DE112017002467B4

DE112017002467B4 - Beleuchtungsvorrichtungen mit einer linse und einer kompositverkapselung und verfahren zur herstellung hiervon

Info

Publication number: DE112017002467B4
Application number: DE112017002467.6T
Authority: DE
Inventors: Maxim N. Tchoul; Alan Lenef; Darshan Kundaliya
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2016-05-13
Filing date: 2017-05-15
Publication date: 2024-03-14
Anticipated expiration: 2037-05-16
Also published as: US20170331016A1; JP2019515502A; DE112017002467T5; WO2017197397A1

Abstract

Beleuchtungsvorrichtung mit- einer Lichtquelle (102) mit einer lichtemittierenden Oberfläche (103) mit einem ersten Brechungsindex N1,- einer Kompositverkapselung (104) mit einer oberen Oberfläche und mit einer unteren Oberfläche, wobei sich die Kompositverkapselung (104) direkt auf der lichtemittierenden Oberfläche (103, 107) befindet, wobei die Kompositverkapselung (104) einen zweiten Brechungsindex N2 aufweist und die Kompositverkapselung (104) eine Matrix (105) sowie nicht agglomerierte hochbrechende Partikel (106) aufweist; wobei die nicht agglomerierten hochbrechenden Partikel (106) aus einem Material mit hohem Brechungsindex sind, ausgewählt aus der folgenden Gruppe: NiO2, Chromoxid, sowie Kombinationen, Mischungen und Legierungen hieraus, und- einer optischen Komponente (109) direkt auf der oberen Oberfläche (108) der Kompositverkapselung (104), wobei die optische Komponente (109) ein Wellenlängenkonverter ist, und wobei die optische Komponente (109) einen dritten Brechungsindex N3 aufweist, wobei die folgenden Relationen zutreffen:N1≥N2≥1,6,undN2≤N3.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Anmeldung bezieht sich im Allgemeinen auf Beleuchtungsvorrichtungen, einschließlich Beleuchtungsvorrichtungen mit einer oder einer Mehrzahl von Leuchtdioden, ist aber nicht darauf beschränkt. Insbesondere betrifft die vorliegende Offenbarung Beleuchtungsvorrichtungen, die eine Lichtquelle, eine Kompositverkapselung und eine optische Komponente umfassen, sowie ein Verfahren zu deren Herstellung.
HINTERGRUND
Festkörperleuchtvorrichtungen werden aufgrund ihrer relativ hohen Leistungseffizienz im Markt zunehmend verbreitet. Eine gängige Art von Festkörperbeleuchtungseinrichtung ist die Leuchtdiode oder LED. Im Allgemeinen bezieht sich der Begriff LED auf eine große Vielfalt von Dioden oder anderen halbleiterbasierten Vorrichtungen, die in der Lage sind, als Reaktion auf ein elektrisches Signal Strahlung (d. h. Licht) zu erzeugen. Spezieller sind LEDs dazu eingerichtet, Licht in einem oder mehreren Bereichen des elektromagnetischen Spektrums, wie die sichtbaren, ultravioletten und/oder infraroten Bereiche, zu erzeugen. In vielen Fällen sind Festkörperlichtquellen wie LEDs dazu eingerichtet, zumindest einen Teil des von ihnen erzeugten Lichts an einer Oberfläche zu emittieren. Diese Oberfläche wird hier der Klarheit halber als eine „lichtemittierende Oberfläche“ oder einfach „emittierende Oberfläche“ bezeichnet; es ist jedoch zu beachten, dass Licht von der Lichtquelle nicht zwangsläufig von der emittierenden Oberfläche selbst stammt.
Obwohl Festkörperlichtquellen wie LEDs im Vergleich zu anderen Arten von Lichtquellen relativ leistungseffizient sein können, existieren verschiedene technische Herausforderungen, die die Gesamtlichtmenge begrenzen, die von einer LED an ihre Umgebung abgegeben wird. Beispielsweise sind viele LEDs so gestaltet, dass eine Grenzfläche zwischen einer lichtemittierenden Oberfläche und einem externen Medium (z. B. Luft, ein Polymer, etc.) vorhanden ist. Das Verhältnis des Brechungsindexes (N1) des die Lichtaustrittsfläche der LED bildenden Materials und des Brechungsindexes (N2) des externen Mediums (z. B. Luft) können einen „kritischen Winkel“ definieren, der die Lichtmenge, die von der LED in die Umgebung emittiert wird, beeinträchtigen kann. Insbesondere nimmt der kritische Winkel in der Regel ab, wenn der Wert von N2/N1 abnimmt, und umgekehrt. Nähert sich von einer LED erzeugtes Licht einer Grenzfläche zwischen deren lichtemittierender Oberfläche und einem externen Medium unter einem Winkel an, der größer ist als der kritische Winkel, so kann Totalreflexion dazu führen, dass Licht zur LED zurückreflektiert wird, was die von der LED abgegebene Lichtmenge begrenzen kann. Die gleiche Betrachtung gilt für andere Grenzflächen, die in einer Beleuchtungseinrichtung vorhanden sein können, d. h. dort, wo sich Licht durch ein erstes Medium mit einem ersten Brechungsindex (N1) bewegt und auf eine Grenzfläche zwischen dem ersten Medium und einem zweiten Medium mit einem zweiten Brechungsindex (N2) trifft.
Dies berücksichtigend weisen viele LEDs eine lichtemittierende Oberfläche auf, die aus einem oder mehreren Materialien mit hohem Brechungsindex (HRI) gebildet ist. Beispielsweise weisen einige LEDs eine lichtemittierende Oberfläche auf, die aus Galliumnitrid (GaN) oder Aluminiumgalliumindiumphosphid (AlGaInP) gebildet ist, die Brechungsindizes im Bereich von 2,3 - 2,5 (GaN) bzw. 3,2 - 4,5 (AlGaInP) aufweisen. Wenn eine emittierende Oberfläche einer solcher LED mit Luft (N2 = 1,0 bei normaler Temperatur und normalem Druck) in Kontakt steht, ist das Verhältnis von N2/N1 relativ gering, sodass sich ein entsprechend geringer kritischer Winkel ergibt. Aufgrund des relativ geringen kritischen Winkels kann eine erhebliche Lichtmenge, die von der LED erzeugt wird, an der Grenzfläche emittierende Oberfläche/Luft totalreflektiert werden, was wiederum die Lichtmenge (d. h. den Lichtstrom) begrenzen kann, die letztlich von der LED in die Umgebung abgestrahlt wird.
Es hat sich herausgestellt, dass das Bedecken oder Verkapseln einer lichtemittierenden Oberfläche einer LED mit einem polymeren Material (im folgenden Verkapselung) das Verhältnis von N2/N1 erhöhen kann, was zu einer entsprechenden Vergrößerung des kritischen Winkels und einer verbesserten Lichtauskopplung führt, verglichen mit Lichtquellen, die eine Grenzfläche lichtemittierende Oberfläche/Luft aufweisen. Diese Erhöhung der Lichtauskopplung ist weitgehend darauf zurückzuführen, dass solche Polymere einen Brechungsindex aufweisen, der größer ist als der von Luft. Dadurch wird der kritische Winkel an der Grenzfläche emittierende Oberfläche/Verkapselung größer als der kritische Winkel an einer Grenzfläche emittierende Oberfläche/Luft.
Jedoch sind viele Verkapselungen aus Polymeren gebildet, die einen Brechungsindex (N1) aufweisen, der noch deutlich kleiner als der Brechungsindex (N2) der lichtemittierenden Oberfläche einer LED ist. Beispielsweise wird in vielen Anwendungen ein Silikon oder Epoxid als Verkapselung für eine LED verwendet. Solche Materialien weisen häufig einen Brechungsindex (N1) von 1,4 - 1,6 auf, der noch deutlich kleiner als der Brechungsindex (N2) der verwendeten Materialien sein kann, die die lichtemittierende Oberfläche einer LED bilden. Eine erhebliche Lichtmenge, die von den LEDs in solchen Geräten erzeugt wird, kann daher noch aufgrund der Totalreflexion an der Grenzfläche lichtemittierende Oberfläche/Verkapselung verloren gehen.
Diese Aufgabe wird unter anderem durch eine Beleuchtungsvorrichtung gemäß Patentanspruch 1 gelöst und ein Verfahren zur Herstellung gemäß Patentanspruch 10 gelöst.
Die Druckschrift US 2011 / 0 133 237 A1 beschreibt lichtemittierende Halbleitervorrichtungen. Die Druckschrift EP 2 113 949 A2 beschreibt eine Verkapselung für phosphorkonvertierte weißlichtemittierende Dioden. Die Druckschrift US 2012 / 0 248 479 A1 beschreibt LED-Bauelemente mit Quantenpunkten. Die Druckschrift JP 2009 - 185 120 A beschreibt ein Verbundmaterial aus härtbarem Harz und feinen Teilchen und Verfahren zu dessen Herstellung, ein optisches Material und eine lichtemittierende Vorrichtung. Die Druckschrift US 2008 / 0 157 653 A1 beschreibt ein Beleuchtungssystem mit einer Strahlungsquelle und einem fluoreszierenden Material.
FIGURENKURZBESCHREIBUNG
Es wird nun auf die nachfolgende detaillierte Beschreibung Bezug genommen, die in Verbindung mit den folgenden Figuren gelesen werden soll, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche Teile darstellen:

1A zeigt ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung.
1B zeigt ein weiteres Beispiel einer erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung.
2 ist ein Diagramm mit simulierter transmittierter Leistung gegenüber der Partikelgröße einer hypothetischen Kompositverkapselung, die Beispiele erfindungsgemäßer hochbrechender Partikel enthält.
3A ist eine Auftragung des Kompositbrechungsindexes gegenüber Gew.-% von Partikeln mit hohem Brechungsindex für mehrere Kompositverkapselungen gemäß Vergleichsbeispielen.
3B ist eine Auftragung des Brechungsindexes gegenüber der Wellenlänge für mehrere Kompositverkapselungen gemäß Vergleichsbeispielen.
4 ist ein Flussdiagramm, welches beispielhaft Schritte eines Verfahrens zur Herstellung einer Beleuchtungsvorrichtung mit einer Kompositverkapselung und einer optischen Komponente gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die vorliegende Darstellung schreitet nun unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen fort, in denen erfindungsgemäße Ausführungsbeispiele gezeigt sind. Es versteht sich, dass die Beispiele in den Figuren lediglich zur Veranschaulichung und zum besseren Verständnis dienen und dass die Verfahren, Wellenlängenkonverter und Vorrichtungen, die hierin beschrieben sind, in vielfältiger Form ausgeführt werden können und nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele in den Figuren oder auf spezielle Ausführungsformen beschränkt sind.
Eines oder mehrere Elemente der vorliegenden Erfindung können numerisch bezeichnet werden, z. B. als erstes, zweites, drittes etc. Element. Dabei ist zu beachten, dass die numerische Bezeichnung nur der Klarheit dient (z. B. zur Unterscheidung eines Elements von einem anderen) und dass Elemente, die so bezeichnet sind, nicht durch ihre spezifische numerische Bezeichnung beschränkt sind. Ferner kann sich die Anmeldung von Zeit zu Zeit auf ein erstes Element beziehen, das als „auf“ einem zweiten Element beschrieben ist. Das ist so zu verstehen, dass das erste Element direkt auf dem zweiten Element (d. h. ohne dazwischen liegende Elemente) liegen kann oder dass zwischen dem ersten und dem zweiten Element eines oder mehrere Zwischenelemente vorhanden sein können. Im Gegensatz dazu bedeutet der Begriff „direkt auf“, dass das erste Element ohne Zwischenelemente auf dem zweiten Element vorhanden ist.
Wie hierin verwendet, sind im Singular verwendete Ausdrücke wie „ein“, „der“, „die“ und „das“ nicht auf ihre Singularform beschränkt, sondern sind dazu vorgesehen, die Pluralformen ebenso abzudecken, sofern nicht der Zusammenhang eindeutig auf Anderes hinweist. Spezifische Begriffe/Phrasen, die von diesem Verständnis ausgenommen sind, sind „einlagig“ und „einlagiger Wellenlängenkonverter“, die hier zur Bezeichnung einer einzigen Schicht und eines Wellenlängenkonverters, der aus einer einzigen Schicht aufgebaut ist, verwendet werden. Wie nachfolgend ausführlich beschrieben wird, umfassen nichtlimitierende Beispiele für einlagige Wellenlängenkonversionsmaterialien, die mit der vorliegenden Erfindung vereinbar sind, eine einzige Schicht aus Matrixmaterial mit wellenlängenkonvertierenden Partikeln, wie Leuchtstoffpartikel und Quantenpunktpartikel, sind aber nicht hierauf beschränkt. Dies steht im Gegensatz zum Multischicht-Wellenlängenkonverter, bei dem mehrere Schichten unterschiedlicher wellenlängenkonvertierender Zusammensetzungen übereinander gestapelt oder anderweitig zueinander ausgerichtet sind.
