DE112013001620T5

DE112013001620T5 - Keramische Wellenlängenumsetzungsplatten und Lichtquellen mit denselben

Info

Publication number: DE112013001620T5
Application number: DE112013001620.6T
Authority: DE
Inventors: Nathan M. Zink; Madis Raukas; Yi Zheng; Alan L. Lenef; Matthew A. Stough
Original assignee: Osram Sylvania Inc
Current assignee: Osram Sylvania Inc
Priority date: 2012-03-22
Filing date: 2013-03-14
Publication date: 2014-12-04
Also published as: CN104205373A; US8931922B2; WO2013142276A1; CN104205373B; US20130250544A1

Abstract

Eine Wellenlängenumsetzungsplatte wird hier beschrieben. Die Wellenlängenumsetzungsplatte kann einen Umsetzer aus einem ersten Keramikmaterial und einen Reflektor aus einem zweiten Keramikmaterial umfassen. Das erste Keramikmaterial setzt das von einer Lichtquelle wie z. B. einer Leuchtdiode (LED) emittierte Primärlicht in Sekundärlicht um und das zweite Keramikmaterial reflektiert das vom Umsetzer emittierte Sekundärlicht. Vorzugsweise ist der Umsetzer in den Reflektor eingelegt, so dass der Reflektor eine Außenkante des Umsetzers umgibt. Eine solche Konfiguration weist einen Vorteil der Verringerung von ungewollten Seitenemissionen vom Umsetzer auf.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der Patentanmeldung der Vereinigten Staaten Nr. 13/427 538, eingereicht am 22. März 2012, und mit dem Titel ”CERAMIC WAVELENGTH-CONVERSION PLATES AND LIGHT SOURCES INCLUDING THE SAME”, deren gesamter Inhalt hiermit durch Bezugnahme mit aufgenommen ist.
GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf Halbleiter-Lichtquellen wie z. B. Leuchtdioden (LED) und insbesondere auf LED-Lichtquellen mit einer oder mehreren keramischen Wellenlängenumsetzungsplatten.
HINTERGRUND
LED-Chips können sichtbares oder nicht sichtbares Licht in einem spezifischen Bereich des Lichtspektrums erzeugen. Das aus der LED ausgegebene Licht kann beispielsweise Licht im blauen, roten, grünen, nicht sichtbaren Ultraviolett-(UV) und/oder nahen UV-Spektralbreich in Abhängigkeit von der Materialzusammensetzung der LED sein. Wenn es erwünscht ist, eine LED-Lichtquelle zu konstruieren, die eine von der Ausgangsfarbe der LED verschiedene Farbe erzeugt, es ist bekannt, Licht, das aus der LED ausgegeben wird, mit einer ersten Wellenlänge oder einem ersten Wellenlängenbereich (das ”Primärlicht” oder ”Anregungslicht”) in Licht mit einer zweiten Wellenlänge oder einem zweiten Wellenlängenbereich (das ”Sekundärlicht” oder ”Emissionslicht”) unter Verwendung von Photolumineszenz umzusetzen.
Die Photolumineszenz beinhaltet im Allgemeinen das Absorbieren von Primärlicht mit höherer Energie mit einem Wellenlängenumsetzungsmaterial wie z. B. einem Leuchtstoff oder Gemisch von Leuchtstoffen. Die Absorption des Primärlichts kann das Wellenlängenumsetzungsmaterial in einen höheren Energiezustand anregen. Wenn das Wellenlängenumsetzungsmaterial in einen niedrigeren Energiezustand zurückkehrt, emittiert es Sekundärlicht im Allgemeinen mit einer anderen Wellenlänge/einem anderen Wellenlängenbereich als das Primärlicht. Die Wellenlänge/der Wellenlängenbereich des Sekundärlichts kann vom Typ von verwendetem Wellenlängenumsetzungsmaterial abhängen. An sich kann Sekundärlicht mit einer gewünschten Wellenlänge/einem gewünschten Wellenlängenbereich durch zweckmäßige Auswahl des Wellenlängenumsetzungsmaterials erreicht werden. Dieser Prozess kann als ”Wellenlängenabwärtsumsetzung” verstanden werden und eine LED, die mit einer Wellenlängenumsetzungsstruktur kombiniert ist, die ein Wellenlängenumsetzungsmaterial wie z. B. einen Leuchtstoff umfasst, um Sekundärlicht zu erzeugen, kann als ”LED mit Leuchtstoffumsetzung” oder ”LED mit Wellenlängenumsetzung” beschrieben werden.
In einer bekannten Konfiguration wird ein LED-Chip wie z. B. ein III-Nitrid-Chip in einem Reflektorkelchbaustein und einem Volumen positioniert und eine konforme Schicht oder ein Dünnfilm aus oder mit einem Wellenlängenumsetzungsmaterial wird direkt auf der Oberfläche des Chips abgeschieden. In einer anderen bekannten Konfiguration kann das Wellenlängenumsetzungsmaterial in einer festen, selbsttragenden flachen Struktur wie z. B. einer Keramikplatte, einer Einkristallplatte oder Dünnfilmstruktur vorgesehen sein. Eine solche Platte kann hier als ”Wellenlängenumsetzungsplatte” bezeichnet werden. Die Platte kann direkt an der LED z. B. durch Waferbonden, Sintern, Kleben usw. befestigt werden. Die Konfiguration kann als ”Chipebenenumsetzung” oder ”CLC” verstanden werden. Alternativ kann die Platte entfernt von der LED durch ein Zwischenelement positioniert werden. Eine solche Konfiguration kann als ”entfernte Umsetzung” verstanden werden.
In Abhängigkeit vom gewünschten Fernfeldmuster des aus irgendeiner Konfiguration eines Chips plus Umsetzer ausgegebenen Lichts kann ein Nachteil, der mit Wellenlängenumsetzungsplatten verbunden ist, darin bestehen, dass eine bestimmte Menge an Licht durch die Seiten des Umsetzers während des Umsetzungsprozesses entweichen kann (Seitenemission). Die Seitenemission kann zu einer verringerten Wirksamkeit und/oder einer inhomogenen Lichtverteilung in Bezug auf den Winkel führen. Die während irgendeines Umsetzungsprozesses erzeugte Wärme kann auch die Wirksamkeit des Systems verringern, insbesondere in Fällen, in denen eine Wellenlängenumsetzungsplatte in Anwendungen mit hoher Helligkeit/Leistung verwendet wird.
In einigen Anwendungen wurde das Seitenemissionsproblem durch Gießen einer Keramik in einer Silikonschicht um die Seiten der Umsetzungsplatte angegangen. Ein Gussstück von TiO₂ in Silikon kann beispielsweise durch Mischen von TiO₂-Pulver in Silikon und dann Anordnen des resultierenden Materials um einen LED-Chip und eine Wellenlängenumsetzungsplatte ausgebildet werden. Das Silikon im Gussmaterial kann dann gehärtet werden, um eine feste Reflexionsschicht um die Emissionsoberfläche der Wellenlängenumsetzungsplatte zu erzeugen. Folglich kann nur die obere Oberfläche der Wellenlängenumsetzungsplatte zur Emission von Licht freigelegt sein. Licht, das zur Seite des Umsetzungsmaterials emittiert wird, wird durch das Reflexionsmaterial reflektiert.
Obwohl diese Lösung die Seitenemission wirksam angehen kann, erfordert sie, dass Schichten von Keramik in Silikon individuell um die Wellenlängenumsetzungsplatte gegossen werden, die in jedem Lampenbaustein verwendet wird. Dies kann zur Komplexität des Lampenherstellungsprozesses beitragen.
Außerdem kann das Material der Keramik in Silikon während des Gießens überfüllt werden, was verursacht, dass es einen Abschnitt der oberen Oberfläche der Wellenlängenumsetzungsplatte bedeckt und potentiell die Lichtausgabe verringert. Das Material der Keramik in Silikon kann dagegen während des Gießens unterfüllt werden, wobei Bereiche belassen werden, in denen die Seitenemission von der Wellenlängenumsetzungsplatte immer noch möglich ist.
Zusätzlich zu den vorstehend erwähnten optischen Problemen kann die Verwendung von Materialien einer Keramik in Silikon auch dem thermischen Management eines Systems, in das es integriert ist, Begrenzungen auferlegen. In Systemen, in denen eine signifikante Menge an Wärme erzeugt wird (z. B. Anwendungen mit hoher Leistung/Helligkeit), kann beispielsweise ein thermischer Durchbruch des Silikons (oder eines anderen organischen Materials) in der Reflexionsschicht auftreten. Da das Silikon (oder ein anderes organisches Material) im Gussstück eine niedrige Wärmeleitfähigkeit aufweist, kann es überdies nicht ausreichend Wärme vom LED-Baustein und/oder von der Wellenlängenumsetzungsplatte weg leiten können, was zu einer Überhitzung führen kann.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Auf die folgende ausführliche Beschreibung sollte Bezug genommen werden, die in Verbindung mit den folgenden Figuren gelesen werden sollte, in denen gleiche Zeichen gleiche Teile darstellen:
1A bis 1C stellen schematisch im Querschnitt beispielhafte Wellenlängenumsetzungsplatten dar, die mit der vorliegenden Offenbarung konsistent sind;
2 stellt schematisch eine Draufsicht einer beispielhaften Wellenlängenumsetzungsplatte mit mehreren Umsetzern dar, die mit der vorliegenden Offenbarung konsistent ist.
3A bis 3C stellen schematisch Draufsichten von zusätzlichen beispielhaften Wellenlängenumsetzungsplatten gemäß der vorliegenden Offenbarung dar.
4A und 4B stellen schematisch im Querschnitt beispielhafte Vorrichtungen dar, die eine Wellenlängenumsetzungsplatte umfassen, die mit der vorliegenden Offenbarung konsistent ist; und
5 stellt schematisch ein durch Licht aktiviertes entferntes Leuchtstoffsystem mit einer Wellenlängenumsetzungsplatte, die mit der vorliegenden Offenbarung konsistent ist, dar.
