WO2013189809A1 - Vorrichtung zum bereitstellen elektromagnetischer strahlung - Google Patents

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WO2013189809A1
WO2013189809A1 PCT/EP2013/062186 EP2013062186W WO2013189809A1 WO 2013189809 A1 WO2013189809 A1 WO 2013189809A1 EP 2013062186 W EP2013062186 W EP 2013062186W WO 2013189809 A1 WO2013189809 A1 WO 2013189809A1
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radiation
phosphor
conversion element
metal phosphate
conversion
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PCT/EP2013/062186
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Angela Eberhardt
Christina Wille
Florian Peskoller
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Osram Gmbh
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    • F21V29/70—Cooling arrangements characterised by passive heat-dissipating elements, e.g. heat-sinks
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    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/007—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements the movable or deformable optical element controlling the colour, i.e. a spectral characteristic, of the light
    • G02B26/008—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements the movable or deformable optical element controlling the colour, i.e. a spectral characteristic, of the light in the form of devices for effecting sequential colour changes, e.g. colour wheels

Definitions

  • the invention relates to a device for providing electromagnetic radiation.
  • the device has a radiation arrangement for generating excitation radiation and at least one conversion element for generating
  • the conversion element has
  • lasers for example in the form of
  • Laser diodes, and / or superluminescent diodes are used. Unlike light bulbs, which are thermal
  • these radiation sources emit light in a narrow spectral range, so that their light is almost monochrome or exactly monochrome.
  • One possibility is to develop further spectral ranges
  • Phosphors are irradiated by LEDs and / or laser diodes and in turn emit radiation of a different wavelength.
  • a layer which has a phosphor at a distance from a radiation source is usually produced by means of LEDs or
  • Laser diodes illuminated and in turn emits radiation of a different wavelength.
  • this technique can be used to diffuse blue LED light into white light by admixing yellow light generated by excitation of a phosphor-containing layer
  • projectors are regularly used to visualize data.
  • Such a projector projects the data to be displayed in the form of individual stationary and / or moving images
  • a canvas for example, a canvas. It is known to generate the necessary excitation radiation in a conventional projector using a conventional discharge lamp, so for example a high-pressure mercury vapor lamp.
  • LARP Laser Activated Remote Phosphor
  • the phosphor comprises or consists of excitation radiation, in particular an excitation beam (pumping beam, pump laser beam)
  • the excitation radiation of the excitation beam is completely or partially absorbed by the phosphor and converted into a conversion radiation (emission radiation) whose wavelengths and thus spectral properties and / or color are determined by the conversion properties of the phosphor.
  • a conversion radiation emission radiation
  • Excitation radiation of the radiation source by the irradiated phosphor converted into conversion radiation having longer wavelengths than that of the excitation radiation For example, with the aid of the conversion element, blue can be used
  • Excitation radiation blue laser light
  • red or green conversion radiation conversion light, illumination light
  • the excitation radiation can introduce a large amount of energy into the conversion element, as a result of which it can become very hot. This can damage the
  • Phosphors lead as single luminescent or
  • Phosphor mixture may be present.
  • Phosphor mixture may be present in the absence of cooling of the phosphor conversion losses occur due to efficiency reduction due to thermal
  • Phosphor layers such as cubic silicate minerals
  • Orthosilicates, garnets or nitrides are applied to surfaces of appropriate supports.
  • 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.
  • Radiation source such as high-power laser diodes
  • a thin Phosphor layer on a surface, such as a substrate and / or a carrier, applied, with
  • Binders mechanically fixed and connected to an optical system (lenses, collimators, etc.) (air, immersion etc.).
  • Phosphors are usually excited by LEDs and / or laser diodes with high light output for emission.
  • the resulting thermal losses are, for example, on the carrier dissipate, overheating and thus
  • the phosphors are excited, for example, with light sources of high power density (a few W / mm 2 ) for emission.
  • the resulting high thermal losses (Stokes) lead to a heat input in the phosphor layer. If these temperatures are too high, for example due to insufficient cooling, it can lead to thermally induced changes in the optical properties (emission wavelength,
  • the reason for this degeneration of the phosphor layer can be both phosphor and binder.
