DE102022120654A1 - Beleuchtungseinrichtung - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinrichtung (100) umfassend: eine Lichtquelle (5) zur Abgabe von Primärlicht (6), insbesondere ausgebildet als Laser, und eine Lichtkonversionseinheit (200) gebildet durch oder umfassend ein Lichtkonversionselement (1) mit einem Material, welches einen Anteil zumindest eines optisch aktiven Elements aus der Gruppe der Lanthanoide enthält, wobei das Lichtkonversionselement eine Vorderseite, eine Rückseite und eine sich von der Vorderseite bis zur Rückseite erstreckende Dicke t aufweist, wobei das Lichtkonversionselement (1) eingerichtet ist zur Bestrahlung auf seiner Vorderseite mit dem Primärlicht (I0) sowie zur diffusen Remission von Primärlicht (IREM), zur spekularen Reflexion von Primärlicht (IFRE) und zur diffusen Emission von Sekundärlicht (IEM) mit einer gegenüber dem Primärlicht veränderten Wellenlänge, und wobei die Lichtkonversionseinheit (200) eine spezifische diffuse Remission SDR = t-1· IREM/ (I0-IFRE) aufweist, welche so gewählt ist, dass der von der Lichtkonversionseinheit (200) emittierte Lichtstrom am Bestrahlungsstärkelimit der Lichtkonversionseinheit bezüglich einer Variation des Anteils des zumindest einen optisch aktiven Elements von einem Maximum höchstens 4 mm-1entfernt ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinrichtung mit einer Lichtquelle zur Abgabe von Primärlicht und einem Lichtkonversionselement welches das Primärlicht empfängt und Sekundärlicht mit einer gegenüber dem Primärlicht veränderten Wellenlänge emittiert.
  • Bekannte Lichtkonversionselemente, im Folgenden auch Konverter genannt, insbesondere keramische Konverter bzw. keramische Komponenten, für Beleuchtungseinrichtungen oder entsprechende Bauelemente, sind in der Regel auf eine hohe Effizienz bzw. Efficacy hin bei moderater eingestrahlter Laserleistungsdichte (moderate irradiance) optimiert. Typischerweise werden spezifizierte optische Kennzahlen bei geringer Laserleistung bzw. Leistungsdichte ermittelt: Efficacy, „emission color coordinates“, im Fall von Weißlichtquellen auch die „full color coordinates“. In einigen Anwendungsfällen werden die Bauelemente jedoch bei weit höherer Laserleistung bzw. Leistungsdichte (irradiance) betrieben.
  • Die emittierte Lichtleistung bzw. der emittierte Lichtstrom steigen bei zunehmender Bestrahlungsstärke (irradiance) zunächst linear an, flachen dann ab, und schließlich kommt es zu einem schnellen Einbruch. Das Maximum der möglichen Bestrahlungsstärke, das Bestrahlungsstärkelimit, wird auch als „irradiance limit“ bezeichnet - eine höhere emittierte Lichtleistung bzw. Lichtstrom als in diesem Punkt ist nicht möglich. Auch wenn Bauelemente nicht ganz an diesem Punkt betrieben werden, so zeigt ein hohes „irradiance limit“ doch an, dass es prinzipiell möglich ist, zu einer relativ hohen Bestrahlungsstärke zu gehen und damit einen relativ hohen „light output“ erreichen zu können.
  • Überraschenderweise wurde allerdings gefunden, dass Konvertermaterialien bzw. Bauelemente mit bei moderater Laserleistung hoher bis optimaler Effizienz (bzw. hoher bis optimaler Efficacy bzw. Lichtleistung bzw. Lichtstrom), im Betrieb nahe am „irradiance limit“ nicht mehr optimal arbeiten.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Beleuchtungseinrichtung bzw. eine Lichtkonversionseinheit für eine Beleuchtungseinrichtung bereitzustellen, welche für den Betrieb bei hoher Bestrahlungsstärke, insbesondere für den Betrieb in der Nähe des Bestrahlungsstärkelimits, optimiert ist. Ein Aspekt der Aufgabe der Erfindung ist es, eine Optimierung im Hinblick auf eine hohe Lichtausbeute vorzunehmen. Ein weiterer Aspekt der Aufgabe der Erfindung ist es, eine Optimierung im Hinblick auf einen guten Kompromiss aus einer hohen Lichtausbeute und einer hohen Efficacy vorzunehmen.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe offenbart die Erfindung eine Beleuchtungseinrichtung umfassend eine Lichtquelle zur Abgabe von Primärlicht, insbesondere ausgebildet als Laser oder Leuchtdiode, bevorzugt als Laser, und eine Lichtkonversionseinheit gebildet durch oder umfassend ein Lichtkonversionselement, optional ein Substrat und optional einen Verbinder.
  • Das Lichtkonversionselement umfasst ein Material, welches einen Anteil zumindest eines optisch aktiven Elements insbesondere aus der Gruppe der Lanthanoide enthält.
  • Bevorzugt umfasst das Lichtkonversionselement mindestens ein Material, welches zumindest ein Element ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ce, Eu, Pr, Tb und Sm enthält.
  • Das Lichtkonversionselement weist eine Vorderseite, eine Rückseite und eine sich von der Vorderseite bis zur Rückseite erstreckende Dicke t auf.
  • Das optionale Substrat ist unmittelbar oder mittelbar mit der Rückseite des Lichtkonversionselements verbunden und vorzugsweise als Kühlkörper ausgebildet.
  • Der optionale Verbinder ist zwischen dem Lichtkonversionselement und dem Substrat befindlich und vorzugsweise als organischer Klebstoff, Glas, keramischer Kleber, anorganischer Kleber, gesinterte Sinterpaste und/oder metallische Lotverbindung, vorzugsweise als metallische Lotverbindung oder gesinterte Sinterpaste, bevorzugt als metallische Lotverbindung ausgebildet.
  • Das Lichtkonversionselement ist eingerichtet zur Bestrahlung auf seiner Vorderseite mit dem Primärlicht (I0) sowie zur diffusen Remission von Primärlicht (IREM), zur spekularen Reflexion von Primärlicht (IFRE) und zur diffusen Emission von Sekundärlicht (IEM) mit einer gegenüber dem Primärlicht veränderten Wellenlänge.
  • Das Primärlicht wird an der Oberfläche teilweise spiegelnd reflektiert, dringt zudem teilweise in den Konverter ein, wird dort teilweise rückgestreut (remittiert) und teilweise konvertiert und als Sekundärlicht ausgestreut (emittiert). Der Begriff Sekundärlicht bringt insbesondere zum Ausdruck, dass Konversion stattgefunden hat.
  • Spekulare Reflexion, auch gerichtete spiegelnde Reflexion genannt, meint also in diesem Zusammenhang das Phänomen der Spiegelung oder Fresnel-Reflexion. Dabei wird das eintreffende Licht, d.h. das Primärlicht, an der Oberfläche eines Objektes (hier: das Lichtkonversionselement, welche optional mit einer Antireflexbeschichtung versehen ist, spiegelnd reflektiert. Im Gegensatz dazu bezieht sich die diffuse Remission des Primärlichts auf dessen ungerichtete Rückstreuung.
  • Die Lichtkonversionseinheit weist insbesondere eine spezifische diffuse Remission SDR = t-1 · IREM/ (I0-IFRE) auf, welche so gewählt ist, dass der von der Lichtkonversionseinheit emittierte Lichtstrom am Bestrahlungsstärkelimit der Lichtkonversionseinheit bezüglich einer Variation des Anteils des zumindest einen optisch aktiven Elements von einem Maximum höchstens 4 mm-1, bevorzugt höchstens 3,5 mm-1, besonders bevorzugt höchstens 3 mm-1 entfernt ist.
  • Die spezifische diffuse Remission (SDR) ist eine experimentell messbare Bauteilcharakteristik der Lichtkonversionseinheit wie weiter unten näher ausgeführt wird. Die spezifische diffuse Remission (SDR) kann insbesondere auch als spezifische diffuse blaue Remission (SDBR) bezeichnet werden. Die Begriffe werden im Rahmen dieser Anmeldung insbesondere synonym verwendet.
  • Die spezifische diffuse Remission (SDR) ist insbesondere definiert bei einer Bestrahlungsstärke des Primärlichts (I0) welche so klein ist, dass bei einer Variation der Bestrahlungsstärke der von der Lichtkonversionseinheit emittierte Lichtstrom linear mit der Bestrahlungsstärke zunimmt und/oder dass die Absorption und Konversion durch die mit der Bestrahlung und Konversion verbundene Erwärmung im Wesentlichen unverändert ist. Die spezifische diffuse Remission (SDR) kann beispielsweise definiert sein für eine Bestrahlungsstärke kleiner 1 W/mm2 oder auch kleiner 10-1 W/mm2 oder auch kleiner 10-2 W/mm2. Die spezifische diffuse Remission ist somit insbesondere für niedrige Leistungen definiert, und nicht am Bestrahlungsstärkelimit. Dies wird weiter unten näher ausgeführt.
  • Die Lösung der Aufgabe gilt vorteilhaft unabhängig von der Art des Betriebs der Lichtkonversionseinheit (einfallende blaue Laserstrahlung CW oder gepulst, Lichtkonversionselement als statisches Bauteil auf einer Wärmesenke oder in dynamischen Anwendungen als „ring on wheel“).
  • In einer Weiterbildung der Erfindung kann die spezifische diffuse Remission SDR der Lichtkonversionseinheit so gewählt sein, dass der von der Lichtkonversionseinheit emittierte Lichtstrom am Bestrahlungsstärkelimit der Lichtkonversionseinheit bezüglich einer Variation des Anteils des zumindest einen optischen aktiven Elements von einem Maximum mindestens 0,25 mm-1, bevorzugt mindestens 0,5 mm-1, besonders bevorzugt mindestens 0,75 mm-1 entfernt ist.
  • Hierdurch kann insbesondere eine Optimierung im Hinblick auf einen guten Kompromiss aus einer hohen Lichtausbeute und einer hohen Efficacy erfolgen, wie weiter unten noch näher ausgeführt wird.
  • Die Lichtkonversionseinheit weist insbesondere eine spezifische diffuse Remission SDR = t-1 · IREM/ (I0-IFRE) auf, welche größer ist als 0,1 mm-1, vorzugsweise größer ist als 0,3 mm-1, besonders bevorzugt größer ist als 0,5 mm-1, nochmals bevorzugt größer ist als 0,7 mm-1, nochmals bevorzugt größer ist als 0,8 mm-1.
  • In einer Weiterbildung der Erfindung weist die Lichtkonversionseinheit eine spezifische diffuse Remission SDR auf, welche kleiner ist 7 mm-1, vorzugsweise kleiner ist als 5 mm-1 besonders bevorzugt kleiner ist als und 3 mm-1, nochmals bevorzugter kleiner ist als 2,5 mm-1, nochmals bevorzugter kleiner ist als 2 mm-1.
  • Hierdurch kann wiederum insbesondere eine Optimierung im Hinblick auf einen guten Kompromiss aus einer hohen Lichtausbeute und einer hohen Efficacy erfolgen, wie weiter unten noch näher ausgeführt wird.
  • Es kann vorgesehen sein, dass die Lichtkonversionseinheit mindestens eine hochreflektierende Schicht oder Beschichtung aufweist, wobei die hochreflektierende Schicht oder Beschichtung vorzugsweise eine metallische Schicht oder Beschichtung und/oder eine dielektrische Schicht oder Beschichtung ist, besonders bevorzugt eine Ag- oder Ag-haltige Schicht oder Beschichtung.
  • Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass das Lichtkonversionselement auf seiner Rückseite eine, insbesondere metallische, Verspiegelungsschicht aufweist, vorzugsweise mit oder aus Ag, insbesondere derart, dass die Rückseite des Lichtkonversionselements mit der Verspiegelungsschicht beschichtet ist, und wobei die Verspiegelungsschicht vorzugsweise durch Aufdampfen, Sputtern (Dünnschicht) oder Bedrucken (Dickschicht) auf der Rückseite des Lichtkonversionselements aufgebracht ist.
  • Das Lichtkonversionselement kann auf seiner Rückseite alternativ oder zusätzlich mit einem dielektrischen Schichtsystem verspiegelt sein, welches insbesondere auf maximale Reflexion optimiert ist.
  • Das dielektrische Schichtsystem kann vorzugsweise außenseitig mit einer metallischen Verspiegelungsschicht abgeschlossen sein. Dementsprechend ist die Schichtfolge Konverterelement - dielektrisches Schichtsystem - metallische Spiegelschicht.
  • Alternativ oder zusätzlich zu einer hochreflektierenden Beschichtung auf der Rückseite des Lichtkonversionselements kann das Lichtkonversionselement rückseitig mit einem Spiegel verbunden sein, vorzugsweise mit einem Ag-Spiegel oder mit einem versilberten Substrat, wobei der Spiegel vorzugsweise die hochreflektierende Schicht bildet und/oder durch das Substrat gebildet ist oder auf dem Substrat aufgebracht ist.
  • Es kann vorgesehen sein, dass die Lichtkonversionseinheit mindestens eine optische Trennschicht umfasst, welche sich vorzugsweise zwischen der mindestens einen hochreflektierenden Schicht und der Rückseite des Lichtkonversionselements befindet, wobei die mindestens eine optische Trennschicht vorzugsweise transparent und/oder einen geringeren Brechungsindex aufweist als der Brechungsindex des Lichtkonversionselements, wobei die mindestens eine optische Trennschicht vorzugsweise SiO2 umfasst oder daraus besteht.
