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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Konversionsvorrichtung zum Konvertieren von Strahlung einer Anregungsstrahlungsquelle in Konversionsstrahlung umfassend ein Substrat sowie eine Konversionsanordnung, die auf dem Substrat angeordnet ist, mindestens einen Leuchtstoff umfasst und mindestens eine vorgebbare Konversionsfähigkeit aufweist. Sie betrifft überdies ein Leuchtstoffrad mit mindestens einer derartigen Konversionsvorrichtung sowie ein Verfahren zum Herstellen einer derartigen Konversionsvorrichtung.
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Stand der Technik
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Aus dem Stand der Technik sind so genannte LARP-Module (LARP = Laser Activated Remote Phosphor) bekannt, die als gattungsgemäße Konversionsvorrichtungen betrachtet werden können. Derartige LARP-Module werden insbesondere in Projektionsvorrichtungen eingesetzt, wobei die dabei verwendeten Konversionsvorrichtungen häufig auf einem Leuchtstoffrad angeordnet sind. Damit lässt sich bei Verwendung unterschiedlicher Leuchtstoffe mittels ein und derselben Anregungsstrahlungsquelle Konversionsstrahlung mit unterschiedlichen Wellenlängen erzeugen.
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Zum weiteren Stand der Technik wird verwiesen auf die
US 2010/0328617 A1 , die ein strukturiertes Leuchtstoffrad zeigt, die
US 2009/0167149 A1 , die
US 2009/0086475 A1 sowie die
US 7,753,559 B2 , die transmissive Anordnungen für LEDs zeigen.
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Insbesondere vor dem Hintergrund mobiler Anwendungen ist es wünschenswert, die dabei verwendeten Konversionsvorrichtungen möglichst klein, kompakt und effizient auszulegen. Die aus dem Stand der Technik bekannten Konversionsvorrichtungen sind in Bezug hierauf weiterhin verbesserungswürdig.
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Darstellung der Erfindung
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, eine gattungsgemäße Konversionsvorrichtung derart weiterzubilden, dass sich diese einerseits durch eine möglichst kompakte Bauweise sowie andererseits durch eine möglichst große Effizienz auszeichnet. Die Aufgabe besteht weiterhin darin, ein Leuchtstoffrad mit mindestens einer derartigen Konversionsvorrichtung bereitzustellen sowie ein Verfahren zum Herstellen einer derartigen Konversionsvorrichtung.
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Diese Aufgaben werden gelöst durch eine Konversionsvorrichtung mit den Merkmalen von Patentanspruch 1, ein Leuchtstoffrad mit den Merkmalen von Patentanspruch 18 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen von Patentanspruch 19.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine zu starke lokale Erwärmung eines Leuchtstoffs dessen Konversionseffizienz verringert. Dies führt nämlich zu Sättigungseffekten, die auch unter dem Begriff „Quenchen“ oder "thermisches Quenchen" bekannt sind. In diesem Bereich ist das Verhältnis aus zugeführter Anregungsstrahlung und emittierter Emissionsstrahlung nicht mehr linear, sondern wird nichtlinear. Dies resultiert dann in einer Abnahme des Wirkungsgrads und damit in einer Abnahme der Effizienz.
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Die Erfindung basiert weiterhin auf der Erkenntnis, dass im Betrieb innerhalb der Konversionsvorrichtung unterschiedliche Temperaturniveaus bestehen, das heißt die Konversionskapazitäten sind in unterschiedlichen Bereichen der Konversionsvorrichtung, insbesondere innerhalb der Konversionsanordnung, unterschiedlich. Durch eine gezielte Einstellung der Konversionsfähigkeit innerhalb der Konversionsanordnung im Hinblick auf das Temperaturniveau in unterschiedlichen Bereichen der Konversionsanordnung kann demnach der Übergang in den nichtlinearen Konversionsbereich zuverlässig vermieden werden, andererseits der lineare Konversionsbereich maximal ausgenutzt werden. Eine hohe Konversionsfähigkeit, das heißt eine hohe Konversionseffizienz, bedeutet nämlich einen hohen Wärmeeintrag entsprechend einer hohen Verlustleistung und umgekehrt. Durch eine erfindungsgemäße Konversionsvorrichtung wird der vertikale Schwerpunkt des Wärmeeintrags in Richtung der Substratebene verschoben, was zu einer besseren Wärmeabfuhr führt. Dadurch werden thermische Hot Spots werden zuverlässig vermieden oder zumindest deutlich reduziert. Auf diese Weise können der Wirkungsgrad und damit die Effizienz der Konversionsvorrichtung optimiert und damit gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Maßnahmen deutlich verbessert werden.