  • the phosphor layer should be designed so that it can be optimally cooled to prevent the thermal destruction of the phosphors and the binder
  • binders are also generally used to treat the
  • Conductivity of the binder is often a limiting factor in the removal of heat arising in the conversion element.
  • the binder itself should be thermally and spectrally stable and no to low
  • photometric excitation e.g., LEDs.
  • the known phosphor-silicone mixtures are usually applied directly to metallic substrates.
  • the phosphor in organic matrices such as e.g. Silicone is suspended and then screen printed.
  • the layers are for example approx.
  • Phosphor layer is limited by the nature of the substrate materials. So are high-temperature processes on many
  • Plastics and metallic materials e.g., aluminum due to their melting temperatures
  • Inorganic matrices however, have the disadvantage over organic matrices that generally relatively high temperatures are required to achieve a compact low-bubble layer, if a certain chemical stability (for example, to UV radiation and / or moisture) is required.
  • Typical softening temperatures of common low melting glasses are at 500 ° C to 600 ° C.
  • opto-electronic substrates such as e.g. an LED chip or well-reflective substrates e.g.
  • Phosphor especially nitrides, already damaged and thus inefficient.
  • conversion elements are known which are formed from a ceramic comprising the phosphor or from a crystal comprising the phosphor.
  • the phosphor can form the ceramic or the crystal.
  • Such conversion elements can be applied to heat sinks
  • an apparatus for providing electromagnetic radiation In various embodiments, an apparatus for providing electromagnetic radiation
  • Device for providing electromagnetic radiation provided whose conversion element temperature and is weather resistant and / or has high efficiency and / or long life.
  • an apparatus for providing electromagnetic radiation In various embodiments, an apparatus for providing electromagnetic radiation
  • the device has a
  • the conversion element has a condensed metal phosphate and in the condensed
  • Conversion element is at a predetermined distance from the radiation arrangement in a beam path of the
  • the conversion element and thus the device are simple and / or inexpensive to produce.
  • Metal phosphate allows the conversion element to
  • the radiation arrangement can have one, two or more radiation sources which supply the excitation radiation with a high intensity
  • condensation element having the condensed metal phosphate is particularly temperature and weather resistant and has a high level of
  • the condensed metal phosphate is a binder for the phosphor, which is present for example before binding by means of the metal phosphate in powder form, ie as a phosphor powder.
  • the metal phosphate forms one
  • Matrix for embedding the phosphor has a plurality of embedded ones in the matrix
  • the matrix can be made from one condensed metal phosphate solution can be prepared. Producing the matrix of condensed metal phosphate solution allows, compared to a matrix of glass
  • Phosphor powder with the same composition of the matrix, embed at lower temperatures. This can help to gently embed the phosphor and / or less or not damage it during embedding.
  • sol-gel is one
  • the predetermined distance is greater than zero, which means, for example, that the radiation source and the
  • the conversion element can, for example, a
  • Conversion have, for example, can be formed on a substrate. With the help of Metal phosphate, for example, a particularly adherent conversion layer can be generated. The conversion layer can furthermore be designed such that it does not cause any mechanical damage and / or destruction in the subsequent
  • Conversion layer can be prepared at moderate temperatures. For example, the temperatures can go through
  • the conversion element with the condensed metal phosphate may have good chemical and / or optical resistance, good thermal conductivity and / or temperature stability. This allows a good quantum efficiency in the embedded phosphor, since the phosphor powder is not or only slightly damaged during embedding and / or the phosphor less degenerate during operation due to the improved heat dissipation. This can contribute to high efficiency and long life
  • Conversion element rotatably arranged.
  • the device comprises a phosphor wheel which is rotatable about an axis and which has the conversion element.
  • Conversion element may, for example, at an edge of the phosphor wheel and / or on a circular surface of the
  • Fluorescent wheel be arranged. In addition to that
  • Conversion element can be arranged, for example, one, two or more other conversion elements.
  • Conversion elements may, for example, have different phosphors.
  • the device can be used for a Pico-Proj emies application without phosphor wheel, for example in a portable electronic device, wherein the use of the condensed metal phosphate as a matrix for the conversion element can contribute to a sufficient heat dissipation.
