DE112016004313T5 - Stabile rote Keramikleuchtstoffe und Technologien mit diesen Keramikleuchtstoffen - Google Patents

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Abstract

Es werden Wellenlängenkonverter offenbart, die grobe Teilchen/Körner eines roten Nitrid-Leuchtstoffs enthalten. In einigen Ausführungsformen handelt es sich bei dem roten Nitrid-Leuchtstoff um einen (Ca,Sr,Ba)SiN:Eu-Leuchtstoff mit einer D50-Korngröße oder einer D50-Teilchengröße, die ≥ 5 Mikron ist. Der rote Nitrid-Leuchtstoff kann in einer organischen Matrix verkapselt sein oder in einer anorganischen Matrix vorliegen. In letzterem Fall kann die anorganische Matrix feine Körner mit einer D50-Korngröße <5 Mikron enthalten. Es werden auch Verfahren zur Herstellung derartiger Wellenlängenkonverter und Vorrichtungen mit derartigen Wellenlängenkonvertern beschrieben.

Description

  • QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
  • Die vorliegende Anmeldung ist eine nicht vorläufige („nonprovisional“) Anmeldung der am 24. September 2015 eingereichten U.S. Provisional Application Nr. 62/232,204 , auf deren gesamten Inhalt hiermit ausdrücklich Bezug genommen wird.
  • GEBIET
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein rote Keramikleuchtstoffe und Technologien damit. Insbesondere betrifft die vorliegende Offenbarung stabile rote Keramikleuchtstoffe, Wellenlängenkonverter, die diese enthalten, und Beleuchtungsvorrichtungen, die diese enthalten.
  • HINTERGRUND
  • Strahlung emittierende Bauteile wie Leuchtdioden (LEDs) können sichtbares oder nicht sichtbares Licht in einem spezifischen Bereich des elektromagnetischen Spektrums erzeugen. Je nach der Materialzusammensetzung einer LED kann es sich bei ihrer Lichtausgabe (d. h. „Primärlicht“) um Licht im blauen, roten, grünen, nicht sichtbaren ultravioletten (UV) und/oder Nah-UV-Bereich des elektromagnetischen Spektrums handeln. Zur Konstruktion einer Beleuchtungsvorrichtung, die eine Lichtausgabe produziert, die von der Primärlichtausgabe darin enthaltener Lichtquelle(n) verschieden ist, können Wellenlängenkonverter verwendet werden. So kann man beispielsweise einen ein oder mehrere Wellenlängenkonversionsmaterialien enthaltenden Wellenlängenkonverter zur vollständigen oder teilweisen Umwandlung von Licht einer ersten Wellenlänge oder eines ersten Wellenlängenbereichs (dem „Primärlicht“ oder „Anregungslicht“) in Licht einer zweiten Wellenlänge oder eines zweiten Wellenlängenbereichs (das „Sekundärlicht“ oder „Emissionslicht“) mittels Photolumineszenz einsetzen. In derartigen Fällen kann die Farbe der Lichtausgabe der Beleuchtungsvorrichtung durch das durch den Wellenlängenkonverter produzierte Sekundärlicht entweder alleine oder in Kombination mit nicht umgewandeltem Primärlicht definiert werden.
  • Bei der Photolumineszenz wird im Allgemeinen Primärlicht höherer Energie mit einem Wellenlängenkonversionsmaterial, wie einem Leuchtstoff oder einer Mischung von Leuchtstoffen, absorbiert. Durch die Absorption des Primärlichts kann das Wellenlängenkonversionsmaterial in einen Zustand höherer Energie angeregt werden. Wenn das Wellenlängenkonversionsmaterial in einen Zustand niedrigerer Energie zurückkehrt, emittiert es Sekundärlicht, das im Allgemeinen eine andere Wellenlänge/einen anderen Wellenlängenbereich als das Primärlicht aufweist. Die Wellenlänge/der Wellenlängenbereich des Sekundärlichts kann von der Art des verwendeten Wellenlängenkonversionsmaterials abhängen. Sekundärlicht mit einer gewünschten Wellenlänge/einem gewünschten Wellenlängenbereich kann daher durch die richtige Wahl von Wellenlängenkonversionsmaterial erhalten werden. Dieser Prozess kann als „Wellenlängenabwärtskonversion“ verstanden werden, und eine LED in Kombination mit einer Wellenlängenkonvertierungsstruktur, die ein Wellenlängenkonversionsmaterial, wie einen Leuchtstoff, enthält, zur Erzeugung von Sekundärlicht kann als „leuchtstoffkonvertierte“ oder „wellenlängenkonvertierte“ LED beschrieben werden.
  • Es ist eine breite Palette von wellenlängenkonvertierten Beleuchtungsvorrichtungen zur Verwendung bei verschiedenen Anwendungen entwickelt und kommerzialisiert worden. Derartige Beleuchtungsvorrichtungen können dem Endanwender verschiedene Vorteile bieten, wie hohe Lichtausgabe, lange Lebensdauer und dergleichen. So haben beispielsweise einige wellenlängenkonvertierte LED-Beleuchtungsvorrichtungen eine Nennbetriebsdauer von vielen Jahren. Mit derartigen Vorteilen gehen jedoch verschiedene Herausforderungen einher, von denen einige den in derartigen Vorrichtungen verwendeten Wellenlängenkonvertern und/oder Wellenlängenkonversionsmaterialien zuzuschreiben sind.
  • So sind beispielsweise verschiedene Nitrid-Leuchtstoffe als für die Verwendung in Wellenlängenkonvertern zur vollständigen oder teilweisen Konvertierung von darauf einfallendem Primärlicht in Licht im roten Teil des sichtbaren Bereichs des elektromagnetischen Spektrums identifiziert worden. Derartige Leuchtstoffe haben sich zwar als recht nützlich erwiesen, aber ihre Leistungsfähigkeit kann im Lauf der Zeit aufgrund von verschiedenen Faktoren, wie Einwirkung von hoher Temperatur und/oder hoher Stromintensität, erheblich nachlassen. Daher besteht nach wie vor Interesse an der Entwicklung von roten Leuchtstoffen, die eine verbesserte Stabilität bei anerkannten Betriebsbedingungen für Leuchtdioden und andere wellenlängenkonvertierte Lichtquellen zeigen.
  • Figurenliste
  • Es wird nun auf die folgende ausführliche Beschreibung Bezug genommen, die im Zusammenhang mit den folgenden Figuren gelesen werden sollte, wobei gleiche Ziffern gleiche Teile darstellen:
    • 1 stellt rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen von zwei beispielhaften (Ca,Sr,Ba)2Si5N8-Pulvern bereit.
    • 2 ist eine Auftragung des Konversionsrateses gegen die Zeit für die Probenpulver von 1 gemäß LED-Aufrechterhaltungstests.
    • 3 zeigt eine verallgemeinerte Struktur eines Beispiels für einen Wellenlängenkonverter mit Teilchen eines Wellenlängenkonversionsmaterials gemäß der vorliegenden Offenbarung.
    • 4 zeigt eine verallgemeinerte Struktur eines Beispiels für einen anorganischen Wellenlängenkonverter gemäß der vorliegenden Offenbarung.
    • 5 ist ein Fließbild beispielhafter Arbeitsgänge eines beispielhaften Verfahrens zur Bildung eines Wellenlängenkonverters gemäß der vorliegenden Offenbarung.
    • 6A veranschaulicht eine beispielhafte Konfiguration einer Beleuchtungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung.
    • 6B veranschaulicht ein anderes Beispiel für eine Beleuchtungsvorrichtungskonstruktion gemäß der vorliegenden Offenbarung.
    • 7A und 7B sind lichtmikroskopische Aufnahmen eines Beispiels für einen anorganischen Wellenlängenkonverter gemäß der vorliegenden Offenbarung.
    • 8 ist eine Auftragung gemessener Emissionsspektren des anorganischen Wellenlängenkonverters der 7A und 7B und eines roten Leuchtstoffs.
    • 9 ist eine lichtmikroskopische Aufnahme eines anderen Beispiels für einen anorganischen Wellenlängenkonverter gemäß der vorliegenden Offenbarung.
    • 10 ist eine Auftragung gemessener Emissionsspektren des anorganischen Wellenlängenkonverters von 9 und eines roten Leuchtstoffs.
    • 11A und 11B sind lichtmikroskopische Aufnahmen von zwei zusätzlichen Beispielen für anorganische Wellenlängenkonverter gemäß der vorliegenden Offenbarung.
    • 12A und 12B sind rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen der beiden zusätzlichen beispielhaften anorganischen Wellenlängenkonverter, die in 11A bzw. 11B gezeigt sind.
    • 13 ist eine Auftragung gemessener Emissionsspektren der anorganischen Wellenlängenkonverter von 12B, einem roten Leuchtstoff und einem anorganischen Matrixmaterial.
  • Für ein eingehendes Verständnis der vorliegenden Offenbarung sollte auf die folgende ausführliche Beschreibung einschließlich der angehängten Ansprüche in Verbindung mit den oben beschriebenen Zeichnungen Bezug genommen werden. Obwohl die vorliegende Offenbarung in Verbindung mit beispielhaften Ausführungsformen beschrieben wird, soll die Offenbarung nicht auf die spezifischen Formen, wie sie hier erwähnt werden, beschränkt sein. Es versteht sich, dass verschiedene Auslassungen und Substitutionen von Äquivalenten vorgesehen sind, je nachdem, wie die Umstände es nahelegen oder zweckmäßig erscheinen lassen können. Außerdem versteht es sich, dass die hier verwendete Ausdrucksweise und Terminologie zum Zweck der Beschreibung dienen und nicht als einschränkend aufzufassen sind, sofern nicht ausdrücklich anders angegeben.
  • NÄHERE BESCHREIBUNG
  • Im Rahmen der vorliegenden Erfindung bedeuten die Begriffe „etwa“ und „weitgehend“ bei Verwendung in Verbindung mit einem Zahlenwert oder Bereich +/- 5% des angegebenen Zahlenwerts bzw. Bereichs.
  • Hin und wieder kann bzw. können ein oder mehrere Aspekte der vorliegenden Offenbarung unter Verwendung von Bereichen beschrieben werden. In derartigen Fällen versteht es sich, dass die angegebenen Bereiche nur beispielhaft sind, sofern nicht ausdrücklich etwas anderes angegeben ist. Außerdem versteht es sich, dass die angegebenen Bereiche alle einzelnen Werte, die in den angegebenen Bereich fallen, einschließen, als wären solche Werte ausdrücklich angegeben. Außerdem versteht es sich, dass die Bereiche Unterbereiche innerhalb des angegebenen Bereichs umfassen, als wären solche Unterbereiche ausdrücklich angegeben. Beispielsweise versteht es sich, dass ein Bereich von 1 bis 10 die Werte 2, 3, 4... usw. sowie den Bereich von 2 bis 10, 3 bis 10, 2 bis 8 usw. einschließt, als wären solche Werte und Bereiche ausdrücklich angegeben.
  • Der Begriff „Teilchengröße“ wird hier im Unterschied zu dem Begriff „Korngröße“ verwendet. Im Einzelnen bezieht sich der Begriff „Teilchengröße“ auf die Größe von Pulverteilchen, wohingegen „Korngröße“ für die Größe von kristallinen Körnern, beispielsweise in einem konsolidierten (z. B. gesinterten) Körper, verwendet wird.
  • Der Begriff „D50“ bedeutet bei Verwendung in Verbindung mit Korngröße oder Teilchengröße die mittlere Korn-/Teilchengröße in einer kumulativen Korn-/Teilchengrößenverteilung. D. h., D50 bedeutet die Teilchen-/Korngröße, bei der 50 % der Körner/Teilchen in einer kumulativen Korn- oder Teilchengrößenverteilung einer Probe größer bzw. kleiner sind. Insbesondere bezieht sich der Begriff „D50-Teilchengröße“ auf den Median einer kumulativen Teilchengrößenverteilung einer Probe von Pulverteilchen. Im Gegensatz dazu bezieht sich der Begriff „D50-Korngröße“ auf den Median einer kumulativen Korngrößenverteilung kristalliner Körner, z. B. in einem konsolidierten (z. B. gesinterten) Körper. Im Gegensatz dazu beziehen sich die Begriffe „D10“ und „D90“ bei Verwendung in Verbindung mit Korngröße oder Teilchengröße auf die Korn-/Teilchengröße, bei der 10 % und 90 % der Körner/Teilchen einer kumulativen Korn-/Teilchengrößenverteilung einer Probe kleiner (D10) oder größer (D90) sind.
