WO2012146467A1 - Method for forming a phosphor arrangement and associated phosphor arrangement - Google Patents

Method for forming a phosphor arrangement and associated phosphor arrangement Download PDF

Info

Publication number
WO2012146467A1
WO2012146467A1 PCT/EP2012/056101 EP2012056101W WO2012146467A1 WO 2012146467 A1 WO2012146467 A1 WO 2012146467A1 EP 2012056101 W EP2012056101 W EP 2012056101W WO 2012146467 A1 WO2012146467 A1 WO 2012146467A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
substrate
phosphor
metallic layer
heat sink
coated
Prior art date
Application number
PCT/EP2012/056101
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Tobias Gleitsmann
Original Assignee
Osram Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Osram Ag filed Critical Osram Ag
Publication of WO2012146467A1 publication Critical patent/WO2012146467A1/en

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0011—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
    • G02B6/0033—Means for improving the coupling-out of light from the light guide
    • G02B6/005—Means for improving the coupling-out of light from the light guide provided by one optical element, or plurality thereof, placed on the light output side of the light guide
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B33/00—Electroluminescent light sources
    • H05B33/10—Apparatus or processes specially adapted to the manufacture of electroluminescent light sources
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2933/00—Details relating to devices covered by the group H01L33/00 but not provided for in its subgroups
    • H01L2933/0008—Processes
    • H01L2933/0033—Processes relating to semiconductor body packages
    • H01L2933/0041—Processes relating to semiconductor body packages relating to wavelength conversion elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/64—Heat extraction or cooling elements
    • H01L33/644—Heat extraction or cooling elements in intimate contact or integrated with parts of the device other than the semiconductor body