Für ein gründliches Verständnis der vorliegenden Offenbarung sollte auf die folgende ausführliche Beschreibung, einschließlich der beigefügten Ansprüche, in Verbindung mit den vorstehend beschriebenen Zeichnungen Bezug genommen werden. Obwohl die vorliegende Offenbarung in Verbindung mit beispielhaften Ausführungsformen beschrieben wird, soll die Offenbarung nicht auf die hier dargelegten spezifischen Formen begrenzt sein. Selbstverständlich werden viele Auslassungen und Substitutionen von Äquivalenten in Erwägung gezogen, wie es die Umstände nahelegen oder zweckmäßig machen können. Selbstverständlich dient auch die hier verwendete Ausdrucksweise und Terminologie für den Zweck der Beschreibung und sollte nicht als Begrenzung betrachtet werden, außer wenn ansonsten ausdrücklich angegeben.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Wie hier verwendet, bedeutet der Begriff ”etwa”, wenn er in Verbindung mit einem Zahlenwert oder Zahlenbereich verwendet wird, +/– 5 des angeführten Zahlenwerts oder Zahlenbereichs.
Von Zeit zu Zeit können ein oder mehrere Aspekte der vorliegenden Offenbarung unter Verwendung eines Zahlenbereichs beschrieben werden. Wenn hier nicht anders angegeben, sollte irgendein angeführter Bereich als irgendwelche iterativen Werte zwischen angegebenen Endpunkten umfassend interpretiert werden, als ob solche iterativen Werte ausdrücklich angeführt wären. Solche Bereiche sollten auch als beliebige und alle Bereiche umfassend interpretiert werden, die in oder zwischen solche iterativen Werte und/oder angeführten Endpunkte fallen, als ob solche Bereiche ausdrücklich hier angeführt wären.
Bezugnahmen auf die Farbe eines Leuchtstoffs, einer LED oder eines Umsetzungsmaterials beziehen sich im Allgemeinen auf seine Emissionsfarbe, wenn nicht anders angegeben. Folglich emittiert eine blaue LED blaues Licht, ein gelber Leuchtstoff emittiert gelbes Licht und so weiter.
Ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung bezieht sich auf Wellenlängenumsetzungsplatten, die ein keramisches Umsetzungsmaterial und ein keramisches Reflexionsmaterial umfassen. Wie nachstehend im Einzelnen erörtert wird, können solche Wellenlängenumsetzungsplatten einen oder mehrere Vorteile gegenüber existierenden Wellenlängenumsetzungsplatten schaffen, die Keramik in Silikon (oder einem anderen organischen Material) als Reflexionsmaterial verwenden, um die Seitenemission anzugehen.
In dieser Hinsicht wird auf 1A bis 1C Bezug genommen, die nicht begrenzende Beispiele von Wellenlängenumsetzungsplatten gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellen. Wie in jeder Figur gezeigt, umfasst eine Wellenlängenumsetzungsplatte 100 einen Umsetzer 101 und einen Reflektor 102.
Der Umsetzer 101 kann aus irgendeinem Keramikmaterial bestehen, das in der Lage ist, Primärlicht in Sekundärlicht umzusetzen (nachstehend als ”Umsetzungsmaterial” bezeichnet). Insbesondere kann der Umsetzer 101 ein oder mehrere Umsetzungsmaterialien zum Erreichen einer gewünschten Wellenlängenumsetzung umfassen, einschließlich, jedoch nicht begrenzt auf gelben Leuchtstoff, grünen Leuchtstoff, roten Leuchtstoff und/oder Kombinationen davon. Nicht begrenzende Beispiele von Umsetzungsmaterialien umfassen Oxyfluorate, Nitride (einschließlich Oxynitrid-Leuchtstoffen) und Oxid-Leuchtstoffe (beispielsweise Aluminatgranate, Silikate usw.), einschließlich jener, die Cer, Gadolinium, Gallium, Scandium, Europium und/oder andere Elemente enthalten. In einigen Ausführungsformen sind die Umsetzungsmaterialien aus durch Cer aktivierten Yttriumaluminiumgranaten (YAG:Ce), durch Cer aktivierten Yttriumgadoliniumaluminiumgranaten (YGdAG:Ce), durch Cer aktivierten Lutetiumaluminiumgranaten (LuAG:Ce), durch Cer aktivierten Lutetiumgalliumaluminiumgranaten (LuGAG:Ce), durch Europium oder Cer aktiviertem Erdalkali-(AE)Siliziumoxynitrid (AE-SiON:Eu, wobei AE mindestens ein Element bezeichnet, das aus Ba, Sr und Ca ausgewählt ist), durch Europium oder Cer aktiviertem Metall-SiAlON (M-SiAlON, wobei M aus Alkaliionen, Seltenerdionen, Erdalkaliionen, Y, Sc und Kombinationen davon ausgewählt ist) und dergleichen ausgewählt. Dotierungselemente wie z. B. Cer oder Europium können als ”Aktivatoren” des Umsetzungsmaterials verstanden werden (d. h. die Elemente, die weitgehend für die Lichtabsorption und Lichtemission im Umsetzungsmaterial verantwortlich sind) und werden in dieser Anmeldung als solche bezeichnet. In einer nicht begrenzenden Ausführungsform ist der Umsetzer 101 aus (Y_2,94Ce_0,06)A₁₅O₁₂, (Y_2,94Ce_0,006Gd_0,45)Al₅O₁₂, (Lu_2,97Ce_0,03)Al₅O₁₂, Kombinationen davon und dergleichen ausgewählt. Solche Materialien können in einer gewünschten Verteilung und/oder einem gewünschten Muster innerhalb des Umsetzers 101 angeordnet sein.
In nicht begrenzenden bevorzugten Ausführungsformen ist der Umsetzer 101 vollständig aus Keramikmaterial ausgebildet, d. h. der Umsetzer 101 umfasst keine Nicht-Keramik-Materialien. Mit anderen Worten, der Umsetzer 101 kann aus Keramikmaterial bestehen oder im Wesentlichen bestehen, wie z. B. aus den vorher identifizierten Keramikmaterialien, ist jedoch nicht darauf begrenzt.
Der Reflektor 102 kann aus irgendeinem Keramikmaterial mit geeigneten optischen und/oder thermischen Eigenschaften bestehen, wie z. B. hohem Reflexionsgrad (insbesondere für Sekundärlicht), erwünschter Wärmeleitfähigkeit und/oder Hochtemperaturbeständigkeit. Der Bequemlichkeit halber werden solche Materialien hier als ”Reflexionsmaterialien” bezeichnet. Nicht begrenzende Beispiele von Reflexionsmaterialien, die verwendet werden können, um den Reflektor 102 auszubilden, umfassen Keramiken wie z. B. Aluminiumoxid (Al₂O₃), Yttrium, Lutetium und andere Aluminiumgranate (YAG, LuAG usw.), Titandioxid (TiO₂), Bariumaluminat (BaAl₂O₄), Yttriumoxid (Y₂O₃), Zirkonoxid (ZrO₂), Aluminiumnitrid (AlN), Kombinationen davon und dergleichen. In einigen Ausführungsformen ist das Reflexionsmaterial Al₂O₃.
Die Reflexionsmaterialien können, wenn sie gesintert werden, einen Reflexionsgrad im Bereich von größer als oder gleich etwa 80%, wie z. B. größer als oder gleich etwa 85%, größer als oder gleich etwa 90%, größer als oder gleich 95% oder sogar größer als oder gleich 99% aufweisen. Vorzugsweise weist der Reflektor 102 einen Reflexionsgrad innerhalb der vorstehend erwähnten Werte/Bereiche für das vom Umsetzer 101 emittierte Sekundärlicht auf. In einigen Ausführungsformen ist der Reflektor 102 vollständig oder teilweise aus Materialien ausgebildet, die für Primärlicht durchlässig sind, aber die für Sekundärlicht reflektierend sind. Solche Materialien können verwendet werden, um ein dichroitisches Filter zu bilden, in dem ein schmaler Bereich von Wellenlängen eine Grenze zwischen dem Durchlass darüber und der Reflexion darunter oder umgekehrt definiert.
In nicht begrenzenden bevorzugten Ausführungsformen ist der Reflektor 102 vollständig aus Keramikmaterial ausgebildet, d. h. der Reflektor 102 umfasst keine Nicht-Keramik-Materialien. Mit anderen Worten, der Reflektor 102 kann aus Keramikmaterial bestehen oder im Wesentlichen bestehen, wie z. B. den vorher identifizierten Keramikmaterialien, ist jedoch nicht darauf begrenzt.
1A stellt eine beispielhafte Konfiguration einer Wellenlängenumsetzungsplatte 100 dar, in der der Umsetzer 101 in einem Durchgangsloch 103 im Reflektor 102 angeordnet ist. Obwohl das Durchgangsloch 103 als mit einem Plättchen (z. B. im Wesentlichen kreisförmige Form) dargestellt ist, sollte verständlich sein, dass das Durchgangsloch 103 irgendeine geometrische oder unregelmäßige Form aufweisen kann. Das Durchgangsloch 103 kann beispielsweise in Form eines Kreises, eines Ovals, eines Quadrats, eines Rechtecks, eines Dreiecks usw. vorliegen. In einigen Ausführungsformen weist das Durchgangsloch 103 eine Größe und Form auf, die im Wesentlichen der Größe und Form eines LED-Bausteins entsprechen, mit dem die Wellenlängenumsetzungsplatte 100 verwendet werden kann. Der Umsetzer 101 ist mit dem Reflektor 102 zumindest teilweise durch seine Wechselwirkung mit der Oberfläche des Durchgangslochs 103 gekoppelt, die die Grenzfläche zwischen dem Umsetzer 101 und dem Reflektor 102 bildet. Wie in 1A gezeigt, liegt der Reflektor 102 vorzugsweise am Umsetzer 101 über die Gesamtheit der Grenzfläche zwischen dem Reflektor 102 und dem Umsetzer 101 an.
Der Umsetzer 101 kann bearbeitet oder anderweitig konfiguriert sein, so dass er in das Durchgangsloch 103 passt. In solchen Ausführungsformen kann die Position des Umsetzers 101 innerhalb des Durchgangslochs 103 durch mechanische Kompression zwischen den Kanten des Umsetzers 101 und benachbarten Abschnitten des Reflektors 102 aufrechterhalten werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Position des Umsetzers 101 durch eine physikalische und/oder chemische Bindung zwischen den Kanten des Umsetzers 101 und benachbarten Abschnitten des Reflektors 102 aufrechterhalten werden.