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Da die Konversionsanordnung auf dem Substrat angeordnet ist und üblicherweise die bei der Konversion entstehende Wärme im Wesentlichen über Wärmeleitung abgeführt wird, ist deshalb erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Konversionsfähigkeit der Konversionsanordnung derart ausgebildet ist, dass sie in einer Richtung senkrecht vom Substrat weg zumindest abschnittsweise abnimmt. Demnach kann in Substratnähe eine höhere Konversionsfähigkeit vorgesehen werden, ohne dass es dort zu einer Überhitzung kommt, da der Weg der Wärmeleitung kurz ist, während innerhalb der Konversionsanordnung weiter vom Substrat weg eine niedrigere Konversionsfähigkeit vorgesehen werden muss, um dort Überhitzungen zu vermeiden. Auf diese Weise können in der Konversionsanordnung Konversionsfähigkeiten vorgesehen werden, durch die einerseits ein Quenchen zuverlässig vermieden wird, andererseits jedoch der lineare Arbeitsbereich bis zum Quenchen optimal ausgenutzt wird. Durch die sich daraus ergebende hohe Effizienz kann bei gleicher Ausgangsleistung eine erfindungsgemäße Konversionsvorrichtung deutlich kleiner ausgeführt werden als aus dem Stand der Technik bekannte Konversionsvorrichtungen.
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Bevorzugt weist das Substrat eine höhere Wärmeleitfähigkeit auf als die Konversionsanordnung oder es ist auf einem Kühlkörper, bevorzugt aus Aluminium oder Kupfer, angeordnet. Selbstverständlich kann die Erfindung auch realisiert werden, wenn die Konversionsanordnung auf einem Substrat aufgebracht wird, deren Wärmeleitfähigkeit derjenigen der Konversionsanordnung entspricht oder sogar geringer ist. Dann ist jedoch sicherzustellen, dass die auf das Substrat übertragene Verlustwärme geeignet abgeführt wird, beispielsweise durch eine Luft- oder Wasserkühlung.
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In jedem Fall ist es von Vorteil, wenn das Substrat hochreflektierend ausgebildet ist und/oder beschichtetes Aluminium umfasst. Dadurch wird sichergestellt, dass die auf dem Substrat auftreffende Anregungsstrahlung, die noch nicht zu einer Konversion geführt hat, bei einem zweiten Durchlauf durch die Konversionsanordnung eine Konversion bewirken kann. Andererseits wird darauf auftreffende Konversionsstrahlung in die gewünschte Richtung umgelenkt und bildet so einen Teil des Ausgangssignals der Konversionsvorrichtung.
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Besonders bevorzugt ist die Konversionsfähigkeit der Konversionsanordnung derart ausgebildet, dass sie vom Substrat weg zumindest abschnittsweise linear oder nichtlinear abnimmt. Dies erlaubt eine Anpassung der Konversionsfähigkeit an die Möglichkeiten der Wärmeableitung, welche vom Aufbau der Konversionsanordnung, das heißt insbesondere der verwendeten Leuchtstoffpartikel, der Verwendung von Zwischenschichten, auf die weiter unten noch näher eingegangen wird, sowie den Aufwand, der für die Wärmeabfuhr betrieben wird, abhängt.
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Die Konversionsfähigkeit der Konversionsanordnung kann in diesem Zusammenhang insbesondere auch derart ausgebildet sein, dass sie ab einer vorgebbaren Entfernung vom Substrat zumindest abschnittsweise wieder zunimmt, insbesondere linear oder nichtlinear. Auf diese Weise kann der Erkenntnis Rechnung getragen werden, dass an der Oberfläche der Konversionsanordnung, die nicht auf dem Substrat angeordnet ist, das heißt die in Richtung der Anregungsstrahlungsquelle orientiert ist, üblicherweise eine bessere Wärmeableitung gegeben ist als innerhalb der Konversionsanordnung. Dieser Umstand lässt sich dann zur Optimierung des Wirkungsgrads dergestalt ausnutzen, dass in diesem Bereich besserer Wärmeableitung die Konversionsfähigkeit höher ausgebildet ist als innerhalb der Konversionsanordnung.
