WO2013060731A2 - Optischer konverter für hohe leuchtdichten - Google Patents

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WO2013060731A2
WO2013060731A2 PCT/EP2012/071069 EP2012071069W WO2013060731A2 WO 2013060731 A2 WO2013060731 A2 WO 2013060731A2 EP 2012071069 W EP2012071069 W EP 2012071069W WO 2013060731 A2 WO2013060731 A2 WO 2013060731A2
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Peter Nass
Yvonne Menke
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Wolfram Beier
Rainer Liebald
Niko Schultz
Günter Weidmann
Hauke Esemann
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    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B20/00—Energy efficient lighting technologies, e.g. halogen lamps or gas discharge lamps

Definitions

  • the invention relates to an optical converter for the production of colored or white light, in which short-wavelength excitation light is converted by a converter medium into longer-wavelength converted light.
  • Converter material the long-wavelength excitation light is converted into remitted light with a longer wavelength.
  • a converter is understood to mean that part of a device for optical conversion in which the conversion takes place.
  • the converter consists of a converter material. Converter materials contain phosphors, which as optically active media the
  • Converter materials can be any type of conversion effect. Converter materials can be any type of conversion effect. Converter materials can be any type of conversion effect. Converter materials can be any type of conversion effect. Converter materials can be any type of conversion effect. Converter materials can be any type of conversion effect. Converter materials can be any type of conversion effect. Converter materials can be any type of conversion effect. Converter materials can be any type of conversion effect. Converter materials can be
  • phosphor density refers to the
  • Converter material in a passive matrix is also possible in which the entire converter material acts as a phosphor.
  • the converter material can be destroyed by the high temperatures.
  • Destroying temperature T fai i is a material-specific
  • the destruction temperature significantly influences the maximum
  • Converter temperature T convv ie the maximum temperature at which the converter can be operated.
  • the damage threshold with T fa il is in the range of 100 to 120 ° C.
  • thermoquenching reduces the quantum efficiency. In addition, it may be at higher temperatures to shift the
  • the heat output can be spread over a larger area and the temperature limit so
  • Material use as for example in a static structure.
  • the moving parts may cause a disturbing noise, or wear out.
  • WO 09/15976 A provides for the use of a
  • the converter material is applied statically on a heat sink. This design is limited to remission-driven converters. In addition, the heat dissipation to be achieved by the
  • Phosphor-based materials for example,
  • converter materials are used.
  • converter materials are used.
  • converter materials are used.
  • Silicone base show low destruction temperatures of approx. 100-120 ° C and low thermal conductivity.
  • the refractive index difference can be varied only to a limited extent via doping and grain size of the phosphor particles. This has the consequence that the absorption of the excitation light and the scattering in the converter body can not be adjusted independently of each other.
  • the scattering properties of the converter material affect both the scattering of the converted light and the scattering of the excitation light and are therefore an important optical parameter.
  • the emission spot is determined by the Lichtbündelguer abolish the excitation light and the luminance by the
  • the emission spot is larger than the light beam cross section of
  • Excitation light source The emission spot is smaller for strongly scattering converter material than for weakly scattering converter material, but also depends on the converter thickness and on the reflection properties of the converter surface. A high luminance can be achieved by strongly scattering material. However, sprinkle the material so much that Also, the excitation light is remitted before it
  • the invention is based on the object to provide a converter for producing white or colored light with high luminance.
  • the converter according to the invention consists of a doped YAG ceramic or LuAG ceramic, which represent an optoceramic with incorporated grain structure, which
  • YAG ceramic is an yttrium aluminum garnet and LuAG ceramic is a lutetium aluminum garnet. Particularly advantageous is the doping with a cerium compound, for example Ce 2 C> 3.
  • the optoceramics according to the invention as converter material, it is possible to achieve high luminances, preferably of more than 100 cd / mm 2 , more preferably of more than 500 cd / mm 2 .
  • Excitation light exceeds a desired level.
  • the conversion efficiency is determined both by the absorption of the excitation light, i. the quantum efficiency, as well as the remission of the excitation light.
  • Converter materials in which phosphor particles are present in an optically inactive matrix known.
  • converter materials such as
  • Phosphor density is an increase in the remission of the
  • the phosphor To maintain excitation light, the phosphor must be more heavily doped. This has a so-called
  • the optoceramic according to the invention has a high scattering or remission R E mission, in which the conversion efficiency is not yet adversely affected.
  • the remission REmission is preferably at least 60%, particularly preferably at least 80%. This is beneficial because of a strong dispersion for one
  • the converter material preferably has a quantum efficiency QE of the absorption of the excitation light greater than 80% and particularly preferably greater than 90%. This is particularly advantageous because of a high
  • Quantum yield a smaller proportion of the incident energy is given off in the form of heat.
  • Converter material on the one hand minimizes heating.
  • Light intensity can be used, which is advantageous in terms of energy consumption.
  • Remission of the converted emitted light needed is the product of remission REmission and
  • quantum efficiency is greater than 0.6 and preferably greater than 0.7. According to the state of the art, for a ceramic material with particularly good quantum efficiency, a small scattering would be achieved (and thus a low remission
  • the converter material according to the invention has in a highly surprising manner a high scattering (and thus a high remission REmission), without the
  • the converter according to the invention thus has a
  • FOM op t QE * R, greater than 0. 6, preferably greater than 0. 7 and more preferably greater than 0. 8 on. It should be the
  • converter material can be adjusted largely independently of the scattering properties.
  • the absorption length of the converter according to the invention can be chosen so that it is smaller than the typical scattering lengths.
  • Optoceramics as a converter material possible to adjust by appropriate process control, the scattering power of the material, regardless of the activator concentration between highly transparent and highly opaque.
  • optical properties can also be influenced in a targeted manner via the starting composition and / or via the degree of doping. Together with the outstanding thermal and thermo-optical properties of the
  • Optoceramics are thus converters with tailored properties accessible, which high luminance
  • the converters of the invention have the static
  • Luminances of at least 100 cd / mm 2 preferably of at least 500 cd / mm 2 on.
  • thermo-optical properties of the converter material can be measured in a thermal figure of merit, FOM,
  • FOMtherm heat flow coefficient * (heat capacity / volume)
  • the destruction temperature Tfaii is the temperature at which the converter material is destroyed.
  • the limit temperature T ° ' 8 quench is defined as the temperature at which the quantum efficiency is 80% of its value at room temperature.
  • Converters whose converter materials have high thermal FOM can thus be operated at higher temperatures.
  • the converter material has a thermal FOM greater than 500
  • the thermal conductivity is greater than 5 W / m * K, preferably greater than 8 W / m * K, and particularly preferably greater than 10 W / m * K.
  • the limit temperature of the corresponding optoceramics is above 200 ° C, in particular above 250 ° C.
  • Converter material designed self-supporting As a self-supporting converter material in the context of the invention is understood to mean a material whose strength is sufficient to be able to dispense with a substrate as a carrier material. This is particularly advantageous, since thus both
  • Outer sides of the converter can be coated. Due to the extremely high thermal stability, this is possible even at higher temperatures.
  • the converter material is when used in transmission on the
  • the edge filter can be an AR filter (anti-reflection filter), which has an AR effect for the excitation light
  • Converter material for use in remission on the emission side of an AR element.
  • broadband AR coatings or AR structures such as moth eye structures used, which have an AR effect for both the excitation light and for the converted light.
  • Converter material of this embodiment preferably has a thickness of 0.1 to 1 mm, more preferably from 0.2 to 0.8 mm and most preferably from 0.3 to 0.6 mm.
  • the luminance is proportional to the absorption of the
  • the converter is chosen to be thin enough to minimize spreading of the leakage.
  • the thickness of the converter i is sufficient to ensure effective absorption of the
  • a development of the invention provides a static
  • the converter has a luminance of >> 100 cd / mm 2 in static operation. Static operation places high demands on the converter material, since the local exposure times of the excitation light to the material are considerably higher than those of a rotating one
  • Converter wheel is the case.
  • the used converter materials have high thermal conductivities to effectively dissipate the heat.
  • materials with poor thermal conductivities can be thermally destroyed even after short exposure times and are not suitable for use in static converters. This is true, for example
  • Components are embedded in a passive matrix of glass or silicone.
  • Optokeramik invention solved as a converter material.
  • the converter material according to the invention has high
  • the optoceramic is preferably mounted on the substrate so that it optimally to a
  • Heat sink is coupled.
  • the optoceramic can be bonded directly to the heat sink. This design is included
  • Another design provides for a lateral connection of the heat sinks to the optoceramics.
  • the converter is laterally dimensioned and gripped so that it is optimally coupled to a heat sink, without obstructing the light path of the converter.
  • This design also allows the use of a heat sink in transmission operated converters. In particular, at low thermal stress can also be the use of a cantilevered
  • the excitation of the converter material takes place in transmission. It is therefore a back excited
  • Output beam path of the converted light are not interlaced and / or partially identical. However, the intensity of the excitation beam is attenuated by the transmission through the converter material. The light source used must thus provide sufficient luminous flux. The resulting high performance requires converter materials with high maximum destruction temperatures. Because of your
  • Optoceramics according to the invention are also suitable for use in converters which operate in transmission.
  • the converter material is on a movable support
  • color wheels can be covered with segments of materials with different emission wavelengths or designed for the emission of light of a wavelength.
  • the color wheel is made of a highly reflective metal.