  • Der Begriff „grob“ bedeutet bei Verwendung in Verbindung mit Teilchen oder Körnern, dass die Teilchen/Körner einen D50-Wert größer oder gleich 5 Mikrometer („Mikron“ oder „µm“) aufweisen, wie größer oder gleich etwa 10 µm, größer oder gleich etwa 15 µm oder sogar größer oder gleich etwa 20 µm. Im Gegensatz dazu bedeutet der Begriff „fein“ bei Verwendung in Verbindung mit Teilchen oder Körnern, dass die Teilchen/Körner einen D50-Wert von weniger als 5 µm, wie weniger als 2,5 µm oder sogar weniger oder gleich etwa 1 µm aufweisen.
  • Im Rahmen der vorliegenden Erfindung bedeutet der Begriff „optisch transparent“ bei Verwendung in Verbindung mit einem Material (z. B. einer Matrix oder einem Füllstoff), dass das Referenzmaterial größer oder gleich etwa 80 % von einfallendem Licht, wie größer oder gleich etwa 90 %, größer oder gleich etwa 95 %, größer oder gleich etwa 99 % oder sogar etwa 100 % von einfallendem Licht, durchlässt. Das einfallende Licht kann eine angegebene Wellenlänge oder einen angegebenen Wellenlängenbereich (z. B. Ultraviolett, Sichtbar, Infrarot usw.) aufweisen oder sich über mehrere Wellenlängenbereiche erstrecken. Ohne Einschränkung lassen Materialien, die hier als optisch transparent beschrieben sind, vorzugsweise größer oder gleich etwa 95 % (z. B. größer gleich etwa 99 % oder sogar etwa 100 %) von einfallendem Licht in mindestens einem der ultravioletten, sichtbaren und infraroten Bereiche des elektromagnetischen Spektrums durch.
  • Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden die Begriffe „Leuchtdiode“, „LED“ und „LED-Lichtquelle“ synonym verwendet und beziehen sich auf eine beliebige Leuchtdiode oder andere Art von System auf Trägerinjektions-/Übergangs-Basis, das als Reaktion auf ein elektrisches Signal Strahlung erzeugen kann. Somit schließt der Begriff LED verschiedene halbleiterbasierte Strukturen, die als Reaktion auf Strom Licht emittieren, Leuchtpolymere, Leuchtstreifen, elektrolumineszierende Streifen, Kombinationen davon und dergleichen ein, ist aber nicht darauf beschränkt.
  • Insbesondere bezieht sich der Begriff „LED“ auf Leuchtdioden aller Art (einschließlich Halbleitern und organischen Leuchtdioden), die so konfiguriert sein können, dass sie in allen oder verschiedenen Teilen des sichtbaren, ultravioletten und/oder UV-Spektrums Primärlicht erzeugen. Nicht einschränkende Beispiele für geeignete LEDs, die verwendet werden können, sind verschiedene Arten von Infrarot-LEDs, Ultraviolett-LEDs, roten LEDs, grünen LEDs, blauen LEDs, gelben LEDs, gelben LEDs, bernsteinfarbenen LEDs, orangefarbenen LEDs, und weißen LEDs. Derartige LEDs können so konfiguriert sein, dass sie Licht über ein breites Spektrum (z. B. das gesamte sichtbare Lichtspektrum) oder über ein schmales Spektrum emittieren.
  • Im Rahmen der vorliegenden Erfindung bedeutet der Begriff „verbesserte Stabilität“ bei Verwendung in Verbindung mit einem Wellenlängenkonverter oder einem Wellenlängenkonversionsmaterial, dass der Wellenlängenkonverter oder das Wellenlängenkonversionsmaterial bei einem Stabilitätstest im Vergleich zu einem anderen Material, das dem gleichen Test unterworfen wurde, bessere Ergebnisse zeigte. Beispielsweise kann die relative Stabilität eines Wellenlängenkonverters und/oder eines Wellenlängenkonversionsmaterials bestimmt werden, indem man den Wellenlängenkonverter und/oder das Wellenlängenkonversionsmaterial LED- und/oder laserbasierten Tests unterwirft, bei denen Anregungslicht (von einer LED oder einem Laser) auf den Wellenlängenkonverter oder das Wellenlängenkonversionsmaterial übermittelt wird. Anschließend wird das Konversionsrate des Wellenlängenkonverters und/oder Wellenlängenkonversionsmaterials über die Zeit gemessen. Beispielsweise kann das Konversionsrate in Echtzeit, in regelmäßigen Zeitintervallen oder am Anfang und am Ende des Experiments gemessen werden, wobei die Stabilität des Wellenlängenkonverters oder Wellenlängenkonversionsmaterials mit dem Verlust an Konversionsrate nach einem gegebenen Zeitintervall korreliert.
  • In Anbetracht der obigen Ausführungen bedeuten in einigen Ausführungsformen die Begriffe „hohe Stabilität“ und „hochstabil“ bei Verwendung in Verbindung mit einem Wellenlängenkonverter, dass ein Wellenlängenkonverter und/oder Wellenlängenkonversionsmaterial nach einem gegebenen Zeitintervall (z. B. 1000 Minuten) bei derartigen LED-/laserbasierten Tests ein Konversionsrate aufweist, das größer oder gleich etwa 90 % (z. B. ≥ 95 %, ≥ 99 % oder sogar 100 %) seines anfänglichen Konversionsrateses ist. Anders ausgedrückt, ist in einigen Ausführungsformen ein hochstabiler Wellenlängenkonverter oder ein hochstabiles Wellenlängenkonversionsmaterial einer bzw. eines, der bzw. das nach einem gegebenen Zeitintervall (z. B. 1000 Minuten) bei derartigen LED-/laserbasierten Tests kleiner oder gleich etwa 10 % (z. B. ≤ 5 %, ≤ 1 % oder sogar etwa 0 %) seiner Konversionseffizienz verliert.
  • Wie im Hintergrund angemerkt, sind verschiedene Nitrid-Leuchtstoffe als zur Verwendung in Wellenlängenkonvertern zur vollständigen oder teilweisen Umwandlung von darauf einfallendem Primärlicht in Licht im roten Teil des sichtbaren Bereichs des elektromagnetischen Spektrums geeignet identifiziert worden. Derartige Leuchtstoffe haben sich zwar als recht nützlich erwiesen, aber ihre Leistungsfähigkeit kann im Lauf der Zeit aufgrund von verschiedenen Faktoren, wie Einwirkung von hoher Temperatur und/oder hoher Stromintensität, erheblich nachlassen.
  • Mit Europium (Eu) aktivierten Siliciumnitriden sind eine wichtige Klasse von Nitrid-Leuchtstoffen, die als zur vollständigen oder teilweisen Umwandlung von darauf einfallendem Primärlicht in Licht im roten Teil des sichtbaren Bereichs des elektromagnetischen Spektrums geeignet identifiziert worden sind. Von derartigen Leuchtstoffen sind (Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu-Leuchtstoffe als für Beleuchtungsanwendungen und insbesondere zur Verwendung als Wellenlängenkonversionsmaterial in einem Wellenlängenkonverter als besonders nützlich identifiziert worden.
  • In Anbetracht der vorhergehenden Ausführungen wurde im Zuge der vorliegenden Erfindung unerwarteterweise gefunden, dass die physikalischen Eigenschaften von (Ca, Sr,Ba) 2Si5N8:Eu-Leuchtstoffen nicht nur von ihrer Zusammensetzung, sondern auch von ihrer Teilchen- und/oder Korngröße abhängen. Insbesondere und wie weiter unten erklärt wird, wurde im Zuge der vorliegenden Erfindung unerwarteterweise gefunden, dass Wellenlängenkonverter, die grobe Teilchen eines oder mehrerer (Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu-Leuchtstoffe enthalten, eine erheblich bessere Stabilität zeigen als Wellenlängenkonverter, die feine Teilchen mit der gleichen Zusammensetzung enthalten. Es wurde gefunden, dass sich diese Beobachtung auf Wellenlängenkonverter erstreckt, die konsolidierte Teilchen eines oder mehrerer (Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu-Leuchtstoffe und ein Matrixmaterial enthalten, wobei die Korngröße des (Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu-Leuchtstoffs bzw. der (Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu-Leuchtstoffe darin größer oder gleich 5 µm ist (d. h. der konsolidierte Wellenlängenkonverter enthielt grobe Körner von (Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu-Leuchtstoff).
  • Zur Veranschaulichung des Einflusses der Teilchengröße auf die Stabilität eines Wellenlängenkonverters, der Teilchen eines (Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu-Leuchtstoffs enthält, wurden ein erstes und ein zweites Probenpulver, das (Ca0,05Sr0,43Ba0,5)2Si5N8:2%Eu-Leuchtstoffteilchen enthielt, hergestellt. Das erste und das zweite Probenpulver wiesen die gleiche Zusammensetzung, aber eine unterschiedliche mittlere D50-Teilchengröße auf. Im Einzelnen handelte es sich bei dem ersten Probenpulver um ein feines Pulver mit einer D50-Teilchengröße von 1,0 µm, wohingegen es sich bei dem zweiten Probenpulver um ein grobes Pulver mit einer D50-Teilchengröße von 15,9 µm handelte, wie durch Messung auf einem CILAS®-Teilchengrößenanalysator gemessen. Rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen des ersten und zweiten Probenpulvers sind in 1 gezeigt und zeigen, dass die Teilchen 101 des zweiten Probenpulvers (D50 = 15,9 µm) viel größer waren als die Teilchen 105 des ersten Probenpulvers (D50 = 1,0 µm).
  • An dem ersten und zweiten Probenpulver wurden Tests zum Vergleich ihrer Eigenschaften durchgeführt. Im Einzelnen wurden das erste und das zweite Probenpulver zum Vergleich ihrer Quanteneffizienz und anderer Eigenschaften zu einer gepressten Pulverscheibe geformt und Fluoreszenztests unterworfen. Zum Vergleich ihres Verlusts an Umwandlungseffizienz im Lauf der Zeit wurde eine Dispersion jedes der beiden Probenpulver mit Silikon gemischt und in den Hohlraum von standardmäßigen LED-Gehäusen („LED packages“) mit einem leistungsstarken blauen LED-Farbstoff gegossen und ihr Konversionsrate (Verhältnis von umgewandelter Leistung zu nicht umgewandelter Leistung (Primärleistung), normalisiert auf den Beginn des Experiments) beim Betrieb der LED bei 350 Milliampere über einen Zeitraum von 1000 Minuten gemessen. Das erste und das zweite Probenpulver wurden auch Hochleistungslasertests unterworfen, bei denen die Proben über einen Zeitraum, während dem ihr Konversionsrate überwacht wurde, intensiver Laserstrahlung im blauen Bereich des mit magnetischen Spektrums unterworfen wurden. Schließlich wurden an der ersten und der zweiten Probe Tests zum thermischen Quenchen zum Vergleich des Integrals ihres Emissionsspektrums (relative Helligkeit) bei Raumtemperatur und bei 225° Celsius (C) durchgeführt. Die Ergebnisse der Tests sind nachstehend in Tabelle 1 bereitgestellt. Tabelle 1: Eigenschaftsvergleich von (Ca0,05Sr0,43Ba0,5)2Si5N8:2%Eu-Leuchtstoffteilchen mit unterschiedlichem mittlerem Teilchendurchmesser (D50)
    Test Parameter Beispiel 1 Beispiel 2
    Teilchengröße (CILAS® 1064) D50 1,0 µm 15,9 µm
    D90 4,3 µm 28,0 µm
    B80 = (D90-D10)/D50 3,8 1,4
    Fluoreszenzmessung QE 79,5% 84,7%
    R450-470 44,5% 0,600PP / 14,1% 0,617PP /
    CIE-x 0,589SG 0,399PP / 0,599SG 0,382PP /
    CIE-y 0,409SG 0,400SG
    FWHM 85,9 nm 594,0PP / 86,7 nm 597,9PP /
    Ldom 592,6SG 594,3sG
    LED-Aufrechterhaltung (1000 Minuten) Änderung des Konversionsrate -5,0% -0,5%
    Hochleistungslasertest (HPLT; 120 Minuten) Änderung des Konversionsrate -13,5% 5,8%
    Thermisches Quenchen (TQ) rel. Helligkeit 83,6% 83,2%
    Delta Ldom -6 nm -5 nm
    Delta LSchwerp. -7,2 nm -4,9 nm
    Delta x -0,035 -0,027
    Delta y 0,034 0,026
    FWHM(RT) 86,5 nm 86,3 nm
    FWHM(225°C) 96,7 nm 95,0 nm
    in der: QE die Quanteneffizienz ist; CIE-x und CIE-y Farbraumkoordinaten sind; FWHM die volle Breite bei halber Höhe des Maximums (Full Width Half Maximum) (Spektralbreite) ist; Ldom die dominante Wellenlänge ist; „PP“ Leuchtstoff Scheibe ist; „SG“ einziges Korn ist; relative Helligkeit das Photonenintegral des Emissionssignals bei 225 °C dividiert durch das Photonenintegral des Emissionssignals bei Raumtemperatur ist; nm Nanometer ist; Delta LDom die Differenz der Dominanzwellenlänge (aus dem Emissionsspektrum) bei 225 °C gegenüber Raumtemperatur ist; Delta Lschwerp die Differenz der zentrierten Wellenlänge (aus der Emissionswellenlänge) bei 225 °C gegenüber Raumtemperatur ist; Delta x und y die Differenz der CIE-x- bzw. -y-Koordinaten bei 225 °C gegenüber Raumtemperatur sind; FWHM (RT) die Spektralbreite bei Raumtemperatur ist; und FWHM (225 °C) die Spektralbreite bei 225 °C ist. Die Konversionsrate des ersten und des zweiten Probenpulvers gegen die Zeit gemäß Messung durch LED-Aufrechterhaltungstests ist auch in 2 gezeigt.