  • Die optische Trennschicht weist vorzugsweise eine Dicke unter 5 µm auf, bevorzugt unter 3 µm, bevorzugt im Bereich von 0,5 bis 1,5 µm, besonders bevorzugt im Bereich von 0,8 bis 1,2 µm.
  • Die optische Trennschicht kann dazu dienen, die Reflexion und ggf. die Totalreflexion des die Konverterrückseite erreichenden Sekundärlichts an der Konverterrückseite von der Reflexion des die Konverterrückseite passierenden Anteils des Sekundärlichts an einer hochreflektierenden Schicht, insbesondere an einem metallischen Spiegel, zu trennen.
  • Es kann vorgesehen sein, dass sich zwischen der mindestens einen hochreflektierenden Schicht, bevorzugt einer metallischen Beschichtung oder metallhaltigen Beschichtung, und der optischen Trennschicht eine transparente Haftvermittlerschicht befindet, vorzugsweise umfassend oder bestehend aus einem oder mehreren Oxiden ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus SnO2, TiO2, Y2O3 und La2O3, bevorzugt Y2O3.
  • Bei dem Verbinder kann es sich um mindestens einen organischen Klebstoff, mindestens ein Glas, mindestens einen keramischen Kleber, mindestens einen anorganischen Kleber, mindestens eine gesinterte Sinterpaste und/oder mindestens eine metallische Lotverbindung handeln.
  • Vorzugsweise ist eine gesinterte Sinterpaste vorgesehen, z.B. reines Ag, welche einen Schmelzpunkt aufweist, welcher über 900°C liegt. Vorzugsweise ist ein Lot vorgesehen, welches einen Schmelzpunkt aufweist, welcher unter 300°C liegt.
  • Vorzugsweise ist ein Lot vorgesehen, welches ein Au/Sn-Lot und/oder AuSn8020 umfasst oder daraus besteht, wie weiter unten noch näher ausgeführt wird.
  • Der Verbinder kann insbesondere als Verbindungsschicht ausgebildet sein.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Verbindungsschicht aus mindestens einem Klebstoff gebildet. Bei geeigneten Klebstoffen handelt es sich um organische Klebstoffe, welche für die spezielle Anwendung und den speziellen Aufbau des jeweiligen Konverters geeignete Eigenschaften, beispielsweise hinsichtlich Temperaturbeständigkeit, Wärmeleitfähigkeit, Transparenz und Aushärtungsverhalten, aufweisen.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich um gefüllte und ungefüllte Epoxidharze und Silikone. Verbindungsschichten auf Basis von Klebstoffen weisen typischerweise eine Schichtdicke von 5 bis 70 µm, bevorzugt 10 bis 60 µm, mehr bevorzugt 20 bis 50 µm und besonders bevorzugt 30 bis 50 µm auf.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Verbindungsschicht ein Glas, bevorzugt ausgewählt aus einem Lotglas oder einem Dünnglas.
  • Bei einem Lotglas handelt es sich insbesondere um spezielle Gläser einer vergleichsweisen geringen Erweichungstemperatur von kleiner oder gleich 750 °C, bevorzugt kleiner oder gleich 560°C. Grundsätzlich können Glaslote in verschiedene Formen eingesetzt werden, beispielsweise als Pulver, als Paste in einem flüssigen Medium oder eingebettet in einer Matrix, welche auf das Konvertersubstrat oder die Konverterkomponente aufgetragen wird. Das Auftragen kann mittels Ausbringung eines Stranges, per Siebdruck, durch Sprühen oder in loser Pulverform erfolgen. Anschließend werden die einzelnen Komponenten des Konverters zusammengefügt.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform wird eine Paste eingesetzt, welche Glaspulver enthält, beispielsweise ein PbO-, ein Bi2O3- ein ZnO-, ein SOS-, ein B2O3- oder ein silikatbasiertes Glas, besonders bevorzugt um ein silikatbasiertes Glas.
  • Bei Dünnglas im Sinne der vorliegenden Anmeldung handelt es sich um Dünnglas mit einer maximalen Dicke von kleiner oder gleich 50 µm und einer Erweichungstemperatur von kleiner oder gleich 750°C, bevorzugt kleiner oder gleich 560 °C. Derartige Gläser können zwischen Konverterkomponente und Konvertersubstrat platziert werden und bei einer ausreichend hohen Temperatur und einem ausreichend hohen Druck zusammengepresst werden. Geeignete Dünngläser sind unter Anderem Borosilikatgläser, beispielsweise erhältlich als D263® von SCHOTT.
  • Verbindungsschichten auf Basis von Glas weisen beispielsweise eine Schichtdicke von 15 bis 70 µm, bevorzugt von 20 bis 60 µm, und besonders bevorzugt 30 bis 50 µm auf.
  • In einer anderen Ausführungsform ist Lichtkonversionselement mit dem Substrat über einen keramischen Kleber verbunden.
  • Derartige keramische Kleber sind typischerweise im Wesentlichen frei von organischen Bestandteilen und weisen eine hohe Temperaturbeständigkeit auf. Bevorzugt wird ein keramischer Kleber so gewählt, dass der thermische Ausdehnungskoeffizient sowie die mechanischen Eigenschaften, beispielswiese das Youngmodul, der resultierenden Verbindungsschicht an die entsprechenden Eigenschaften des Substrats und/oder des Konverters angepasst sind.
  • Geeignete keramische Kleber werden beispielsweise aus einem anorganischen, bevorzugt pulverförmigen Feststoff und einem flüssigen Medium, bevorzugt Wasser, hergestellt. Bei dem anorganischen Feststoff kann es sich beispielsweise um MgO, SiO2-, TiO2-, ZrO2- und/oder Al2O3-basierte Feststoffe handeln. Bevorzugt handelt es sich um SiO2- und/oder Al2O3basierte Feststoffe, besonders bevorzugt um Al2O3-basierte Feststoffe. Der pulverförmige Feststoff kann zusätzlich weitere pulverförmige Komponenten umfassen, welche beispielsweise das Abbinden des keramischen Klebers unterstützen. Hierbei kann es sich beispielsweise um Borsäure, Borate oder Alkalisilikate, wie Natriumsilikate, handeln.
  • Keramische Kleber können beispielsweise direkt vor der Verwendung aus dem pulverförmigen Feststoff und Wasser angerührt werden und härten bei Raumtemperatur aus.
  • Hierbei weist der Feststoff bevorzugt eine mittlere Korngröße d50 von 1 bis 100 µm, bevorzugt 10 bis 50 µm auf. Bevorzugt weist der keramische Kleber einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von 5 - 15 × 10-6 1/K, besonders bevorzugt von 6 bis 10 × 10-6 1/K auf. Geeignete keramische Kleber werden beispielsweise aus Resbond 920 oder Resbond 940 HT (Polytec PT GmbH) hergestellt.
  • Verbindungsschichten auf Basis von keramischen Kleber weisen beispielsweise eine Schichtdicke von 50 bis 500 µm, bevorzugt von 100 bis 350 µm, und besonders bevorzugt 150 bis 300 µm auf.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Verbinder ein metallisches Lot, vorzugsweise umfassend eine Legierung aus zwei oder mehr Metallen. Geeignete metallische Lotverbindungen weisen einen Schmelzpunkt auf, welcher niedriger als der Schmelzpunkt und/oder der Zersetzungspunkt der einzelnen Bestandteile der Lichtkonversionseinheit ist und/oder höher als die im Betrieb maximal erreichte Temperatur des Lichtkonversionselements am Lot. Der Schmelzpunkt der Metallischen Lot-Verbindung liegt bevorzugt zwischen 150°C bis 450°C, mehr bevorzugt zwischen 180°C bis 320°C und besonders bevorzugt zwischen 200 bis 300°C. Geeignete metallische Lotverbinder sind beispielsweise Silber-Lote und Gold-Lote, bevorzugt handelt es sich um Ag/Sn-, Ag/Au und Au/Sn-Lote, besonders bevorzugt Au/Sn-Lote, beispielsweise AuSn8020.
  • Der Verbinder kann als metallisches Lot ausgebildet sein, welches einen Schmelzpunkt unter 300°C aufweist, wobei das Lot vorzugsweise ein Au/Sn-Lot und/oder AuSn8020 umfasst oder daraus besteht.
  • Der Verbinder kann auch als gesinterte Sinterpaste ausgebildet sein, vorzugsweise als eine Ag-haltige Sinterpaste ausgebildet sein.
  • In Ausführungsformen, in denen das Lichtkonversionselement rückseitig mit einem Spiegel verbunden ist, vorzugsweise mit einem Ag-Spiegel oder mit einem versilberten Substrat, wobei der Spiegel vorzugsweise durch das Substrat gebildet ist oder auf dem Substrat aufgebracht ist, kann es vorgesehen sein, dass sich zwischen dem Spiegel oder dem verspiegelten Substrat und dem Lichtkonversionselement Verbinder befindet, vorzugsweise mit oder aus einem optisch transparenten organischen oder anorganischen Kleber und/oder aus einem transparenten Material mit geringerem Brechungsindex als der Brechungsindex des Lichtkonversionselements, bevorzugt ein optisch transparenter organischer Kleber mit einem geringeren Brechungsindex als der Brechungsindex des Lichtkonversionselements, wobei der Verbinder vorzugsweise eine Dicke im Bereich von nicht mehr als 30 µm, bevorzugt im Bereich von 10 bis 20 µm aufweist.
  • Es kann vorgesehen sein, dass die dem einfallenden Licht zugewandten Oberfläche des Lichtkonversionselements teilweise oder vollständig mit einer ein- oder mehrlagigen Antireflex-Beschichtung versehen ist.
  • Es kann vorgesehen sein, dass die, insbesondere mittels eines Schertests gemäß MIL-STD-883F, Test 2019.7 ermittelbare, Haftfestigkeit des Lichtkonversionselements auf dem Substrat größer ist als 1 MPa, bevorzugt größer ist als 10 MPa, besonders bevorzugt größer ist als 50 MPa. Hierzu können z.B. organische oder anorganische Kleber, Ag-Sinterpasten und/oder Löten in Betracht kommen.
  • Insbesondere weist das Lichtkonversionselement eine Dicke von kleiner gleich 250 µm auf, bevorzugt kleiner gleich 170 µm, besonders bevorzugt kleiner gleich 115 µm, nochmal bevorzugter kleiner gleich 90 µm. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Dicke kleiner gleich 80 µm ist. Ferner kann vorgesehen sein, dass die Dicke größer gleich 30 µm ist, insbesondere größer gleich 50 µm ist, insbesondere größer gleich 60 µm ist.
  • Es kann ferner vorgesehen sein, dass das Lichtkonversionselement zusammen mit dem Verbinder eine Dicke von kleiner gleich 280 µm aufweist, bevorzugt kleiner gleich 200 µm, besonders bevorzugt kleiner gleich 145 µm, nochmals bevorzugter kleiner gleich 120 µm, und/oder wobei der Verbinder eine Dicke von maximal 30 µm aufweist.
  • Es kann vorgesehen sein, dass das Lichtkonversionselement eine Fläche von kleiner gleich 100 mm2 hat, bevorzugt von kleiner gleich 25 mm2, insbesondere von kleiner gleich 16 mm2, insbesondere von kleiner gleich 9 mm2, insbesondere von kleiner gleich 4 mm2, insbesondere von kleiner gleich 1 mm2, insbesondere von kleiner gleich 0.75 mm2.
  • Das Lichtkonversionselement kann ein Verhältnis von Länge zu Breite von unter 3 aufweisen, bevorzugt von unter 2, besonders bevorzugt von 1. Dies gilt insbesondere für statische Anwendungen (z.B. „dies on heatsink“).
  • Das Lichtkonversionselement kann ringförmig ausgebildet sein, vorzugsweise mit einem Außendurchmesser zwischen 20 und 200 mm, besonders bevorzugt zwischen 35 und 88 mm. Dies gilt insbesondere für dynamische Anwendungen (z.B. „color wheels“). Das ringförmig ausgebildete Lichtkonversionselement kann auch aus mehreren ringförmig oder teilringförmig ausgebildeten Ringsegmenten bestehen.
  • Das Substrat kann ganz oder überwiegend aus einem Material mit einer Wärmeleitfähigkeit größer 30 W/mK bestehen, vorzugsweise größer 100 W/mK, noch bevorzugter größer 150 W/mK, noch bevorzugter größer 350 W/mK.
  • Vorzugsweise umfasst das Substrat mindestens eine Keramik und/oder mindestens ein Metall und/oder mindestens einen Keramik-Metall-Verbund. Besonders bevorzugt umfasst das Substrat mindestens ein Metall, vorzugsweise ausgewählt aus Cu, Al, Fe oder Ni, insbesondere Cu, beispielsweise Ni-P- und/oder Au-beschichtetem Cu.
  • Vorzugsweise weist das Substrat mindestens die lateralen Abmessungen auf wie das Lichtkonversionselement.
  • Das Lichtkonversionselement kann ganz oder überwiegend aus einem oder mehreren Materialien der Zusammensetzungen (A1-y Cy)3B5O12 bestehen, mit A aus einem oder mehreren der Elemente Y, Lu, Gd und mit B aus einem oder mehreren der Elemente Al, Ga und mit C aus einem oder mehreren optischen aktiven Elementen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ce, Eu, Pr, Tb und Sm, vorzugsweise Ce.