Definitions

  • the invention relates to a method for forming a phosphor arrangement by coating phosphors on transparent substrates with metallic films. Furthermore, the invention relates to a phosphor arrangement formed by the method.
  • LEDs Light e_mitting diode - emit light ⁇ de diode
  • laser usually in the form of laser diodes used.
  • LEDs which are representatives of so-called thermal radiators
  • these light sources emit light in a narrow spectral range, so that their light is almost monochrome or exactly monochrome.
  • Spekt ⁇ ral Schemee tap is irradiated and in turn emit light of a different wavelength, for example, in the light conversion in which phosphors by means of LEDs and / or laser diodes.
  • Layer is generated to convert to white light.
  • phosphorus thin fluorescent layers are silicate minerals such as cubic (garnet group), orthosilicates or nitrites on surfaces of entspre ⁇ sponding carriers applied.
  • the phosphor layers are usually mechanically fixed with binders and attached to an optical system (lenses, collimators, etc.), wherein the light coupling can be done for example via air or by means of an immersion medium.
  • an optical system lens, collimators, etc.
  • the phosphors are usually excited to emit by means of LEDs and / or laser diodes with high light output.
  • the resulting thermal losses must be dissipated via the carrier in order to avoid overheating and thus thermally induced changes in the optical properties or the destruction of the phosphor.
  • Common methods for circumventing this problem are the use of a color wheel or limiting the light output with which the phosphor layers are irradiated.
  • the phosphors which are usually in powder form, without the additional use of binders, such as silicones, no mechanically stable layers, ie no abrasion and / or scratch-resistant Layers. Binders are also generally used to match the phosphor particles to a phase, which can then be carried on corresponding surfaces on ⁇ . When binders are used for layer stabilization, however, these binders themselves can interact with the phosphors and thus adversely affect their optical and thermal properties, as well as their service life.
  • binders such as silicones
  • no mechanically stable layers ie no abrasion and / or scratch-resistant Layers.
  • Binders are also generally used to match the phosphor particles to a phase, which can then be carried on corresponding surfaces on ⁇ .
  • binders are used for layer stabilization, however, these binders themselves can interact with the phosphors and thus adversely affect their optical and thermal properties, as well as their service life.
  • the coating process itself is limited by the nature of the carrier materials.
  • high-temperature processes in connection with many metallic materials due to their relatively low melting temperatures can not be performed.
  • anneal processes are then limited by the application of a luminescent binder phase to a tempera ture ⁇ below the melting temperature of aluminum; Sintering processes in which temperatures beyond 1000 ° C are reached are completely excluded.
  • good heat conductive ceramic materials such as aluminum nitride instead of aluminum conceivable, but this would be an increased technological and financial effort.
  • a method of forming a phosphor arrangement which avoids the aforementioned disadvantages or at least reduced, being formed by the method of Example ⁇ as improved coupling between the carrier or a cooling element, and the phosphor layer can be, so that an improved heat dissipation can be guaranteed.
  • a phosphor arrangement which has, for example, an improved coupling between the carrier or a cooling element and the phosphor layer.
  • a method of forming a phosphor arrangement comprising providing a substrate, depositing phosphor onto a surface of the sub ⁇ strats, depositing a metallic layer on the phosphor and depositing the metallic layer on at least a portion of the surface of the sub ⁇ strats such that the phosphor of the metallic layer and the substrate is essentially a ⁇ is encapsulated fully.
  • the metallic layer may accordingly extend to a transition region between the phosphor and the substrate surrounding it.
  • Substantially encapsulated or enveloped here means that the metallic layer needs to cover the entire surface of the phosphor ⁇ substance which is not in contact with the Substratoberflä ⁇ che, not mandatory. Rather, openings or recesses may be provided in the metallic layer, for example by corresponding cut-outs for sensors for detecting a temperature of the phosphor and / or provide an irradiance of auftref on the phosphor ⁇ fenden light.
  • the substrate may be any type of optical element, such as lenses, collimators, luminescent plates.
  • the substrate can be made of one material, but it can also have several different layers, for example an arrangement of layers with different refractive indices.
  • the substrate may be transparent or at least translucent with respect to the at least one light ⁇ wavelength of the converted light which falls on the phosphor as well as with respect to the at least one wavelength which is emitted from the phosphor conversion of the light.
  • the phosphor used can be a phosphor mixture in various embodiments, which has a mixture of different ⁇ nen phosphors, which for example light can be generated, which combines several different colors. Suitable phosphors are known in the art.
  • Typical phosphors are, for example, silicates, nitrides, oxides, phosphates, borates, oxynitrides, sulfides, selenides, and halides of aluminum, silicon, magnesium, calcium, barium, strontium, zinc, cadmium, manganese, indium, other transition metals, or rare earth metals such as yttrium, gadolinium or lanthanum doped with an activator such as copper, silver, aluminum, manganese, zinc, tin, lead, cerium, terbium, titanium, antimony or europium.
  • an activator such as copper, silver, aluminum, manganese, zinc, tin, lead, cerium, terbium, titanium, antimony or europium.
  • the phosphor is an oxidic or (oxi-) nitridic phosphor, such as a garnet, orthosilicate, nitrido (alumo) silicate or nitrite. doorthosilicate, or a halide or halophosphate.
  • suitable phosphors are strontium chloroapatite: Eu ((Sr, Ca) 5 (PO 4) 3 Cl: Eu, SCAP), yttrium aluminum granite: cerium (YAG: Ce) or CaAlSiN 3: Eu.
  • particles with light-scattering properties and / or auxiliaries may be included.
  • the phosphor can be applied in the form ei ⁇ ner planar layer to the substrate.
  • the phosphor may also be applied to a pre-structured upper ⁇ surface of the substrate that game, a plurality of recesses or Einsen- may have effects at one or ⁇ .
  • the metallic layer can be applied to the surface of the phosphor as needed, but it can also be omitted parts.
  • the method may comprise attaching the coated substrate to a heat sink, wherein at least a portion of the coated surface of the metallic layer of the substrate with a surface of the heat sink is ebentech ⁇ cally coupled.
  • the metallic layer can act as a heat-conducting layer and support the removal of the heat from the phosphor to the heat sink.
  • the heat sink may be in physical contact with the entire surface of the substrate, which is exposed to the metallic material, it may also be in physical contact with areas of the substrate, which are not covered by the metallic layer.
  • the heat sink may consist of or comprise one or more readily heat-conducting materials, for example silver, copper, aluminum, graphite, sapphire (Al 2 O 3), diamond, silicon carbide, magnesium and / or iron.
  • the heat sink may also have ceramics such as A1N and / or alloys, for example aluminum alloys or brass, "solder" in conjunction with a soldering technique for mechanically and thermally optimized connection to the heat sink and / or one or more heat pipes, so-called “heat pipes”.
  • Wei ⁇ ter may have the heat sink thermally conductive elastomers, such et ⁇ wa silicone, and / or PMMA, polycarbonate.
  • the above-mentioned materials and / or their specific arrangements can, of course, be arbitrarily combined as desired in order to achieve, for example, optimum heat dissipation and mechanical stabilization of the arrangement.
  • the heat sink may be shaped to increase or maximize its surface area to optimize the heat dissipation process to the environment.
  • the substrate which is a high melting point and with respect to the at least one wavelength of the phosphor irradiated light so-like with respect to the at least one wavelength of the radiated from the fluorescent light transparent or at ⁇ least translucent is.
  • the substrate may, for example, glass and / or plastic and / or transparent high ⁇ melting ceramic and / or a transparent semiconductor ter, for example ITO (indium tin oxide - indium tin oxide) and / or a TCO (transparent conducting oxide - transparent conductive oxide).
  • the substrate may be high melting glass or refractory Kera ⁇ mik, for example, by the company LUMICERA Murata manu- facturing Co., Ltd.
  • the term can mean "high-melting" means that the respective Mate ⁇ rial (eg glass or ceramic) having a (considerably) higher melting temperature compared to many metallic materials such as aluminum with a melting temperature of 660 ° C, have so Hochtemperaturpro ⁇ processes can be executed in the application of the method for manufacturing ei ⁇ ner corresponding phosphor arrangement (as opposed to many metallic materials that are not suitable for a high temperature process due to their relatively low melting temperatures).
  • a high-melting Glass or a refractory ceramic have a melting temperature in a range of about 900 ° C to about 1250 °, for example about 1200 ° C, which corresponds to the transformation temperature of quartz, or for example about 1100 ° C, which melt the transformation temperature of the doped glasses, for example, or in a range of about 1900 ° C to about 2100 ° C, for example, about 2053 ° C, which corresponds to the melting temperature of Al2O3 (sapphire).
  • the application of the phosphor to the surface of the substrate can take place by means of a method from a process group which comprises a slurry process, a sol gel process, a printing process, a spraying process Sintering process, a cathodic dip painting process, a press-in process and a sinking process be ⁇ stands.
  • the layer formation may be carried out by spin coating, depending on the film forming method, whereby a particularly uniform layer, it can be ⁇ ranges.
  • the layer-forming process may include an ultrasonic treatment.
  • the application of phosphor to the surface of the substrate can take place without the use of a binder.
  • the binder may be, for example, in a Einpresspro ⁇ process unnecessary where the phosphor is in the range of a recess or depression is applied and pressed together in such a manner or pressed into the recess, that a solid structure made of phosphor is formed, further than the depression with the substrate connected is.
  • the metallic layer may be optically dense. Furthermore, the metallic layer may be reflective. As a result, the light losses can be minimized, ie the exciting light can be guided by reflections to the luminescent ⁇ material without prematurely ver ⁇ leave the substrate and converted light can be guided by reflections to the exit surface without the substrate vorzei ⁇ term leave. Moreover, it is possible to use the metallic layer as a reflector, so that a directed light emission is made possible.
  • the metallic layer can be a homogeneous layer, but it can also be an alloy or a suitable layer sequence or arrangement of different layers. To find, for example, a compromise between Reflexi ⁇ onsgrad and thermal conductivity.
  • the metallic layer may, for example, comprise at least one of the following materials: gold, silver, aluminum and / or chromium.
  • At least a portion of the surface coated with the metallic layer of the substrate may be brought into physical contact with the surface of the heat sink. Through the physical contact, waste heat can be dissipated through the metalli ⁇ specific layer to the heat sink which is formed in the phosphor.
  • the method may further comprise applying a heat conductive material to a portion of the metallic layer coated surface of the substrate. That would ⁇ me technicallyde material may then support the heat transport between the metallic layer and the surface of the heat sink or improve pers.
  • the heat-conductive material may be provided on the entire contact surface between the heat sink and the metallic layer, but it may also be provided only on a part thereof, for example, if a direct contact between the heat sink and the metallic layer is desired at least in a region of the contact point by which, for example, a reinforced connection between the heat sink and the substrate is to be provided.
  • the coated substrate may be soldered to the heat sink or be plugged.
  • the substrate and the heat sink can have at least a partial region such ⁇ mating surface contours that a plug-in connection can be produced.
  • a phosphor assembly comprising a substrate, a phosphor disposed on a surface of the substrate, and a metallic layer disposed on the phosphor.
  • the substrate may be any type of optical element, such as lenses, collimators, luminescent plates.
  • the substrate can be made of one material, but it can also have several different layers, for example an arrangement of layers with different refractive indices.
  • the phosphor used may be a phosphor mixture comprising a mixture of different phosphors, whereby, for example, light can be generated which combines several different colors.
  • the phosphor can be applied to the substrate in the form of a flat layer.
  • the phosphor may also be applied to a vorstruktu ⁇ tured surface of the substrate wel ⁇ che may comprise in one or more areas, for example, a notch or depression.
  • the metallic layer may be applied as required coverage on the phosphor, but it can be also saves part ⁇ areas.
  • the phosphor arrangement may be such the metallic layer angeord ⁇ net on at least a portion of the surface of the substrate or that of the phosphor of the metal- metallic layer and the substrate is encapsulated.
  • the metallic layer may accordingly extend to a transition region between the phosphor and the substrate surrounding it.
  • phosphor may be sealed or encapsulated, ie, the surface of the phosphor that is not in contact with the substrate is covered by the metallic layer, thereby completely enveloping the phosphor.
  • the phosphor arrangement may further comprise a heat sink attached to the substrate, wherein at least a portion of the surface of the substrate coated with the metallic layer is thermally coupled to a surface of the heat sink.
  • the metallic layer can act as a heat-conducting layer and support the removal of heat from the phosphor to the cooling ⁇ body.
  • the heat sink may be in contact with the entire surface of the substrate, wel ⁇ che is acted upon by the metallic material, it may also be in contact with areas of the substrate, which are not covered by the metallic layer.
  • the heat sink can consist of one or more readily heat-conducting materials, for example silver, copper and / or iron.
  • the heat sink may be formed such that its surface area is increased or maximized To ⁇ office to optimize the heat transfer process to the.
  • the coated layer with the metallic surface of the substrate with the surface of the cooling body ⁇ may be in physical contact. By physically contact can loan waste heat, which is ent ⁇ in the phosphor, are guided via the metallic layer on the heat sink ⁇ .
  • the phosphor arrangement may further comprise a heat-conductive material which is arranged between the surface of the substrate coated with the metallic layer and the surface of the cooling body.
  • the thermally conductive Materi ⁇ al can then support or improve the heat transfer between the metallic layer and the surface of the heat sink.
  • the heat-conductive material may be provided on the entire contact surface between the heat sink and the metallic layer, but it may also be provided only on a part thereof, for example, if a direct contact between the heat sink and the metallic layer is desired at least in a region of the contact point by which, for example, a reinforced connection between the heat sink and the substrate is to be provided.
  • FIGS. 1A to IE phosphor arrangements according to various embodiments
  • FIGS. 2A to 2E illustrate the method of forming a phosphor array according to various embodiments
  • FIGS. 1A to IE show some embodiments of the phosphor arrangement. This execution ⁇ examples represent only a selection of many different embodiments are intended to illustrate to us as a result of the underlying production process, only the basic idea of the phosphor arrangement. Insbesonde ⁇ re the geometrical shapes and dimensions used in the Fig.lA to Fig. IE are not restrictive se ⁇ hen.
  • a From Leuchtstoffanord- guide is shape voltage 100 shown, in which phosphor 104 disposed on ei ⁇ nem substrate 102, wherein the phosphor-coated 104 from below by means of the substrate 102 and the side and from above by means of the metallic layer 106 is.
  • the phosphor 104 is present in encapsulated form.
  • the surface of the metallic layer facing away from the phosphor 104 is curved, ie it has an oval shape, which it assumes, for example, after application in a liquid phase by solidification or cooling.
  • the substrate may comprise, for example, glass and / or plastic and / or a transparent semiconductor, for example ITO (indium tin oxide) and / or a TCO (transparent conducting oxide). Further, the substrate may be refractory glass or refractory ceramic, for example, Luminicera from Murata Manufacturing Co., Ltd. or another transparent ceramic. Suitable phosphors are known in the art.
  • Typical phosphors are for example silicates, nitrides, Oxi ⁇ de, phosphates, borates, oxynitrides, sulfides, selenides, and halides of aluminum, silicon, magnesium, calcium, barium, strontium, zinc, cadmium, manganese, indium, other transition metals, or rare earth metals such as yttrium, gadolinium or lanthanum doped with an activator such as copper, silver, aluminum, manganese, zinc, tin, lead, cerium, terbium, titanium, antimony or europium.
  • an activator such as copper, silver, aluminum, manganese, zinc, tin, lead, cerium, terbium, titanium, antimony or europium.
  • the phosphor is an oxidic or (oxi-) nitride phosphor such as garnet, orthosilicate, nitrido (alumo) silicate or nitrido orthosilicate, or a halide or halophosphate.
  • suitable phosphors are ge ⁇ Strontiumchloroapatit: Eu ((Sr, Ca) 5 (P04) 3C1: Eu; SCAP), yttrium-aluminum-Grant: cerium (YAG: Ce) or CaAlSiN3: Eu.
  • the phosphor 104 is present in a recess or depression in the substrate 102.
  • the phosphor 104 may be guide form pressed in this into the substrate 102, thus for example to ⁇ applied next in the area of the recess in the substrate and be subsequently solidified under pressure in the region of the recess, so that the phosphor is anchored in the recess 104 ,
  • the phosphor 104 located in the recess of the substrate 102 may form a flat surface with the upper surface of the substrate, as shown in FIG. 1B.
  • the phosphor 104 may also have an upper surface, which is arranged below or above the upper surface of the substrate 102.
  • the phosphor 104 may additionally be present on the upper surface of the substrate 102 outside the depression, for example if an anchoring region in the form of a depression is desired, but this does not extend over the entire contact surface between substrate 102 and phosphor 104.
  • a metallic layer 106 is also provided here, which together with the substrate 102 seals or encapsulates the phosphor.
  • the phosphor arrangement according Fig.lB said pressing in of the phosphor 104 enables application of the phosphor 104 on the surface of the substrate 102 without Bin ⁇ DEMITTEL, whereby the above mentioned problems associated with the use of binders are connected, can be solved.
  • FIG. 1C shows another embodiment of a phosphor arrangement 100.
  • the sub ⁇ strat 102 has an oval shape and may for example be formed into a lens.
  • the phosphor 104 has a contact area with the substrate 102, its upper surface is curved thereby FLAE ⁇ or oval.
  • Such a phosphor layer can be finished, for example, by applying the phosphor wet or in a liquid phase and then running on the surface of the substrate 102 and thereby solidifying.
  • the phosphor ⁇ ser assembly 100, a metallic layer 106 is provided such on the phosphor 104 and the substrate 102 such that the phosphor 104 present in encapsulated form.
  • the metallic layer 106 as shown in Fig.
  • IC are present in a box shape (unlike, for example in the from Fig.lA be ⁇ known embodiment), thereby encapsulating the phosphor 104 with the substrate 102.
  • the box shape of the metallic layer 106 may provide, for example, an op-optimized ⁇ pluggable coupling surface for connecting to ei ⁇ nem heatsink.
  • the metallic layer 106 may also be convex.
  • Fig.lD yet another embodiment of the phosphor arrangement 100 is shown. This embodiment corresponds to the embodiment shown in FIG. 1B, but in this case the metallic layer 106 beside the upper surface of the substrate 106 extends to a further area of the surface of the substrate 106, namely the side surfaces of the substrate 106.
  • the region of the surface of the substrate 102 covered with the metallic layer 106 corresponds to the light entry surface through which light can pass from the outside through the substrate 102 to the phosphor 104.
  • the provision of the reflective metallic layer 106 on the upper surface and the side surfaces of the substrate 106 forms a re ⁇ flektorschale which can reduce to a loss of light and forms a basis for providing a vee- th light beam which leaves the phosphor arrangement 100th Further, a Be marflambaigeres ⁇ riding make the metallic layer 106 may have a positive effect on the mechanical stability of the entire phosphor arrangement 100th
  • the embodiment of the phosphor arrangement 100 shown in FIG. IE corresponds to the embodiment shown in FIG. tion form, wherein the side surfaces of the substrate 102 are only partially covered by the metallic layer 106.
  • the phosphor arrangements illustrated in FIGS. 1A to 1E can furthermore have, as an additional optional feature, a cooling element or a cooling body, which can be provided on the phosphor arrangement 100 for improved heat dissipation.
  • the heat sink can absorb heat from the metallic layer 106 via a direct physical contact or an indirect physical contact (eg via a layer of heat-conducting medium).
  • FIG. 2E An illustration of an embodiment of the phosphor arrangement with a heat sink attached thereto is shown in FIG. 2E and will be explained later.
  • the phosphor 104 may be formed into a layer after the deposition by means of one of the above-mentioned methods, or it may be formed directly as such.
  • the thickness of the phosphor layer can be between 10 .mu.m and 200 .mu.m. Preferably, the thickness of the phosphor layer between 30 ⁇ and 150 ⁇ lie.
  • the actual thickness of the luminescent ⁇ material layer can be adapted to the particular application, taking into account the fact that with decreasing thickness of the phosphor layer 104, the removal of heat from the substrate surface contacting surface of the phosphor layer 104 to the metallic layer 106 and optionally below the heat sink is improved.
  • the thickness of the metallic layer 106 is open at the top. A minimum thickness results from the requirement of a satisfactory Reflection property of the metallic layer and thus can be in the range between 0.5 ⁇ and ⁇ .
  • the substrates are elements of plastic material, such as synthetic plastic lenses ⁇ .
  • the phosphor may be a phosphor-adhesive mixture is applied to the surface of the plastics material substrate in the form ⁇ and covered with an aluminum layer. The advantage of such phosphor arrangements made on the basis of plastic substrates lies in the high degree of miniaturization and / or integration.
  • FIGS. 2A to 2E An exemplary embodiment of the method for forming a phosphor arrangement is illustrated below with reference to FIGS. 2A to 2E.
  • FIG. 2A shows an arrangement 200 on which the method for forming a phosphor arrangement is based.
  • the arrangement 200 is a substrate 202 or an optical element, which in this case has the shape of a funnel and represents a collimator suppository.
  • the exemplified collimator suppository for exemplifying a base for a phosphor array light enters the collimator suppository over the open rectangular area on the right side of the array 200. The light converted to the phosphor and reflected back into the collimator suppository also leaves it through the same area ,
  • the funnel-shaped collimator suppository 202 is just one of many possible shapes that can be used as a basis.
  • Substrate can be used to form a phosphor arrangement.
  • the base area ie the portion of the substrate 202 marked with a circle 210 in FIG. 2A
  • the base area ie the portion of the substrate 202 marked with a circle 210 in FIG. 2A
  • the circle 210 in FIG. 2A marks a subregion of the substrate 202, which is shown in cross section in FIGS. 2B to 2E for illustrating the method according to various exemplary embodiments.
  • the method of forming a phosphor array begins by first applying the phosphor 204 to the surface of the substrate 202, as shown in FIG.
  • the phosphor can be applied directly to the substrate 202 in a uniform layer or in the form of an undefined or irregular deposition.
  • the surface can be of the substrate 202 on which the phosphor 204 is positioned carry ⁇ be pretreated by recesses or depressions are provided, which form traps or anchoring points for the phosphor 204th
  • the application of phosphor 204 to substrate 202 may be accomplished by the methods mentioned above.
  • FIG. 2C shows a phase in the process of forming the phosphor array 200 and a stage of the phosphor array 200 after the film-forming process of the phosphor layer 204 is completed.
  • This may for example comprise a rotation of the substrate 202 to the off ⁇ form a uniform planar phosphor layer 204th
  • the phosphor layer 204 can undergo a drying process and / or a baking process.
  • the process step of forming the metalli ⁇ rule layer is illustrated.
  • an optically dense and reflective metal layer is applied to the back ⁇ side of the phosphor layer 204 and the transition region to the surface of the substrate 202.
  • the transition ⁇ area may also in principle comprise all facing away from the light incident surface of the substrate 202 as guiding form the phosphor arrangement already tert erläu- example, based on the embodiment shown in Figure 2D corner.
  • a reflector dish about the substrate 202 is formed with which the reflector cup light losses can be redu ⁇ sheet.
  • Light losses in this exemplary embodiment of the phosphor arrangement 200 include inter alia light which, although entering the collimating suppository, is not converted and / or the collimation suppositories in other ways as through the entrance surface leaves (for example, through the transparent wall of the substrate 202), or even converted light, which could leave the Kollimationszäpfchen without the reflective metallic layer in other ways than by the designated exit surface (which is equal to the entrance surface).
  • the application of the metallic layer 106 may be effected for example by vapor deposition of a corresponding mate rials ⁇ or composite material, such as silver, aluminum and / or gold.
  • the metallic film 206 204 protects the phosphor from external influences and stabilized at the same time, the phosphor arrangement 200.
  • the metallic layer may comprise alloys and / or layer sequences of different materials.
  • FIG. 2E illustrates a process step of the method according to various embodiments, in which a heat sink 208 is attached to the substrate 206 coated with the metallic layer 206.
  • the coupling between the heat sink and the surface coated with the metallic layer 206, substrate 202 is formed so as to enable a heat transfer from the me ⁇ -metallic layer 206 to the heat sink. This can be achieved, for example, by providing a thermal compound between the contacting surfaces. be enough.
  • a runner system may be provided in the heatsink near the metallic layer through which a cooling fluid circulates, to provide a ⁇ to additional heat sink.
  • the choice of the type and the attachment of such coolant for transporting the heat can be adapted in the process according to various embodiments of the individual needs, so that the phosphor can be irradiated 204 with high Leis ⁇ obligations without, in its function impaired to become.
  • the connection between the heat sink 208 and the metallic layer 206 of the substrate 202 may be effected by soldering. It can also, as shown in the example shown in Figure 2E, a customized opening in the heat sink 208 are provided, in which the coated substrate 202 can be ⁇ sets, so that the heat sink 208 via a pluggable connection with the metallic Layer 206 coated substrate 202 is connected.
  • the basic idea of the method just described consists in the thermal deposition of a phosphor on a substrate, after which a metallic layer is applied to the sub ⁇ strat. Since the substrate which may have at ⁇ game as glass or ceramics, is supplyschmel ⁇ zend, provides the method according to various exemplary forms of access to coating processes which are not possible on metal substrates (because the metal would evaporate in the substrate during the thermal application).
  • the application of the phosphor layer to the substrate further provides an optimized optical attachment of the phosphor to the substrate.
  • the metallic layer which on the phosphor and optionally on the Substrate applied reduces optical losses, forming a playful encapsulation. At the same time, this encapsulation can improve the mechanical stability of the phosphor arrangement.
  • the attachment of the warming metallic layer on the phosphor and optionally the substrate also ensures good thermal contact and can thus improve the heat removal from the phosphor, sometimes the Entvetinde metallic layer can adapt to the surface roughness of the phosphor and thereby an enlarged interface between the metallic layer and the phosphor is formed.
  • This effect can be exploited strengthened the example, an expensive but good thermal conductivity Ma ⁇ TERIAL such as silver, is used directly at the interface in ⁇ .

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Led Device Packages (AREA)

Abstract

In various exemplary embodiments a method for forming a phosphor arrangement (100) is provided, which comprises providing a substrate (102), applying phosphor (104) to a surface of the substrate (102), applying a metallic layer (106) to the phosphor (104) and to at least one partial region of the surface of the substrate (102) in such a way that the phosphor (104) is substantially completely encapsulated by the metallic layer (106) and the substrate (102).

