JP2021011427A - 光コンバータホイール - Google Patents

Abstract

【課題】高温においても高い熱安定性を有する光コンバータを提供する。【解決手段】少なくとも部分的に第１の波長の光を第２の波長の光に変換させるための少なくとも１つの無機コンバータ材料１４と少なくとも１つのコンバータ基材１２とからなる光コンバータホイール１０であって、該コンバータ基材が、２０℃〜３００℃の範囲における４〜１８×１０−６１／Ｋ、好ましくは５〜１５×１０−６１／Ｋ、特に好ましくは５〜１０×１０−６１／Ｋの熱膨張係数ＣＴＥＫＳおよび２０℃における少なくとも５０Ｗ／ｍＫ、好ましくは１００Ｗ／ｍＫ、特に好ましくは１５０Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有することを特徴とする光コンバータホイールに関する。さらに本発明は、該光コンバータホイールの製造方法およびその使用に関する。【選択図】図１

Description

本発明は、少なくとも部分的に第１の波長の光を第２の波長の光に変換させるための少なくとも１つの無機コンバータ材料と少なくとも１つのコンバータ基材とからなる光コンバータホイール（ｏｐｔｉｓｃｈｅｓ Ｋｏｎｖｅｒｔｅｒｒａｄ）であって、該コンバータ基材が２０℃〜３００℃の範囲における４〜１８×１０^−６１／Ｋ、好ましくは５〜１５×１０^−６１／Ｋ、特に好ましくは５〜１０×１０^−６１／Ｋの熱膨張係数ＣＴＥ_ＫＳおよび２０℃における少なくとも５０Ｗ／ｍＫ、好ましくは１００Ｗ／ｍＫ、特に好ましくは１５０Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有することを特徴とする光コンバータホイールに関する。

さらに本発明は、該光コンバータホイールの製造方法およびその使用に関する。

光コンバータ構成体は、光コンバータ材料とコンバータ基材とから構成されている。光コンバータ材料は、典型的には、蛍光体、光コンバータ、蛍光コンバータ、または英語で「Ｐｈｏｓｐｈｏｒ」とも称される、第１の波長の光を吸収して第２の波長で光を放射するフォトルミネセンス材料である。その際、光コンバータ材料は、第１の波長を有する一次放射線光源によって励起される。その際、該一次放射線光源の光は、光コンバータ材料によって少なくとも部分的に、第２の波長を有する二次放射線に変換されて放射される。コンバータ基材は、機械的安定化に加えて、放熱および光反射にも利用される。

公知のフォトルミネセンスコンバータは、例えば、蛍光体（「Ｐｈｏｓｐｈｏｒ」）をバインダ材中に含んでおり（「Ｐｈｏｓｐｈｏｒ ｉｎ Ｂｉｎｄｅｒ（バインダ中の蛍光体）」−ＰＩＢ）、該バインダ材は、シリコーン（「Ｐｈｏｓｐｈｏｒ ｉｎ Ｓｉｌｉｃｏｎｅ（シリコーン中の蛍光体）」−ＰＩＳ）であってもガラス（「Ｐｈｏｓｐｈｏｒ ｉｎ Ｇｌａｓｓ（ガラス中の蛍光体）」−ＰＩＧ）であってもよい。また、フォトルミネセンスコンバータは、フォトルミネセンスセラミックコンバータでもあり得る。その場合、セラミックスが完全に蛍光体からなり得るため、バインダ材が不要となる。弾性のＰＩＳ材は、例えば印刷法を利用してコンバータ基材に直接施与できるのに対して、セラミックスまたはガラスからなる剛性のコンバータリングは、典型的には貼り付けられる。

光コンバータは、静的構成体または動的構成体において使用される。光コンバータの動的用途は、迅速に回転するためコンバータ材料が一次放射線源の光点下で離れるように移動することになるいわゆるコンバータホイール（「ｗｈｅｅｌ」）にある。

公知のコンバータホイールは、コンバータホイール基材である、中央孔を有する円形アルミニウム板と光コンバータ材料とから構成されている。その際、光コンバータ材料は、リング形状を有し得るか、またはリング切片からなり得る。

国際公開第２０１６／１６１５５７号には、例えば、セラミックコンバータ材料を含むコンバータホイールが記載されている。該コンバータホイールは、多孔質セラミックコンバータ材料の他に、コンバータ材料の、励起光に面していない側に高反射性層および励起光に面した側に、少なくとも１つの光学層、例えば反射防止層が施された充填層を含む。

そのようなコンバータホイールは、典型的にはプロジェクタの光源の構成要素として使用されるが、別の高性能光源においても使用できる。そのような光源では、コンバータホイールは、典型的には少なくとも毎分７２００回転で回転するモータと結合している。青色発光レーザがフォトルミネセンスコンバータに対して放射し、次いでフォトルミネセンスコンバータが青色光を黄色光または緑色光に変換して放射することにより、光が発生する。その際、コンバータ材料内で、侵入する光束の一部が熱に変わる。数１００Ｗのレーザ出力の場合、１００℃をはるかに上回る温度に達し得る。コンバータ材料では温度の上昇と共に変換効率が低下することから、光コンバータ材料内でのあまりに著しい温度上昇を回避するためには、この熱をできるだけ効率よくコンバータから搬出する必要がある。その際、その作用は、いわゆる「ｔｈｅｒｍａｌ ｑｕｅｎｔｃｈｉｎｇ（熱消光）」に起因する。

コンバータの温度上昇が、コンバータ材料に依存してその破壊を招きかねないことが特に問題であり得る。

静的用途の場合、コンバータは移動しない。この場合も、コンバータの温度上昇がコンバータ材料の破壊を招き得る。この場合は、光変換プロセスにおいて生じる熱を、コンバータ材料に結合された冷却体を介して搬出するよう試みられる。冷却体としては、例えば、銅またはアルミニウムのような金属、さらには窒化アルミニウムまたは酸化アルミニウムのようなセラミックスからなる熱伝導率の高い材料を利用できる。

ＳＣＨＯＴＴ自身の特許出願である独国特許出願公開第１０２０１５１１３５６２号明細書には、静的コンバータ・冷却体複合体が開示されており、光コンバータ材料は、金属接続により、冷却体として利用されるコンバータ基材と結合している。記載されている光コンバータは、例えばＡｕ／Ａｇはんだを用いて光コンバータ材料が施与されている銅基材を含む。

記載したように、コンバータの温度上昇は、コンバータ材料ないしはコンバータ自体の破壊を招きかねない。選択されたコンバータ基材と光コンバータ材料とは異なる熱膨張係数を有するため、光コンバータの温度が上がると、特にコンバータホイールの温度が上がると、コンバータの破損につながり得る応力が生じることがある。特に、セラミックコンバータ材料が引張応力を受けると、破壊のリスクが存在する。その引張応力は、例えば、動作温度Ｔについては、光コンバータが温度Ｔ０＜Ｔにおいて無応力であり、かつコンバータ基材の熱膨張係数がセラミックコンバータ材料の熱膨張係数よりも大きい場合に生じる。さらに、高い動作温度は、コンバータ構成体が貼り付けてある場合、コンバータ基材とコンバータ材料との結合に利用される接着剤層の破壊を招くおそれがある。その破壊は、接着性の低下であり得、その結果、コンバータ材料がコンバータ基材からはがれる。この破壊機序は、例えば、シリコーンによる貼付けにおいて認められる。エポキシ樹脂接着剤による貼付けの場合、接着剤の変色が起こり得るため、コンバータ構成体の変換効率が下がる。なぜなら、発生した光の一部が吸収されるからである。