Wie hierin verwendet, bedeuten die Begriffe „im Wesentlichen“ und „etwa“ in Verbindung mit einer Menge oder einem Wertebereich plus oder minus 5% des genannten Betrages oder der Endpunkte des genannten Bereichs.
Wie hierin verwendet, kann der Ausdruck „auf“ verwendet werden, um die relative Position einer Komponente (z. B. einer ersten Schicht) relativ zu einer anderen Komponente (z. B. einer zweiten Schicht) zu beschreiben. In einem solchen Fall soll der Ausdruck „auf“ so verstanden werden, dass eine erste Komponente oberhalb einer zweiten Komponente vorhanden ist, aber nicht notwendigerweise mit einer oder mehreren Oberflächen der zweiten Komponente in Kontakt steht. Das heißt, wenn eine erste Komponente „auf“ einer zweiten Komponente ist, können zwischen der ersten und der zweiten Komponente eine oder mehrere zwischenliegende Komponenten vorhanden sein. Im Gegensatz dazu ist der Begriff „unmittelbar auf“ so zu interpretieren, dass eine erste Komponente in Kontakt mit einer Oberfläche (z. B. einer oberen Oberfläche) einer zweiten Komponente steht. Daher ist darunter zu verstehen, dass, wenn eine erste Komponente direkt auf einer zweite Komponente aufgebracht wird, die erste Komponente mit der zweiten Komponente in Kontakt steht und zwischen der ersten und der zweiten Komponente keine zwischenliegenden Komponenten vorhanden sind.
Wie hierin verwendet, bezeichnet der Begriff „optisch transparent“, wenn er in Verbindung mit einem Material (z. B. einer Matrix aus einer Kompositverkapselung, einem Füllstoff, etc.) verwendet wird, dass das gemeinte Material größer oder gleich etwa 80 % des einfallenden Lichts hindurchlässt, z. B. größer oder gleich etwa 90 %, größer oder gleich etwa 95 %, größer oder gleich etwa 99 %, oder sogar etwa 100 % des einfallenden Lichts. Das einfallende Licht kann eine bestimmte Wellenlänge oder einen bestimmten Wellenlängenbereich aufweisen (z. B. ultraviolett, sichtbar, infrarot, etc.) oder kann durch mehrere Wellenlängenbereiche gebildet sein. Ohne Einschränkung lassen die hierin als optisch transparent beschriebenen Materialien bevorzugt größer oder gleich etwa 95 % (z. B. größer oder gleich etwa 99 % oder sogar etwa 100 %) des einfallenden Lichts im ultravioletten, sichtbaren und/oder infraroten Bereichs des elektromagnetischen Spektrums durch.
Wie hierin verwendet, sind die Begriffe „Leuchtdiode“, „LED“ und „LED-Lichtquelle“ austauschbar verwendbar und beziehen sich auf eine beliebige Leuchtdiode oder andere Art von halbleiterbasiertem System, das in der Lage ist, in Reaktion auf ein elektrisches Signal Strahlung zu erzeugen. So umfasst der Begriff LED ohne Beschränkung hierauf verschiedene halbleiterbasierte Strukturen, die Licht als Reaktion auf Strom emittieren, lichtemittierende Polymere, lichtemittierende Streifen, elektrolumineszierende Streifen, Kombinationen hiervon und dergleichen. Insbesondere bezieht sich der Begriff LED auf Leuchtdioden aller Art, die zur Erzeugung von Licht in allen oder verschiedenen Teilen des sichtbaren, ultravioletten und/oder infraroten Spektralbereichs eingerichtet sein können. Nicht als beschränkend zu verstehende Beispiele für geeignete LEDs beinhalten verschiedene Arten von Infrarot-LEDs, UV-LEDs, rote LEDs, grüne LEDs, blaue LEDs, gelbe LEDs, bernsteinfarbige LEDs, orange LEDs und weiße LEDs. Derartige LEDs können dazu eingerichtet sein, Licht über ein breites Spektrum (z. B. das gesamte sichtbare Lichtspektrum) oder ein schmales Spektrum zu emittieren. Verweise auf die Farbe eines Leuchtstoffs, einer LED oder eines Konversionsmaterials beziehen sich, sofern nichts anderes angegeben ist, in der Regel auf seine Emissionsfarbe. So emittiert eine blaue LED blaues Licht, ein gelber Leuchtstoff emittiert gelbes Licht und so weiter.
Von Zeit zu Zeit können einer oder mehrere Aspekte der vorliegenden Erfindung unter Verwendung von Bereichen beschrieben werden. Dabei ist zu beachten, dass die angegebenen Bereiche nur beispielhaft sind, sofern nicht ausdrücklich anders angegeben. Ferner sollen unter den angegebenen Bereichen alle Einzelwerte verstanden werden, die in den angegebenen Bereich fallen, als ob derartige Werte ausdrücklich aufgeführt würden. Ferner sind unter den Bereichen Teilbereiche innerhalb des angegebenen Bereichs zu verstehen, als ob solche Teilbereiche ausdrücklich aufgeführt würden. Unter einem Bereich von 1 bis 10 ist beispielsweise 2 zu verstehen, 3, 4 ... usw., sowie der Bereich von 2 bis 10, 3 bis 10, 2 bis 8 usw., als ob solche Werte und Bereiche ausdrücklich aufgeführt würden.
In der vorliegenden Offenbarung wird der Begriff „ausgehärtet“ häufig im Zusammenhang mit dem Begriff „Matrixmaterial“ verwendet, insbesondere dann, wenn das Matrixmaterial eine polymere Komponente enthält. Unter dem Begriff „ausgehärtet“ soll in diesem Zusammenhang die Bezugnahme auf ein chemisches Verfahren verstanden werden, in dem eine oder mehrere flüssige Eduktkomponenten in einen Feststoff übergehen, z. B. durch Polymerisation. In einigen Ausführungsformen, bei denen die Aushärtung in der Bildung eines Polymers resultiert, weist das Polymer einen Polymerisationsgrad und/oder einen Vernetzungsgrad auf, der größer oder gleich etwa 90 %, größer oder gleich etwa 95 %, größer oder gleich etwa 99 % oder sogar etwa 100 % ist. So ist unter dem Begriff des „ausgehärteten Matrixmaterials“ ein Matrixmaterial zu verstehen, das durch oder mit einer polymeren Komponente gebildet ist, die einen Polymerisationsgrad von größer oder gleich etwa 90, 95, 99 oder sogar 100 %, einen Vernetzungsgrad von etwa 90, 95, 99 oder sogar 100 % und Kombinationen hiervon aufweist. Der Begriff „Aushärtungszeit“ bezeichnet die Zeitdauer, die benötigt wird, um einen Matrixprecursor in eine ausgehärtete polymere Matrix umzuwandeln.
Wie im Abschnitt „Hintergrund“ kurz beschrieben, hat die Forschung vorgeschlagen, die lichtemittierende Oberfläche einer LED mit einer Polymerverkapselung zu bedecken, die einen größeren Brechungsindex als Luft aufweist, um den kritischen Winkel an der Grenzfläche lichtemittierende Oberfläche/Verkapselung (relativ zu einer Grenzfläche lichtemittierende Oberfläche/Luft) zu vergrößern, wodurch potentiell die Lichtmenge, die aus der LED extrahiert wird, erhöht wird. Dabei haben sich zwar polymere Verkapselungen bewährt, jedoch weisen die zur Bildung solcher Verkapselungen verwendeten Polymere oft noch einen Brechungsindex auf, der deutlich niedriger ist als der Brechungsindex der Materialien, die die emittierende Oberfläche einer LED bilden. Dadurch kann die mit polymeren Verkapselungen erzielbare Verbesserung des kritischen Winkels (und der Lichtleistung) erheblich begrenzt werden.
Ebenso wurde Forschung durchgeführt, um alternative Materialien zu identifizieren, die als Verkapselungen für verschiedene Lichtquellen wie LEDs nützlich sein können. Dabei wurden verschiedene Kompositmaterialien entwickelt und für den Einsatz in Beleuchtungsanwendungen untersucht. Derartige Komposite, im Folgenden allgemein als „Kompositverkapselungen“ bezeichnet, beinhalten in der Regel ein polymeres Matrixmaterial, das mit hochbrechenden (HRI) Partikeln versehen ist. Die Polymermatrix weist einen Brechungsindex M1 auf, und die HRI-Partikel weisen einen Brechungsindex H1 auf, wobei H1 größer als M1 ist. Dadurch können solche Kompositmaterialien einen Kompositbrechungsindex N2 aufweisen, wobei M1 < N2 < H1.
Obwohl manche Verbundverkapselungen vielversprechend waren, haben die Erfinder verschiedene technische Probleme erkannt, die sie für bestimmte Anwendungen unerwünscht machen können. Zum Beispiel umfassen einige Kompositverkapselungsmaterialien HRI-Partikel, die einen Partikeldurchmesser von größer als 30 Nanometer (30 nm) aufweisen und/oder die zur Bildung von Agglomeraten neigen, die eine Agglomeratgröße von größer 30 nm aufweisen. Während derartige Kompositverkapselungen die Lichtmenge, die von einer lichtemittierenden Oberfläche einer LED extrahiert wird, erhöhen können, haben die Erfinder herausgefunden, dass die relativ großen Partikel/Agglomerate darin zu einer Lichtstreuung innerhalb der Kompositverkapselung führen können. Obwohl eine solche Streuung relativ gering sein kann, haben die Erfinder herausgefunden, dass sie dennoch zu einem Lichtverlust aus der Vorrichtung beitragen kann. In einigen Fällen haben die Erfinder herausgefunden, dass der Streulichtverlust, der auf manche Kompositverkapselungen zurückzuführen ist, gleich groß oder sogar größer werden kann als die Menge an gewonnenem Zusatzlicht, das aufgrund der Verwendung der Kompositverkapselung von einer lichtemittierenden Oberfläche der Lichtquelle ausgeht.
Darüber hinaus kann die Streulichtverlustmenge mit zunehmender Dicke der Verkapselung zunehmen. Dabei werden in Beleuchtungseinrichtungen einige Kompositverkapselungen verwendet, die in Form einer Schicht mit einer Dicke von 3 mm oder mehr vorliegen. Bei solchen Dicken kann eine Streuung der relativ großen HRI-Partikel/Agglomerate darin zu einem großen Streulichtverlust führen.
Wie weiter oben kurz erläutert wurde, wurden viele Kompositverkapselungen entwickelt, um eine optische Auskopplung an einer Grenzfläche, definiert zwischen der Verkapselung und einer lichtemittierenden Oberfläche einer Lichtquelle, zu verbessern. Konkret wurden solche Materialien entwickelt, um einen Kompositbrechungsindex (N2) aufzuzeigen, der den Brechungsindex (Ml) des als Matrix verwendeten Polymers allein übersteigt (also M1 < N2), wodurch der kritische Winkel an der Grenzfläche zu einer lichtemittierenden Oberfläche einer Beleuchtungseinrichtung erhöht wird, z. B. durch Erhöhung des Verhältnisses von N2/N1 an einer solchen Grenzfläche. Während Kompositverkapselungen sich bewährt haben, um eine optische Auskopplung an einer Grenzfläche lichtemittierende Oberfläche/Kompositverkapselung zu verbessern, haben die Erfinder herausgefunden, dass die Verwendung von Kompositverkapselungen das optische Verhalten an anderen Stellen einer Beleuchtungseinrichtung beeinflussen kann.
Z. B. können in Fällen, in denen eine Beleuchtungsvorrichtung eine lichtemittierende Oberfläche, eine Kompositverkapselung auf der lichtemittierenden Oberfläche und eine optische Komponente (z. B. eine Linse) auf der Kompositverkapselung aufweist, mehrere Grenzflächen zwischen verschiedenen Komponenten der Vorrichtung vorhanden sein. Beispielsweise können solche Vorrichtungen eine erste Grenzfläche aufweisen, die zwischen der lichtemittierenden Oberfläche und der Kompositverkapselung liegt, und eine zweite Grenzfläche, die zwischen der Kompositverkapselung und der optischen Komponente (z. B. einer Linse) liegt. Somit kann ein erster kritischer Winkel (C1) an der ersten Grenzfläche basierend auf dem Verhältnis des Brechungsindexes (N2) der Kompositverkapselung und des Brechungsindexes (N1) der lichtemittierenden Oberfläche definiert werden und ein zweiter kritischer Winkel (C2) an der zweiten Grenzfläche basierend auf dem Verhältnis des Brechungsindexes (N3) der optischen Komponente und des Brechungsindexes (N2) der Kompositverkapselung. Während sich durch das Erhöhen von N2 Cl erhöhen kann, haben die Erfinder festgestellt, dass mit zunehmendem N2 das Verhältnis von N3/N2 reduziert und damit C2 reduziert werden kann. Während eine optische Kopplung an der ersten Schnittstelle verbessert werden kann, kann bei derartigen Beleuchtungsvorrichtungen aufgrund der Totalreflexion an der zweiten Grenzfläche eine erhebliche Lichtmenge verloren gehen.
