DE102012109020A1

DE102012109020A1 - Konversionselement, Leuchtmittel und Verfahren zur Herstellung eines Konversionselements

Info

Publication number: DE102012109020A1
Application number: DE201210109020
Authority: DE
Inventors: Joachim Reill; Georg Bogner
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2012-09-25
Filing date: 2012-09-25
Publication date: 2014-03-27

Abstract

Es wird ein Konversionselement (100) angegeben. Das Konversionselement (100) umfasst ein Trägerelement (16), welches eine Aussparung (22) aufweist, welche sich von einer ersten Hauptfläche (18) bis zu einer zweiten Hauptfläche (20) des Trägerelements (16) erstreckt, und ein Konversionsmittel (24), welches dazu ausgebildet ist, wenigstens einen Teil einer auf das Konversionsmittel (24) treffenden Primärstrahlung (12) in eine Sekundärstrahlung mit einer von der Primärstrahlung verschiedenen, größeren Wellenlänge zu konvertieren. Das Konversionsmittel (24) ist zumindest teilweise auf oder in der Aussparung (22) angeordnet und auf mindestens einen Oberflächenbereich (26, 36) des Trägerelements (16) gesintert. Es wird außerdem ein Leuchtmittel (200) sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Konversionselements (100) angegeben.

Description

Es wird ein Konversionselement, ein Leuchtmittel sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Konversionselements angegeben.
Für viele Anwendungen wird Licht eines bestimmten Spektralbereichs, zum Beispiel weißes Licht benötigt. Viele Lichtquellen, insbesondere auf Halbleitern basierende Lichtquellen wie Leuchtdioden oder Laserdioden, emittieren Licht allerdings nur in einem davon abweichenden Spektralbereich oder bei diskreten Wellenlängen. Daher ist es oft gewünscht, das von der Lichtquelle emittierte Licht zumindest teilweise in Licht einer anderen Wellenlänge umzuwandeln. Diese Konversion geschieht beispielsweise mittels organischen oder anorganischen Lumineszenzstoffen. Die Konversion beruht bei diesen Lumineszenzstoffen zumeist auf dem Prinzip der so genannten Down-Conversion. Das heißt, Licht beispielsweise im blauen Spektralbereich wird absorbiert, und dazu niederfrequenteres, rotverschobenes Licht wird emittiert. Mit anderen Worten wird Lichtstrahlung hoher Energie durch den Leuchtstoff in Lichtstrahlung niedrigerer Energie und in nichtstrahlende Energie, insbesondere in Wärme, umgewandelt. Ein nichtkonvertierter Anteil der Lichtstrahlung hoher Energie kann schließlich mit der konvertierten Lichtstrahlung niedrigerer Energie gemischt werden, so dass beispielsweise weißes Licht erzeugt wird.
Nachteilig ist, dass sich die Lumineszenzstoffe erwärmen und dadurch die Konversionseffizienz reduziert wird. Insbesondere bei der transmissiven Beleuchtung eines Konverters und bei einer teilweisen Konversion von blauem Licht ergibt sich die Schwierigkeit, die Verlustleistung, welche durch Konversionsverluste und Stokes-Verschiebung entsteht, effizient abzuführen. Dies gilt insbesondere bei hohen Leistungsdichten. Weiterhin muss beachtet werden, eine sichere Montage des Konversionselements auf einem Trägerelement, welches als Wärmesenke wirkt, sicherzustellen. Bisherige Versuche, die Konversionselemente auf Plättchen aus Glas oder Saphir zu befestigen und in den Strahlengang eines blauen Lasers zu bringen, erwiesen sich aufgrund der erforderlichen engen Fokussierung des Lasers und der damit verbundenen hohen Leistungsdichten als unzureichend. Lösungen für hohe Leistungsdichten sind bisher nur bei einer Vollkonversion und einer Beleuchtung mit anschließender Reflexion bekannt.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Konversionselement anzugeben, welches die oben genannten Nachteile überwindet. Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Leuchtmittel mit einem solchen Konversionselement anzugeben. Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines Konversionselements anzugeben.