  • the cooling effect of the rotating color wheel is limited, however, because the construction of the color wheel ensures in particular the remission and the color multiplexing should.
  • For cooling the color wheel therefore typically additional fans are used, which generate a cooling air flow.
  • the movable support of the embodiment is provided with lamellar and / or ventilation elements.
  • the cooling of the wheel can be improved.
  • the wheel automatically provides for a flow of air. This can be done independently of the cooling of other components.
  • the wheel is in the areas that are not occupied with the optoceramic, with the o.g.
  • the slats in the center of the wheel and / or the fan segments can be placed on the edge of the color wheel. Both elements can also be used in combination.
  • the lamellae can be designed in particular as radial or radial, twisted lamellae. Also fan blades or commercially available fans with applied optoceramic reflectors can be used. The use of a
  • Self-ventilating carrier wheel is particularly advantageous if the converter material is designed not as a circular ring but as a circular disk. Circular disks can
  • Possible uses are, for example, LCD projectors, LCOS projectors or 3-chip DLP projectors. Also, a use in hybrid variants is possible. In
  • Hybrid devices will produce light via the
  • Doping degree of the optoceramics adjusted so that the excitation light is present in the remitted light spectrum.
  • Color impression of the emitted light can be generated.
  • a high degree of doping i. a high density
  • Shortening the absorption length This can be set, for example, via the cerium content and into a specific one
  • Absorption length is significantly less than the scattering length, so mainly the converted light is emitted. However, if the absorption length is greater than the scattering length, mainly excitation light is remitted. Is this
  • Excitation light for example, blue and the secondary light yellow, so a regime can be set, in which the emitted converted light and the remitted Stimulating light by mixing a white color impression result.
  • the converter according to the invention can be used in projectors,
  • Spectral density as used for example in spectroscopy, is possible.
  • Fig. 1 shows the schematic structure of a converter in
  • Fig. 2 shows the schematic structure of a development of the first embodiment with a dichroic filter
  • Fig. 3 shows schematically the use of opto-ceramic in a converter in transmission as a third
  • FIG. 4 shows schematically a converter in transmission with improved version as a fourth embodiment.
  • Fig. 5 shows the schematic structure of a dynamic, i. rotating converter in remission, in which the
  • Optoceramic is designed as a ring.
  • Fig. 6 shows the schematic structure of a dynamic, i. rotating converter in remission, in which the
  • Optoceramic 1 is formed as a ring.
  • Fig. 7 shows the schematic structure of a dynamic
  • FIG. 11 Diagram for the dependence of the remission on the cerium content.
  • FIG. 12 shows a converter with setting of a defined proportion of excitation light for generating a white field near point in the color locus diagram.
  • Fig. 1 shows the side view of a schematic structure of a remission operated converter as a first embodiment.
  • the converter comprises a converter body 1 designed as an optoceramic and a mirror 3, which are connected by a
  • Adhesive layer 2 are interconnected.
  • Converter material the optoceramics, is a doped YAG ceramic or a LuAG ceramic and forms a grain structure with high scattering. From above, the excitation side, blue excitation light 4 of high power density, that is, with a small size, is incident
  • Converter body 1 and after penetration into the opto-ceramic long-wave light 5 is generated by conversion and delivered by scattering to the outside, as indicated by arrows.
  • the adhesive layer 2 has, for example, a thickness d K i e b of 10 ⁇ .
  • the mirror 3 reflects the excitation light 4 into the optoceramic 1 and thus increases the luminous efficacy of the converted, longer wavelength light 5.
  • the converter area A is for example 4 mm 2 and the thickness of the converter dkonv 200 ⁇ .
  • the maximum pump power can be estimated to:
  • T max Ko nv T RT + Q / A * d / ⁇
  • R 1 d / ( ⁇ ) with the thermal resistance
  • the thermal resistance of the converter results from the absolute thermal resistances R th of the
  • the adhesive layer 2 in this case has a higher thermal resistance than the optoceramic 1 and thus significantly determines the thermal resistance, ie in this case its lower limit.
  • This surprisingly high pumping power allows, for example, irradiation with 10W to 4mm 2 luminance of
  • Figure 2 shows the schematic structure of the second
  • Embodiment It is one
  • an antireflection coating 6 was applied to the optoceramics 1. This will be the
  • Figure 3 shows the structure of the third embodiment, a converter with back excitation, so with
  • the excitation light 4 strikes the opto-ceramic 1 on the excitation side 11
  • Emission side 12 exits the converted, longer wavelength light 5.
  • the thickness of the optoceramic 1 is 200
  • the optoceramic 1 is fixed only laterally, ie, to the left and to the right of the light spot of the excitation light, by a metallic mount 70.
  • the majority of the optoceramics 1 thus floats freely between the versions. This design is only made possible by the fact that the optoceramic 1 is self-supporting.
  • known from the prior art systems such as PIS Substrates, substrates needed, so that a
  • the socket 70 is formed as a heat sink and has a diameter of 2 mm.
  • the optoceramic 1 is coated on the emission side 12 with an edge filter 91.
  • the excitation side 11 is again with a broadband AR coating
  • FIG. 4 represents a further development of the third exemplary embodiment.
  • the optoceramic 1 is enclosed in such a way that the socket 71, apart from the surface onto which the light spot of FIG. 4
  • Excitation light 4 falls, covering a large part of the bottom of the optoceramic 1.
  • the socket 71 is metallic and reflects light scattered in the opto-ceramic, including excitation light 4 and converted light 5.
  • Opto-ceramic 1 on the excitation side 11 are dispensed with.
  • the deviation from the optical pump powers of the first embodiment is due to the structure.
  • the performance depends on geometry factors, for example. this leads to to the fact that the maximum pumping power in transmission is lower than in remission.
  • Converter materials based on silicone or glass / glass ceramic.
  • the heat storage number is the product of heat capacity and density.
  • the extended FOM, FOM dyn describes the behavior of a converter on a rotating wheel and thus for a dynamic one
  • the optoceramics OCl and OC2 according to the invention exhibit extraordinarily high FOMs.
  • the two optoceramics OCl and OC2 differ in their doping.
  • Optoceramic OCl contains YAG (yttrium aluminum garnet), optoceramics OC2 Mg 3 Al 8 [SiO] 3 .
  • the differences in the FOM of the two optoceramics are due in particular to the different densities.
  • the materials listed in the table can be divided into three groups with regard to the FOM.
  • the low FOMs of converters based on silicone matrices can be attributed in particular to their low thermal conductivity.
  • the FOM of the optoceramics of the invention are more than 5 times as high as those of glass-ceramic based converters.
  • the optoceramics advantageously show outstandingly high thermal conductivities ⁇ .
  • the fifth exemplary embodiment shown in FIG. 5 shows the schematic cross-section of a dynamic converter, which is operated in remission.
  • the optoceramic 1 is formed as a circular disc and by means of
  • Adhesive layer 2 is applied to the carrier 3.
  • the surface of the optoceramic 1 is coated with an edge filter 9.
  • the carrier 3 is centrally connected to a hub 8. The excitation occurs locally limited at one point of the
  • the carrier 3 With the help of the hub 8, the carrier 3 is rotated with the opto-ceramic 1.
  • a local specific local area of the optoceramic 1 is irradiated with the excitation light 4 only for a short duration.
  • Irradiation time can be adjusted via the rotational frequency of the hub 8.
  • Irradiation time high excitation power of well over 25 W can be achieved.
  • Embodiment is the optoceramic 1 as a ring
  • annular optoceramic 1 allows a lower cost of materials, but without affecting the optical properties of the converter. This is possible because in this embodiment, only the areas are not recessed, which are not detected by the excitation beam 4 anyway.
  • Figure 7 shows the schematic representation of a
  • the disc-shaped carrier 3 fixes the annular
  • Optoceramic 1 which is designed as a reflective version ..
  • the carrier 3 covers only so much of the
  • the optoceramic 1 is also on the excitation side, i. its underside, with an AR coating 10 and on its upper side with an edge filter 91.
  • FIG. 8 shows the relationship between quantum efficiency and remission.
  • the correlation between scattering and remission can be advantageous for quantifying the
  • Scattering properties of a converter can be used.
  • Excitation wavelength measured.
  • the remission of a sample of the converter material having a thickness of 1 mm was measured at a wavelength of 600 nm.
  • spectrometer was a spectrometer with
  • the remission was determined using a sample with the thickness of 1 mm at a wavelength of 600 nm. A strongly scattering material has a high remission.
  • FIG. 9 shows an overlay diagram of a
  • the optoceramic in Fig. 10 has the composition Y 3 Al 5 0i 2 -Ce.
  • Quantum efficiency remains approximately constant. As shown in Fig. 10, this effect is much less pronounced in the second optoceramics.
  • the expression of the effect may in particular be dependent on the composition of the starting material.
  • the relationship of the two quantities depends on the density of the conversion centers, i. from the degree of doping.
  • Fig. 11 shows the relationship between the
  • the absorption efficiency describes the proportion of
  • Remission of the blue excitation light was measured on 1mm thick samples in a quantum efficiency measuring station.
  • Optoceramics with high doping levels show a strong dependence on absorption efficiency and remission. Especially at high remission values from 0.8, the absorption efficiency decreases rapidly.
  • Adjustment of the scattering or yellow remission R_Emission can be adjusted within wide limits.