Vor diesem Hintergrund bezieht sich ein Aspekt der vorliegenden Erfindung auf Beleuchtungsvorrichtungen, die eine Kompositverkapselung enthalten. Wie nachfolgend noch näher erläutert wird, umfassen die erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtungen in der Regel eine Lichtquelle (z. B. eine oder mehrere LEDs), die eine lichtemittierende Oberfläche mit einem ersten Brechungsindex, N1, aufweist. Eine Kompositverkapselung mit einem zweiten Brechungsindex, N2, ist direkt auf der lichtemittierenden Oberfläche angeordnet, um eine erste Grenzfläche zu definieren. Die Kompositverkapselung kann ein Matrixmaterial und HRI-Partikel umfassen, sodass N2 zumindest teilweise durch den Brechungsindex (M1) des Matrixmaterials und durch den Brechungsindex (H1) der HRI-Partikel definiert ist. Insbesondere kann in einigen Ausführungsformen der folgende Zusammenhang in den hierin beschriebenen Kompositverkapselungsschichten gelten: M1 < N2 < H1. In einigen Ausführungsformen können die HRI-Partikel eine Partikel- und/oder eine Agglomeratgröße von kleiner oder gleich 30 Nanometern (nm) aufweisen. Beispielsweise können die HRI-Partikel in einigen Ausführungsformen aus oder im Wesentlichen aus nicht-agglomerierten HRI-Partikeln mit einer Partikelgröße von kleiner oder gleich 30 nm bestehen.
In manchen Ausführungsformen ist eine Linse mit einem dritten Brechungsindex (N3) direkt auf einer oberen Oberfläche der Kompositverkapselung angeordnet, um eine zweite Grenzfläche zu definieren. In einigen oder allen dieser Ausführungsformen können die lichtemittierende Oberfläche, die Kompositverkapselung und die Linse derart ausgestaltet sein, dass folgende Brechzahlverhältnisse erfüllt sind: $N 1 \geq N 2 \geq 1,6,$
und $N 2 \leq N 3,$

wobei N1 der Brechungsindex der lichtemittierenden Oberfläche einer Lichtquelle ist, N2 ein Kompositbrechungsindex einer Kompositverkapselung direkt auf der lichtemittierenden Oberfläche ist und N3 der Brechungsindex einer Linse direkt auf der Kompositverkapselung ist. Darüber hinaus kann in manchen Ausführungsformen die Dicke der Kompositverkapselung reguliert werden, z. B. um Lichtverluste, die auf Streuung zurückzuführen sind, zu begrenzen oder sogar zu verhindern. Beispielsweise kann die Dicke der Kompositverkapselung im Bereich von größer 0 bis etwa 2 mm liegen, wie z. B. von größer 0 bis ca. 1 mm.
Es wird daher auf 1A verwiesen, die ein Beispiel für eine Beleuchtungsvorrichtung darstellt, die mit der vorliegenden Erfindung konsistent ist. Wie gezeigt, ist in 1A eine Beleuchtungsvorrichtung 100 dargestellt, die einen Träger 101, eine Lichtquelle 102, eine Kompositverkapselung 104 und eine Linse 109 umfasst. Im Allgemeinen ist der Träger 101 dazu eingerichtet, den verschiedenen anderen Komponenten der Beleuchtungsvorrichtung 100 eine mechanische Unterstützung bereitzustellen. Dabei kann der Träger 101 ein beliebiger geeigneter Träger sein, wie z. B. eine Leiterplatte, ein Rahmen (z. B. ein LED-Rahmen) oder Kombinationen hiervon und Ähnliches. In einigen Ausführungsformen ist der Träger 101 als Leiterplatte ausgebildet oder umfasst eine Leiterplatte mit elektrischen Schaltkreisen, Kontakten etc. zur Ansteuerung der Lichtquelle 102. Beispielsweise kann in Fällen, in denen die Lichtquelle 102 eine LED ist (wobei unter der Beleuchtungseinrichtung 100 dann eine LED-Beleuchtungseinrichtung wie eine LED-Einheit verstanden werden kann), der Träger 101 ein LED-Rahmen sein, der Schaltkreise und/oder Kontakte zum Ansteuern einer LED umfasst. Jedenfalls kann unter dem Träger 101 ein mechanischer Träger für die verschiedenen Komponenten der Beleuchtungsvorrichtung 100 verstanden werden.
Die Lichtquelle 102 kann jede geeignete Lichtquelle sein, die dazu eingerichtet ist, Licht von einer lichtemittierenden Oberfläche zu emittieren. Nicht beschränkende Beispiele für geeignete Lichtquellen, die als Lichtquelle 102 verwendet werden können, umfassen Festkörperlichtquellen wie Leuchtdioden. In Fällen, in denen die Lichtquelle 102 eine oder mehrere LEDs umfasst, können derartige LEDs dazu konfiguriert sein, Licht von deren lichtemittierender Oberfläche auszusenden. So ist der Übersichtlichkeit halber in 1A die Lichtquelle 102 als eine lichtemittierende Oberfläche 103 umfassend dargestellt. In der dargestellten Ausführungsform ist die lichtemittierende Oberfläche 103 als an oder integral mit einer oberen Oberfläche der Lichtquelle 102 ausgebildet gezeigt; es versteht sich jedoch, dass jede geeignete Seite, Fläche etc. der Lichtquelle 102 als lichtemittierende Oberfläche ausgebildet sein kann.
Die Lichtquelle 102 kann, unabhängig von ihrer Ausgestaltung, zur Erzeugung von Licht ausgebildet sein, z. B. als Reaktion auf ein elektrisches Signal. Beispielsweise kann die Lichtquelle 102 ausgebildet sein, um Licht im ultravioletten, sichtbaren und/oder infraroten Bereich des elektromagnetischen Spektrums zu erzeugen. Bei manchen Ausführungsformen ist die Lichtquelle 102 eine LED, die dazu eingerichtet ist, Licht im ultravioletten, im sichtbaren oder im Infrarotbereich oder eine Kombination hieraus zu emittieren. Ohne Einschränkung ist die Lichtquelle 102 eine LED, die dazu eingerichtet ist, Licht im sichtbaren Bereich zu emittieren. Beispielsweise kann die Lichtquelle 102 eine LED sein, die dazu eingerichtet ist, blaues, rotes, gelbes, weißes oder andersfarbiges Licht zu erzeugen, entweder direkt oder durch die Verwendung von einem oder mehreren Wellenlängenkonvertern.
Wie oben erwähnt, kann die Lichtquelle 102 in jedem Fall eine lichtemittierende Oberfläche 103 aufweisen. Im Allgemeinen dient die lichtemittierende Oberfläche 103 dazu, zumindest einen Teil einer ersten Grenzfläche 107 zwischen der Lichtquelle 102 und einer Umgebung außerhalb der Lichtquelle 102 zu definieren, wie zu einer Kompositverkapselung 104, beschränkt sich aber nicht auf diese. Die lichtemittierende Oberfläche 103 kann dabei aus einem beliebigen geeigneten Material gebildet sein. Beispielsweise kann die lichtemittierende Oberfläche 103 aus Materialien mit einem Brechungsindex (N1) von größer oder gleich 1,6 sein oder ein solches Material umfassen. Nicht limitierende Beispiele für solche Materialien sind Galliumnitrid (GaN - N1 ~ 2,3 - 2,5) und Aluminiumgalliumindiumphosphid (AlGaInP, 11 ~ 3,2 -4,5), Aluminiumgalliumnitrid (AlGaN), Indiumgalliumnitrid (InGaN), Cadmiumzinkselenid (CdZnSe), Quantenpunkt-LED-Materialien, organische LED-Materialien, Kombinationen davon und Ähnliches. Ohne Einschränkung ist die lichtemittierende Oberfläche 103 in manchen Ausführungsformen InGaN, AlGaN oder AlGaInP oder umfasst solches.
Wie weiter in 1A gezeigt ist, weist die Beleuchtungsvorrichtung 100 im Allgemeinen die Kompositverkapselung 104 auf. Die Kompositverkapselung 104 fungiert in der Regel zur Definition zumindest eines Teils einer ersten Grenzfläche 107 mit der lichtemittierenden Oberfläche 103 der Lichtquelle 102. Die Kompositverkapselung 104 und die lichtemittierende Oberfläche 103 können daher so verstanden werden, dass sie die erste Grenzfläche 107 definieren, wobei die erste Grenzfläche 107 eine lichtemittierende Oberfläche-Kompositverkapselung-Grenzfläche ist. Dabei kann die Kompositverkapselung 104 als eine Schicht ausgebildet sein, die auf der lichtemittierenden Oberfläche 103 angebracht ist. Beispielsweise kann die Kompositverkapselung 104 als Schicht ausgebildet sein, die direkt auf einer Oberfläche (z. B. der oberen Oberfläche) der lichtemittierenden Fläche 103 liegt. Jedenfalls ist die erste Grenzfläche 107 als zwischen der lichtemittierenden Oberfläche 103 und der Kompositverkapselung 104 liegend definiert. Beispielsweise ist in der dargestellten Ausführungsform die erste Grenzfläche 107 als zwischen einer oberen Oberfläche der lichtemittierenden Oberfläche 103 und einer unteren Oberfläche der Kompositverkapselung 104 liegend definiert, wobei die Kompositverkapselung 104 direkt auf der lichtemittierenden Oberfläche 103 angeordnet ist.
Es wird darauf hingewiesen, dass in der dargestellten Ausführungsform die Lichtquelle 102 als in einer nicht bezeichneten Ausnehmung angeordnet dargestellt ist, die in dem Träger 101 ausgebildet ist, wobei die Kompositverkapselung 104 die nicht von der Lichtquelle 102 eingenommenen Abschnitte der Ausnehmung ausfüllt, so dass beispielsweise eine obere Oberfläche der Kompositverkapselung 104 in Bereichen in der Nähe der Ausnehmung im Wesentlichen koplanar mit einer oberen Oberfläche des Trägers 101 ist. Ferner ist die Kompositverkapselung 104 als die Lichtquelle 102 derart einkapselnd dargestellt, dass die Seiten und die obere Oberfläche der Lichtquelle 102 von der Kompositverkapselung 104 umgeben sind. Es versteht sich, dass diese Darstellung der Einfachheit halber nur beispielhaft zu verstehen ist und dass solche Komponenten auf andere Art und Weise konfigurierbar sind.
In der Tat sieht die vorliegende Erfindung Ausführungsformen vor, bei denen der Träger 101, die Lichtquelle 102 und die Kompositverkapselung anders konfiguriert sind als in der in 1A gezeigten Ausführungsform. Beispielsweise kann der Träger 101 in einigen Ausführungsformen ohne Kavität ausgebildet sein. Dabei kann der Träger 101 eine im Wesentlichen ebene Oberseite aufweisen, wobei auf der im Wesentlichen ebenen Oberseite eine oder mehrere Lichtquellen 102 angeordnet sind. Unabhängig von der Ausgestaltung des Trägers 101 muss die Kompositverkapselung 104 beispielsweise nicht die in der Ausführungsform der 1 gezeigte Geometrie aufweisen. Z. B. kann in manchen Ausführungsformen die Kompositverkapselung 104 als eine Schicht ausgebildet sein, die nur direkt auf einer oberen Oberfläche der lichtemittierenden Oberfläche 103 aufgebracht ist. Alternativ oder zusätzlich kann die Kompositverkapselung 104 in manchen Ausführungsformen so ausgebildet sein, dass sie nur an einem Abschnitt (d. h. in weniger als 100%) der Lichtaustrittsfläche 103 angeordnet ist. Weiterhin ist bei einigen Ausführungsbeispielen die Lichtquelle 102 auf einer im Wesentlichen ebenen Oberseite des Trägers 101 angeordnet, und die Kompositverkapselung 104 ist dazu ausgebildet, die Ober- und die Seitenflächen der Lichtquelle 102 zu bedecken, z. B. wie allgemein in 1A gezeigt, aber ohne die Ausnehmung in dem Träger 101.