  • a surface of the conversion element has a cooling structure.
  • the cooling structure has an artificially enlarged surface of the
  • the cooling structure has grooves and / or fins. This can help to form the cooling structure in a simple manner effectively.
  • the condensed metal phosphate is amorphous or predominantly amorphous. That this
  • Metal phosphate amorphous or predominantly amorphous mean that the matrix itself no or max. 25 vol.%, For example max. Has 10% by volume of crystalline phases.
  • the condensed metal phosphate is colorless.
  • the condensed metal phosphate is transparent to the conversion radiation and / or the excitation radiation.
  • the condensed metal phosphate comprises aluminum phosphate formed, for example, by condensation from mono-aluminum phosphate. This can contribute to being oxidation sensitive
  • Phosphors such as nitrides
  • Phosphors after embedding in such matrices, for example, at temperatures of Max . 350 ° C, have no or only a slight loss of efficiency. Moisture tests have shown that these matrices at least largely neutral and thus have a good setting and / or chemical resistance.
  • Conversion element as a starting material and water glass on. This can help to embed the phosphor powder at low temperatures while keeping the chemical
  • the water glass may be present as a starting material for the matrix, for example as an inorganic sol-gel.
  • Water glass may, for example, comprise alkali silicates or consist thereof.
  • Conversion element on zinc, magnesium and / or boron-containing additives This can contribute to reducing the required temperature for a setting reaction in the production process of the conversion element, in particular the phosphor layer, if these elements as oxides and / or as phosphates in the solution for producing the conversion layer or phosphor layer, ie in addition to the
  • the temperatures can be reduced to a range between 200 ° C and 300 ° C.
  • Radiation arrangement at least one radiation source, which generates the excitation radiation with a high luminance.
  • the radiation source is a laser, a laser diode or a superluminescent diode.
  • Luminance in the range between 1 W / mm 2 and 50 W / mm 2 Luminance in the range between 1 W / mm 2 and 50 W / mm 2 . Embodiments of the invention are illustrated in the figures and are explained in more detail below.
  • Figure 1 shows an embodiment of an apparatus for
  • Figure 2 shows an embodiment of an apparatus for
  • Figure 3 shows an embodiment of an apparatus for
  • Figure 5 shows an embodiment of a surface structure
  • electromagnetic radiation emitting semiconductor device and / or as an electromagnetic
  • electromagnetic radiation emitting diode as an electromagnetic radiation emitting transistor or as an organic electromagnetic radiation
  • Then be formed emitting transistor.
  • Electromagnetic radiation may, for example, be light in the visible range, UV light and / or infrared light.
  • the electromagnetic radiation emitting device may be formed, for example, as a light emitting diode (LED) as an organic light emitting diode (OLED), as a light emitting transistor or as an organic light emitting transistor.
  • LED light emitting diode
  • OLED organic light emitting diode
  • emitting device can be in different
  • Embodiments be part of an integrated circuit. Furthermore, a plurality of light-emitting
  • FIG. 1 shows a device 10 for providing electromagnetic radiation according to various Embodiments.
  • the device 10 has a
  • the radiation arrangement 12 is for example a radiation source or has one, two or more
  • the radiation source 12 can be any electromagnetic radiation emitting device used.
  • the radiation source 12 can be any electromagnetic radiation emitting device used.
  • the radiation source 12 can be any electromagnetic radiation emitting device used.
  • the radiation source 12 can be any electromagnetic radiation emitting device used.
  • the radiation source 12 can be any electromagnetic radiation emitting device used.
  • the radiation source 12 can be any electromagnetic radiation emitting device used.
  • the radiation source 12 can be any electromagnetic radiation emitting device used.
  • the radiation source 12 can be any electromagnetic radiation emitting device used.
  • Laser radiation source may be, for example, a laser diode.
  • the laser diode can be a single or multi-mode
  • the laser diode may be a blue laser light emitting laser diode, which is also referred to as a blue laser diode.