したがって、前記の欠点を有しない光コンバータを見出すことが本発明の課題であった。特に、高温においても高い熱安定性を有するコンバータが見出されることが望ましい。

この課題は、少なくとも部分的に第１の波長の光を第２の波長の光に変換させるための少なくとも１つの無機コンバータ材料と１つのコンバータ基材とからなる光コンバータホイールであって、該コンバータ基材が４〜１８×１０^−６１／Ｋ、好ましくは５〜１５×１０^−６１／Ｋ、特に好ましくは５〜１０×１０^−６１／Ｋの熱膨張係数ＣＴＥ_ＫＳおよび２０℃における少なくとも５０Ｗ／ｍＫ、好ましくは１００Ｗ／ｍＫ、特に好ましくは１５０Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有することを特徴とする光コンバータホイールによって解決された。

そのようなコンバータホイールは、高温であっても、コンバータ基材とコンバータ材料との間での熱応力が比較的低いことが見出された。この熱応力は、コンバータ材料の破壊強度を下回る。

本発明の趣旨での熱膨張係数（ＣＴＥ）とは、温度変化時の材料の寸法変化を表すものであり、熱膨張に関する物質固有の作用に基づく。特に、次の式（Ｉ）
により定義される線熱膨張係数αに関連する。

本発明の趣旨での熱膨張係数は、ＤＩＮ５１０４５（１９９８）に準拠して算出する。コンバータホイールは、少なくとも１つのコンバータ基材を含む。適切なコンバータ基材は、基本的には、コンバータホイールでの適用に十分な機械的強度および熱容量を有するあらゆる材料であり得る。

本発明によれば、コンバータ基材は、４〜１８×１０^−６１／Ｋ、好ましくは５〜１５×１０^−６１／Ｋ、特に好ましくは５〜１０×１０^−６１／Ｋの熱膨張係数ＣＴＥ_ＫＳを有する。本発明によれば、記載のＣＴＥは、２０℃〜３００℃の範囲に対する膨張係数を表す。

本発明の好ましい一実施形態では、コンバータ基材は、少なくとも１つのセラミックスＫ１、少なくとも１つの金属Ｍ１、または少なくとも１つのセラミックス−金属複合材料ＫＭを含む。

本出願の趣旨での、ならびに以下でさらに詳細に記載する「セラミックスＫ１」および「セラミックスＫ２」は、１つもしくは複数の非金属無機固体材料を含むか、または１つもしくは複数の非金属無機固体材料からなる材料である。特に好ましくは、セラミックスＫ１は、非金属無機および多結晶性である材料である。

本発明の趣旨での、かつ以下でさらに詳細に記載する「金属Ｍ１」、「金属Ｍ２」、「金属Ｍ２Ａ」および「金属Ｍ２Ｂ」は、１つもしくは複数の金属および／もしくは半金属を含むか、または１つもしくは複数の金属および／もしくは半金属からなる金属材料である。これには、２つ以上の異なる金属ないしは半金属からなる合金、ならびに２つ以上の金属および／または半金属からなる積層体および材料複合体（Ｗｅｒｋｓｔｏｆｆｖｅｒｂｕｎｄ）も含まれる。

好ましいセラミックスＫ１は、窒化ケイ素、ヒ化ガリウム、窒化ガリウム、窒化アルミニウム、炭化アルミニウム、炭化ケイ素、ＡｌＳｉＣ、ＡｌＳｉ、酸化ベリリウム、およびＣｕＣ、ならびにそれらの２つ以上の混合物からなる群から選択され、好ましくは、少なくとも１つのセラミックスＫ１が窒化アルミニウムである。

本発明による金属Ｍ１は、金属自体の他に、２つ以上の異なる金属からなる合金ならびに２つ以上の異なる金属からなる積層体も含む。

好ましい金属Ｍ１は、金属の鉄、タングステン、モリブデン、クロム、銅、金、コバルト、ニッケル、ケイ素、またはそれらの２つ以上からなる合金、および積層体またはその他の材料複合体、例えば、Ｃｕ／ＭｏＣｕ／Ｃｕ（ＰＭＣ）、ＷＣｕ、Ｃｕ／Ｍｏ／Ｃｕ／Ｍｏ／Ｃｕ（Ｓ−ＣＭＣ）もしくはＣｕ／Ｍｏ／Ｃｕ（ＣＭＣ）からなる群から選択され、好ましくは鉄、銅、またはクロム、モリブデン、タングステン、またはそれらの２つ以上からなる合金であり、特に好ましくは鉄、ニッケル、または銅であり、特に好ましくは鉄である。

好ましい材料複合体の一例は、タングステン−銅（ＷＣｕ）である。これは、不均一構造を有する複合材料である。ＷＣｕは、例えば、タングステン粉末のプレスおよび焼結により製造され、その際、多孔質半製品が製造され、続いて該多孔質半製品が液体銅中に浸漬されることで、残った細孔がふさがれる。

実質的に１つの金属、または２つ以上の金属からなる１つの合金を含む金属Ｍ１は、さらに金属添加物および／または非金属添加物および／または不純物、例えば、最高で４重量％の炭素を含んでもよいことが当業者には明らかである。

さらなる好ましい一実施形態では、コンバータ基材は、好ましくは少なくとも１つのセラミックスＫ２および少なくとも１つの金属Ｍ２を含むセラミックス−金属複合材料ＫＭを含む。

その際、該少なくとも１つのセラミックスＫ２および該少なくとも１つの金属Ｍ２、ならびに結果として生じる複合材料中でのＫ２とＭ２との比率（例えば、各材料の層厚による）は、結果として生じる複合材料ＫＭが、本発明による範囲にある熱伝導率およびＣＴＥを有するように選択される。

好ましくは、少なくとも１つのセラミックスＫ２は、窒化ケイ素、ヒ化ガリウム、窒化ガリウム、窒化アルミニウム、炭化アルミニウム、および炭化ケイ素、ＡｌＳｉＣ、ＡｌＳｉ、酸化ベリリウム、ＣｕＣ、および酸化アルミニウムからなる群から選択されるセラミックスであり、好ましくは酸化アルミニウムおよび窒化アルミニウムであり、特に好ましくは酸化アルミニウムである。

好ましい金属Ｍ２は、アルミニウム、鉄、タングステン、モリブデン、クロム、銅、金、コバルト、ニッケル、ケイ素、またはそれらの２つ以上からなる合金、積層体、例えば、Ｃｕ／ＭｏＣｕ／Ｃｕ（ＰＭＣ）、ＷＣｕ、Ｃｕ／Ｍｏ／Ｃｕ／Ｍｏ／Ｃｕ（Ｓ−ＣＭＣ）もしくはＣｕ／Ｍｏ／Ｃｕ（ＣＭＣ）から選択され、好ましくは鉄、銅、またはクロム、モリブデン、タングステン、またはそれらの２つ以上からなる合金であり、特に好ましくは鉄、ニッケル、または銅である。

好ましくは、少なくとも１つの金属Ｍ２は、銅である。

好ましい一実施形態では、セラミックス−金属複合材料ＫＭは層状複合材料であり、つまり、ある特定の厚さｄ１を有する第１の材料の第１の層に、少なくとももう１つの、ある特定の厚さｄ２を有する、第１の材料とは異なる材料の第２の層が施与される。好ましくは、該層状複合材料は、少なくとも２つの層、特に好ましくは少なくとも３つの層、とりわけ好ましくは３つの層を含む。そのような、本発明の趣旨での３つの層からなる複合材料を、以下、「サンドイッチ複合材料」とも呼ぶ。好ましい一実施形態では、セラミックス−金属複合材料ＫＭは、好ましくは、第１の金属Ｍ２Ａからなる第１の層、続くセラミックスＫ２からなる第２の層、および第２の金属Ｍ２Ｂからなる第３の層を含むサンドイッチ複合材料であり、ただし、金属Ｍ２ＡおよびＭ２Ｂは同じであるか、または異なる。好ましくは、金属Ｍ２ＡおよびＭ２Ｂは、同じである。その際、Ｍ２ＡおよびＭ２Ｂは、好ましくはＣｕまたはＡｌであり、特に好ましくはＣｕである。好ましくは、セラミックスＫ２は、窒化アルミニウムまたは酸化アルミニウムであり、特に好ましくは酸化アルミニウムである。