In jedem Fall ist die Kompositverkapselung 104 ein Verbundmaterial, das ein Matrixmaterial und hochbrechende (HRI-)Partikel umfasst oder hieraus gebildet ist. Dieses Konzept ist in 1A gezeigt, in der die Kompositverkapselung 104 als eine Matrix 105 und HRI-Partikel 106 umfassend dargestellt ist. Wie später beschrieben wird, können die erfindungsgemäßen Kompositverkapselungen durch Zugabe von HRI-Partikeln zu einem Matrixprecursor geformt werden, z. B. um eine Mischung, Emulsion, Dispersion, und/oder Suspension der HRI-Partikel mit dem Matrixprecursor zu formen, z. B. in einer flüssigen Phase. Die Mischung, Emulsion, Dispersion und/oder Suspension kann dann auf einer Oberfläche (z. B. einer lichtemittierenden Oberfläche) abgeschieden werden, um einen Verkapselungsprecursor zu bilden. Nach einer solchen Abscheidung kann ein Härtungsprozess durchgeführt werden, um den Verkapselungsprecursor zu härten und um eine Kompositverkapselung zu bilden.
Vor diesem Hintergrund konzentriert sich die vorliegende Beschreibung auf Ausführungsformen, bei denen eine Kompositverkapselung aus einer einzigen Art von Matrixmaterial und einer einzigen Art von HRI-Teilchen gebildet wird. Es versteht sich, dass derartige Ausführungsformen der Einfachheit halber nur beispielhaft beschrieben sind und die hierin beschriebenen Kompositverkapselungen mehr als eine Art von Matrixmaterial, mehr als eine Art von HRI-Partikeln und/oder weitere Komponenten außer dem Matrixmaterial und den HRI-Partikeln umfassen können. Beispielsweise können die hierin beschriebenen Kompositverkapselungen zumindest erste und zweite HRI-Partikel in einem polymeren Matrixmaterial umfassen, wobei sich die ersten und zweiten HRI-Partikel in der Zusammensetzung, der mittleren Partikel-/Agglomeratgröße und/oder in sonstiger Weise voneinander unterscheiden. Ohne Einschränkung umfassen die hierin beschriebenen Kompositverkapselungen in manchen Ausführungsformen mindestens erste und zweite HRI-Partikel, die in der Zusammensetzung unterschiedlich sind. Alternativ oder zusätzlich umfassen die hierin beschriebenen Kompositverkapselungen in manchen Ausführungsformen zumindest erste und zweite HRI-Partikel mit jeweils einer ersten und einer zweiten mittleren Partikelgröße, wobei die erste und die zweite Partikelgröße unterschiedlich sind. Weiterhin umfassen in einigen Ausführungsformen die hierin beschriebenen Kompositverkapselungen erste nichtagglomerierte HRI-Partikel und zweite HRI-Partikel, die nicht-agglomeriert sein können oder auch nicht.
Wie aus der folgenden Beschreibung hervorgeht, dient das Matrixmaterial der hier beschriebenen Ausführungsformen? in der Regel als „Wirt“ oder „Bindemittel“ für HRI-Partikel im Einklang mit der vorliegenden Erfindung. Dabei kann das Matrixmaterial der Kompositverkapselungen aus unterschiedlichsten Materialien gebildet sein oder diese umfassen, einschließlich anorganischer (z. B. keramischer) und organischer (z. B. polymerer) Materialien. Ohne Einschränkung ist in einigen Ausführungsformen das Matrixmaterial der hierin beschriebenen Kompositverkapselungen aus einem oder mehreren polymeren Materialien gebildet. Nicht beschränkende Beispiele für geeignete polymere Matrixmaterialien, die in den erfindungsgemäßen Kompositverkapselungen eingesetzt werden können, sind verschiedene Arten von optisch transparenten Polymeren, umfassend Acrylatpolymere wie Polymethylmethacrylat, Cellulosepolymere wie Methylcellulose, Ethylcellulose etc., Epoxidpolymere (auch Epoxidharze genannt), Polyamide, Polycarbonate, Polyester wie Polyethylenterephthalat, Polyimide, Polyisobutylen, Polyvinylidenfluorid, Polysiloxane (auch als „Silikone“ bezeichnet), Poly(silphenylen-Siloxan)-Gele (auch als Polysilphenylene oder Silaren-Siloxane bezeichnet), Polystyrole und Polyvinylalkoholpolymere (PVA). Ohne Einschränkung ist das polymere Matrixmaterial in den hierin beschriebenen Kompositverkapselungen bevorzugt aus einem oder mehreren duroplastischen Polymeren gebildet oder umfasst ein oder mehrere Epoxide, Silikone, Polyimide oder eine Kombination daraus oder besteht hieraus.
Alternativ oder zusätzlich können als oder zusätzlich in einer in einer Matrix einer erfindungsgemäßen Kompositverkapselung ein oder mehrere lumineszierende Polymere verwendet werden. Als nicht limitierende Beispiele für geeignete lumineszierende Polymere können dabei verwendet werden: (i) Perylenbasierte Polymere wie gelbes und rotes Lumogen® F (BASF); (ii) konjugierte Polymerblends, wie grün emittierendes Poly[{9,9-Dioctyl-2,7-divinylenfluorenylen)-alto-co-(2-Methoxy-5-(2-Ethylhexyloxy)-1,4-Phenylen}] (PFPV) und/oder rot emittierendes Poly[1-Methoxy-4-(2-Ethylhexyloxy -2,5-phenylenvinylen)] (MEH-PPV); (iii) Komposit-verkapselte Polymer-Punkte (PDots) wie Poly [(9,9-Dioctyl-Fluorenyl-2,7-diyl)-alt-co-(1,4-Benzo-{2,r,3}-thiadiazol)] (PFBT), Poly(9,9-dio-octylfluorenyl-2,7-diyl) (PFO), Poly[2-Methoxy-5-(2-Ethylhexyloxy)-1,4-(1-Cyanovinylen-phenylen)] (CN-PPV) und/oder Poly[(9,9-dioctylfluoren)-co-(4,7-Di-2-thienyl-2,1,3-Benzothiadiazol)] (PF-5DTBT); (iv) DCJTB-Farbkonversionsschichten wie (4-(Dicyanomethylen)-2-tert-Butyl-6-(1,1,7,7-tetramethyljulolidyl-9-enyl)-4H-pyran); (v) Europium-haltige Copolymere wie Poly[UA-MMA-co-Eu (DBM)₂ (TOPO)₂]; (vi) Polysiloxane oder Kompositverkapselungen + fluoreszierende Polymere, FABD-Polymere wie rot emittierendes Polymer (9,9-Dioctylfluoren) (F), Anthracen (A), 2,1,3-Benzothiadiazol (B) und 4,7-Bis(2-thienyl)-2,1,3-benzothiadiazol (D).
Die Matrixmaterialien der beschriebenen Kompositverkapselungen können einen Brechungsindex M1 aufweisen, wobei M1 kleiner als der Kompositbrechungsindex (N2) der Kompositverkapselung ist. M1 kann stark variieren, je nach Material für die Matrix einer Kompositverkapselung. In einigen Ausführungsformen kann M1 von etwa 1,3 bis kleiner oder gleich etwa 1,6 reichen, wie etwa 1,3 bis weniger als 1,6, oder sogar von etwa 1,3 bis etwa 1,55. Ohne Einschränkung liegt in einigen Ausführungsformen M1 beispielsweise im Bereich von etwa 1,4 bis etwa 1,6. Beispielsweise umfasst die Matrix der hierin beschriebenen Kompositverkapselungen in manchen Ausführungsformen ein oder mehrere Epoxidharze, Silikone und/oder Polyimide mit einem Brechungsindex von etwa 1,4 bis kleiner oder gleich 1,6, wie etwa 1,5 bis kleiner oder gleich 1,6, oder besteht hieraus.
Die Matrixmaterialien für die hierin beschriebenen Kompositverkapselungen können in beliebiger geeigneter Weise ausgebildet sein. Beispielsweise können die hierin beschriebenen Matrixmaterialien durch Aushärten (z. B. Polymerisation, Vernetzung etc.) eines Matrixprecursors gebildet werden. Der Matrixprecursor kann jede Vorläuferformulierung sein, in der erfindungsgemäße HRI-Partikel suspendiert, gemischt und/oder dispergiert werden können und die in das polymere Matrixmaterial umwandelbar ist. Beispielsweise kann ein Matrixprecursor eine Formulierung eines entsprechenden Monomers und gegebenenfalls weiterer Komponenten (z. B. Photoinitiatoren, Katalysatoren, Vernetzer etc.) sein, die nach einem beliebigen, im Stand der Technik bekannten Verfahren in das polymere Matrixmaterial umgewandelt werden kann.
In manchen Ausführungsformen werden die erfindungsgemäßen Matrixprecursoren aus thermisch und/oder photopolymerisierbaren Formulierungen ausgewählt, die eine mit der angewandten Temperatur, Lichtintensität oder einer Kombination daraus variierende Aushärtezeit aufweisen. Anders ausgedrückt kann die Aushärtungsgeschwindigkeit (Gelzeit) der hier beschriebenen Matrixprecursoren mit einem oder mehreren bei der Aushärtung solcher Vorstufen angewandten Prozessparametern beeinflusst werden, wie die bei der Aushärtung eines thermisch härtbaren Matrixprecursors angewandte Temperatur (Härtungstemperatur), die Lichtintensität, die während des Aushärtens eines photopolymerisierbaren Matrixprecursors aufgebracht wird (Aushärtungslichtintensität), oder eine Kombination davon.
Beispielsweise können, wenn das Matrixmaterial einer Kompositverkapselung ein Silikon oder ein Epoxid ist, deren Matrixprecursoren aus Silikon- bzw. Epoxidvorstufen ausgewählt sein, wobei solche Precursoren eine Aushärtungszeit aufweisen, die mit zunehmender Aushärtungstemperatur und/oder Aushärtungslichtintensität abnimmt und umgekehrt. Der Einfluss der Aushärtungstemperatur und/oder der Aushärtungslichtintensität kann beispielsweise durch Messung der Viskosität des Matrixprecursors (und letztlich des resultierenden Polymers) ausgewertet werden, während die Aushärtung verschiedener Proben des Matrixprecursors unter verschiedenen Härtungstemperaturen und/oder Aushärtungslichtintensitäten erfolgt, und dann durch Vergleichen der gemessenen Viskosität und Zeit für jede Probe ermittelt werden. Alternativ kann die Härtung der Polymermatrix mittels Fourier-Transform-Infrarot-Spektroskopie (FTIR) ausgewertet werden.
Die erfindungsgemäßen polymeren Matrixmaterialien können auch wünschenswerte optische Eigenschaften aufweisen, die aber nicht auf optische Transparenz im Hinblick auf einfallendes Licht einer gegebenen Wellenlänge oder eines gegebenen Wellenlängenbereichs beschränkt sind. Beispielsweise transmittieren die polymeren Matrixmaterialien größer oder gleich etwa 80, 85, 90, 95, 99, oder sogar etwa 100% des einfallenden Lichts in zumindest einem der ultravioletten, sichtbaren und/oder infraroten Bereiche des elektromagnetischen Spektrums. Bei Verwendung in Verbindung mit einer Leuchtdiode und erfindungsgemäßen HRI-Partikeln lässt das polymere Matrixmaterial vorzugsweise größer oder gleich 80, 85, 90, 95, 99 oder sogar etwa 100% des von der Leuchtdiode emittierten einfallenden Lichts durch.
Wie oben erwähnt, enthalten die Kompositverkapselungen der vorliegenden Erfindung eine oder mehrere Arten von HRI-Partikeln 106, die innerhalb des Matrixmaterials 105 verteilt sind. Die HRI-Partikel können in beliebiger geeigneter Weise in die Matrix eingebaut werden und können zumindest teilweise zur Erhöhung des Brechungsindex der Kompositverkapselung beitragen, relativ zum Brechungsindex des Matrixmaterials allein. Beispielsweise können die HRI-Partikel durch Zugabe zu einem Matrixprecursor in den Wellenlängenkonverter eingebracht werden, wonach der Matrixprecursor zu der Kompositverkapselung ausgehärtet werden kann. Gegebenenfalls kann die Kombination aus HRI-Partikeln und Matrixprecursor abgeschieden werden, z. B. auf einer Lichtaustrittsfläche einer Lichtquelle (z. B. der lichtemittierenden Oberfläche 103 der Lichtquelle 102), wonach die Matrix in jeder geeigneten Weise zu einer Kompositverkapselung mit einer ausgehärteten Matrix mit darin enthaltenen HRI-Partikeln ausgehärtet werden kann.