Obwohl nicht erforderlich, kann eine Schicht eines Klebe- oder anderen Bindemittels auch verwendet werden, um die Position des Umsetzers 101 innerhalb des Durchgangslochs 103 aufrechtzuerhalten. Vorzugsweise wird kein solches Klebe- oder Bindemittel verwendet. Wenn es jedoch verwendet wird, kann ein solches Klebe- oder Bindemittel mehr als oder gleich 80%, etwa 85%, etwa 90% oder sogar etwa 95% des Primär- und/oder Sekundärlichts im System durchlassen. Alternativ oder zusätzlich kann ein solches Klebe- oder Bindemittel mehr als oder gleich etwa 80%, etwa 85%, etwa 90% oder sogar etwa 95% des Primär- und/oder Sekundärlichts im System reflektieren. Das Klebe- oder Bindemittel kann, wenn es verwendet wird, überdies so ausgewählt werden, dass es eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist. In solchen Ausführungsformen können alle oder ein Teil der inneren Kanten des Durchgangslochs 103 mit den äußeren Kanten des Umsetzers 101 in direktem Kontakt stehen.
1B stellt eine alternative beispielhafte Konfiguration einer Wellenlängenumsetzungsplatte gemäß der vorliegenden Offenbarung dar. In diesem Fall umfasst der Reflektor 102 eine Aussparung 104 in einer Oberfläche davon. In einigen Ausführungsformen kann die Aussparung 104 ein Bereich des Reflektors 102 sein, der eine Dicke aufweist, die geringer ist als die maximale Dicke des Reflektors 102. Ein Bereich mit verringerter Dicke ist jedoch nicht erforderlich. Die Aussparung 104 kann beispielsweise durch Laminieren oder anderweitiges Koppeln des Reflektors 102, der ein Durchgangsloch enthält, mit einem anderen Material ausgebildet werden. In jedem Fall kann die Aussparung 104 unter Verwendung einer breiten Vielfalt von Prozessen wie z. B. Stanzen, Einprägen, Prägen, Ätzen, Abreiben, Schneiden usw. eines rohen Gegentandes und/oder Vorläufers, der das Reflexionsmaterial enthält, vor der Verschmelzung des Gegenstandes/Vorläufers z. B. durch Sintern oder einen anderen thermischen Prozess ausgebildet werden.
Die Aussparung 104 ist in 1B als mit einem im Allgemeinen u-förmigen Querschnitt gezeigt. Selbstverständlich kann die Aussparung 104 eine beliebige gewünschte Form oder Konfiguration aufweisen. Die Aussparung 104 kann beispielsweise eine rechteckige, kreisförmige, ovale, längliche, dreieckige, trapezförmige, fünfeckige und/oder unregelmäßige Form aufweisen. In einigen Ausführungsformen ist die Aussparung 104 bemessen und geformt, so dass sie im Wesentlichen der Größe und Form eines LED-Bausteins entspricht, mit dem die Wellenlängenumsetzungsplatte verwendet werden kann. Wie in 1B gezeigt, ist die Aussparung 104 ein rechteckiger Quader, wobei die Oberflächen der Seiten und der Unterseite die Grenzfläche mit dem Umsetzer 101 bilden.
Wie das Umsetzungsmaterial in 1A kann der Umsetzer 101 in 1B bearbeitet oder anderweitig konfiguriert sein, so dass er in die Aussparung 104 des Reflektors 102 passt, z. B. als Einlage. In solchen Fällen kann die Position des Umsetzers 101 innerhalb der Aussparung 104 durch mechanische Kompression zwischen den Kanten des Umsetzers 101 und Abschnitten des Reflektors 102, die Wände 105 der Aussparung 104 bilden, aufrechterhalten werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Position des Umsetzers 101 innerhalb der Aussparung 104 durch eine physikalische und/oder chemische Bindung zwischen dem Umsetzer 101 und benachbarten Abschnitten des Reflektors 102 aufrechterhalten werden.
Wie in der in 1A gezeigten Ausführungsform kann eine Schicht aus Klebe- oder Bindemittel auch verwendet werden, um die Position des Umsetzers 101 innerhalb der Aussparung 104 aufrechtzuerhalten, obwohl die Verwendung eines solchen Mittels nicht erforderlich ist. Vorzugsweise wird kein solches Klebe- oder Bindemittel verwendet. Wenn es jedoch verwendet wird, kann ein solches Klebe- oder Bindemittel eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisen und kann mehr als oder gleich 80%, etwa 85%, etwa 90% oder sogar etwa 95% des Primärlichts und/oder Sekundärlichts durchlassen. Alternativ oder zusätzlich kann ein solches Klebe- oder Bindemittel mehr als oder gleich etwa 80%, etwa 85%, etwa 90% oder sogar etwa 95% des Primär- und/oder Sekundärlichts im System reflektieren. In solchen Ausführungsformen können alle oder ein Teil der inneren Oberflächen der Wände der Aussparung 104 mit entsprechenden Außenkanten des Umsetzers 101 in direktem Kontakt stehen.
Die Aussparung 104 in 1B wurde vorstehend als vollständig durch einen einzelnen Reflektor 102 begrenzt erörtert und dargestellt. Selbstverständlich können jedoch verschiedene Materialien verwendet werden, um den unteren Abschnitt oder eine Seite der Aussparung 104 auszubilden. Wie in 1C gezeigt, kann der Reflektor 102 beispielsweise in zwei Teile 102' und 102'' unterteilt sein. Ein erstes Keramikmaterial kann im oberen Teil 102' verwendet werden, um die Seiten der Aussparung 104 zu bilden, und ein zweites Keramikmaterial kann im unteren Teil 102'' verwendet werden, um den unteren Abschnitt der Aussparung 104 zu bilden. Das erste und das zweite Keramikmaterial können gleich oder verschieden sein. Das erste Material kann beispielsweise ein oder mehrere Reflexionsmaterialien wie z. B. die vorstehend in Verbindung mit dem Reflexionsmaterial 102 erörterten Keramiken umfassen, wohingegen das zweite Material ein anderes Keramikmaterial umfassen kann.
In einigen Ausführungsformen kann daher eine Aussparung durch Stanzen (oder Bohren) eines Durchgangslochs in einem oberen Reflektorteil 102' und Laminieren des gestanzten Reflexionsmaterials an eine andere Materialschicht, die den unteren Reflektorteil 102'' bildet, ausgebildet werden. In solchen Ausführungsformen wäre die Aussparung 104 durch die Seiten des Durchgangslochs im oberen Reflektorteil 102' und eine Oberfläche der anderen Materialschicht, die den unteren Reflektorteil 102'' bildet, begrenzt. Die andere Materialschicht kann ein Keramikmaterial umfassen, das dasselbe wie oder vom Keramikmaterial, das zum Ausbilden des oberen Reflektorteils 102' verwendet wird, verschieden ist. Alternativ oder zusätzlich kann die andere Materialschicht des unteren Reflektorteils 102'' durch eine oder mehrere Schichten aus metallischen und/oder dielektrischen Materialien ausgebildet sein.
In jedem Fall kann das Material, das den unteren Reflektorteil 102'' bildet, dazu konfiguriert sein, Primärlicht (z. B. von einer LED emittiert) durchzulassen und Sekundärlicht, das vom Umsetzer 101 emittiert wird, zu reflektieren. Das heißt, der untere Reflektorteil 102'' kann dazu konfiguriert sein, mehr als etwa 80% des einfallenden Primärlichts (wie z. B. mehr als oder gleich etwa 85%, etwa 90%, etwa 95%, etwa 99% oder sogar 100% des einfallenden Primärlichts) durchzulassen, während er mehr als oder gleich etwa 80% des Sekundärlichts, das vom Umsetzer 101 emittiert wird (wie z. B. mehr als oder gleich etwa 85%, etwa 90%, etwa 95%, etwa 99% oder sogar etwa 100% des Sekundärlichts), reflektiert. In dieser Hinsicht kann ein Abschnitt des unteren Reflektorteils 102'' als dichroitisches Filter, als Dünnfilmfilter, als Dünnfilmmetallreflektor, als Interferenzfilter und dergleichen konfiguriert sein.
Obwohl sich die obige Offenbarung auf Wellenlängenumsetzungsplatten konzentriert hat, die ein einzelnes Umsetzungsmaterial umfassen, können mehrere Umsetzungsmaterialien verwendet werden. In dieser Hinsicht wird auf 2 Bezug genommen, die eine beispielhafte Wellenlängenumsetzungsplatte 200 darstellt, die mehrere Umsetzer 201, 201', 201'' umfasst, die in Durchgangslöchern/Aussparungen 203, 203', 203'' im Reflexionsmaterial 202 angeordnet sind. In jedem Fall umgibt der Reflektor 202 die Außenkanten der Umsetzer 201, 201', 201''. Die Umsetzungsmaterialien 201, 201', 201'' können aus demselben oder einem unterschiedlichen Keramikmaterial ausgebildet sein, wie z. B. den vorstehend in Bezug auf den Umsetzer 101 angegebenen beispielhaften Keramiken. In einigen Ausführungsformen sind die Umsetzungsmaterialien 201, 201', 201'' aus verschiedenen Materialien ausgebildet, die Sekundärlicht in verschiedenen Bereichen des elektromagnetischen Spektrums emittieren. Die Umsetzungsmaterialien 201, 201' und 201'' können beispielsweise dazu konfiguriert sein, Sekundärlicht im weißen (z. B. YGdAG:Ce), grünen (LuAG:Ce) bzw. gelben (YAG:Ce) Bereich des sichtbaren Spektrums zu emittieren. Ebenso kann der Reflektor 202 eines oder mehrere der vorstehend in Bezug auf den Reflektor 102 angegebenen Keramikmaterialien umfassen. In einigen Ausführungsformen ist der Reflektor 202 YAG.
Wie erkannt werden kann, kann die Wellenlängenumsetzungsplatte 200 als Farbrad in einem Lichtmotor wie z. B. einem LED-Lichtmotor verwendet werden. Wie hier verwendet, bedeutet der Begriff LED-Lichtmotor einen Satz von LED-Chips, die auf einem gemeinsamen Substrat montiert sind, um eine einheitliche Lichtquelle zu bilden. Das heißt, er kann verwendet werden, um eine ausgewählte Umsetzung von Primärlicht in Sekundärlicht mit einer gewünschten Wellenlänge z. B. durch Drehen der Platte derart, dass das Primärlicht auf einen oder mehrere der Umsetzer 201, 201' und/oder 201'' einfällt, vorzusehen.