  • the conversion line is the connecting line between the color locus of the excitation light and the color locus of the emission spectrum
  • FIG. 12 illustrates the setting of a white field near
  • the converter 1 is provided with a mirror 31.
  • the converter 1 is selected with regard to its scattering properties so that 20% of the blue excitation light is remitted and 80% absorbed.
  • Excitation light is largely converted into yellow light and emitted either as a direct or reflected reflection on the mirror 31 as a scattering lobe 51.
  • the blue remitted light is composed of a Fresnel reflex 40 and a scattering lobe 41 together.
  • This second scattering lobe 42 has - depending on the converter thickness and scattering - a more or less directional radiation characteristic.
  • the superposition of the scattering lobes 40, 41, 42 of the excitation light and the scattering lobe 51 of the converted light creates a
  • the angular dependence can be achieved by roughening the
  • the fine adjustment to reach the white-field-near point can alternatively be done by applying a thin scattering layer on the excitation side of the converter 1.
  • the litter layer may consist of Ti0 2 or undoped optoceramic material.
  • the blue component is increased compared to the yellow component of the emitted light.
  • the converter materials according to the invention show

Abstract

Optischer Konverter zur Erzeugung von farbigem oder weißem Licht aus blauem Anregungslicht (4). Der Konverter weist neben guter Konversion auch gute Streueigenschaften auf, um aus den gestreuten blauen Lichtanteilen und den gestreuten, konvertierten gelben Lichtanteilen (5) nahezu weißes Licht machen zu können. Das Konvertermaterial stellt eine YAG-Keramik oder LuAG-Keramik oder eine Magnesium-Aluminium-Keramik mit starker Streuung dar.

Description

Optischer Konverter für hohe Leuchtdichten
Beschreibung Die Erfindung betrifft einen optischen Konverter für die Erzeugung von farbigem oder weißem Licht, bei welchen kurzwelliges Anregungslicht durch ein Konvertermedium in langwelligeres konvertiertes Licht umgewandelt wird. Durch Absorptions- und Emissionsprozesse im
Konvertermaterial wird das langwellige Anregungslicht in remittiertes Licht mit größerer Wellenlänge umgewandelt.
Unter einem Konverter wird im Sinne der Erfindung der Teil einer Vorrichtung zur optischen Konversion verstanden, in welchem die Konversion , erfolgt . Der Konverter besteht dabei aus einem Konvertermaterial. Konvertermaterialien enthalten Leuchtstoffe, welche als optisch aktive Medien die
Konversion bewirken. Konvertermaterialien können
unterschiedlich hohe Leuchtstoff-Dichten aufweisen. Der Ausdruck "Leuchtstoff-Dichte" bezieht sich auf die
Verteilung des Leuchtstoffes bzw. der Leuchtstoff-Partikel im Konvertermaterial. So kann der Leuchtstoff im
Konvertermaterial in einer passiven Matrix vorliegen. Es sind jedoch auch Konvertermaterialien möglich, bei denen das gesamte Konvertermaterial als Leuchtstoff fungiert.
Bei der optischen Konversion entsteht durch die sogenannten Stokes-Verluste immer auch Wärme im Konverter. Die Stokes- Verluste ergeben sich aus der Differenz der Photonenenergie von Anregungslicht und emittiertem Licht. So werden
typischerweise 20-30% der eingebrachten optischen Leistung in Wärme umgewandelt. Dies gilt selbst für Konvertermaterialien mit einer Quanteneffizienz von 1. Der Wärmeeintrag in den Konverter führt zu einer
Temperaturerhöhung des Konvertermaterials .
Die hohen Temperaturen im Konvertermaterial führen aus mehreren Gründen zu einer Schwächung oder Begrenzung der Konversion und somit zu einer Begrenzung der zu
erreichenden Leuchtdichten. So kann das Konvertermaterial durch die hohen Temperaturen zerstört werden. Die
Zerstörtemperatur Tfaii ist eine materialspezifische
Eigenschaft. Verschiedene Materialien können somit
unterschiedlich hohe Zerstörtemperaturen aufweisen. Die Zerstörtemperatur beeinflusst maßgeblich die maximale
Konvertertemperatur Tkonv, d.h. die maximale Temperatur, bei welcher der Konverter betrieben werden kann.
Begrenzend auf die zu erreichenden Leuchtdichten wirkt sich dies insbesondere bei Konvertersystemen aus, bei denen der Leuchtstoff in eine Matrix aus Silikon oder einem anderen organischen Binder eingebettet ist. Bei sog. „phosphor-in- silicon" Konvertern, PIS liegt die Zerstörschwelle mit Tfail im Bereich von 100 bis 120 °C.
Unabhängig von der Zerstörschwelle der jeweils verwendeten Konvertermaterialien verringert sich durch den Effekt des Thermoquenchings die Quanteneffizienz. Zudem kann es bei höheren Temperaturen zu einer Verschiebung der
Absorptionsbande zu längeren Wellenlängen kommen, welche zu einer Erhöhung der Selbstabsorption und somit ebenfalls zu einer Verringerung der Leuchtdichte führt. Um dennoch Konverter mit hohen Leuchtdichten zu erhalten, sind aus dem Stand der Technik Aufbauten, bei denen sich das Konvertermaterial auf einer rotierenden Scheibe
befindet, bekannt. So beschreibt die Patentanmeldung US 2009/0073591 AI einen Konverter mit einem auf einem
rotierenden Trägerrad applizierten Konvertermaterial. Dur die dynamische Bauweise kann die Wärmeleistung auf eine größere Fläche verteilt und die Temperaturgrenze so
eingehalten werden.
Ein ähnlicher Aufbau wird auch in der Patentanmeldung US 2009034284 A beschrieben. Nachteilig bei diesem Ansatz ist jedoch der zwingend notwenige Einsatz eines Trägerrades und dessen nachteiligen Einfluss auf die Größe des Konverters. Zudem bedingen die großen Trägerräder einen höheren
Materialeinsatz als beispielsweise bei einem statischen Aufbau. Zudem können die beweglichen Bauteile eine störende Geräuschentwicklung verursachen, oder verschleißen.
Daher sieht die WO 09115976 A die Verwendung einer
Wärmesenke vor. Hierbei wird das Konvertermaterial statisch auf einer Wärmesenke appliziert. Dieses Design ist dabei auf in Remission betriebenen Konverter beschränkt. Zudem ist die zu erreichende Wärmeableitung von der
Wärmeleitfähigkeit des verwendeten Konvertermaterials abhängig .
Üblicherweise werden als Konvertermaterialien auf
Leuchtstoffe basierte Materialen, beispielsweise
eingebettet in Silikon oder Glas oder Quantendots
verwendet. Insbesondere Konvertermaterialien auf
Silikonbasis zeigen niedrige Zerstörtemperaturen von ca. 100-120 °C sowie geringe Wärmeleitfähigkeiten. Hinzu kommt, dass bei der Verwendung von LeuchtstoffPartikeln in einer Matrix die Brechzahldifferenz nur begrenzt über Dotierung und Korngröße der Leuchtstoffpartikel variiert werden kann. Dies hat zur Folge, dass die Absorption des Anregungslichts und die Streuung im Konverterkörper nicht unabhängig voneinander eingestellt werden können.
Die Streueigenschaften des Konvertermaterials beeinflussen sowohl die Streuung des konvertierten Lichtes als auch die Streuung des Anregungslichts und sind daher ein wichtiger optischer Parameter.
Für die Erzeugung hoher Leuchtdichten ist eine möglichst vollständige Auskopplung des konvertierten Lichtes bei gleichzeitig räumlich kleinem Emissionsfleck vorteilhaft. Der Emissionsfleck wird durch den Lichtbündelguerschnitt des Anregungslichtes und die Leuchtdichte durch den
emittierten Lichtstrom pro Flächenelement der
Konverteroberfläche bestimmt. Wegen der endlichen
Eindringtiefe des Anregungslichtes und wegen der
Lichtstreuung im Konvertermaterial ist der Emissionsfleck größer als der Lichtbündelquerschnitt der
Anregungslichtquelle. Der Emissionsfleck ist bei stark streuendem Konvertermaterial kleiner als bei schwach streuendem Konvertermaterial, hängt jedoch auch von der Konverterdicke und von den Reflexionseigenschaften der Konverteroberfläche ab. Eine hohe Leuchtdichte kann durch stark streuendes Material erreicht werden. Streut das Material jedoch so stark, dass auch das Anregungslicht remittiert wird, bevor es
absorbiert wird, sinkt der Anteil des konvertierten Lichts.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Konverter zur Erzeugung von weißem oder farbigem Licht mit hoher Leuchtdichte bereit zu stellen.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst und durch die Merkmale der abhängigen Ansprüche ausgestaltet und weitergebildet.
Der erfindungsgemäße Konverter besteht aus einer dotierten YAG-Keramik oder LuAG-Keramik, die eine Optokeramik mit eingelagerter Kornstruktur darstellen, welche
Konversionszentren direkt im keramischen Material bilden. YAG-Keramik ist ein Yttrium-Aluminium-Granat und LuAG- Keramik ist ein Lutetium-Aluminium-Granat. Besonders vorteilhaft ist die Dotierung mit einer Cerverbindung, beispielsweise Ce2C>3.
Durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Optokeramik als Konvertermaterial können hohe Leuchtdichten, bevorzugt von über 100 cd/mm2, besonders bevorzugt von über 500 cd/mm2 erreicht werden.