  • Wie ersichtlich ist, zeigen die Tests, dass das zweite (grobe) Probenpulver (D50= 15,9 µm) erheblich stabiler war als das erste (feine) Probenpulver (D50 = 1,0 µm). Insbesondere nahm die Konversionsrate eines Wellenlängenkonverters mit dem ersten Probenpulver gemäß Messung durch LED-Aufrechterhaltungstests bei 1000 Minuten um 5 % (d. h. auf etwa 95 %) ab, wohingegen die Konversionsrate eines Wellenlängenkonverters mit dem zweiten Probenpulver bei dem gleichen Test nur um 0,5 % (d. h. auf 99,5 %) abnahm. Die HPLT-Testergebnisse untermauern ferner den Befund, dass das zweite (grobe) Probenpulver stabiler war als das erste (feine) Probenpulver. D. h., die Tests zeigen, dass das zweite Probenpulver bei LED- und laserbasierten Tests über einen Zeitraum von 1000 Minuten hochstabil war.
  • Insbesondere waren die Eigenschaften des zweiten Probenpulvers bezüglich Fluoreszenz und thermischem Quenchen mit denjenigen des ersten Probenpulvers vergleichbar. Ohne Festlegung auf irgendeine Theorie wird angenommen, dass die verbesserte Stabilität des zweiten Probenpulvers der Kristallinität der groben (Ca0,05Sr0,43Ba0,5)2Si5N8:2%Eu-Leuchtstoffteilchen darin zugeschrieben werden kann, von der angenommen wird, dass sie besser ist als die Kristallinität der feinen (Ca0,05Sr0,43Ba0,5)2Si5N8:2%Eu-Leuchtstoffteilchen in dem ersten Probenpulver.
  • Demgemäß betrifft ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung Wellenlängenkonverter, die grobe Teilchen und/oder Körner eines oder mehrerer (Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu-Leuchtstoffe, die in einem Matrixmaterial verkapselt sind, enthalten. Wie nachstehend ausführlich beschrieben wird, enthalten die hier beschriebenen Wellenlängenkonverter in einigen Ausführungsformen grobe (Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu-Leuchtstoffteilchen, die in einem Matrixmaterial, wie einer organischen Matrix, verkapselt sind. In anderen Ausführungsformen liegen die hier beschriebenen Wellenlängenkonverter in Form eines konsolidierten (z. B. gesinterten) Körpers, der grobe Körner eines oder mehrerer (Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu-Leuchtstoffe, entweder alleine oder in Kombination mit Matrixmaterial, enthält, vor.
  • 3 zeigt eine verallgemeinerte Struktur eines Beispiels für einen Wellenlängenkonverter mit Teilchen eines Wellenlängenkonversionsmaterials, die in einem Matrixmaterial verkapselt sind, gemäß der vorliegenden Offenbarung. Wie gezeigt, enthält der Wellenlängenkonverter 300 grobe Teilchen 301 eines oder mehrerer Wellenlängenkonversionsmaterialien, die in einer Matrix 303 verkapselt sind. Hierbei versteht es sich, dass die groben Teilchen 301 und die Matrix 303 keinem Konsolidierungsschritt (z. B. Sinterschritt) unterworfen wurden. Vielmehr sind die groben Teilchen 301 einfach in der Matrix 303 verkapselt. Eine derartige Verkapselung kann auf eine beliebige geeignete Weise bewerkstelligt werden, wie u. a. durch Mischen von groben Teilchen 301 mit einem Vorläufer der Matrix 303, wonach der Vorläufer der Matrix 303 gehärtet werden kann. Alternativ oder zusätzlich dazu können grobe Teilchen 301 so zu einem Vorläufer der Matrix 303 gegeben werden, dass ihre Verteilung gesteuert wird, wie später beschrieben.
  • Als Matrix 303 kann ein beliebiges geeignetes Matrixmaterial verwendet werden. Ohne Einschränkung ist die Matrix 303 in einigen Ausführungsformen aus einem optisch transparenten Matrixmaterial gebildet oder enthält ein derartiges Material. Ohne Einschränkung ist die Matrix 300 in einigen Ausführungsformen so konfiguriert, dass sie größer oder gleich etwa 80 %, größer oder gleich 90 %, größer oder gleich etwa 95 %, größer oder gleich etwa 99 % oder sogar etwa 100 % auf den Wellenlängenkonverter 300 einfallendes Primärlicht (z. B. aus einer externen Lichtquelle) und durch Konversion von Primärlicht durch die groben Teilchen 301 erzeugtes Sekundärlicht durchlässt. In einigen Ausführungsformen ist bzw. sind das Material bzw. die Materialien, das bzw. die als Matrix 303 verwendet wird bzw. werden, so gewählt, dass sie mit den groben Teilchen 301 kompatibel sind.
  • Nicht einschränkende Beispiele für geeignete Materialien, die als Matrix 300 verwendet werden können, sind Polymere wie ein optische Qualität aufweisendes Silikon, Epoxidharz, Acrylharz (z. B. Polyacrylat, Polymethacrylat usw.), Polysilazan, Polycarbonat, Kombinationen davon und dergleichen. Ohne Einschränkung handelt es sich in einigen Ausführungsformen bei der Matrix 300 um Silikon.
  • Bei den groben Teilchen 301 handelt es sich um grobe Teilchen eines oder mehrerer Wellenlängenkonversionsmaterialien. Hierbei können die groben Teilchen 301 aus einem beliebigen geeigneten Wellenlängenkonversionsmaterial oder einer beliebigen geeigneten Kombination von Wellenlängenmaterialien gebildet sein, so lange die D50-Teilchengröße der groben Teilchen 301 größer oder gleich 5 µm ist. In einigen Ausführungsformen handelt es sich bei den groben Teilchen 301 um grobe Teilchen eines Wellenlängenkonversionsmaterials, das zur Konversion von einfallendem Primärlicht einer ersten Wellenlänge oder eines ersten Wellenlängenbereichs (z. B. einfallendem blauem Licht) in Sekundärlicht einer zweiten Wellenlänge oder eines zweiten Wellenlängenbereichs (z. B. rotes Licht) geeignet ist. Spezieller handelt es sich in einigen Ausführungsformen bei den groben Teilchen 301 um grobe Teilchen eines roten Nitrid-Leuchtstoffs. Und ohne Einschränkung handelt es sich in einigen Ausführungsformen bei den groben Teilchen 301 um grobe Teilchen eines (Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu-Leuchtstoffs oder einer Mischung von zwei oder mehr (Ca,Sr,Ba)2Si3N8:Eu-Leuchtstoffen. Und in weiteren Ausführungsformen handelt es sich bei den groben Teilchen 301 um grobe Teilchen eines oder mehrerer hochstabiler (Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu-Leuchtstoffe.
  • In Fällen, in denen die groben Teilchen 301 einen (Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu-Leuchtstoff enthalten, wird angemerkt, dass die relativen Mengen von Calcium (Ca), Strontium (Sr) und Barium (Ba) und die Konzentration von Europium (Eu) in derartigen Leuchtstoffen ihre Emissionsfarbe sowie andere Eigenschaften wie thermisches Quenchen und Stabilität beeinflussen kann. Es kann daher wünschenswert sein, die Mengen von Ca, Sr, Ba und Eu in einem als oder in den groben Teilchen 301 verwendeten (Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu-Leuchtstoff so zu wählen, dass die gewünschten Eigenschaften erzielt werden.
  • Hierbei enthalten oder sind die groben Teilchen 301 in einigen Ausführungsformen grobe Teilchen eines oder mehrerer (Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu-Leuchtstoffe der allgemeinen Formel (Cax,Sry, Baz)2Si5N8, wobei x, y und z für die Menge von Ca, Sr bzw. Ba in Atomprozent stehen, d für die Menge von Eu in Atomprozent steht und die folgenden Beziehungen erfüllt sind: 0 < x < 1; 0 < y < 1; 0 < z < 1; x + y + z = 1; und 0 < d < 10. In weiteren nicht einschränkenden Ausführungsformen enthalten oder sind die groben Teilchen 301 grobe Teilchen eines oder mehrerer (Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu-Leuchtstoffe der obigen Formel, wobei die folgenden Beziehungen erfüllt sind: 0 < x ≤ 0,2; 0 < y ≤ 0,6; 0 < z < 1; x + y + z = 1; und 0,5 ≤ d ≤ 8. In weiteren nicht einschränkenden Ausführungsformen enthalten oder sind die groben Teilchen 301 grobe Teilchen eines oder mehrerer (Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu-Leuchtstoffe der obigen Formel, wobei die folgenden Beziehungen erfüllt sind: 0 < x ≤ 0,1; 0 < y ≤ 0,5; 0 < z < 1; x + y + z = 1; und 1 ≤ d ≤ 6. Und in weiteren nicht einschränkenden Ausführungsformen enthalten oder sind die groben Teilchen 301 grobe Teilchen eines oder mehrerer (Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu-Leuchtstoffe der obigen Formel, wobei die folgenden Beziehungen erfüllt sind: 0,03 < x ≤ 0,07; 0,4 < y ≤ 0,5; 0 < z < 1; x + y + z = 1; und 1,5 ≤ d ≤ 5.
  • Die relative Menge von groben Teilchen 301 und der Matrix 303 kann je nach der Anwendung und den gewünschten Eigenschaften innerhalb weiter Grenzen variieren. Beispielsweise kann die Menge grober Teilchen 301 einen Einfluss auf die Menge an Primärlicht, die durch den Wellenlängenkonverter 300 in Sekundärlicht umgewandelt wird, haben. Außerdem kann die Menge grober Teilchen 301 einen Einfluss auf die Viskosität eines Vorläufers des Wellenlängenkonverters 300 sowie die Wärmeleitfähigkeit des Wellenlängenkonverters 300 haben. Es kann daher wünschenswert sein, die relative Menge der groben Teilchen 301 und der Matrix 303 so zu wählen, dass gewünschte Merkmale erzielt werden.
  • In einigen Ausführungsformen liegen die groben Teilchen 301 in einer Menge im Bereich von mehr als 0 bis etwa 30 Gew.-%, wie von mehr als 0 bis etwa 20 Gew.-% oder sogar von mehr als 0 bis etwa 15 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Wellenlängenkonverters 300, vor. Ohne Einschränkung handelt es sich bei den groben Teilchen 301 in einigen Ausführungsformen um grobe Teilchen eines oder mehrerer (Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu-Leuchtstoffe, die in einer Menge im Bereich von etwa 10 bis etwa 15 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Wellenlängenkonverters 300, vorliegen.
  • Ebenso kann die Menge der Matrix 303 erheblich variieren, und es kann eine beliebige geeignete Menge der Matrix 303 verwendet werden. Ohne Einschränkung liegt die Matrix 303 in einigen Ausführungsformen in einer Menge im Bereich von weniger als 100 bis mehr als etwa 70 Gew.-%, wie von weniger als 100 bis mehr als etwa 80 Gew.-% oder sogar weniger als 100 bis mehr als etwa 85 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Wellenlängenkonverters 300, vor. Ohne Einschränkung liegt die Matrix 303 in einigen Ausführungsformen in einer Menge von etwa 80 bis etwa 85 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Wellenlängenkonverters 300, vor.
  • In weiteren nicht einschränkenden Ausführungsformen enthält der Wellenlängenkonverter 300 etwa 10 bis etwa 15 Gew.-% grobe Teilchen 301 und etwa 80 bis etwa 85 Gew.-% Matrix 303, wobei es sich bei den groben Teilchen 301 um grobe Teilchen eines oder mehrerer (Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu-Leuchtstoffe handelt und es sich bei der Matrix 303 um ein Silikon optischer Qualität handelt. Und in weiteren nicht einschränkenden Ausführungsformen enthält der Wellenlängenkonverter 300 etwa 15 Gew.-% grobe Teilchen 301 und etwa 85 Gew.-% Matrix 303, wobei es sich bei den groben Teilchen 301 um grobe Teilchen eines oder mehrerer (Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu-Leuchtstoffe handelt und es sich bei der Matrix 303 um ein Silikon optischer Qualität handelt.