3A–3C stellen zusätzliche beispielhafte Wellenlängenumsetzungsplatten gemäß der vorliegenden Offenbarung dar. Wie in jeder dieser Figuren gezeigt, können die Wellenlängenumsetzungsplatten 300 mehrere Bereiche von Umsetzungsmaterial umfassen. Der Deutlichkeit halber sind solche Bereiche in 3A–3C als Bereich 301, 301', 301'', 301''' usw. bezeichnet. Wie weiter dargestellt, kann jeder Bereich ein Umsetzungsmaterial enthalten, das vom gleichen oder anderen Typ wie ein benachbarter Bereich ist und das dieselbe oder eine andere Aktivatorkonzentration wie ein benachbarter Bereich aufweisen kann. In 3A ist beispielsweise der Bereich 301 YAG:Ce, das 2 Atom-% Ce als Aktivator enthält, der Bereich 301' ist YAG:Ce, das 1,5 Atom-% Ce als Aktivator enthält, der Bereich 301'' ist YAG:Ce, das 1,0 Atom-% Ce als Aktivator enthält, und der Bereich 301''' ist YAG:Ce, das 0,5 Atom-% Ce als Aktivator enthält. 3B stellt eine Wellenlängenumsetzungsplatte dar, in der der Bereich 301 LuAG:Ce, das 1,0 Atom-% Ce als Aktivator enthält, ist, der Bereich 301' YAG:Ce ist, das 1,0 Atom-% Ce als Aktivator enthält, der Bereich 301'' LuAG:Ce ist, das 0,5 Atom-% Ce als Aktivator enthält, und der Bereich 301''' YAG:Ce ist, das 0,5 Atom-% Ce als Aktivator enthält. Und in 3C ist der Bereich 301 LuAG:Ce, das 1,0 Atom-% Ce als Aktivator enthält, und der Bereich 301' ist YAG:Ce, das 1,0 Atom-% Ce als Aktivator enthält. In jeder von 3A–3C können die Bereiche des Umsetzungsmaterials von einem Reflexionsmaterial 302 umgeben sein, das zur Erläuterung als Al₂O₃ gezeigt ist.
Wie aus 3A–3C zu erkennen ist, können die Wellenlängenumsetzungsplatten der vorliegenden Offenbarung einen Umsetzer umfassen, in dem die Zusammensetzung von einem oder mehreren Keramikmaterialien relativ zu einer festgelegten Position in der Umsetzerplatte variiert. Die hier beschriebenen Umsetzerplatten können beispielsweise derart ausgebildet sein, dass die Zusammensetzung des keramischen Umsetzungsmaterials sich periodisch oder allmählich hinsichtlich der Aktivatorkonzentration, des Aktivatortyps und/oder in anderen chemischen (elementaren) Bestandteilen über einen definierten Bereich ändert. Wie in 3A gezeigt, kann die Aktivatorkonzentration in einem keramischen Umsetzungsmaterial allmählich vom Zentrum des Umsetzers abnehmen oder umgekehrt. Mit anderen Worten, ein Gradient der Umsetzungsmaterialkonzentration kann relativ zum Zentrum der Wellenlängenumsetzungsplatte 300 festgelegt werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Art des Umsetzungsmaterials mit dem Ort variieren, wie in 3B und 3C gezeigt.
Obwohl 3A–3C Ausführungsformen darstellen, in denen Bereiche des Umsetzungsmaterials die Form von konzentrischen Ringen oder Zylindern mit mehr oder weniger derselben Breite annehmen, sind andere Konfigurationen auch möglich. Die Bereiche 301, 301' usw. können beispielsweise so konfiguriert sein, dass sie dieselbe oder eine andere Breite wie ein benachbarter Bereich aufweisen. Wellenlängenumsetzungsplatten mit weniger oder mehr Bereichen von Umsetzungsmaterial als die in 3A–3C dargestellten sind auch möglich. Tatsächlich werden Wellenlängenumsetzungsplatten mit etwa 1 bis etwa 100 Bereichen, wie z. B. etwa 2 bis etwa 50, etwa 2 bis etwa 20, etwa 2 bis etwa 10 oder sogar etwa 2 bis etwa 5 Bereichen von Umsetzungsmaterial, von der vorliegenden Offenbarung in Erwägung gezogen.
Ebenso sollten die in 3A–3C angegebenen Aktivatorkonzentrationen nur beispielhaft betrachtet werden. Die Konzentration jedes Bereichs kann zugeschnitten werden, z. B. um ein gewünschtes Umsetzungsniveau zu schaffen und/oder andere erwünschte Eigenschaften zu schaffen, wie z. B. Spektralfarbe, Niveau an Lichtstreuung und dergleichen. In einigen Ausführungsformen kann die Aktivatorkonzentration im Bereich von mehr als 0 bis etwa 5 Atom-% oder mehr, wie z. B. mehr als 0 bis etwa 2,5 Atom-%, etwa 0,5 bis etwa 2 Atom-% oder sogar etwa 0,5 bis etwa 1 Atom-%, liegen.
Außerdem sollten die in 3A–3C identifizierten Materialien nur beispielhaft betrachtet werden. Die Bereiche 301, 301' usw. können aus irgendeinem der hier angegebenen Umsetzungsmaterialien hergestellt werden, einschließlich jener, die vorstehend für das Umsetzungsmaterial 101 angegeben sind. Ebenso kann das Reflexionsmaterial 302 aus irgendeinem der hier beschriebenen Reflexionsmaterialien ausgebildet sein, einschließlich der vorstehend für das Reflexionsmaterial angegebenen.
Wie aus dem Obigen zu erkennen ist, zieht die vorliegende Offenbarung Wellenlängenumsetzungsplatten in Betracht, die den Bedarf am Einbetten der Umsetzerplatte in reflektierendes Silikon beseitigen. Da die Keramiken, die im Reflexionsmaterial verwendet werden, sehr wärmeleitfähig und zersetzungsbeständig sein können, können die hier beschriebenen Wellenlängenumsetzungsplatten für Anwendungen mit hoher Helligkeit/Leistung geeignet sein, die unter Verwendung von Silikonreflektoren nicht möglich sein können. Überdies kann der in den hier beschriebenen Wellenlängenumsetzungsplatten verwendete Reflektor eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisen, die das thermische Management durch Vorsehen von alternativen Mechanismen für das Ableiten von Wärme verbessern kann.
In Fällen, in denen der Reflektor 102 beispielsweise aus einer Keramik hergestellt ist, kann der Reflektor eine Wärmeleitfähigkeit aufweisen, die gleich der Wärmeleitfähigkeit der entsprechenden Massekeramik ist oder sich dieser nähert. In einigen Ausführungsformen weisen die hier beschriebenen Reflektoren eine Wärmeleitfähigkeit im Bereich von etwa 25% oder mehr, wie z. B. etwa 50% oder mehr, etwa 85% oder mehr, etwa 95% oder mehr oder sogar etwa 99% oder mehr der Wärmeleitfähigkeit der entsprechenden Massekeramik auf. In einigen Ausführungsformen ist die Wärmeleitfähigkeit der hier beschriebenen Reflektoren gleich der Wärmeleitfähigkeit der entsprechenden Massekeramik. In Anbetracht dessen weist Massealuminiumoxid (Al₂O₃) eine Wärmeleitfähigkeit von etwa 25 bis 45 W/m-K (Watt pro Meter-Kelvin) auf, Yttriumaluminiumgranat (YAG) weist eine Massewärmeleitfähigkeit von etwa 13 W/m-K auf, Zirkonoxid (ZrO₂) weist eine Massewärmeleitfähigkeit von etwa 1 bis 2 W/m-K auf, Aluminiumnitrid (AlN) weist eine Massewärmeleitfähigkeit von etwa 70–120 W/m-K auf und Titanoxid (TiO₂) weist eine Massewärmeleitfähigkeit von etwa 11–13 W/m-K auf.
Anders ausgedrückt, die hier beschriebenen Reflektoren können eine Wärmeleitfähigkeit im Bereich von etwa 5 bis etwa 35 W/m-K, wie z. B. etwa 8 bis etwa 30 W/m-K, etwa 11 bis etwa 25 W/m-K oder sogar etwa 12 bis etwa 20 W/m-K, aufweisen. Reflektoren, die Wärmeleitfähigkeiten aufweisen, die in, über oder unter solche Bereiche fallen, können natürlich verwendet werden und werden hier in Betracht gezogen.
Wenn dagegen Keramikpulver in Silikon dispergiert sind, kann das resultierende Material eine Wärmeleitfähigkeit von weniger als 1 W/m-K oder sogar weniger als etwa 0,5 W/m-K aufweisen. In dieser Hinsicht kann die Wärmeleitfähigkeit eines Materials mit Keramik in Silikon aus der Wärmeleitfähigkeit und Dichte der Matrix (Silikon) und des Füllstoffs (z. B. Keramikpartikel) sowie der Füllstoffbeladung abgeschätzt werden. Als Beispiel können Keramiken wie z. B. YAG eine Wärmeleitfähigkeit von über etwa 13 W/m-K und eine Dichte von etwa 4 g/cm³ aufweisen. Die Silikonmatrix kann eine Wärmeleitfähigkeit von etwa 0,17 W/m-K und eine Dichte von etwa 1,0 g/cm³ aufweisen. Aus diesen Faktoren kann die berechnete Wärmeleitfähigkeit eines YAG/Silikon-Reflektors im Bereich von 0,15 W/m-K (0 Gewichts-% YAG-Partikel) bis etwa 0,375 W/m-K (60 Gewichts-% YAG-Partikel) liegen.
Folglich können die Reflektoren gemäß der vorliegenden Offenbarung eine Wärmeleitfähigkeit aufweisen, die signifikant höher ist als jene einer Keramik in Silikon. Tatsächlich können die hier beschriebenen Reflektoren eine Wärmeleitfähigkeit aufweisen, die größer als oder gleich etwa 1,5–100 mal die Wärmeleitfähigkeit einer entsprechenden Keramik in Silikon ist, wie z. B. etwa 5 bis etwa 95, etwa 10 bis etwa 90, etwa 15 bis etwa 75, etwa 20 bis etwa 65 oder sogar etwa 25 bis etwa 50 mal die Wärmeleitfähigkeit einer entsprechenden Keramik in Silikon. Wie hier verwendet, bedeutet der Begriff ”entsprechende Keramik in Silikon” eine Keramik in Silikon, die keramische Partikel mit derselben Zusammensetzung wie die Keramik(en) enthält, die verwendet wird (werden), um die hier beschriebenen Reflektoren auszubilden.
Die hier beschriebenen Reflektoren können auch eine erwünschte Temperaturbeständigkeit aufweisen. Das heißt, die hier beschriebenen Reflektoren können in der Lage sein, bei Temperaturen im Bereich von etwa –40°C bis etwa 300°C zu arbeiten. Wie zu erkennen ist, kann die maximale Betriebstemperatur der hier beschriebenen Beleuchtungsvorrichtungen die Temperatur übersteigen, bei der sich die Matrix einer Keramik in Silikon zersetzen würde.