  • Das Material des Lichtkonversionselements kann ganz oder teilweise eine Keramik sein, im Folgenden auch Optokeramik genannt.
  • Das Lichtkonversionselement kann ganz oder überwiegend aus einem Material der Zusammensetzungen (A1-yCy)3B5O12 bestehen, mit A aus einem oder mehreren der Elemente Y, Lu, Gd und mit B aus einem oder mehreren der Elemente Al, Ga und mit C aus einem oder mehreren Elementen der Lanthanoide, vorzugsweise Ce.
  • Es kann ferner vorgesehen sein, dass das Lichtkonversionselement einen ersten Anteil umfasst, welcher aus einem oder mehreren Materialien der Zusammensetzungen (A1-yCy)3B5O12 besteht, mit A aus einem oder mehreren der Elemente Y, Lu, Gd und mit B aus einem oder mehreren der Elemente Al, Ga und mit C aus einem oder mehreren Elementen der Lanthanoide, vorzugsweise Ce, und wobei das Lichtkonversionselement einen zweiten Anteil umfasst, welcher aus einem Material mit höherer Wärmeleitfähigkeit besteht, vorzugsweise Al2O3, und wobei das Lichtkonversionselement vorzugsweise lediglich aus dem vorstehend genannten ersten und zweiten Anteil besteht.
  • In einer Ausführungsform enthält das Material des Lichtkonversionselements Poren oder andere lichtstreuend wirkende Einschlüsse oder Partikel.
  • Vorteilhaft handelt es sich bei dem Material des Lichtkonversionselements um eine einphasige, poröse Optokeramik, wobei die Dichte der Optokeramik bevorzugt < 99 %, weiterhin bevorzugt < 97 % und/oder bevorzugt > 90%, weiterhin bevorzugt >93% beträgt. Der Median der Durchmesser der Poren, insbesondere der in einem Querschnitt befindlichen Poren, liegt bevorzugt zwischen 100 nm und 3000 nm, vorzugweise zwischen 300 nm und 1500 nm, besonders bevorzugt zwischen 400 nm und 1200 nm.
  • Der Median teilt einen Datensatz, bzw. eine Stichprobe oder eine Verteilung, im vorliegenden Fall z. B. den Durchmesser der im Querschnitt befindlichen Poren so in zwei gleich große Teile, dass die Werte, also die Porendurchmesser, in der einen Hälfte nicht größer als der Medianwert sind und in der anderen nicht kleiner.
  • Nachfolgend werden einige bevorzugte Ausführungsformen aufgeführt, wobei das lichtkonvertierende Element insbesondere teilweise oder ganz aus einem oder mehreren Materialien der Zusammensetzungen (A1-yCy)3B5O12 besteht, mit A aus einem oder mehreren der Elemente Y, Lu, Gd und mit B aus einem oder mehreren der Elemente Al, Ga und mit C aus einem oder mehreren Elementen der Lanthanoide, vorzugsweise Ce, und für den Fall, dass das lichtkonvertierende Element lediglich teilweise daraus besteht, insbesondere zu einem anderen Teil aus einem Material mit höherer Wärmeleitfähigkeit besteht oder einen solchen Teil umfasst, vorzugsweise Al2O3.
  • Insbesondere sind die nachfolgenden Ausführungsformen nicht auf eine Granat-Materialklasse beschränkt und sie gelten insbesondere für Anwendungen, welche nicht oder weniger auf das remittierte blaue Licht abzielen, sondern auf Spektralanteile mit größerer Wellenlänge, z.B. grün und rot, d.h. insbesondere für Anwendungen im Bereich Projektion.
  • Eine Ausführungsform kann gekennzeichnet sein durch
    eine Dicke t des Lichtkonversionselements von kleiner oder gleich 90 µm und
    einen Streukoeffizienten s des Lichtkonversionselements, geltend für 600nm Wellenlänge, von 150cm-1<s<550cm-1 und
    eine Wärmeleitfähigkeit λ des Lichtkonversionselements, geltend für Raumtemperatur, von 5Wm-1K-1<λ<15Wm-1K-1 und
    einen Ce-Gehalt y des Lichtkonversionselements, von yeff>0, 0125at%, bevorzugt 0,50at%>yeff>0, 0125at%, besonders bevorzugt 0,20at%>yeff>0,0125at%.
  • Der „effektive“ Ce-Gehalt yeff berechnet sich wie folgt: yeff = (1-z) · y, wobei z den Volumenanteil der zugemischten Komponente (z.B. Aluminiumoxid) bezeichnet, wenn es sich um eine Mischkeramik handelt. Näheres hierzu wird weiter unten ausgeführt.
  • Eine Ausführungsform kann gekennzeichnet sein durch
    eine Dicke t des lichtkonvertierenden Elements von 175µm<t<250µm
    und
    einen Streukoeffizient s (geltend für 600nm Wellenlänge) von 150cm-1<s<550cm-1
    und
    eine Wärmeleitfähigkeit λ (geltend für Raumtemperatur) von 5Wm-1K-1<λ<15Wm-1K-1
    und
    einen Ce-Gehalt y (bezogen auf die lichtkonvertierende Komponente im Konverter) von yeff>0,0125at%, bevorzugt
    0,50at%>yeff>0,0125at%, besonders bevorzugt 0,20at%> yeff>0,0125at% .
  • Eine Ausführungsform kann gekennzeichnet sein durch
    eine Dicke t des lichtkonvertierenden Elements von 125µm<t<175µm
    und
    einen Streukoeffizient s (geltend für 600nm Wellenlänge) von 150cm-1<s<550cm-1
    und
    eine Wärmeleitfähigkeit λ (geltend für Raumtemperatur) von 5Wm-1K-1<A<15Wm-1K-1
    und
    einen Ce-Gehalt y (bezogen auf die lichtkonvertierende Komponente im Konverter) von yeff>0,0125at%, bevorzugt 0,55at%>yeff>0,0125at%, besonders bevorzugt 0,20at%>yeff>0,0125at%.
  • Eine Ausführungsform kann gekennzeichnet sein durch
    eine Dicke t des lichtkonvertierenden Elements von 90µm<t<125µm
    und
    einen Streukoeffizient s (geltend für 600nm Wellenlänge) von 150cm-1<s<550cm-1
    und
    eine Wärmeleitfähigkeit λ (geltend für Raumtemperatur) von 5Wm-1K-1<A<15Wm-1K-1
    und
    einen Ce-Gehalt y (bezogen auf die lichtkonvertierende Komponente im Konverter) von yeff>0,025at%, bevorzugt 0,60at%>yeff>0,025at%, besonders bevorzugt 0,20at%>yeff>0,025at%.
  • Eine Ausführungsform kann gekennzeichnet sein durch
    eine Dicke t des lichtkonvertierenden Elements von 70µm<t<90µm
    und
    einen Streukoeffizient s (geltend für 600nm Wellenlänge) von 150cm-1<s<550cm-1
    und
    eine Wärmeleitfähigkeit λ (geltend für Raumtemperatur) von 5Wm-1K-1<A<15Wm-1K-1
    und
    einen Ce-Gehalt y (bezogen auf die lichtkonvertierende Komponente im Konverter) von yeff >0,05at%, bevorzugt 0,65at%>yeff>0,05at%, besonders bevorzugt 0,30at%>yeff>0,05at%.
  • Eine Ausführungsform kann gekennzeichnet sein durch
    eine Dicke t des lichtkonvertierenden Elements von 50µm<t<70µm
    und
    einen Streukoeffizient s (geltend für 600nm Wellenlänge) von 150cm-1<s<550cm-1
    und
    eine Wärmeleitfähigkeit λ (geltend für Raumtemperatur) von 5Wm-1K-1<A<15Wm-1K-1
    und
    einen Ce-Gehalt y (bezogen auf die lichtkonvertierende Komponente im Konverter) von yeff>0,1at%, bevorzugt 0,70at%>yeff>0,1at%, besonders bevorzugt 0,50at%>yeff>0,1at%.
  • Eine Ausführungsform kann gekennzeichnet sein durch
    eine Dicke t des lichtkonvertierenden Elements von 175µm<t<250µm
    und
    einen Streukoeffizient s (geltend für 600nm Wellenlänge) von 550cm-1<s<950cm-1
    und
    eine Wärmeleitfähigkeit λ (geltend für Raumtemperatur) von 5Wm-1K-1<A<15Wm-1K-1
    und
    einen Ce-Gehalt y (bezogen auf die lichtkonvertierende Komponente im Konverter) von yeff>0,0125at%, bevorzugt 0,40at%>yeff>0,0125at%, besonders bevorzugt 0,10at% >yeff0,0125at%.
  • Eine Ausführungsform kann gekennzeichnet sein durch
    eine Dicke t des lichtkonvertierenden Elements von 125µm<t<175µm
    und
    einen Streukoeffizient s (geltend für 600nm Wellenlänge) von 550cm-1<s<950cm-1
    und
    eine Wärmeleitfähigkeit λ (geltend für Raumtemperatur) von 5Wm-1K-1<A<15Wm-1K-1
    und
    einen Ce-Gehalt y (bezogen auf die lichtkonvertierende Komponente im Konverter) von yeff>0,0125at%, bevorzugt 0,45at%>yeff>0,0125at%, besonders bevorzugt 0,10at%> yeff>0,0125at%.
  • Eine Ausführungsform kann gekennzeichnet sein durch
    eine Dicke t des lichtkonvertierenden Elements von 90µm<t<125µm
    und
    einen Streukoeffizient s (geltend für 600nm Wellenlänge) von 550cm-1<s<950cm-1
    und
    eine Wärmeleitfähigkeit λ (geltend für Raumtemperatur) von 5Wm-1K-1<A<15Wm-1K-1
    und
    einen Ce-Gehalt y (bezogen auf die lichtkonvertierende Komponente im Konverter) von yeff>0,025at%, bevorzugt 0,50at%>yeff>0,025at%, besonders bevorzugt 0,10at%> yeff>0,025at% .
  • Eine Ausführungsform kann gekennzeichnet sein durch
    eine Dicke t des lichtkonvertierenden Elements von 70µm<t<90µm
    und
    einen Streukoeffizient s (geltend für 600nm Wellenlänge) von 550cm-1<s<950cm-1
    und
    eine Wärmeleitfähigkeit λ (geltend für Raumtemperatur) von 5Wm-1K-1<λ<15Wm-1K-1
    und
    einen Ce-Gehalt y (bezogen auf die lichtkonvertierende Komponente im Konverter) von yeff >0,05at%, bevorzugt 0,55at%>yeff>0,05at%, besonders bevorzugt 0,20at%> yeff>0,05at%.
  • Eine Ausführungsform kann gekennzeichnet sein durch
    eine Dicke t des lichtkonvertierenden Elements von 50µm<t<70µm
    und
    einen Streukoeffizient s (geltend für 600nm Wellenlänge) von 550cm-1<s<950cm-1
    und
    eine Wärmeleitfähigkeit λ (geltend für Raumtemperatur) von 5Wm-1K-1<A<15Wm-1K-1
    und
    einen Ce-Gehalt y (bezogen auf die lichtkonvertierende Komponente im Konverter) von yeff>0,1at%, bevorzugt 0,60at%>yeff>0,1at%, besonders bevorzugt 0,40at%>yeff >0,1at%.
  • Eine Ausführungsform kann gekennzeichnet sein durch
    eine Dicke t des lichtkonvertierenden Elements von 175µm<t<250µm
    und
    ein Streukoeffizient s (geltend für 600nm Wellenlänge) von 150cm-1<s<550cm-1
    und
    eine Wärmeleitfähigkeit λ (geltend für Raumtemperatur) von 15Wm-1K-1<λ<30Wm-1K-1
    und
    einen Ce-Gehalt y (bezogen auf die lichtkonvertierende Komponente im Konverter) von yeff>0,0125at%, bevorzugt 1,0at%>yeff>0,0125at%, besonders bevorzugt 0,40at%> yeff>0,0125at%.
  • Eine Ausführungsform kann gekennzeichnet sein durch
    eine Dicke t des lichtkonvertierenden Elements von 125µm<t<175µm
    und
    einen Streukoeffizient s (geltend für 600nm Wellenlänge) von 150cm-1<s<550cm-1
    und
    eine Wärmeleitfähigkeit λ (geltend für Raumtemperatur) von 15Wm-1K-1<λ<30Wm-1K-1
    und
    einen Ce-Gehalt y (bezogen auf die lichtkonvertierende Komponente im Konverter) von yeff>0,0125at%, bevorzugt 1,1at%>yeff>0,0125at%, besonders bevorzugt 0,40at%> yeff>0,0125at%.
  • Eine Ausführungsform kann gekennzeichnet sein durch
    eine Dicke t des lichtkonvertierenden Elements von 90µm<t<125µm
    und
    einen Streukoeffizient s (geltend für 600nm Wellenlänge) von 150cm-1<s<550cm-1
    und
    eine Wärmeleitfähigkeit λ (geltend für Raumtemperatur) von 15Wm-1K-1<λ<30Wm-1K-1
    und
    einen Ce-Gehalt y (bezogen auf die lichtkonvertierende Komponente im Konverter) von yeff>0,025at%, bevorzugt 1,2at%>yeff>0,025at%, besonders bevorzugt 0,40at%> yeff>0,025at%.