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Als besonders vorteilhaft hat es sich herausgestellt, wenn die Konversionsanordnung vom Substrat ausgehend eine Gesamtdicke aufweist, wobei die Konversionsfähigkeit der Konversionsanordnung so ausgebildet ist, dass innerhalb der substratnächsten 15% der Gesamtdicke der Konversionsanordnung mindestens 20%, bevorzugt mindestens 30% der Strahlung der Anregungsstrahlungquelle in Konversionsstrahlung konvertierbar ist. Dies gilt sowohl für einschichtigen oder mehrschichtigen Aufbau der Konversionsanordnung.
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Der Fokus der Anwendung einer erfindungsgemäßen Konversionsvorrichtung liegt insbesondere auf Vollkonversion in Reflektivanordnung mittels ein oder mehrerer Laserstrahlen in senkrechtem oder schrägem Einfall zur Leuchtstoffschichtebene. Teilkonversion und -transmission ist ebenfalls möglich.
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Bevorzugt ist die Konversionsfähigkeit der Konversionsanordnung eingestellt durch die Konzentration an Leuchtstoffpartikeln innerhalb des mindestens einen Leuchtstoffs. An Stellen mit erhöhter Konzentration ist demnach die Konversionsfähigkeit erhöht, während sie an Stellen mit geringerer Konzentration verringert ist.
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Die Konversionsfähigkeit der Konversionsanordnung kann auch eingestellt sein durch die Korngröße von Leuchtstoffpartikeln innerhalb des mindestens einen Leuchtstoffs. Dabei ist ein gröberes Korn mit einer höheren Konversionsfähigkeit korreliert als ein Korn mit geringerer Größe.
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Die Konversionsfähigkeit der Konversionsanordnung kann auch eingestellt sein durch die Dotierkonzentration des mindestens einen Leuchtstoffs. Die Konversionsfähigkeit ist dabei korreliert mit der Höhe der Dotierung des Leuchtstoffs, beispielsweise Ce-Dotierung bei YAG oder LuAG. Bereiche mit einer hohen Dotierung weisen eine hohe Konversionsfähigkeit auf und sind deshalb nahe am Substrat anzuordnen.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Konversionsanordnung mindestens zwei Leuchtstoffschichten, insbesondere eine Vielzahl von Leuchtstoffschichten, bevorzugt zwischen 2 und 20 Leuchtstoffschichten, mit unterschiedlicher Konversionsfähigkeit. Wird beispielsweise die Konversionsanordnung dreischichtig ausgebildet, kann die Konversionsfähigkeit wie folgt gewählt sein: Bei Konversion mit einem grünen Leuchtstoff, das heißt einem Leuchtstoff, dessen Konversionsstrahlung im grünen Wellenlängenbereich liegt, eine Konversion von 10 % an der Oberfläche, in der Mitte von 30 % und substratnah von 50 %. Wird ein roter Leuchtstoff gewählt, das heißt ein Leuchtstoff, dessen Konversionsstrahlung im roten Wellenlängenbereich liegt, ist der Wärmeeintrag durch Stokes-Shift stärker ausgeprägt als bei Verwendung eines grünen Leuchtstoffs, daher ist es empfehlenswert einen größeren Gradienten zu wählen, beispielsweise an der Oberfläche 5 %, in der Mitte 20 % und in Substratnähe 60 %. Die Höhe eines derartigen Stapels von Leuchtstoffschichten beträgt bevorzugt zwischen 10 µm und 250 µm.
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Die Schichten können beispielsweise als Pulverschichten mit Binder-Matrixsystem oder als keramische Leuchtstoffschichten ausgeführt sein, wobei einzelne dieser insbesondere als „Tape Cast“-Schichten oder Folien ausgebildeten Schichten unterschiedliche Konversionsfähigkeit aufweisen und daraus ein Stack zusammenlaminiert wird.