Die hier beschriebenen Wellenlängenumsetzungsplatten können auch die Herstellung von Umsetzungsplatten ermöglichen, die so konstruiert oder anderweitig formuliert sind, dass sie gewünschte optische Eigenschaften in einer speziellen Umgebung bereitstellen. Wie in 3A–3C gezeigt, können die hier beschriebenen Wellenlängenumsetzungsplatten mehrere Bereiche von Umsetzungsmaterial umfassen. Jeder Bereich kann formuliert sein, um eine gewünschte Leistung in der optischen Umgebung, in der er angeordnet ist, bereitzustellen. Die Bereiche können als mehrere verschachtelte konzentrische Zylinder ausgebildet sein, wie in 3A–3C gezeigt. Die Umsetzungsmaterialien jedes Bereichs können aus einem unterschiedlichen Umsetzungsmaterial bestehen oder eine unterschiedliche Aktivatorkonzentration aufweisen. Die Umsetzungsmaterialien von 3A weisen beispielsweise jeweils eine unterschiedliche Ce-Aktivatorkonzentration auf und sind derart angeordnet, dass die Ce-Konzentration vom innersten Bereich 301 zum äußersten Bereich 301''' fortschreitend abnimmt.
In Fällen, in denen die Wellenlängenumsetzungsplatte in Verbindung mit einer Lichtquelle verwendet werden soll, die Anregungslicht in einem fokussierten Strahl mit hoher optischer Dichte erzeugt, der auf einen speziellen Bereich der Wellenlängenumsetzungsplatte 300, z. B. den Bereich 301, auftrifft. In solchen Fällen kann der Bereich 301 so formuliert werden, dass er gewünschte Umsetzungsmaterialien mit einer geeigneten Konzentration umfasst, um ein gewünschtes Niveau an Umsetzung in Sekundärlicht zu schaffen.
Ein Beispiel der Verwendung von Umsetzungsmaterialien mit mehreren Umsetzungsniveaus ist die Steuerung der Farbe als Funktion des Winkels von zweidimensionalen Umsetzungsoberflächen. Primärlicht kann von einer LED-Quelle richtungsabhängig emittiert werden und kann daher die Umsetzungsmaterialschicht in anderen Winkeln als senkrecht (d. h. anders als senkrecht zur zweidimensionalen Ebene der Umsetzungsmaterialschicht) durchqueren. Primärlicht, das mit einem hohen Winkel durchquert, kann stärker absorbiert und in Sekundärlicht umgesetzt werden. Durch Zuschneiden des Aktivatorgehalts der Umsetzerplatte so, dass er mit dem Einfallswinkel des Primärlichts übereinstimmt, das von einer Lichtquelle emittiert wird, kann ein gewünschtes Niveau einer Umsetzung von Primär- in Sekundärlicht erreicht werden.
Außerdem können Farbringe oder Farbstreifen im Fernfeld eines Beleuchtungssystems erscheinen. Die hier beschriebenen Umsetzungsplatten können diesen Effekt durch Beeinflussen der Wahrscheinlichkeit einer Primärlichtabsorption in äußeren Richtungen mit größerem Winkel angehen oder modifizieren. Dies kann Primärlicht, das auf diese Bereiche auftrifft, dieselbe oder eine ähnliche Wahrscheinlichkeit für eine Absorption oder einen Durchlass wie Primärlicht mit innerer Richtung mit kleinerem Winkel, das das Umsetzungsmaterial durchquert, geben.
Die Wellenlängenumsetzungsplatten der vorliegenden Offenbarung können unter Verwendung einer Vielfalt von Verfahren hergestellt werden. Die Wellenlängenumsetzungsplatten können beispielsweise durch Rotationsbeschichten, Schlicker- oder Foliengießen, Spritzgießen, Extrusion oder eine andere Abscheidungstechnik hergestellt werden, um eine rohe (d. h. ”nicht gesinterte”) Umsetzungsplatte mit einer gewünschten Gestaltung auszubilden. In einigen Ausführungsformen kann ein oder eine Kombination solcher Verfahren verwendet werden, um eine rohe Umsetzungsplatte mit der in 1A–1C und/oder 2 gezeigten Konfiguration auszubilden, wobei ein Umsetzungsmaterial innerhalb eines Durchgangslochs oder einer Aussparung eines Reflexionsmaterials angeordnet wird. Alternativ oder zusätzlich könnten solche Verfahren verwendet werden, um eine rohe Umsetzungsplatte mit der in 3A–3C gezeigten Konfiguration herzustellen, wobei Ringe oder andere periodische Strukturen, die Umsetzungsmaterial enthalten, ausgebildet und von einem rohen Reflexionsmaterial umgeben werden.
Sobald sie ausgebildet ist, kann die rohe Umsetzungsplatte thermisch bearbeitet werden, z. B. über Sintern, um eine Wellenlängenumsetzungsplatte herzustellen, in der die keramischen Umsetzungsmaterialien und keramischen Reflexionsmaterialien individuell oder gemeinsam eine vollständige der im Wesentlichen vollständige Dichte erreichen. ”Vollständige Dichte” wird hier zur Bezugnahme auf die Dichte des Massematerials mit derselben Zusammensetzung verwendet. Eine im Wesentlichen vollständige Dichte bedeutet mehr als oder gleich etwa 92% vollständige Dichte, wie z. B. etwa 93%, etwa 94%, etwa 95%, etwa 96%, etwa 97%, etwa 98% oder sogar etwa 99% vollständige Dichte. Wenn beispielsweise eine rohe Wellenlängenumsetzungsplatte YAG:Ce als keramisches Umsetzungsmaterial umfasst, bedeutet folglich Sintern oder anderweitiges Wärmebehandeln der rohen Wellenlängenumsetzungsplatte auf vollständige Dichte, dass die Platte derart behandelt wird, dass die Dichte des YAG:Ce im gesinterten Gegenstand sich der Dichte des Masse-YAG:Ce nähert.
In einigen Ausführungsformen kann das Sintern oder die andere Wärmebearbeitung verursachen, dass die keramischen Umsetzungs- und Reflexionsmaterialien an ihren jeweiligen Grenzflächen ineinander schmelzen, ineinander diffundieren oder anderweitig sich miteinander vereinigen. Ebenso kann eine solche Bearbeitung verursachen, dass die keramischen Umsetzungs- und Reflexionsmaterialien eine Grenze bilden, in der das keramische Umsetzungsmaterial in Zwischenräume im keramischen Reflexionsmaterial fließen kann und umgekehrt.
Die Keramiken in den Umsetzungs- und Reflexionsmaterialien können daher z. B. über mechanische Kompression, eine physikalische Bindung und/oder eine chemische Bindung miteinander verbunden werden. Alternativ oder zusätzlich können die keramischen Umsetzungs- und Reflexionsmaterialien während des Sinterns oder einer anderen Wärmebearbeitung eine Grenze bilden, in der das keramische Umsetzungsmaterial nicht innerhalb der Zwischenräume der Keramik des Reflexionsmaterials vorhanden ist und umgekehrt. In solchen Fällen kann das keramische Umsetzungsmaterial in einem Durchgangsloch/einer Aussparung im keramischen Reflexionsmaterial nur durch mechanische Kompression festgehalten werden.
Ein vollständig gesinterter Umsetzer kann beispielsweise in ein Durchgangsloch oder eine Aussparung in einem teilweise gesinterten keramischen Reflektor eingesetzt werden. Die Wärmebearbeitung der Reflektor/Umsetzer-Kombination würde weiteres Sintern und eine Schrumpfung des Reflektors verursachen, was dazu führt, dass eine Kompressionskraft auf den Umsetzer aufgebracht wird, wodurch er innerhalb des Durchgangslochs oder der Aussparung fixiert wird.
Die Temperatur, bei der das Sintern oder die Wärmebearbeitung stattfinden kann, kann von den als Umsetzungsmaterial und als Reflexionsmaterial verwendeten Keramikmaterialien abhängen. In einigen Ausführungsformen können rohe Gegenstände, die ein keramisches Umsetzungsmaterial und keramisches Reflexionsmaterial enthalten, gemeinsam bei einer Temperatur im Bereich von etwa 1300°C bis etwa 2000°C, wie z. B. etwa 1400°C bis etwa 1800°C, etwa 1500°C bis etwa 1750°C oder sogar etwa 1600°C bis etwa 1725°C, gesintert werden. Sintertemperaturen über, unter und zwischen den vorstehend erwähnten Bereichen können natürlich auch verwendet werden und werden von der vorliegenden Offenbarung in Erwägung gezogen.
Wie aus dem Obigen erkannt werden kann, kann das Sintern oder eine andere Wärmebearbeitung der hier beschriebenen rohen Gegenstände eine Wellenlängenumsetzungsplatte ausbilden, die vollständig aus anorganischen Materialien hergestellt ist, d. h. eine Wellenlängenumsetzungsplatte ”ganz aus Keramik” oder ”Verbundkeramik”. In solchen Fällen kann das keramische Umsetzungsmaterial einen festen Rand aus keramischem Reflexionsmaterial um seine Kanten aufweisen, z. B. wie in 1A gezeigt. In Fällen, in denen das Umsetzungsmaterial innerhalb einer Aussparung im zweiten Keramikband angeordnet ist, kann das Sintern oder eine andere Wärmebearbeitung eine keramische Umsetzerplatte ergeben, in der ein keramisches Reflexionsmaterial die Seiten und den Boden eines keramischen Umsetzungsmaterials umrahmt, z. B. wie in 1B gezeigt.
In beiden Fällen kann der Reflexionsrahmen oder Reflexionsrand der hier beschriebenen Wellenlängenumsetzungsplatten einen hohen Rückstreureflexionsgrad aufweisen, dessen Art und Ausmaß vom verwendeten Keramikmaterial abhängen können. In optisch isotropen Materialien wie z. B. Yttriumaluminiumgranat (YAG) und seinen Varianten kann beispielsweise die Streuung von Sekundärlicht, das vom Umsetzungsmaterial emittiert wird, sich aus Poren und/oder sekundären Phasen im Reflexionsmaterial ergeben. In optisch anisotropen Materialien wie z. B. Aluminiumoxid (Al₂O₃) kann die Keramik willkürlich orientierte Körner mit verschiedenen Brechungsindizes enthalten. Folglich kann das Licht an den Korngrenzen solcher Materialien streuen.