Für die Erzeugung hoher Leuchtdichten ist eine möglichst vollständige Auskopplung des konvertierten Lichtes bei gleichzeitig räumlich kleinem Emissionsfleck vorteilhaft. Dies kann durch ein stark streuendes Konvertermaterial erreicht werden. Die erfindungsgemäße Kornstruktur führt zu guter Streuung sowohl des kurzwelligen Anregungslichtes als auch des langwelligen Emissionslichtes. Eine starke Streuung des im Konverter erzeugten Emissionslichts ist insbesondere für die Erreichung eines guten
Lichtkonfinements , d.h. für einen kleinen Emissionsfleck, vorteilhaft .
Wird jedoch das Anregungslicht vom Konverter remittiert, so sinkt der Anteil des Anregungslichts, das in den Konverter eindringt und dort zur Konversion beitragen kann. Daher darf die Streuung - bei gegebener Absorptionslänge - wiederum nicht so stark sein, dass die Remission des
Anregungslichtes ein gewünschtes Niveau übersteigt. Die Konversionseffizienz wird dabei sowohl von der Absorption des Anregungslichtes, d.h. der Quanteneffizienz, als auch von der Remission des Anregungslichtes beeinflusst.
Erwartungsgemäß würde die Konversionseffizienz jedoch bei stark streuenden Proben, d.h. bei Proben mit einer hohen Remission REmission sinken. Diese Abhängigkeit ist bei
Konvertermaterialien, bei denen Leuchtstoffpartikel in einer optisch inaktiven Matrix vorliegen, bekannt. Bei Konvertermaterialien, wie beispielsweise
Leuchtstoffpartikeln in einer Silikonmatrix, führt eine hohe Leuchtstoffpartikeldichte in der Silikonmatrix zu einer hohen Remission. Jedoch bedingt eine hohe
Leuchtstoffdichte eine Vergrößerung der Remission des
Anregungslichtes. Um die gewünschte Absorption des
Anregungslichtes beizubehalten, muss der Leuchtstoff stärker dotiert werden. Dies hat ein sogenanntes
Konzentrationsquenching zur Folge, d.h. die Quantenausbeute und damit die Konversionseffizienz werden reduziert. Bisher war es deshalb nicht möglich, gleichzeitig eine hohe
Konversionseffizienz und eine hohe Remission REmission zu erreichen. Überraschenderweise weist die erfindungsgemäße Optokeramik eine hohe Streuung bzw. Remission REmission auf, bei der die Konversionseffizienz noch nicht ungünstig beeinflusst ist.
Insbesondere beträgt die Remission REmission bevorzugt mindestens 60%, besonders bevorzugt mindestens 80%. Dies ist vorteilhaft, da eine starke Streuung für ein
ausreichendes Lichtkonfinement und somit für eine hohe Strahldichte benötigt wird.
Des Weiteren weist das Konvertermaterial bevorzugt eine Quanteneffizienz QE der Absorption des Anregungslichtes größer als 80% und besonders bevorzugt größer als 90% auf. Dies ist besonders vorteilhaft, da durch eine hohe
Quantenausbeute ein geringerer Anteil der eingestrahlten Energie in Form von Wärme abgegeben wird. Somit wird durch die gute Quanteneffizienz des erfindungsgemäßen
Konvertermaterials zum einen die Erwärmung minimiert.
Zum anderen können Lichtquellen mit geringerer
Lichtintensität eingesetzt werden, was in Hinblick auf den Energieverbrauch vorteilhaft ist.
Da zur Erzielung hoher Leuchtdichten sowohl eine hohe Absorption des Anregungslichtes als auch eine hohe
Remission des konvertierten emittierten Lichts benötigt werden, ist das Produkt aus Remission REmission und
Quanteneffizienz jedenfalls größer als 0.6 und bevorzugt größer als 0.7. Nach dem Stand der Technik würde man für ein keramisches Material mit besonders guter Quanteneffizienz eine geringe Streuung (und damit eine geringe Remission
F Lssion ) erwarten.
Das erfindungsgemäße Konvertermaterial weist dagegen in höchst überraschender Weise eine hohe Streuung (und damit eine hohe Remission REmission) auf, ohne dass die
Quanteneffizienz schon ungünstig beeinflusst ist.
Der erfindungsgemäße Konverter weist somit eine
Konvertergütezahl oder optische figure of merit FOMopt , definiert als
FOMopt = QE*R, größer als 0 . 6 , bevorzugt größer als 0 . 7 und besonders bevorzugt größer als 0 . 8 auf. Dabei soll die
Quanteneffizienz größer als 0 . 8 sein. Die nach dem Stand der Technik zu erwartenden FOMopt sind dagegen deutlich kleiner .
Diese außergewöhnliche und höchst vorteilhafte FOMopt ist ein intrinsisches Merkmal des erfindungsgemäßen
Konvertermaterials .
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird angestrebt, möglichst alles Anregungslicht zu konvertieren Dann ist das Produkt QE * (l-Rexcitation ) Demission als Kennziffer für die Konversionseffizienz zu wählen. Diese Kennziffer ist in der vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung daher größer als 0 . 4 , bevorzugt größer als 0 . 6 und besonders bevorzugt größer als 0 . 7 5 . Die hohen Kennziffern in dieser Weiterbildung der Erfindung werden dadurch ermöglicht, dass die Absorption des Anregungslichtes durch das
Konvertermaterial überraschenderweise weitgehend unabhängig von den Streueigenschaften eingestellt werden kann. So kann die Absorptionslänge der erfindungsgemäßen Konverters so gewählt werden, dass sie kleiner ist als die typischen Streulängen .
So ist es durch Verwendung einer erfindungsgemäßen
Optokeramik als Konvertermaterial möglich, durch geeignete Prozessführung das Streuvermögen des Materials unabhängig von der Aktivatorkonzentration zwischen hoch-transparent und hoch-opak einzustellen.
Zudem können die optischen Eigenschaften auch über die Ausgangszusammensetzung und/oder über den Dotierungsgrad gezielt beeinflusst werden. Zusammen mit den hervorragenden thermischen und thermo-optischen Eigenschaften der
Optokeramik sind somit Konverter mit maßgeschneiderten Eigenschaften zugänglich, welche hohe Leuchtdichten
ermöglichen .
Die erfindungsgemäßen Konverter weisen im statischen
Betrieb bei Lichtströmen größer als 1000 Im hohe
Leuchtdichten von mindestens 100 cd/mm2, bevorzugt von mindestens 500 cd/mm2 auf.
Die thermo-optischen Eigenschaften des Konvertermaterials können in einer thermischen Gütezahl, figure of merit, FOM,
FOMtherm = WäΓΠΙΘ1eitungskennzahl* (Wärmekapazität/Volumen)
*min(Tfaii, T°-8 quench) zusaramengefasst werden. Die thermische FOM berücksichtigt die Wärmeleitfähigkeit und die maximal zulässige
Temperaturbelastung des Konvertermaterials.
Die Zerstörtemperatur Tfaii ist die Temperatur, bei der das Konvertermaterial zerstört wird.
Bei Erhöhung der Temperatur kommt es durch Thermoquenching zu einer Abnahme der Quanteneffizienz. Die Grenztemperatur T°'8quench ist als die Temperatur definiert, bei welcher die Quanteneffizienz auf 80% ihres Wertes bei Raumtemperatur beträgt .
Konverter, deren Konvertermaterialien hohe thermische FOM aufweisen, können somit bei höheren Temperaturen betrieben werden .
Da die maximal erreichbare Pumpleistung des Konverters durch die maximale Konvertertemperatur begrenzt wird, können über die thermische FOM Rückschlüsse auf die
maximale Pumpleistung geschlossen werden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist das Konvertermaterial eine thermische FOM größer als 500
(W/mK) * (J/cm3K) *K, bevorzugt größer als 800
(W/mK) * (J/cm3K) *K auf.
Die außergewöhnlich hohen thermischen FOM werden durch die opto-thermischen Eigenschaften der als Konvertermaterial verwendeten Optokeramiken ermöglicht. So hat sich herausgestellt, dass Optokeramiken hohe
Wärmeleitfähigkeiten, eine hohe thermische Zerstörschwelle und eine hohe Grenztemperatur aufweisen. Optokeramiken zeigen höchst vorteilhafte Wärmeleitfähigkeiten,
insbesondere ist die Wärmeleitfähigkeit größer als 5 W/m*K, bevorzugt größer als 8 W/m*K, und besonders bevorzugt größer als 10 W/m*K.
Die Grenztemperatur der entsprechenden Optokeramiken liegt oberhalb von 200 °C, insbesondere oberhalb von 250 °C.
Gebräuchliche Konvertermaterialien wie Leuchtstoffe in Silikon weisen dagegen Grenztemperaturen von ca. 100-120 °C auf . Bei den keramischen Konvertern dominiert die
Wärmeleitfähigkeit seiner Kristallite die
Wärmeleitfähigkeit des gesamten Konverters. Korngrenzen und oder Poren beeinflussen somit zwar die Streuung, nicht aber die Wärmeleitfähigkeit des Konverters.