Die erfindungsgemäßen HRI-Partikel können aus unterschiedlichsten Materialien mit einem Brechungsindex (H1) im sichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrums größer oder gleich etwa 1,6 sein. Die HRI-Partikel weisen erfindungsgemäß ein Material mit hohem Brechungsindex auf, ausgewählt aus der folgenden Gruppe: NiO₂, Chromoxid, sowie Kombinationen, Mischungen und Legierungen hieraus. Weitere nicht beschränkende Beispiele für geeignete Materialien, die als HRI-Partikel in der vorliegenden Erfindung einsetzbar sind, sind: Partikel aus III-V-Halbleitern wie GaP (H1 ~ 3,3 bei 600 nm), InGaP (H1 ~ 3,7 bei 600 nm), GaAs (H1 ~ 3,4 bei 600 nm), GaN (H1 ~ 2,4 bei 600 nm); Partikel aus II-VI-Halbleitern wie ZnS (H1 ~ 2,4 bei 500 nm), ZnSe (H1 ~ 2,6 bei 500 nm), ZnTe (H1 ~ 3,1 bei 500 nm), CdS (H1 ~ 2,6 bei 500 nm), CdSe (H1 ~ 2,6 bei 500 nm) und CdTe (H1 ~ 2,7 bei 500 nm); Partikel aus Metalloxiden wie Al₂O₃ (H1 ~ 1,77 bei 600 nm), TiO₂ (H1 ~ 2,9 bei 500 nm), NiO₂ (H1 ~ 2,2 bei 500 nm), ZrO₂ (H1 ~ 2,2 bei 500 nm), ZnO (H1 ~ 2,0 bei 500 nm), Indium-Zinn-Oxid, Chrom-Oxid und Kombinationen daraus; Partikel aus Yttrium-Aluminium-Granat; Partikel aus Diamant (H1 ~ 2,42); Partikel mit hohem Brechungsindex (H1 ≥ 1,6) aus organischen Verbindungen/Polymeren; Kombinationen, Mischungen und Legierungen hiervon und Ähnliches. Ohne Einschränkung umfassen die HRI-Partikel in manchen Ausführungsformen Partikel aus Zirkonoxid (ZrO₂)-Partikeln.
Die HRI-Partikel können eine beliebige geeignete Form aufweisen. Zum Beispiel können die HRI-Partikel eine kugelförmige, längliche, Plättchen-, Flocken-, Whisker- oder andere Form oder eine Kombination solcher Formen haben. Ohne Einschränkung haben die hierin verwendeten HRI-Partikel in manchen Ausführungsformen eine sphärische Form. Beispielsweise werden in manchen Ausführungsformen sphärische oder im Wesentlichen sphärische ZrO₂-Partikel als HRI-Partikel verwendet. Dabei wird darauf hingewiesen, dass die vorstehend genannten Brechungsindizes der Anschaulichkeit halber aufgezählt werden, um den Brechungsindex von Partikeln zu demonstrieren, die aus bestimmten Materialien gebildet sind und eine bestimmte Form (z. B. Kugelform, Plättchenform etc.) aufweisen. Der Fachmann versteht, dass die Form von HRI-Partikeln einen Einfluss auf ihren Brechungsindex haben kann. Dabei weisen die hier beschriebenen HRI-Partikel in der Regel einen Brechungsindex von mindestens etwa 1,6 auf.
Die Partikel-/Agglomeratgröße der HRI-Partikel kann die optischen Eigenschaften der Kompositverkapselung, in der die HRI-Partikel enthalten sind, beeinflussen. Beispielsweise kann die Partikel-/Agglomeratgröße der HRI-Partikel die Menge der optischen Leistung beeinflussen, die durch eine Kompositverkapselung transmittiert wird, in der solche Partikel enthalten sind. Dieses Konzept ist in 2 dargestellt, in der ein Diagramm von simulierter transmittierter Leistung von Licht in % gegenüber der Partikelgröße dargestellt ist, wobei die Daten bei zwei unterschiedlichen Wellenlängen simuliert wurden, basierend auf der Verwendung einer hypothetischen 1 mm-Kompositverkapselung, die aus einer Epoxidmatrix mit einem Brechungsindex M1 von 1,53 und 30 Volumenprozent ZrO₂-Partikeln mit einem Brechungsindex H1 von 2,25 besteht, wobei die ZrO₂-Partikelgröße variiert wurde. Wie gezeigt, weisen die Simulationen darauf hin, dass Kompositverkapselungen, die Partikel mit einer Partikel-/Agglomeratgröße von kleiner oder gleich etwa 10 nm umfassen, einen geringen Anteil an transmittiertem Lichtverlust aufzeigen (z. B. weniger als ca. 20 % Verlust). Im Gegensatz dazu weisen die Simulationen darauf hin, dass Kompositverkapselungen mit HRI-Partikeln mit einer Partikel-/Agglomeratgröße von größer als 30 nm einen hohen Anteil an Lichtverlust aufweisen (z. B. größer als ca. 80%). Allgemeiner weisen die simulierten Daten darauf hin, dass der Anteil an transmittiertem Lichtverlust mit zunehmender HRI-Partikel-/Agglomeratgröße bei einer Kompositverkapselung gemäß der vorliegenden Erfindung zunimmt und mit abnehmender HRI-Partikel-/Agglomeratgröße abnimmt. Ohne durch die Theorie gebunden sein zu wollen wird angenommen, dass der Verlust an transmittierter Leistung auf Streuverluste zurückzuführen ist, die durch den Einschluss von relativ großen Partikeln/Agglomeraten verursacht werden.
Es kann daher wünschenswert sein, HRI-Partikel zur Verwendung in den hierin beschriebenen Kompositverkapselungen zumindest teilweise anhand ihrer Partikelgröße auszuwählen. Daher können die hierin beschriebenen Kompositverkapselungen in manchen Ausführungsformen HRI-Partikel mit einem mittleren Partikeldurchmesser im Bereich von größer 0 bis kleiner etwa 30 nm, wie etwa 1 bis etwa 25 nm, etwa 1 bis etwa 15 nm oder sogar etwa 1 bis etwa 10 nm, aufweisen. In einigen Ausführungsformen weisen die HRI-Partikel einen mittleren Partikeldurchmesser von weniger als etwa 10 nm auf und sind aus einem oder mehreren der oben genannten Materialien gebildet. Es wird darauf hingewiesen, dass der Begriff „Partikelgröße“, wie er hierin verwendet wird, die größte lineare Dimension eines einzelnen HRI-Partikels bezeichnet. Daher sind in Fällen, in denen die HRI-Partikel kugelförmig sind, solche Partikel mit einer Partikelgröße gleich ihrem Durchmesser zu verstehen. Sind die HRI-Partikel alternativ Flocken, Whisker etc., so ist unter der Partikelgröße solcher Partikel ihre größte lineare Dimension zu verstehen.
Wie weiterhin zu erkennen ist, kann die relativ geringe Partikelgröße der hierin beschriebenen HRI-Partikel Verarbeitungs- und/oder andere Herausforderungen bedeuten. Beispielsweise können die Partikel aufgrund der Größe der HRI-Partikel dazu neigen, Agglomerate zu formen, wobei die Agglomerate eine Größe aufweisen, die größer ist (z. B. mehrere mal größer ist) als einzelne Partikel des Wellenlängenkonversionsmaterials. Da solche Agglomerate optische und/oder andere Eigenschaften aufweisen können, die sich von den Eigenschaften einzelner (d. h. nicht agglomerierter) HRI-Partikel unterscheiden, kann es wünschenswert sein, Schritte zu unternehmen, um eine Agglomeration der im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendeten HRI-Partikel zu begrenzen und/oder zu verhindern. Beispielsweise und wie oben erwähnt, kann es wünschenswert sein, die HRI-Partikel mit einem oder mehreren organischen oder anorganischen Liganden zu versehen, um deren Agglomeration zu begrenzen und/oder zu verhindern und um deren Dispergieren zu erleichtern etc. In manchen Ausführungsformen werden ZrO₂-Partikel mit einer mittleren Partikelgröße innerhalb der oben genannten Bereiche verwendet, wobei solche Partikel mit einem oder mehreren reaktiven oder inerten Liganden funktionalisiert sind (z. B. Vinyl, Epoxy etc.), die zur Begrenzung oder Verhinderung von Agglomeration dienen können. Selbstverständlich braucht eine solche Behandlung nicht in allen Fällen erforderlich zu sein, wie bei der Verwendung von HRI-Partikeln, die nicht zum Agglomerieren neigen. Dies berücksichtigend können die hier beschriebenen Kompositverkapselungen in dem Maße Agglomerate enthalten, dass die Größe solcher Agglomerate kleiner als etwa 30 nm ist, wie etwa 1 bis weniger als 30 nm, etwa 1 bis etwa 20 nm, etwa 1 bis etwa 15 nm oder sogar etwa 1 bis etwa 10 nm. Ohne Einschränkung umfassen die hierin beschriebenen Kompositverkapselungen in manchen Ausführungsformen nur nicht agglomerierte HRI-Partikel.
Wie oben erwähnt, können die Kompositverkapselungen einen Kompositbrechungsindex, N2, aufweisen, wobei N2 zumindest teilweise durch den Brechungsindex (Ml) des Matrixmaterials und den Brechungsindex (H1) der darin eingesetzten HRI-Partikel definiert ist. Beispielsweise kann N2 ein gewichteter Mittelwert von H1 und M1 sein, der die relative Menge an HRI-Partikeln und Matrixmaterial in einer Kompositverkapselung berücksichtigt. In jedem Fall kann N2 beispielsweise größer oder gleich etwa 1,6 bis etwa 2,4 sein, wie etwa 1,6 bis etwa 2,0, etwa 1,6 bis etwa 1,8, oder sogar etwa 1,6 bis etwa 1,7, z. B. bei 450 nm oder 600 nm. In manchen Ausführungsformen beträgt N2 etwa 1,6 bis etwa 1,7 bei 450 nm oder 600 nm.
In vielen Fällen ist in einer Kompositverkapselung der Brechungsindex H1 der HRI-Partikel höher als der Brechungsindex M1 eines Matrixmaterials. Es kann daher zu beachten sein, dass die Menge an HRI-Partikeln in dem Matrixmaterial die optischen Eigenschaften einer Kompositverkapselung beeinflussen kann, insbesondere den Brechungsindex einer Kompositverkapselung. Insbesondere führt die Erhöhung der Menge an HRI-Partikeln in Bezug auf die Matrix in der Regel zu einer Erhöhung des Kompositbrechungsindexes N2, bis sich N2 dem Volumenbrechungsindex des zur Bildung der HRI-Partikel verwendeten Materials nähert. Dieses Konzept ist in 3A dargestellt, die ein Diagramm des Brechungsindexes von verschiedenen, mit der vorliegenden Erfindung konsistenten beispielhaften Kompositverkapselungen zeigt, die später im Zusammenhang mit den Beispielen 1 - 3 beschrieben werden. Im Allgemeinen enthalten die beispielhaften Kompositverkapselungen eine Epoxidmatrix mit einem Brechungsindex (M1) von 1,53 und variierenden Mengen an ZrO₂-Partikeln mit einem Brechungsindex H1 von etwa 1,8. Wie dargestellt lag der Brechungsindex des Matrixmaterials bei Abwesenheit von Partikeln bei etwa 1,53. Im Gegensatz dazu betrug der Kompositbrechungsindex für die Kompositverkapselungen bei 40 %, 70 % und 85 Gew.-% der ZrO₂-Partikel etwa 1,625, etwa 1,7 und etwa 1,75. In diesem Sinne zeigt 3B Kompositbrechungsindizes für die gleichen Kompositverkapselungen, die mit einem Ellipsometer über verschiedene Wellenlängen gemessen wurden und zeigt, dass die in 3A dargestellten Trends unabhängig von der Wellenlänge zu erwarten sind.
Es kann daher wünschenswert sein, die Menge an HRI-Partikeln in einer Kompositverkapselung zu kontrollieren, um gewünschte optische Eigenschaften zu erzielen, insbesondere einen gewünschten Kompositbrechungsindex. Dabei kann die Menge an HRI-Partikeln in den hierin beschriebenen Kompositverkapselungen breit variiert werden. In manchen Ausführungsformen können die HRI-Partikel in den hierin beschriebenen Kompositverkapselungen in einer Menge im Bereich von etwa 1 bis etwa 90 Gew.-% vorhanden sein, wie etwa 10 bis etwa 85 Gew.-%, etwa 20 bis etwa 70 Gew.-%, oder sogar etwa 30 bis etwa 60 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Kompositverkapselung. In manchen Ausführungsformen liegt die Menge an HRI-Partikeln in der Kompositverkapselung im Bereich von etwa 50 bis etwa 80 Gew.- %, wie etwa 70 Gew.-%. Anders ausgedrückt kann das Volumen an HRI-Partikeln in der Matrix von größer 0 bis etwa 55 Vol.-% reichen, wie etwa 12 bis etwa 53 Vol.-%, oder sogar etwa 15 bis 25 Vol.-%. In manchen Fällen umfassen die hierin beschriebenen Kompositverkapselungen eine Polyimid-, Silikon- oder Epoxidmatrix, die etwa 60 bis etwa 80% ZrO₂-Partikel enthält, wobei die ZrO₂-Partikel nicht agglomeriert sind und die Kompositverkapselung einen Kompositbrechungsindex, N2, von etwa 1,6 bis etwa 1,8 aufweist.