In beiden Fällen (optisch isotrope oder optisch anisotrope Materialien) ist eine interessierende Eigenschaft die Streulänge, d. h. der mittlere Abstand, den Licht innerhalb des Reflexionsmaterials zurücklegen muss, bevor es gestreut wird. Die Streulänge kann direkt mit der Dichte von Streumaterialien, ihrem Streuquerschnitt und/oder der Indexanisotropie in Beziehung stehen. Um eine erwünschte optische Eingrenzung des Sekundärlichts zu schaffen, das vom Umsetzungsmaterial emittiert wird, kann der Bereich der Rückstreuung des Reflexionsmaterials signifikant kleiner sein als die entsprechenden Abmessungen des Reflexionsmaterials. In einigen Ausführungsformen kann das Meiste der Rückstreuung von Sekundärlicht über einige Streulängen stattfinden. In solchen Fällen kann die Streulänge des Reflexionsmaterials (z. B. die Dicke/Breite des Reflektors 102 in 1A–1C) geringer als oder gleich etwa eine Größenordnung kleiner als die seitlichen Abmessungen des Umsetzungsmaterials sein.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung bezieht sich auf Beleuchtungsvorrichtungen, die mindestens eine der hier beschriebenen Wellenlängenumsetzungsplatten umfassen. 4A stellt eine beispielhafte Konfiguration einer solchen Beleuchtungsvorrichtung dar. Wie gezeigt, umfasst die Vorrichtung 400 eine Lichtquelle 404 und eine Wellenlängenumsetzungsplatte 407, die innerhalb eines Gehäuses 408 angeordnet sind. In dieser Ausführungsform umfasst die Wellenlängenumsetzungsplatte 407 einen Umsetzer 401, der innerhalb eines Durchgangslochs 418 in einem Reflektor 402 angeordnet ist. Die untere Oberfläche 420 der Wellenlängenumsetzungsplatte 407 ist in 4A als im Allgemeinen parallel zu einer Lichtemissionsoberfläche (nach oben gewandten Oberfläche) 422 der Lichtquelle 404 orientiert gezeigt. Eine solche Orientierung ist jedoch nicht erforderlich und die Lichtquelle 404 und die Wellenlängenumsetzungsplatte 407 können in irgendeiner geeigneten Weise orientiert sein. Obwohl die Lichtquelle 404 und die Wellenlängenumsetzungsplatte 407 als mit jeweiligen oberen und unteren Oberflächen gezeigt sind, die glatt sind, können solche Oberflächen selbstverständlich aufgeraut, strukturiert usw. in Abhängigkeit von der gewünschten optischen Auskopplung und Einkopplung sein.
Die Lichtquelle 404 kann irgendeine Lichtquelle sein, die in der Lage ist, Primärlicht zu emittieren. Nicht begrenzende Beispiele von solchen Lichtquellen umfassen Halbleiterquellen wie z. B. LEDs (z. B. Nitrid-III-V-LEDs wie z. B. eine InGaN-LED) und Laserdioden. Vorzugsweise ist die Lichtquelle 404 eine blaue oder UV-LED oder Laserdiode. Bevorzugter ist die Lichtquelle 404 eine blaue LED oder Laserdiode, die in einem Wellenlängenbereich von 420 nm bis 490 nm oder sogar bevorzugter 450 nm bis 475 nm emittiert. In jedem Fall kann (können) die in den hier beschriebenen Beleuchtungsvorrichtungen verwendete(n) Lichtquelle(n) mit einem Lichtleiter (z. B. einer Lichtröhre) gekoppelt sein, um einen Oberflächenemitter zu bilden. Obwohl die Vorrichtung 400 als eine einzelne Lichtquelle 404 umfassend gezeigt ist, können ferner die hier beschriebenen Beleuchtungsvorrichtungen selbstverständlich eine Anordnung von Lichtquellen umfassen.
Im Betrieb kann die Lichtquelle 404 Primärlicht (durch Pfeile 405 angegeben) emittieren, das durch eine Anzahl von Parametern beschrieben wird, wie z. B. eine Spitzen- oder dominante Wellenlänge, Farbkoordinaten, Intensität usw. Das von der Lichtquelle 404 emittierte Primärlicht kann auf die untere Oberfläche 420 des Umsetzers 401 der Wellenlängenumsetzungsplatte 407 einfallen. Der Umsetzer 401 kann das Primärlicht absorbieren und auf einen höheren Energiezustand angeregt werden. Wenn der angeregte Umsetzer 401 auf einen niedrigeren Energiezustand zurückkehrt, kann er Sekundärlicht (durch Pfeile 406 angegeben) emittieren. In dieser Weise kann das auf den Umsetzer 401 einfallende Primärlicht in Sekundärlicht umgesetzt werden.
Der Umsetzer 401 kann so konfiguriert sein, dass er ein gewünschtes Niveau an Umsetzungseffizienz aufweist, d. h. eine gewünschte Menge an einfallendem Primärlicht in Sekundärlicht umsetzt. In einigen Ausführungsformen weist der Umsetzer 401 eine Umsetzungseffizienz von mehr als oder gleich 50%, wie z. B. etwa 50 bis etwa 100%, etwa 60 bis etwa 99%, etwa 70 bis etwa 98%, etwa 80 bis etwa 97% oder sogar etwa 85 bis etwa 96%, auf. Vorzugsweise ist die Umsetzungseffizienz des Umsetzers 401 größer als 95%.
Wie vorstehend erläutert, kann der Reflektor 402 zum Reflektieren von einfallendem Primär- und/oder Sekundärlicht fungieren. In Bezug auf das erstere kann der Reflektor 402 einfallendes Primärlicht in einer solchen Weise reflektieren, dass es auf den Umsetzer 401 einfällt oder durch diesen hindurchgeht. In dieser Weise kann der Reflektor 402 die Gelegenheit, dass der Umsetzer 401 Primärlicht absorbiert und in Sekundärlicht umsetzt, erhöhen, wobei somit die Umsetzungseffizienz erhöht wird.
Sekundärlicht, das vom Umsetzer 401 emittiert wird, kann nicht immer in Richtung der Öffnung 410 des Gehäuses 408 emittiert werden. Sekundärlicht kann beispielsweise zu beiden Seiten des Umsetzers 401 (Seitenstreuung) oder nach hinten in Richtung der Lichtquelle 404 (Rückstreuung) emittiert werden. Wenn solches seitlich gestreutes und rückwärts gestreutes Licht nicht in Richtung der Öffnung umgelenkt wird, kann es absorbiert werden oder anderweitig verloren gehen, was zu einem Verlust der Lichtausgabe aus der Vorrichtung 400 führt. In dieser Hinsicht kann das Reflexionsmaterial so konfiguriert sein, dass es einen hohen Reflexionsgrad in Bezug auf das Sekundärlicht aufweist, das vom Umsetzer 401 emittiert wird, wie vorstehend erörtert. In der in 4A gezeigten Ausführungsform ist der Reflektor 402 beispielsweise um die Kante(n) des Umsetzers 401 angeordnet. Folglich kann der Reflektor 402 seitlich gestreutes Sekundärlicht, das vom Umsetzer 401 emittiert wird, reflektieren, wobei somit die Gelegenheit, dass solches Licht aus der Vorrichtung 400 entweicht, erhöht wird. Eine mehrlagige Interferenzbeschichtung kann auf die untere Oberfläche 420 der Umsetzungsplatte 407 aufgebracht werden, die ermöglichen würde, dass das Primärlicht 405 in den Umsetzer 401 eintritt, und Sekundärlicht 406, das vom Umsetzer 401 emittiert wird, in der Richtung der Öffnung 410 zurück reflektiert.
4B stellt eine weitere beispielhafte Beleuchtungsvorrichtungskonfiguration gemäß der vorliegenden Offenbarung dar. Mit Ausnahme des Orts der Wellenlängenumsetzungsplatte 407 und der Lichtquelle 404 sind die Teile der Vorrichtung 400 in 4B zu den in 4A gezeigten identisch. Folglich werden die Art und Funktion solcher gemeinsamen Teile nicht wiederholt. Selbstverständlich ist diese Darstellung natürlich nur beispielhaft und die Lichtquelle 404 und die Wellenlängenumsetzungsplatte 407 können in irgendeiner gewünschten Weise orientiert sein.
In 4B ist die Wellenlängenumsetzungsplatte 407 derart konfiguriert, dass der Umsetzer 401 innerhalb einer Aussparung 416 im Reflektor 402 angeordnet ist. An sich ist nur eine Oberfläche des Umsetzers 401 dem Licht von der Lichtquelle 404 ausgesetzt. In dieser Ausführungsform ist die freigelegte Oberfläche 421 des Umsetzers 401 so orientiert, dass sie einer Lichtemissionsoberfläche 422 der Lichtquelle 404 zugewandt ist. Folglich kann das vom Umsetzer 401 emittierte Sekundärlicht in einer anderen Richtung als der Richtung der Öffnung 410 der Vorrichtung 400, z. B. in Richtung der Lichtquelle 404, emittiert werden.
Um dieses Problem anzugehen, kann die Vorrichtung 400 einen sekundären Reflektor 412 umfassen, der mit dem Gehäuse 408 einteilig oder davon separat sein kann. In 4A und 4B ist der sekundäre Reflektor 412 mit dem Gehäuse 408 einteilig. Folglich kann der sekundäre Reflektor 412 beispielsweise die Form von einer oder mehreren Reflexionsbeschichtungen annehmen, die auf einer inneren Oberfläche des Gehäuses 408 angeordnet sind. Der sekundäre Reflektor 412 kann dazu konfiguriert sein, Licht zu reflektieren, so dass ein gewünschtes Beleuchtungsmuster wie z. B. Abblendlicht, Flutlicht usw. von der Vorrichtung 400 emittiert werden kann. Der sekundäre Reflektor 412 kann auch dazu konfiguriert sein, zurückgestreutes Primär- und/oder Sekundärlicht in einer gewünschten Weise umzulenken. Der sekundäre Reflektor 412 kann beispielsweise eine Oberfläche mit hohem Reflexionsvermögen für zurückgestreutes Primär- und/oder Sekundärlicht umfassen.
Der Umsetzer 401 kann von der Lichtquelle 404 entfernt angeordnet sein (wie in 4A und 4B gezeigt) oder er kann auf der Lichtemissionsoberfläche 422 der Lichtquelle 404 angeordnet sein. In jedem Fall kann der Umsetzer 401 separat von der Lichtquelle 404 ausgebildet sein und in einer bekannten Weise mit der Lichtquelle 404 gekoppelt sein, so dass von der Lichtquelle 404 emittiertes Licht mit dem Umsetzer 401 zusammenwirken kann.