Diese Aufgaben werden durch ein Konversionselement gemäß Patentanspruch 1, ein Leuchtmittel gemäß Patentanspruch 10 sowie durch ein Verfahren zur Herstellung eines Konversionselements gemäß Patentanspruch 11 gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen des Gegenstands sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet und gehen weiterhin aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen hervor.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Konversionselements umfasst das Konversionselement ein Trägerelement, welches eine Aussparung aufweist, welche sich von einer ersten Hauptfläche bis zu einer zweiten Hauptfläche des Trägerelements erstreckt, sowie ein Konversionsmittel, welches dazu ausgebildet ist, wenigstens einen Teil einer auf das Konversionsmittel treffenden Primärstrahlung in eine Sekundärstrahlung mit einer von der Primärstrahlung verschiedenen, größeren Wellenlänge zu konvertieren. Hierbei ist das Konversionsmittel zumindest teilweise auf oder in der Aussparung angeordnet. Des Weiteren ist das Konversionsmittel auf mindestens einen Oberflächenbereich des Trägerelements gesintert.
Mit Hauptfläche ist hierbei eine Oberfläche des Trägerelements gemeint, bei einem plattenförmig ausgeformten Trägerelement beispielsweise eine der beiden Seitenflächen mit dem größten Flächeninhalt. Die Hauptfläche erstreckt sich bevorzugt in einer Ebene senkrecht zu einer Einstrahlrichtung, entlang welcher bei einer Verwendung des Konversionselements in einem Leuchtmittel die Primärstrahlung eingestrahlt wird.
Das Konversionselement kann unmittelbar auf das Trägerelement gesintert sein oder auch nur mittelbar, d.h. es können beispielsweise auch weitere Schichten zwischen Konversionselement einerseits und dem Trägerelement andererseits vorgesehen sein. Entsprechendes gilt im folgenden für die Begriffe „auf einer Schicht angeordnet“ oder „auf einem Element angeordnet“.
„Primärstrahlung“ kann hierbei sowohl elektromagnetische Strahlung einer Wellenlänge oder eines ersten Wellenlängenbereichs, das zu konvertieren ist, als auch mehrerer Wellenlängen oder mehrerer Wellenlängenbereiche bedeuten. Beispielsweise kann die Primärstrahlung elektromagnetische Strahlung einer einzigen Wellenlänge sein. Bevorzugt handelt es sich bei der Primärstrahlung um elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge größer als 360 nm und kleiner als 485 nm, welche ultraviolettem oder blauem Licht entspricht. Ein Farbort des durch Mischung der Primärstrahlung und der Sekundärstrahlung erzeugten (beispielsweise weißen) Lichts kann dadurch gesteuert werden, dass ein Verhältnis der Intensitäten der elektromagnetischen Strahlung der beiden Wellenlängen durch die genaue Ausbildung des Konversionsmittels, beispielsweise seiner Dicke, zueinander variiert werden.
Dadurch, dass das Konversionsmittel auf den Oberflächenbereich des Trägerelements gesintert ist, ergeben sich einerseits eine gute thermische Anbindung, welche eine effiziente Abführung der im Betrieb in dem Konversionsmittel erzeugten Wärme über das Trägerelement ermöglicht, und andererseits eine feste mechanische Verbindung zwischen den beiden Elementen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Konversionselements ist das Konversionsmittel unmittelbar auf den mindestens einen Oberflächenbereich des Trägerelements gesintert. Dies bedeutet, dass das Konversionsmittel auf dem mindestens einen Oberflächenbereich des Trägerelements haftvermittlerfrei haftet. Es ist also keine Haftvermittlungsschicht zwischen dem Konversionsmittel und dem Oberflächenbereich des Trägerelements vorgesehen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Konversionselements ist die Aussparung als ein durchgehendes Loch ausgebildet, welches sich von der ersten Hauptfläche zu der zweiten Hauptfläche des Trägerelements hin erstreckt. Beispielsweise kann die Aussparung in Form einer Ausstanzung oder einer Durchbohrung ausgebildet sein. Bevorzugt weist die Aussparung in einer Ebene parallel zur ersten und/oder zweiten Hauptfläche einen Durchmesser größer als 0,5 mm und kleiner als 2 mm auf. Weiter ist bevorzugt, dass die Aussparung zylinderförmig ausgebildet ist, beispielsweise mit einer Symmetrieachse, welche senkrecht zur ersten und/oder zweiten Hauptfläche verläuft.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Konversionselements enthält das Konversionsmittel einen keramischen Konversionsstoff, welcher eine Wellenlängenkonversion bewirken kann, oder ist aus diesem gebildet. Das Konversionsmittel kann insbesondere auch ein keramisches Matrixmaterial enthalten, in welches der keramische Konversionsstoff in Form von kleinen Partikeln eingebettet ist.