  • Eine Ausführungsform kann gekennzeichnet sein durch
    eine Dicke t des lichtkonvertierenden Elements von 70µm<t<90µm
    und
    einen Streukoeffizient s (geltend für 600nm Wellenlänge) von 150cm-1<s<550cm-1
    und
    eine Wärmeleitfähigkeit λ (geltend für Raumtemperatur) von 15Wm-1K-1<λ<30Wm-1K-1
    und
    einen Ce-Gehalt y (bezogen auf die lichtkonvertierende Komponente im Konverter) von yeff>0,05at%, bevorzugt 1,3at%>yeff>0, 05at%, besonders bevorzugt 0,60at%>yeff >0,05at%.
  • Eine Ausführungsform kann gekennzeichnet sein durch
    Eine Dicke t des lichtkonvertierenden Elements von 50µm<t<70µm
    und
    einen Streukoeffizient s (geltend für 600nm Wellenlänge) von 150cm-1<s<550cm-1
    und
    eine Wärmeleitfähigkeit λ (geltend für Raumtemperatur) von 15Wm-1K-1<λ<30Wm-1K-1
    und
    einen Ce-Gehalt y (bezogen auf die lichtkonvertierende Komponente im Konverter) von yeff>0,1at%, bevorzugt 1,4at%>yeff>0,1at%, besonders bevorzugt 1,0at%>yeff >0,1at%.
  • Eine Ausführungsform kann gekennzeichnet sein durch
    eine Dicke t des lichtkonvertierenden Elements von 175µm<t<250µm
    und
    einen Streukoeffizient s (geltend für 600nm Wellenlänge) von 550cm-1<s<950cm-1
    und
    eine Wärmeleitfähigkeit λ (geltend für Raumtemperatur) von 15Wm-1K-1<λ<30Wm-1K-1
    und
    einen Ce-Gehalt y (bezogen auf die lichtkonvertierende Komponente im Konverter) von yeff>0,0125at%, bevorzugt 0,80at%>yeff>0,0125at%, besonders bevorzugt 0,20at%>
    yeff>0,0125at%.
  • Eine Ausführungsform kann gekennzeichnet sein durch
    eine Dicke t des lichtkonvertierenden Elements von 125µm<t<175µm
    und
    einen Streukoeffizient s (geltend für 600nm Wellenlänge) von 550cm-1<s<950cm-1
    und
    eine Wärmeleitfähigkeit λ (geltend für Raumtemperatur) von 15Wm-1K-1<λ<30Wm-1K-1
    und
    einen Ce-Gehalt y (bezogen auf die lichtkonvertierende Komponente im Konverter) von yeff>0,0125at%, bevorzugt 0,90at%>yeff>0,0125at%, besonders bevorzugt 0,20at%> yeff>0,0125at%.
  • Eine Ausführungsform kann gekennzeichnet sein durch
    eine Dicke t des lichtkonvertierenden Elements von 90µm<t<125µm
    und
    einen Streukoeffizient s (geltend für 600nm Wellenlänge) von 550cm-1<s<950cm-1
    und
    eine Wärmeleitfähigkeit λ (geltend für Raumtemperatur) von 15Wm-1K-1<λ<30Wm-1K-1
    und
    einen Ce-Gehalt y (bezogen auf die lichtkonvertierende Komponente im Konverter) von yeff>0,025at%, bevorzugt 1,0at%>yeff>0,025at%, besonders bevorzugt 0,20at%> yeff>0,025at%.
  • Eine Ausführungsform kann gekennzeichnet sein durch
    eine Dicke t des lichtkonvertierenden Elements von 70µm<t<90µm
    und
    einen Streukoeffizient s (geltend für 600nm Wellenlänge) von 550cm-1<s<950cm-1
    und
    eine Wärmeleitfähigkeit λ (geltend für Raumtemperatur) von 15Wm-1K-1<λ<30Wm-1K-1
    und
    einen Ce-Gehalt y (bezogen auf die lichtkonvertierende Komponente im Konverter) von yeff>0,05at%, bevorzugt 1,1at%>yeff>0,05at%, besonders bevorzugt 0,40at%>yeff >0,05at%.
  • Eine Ausführungsform kann gekennzeichnet sein durch
    eine Dicke t des lichtkonvertierenden Elements von 50µm<t<70µm
    und
    einen Streukoeffizient s (geltend für 600nm Wellenlänge) von 550cm-1<s<950cm-1
    und
    eine Wärmeleitfähigkeit λ (geltend für Raumtemperatur) von 15Wm-1K-1<λ<30Wm-1K-1
    und
    einen Ce-Gehalt y (bezogen auf die lichtkonvertierende Komponente im Konverter) von yeff>0,1at%, bevorzugt
    1,2at%>yeff>0,at%, besonders bevorzugt 0,80at%>yeff >0,1at%.
  • Nachfolgend werden einige bevorzugte Ausführungsformen aufgeführt, wobei das lichtkonvertierende Element insbesondere teilweise oder ganz aus einem oder mehreren Materialien der Zusammensetzungen (A1-yCy)3B5O12 besteht, mit A aus einem oder mehreren der Elemente Y, Lu, Gd und mit B aus einem oder mehreren der Elemente Al, Ga und mit C aus einem oder mehreren Elementen der Lanthanoide, vorzugsweise Ce, und für den Fall, dass das lichtkonvertierende Element lediglich teilweise daraus besteht, insbesondere zu einem anderen Teil aus einem Material mit höherer Wärmeleitfähigkeit besteht oder einen solchen Teil umfasst, vorzugsweise Al2O3.
  • Insbesondere sind die nachfolgenden Ausführungsformen nicht auf eine Granat-Materialklasse beschränkt und sie gelten insbesondere für Anwendungen, bei denen das remittierte blaue Licht genutzt wird, d.h. insbesondere für sogenannte Weißlichtquellen bestimmter Farbtemperatur CCT [K].
  • Eine Ausführungsform kann gekennzeichnet sein durch
    eine Dicke t des Lichtkonversionselements von kleiner oder gleich 170 µm und
    einen Streukoeffizient s des Lichtkonversionselements, geltend für 600nm Wellenlänge, von 150cm-1<s<550cm-1 und
    eine Farbtemperatur CCT>5500K und
    einen Ce-Gehalt y des Lichtkonversionselements von yeff >0,025at%, bevorzugt 0,25at%>yeff>0,025at%, besonders bevorzugt 0,15at%>yeff>0,025at%.
  • Eine Ausführungsform kann gekennzeichnet sein durch
    eine Dicke t des Lichtkonversionselements von kleiner oder gleich 170 µm und
    einen Streukoeffizient s des Lichtkonversionselements, geltend für 600nm Wellenlänge, von 150cm-1<s<550cm-1 und
    eine Farbtemperatur 4000 < CCT < 5500K und
    einen Ce-Gehalt y (bezogen auf die lichtkonvertierende Komponente im Konverter) von yeff>0,025at%, bevorzugt 0,50at%>yeff>0,025at%, besonders bevorzugt 0,35at%> yeff>0,025at%.
  • Die Erfindung betrifft ferner eine Lichtkonversionseinheit gebildet durch oder umfassend ein Lichtkonversionselement, optional ein Substrat und optional ein Verbinder.
  • Der „effektive“ Ce-Gehalt yeff berechnet sich wie folgt: yeff = (1-z) · y, wobei z den Volumenanteil der zugemischten Komponente (z.B. Aluminiumoxid) bezeichnet, wenn es sich um eine Mischkeramik handelt. Näheres hierzu wird weiter unten ausgeführt.
  • Eine Ausführungsform kann gekennzeichnet sein durch
    eine Dicke t des lichtkonvertierenden Elements von 175µm<t<250µm
    und
    einen Streukoeffizient s (geltend für 600nm Wellenlänge) von 150cm-1<s<550cm-1
    und
    eine Farbtemperatur CCT>5500K
    und
    einen Ce-Gehalt y (bezogen auf die lichtkonvertierende Komponente im Konverter) von yeff >0,025at%, bevorzugt
    0,25at%>yeff>0,025at%, besonders
    bevorzugt 0,15at%>yeff>0,025at%.
  • Eine Ausführungsform kann gekennzeichnet sein durch
    eine Dicke t des lichtkonvertierenden Elements von 125µm<t<175µm
    und
    einen Streukoeffizient s (geltend für 600nm Wellenlänge) von 150cm-1<s<550cm-1
    und
    eine Farbtemperatur CCT>5500K
    und
    einen Ce-Gehalt y (bezogen auf die lichtkonvertierende Komponente im Konverter) von yeff>0,025at%, bevorzugt 0,30at%>yeff>0,025at%, besonders bevorzugt 0,15at%> yeff>0,025at%.
  • Eine Ausführungsform kann gekennzeichnet sein durch
    eine Dicke t des lichtkonvertierenden Elements von 90µm<t<125µm
    und
    einen Streukoeffizient s (geltend für 600nm Wellenlänge) von 150cm-1<s<550cm-1
    und
    eine Farbtemperatur CCT>5500K
    und
    einen Ce-Gehalt y (bezogen auf die lichtkonvertierende Komponente im Konverter) von yeff >0,05at%, bevorzugt 0,35at%> yeff >0,05at%, besonders bevorzugt 0,15at%> yeff>0,05at%.
  • Eine Ausführungsform kann gekennzeichnet sein durch
    eine Dicke t des lichtkonvertierenden Elements von 70µm<t<90µm
    und
    einen Streukoeffizient s (geltend für 600nm Wellenlänge) von 150cm-1<s<550cm-1
    und
    eine Farbtemperatur CCT>5500K
    und
    einen Ce-Gehalt y (bezogen auf die lichtkonvertierende Komponente im Konverter) von yeff>0,08at%, bevorzugt 0,40at%>yeff>0,08at%, besonders bevorzugt 0,20at%> yeff>0,08at%.
  • Eine Ausführungsform kann gekennzeichnet sein durch
    eine Dicke t des lichtkonvertierenden Elements von 50µm<t<70µm
    und
    einen Streukoeffizient s (geltend für 600nm Wellenlänge) von 150cm-1<s<550cm-1
    und
    eine Farbtemperatur CCT>5500K
    und
    einen Ce-Gehalt y (bezogen auf die lichtkonvertierende Komponente im Konverter) von yeff>0,1at%, bevorzugt 0,45at%>yeff>0,at%, besonders bevorzugt 0,25at%>yeff >0,1at%.
  • Eine Ausführungsform kann gekennzeichnet sein durch
    eine Dicke t des lichtkonvertierenden Elements von 175µm<t<250µm
    und
    einen Streukoeffizient s (geltend für 600nm Wellenlänge) von 450cm-1<s<950cm-1
    und
    eine Farbtemperatur CCT > 5500K
    und
    einen Ce-Gehalt y (bezogen auf die lichtkonvertierende Komponente im Konverter) von yeff>0,025at%, bevorzugt 0,35at%>yeff>0,025at%, besonders bevorzugt 0,25at%> yeff>0,025at%.
  • Eine Ausführungsform kann gekennzeichnet sein durch
    eine Dicke t des lichtkonvertierenden Elements von 125µm<t<175µm
    und
    einen Streukoeffizient s (geltend für 600nm Wellenlänge) von 450cm-1<s<950cm-1
    und
    eine Farbtemperatur CCT>5500K
    und
    einen Ce-Gehalt y (bezogen auf die lichtkonvertierende Komponente im Konverter) von yeff>0,025at%, bevorzugt 0,40at%>yeff>0,025at%, besonders bevorzugt 0,25at%> yeff>0,025at%.
  • Eine Ausführungsform kann gekennzeichnet sein durch
    eine Dicke t des lichtkonvertierenden Elements von 90µm<t<125µm
    und
    einen Streukoeffizient s (geltend für 600nm Wellenlänge) von 450cm-1<s<950cm-1
    und
    eine Farbtemperatur CCT>5500K
    und
    einen Ce-Gehalt y (bezogen auf die lichtkonvertierende Komponente im Konverter) von yeff>0,05at%, bevorzugt
    0,45at%>yeff>0,05at%, besonders bevorzugt 0,25at%> yeff>0,05at%.
  • Eine Ausführungsform kann gekennzeichnet sein durch
    eine Dicke t des lichtkonvertierenden Elements von 70µm<t<90µm
    und
    einen Streukoeffizient s (geltend für 600nm Wellenlänge) von 450cm-1<s<950cm-1
    und
    eine Farbtemperatur CCT>5500K
    und
    einen Ce-Gehalt y (bezogen auf die lichtkonvertierende Komponente im Konverter) von yeff>0,08at%, bevorzugt 0,50at%>yeff>0,08at%, besonders bevorzugt 0,30at%> yeff>0,08at%.
  • Eine Ausführungsform kann gekennzeichnet sein durch
    eine Dicke t des lichtkonvertierenden Elements von 50µm<t<70µm
    und
    einen Streukoeffizient s (geltend für 600nm Wellenlänge) von 450cm-1<s<950cm-1
    und
    eine Farbtemperatur CCT>5500K
    und
    einen Ce-Gehalt y (bezogen auf die lichtkonvertierende Komponente im Konverter) von yeff>0,1at%, bevorzugt 0,55at%>yeff>0,at%, besonders bevorzugt 0,35at%>yeff >0,1at%.