Description

Beschreibung  description
Verfahren zum Bilden einer Leuchtstoffanordnung und dazugehörige Leuchtstoffanordnung A method of forming a phosphor array and associated phosphor array
Technisches Gebiet Technical area
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bilden einer Leuchtstoffanordnung mittels Beschichtens von Leuchtstof- fen auf transparenten Substraten mit metallischen Filmen. Ferner betrifft die Erfindung eine mit dem Verfahren gebildete Leuchtstoffanordnung . The invention relates to a method for forming a phosphor arrangement by coating phosphors on transparent substrates with metallic films. Furthermore, the invention relates to a phosphor arrangement formed by the method.
Stand der Technik State of the art
Heutzutage kommen bei modernen Beleuchtungseinrichtungen vermehrt energieeffiziente und intensitätsstarke Licht- quellen wie LEDs (_light e_mitting diode - lichtemittieren¬ de Diode) bzw. Laser, meist in Form von Laserdioden, zum Einsatz. Anders als Glühbirnen, bei denen es sich um Vertreter der sogenannten thermischen Strahler handelt, emittieren diese Lichtquellen Licht in einem eng begrenz- ten Spektralbereich, so dass ihr Licht nahezu monochrom bzw. exakt monochrom ist. Eine Möglichkeit weitere Spekt¬ ralbereiche zu erschließen besteht beispielsweise in der Lichtkonversion, bei welcher Leuchtstoffe mittels LEDs und/oder Laserdioden bestrahlt werden und ihrerseits Licht einer anderen Wellenlänge emittieren. Bei sogenannten „Remote-Phosphor" ( Fern-Phosphor ) -Anwendungen wird beispielsweise eine sich in einem Abstand zu einer Licht¬ quelle befindende phosphorhaltige Schicht von unten übli¬ cherweise mittels LEDs beleuchtet und strahlt ihrerseits Licht einer anderen Farbe, d.h. einer anderen Wellenlänge, ab. Beispielsweise kann diese Technik verwendet wer- den, um Licht blauer LEDs durch Beimischung von gelbemNowadays come with modern lighting equipment increasingly energy-efficient and high-intensity light sources such as LEDs (_Light e_mitting diode - emit light ¬ de diode) or laser, usually in the form of laser diodes used. Unlike light bulbs, which are representatives of so-called thermal radiators, these light sources emit light in a narrow spectral range, so that their light is almost monochrome or exactly monochrome. One way of further Spekt ¬ ralbereiche tap is irradiated and in turn emit light of a different wavelength, for example, in the light conversion in which phosphors by means of LEDs and / or laser diodes. In so-called "remote phosphor" (remote phosphor) applications a to exploiting Dende at a distance from a light ¬ source phosphorus-containing layer from below übli ¬ cherweise example, illuminated by LEDs and emits turn light of a different color, ie a different wavelength, For example, this technique can be used to light blue LEDs by adding yellow
Licht, welches durch Anregung einer phosphorhaltigenLight, which by excitation of a phosphorus-containing
Schicht erzeugt wird, in weißes Licht umzuwandeln. Layer is generated to convert to white light.
Für Remote-Phospor-Anwendungen werden dünne Leuchtstoff- schichten wie kubische Silikat-Minerale (Granat-Gruppe) , Orthosilikate oder Nitrite auf Oberflächen von entspre¬ chenden Trägern aufgebracht. Die Leuchtstoffschichten werden dabei meist mit Bindemitteln mechanisch fixiert und an ein optisches System (Linsen, Kollimatoren, etc.) angebunden, wobei die Lichtkopplung beispielsweise über Luft oder mittels eines Immersionsmediums erfolgen kann. Um eine möglichst optimale optische Anbindung des opti¬ schen Systems zum Leuchtstoff zu gewährleisten und Licht¬ verluste zu vermeiden, sollte eine möglichst direkte op- tische Anbindung gewährleistet werden. For remote applications phosphorus thin fluorescent layers are silicate minerals such as cubic (garnet group), orthosilicates or nitrites on surfaces of entspre ¬ sponding carriers applied. The phosphor layers are usually mechanically fixed with binders and attached to an optical system (lenses, collimators, etc.), wherein the light coupling can be done for example via air or by means of an immersion medium. To ensure the best possible optical connection of the optical ¬ rule system for fluorescent and avoid light ¬ losses, a possible direct optical connection should be ensured.
Bei den soeben genannten Anwendungen werden die Leuchtstoffe für gewöhnlich mittels LEDs und/oder Laserdioden mit hohen Lichtleistungen zur Emission angeregt. Die dabei entstehenden thermischen Verluste müssen über den Träger abgeführt werden, um eine Überhitzung und damit thermisch bedingte Änderungen der optischen Eigenschaften oder auch die Zerstörung des Leuchtstoffes zu vermeiden. Gängige Methoden zur Umgehung dieses Problems bestehen in der Verwendung eines Farbrads oder in der Begrenzung der Lichtleistung, mit welcher die Leuchtstoffschichten bestrahlt werden. In the just mentioned applications, the phosphors are usually excited to emit by means of LEDs and / or laser diodes with high light output. The resulting thermal losses must be dissipated via the carrier in order to avoid overheating and thus thermally induced changes in the optical properties or the destruction of the phosphor. Common methods for circumventing this problem are the use of a color wheel or limiting the light output with which the phosphor layers are irradiated.
Die Leuchtstoffe, die zumeist pulverförmig vorliegen, bilden ohne eine zusätzliche Verwendung von Bindemitteln, beispielsweise Silikonen, keine mechanisch stabilen Schichten, d.h. keine abrieb- und/oder kratzfesten Schichten. Bindemittel werden aber auch generell verwendet, um die Leuchtstoffteilchen zu einer Phase zusammenzubringen, welche dann auf entsprechende Oberflächen auf¬ getragen werden kann. Bei Verwendung von Bindemitteln zu Schichtstabilisierung können jedoch diese Binder selbst mit den Leuchtstoffen in Wechselwirkung treten und damit ihre optischen und thermischen Eigenschaften, sowie ihre Lebensdauer, negativ beeinflussen. The phosphors, which are usually in powder form, without the additional use of binders, such as silicones, no mechanically stable layers, ie no abrasion and / or scratch-resistant Layers. Binders are also generally used to match the phosphor particles to a phase, which can then be carried on corresponding surfaces on ¬. When binders are used for layer stabilization, however, these binders themselves can interact with the phosphors and thus adversely affect their optical and thermal properties, as well as their service life.
Prinzipiell wird der Beschichtungsprozess selbst durch Art der Trägermaterialien limitiert. So können Hochtemperaturprozesse in Verbindung mit vielen metallischen Materialien, aufgrund ihrer vergleichsweise niedrigen Schmelztemperaturen nicht ausgeführt werden. Beispielsweise im Fall von Aluminium mit einer Schmelztemperatur von 660°C sind dann Ausheizprozesse nach dem Auftragen einer Bindemittel-Leuchtteilchen-Phase auf eine Tempera¬ tur unterhalb der Schmelztemperatur von Aluminium beschränkt; Sinterprozesse, bei denen Temperaturen jenseits von 1000°C erreicht werden, sind gänzlich ausgeschlossen. Hier wäre der Einsatz gut wärmeleitfähiger keramischer Materialien wie Aluminiumnitrid statt Aluminium denkbar, allerdings wäre damit ein erhöhter technologischer und finanzieller Aufwand verbunden. In principle, the coating process itself is limited by the nature of the carrier materials. Thus, high-temperature processes in connection with many metallic materials, due to their relatively low melting temperatures can not be performed. For example, in the case of aluminum with a melting temperature of 660 ° C anneal processes are then limited by the application of a luminescent binder phase to a tempera ture ¬ below the melting temperature of aluminum; Sintering processes in which temperatures beyond 1000 ° C are reached are completely excluded. Here, the use of good heat conductive ceramic materials such as aluminum nitride instead of aluminum conceivable, but this would be an increased technological and financial effort.
Darstellung der Erfindung Presentation of the invention
In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird ein Verfahren zum Bilden einer Leuchtstoffanordnung bereitgestellt, welches die oben genannten Nachteile zumindest reduziert oder vermeidet, wobei mittels des Verfahrens beispiels¬ weise eine verbesserte Kopplung zwischen dem Träger oder einem Kühlelement und der LeuchtstoffSchicht gebildet werden kann, so dass ein verbesserter Wärmeabtransport gewährleistet werden kann. Ferner wird in verschiedenen Ausführungsbeispielen eine Leuchtstoffanordnung bereitgestellt, welche beispielsweise eine verbesserte Kopplung zwischen dem Träger oder einem Kühlelement und der Leuchtstoffschicht aufweist. In various embodiments, a method of forming a phosphor arrangement is provided which avoids the aforementioned disadvantages or at least reduced, being formed by the method of Example ¬ as improved coupling between the carrier or a cooling element, and the phosphor layer can be, so that an improved heat dissipation can be guaranteed. Furthermore, in various exemplary embodiments, a phosphor arrangement is provided which has, for example, an improved coupling between the carrier or a cooling element and the phosphor layer.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird ein Verfahren zum Bilden einer Leuchtstoffanordnung bereitgestellt, welches aufweist ein Bereitstellen eines Substrats, ein Aufbringen von Leuchtstoff auf eine Oberfläche des Sub¬ strats, ein Aufbringen einer metallischen Schicht auf den Leuchtstoff und ein Aufbringen der metallischen Schicht auf mindestens einen Teilbereich der Oberfläche des Sub¬ strats derart, dass der Leuchtstoff von der metallischen Schicht und dem Substrat im Wesentlichen vollständig ein¬ gekapselt wird. Die metallische Schicht kann sich demnach auf einen Übergangsbereich zwischen dem Leuchtstoff und dem ihn umgebenden Substrat erstrecken. Dadurch kann Leuchtstoff anschaulich versiegelt oder verkapselt wer- den, d.h. die Oberfläche des Leuchtstoffs, die nicht in Kontakt mit dem Substrat ist, wird durch die metallische Schicht ummantelt, wodurch der Leuchtstoff im Wesentli¬ chen vollständig umhüllt wird. Im Wesentlichen verkapselt bzw. umhüllt bedeutet hierbei, dass die metallische Schicht nicht zwingend die gesamte Oberfläche des Leucht¬ stoffs, welche nicht in Kontakt mit der Substratoberflä¬ che steht, abdecken muss. Vielmehr können Öffnungen oder Aussparungen in der metallischen Schicht vorgesehen sein, beispielsweise um entsprechende Freistellen für Sensoren zur Erfassung einer Temperatur des Leuchtstoffs und/oder einer Bestrahlungsstärke des auf den Leuchtstoff auftref¬ fenden Lichts vorzusehen. In various embodiments, a method of forming a phosphor arrangement is provided, comprising providing a substrate, depositing phosphor onto a surface of the sub ¬ strats, depositing a metallic layer on the phosphor and depositing the metallic layer on at least a portion of the surface of the sub ¬ strats such that the phosphor of the metallic layer and the substrate is essentially a ¬ is encapsulated fully. The metallic layer may accordingly extend to a transition region between the phosphor and the substrate surrounding it. Thereby, phosphor graphic sealed or encapsulated to advertising, that is, the surface of the phosphor, which is not in contact with the substrate is covered by the metallic layer, thereby forming the phosphor in Wesentli ¬ chen is completely enveloped. Substantially encapsulated or enveloped here means that the metallic layer needs to cover the entire surface of the phosphor ¬ substance which is not in contact with the Substratoberflä ¬ che, not mandatory. Rather, openings or recesses may be provided in the metallic layer, for example by corresponding cut-outs for sensors for detecting a temperature of the phosphor and / or provide an irradiance of auftref on the phosphor ¬ fenden light.
Bei dem Substrat kann es sich beispielsweise um jegliche Art von optischen Elementen handeln, wie etwa Linsen, Kollimatoren, Leuchtplättchen . Das Substrat kann aus einem Material gefertigt sein, es kann aber auch mehrere unterschiedliche Schichten aufweisen, beispielsweise eine Anordnung von Schichten mit unterschiedlichen Brechungsindizes. Das Substrat kann transparent oder zumindest transluzent sein in Bezug auf die mindestens eine Licht¬ wellenlänge des zu konvertierenden Lichtes, welches auf den Leuchtstoff fällt sowie in Bezug auf die mindestens eine Wellenlänge des Konversionslichts, welches vom Leuchtstoff abgestrahlt wird. Der verwendete Leuchtstoff kann in verschiedenen Ausführungsbeispielen ein Leuchtstoffgemisch sein, welches eine Mischung aus verschiede¬ nen Leuchtstoffen aufweist, wodurch beispielsweise Licht erzeugt werden kann, welches mehrere unterschiedliche Farben vereint. Geeignete Leuchtstoffe sind im Stand der Technik bekannt. Übliche Leuchtstoffe sind beispielsweise Silikate, Nitride, Oxide, Phosphate, Borate, Oxynitride, Sulfide, Selenide, und Halide von Aluminium, Silizium, Magnesium, Calcium, Barium, Strontium, Zink, Cadmium, Mangan, Indium, anderen Übergangsmetallen, oder Selten- erdmetallen wie Yttrium, Gadolinium oder Lanthan, die mit einem Aktivator, wie zum Beispiel Kupfer, Silber, Aluminium, Mangan, Zink, Zinn, Blei, Cer, Terbium, Titan, Antimon oder Europium dotiert sind. In verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung ist der Leuchtstoff ein oxi- discher oder (oxi- ) nitridischer Leuchtstoff, wie ein Granat, Orthosilikat , Nitrido ( alumo ) silikat oder Nitri- doorthosilikat , oder ein Halogenid oder Halophosphat . Konkrete Beispiele für geeignete Leuchtstoffe sind Stron- tiumchloroapatit :Eu ( ( Sr, Ca) 5 ( P04 ) 3C1 : Eu; SCAP) , Yttrium- Aluminium-Grant : Cer (YAG : Ce ) oder CaAlSiN3:Eu. Ferner können im Leuchtstoff bzw. Leuchtstoffgemisch beispielsweise Partikel mit lichtstreuenden Eigenschaften und/oder Hilfsstoffe enthalten sein. Beispiele für Hilfsstoffe schließen Tenside und organische Lösungsmittel ein. Bei¬ spiele für lichtstreuende Partikel sind Gold-, Silber- und Metalloxidpartikel. Der Leuchtstoff kann in Form ei¬ ner ebenen Schicht auf das Substrat aufgetragen werden. Der Leuchtstoff kann auch auf eine vorstrukturierte Ober¬ fläche des Substrats aufgetragen werden, welche bei¬ spielsweise eine oder mehrere Vertiefungen oder Einsen- kungen aufweisen kann. Die metallische Schicht kann nach Bedarf flächendeckend auf dem Leuchtstoff aufgebracht werden, es können aber auch Teilbereiche ausgespart werden . For example, the substrate may be any type of optical element, such as lenses, collimators, luminescent plates. The substrate can be made of one material, but it can also have several different layers, for example an arrangement of layers with different refractive indices. The substrate may be transparent or at least translucent with respect to the at least one light ¬ wavelength of the converted light which falls on the phosphor as well as with respect to the at least one wavelength which is emitted from the phosphor conversion of the light. The phosphor used can be a phosphor mixture in various embodiments, which has a mixture of different ¬ nen phosphors, which for example light can be generated, which combines several different colors. Suitable phosphors are known in the art. Typical phosphors are, for example, silicates, nitrides, oxides, phosphates, borates, oxynitrides, sulfides, selenides, and halides of aluminum, silicon, magnesium, calcium, barium, strontium, zinc, cadmium, manganese, indium, other transition metals, or rare earth metals such as yttrium, gadolinium or lanthanum doped with an activator such as copper, silver, aluminum, manganese, zinc, tin, lead, cerium, terbium, titanium, antimony or europium. In various embodiments of the invention, the phosphor is an oxidic or (oxi-) nitridic phosphor, such as a garnet, orthosilicate, nitrido (alumo) silicate or nitrite. doorthosilicate, or a halide or halophosphate. Concrete examples of suitable phosphors are strontium chloroapatite: Eu ((Sr, Ca) 5 (PO 4) 3 Cl: Eu, SCAP), yttrium aluminum granite: cerium (YAG: Ce) or CaAlSiN 3: Eu. Further, in the phosphor or phosphor mixture, for example, particles with light-scattering properties and / or auxiliaries may be included. Examples of adjuvants include surfactants and organic solvents. Examples of light-scattering particles are gold, silver and metal oxide particles. The phosphor can be applied in the form ei ¬ ner planar layer to the substrate. The phosphor may also be applied to a pre-structured upper ¬ surface of the substrate that game, a plurality of recesses or Einsen- may have effects at one or ¬. The metallic layer can be applied to the surface of the phosphor as needed, but it can also be omitted parts.
Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen kann das Verfahren ein Anbringen des beschichteten Substrats an einen Kühlkörper aufweisen, wobei mindestens ein Teilbereich der mit der metallischen Schicht beschichteten Oberfläche des Substrats mit einer Oberfläche des Kühlkörpers wärmetech¬ nisch gekoppelt ist. Die metallische Schicht kann hierbei als wärmeleitende Schicht fungieren und den Abtransport der Wärme vom Leuchtstoff zum Kühlkörper unterstützen. Der Kühlkörper kann dabei mit der gesamten Oberfläche des Substrats in körperlichem Kontakt stehen, welche mit dem metallischen Material beaufschlagt ist, er kann auch mit Bereichen des Substrats in körperlichem Kontakt stehen, welche nicht von der metallischen Schicht bedeckt sind. Der Kühlkörper kann aus einem oder mehreren beliebigen gut Wärme leitenden Materialien bestehen oder diese aufweisen, beispielsweise Silber, Kupfer, Aluminium, Graphit, Saphir (AI2O3), Diamant, Siliziumcarbid, Magnesium und/oder Eisen. Ferner aufweisen kann der Kühlkörper auch Keramiken wie etwa A1N und/oder Legierungen, beispielsweise Aluminiumlegierungen oder Messing, „Lötzinn" in Verbindung mit einer Löttechnik zur mechanisch und thermisch optimierten Anbindung an den Kühlkörper und/oder ein oder mehrere Wärmerohre, sogenannte „Heatpipes" . Wei¬ ter kann der Kühlkörper wärmeleitende Elastomere, wie et¬ wa Silikon, und/oder auch PMMA, Polycarbonat aufweisen. Die soeben genannten Materialien und/oder deren spezifische Anordnungen können selbstverständlich in zweckmäßi- ger Weise beliebig kombiniert werden, um beispielsweise eine optimale Entwärmung und mechanische Stabilisierung der Anordnung zu erreichen. Der Kühlkörper kann beispielsweise derart geformt sein, dass seine Oberfläche vergrößert bzw. maximiert wird, um den Wärmeabgabeprozess an die Umgebung zu optimieren. According to further embodiments, the method may comprise attaching the coated substrate to a heat sink, wherein at least a portion of the coated surface of the metallic layer of the substrate with a surface of the heat sink is wärmetech ¬ cally coupled. The metallic layer can act as a heat-conducting layer and support the removal of the heat from the phosphor to the heat sink. The heat sink may be in physical contact with the entire surface of the substrate, which is exposed to the metallic material, it may also be in physical contact with areas of the substrate, which are not covered by the metallic layer. The heat sink may consist of or comprise one or more readily heat-conducting materials, for example silver, copper, aluminum, graphite, sapphire (Al 2 O 3), diamond, silicon carbide, magnesium and / or iron. Furthermore, the heat sink may also have ceramics such as A1N and / or alloys, for example aluminum alloys or brass, "solder" in conjunction with a soldering technique for mechanically and thermally optimized connection to the heat sink and / or one or more heat pipes, so-called "heat pipes". Wei ¬ ter may have the heat sink thermally conductive elastomers, such et ¬ wa silicone, and / or PMMA, polycarbonate. The above-mentioned materials and / or their specific arrangements can, of course, be arbitrarily combined as desired in order to achieve, for example, optimum heat dissipation and mechanical stabilization of the arrangement. For example, the heat sink may be shaped to increase or maximize its surface area to optimize the heat dissipation process to the environment.
Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen des Verfahrens kann das Substrat ein beliebiges Material aufweisen, welches hochschmelzend ist und in Bezug auf die mindestens eine Wellenlänge des den Leuchtstoff bestrahlenden Lichts so- wie in Bezug auf die mindestens eine Wellenlänge des vom Leuchtstoff abgestrahlten Lichts transparent oder zumin¬ dest transluzent ist. Das Substrat kann beispielsweise Glas und/oder Kunststoff und/oder transparente hoch¬ schmelzende Keramik und/oder einen transparenten Halblei- ter, beispielsweise ITO (indium tin oxide - Indiumzinnoxid) und/oder ein TCO (transparent conducting oxide - transparentes leitendes Oxid) aufweisen. Ferner kann das Substrat hochschmelzendes Glas oder hochschmelzende Kera¬ mik, beispielsweise Lumicera von der Firma Murata Manu- facturing Co., Ltd. oder eine andere transparente Kera- mik, aufweisen. Im Rahmen dieser Anmeldung kann der Begriff „hochschmelzend" bedeuten, dass das jeweilige Mate¬ rial (also z.B. Glas oder Keramik) eine (deutlich) höhere Schmelztemperatur im Vergleich zu vielen metallischen Materialien, beispielsweise Aluminium mit einer Schmelztem- peratur von 660°C, aufweisen, so dass Hochtemperaturpro¬ zesse bei der Anwendung des Verfahrens zur Fertigung ei¬ ner entsprechenden Leuchtstoffanordnung ausgeführt werden können (im Gegensatz zu vielen metallischen Materialien, die sich aufgrund ihrer vergleichsweise niedrigen Schmelztemperaturen nicht für einen Hochtemperaturprozess eignen) . In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann ein hochschmelzendes Glas oder eine hochschmelzende Keramik eine Schmelztemperatur aufweisen in einem Bereich von ungefähr 900°C bis ungefähr 1250°, beispielsweise ungefähr 1200°C, was der Transformationstemperatur von Quarz entspricht, oder beispielsweise ungefähr 1100°C, was der Transformationstemperatur hochschmelzender dotierter Gläser entspricht, oder beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 1900°C bis ungefähr 2100°C, beispielsweise unge- fähr 2053°C, was der Schmelztemperatur von AI2O3 (Saphir) entspricht . According to further embodiments of the method may comprise any material, the substrate, which is a high melting point and with respect to the at least one wavelength of the phosphor irradiated light so-like with respect to the at least one wavelength of the radiated from the fluorescent light transparent or at ¬ least translucent is. The substrate may, for example, glass and / or plastic and / or transparent high ¬ melting ceramic and / or a transparent semiconductor ter, for example ITO (indium tin oxide - indium tin oxide) and / or a TCO (transparent conducting oxide - transparent conductive oxide). Further, the substrate may be high melting glass or refractory Kera ¬ mik, for example, by the company LUMICERA Murata manu- facturing Co., Ltd. or another transparent ceramic. In the context of this application, the term can mean "high-melting" means that the respective Mate ¬ rial (eg glass or ceramic) having a (considerably) higher melting temperature compared to many metallic materials such as aluminum with a melting temperature of 660 ° C, have so Hochtemperaturpro ¬ processes can be executed in the application of the method for manufacturing ei ¬ ner corresponding phosphor arrangement (as opposed to many metallic materials that are not suitable for a high temperature process due to their relatively low melting temperatures). in various embodiments, a high-melting Glass or a refractory ceramic have a melting temperature in a range of about 900 ° C to about 1250 °, for example about 1200 ° C, which corresponds to the transformation temperature of quartz, or for example about 1100 ° C, which melt the transformation temperature of the doped glasses, for example, or in a range of about 1900 ° C to about 2100 ° C, for example, about 2053 ° C, which corresponds to the melting temperature of Al2O3 (sapphire).
Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen des Verfahrens kann das Aufbringen von dem Leuchtstoff auf die Oberfläche des Substrats mittels eines Verfahren aus einer Verfahrens- gruppe erfolgen, die aus einem Schlämmprozess , einem Sol- Gelprozess, einem Druckprozess , einem Sprühprozess einem Sinterprozess , einem kathodischen Tauchlackierungspro- zess, einem Einpressprozess und einem Einsinkprozess be¬ steht. Bei Bedarf kann die Schichtbildung je nach schichtbildendem Verfahren mittels Rotationsbeschichtung erfolgen, wodurch eine besonders gleichmäßige Schicht er¬ reicht werden kann. Ferner kann der schichtbildende Pro- zess eine Ultraschallbehandlung beinhalten. According to further exemplary embodiments of the method, the application of the phosphor to the surface of the substrate can take place by means of a method from a process group which comprises a slurry process, a sol gel process, a printing process, a spraying process Sintering process, a cathodic dip painting process, a press-in process and a sinking process be ¬ stands. If necessary, the layer formation may be carried out by spin coating, depending on the film forming method, whereby a particularly uniform layer, it can be ¬ ranges. Furthermore, the layer-forming process may include an ultrasonic treatment.
Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen des Verfahrens kann das Aufbringen von Leuchtstoff auf die Oberfläche des Substrats ohne Verwendung eines Bindemittels erfolgen. Das Bindemittel kann zum Beispiel bei einem Einpresspro¬ zess entbehrlich sein, wo der Leuchtstoff im Bereich einer Vertiefung oder Einsenkung aufgebracht wird und derart zusammengepresst oder in die Vertiefung verpresst wird, dass ein festes Gefüge aus Leuchtstoff entsteht, welches ferner über die Einsenkung mit dem Substrat verbunden ist. According to further embodiments of the method, the application of phosphor to the surface of the substrate can take place without the use of a binder. The binder may be, for example, in a Einpresspro ¬ process unnecessary where the phosphor is in the range of a recess or depression is applied and pressed together in such a manner or pressed into the recess, that a solid structure made of phosphor is formed, further than the depression with the substrate connected is.
Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen des Verfahrens kann die metallische Schicht optisch dicht sein. Ferner kann die metallische Schicht reflektierend ausgebildet sein. Dadurch können die Lichtverluste minimiert werden, d.h. das anregende Licht kann durch Reflexionen zum Leucht¬ stoff geführt werden, ohne das Substrat vorzeitig zu ver¬ lassen und konvertiertes Licht kann durch Reflexionen zur Austrittsfläche geführt werden ohne das Substrat vorzei¬ tig zu verlassen. Überdies ist es möglich die metallische Schicht als Reflektor zu nutzen, so dass ein gerichteter Lichtaustritt ermöglicht wird. Die metallische Schicht kann eine homogene Schicht sein, es kann sich dabei aber auch um eine Legierung handeln oder um eine zweckmäßige Schichtenfolge oder Anordnung unterschiedlicher Schich- ten, um beispielsweise einen Kompromiss zwischen Reflexi¬ onsgrad und Wärmeleitfähigkeit zu finden. Die metallische Schicht kann dabei beispielsweise mindestens eines der folgenden Materialien aufweisen: Gold, Silber, Aluminium und/oder Chrom. According to further embodiments of the method, the metallic layer may be optically dense. Furthermore, the metallic layer may be reflective. As a result, the light losses can be minimized, ie the exciting light can be guided by reflections to the luminescent ¬ material without prematurely ver ¬ leave the substrate and converted light can be guided by reflections to the exit surface without the substrate vorzei ¬ term leave. Moreover, it is possible to use the metallic layer as a reflector, so that a directed light emission is made possible. The metallic layer can be a homogeneous layer, but it can also be an alloy or a suitable layer sequence or arrangement of different layers. To find, for example, a compromise between Reflexi ¬ onsgrad and thermal conductivity. The metallic layer may, for example, comprise at least one of the following materials: gold, silver, aluminum and / or chromium.
Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen des Verfahrens kann beim Anbringen des beschichteten Substrats an den Kühlkörper mindestens ein Teilbereich der mit der metallischen Schicht beschichteten Oberfläche des Substrats in körperlichen Kontakt mit der Oberfläche des Kühlkörpers gebracht werden. Durch den körperlichen Kontakt kann Abwärme, welche im Leuchtstoff entsteht, über die metalli¬ sche Schicht an den Kühlkörper abgeführt werden. According to further embodiments of the method, when attaching the coated substrate to the heat sink, at least a portion of the surface coated with the metallic layer of the substrate may be brought into physical contact with the surface of the heat sink. Through the physical contact, waste heat can be dissipated through the metalli ¬ specific layer to the heat sink which is formed in the phosphor.
Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen kann das Verfahren ferner Aufbringen eines wärmeleitenden Materials auf einen Teilbereich der mit der metallischen Schicht beschichteten Oberfläche des Substrats aufweisen. Das wär¬ meleitende Material kann dann den Wärmetransport zwischen der metallischen Schicht und der Oberfläche des Kühlkör- pers unterstützen oder verbessern. Das wärmeleitende Material kann auf der gesamten Kontaktfläche zwischen dem Kühlkörper und der metallischen Schicht vorgesehen sein, es kann aber auch nur auf einem Teil davon vorgesehen sein, falls beispielsweise mindestens in einem Bereich der Kontaktstelle ein direkter Kontakt zwischen dem Kühlkörper und der metallischen Schicht erwünscht ist, über den zum Beispiel eine verstärkte Verbindung zwischen dem Kühlkörper und dem Substrat bereitgestellt werden soll. According to further embodiments, the method may further comprise applying a heat conductive material to a portion of the metallic layer coated surface of the substrate. That would ¬ meleitende material may then support the heat transport between the metallic layer and the surface of the heat sink or improve pers. The heat-conductive material may be provided on the entire contact surface between the heat sink and the metallic layer, but it may also be provided only on a part thereof, for example, if a direct contact between the heat sink and the metallic layer is desired at least in a region of the contact point by which, for example, a reinforced connection between the heat sink and the substrate is to be provided.
Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen des Verfahrens kann das beschichtete Substrat an den Kühlkörper gelötet oder gesteckt werden. Bei einer steckbaren Verbindung können das Substrat und der Kühlkörper zumindest in einem Teil¬ bereich derart zueinander passende Oberflächenkonturen aufweisen, dass eine steckbare Verbindung hergestellt werden kann. Ferner kann auch das wärmeleitende Material, beispielsweise eine Wärmeleitpaste, zur Bildung einer festen Verbindung verwendet werden, falls es beispiels¬ weise klebende Eigenschaften aufweist. According to further embodiments of the method, the coated substrate may be soldered to the heat sink or be plugged. In a plug-in connection, the substrate and the heat sink can have at least a partial region such ¬ mating surface contours that a plug-in connection can be produced. Furthermore, can be used to form a solid compound and the thermally conductive material, for example a thermal grease, if it has ¬ example as adhesive properties.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird ferner eine Leuchtstoffanordnung bereitgestellt, die ein Substrat, einen Leuchtstoff, der auf einer Oberfläche des Substrats angeordnet ist und eine metallische Schicht, die auf dem Leuchtstoff angeordnet ist, aufweist. Bei dem Substrat kann es sich um jegliche Art von optischen Elementen han- dein, wie etwa Linsen, Kollimatoren, Leuchtplättchen . Das Substrat kann aus einem Material gefertigt sein, es kann aber auch mehrere unterschiedliche Schichten aufweisen, beispielsweise eine Anordnung von Schichten mit unterschiedlichen Brechungsindizes. Der verwendete Leuchtstoff kann ein Leuchtstoffgemisch sein, welches eine Mischung aus verschiedenen Leuchtstoffen aufweist, wodurch beispielsweise Licht erzeugt werden kann, welches mehrere unterschiedliche Farben vereint. Der Leuchtstoff kann in Form einer ebenen Schicht auf das Substrat aufgetragen werden. Der Leuchtstoff kann auch auf eine vorstruktu¬ rierte Oberfläche des Substrats aufgetragen werden, wel¬ che beispielsweise eine Einkerbung oder Einsenkung in einem oder mehreren Bereichen aufweisen kann. Die metallische Schicht kann nach Bedarf flächendeckend auf dem Leuchtstoff aufgebracht werden, es können aber auch Teil¬ bereiche ausgespart werden. Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen der Leuchtstoffanordnung kann die metallische Schicht auf mindestens einem Teilbereich der Oberfläche des Substrats derart angeord¬ net sein oder werden, dass der Leuchtstoff von der metal- lischen Schicht und dem Substrat eingekapselt ist. Die metallische Schicht kann sich demnach auf einen Übergangsbereich zwischen dem Leuchtstoff und dem ihn umgebenden Substrat erstrecken. Dadurch kann Leuchtstoff versiegelt oder verkapselt vorliegen, d.h. die Oberfläche des Leuchtstoffs, die nicht in Kontakt mit dem Substrat ist, ist durch die metallische Schicht bedeckt, wodurch der Leuchtstoff vollständig umhüllt wird. In various embodiments, there is further provided a phosphor assembly comprising a substrate, a phosphor disposed on a surface of the substrate, and a metallic layer disposed on the phosphor. The substrate may be any type of optical element, such as lenses, collimators, luminescent plates. The substrate can be made of one material, but it can also have several different layers, for example an arrangement of layers with different refractive indices. The phosphor used may be a phosphor mixture comprising a mixture of different phosphors, whereby, for example, light can be generated which combines several different colors. The phosphor can be applied to the substrate in the form of a flat layer. The phosphor may also be applied to a vorstruktu ¬ tured surface of the substrate wel ¬ che may comprise in one or more areas, for example, a notch or depression. The metallic layer may be applied as required coverage on the phosphor, but it can be also saves part ¬ areas. According to further embodiments, the phosphor arrangement may be such the metallic layer angeord ¬ net on at least a portion of the surface of the substrate or that of the phosphor of the metal- metallic layer and the substrate is encapsulated. The metallic layer may accordingly extend to a transition region between the phosphor and the substrate surrounding it. As a result, phosphor may be sealed or encapsulated, ie, the surface of the phosphor that is not in contact with the substrate is covered by the metallic layer, thereby completely enveloping the phosphor.
Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen kann die Leuchtstoffanordnung ferner einen Kühlkörper aufweisen, welcher an das Substrat angebracht ist, wobei mindestens ein Teilbereich der mit der metallischen Schicht beschichteten Oberfläche des Substrats mit einer Oberfläche des Kühlkörpers wärmetechnisch gekoppelt ist. Die metallische Schicht kann hierbei als wärmeleitende Schicht fungieren und den Abtransport der Wärme vom Leuchtstoff zum Kühl¬ körper unterstützen. Der Kühlkörper kann dabei mit der gesamten Oberfläche des Substrats in Kontakt stehen, wel¬ che mit dem metallischen Material beaufschlagt ist, er kann auch mit Bereichen des Substrats in Kontakt stehen, welche nicht von der metallischen Schicht bedeckt sind. Der Kühlkörper kann aus einem oder mehreren beliebigen gut Wärme leitenden Materialien bestehen, beispielsweise Silber, Kupfer und/oder Eisen. Ferner kann der Kühlkörper derart geformt sein, dass seine Oberfläche vergrößert bzw. maximiert wird, um den Wärmeabgabeprozess an die Um¬ gebung zu optimieren. Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen der Leuchtstoffanordnung kann die mit der metallischen Schicht beschichtete Oberfläche des Substrats mit der Oberfläche des Kühl¬ körpers in körperlichen Kontakt stehen. Durch den körper- liehen Kontakt kann Abwärme, welche im Leuchtstoff ent¬ steht, über die metallische Schicht an den Kühlkörper ab¬ geführt werden. According to further embodiments, the phosphor arrangement may further comprise a heat sink attached to the substrate, wherein at least a portion of the surface of the substrate coated with the metallic layer is thermally coupled to a surface of the heat sink. The metallic layer can act as a heat-conducting layer and support the removal of heat from the phosphor to the cooling ¬ body. The heat sink may be in contact with the entire surface of the substrate, wel ¬ che is acted upon by the metallic material, it may also be in contact with areas of the substrate, which are not covered by the metallic layer. The heat sink can consist of one or more readily heat-conducting materials, for example silver, copper and / or iron. Further, the heat sink may be formed such that its surface area is increased or maximized To ¬ gebung to optimize the heat transfer process to the. According to further embodiments, the phosphor arrangement, the coated layer with the metallic surface of the substrate with the surface of the cooling body ¬ may be in physical contact. By physically contact can loan waste heat, which is ent ¬ in the phosphor, are guided via the metallic layer on the heat sink ¬.
Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen kann die Leuchtstoffanordnung ferner ein wärmeleitendes Material aufwei- sen, welches zwischen der mit der metallischen Schicht beschichteten Oberfläche des Substrats und der Oberfläche des Kühlkörpers angeordnet ist. Das wärmeleitende Materi¬ al kann dann den Wärmetransport zwischen der metallischen Schicht und der Oberfläche des Kühlkörpers unterstützen oder verbessern. Das wärmeleitende Material kann auf der gesamten Kontaktfläche zwischen dem Kühlkörper und der metallischen Schicht vorgesehen sein, es kann aber auch nur auf einem Teil davon vorgesehen sein, falls beispielsweise mindestens in einem Bereich der Kontaktstelle ein direkter Kontakt zwischen dem Kühlkörper und der metallischen Schicht erwünscht ist, über den zum Beispiel eine verstärkte Verbindung zwischen dem Kühlkörper und dem Substrat bereitgestellt werden soll. According to further embodiments, the phosphor arrangement may further comprise a heat-conductive material which is arranged between the surface of the substrate coated with the metallic layer and the surface of the cooling body. The thermally conductive Materi ¬ al can then support or improve the heat transfer between the metallic layer and the surface of the heat sink. The heat-conductive material may be provided on the entire contact surface between the heat sink and the metallic layer, but it may also be provided only on a part thereof, for example, if a direct contact between the heat sink and the metallic layer is desired at least in a region of the contact point by which, for example, a reinforced connection between the heat sink and the substrate is to be provided.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert. Embodiments of the invention are illustrated in the figures and are explained in more detail below.
Es zeigen Show it
Figuren 1A bis IE Leuchtstoffanordnungen gemäß verschiedenen Aus führungs formen; Figuren 2A bis 2E das Verfahren zum Bilden einer Leuchtstoffanordnung gemäß verschiedenen Ausführungsformen; Figures 1A to IE phosphor arrangements according to various embodiments; FIGS. 2A to 2E illustrate the method of forming a phosphor array according to various embodiments;
Bevorzugte Ausführung der Erfindung Preferred embodiment of the invention
In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die Teil dieser Beschreibung bilden und in denen zur Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeübt werden kann. In dieser Hinsicht wird Richtungsterminologie wie etwa „oben", „unten", „vorne", „hinten", „vorderes", „hinteres", usw. mit Bezug auf die Orientierung der beschriebenen Figur (en) verwendet. Da Komponenten von Ausführungsformen in einer Anzahl verschiedener Orientierungen positioniert werden können, dient die Richtungsterminologie zur Veranschaulichung und ist auf keinerlei Weise einschränkend. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es versteht sich, dass die Merkmale der hierin be- schriebenen verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spezifisch anders angegeben. Die folgende ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht in einschränkendem Sinne aufzufassen, und der Schutzumfang der vorliegenden Erfin- dung wird durch die angefügten Ansprüche definiert. In the following detailed description, reference is made to the accompanying drawings, which form a part of this specification, and in which is shown by way of illustration specific embodiments in which the invention may be practiced. In this regard, directional terminology such as "top", "bottom", "front", "back", "front", "rear", etc. is used with reference to the orientation of the described figure (s). Because components of embodiments can be positioned in a number of different orientations, the directional terminology is illustrative and is in no way limiting. It should be understood that other embodiments may be utilized and structural or logical changes may be made without departing from the scope of the present invention. It should be understood that the features of the various exemplary embodiments described herein may be combined with one another unless specifically stated otherwise. The following detailed description is therefore not to be considered in a limiting sense, and the scope of the present invention is defined by the appended claims.
Im Rahmen dieser Beschreibung werden die Begriffe "verbunden", "angeschlossen" sowie "gekoppelt" verwendet zum Beschreiben sowohl einer direkten als auch einer indirekten Verbindung, eines direkten oder indirekten Anschlus- ses sowie einer direkten oder indirekten Kopplung. In den Figuren werden identische oder ähnliche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen, soweit dies zweckmäßig ist. In den Fig.lA bis Fig. IE sind einige Ausführungsbeispiele der Leuchtstoffanordnung dargestellt. Diese Ausführungs¬ beispiele stellen nur eine Auswahl von vielen verschiedenen Ausführungsbeispielen dar uns sollen nur den Grundgedanken der Leuchtstoffanordnung als Ergebnis des zugrunde liegenden Fertigungsverfahrens verdeutlichen. Insbesonde¬ re sind die in den Fig.lA bis Fig. IE verwendeten geometrischen Formen und Abmessungen nicht einschränkend zu se¬ hen . As used herein, the terms "connected,""connected," and "coupled" are used to describe both a direct and indirect connection, a direct or indirect connection. and direct or indirect coupling. In the figures, identical or similar elements are provided with identical reference numerals, as appropriate. FIGS. 1A to IE show some embodiments of the phosphor arrangement. This execution ¬ examples represent only a selection of many different embodiments are intended to illustrate to us as a result of the underlying production process, only the basic idea of the phosphor arrangement. Insbesonde ¬ re the geometrical shapes and dimensions used in the Fig.lA to Fig. IE are not restrictive se ¬ hen.