Der keramische Konversionsstoff kann beispielsweise zumindest eines oder mehrere der folgenden Materialien zur Konversion aufweisen oder aus einem oder mehreren der folgenden Materialien gebildet sein: mit Metallen der seltenen Erden dotierte Granate, mit Metallen der seltenen Erden dotierte Erdalkalisulfide, mit Metallen der seltenen Erden dotierte Thiogallate, mit Metallen der seltenen Erden dotierte Aluminate, mit Metallen der seltenen Erden dotierte Silikate, wie Orthosilikate, mit Metallen der seltenen Erden dotierte Chlorosilikate, mit Metallen der seltenen Erden dotierte Erdalkalisiliziumnitride, mit Metallen der seltenen Erden dotierte Oxinitride und mit Metallen der seltenen Erden dotierte Aluminiumoxinitride, mit Metallen der seltenen Erden dotierte Siliziumnitride, Sialone.
Als keramischer Konversionsstoff können in bevorzugten Ausführungsformen insbesondere Granate, etwa Yttriumaluminiumoxid (YAG), Lutetiumaluminiumoxid (LuAG) und Terbiumaluminiumoxid (TAG), verwendet werden.
Die Materialien für den keramischen Konversionsstoff sind in weiteren bevorzugten Ausführungsformen beispielsweise mit einem der folgenden Aktivatoren dotiert: Cer, Europium, Neodym, Terbium, Erbium, Praseodym, Samarium, Mangan. Rein beispielhaft für mögliche dotierte keramische Konversionsstoffe seien Cer-dotierte Yttriumaluminium-Granate, Cer-dotierte Lutetiumaluminium-Granate, Europium-dotierte Orthosilikate sowie Europium-dotierte Nitride genannt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Konversionselements enthält das Trägerelement ein Keramikmaterial oder ein Metall oder ist aus einem Keramikmaterial oder einem Metall gebildet. Bevorzugt besteht das Trägerelement aus einem Material, welches eine ausreichende Hitzebeständigkeit aufweist, so dass das Trägerelement bei einem Sinterprozess seine Form nicht oder nur geringfügig ändert. Insbesondere ist bevorzugt, dass das verwendete Material eine Schmelztemperatur von größer als 2000 K aufweist. Als Metall wird bevorzugt Molybdän, und als keramisches Material bevorzugt Aluminiumnitrid verwendet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Konversionselements ist vorgesehen, dass das Konversionsmittel als Schicht oder als Plättchen ausgebildet ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Konversionselements ist vorgesehen, dass das Konversionsmittel auf einen Teilbereich der ersten Hauptfläche oder der zweiten Hauptfläche gesintert ist. Hierdurch ist eine besonders einfache Anordnung gegeben, welche leicht herzustellen ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Konversionselements ist vorgesehen, dass die Aussparung einen ersten Teilbereich und einen zweiten Teilbereich umfasst, wobei ein Querschnitt (bevorzugt parallel zu der ersten und/oder zweiten Hauptfläche) des ersten Teilbereichs größer ist als ein Querschnitt (bevorzugt parallel zu der ersten und/oder zweiten Hauptfläche) des zweiten Teilbereichs, das Konversionsmittel in dem ersten Teilbereich angeordnet ist und auf einen Teilbereich der Oberfläche des Trägerelements am Übergang zwischen dem ersten Teilbereich und dem zweiten Teilbereich gesintert ist. Bevorzugt ist am Übergang zwischen dem ersten Teilbereich und dem zweiten Teilbereich eine ringförmige Schulter ausgebildet, auf welcher das Konversionsmittel gesintert werden kann. Diese Anordnung bietet den Vorteil, dass in dem ersten Teilbereich angrenzend an das Konversionsmittel weitere Elemente angeordnet werden können, welche beispielsweise die optische Effizienz des Konversionselements erhöhen können.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Konversionselements ist vorgesehen, dass in dem ersten Teilbereich der Aussparung (bevorzugt angrenzend an das Konversionsmittel und bevorzugt in einem Randbereich des ersten Teilbereichs) mindestens ein reflektierendes Element angeordnet ist, bevorzugt ein diffus reflektierendes Element. Durch das reflektierende Element kann Sekundärstrahlung, welche derart gerichtet ist, dass sie vom Trägerelement absorbiert werden würde (beispielsweise seitlich gestreute Sekundärstrahlung), zurück in das Konversionsmittel reflektiert werden, in welchem ein gewisser Anteil in einen gewünschten Raumwinkelbereich (typischerweise in Richtung der ursprünglichen Primärstrahlung) gestreut werden kann.