  • Eine Ausführungsform kann gekennzeichnet sein durch
    eine Dicke t des lichtkonvertierenden Elements von 175µm<t<250µm
    und
    einen Streukoeffizient s (geltend für 600nm Wellenlänge) von 150cm-1<s<550cm-1
    und
    eine Farbtemperatur 5500K>CCT>4000K
    und
    einen Ce-Gehalt y (bezogen auf die lichtkonvertierende Komponente im Konverter) von yeff>0,025at%, bevorzugt 0,45at%>yeff>0,025at%, besonders bevorzugt 0,35at%> yeff>0,025at%.
  • Eine Ausführungsform kann gekennzeichnet sein durch
    eine Dicke t des lichtkonvertierenden Elements von 125µm<t<175µm
    und
    einen Streukoeffizient s (geltend für 600nm Wellenlänge) von 150cm-1<s<550cm-1
    und
    eine Farbtemperatur 5500K>CCT>4000K
    und
    einen Ce-Gehalt y (bezogen auf die lichtkonvertierende Komponente im Konverter) von yeff>0,025at%, bevorzugt 0,50at%>yeff>0,025at%, besonders bevorzugt 0,35at%> yeff>0,025at%.
  • Eine Ausführungsform kann gekennzeichnet sein durch
    eine Dicke t des lichtkonvertierenden Elements von 90µm<t<125µm
    und
    einen Streukoeffizient s (geltend für 600nm Wellenlänge) von 150cm-1<s<550cm-1
    und
    eine Farbtemperatur 5500K>CCT>4000K
    und
    einen Ce-Gehalt y (bezogen auf die lichtkonvertierende Komponente im Konverter) von yeff>0,05at%, bevorzugt 0,55at%>yeff>0,05at%, besonders bevorzugt 0,35at%> yeff>0,05at%.
  • Eine Ausführungsform kann gekennzeichnet sein durch
    eine Dicke t des lichtkonvertierenden Elements von 70µm<t<90µm
    und
    einen Streukoeffizient s (geltend für 600nm Wellenlänge) von 150cm-1<s<550cm-1
    und
    eine Farbtemperatur 5500K>CCT>4000K
    und
    einen Ce-Gehalt y (bezogen auf die lichtkonvertierende Komponente im Konverter) von yeff>0,08at%, bevorzugt 0,60at%>yeff>0,08at%, besonders bevorzugt 0,40at%> yeff>0,08at%.
  • Eine Ausführungsform kann gekennzeichnet sein durch
    eine Dicke t des lichtkonvertierenden Elements von 50µm<t<70µm
    und
    einen Streukoeffizient s (geltend für 600nm Wellenlänge) von 150cm-1<s<550cm-1
    und
    eine Farbtemperatur 5500K>CCT>4000K
    und
    einen Ce-Gehalt y (bezogen auf die lichtkonvertierende Komponente im Konverter) von yeff>0,1at%, bevorzugt
    0,65at%>yeff>0,at%, besonders bevorzugt 0,45at%>yeff >0,1at%.
  • Eine Ausführungsform kann gekennzeichnet sein durch
    eine Dicke t des lichtkonvertierenden Elements von 175µm<t<250µm
    und
    einen Streukoeffizient s (geltend für 600nm Wellenlänge) von 450cm-1<s<950cm-1
    und
    eine Farbtemperatur 5500K>CCT>4000K
    und
    einen Ce-Gehalt y (bezogen auf die lichtkonvertierende Komponente im Konverter) von yeff>0,025at%, bevorzugt 0,55at%>yeff>0,025at%, besonders bevorzugt 0,45at%> yeff>0,025at%.
  • Eine Ausführungsform kann gekennzeichnet sein durch
    eine Dicke t des lichtkonvertierenden Elements von 125µm<t<175µm
    und
    einen Streukoeffizient s (geltend für 600nm Wellenlänge) von 450cm-1<s<950cm-1
    und
    eine Farbtemperatur 5500K>CCT>4000K
    und
    einen Ce-Gehalt y (bezogen auf die lichtkonvertierende Komponente im Konverter) von yeff>0,025at%, bevorzugt 0,60at%>yeff>0,025at%, besonders bevorzugt 0,45at%> yeff>0,025at%.
  • Eine Ausführungsform kann gekennzeichnet sein durch
    eine Dicke t des lichtkonvertierenden Elements von 90µm<t<125µm
    und
    einen Streukoeffizient s (geltend für 600nm Wellenlänge) von 450cm-1<s<950cm-1
    und
    eine Farbtemperatur 5500K>CCT>4000K
    und
    einen Ce-Gehalt y (bezogen auf die lichtkonvertierende Komponente im Konverter) von yeff>0,05at%, bevorzugt 0,65at%>yeff>0,05at%, besonders bevorzugt 0,45at%> yeff>0,05at%.
  • Eine Ausführungsform kann gekennzeichnet sein durch
    eine Dicke t des lichtkonvertierenden Elements von 70µm<t<90µm
    und
    einen Streukoeffizient s (geltend für 600nm Wellenlänge) von 450cm-1<s<950cm-1
    und
    eine Farbtemperatur 5500K>CCT>4000K
    und
    einen Ce-Gehalt y (bezogen auf die lichtkonvertierende Komponente im Konverter) von yeff>0,08at%, bevorzugt 0,70at%>yeff>0,08at%, besonders bevorzugt 0,50at%> yeff>0,08at%.
  • Eine Ausführungsform kann gekennzeichnet sein durch
    eine Dicke t des lichtkonvertierenden Elements von 50µm<t<70µm
    und
    einen Streukoeffizient s (geltend für 600nm Wellenlänge) von 450cm-1<s<950cm-1
    und
    eine Farbtemperatur 5500K>CCT>4000K
    und
    einen Ce-Gehalt y (bezogen auf die lichtkonvertierende Komponente im Konverter) von yeff>0,1at%, bevorzugt 0,75at%>yeff>0,1at%, besonders bevorzugt 0,55at%>yeff >0,1at%.
  • Das Lichtkonversionselement umfasst ein Material, welches einen Anteil zumindest eines optisch aktiven Elements aus der Gruppe der Lanthanoide enthält.
  • Das Lichtkonversionselement weist eine Vorderseite, eine Rückseite und eine sich von der Vorderseite bis zur Rückseite erstreckende Dicke t auf.
  • Das optionale Substrat ist unmittelbar oder mittelbar mit der Rückseite des Lichtkonversionselements verbunden und z.B. als Kühlkörper ausgebildet.
  • Der optionale Verbinder ist zwischen dem Lichtkonversionselement und dem Substrat befindlich und vorzugsweise als organischer Klebstoff, Glas, keramischer Kleber, anorganischer Kleber, gesinterte Sinterpaste und/oder metallische Lotverbindung, vorzugsweise als metallische Lotverbindung oder gesinterte Sinterpaste, bevorzugt als metallische Lotverbindung ausgebildet.
  • Das Lichtkonversionselement ist eingerichtet zur Bestrahlung auf seiner Vorderseite mit dem Primärlicht (I0) sowie zur diffusen Remission von Primärlicht (IREM), zur spekularen Reflexion von Primärlicht (IFRE) und zur diffusen Emission von Sekundärlicht (IEM) mit einer gegenüber dem Primärlicht veränderten Wellenlänge.
  • Die Lichtkonversionseinheit weist insbesondere eine spezifische diffuse Remission SDR = t-1 · IREM/(I0-IFRE) auf, welche so gewählt ist, dass der von der Lichtkonversionseinheit emittierte Lichtstrom am Bestrahlungsstärkelimit der Lichtkonversionseinheit bezüglich einer Variation des Anteils des zumindest einen optisch aktiven Elements aus der Gruppe der Lanthanoide von einem Maximum höchstens 4 mm-1, bevorzugt höchstens 3,5 mm-1, besonders bevorzugt höchstens 3 mm-1 entfernt ist.
  • Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung einer Beleuchtungseinrichtung oder einer Lichtkonversionseinheit wie vorstehend beschrieben, wobei die Lichtkonversionseinheit betrieben wird in einem Abstand zum Bestrahlungsstärkelimit der Lichtkonversionseinheit, welcher geringer ist als 50 Prozent, vorzugsweise geringer ist als 30 Prozent, besonders bevorzugt geringer ist als 10 Prozent.
  • Bei dieser Verwendung kann die Lichtkonversionseinheit ferner betrieben werden in einem Abstand zum Bestrahlungsstärkelimit der Lichtkonversionseinheit, welcher größer ist als 5 Prozent, vorzugsweise größer ist als 10 Prozent, besonders bevorzugt größer ist als 15 Prozent.
  • Wie vorstehend beschrieben ist die spezifische diffuse Remission SDR eine experimentell bestimmbare Größe einer Lichtkonversionseinheit.
  • Ein Verfahren zur Bestimmung der spezifischen diffusen Remission SDR einer Lichtkonversionseinheit mit einem Lichtkonversionselement und optional einem Substrat und optional einem Verbinder, sieht insbesondere folgende Verfahrensschritte vor: (a) Bestrahlen der Vorderseite des Lichtkonversionselements mit Primärlicht (I0), wobei die Bestrahlungsstärke des Primärlichts insbesondere so klein gewählt ist, dass bei einer Variation der Bestrahlungsstärke der von der Lichtkonversionseinheit emittierte Lichtstrom streng linear mit der Bestrahlungsstärke zunimmt, (b) Messen der diffusen Remission von Primärlicht (IREM) und der spekularen Reflexion von Primärlicht (IFRE), (c) Messen oder Bestimmen der Dicke t des Lichtkonversionselements, (d) Berechnen der spezifischen diffusen Remission gemäß der Formel SDR = t-1 · IREM/(I0-IFRE).
  • Die Erfindung wird nachfolgend detaillierter anhand der folgenden Figuren beschrieben. Es zeigen:
    • 1 Schematische Schnittdarstellungen von Lichtkonversionseinheiten,
    • 2 Eine schematische Schnittdarstellung eines Messaufbaus mit einer Beleuchtungseinrichtung und einem Detektor,
    • 3 Graphen des emittierten Lichtstroms gegenüber der Bestrahlungsstärke für 14 Proben gemäß Tab. 1, wobei die Graphen auf experimentellen Messungen beruhen,
    • 4 Graphen des emittierten Lichtstroms gegenüber der Bestrahlungsstärke für 4 Proben gemäß Tab. 2, wobei die Graphen auf numerischen Simulationen beruhen,
    • 5 Graphen des emittierten Lichtstroms gegenüber der Bestrahlungsstärke für 4 Proben gemäß Tab. 2, wobei die Graphen auf experimentellen Messungen beruhen,
    • 6a-e Graphen des emittierten Lichtstroms am Bestrahlungsstärkelimit für verschiedene Ce-Gehalte des Lichtkonversionselements aufgetragen gegenüber der Bestrahlungsstärke am Bestrahlungsstärkelimit,
    • 7 Eine schematische Schnittdarstellung eines Messaufbaus mit einer Beleuchtungseinrichtung und Detektoren,
    • 8 Schematische Schnittdarstellungen von Messvorrichtungen zur Ermittlung der Dicke t des Lichtkonversionselements,
    • 9a-e Graphen des emittierten Lichtstroms am Bestrahlungsstärkelimit für verschiedene Ce-Gehalte des Lichtkonversionselements aufgetragen gegenüber der spezifischen diffusen Remission,
    • 10a-e Graphen der Efficacy am Bestrahlungsstärkelimit für dieselben Variationen wie in 9a-e aufgetragen gegenüber der spezifischen diffusen Remission,
    • 11a-e Graphen des effizienten Lichtstroms (ELF) am Bestrahlungsstärkelimit für dieselben Variationen wie in 9a-e aufgetragen gegenüber der spezifischen diffusen Remission.
  • Die für den Betrieb nahe am „irradiance limit“ optimierte Charakteristik des Konvertermaterials wurde durch Variation von Absorption, Streuung, Wärmeleitfähigkeit und Dicke für den Fall von YAG:Ce-, GYAG:Ce- und LuAG:Ce-basierten Konvertermaterialien gefunden, einerseits mittels gezielter Experimente (Herstellung und Vermessung entsprechender Proben) und andererseits durch numerische Simulationen der Materialien und ihrer Eigenschaften.
  • Für die experimentelle Bestimmung des „irradiance limits“ wurden aus verschiedenen Materialien 4×4 mm2 große Dies bestimmter Dicke, beidseitig poliert, vorderseitig ARbeschichtet, rückseitig mit einem Silbercoating versehen, rückseitig mit Kupfer-Heatsinks mittels einer Silber-Sinterpaste verbunden. Die Anregung erfolgte mittels eines aus einer Faser ausgekoppelten Laserstrahls (450nm) von ca. 490 µm Durchmesser mit annähernd gleichmäßigem Strahlprofil („Top Hat“). Die emittierte Strahlung wurde mit zunehmender Anregungsleistung bis zum Einbruch der Lichtleistung ermittelt.
  • 1 a) - c) zeigen Lichtkonversionseinheiten 200. Die in 1a und 1b gezeigte Lichtkonversionseinheit 200 umfasst ein Lichtkonversionselement 1, ein Substrat 3 und optional einen Verbinder 2. Das Lichtkonversionselement 1 kann insbesondere als keramischer Konverter ausgebildet sein. Der Verbinder kann z.B. als Lot, Kleber, oder gesinterte Sinterpaste ausgebildet sein. Das Substrat kann z.B. als Wärmesenke („heatsink“), z.B. mit oder aus Kupfer oder als sog. „wheel“ mit oder aus Aluminium ausgebildet sein.