  • Wie oben angemerkt, wurde im Zuge der vorliegenden Erfindung beobachtet, dass die Teilchengröße von (Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu-Leuchtstoffteilchen deren Stabilität bei verschiedenen Tests, wie LED-Aufrechterhaltung und Hochleistungslasertests beeinflusst. Spezieller wurde im Zuge der vorliegenden Erfindung beobachtet, dass bei Zunahme der mittleren (D50) Teilchengröße eines (Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu-Leuchtstoffs über 5 Mikron die Stabilität der Leuchtstoffteilchen bei derartigen Tests gegenüber feinkörnigen Teilchen der gleichen Leuchtstoffzusammensetzung ebenfalls zunahm.
  • In Anbetracht dessen handelt es sich in einigen Ausführungsformen bei den groben Teilchen 301 um grobe (Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu-Leuchtstoffteilchen mit einer mittleren (D50) Teilchengröße größer oder gleich 5 µm. Ohne Einschränkung handelt es sich bei den groben Teilchen 301 in einigen Ausführungsformen um grobe (Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu-Leuchtstoffteilchen mit einer mittleren (D50) Teilchengröße größer oder gleich etwa 7 µm, größer oder gleich etwa 12 µm, größer oder gleich etwa 15 µm oder sogar größer oder gleich etwa 20 µm. Ohne Einschränkung handelt es sich bei den groben Teilchen 301 in einigen Ausführungsformen um grobe Teilchen eines oder mehrerer (Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu-Leuchtstoffe der oben angegebenen Formel (z. B. wobei 0,03 < x ≤ 0,07; 0,4 < y ≤ 0,5; 0 < z < 1; x + y + z = 1; und 1,5 ≤ d ≤ 5) mit einer mittleren (D50) Teilchengröße größer oder gleich etwa 15 µm.
  • Die Verteilung von groben Teilchen 301 in der Matrix 303 kann erheblich variieren und einen Einfluss auf die Leistungsfähigkeit des Wellenlängenkonverters 300 haben. Daher versteht es sich, dass 3 zwar ein Beispiel für einen Wellenlängenkonverter 300 zeigt, in dem die groben Teilchen 301 in der Matrix 303 homogen verteilt sind, eine derartige Veranschaulichung jedoch beispielhaft ist und sich die Verteilung der groben Teilchen 301 von der veranschaulichten Verteilung unterscheiden kann. In der Tat sieht die vorliegende Offenbarung Ausführungsformen vor, in denen die groben Teilchen 301 homogen, inhomogen, statistisch, in einer definierten Verteilung und/oder in einem Muster in der Matrix 303 verteilt sind.
  • Beispielsweise können die groben Teilchen in einigen Ausführungsformen an oder nahe einer ersten Seite 310 des Wellenlängenkonverters 300, einer zweiten Seite 320 des Wellenlängenkonverters 300 oder sowohl an der ersten als auch an der zweiten Seite 310, 320 des Wellenlängenkonverters 300 konzentriert sein. Alternativ dazu oder zusätzlich dazu kann die Konzentration grober Teilchen 301 über die Dicke des Wellenlängenkonverters 300 variieren oder konstant bleiben. Beispielsweise kann die Konzentration der groben Teilchen 301 nahe der ersten Seite 310 des Wellenlängenkonverters relativ hoch sein und von der ersten Seite 310 zur zweiten Seite 320 hin allmählich abnehmen (z. B. in einem Gradienten). Alternativ dazu kann die Konzentration der groben Teilchen 301 nahe eines Mittelteils 325 des Wellenlängenkonverters 300 relativ hoch sein und nahe der ersten und zweiten Seite 310, 320 davon relativ niedrig sein. In derartigen Fällen kann die Konzentration der groben Teilchen 301 in einigen Ausführungsformen in einem Gradienten vom Mittelteil 325 zur ersten und zweiten Seite 310, 320 abnehmen. Des Weiteren kann die Konzentration der groben Teilchen 301 in einigen Ausführungsformen nahe der ersten und zweiten Seite 310, 320 relativ hoch sein und in einem Gradienten von der ersten und zweiten Seite 310, 320 zum Mittelteil 325 hin abnehmen.
  • Die oben beschriebenen Wellenlängenkonverter sind zwar nützlich und können aufgrund der Verwendung von groben Leuchtstoffteilchen darin eine verbesserte Stabilität zeigen, aber die Verwendung einer polymeren Matrix wie eines Silikons oder eines Epoxidharzes darin kann unter bestimmten Umständen einschränkend sein. Beispielsweise kann durch Einwirkung von hohen Temperaturen (z. B. etwa 90 bis etwa 200 °C), wie sie bei Anwendungen von wellenlängenkonvertierten LED anzutreffen sein können, auf derartige Wellenlängenkonverter das Matrixmaterial verschlechtert werden. Es kann daher notwendig sein, die Lichtausgabe eines LED-Chips künstlich einzuschränken, um zu gewährleisten, dass die Temperatur des Wellenlängenkonverters 300 (oder spezieller der Matrix 303) innerhalb tolerierbarer Grenzen bleibt. Wird die Temperatur des Wellenlängenkonverters 300 nicht innerhalb der Toleranz der Matrix 303 gehalten, so kann dies zu thermischem und/oder oxidativem Abbau der Matrix 303 führen, was möglicherweise zu einem vorzeitigen Versagen der LED oder anderen Lichtquelle, in der der Wellenlängenkonverter 300 enthalten ist, führen kann. Alternativ dazu kann dieses Problem durch die Verwendung eines anorganischen Wellenlängenkonverters gelöst werden.
  • Ein anderer Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft daher anorganische Wellenlängenkonverter, die ein oder mehrere grobkörnige Wellenlängenkonversionsmaterialien enthalten. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung bedeutet der Begriff „anorganischer Wellenlängenkonverter“ einen Wellenlängenkonverter, der kein organisches Matrixmaterial, wie die polymeren Matrixmaterialien, die oben als zur Verwendung als Matrix 300 geeignet aufgeführt sind, enthält. Vielmehr enthalten die hier beschriebenen anorganischen Wellenlängenkonverter eine anorganische Matrix und ein oder mehrere grobkörnige (anorganische) Wellenlängenkonversionsmaterialien. Im Einzelnen handelt es sich bei den hier beschriebenen anorganischen Wellenlängenkonvertern um (z. B. gesinterte oder anderweitig thermisch verarbeitete) Körper, die aus Teilchen eines anorganischen Matrixmaterials und Teilchen eines anorganischen Wellenlängenkonversionsmaterials gebildet sind. Ohne Einschränkung sind die hier beschriebenen anorganischen Wellenlängenkonverter in einigen Ausführungsformen vollständig anorganisch, d. h. sie enthalten kein organisches Material.
  • Daher wird auf 4 Bezug genommen, die eine verallgemeinerte Struktur eines Beispiels für einen anorganischen Wellenlängenkonverter 400 gemäß der vorliegenden Offenbarung zeigt. Wie gezeigt, enthält der anorganische Wellenlängenkonverter 400 grobe Körner 401 eines Wellenlängenkonversionsmaterials in einer anorganischen Matrix 403.
  • Die Funktion und Zusammensetzung der Körner 401 von Wellenlängenkonversionsmaterial ist die gleiche wie für die oben beschriebenen groben Teilchen 301 und wird daher der Kürze halber hier nicht noch einmal ausführlich beschrieben. Eine bemerkenswerte Ausnahme ist, dass es sich bei den groben Körnern 401 im Gegensatz zu den groben Teilchen 301 (die durch die Matrix 303 verkapselt sind) um grobe kristalline Körner eines Wellenlängenkonversionsmaterials handelt, von denen mindestens ein Teil durch Sintern, Calcinieren oder anderweitige thermische Verarbeitung an die Matrix 403 gebunden ist.
  • In einigen Ausführungsformen handelt es sich bei den groben Körnern 401 um grobe Körner eines Leuchtstoffmaterials, das zur Konversion von einfallendem Primärlicht einer ersten Wellenlänge oder eines ersten Wellenlängenbereichs (z. B. blauem Primärlicht) in Sekundärlicht einer zweiten Wellenlänge oder eines zweiten Wellenlängenbereichs (z. B. rotes Licht) geeignet ist. In einigen Fällen handelt es sich bei den groben Körnern 401 um grobe Körner eines roten Nitrid-Leuchtstoffs, wie u. a. eines (Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu-Leuchtstoffs der oben angegebenen Zusammensetzung. In derartigen Fällen kann die Zusammensetzung der (Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu-Leuchtstoffkörner mit der Zusammensetzung, die oben als zur Verwendung als grobe Teilchen 301 geeignet angegeben ist, identisch sein.
  • In Anbetracht dessen handelt es sich in einigen Ausführungsformen bei den groben Körnern 401 in einigen Ausführungsformen um grobe (Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu-Leuchtstoffkörner mit einer mittleren (D50) Korngröße größer oder gleich 5 µm. Ohne Einschränkung handelt es sich bei den groben Körnern s 401 in einigen Ausführungsformen um grobe (Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu-Leuchtstoffkörner mit einer mittleren (D50) Korngröße größer oder gleich etwa 7 µm, größer oder gleich etwa 12 µm, größer oder gleich etwa 15 µm oder sogar größer oder gleich etwa 20 µm. Ohne Einschränkung handelt es sich bei den groben Körnern 401 in einigen Ausführungsformen um grobe Körner eines oder mehrerer (Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu-Leuchtstoffe der oben angegebenen Formel (z. B. wobei 0,03 < x ≤ 0,07; 0,4 < y ≤ 0,5; 0 < z < 1; x + y + z = 1; und 1,5 ≤ d ≤ 5) mit einer mittleren (D50) Korngröße größer oder gleich etwa 15 µm.
  • Als anorganische Matrix 403 kann eine breite Palette von Materialien verwendet werden, vorausgesetzt, sie enthalten kein organisches (z. B. polymeres) Material. Ohne Einschränkung handelt es sich bei der anorganischen Matrix 403 in einigen Ausführungsformen um ein optisch transparentes anorganisches Material, das heißt ein anorganisches Material, das größer oder gleich etwa 80 % (z. B. größer oder gleich etwa 90, 95, 99 oder sogar 100 %) einfallendes Primärlicht (z. B. aus einer externen Quelle) und/oder durch grobe Körner 401 produziertes Sekundärlicht durchlässt. Alternativ oder zusätzlich dazu ist die anorganische Matrix 403 aus Materialien gebildet, die mit den groben Körnern 401 kompatibel sind.
  • Nicht einschränkende Beispiele für geeignete Materialien, die als anorganische Matrix 403 verwendet werden können, sind optisch transparente Metallnitride (z. B. Aluminiumnitrid (AlN)), Metalloxidnitride (z. B. Aluminiumoxidnitrid (AlON), Ca-SiAlON), Metalloxide (z. B. Saphir (Al2O3), metallaktivierte Siliciumnitride, wobei die Konzentration an Metallaktivator weniger als 2 % beträgt (z. B. (Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu, wobei die Konzentration von Eu weniger als 1,5 Atom-%, weniger oder gleich etwa 1,0 Atom-%, weniger oder gleich etwa 0,5 Atom-% oder weniger oder gleich etwa 0,25 Atom-% beträgt), undotierte Siliciumnitride wie (Ca,Sr,Ba)2Si5N8 (d. h. wobei die Konzentration an Metallaktivator 0 Atom-% oder ungefähr 0 Atom-% beträgt), Gläser, Nitridoaluminosilikate (z. B. (Ca,Sr)AlSiN3:Eu, Kombinationen davon und dergleichen.
  • Ohne Einschränkung ist die anorganische Matrix 403 in einigen Ausführungsformen aus AlN, Ca-SiAlON, (Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu, wobei die Konzentration von Eu weniger als 1,5 Atom-% beträgt, oder (Ca,Sr,Ba)2Si5N8 (d. h. wobei die Konzentration von Eu 0 ist) gebildet oder enthält ein derartiges Material. In spezifischen nicht einschränkenden Ausführungsformen ist die anorganische Matrix 403 aus (Ca,Sr,Ba)2Si5N8 gebildet und sind die groben Körner 401 aus (Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu gebildet, wobei das Verhältnis von Ca, Sr und Ba in der anorganischen Matrix 403 und den groben Körnern 403 gleich oder weitgehend gleich ist.