In Fig.lA ist eine Aus führungs form der Leuchtstoffanord- nung 100 dargestellt, bei welcher Leuchtstoff 104 auf ei¬ nem Substrat 102 angeordnet ist, wobei der Leuchtstoff 104 von unten mittels des Substrats 102 und seitlich und von oben mittels der metallischen Schicht 106 ummantelt ist. Dadurch liegt der Leuchtstoff 104 in verkapselter Form vor. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die vom Leuchtstoff 104 abgewendete Oberfläche der metallischen Schicht gekrümmt, d.h. sie weist eine ovale Form auf, welche sie beispielsweise nach einer Auftragung in einer flüssigen Phase durch Erstarren bzw. Auskühlen einnimmt. Das Substrat kann beispielsweise Glas und/oder Kunststoff und/oder einen transparenten Halbleiter, beispielsweise ITO (indium tin oxide - Indiumzinnoxid) und/oder ein TCO (transparent conducting oxide - transparentes leitendes Oxid) aufweisen. Ferner kann das Substrat hochschmelzen- des Glas oder hochschmelzende Keramik, beispielsweise Lu- micera von der Firma Murata Manufacturing Co., Ltd. oder eine andere transparente Keramik, aufweisen. Geeignete Leuchtstoffe sind im Stand der Technik bekannt. Übliche Leuchtstoffe sind beispielsweise Silikate, Nitride, Oxi¬ de, Phosphate, Borate, Oxynitride, Sulfide, Selenide, und Halide von Aluminium, Silizium, Magnesium, Calcium, Barium, Strontium, Zink, Cadmium, Mangan, Indium, anderen Übergangsmetallen, oder Seltenerdmetallen wie Yttrium, Gadolinium oder Lanthan, die mit einem Aktivator, wie zum Beispiel Kupfer, Silber, Aluminium, Mangan, Zink, Zinn, Blei, Cer, Terbium, Titan, Antimon oder Europium dotiert sind. In verschiedenen Aus führungs formen der Erfindung ist der Leuchtstoff ein oxidischer oder (oxi- ) nitridischer Leuchtstoff, wie ein Granat, Orthosilikat , Nitrido ( alumo ) silikat oder Nitridoorthosilikat , oder ein Halogenid oder Halophosphat . Konkrete Beispiele für ge¬ eignete Leuchtstoffe sind Strontiumchloroapatit : Eu ( (Sr, Ca) 5 (P04) 3C1 :Eu; SCAP) , Yttrium-Aluminium-Grant : Cer (YAG : Ce ) oder CaAlSiN3:Eu. In Fig.lA a From Leuchtstoffanord- guide is shape voltage 100 shown, in which phosphor 104 disposed on ei ¬ nem substrate 102, wherein the phosphor-coated 104 from below by means of the substrate 102 and the side and from above by means of the metallic layer 106 is. As a result, the phosphor 104 is present in encapsulated form. In this embodiment, the surface of the metallic layer facing away from the phosphor 104 is curved, ie it has an oval shape, which it assumes, for example, after application in a liquid phase by solidification or cooling. The substrate may comprise, for example, glass and / or plastic and / or a transparent semiconductor, for example ITO (indium tin oxide) and / or a TCO (transparent conducting oxide). Further, the substrate may be refractory glass or refractory ceramic, for example, Luminicera from Murata Manufacturing Co., Ltd. or another transparent ceramic. Suitable phosphors are known in the art. Typical phosphors are for example silicates, nitrides, Oxi ¬ de, phosphates, borates, oxynitrides, sulfides, selenides, and halides of aluminum, silicon, magnesium, calcium, barium, strontium, zinc, cadmium, manganese, indium, other transition metals, or rare earth metals such as yttrium, gadolinium or lanthanum doped with an activator such as copper, silver, aluminum, manganese, zinc, tin, lead, cerium, terbium, titanium, antimony or europium. In various embodiments of the invention, the phosphor is an oxidic or (oxi-) nitride phosphor such as garnet, orthosilicate, nitrido (alumo) silicate or nitrido orthosilicate, or a halide or halophosphate. Specific examples of suitable phosphors are ge ¬ Strontiumchloroapatit: Eu ((Sr, Ca) 5 (P04) 3C1: Eu; SCAP), yttrium-aluminum-Grant: cerium (YAG: Ce) or CaAlSiN3: Eu.
Bei der in Fig.lB dargestellten beispielhaften Leucht- stoffanordnung 100 liegt der Leuchtstoff 104 in einer Vertiefung bzw. Einsenkung in dem Substrat 102 vor. Der Leuchtstoff 104 kann bei dieser Aus führungs form in das Substrat 102 eingepresst werden, also beispielsweise zu¬ nächst im Bereich der Vertiefung im Substrat aufgetragen werden und nachfolgend unter Druck im Bereich der Vertiefung verfestigt werden, so dass der Leuchtstoff 104 in der Vertiefung verankert ist. Dabei kann der sich in der Vertiefung des Substrats 102 befindliche Leuchtstoff 104 mit der oberen Fläche des Substrats eine ebene Fläche ausbilden, wie in Figur 1B dargestellt. Der Leuchtstoff 104 kann aber auch eine obere Fläche aufweisen, welche unterhalb oder aber auch oberhalb der oberen Fläche des Substrats 102 angeordnet ist. Ferner kann der Leuchtstoff 104 im letzteren Fall auch zusätzlich auf der oberen Fläche des Substrats 102 außerhalb der Vertiefung vorliegen, beispielsweise wenn zwar ein Verankerungsbereich in Form einer Einsenkung gewünscht ist, sich dieser aber nicht über die gesamte Kontaktfläche zwischen Substrat 102 und Leuchtstoff 104 erstreckt. In Analogie zu der in Fig.lA gezeigten Aus führungs form ist auch hier eine metallische Schicht 106 vorgesehen, welche zusammen mit dem Substrat 102 den Leuchtstoff versiegelt bzw. verkapselt. In the exemplary phosphor arrangement 100 illustrated in FIG. 1B, the phosphor 104 is present in a recess or depression in the substrate 102. The phosphor 104 may be guide form pressed in this into the substrate 102, thus for example to ¬ applied next in the area of the recess in the substrate and be subsequently solidified under pressure in the region of the recess, so that the phosphor is anchored in the recess 104 , In this case, the phosphor 104 located in the recess of the substrate 102 may form a flat surface with the upper surface of the substrate, as shown in FIG. 1B. However, the phosphor 104 may also have an upper surface, which is arranged below or above the upper surface of the substrate 102. Furthermore, in the latter case, the phosphor 104 may additionally be present on the upper surface of the substrate 102 outside the depression, for example if an anchoring region in the form of a depression is desired, but this does not extend over the entire contact surface between substrate 102 and phosphor 104. In analogy to the embodiment shown in FIG. 1A, a metallic layer 106 is also provided here, which together with the substrate 102 seals or encapsulates the phosphor.
Das in Zusammenhang mit der Aus führungs form der Leuchtstoffanordnung gemäß Fig.lB genannte Einpressen des Leuchtstoffs 104 ermöglicht ein Auftragen des Leucht- stoffs 104 auf die Oberfläche des Substrats 102 ohne Bin¬ demittel, wodurch die oben genanten Probleme, welche mit der Verwendung von Bindemitteln verbunden sind, gelöst werden können. This in connection with the disclosed embodiment, the phosphor arrangement according Fig.lB said pressing in of the phosphor 104 enables application of the phosphor 104 on the surface of the substrate 102 without Bin ¬ DEMITTEL, whereby the above mentioned problems associated with the use of binders are connected, can be solved.
In Fig. IC ist eine andere Aus führungs form einer Leucht- stoffanordnung 100 dargestellt. Hierbei weist das Sub¬ strat 102 eine ovale Form auf und kann beispielsweise zu einer Linse geformt sein. Der Leuchtstoff 104 weist eine Kontaktfläche mit dem Substrat 102 auf, seine obere Flä¬ che ist dabei gekrümmt bzw. oval ausgebildet. Eine solche Leuchtstoffschicht lässt sich beispielsweise fertigen, indem der Leuchtstoff nass bzw. in einer flüssigen Phase aufgetragen wird und daraufhin auf der Oberfläche des Substrats 102 zerläuft und dabei erstarrt. Auch bei die¬ ser Ausführungsform der Leuchtstoffanordnung 100 ist eine metallische Schicht 106 derart auf dem Leuchtstoff 104 und dem Substrat 102 vorgesehen, dass der Leuchtstoff 104 in verkapselter Form vorliegt. Die metallische Schicht 106 kann, wie in Fig. IC gezeigt, in einer Kastenform vorliegen (anders als beispielsweise in der aus Fig.lA be¬ kannten Ausführungsform) , wobei sie den Leuchtstoff 104 zusammen mit dem Substrat 102 verkapselt. Die Kastenform der metallischen Schicht 106 kann beispielsweise eine op¬ timierte steckbare Ankoppelfläche zur Verbindung mit ei¬ nem Kühlkörper bereitstellen. Alternativ kann die metallische Schicht 106 auch konvex ausgeformt sein. In Fig.lD ist noch eine andere Aus führungs form der Leuchtstoffanordnung 100 gezeigt. Diese Aus führungs form entspricht der in Fig.lB gezeigten Ausführungsform, wobei sich jedoch hier die metallische Schicht 106 neben der oberen Fläche des Substrats 106 auf einen weiteren Be- reich der Oberfläche des Substrats 106 ausdehnt, nämlich die Seitenflächen des Substrats 106. Der nicht mit der metallischen Schicht 106 bedeckte Bereich der Oberfläche des Substrats 102 entspricht der Lichteintrittsfläche, durch den Licht von außen durch das Substrat 102 zum Leuchtstoff 104 gelangen kann. Das Vorsehen der reflektierenden metallischen Schicht 106 auf der oberen Fläche und den Seitenflächen des Substrats 106 bildet eine Re¬ flektorschale, welche zum einen Lichtverluste verringern kann und eine Basis für das Bereitstellen eines gerichte- ten Lichtstrahls bildet, welcher die Leuchtstoffanordnung 100 verlässt. Ferner kann sich ein weitflächigeres Be¬ reitstellen der metallischen Schicht 106 positiv auf die mechanische Stabilität der gesamten Leuchtstoffanordnung 100 auswirken. Die in Fig. IE gezeigte Ausführungsform der Leuchtstoffanordnung 100 entspricht der in Fig.lD gezeigten Ausfüh- rungsform, wobei die Seitenflächen des Substrats 102 nur teilweise von der metallischen Schicht 106 bedeckt sind. FIG. 1C shows another embodiment of a phosphor arrangement 100. In this case, the sub ¬ strat 102 has an oval shape and may for example be formed into a lens. The phosphor 104 has a contact area with the substrate 102, its upper surface is curved thereby FLAE ¬ or oval. Such a phosphor layer can be finished, for example, by applying the phosphor wet or in a liquid phase and then running on the surface of the substrate 102 and thereby solidifying. Also in the embodiment, the phosphor ¬ ser assembly 100, a metallic layer 106 is provided such on the phosphor 104 and the substrate 102 such that the phosphor 104 present in encapsulated form. The metallic layer 106, as shown in Fig. IC, are present in a box shape (unlike, for example in the from Fig.lA be ¬ known embodiment), thereby encapsulating the phosphor 104 with the substrate 102. The box shape of the metallic layer 106 may provide, for example, an op-optimized ¬ pluggable coupling surface for connecting to ei ¬ nem heatsink. Alternatively, the metallic layer 106 may also be convex. In Fig.lD yet another embodiment of the phosphor arrangement 100 is shown. This embodiment corresponds to the embodiment shown in FIG. 1B, but in this case the metallic layer 106 beside the upper surface of the substrate 106 extends to a further area of the surface of the substrate 106, namely the side surfaces of the substrate 106. The not The region of the surface of the substrate 102 covered with the metallic layer 106 corresponds to the light entry surface through which light can pass from the outside through the substrate 102 to the phosphor 104. The provision of the reflective metallic layer 106 on the upper surface and the side surfaces of the substrate 106 forms a re ¬ flektorschale which can reduce to a loss of light and forms a basis for providing a gerichte- th light beam which leaves the phosphor arrangement 100th Further, a Be weitflächigeres ¬ riding make the metallic layer 106 may have a positive effect on the mechanical stability of the entire phosphor arrangement 100th The embodiment of the phosphor arrangement 100 shown in FIG. IE corresponds to the embodiment shown in FIG. tion form, wherein the side surfaces of the substrate 102 are only partially covered by the metallic layer 106.
Die in den Fig.lA bis Fig. IE dargestellten Leuchtstoffan- ordnungen können weiter als zusätzliches optionales Merk- mal ein Kühlelement oder einen Kühlkörper aufweisen, welcher zur verbesserten Wärmedissipation an der Leuchtstoffanordnung 100 vorgesehen werden kann. Der Kühlkörper kann dabei über einen direkten körperlichen Kontakt oder einen indirekten körperlichen Kontakt (z.B. über eine Schicht aus Wärmeleitmedium) mit der metallischen Schicht 106 Wärme von dieser aufnehmen. Eine Darstellung einer Aus führungs form der Leuchtstoffanordnung mit einem daran angebrachten Kühlkörper ist in Figur 2E gezeigt und wird später erläutert. Bei den Ausführungsbeispielen der Leuchtstoffanordnung gemäß den Fig.lA bis Fig. IE kann der Leuchtstoff 104 nach der Abscheidung mittels eines der oben genannten Verfahren zu einer Schicht geformt werden oder er kann direkt als solche gebildet werden. Die Dicke der Leuchtstoff- schicht kann zwischen 10 μπι und 200 μπι betragen. Bevorzugt kann die Dicke der Leuchtstoffschicht zwischen 30 μπι und 150 μπι liegen. Die tatsächliche Dicke der Leucht¬ stoffschicht kann an die jeweilige Anwendung individuell angepasst werden unter Berücksichtigung der Tatsche, dass mit kleiner werdender Dicke der Leuchtstoffschicht 104 der Abtransport der Wärme von der die Substratoberfläche kontaktierenden Oberfläche der Leuchtstoffschicht 104 zur metallischen Schicht 106 und optional nachfolgend zum Kühlkörper verbessert wird. Die Dicke der metallischen Schicht 106 ist nach oben hin offen. Eine Mindestdicke ergibt sich aus der Anforderung einer zufriedenstellenden Reflexionseigenschaft der metallischen Schicht und kann somit im Bereich zwischen 0,5 μπι und Ιμπι liegen. The phosphor arrangements illustrated in FIGS. 1A to 1E can furthermore have, as an additional optional feature, a cooling element or a cooling body, which can be provided on the phosphor arrangement 100 for improved heat dissipation. In this case, the heat sink can absorb heat from the metallic layer 106 via a direct physical contact or an indirect physical contact (eg via a layer of heat-conducting medium). An illustration of an embodiment of the phosphor arrangement with a heat sink attached thereto is shown in FIG. 2E and will be explained later. In the embodiments of the phosphor arrangement according to FIGS. 1A to IE, the phosphor 104 may be formed into a layer after the deposition by means of one of the above-mentioned methods, or it may be formed directly as such. The thickness of the phosphor layer can be between 10 .mu.m and 200 .mu.m. Preferably, the thickness of the phosphor layer between 30 μπι and 150 μπι lie. The actual thickness of the luminescent ¬ material layer can be adapted to the particular application, taking into account the fact that with decreasing thickness of the phosphor layer 104, the removal of heat from the substrate surface contacting surface of the phosphor layer 104 to the metallic layer 106 and optionally below the heat sink is improved. The thickness of the metallic layer 106 is open at the top. A minimum thickness results from the requirement of a satisfactory Reflection property of the metallic layer and thus can be in the range between 0.5 μπι and Ιμπι.
Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen, die nicht in den Figuren dargestellt sind, kann es sich bei den Substraten um Elemente aus Kunststoff handeln, beispielsweise Kunst¬ stofflinsen. Der Leuchtstoff kann dann in Form eines Leuchtstoff-Klebergemisches auf die Oberfläche des Kunst¬ stoffSubstrats aufgetragen werden und mit einer Aluminiumschicht bedeckt werden. Der Vorteil solcher auf Basis von KunststoffSubstraten gefertigten Leuchtstoffanordnun- gen liegt im hohen Grad der Miniaturisierung und/oder Integration . According to further embodiments, which are not shown in the figures, may be the substrates are elements of plastic material, such as synthetic plastic lenses ¬. The phosphor may be a phosphor-adhesive mixture is applied to the surface of the plastics material substrate in the form ¬ and covered with an aluminum layer. The advantage of such phosphor arrangements made on the basis of plastic substrates lies in the high degree of miniaturization and / or integration.
Anhand der Fig.2A bis Fig.2E wird nachfolgend ein Ausführungsbeispiel des Verfahrens zum Bilden einer Leucht- stoffanordnung veranschaulicht. An exemplary embodiment of the method for forming a phosphor arrangement is illustrated below with reference to FIGS. 2A to 2E.