そのようなサンドイッチ複合材料は、例えば、Ｒｏｇｅｒｓ Ｃｏｏｐｅｒｔｉｏｎ社のセラミック基材（ｃｕｒａｍｉｋ（登録商標））として市販入手可能である。

上述のように、本発明によるコンバータ基材は、４〜１８×１０^−６１／Ｋ、好ましくは５〜１５×１０^−６１／Ｋ、特に好ましくは５〜１０×１０^−６１／Ｋの熱膨張係数ＣＴＥ_ＫＳを有する。本発明によれば、記載のＣＴＥは、２０℃〜３００℃の範囲に対する膨張係数を表す。

本発明の趣旨での熱膨張係数（ＣＴＥ）とは、温度変化時の材料の寸法変化を表すものであり、熱膨張に関する物質固有の作用に基づく。特に、次の式（Ｉ）
により定義される線膨張係数αに関連する。

コンバータ基材が複数の材料を含む実施形態では、「熱膨張係数」という表現は、コンバータ基材全体の平均熱膨張係数に関する。

コンバータ基材が、例えば、少なくとも１つのセラミックスＫ２層および少なくとも１つの金属Ｍ２層からなるセラミックス−金属層状複合材料である場合、平均熱膨張係数
は、次のように算出される：
ただし、各記号は次の意味を有する。
α_Ｋ２ セラミックスＫ２の熱膨張係数［１／Ｋ］、
α_Ｍ２ 金属Ｍ２の熱膨張係数［１／Ｋ］、
Ｅ_Ｋ２ セラミックスＫ２のヤング率［ＧＰａ］、
Ｅ_Ｍ２ 金属Ｍ２のヤング率［ＧＰａ］、
ｄ_Ｋ２ セラミックスＫ２の層厚［ｍ］、
ｄ_Ｍ２ 金属Ｍ２の層厚［ｍ］。

この例での複合材料が、全体として２つを超える層を含む場合、例えば、層順序Ｃｕ−酸化アルミニウム−Ｃｕを有するサンドイッチ構造を含む場合、ｄ_Ｍ２は、２つのＣｕ単一層厚から得られるＣｕ全層厚を表す。

この式を、使用する様々な材料に応じて、任意に拡張できることが当業者には明らかである。つまり、２つの金属層Ｍ２ＡおよびＭ２Ｂならびに１つのセラミック層Ｋ２を含む複合材料の平均ＣＴＥ_ＫＭは、次のように算出できる：
ただし、各記号は次の意味を有する。
α_Ｋ２ セラミックスＫ２の熱膨張係数［１／Ｋ］、
α_Ｍ２Ａ 金属Ｍ２Ａの熱膨張係数［１／Ｋ］、
α_Ｍ２Ａ 金属Ｍ２Ｂの熱膨張係数［１／Ｋ］、
Ｅ_Ｋ２ セラミックスＫ２のヤング率［ＧＰａ］、
Ｅ_Ｍ２Ａ 金属Ｍ２Ａのヤング率［ＧＰａ］、
Ｅ_Ｍ２Ｂ 金属Ｍ２Ｂのヤング率［ＧＰａ］、
ｄ_Ｋ２ セラミックスＫ２の層厚［ｍ］、
ｄ_Ｍ２Ａ 金属Ｍ２Ａの層厚［ｍ］、
ｄ_Ｍ２Ｂ 金属Ｍ２Ｂの層厚［ｍ］。

本発明の好ましい一実施形態では、少なくとも１つのコンバータ材料の熱膨張係数ＣＴＥ_ＫＭと少なくとも１つのコンバータ基材の熱膨張係数ＣＴＥ_ＫＳとの差が、
ＣＴＥ_ＫＭ−ＣＴＥ_ＫＳ＝−５×１０^−６１／Ｋ〜２×１０^−６１／Ｋ、好ましくは−３．５×１０^−６１／Ｋ〜２×１０^−６１／Ｋ
であるように、コンバータ基材と少なくとも１つのコンバータ材料とを選択する。

したがって、本発明によれば、少なくとも１つのコンバータ基材のＣＴＥ_ＫＳは、少なくとも１つのコンバータ材料のＣＴＥ_ＫＭよりも好ましくは最高で５×１０^−６１／Ｋだけ高く、好ましくは最高で３．５×１０^−６１／Ｋだけ高く、最高で２×１０^−６１／Ｋだけ低い。

少なくとも１つの光コンバータ材料は、好ましくは、６．５〜８．５×１０^−６１／Ｋの範囲にある熱膨張係数ＣＴＥ_ＫＭを有するコンバータ材料であり、好ましくは光コンバータセラミック材料である。

本発明によれば、本発明のコンバータ基材は、少なくとも５０Ｗ／ｍＫ、好ましくは１００Ｗ／ｍＫ、特に好ましくは１５０Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有する。

熱伝導率は、好ましくは、ＡＳＴＭ Ｅ １４６１−０１（２００１）に準拠するレーザフラッシュ法を利用して算出する。

コンバータ基材が、複数の材料を含む基材である場合、記載の熱伝導率は、コンバータ基材の平均熱伝導率に関する。

コンバータ基材が、例えば、セラミックスＫ２と金属Ｍ２とからなるセラミックス−金属層状複合材料である場合、平均熱伝導率
は、次の式：
に基づいて算出され、ただし、各記号は次の意味を有する。
λ_Ｋ２ セラミックスＫ２の熱伝導率［Ｗ／ｍＫ］、
λ_Ｍ２ 金属Ｍ２の熱伝導率［Ｗ／ｍＫ］、
ｄ_Ｋ２０ セラミックスＫ２の層厚［ｍ］、
ｄ_Ｍ２ 金属Ｍ２の層厚［ｍ］。

この式を、使用する様々な材料に応じて、任意に拡張できることが当業者には明らかである。つまり、２つの金属層Ｍ２ＡおよびＭ２Ｂならびに１つのセラミック層Ｋ２を含む複合材料の平均熱伝導率
は、次のように算出できる：
ただし、各記号は次の意味を有する。
λ_Ｋ２ セラミックスＫ２の熱伝導率［Ｗ／ｍＫ］、
λ_Ｍ２Ａ 金属Ｍ２Ａの熱伝導率［Ｗ／ｍＫ］、
λ_Ｍ２Ｂ 金属Ｍ２Ｂの熱伝導率［Ｗ／ｍＫ］、
ｄ_Ｋ２０ セラミックスＫ２の層厚［ｍ］、
ｄ_Ｍ２Ａ 金属Ｍ２Ａの層厚［ｍ］、
ｄ_Ｍ２Ｂ 金属Ｍ２Ｂの層厚［ｍ］。

この例での複合材料が、全体として２つを超える層を含む場合、例えば、層順序Ｃｕ−酸化アルミニウム−Ｃｕを有するサンドイッチ構造を含む場合、ｄ_Ｍ２は、２つのＣｕ単一層厚から得られるＣｕ全層厚を表す。

個々の層の厚さは、セラミックス−金属複合材料の本発明による平均熱伝導率および平均ＣＴＥが達成されるように選択する。

コンバータ基材の厚さが比較的小さいと、コンバータホイールの重量および慣性モーメントに有利に作用し得るため、コンバータホイール用に比較的低出力の、したがってしばしば低価格のモータを選択できる。しかしながら、コンバータ基材の厚さを過度に小さく選択することは、不利に作用しかねない。なぜなら、その結果、コンバータ基材内での横方向の放熱、つまり冷却能力が低下するからである。特に、比較的薄いコンバータ基材において冷却能力を改善するためには、コンバータホイールの裏側に、例えば冷却リブを装着してもよい。コンバータホイールの裏側とは、本ケースでは、好ましくは、コンバータホイールの、コンバータ材料が施与されていない側を意味する。そのような冷却リブを含むコンバータホイールは、例えば独国特許出願公開第１０２０１４１０２３５０号明細書に記載されている。この冷却リブは、以下で挙げるコンバータ基材の全厚においては考慮されていない。