Wenn der Umsetzer 401 in einem Abstand von der Lichtquelle 404 angeordnet ist, kann er innerhalb des Gehäuses 408 durch irgendein Mittel abgestützt sein, einschließlich einer Abstützung von einem Abschnitt eines Gehäuses 408. Das Positionieren des Umsetzers 401 in einem Abstand von der Lichtquelle 404 kann ermöglichen, dass der Umsetzer 401 mit einer Form ausgebildet wird, die von der Oberfläche der Lichtquelle 404 verschieden ist. Der Umsetzer 401 kann beispielsweise in Form einer Platte, einer Kuppel oder einer Schale vorliegen. In jedem Fall können die Oberflächen des Umsetzers 401 planar, konkav, konvex, ellipsenförmig, unregelmäßig, eine andere Form oder eine Kombination davon sein.
Der Einfachheit halber wurde die Vorrichtung 400 in 4A und 4B als relativ wenig Teile umfassend dargestellt. Selbstverständlich können jedoch die Beleuchtungsvorrichtungen der vorliegenden Offenbarung andere Komponenten und eine Elektronik umfassen, die üblicherweise in Halbleiter-Beleuchtungsvorrichtungen wie z. B. LED-Lampen zu finden sind. Als Beispiel ist die Vorrichtung 400 als einen Diffusor 414 umfassend gezeigt, der dazu dienen kann, das vom Umsetzer 401 emittierte Sekundärlicht sowie nicht umgesetztes Primärlicht zu streuen.
5 stellt ein nicht begrenzendes Beispiel eines entfernten Leuchtstoffsystems 500 gemäß der vorliegenden Offenbarung dar. Wie gezeigt, umfasst das System 500 eine Wellenlängenumsetzungsplatte 507 mit einem Umsetzer 501, der innerhalb einer Aussparung in einem Reflektor 502 angeordnet ist. Die Wellenlängenumsetzungsplatte 507 (im Querschnitt gezeigt) ist mit einem Kühlkörper 503 gekoppelt. Wie verständlich sein kann, fungiert der Kühlkörper 503 zum Entfernen von Wärme, die von der Wellenlängenumsetzungsplatte erzeugt wird, wenn sie Primärlicht in Sekundärlicht umsetzt.
Das System 500 umfasst ferner eine Lichtquelle 504. Die Lichtquelle 504 kann eine im Wesentlichen kollimierte Anregungslichtausgabe 505 aufweisen. Folglich kann die Lichtquelle 504 beispielsweise eine kollimierte Lampe, eine LED, ein Laser oder dergleichen (z. B. eine Laserdiode) sein, die Anregungslicht 505 mit einer gewünschten Leistung emittiert. Das Anregungslicht 505 kann beispielsweise Laserlicht mit irgendeiner Wellenlänge sein, die geeignet ist, um den Umsetzer 501 mit mittleren Leistungspegeln von etwa 1–100 W oder mehr anzuregen, wie erforderlich. Das Anregungslicht 505, das von der Lichtquelle 504 emittiert wird, kann auf einen dichroitischen Strahlteiler 512 auftreffen, wo es durch eine Fokussieroptik/Fokussierlinse 508 reflektiert wird, so dass es auf den Umsetzer 501 auftrifft. Der Umsetzer 501 kann Anregungslicht absorbieren und Sekundärlicht 506 emittieren.
Wie vorstehend beschrieben, emittiert der Umsetzer 501 typischerweise Sekundärlicht in allen Richtungen, einschließlich zu seinen Seiten und nach hinten. Der Reflektor 502 kann solches Sekundärlicht derart eingrenzen und reflektieren, dass es in einer Richtung im Allgemeinen zur Fokussieroptik/Fokussierlinse 508 hin umgelenkt wird. In jedem Fall wird die Masse des vom Umsetzer 501 emittierten Sekundärlichts durch eine Sammel-/Bündelungsoptik 509 eingegrenzt. Wie folglich verständlich sein kann, kann die Sammel-/Bündelungsoptik 509 eine starke Eingrenzung für das Sekundärlicht aufweisen. Folglich kann das Sammeln/Bündeln 509 den Verlust von Sekundärlicht 506 begrenzen oder anderweitig verhindern.
Das Sekundärlicht 506 kann kollimiert werden, wenn es durch die Fokussieroptik/Fokussierlinse 508 hindurchtritt. Alles oder ein Teil des Sekundärlichts 506 kann dann durch den dichroitischen Strahlteiler 512 hindurchtreten, der vorzugsweise für 100% des Sekundärlichts 506 transparent ist (oder dieses durchlässt). Das Sekundärlicht kann dann durch die Fokussierlinse/den Fokussierkonzentrator 510 weiter modifiziert werden. An diesem Punkt kann das Sekundärlicht 506 in eine Öffnung einer Vorrichtung, z. B. eines Spektrometers, einer Sekundärreflektoroptik, eines faseroptischen Kopplers, eines optischen Modulators, einer Datenprojektormaschine oder dergleichen eintreten.
Die Wellenlängenumsetzungsplatten der vorliegenden Offenbarung können zahlreiche Vorteile schaffen. Da die hier beschriebenen Wellenlängenumsetzungsplatten beispielsweise vollständig aus einem Keramikmaterial ausgebildet sein können, können sie eine Hochtemperaturbeständigkeit aufweisen. Folglich können sie zur Funktion bei höheren Betriebstemperaturen als herkömmliche Wellenlängenumsetzungsplatten in der Lage sein, die ein organisches Material wie z. B. Silikon enthalten, d. h. oberhalb etwa 150°C.
Außerdem können die Wellenlängenumsetzungsplatten der vorliegenden Offenbarung neue Wege für das thermische Management eröffnen, insbesondere in Fällen, in denen das Reflexionsmaterial vollständig aus anorganischen Materialien besteht, wie z. B. den vorstehend angegebenen Keramiken. Insbesondere kann das Reflektormaterial selbst einen Konvektionsweg für Wärme schaffen, die während des Umsetzungsprozesses erzeugt wird, was die Verwendung der hier beschriebenen Wellenlängenumsetzungsplatten in Anwendungen mit hoher Temperatur und/oder Helligkeit ermöglichen kann.
Schließlich können die optischen Eigenschaften des Umsetzungsmaterials und des Reflexionsmaterials durch Einstellen von Bearbeitungsparametern wie z. B. Partikelgröße und Partikelgrößenverteilung während der Ausbildung der hier beschriebenen Wellenlängenumsetzungsplatten gesteuert werden. Folglich können Wellenlängenumsetzungsplatten, die auf eine spezielle Anwendung zugeschnitten sind, unter Verwendung der hier beschriebenen Prozesse leicht hergestellt werden.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung bezieht sich auf eine Wellenlängenumsetzungsplatte. Die Wellenlängenumsetzungsplatte kann einen Umsetzer und einen damit gekoppelten Reflektor umfassen. Der Umsetzer kann ein erstes Keramikmaterial umfassen, das zum Umsetzen von einfallendem Primärlicht in Sekundärlicht in der Lage ist. Der Reflektor kann ein zweites Keramikmaterial umfassen, das zum Reflektieren von Sekundärlicht, das vom Umsetzer emittiert wird, in der Lage ist. Die Wellenlängenumsetzungsplatte kann auch eine Grenzfläche zwischen dem Umsetzer und dem Reflektor umfassen. In einigen Ausführungsformen liegt das zweite Keramikmaterial am ersten Keramikmaterial über mindestens etwa 50% der Grenzfläche, wie z. B. etwa 75% der Grenzfläche oder sogar etwa 100% der Grenzfläche, an. Der Deutlichkeit halber wird angemerkt, dass der Begriff ”anliegen” hier zur Bezugnahme auf die Berührung von zwei benachbarten Oberflächen verwendet wird.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung bezieht sich auf gemeinsam gesinterte keramische Wellenlängenumsetzungsplatten. Solche Platten können einen Umsetzer und einen Reflektor umfassen. Der Umsetzer kann mindestens ein erstes Keramikmaterial umfassen und der Reflektor kann mindestens ein zweites Keramikmaterial umfassen. Der Reflektor kann auch mindestens ein Durchgangsloch oder mindestens eine Aussparung umfassen. Der Umsetzer und der Reflektor können gemeinsam gesintert werden, so dass der Reflektor mit dem Umsetzer innerhalb des mindestens einen Durchgangslochs oder der mindestens einen Aussparung in Eingriff steht und diesen festhält.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung bezieht sich auf eine Vorrichtung. Die Vorrichtung umfasst eine Lichtquelle, die in der Lage ist, Primärlicht zu emittieren, und eine Wellenlängenumsetzungsplatte gemäß der vorliegenden Offenbarung. In einigen Ausführungsformen umfasst die Vorrichtung eine Wellenlängenumsetzungsplatte, die einen Umsetzer und einen damit gekoppelten Reflektor umfasst. Der Umsetzer kann ein erstes Keramikmaterial umfassen, das zum Umsetzen von einfallendem Primärlicht in Sekundärlicht in der Lage ist. Der Reflektor kann ein zweites Keramikmaterial umfassen, das zum Reflektieren von Sekundärlicht, das vom Umsetzer emittiert wird, in der Lage ist. Die Wellenlängenumsetzungsplatte kann auch eine Grenzfläche zwischen dem Umsetzer und dem Reflektor umfassen. In einigen Ausführungsformen liegt das zweite Keramikmaterial am ersten Keramikmaterial über mindestens etwa 50% der Grenzfläche, wie z. B. etwa 75% der Grenzfläche oder sogar etwa 100% der Grenzfläche, an.
Obwohl die Prinzipien der vorliegenden Offenbarung hier beschrieben wurden, ist für den Fachmann auf dem Gebiet verständlich, dass diese Beschreibung nur als Beispiel und nicht als Begrenzung hinsichtlich des Schutzbereichs der beanspruchten Erfindung durchgeführt ist. Die mit Bezug auf hier offenbarte spezielle Ausführungsformen beschriebenen Merkmale und Aspekte sind für eine Kombination und/oder Anwendung mit verschiedenen anderen hier beschriebenen Ausführungsformen empfänglich. Solche Kombinationen und/oder Anwendungen von solchen beschriebenen Merkmalen und Aspekten auf solche anderen Ausführungsformen werden hier in Betracht gezogen. Modifikationen und andere Ausführungsformen werden hier in Betracht gezogen und liegen innerhalb des Schutzbereichs der vorliegenden Offenbarung.