  • Die in 1c gezeigte Lichtkonversionseinheit 200 umfasst ebenfalls ein Lichtkonversionselement 1, ein Substrat 3 und optional einen Verbinder 2. Die Darstellung soll insbesondere illustrieren, dass das Lichtkonversionselement 1 auf seiner Vorderseite optional eine Beschichtung, z.B. ein „AR Coating“ 11 aufweisen kann. Das Lichtkonversionselement 1 kann auch auf seiner Rückseite optional eine Beschichtung 12 aufweisen, z.B. ein „HR coating“ und/oder eine „optische Trennschicht“ und/oder einen Haftvermittler. Es kann alternativ oder zusätzlich ein Beschichtung 13 vorgesehen sein, welche eine Verspiegelungsschicht des Lichtkonversionselements 1 bildet und welche z.B. auf einer Haftvermittler-Schicht 12 aufgebracht ist.
  • Auch das Substrat 3 kann auf seiner dem Lichtkonversionselement 1 bzw. dem Verbinder 2 zugewandten Seite optional eine Beschichtung 31 aufweisen, z.B. mit oder aus Au, NiP/Au und/oder Ag.
  • 2 zeigt einen Messaufbau mit Beleuchtungseinrichtung 100 und einem Detektor 10. Sofern nicht anders beschrieben, gelten für die einzelnen Bestandteile und Bezugszeichen die im Zusammenhang mit den 1a) bis c) genannten Erläuterungen. Die Beleuchtungseinrichtung 100 umfasst eine Lichtkonversionseinheit 200, in diesem Fall mit Konverter 1, Verbinder 2 und Substrat 3, wobei das Substrat 3 auf einer Auflage 4 aufgebracht ist, welche z.B. eine einstellbare Temperatur aufweisen kann, eine Primärlichtquelle 5, z.B. eine blaue Laserstrahlquelle, insbesondere mit Strahlformung, welche dazu eingerichtet ist, einen Laserstrahl 6 zu emittieren, welcher auf die Vorderseite des Konverters 1 trifft, so dass emittierte Strahlung 7 entsteht, welche sich aus diffus remittiertem Primärlicht und diffus emittiertem Sekundärlicht zusammensetzt.
  • Der prinzipielle Aufbau des Konverterbauteils in 1 ist nicht auf die oben beschriebene, für die Messungen verwendete Variante beschränkt. Vielmehr ist diese eine von vielen möglichen Ausführungsformen. Entsprechend gilt dies für den prinzipiellen Messaufbau in 2.
  • Grundsätzlich ist zu erwähnen, dass die Lichtkonversionseigenschaften (die Höhe der emittierten Lichtleistung bzw. des emittierten Lichtstroms, das irradiance limit) im Wesentlichen von folgenden Eigenschaften des Konvertermaterials und weiteren Randbedingungen abhängen:
    • - Charakteristik des einfallenden blauen Laserstrahls:
      • Wellenlänge, Leistung, Leistungsdichte, Strahlprofil.
    • - Charakteristik des Konvertermaterials:
      • Absorptionskoeffizient und Streukoeffizient für die einfallende blaue Laserstrahlung und für die konvertierte Strahlung größerer Wellenlänge, Quanteneffizienz, Stokes-Shift, Brechungsindex,
      • Wärmeleitfähigkeit und Dicke. Diese Eigenschaften (ausser der Dicke t) sind mehr oder weniger temperaturabhängig.
    • - Charakteristik der Konverteroberflächen bzw. Grenzflächen: Reflektivität der Einstrahl- und Abstrahlseite (Vorderseite), Reflektivität der Rückseite, Wärmeübergang an der Rückseite zu einem aktiv oder passiv gekühlten Wheel („dynamischer“ Fall) bzw. zu einem aktiv oder passiv gekühlten Heatsink („statischer“ Fall), sowie die Oberflächengüte der Konverterkeramik (in der Regel poliert).
  • Numerische Simulationen wurden prinzipiell durchgeführt wie beschrieben in V. Hagemann, A. Seidl, G. Weidmann: Static ceramic phosphor assemblies for high power high luminance SSL-light sources for digital projection and specialty lighting. Proc. of SPIE Vol. 11302 113021N-11, SPIE OPTO, San Francisco 2020, nachfolgend [1]. Mit einigen Simulationen konnten zum einen die experimentellen Messungen nachgestellt und somit die Simulation an sich verifiziert werden, zum anderen konnten zur Erweiterung des Parameterraums weitere Materialeigenschaften simuliert werden, welche mit den vorhandenen Proben nicht abgedeckt sind.
  • Die in Tab. 1 gelisteten Materialien lagen für die experimentelle Studie vor. Es handelt sich um Materialien aus dem Bereich YAG:Ce, GYAG:Ce und LuAG:Ce. x und y bezeichnen den Anteil von Gd bzw. von Ce auf dem Y- bzw. Lu-Platz im Kristallgitter. t ist die Dicke des Konvertermaterials. Falls es sich um eine Mischkeramik (composite) handelt, bezeichnet z den Volumenanteil der zugemischten Komponente (z.B. Aluminiumoxid). In diesem Fall ist es für die dem Ce-Gehalt proportionalen Absorbereigenschaften von Bedeutung, den Ce-Gehalt y durch den „effektiven“ Ce-Gehalt yeff zu ersetzen, welcher sich wie folgt berechnet: yeff = (1-z) · y. Bei „reinphasigen“ Konvertermaterialien (z = 0) ist yeff somit gleich y. Falls die Streueigenschaften der Komponenten einer Mischkeramik deutlich verschieden sind, wird auch hier ein effektiver Wert ermittelt. Gleiches gilt ggf. für Wärmeleitfähigkeit und Brechungsindex.
  • Die erreichte Laserstrahlleistungsdichte bei maximaler gemessener Lichtleistung ist das „irradiance limit“. Die Genauigkeit der Bestimmung hängt davon ab, wie eng die Zunahme der Laserleistung im Bereich des „irradiance limit“ gestuft ist. Das gilt für das Experiment genauso wie für die Simulation.
  • 3 zeigt für die 14 Proben aus untenstehender Tab. 1 den Verlauf des emittierten Lichtstroms mit zunehmender Laserleistung. Tab. 1: Erreichte Laserleistungsdichte bei maximaler Lichtleistung (irradiance limit) für unterschiedliche Konvertermaterialien (experimentelle Bestimmung).
    Nr. Material x y z yeff s [cm-1] t [µm] Irradiance limit [W/mm2]
    #1 (Lu1-yCey)3Al5O12 - 0,0036 - 0,0036 ~ 350 80 107
    #2 (Lu1-yCey)3Al5O12 - 0,0036 - 0,0036 ~ 350 90 93
    #3 (Lu1-yCey)3Al5O12 - 0,0063 - 0,0063 ~ 350 80 73
    #4 (Lu1-yCey)3Al5O12 - 0,0063 - 0,0063 ~ 350 100 66
    #5 [(Lu1-yCey)3Al5O12]1-z[Al2O3]z - 0,0050 0,05 0,0048 ~ 350 80 93
    #6 [(Lu1-yCey)3Al5O12]1-z[Al2O3]z - 0,0050 0,05 0,0048 ~ 350 100 73
    #7 [(Lu1-yCey)3Al5O12]1-z[Al2O3]z - 0,0063 0,5 0,0032 ~ 350 100 121
    #8 (Y1-yCey)3Al5O12 - 0,0030 - 0,0030 ~ 500 150 52
    #9 (Y1-x-yGdxCey)3Al5O12 0,055 0,0027 - 0,0027 ~ 550 150 38
    #10 (Y1-x-yGdxCey)3Al5O12 0,1 0,0024 - 0,0024 ~ 600 150 38
    #11 (Y1-x-yGdxCey)3Al5O12 0,05 0,0012 - 0,0012 ~ 450 150 59
    #12 (Y1-yCey)3Al5O12 - 0,0012 - 0,0012 - 400 150 87
    #13 (Y1-x-yGdxCey)3Al5O12 0,1 0,0012 - 0,0012 ~ 500 150 52
    #14 (Lu1-yCey)3Al5O12 - 0,0050 - 0,0050 ~ 350 100 73
  • Zur Verifizierung der numerischen Simulation wurden die experimentellen Daten der Proben #2, #4, #7 und #14 verwendet. Hierfür wurden die in [1] genannten Materialparameter (für YAG:Ce) durch die für LuAG:Ce ersetzt. Im Fall von #7 wurde zusätzlich eine erhöhte Wärmeleitfähigkeit wegen dem Vorliegen einer Mischkeramik LuAG-Al2O3 berücksichtigt, und die Absorption ergibt sich aus dem effektiven Ce-Gehalt yeff.
  • 4 zeigt als Ergebnis die Simulationsdaten des emittierten Lichtstroms bei zunehmender irradiance für die vier genannten Proben.
  • Zum Vergleich zeigt 5 die experimentell ermittelten Verläufe, d.h. jeweils den gemessenen emittierten Lichtstrom bei zunehmender irradiance für die vier verschiedenen Proben. Die Verläufe und insbesondere das Limit stimmen mit den experimentellen Ergebnissen gut überein, wie auch in nachstehender Tab. 2 gezeigt. Tab. 2: Irradiance limit für unterschiedliche Konvertermaterialien (Vergleich experimentelle Bestimmung und numerische Simulation).
    Nr. Material y z yeff Dicke [µm] Irradiance limit gemessen Irradiance limit berechnet
    #2 (Lu1-yCey)3Al5O12 0,0036 - 0,0036 90 93 88
    #4 (Lu1-yCey)3Al5O12 0,0063 - 0,0063 100 66 69
    #7 [(Lu1-yCey)3Al5O12]1-z[Al2O3]z 0,0063 0,5 0,0032 100 121 122
    #14 (Lu1-yCey)3Al5O12 0,0050 - 0,0050 100 73 74
  • 6a zeigt jeweils den berechneten emittierten Lichtstrom (luminous flux) am irradiance limit, für LuAG:Ce mit Streukoeffizient s = 350 cm-1, bei unterschiedlicher Dicke t, für verschiedene Ce-Gehalte y, hier in at%. Gezeigt ist somit der mittels Simulation ermittelte maximale Lichtstrom (Lichtstrom des konvertierten, emittierten Lichts am irradiance limit, d.h. das Maximum von berechneten Verläufen der Art wie in gezeigt) in Abhängigkeit vom Ce-Gehalt y, für 3 unterschiedliche Dicken des Konverters, beispielhaft für LuAG:Ce mit einem beispielhaften Streukoeffizienten von 350 cm-1. Man erkennt, dass im untersuchten Bereich dünnere Konverter zu höheren möglichen Lichtströmen führen, und auch dass es jeweils einen optimalen Bereich für den Ce-Gehalt gibt (Bereich höchstmöglichen Lichtstroms).
  • 6b zeigt den entsprechenden Vergleich für eine beispielhafte Variation des Streukoeffizienten, d.h. jeweils den berechneten emittierten Lichtstrom (luminous flux) am irradiance limit, für LuAG:Ce mit Dicke t = 80 µm bei unterschiedlichem Streukoeffizient s für verschiedene Ce-Gehalte y, hier in at%.
  • Einen ähnlichen Effekt wie eine Verringerung der Konverterdicke hat die beispielhafte Zumischung von Aluminiumoxid zum YAG:Ce oder zum LuAG:Ce. Da Aluminiumoxid eine etwa 3-fach höhere Wärmeleitfähigkeit besitzt als YAG oder LuAG, wird dadurch die Wärmeleitfähigkeit des Konvertermaterials insgesamt erhöht (entsprechend dem Volumenanteil des Al2O3). Alternativ könnte auch eine andere Komponente mit vergleichsweise hoher Wärmeleitfähigkeit bei geringer Absorption im Bereich des konvertierten Lichts zugemischt werden, z.B. Aluminiumnitrid.
  • 6c zeigt jeweils den berechneten emittierten Lichtstrom (luminous flux) am irradiance limit, für LuAG:Ce im Vergleich mit einer LuAG-Al2O3 Mischkeramik, für Dicke t = 80 µm, Streukoeffizient s = 350 cm-1, für verschiedene (effektive) Ce-Gehalte yeff, hier in at%. Dies zeigt den Effekt am Beispiel von LuAG:Ce - Al2O3 bei einer beispielhaften Konverterdicke von 80 µm bei einer beispielhaften Zumischung von Aluminiumoxid in der Weise, dass die Wärmeleitfähigkeit im Vergleich um den Faktor 2 erhöht ist. Beispielhafter Streukoeffizient (für beide Komponenten) ist auch hier 350 cm-1.
  • In 6d wird LuAG:Ce mit YAG:Ce verglichen, gezeigt ist jeweils der berechnete emittierte Lichtstrom (luminous flux) am irradiance limit, für LuAG:Ce im Vergleich mit YAG:Ce, für Dicke t = 80 µm, Streukoeffizient s = 350 cm-1, für verschiedene Ce-Gehalte y, hier in at%.
  • Auch die Reflektivität R einer Rückseitenverspiegelung (für den Wellenlängenbereich des konvertierten Lichts) beeinflusst den möglichen Lichtstrom, denn es wird mehr oder weniger an der Rückseite absorbiert.