コンバータ基材は、典型的には、３ｍｍ未満、好ましくは２．５ｍｍ未満、特に好ましくは２．０ｍｍ未満、好ましくは１．７５ｍｍ未満でかつ０．３ｍｍ超、好ましくは０．５ｍｍ超、特に好ましくは１．０ｍｍ超の全厚を有する。特に好ましい一実施形態では、少なくとも１つのコンバータ基材は、１．５ｍｍ以下の全厚を有する。

本発明によれば、光コンバータは、少なくとも１つの無機コンバータ材料を有する。そのコンバータ材料は、入射した第１の波長の励起光を、少なくとも部分的に、第２の波長の光に変換させるために利用される。

適切なコンバータ材料は、セラミックコンバータ材料（以下、オプトセラミックスとも呼ぶ）、または蛍光体粒子（「Ｐｈｏｓｐｈｏｒ」）が無機マトリクス中に包埋されているコンバータ材料、好ましくは「Ｐｈｏｓｐｈｏｒ ｉｎ Ｇｌａｓｓ」（ＰＩＧ）、「Ｐｈｏｓｐｈｏｒ ｉｎ Ｃｅｒａｍｉｃ（セラミックス中の蛍光体）」（ＰＩＣ）または「Ｐｈｏｓｐｈｏｒ ｉｎ Ｉｎｏｒｇａｎｉｃ（無機物中の蛍光体）」（ＰＩＩ）を含む。

好ましくは、無機コンバータ材料は、以下、「オプトセラミックス」とも呼ばれるセラミックコンバータ材料であり、特に好ましくは、ドープガーネット蛍光体（「ｄｏｐｅｄ ｇａｒｎｅｔ ｐｈｏｓｐｈｏｒ」）である。適切なセラミックコンバータ材料およびその製造は、例えば、ＳＣＨＯＴＴ自身の特許出願であるＤＥ１０２０１３１００８３２およびＥＰ３５０５５０３に記載されている。

本発明によるセラミックコンバータ材料は、好ましくは、少なくとも１つの活性元素としてＣｅを含むセラミック相Ａ_３Ｂ_５Ｏ_１２（ここで、Ａは、元素Ｙ、Ｇｄ、Ｌｕ、およびそれらの組み合わせの群から選択され、Ｂは、元素Ａｌ、Ｇａ、およびそれらの組み合わせの群から選択される）を含む単相多孔質の、好ましくは多結晶性のオプトセラミックスであり、ただし、該オプトセラミックスの密度は、好ましくは＜９７％である。

特に好ましいのは、Ｃｅｒドープイットリウム・アルミニウム・ガーネット（Ｃｅ：ＹＡＧ）、Ｃｅｒドープルテチウム・アルミニウム・ガーネット（Ｃｅ：ＬｕＡＧ）、またはＣｅｒドープガドリニウム／イットリウム・アルミニウム・ガーネット（Ｃｅ：Ｇｄ／ＹＡＧ）である。Ｃｅｒドープガドリニウム／イットリウム・アルミニウム・ガーネット（Ｃｅ：Ｇｄ／ＹＡＧ）では、結晶格子中のＹ原子の好ましくは０〜２０％が、Ｇｄによって置換されている。

ドープされたガーネット蛍光体は、組成Ａ_３Ｂ_５Ｏ_１２のＣｅｒドープセラミック相から製造される（ここで、Ａは、Ｙ、Ｇｄ、Ｌｕ、およびそれらの２つ以上の組み合わせからなる群から選択され、Ｂは、Ａｌ、Ｇａ、およびそれらの２つ以上の組み合わせからなる群から選択される）。

セラミック素子を製造するために、一実施形態では、酸化物型のＡ_２Ｏ_３、Ｂ_２Ｏ_３およびＣｅＯ_２が出発原料として使用され、ここで、ＡおよびＢは上述のように定義されている。その際、使用する物質量は、好ましくは、式（ＩＩＩ）
（Ａ_１−ｘ，Ｃｅ_ｘ）_３Ｂ_５Ｏ_１２（ＩＩＩ）
の化合物が得られるように選択し、ここで、０．０００５＞ｘ＞０．０５である。言い換えると、Ａ型の原子の０．０５〜５％がＣｅｒによって置換されている。

このＣｅｒ濃度は、セラミックコンバータ材料の高い変換効率を確保し、かつ一次光源光の十分な侵入深度を得るために、材料内の細孔のばらつきと適合されている。

別の一実施形態では、Ａ_３Ｂ_５Ｏ_１２が出発原料として使用され、適切な量のＣｅＯ_２が添加される。

本発明によるコンバータホイールの好ましい一実施形態では、少なくとも１つのコンバータ材料を、モノリスリングの形でコンバータ基材に施与してもよい。その際、モノリスリングは、好ましくは円形を有する。

本発明によるコンバータホイールの別の一実施形態では、少なくとも１つのコンバータ基材を、１つまたは複数のリング切片（円切片とも呼ばれる）の形でコンバータ基材に施与してもよい。複数の切片を施与する場合、個々の切片は、同じであっても異なってもよい。

好ましい一実施形態では、唯一の切片をコンバータ基材に施与し、ただし、好ましくは、少なくとも１８０°、好ましくは少なくとも２７０°の角度を有する切片である。それに対して、完全なリングは、３６０°の角度を有する。

別の好ましい一実施形態では、多数の切片を施与し、例えば、大きさが同じでも異なっていてもよい６〜１４個の切片を施与する。

少なくとも１つのコンバータ材料の層厚は、典型的には５００μｍ未満、例えば１０〜５００μｍ、好ましくは５０μｍ〜５００μｍ、さらに好ましくは８０μｍ〜２５０μｍ、特に好ましくは１８０〜２５０μｍである。さらなる好ましい一実施形態では、コンバータ材料は、１００〜２００μｍの層厚を有する。

本発明によるコンバータホイールの好ましい一実施形態では、少なくとも１つの無機コンバータ材料は、結合層を介して、少なくとも１つのコンバータ基材と互いに結合している。好ましくは、該結合層は、少なくとも１つの接着剤、少なくとも１つのガラス、少なくとも１つのセラミック接着剤、または少なくとも１つのはんだ金属間化合物（ｍｅｔａｌｌｉｓｃｈｅ Ｌｏｔｖｅｒｂｉｎｄｕｎｇ）から形成される。

本発明の一実施形態では、結合層は、コンバータ材料およびコンバータ基材に直接隣接する。

さらなる一実施形態では、以下でさらに詳細に説明するように、コンバータ基材は、その、コンバータ構成要素の方を向いた表面の少なくとも一部にわたって、もう１つの層、特に高反射性層で被覆されている。その実施形態では、結合層は、コンバータ材料および高反射性層に直接隣接する。

さらなる一実施形態では、コンバータ材料は、コンバータ基材に面した側に高反射性層を含む。その実施形態では、結合層は、高反射性層およびコンバータ基材に隣接する。

燐光コンバータ分野の当業者は、それぞれのコンバータ構成体に関する要件を顧慮して、例えば、結合層の透明性を顧慮して結合層を選択することができる。

本発明によるコンバータホイールの好ましい一実施形態では、結合層を、少なくとも２０℃、好ましくは少なくとも３５℃、好ましくは少なくとも５５℃、好ましくは少なくとも７０℃の温度で形成する。

好ましい一実施形態では、結合層は、少なくとも１つの接着剤から形成される。適切な接着剤は、それぞれのコンバータの特定の用途および特定の構成体に関して適切な特性、例えば、温度安定性、熱伝導率、透明性、および硬化挙動に関して適切な特性を有する有機接着剤である。