  • Die relative Menge von groben Körnern 401 und der anorganischen Matrix 403 kann je nach der Anwendung und den gewünschten Eigenschaften innerhalb weiter Grenzen variieren. Beispielsweise kann die Menge grober Körner 401 einen Einfluss auf die Menge an Primärlicht, die durch den anorganischen Wellenlängenkonverter 400 in Sekundärlicht umgewandelt wird, haben. Außerdem kann die Menge grober Teilchen 401 einen Einfluss auf die Wärmeleitfähigkeit des anorganischen Wellenlängenkonverters 400 haben. Es kann daher wünschenswert sein, die relative Menge der groben Körner 401 und der Matrix 403 so zu wählen, dass gewünschte Merkmale erzielt werden.
  • In einigen Ausführungsformen liegen die groben Körner 401 in einer Menge im Bereich von mehr als 0 bis etwa 30 Gew.-%, wie von mehr als 0 bis etwa 20 Gew.-% oder sogar von mehr als 0 bis etwa 15 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des anorganischen Wellenlängenkonverters 400, vor. Ohne Einschränkung handelt es sich bei den groben Körnern 401 in einigen Ausführungsformen um grobe Körner eines oder mehrerer (Ca, Sr, Ba) 2Si5N8: Eu-Leuchtstoffe, die in einer Menge im Bereich von etwa 10 bis etwa 15 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des anorganischen Wellenlängenkonverters 400, vorliegen.
  • Ebenso kann die Menge der anorganischen Matrix 403 erheblich variieren, und es kann eine beliebige geeignete Menge der anorganischen Matrix 403 verwendet werden. Ohne Einschränkung liegt die anorganische Matrix 403 in einigen Ausführungsformen in einer Menge im Bereich von weniger als 100 bis mehr als etwa 70 Gew.-%, wie von weniger als 100 bis mehr als etwa 80 Gew.-% oder sogar weniger als 100 bis mehr als etwa 85 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des anorganischen Wellenlängenkonverters 400, vor. Ohne Einschränkung liegt die anorganische Matrix 403 in einigen Ausführungsformen in einer Menge von etwa 80 bis etwa 85 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des anorganischen Wellenlängenkonverters 400, vor.
  • In weiteren nicht einschränkenden Ausführungsformen enthält der anorganische Wellenlängenkonverter 400 etwa 10 bis etwa 15 Gew.-% grobe Teilchen 401 und etwa 80 bis etwa 85 Gew.-% anorganische Matrix 403, wobei es sich bei den groben Körnern 401 um grobe Körner eines oder mehrerer (Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu-Leuchtstoffe der oben angegebenen Formel handelt und es sich bei der anorganischen Matrix 403 um AlN, AlON, Ca-SiAlON oder (Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu (wobei die Konzentration von Eu weniger als 2 % beträgt) oder (Ca,Sr,Ba)2Si5N8 (wobei die Konzentration von Eu 0 beträgt) handelt. Und in noch weiteren nicht einschränkenden Ausführungsformen enthält der anorganische Wellenlängenkonverter 400 etwa 15 Gew.-% grobe Körner 401 und etwa 85 Gew.-% anorganische Matrix 403, wobei es sich bei den groben Körnern 401 um grobe Körner eines oder mehrerer (Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu-Leuchtstoffe der oben angegebenen Formel handelt und es sich bei der Matrix 403 um (Ca,Sr,Ba)2Si5N8 (wobei die Konzentration von Eu 0 beträgt) handelt.
  • Ein anderer Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft Verfahren zur Bildung von Wellenlängenkonvertern gemäß der vorliegenden Offenbarung. Hierzu wird auf 5 Bezug genommen, bei der es sich um ein Fließbild beispielhafter Arbeitsgänge eines beispielhaften Verfahrens zur Bildung eines Wellenlängenkonverters gemäß der vorliegenden Offenbarung handelt. Wie gezeigt, beginnt das Verfahren 500 bei Block 501. Gemäß dem fakultativen Block 503 wird gegebenenfalls ein Wellenlängenkonversionsmaterial bereitgestellt. In Fällen, in denen es sich bei dem zu bildenden Wellenlängenkonverter um einen handelt, in dem eine organische Matrix verwendet wird, kann das gemäß dem fakultativen Block 503 bereitgestellte Wellenlängenkonversionsmaterial in Form von groben Teilchen eines Wellenlängenkonversionsmaterials, wie u. a. groben Teilchen eines oder mehrerer (Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu-Leuchtstoffteilchen, vorliegen.
  • In Fällen, in denen es sich bei dem zu bildenden Wellenlängenkonverter um einen anorganischen Wellenlängenkonverter handelt, kann das gemäß dem fakultativen Block 503 bereitgestellte Wellenlängenkonversionsmaterial in Form eines Vorläufers von groben Körnern eines Wellenlängenkonversionsmaterials vorliegen. Bei dem Vorläufer der groben Körner kann es sich in einigen Ausführungsformen um grobe Teilchen des Wellenlängenkonversionsmaterials handeln, wie oben in Verbindung mit der Herstellung eines Wellenlängenkonverters mit einer organischen Matrix beschrieben. Alternativ oder zusätzlich dazu kann es sich bei dem Vorläufer der groben Körner von Wellenlängenkonversionsmaterial in einigen Ausführungsformen um Teilchen von Wellenlängenkonversionsmaterial handeln, die bei thermischer Verarbeitung (z. B. Sintern, Calcinieren usw.) zur Bildung von groben Körnern von Wellenlängenkonversionsmaterial führen.
  • In jedem Fall kann das Verfahren nach der Bereitstellung eines Wellenlängenkonversionsmaterials gemäß dem fakultativen Block 503 (oder wenn die Bereitstellung eines derartigen Wellenlängenkonversionsmaterials nicht erforderlich ist) zum fakultativen Block 505 übergehen, gemäß dem gegebenenfalls ein Matrixvorläufer bereitgestellt wird. In Fällen, in denen eine organische Matrix zu verwenden ist, kann es sich bei dem Matrixvorläufer um einen Vorläufer für eine organische Matrix handeln, wie ein Prepolymer oder einen anderen Vorläufer für die organischen Matrixmaterialien, das bzw. der oben als zur Verwendung als Matrix-303-Prepolymer, das zu der organischen Matrix gehärtet und/oder polymerisiert werden kann, geeignet angegeben ist. Alternativ dazu kann der Matrixvorläufer in Fällen, in denen eine anorganische Matrix zu verwenden ist, in Form von feinen Teilchen eines anorganischen Materials, wie feinen Teilchen der anorganischen Materialien, die oben als zur Verwendung als anorganische Matrix 403 geeignet angegeben sind, vorliegen. Alternativ dazu kann der Matrixvorläufer für eine anorganische Matrix feine Teilchen eines anorganischen Matrixmaterials in einem organischen Bindemittel enthalten, wobei das organische Bindemittel bei der thermischen Verarbeitung (z. B. Sinterung) des Matrixvorläufers und Vorläufers der groben Körner entfernt wird (z. B. durch Pyrolyse).
  • Nach dem fakultativen Block 505 (oder wenn der fakultative Block 505 nicht erforderlich ist) kann das Verfahren zu Block 507 übergehen, gemäß dem das Wellenlängenkonversionsmaterial und der Matrixvorläufer vereinigt werden. In Fällen, in denen eine organische Matrix zu verwenden ist, können die Arbeitsgänge von Block 507 das Mischen oder anderweitige Vereinigen des Wellenlängenkonversionsmaterials (z. B. grober Teilchen eines oder mehrerer (Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu-Leuchtstoffteilchen) mit dem Matrixvorläufer umfassen. Alternativ oder zusätzlich dazu kann der Matrixvorläufer als Schicht (z. B. auf einem Substrat) abgeschieden werden, wonach Teilchen eines Wellenlängenkonversionsmaterials hinzugefügt werden können, z. B. auf einer oder mehreren Seiten davon.
  • In Fällen, in denen ein anorganischer Wellenlängenkonverter zu bilden ist, kann der Matrixvorläufer in Form von anorganischen Teilchen von Matrixmaterial (gegebenenfalls in einem organischen Bindemittel dispergiert) vorliegen. In derartigen Fällen können die Arbeitsgänge von Block 507 das Vereinigen der Teilchen von anorganischem Matrixmaterial mit (z. B. groben) Teilchen eines Wellenlängenkonversionsmaterials umfassen. Dies kann beispielsweise durch Zusammenmischen der Teilchen von anorganischem Matrixmaterial und Teilchen von Wellenlängenkonversionsmaterial zum weitgehenden Mischen der Teilchen von Matrixmaterial und Wellenlängenkonversionsmaterial miteinander bewerkstelligt werden. Alternativ dazu können in Fällen, in denen der anorganische Matrixvorläufer ein Bindemittel enthält, (grobe) Teilchen eines Wellenlängenkonversionsmaterials in dem Bindemittel dispergiert und/oder auf eine Oberfläche des Bindemittels aufgetragen werden.
  • Ohne Einschränkung liegen die gemäß den Blöcken 503 und 505 bereitgestellten Vorläufer in einigen Ausführungsformen in Form von groben Teilchen/Körnern (503) von Wellenlängenkonversionsmaterial und feinen Teilchen von Vorläufer für eine anorganische Matrix (505) vor. Ein Grund für die Verwendung von grobteiligem/grobkörnigem Wellenlängenkonversionsmaterial in Kombination mit feinen Matrixvorläuferteilchen besteht in der Erleichterung der thermischen Verarbeitung der Materialien zu einem brauchbaren Wellenlängenkonverter. Hierbei wird angemerkt, dass es in der Praxis schwierig sein kann, grobe Körner von Wellenlängenkonversionsmaterial (wie die oben beschriebenen) zu einer Bulkkeramik zu sintern. Im Gegensatz dazu können die feinen Matrixvorläuferteilchen aus einem Material gewählt werden, das leichter sintert als die groben Teilchen von Wellenlängenkonversionsmaterial. Infolgedessen kann das Vereinigen der feinen Matrixvorläuferteilchen mit den groben Teilchen/Körnern von Wellenlängenkonversionsmaterial zu einer Mischung führen, die leichter zu einem Bulkkeramikkörper gesintert werden kann als Teilchen/Körner des Wellenlängenkonversionsmaterials alleine.
  • Nach den Arbeitsgängen von Block 507 kann das Verfahren zu Block 509 übergehen, gemäß dem Verarbeitung zur Herstellung eines Wellenlängenkonverters gemäß der vorliegenden Offenbarung durchgeführt werden kann. In Fällen, in denen ein organisches Matrixmaterial verwendet wird, können die Arbeitsgänge gemäß Block 509 das Härten des Matrixvorläufermaterials zur Bildung einer organischen Matrix, die grobe Teilchen von Wellenlängenkonversionsmaterial verkapselt, umfassen, wobei die Teilchen von Wellenlängenkonversionsmaterial in einer gewünschten Verteilung vorliegen.
  • In Fällen, in denen ein anorganischer Wellenlängenkonverter zu bilden ist, können die Arbeitsgänge von Block 509 jedoch andere Arbeitsgänge umfassen. So kann ein anorganischer Wellenlängenkonverter beispielsweise gebildet werden, indem man die gemäß Block 507 hergestellte Kombination der Wellenlängenkonversionsmaterial- und Matrixvorläuferteilchen/-körner thermischer Verarbeitung (z. B. Sintern, Calcinieren usw.) unterwirft, was einen anorganischen Wellenlängenkonverter ergibt, der in Form eines konsolidierten Körpers (z. B. Bulkkeramikkörpers) vorliegt.
  • Als Beispiel kann ein anorganischer Wellenlängenkonverter durch Vereinigen von Vorläuferteilchen einer anorganischen Matrix mit Vorläuferteilchen eines (Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu-Leuchtstoffs gemäß Block 507 und gemäß Block 509 Formen der resultierenden Mischung zu einem Körper wie einer Scheibe oder einer anderen Form (z. B. durch Komprimieren der Mischung in einem Werkzeug) und Sintern des Körpers (z. B. Spark-Plasma-Sintern) zu einem konsolidierten anorganischen Wellenlängenkonverter gebildet werden. Als ein nicht einschränkendes Beispiel kann ein anorganischer Wellenlängenkonverter durch Vereinigen entsprechender Mengen von feinen Matrixvorläuferteilchen und groben Teilchen eines Wellenlängenkonversionsmaterials (z. B. eines oder mehrerer (Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu-Leuchtstoffe), Einbringen der resultierenden Mischung in ein Werkzeug und Sintern der Mischung mittels Spark-Plasma-Sintern oder eines anderen geeigneten Sinterprozesses gebildet werden. Natürlich ist ein derartiges Verfahren nur beispielhaft aufgeführt, und es können andere Verfahren zur Bildung der hier beschriebenen anorganischen Wellenlängenkonverter verwendet werden.