Wie oben erwähnt wird angenommen, dass die Verwendung von HRI-Partikeln zur Streuung von einfallendem Licht (z. B. von der Lichtquelle 102) führt. Dies gilt insbesondere in Fällen, in denen größere HRI-Partikel verwendet werden, wobei dies bei der Verwendung kleinerer Partikel (z. B. mit Partikelgrößen von größer 0 bis ca. 30 nm) ebenso gelten kann. Obwohl angenommen wird, dass die Streuung, die sich aus der Verwendung von HRI-Partikeln innerhalb der oben genannten Partikel-/Agglomerat-Größenbereiche ergibt, gering ist, kann eine solche Streuung die Länge des Lichtweges vergrößern und dadurch zu einem Lichtverlust führen. Ein solcher Verlust kann insbesondere dann von Bedeutung sein, wenn der Lichtweg durch eine Kompositverkapselung relativ lang ist.
Damit kann es alternativ oder zusätzlich zur Steuerung der Partikelgröße der HRI-Partikel und/oder des Kompositbrechungsindexes auch wünschenswert sein, die Dicke einer Kompositverkapselung zu steuern, um die Länge des Lichtpfades zu begrenzen und/oder zu minimieren. Dies berücksichtigend kann die Dicke der hierin beschriebenen Kompositverkapselungen breit variieren und es können Kompositverkapselungen mit jeder beliebigen geeigneten Dicke verwendet werden. Beispielsweise kann die Dicke der hierin beschriebenen Kompositverkapselungen größer als 0 bis kleiner als etwa 3 Millimeter (mm) sein, wie z. B. von größer 0 bis ca. 1 mm, von größer als 0 bis ca. 0,75 mm, von größer 0 bis etwa 0,5 mm, von größer 0 bis etwa 0,25 mm oder sogar von größer 0 bis ca. 0,1 mm. Ohne Einschränkung sind in manchen Ausführungsformen die hierin verwendeten Kompositverkapselungen als Schicht auf einer lichtemittierenden Oberfläche ausgebildet, wobei die Schicht eine Dicke innerhalb des einen oder der mehreren oben genannten Bereiche aufweist. Beispielsweise kann eine solche Schicht eine Dicke aufweisen, die im Bereich von etwa 0,05 bis etwa 2 mm liegt. Zurück zu 1A und wie oben beschrieben kann die Kompositverkapselung 104 direkt auf der lichtemittierenden Oberfläche 103 der Lichtquelle 102 ausgebildet sein. Zwischen der lichtemittierenden Fläche 102 und der Kompositverkapselung 104 kann eine erste Grenzfläche 107 definiert werden, wobei an der ersten Grenzfläche 107 ein erster kritischer Winkel definiert ist. Insbesondere kann der erste kritische Winkel zumindest teilweise durch das Verhältnis des Kompositbrechungsindexes, N2, der Kompositverkapselung 104 zu dem ersten Brechungsindex, N1, der lichtemittierenden Oberfläche definiert werden, d. h. N2/N1. Insbesondere kann der erste kritische Winkel mit zunehmendem Verhältnis von N2/N1 zunehmen und umgekehrt. Da der erste kritische Winkel direkt den Grad der optischen Auskopplung von der lichtemittierenden Oberfläche 103 in die Kompositverkapselung 104 beeinflussen kann, kann es wünschenswert sein, die Materialien und die Konfiguration der lichtemittierenden Oberfläche 102 und der Kompositverkapselung 104 so zu wählen, dass das Verhältnis von N2/N1 erhöht wird, wodurch der an der ersten Grenzfläche 107 definierte erste kritische Winkel vergrößert wird und der Grad der optischen Auskopplung zwischen der lichtemittierenden Oberfläche 103 und der Kompositverkapselung 104 erhöht wird. Beispielsweise kann es in manchen Ausführungsformen wünschenswert sein, die Kompositverkapselung 104 und die lichtemittierende Oberfläche 103 derart auszugestalten, dass N2 größer oder gleich etwa 60 % von N1 ist, wie größer oder gleich etwa 66 % N1, größer oder gleich etwa 70 % N1, größer oder gleich etwa 80 % N1 oder sogar größer oder gleich etwa 90 % N1. Ohne Einschränkung ist N2 in manchen Ausführungsformen größer oder gleich etwa 66 % von N1 und liegt im Bereich von etwa 1,65 bis etwa 1,8.
Wieder zurück zu 1A und wie oben beschrieben kann die Lichtquelle 100 ferner eine Linse 109 oder eine andere optische Komponente (nicht gezeigt) umfassen, die direkt auf einer Oberfläche der Kompositverkapselung 104 angebracht ist. in Fällen, in denen die Linse 109 verwendet wird, kann es sich um eine beliebige geeignete Linse handeln, die in der Lage ist, Licht, das durch die Kompositverkapselung 104 transmittiert wird, umzulenken. Beispielsweise und wie in 1A gezeigt kann die Linse 109 als halbkugelförmige (z. B. kalottenförmige) Linse ausgebildet sein, wobei selbstverständlich auch andere Linsenkonfigurationen verwendet werden können und durch die vorliegende Erfindung in Betracht gezogen werden. Beispielsweise kann die Linse 109 in manchen Ausführungsformen als im Wesentlichen ebene Schicht ausgebildet sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Linse 109 eine oder mehrere konkave und/oder konvexe Ausnehmungen, Facetten oder andere geometrische Strukturen aufweisen, die in einer oberen oder einer unteren Oberfläche der Linse 109 ausgebildet sein können.
Es wird darauf hingewiesen, dass bei der Ausführungsform von 1A die Linse 109 direkt an der oberen Oberseite der Kompositverkapselung 104 und die obere Oberseite vollständig bedeckend aufgebracht ist. Es versteht sich, dass diese Darstellung der Einfachheit halber nur beispielhaft zu verstehen ist und dass die Linse 109 in anderer Weise ausgebildet sein kann. Beispielsweise kann die Linse 109 alternativ oder zusätzlich nur über einem Teil einer Oberfläche der Kompositverkapselung 104 angeordnet sein. Alternativ oder zusätzlich können zwischen der Linse 109 und der Kompositverkapselung 109 eine oder mehrere weitere Schichten (z. B. Wellenlängenkonversionsschichten) vorhanden sein.
Die Linse 109 kann unabhängig von ihrer Ausgestaltung dazu ausgelegt sein, die Richtung des Lichts, das durch die Kompositverkapselung 104 transmittiert wird, zu ändern. In dieser Hinsicht versteht es sich, dass die Linse 109 einen Brechungsindex N3 aufweist, wobei N3 größer als, kleiner als oder gleich dem Brechungsindex N2 der Kompositverkapselung 104 ist. Ohne Einschränkung ist in manchen Ausführungsformen der Brechungsindex N3 der Linse 109 größer oder gleich dem Kompositbrechungsindex N2 der Kompositverkapselung 104. Im Hinblick hierauf kann die Linse 109 aus den unterschiedlichsten Materialien gebildet sein oder diese umfassen und einen beliebigen geeigneten Brechungsindex aufweisen. Nicht beschränkende Beispiele für geeignete Materialien, die zur Ausbildung der Linse 109 verwendet werden können, sind optisch transparente Materialien wie optische Polymere (z. B. Polyacrylate, Polycarbonate etc. mit N3 < 1,6); SiC (N3 ~ 2,7 bei 500 nm), Aluminiumoxid (z. B. Saphir; N3 ~ 1,8 bei 500 nm), Diamant (N3 ~ 2.4 bei 500 nm), Hochindexglas (N3 ~ 1,7 - 2,0), Kombinationen davon und dergleichen. Ohne Einschränkung ist in manchen Ausführungsformen die Linse 109 aus einem Material gebildet oder umfasst ein Material mit einen Brechungsindex von etwa 1,8 oder mehr, wie z. B. Aluminiumoxid (Saphir).
Die Linse 109 ist in manchen Ausführungsformen direkt auf der Kompositverkapselung 104 ausgebildet. In solchen Fällen kann zwischen der Kompositverkapselung 104 und der Linse 109 eine zweite Grenzfläche 108 definiert sein, wobei an der zweiten Grenzfläche 108 ein zweiter kritischer Winkel definiert ist. Insbesondere kann der zweite kritische Winkel zumindest teilweise durch das Verhältnis aus dem Brechungsindex N3 der Linse 109 und dem Kompositbrechungsindex N2 der Kompositverkapselung 104 definiert werden, d. h. N3/N2. Insbesondere kann der zweite kritische Winkel mit zunehmendem Verhältnis von N3/N2 zunehmen und umgekehrt. Da sich der zweite kritische Winkel direkt auf den Grad der optischen Auskopplung aus der Kompositverkapselung 104 in die Linse 109 auswirkt, kann es wünschenswert sein, die Materialien und die Konfiguration der Kompositverkapselung 104 und der Linse 109 so zu wählen, dass das Verhältnis N3/N2 erhöht wird, wodurch sich der zweite kritische Winkel, der an der zweiten Grenzfläche 108 definiert ist, erhöht und der Grad der optischen Auskopplung zwischen der Kompositverkapselung 104 und der Linse 109 erhöht wird.
Wie oben erwähnt können andere als oder zusätzlich zu einer Linse optische Elemente auf der Kompositverkapselung 104 verwendet werden. Beispielsweise können in manchen Ausführungsformen ein oder mehrere Wellenlängenkonverter direkt auf einer oberen Oberseite der Kompositverkapselung 104 angeordnet sein. Allgemein können derartige Wellenlängenkonverter zur Umwandlung von Licht (Primärlicht), das durch die Kompositverkapselung 104 transmittiert wird, in Sekundärlicht dienen, z. B. über Phosphoreszenz oder Fluoreszenz. Verschiedene Zusammensetzungen für Wellenlängenkonverter sind in der Beleuchtungsindustrie gut bekannt und werden daher hier nicht wiederholt. Im Allgemeinen eignet sich jeder zur Verwendung mit einer LED geeignete Wellenlängenkonverter als Wellenlängenkonverter im Sinne der vorliegenden Erfindung.
Hierzu wird auf 1B Bezug genommen, die ein Beispiel einer Beleuchtungsvorrichtung 100' mit einem mit der vorliegenden Erfindung kompatiblen Wellenlängenkonverter zeigt. Wie dargestellt umfasst die Beleuchtungseinrichtung 100' viele gleiche Komponenten wie die Beleuchtungseinrichtung 100. Daher sind diese nicht nochmals beschrieben, um die Erläuterung kurz zu halten. Weiterhin weist die Beleuchtungseinrichtung 100' einen Wellenlängenkonverter 110 auf, welcher in diesem Fall direkt auf der oberen Oberfläche der Kompositverkapselung 104 ausgebildet ist, um eine zweite Grenzfläche 108' zu definieren. Dabei wird darauf hingewiesen, dass der Wellenlängenkonverter 110 einen Brechungsindex (N3) aufweisen kann, der innerhalb der oben für die Linse 109 angegebenen Bereiche liegt. Ferner kann der Brechungsindex (N3) des Wellenlängenkonverters 110 die gleichen Relationen zum Brechungsindex anderer Materialien (z. B. der Kompositverkapselung 104) aufzeigen wie oben in Bezug auf den Brechungsindex der Linse 109 diskutiert.
Zum besseren Verständnis und der Einfachheit halber ist der Wellenlängenkonverter 110 in 1B als im Wesentlichen ebene Schicht dargestellt. Es versteht sich, dass eine solche Geometrie nur beispielhaft ist und dass der Wellenlängenkonverter 110 eine beliebige geeignete Geometrie aufweisen kann. Beispielsweise kann der Wellenlängenkonverter als Kuppel, als konkave oder konvexe Linse, Kombinationen davon und dergleichen ausgebildet sein.
Weiterhin wird darauf hingewiesen, dass die 1A und 1B die Verwendung der Linse 109 und des Wellenlängenkonverters 110 isoliert darstellen. Es versteht sich, dass derartige Darstellungen beispielhaft sind und dass in einigen Ausführungsformen die Linse 109 und der Wellenlängenkonverter 110 in Kombination verwendet werden können. Beispielsweise umfassen die hier beschriebenen Beleuchtungsvorrichtungen einen Wellenlängenkonverter 110 direkt auf der Kompositverkapselung 104 und eine Linse 109 direkt auf dem Wellenlängenkonverter 110.