Beispielsweise kann das reflektierende Element aus einer transparenten Matrix, welche insbesondere PMMA (Polymethylmethacrylat), PC (Polycarbonat), Silikon oder Glas enthält oder aus einem dieser Materialien besteht, mit einem streuenden Füllstoff, welcher für mindestens eine Wellenlänge im Bereich 400–800 nm einen höheren Brechungsindex aufweist als das Matrixmaterial, bestehen. Durch den Brechungsindexunterschied wird eine diffus streuende bzw. reflektierende Wirkung hervorgerufen. Der Füllstoff kann beispielsweise aus Streupartikeln aus SiO₂, TiO₂ oder Al₂O₃ (beispielsweise mit einer Größe von 400 nm bis 40 µm, bevorzugt 1 µm bis 10 µm) bestehen. Die Verwendung von TiO₂ ist aufgrund der geringen Absorption und des gleichförmigen Streuverhaltens besonders vorteilhaft.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Konversionselements ist vorgesehen, dass auf einer ersten (bevorzugt parallel zu der ersten und/oder zweiten Hauptfläche des Trägerelements verlaufenden) Oberfläche des Konversionsmittels eine erste wellenlängenselektive Spiegelschicht angeordnet ist, welche durchlässig für die Primärstrahlung und zumindest teilweise reflektierend für die Sekundärstrahlung wirkt. Damit wird erreicht, dass das Konversionsmittel im Betrieb in eine Vorzugsrichtung hinein Mischlicht, insbesondere weißes Licht, abstrahlt, während eine Abstrahlung von Sekundärstrahlung entgegen der Vorzugsrichtung unterdrückt ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Konversionselements ist vorgesehen, dass auf einer zweiten (bevorzugt parallel zu der ersten und/oder zweiten Hauptfläche des Trägerelements verlaufenden und der ersten Oberfläche gegenüberliegenden) Oberfläche des Konversionsmittels eine zweite wellenlängenselektive Spiegelschicht angeordnet ist, welche zumindest teilweise reflektierend für elektromagnetische Strahlung wirkt, welche eine Wellenlänge aufweist, die kleiner ist als eine vorbestimmte Grenzwellenlänge. Damit wird erreicht, dass das Konversionsmittel im Betrieb keine elektromagnetische Strahlung emittiert, welche möglicherweise gesundheitsgefährdend sein könnte, beispielsweise kurzwelliges blaues oder ultraviolettes Licht, welches Schäden an den Augen verursachen kann. Beispielsweise kann die Grenzwellenlänge 430 nm betragen.
Es wird darüber hinaus ein Leuchtmittel angegeben.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Leuchtmittel mindestens ein Konversionselement gemäß einer oder mehrerer der oben genannten Ausführungsformen sowie mindestens einen Halbleiterchip, der als Leuchtdiode oder (bevorzugt) als Laserdiode ausgestaltet sein kann, wobei vom Halbleiterchip emittierte Strahlung zumindest zum Teil zum Konversionselement gelangt und die vom Halbleiterchip emittierte Strahlung mindestens zum Teil in eine Strahlung einer niedrigeren Frequenz, etwa über Down-Conversion, umwandelbar ist. Ein solches Leuchtmittel kann mit hohen optischen Leistungen betrieben werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtmittels ist der Halbleiterchip dazu eingerichtet, eine Primärstrahlung mit einer Wellenlänge zwischen einschließlich 360 nm und 485 nm zu emittieren, welches auf das Konversionselement trifft.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtmittels sind Halbleiterchip und Konversionselement räumlich voneinander getrennt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtmittels weist das Leuchtmittel eine optische Leistung zwischen 5 und 10 W auf.
Es wird darüber hinaus ein Verfahren zur Herstellung eines oben beschriebenen Konversionselements angegeben.