In Fig.2A ist eine Anordnung 200 gezeigt, auf welcher das Verfahren zum Bilden einer Leuchtstoffanordnung aufbaut. Bei diesem Ausführungsbeispiel handelt es sich bei der Anordnung 200 um ein Substrat 202 bzw. ein optischen Ele- ment, welches in diesem Fall die Form eines Trichters aufweist und ein Kollimatorzäpfchen darstellt. Bei dem zu Veranschaulichungszwecken gewählten Kollimatorzäpfchen zur beispielhaften Darstellung einer Basis für eine Leuchtstoffanordnung erfolgt der Lichteintritt in das Kollimatorzäpfchen über die offene rechteckige Fläche auf der rechten Seite der Anordnung 200. Das im Leuchtstoff konvertierte und in das Kollimatorzäpfchen zurück reflektierte Licht verlässt dieses ebenfalls durch dieselbe Fläche. Das trichterförmige Kollimatorzäpfchen 202 ist nur eine von vielen möglichen Formen, welche als Basis- Substrat zur Bildung einer Leuchtstoffanordnung verwendet werden kann. So kann beispielsweise die Grundfläche, d.h. der mit einem Kreis 210 in Figur 2A markierte Teilbereich des Substrats 202, flach oder gewölbt (konvex, konkav) sein und in der Form kreisförmig, rechteckig, quadratisch oder polygonal ausgebildet sein. Es sei betont, dass das Verfahren gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen auf jedes transparente optische Element angewendet werden kann. Der Kreis 210 in Figur 2A markiert einen Teilbe- reich des Substrats 202, welcher im Querschnitt in den Figuren 2B bis 2E zur Veranschaulichung des Verfahrens gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen gezeigt ist. Es sei drauf hingewiesen, dass die im folgenden dargestellte Abfolge von Prozessschritten eine Übersicht der grundle- genden Prozessschritte zur Ausübung des Verfahrens dar¬ stellt und damit selbstverständlich weitere Prozess¬ schritte zwischen den veranschaulichten Prozessschritten erfolgen können, welche unterstützender Natur sind, beispielsweise Schichtnachbehandlungsschritte, und die Grundidee des Verfahrens unverändert lassen. FIG. 2A shows an arrangement 200 on which the method for forming a phosphor arrangement is based. In this exemplary embodiment, the arrangement 200 is a substrate 202 or an optical element, which in this case has the shape of a funnel and represents a collimator suppository. In the exemplified collimator suppository for exemplifying a base for a phosphor array, light enters the collimator suppository over the open rectangular area on the right side of the array 200. The light converted to the phosphor and reflected back into the collimator suppository also leaves it through the same area , The funnel-shaped collimator suppository 202 is just one of many possible shapes that can be used as a basis. Substrate can be used to form a phosphor arrangement. Thus, for example, the base area, ie the portion of the substrate 202 marked with a circle 210 in FIG. 2A, may be flat or convex (convex, concave) and may be circular, rectangular, square or polygonal in shape. It should be emphasized that the method according to various embodiments can be applied to any transparent optical element. The circle 210 in FIG. 2A marks a subregion of the substrate 202, which is shown in cross section in FIGS. 2B to 2E for illustrating the method according to various exemplary embodiments. It is worth it, that the sequence of process steps shown in the following an overview of basic func- process steps for performing the method is ¬ presents and of course, more can be done between the illustrated process steps which supportive in nature, for example sheet post-treatment steps process ¬ steps, and leave the basic idea of the procedure unchanged.
Das Verfahren zum Bilden einer Leuchtstoffanordnung gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen beginnt damit, dass zunächst, wie in Fig.2B gezeigt, der Leuchtstoff 204 auf Oberfläche des Substrats 202 aufgebracht wird. Der Leuchtstoff kann dabei in einer gleichmäßigen Schicht oder in Form einer Undefinierten bzw. unregelmäßigen Ab- scheidung direkt auf das Substrat 202 aufgetragen werden. Alternativ kann aber auch eine Hilfsschicht zwischen dem Leuchtstoff 204 und dem Substrat 202 vorgesehen werden, welche beispielsweise die Haftung des Leuchtstoffs 204 an das Substrat 202 verbessert. Ferner kann die Oberfläche des Substrats 202, auf welche der Leuchtstoff 204 aufge¬ tragen wird, vorbehandelt werden, indem Vertiefungen oder Einsenkungen vorgesehen werden, welche Haftstellen bzw. Verankerungsstellen für den Leuchtstoff 204 bilden. Das Aufbringen des Leuchtstoffs 204 auf das Substrat 202 kann mittels der oben erwähnten Verfahren erfolgen. The method of forming a phosphor array according to various embodiments begins by first applying the phosphor 204 to the surface of the substrate 202, as shown in FIG. The phosphor can be applied directly to the substrate 202 in a uniform layer or in the form of an undefined or irregular deposition. Alternatively, however, it is also possible to provide an auxiliary layer between the phosphor 204 and the substrate 202 which, for example, improves the adhesion of the phosphor 204 to the substrate 202. Furthermore, the surface can be of the substrate 202 on which the phosphor 204 is positioned carry ¬ be pretreated by recesses or depressions are provided, which form traps or anchoring points for the phosphor 204th The application of phosphor 204 to substrate 202 may be accomplished by the methods mentioned above.
Fig.2C zeigt eine Phase im Verfahren der Bildung der Leuchtstoffanordnung 200 sowie ein Stadium der Leuchtstoffanordnung 200, nachdem der schichtbildende Prozess der Leuchtstoffschicht 204 abgeschlossen ist. Dieser kann beispielsweise eine Rotation des Substrats 202 zur Aus¬ bildung einer gleichmäßigen ebenen Leuchtstoffschicht 204 aufweisen. Ferner kann die Leuchtstoffschicht 204 einen Trocknungsvorgang und/oder einem Ausheizvorgang unterzo- gen werden. FIG. 2C shows a phase in the process of forming the phosphor array 200 and a stage of the phosphor array 200 after the film-forming process of the phosphor layer 204 is completed. This may for example comprise a rotation of the substrate 202 to the off ¬ form a uniform planar phosphor layer 204th Furthermore, the phosphor layer 204 can undergo a drying process and / or a baking process.
In Fig.2D ist der Prozessschritt des Bildens der metalli¬ schen Schicht veranschaulicht. Dabei wird auf die Rück¬ seite der Leuchtstoffschicht 204 und den Übergangsbereich zur Oberfläche des Substrats 202 eine optisch dichte und reflektierende Metallschicht aufgebracht. Der Übergangs¬ bereich kann auch prinzipiell die gesamte vom Lichteinfall abgewandte Oberfläche des Substrats 202 umfassen, wie beispielsweise anhand der in Figur 2D dargestellten Aus führungs form der Leuchtstoffanordnung bereits erläu- tert. Somit wird eine Reflektorschale um das Substrat 202 gebildet, mit welcher Reflektorschale Lichtverluste redu¬ ziert werden können. Unter Lichtverlusten ist bei dieser beispielhaften Aus führungs form der Leuchtstoffanordnung 200 unter anderem Licht zu verstehen, welches zwar in das Kollimationszäpfchen eintritt, aber nicht konvertiert wird und/oder das Kollimationszäpfchen auf anderen Wegen als durch die Eintrittsfläche verlässt (beispielsweise durch die transparente Wand des Substrats 202), oder aber auch konvertiertes Licht, welches ohne die reflektierende metallische Schicht das Kollimationszäpfchen auf anderen Wegen als durch die dafür vorgesehene Austrittsfläche (welche der Eintrittsfläche gleicht) verlassen könnte. Das Aufbringen der metallischen Schicht 106 kann beispielsweise mittels Aufdampfen eines entsprechenden Mate¬ rials oder Materialgemisches, etwa Silber, Aluminium und/oder Gold erfolgen. Dadurch wird sowohl eine optische wie auch mechanische Verkapselung des Leuchtstoffs bzw. der Leuchtstoffschicht 204 erreicht, so dass das gesamte Gebilde mechanisch stabilisiert werden kann. Anders ge¬ sagt schützt der metallische Film 206 den Leuchtstoff 204 vor äußeren Einflüssen und stabilisiert zugleich die Leuchtstoffanordnung 200. Durch die Kapselung kann ferner Wärme, welche im oder am Leuchtstoff durch eine Bestrah¬ lung mit Licht entsteht, optimal abgeführt werden. Wie eingangs erwähnt kann die metallische Schicht Legierungen und/oder Schichtfolgen verschiedener Materialien aufweisen . In Figure 2d, the process step of forming the metalli ¬ rule layer is illustrated. In this case, an optically dense and reflective metal layer is applied to the back ¬ side of the phosphor layer 204 and the transition region to the surface of the substrate 202. The transition ¬ area may also in principle comprise all facing away from the light incident surface of the substrate 202 as guiding form the phosphor arrangement already tert erläu- example, based on the embodiment shown in Figure 2D corner. Thus, a reflector dish about the substrate 202 is formed with which the reflector cup light losses can be redu ¬ sheet. Light losses in this exemplary embodiment of the phosphor arrangement 200 include inter alia light which, although entering the collimating suppository, is not converted and / or the collimation suppositories in other ways as through the entrance surface leaves (for example, through the transparent wall of the substrate 202), or even converted light, which could leave the Kollimationszäpfchen without the reflective metallic layer in other ways than by the designated exit surface (which is equal to the entrance surface). The application of the metallic layer 106 may be effected for example by vapor deposition of a corresponding mate rials ¬ or composite material, such as silver, aluminum and / or gold. As a result, both an optical and mechanical encapsulation of the phosphor or the phosphor layer 204 is achieved, so that the entire structure can be mechanically stabilized. Otherwise ge ¬ says the metallic film 206 204 protects the phosphor from external influences and stabilized at the same time, the phosphor arrangement 200. By encapsulating may further heat which is produced in or on the phosphor by a Bestrah ¬ lung with light can be optimally discharged. As mentioned above, the metallic layer may comprise alloys and / or layer sequences of different materials.
In Fig.2E ist ein Prozessschritt des Verfahrens gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen veranschaulicht, bei dem ein Kühlkörper 208 an das mit der metallischen Schicht 206 beschichtete Substrat 202 angebracht wird. Die Kopplung zwischen dem Kühlkörper und dem mit der metallischen Schicht 206 beschichteten Substrats 202 wird derart ausgebildet, dass ein Wärmetransport von der me¬ tallischen Schicht 206 zum Kühlkörper ermöglicht wird. Dieses kann zum Beispiel durch Vorsehen einer Wärmeleitpaste zwischen den in Kontakt stehenden Oberflächen er- reicht werden. Ferner kann auch ein Kanalsystem in dem Kühlkörper nahe der metallischen Schicht vorgesehen werden, durch welches ein Kühlfluid zirkuliert, um eine zu¬ sätzliche Wärmesenke bereitzustellen. Die Wahl der Art und Verknüpfung solcher Kühlungsmittel zum Abtransport der Wärme kann bei dem Verfahren gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen an die individuellen Bedürfnisse ange- passt werden, so dass der Leuchtstoff 204 mit hohen Leis¬ tungen bestrahlt werden kann, ohne in seiner Funktions- weise beeinträchtigt zu werden. Die Verbindung zwischen Kühlkörper 208 und der metallischen Schicht 206 des Substrats 202 kann durch Löten bewirkt werden. Es kann auch, wie in dem gezeigten Beispiel in Figur 2E dargestellt, eine angepasste Öffnung in dem Kühlkörper 208 vorgesehen werden, in welche das beschichtete Substrat 202 einge¬ setzt werden kann, so dass der Kühlkörper 208 über eine steckbare Verbindung mit dem mit der metallischen Schicht 206 beschichteten Substrat 202 verbunden wird. FIG. 2E illustrates a process step of the method according to various embodiments, in which a heat sink 208 is attached to the substrate 206 coated with the metallic layer 206. The coupling between the heat sink and the surface coated with the metallic layer 206, substrate 202 is formed so as to enable a heat transfer from the me ¬-metallic layer 206 to the heat sink. This can be achieved, for example, by providing a thermal compound between the contacting surfaces. be enough. Furthermore, a runner system may be provided in the heatsink near the metallic layer through which a cooling fluid circulates, to provide a ¬ to additional heat sink. The choice of the type and the attachment of such coolant for transporting the heat can be adapted in the process according to various embodiments of the individual needs, so that the phosphor can be irradiated 204 with high Leis ¬ obligations without, in its function impaired to become. The connection between the heat sink 208 and the metallic layer 206 of the substrate 202 may be effected by soldering. It can also, as shown in the example shown in Figure 2E, a customized opening in the heat sink 208 are provided, in which the coated substrate 202 can be ¬ sets, so that the heat sink 208 via a pluggable connection with the metallic Layer 206 coated substrate 202 is connected.
Die Grundidee des soeben beschriebene Verfahren besteht im thermischen Auftragen eines Leuchtstoffs auf ein Substrat, woraufhin eine metallische Schicht auf das Sub¬ strat aufgetragen wird. Da das Substrat, welches bei¬ spielsweise glas oder Keramik aufweisen kann, hochschmel¬ zend ist, bietet das Verfahren gemäß verschiedenen Aus- führungsformen Zugang zu Beschichtungsprozessen, welche auf Metallsubstraten nicht möglich sind (weil das Metall im Substrat beim thermischen Auftragen verdampfen würde) . Das Aufbringen der LeuchtstoffSchicht auf das Substrat stellt ferner eine optimierte optische Anbindung des Leuchtstoffs an das Substrat. Die metallische Schicht, welche auf den Leuchtstoff und gegebenenfalls auf das Substrat aufgetragen wird reduziert optische Verluste, indem sie eine verspielte Kapselung bildet. Gleichzeitig kann diese Kapselung die mechanische Stabilität der Leuchtstoffanordnung verbessern. Das Anbringen der ent- wärmenden metallischen Schicht auf den Leuchtstoff und ggfs. das Substrat sorgt zudem für eine guten thermischen Kontakt und kann so den Wärmeabtransport vom Leuchtstoff verbessern, mitunter die entwärmende metallischen Schicht sich der Oberflächenrauhigkeit des Leuchtstoffs anpassen kann und dadurch eine vergrößerte Grenzfläche zwischen der metallischen Schicht und dem Leuchtstoff gebildet wird. Dieser Effekt kann verstärkt ausgenutzt werden, in¬ dem beispielsweise ein teures aber gut wärmeleitendes Ma¬ terial, z.B. Silber, direkt an der Grenzfläche verwendet wird. The basic idea of the method just described consists in the thermal deposition of a phosphor on a substrate, after which a metallic layer is applied to the sub ¬ strat. Since the substrate which may have at ¬ game as glass or ceramics, is hochschmel ¬ zend, provides the method according to various exemplary forms of access to coating processes which are not possible on metal substrates (because the metal would evaporate in the substrate during the thermal application). The application of the phosphor layer to the substrate further provides an optimized optical attachment of the phosphor to the substrate. The metallic layer, which on the phosphor and optionally on the Substrate applied reduces optical losses, forming a playful encapsulation. At the same time, this encapsulation can improve the mechanical stability of the phosphor arrangement. The attachment of the warming metallic layer on the phosphor and optionally the substrate also ensures good thermal contact and can thus improve the heat removal from the phosphor, sometimes the Entwärmende metallic layer can adapt to the surface roughness of the phosphor and thereby an enlarged interface between the metallic layer and the phosphor is formed. This effect can be exploited strengthened the example, an expensive but good thermal conductivity Ma ¬ TERIAL such as silver, is used directly at the interface in ¬.

