass das Aerosolabscheideverfahrens bei niedrigen Temperaturen, beispielsweise bei Raumtemperatur, durchgeführt werden kann. Dadurch können die für Licht emittierende Halbleiterchips 4 und Gehäuse 5 üblicherweise verwendeten Materialien, die üblichen Sintertemperaturen nicht standhalten würden, verwendet werden. Die üblicherweise für diese Komponenten verwendeten Materialien würden sich bei üblichen Sintertemperaturen, insbesondere auch bei der minimal möglichen Sintertemperatur, die zum Versintern der vorab beschriebenen Keramikmaterialien nötig wäre, zersetzen oder zumindest verformen und dadurch ihre strukturelle Integrität verlieren.
Alternativ zum Aufbringen der keramischen Wellenlängenkonversionsschicht 1 auf dem montierten Licht emittierenden Halbleiterchip 4 kann die keramische Wellenlängenkonversionsschicht 1 beispielsweise auf einem mit einer Halbleiterschichtenfolge mit zumindest einer aktiven, Licht emittierenden Schicht bereitgestellten Halbleiterwafer aufgebracht werden, der über einen geeigneten Vereinzelungsprozess in eine Vielzahl von Licht emittierenden Halbleiterchips mit bereits aufgebrachter keramischer Wellenlängenkonversionsschicht 1 vereinzelt werden kann.
In 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein Beleuchtungselement 100 gezeigt, bei dem die Oberfläche 20 der Komponente 2, auf der die keramische Wellenlängenkonversionsschicht 1 mittels Aerosolabscheidung aufgebracht wird, durch Oberflächen des Licht emittierenden Halbleiterchips 4 sowie einen Teil der Oberfläche des Gehäuses 5 gebildet wird.
Wie bereits in Verbindung mit 2 beschrieben ist, kann die keramische Wellenlängenkonversionsschicht 1 direkt auf dem Gehäuse 5 und dem Licht emittierenden Halbleiterchip 4 durch das Aerosolabscheideverfahren aufgebracht werden, ohne dass es zu einer signifikanten Schädigung und einem Verlust der strukturellen Integrität der beschichteten Komponenten kommt.
In 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein Beleuchtungselement 100 gezeigt, bei dem die keramische Wellenlängenkonversionsschicht 1 auf der Oberfläche 20 einer durch einen Träger 6 gebildeten Komponente 2 aufgebracht wird. Der Träger 6 kann beispielsweise durch ein Glas oder ein transparentes Keramiksubstrat, beispielsweise in Form eines Plättchens gebildet werden. Das durch den Träger 6 und die Wellenlängenkonversionsschicht 1 gebildete Wellenlängenkonversionselement kann unmittelbar auf einem Licht emittierenden Halbleiterchip 4 oder auch, wie in 4 gezeigt ist, beabstandet zum Licht emittierenden Halbleiterchip 4 angeordnet werden.
Weiterhin kann die Komponente 2, auf deren Oberfläche 20 die Wellenlängenkonversionsschicht 1 aufgebracht wird, durch ein Keramiksubstrat gebildet, das einen oder mehrere der oben im allgemeinen Teil genannten Wellenlängenkonversionsstoffe enthält oder daraus gebildet wird. Darauf wird ein Pulvergemisch mit zumindest einem der vorgenannten Wellenlängenkonversionsstoffe und einem transparenten Keramikmaterial oder einem weiteren der vorgenannten Wellenlängenkonversionsstoffe als erstem und zweitem pulverförmigen Keramikmaterial zur Bildung der Wellenlängenkonversionsschicht 1 aufgebracht werden. Beispielsweise kann ein YAG:Ce-Substrat als Komponente 2 verwendet werden, auf dem ein Pulvergemisch mit einem keramischen Wellenlängenkonversionsstoff, bevorzugt einem rot emittierenden Wellenlängenkonversionsstoff wie etwa M₂Si₅N₈:Eu (M = Sr, Ca und/oder Ba), und einem transparenten Keramikmaterial als erstem und zweitem pulverförmigen Keramikmaterial zur Bildung der Wellenlängenkonversionsschicht 1 aufgebracht werden.
In 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein Beleuchtungselement 100 gezeigt, das als mit der keramischen Wellenlängenkonversionsschicht 1 beschichtete Komponente 2 einen Reflektor 7 aufweist, in dem beispielsweise ein Licht emittierender Halbleiterchip 4 montiert ist. Der Reflektor 7 kann beispielsweise ein mit einem Metall beschichtetes Kunststoffmaterial aufweisen. Da es sich bei dem Aerosolabscheideverfahren um ein Verfahren handelt, bei dem die Keramikmaterialien 11, 12 aufgesprüht werden, kann die Wellenlängenkonversionsschicht 1 ohne Weiteres an eine gekrümmte Oberfläche wie die des gezeigten Reflektors 7 aufgebracht werden.
Die in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele können alternative oder zusätzlich auch weitere Merkmale gemäß der Beschreibung im allgemeinen Teil aufweisen.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
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 Nicht-Patentliteratur