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Zwischen zumindest zwei Leuchtstoffschichten kann mindestens eine dichroitische Zwischenschicht vorgesehen sein. Dadurch kann auf einfache Weise eine gewünschte Farbeinstellung vorgenommen werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind senkrecht vom Substrat abstehend zumindest eine erste und eine zweite Seitenwand vorgesehen, die bevorzugt hochreflektierend ausgebildet sind und/oder beschichtetes Aluminium umfassen, wobei die Konversionsanordnung zwischen der ersten und der zweiten Seitenwand angeordnet ist. Auf diese Weise wird auf die Seitenwände auftreffende Anregungsstrahlung reflektiert und kann dadurch in der Konversionsanordnung in Konversionsstrahlung umgesetzt werden. Dadurch lässt sich der Wirkungsgrad einer erfindungsgemäßen Konversionsvorrichtung weiter steigern. Auch auf die Seitenwände auftreffende Konversionsstrahlung wird reflektiert und trägt daher zum Ausgangssignal einer erfindungsgemäßen Konversionsvorrichtung bei. Ein ähnlicher Effekt lässt sich durch eine gezielte Einstellung der Streueigenschaften der Schicht beziehungsweise Schichten der Konversionsanordnung erzielen.
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In diesem Zusammenhang ist es bevorzugt, wenn zwischen zumindest zwei Schichten der Konversionsanordnung, insbesondere zwischen zwei Leuchtstoffschichten, eine transparente Zwischenschicht vorgesehen ist. Auf diese Weise kann eine seitliche Entwärmung erzielt werden, das heißt die Verlustwärme wird zusätzlich über die Seitenwände abgeführt. Derartige transparente Zwischenschichten können beispielsweise aus ITO (Indium-Tin-Oxid), Graphen oder Saphir bestehen.
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Die Konversionsanordnung kann auch zumindest zwei Leuchtstoffschichten mit unterschiedlichen Leuchtstoffen umfassen, die ausgelegt sind, Strahlung in unterschiedlichen Wellenlängenbereichen zu emittieren. Auf diese Weise können Mischfarben erzeugt werden. Dabei ist es besonders bevorzugt, diejenige der beiden Leuchtstoffschichten, die bei der Konversion mehr Wärme erzeugt, näher am Substrat anzuordnen als die andere der beiden Leuchtstoffschichten. Das heißt, die Leuchtstoffschichten sollten nach der Ausprägung des Stokes-Shifts sortiert werden (rot in Substratnähe, grün/blau substratfern).
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Die Konversionsanordnung umfasst mindestens zwei Leuchtstoffschichten, die ausgebildet sind, bei der Konversion unterschiedliche Verlustwärme zu erzeugen, wobei diejenige Leuchtstoffschicht, die weniger Verlustwärme erzeugt, transparentes Füllmaterial umfasst. Auf diese Weise lässt sich die Wärmeleitungsfähigkeit einer derartigen Schicht verbessern. Dadurch kann die Konversionsfähigkeit der gesamten Konversionsanordnung weiter gesteigert werden, was in einer weiteren Verbesserung des Wirkungsgrads resultiert.
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Bevorzugt umfasst die Konversionsanordnung eine antireflektierende Deckschicht. Alternativ oder zusätzlich kann eine strukturierte Oberfläche, insbesondere eine mikro- oder nanostrukturierte Oberfläche, vorgesehen sein. Diese Maßnahmen ermöglichen eine verbesserte Einkopplung von Anregungsstrahlung und Auskopplung von Konversionsstrahlung. Insofern lässt sich durch diese Maßnahmen der Wirkungsgrad einer erfindungsgemäßen Konversionsvorrichtung weiter verbessern.
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Weitere bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die im Vorhergehenden beschriebenen vorteilhaften Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Konversionsvorrichtung und deren Vorteile gelten entsprechend, soweit anwendbar, für ein erfindungsgemäßes Leuchtstoffrad sowie ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen einer Konversionsvorrichtung.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung(en)
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Im Nachfolgenden werden nunmehr Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
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1 in schematischer Darstellung den Aufbau eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Konversionsvorrichtung;
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2 in schematischer Darstellung den Aufbau eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Konversionsvorrichtung; und
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3 in schematischer Darstellung den Aufbau eines dritten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Konversionsvorrichtung.