  • Ein anderer Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft Beleuchtungsvorrichtungen, die mindestens einen der hier beschriebenen Wellenlängenkonverter enthalten. 6A veranschaulicht eine beispielhafte Konfiguration einer derartigen Beleuchtungsvorrichtung. Wie gezeigt, enthält die Vorrichtung 600 eine Lichtquelle 604 und einen Wellenlängenkonverter 601 gemäß der vorliegenden Offenbarung, die in einem Gehäuse 608 angeordnet sind. In dieser Ausführungsform ist der Wellenlängenkonverter 601 in einem Durchgangsloch in einem Reflektor 602 angeordnet. Die untere Oberfläche des Wellenlängenkonverters 601 ist in 6A als allgemein parallel zu einer lichtemittierenden (nach oben gewandten) Oberfläche der Lichtquelle 604 orientiert gezeigt. Eine derartige Orientierung ist jedoch nicht erforderlich, und die Lichtquelle 604 und der Wellenlängenkonverter 601 können in einer beliebigen geeigneten Weise orientiert sein. Des Weiteren ist zwar gezeigt, dass die Lichtquelle 604 und der Wellenlängenkonverter 601 jeweilige obere und untere Oberflächen aufweisen, die glatt sind, aber es versteht sich, dass derartige Oberflächen in Abhängigkeit von der gewünschten optischen Auskopplung und Einkopplung aufgeraut, strukturiert usw. sein können.
  • Bei der Lichtquelle 604 kann es sich um eine beliebige Lichtquelle handeln, die Primärlicht emittieren kann. Nicht einschränkende Beispiele für derartige Lichtquellen sind Festkörperquellen wie LEDs (z. B. Nitrid-III-V-LEDs wie eine InGaN-LED) und Laserdioden. In jedem Fall kann bzw. können die Lichtquelle bzw. die Lichtquellen, die in den hier beschriebenen Beleuchtungsvorrichtungen verwendet wird bzw. werden, mit einem Lichtleiter (z. B. einer Lichtröhre) gekoppelt sein, um einen Oberflächenemitter zu bilden. Des Weiteren versteht es sich, dass die Vorrichtung 600 zwar als eine einzige Lichtquelle 604 aufweisend gezeigt ist, die hier beschriebenen Beleuchtungsvorrichtungen jedoch eine Anordnung von Lichtquellen enthalten können.
  • Im Betrieb kann die Lichtquelle 604 Primärlicht 605 emittieren, das durch eine Reihe von Parametern wie eine Peak-Wellenlänge oder dominante Wellenlänge, Farbkoordinaten, Intensität usw., beschrieben werden kann. Das Primärlicht 605 kann auf die untere Oberfläche des Wellenlängenkonverters 601 einfallen. Der Wellenlängenkonverter 601 kann das Primärlicht absorbieren und zu einem Zustand höherer Energie angeregt werden. Wenn der angeregte Wellenlängenkonverter 601 in einen Zustand niedrigerer Energie zurückkehrt, kann er Sekundärlicht 606 emittieren. Auf diese Weise kann das auf den Wellenlängenkonverter 601 einfallende Primärlicht 605 in das Sekundärlicht 606 umgewandelt werden.
  • Der Wellenlängenkonverter 601 kann so konfiguriert sein, dass er ein gewünschtes Konversionsniveau aufweist, d. h. eine gewünschte Menge von einfallendem Primärlicht in Sekundärlicht umwandelt. In einigen Ausführungsformen weist der Wellenlängenkonverter 601 eine Konversion größer oder gleich 50 %, wie 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 Konversion des Wellenlängenkonverters 601 größer als 95 %.
  • Der Reflektor 602 kann zum Reflektieren von einfallendem Primärlicht und/oder Sekundärlicht dienen. In Bezug auf Ersteres kann der Reflektor 602 einfallendes Primärlicht so reflektieren, dass es auf den Wellenlängenkonverter 601 einfällt oder durch diesen hindurchgeht. Auf diese Weise kann der Reflektor 602 die Gelegenheit für den Wellenlängenkonverter 601 zur Absorption und Konversion von Primärlicht in Sekundärlicht erhöhen und somit die Konversionseffizienz erhöhen.
  • Das von dem Wellenlängenkonverter 601 emittierte Sekundärlicht kann nicht immer in Richtung der Öffnung 610 des Gehäuses 608 emittiert werden. Beispielsweise kann Sekundärlicht zu einer der beiden Seiten des Wellenlängenkonverters 601 oder in Richtung der Lichtquelle 604 zurück (Rückstreuung) emittiert werden. Wenn derartiges seitlich gestreutes und rückgestreutes Licht nicht in Richtung der Öffnung umgelenkt wird, kann es absorbiert werden oder anderweitig verloren gehen, was zu einem Verlust an Lichtausgabe aus der Vorrichtung 600 führt. Zur Lösung dieses Problems kann der Reflektor 602 so konfiguriert sein, dass er einen hohen Reflexionsgrad in Bezug auf Primärlicht, das von der Lichtquelle 604 emittiert wird, und Sekundärlicht, das von dem Wellenlängenkonverter 601 emittiert wird, aufweist. In der in 6A gezeigten Ausführungsform ist der Reflektor 602 beispielsweise um die Kante (n) des Wellenlängenkonverters 601 angeordnet. Infolgedessen kann der Reflektor 602 seitlich gestreutes Sekundärlicht, das vom Konverter 601 emittiert wird, reflektieren, was somit die Gelegenheit für derartiges Licht zum Entweichen aus der Vorrichtung 600 erhöht.
  • 6B veranschaulicht eine weitere beispielhafte Beleuchtungsvorrichtungskonfiguration gemäß der vorliegenden Offenbarung. Mit Ausnahme des Orts des Wellenlängenkonverters 601 und der Lichtquelle 604 sind die Teile der Vorrichtung 650 in 6B mit den in 6A gezeigten identisch. Daher wird die Beschaffenheit und Funktion derartiger gemeinsamer Teile nicht wiederholt. Natürlich versteht es sich, dass diese Veranschaulichung nur beispielhaft ist und die Lichtquelle 604 und der Wellenlängenkonverter 601 auf eine beliebige gewünschte Weise orientiert sein können.
  • In 6B ist der Wellenlängenkonverter 601 in einer Aussparung im Reflektor 602 angeordnet. Daher liegt nur eine Oberfläche des Wellenlängenkonverters 601 frei. In dieser Ausführungsform ist die freiliegende Oberfläche des Wellenlängenkonverters 601 so orientiert, dass sie einer lichtemittierenden Oberfläche der Lichtquelle 604 zugewandt ist. Infolgedessen kann von dem Wellenlängenkonverter 601 emittiertes Sekundärlicht in einer anderen Richtung als der Richtung der Öffnung 610 der Vorrichtung 650, z. B. in Richtung der Lichtquelle 604, emittiert werden.
  • Die Vorrichtungen 600, 650 können ferner einen Reflektor 612 enthalten, der in das Gehäuse 608 integriert oder davon getrennt sein kann. So kann der Reflektor 612 beispielsweise die Form einer oder mehrerer Reflexionsbeschichtungen annehmen, die auf einer inneren Oberfläche des Gehäuses 608 angeordnet sind. Allgemein kann der Reflektor 612 so konfiguriert sein, dass er Licht so reflektiert, dass ein gewünschtes Beleuchtungsmuster wie z. B. ein Downlicht, Flutlicht usw. von den Vorrichtungen 600, 650 emittiert werden kann. Der Reflektor 612 kann auch so konfiguriert sein, dass er rückgestreutes Primär- und/oder Sekundärlicht auf eine gewünschte Weise umlenkt. Beispielsweise kann der Reflektor 612 eine Oberfläche mit hohem Reflexionsvermögen für rückgestreutes Primär- und/oder Sekundärlicht aufweisen.
  • 6A und 6B veranschaulichen zwar Beleuchtungsvorrichtungen 600, 650, in denen ein Wellenlängenkonverter 601 von der Oberfläche der Lichtquelle 604 weg angeordnet ist, aber eine derartige Konfiguration ist nicht erforderlich. Beispielsweise ist der Wellenlängenkonverter 601 in einigen Ausführungsformen auf einer Emissionsoberfläche der Lichtquelle 604 angeordnet, entweder direkt oder über eine oder mehrere dazwischenliegende Schichten (z. B. Klebstoffschichten). In derartigen Fällen kann der Wellenlängenkonverter 601 von der Lichtquelle 604 separat ausgebildet und auf bekannte Weise so mit der Lichtquelle 604 gekoppelt sein, dass von der Lichtquelle 604 emittiertes Primärlicht mit dem Wellenlängenkonverter 601 wechselwirken kann.
  • Wenn der Wellenlängenkonverter 601 in einem Abstand von der Lichtquelle 604 angeordnet ist (wie in 6A und 6B gezeigt), kann er in dem Gehäuse 608 durch ein beliebiges Mittel einschließlich einer Abstützung von einem Teil des Gehäuses 608 abgestützt sein. Es versteht sich, dass die Positionierung des Wellenlängenkonverters 601 in einem Abstand von der Lichtquelle 604 die Ausbildung des Wellenlängenkonverters 601 in einer Form, die von der Oberfläche der Lichtquelle 604 verschieden ist, ermöglichen kann. So kann der Wellenlängenkonverter 601 beispielsweise in Form einer Platte, einer Kuppel oder einer Schale vorliegen. In jedem Fall können die Oberflächen des Wellenlängenkonverters 601 planar, konkav, konvex, ellipsoid, unregelmäßig und/oder anderweitig geformt sein.
  • Der Einfachheit halber sind die Vorrichtungen 600 und 650 in 6A und 6B als relativ wenige Teile umfassend dargestellt worden. Es versteht sich jedoch, dass die Beleuchtungsvorrichtungen der vorliegenden Offenbarung andere Komponenten und Elektronik umfassen können, die üblicherweise in Festkörper-Beleuchtungsvorrichtungen wie LED-Lampen zu finden sind. Beispielsweise sind die Vorrichtungen 600, 650 als einen Diffusor 614 umfassend gezeigt, der dazu dienen kann, das von dem Wellenlängenkonverter 601 emittierte Sekundärlicht sowie nicht umgewandeltes Primärlicht zu streuen.
  • BEISPIELE
  • Zur Erforschung des Einflusses der Teilchen-/Korngröße von Leuchtstoffen auf die Stabilität im Kontext eines anorganischen Wellenlängenkonverters wurden verschiedene anorganische Wellenlängenkonverter hergestellt und wie nachstehend in den nachstehenden Beispielen 3 bis 5 beschrieben getestet.
  • Beispiel 3
  • In diesem Beispiel wurde ein grobes (Ca,Sr,Ba) 2Si5N8:Eu-Leuchtstoffpulver mit einer D50-Teilchengröße von 43 µm mit feinen Teilchen eines anorganischen Matrixvorläufers vereinigt. Insbesondere wurden die groben (Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu-Teilchen mit einem Matrixvorläufer in Form von feinen undotierten Ca-SiAlON-Teilchen mit einem D50-Wert von 1,99 µm vereinigt. Das erhaltene gemischte Pulver enthielt 15 Gew.-% grobe (Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu-Teilchen und 85 Gew.-% der feinen undotierten Ca-SiAlON-Teilchen. Zur Herstellung eines anorganischen Wellenlängenkonverters wurden 1,6 Gramm des gemischten Pulvers in ein Graphitwerkzeug mit einem Durchmesser von 20 mm eingebracht und mittels Spark-Plasma-Sintern (SPS) bei 1550 °C 10 Minuten unter einem Druck von 50 Megapascal (MPa) gesintert. Die erhaltene gesinterte wellenlängenkonvertierende Keramikscheibe wurde für die optische Messung geschliffen und auf eine Dicke von etwa 120 µm gedünnt. Lichtmikroskopische Aufnahmen der gedünnten Scheibe sind in 7A und 7B gezeigt und zeigen grobe Körner 701 des (Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu-Leuchtstoffs in einer Matrix 703 von undotiertem Ca-SiAlON.
  • Blaues (448 nm) LED-Licht wurde auf die gedünnte Scheibe gerichtet, und deren Emissionsspektrum 801 wurde gemessen und mit dem Emissionsspektrum 803 des (Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu-Leuchtstoffs verglichen. Die gemessenen Emissionsspektren 801, 803 sind in 8 gezeigt, in der die gemessene relative Emissionsintensität der gedünnten Scheibe und des (Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu-Leuchtstoffs gegen die Wellenlänge (nm) aufgetragen ist. Wie gezeigt, war das Spektrum 801 rotverschoben und ist breiter als das Spektrum 803, was auf irgendeine Reaktion zwischen der Ca-SiAlON-Matrix und dem (Ca,Sr,Ba)2Si5N8: Eu-Leuchtstoff sowie etwas Schädigung des (Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu-Leuchtstoffs hindeutet. Die Konversionseffizienz der Scheibe betrug 4,3 %. Ohne Festlegung auf irgendeine Theorie wird angenommen, dass die geringe Konversionseffizienz auf die Schädigung des Leuchtstoffs während des Sinterprozesses zurückzuführen ist.