  • In 6e wird beispielhaft diese Reflektivität variiert und zeigt somit den berechneten emittierter Lichtstrom (luminous flux) am irradiance limit, für LuAG:Ce mit Dicke t = 80 µm, Streukoeffizient s = 350 cm-1, bei unterschiedlicher Rückseitenreflektivität R, für verschiedene Ce-Gehalte y, hier in at%.
  • Eine experimentelle Bestimmung des irradiance limits ist allerdings aufwändig und birgt die Gefahr der Zerstörung durch Überhitzung am Bestrahlungspunkt.
  • Demgegenüber kann die spezifische diffuse blaue Remission bei niedriger Leistung (low power specific diffuse blue remission, low power SDBR, Einheit mm-1) über eine zerstörungsfreie Messung an einem fertigen Bauelement ermittelt werden.
  • Für die Ermittlung der low power SDBR wird das Konvertermaterial mit einem (blauen) Laserstrahl von so geringer Leistung bzw. Leistungsdichte (irradiance) bestrahlt, dass damit keine nennenswerte Erwärmung des Bauteils einhergeht, beispielsweise mit ca. 1 mW/mm2 (10-3 W/mm2). Bei so geringer irradiance nimmt der emittierte Lichtstrom der konvertierten Strahlung streng linear mit zunehmender irradiance zu, d.h. die Effizienz bzw. Efficacy (der auf die Laserleistung bezogene Lichtstrom) ist unabhängig von der irradiance. „Low power“ im hier gemeinten Sinn bedeutet also „lineare Zunahme des emittierten Lichtstroms mit der eingestrahlten irradiance“. Es wird aber niemals alles eingestrahlte blaue Licht absorbiert. Ein Teil des (blauen) Laserlichts wird an der Oberfläche direkt spekular reflektiert (Fresnel-Reflexion). Vom eindringenden Anteil wird ein Teil absorbiert (und von diesem wiederum ein Teil konvertiert), ein anderer Teil jedoch wird ohne erfolgte Absorption wieder diffus zurückgestreut (remittiert). Dieser diffus zurückgestreute, nicht absorbierte Anteil der eindringenden (nicht Fresnelreflektierten) (blauen) Laserstrahlung ist die „Diffuse (blaue) Remission“ DBR, und die SDBR ist dieser Wert bezogen auf die Dicke des Konverters t: SDBR = DBR / t
    Figure DE102022120654A1_0001
  • 7 zeigt das Messprinzip für die Ermittlung der Diffusen (blauen) Remission DBR. Sofern nicht anders beschrieben, gelten für die einzelnen Bestandteile und Bezugszeichen die im Zusammenhang mit den 1a) bis c) und 2 genannten Erläuterungen. Das Primärlicht mit Bestrahlungsstärke I0 trifft auf die Vorderseite des Lichtkonversionselements 1. Es entsteht diffuse Remission von Primärlicht (IREM), spekulare Reflexion von Primärlicht (IFRE) und diffuse Emission von Sekundärlicht (IEM) mit einer gegenüber dem Primärlicht veränderten Wellenlänge. Diese Komponenten werden mit den Detektoren 9, 10 detektiert, wobei der Detektor 9 für spiegelnd reflektierte Strahlung ausgebildet ist und der Detektor 10 für diffus remittierte (blaue) und diffus emittierte konvertierte Strahlung ausgebildet ist.
  • 8 zeigt Messprinzipien zur Ermittlung der Dicke t des Konverters, wobei 51 eine mechanische Dickenmessung, z.B. mit Schieblehre, 52 eine Dickenmessung mittels Ultraschallsensorik, 53 eine Dickenmessung mittels NIR-Laser-Doppler-Interferometrie und 54 eine mechanische Dickenmessung mit Taster (ungefähre Dicke des Verbinders wird mit gemessen) darstellt. Sofern nicht anders beschrieben, gelten für die einzelnen Bestandteile und Bezugszeichen die im Zusammenhang mit den 1a) bis 1c, 2 genannten Erläuterungen.
  • Die Dicke t des mit einem Substrat verbundenen Konverters wird somit entweder vor dem Beschichten und Verbinden des Konverters ermittelt und ist somit bekannt, oder sie kann am fertigen Bauteil einseitig zerstörungsfrei beispielsweise akustisch (Ultraschallsensorik) oder optisch (NIR-Laser-Doppler-Interferometrie) ermittelt werden, falls der Durchmesser des Bauteils groß genug ist. Eine schnelle und einfache Messung am fertigen Bauteil geht auch mit einem „Taster“ als relative Abstandsmessung der Oberfläche gegenüber der Heatsink-Oberfläche, allerdings muss in diesem Fall noch ein bekannter, ungefährer Wert für die typische Dicke des Verbinders abgezogen werden (in der Regel in der Größenordnung von 10 bis 30 µm).
  • Die 9a - 9e entsprechen den , wobei das irradiance limit über dem Wert der low power SDBR aufgetragen ist. 9a: Berechneter emittierter Lichtstrom (luminous flux) am irradiance limit, für LuAG:Ce mit Streukoeffizient s = 350 cm-1, bei unterschiedlicher Dicke t, für verschiedene Ce-Gehalte y, hier in at%. 9b: Berechneter emittierter Lichtstrom (luminous flux) am irradiance limit, für LuAG:Ce mit Dicke t = 80 µm, bei unterschiedlichem Streukoeffizient s, für verschiedene Ce-Gehalte y, hier in at%. 9c: Berechneter emittierter Lichtstrom (luminous flux) am irradiance limit, für LuAG:Ce im Vergleich mit einer LuAG-Al2O3 Mischkeramik, für Dicke t = 80 µm, Streukoeffizient s = 350 cm-1, für verschiedene (effektive) Ce-Gehalte yeff, hier in at%. 9d: Berechneter emittierter Lichtstrom (luminous flux) am irradiance limit, für LuAG:Ce im Vergleich mit YAG:Ce, für Dicke t = 80 µm, Streukoeffizient s = 350 cm-1, für verschiedene Ce-Gehalte y, hier in at%. 9e: Berechneter emittierter Lichtstrom (luminous flux) am irradiance limit, für LuAG:Ce mit Dicke t = 80 µm , Streukoeffizient s = 350 cm-1, bei unterschiedlicher Rückseitenreflektivität R, für verschiedene Ce-Gehalte y, hier in at%.
  • Für die Maximierung des möglichen Lichtflusses ist insbesondere ein low power SDBR zwischen 3 und 6 bevorzugt.
  • Jedoch ist zu bedenken, dass die Effizienz bzw. besser die „Efficacy“ (lm/W) für die Performance ebenso von Bedeutung ist. Die „Efficacy am irradiance limit“ ist der auf die eingestrahlte Laserleistung bezogene emittierte Lichtstrom.
  • 10a bis 10e zeigen die Abhängigkeit der Efficacy am irradiance limit für dieselben Variationen wie in . : Berechnete Efficacy am irradiance limit, für LuAG:Ce mit Streukoeffizient s = 350 cm-1, bei unterschiedlicher Dicke t, für verschiedene Ce-Gehalte y. : Berechnete Efficacy am irradiance limit, für LuAG:Ce mit Dicke t = 80 µm, bei unterschiedlichem Streukoeffizient s, für verschiedene Ce-Gehalte y. : Berechnete Efficacy am irradiance limit, für LuAG:Ce im Vergleich mit einer LuAG-Al2O3 Mischkeramik, für Dicke t = 80 µm , Streukoeffizient s = 350 cm-1, für verschiedene (effektive) Ce-Gehalte yeff. : Berechnete Efficacy am irradiance limit, für LuAG:Ce im Vergleich mit YAG:Ce, für Dicke t = 80 µm , Streukoeffizient s = 350 cm-1, für verschiedene Ce-Gehalte y. : Berechnete Efficacy am irradiance limit, für LuAG:Ce mit Dicke t = 80 µm, Streukoeffizient s = 350 cm-1, bei unterschiedlicher Rückseitenreflektivität R, für verschiedene Ce-Gehalte y.
  • Für die Performance eines Konverterbauelements kann beides von Bedeutung sein: ein möglichst hoher Lichtstrom Φ und eine möglichst hohe Efficacy η. Dies wird durch das Produkt aus beiden Größen zum Ausdruck gebracht, der „effiziente Lichtstrom“ (efficient luminous flux): ELF = Φ * η
    Figure DE102022120654A1_0002
  • 11a bis 11e zeigen die Abhängigkeit des effizienten Lichtstroms am irradiance limit für dieselben Variationen wie in den vorherigen Abbildungen. : Berechneter ELF am irradiance limit, für LuAG:Ce mit Streukoeffizient s = 350 cm-1 , bei unterschiedlicher Dicke t, für verschiedene Ce-Gehalte y. : Berechneter ELF am irradiance limit, für LuAG:Ce mit Dicke t = 80 µm , bei unterschiedlichem Streukoeffizient s, für verschiedene Ce-Gehalte y. : Berechneter ELF am irradiance limit, für LuAG:Ce im Vergleich mit einer LuAG-Al2O3 Mischkeramik, für Dicke t = 80 µm , Streukoeffizient s = 350 cm-1, für verschiedene (effektive) Ce-Gehalte yeff. : Berechneter ELF am irradiance limit, für LuAG:Ce im Vergleich mit YAG:Ce, für Dicke t = 80 µm, Streukoeffizient s = 350 cm-1, für verschiedene Ce-Gehalte y. : Berechneter ELF am irradiance limit, für LuAG:Ce mit Dicke t = 80 µm , Streukoeffizient s = 350 cm-1, bei unterschiedlicher Rückseitenreflektivität R, für verschiedene Ce-Gehalte y.
  • Die spezifischen diffusen (blauen) Remission SDR (SDBR) kann an einer Lichtkonversionseinheit einfach und zerstörungsfrei ermittelt werden. Sie ist weitgehend unabhängig von Zusammensetzung, Dicke, Streueigenschaften etc. Die SDR ist ein einstellbarer Parameter einer Lichtkonversionseinheit.
  • Bevorzugt liegt die SDR im Bereich bei 0 < SDR < 3 mm-1, noch bevorzugter bei 0,5 < SDR < 2,5 mm-1, noch bevorzugter bei 0,8 < SDBR < 2 mm-1.
  • Als Beispiel zeigt Tab. 3 die gemessenen Proben #1 bis #14, mit der jeweils gemäß 8 ermittelten diffusen blauen Remission DBR, der Konverterdicke t, und der sich daraus ergebenden Spezifischen Diffusen Blauen Remission SDBR (low power SDBR). Tab. 3: Gemessene Diffuse Blaue Remission DBR, Konverterdicke t, und daraus berechnete Spezifische Diffuse Blaue Remission SDBR für unterschiedliche Konvertermaterialien.
    Nr. Material x y z yeff DBR t [µm] SDBR [mm-1]
    #1 (Lu1-yCey)3Al5O12 - 0,0036 - 0,0036 0,074 80 0,93
    #2 (Lu1-yCey)3Al5O12 - 0,0036 - 0,0036 0,085 90 0,95
    #3 (Lu1-yCey)3Al5O12 - 0,0063 - 0,0063 0,043 80 0,54
    #4 (Lu1-yCey)3Al5O12 - 0,0063 - 0,0063 0,040 100 0,40
    #5 [(Lu1-yCey)3Al5O12]1-z[Al2O3]z - 0,0050 0,05 0,0048 0,066 80 0,82
    #6 [(Lu1-yCey)3Al5O12]1-z[Al2O3]z - 0,0050 0,05 0,0048 0,064 100 0,64
    #7 [(Lu1-yCey)3Al5O12 ]1-z[Al2O3]z - 0,0063 0,5 0,0032 0,055 100 0,55
    #8 (Y1-yCey)3Al5O12 - 0,0030 - 0,0030 0,120 150 0,80
    #9 (Y1-x-yGdxCey)3Al5O12 0,055 0,0027 - 0,0027 0,137 150 0,92
    #10 (Y1-x-yGdxCey)3Al5O12 0,1 0,0024 - 0,0024 0,143 150 0,95
    #11 (Y1-x-yGdxCey)3Al5O12 0,05 0,0012 - 0,0012 0,198 150 1,32
    #12 (Y1-yCey)3Al5O12 - 0,0012 - 0,0012 0,201 150 1,34
    #13 (Y1-x-y GdxCey)5Al5O12 0,1 0,0012 - 0,0012 0,190 150 1,27
    #14 (Lu1-yCey)3Al5O12 - 0,0050 - 0,0050 0,054 100 0,54
  • Für die Herstellung dieser Proben wurden jeweils Pulver der reinen Oxide Yttriumoxid, Lutetiumoxid, Aluminiumoxid, Gadoliniumoxid und Ceroxid gemäß der Zusammensetzung der gewünschten Verbindung #1 bis #14 gemischt und nach Zusatz von Ethanol, Dispergier- und Presshilfsmitteln mit Mahlkugeln versetzt und mittels einer Rollenbank in einem Fass fein gemahlen. Der Schlicker wurde anschließend mittels eines Rotationsverdampfers getrocknet und dann uniaxial in zylindrische Grünkörper verpresst. Die Grünkörper wurden bei ca. 600°C entbindert, anschließend erfolgte die Reaktionssinterung an Luft bei ca. 1600°C (mehrere Stunden). Die Sinterkörper wurden mittels einer Drahtsäge in Wafer zersägt und anschließend auf die gewünschte Dicke geschliffen und poliert. Anschließend wurden die Wafer rückseitig mittels Siebdruck mit einer lotglashaltigen Ag-Dickschicht-Paste bedruckt. Der Einbrand der Paste erfolgte bei ca. 900°C. Vorderseitig wurden die Wafer mit einer ca. 97nm dünnen AR-Schicht aus SiO2 bedampft. Die derart beidseitig beschichteten Wafer wurden mittels Dicing in Dies vom Format 4x4 mm2 vereinzelt. Für die Verbindung mit einem Au-plattierten Cu-Heatsink (Format 20x20x3) wurde im Zentrum des Heatsink mittels eines Dispensers eine Ag-Sinterpaste aufgebracht und jeweils ein Die dort angedrückt, anschließend wurde diese Verbindung bei ca. 200°C für ca. 2h an Luft gesintert.