So können gemäß der Ausgestaltung der Erfindung
Konvertermaterialen mit Wärmeleitfähigkeiten von mindestens 5 W/mK, insbesondere von mindestens 8 W/mK und ganz
besonders von mindestens 10 W/m*K erhalten werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das
Konvertermaterial selbsttragend ausgestaltet. Als ein selbstragendes Konvertermaterial im Sinne der Erfindung wird dabei ein Material verstanden, dessen Festigkeit ausreichend ist, um auf ein Substrat als Trägermaterial verzichten zu können. Dies ist insbesondere vorteilhaft, da somit beide
Außenseiten des Konverters beschichtet werden können. Auf Grund der außerordentlich hohen thermischen Stabilität ist dies sogar bei höheren Temperaturen möglich.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das Konvertermaterial bei Einsatz in Transmission auf der
Anregungsseite mit einem dichroitischen Filter, der als Kantenfilter arbeitet, beschichtet. Dieser ist für den Spektralbereich des konvertierten Lichts hoch-spiegelnd, wohin gehend er für das Anregungslicht eine möglichst geringe Reflexion aufweist.
Einsatz in Transmission bedeutet hier, dass das
Anregungslicht auf einer Seite in die Probe eingestrahlt wird und das konvertierte Licht auf der gegenüberliegenden Seite genutzt wird (Austrittsseite) . Bei dem Kantenfilter kann es sich um einen AR-Filter (Anti-Reflexions-Filter) handeln, der für das Anregungslicht eine AR-Wirkung
aufweist, aber für das konvertierte Licht als Spiegel wirkt. Somit kann das Auftreten von Fresnel-
Reflexionsverlusten und der rückseitige Verlust von
konvertiertem Licht verringert werden. Auf der
Austrittsseite kann ein weiterer, breitbandiger AR-Filter aufgebracht werden.
In einer weiteren Ausführungsform weist das
Konvertermaterial für die Verwendung in Remission auf der Emissionsseite ein AR-Element auf. Hierbei werden
insbesondere breitbandige AR-Coatings oder AR-Strukturen wie beispielsweise Mottenaugenstrukturen verwendet, die sowohl für das Anregungslicht als auch für das konvertierte Licht eine AR-Wirkung aufweisen. Zur Maximierung der Leuchtdichte weist das
Konvertermaterial dieser Ausführungsform bevorzugt eine Dicke von 0.1 bis 1 mm , besonders bevorzugt von 0,2 bis 0,8 mm und ganz besonders bevorzugt von 0,3 bis 0,6 mm auf. Die Leuchtdichte ist proportional zur Absorption des
Anregungslichtes und antiproportional zur
Emissionsfleckgröße. Dünne Konverter minimieren die
Aufweitung des Emissionsflecks.
Der Konverter wird dünn genug gewählt, um eine Aufweitung des Streuflecks zu minimieren. Die Dicke des Konverters i dabei ausreichend, um eine effektive Absorption des
Anregungslichtes zu gewährleisten.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht eine statische
Nutzung des Konverters vor. Dies ist insbesondere
vorteilhaft, da bei einer statischen Nutzung des Konverters der Einsatz von großen Konverterrädern nicht notwendig ist. Bei einem kleinen Konverterring ist zum einen der
Materialeinsatz gering, zum anderen wird eine kompaktere Bauweise des Konverters ermöglicht. Ebenfalls ist der
Nachverarbeitungsaufwand bei der statischen Nutzung des Konverters geringer, insbesondere wenn der Konverter aus einem Festkörper gefertigt wird.
Vorzugsweise weist der Konverter im statischen Betrieb eine Leuchtdichte von >> 100 cd/mm2 auf. Ein statischer Betrieb stellt hohe Anforderungen an das Konvertermaterial, da die lokalen Einwirkzeiten des Anregungslichtes auf das Material wesentlich höher sind als dies bei einem rotierenden
Konverterrad der Fall ist. Insbesondere müssen die eingesetzten Konvertermaterialien hohe Wärmeleitfähigkeiten aufweisen, um die Wärme effektiv abzuleiten. Materialien mit schlechten Wärmeleitfähigkeiten können dagegen bereits nach kurzen Einwirkzeiten thermisch zerstört werden und sind für die Verwendung in statischen Konvertern nicht geeignet. Dies trifft beispielsweise auf
Konvertermaterialen zu, bei denen die optisch aktiven
Komponenten in einer passiven Matrix aus Glas oder Silikon eingebettet sind.
Diese Problematik wird durch den Einsatz der
erfindungsgemäßen Optokeramik als Konvertermaterial gelöst. So weist das erfindungsgemäße Konvertermaterial hohe
Wärmeleitfähigkeiten und eine hohe thermische
Zerstörschwelle auf. Zudem ist die Optokeramik bevorzugt so auf dem Substrat montiert, dass sie optimal an eine
Wärmesenke gekoppelt ist. Die Optokeramik kann direkt auf die Wärmesenke gebondet werden. Dieses Design ist bei
Konvertern, die in Remission betrieben werden, vorteilhaft.
Ein weiteres Design sieht eine seitliche Anbindung der Wärmesenken an die Optokeramik vor. Dabei ist der Konverter lateral so dimensioniert und gefasst, dass er optimal an eine Wärmesenke angekoppelt ist, ohne den Lichtweg des Konverters zu behindern. Dieses Design ermöglicht auch den Einsatz einer Wärmesenke bei in Transmission betriebenen Konvertern. Insbesondere bei geringer thermischer Belastung kann auch die Verwendung einer freitragenden
Konverterscheibe vorteilhaft sein.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung erfolgt die Anregung des Konvertermaterials in Transmission. Es handelt sich demnach um einen rückseitig angeregten
Konverter. In Transmission betriebene Konverter ermöglichen ein einfacheres optisches Design als in Remission
betriebene Konverter, da Eingangs-Strahlengang und
Ausgangs-Strahlengang des konvertierten Lichtes nicht miteinander verschachtelt und/oder teilweise identisch sind. Die Intensität des Anregungsstrahls wird jedoch durch die Transmission durch das Konvertermaterial abgeschwächt. Die verwendete Lichtquelle muss somit einen ausreichenden Lichtstrom zur Verfügung stellen. Die daraus resultierenden hohen Leistungen erfordern Konvertermaterialien mit hohen maximalen Zerstörtemperaturen. Auf Grund ihrer
vorteilhaften thermischen Eigenschaften ist die
erfindungsgemäße Optokeramik auch für die Verwendung in Konvertern geeignet, die in Transmission arbeiten.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das Konvertermaterial auf einem beweglichen Träger
appliziert .
In neuartigen Projektoren werden Farbräder mit
Konversionsmaterialien verwendet. Diese Farbräder können dabei mit Segmenten von Materialien mit unterschiedlichen Emissionswellenlängen belegt oder für die Emission von Licht einer Wellenlänge ausgelegt sein. Bevorzugt besteht das Farbrad aus einem hoch reflektierenden Metall.
Hierdurch wird die Remission des restlichen
Anregungslichtes sowie des emittierten Lichtes unterstützt.
Die Kühlwirkung des rotierenden Farbrades ist jedoch begrenzt, da die Konstruktion des Farbrades insbesondere die Remission und das Farbmultiplexing sicherstellen sollen. Zur Kühlung des Farbrades werden daher typischerweise zusätzliche Lüfter verwendet, welche eine kühlende Luftströmung erzeugen .
Bevorzugt ist der bewegliche Träger der Ausführungsform mit Lamellen- und/oder Ventilationselementen versehen. Dadurch kann die Kühlung des Rades verbessert werden. Zusätzlich sorgt das Rad selbstständig für einen Luftstrom. Dieser kann unabhängig von der Kühlung anderer Komponenten geführt werden. Insbesondere ist das Rad in den Bereichen, die nicht mit der Optokeramik belegt sind, mit den o.g.
Elementen versehen. So können beispielsweise die Lamellen im Zentrum des Rades und/oder die Ventilatorsegmente am Rand des Farbrades platziert werden. Beide Elemente können auch in Kombination verwendet werden. Die Lamellen können insbesondere als radiale oder radiale, verdrehte Lamellen ausgestaltet sein. Ebenfalls können Lüfterschaufeln oder handelsübliche Lüfter mit applizierten optokeramischen Reflektoren verwendet werden. Die Verwendung eines
selbstventilierenden Trägerrades ist besonders vorteilhaft, wenn das Konvertermaterial nicht als Kreisring sondern als Kreisscheibe ausgestaltet ist. Kreisscheiben können
insbesondere dann eingesetzt werden, wenn das
Konversionselement keinen Farbwechsel gewähren muss.
Mögliche Verwendungen sind beispielsweise LCD-Projektoren, LCOS-Proj ektoren oder 3-Chip DLP Projektoren der Fall. Auch ist eine Verwendung in Hybrid-Varianten möglich. In
Hybridgeräten wird die Lichterzeugung über die
Fluoreszenzkonversion mit direkt emittierenden
Halbleiterquellen kombiniert. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung des
selbstventilierenden Rades bei Anwendungen, die keine
Synchronisierung von Farbrad und Bildgebung benötigen. In diesem Fall kann ein unsynchronisierter Lüftermotor
verwendet werden. Jedoch kann der Aufbau des
selbstventilierenden Rades auch bei segmentierten,
synchronisierten Farbrädern eingesetzt werden.
In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung
wird die Remission des Anregungslichtes durch den
Dotierungsgrad der Optokeramik so eingestellt, dass das Anregungslicht im remittierten Lichtspektrum vorhanden ist.
Durch Mischung der Remission des Anregungslichtes und
Sekundär-Emission kann somit jeweils ein bestimmter
Farbeindruck des emittierten Lichtes erzeugt werden.