  • Beispiel 4
  • In diesem Beispiel wurde ein grobes (Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu-Leuchtstoffpulver mit einer D50-Teilchengröße von 43 µm mit feinen Teilchen eines Matrixvorläufers vereinigt. In diesem Fall wurden als Matrixvorläufer feine Teilchen von Aluminiumnitrid (AlN) mit einem D50-Wert von etwa 1,0 µm verwendet. Das erhaltene gemischte Pulver enthielt 15 Gew.-% grobe (Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu-Teilchen und 85 Gew.-% der feinen AlN-Teilchen. Zur Herstellung eines anorganischen Wellenlängenkonverters wurden 1,5 Gramm des gemischten Pulvers in ein Graphitwerkzeug mit einem Durchmesser von 20 mm eingebracht und bei 1650 °C 10 Minuten unter einem Druck von 50 MPa SPS-gesintert. Die erhaltene gesinterte wellenlängenkonvertierende Keramikscheibe wurde für die optische Messung geschliffen und auf eine Dicke von etwa 120 µm gedünnt. 9 ist eine lichtmikroskopische Aufnahme der gedünnten Scheibe und zeigt grobe Körner des Leuchtstoffs in einer AlN-Matrix.
  • Die Emissionsspektren 1001, 1003 der gedünnten Scheibe und des (Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu-Leuchtstoffs wurden auf die gleiche Weise wie die in Beispiel 3 beschriebenen Emissionsspektren 801, 803 gemessen. Die gemessenen Emissionsspektren 1001, 1003 sind in 10 gezeigt, in der die gemessene relative Emissionsintensität der gedünnten Scheibe und des (Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu-Leuchtstoffs gegen die Wellenlänge (nm) aufgetragen ist. Wie gezeigt, war das Spektrum 1001 rotverschoben und ist breiter als das Spektrum 1003, was auf irgendeine Reaktion zwischen der AlN-Matrix und dem (Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu-Leuchtstoff sowie etwas Schädigung des (Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu-Leuchtstoffs hindeutet. Die Konversionseffizienz der Scheibe betrug 7,6 %. Wie Beispiel 4 wird angenommen, dass die geringe Konversionseffizienz auf die Schädigung des Leuchtstoffs während des Sinterprozesses zurückzuführen ist.
  • Beispiel 5
  • In diesem Beispiel wurde ein grobes (Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu-Leuchtstoffpulver mit einer D50-Teilchengröße von 43 µm und einer Eu-Konzentration von 4 % mit feinen Teilchen eines Matrixvorläufers vereinigt. In diesem Fall handelte es sich bei den Matrixvorläuferteilchen um feine Teilchen eines (Sr,Ba)2Si5N8:Eu mit einer Eu-Konzentration ≤ 0,5% und einem D50-Wert von 1,44 µm. Das erhaltene gemischte Pulver enthielt 15 Gew.-% grobe (Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu(4%)-Teilchen und 85 Gew.-% der feinen Matrixvorläuferteilchen. Es wurden Proben des gemischten Pulvers mit einem Gewicht von zwei (2) Gram abgemessen, in ein Graphitwerkzeug mit einem Durchmesser von 20 mm eingebracht und bei 1625 °C bzw. 1580 °C 10 Minuten unter einem Druck von 50 MPa SPS-gesintert, was eine erste und eine zweite gesinterte wellenlängenkonvertierende Keramikscheibe ergab. Die erste und die zweite gesinterte Scheibe wurden jeweils für die optische Messung geschliffen und auf eine Dicke von etwa 120 µm gedünnt.
  • 11A und 11B sind lichtmikroskopische Aufnahmen der ersten und der ersten bzw. der zweiten gedünnten Scheibe und zeigen grobe Körner des (Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu(≥5%)-Leuchtstoffs in einer Matrix von (Sr,Ba)2Si5N8:Eu(≤0,5%).
  • Rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen der ersten und der zweiten gedünnten Scheibe sind in in 12A bzw. 12B bereitgestellt und zeigen, dass grobe Körner von (Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu(4%)-Leuchtstoff 1201 in einer feinkörnigen Matrix 1203 von (Sr,Ba)2Si5N8:Eu(≤0,5%) vorlagen. Bei den in 12A gezeigten dunklen Bereichen handelt es sich um BaSi7N10-Phase in der (Sr,Ba)2Si5N8-Matrix.
  • Die Emissionsspektren der zweiten gedünnten Scheibe (1301), des groben (Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu(4%)-Leuchtstoffs (1303) und der feinen (Sr,Ba)2Si5N8:Eu(≤0,5%)-Matrix wurden auf die gleiche Weise wie die in Beispiel 3 beschriebenen Spektren 801, 803 gemessen. Die gemessenen Emissionsspektren 1301, 1303 und 1305 sind in 13 gezeigt, in der die gemessene relative Emissionsintensität der gedünnten Scheibe, des (Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu(4%)-Leuchtstoffs und des feinen (Sr,Ba)2Si5N8:Eu(≤0,5%) gegen die Wellenlänge (nm) aufgetragen ist. Wie gezeigt, lag das Spektrum 1201 zwischen den Spektren 1203, 1205. Verschiedene optische Eigenschaften der beiden gedünnten Scheiben wurden ebenfalls gemessen und sind nachstehend in Tabelle 2 angegeben.
  • TABELLE 2
    Proben-ID Dicke / µm Cx Cy CE (lm/W) Konv. - eff. ohne blau SPS-Bedingung (°C/Min/MPa )
    Ldom (nm) Cx Cy LER (lm/W )
    Beispiel 5 - Erste gedünnte Scheibe 122 0,6090 0,3897 81,7 33,5% 596,3 0,6094 0,3899 287 1625/10/50
    Beispiel 5, zweite gedünnte Scheibe 125 0,6064 0,3918 82,1 33,0% 595,8 0,6071 0,3922 293 1580/10/50
    in der: Cx und Cy aus dem gemessenen Emissionsspektrum jeder Probenscheibe mit und ohne Anregungslicht erhaltene Farbkoordinaten sind; CE die Konversionseffizienz (Lm/W) ist, die durch Anordnen der Probe über einer Anregungslichtquelle (in diesem Fall einer blauen LED), Messen der Lumen (lm) über der Probe und Dividieren durch die optische Leistung (in Watt, W) der Anregungsquelle gemessen wurde; Konv.-eff. die Konversionseffizienz (das Verhältnis von optischer Leistung aus umgewandelter Leuchtstoffemission zu durch den Leuchtstoff absorbierter Anregungsleistung) ist; Ldom (nm) die Dominanzwellenlänge in Nanometer ist; LER die Strahlungslichtausbeute (d. h. das Verhältnis von Lumen zu Strahlungsfluss in Watt, d. h. lm/W) ist; und SPS-Bedingung die Temperatur, die Zeit und den Druck des zur Bildung der Scheibe verwendeten SPS-Sinterns in Grad Celsius, Minuten bzw. MPa angibt. Wie gezeigt, betrug die Konversionseffizienz der beiden Scheiben 33,5 bzw. 33,0 %.
  • Die Ergebnisse zeigen, dass die feinkörnige (Sr,Ba)2Si5N8:Eu(≤0,5%)-Matrix mit dem stabilen großkörnigen (Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu(≥5%)-Leuchtstoff für das SPS-Sintern kompatibel ist. Die beiden ebenfalls vorhandenen Probenscheiben enthielten auch große Körner des (Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu(≥5%)-Leuchtstoffs und wiesen alle eine gute Konversionseffizienz auf. In einer weiter bevorzugten Ausführungsform sind die großkörnigen (Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu-Leuchtstoffpulver mit feinen Pulvern von undotiertem (Sr,Ba)2Si5N8 gemischt.
  • Beispiel 6
  • In einer anderen beispielhaften Ausführungsform können grobe (Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu-Leuchtstoffteilchen mit einem Matrixvorläufer in Form von feinen Teilchen von undotiertem (Ca,Sr,Ba)2Si5N8 gemischt werden. In diesem Fall ist das Verhältnis von Ca, Sr und Ba in den Matrixvorläuferteilchen von undotiertem (Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu mit dem Verhältnis von Ca, Sr und Ba in den (Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu-Leuchtstoffteilchen identisch oder weitgehend identisch. Die erhaltene Mischung kann in ein Werkzeug eingebracht und wie oben in den Beispielen 3-5 erörtert SPS-gesintert werden. Wenngleich zum Zeitpunkt der vorliegenden Anmeldung kein undotiertes (Ca,Sr,Ba)2Si5N8 für Tests zur Verfügung stand, wird angenommen, dass es wegen seiner chemischen Ähnlichkeit zu den (Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu-Leuchtstoffteilchen mit derartigen Teilchen kompatibel sein wird. Außerdem wird aufgrund der vorhergehenden Beispiele angenommen, dass das Ergebnis des SPS-Sinterns einer derartigen Mischung einen Wellenlängenkonverter ergeben wird, der grobe Körner von (Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu-Leuchtstoff in einer feinkörnigen (Ca,Sr,Ba)2Si5N8-Matrix enthält.
  • Ausführungsformen
  • Es folgen zusätzliche nicht einschränkende Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
  • Ausführungsform 1: Gemäß dieser Ausführungsform wird ein Wellenlängenkonverter mit einer Matrix und einem Wellenlängenkonversionsmaterial in der Matrix bereitgestellt, wobei das Wellenlängenkonversionsmaterial einen (Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu-Leuchtstoff umfasst und der (Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu-Leuchtstoff eine D50-Korngröße oder eine D50-Teilchengröße größer oder gleich 5 Mikron aufweist.
  • Ausführungsform 2: Diese Ausführungsform umfasst beliebige oder alle der Merkmale von Ausführungsform 1, wobei der (Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu-Leuchtstoff eine D50-Korngröße oder eine D50-Teilchengröße größer oder gleich 10 Mikron aufweist. Ausführungsform 3: Diese Ausführungsform umfasst beliebige oder alle der Merkmale von Ausführungsform 1, wobei der (Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu-Leuchtstoff eine D50-Korngröße oder eine D50-Teilchengröße ≥ 15 Mikron aufweist.
  • Ausführungsform 4: Diese Ausführungsform umfasst beliebige oder alle der Merkmale von Ausführungsform 1, wobei es sich bei der Matrix um eine organische Matrix handelt und der (Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu-Leuchtstoff eine D50-Teilchengröße ≥ 5 µm aufweist.
  • Ausführungsform 5: Diese Ausführungsform umfasst beliebige oder alle der Merkmale von Ausführungsform 4, wobei es sich bei der organischen Matrix um ein Polymer aus der Gruppe bestehend aus einem Silikon, einem Epoxidharz, einem Acrylharz oder einer Kombination davon handelt.
  • Ausführungsform 6: Diese Ausführungsform umfasst beliebige oder alle der Merkmale von Ausführungsform 5, wobei der (Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu-Leuchtstoff in einer Menge im Bereich von mehr als 0 bis etwa 30 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Wellenlängenkonverters, vorliegt.
  • Ausführungsform 7: Diese Ausführungsform umfasst beliebige oder alle der Merkmale von Ausführungsform 6, wobei der (Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu-Leuchtstoff in einer Menge im Bereich von mehr als 0 bis etwa 15 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Wellenlängenkonverters, vorliegt.
  • Ausführungsform 8: Diese Ausführungsform umfasst beliebige oder alle der Merkmale von Ausführungsform 4, wobei es sich bei dem (Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu-Leuchtstoff um mindestens einen Leuchtstoff der Formel: (Cax,Sry,Baz)2Si5N8:d% Eu handelt, wobei x, y und z für die Menge von Ca, Sr bzw. Ba in Atomprozent stehen, d für die Menge von Eu in Atomprozent steht und die folgenden Beziehungen erfüllt sind: 0 < x < 1; 0 < y < 1; 0 < z < 1; x + y + z = 1; und 0 < d < 10.
  • Ausführungsform 9: Diese Ausführungsform umfasst beliebige oder alle der Merkmale von Ausführungsform 8, wobei: 0,03 < x ≤ 0,07; 0, 4 < y ≤ 0,5; 0 < z < 1; x + y + z = 1; und 1,5 ≤ d ≤ 5.
  • Ausführungsform 10: Diese Ausführungsform umfasst beliebige oder alle der Merkmale von Ausführungsform 1, wobei es sich bei der Matrix um eine anorganische Matrix handelt und der (Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu-Leuchtstoff eine D50-Korngröße ≥ 5 µm aufweist.
  • Ausführungsform 11: Diese Ausführungsform umfasst beliebige oder alle der Merkmale von Ausführungsform 10, wobei die Matrix eine D50-Korngröße < 5 µm aufweist.