J. Akedo, Journal of Thermal Spray Technology 17 (2), S. 181–198 (2008) [0014]

Claims

Verfahren zur Herstellung einer keramischen Wellenlängenkonversionsschicht (1), bei dem – ein Pulvergemisch (10) mit zumindest einem ersten und einem zweiten pulverförmigen Keramikmaterial (11, 12) bereitgestellt wird und – das Pulvergemisch (10) mittels eines Aerosolabscheideverfahrens auf eine Oberfläche (20) zur Bildung der keramischen Wellenlängenkonversionsschicht (1) aufgebracht wird, wobei – das erste Keramikmaterial (11) durch einen keramischen Wellenlängenkonversionsstoff gebildet wird, – das erste und zweite Keramikmaterial (11, 12) unterschiedliche Brechungsindizes aufweisen, – die Wellenlängenkonversionsschicht (1) eine keramische Dichte von größer oder gleich 90% aufweist und – die Wellenlängenkonversionsschicht (1) mit einer Dicke von größer oder gleich 1 µm aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Aerosolabscheideverfahren bei Raumtemperatur durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die keramische Wellenlängenkonversionsschicht (1) eine keramische Dichte von größer oder gleich 99% aufweist.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die keramische Wellenlängenkonversionsschicht (1) eine Dicke von größer oder gleich 10 µm aufweist.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei in der Wellenlängenkonversionsschicht (1) das erste Keramikmaterial (11) im zweiten Keramikmaterial (12) eingebettet ist.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei das erste Keramikmaterial (11) durch einen nitridischen Wellenlängenkonversionsstoff gebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei in der Wellenlängenkonversionsschicht (1) das zweite Keramikmaterial (12) im ersten Keramikmaterial (11) eingebettet ist.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das erste Keramikmaterial (11) durch YAG:Ce gebildet wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das zweite Keramikmaterial (12) durch einen weiteren vom ersten Keramikmaterial (11) verschiedenen keramischen Wellenlängenkonversionsstoff gebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das zweite Keramikmaterial (12) durch ein transparentes Keramikmaterial gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei das transparente Keramikmaterial zumindest eines oder mehrere Materialien ausgewählt aus undotiertem YAG, Aluminiumoxid, Yttriumoxid und Magnesium-Aluminium-Oxid aufweist.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Komponente (2) des Beleuchtungselements (100), auf deren Oberfläche (20) die keramische Wellenlängenkonversionsschicht (1) aufgebracht wird, eine Maximaltemperatur aufweist, bis zu der die Komponente (2) ihre strukturelle Integrität behält und die unter einer minimalen Sintertemperatur der keramischen Wellenlängenkonversionsschicht (1) liegt.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Oberfläche (20) durch eine Komponente (2) eines Beleuchtungselements (100), insbesondere durch einen Licht emittierenden Halbleiterchip (4) oder einen Halbleiterwafer mit zumindest einer Licht emittierenden Schicht gebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Oberfläche (20) durch eine Komponente (2) gebildet wird, die durch ein Keramikmaterial gebildet wird, das zumindest einen Wellenlängenkonversionsstoff, insbesondere YAG:Ce, enthält.
Beleuchtungselement (100) mit einer keramischen Wellenlängenkonversionsschicht (1) auf zumindest einer Oberfläche (20) einer Komponente (2), hergestellt durch ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei – die keramische Wellenlängenkonversionsschicht (1) zumindest ein erstes und ein zweites Keramikmaterial (11, 12) aufweist, die unterschiedliche Brechungsindices aufweisen und von denen zumindest das erste Keramikmaterial (11) durch einen keramischen Wellenlängenkonversionsstoff gebildet wird, – die Wellenlängenkonversionsschicht (1) eine keramische Dichte von größer oder gleich 90% aufweist und – die Wellenlängenkonversionsschicht (1) mit einer Dicke von größer oder gleich 1 µm aufgebracht wird.