In manchen Ausführungsformen kann es wünschenswert sein, die Materialien und/oder die Konfiguration der lichtemittierenden Oberfläche 103, der Kompositverkapselung 104 und der Linse 109 so auszuwählen, dass beispielsweise an der ersten und der zweiten Grenzfläche 107, 108 eine gewünschte Balance optischer Eigenschaften erzielt werden kann. In manchen Ausführungsformen der Lichtquelle 102 können somit die Kompositverkapselung 104 und die Linse 109/der Wellenlängenkonverter 110 derart ausgebildet sein, dass sie Brechungsindizes N1, N2 bzw. N3 aufweisen, wobei sich solche Indizes innerhalb der oben genannten Bereiche befinden und die folgenden Beziehungen erfüllt sind: $N 1 \geq N 2 \geq 1,6,$
und $N 2 \leq N 3.$
Als ein nicht einschränkendes Beispiel einer Konfiguration, die die obigen Beziehungen erfüllen kann, ist eine Beleuchtungseinrichtung zu nennen, die eine LED mit einer lichtemittierenden Oberfläche, die aus GaN (N1 ~ 2,3 - 2,5), AlGaN (N1 ~ 2,3 -2,5) oder AlGaInP (N1 ~ 3,2 -4,5) ausgebildet ist, eine Kompositverkapselung mit einem zweiten Brechungsindex von etwa 1,8 aus einer Epoxid-, Polyimid- oder Silikonmatrix (M1 ~ 1,5) und ca. 30 Vol.-% (z. B. nicht agglomerierte) Zirkonoxidpartikel (H1 ~ 2,25) mit einem Partikel-/Aggregatdurchmesser von weniger als etwa 30 nm (z. B. etwa 1 bis etwa 10 nm) sowie eine Saphirlinse (N3 ~ 1,8) aufweist. Selbstverständlich sind auch andere Ausgestaltungen möglich und im Rahmen der vorliegenden Erfindung denkbar.
In manchen Ausführungsformen können die hierin beschriebenen Beleuchtungsvorrichtungen eine Verbesserung der optischen Leistung aufweisen, relativ zu Beleuchtungseinrichtungen, die keine mit der vorliegenden Erfindung übereinstimmende Kompositverkapselung enthalten. Beispielsweise können Beleuchtungsvorrichtungen, die eine erfindungsgemäße Kompositverkapselung umfassen, eine höhere Lichtleistung aufzeigen, die um größer oder gleich etwa 10 %, ca. 15 % oder sogar ca. 20 % (oder mehr) ist relativ zu Beleuchtungseinrichtungen, die keine mit der vorliegenden Erfindung übereinstimmende Kompositverkapselung enthalten. Als Hinweis auf eine solche Verbesserung wird auf die später im Detail beschriebenen Beispiele verwiesen.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft Verfahren zur Herstellung von Beleuchtungsvorrichtungen mit einer Kompositverkapselung und einer erfindungsgemäßen Linse. Hierzu wird auf 4 verwiesen, bei der es sich um ein Flussdiagramm von beispielhaften Schritten handelt, die konsistent mit einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Herstellen einer Beleuchtungsvorrichtung, die konsistent mit der vorliegenden Erfindung ist, sind. Aus Gründen der Übersichtlichkeit und zum besseren Verständnis ist in 4 ein Verfahren dargestellt, bei dem eine Kompositverkapselung durch Abscheiden eines Kompositprecursors auf einer lichtemittierenden Oberfläche einer Lichtquelle gebildet wird, wonach ein optisches Element wie eine Linse, ein Wellenlängenkonverter oder dergleichen aufgebracht wird. Anschließend wird der Kompositprecursor zu einem Feststoff ausgehärtet, der sowohl an der lichtemittierenden Oberfläche als auch an der Linse/Wellenlängenkonversionsschicht haftet. Es versteht sich, dass ein solches Verfahren nur als Beispiel beschrieben wird und dass die hier beschriebenen Beleuchtungseinrichtungen auch durch andere Verfahren gebildet werden können.
Das Verfahren 400 der 4 beginnt mit dem Block 401. Das Verfahren kann dann zum optionalen Block 402 fortschreiten, gemäß dem eine Lichtquelle wie eine LED bereitgestellt sein kann. Unter Schritten gemäß Block 402 können Schritte verstanden werden, die umfassen, eine Lichtquelle mit einer lichtemittierenden Oberfläche zu formen, wie eine Leuchtdiode. Da solche Schritte im Stand der Technik allgemein bekannt sind, werden sie hierin nicht beschrieben. In jedem Fall ist zu verstehen, dass das Verfahren 400 die Schritte des Blocks 402 nicht umfassen muss, da Lichtquellen mit einer lichtemittierenden Oberfläche (z. B. LEDs) im Vorfeld zu den anderen Schritten des Verfahrens 400 kommerziell erworben oder gut vorbereitet werden können. Der Block 402 ist daher gestrichelt dargestellt, um ihn als optional zu kennzeichnen. In jedem Fall kann/können die Lichtquelle/die Lichtquellen auf einem Träger bereitgestellt werden, wie der oben beschriebene Träger 101 der 1A und 1B.
Nach dem Schritt des Blocks 402 (oder falls solche Schritte nicht erforderlich sind) kann das Verfahren zum Block 404 fortschreiten. Nachfolgend zu Block 402 kann ein Kompositprecursor auf (z. B. direkt auf) der lichtemittierenden Oberfläche einer Lichtquelle bereitgestellt werden. Die Bildung eines solchen Precursors kann auf beliebige geeignete Weise erfolgen. Beispielsweise kann in manchen Ausführungsformen die Bildung eines Kompositprecursors die Zugabe von HRI-Partikeln zu einer Vorstufe eines Matrixmaterials beinhalten, das in der Kompositverkapselung zu verwenden ist. Soll beispielsweise ein Polymer als Matrixmaterial für eine Kompositverkapselung verwendet werden, so kann die Bildung eines Kompositprecursors die Zugabe von HRI-Partikeln zu einem Precursor (z. B. Monomere, Reaktanden etc.) des Matrixmaterials beinhalten. Die Menge von dem Precursor zugesetzten HRI-Partikeln kann von verschiedenen Überlegungen abhängen, wie die Mischbarkeit der Partikel in den Kompositprecursoren, die Menge an in der Kompositverkapselung gewünschten HRI-Partikeln etc. In Fällen, in denen durch die Reaktion von mehreren Kompositprecursoren (z. B. ein zweikomponentiges Epoxid) ein Matrixmaterial einer Kompositverkapselung gebildet wird, können HRI-Partikel in gleicher oder unterschiedlicher Menge zu jeder Precursor-Komponente zugegeben werden, wonach die Precursor-Komponenten zusammengeführt werden können.
Um das Einbringen von HRI-Partikeln in einen Matrixprecursor zu erleichtern, kann es vorteilhaft sein, eine Mischung, ein Kolloid, eine Emulsion und/oder eine Dispersion von HRI-Partikeln und einem Matrixprecursor in einer flüssigen Phase auszubilden. Jede geeignete flüssige Phase zur Bildung eines solchen Gemisches, Kolloids, Emulsion und/oder Dispersion kann eingesetzt werden, je nach Art des Matrixprecursors und/oder der HRI-Partikel. Nichtlimitierende Beispiele für geeignete flüssige Phasen sind polare und unpolare organische Lösungsmittel, wie, aber nicht beschränkt auf, aromatische Lösungsmittel wie Benzol, Toluol, Xylol etc., Ketone wie Aceton, Methylethylketon, Methylisobutylketon etc., halogenierte Lösungsmittel wie Chloroform, Chlorbenzol, Dichlormethan etc., Alkohole wie Methanol, Ethanol, Propanol etc., Kombinationen davon und dergleichen. Ohne Einschränkung besteht bei einigen Ausführungsbeispielen die Ausbildung eines Kompositprecursors darin, dass eine Mischung, Kolloid, Dispersion oder Emulsion, von HRI-Partikeln und einem oder mehreren Matrixvorstufen in einer flüssigen Phase wie Toluol oder einem anderen polaren oder unpolaren Lösungsmittel gebildet wird.
In jedem Fall können die Schritte des Blocks 404 dazu führen, dass ein Kompositprecursor gebildet wird. Wie hierin verwendet wird unter dem Begriff „Kompositprecursor“ ein Vorläufer einer Kompositverkapselung verstanden, der zu einer Kompositverkapselung verarbeitet werden kann, die mit der vorliegenden Erfindung konsistent ist. Eine solche Verarbeitung kann beispielsweise das Aushärten oder anderweitige Polymerisieren der in dem Kompositprecursor enthaltenen Matrixvorläufermaterialien umfassen, z. B. durch das Beaufschlagen von Licht, Wärme oder auf andere Weise. In Fällen, in denen die Matrixvorstufe und die HRI-Partikel wie oben beschrieben in einer flüssigen Phase enthalten sind, kann eine solche Verarbeitung auch ein Ausführen eines Trocknungsprozesses zur Entfernung der flüssigen Phase umfassen.
Nach Herstellung eines Kompositprecursors kann das Verfahren 400 von Block 404 zu Block 405 fortschreiten. Gemäß Block 405 kann der gemäß Block 404 hergestellte Kompositprecursor z. B. auf einer lichtemittierenden Oberfläche einer Lichtquelle, auf einem Substrat oder einem anderen Träger und/oder in einer Form abgeschieden werden. Ohne Einschränkung wird in manchen Ausführungsformen der Kompositprecursor auf (z. B. direkt auf) einer lichtemittierenden Oberfläche einer Lichtquelle wie einer Leuchtdiode abgeschieden. Eine solche Abscheidung kann auf beliebige geeignete Weise erfolgen, in Abhängigkeit von den physikalischen und chemischen Eigenschaften des Matrixprecursors und/oder der darin enthaltenen HRI-Partikel. So kann in manchen Ausführungsformen der Matrixprecursor auf einer lichtemittierenden Oberfläche oder auf einem anderen Träger über Drop-Casting, Spin-Coating, Tintenstrahldruck, Sprühen, Transferdruck, Vakuumabscheidung, elektrohydrodynamisches Strahldrucken, Mikrokontaktdruck, Nanoimprintlithographie, Kombinationen davon und dergleichen aufgebracht werden. In Fällen, in denen der Kompositprecursor eine flüssige Phase enthält, die HRI-Partikel und einen Matrixvorläufer umfasst, kann der Kompositprecursor (in diesem Fall HRI-Partikel und Matrix-Precursor in einer flüssigen Phase) auf einer lichtemittierenden oder anderen Oberfläche abgeschieden werden.
Nach der Abscheidung des Kompositprecursors kann das Verfahren 400 vom Block 405 zum Block 406 fortschreiten, gemäß dem ein optisches Bauelement, wie beispielsweise eine Linse und/oder ein Wellenlängenkonverter auf (z. B. direkt auf) einer Oberfläche der Kompositverkapselung aufgebracht wird. In Fällen, in denen die optische Komponente aus einem polymeren Material gebildet ist, kann die optische Komponente durch Abscheiden des polymeren Materials oder eines Precursors davon auf einer Oberfläche der Kompositverkapselung gebildet werden, z. B. durch Spin-Coating, Ink-Jet-Druck oder dergleichen. Alternativ kann eine optische Komponente wie eine Linse separat ausgebildet werden und dann auf die Oberseite des Kompositprecursors aufgesetzt werden. Im letzteren Fall kann die Ankopplung einer optischen Komponente an einen Kompositprecursor unter Verwendung der sogenannten „Pick and Place“-Technologie erfolgen, wobei ein optisches Bauteil von einem Platzierungsarm aufgenommen werden kann und auf einer Oberfläche eines Kompositprecursors entsprechend positioniert wird.
Nach dem Aufbringen der optischen Komponente auf den Verbundvorläufer kann das Verfahren 400 von Block 406 zu Block 407 weitergehen, gemäß dem der Kompositprecursor gehärtet wird, um eine feste Kompositverkapselung zu erzeugen. Nach dem Aushärten kann die resultierende feste Kompositverkapselung physikalisch oder chemisch an die lichtemittierende Oberfläche der Lichtquelle gebunden werden, sowie physikalisch oder chemisch mit der Unterseite des optischen Bauteils verbunden sein. Es versteht sich daher, dass in solchen Fällen die ausgehärtete Kompositverkapselung als Klebstoff wirken kann, um die optische Komponente mit der Lichtemittierenden Fläche der Lichtquelle zu koppeln.