  • Ausführungsform 12: Diese Ausführungsform umfasst beliebige oder alle der Merkmale von Ausführungsform 11, wobei die Matrix eine D50-Korngröße < 1 µm aufweist.
  • Ausführungsform 13: Diese Ausführungsform umfasst beliebige oder alle der Merkmale von Ausführungsform 10, wobei die anorganische Matrix aus der Gruppe bestehend aus optisch transparenten Metallnitriden, Metalloxidnitriden, Metalloxiden, metallaktivierten Siliciumnitrid-Leuchtstoffen, wobei eine Konzentration an Metallaktivator mehr als 0, aber weniger als 2 Atom-% beträgt, und undotierten Siliciumnitrid-Leuchtstoffen ausgewählt ist.
  • Ausführungsform 14: Diese Ausführungsform umfasst beliebige oder alle der Merkmale von Ausführungsform 13, wobei die anorganische Matrix aus der Gruppe bestehend aus Aluminiumnitrid, Ca-SiAlON, einem (Sr,Ba)2Si5N8:Eu-Leuchtstoff mit mehr als 0, aber weniger als 2 Atom-% und einem undotierten (Ca,Sr,Ba)2Si5N8-Leuchtstoff ausgewählt ist.
  • Ausführungsform 15: Diese Ausführungsform umfasst beliebige oder alle der Merkmale von Ausführungsform 14, wobei es sich bei der anorganischen Matrix um einen undotierten (Ca,Sr,Ba)2Si5N8-Leuchtstoff handelt und das Verhältnis von Ca, Sr und Ba in dem undotierten (Ca,Sr,Ba)2Si5N8-Leuchtstoff mit dem Verhältnis von Ca, Sr und Ba in dem (Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu-Leuchtstoff identisch oder weitgehend identisch ist.
  • Ausführungsform 16: Diese Ausführungsform umfasst beliebige oder alle der Merkmale von Ausführungsform 10, wobei es sich bei dem (Ca, Sr, Ba) 2Si5N8:Eu-Leuchtstoff um mindestens einen Leuchtstoff der Formel: (Cax,Sry,Baz)2Si5N8:d% Eu handelt, wobei x, y und z für die Menge von Ca, Sr bzw. Ba in Atomprozent stehen, d für die Menge von Eu in Atomprozent steht und die folgenden Beziehungen erfüllt sind: 0 < x < 1; 0 < y < 1; 0 < z < 1; x + y + z = 1; und 0 < d < 10.
  • Ausführungsform 17: Diese Ausführungsform umfasst beliebige oder alle der Merkmale von Ausführungsform 16, wobei: 0,03 < x < 0,07; 0,4 < y ≤ 0,5; 0 < z < 1; x + y+ z = 1; und 1,5 ≤ d ≤ 5.
  • Ausführungsform 18: Diese Ausführungsform umfasst beliebige oder alle der Merkmale von Ausführungsform 11, wobei der (Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu-Leuchtstoff eine D50-Korngröße ≥ 15 µm aufweist.
  • Ausführungsform 19: Diese Ausführungsform umfasst beliebige oder alle der Merkmale von Ausführungsform 12, wobei der (Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu-Leuchtstoff eine D50-Korngröße ≥ 15 µm aufweist.
  • Ausführungsform 20: Gemäß dieser Ausführungsform wird eine Beleuchtungsvorrichtung, die einen Wellenlängenkonverter nach einer der Ausführungsformen 1 bis 19 aufweist, bereitgestellt.
  • Die folgende Tabelle korreliert die Bezugszahlen in den Figuren mit ihren jeweiligen Elementen.
    Bezugszahl Element
    101 Teilchen von zweitem Probenpulver
    105 Teilchen von erstem Probenpulver
    300 Wellenlängenkonverter
    301 Grobe Teilchen
    303 Matrix
    310 Erste Seite des Wellenlängenkonverters
    320 Zweite Seite des Wellenlängenkonverters
    325 Mittelteil
    400 Anorganischer Wellenlängenkonverter
    401 Grobe Körner
    403 Anorganische Matrix
    501-511 Verfahrensblöcke
    600 Beleuchtungsvorrichtung
    601 Wellenlängenkonverter
    602 Reflektor
    604 Lichtquelle
    605 Primärlicht
    606 Sekundärlicht
    608 Gehäuse
    610 Öffnung
    612 Reflektor
    614 Diffusor
    650 Beleuchtungsvorrichtung
    701 Grobe Körner
    703 Ca-SiAlON-Matrix
    801 Emissionsspektrum von gedünnter Scheibe
    803 Emissionsspektrum von (Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu-Leuchtstoff
    1001 Emissionsspektrum von gedünnter Scheibe
    1003 Emissionsspektrum von (Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu-Leuchtstoff
    1201 Grobe Körner von (Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu(4%)-Leuchtstoff
    1203 Feinkörnige Matrix von (Sr,Ba)2Si5N8:Eu(0,5%)
    1301 Emissionsspektrum einer gedünnten Scheibe
    1303 Emissionsspektren eines groben (Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu(4%)-Leuchtstoffs
    1305 Emissionsspektren einer feinen (Sr,Ba)2Si5N8:Eu(≤0,5%)-Matrix
  • Obgleich die Prinzipien der vorliegenden Offenbarung hier beschrieben wurden, versteht es sich für den Fachmann, dass diese Beschreibung lediglich als Beispiel dient und nicht als Einschränkung des Umfangs der beanspruchten Erfindung. Die unter Bezugnahme auf hier offenbarte besondere Ausführungsformen beschriebenen Merkmale und Aspekte können mit verschiedenen anderen hier beschriebenen Ausführungsformen kombiniert und/oder angewendet werden. Derartige Kombinationen und/oder Anwendungen derartiger beschriebener Merkmale und Aspekte mit derartigen anderen Ausführungsformen sind hier vorgesehen. Modifikationen und andere Ausführungsformen sind hier vorgesehen und liegen innerhalb des Umfangs der vorliegenden Offenbarung.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 62232204 [0001]

Claims (20)

  1. Wellenlängenkonverter (300, 400), umfassend: eine Matrix (303, 403) und ein Wellenlängenkonversionsmaterial (301, 401) in der Matrix; wobei: das Wellenlängenkonversionsmaterial (301, 401) einen (Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu-Leuchtstoff umfasst und der (Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu-Leuchtstoff eine D50-Korngröße oder eine D50-Teilchengröße größer oder gleich 5 Mikron aufweist.
  2. Wellenlängenkonverter (300, 400) nach Anspruch 1, wobei der (Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu-Leuchtstoff eine D50-Korngröße oder eine D50-Teilchengröße größer oder gleich 10 Mikron aufweist.
  3. Wellenlängenkonverter (300, 400) nach Anspruch 1, wobei der (Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu-Leuchtstoff eine D50-Korngröße oder eine D50-Teilchengröße ≥ 15 Mikron aufweist.
  4. Wellenlängenkonverter (300, 400) nach Anspruch 1, wobei es sich bei der Matrix (303, 403) um eine organische Matrix (303) handelt und der (Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu-Leuchtstoff eine D50-Teilchengröße ≥ 5 µm aufweist.
  5. Wellenlängenkonverter nach Anspruch 4, wobei es sich bei der organischen Matrix (303) um ein Polymer aus der Gruppe bestehend aus einem Silikon, einem Epoxidharz, einem Acrylharz oder einer Kombination davon handelt.
  6. Wellenlängenkonverter nach Anspruch 5, wobei der (Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu-Leuchtstoff in einer Menge im Bereich von mehr als 0 bis etwa 30 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Wellenlängenkonverters (300, 400), vorliegt.
  7. Wellenlängenkonverter nach Anspruch 6, wobei der (Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu-Leuchtstoff in einer Menge im Bereich von mehr als 0 bis etwa 15 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Wellenlängenkonverters (300, 400), vorliegt.
  8. Wellenlängenkonverter nach Anspruch 4, wobei es sich bei dem (Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu-Leuchtstoff um mindestens einen Leuchtstoff der Formel: (Cax,Sry, Baz) 2Si5N8:d% Eu handelt, wobei x, y und z für die Menge von Ca, Sr bzw. Ba in Atomprozent stehen, d für die Menge von Eu in Atomprozent steht und die folgenden Beziehungen erfüllt sind: 0 < x < 1 ;
    Figure DE112016004313T5_0001
     0 < y < 1 ;
    Figure DE112016004313T5_0002
     0 < z < 1 ;
    Figure DE112016004313T5_0003
     x + y + z = 1 ;
    Figure DE112016004313T5_0004
    und 0 < d < 10.
    Figure DE112016004313T5_0005
  9. Wellenlängenkonverter nach Anspruch 8, wobei: 0,03 < x ≤ 0 ,7;
    Figure DE112016004313T5_0006
     0,4 < y ≤ 0,5 ;
    Figure DE112016004313T5_0007
     0 < z < 1 ;
    Figure DE112016004313T5_0008
     x + y + z = 1 ;
    Figure DE112016004313T5_0009
    und 1,5 ≤ d ≤ 5.
    Figure DE112016004313T5_0010
  10. Wellenlängenkonverter (300, 400) nach Anspruch 1, wobei es sich bei der Matrix (303, 403) um eine anorganische Matrix (403) handelt und der (Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu-Leuchtstoff eine D50-Korngröße ≥ 5 µm aufweist.
  11. Wellenlängenkonverter nach Anspruch 10, wobei die anorganische Matrix (403) eine D50-Korngröße < 5 µm aufweist.
  12. Wellenlängenkonverter nach Anspruch 11, wobei die anorganische Matrix (403) eine D50-Korngröße < 1 µm aufweist.
  13. Wellenlängenkonverter nach Anspruch 10, wobei die anorganische Matrix (403) aus der Gruppe bestehend aus optisch transparenten Metallnitriden, Metalloxidnitriden, Metalloxiden, metallaktivierten Siliciumnitrid-Leuchtstoffen, wobei die Konzentration an Metallaktivator mehr als 0, aber weniger als 2 Atom-% beträgt, und undotierten Siliciumnitrid-Leuchtstoffen ausgewählt ist.
  14. Wellenlängenkonverter nach Anspruch 13, wobei die anorganische Matrix (403) aus der Gruppe bestehend aus Aluminiumnitrid, Ca-SiAlON, einem (Sr,Ba)2Si5N8:Eu-Leuchtstoff mit mehr als 0, aber weniger als 2 Atom-% und einem undotierten (Ca,Sr,Ba)2Si5N8-Leuchtstoff ausgewählt ist.
  15. Wellenlängenkonverter nach Anspruch 14, wobei es sich bei der anorganischen Matrix (403) um einen undotierten (Ca,Sr,Ba)2Si5N8-Leuchtstoff handelt und ein Verhältnis von Ca, Sr und Ba in dem undotierten (Ca,Sr,Ba)2Si5N8-Leuchtstoff mit einem Verhältnis von Ca, Sr und Ba in dem (Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu-Leuchtstoff identisch oder weitgehend identisch ist.
  16. Wellenlängenkonverter nach Anspruch 10, wobei es sich bei dem (Ca,Sr,Ba) 2Si5N8:Eu-Leuchtstoff um mindestens einen Leuchtstoff der Formel: (Cax,Sry, Baz) 2Si5N8:d% Eu handelt, wobei x, y und z für die Menge von Ca, Sr bzw. Ba in Atomprozent stehen, d für die Menge von Eu in Atomprozent steht und die folgenden Beziehungen erfüllt sind: 0 < x < 1 ;
    Figure DE112016004313T5_0011
     0 < y < 1 ;
    Figure DE112016004313T5_0012
     0 < z < 1 ;
    Figure DE112016004313T5_0013
     x + y + z = 1 ;
    Figure DE112016004313T5_0014
    und 0 < d < 10.
    Figure DE112016004313T5_0015
  17. Wellenlängenkonverter nach Anspruch 16, wobei: 0,03 < x ≤ 0 ,07;
    Figure DE112016004313T5_0016
     0,4 < y < ≤ 0,5 ;
    Figure DE112016004313T5_0017
     0 < z < 1 ;
    Figure DE112016004313T5_0018
     x + y + z = 1 ;
    Figure DE112016004313T5_0019
    und 1,5 ≤ d ≤ 5 .
    Figure DE112016004313T5_0020
  18. Wellenlängenkonverter nach Anspruch 11, wobei der (Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu-Leuchtstoff eine D50-Korngröße ≥ 15 µm aufweist.
  19. Wellenlängenkonverter nach Anspruch 12, wobei der (Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu-Leuchtstoff eine D50-Korngröße ≥ 15 µm aufweist.
  20. Beleuchtungsvorrichtung (600, 650), die den Wellenlängenkonverter (300, 400) nach Anspruch 1 aufweist.
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