Insbesondere kann somit auch weißes Licht erzeugt werden. Ein hoher Dotierungsgrad, d.h. eine hohe Dichte an
Konversionszentren in der Optokeramik, führt zu einer
Verkürzung der Absorptionslänge im Vergleich zur
Streulänge. Ein hoher Dotierungsgrad führt zu einer
Verkürzung der Absorptionslänge. Dies kann beispielsweise über den Cer-Gehalt eingestellt und in eine bestimmte
Relation zur Streulänge eingestallt werden. Ist die
Absorptionslänge deutlich geringer als die Streulänge, so wird hauptsächlich das konvertierte Licht emittiert. Ist die Absorptionslänge jedoch größer als die Streulänge, so wird hauptsächlich Anregungslicht remittiert. Ist das
Anregungslicht beispielsweise blau und das Sekundärlicht gelb, so kann ein Regime eingestellt werden, in dem das emittierte konvertierte Licht und das remittierte Anregungslicht durch Mischung einen weißen Farbeindruck ergeben .
Der erfindungsgemäße Konverter kann in Projektoren,
beispielsweise in Projektoren mit einer DLP, 3-Chip DLP oder LCD Technik verwendet werden. Eine weitere
Verwendungsmöglichkeit besteht in der Verwendung in Lampen mit hoher Leuchtdichte, beispielsweise in
Bühnenscheinwerfern oder Autoscheinwerfern . Auch die
Verwendung in Lampen mit hoher Leuchtdichte und hoher
Spektraldichte, wie sie beispielsweise in der Spektroskopie verwendet werden, ist möglich.
Beschreibung der Figuren
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von
Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die
beigeschlossenen Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 den schematischen Aufbau eines Konverters in
Remission als ein erstes Ausführungsbeispiel.
Fig. 2 den schematischen Aufbau einer Weiterbildung des ersten Ausführungsbeispiels mit einem dichroitischen Filter
Fig. 3 schematisch die Verwendung der Optokeramik in einem Konverter in Transmission als ein drittes
Ausführungsbeispiel . Fig. 4 schematisch einen Konverter in Transmission mit verbesserter Fassung als ein viertes Ausführungsbeispiel.
Fig. 5 den schematischen Aufbau eines dynamischen, d.h. rotierenden Konverters in Remission, bei dem die
Optokeramik als Ring ausgebildet ist.
Fig. 6 den schematischen Aufbau eines dynamischen, d.h. rotierenden Konverters in Remission, bei dem die
Optokeramik 1 als Ring ausgebildet ist.
Fig. 7 den schematischen Aufbau eines dynamischen
Konverters, der in Transmission arbeitet.
Fig. 8: ein Diagramm zur Abhängigkeit von Quanteneffizienz und Remission.
Fig. 9: ein Überlagerungsdiagramm zur Abhängigkeit von Remission und Quanteneffizient von der Sintertemperatur einer Optokeramik der Zusammensetzung LU3 (Ga, AI ) 50i2-Ce
Fig. 10: ein Überlagerungsdiagramm zur Abhängigkeit von Remission und Quanteneffizient von der Sintertemperatur einer Optokeramik der Zusammensetzung Y3Al50i2-Ce
Fig. 11: Diagramm zur Abhängigkeit der Remission vom Cer- Gehalt
Fig. 12: ein Konverter mit Einstellung eines definierten Anteils von Anregungslicht zur Erzeugung eines Weißfeldnahen Punktes im Farbort-Diagramm. Die Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend an Hand der Figuren beschrieben.
Fig. 1 zeigt die Seitenansicht eines schematischen Aufbaus eines in Remission betriebenen Konverters als ein erstes Ausführungsbeispiel .
Der Konverter umfasst einen als Optokeramik ausgebildeten Konverterkörper 1 und einen Spiegel 3, die durch eine
Klebeschicht 2 miteinander verbunden sind. Das
Konvertermaterial, die Optokeramik, ist eine dotierte YAG- Keramik oder eine LuAG-Keramik und bildet eine Kornstruktur mit starker Streuung Von oben, der Anregungsseite, fällt blaues Anregungslicht 4 hoher Leistungsdichte, dass heißt mit kleinem
Lichtbündelquerschnitt, auf die Anregungsseite des
Konverterkörpers 1, und nach Eindringen in die Optokeramik wird langwelliges Licht 5 durch Konversion erzeugt und durch Streuung nach außen abgegeben, wie durch Pfeile angedeutet .
Die Klebeschicht 2 weist zum Beispiel eine Dicke dKieb von 10 μτη auf. Der Spiegel 3 reflektiert das Anregungslicht 4 in die Optokeramik 1 und erhöht somit die Lichtausbeute des konvertierten, langwelligeren Lichts 5.
Die Konverterfläche A beträgt zum Beispiel 4 mm2und die Dicke des Konverters dkonv 200 μπι. Die maximale Pumpleistung kann abgeschätzt werden zu:
pmax ~ Λ / rpmax _ rp \ / n
" opt ^ \ Kon? RT J / ^th
Dabei gilt: Tmax Konv = TRT + Q/A * d/λ mit R1 = d/ (Αλ) mit dem thermischen Widerstand R =
d/ (Αλ) und mit der Wärmeleitfähigkeit λ des Konverters .
Wärmeleitf higkeit Optokeramik λ0ο = 10 W/mK
Wärmeleitfähigkeit Kleber Kieb = 0,3 W/mK
Der thermische Widerstand des Konverters ergibt sich aus den absoluten thermischen Widerständen Rth des
Konvertermaterials und des verwendeten Klebers.
Mit den thermischen Widerständen der Optokeramik
Rth oc = 5 K/W und der Klebeschicht Rth Kieb = 8,3 K/W ergibt sich somit für den Konverter ein thermischer Widerstand thKonv von 13,3 K/W. Die Klebeschicht 2 weist dabei einen höheren thermischen Widerstand auf als die Optokeramik 1 und bestimmt somit maßgeblich den thermischen Widerstand, d.h. in diesem Fall dessen Untergrenze.
Bei einer Zerstörschwelle der Optokeramik Tmax 0c = 250°C ergeben sich somit maximale Pumpleistungen Pmax opt von 68 W. Begrenzend wirkt lediglich die Klebeschicht.
Bei einer Zerstörschwelle des Klebers von 100°C ergeben sich dennoch maximale optische Pumpleistungen von Pmax opt 36 W.
Diese überraschend hohe Pumpleistung ermöglicht z.B. bei einer Bestrahlung mit 10W auf 4mm2 Leuchtdichten von
200cd/mm2 und ein Lichtstrom von 600 Im. Im Vergleich dazu sind bei den im Stand der Technik
bekannten Konvertern auf Basis eines Leuchtstoffs in
Silikon, phosphor in Silicon (PIS) , maximale optische
Pumpleistungen Pmax opt von ca. 3 W realisierbar. Dies liegt insbesondere am hohen thermischen Widerstand Rthpis von ca. 100 K/W wie auch der niedrigen Zerstörschwelle des
PIS-Konvertermaterials .
Figur 2 zeigt den schematischen Aufbau des zweiten
Ausführungsbeispiels. Es handelt sich dabei um eine
Variante des ersten Ausführungsbeispiels, bei dem
zusätzlich auf der Optokeramik 1 eine Antireflexions- Beschichtung 6 aufgebracht wurde. Dadurch wird die
Reflexion des Anregungsstrahles 4 an der Oberfläche der Optokeramik 1 reduziert und die Abgabe von gestreutem, konvertiertem Licht 5 verbessert.
Figur 3 zeigt den Aufbau des dritten Ausführungsbeispiels, einen Konverter mit rückseitiger Anregung, also mit
transmissiver Anregung. Das Anregungslicht 4 trifft auf der Anregungsseite 11 auf die Optokeramik 1. Auf der
Emissionsseite 12 tritt das konvertierte, langwelligere Licht 5 aus. Die Dicke der Optokeramik 1 beträgt 200
Mikrometer. Hierdurch wird eine ausreichend hohe
Transmission bei einer guten Quanteneffizienz
gewährleistet. Die Optokeramik 1 wird dabei nur seitlich, d.h. links und rechts des Lichtspots des Anregungslichtes, von einer metallischen Fassung 70 fixiert. Der überwiegende Teil der Optokeramik 1 schwebt somit zwischen den Fassungen frei. Dieses Design wird erst dadurch ermöglicht, dass die Optokeramik 1 selbsttragend ist. Im Unterschied dazu werden aus dem Stand der Technik bekannte Systeme, wie PIS Substrate, Trägermaterialien benötigt, so dass eine
rückseitige Anregung nicht möglich ist. Die Fassung 70 ist als Wärmesenke ausgebildet und weist einen Durchmesser von 2 mm auf. Zur Verringerung der Größe des Emissionsflecks ist die Optokeramik 1 auf der Emissionsseite 12 mit einem Kantenfilter 91 beschichtet. Die Anregungsseite 11 ist wiederum mit einer breitbandigen AR-Beschichtung
beschichtet . Der in Figur 4 schematisch dargestellte Aufbau stellt eine Weiterbildung des dritten Ausführungsbeispiels dar. Hier ist die Optokeramik 1 so eingefasst, dass die Fassung 71 abgesehen von der Fläche, auf die der Lichtspot des
Anregungslichts 4 fällt, einen großen Teil der Unterseite der Optokeramik 1 bedeckt. Die Fassung 71 ist metallisch und reflektiert in der Optokeramik lgestreutes Licht, darunter Anregungslicht 4 und konvertiertes Licht 5.