好ましい一実施形態では、これは、充填および非充填のエポキシ樹脂およびシリコーンである。

好ましい一実施形態では、少なくとも１つの接着剤は、充填接着剤である。

別の好ましい一実施形態では、少なくとも１つの接着剤は、非充填接着剤である。

適切な非充填接着剤の例は、特にＷａｃｋｅｒのシリコーン接着剤Ｅｌａｓｔｏｓｉｌ ＲＴ ６０１、Ｄｅｌｏのエポキシ樹脂接着剤、またはＢＡＳＦ、Ｌａｎｘｅｓｓ、もしくはＤｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌの類似製品である。

接着剤ベースの結合層は、典型的には５〜７０μｍ、好ましくは１０〜６０μｍ、さらに好ましくは２０〜５０μｍ、特に好ましくは３０〜５０μｍの層厚を有する。

さらなる好ましい一実施形態では、結合層は、好ましくはソルダーガラスまたは薄板ガラスから選択されるガラスである。

本発明の趣旨でのソルダーガラスは、軟化温度が７５０℃以下、好ましくは５６０℃以下と比較的低い、特殊ガラスである。基本的に、ガラスソルダーを様々な形で、例えば、粉末として、液状媒体中のペーストとして、またはマトリクス中に包埋した状態で使用でき、それをコンバータ基材またはコンバータ構成要素に施与する。施与は、ストランドの付与により、スクリーン印刷により、噴霧により、またはルーズな粉末形状で行うことができる。続いて、コンバータの個々の構成要素を継ぎ合わせる。

好ましい一実施形態では、ガラス粉末、例えば、ＰｂＯガラス、Ｂｉ_２Ｏ_３ガラス、ＺｎＯガラス、ＳＯ_３ガラス、またはケイ酸塩系ガラス、特に好ましくはケイ酸塩系ガラスを含むペーストを使用する。本出願の趣旨での薄板ガラスは、５０μｍ以下の最大厚さ、および７５０℃以下、好ましくは５６０℃以下の軟化温度を有する薄板ガラスである。そのようなガラスを、コンバータ構成要素とコンバータ基材との間に配置し、十分な高温および十分な高圧で押し付ける。適切な薄板ガラスは、特に、例えばＳＣＨＯＴＴからＤ２６３（登録商標）として入手可能なホウケイ酸ガラスである。

ガラスをベースとする結合層は、典型的には１５〜７０μｍ、好ましくは２０〜６０μｍ、特に好ましくは３０〜５０μｍの層厚を有する。

別の好ましい一実施形態では、コンバータ材料は、はんだ金属間化合物を介して、コンバータ基材と結合している。

本発明の趣旨でのはんだ金属間化合物は、２つ以上の金属からなる合金である。適切なはんだ金属間化合物は、本発明による光コンバータホイールの個々の構成要素の融点ないしは分解点よりも低い融点を有する。この趣旨で構成要素と見なされるのは、例えば、少なくとも１つのコンバータ材料、少なくとも１つのコンバータ基材、およびさらなる任意の構成要素、例えば、高反射性層である。

はんだ金属間化合物の融点は、好ましくは１５０℃〜４５０℃の間、さらに好ましくは１８０℃〜３２０℃の間、特に好ましくは２００〜３００℃の間にある。

適切なはんだ金属間化合物は、例えば、銀はんだおよび金はんだであり、好ましくはＡｇ／Ｓｎはんだ、Ａｇ／Ａｕはんだ、およびＡｕ／Ｓｎはんだである。

好ましくは、それぞれのはんだ接合を確立するために、コンバータ構成要素およびコンバータ基材を含む構成を加熱してもよく、特に局所加熱によっても、特に機械的熱接触によって、例えば、好ましくは熱制御型発熱体との接触により、つまり例えばそれ自体が誘導加熱される加熱体との接触により行ってもよい。

それにより、迅速かつ正確に配量された入熱が可能であり、その入熱は、特に、製作に関して時間的に有利であり得、かつ熱的に非常に正確であり得る。

代案的または付加的に、それぞれのはんだ接合を確立するために、コンバータ構成要素およびコンバータ基材を有する構成の加熱を、局所加熱によっても、特に、放射線、集束させた熱放射、レーザ放射線、特にパルスレーザ放射線によっても行い得る。

それぞれのはんだ接合を確立させるべく、コンバータ構成要素およびコンバータ基材を有する構成体を低下させた周囲圧力下に加熱し、特にそれぞれのはんだ接合が確立された状態になるまで低下させた周囲圧力が支配的である場合、それによって、特に引け巣がなく均質なはんだ接合が得られ、そのはんだ接合では、光コンバータ、冷却体、およびさらなるアセンブリの表面の凹凸もより良好に湿り得るため、はんだ接合によってさらに完全に結合させることができる。

「はんだ接合が確立された状態になる」という記載は、これに関連して、各はんだが硬化するまで合金の融解温度を下回ったことを意味し、それは、それぞれ、そのはんだの室温引張強度の５０％超の強度を意味し、ただし、室温はおよそ３００Ｋである。

様々なはんだ接合の種類および確立に関するさらなる詳細は、ＳＣＨＯＴＴ自身の出願である独国特許出願公開第１０２０１５１１３５６２号明細書から読み取れ、該出願が参照により本明細書に援用される。

別の好ましい一実施形態では、コンバータ材料は、セラミック接着剤を介してコンバータ基材と結合している。そのようなセラミック接着剤は、典型的には有機成分をほぼ含まず、かつ高い温度安定性を有する。好ましくは、結果として生じる結合層の熱膨張係数および機械的特性、例えばヤング率がコンバータ基材および／またはコンバータ材料の該当する特性に適合するように、セラミック接着剤を選択する。

適切なセラミック接着剤は、無機、好ましくは粉末状の固体と、液状媒体、好ましくは水とから製造される。無機固体は、例えば、ＭｇＯベース、ＳｉＯ_２ベース、ＴｉＯ_２ベース、ＺｒＯ_２ベースおよび／またはＡｌ_２Ｏ_３ベースの固体であり得る。好ましくは、ＳｉＯ_２ベースおよび／またはＡｌ_２Ｏ_３ベースの固体であり、特に好ましくはＡｌ_２Ｏ_３ベースの固体である。粉末状固体は、付加的に、例えば、セラミック接着剤の凝結硬化を促進するさらなる粉末状成分を含んでもよい。それは、例えば、ホウ酸、ホウ酸塩、またはケイ酸ナトリウムのようなアルカリケイ酸塩であり得る。

本発明によるセラミック接着剤は、例えば、使用直前に、粉末状固体と水とから混ぜ合わせることができ、室温において硬化する。

その際、固体は、好ましくは、１〜１００μｍ、好ましくは１０〜５０μｍの平均粒径ｄ_５０を有する。好ましくは、セラミック接着剤は、５〜１５×１０^−６１／Ｋ、特に好ましくは６〜１０×１０^−６１／Ｋの熱膨張係数を有する。適切なセラミック接着剤は、例えば、Ｒｅｓｂｏｎｄ ９２０またはＲｅｓｂｏｎｄ ９４０ ＨＴ（Ｐｏｌｙｔｅｃ ＰＴ ＧｍｂＨ）から製造される。

セラミック接着剤ベースの結合層は、典型的には５０〜５００μｍ、好ましくは１００〜３５０μｍ、特に好ましくは１５０〜３００μｍの層厚を有する。

二次光は、コンバータ材料内で局所等方性に放射されるため、例えば、レミッションの構成体では、二次光の光画分（Ｌｉｃｈｔａｎｔｅｉｌ）が、使用方向ではなくコンバータ基材の方向に放射される。この光画分も利用できるように、コンバータは、その光画分を鏡面反射および／または拡散反射する少なくとも１つの高反射性層を含んでもよい。

本発明の趣旨での高反射性層は、好ましくは、少なくとも９０％、好ましくは少なくとも９２％、さらに好ましくは少なくとも９５％、特に好ましくは９８％の全反射率を有する。全反射は、鏡面反射と拡散反射とから得られる。