  • Radiation source 12 may be, for example 50 mW to 5 W. Alternatively to the blue laser diode whose
  • Emission wavelengths may be, for example, in the spectral range of 400 nm to 480 nm, as a radiation source 12, a UV (laser) radiation source can be used,
  • an emission wavelength for example with an emission wavelength between 300 nm and 400 nm.
  • the excitation radiation 14 is for example
  • the excitation radiation (pump light or pump radiation) 14 may also be, for example, ultraviolet radiation,
  • Infrared radiation or even corpuscular radiation act, such as an electron or ion beam, but the excitation radiation 14 is preferably laser radiation and / or LED light.
  • the excitation radiation 14 is not necessarily limited to a specific spectral range; it can be red, green, blue and / or ultraviolet, for example
  • Be pumped spectral range such as by a corresponding radiation source (pump radiation source) or a
  • Radiation arrangement 12 the radiation sources can be designed to be operated with, for example, substantially constant power or else pulsed.
  • the excitation radiation 14 is directed to a mounted on a support 16 conversion element 20.
  • Words lit or irradiated the radiation assembly 12, the conversion element 20 and / or the conversion element 20 is in a beam path of the excitation radiation 14th
  • the carrier 16 may also be referred to as a substrate. Furthermore, the conversion element 20 on a
  • the radiation assembly 12 has a predetermined distance, which is greater than zero, to the
  • Carrier 16 may be, for example, a part of a color wheel and / or, for example, a part of a projector.
  • the device 10 may, for example, in the projector
  • the device 10 for example, in a motor vehicle, for example, as interior lighting, headlights or tail light, in a portable electronic device, such as a
  • the carrier 16 may include a cooling device.
  • the irradiated conversion element 20 in turn radiates
  • the device 10 may include multiple radiation assemblies 12 and / or multiple
  • the excitation radiation 14 and / or the conversion radiation 22 can also be used as
  • the conversion element 20 has phosphor or phosphors.
  • the phosphors are excited energetically by means of the deflected excitation beam 14.
  • the phosphors emit the conversion radiation of one or more predetermined wavelengths. There is thus a conversion of the excitation radiation 14, whereby the
  • Conversion radiation 22 is generated.
  • the wavelengths of the excitation radiation 14 are shifted to shorter or longer wavelengths.
  • the colors can be single colors or mixed colors.
  • the individual colors may, for example, have green, red or yellow light and / or the mixed colors may be mixed, for example, from green, red and / or yellow light and / or
  • blue light can be provided, for example by the
  • Conversion element 20 is formed so that at least partially unconverted excitation radiation 14 the
  • Device 10 leaves as usable electromagnetic radiation.
  • the individual or mixed colors can be displayed with the aid of the conversion radiation 22 and / or the excitation radiation 14.
  • green, red and yellow can be displayed using blue laser light.
  • the conversion element 20 has a matrix material
  • Binder having a condensed metal phosphate.
  • the or the phosphors are in the
  • a phosphor can be understood to mean a substance which, with lossy effect, converts electromagnetic radiation of one wavelength into electromagnetic radiation of a different (longer) wavelength, for example by means of phosphorescence or fluorescence. The energy difference from absorbed electromagnetic radiation and
  • emitted electromagnetic radiation can be detected in phonons, i. Heat, be converted and / or by emission of electromagnetic radiation with a wavelength
  • Usual phosphors are, for example, grenade or
  • 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.
  • Phosphorus an oxidic or (oxi-) nitridic
  • Phosphor like a garnet, orthosilicate
  • Nitrido (alumo) silicate nitride or nitrido orthosilicate, or a halide or halophosphate.
  • suitable phosphors are strontium chloroapatite: Eu
  • A3B5012, Eu, A is preferably Y, Lu is alone or in combination, B is preferably Al or Ga alone or in combination.
  • B is preferably Al or Ga alone or in combination.
  • Excipients include surfactants and organic solvents.
  • permanent additives are light-scattering particles, for example metal oxide particles or
  • Stabilizers for example oxidic nanoparticles.
  • the matrix material comprises a condensed metal phosphate, for example a condensed aluminum phosphate, from, for example, a mono-aluminum phosphate solution.
  • a condensed metal phosphate for example a condensed aluminum phosphate, from, for example, a mono-aluminum phosphate solution.