Ein Verfahren zur Herstellung eines Konversionselements umfasst die folgenden Schritte:

– Bereitstellen eines Trägerelements (insbesondere einer Trägerschicht) oder eines Grünlings, beispielsweise einer Grünfolie, als Basis für ein Trägerelement (insbesondere für eine Trägerschicht),
– Aufbringen eines Grünlings, beispielsweise einer Grünfolie, als Basis für ein Konversionsmittel oder Aufbringen einer Pulverdispersion als Basis für das Konversionsmittel auf mindestens einen Oberflächenbereich des Trägerelements oder des Grünlings, der als Basis für das Trägerelement dient, und
– Sintern des hierdurch entstehenden Verbundes.

Die Pulverdispersion kann beispielsweise mittels Aufsprühen oder Aufsedimentieren aufgebracht werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass das Trägerelement oder der Grünling, der als Basis für das Trägerelement dient, mit einer Aussparung bereitgestellt wird, welche sich von einer ersten Hauptfläche bis zu einer zweiten Hauptfläche erstreckt. Alternativ ist es möglich, die Aussparung erst nach dem Sintern in das Trägerelement einzubringen, beispielsweise durch Ausstanzen von Material oder durch eine passende Bohrung.
Für die Materialien des Trägerelements und/oder der Grünlinge, welche als Basis für das Trägerelement oder für das Konversionsmittel dienen, gelten die oben bei der Beschreibung des Konversionsmittels gemachten Angaben. Insbesondere kann der Grünling, welcher als Basis für das Konversionsmittel dient, einen keramischen Konversionsstoff enthalten oder aus diesem gebildet sein. Typischerweise enthält der Grünling außerdem organische Bestandteile, welche beim Sintern ausgebrannt werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird der Verbund bei über 1800 K, insbesondere in Wasserstoffatmosphäre, gesintert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass das Trägerelement oder der Grünling, der als Basis für das Trägerelement dient, mit einer Aussparung bereitgestellt wird, welche einen ersten Teilbereich und einen zweiten Teilbereich umfasst, wobei ein Querschnitt des ersten Teilbereichs größer ist als ein Querschnitt des zweiten Teilbereichs, und der Grünling, welcher als Basis für das Konversionsmittel dient, auf einen Teilbereich der Oberfläche des Trägerelements oder des Grünlings, der als Basis für das Trägerelement dient, am Übergang zwischen dem ersten Teilbereich und dem zweiten Teilbereich gesintert wird.
Nach Anwendung des dargestellten Verfahrens entsteht ein erfindungsgemäßes Konversionselement, welches einfach mit den oben genauer beschriebenen wellenlängenselektiven Spiegelschichten beschichtet werden kann.
Einige Anwendungsbereiche, in denen die hier beschriebenen Konversionselemente oder Leuchtmittel Verwendung finden könnten, sind etwa Beleuchtungseinrichtungen zu Projektionszwecken, Scheinwerfer, insbesondere Kraftfahrzeugscheinwerfer, oder bei der Allgemeinbeleuchtung verwendete Lichtstrahler.
Nachfolgend wird ein hier beschriebenes Konversionselement sowie ein hier beschriebenes Leuchtmittel unter Bezugnahme auf die Zeichnungen anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen geben dabei gleiche Elemente in den einzelnen Figuren an. Es sind dabei jedoch keine maßstäblichen Bezüge dargestellt, vielmehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
Es zeigen:
1 ein Leuchtmittel mit einem Konversionselement gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
2 ein Leuchtmittel mit einem Konversionselement gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, und
3 ein Leuchtmittel mit einem Konversionselement gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel.
1 zeigt ein insgesamt mit 200 bezeichnetes Leuchtmittel mit einem insgesamt mit 100 bezeichneten Konversionselement gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Ein als Laserdiode ausgestalteter Halbleiterchip 10 emittiert eine Primärstrahlung 12, beispielsweise blaues oder violettes Licht mit einer Wellenlänge zwischen einschließlich 400 nm und 485 nm, welche auf das Konversionselement 100 trifft. Das Konversionselement 100 umfasst einen plattenförmig ausgebildeten Träger 16 mit einer ersten Oberfläche 18 und einer zweiten Oberfläche 20, welche beide die Hauptflächen des Trägers 16 bilden. Der Träger 16 ist in diesem Beispiel aus Molybdän gebildet. Von der ersten Oberfläche 18 bis zu der zweiten Oberfläche 20 erstreckt sich eine Aussparung 22 in Form eines durchgehenden zylindrisch ausgebildeten Loches, welches als Durchbohrung oder Ausstanzung vorgesehen sein kann. Ein Konversionsmittel 24 in Form eines Konversionsplättchens ist auf einen ringförmigen Teilbereich 26 der ersten Oberfläche 18, welcher die Aussparung 22 umschließt, aufgesintert.