本発明では、記載される全反射は、好ましくは３８０ｎｍ〜７８０ｎｍ、特に好ましくは４５０〜７５０ｎｍの波長を有する光画分に対する。

好ましい一実施形態では、コンバータ基材自体が、少なくとも１つの高反射性層として利用される。それは、コンバータ基材が十分に高い全反射率を有する本発明の実施形態において当てはまり、例えば、セラミックス−金属複合材料ＫＭの最上層である、または本発明によるサンドイッチ複合材料の部分的に露出した中間層である拡散反射する酸化アルミニウムに当てはまる。

コンバータ基材とコンバータ材料とがセラミック接着剤を介して結合している実施形態では、好ましくは、セラミック接着剤が少なくとも１つの高反射性層として利用される。それは、セラミック接着剤が十分に高い全反射率を有する本発明の実施形態において、例えば、Ａｌ_２Ｏ_３ベースのセラミック接着剤を使用する場合に当てはまる。コンバータ材料の裏側での反射をさらに改善するためには、例えば、コンバータ材料の裏側での高反射性層による誘電体被覆により、コンバータ材料とセラミック接着剤との間に高反射性層を挿入してもよい。

別の実施形態においても、コンバータは、少なくとも１つの高反射性層を追加層として含む。

該少なくとも１つの高反射性層が、一次光線に関して合理的には、少なくとも１つのコンバータ材料の裏側に存在することが当業者には明らかである。

上述のように、光コンバータは、好ましくは、コンバータ材料をコンバータ基材と結合する少なくとも１つの結合層を含む。

その結果、結合層を含む光コンバータ中の少なくとも１つの高反射性層の配置に関して、光コンバータにおける様々な構成が得られる。

好ましい第１の一実施形態では、少なくとも１つの高反射性層は、コンバータ基材の表面の少なくとも一部に施与されている。コンバータ材料から放射される光画分が、そもそも十分な程度で高反射性層に達し得るように、この実施形態では、コンバータ材料と高反射性層との間にある結合層が透明層であることが合理的である。

本発明の趣旨での「透明」とは、層が、放射光画分に対して、少なくとも８０％、好ましくは少なくとも９０％、特に好ましくは少なくとも９５％、特に好ましくは少なくとも９８％の（純）透過率を有することを意味する。

それらの実施形態では、少なくとも１つの結合層は、それに応じて好ましくは透明結合層、好ましくはガラスまたは透明接着剤であり、特に好ましくは透明シリコーンまたは透明エポキシ樹脂である。

好ましくは、表面の少なくとも７０％、好ましくは少なくとも８０％、好ましくは少なくとも９０％、特に好ましくはコンバータ基材の表面の少なくとも９９％が、少なくとも１つのコンバータ材料の面の下側にある少なくとも１つの高反射性層で覆われている。さらに、好ましくは、コンバータ材料に面した、コンバータ基材の全表面が、少なくとも１つの高反射性層で覆われている。さらに、できるだけ完全な反射を達成するためには、高反射性層が、コンバータ材料で覆われた領域にわたってある程度の分率で延在すると好ましい。

当然のことながら、コンバータ基材の、コンバータ材料に面した全表面またはほぼ全表面が、少なくとも１つの高反射性層で覆われていることが可能である。

好ましい第２の実施形態では、少なくとも１つの高反射性層は、少なくとも１つのコンバータ材料の表面の少なくとも一部上にある。この層は、一次光線が当たる側には面していない、コンバータ材料の側にあることが明らかである。言い換えると、その層は、コンバータ基材に面したコンバータ材料の側にある。この実施形態では、結合層は、少なくとも１つの高反射性層と少なくとも１つのコンバータ基材との間にある。

好ましくは、光線に面していない面の少なくとも７０％、少なくとも１つのコンバータ材料の面の好ましくは少なくとも８０％、さらに好ましくは少なくとも９０％、特に好ましくは少なくとも９９％が、少なくとも１つの高反射性層で覆われている。特に好ましい一実施形態では、面の１００％が、少なくとも１つの高反射性層で覆われている。

少なくとも１つの高反射性層は、吹付け、貼付け、蒸着を利用して、被覆されるべき表面の少なくとも一部に施与可能である。

少なくとも１つの高反射性層は、好ましくは銀層、Ｃｒ／Ａｇ層、または銀ベース層である。前述のＣｒ／Ａｇ層では、Ｃｒが、特に、反射性Ａｇ成分の接着仲介剤として利用される。適切な銀ベース層は、例えば、ＭＩＲＯ銀（登録商標）としてＡｌａｎｏｄ社から入手可能であり、９８％の全反射率を有する。対応する銀ベース層は、例えば、ドイツ特許出願であるＤＥ１０２０１５１１４０９５に記載されている。

少なくとも１つの高反射性層、好ましくは銀層、Ｃｒ／Ａｇ層、または銀ベース層を、過度の粗さを有するコンバータ基材に施与すると、反射損失を招く可能性がある。したがって、少なくとも１つの高反射性層を基材に直接施与する実施形態では、好ましくは、高反射性層を施与する前にコンバータ基材を研磨する。その際、コンバータ基材の全表面を平滑にするないしは研磨してもよく、好ましくは、続いて少なくとも１つの高反射性層ならびにコンバータ材料で覆われる表面の一部のみを平滑にするないしは研磨してもよい。研磨は、例えば切削法により、例えばダイヤモンド旋削を利用して行ってもよい。コンバータ基材の表面の平滑化により、好ましくは、反射の拡散画分は、全反射の２０％未満、好ましくは１０％未満、特に好ましくは５％未満に達する。

全反射は、拡散反射と鏡面（または正）反射との合計から得られるため、それによって高い鏡面反射を達成できる。全反射に対する拡散反射の分率は、例えば、積分球またはウルブリヒト球を利用して反射測定により算出し、ただし、全反射の測定においては、入光口以外は閉鎖した球を使用し、拡散反射の測定に関しては、傾けて取り付けた試料で鏡面反射した光が、球の開口部を通って抜けることができる。

セラミックコンバータ材料は、さらに、本発明による光コンバータホイールを各用途に適合させるため、特性を改善するために、別の層、例えば、反射防止層、平滑化層または保護層を含んでもよい。

本発明による光コンバータは、動的コンバータ、いわゆるコンバータホイールである。

コンバータホイールでは、フォトルミネセンス材料を、回転する支持ディスクに施与し、それがコンバータ構成体の冷却を促進する。励起光は、高開口数光学系を介して、通常の構造のコンバータを励起し、その光学系を介してさらにフォトルミネセンス光も集められる。しかしながら、フォトルミネセンスの寿命が、励起されたコンバータ領域がその時間以内に照明・集光光学系の領域の外へ移動する時間よりも明らかに長い場合、ルミネセンス光の大部分はもはや集められない。しかしながら、この作用には、適宜、相応に調整された光学系またはより低い接線速度によっても対抗できる。

本発明によるコンバータホイールは、好ましくはレミッション状態で作動させ、ただし、励起は好ましくはレーザダイオードにより行う。
本発明はさらに、本発明による光コンバータホイールの製造を含む。この関連では、上述の好ましい実施形態が、相応する様式で該当する。

光コンバータホイールの製造は、
ａ）コンバータ基材を準備するステップと、
ｂ）任意に、該コンバータ基材の表面の少なくとも一部に、少なくとも１つの高反射性層を施与するステップと、
ｃ）任意に、ステップａ）またはｂ）で得られたコンバータ基材および／または少なくとも１つのコンバータ材料に、少なくとも１つの結合層を施与するステップと、
ｄ）ステップａ）、ｂ）またはｃ）で得られたコンバータ基材と少なくとも１つのコンバータ材料とを結合させるステップと
を含む。

典型的には、コンバータ基材を最終的なホイール形状で準備する。しかしながら、その代わりに、ステップｂ）、ｃ）またはｄ）の１つの後に基材を望みの最終形状にすることも、当然のことながら可能である。