Hierdurch wird die Lichtausbeute in der Optokeramik erhöht. So kann hier auf eine zusätzliche Beschichtung der
Optokeramik 1 auf der Anregungsseite 11 verzichtet werden.
Bei Annahme der gleichen Materialdaten wie beim ersten Ausführungsbeispiel ergibt sich ein effektiver thermischer Widerstand Rth eff von 55 K/W. Dies macht optische
Pumpleistungen Pmax opt von bis zu 16 W möglich.
Die Abweichung von den optischen Pumpleistungen des ersten Ausführungsbeispiels ist dabei durch den Aufbau bedingt. Je nach Betriebskonfiguration hängt hier die Performance beispielsweise noch von Geometriefaktoren ab. Dies führt dazu, dass die maximale Pumpleistung in Transmission geringer ist als in Remission.
Die nachfolgende Tabelle zeigt eine Übersicht über die relevanten Daten hinsichtlich der thermischen FOM eines statischen Konverters sowohl für erfindungsgemäßes
Konvertermaterial, OCl und OC2als auch von
Konvertermaterialien, die auf Silikon bzw. Glas/Glaskeramik beruhen .
Als thermische FOM für einen statisch betriebenen Konverter wurde das Produkt aus maximal zulässiger Temperatur und Wärmeleitfähigkeit bezeichnet. Erfindungsgemäße Konverter zeigen eine FOMstat von bis zu 7322 W/m, analog aufgebaute Konverter des Standes der
Technik mit Leuchtstoff in Silikon weisen dagegen
lediglich eine FOM von 95 W/m auf. In der letzten Spalte wurde die FOM durch die
Wärmespeicherzahl ergänzt. Die Wärmespeicherzahl ist das Produkt von Wärmekapazität und Dichte. Die so erweiterte FOM, FOMdyn beschreibt das Verhalten eines Konverters auf einem rotierenden Rad und damit für einen dynamischen
Konverter.
Die erfindungsgemäßen Optokeramiken OCl und OC2 zeigen außerordentlich hohe FOMs . Die beiden Optokeramiken OCl und OC2 unterscheiden sich in ihrer Dotierung. Optokeramik OCl enthält YAG (Yttrium- Aluminium-Granat), Optokeramik OC2 Mg3Al8 [SiO] 3. Die Unterschiede in den FOM der beiden Optokeramiken sind jedoch insbesondere auf die verschiedenen Dichten zurück zu führen .
Die in der Tabelle aufgeführten Materialien lassen sich bezüglich der FOM in drei Gruppen einteilen. Die niedrigen FOMs von auf Silikonmatrizen basierten Konvertern lassen sich insbesondere auf die geringe Wärmeleitfähigkeit zurückführen .
Auf Glas oder Glaskeramik basierende Materialien zeigen FOMs, welche deutlich über denen von Silikonmatrizen, also von organischen Systemen liegen. Jedoch sind die FOM der erfindungsgemäßen Optokeramiken mehr als 5 mal so hoch wie die von auf Glaskeramik basierenden Konvertern.
Insbesondere zeigen die Optokeramiken in vorteilhafter Weise herausragend hohe Wärmeleitfähigkeiten λ.
Figure imgf000027_0001
Tabelle 1 : Übersicht der FOM relevanten Daten
Das in Figur 5 gezeigte fünfte Ausführungsbeispiel zeigt den schematischen Querschnitt eines dynamischen Konverters, der in Remission betrieben wird. Die Optokeramik 1 ist als kreisförmige Scheibe ausgebildet und mittels der
Klebschicht 2 auf dem Träger 3 aufgebracht. Die Oberfläche der Optokeramik 1 ist mit einem Kantenfilter 9 beschichtet. Der Träger 3 ist mittig mit einer Nabe 8 verbunden. Die Anregung erfolgt lokal begrenzt an einer Stelle des
Konverters. Mit Hilfe der Nabe 8 wird der Träger 3 mit der Optokeramik 1 gedreht. Somit wird ein lokaler bestimmter lokaler Bereich der Optokeramik 1 nur für eine kurze Dauer mit dem Anregungslicht 4 bestrahlt. Die lokale
Bestrahlungszeit kann über die Drehfrequenz der Nabe 8 eingestellt werden. Durch die kurze lokale
Bestrahlungsdauer können hohe Anregungsleistungen von weit über 25 W erzielt werden.
Bei dem in Figur 6 schematisch abgebildeten
Ausführungsbeispiel ist die Optokeramik 1 als Ring
ausgebildet und mit Hilfe der Klebschicht 2 auf dem
kreisförmigen Träger 3 appliziert. Der Einsatz einer ringförmigen Optokeramik 1 ermöglicht einen geringeren Materialaufwand, ohne jedoch die optischen Eigenschaften des Konverters zu beeinflussen. Dies ist möglich, da in dieser Ausführungsform lediglich die Bereiche ausgespart werden, die ohnehin nicht vom Anregungsstrahl 4 erfasst werden.
Figur 7 zeigt die schematische Darstellung eines
dynamischen, d.h. rotierenden Konverters in Transmission. Der scheibenförmige Träger 3 fixiert die ringförmige
Optokeramik 1 die als reflektierende Fassung ausgebildet ist.. Der Träger 3 bedeckt dabei nur so viel von der
Unterseite der Optokeramik 1, wie zu deren Fixierung notwendig ist. Der überwiegende Teil der Unterseite der Optokeramik wird nicht vom Träger 3 abgedeckt und kann damit für die Konversion genutzt werden.
Die Optokeramik 1 ist auch hier auf der Anregungsseite, d.h. ihrer Unterseite, mit einer AR-Beschichtung 10 und auf ihrer Oberseite mit einem Kantenfilter 91 versehen.
Figur 8 zeigt den Zusammenhang von Quanteneffizienz und Remission. Der Zusammenhang zwischen Streuung und Remission kann aber vorteilhaft zur Quantifizierung der
Streueigenschaften eines Konverters genutzt werden. Hierzu wird die Remission bei einer Wellenlänge oberhalb der
Anregungswellenlänge gemessen. In diesem Fall wurde die Remission einer Probe des Konvertermaterials mit einer Dicke von 1 mm bei einer Wellenlänge von 600 nm gemessen. Als Spektrometer wurde ein Spektrometer mit
Integrationskugel benutzt. Im Folgenden steht die nach dieser Messvorschrift gemessene Remission REmission
stellvertretend für eine optische Messung der
Streueigenschaften. Dabei wurde die Remission anhand einer Probe mit der Dicke von 1 mm bei einer Wellenlänge von 600 nm bestimmt. Ein stark streuendes Material weist dabei eine hohe Remission auf.
Erwartungsgemäß würde die Quanteneffizienz bei stark streuenden Proben sinken. Das erwartete Verhalten ist im Diagramm durch eine Gerade gekennzeichnet.
In höchst überraschender Weise konnte jedoch ein Regime 14 ermittelt werden, dessen Proben eine hohe Remission zeigen, ohne dass dabei die Quanteneffizienz signifikant absank. Somit sind Optokeramiken geschaffen worden, die eine
Remission bei 600 nm von 0,7 bis 0,95 aufweisen und deren Quanteneffizienz über 0,85 liegt. Diese außergewöhnliche Eigenschaft der erfindungsgemäßen Optokeramiken ist dabei das Resultat einer speziellen
Zusammensetzung der Ausgangsmischung als auch der
Herstellungsbedingungen. Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass die Streuung der Optokeramik über die Wahl der Sintertemperatur eingestellt werden kann. Dies wird im Folgenden an Hand der in Fig. 9 und Fig.10 gezeigten
Beispiele erläutert. Fig. 9 und Fig.10 zeigen die
Abhängigkeit der Remission, der Quanteneffizienz sowie des Produktes von Remission und Quanteneffizienz zweier Cer- dotierten Optokeramiken unterschiedlicher Zusammensetzung.
Figur 9 zeigt dabei ein Überlagerungsdiagramm einer
Optokeramik mit der Zusammensetzung LU3 (Ga, Al)50i2-Ce, die Optokeramik in Fig. 10 hat die Zusammensetzung Y3Al50i2-Ce.
In beiden Fällen ist die Remission von der Sintertemperatur abhängig, während dies im Fall der Quanteneffizienz nur schwach ausgeprägt ist. Dies wird besonders in Fig. 9 deutlich .
So führt eine Erhöhung der Sintertemperatur um 100 °C zu einer Halbierung der Remission, während die
Quanteneffizienz annähernd konstant bleibt. Wie in Fig. 10 gezeigt, ist dieser Effekt bei der zweiten Optokeramik weit weniger stark ausgeprägt. Die Ausprägung des Effektes kann insbesondere von der Zusammensetzung des Ausgangsmaterials abhängig sein.
So ist der Zusammenhang der beiden Größen abhängig von der Dichte der Konversionszentren, d.h. vom Dotierungsgrad.
Fig. 11 zeigt die Abhängigkeit zwischen der
Absorptionseffizienz und Remission bzw. Streuung von erfindungsgemäßen Optokeramiken mit unterschiedlichen Dotierungsgraden an Ce2Ü3.