Das Konversionsmittel 24 aus keramischem Material ist dazu ausgebildet, einen Teil des blauen Lichts 12 des Halbleiterchips 10 in Licht aus dem gelben Spektralbereich umzuwandeln. Ein wellenlängenkonvertierendes aktives keramisches Material, welches dazu geeignet ist, blaues Licht in gelbes Licht umzuwandeln, weist bevorzugt YAG:Ce als keramischen Konversionsstoff auf. Eine Konzentration der Dotierung sowie die Dicke des Konversionsmittels 24 sind so eingestellt, dass ein Teil der Primärstrahlung 12 auf der dem Halbleiterchip 10 gegenüberliegenden Seite des Konversionsmittels 24 wieder austritt. Dadurch wird eine Mischung aus Primärstrahlung 12 und konvertierter Sekundärstrahlung mit einer von der Primärstrahlung 12 verschiedenen, größeren Wellenlänge, bevorzugt gelben Lichts, und somit insgesamt mischfarbiges, weißes Licht 14 erzeugt.
Auf einer dem Halbleiterchip 10 zugewandten Oberfläche des Konversionsmittels 24 ist eine erste wellenlängenselektive Spiegelschicht 28 angeordnet, welche durchlässig für blaues Licht und reflektierend für gelbes Licht wirkt. Damit wird erreicht, dass das Konversionsmittel 24 weißes Licht lediglich in eine Richtung von dem Halbleiterchip 10 weg abstrahlt, während eine Abstrahlung von Sekundärstrahlung in eine Richtung zu dem Halbleiterchip 10 hin unterdrückt ist.
Auf einer dem Halbleiterchip 10 abgewandten Oberfläche des Konversionsmittels 24 ist eine zweite wellenlängenselektive Spiegelschicht 30 angeordnet, welche reflektierend für Licht mit einer Wellenlänge kleiner als 430 nm wirkt. Damit wird erreicht, dass das Konversionsmittel 24 im Betrieb keine elektromagnetische Strahlung emittiert, welche möglicherweise gesundheitsgefährdend sein könnte.
2 zeigt ein Leuchtmittel 200 mit einem Konversionselement 100 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Im Unterschied zu dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Konversionsmittel 24 auf einen ringförmigen Teilbereich 26 der zweiten, dem Halbleiterchip 10 zugewandten Oberfläche 20 aufgesintert, wobei der Teilbereich 26 wiederum die Aussparung 22 umschließt.
3 zeigt ein Leuchtmittel 200 mit einem Konversionselement 100 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel. Im Unterschied zu den in den 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispielen umfasst die Aussparung 22 in dem dritten Ausführungsbeispiel einen ersten Teilbereich 32 und einen zweiten Teilbereich 34 mit verschiedenen Durchmessern. Die Aussparung 22 ist insgesamt rotationssymmetrisch ausgebildet. Der Durchmesser des ersten Teilbereichs 32 ist hierbei größer ist als der Durchmesser des zweiten Teilbereichs 34. Hierdurch wird am Übergang zwischen dem ersten Teilbereich 32 und dem zweiten Teilbereich 34 eine ringförmige Schulter 36 ausgebildet, auf welcher das Konversionsmittel 24 aufgesintert ist. In einem Randbereich des ersten Teilbereichs 32 der Aussparung 22 ist angrenzend an das Konversionsmittel 24 ein ringförmig ausgebildetes, diffus reflektierendes Element 38 angeordnet, welches von dem Konversionsmittel 24 auf das diffus reflektierende Element 38 treffendes Licht zurück in das Konversionsmittel 24 reflektiert, so dass es nicht von dem Träger 16 absorbiert wird.
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.