Claims (21)

  1. Beleuchtungseinrichtung (100) umfassend: eine Lichtquelle (5) zur Abgabe von Primärlicht (6), insbesondere ausgebildet als Laser oder Leuchtdiode, und eine Lichtkonversionseinheit (200) gebildet durch oder umfassend: ein Lichtkonversionselement (1) mit einem Material, welches einen Anteil zumindest eines optisch aktiven Elements aus der Gruppe der Lanthanoide enthält, bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ce, Eu, Pr, Tb und Sm, wobei das Lichtkonversionselement eine Vorderseite, eine Rückseite und eine sich von der Vorderseite bis zur Rückseite erstreckende Dicke t aufweist, optional ein Substrat (3), welches unmittelbar oder mittelbar mit der Rückseite des Lichtkonversionselements (1) verbunden ist, und optional ein Verbinder (2), welcher zwischen dem Lichtkonversionselement (1) und dem Substrat (3) befindlich ist, wobei das Lichtkonversionselement (1) eingerichtet ist zur Bestrahlung auf seiner Vorderseite mit dem Primärlicht (I0) sowie zur diffusen Remission von Primärlicht (IREM), zur spekularen Reflexion von Primärlicht (IFRE) und zur diffusen Emission von Sekundärlicht (IEM) mit einer gegenüber dem Primärlicht veränderten Wellenlänge, und wobei die Lichtkonversionseinheit (200) eine spezifische diffuse Remission SDR = t-1 ·IREM/ (I0-IFRE) aufweist, welche so gewählt ist, dass der von der Lichtkonversionseinheit (200) emittierte Lichtstrom am Bestrahlungsstärkelimit der Lichtkonversionseinheit bezüglich einer Variation des Anteils des zumindest einen optisch aktiven Elements von einem Maximum höchstens 4 mm-1, bevorzugt höchstens 3,5 mm-1, besonders bevorzugt höchstens 3 mm-1 entfernt ist.
  2. Beleuchtungseinrichtung gemäß dem vorstehenden Anspruch, wobei die spezifische diffuse Remission SDR der Lichtkonversionseinheit so gewählt ist, dass der von der Lichtkonversionseinheit emittierte Lichtstrom am Bestrahlungsstärkelimit der Lichtkonversionseinheit bezüglich einer Variation des Anteils des zumindest einen optisch aktiven Elements von einem Maximum mindestens 0,25 mm-1, bevorzugt mindestens 0,5 mm-1, besonders bevorzugt mindestens 0,75 mm-1 entfernt ist.
  3. Beleuchtungseinrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Lichtkonversionseinheit eine spezifische diffuse Remission SDR aufweist, welche größer ist als 0,1 mm-1, vorzugsweise größer ist als 0,3 mm-1, besonders bevorzugt größer ist als 0,5 mm-1, nochmals bevorzugt größer ist als 0,7 mm-1, nochmals bevorzugt größer ist als 0,8 mm-1.
  4. Beleuchtungseinrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Lichtkonversionseinheit eine spezifische diffuse Remission SDR aufweist, welche kleiner ist 7 mm-1, vorzugsweise kleiner ist als 5 mm-1 besonders bevorzugt kleiner ist als und 3 mm-1, nochmals bevorzugter kleiner ist als 2,5 mm-1, nochmals bevorzugter kleiner ist als 2 mm-1.
  5. Beleuchtungseinrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Lichtkonversionseinheit mindestens eine hochreflektierende Schicht oder Beschichtung aufweist, wobei die hochreflektierende Schicht oder Beschichtung vorzugsweise eine metallische Schicht oder Beschichtung und/oder eine metallhaltige Schicht oder Beschichtung und/oder eine dielektrische Schicht oder Beschichtung ist, besonders bevorzugt eine Ag- oder Ag-haltige Schicht oder Beschichtung.
  6. Beleuchtungseinrichtung gemäß dem vorstehenden Anspruch, wobei die Lichtkonversionseinheit mindestens eine optische Trennschicht umfasst, welche sich vorzugsweise zwischen der mindestens einen hochreflektierenden Schicht und der Rückseite des Lichtkonversionselements befindet, wobei die mindestens eine optische Trennschicht vorzugsweise transparent ist und/oder einen geringeren Brechungsindex aufweist als der Brechungsindex des Lichtkonversionselements, wobei die mindestens eine optische Trennschicht vorzugsweise SiO2 umfasst oder daraus besteht, und wobei die optische Trennschicht vorzugsweise eine Dicke unter 5 µm aufweist, bevorzugt im Bereich von 0,5 bis 1,5 µm, besonders bevorzugt im Bereich von 0,8 bis 1,2 µm.
  7. Beleuchtungseinrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei sich unter der mindestens einen hochreflektierenden Schicht eine Haftvermittlerschicht befindet, vorzugsweise umfassend oder bestehend aus einem oder mehreren Oxiden ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus TiO2, Y2O3, La2O3, SnO2, bevorzugt Y2O3.
  8. Beleuchtungseinrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Verbinder als organischer Klebstoff, mindestens ein Glas, mindestens ein keramischer Kleber, mindestens ein anorganischer Kleber, mindestens eine gesinterte Sinterpaste und/oder mindestens eine metallische Lotverbindung ausgebildet ist.
  9. Beleuchtungseinrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die, insbesondere mittels eines Schertests ermittelbare, Haftfestigkeit des Lichtkonversionselements auf dem Substrat größer ist als 1 MPa, bevorzugt größer ist als 10 MPa, besonders bevorzugt größer ist als 50 MPa.
  10. Beleuchtungseinrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Lichtkonversionselement eine Dicke von kleiner gleich 250 µm hat, bevorzugt kleiner gleich 170 µm, besonders bevorzugt kleiner gleich 115 µm, nochmal bevorzugter kleiner gleich 90 µm.
  11. Beleuchtungseinrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Substrat mindestens eine Keramik, mindestens ein Metall oder mindestens einen Keramik-Metall-Verbund umfasst, bevorzugt ein Metall, besonders bevorzugt Cu oder Al, und/oder eine Wärmeleitfähigkeit von größer 30 W/mK, vorzugsweise größer 100 W/mK, noch bevorzugter größer 150 W/mK, noch bevorzugter größer 350 W/mK aufweist.
  12. Beleuchtungseinrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Lichtkonversionselement ganz oder überwiegend aus einem oder mehreren Materialien der Zusammensetzungen (A1-yCy) 3B5O12 besteht, mit A aus einem oder mehreren der Elemente Y, Lu, Gd und mit B aus einem oder mehreren der Elemente Al, Ga und mit C aus einem oder mehreren optisch aktiver Elementen der Lanthanoide, vorzugsweise Ce.
  13. Beleuchtungseinrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Material des Lichtkonversionselements ganz oder teilweise eine Keramik ist.
  14. Beleuchtungseinrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Lichtkonversionselement einen ersten Anteil umfasst, welcher aus einem oder mehreren Materialien der Zusammensetzungen (A1-y Cy)3 B5 O12 besteht, mit A aus einem oder mehreren der Elemente Y, Lu, Gd und mit B aus einem oder mehreren der Elemente Al, Ga und mit C aus einem oder mehreren Elementen der Lanthanoide, vorzugsweise Ce, und wobei das Lichtkonversionselement einen zweiten Anteil umfasst, welcher aus einem Material mit höherer Wärmeleitfähigkeit besteht, vorzugsweise Al2O3, und wobei das Lichtkonversionselement vorzugsweise lediglich aus dem vorstehend genannten ersten und zweiten Anteil besteht.
  15. Beleuchtungseinrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Material des Lichtkonversionselements Poren oder andere lichtstreuend wirkende Einschlüsse oder Partikel enthält.
  16. Beleuchtungseinrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche gekennzeichnet durch: eine Dicke t des Lichtkonversionselements von kleiner oder gleich 90 µm und einen Streukoeffizienten s des Lichtkonversionselements, geltend für 600nm Wellenlänge, von 150cm-1<s<550cm-1 und eine Wärmeleitfähigkeit λ des Lichtkonversionselements, geltend für Raumtemperatur, von 5Wm-1K-1<λ<15Wm-1K-1 und einen Ce-Gehalt y des Lichtkonversionselements, von yeff>0,0125at%, bevorzugt 0,50at%> yeff >0,0125at%, besonders bevorzugt 0,20at%> yeff >0,0125at%.
  17. Beleuchtungseinrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche gekennzeichnet durch: eine Dicke t des Lichtkonversionselements von kleiner oder gleich 170µm und einen Streukoeffizient s des Lichtkonversionselements, geltend für 600nm Wellenlänge, von 150cm-1<s<550cm-1 und eine Farbtemperatur CCT > 5500K und einen Ce-Gehalt y des Lichtkonversionselements von yeff >0,025at%, bevorzugt 0,25at%> yeff >0,025at%, besonders bevorzugt 0,15at%> yeff >0,025at%.
  18. Beleuchtungseinrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche gekennzeichnet durch: eine Dicke t des Lichtkonversionselements von kleiner oder gleich 170 µm und einen Streukoeffizient s des Lichtkonversionselements, geltend für 600nm Wellenlänge, von 150cm-1<s<550cm-1 und eine Farbtemperatur 4000 < CCT < 5500K und einen Ce-Gehalt y des Lichtkonversionselements von yeff>0,025at%, bevorzugt 0,50at%>yeff>0,025at%, besonders bevorzugt 0,35at%> yeff>0,025at%.
  19. Lichtkonversionseinheit (200) gebildet durch oder umfassend: ein Lichtkonversionselement (1) mit einem Material, welches einen Anteil zumindest eines optisch aktiven Elements aus der Gruppe der Lanthanoide enthält, bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ce, Eu, Pr, Tb und Sm, wobei das Lichtkonversionselement eine Vorderseite, eine Rückseite und eine sich von der Vorderseite bis zur Rückseite erstreckende Dicke t aufweist, optional ein Substrat (3), welches unmittelbar oder mittelbar mit der Rückseite des Lichtkonversionselements (1) verbunden ist, und optional ein Verbinder (2), welcher zwischen dem Lichtkonversionselement (1) und dem Substrat (3) befindlich ist, wobei das Lichtkonversionselement (1) eingerichtet ist zur Bestrahlung auf seiner Vorderseite mit dem Primärlicht (I0) sowie zur diffusen Remission von Primärlicht (IREM), zur spekularen Reflexion von Primärlicht (IFRE) und zur Emission von Sekundärlicht (IEM) mit einer gegenüber dem Primärlicht veränderten Wellenlänge, und wobei die Lichtkonversionseinheit (200) eine spezifische diffuse Remission SDR = t-1 · IREM/ (I0-IFRE) aufweist, welche so gewählt ist, dass der von der Lichtkonversionseinheit (200) emittierte Lichtstrom am Bestrahlungsstärkelimit der Lichtkonversionseinheit bezüglich einer Variation des Anteils des zumindest einen optisch aktiven Elements von einem Maximum höchstens 4 mm-1, bevorzugt höchstens 3,5 mm-1, besonders bevorzugt höchstens 3 mm-1 entfernt ist.
  20. Verwendung einer Beleuchtungseinrichtung (100) oder einer Lichtkonversionseinheit (200) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Lichtkonversionseinheit betrieben wird in einem Abstand zum Bestrahlungsstärkelimit der Lichtkonversionseinheit, welcher geringer ist als 50 Prozent, vorzugsweise geringer ist als 30 Prozent, besonders bevorzugt geringer ist als 10 Prozent und/oder wobei die Lichtkonversionseinheit (200) betrieben wird in einem Abstand zum Bestrahlungsstärkelimit der Lichtkonversionseinheit, welcher größer ist als 5 Prozent, vorzugsweise größer ist als 10 Prozent, besonders bevorzugt größer ist als 15 Prozent.
  21. Verfahren zur Bestimmung der spezifischen diffusen Remission SDR einer Lichtkonversionseinheit (200) mit einem Lichtkonversionselement (1) und optional einem Substrat (3) und optional einem Verbinder (2), wobei das Verfahren umfasst: Bestrahlen der Vorderseite des Lichtkonversionselements mit Primärlicht (I0), wobei die Bestrahlungsstärke des Primärlichts insbesondere so klein gewählt ist, dass bei einer Variation der Bestrahlungsstärke der von der Lichtkonversionseinheit (200) emittierte Lichtstrom streng linear mit der Bestrahlungsstärke zunimmt, Messen der diffusen Remission von Primärlicht (IREM) und der spekularen Reflexion von Primärlicht (IFRE) , Messen oder Bestimmen der Dicke t des Lichtkonversionselements, Berechnen der spezifischen diffusen Remission gemäß der Formel SDR = t-1 · IREM/ (I0-IFRE) .
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