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Bevorzugte Ausführung der Erfindung
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1 zeigt in schematischer Darstellung den Aufbau eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Konversionsvorrichtung 10. Diese umfasst ein Substrat 12, welches sich durch eine hohe Wärmeleitfähigkeit auszeichnet. Das Substrat 12 ist überdies bevorzugt auf einem Kühlkörper angeordnet. Das Substrat 12 ist bevorzugt hochreflektierend ausgebildet und kann durch beschichtetes Aluminium realisiert sein. Auf dem Substrat 12 ist zwischen Seitenwänden, von denen die beiden Seitenwände 14a, 14b dargestellt sind, eine Konversionsanordnung 16 angeordnet, die mehrere Leuchtstoffschichten 18a, 18b, 18c umfasst und somit ausgebildet ist, eine auf die Konversionsanordnung 16 gerichtete Anregungsstrahlung 20 in Konversionsstrahlung 22 umzuwandeln. Als Anregungsstrahlungsquellen kommen bevorzugt Laserquellen mit einer Leistungsdichte von bevorzugt zwischen 10 und 300 W/mm2 in Betracht. Die Seitenwände 14a, 14b können in einer bevorzugten Ausführungsform kegelförmig nach oben geöffnet, also mit größerem Durchmesser weiter zur Substratoberfläche beabstandet, ausgebildet sein, sodass sie eine in den Leuchtstoffschichten 18 entstehende Verlustwärme besonders gut nach unten zum Substrat 12 abführen können.
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Die Innenseiten der Seitenwände 14a, 14b sind ebenfalls hochreflektierend ausgebildet, wodurch darauf auftreffende Anregungsstrahlung 20 oder Konversionsstrahlung 22 reflektiert wird. Wird Anregungsstrahlung 20 reflektiert, kann diese im weiteren Strahlengang durch die Konversionsanordnung 16 in Konversionsstrahlung 22 umgewandelt werden, wird Konversionsstrahlung 22 reflektiert, so wird dadurch ermöglicht, dass diese zur Oberfläche der Konversionsanordnung 16 umgelenkt wird und als Ausgangssignal aus der Konversionsanordnung austritt.
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Die Leuchtstoffschichten 18a bis 18c weisen unterschiedliche Konversionsfähigkeit auf, wobei die Leuchtstoffschichten 18a bis 18c derart gewählt sind, dass deren Konversionsfähigkeit in einer Richtung senkrecht vom Substrat 12 weg zumindest abschnittsweise abnimmt. Im vorliegenden Fall weist demnach die Leuchtstoffschicht 18a eine höhere Konversionsfähigkeit auf als die Leuchtstoffschicht 18c. Da die Leuchtstoffschicht 18a unmittelbar auf dem gut wärmeleitenden Substrat 12 angeordnet ist, wird deshalb die in der Leuchtstoffschicht 18a bei der Konversion erzeugte Verlustwärme gut und auf kurzem Weg abgeleitet. Die Leuchtstoffschichten 18b und 18c, die nicht unmittelbar auf dem Substrat 12 angeordnet sind, weisen, wie erwähnt, eine reduzierte Konversionsfähigkeit auf, da deren Verlustwärme weniger gut abgeführt werden kann. Auf diese Weise wird ein thermischer Stau, der zu einer Sättigung der Konversion führen kann, zuverlässig vermieden. Dies führt zur Vermeidung von Quenchen, wodurch sich ein deutlich höherer Wirkungsgrad einer erfindungsgemäßen Konversionsvorrichtung realisieren lässt als bei aus dem Stand der Technik bekannten Konversionsvorrichtungen.
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Bevorzugt hat im Ausführungsbeispiel gemäß 1 die Leuchtstoffschicht 18a eine hohe Leuchtstoffkonzentration, die möglichst eine Vollkonversion bei guter thermischer Anbindung an das Substrat 12 erlaubt. Die Leuchtstoffschicht 18b weist eine mittlere Leuchtstoffkonzentration auf, während die Leuchtstoffschicht 18c eine niedrige Leuchtstoffkonzentration aufweist und damit lediglich zu einer geringen Erwärmung führt. Wird die Konversionsfähigkeit durch Variation der Korngröße über die Schichten 18a bis 18c eingestellt, so weist die Schicht 18c kleine Körner auf, die Schicht 18b mittlere Körner und die Schicht 18a große Körner. Damit wird eine bessere Verteilung der Wärme erreicht und eine größere Streuung tiefer im Aufbau der Konversionsanordnung 16.