Claims

Wellenlängenumsetzungsplatte, die Folgendes umfasst: einen Umsetzer, wobei der Umsetzer ein erstes Keramikmaterial umfasst, das in der Lage ist, einfallendes Primärlicht in Sekundärlicht umzusetzen; einen Reflektor, der mit dem Umsetzer gekoppelt ist, wobei der Reflektor ein zweites Keramikmaterial umfasst, das in der Lage ist, Sekundärlicht, das vom Umsetzer emittiert wird, zu reflektieren; und eine Grenzfläche zwischen dem Umsetzer und dem Reflektor, wobei das zweite Keramikmaterial am ersten Keramikmaterial über mindestens etwa 50% der Grenzfläche anliegt.
Wellenlängenumsetzungsplatte nach Anspruch 1, wobei das zweite Keramikmaterial am ersten Keramikmaterial über mindestens etwa 75% der Grenzfläche anliegt.
Wellenlängenumsetzungsplatte nach Anspruch 1, wobei das zweite Keramikmaterial am ersten Keramikmaterial über etwa 100% der Grenzfläche anliegt.
Wellenlängenumsetzungsplatte nach Anspruch 1, wobei das erste Keramikmaterial mindestens einen Oxid-Leuchtstoff, Oxynitrid-Leuchtstoff, Nitrid-Leuchtstoff oder eine Kombination davon umfasst.
Wellenlängenumsetzungsplatte nach Anspruch 1, wobei das erste Keramikmaterial aus einem durch Cer aktivierten Yttriumaluminiumgranat (YAG:Ce), einem durch Cer aktivierten Yttriumgadoliniumaluminiumgranat (YGdAG:Ce), einem durch Cer aktivierten Lutetiumaluminiumgranat (LuAG:Ce), einem durch Cer aktivierten Lutetiumgalliumaluminiumgranat (LuGAG:Ce), einem durch Europium aktivierten Erdalkali-(AE)Siliziumoxynitrid (AE-SiON:Eu), und einem durch Europium aktivierten Metall-SiA1ON (M-SiAlON:Eu), wobei M aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus Alkaliionen, Seltenerdionen, Erdalkaliionen, Y, Sc und Kombinationen davon besteht, ausgewählt ist.
Wellenlängenumsetzungsplatte nach Anspruch 1, wobei das zweite Keramikmaterial aus Aluminiumoxid (Al₂O₃), Yttriumaluminiumgranat (YAG), Titandioxid (TiO₂), Bariumaluminat (BaAl₂O₄), Yttriumoxid (Y₂O₃), Zirkonoxid (ZrO₂), Aluminiumnitrid (AlN) und Kombinationen davon ausgewählt ist.
Wellenlängenumsetzungsplatte nach Anspruch 1, wobei der Reflektor mehr als oder gleich etwa 80% des Sekundärlichts reflektiert.
Wellenlängenumsetzungsplatte nach Anspruch 1, wobei der Reflektor mindestens ein Durchgangsloch oder mindestens eine Aussparung umfasst und der Umsetzer innerhalb des mindestens einen Durchgangslochs oder der mindestens einen Aussparung angeordnet ist.
Wellenlängenumsetzungsplatte nach Anspruch 8, wobei der Reflektor mindestens ein Durchgangsloch umfasst.
Wellenlängenumsetzungsplatte nach Anspruch 8, wobei der Reflektor mindestens eine Aussparung umfasst.
Wellenlängenumsetzungsplatte nach Anspruch 8, wobei der Reflektor mit dem Umsetzer in Eingriff steht, um den Umsetzer innerhalb des mindestens einen Durchgangslochs oder der mindestens einen Aussparung festzuhalten.
Wellenlängenumsetzungsplatte nach Anspruch 11, wobei an der Grenzfläche das erste Keramikmaterial in Zwischenräumen innerhalb des zweiten Keramikmaterials angeordnet ist.
Wellenlängenumsetzungsplatte nach Anspruch 11, wobei an der Grenzfläche das zweite Keramikmaterial in Zwischenräumen innerhalb des ersten Keramikmaterials angeordnet ist.
Wellenlängenumsetzungsplatte nach Anspruch 11, wobei der Reflektor den Umsetzer mechanisch komprimiert.
Wellenlängenumsetzungsplatte nach Anspruch 1, wobei der Reflektor eine Wärmeleitfähigkeit aufweist, die größer als oder gleich etwa 80% der Wärmeleitfähigkeit der Masseform des zweiten Keramikmaterials ist.
Wellenlängenumsetzungsplatte nach Anspruch 1, wobei der Reflektor eine Wärmeleitfähigkeit im Bereich von etwa 8 bis etwa 35 W/m-K aufweist.
Wellenlängenumsetzungsplatte nach Anspruch 1, wobei der Reflektor aus einem oberen Reflektorteil und einem unteren Reflektorteil besteht.
Wellenlängenumsetzungsplatte nach Anspruch 17, wobei der obere Reflektorteil aus dem zweiten Keramikmaterial besteht und der untere Reflektorteil aus einem dritten Keramikmaterial besteht.
Wellenlängenumsetzungsplatte nach Anspruch 17, wobei der obere Reflektorteil ein Durchgangsloch aufweist und der untere Reflektorteil an den oberen Reflektorteil laminiert ist, um eine Aussparung zu bilden, die teilweise durch das Durchgangsloch begrenzt ist.
Wellenlängenumsetzungsplatte nach Anspruch 1, wobei die Wellenlängenumsetzungsplatte mehrere Umsetzer aufweist.
Wellenlängenumsetzungsplatte nach Anspruch 20, wobei jeder Umsetzer ein anderes Sekundärlicht emittiert.
Wellenlängenumsetzungsplatte nach Anspruch 20, wobei die Umsetzer eine Form von verschachtelten konzentrischen Zylindern aufweisen.
Wellenlängenumsetzungsplatte nach Anspruch 22, wobei mindestens ein Umsetzer eine Aktivatorkonzentration aufweist, die von mindestens einem anderen Umsetzer verschieden ist.
Wellenlängenumsetzungsplatte nach Anspruch 22, wobei jeder Umsetzer eine Aktivatorkonzentration aufweist, die von jedem anderen Umsetzer verschieden ist.
Wellenlängenumsetzungsplatte nach Anspruch 24, wobei die Umsetzer in einer Reihenfolge einer abnehmenden Aktivatorkonzentration von einem innersten Umsetzer zu einem äußersten Umsetzer fortschreitend angeordnet sind.
Wellenlängenumsetzungsplatte, die Folgendes umfasst: einen Umsetzer, wobei der Umsetzer ein erstes Keramikmaterial umfasst, das in der Lage ist, einfallendes Primärlicht in Sekundärlicht umzusetzen; einen Reflektor mit einem zweiten Keramikmaterial, das in der Lage ist, Sekundärlicht, das vom Umsetzer emittiert wird, zu reflektieren; und wobei der Umsetzer in den Reflektor derart eingelegt ist, dass der Reflektor eine Außenkante des Umsetzers umgibt.
Wellenlängenumsetzungsplatte nach Anspruch 26, wobei das erste Keramikmaterial aus einem durch Cer aktivierten Yttriumaluminiumgranat (YAG:Ce), einem durch Cer aktivierten Yttriumgadoliniumaluminiumgranat (YGdAG:Ce) oder einem durch Cer aktivierten Lutetiumaluminiumgranat (LuAG:Ce) ausgewählt ist und das zweite Keramikmaterial Aluminiumoxid oder Yttriumaluminiumgranat ist.
Wellenlängenumsetzungsplatte nach Anspruch 26, wobei der Umsetzer und der Reflektor gemeinsam gesintert wurden, um den Umsetzer mit dem Reflektor zu verbinden.
Wellenlängenumsetzungsplatte nach Anspruch 26, wobei eine Klebeschicht verwendet wird, um den Umsetzer am Reflektor zu befestigen.
Wellenlängenumsetzungsplatte nach Anspruch 26, wobei der Umsetzer am Reflektor durch eine Kompressionskraft, die durch den Reflektor ausgeübt wird, befestigt ist.
Wellenlängenumsetzungsplatte nach Anspruch 26, wobei mehrere Umsetzer in den Reflektor eingelegt sind.
Vorrichtung, die Folgendes umfasst: eine Lichtquelle, die in der Lage ist, Primärlicht zu emittieren; und eine Wellenlängenumsetzungsplatte, die Folgendes umfasst: einen Umsetzer, wobei der Umsetzer ein erstes Keramikmaterial umfasst, das in der Lage ist, einfallendes Primärlicht in Sekundärlicht umzusetzen; einen Reflektor, der mit dem Umsetzer gekoppelt ist, wobei der Reflektor ein zweites Keramikmaterial umfasst, das in der Lage ist, Sekundärlicht, das durch den Umsetzer emittiert wird, zu reflektieren; und eine Grenzfläche zwischen dem Umsetzer und dem Reflektor, wobei das zweite Keramikmaterial am ersten Keramikmaterial über mindestens etwa 50% der Grenzfläche anliegt.
Vorrichtung nach Anspruch 32, wobei das erste Keramikmaterial mindestens einen Oxid-Leuchtstoff, Oxynitrid-Leuchtstoff, Nitrid-Leuchtstoff oder eine Kombination davon umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 32, wobei das zweite Keramikmaterial aus Aluminiumoxid (Al₂O₃), Yttriumaluminiumgranat (YAG), Titandioxid (TiO₂), Bariumaluminat (BaAl₂O₄), Yttriumoxid (Y₂O₃) und Kombinationen davon ausgewählt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 32, wobei der Reflektor mehr als oder gleich etwa 80% des Sekundärlichts reflektiert.
Vorrichtung nach Anspruch 32, wobei der Reflektor mindestens ein Durchgangsloch oder mindestens eine Aussparung umfasst und der Umsetzer innerhalb des mindestens einen Durchgangslochs oder der mindestens einen Aussparung angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 36, wobei der Reflektor mit dem Umsetzer mechanisch in Eingriff steht, um den Umsetzer innerhalb des mindestens einen Durchgangslochs oder der mindestens einen Aussparung festzuhalten.
Vorrichtung nach Anspruch 32, wobei der Reflektor eine Wärmeleitfähigkeit im Bereich von etwa 8 bis etwa 35 W/m-K aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 32, wobei die Lichtquelle mindestens eine Leuchtdiode (LED) oder Laserdiode umfasst.