BEISPIELE
Zur Veranschaulichung wird die vorliegende Erfindung nun anhand einiger Beispiele beschrieben, in denen eine Kombination von wellenlängenkonvertierenden Partikeln verwendet wird, um einen einschichtigen Wellenlängenkonverter zu bilden, der mit der vorliegenden Erfindung kompatibel ist. Es ist zu verstehen, dass die folgenden Beispiele nur repräsentativ sind und nicht den gesamten Umfang der hier beschriebenen Erfindung darstellen.
Beispiele 1-3: Um die optische Leistung und andere Eigenschaften zu untersuchen, wurden verschiedene beispielhafte Kompositverkapselungen gebildet. Zur Bildung der beispielhaften Kompositverkapselungen wurde eine Dispersion organisch modifizierter ZrO₂-Partikel mit einer Partikelgröße im Bereich von etwa 2 bis etwa 5 Nanometern aus einer kommerziellen Quelle bezogen. Die Dispersion enthielt 50 Teile ZrO₂-Partikel und 50 Teile einer flüssigen Phase (Toluol). Ein zweikomponentiges Epoxid, gebildet aus einem 1:1-Verhältnis von Harz (Komponente A) und Härter (Komponente B) wurde als Matrix für die beispielhafte Kompositverkapselung ausgewählt.
100 Teile der Dispersion mit den ZrO₂-Partikeln wurden mit X Teilen der Komponente A (Harz) gemischt, wobei X gleich 75, 33,3 und 8,8 für drei verschiedene Proben ist. Anschließend wurde das erhaltene Komponente A-Gemisch einem Vakuum bei 60 °C ausgesetzt, um die flüssige Phase zu entfernen. Die resultierende Mischung enthielt 40, 60 und 85 Massen-% ZrO₂ in der Komponente A (Harz). Die gleiche Prozedur wurde für die Komponente B wiederholt, um eine Mischung aus einer Komponente B (Härter) zu erhalten, die 40, 60 und 85 Massen-% ZrO₂-Partikel enthält. Die Mischungen aus den Komponenten A und B, die ZrO₂-Partikel enthalten, wurden dann in einem 1:1-Verhältnis zusammengefasst. Die resultierenden Kombinationen wurden dann auf Glasseiten in Form einer Schicht mit einer Dicke im Bereich von etwa 50 bis etwa 100 Mikrometern (µm) abgeschieden. Anschließend wurden die Schichten zwei Stunden bei 130 °C ausgehärtet, wodurch optisch transparente Kompositverkapselungen entstanden, die aus einer Epoxidmatrix mit 40, 60 und 80 Gew.-% hochbrechenden ZrO₂-Partikeln sind. Als Referenz wurde in gleicher Weise auf einem Glasobjektträger eine Verkapselungsschicht aus dem gleichen Epoxid und mit der gleichen Dicke gebildet, welche aber keine HRI-Partikel enthält.

Der Brechungsindex der Beschichtungen wurde mit einem JA Woollam M-200 Ellipsometer bei 450 nm und 600 nm gemessen. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle 1 angegeben. Tabelle 1: Brechungsindex von beispielhaften Kompositverkapselungen

Beispiel	Gewichts-% ZrO₂ in Epoxid	Volumen-% ZrO₂ in Epoxid	Brechungsindex bei 450 nm	Brechungsindex bei 600 nm
Referenz	0	0	1.57	1.55
Beispiel 1	40	12	1.65	1.62
Beispiel 2	60	23	1.68	1.67
Beispiel 3	85	53	1.76	1.75

Beispiel 4: Zur Bewertung der Leistungsfähigkeit in einer Beleuchtungseinrichtung wurden mehrere Beleuchtungsvorrichtungen mit einer beispielhaften Kompositverkapselung hergestellt. Die beispielhafte Kompositverkapselung enthielt jeweils 70 Gew.-% ZrO₂-Partikel und wies einen Brechungsindex von 1,7 auf. Die Bildung der in diesem Beispiel verwendeten Kompositverkapselungen war die gleiche wie oben für die Beispiele 1 - 3 diskutiert, mit der Ausnahme, dass die Menge der Partikel einschließlich des zweikomponentigen Epoxids bedarfsgemäß eingestellt wurde, um eine Kompositverkapselung zu erreichen, die 70 Gew.-% solcher Partikel enthält. Die Kompositverkapselungen wurden als Schicht direkt auf einer lichtemittierenden Oberfläche eines 1 mm² LED-Chips ausgebildet, der auf einer Testleiterplatte und einem keramischen Leiterrahmen zur einfachen Handhabung montiert war. Der LED-Chip war dazu eingerichtet, im roten Teilbereich des sichtbaren Bereichs (620 nm) des elektromagnetischen Spektrums zu emittieren. Auf die Oberfläche der Kompositverkapselung wurde eine Halbkugel-Saphirlinse mit einem Basisdurchmesser von 6 mm aufgeklebt, und der Verbund wurde 2 Stunden bei 120 °C ausgehärtet. Als Referenzproben wurden in gleicher Weise mehrere Referenzbeleuchtungseinrichtungen wie die Beispielbeleuchtungseinrichtungen vorbereitet, außer dass sie keine ZrO₂- oder andere HRI-Partikel in der Vergussmasse enthielten. Dadurch umfasste die Referenzbeleuchtungseinrichtung eine Vergussmasse mit einem Brechungsindex von 1,53.
Anschließend wurde an den Beleuchtungseinrichtungen und den Referenzbeleuchtungseinrichtungen eine Photometrie durchgeführt, um die optische Leistung nach der Linse zu bestimmen. Im einzelnen wurde jede Probe in eine mit dem Spektralphotometer ausgestattete integrierende Kugel mit einem Durchmesser von 1,0 m gelegt. Jede Probe wurde mit einem DC-Strom von 300 mA versorgt. Das optische Leistungs- und Emissionsspektrum jeder Probe wurde mit dem Spektralphotometer gemessen. Mit diesen Daten wurde die Lichtleistung nach ISO 23539:2005(E)/CIE 010/E (2004) berechnet. Die Prüfung ergab, dass die Beispielbeleuchtungseinrichtungen eine mittlere optische Leistung von etwa 220 Milliwatt (mW) aufwiesen. Die Referenzbeleuchtungseinrichtungen wiesen dagegen eine mittlere optische Leistung von ca. 182 mW auf. Anders ausgedrückt war die mittlere optische Leistung der Beispielbeleuchtungseinrichtungen um etwa 21 % höher als die mittlere optische Leistung der Referenzbeleuchtungseinrichtungen. Ebenso wurde der Lichtstrom der Beispielbeleuchtungseinrichtungen zu durchschnittlich 61 Lumen (lm) pro Einrichtung gemessen, verglichen mit einem Mittelwert von 51 lm bei den Referenzbeleuchtungseinrichtungen. Das heißt, der Lichtstrom der Proben war um ca. 20 % höher als bei den Referenzproben.
Anders als in den Beispielen oder sofern nichts anderes angegeben ist, können alle Zahlen, die Endpunkte von Bereichen und so weiter ausdrücken , die in der Beschreibung und in den Ansprüchen verwendet werden, als durch den Begriff „etwa“ (oder Ähnlichem) modifiziert verstanden werden. Entsprechend sind, sofern nichts Gegenteiliges angegeben ist, die in der Beschreibung und in den beigefügten Ansprüchen angegebenen numerischen Parameter Näherungen, die in Abhängigkeit von den gewünschten Eigenschaften, die durch die vorliegende Erfindung erhalten werden sollen, variieren können. Zumindest und nicht als Versuch, die Anwendung der Äquivalenzlehre auf den Umfang der Ansprüche zu beschränken, sollte jeder numerische Parameter im Hinblick auf die Anzahl der signifikanten Stellen und die üblichen Rundungsansätze ausgelegt werden.
Ungeachtet dessen, dass es sich bei den Zahlenbereichen und Parametern, die den weiten Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung darstellen, um Näherungswerte handelt, sofern nicht anders angegeben, werden die in den konkreten Beispielen angegebenen Zahlenwerte so genau wie möglich angegeben. Jeder numerische Wert enthält jedoch von Natur aus bestimmte Fehler, die sich zwangsläufig aus der Standardabweichung der jeweiligen Prüfmessungen ergeben.

Claims

Beleuchtungsvorrichtung mit - einer Lichtquelle (102) mit einer lichtemittierenden Oberfläche (103) mit einem ersten Brechungsindex N1, - einer Kompositverkapselung (104) mit einer oberen Oberfläche und mit einer unteren Oberfläche, wobei sich die Kompositverkapselung (104) direkt auf der lichtemittierenden Oberfläche (103, 107) befindet, wobei die Kompositverkapselung (104) einen zweiten Brechungsindex N2 aufweist und die Kompositverkapselung (104) eine Matrix (105) sowie nicht agglomerierte hochbrechende Partikel (106) aufweist; wobei die nicht agglomerierten hochbrechenden Partikel (106) aus einem Material mit hohem Brechungsindex sind, ausgewählt aus der folgenden Gruppe: NiO₂, Chromoxid, sowie Kombinationen, Mischungen und Legierungen hieraus, und - einer optischen Komponente (109) direkt auf der oberen Oberfläche (108) der Kompositverkapselung (104), wobei die optische Komponente (109) ein Wellenlängenkonverter ist, und wobei die optische Komponente (109) einen dritten Brechungsindex N3 aufweist, wobei die folgenden Relationen zutreffen: $N 1 \geq N 2 \geq 1,6,$
und $N 2 \leq N 3.$
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Lichtquelle (102) mindestens eine Leuchtdiode umfasst.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der zweite Brechungsindex ein Kompositbrechungsindex ist und zumindest zum Teil durch einen Brechungsindex M1 der Matrix (105) und durch einen Brechungsindex H1 der Partikel (106) definiert ist und H1 > M1.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die untere Oberfläche der Kompositverkapselung (104) physikalisch oder chemisch an die lichtemittierende Oberfläche (103, 107) angebunden ist und die obere Oberfläche (108) der Kompositverkapselung physikalisch oder chemisch an die optische Komponente (109) angebunden ist.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei die optische Komponente (109) zudem eine Linse ist.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei die nicht agglomerierten hochbrechenden Partikel (106) eine mittlere Partikelgröße von weniger als 30 nm aufweisen.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 6, wobei die nicht agglomerierten hochbrechenden Partikel (106) eine mittlere Partikelgröße von weniger als 10 nm aufweisen.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Kompositverkapselung (104) eine Dicke aufweist, die kleiner als 1 mm ist.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Matrix (105) ein Epoxidharz, ein Polysiloxan und/oder ein Polyimid umfasst.
Verfahren zur Herstellung einer Beleuchtungsvorrichtung, aufweisend: - Formen eines Kompositprecursors direkt auf einer lichtemittierenden Oberfläche (103, 107) einer Lichtquelle (102), - Aufbringen einer optischen Komponente (109) auf den Kompositprecursor, wobei die optische Komponente (109) ein Wellenlängenkonverter ist, und, - Aushärten des Kompositprecursors, um eine Kompositverkapselung (104) zu bilden, wobei - die lichtemittierende Oberfläche (103, 107) einen ersten Brechungsindex N1 aufweist, - die Kompositverkapselung (104) einen zweiten Brechungsindex N2 aufweist und eine Matrix (105) sowie nicht agglomerierte hochbrechende Partikel (106) aufweist, wobei die nicht agglomerierten Partikel (106) aus einem Material mit hohem Brechungsindex sind, ausgewählt aus der folgenden Gruppe: NiO₂, Chromoxid, sowie Kombinationen, Mischungen und Legierungen hieraus, - die optische Komponente (109) sich direkt auf der Kompositverkapselung (104) befindet und einen dritten Brechungsindex N3 aufweist, und - die folgenden Relationen zutreffen: $N 1 \geq N 2 \geq 1,6,$
und $N 2 \leq N 3.$
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Lichtquelle (102) mindestens eine Leuchtdiode umfasst.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei der zweite Brechungsindex ein Kompositbrechungsindex ist und zumindest zum Teil durch einen Brechungsindex M1 der Matrix (105) und durch einen Brechungsindex H1 der Partikel (106) definiert ist und H1 > M1.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei die untere Oberfläche der Kompositverkapselung (104) physikalisch oder chemisch an die lichtemittierende Oberfläche (103, 107) angebunden ist und die obere Oberfläche (108) der Kompositverkapselung (104) physikalisch oder chemisch an die optische Komponente (109) angebunden ist.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei die optische Komponente (109) zudem eine Linse ist.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei die nicht agglomerierten Partikel (106) mit hohem Brechungsindex eine durchschnittliche Partikelgröße von weniger als 30 nm aufweisen.