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Alternativ können auch Schichten aus keramischen Leuchtstoffen mit unterschiedlicher Dotierung verwendet werden. Schichten mit hoher Dotierung und damit hoher Konversionsfähigkeit, welche zu einer starken Erwärmung führen, sind wieder in Substratnähe angeordnet. Bei Verwendung des so genannten Tape Cast-Verfahrens können Grünlinge dieser Keramiken einfach aufeinanderlaminiert werden. Dabei wird in einem Auftragungsprozess beispielsweise Slicker mit einem Rakel aufgebracht. Alternativen bestehen in einer Anbringung durch Siebdruck, Schablonendruck oder Aufdispensen. Alternativ sind verschiedene Leuchtstoffe in Silikon in den einzelnen Schichten angeordnet, beispielsweise oben niedrig dotiertes Ce-YAG, das wenig Anregungsstrahlung 20 absorbiert und daher geringer zum Quenchen neigt, während weiter unten in der Konversionsanordnung 16 höher dotiertes Ce-YAG vorgesehen ist, bei dem weniger Anregungsstrahlung 20 ankommt. Auf diese Weise lässt sich auch eine Farbmischung erreichen, da sich das Emissionsspektrum mit der Ce-Dotierung ändert. Selbstverständlich ist dieses Verfahren auch auf andere Dotierstoffe erweiterbar.
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Auf der Leuchtstoffschicht 18c ist vorliegend eine antireflektierende Deckschicht 24 aufgebracht, wodurch einerseits die Einkopplung von Anregungsstrahlung 20 verbessert wird sowie andererseits die Auskopplung von Konversionsstrahlung 22. Diese Deckschicht 24 wird bevorzugt als SolGel-Prozess aufgebracht. Besonders dafür eignen sich beispielsweise die AR-Schichten der Firma Centrosolar. Eine auf der antireflektierenden Deckschicht 24 aufgebrachte strukturierte Oberfläche 26, die insbesondere durch geeignete mikro- oder nano-strukturierte Oberflächen realisiert sein kann, lässt sich weiterhin das Einkoppeln von Anregungsstrahlung 20 sowie das Auskoppeln von Konversionsstrahlung 22 verbessern.
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Wird Silikon für die Oberflächenstruktur verwendet, kann diese durch einen Stempel eingeprägt werden. Alternativ kann ein Teil des Silikons mit UV-Licht durch eine Maske belichtet und so vorgehärtet werden. Die Strukturen sind bevorzugt im Bereich einiger 100 nm bis wenige, insbesondere 5 µm.
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Wird eine erfindungsgemäße Konversionsvorrichtung 10 beispielsweise durch ein Gebläse gekühlt, kann es sinnvoll sein, dass die Konversionsfähigkeit der Leuchtstoffschichten 18 ab einer vorgebbaren Entfernung vom Substrat 12 zumindest abschnittsweise wieder zunimmt. Sowohl die Abnahme der Konversionsfähigkeit als auch die Zunahme der Konversionsfähigkeit kann linear oder nichtlinear ausgebildet sein.
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Wie bereits erwähnt, kann die Konversionsfähigkeit der Konversionsanordnung 16 eingestellt sein durch die Konzentration an Leuchtstoffpartikeln innerhalb der Leuchtstoffschichten 18a bis 18c und/oder die Korngröße von Leuchtstoffpartikeln innerhalb dieser Leuchtstoffschichten 18a bis 18c und/oder die Dotierkonzentration innerhalb der Leuchtstoffschichten 18a bis 18c. Vorliegend sind drei Leuchtstoffschichten 18a bis 18c dargestellt. Die Erfindung kann jedoch auch nur unter Verwendung einer einzelnen Leuchtstoffschicht realisiert werden. Bevorzugt werden jedoch zwischen zwei und zwanzig Leuchtstoffschichten mit unterschiedlicher Konversionsfähigkeit verwendet.
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Die Leuchtstoffschichten 18a bis 18c der Konversionsanordnung 16 können ausgebildet sein, Konversionsstrahlung 22 in unterschiedlichen Wellenlängenbereichen zu emittieren. Auf diese Weise können Mischfarben erzeugt werden. Dabei ist diejenige der Leuchtstoffschichten, die bei der Konversion am meisten Wärme erzeugt, am nächsten am Substrat angeordnet. Die anderen Leuchtstoffschichten folgen entsprechend ihrer Konversionsfähigkeit darüber.