本発明による方法が、上記のようにステップｂ）を含む場合、それに伴い、コンバータ基材の表面の少なくとも一部上に少なくとも１つの高反射性層を施与する。該高反射性層は、得られるコンバータホイールにおいてコンバータ材料に面した、コンバータ基材の表面に施与する。

一実施形態では、コンバータ基材の全表面を、少なくとも１つの高反射性層で被覆する。

別の一実施形態では、得られるコンバータホイールにおいてコンバータ材料の下側に位置する、少なくとも１つのコンバータ基材の表面の一部を被覆する。

本発明による光コンバータ材料との関連ですでに上述したように、少なくとも１つの高反射性層は、吹付け、貼付け、または蒸着を利用して、少なくとも１つのコンバータ材料の被覆されるべき表面の少なくとも一部に施与可能である。

本発明による方法のステップｃ）は、ステップａ）またはｂ）で得られたコンバータ基材および／または少なくとも１つのコンバータ材料への結合層の施与を含む。

本発明による方法の好ましい一実施形態では、結合層を、少なくとも１つのコンバータ材料に施与する。本発明による方法の別の一実施形態では、少なくとも１つの結合層を、少なくとも１つのコンバータ基材に施与する。

本発明による方法のステップｃ）およびｄ）における温度は、選択した結合層およびその硬化挙動に応じて、当業者が調整する。

好ましい一実施形態では、本発明による方法は、ステップａ）、ｂ）およびｄ）を含む。

別の好ましい一実施形態では、本発明による方法は、ステップａ）、ｃ）およびｄ）を含む。好ましくは、その実施形態ではコンバータ材料を使用し、ただし、コンバータ基材に面した表面が少なくとも部分的に、好ましくは完全に高反射性層で被覆されており、かつ／またはコンバータ基材自体が、十分な反射率を有する。

特に好ましい一実施形態では、本方法は、ステップａ）、ｂ）、ｃ）およびｄ）を含む。

本発明による光コンバータは、動的光応用において利用される。好ましくは、光コンバータは、高性能レーザプロジェクタのコンバータホイールとして利用される。

以下、好ましい実施形態をもとに、添付の図面に関連づけて本発明をより詳細に説明する。

図１は、本発明による光コンバータホイール（１０）の全般的な概略構造を示す。 図２は、本発明による光コンバータホイール（１０）の全般的な概略構造を示す。 図３は、コンバータホイール（１０）の本発明による異なる実施形態の側面図を示す。 図４は、コンバータホイール（１０）の本発明による異なる実施形態の側面図を示す。 図５は、コンバータホイール（１０）の本発明による異なる実施形態の側面図を示す。 図６は、コンバータホイール（１０）の本発明による異なる実施形態の側面図を示す。 図７は、コンバータホイール（１０）の本発明による異なる実施形態の側面図を示す。 図８は、本発明によるコンバータ基材の全般的な概略構造を示す。

好ましい実施形態に関する以下の詳細な記載では、異なる実施形態における同一の参照符号は、それぞれ同一のまたは同一の作用を有するアセンブリを表す。実質的な機能上の相違点が存在する場合、それぞれ該当する実施形態に関連づけてより詳細に説明する。

まず、図１に関して、図１は、コンバータ基材１２およびコンバータ材料１４を有する異なる実施形態によるコンバータホイール１０の平面図を表す。コンバータ材料は、モノリスリングの形で施与されている。またコンバータ材料１４は、コンバータ基材１２に複数の個々の切片の形で施与されてもよいし、不完全なリングの形で施与されてもよい。コンバータ材料１４が、２つ以上の切片の形で施与される場合、個々の切片は、同じコンバータ材料１４を含んでもよいし、その代わりに異なるコンバータ材料１４からなってもよい。

図２は、コンバータ基材１２とコンバータ材料１４とを含む、図示されたコンバータホイール１０の完全な断面図を示す。

図３は、コンバータホイール１０の本発明による第１の実施形態の断面図を示す。コンバータ基材１２、結合層１６、およびコンバータ材料１４に加えて、この実施形態は、高反射性層１８を含む。該高反射性層は、コンバータ材料１４に施与されており、本発明の第１の実施形態によるコンバータホイール１０において、コンバータ材料１４と結合層１６との間にある。コンバータ基材１２およびコンバータ材料１４は、図５との関連で後記されるものに相当する。結合層１６は、接着剤から形成される。この実施形態での結合層１６は、その透明性に関して特別な要件を満たす必要がないため、非透明材料、例えば金属はんだからも形成され得る。高反射性層１８は、銀層である。

図４は、コンバータホイール１０の本発明による第２の実施形態の側面断面図を示す。コンバータ基材１２、結合層１６、およびコンバータ材料１４に加えて、この実施形態も高反射性層１８を含む。該高反射性層は、コンバータ基材１２に施与されており、コンバータホイール１０において、コンバータ基材１２と結合層１６との間にある。コンバータ基材１２、コンバータ材料１４、および高反射性層１８は、図３および図５との関連で記載されるものに相当する。結合層１６は、透明接着剤からなる透明結合層１６である。

図５は、コンバータホイール（１０）の本発明による第３の実施形態の断面図を示す。ここでは、コンバータ基材１２に、結合層１６を介してコンバータ材料１４が施与されている。その際、コンバータ基材１２は、窒化アルミニウムである。その代わりに、別のセラミックスＫ１、例えば、窒化ケイ素、ヒ化ガリウム、窒化ガリウム、炭化アルミニウム、炭化ケイ素、ＡｌＳｉＣ、ＡｌＳｉ、酸化ベリリウム、またはＣｕＣも、それぞれの用途に十分な全反射を有する限り、コンバータ基材として使用可能である。コンバータ材料１４は、オプトセラミックスからなる。その代わりに、別の蛍光体、例えば「Ｐｈｏｓｐｈｏｒ ｉｎ Ｇｌａｓｓ」、「Ｐｈｏｓｐｈｏｒ ｉｎ Ｉｎｏｒｇａｎｉｃ」または「Ｐｈｏｓｐｈｏｒ ｉｎ Ｃｅｒａｍｉｃ」も使用できる。コンバータ基材１２とコンバータ材料１４とは、結合層１６を介して互いに結合している。結合層１６としては、本発明によるコンバータホイール１０を製造する際に薄板ガラス（Ｄ２６３（登録商標））の形で使用されるガラスを利用する。しかしながら、本発明によるコンバータホイール１０のこの実施形態では、その代わりに、十分な透明性を有する別の材料、特にエポキシ樹脂接着剤またはシリコーン接着剤のような接着剤を結合層１６の形成に使用することも可能である。

図６は、本発明によるコンバータホイール１０の第４の実施形態の断面図を示す。コンバータホイールは、結合層１６を利用して互いに結合している、コンバータ材料１４とコンバータ基材１２とから構成されている。本発明の第４の実施形態によるコンバータ基材１２は、セラミックス−金属層状複合材料である。このセラミックス−金属層状複合材料は、第１の基材層２０、第２の基材層２２、および第３の基材層２４から層状に構成されている。第１の基材層および第３の基材層は銅層であり、第２の基材層２２は酸化アルミニウムからなる。その代わりに、第２の基材層２２は、窒化アルミニウムからなってもよい。結合層１６は、透明接着剤から形成される。本発明の第４の実施形態によるコンバータホイール１０は、さらに、図示されていない好ましい一実施形態では、第３の基材層２４に直接施与される高反射性層１８を含んでもよい。その代わりに、さらなる好ましい一実施形態では、高反射性層１８が、結合層１６とコンバータ材料１４との間にあるように、高反射性層１８をコンバータ材料１４に施与してもよい。高反射性層１８は、銀から形成される。別の一実施形態では、コンバータ基材１２の、コンバータ材料１４に面した側は研磨領域１３を含み、該研磨領域１３の全反射が選択した用途向けに十分でない場合、任意にこれに高反射性層１８が施与される。