Claims

Ansprüche claims
Verfahren zum Bilden einer Leuchtstoffanordnung, aufweisend : A method of forming a phosphor array comprising:
• Bereitstellen eines Substrats;  Providing a substrate;
• Aufbringen von Leuchtstoff auf eine Oberfläche des Substrats;  Applying phosphor to a surface of the substrate;
• Aufbringen einer metallischen Schicht auf den Leuchtstoff und auf mindestens einen Teilbereich der Oberfläche des Substrats derart, dass der Leuchtstoff von der metallischen Schicht und dem Substrat im Wesentlichen vollständig eingekap¬ selt wird. Applying a metallic layer on the phosphor and on at least a portion of the surface of the substrate such that the phosphor of the metallic layer and the substrate is substantially completely eingekap ¬ Selt.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner aufweisend: The method of claim 1, further comprising:
Anbringen des beschichteten Substrats an einen Kühl körper, wobei mindestens ein Teilbereich der mit de metallischen Schicht beschichteten Oberfläche des Substrats mit einer Oberfläche des Kühlkörpers wär¬ metechnisch gekoppelt ist. Attaching the coated substrate to a cooling body, wherein at least a portion of the de metallic layer coated surface of the substrate with a surface of the heat sink is therm ¬ metrologically coupled.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, Method according to one of claims 1 or 2,
wobei das Substrat als ein optisches Element ausge¬ bildet ist. wherein the substrate is formed as an optical element ¬ forms.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, 4. The method according to any one of claims 1 to 3,
wobei das Substrat Glas und/oder Kunststoff und/oder transparente hochschmelzende Keramik aufweist.  wherein the substrate comprises glass and / or plastic and / or transparent refractory ceramic.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, 5. The method according to any one of claims 1 to 4,
wobei das Substrat hochschmelzendes Glas aufweist. wherein the substrate comprises refractory glass.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, 6. The method according to any one of claims 1 to 5,
wobei das Aufbringen von Leuchtstoff auf die Ober¬ fläche des Substrats ohne Verwendung eines Bindemit¬ tels erfolgt. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wherein the application of phosphor on the upper surface of the substrate ¬ takes place without using a means of Bindemit ¬. 7. The method according to any one of claims 1 to 6,
wobei die metallische Schicht optisch dicht ist.  wherein the metallic layer is optically dense.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, 8. The method according to any one of claims 2 to 7,
wobei beim Anbringen des beschichteten Substrats an den Kühlkörper mindestens ein Teilbereich der mit der metallischen Schicht beschichteten Oberfläche des Substrats in körperlichen Kontakt mit der Ober¬ fläche des Kühlkörpers gebracht wird. wherein at least a portion of the surface coated with the metallic layer surface of the substrate is brought into physical contact with the upper surface of the heat sink ¬ when attaching the coated substrate to the heatsink.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 8, ferner aufweisend : 9. The method according to any one of claims 2 to 8, further comprising:
Aufbringen eines wärmeleitenden Materials auf einen Applying a thermally conductive material to a
Teilbereich der mit der metallischen Schicht beschichteten Oberfläche des Substrats. Part of the coated with the metallic layer surface of the substrate.
Leuchtstoffanordnung, aufweisend : Phosphor arrangement comprising:
• ein Substrat;  A substrate;
• einen Leuchtstoff, der auf einer Oberfläche  • a phosphor that is on a surface
Substrats angeordnet ist;  Substrate is arranged;
• eine metallische Schicht, die auf dem Leucht  • a metallic layer on the light
stoff angeordnet ist.  fabric is arranged.
11. Leuchtstoffanordnung nach Anspruch 10, 11. phosphor arrangement according to claim 10,
wobei die metallische Schicht auf mindestens einem Teilbereich der Oberfläche des Substrats derart an- geordnet ist, dass der Leuchtstoff von der metalli¬ schen Schicht und dem Substrat eingekapselt ist. wherein the metallic layer is deposited on at least a portion of the surface of the substrate in such a way that is ordered that the phosphor is encapsulated by the Metalli ¬ rule layer and the substrate.
12. Leuchtstoffanordnung nach Anspruch 10 oder 11, ferner aufweisend: 12. The phosphor arrangement according to claim 10 or 11, further comprising:
einen Kühlkörper, welcher an das Substrat angebracht ist, wobei mindestens ein Teilbereich der mit der metallischen Schicht beschichteten Oberfläche des Substrats mit einer Oberfläche des Kühlkörpers wär¬ metechnisch gekoppelt ist. 13. Leuchtstoffanordnung nach Anspruch 12, a heatsink which is attached to the substrate, wherein at least a portion of the coated surface of the metallic layer of the substrate with a surface of the heat sink would be ¬ metechnisch coupled. 13. phosphor arrangement according to claim 12,
wobei die mit der metallischen Schicht beschichtete Oberfläche des Substrats mit der Oberfläche des Kühlkörpers in körperlichen Kontakt steht.  wherein the surface of the substrate coated with the metallic layer is in physical contact with the surface of the heat sink.
14. Leuchtstoffanordnung nach Anspruch 12 oder 13, fer- ner aufweisend: 14. The phosphor arrangement of claim 12 or 13, further comprising:
ein wärmeleitendes Material, welches zwischen der mit der metallischen Schicht beschichteten Oberfläche des Substrats und der Oberfläche des Kühlkörpers angeordnet ist.  a heat conductive material disposed between the metallic layer coated surface of the substrate and the surface of the heat sink.
PCT/EP2012/056101 2011-04-27 2012-04-03 Method for forming a phosphor arrangement and associated phosphor arrangement WO2012146467A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102011017633.0 2011-04-27
DE102011017633A DE102011017633A1 (en) 2011-04-27 2011-04-27 A method of forming a phosphor array and associated phosphor array

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2012146467A1 true WO2012146467A1 (en) 2012-11-01

Family

ID=46062242

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2012/056101 WO2012146467A1 (en) 2011-04-27 2012-04-03 Method for forming a phosphor arrangement and associated phosphor arrangement

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102011017633A1 (en)
WO (1) WO2012146467A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10935193B2 (en) 2015-07-17 2021-03-02 Osram Gmbh Wavelength conversion of primary light by means of a conversion body

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014117983A1 (en) * 2014-12-05 2016-06-09 Osram Opto Semiconductors Gmbh Conversion element, optoelectronic semiconductor component and method for producing conversion elements
DE102017217915A1 (en) * 2017-10-09 2019-04-11 Osram Gmbh Light conversion device, manufacturing method therefor and lighting device

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008149256A1 (en) * 2007-06-05 2008-12-11 Koninklijke Philips Electronics N.V. Self-supporting luminescent film and phosphor-enhanced illumination system
US20100096977A1 (en) * 2008-10-21 2010-04-22 Seoul Opto Device Co., Ltd. Ac light emitting device with long-persistent phosphor and light emitting device module having the same
US20100133556A1 (en) * 2009-06-18 2010-06-03 Bridgelux, Inc. Led array package covered with a highly thermal conductive plate
WO2011007307A2 (en) * 2009-07-14 2011-01-20 Koninklijke Philips Electronics N.V. Color temperature variable light emitter
WO2011014672A1 (en) * 2009-07-29 2011-02-03 Illumitex, Inc. Orthogonally separable light bar

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008011809A1 (en) * 2007-12-20 2009-06-25 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optoelectronic component
DE102008030253B4 (en) * 2008-06-25 2020-02-20 Osram Opto Semiconductors Gmbh Conversion element and illuminant
JP2010199145A (en) * 2009-02-23 2010-09-09 Ushio Inc Light source equipment
DE102010063756A1 (en) * 2010-12-21 2012-06-21 Osram Ag Production of phosphor layers using alkali metal silicates

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008149256A1 (en) * 2007-06-05 2008-12-11 Koninklijke Philips Electronics N.V. Self-supporting luminescent film and phosphor-enhanced illumination system
US20100096977A1 (en) * 2008-10-21 2010-04-22 Seoul Opto Device Co., Ltd. Ac light emitting device with long-persistent phosphor and light emitting device module having the same
US20100133556A1 (en) * 2009-06-18 2010-06-03 Bridgelux, Inc. Led array package covered with a highly thermal conductive plate
WO2011007307A2 (en) * 2009-07-14 2011-01-20 Koninklijke Philips Electronics N.V. Color temperature variable light emitter
WO2011014672A1 (en) * 2009-07-29 2011-02-03 Illumitex, Inc. Orthogonally separable light bar

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10935193B2 (en) 2015-07-17 2021-03-02 Osram Gmbh Wavelength conversion of primary light by means of a conversion body

Also Published As

Publication number Publication date
DE102011017633A1 (en) 2012-10-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102016106841B3 (en) Converter for generating a secondary light from a primary light, bulbs containing such converters, and methods for producing the converter and lighting means
DE102011114641B4 (en) Optoelectronic semiconductor component and method for producing an optoelectronic semiconductor component
DE102005045587B4 (en) Assembly with a light-emitting semiconductor element
JP6069890B2 (en) Inorganic molded body for wavelength conversion and light emitting device
US7217583B2 (en) Methods of coating semiconductor light emitting elements by evaporating solvent from a suspension
DE102013207308B4 (en) Method for manufacturing an optoelectronic assembly and optoelectronic assembly
CN110291224A (en) Inorganic bonded device and structure
DE112011103158T5 (en) A light-emitting semiconductor device having a densely packed phosphor layer on a light-emitting surface
EP2901479B1 (en) Optoelectronic component
WO2012156514A1 (en) Optoelectronic semiconductor chip, optoelectronic semiconductor component, and a method for producing an optoelectronic semiconductor component
DE112011103157T5 (en) Semiconductor light emitting devices having optical coatings and methods of making the same
DE112005003083T5 (en) Mounting substrates for semiconductor light emitting devices and packages with cavities and cover plates and method of packaging the same
CN104617203A (en) Optical semiconductor device and method for manufacturing same
DE102005040522B4 (en) Light-emitting semiconductor device and method for producing such
DE102013103416A1 (en) Electromagnetic radiation emitting assembly and method of manufacturing an electromagnetic radiation emitting assembly
DE102012106769A1 (en) Wavelength conversion structure, manufacturing method thereof and light-emitting device having the wavelength change structure
WO2013004737A1 (en) Method for producing a conversion element, and conversion element
DE102012210195A1 (en) Device for providing electromagnetic radiation
DE102013206133B4 (en) Method for producing a conversion element and conversion element
WO2013167399A1 (en) Optoelectronic component and method for producing an optoelectronic component
WO2013010765A1 (en) Optoelectronic component and method for producing an optoelectronic component
WO2019072759A1 (en) Semiconductor laser and method of production for optoelectronic semiconductor parts
WO2016124632A1 (en) Conversion element, optoelectronic component, and corresponding manufacturing method
DE102016104616B4 (en) Semiconductor light source
WO2012146467A1 (en) Method for forming a phosphor arrangement and associated phosphor arrangement

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 12720440

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 12720440

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1