Claims

Konversionselement (100) umfassend – ein Trägerelement (16), welches eine Aussparung (22) aufweist, welche sich von einer ersten Hauptfläche (18) bis zu einer zweiten Hauptfläche (20) des Trägerelements (16) erstreckt, und – ein Konversionsmittel (24), welches dazu ausgebildet ist, wenigstens einen Teil einer auf das Konversionsmittel (24) treffenden Primärstrahlung (12) in eine Sekundärstrahlung mit einer von der Primärstrahlung verschiedenen, größeren Wellenlänge zu konvertieren, wobei das Konversionsmittel (24) zumindest teilweise auf oder in der Aussparung (22) angeordnet und auf mindestens einen Oberflächenbereich (26, 36) des Trägerelements (16) gesintert ist.
Konversionselement (100) nach Anspruch 1, wobei das Konversionsmittel (24) auf dem mindestens einen Oberflächenbereich (26, 36) des Trägerelements (16) haftvermittlerfrei haftet.
Konversionselement (100) nach einem der beiden vorangehenden Ansprüche, wobei das Konversionsmittel (24) einen keramischen Konversionsstoff enthält oder aus diesem gebildet ist.
Konversionselement (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Trägerelement (16) ein Keramikmaterial oder ein Metall enthält oder aus einem Keramikmaterial oder einem Metall gebildet ist.
Konversionselement (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Konversionsmittel (24) auf einen Teilbereich (26) der ersten Hauptfläche (18) oder der zweiten Hauptfläche (20) gesintert ist.
Konversionselement (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Aussparung (22) einen ersten Teilbereich (32) und einen zweiten Teilbereich (34) umfasst, wobei ein Querschnitt des ersten Teilbereichs (32) größer ist als ein Querschnitt des zweiten Teilbereichs (34), das Konversionsmittel (24) in dem ersten Teilbereich (32) angeordnet ist und auf einen Teilbereich (36) der Oberfläche des Trägerelements (16) am Übergang zwischen dem ersten Teilbereich (32) und dem zweiten Teilbereich (34) gesintert ist.
Konversionselement (100) nach dem vorangehenden Anspruch, wobei in dem ersten Teilbereich (32) der Aussparung (22) mindestens ein reflektierendes und/oder streuendes Element (38) angeordnet ist.
Konversionselement (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei auf einer ersten Oberfläche des Konversionsmittels (24) eine erste wellenlängenselektive Spiegelschicht (28) angeordnet ist, welche durchlässig für die Primärstrahlung (12) und zumindest teilweise reflektierend für die Sekundärstrahlung wirkt.
Konversionselement (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei auf einer zweiten Oberfläche des Konversionsmittels (24) eine zweite wellenlängenselektive Spiegelschicht (30) angeordnet ist, welche zumindest teilweise reflektierend für elektromagnetische Strahlung wirkt, welche eine Wellenlänge aufweist, die kleiner ist als eine vorbestimmte Grenzwellenlänge.
Leuchtmittel (100) mit mindestens einem Konversionselement (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche und mit mindestens einem als Laserdiode oder Leuchtdiode ausgestalteten Halbleiterchip (10), bei dem vom Halbleiterchip (10) emittierte elektromagnetische Strahlung vom Konversionsmittel (24) mindestens zum Teil in eine Strahlung einer niedrigeren Frequenz umwandelbar ist.
Verfahren zur Herstellung eines Konversionselements (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, welches folgende Verfahrensschritte umfasst: – Bereitstellen eines Trägerelements (16) oder eines Grünlings als Basis für ein Trägerelement (16), – Aufbringen eines Grünlings als Basis für ein Konversionsmittel (24) oder Aufbringen einer Pulverdispersion als Basis für das Konversionsmittel (24) auf mindestens einen Oberflächenbereich (26, 36) des Trägerelements (16) oder des Grünlings, der als Basis für das Trägerelement (16) dient, und – Sintern des hierdurch entstehenden Verbundes.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Trägerelement (16) oder der Grünling, der als Basis für das Trägerelement (16) dient, mit einer Aussparung (22) bereitgestellt wird, welche sich von einer ersten Hauptfläche (18) bis zu einer zweiten Hauptfläche (20) erstreckt.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei nach dem Sintern in das Trägerelement (16) eine Aussparung eingebracht wird, welche sich von einer ersten Hauptfläche (18) bis zu einer zweiten Hauptfläche (20) des Trägerelements (16) erstreckt.