図７は、本発明によるコンバータホイール１０の第５の実施形態の断面図を示す。コンバータホイールは、結合層１６を利用して互いに結合している、コンバータ材料１４とコンバータ基材１２とから構成されている。本発明の第５の実施形態によるコンバータ基材１２は、金属、セラミックス、またはセラミックス−金属層状複合材料である。結合層１６は、拡散反射面として機能するセラミック接着剤から形成される。

図８は、コンバータ基材１２の一実施形態の平面図を示す。コンバータ基材は、研磨領域１３を有し、該研磨領域１３の粗さは非研磨領域と比べて低いため、その全反射が高まっている。図示する実施形態では、研磨領域１３が、続いて結合層１６およびコンバータ材料１４を施与する領域に対応する。好ましくは、さらに高反射性層１８、特にＡｇベース層を施与するが、ただし、該高反射性層は、コンバータ基材１２の研磨領域１３と透明結合層１６、例えば透明接着剤との間にある。しかしながら、研磨領域が、目的に十分な反射性を有する場合、高反射性層１８の施与を省略することも可能である。

１０ コンバータホイール
１２ コンバータ基材
１３ コンバータ基材の研磨領域
１４ コンバータ材料
１６ 結合層
１８ 高反射性層
２０ 第１の基材層
２２ 第２の基材層
２４ 第３の基材層

Claims (16)

1. 少なくとも部分的に第１の波長の光を第２の波長の光に変換させるための少なくとも１つの無機コンバータ材料（１４）と１つのコンバータ基材（１２）とを含む光コンバータホイール（１０）であって、前記コンバータ基材（１２）が、４〜１８×１０^−６１／Ｋ、好ましくは５〜１５×１０^−６１／Ｋ、特に好ましくは５〜１０×１０^−６１／Ｋの熱膨張係数ＣＴＥ_ＫＳおよび２０℃における少なくとも５０Ｗ／ｍＫ、好ましくは１００Ｗ／ｍＫ、特に好ましくは１５０Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有することを特徴とする、光コンバータホイール（１０）。
2. 前記少なくとも１つのコンバータ材料（１４）が、モノリスリングの形で前記コンバータ基材に施与されていることを特徴とする、請求項１記載の光コンバータホイール（１０）。
3. 前記少なくとも１つのコンバータ材料（１４）が、リング切片の形で前記コンバータ基材（１２）に施与されていることを特徴とする、請求項１記載の光コンバータホイール（１０）。
4. 前記コンバータ基材（１２）が、少なくとも１つのセラミックスＫ１、少なくとも１つの金属Ｍ１、または少なくとも１つのセラミックス−金属複合材料ＫＭを含むことを特徴とする、請求項１から３までのいずれか１項記載の光コンバータホイール（１０）。
5. 前記少なくとも１つのセラミックスＫ１が、窒化ケイ素、ヒ化ガリウム、窒化ガリウム、窒化アルミニウム、炭化アルミニウム、炭化ケイ素、ＡｌＳｉＣ、ＡｌＳｉ、酸化ベリリウム、およびＣｕＣ、ならびにそれらの２つ以上の混合物からなる群から選択され、好ましくは窒化アルミニウムであることを特徴とする、請求項４記載の光コンバータホイール（１０）。
6. 前記少なくとも１つの金属Ｍ１が、鉄、ニッケル、および銅からなる群から選択され、好ましくは鉄であることを特徴とする、請求項４記載の光コンバータホイール（１０）。
7. 前記少なくとも１つのセラミックス−金属複合材料ＫＭが、少なくとも１つのセラミックスＫ２と少なくとも１つの金属Ｍ２とを含み、前記少なくとも１つのセラミックスＫ２が、好ましくは、窒化ケイ素、ヒ化ガリウム、窒化ガリウム、窒化アルミニウム、炭化アルミニウム、炭化ケイ素、ＡｌＳｉＣ、ＡｌＳｉ、酸化ベリリウム、ＣｕＣ、および酸化アルミニウムからなる群から選択され、好ましくは酸化アルミニウムおよび窒化アルミニウムであり、かつ前記少なくとも１つの金属Ｍ２が、好ましくは鉄、ニッケル、および銅からなる群から選択され、好ましくは銅であることを特徴とする、請求項４記載の光コンバータホイール（１０）。
8. 前記セラミックス−金属複合材料ＫＭが、好ましくは、第１の金属Ｍ２Ａからなる第１の層、続くセラミックスＫ２からなる第２の層、ならびに第２の金属Ｍ２Ｂからなる第３の層を含むサンドイッチ複合材料であり、前記金属Ｍ２ＡおよびＭ２Ｂが、同じであるかまたは異なり、好ましくは同じであることを特徴とする、請求項４または７記載の光コンバータホイール（１０）。
9. 前記少なくとも１つのセラミックスＫ２が酸化アルミニウムであり、かつ前記少なくとも１つの金属Ｍ２ないしはＭ２ＡおよびＭ２Ｂが銅であることを特徴とする、請求項４、７および８のいずれか１項記載の光コンバータホイール（１０）。
10. 前記少なくとも１つの無機コンバータ材料（１４）が、結合層（１６）を介して前記コンバータ基材（１２）と互いに結合しており、前記結合層（１６）が、好ましくは少なくとも１つの接着剤、少なくとも１つのガラス、少なくとも１つのセラミック接着剤、または少なくとも１つのはんだ金属間化合物から形成されることを特徴とする、請求項１から９までのいずれか１項記載の光コンバータホイール（１０）。
11. 前記結合層（１６）を、少なくとも２０℃、好ましくは少なくとも３５℃、好ましくは少なくとも５５℃の温度で形成することを特徴とする、請求項１０記載の光コンバータホイール（１０）。
12. 前記少なくとも１つの無機コンバータ材料（１４）が、少なくとも１つの活性元素としてＣｅを含むセラミック相Ａ_３Ｂ_５Ｏ_１２を含む単相多孔質オプトセラミックスであり、ここで、Ａは、元素Ｙ、Ｇｄ、Ｌｕ、およびそれらの組み合わせの群から選択され、Ｂは、元素Ａｌ、Ｇａ、およびそれらの組み合わせの群から選択されるものとし、前記オプトセラミックスの密度が、好ましくは＜９７％であることを特徴とする、請求項１から１１までのいずれか１項記載の光コンバータホイール（１０）。
13. 前記コンバータホイールが、さらに少なくとも１つの高反射性層（１８）を含み、前記少なくとも１つの高反射性層（１８）が、好ましくは銀層、Ｃｒ／Ａｇ層、または銀ベース層を含み、好ましくは銀層を含むことを特徴とする、請求項１から１２までのいずれか１項記載の光コンバータホイール（１０）。
14. 前記少なくとも１つのコンバータ材料の熱膨張係数ＣＴＥ_ＫＭと前記コンバータ基材の熱膨張係数ＣＴＥ_ＫＳとの差が、
    ＣＴＥ_ＫＭ−ＣＴＥ_ＫＳ＝−５×１０^−６１／Ｋ〜２×１０^−６１／Ｋ、好ましくは−３．５×１０^−６１／Ｋ〜２×１０^−６１／Ｋ
    であることを特徴とする、請求項１から１３までのいずれか１項記載の光コンバータホイール（１０）。
15. 請求項１から１４までのいずれか１項記載の光コンバータホイール（１０）の製造方法であって、
    ａ）前記コンバータ基材（１２）を準備するステップと、
    ｂ）任意に、前記コンバータ基材（１２）の表面の少なくとも一部に、少なくとも１つの高反射性層（１８）を施与するステップと、
    ｃ）任意に、ステップａ）またはｂ）で得られた前記少なくとも１つのコンバータ基材（１２）および／または少なくとも１つのコンバータ材料（１４）に、結合層（１６）を施与するステップと、
    ｄ）前記コンバータ基材（１２）と前記少なくとも１つのコンバータ材料（１４）とを結合させるステップと
    を含む、方法。
16. 動的光応用における、好ましくは高性能レーザプロジェクタにおける、請求項１から１４までのいずれか１項記載の光コンバータホイール（１０）の使用。