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Generell gilt, das heißt auch bei monochromen Realisierungen, dass diejenige Leuchtstoffschicht 18, die weniger Verlustwärme erzeugt beziehungsweise die Leuchtstoffschichten 18, die weniger Verlustwärme erzeugen, transparentes Füllmaterial umfassen können. Dieses Füllmaterial kann bevorzugt streuend ausgebildet sein und kann realisiert sein durch mit streuenden Partikeln gefülltes Matrixmaterial, beispielsweise mit TiO2-, ZnO-, Al2-, O3-Partikeln gefülltes Silikon. Alternativ kann dies auch realisiert sein durch eine mit Leuchtstoff gefüllte Matrix mit vorgegebenen Streueigenschaften.
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Bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst die Konversionsanordnung 16 lediglich eine Leuchtstoffschicht 18, bei der jedoch durch geeignete Maßnahmen sichergestellt ist, dass die Konversionsfähigkeit in einer Richtung senkrecht vom Substrat 12 weg abnimmt. Die Verteilung der Leuchtstoffpartikel innerhalb der Leuchtstoffschicht 18 kann bei der Herstellung der Konversionsanordnung 16 gesteuert werden, indem beispielsweise die Sedimentation beeinflusst wird. Durch die Wahl der Viskosität des als Matrix gewählten Materials kann das Absinken von auf der Oberfläche der Matrix aufgebrachten Leuchtstoffpartikeln gezielt beeinflusst werden. Durch Variation der Korngröße der Leuchtstoffpartikel lässt sich dies alternativ oder zusätzlich beeinflussen. In diesem Zusammenhang können auch Zusatzstoffe zur Einstellung des Gefälles der Konversionsfähigkeit verwendet werden. Diese wirken sich dann auf die Viskosität der Gesamtsuspension aus. Die Sedimentation kann auch durch Rütteln des noch nicht ausgehärteten Leuchtstoffs 18 wunschgemäß beeinflusst werden.
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Bei dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Konversionsvorrichtung 10 ist zwischen den Leuchtstoffschichten 18a und 18b eine transparente Zwischenschicht 28 vorgesehen. Diese dient dazu, die seitliche Entwärmung über die Seitenwände 14a, 14b zu fördern. Diese können beispielsweise aus ITO oder Saphir gebildet sein. Alternativ oder zusätzlich kann zwischen den Leuchtstoffschichten 18a, 18b eine dichroitische Zwischenschicht 30 vorgesehen sein, mittels der eine präzise Farbeinstellung bei Verwendung von Leuchtstoffen, die in unterschiedlichen Wellenlängenbereichen emittieren, ermöglicht wird. Selbstverständlich können innerhalb einer Konversionsanordnung mehrere transparente Zwischenschichten 28 beziehungsweise mehrere dichroitische Zwischenschichten 30 vorgesehen sein.
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Das Substrat 12 kann beispielsweise eine Radscheibe eines Leuchtstoffrads sein, wenn eine erfindungsgemäße Konversionsvorrichtung 10 für eine dynamische Anwendung eingesetzt werden soll. Im Falle einer statischen Anwendung stellt das Substrat 12 insbesondere ein fest montiertes Plättchen dar.
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Zum Herstellen einer erfindungsgemäßen Konversionsvorrichtung 10 zum Konvertieren von Strahlung einer Anregungsstrahlungsquelle 20 in Konversionsstrahlung 22 wird zunächst das Substrat 12 bereitgestellt. Auf dieses wird die Konversionsanordnung 16 aufgebracht, wobei die Konversionsanordnung 16 mindestens einen Leuchtstoff umfasst und mindestens eine vorgebbare Konversionsfähigkeit aufweist. Bei dem Aufbringen wird sichergestellt, dass die Konversionsfähigkeit der Konversionsanordnung 16 in Richtung senkrecht vom Substrat 12 weg zumindest abschnittsweise abnimmt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2010/0328617 A1 [0003]
- US 2009/0167149 A1 [0003]
- US 2009/0086475 A1 [0003]
- US 7753559 B2 [0003]