Die Absorptionseffizienz beschreibt den Anteil des
absorbierten Anregungslichts zum eingestrahlten
Anregungslicht. Sie wird gemäß l-R_Excitation aus der Remission des blauen Anregungslichts berechnet. Die
Remission des blauen Anregungslichts wurde an 1mm dicken Proben in einem Quanteneffizienzmessplatz gemessen.
Optokeramiken mit hohen Dotierungsgraden (0,2 wt% Ce203) zeigen eine starke Abhängigkeit von Absorptionseffizienz und Remission. Insbesondere bei hohen Remissionswerten ab 0,8 nimmt die Absorptionseffizienz rapide ab.
Es ist gezeigt, dass die Absoptionseffizienz für blaues Licht bzw. die Blau-Remission R_Excitation durch
Einstellung der Streuung bzw. Gelb-Remission R_Emission in weiten Grenzen eingestellt werden kann.
Durch die Einstellung der Streuung weitgehend unabhängig von der Quanteneffizienz kann zum einen ein gutes Licht- Konfinement und somit hohe Leuchtdichten erzielt werden. Zum anderen ist es möglich, die Streuung so einzustellen, dass die Mischung zwischen remittierter Anregungsstrahlung R_Excitation und konvertiertem Licht-Emission zu einem bestimmten Farbeindruck führt, der im Farbortdiagramm auf der Konversionsgeraden liegt. Die Konversionsgerade ist die Verbindungslinie zwischen dem Farbort des Anregungslichts und dem Farbort des Emissionspektrums
Anhand der Fig. 12 wird ein weiteres Ausführungsbeispiel beschreiben, das die Einstellung eines Weißfeld-nahen
Punktes im Farbspektrum-Diagramm ermöglicht. Für den
Remissionsbetrieb sei der Konverter 1 mit einem Spiegel 31 versehen. Um auf der Konversionsgeraden im Farbspektrum- Diagramm in die Nähe des Weißfeldes zu gelangen, wird der Konverter 1 hinsichtlich seiner Streueigenschaften so ausgewählt, dass 20% des blauen Anregungslichtes remittiert und 80% absorbiert werden. Der absorbierte Anteil des
Anregungslichtes wird zum großen Teil in gelbes Licht konvertiert und entweder direkt oder nach Reflexion am Spiegel 31 als Streukeule 51 emittiert.
Das blau remittierte Licht setzt sich aus einem Fresnel- Reflex 40 und einer Streukeule 41 zusammen. Diese
Streukeule 41 weist eine Lambert' sehe
Abstrahlcharakteristik auf.
Eine Verschiebung des Weißfeld-nahen Punktes erfolgt nun über die Anpassung der Konverterdicke. Ist diese so gering, dass Anregungslicht am Spiegel 31 reflektiert wird und an der Oberfläche wieder austritt, so entsteht eine
zweite Streukeule 42. Diese zweite Streukeule 42 hat - je nach Konverterdicke und Streuung - eine mehr oder weniger gerichtete Abstrahlcharakteristik. Durch die Überlagerung der Streukeulen 40, 41, 42 des Anregnungslichts und der Streukeule 51 des konvertierten Lichts entsteht eine
Winkelabhängigkeit des Farbeindrucks.
Die Winkelabhängigkeit kann durch Aufrauhen der
Konverteroberfläche reduziert werden.
Die Feinanpassung zum Erreichen des Weißfeld-nahen Punktes kann alternativ über den Auftrag einer dünnen Streuschicht auf der Anregungsseite des Konverters 1 erfolgen. Die
Streuschicht kann zum Beispiel aus Ti02 oder undotiertem, optokeramischem Material bestehen. In beiden Fällen wird der Blauanteil gegenüber dem Gelbanteil des emittierten Lichtes erhöht. Um in das Weißfeld des Farbort-Diagramms zu gelangen, kann man das Gelblicht an Grünanteilen durch Filterung abreichern. Dies kann man zum Beispiel durch einen dichroitischen Spiegel erreichen, der das blaue Licht reflektiert, jedoch das auftreffende grüne Licht passieren lässt, so dass dieses nicht auf der Nutzseite des
Konverters austritt.
Die erfindungsgemäßen Konvertermaterialien zeigen
maßgeschneiderte thermische, thermo-optische und optische Eigenschaften.
Deren synergetisches Zusammenwirken ermöglicht sehr hohe Leuchtdichten von mehr als 100 cd/mm2.

Claims

Patentansprüche
Konverter zur Erzeugung von farbigem oder weißem Licht hoher Leuchtdichte aus vorzugsweise in einem
Lichtbündel vorliegendem blauem Anregungslicht (4) hoher Leistungsdichte und vorzugsweise aus
remittiertem, langwelligerem Licht (5) , wobei das
Anregungslicht (4) auf dem Konverter einen kleinen Leuchtfleck erzeugt, umfassend:
einen Konverterkörper (1) mit einer Anregungsseite und einer abgewandten Seite, deren Abstand die Dicke
des Konverterkörpers (1) bestimmt, die vorzugsweise zur Feinanpassung der Anteile von remittiertem Anregungslicht (4) und remittiertem langwelligem Licht (5) genutzt wird
wobei das Konvertermaterial als dotierte YAG- Keramik oder LuAG-Keramik oder Magnesium-Aluminium- Keramik eine Optokeramik mit eingelagerter Kornstruktur darstellt, die eine starke Streuung aufweist, um einen Emissionsfleck zu erreichen, der nahezu so groß ist, wie der
Lichtbündelquerschnittdes Anregungslichts (4).
Konverter nach Anspruch 1,
wobei als YAG-Keramik mit Cer dotiertes Y3Al50i2
eingesetzt wird. 3. Konverter nach Anspruch 1,
wobei als LuAG-Keramik mit Cer dotiertes Lu3 (Ga,
Al)50i2 eingesetzt wird.
4. Konverter nach Anspruch 1,
wobei als Magnesium-Aluminium-Keramik mit Cer dotiertes Mg3 Al8 [SiO]3 eingesetzt wird.
5. Konverter nach einem der Ansprüche 2 bis 4,
wobei das Konvertermaterial eine Dotierung mit Cer im Bereich von 0.01 und 2%, bevorzugt 0.3 und 1% und besonders bevorzugt 0.1 und 0.5% aufweist.
6. Konverter nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
wobei die starke Streuung an einem 1mm dicken Konverter einen Remissionsfaktor des langwelligen Lichts von 600nm Wellenlänge eine Remission Remission > 0,6 ergibt .
7. Konverter nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
wobei die Quanteneffizienz QE > 0,80 ist.
8. Konverter nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
wobei eine optische Konvertergütezahl QE- Remission > 0,6 erzielt wird und wobei gleichzeitig die
Quanteneffizienz größer als 0.80 ist.
9. Konverter nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
wobei das Keramikmaterial eine thermische Gütezahl (FOMtherm,stat) > 1000 (W/m) , aufweist und die thermische Gütezahl aus FOMtherm
= Wärmeleitungskennzahl*min
(Tfaii, T°-8 quench) errechnet wird.
10. Konverter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Wärmeleitfähigkeit des Konvertermaterials zumindest 5 W/m*K , bevorzugt zumindest 10 W/m*K und besonders bevorzugt zumindest 12 W/m*K beträgt.
11. Konverter nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
wobei der Konverter im statischen Betrieb eine
Leuchtdichte von >> 100 cd/mm2 aufweist.
Konverter nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
wobei auf der abgewandten Seite des Konverterkörpers (1) ein Spiegel befestigt ist, der die Lichtausbeute erhöht .
Konverter nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
wobei das Konvertermaterial auf der Anregungsseite mit einem dichroitischen Filter beschichtet ist.
Konverter nach einem der Ansprüche 1 bis 13,
wobei der Konverter mit solchen Streueigenschaften ausgebildet ist, um zwischen 10% und 30% des
Anregungslicht zu remittieren, und wobei die
Feinanpassung der Lichtemittierung mit Mischung des Anregungslichtes und des konvertierten Lichtes zu einem weißen Farbeindruck beim Betrachter führt.
Konverter nach einem der Ansprüche 1 bis 14,
wobei der Konverter mit solchen Streueigenschaften ausgebildet ist, um zwischen 10% und 30% des
Anregungslichts zu remittieren, und wobei eine
Feinanpassung der Anregungslichtemittierung in einen Weißlicht-nahen Bereich durch eine Streuschicht, oder Aufrauung auf der Anregungsseite des Konverters
erfolgt .
Konverter zur Erzeugung von farbigem oder weißem Licht hoher Leuchtdichte aus blauem Anregungslicht hoher Leistungsdichte, das auf dem Konverter einen kleinen Leuchtfleck erzeugt, umfassend:
einen Konverterkörper mit einer Anregungsseite und einer abgewandten Seite, deren Abstand die Dicke des Konverterkörpers bestimmt, wobei das
Konvertermaterial als dotierte YAG-Keramik oder LuAG-Keramik eine Optokeramik mit eingelagerter Kornstruktur darstellt, die eine starke Streuung aufweist, um einen Emissions fleck zu erreichen, der nahezu so groß ist, wie der Lichtbündelquerschnitt des anregenden Lichts.
17. Konverter mit einem keramischen Konvertermaterial (1), dadurch gekennzeichnet,
dass die optische figure of merit des
Konvertermaterials (1)
FOMopt = QE*Remissiori größer als 0.5, bevorzugt > 0.7 und besonders bevorzugt >0.8 ist.
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