  • Matrix material is, for example, amorphous or predominantly amorphous, colorless and / or transparent to the excitation radiation 14 and / or the conversion radiation 22.
  • Metal phosphate is, for example, lead-free or lead-poor, for example with a proportion of less than 1 mol%.
  • Condensed metal phosphate is generally low in alkali and / or halogen, for example alkali or halogen-free.
  • concentrations of alkali metals and halogens may therefore be negligible and / or each less than 1 mol .-%. That means, for example, that these elements are not be deliberately added and possibly derive from contamination of the materials used. As a result, a higher moisture stability is achieved.
  • An exception is the
  • the thermal expansion coefficient of the conversion layer with the matrix metal phosphate, and with the phosphor and / or optionally with additives may be for example greater 5,0xl0 "6 K '1.
  • the condensed metal phosphate may have as its main component phosphate which has undergone various modifications, i. may be present as polyphosphate, metaphosphate, orthophosphate and in all possible intermediates.
  • Phosphates for example, also includes mono-phosphate as the water-soluble A1 (H 2 P0 4) 3, as well as water-insoluble poly ⁇ phosphate such as [ ⁇ 1 ( ⁇ 3) 3] ⁇ ⁇ Depending on the processing can thereby meta-phosphate, such as ( ⁇ 1 ( ⁇ 03) 3> or also tertiary phosphate such as AIPO 4.
  • One indicator is a molar ratio of phosphorus to aluminum P / Al of 1 to 10 as limit values.
  • Refractive index changing components may be added. These components are, for example, inorganic. In which
  • Metal phosphate may be, for example
  • the phosphate may in particular also additives such as S1O 2 , z. B. in the form of Aerosil, pyrogenic AI 2 O 3 or T1O 2, etc. may be added.
  • these additives are added as nanopowder, for example, their mean particle size is in the range of 1 nm to 40 nm.
  • ground glasses such as hard glasses, or
  • ground glass solder can be added as nanopowder.
  • Increase conversion element 20 serve as a reflector, and / or adjust the thermal expansion coefficient.
  • the condensed metal phosphate is moisture resistant and can be made, for example, at low temperatures.
  • the proportion of added powders (phosphor and possibly additives) can be so high that the condensed metal phosphate mainly adheres the particles together.
  • Some or all of the added components may be selected to chemically react with the metal phosphate and thereby
  • the metal phosphate is for embedding
  • the use of the condensed metal phosphate contributes to a high efficiency and a long life of the
  • Conversion element 20 at.
  • a high UV resistance, a high thermal conductivity, a good temperature stability and / or a high refractive index are achieved.
  • the preparation of such metal phosphates takes place
  • Solvent is first removed by drying. By a subsequent treatment at higher temperatures, water or carbon-containing components are split off and the metal phosphate is then present in polymerized form.
  • metal phosphate For example, aluminum, yttrium or other rare earth phosphate is used because such phosphates have high temperature and good moisture resistance.
  • embedding phosphor it is important that this is not due to a chemical reaction with the Solution or resulting reaction products or damaged by excessive temperatures.
  • Metal phosphate may be in amorphous, semi-crystalline or crystalline form.
  • a matrix of aluminum phosphate may be formed by condensation at elevated temperature from a monoaluminum phosphate solution.
  • oxidation-sensitive phosphors e.g. Nitrides show no noticeable loss of efficiency after being embedded in such a matrix at temperatures between 100 ° C and 400 ° C, for example between 200 ° C and 350 ° C. Moisture tests of such conversion elements 20 have shown that these matrices react neutral and thus to a good
  • Metal phosphates e.g. Zn, Mg, B or their oxides are contained in the solution.
  • a matrix is suitable for substrates such as e.g. Glass, ceramics or various metals.
  • Metal Phosphate Phosphor for example YAG: Ce or another phosphor, are suspended in powder form and then applied to the substrate as a layer. Thereafter, the drying at low temperatures, for example between 80 ° C and 150 ° C, and / or at
  • Temperature resistance of the component components is limited.
  • the penetration takes place at temperatures between 180 ° C and 500 ° C, for example between 200 ° C and 350 ° C.
  • the solids content of phosphor can be varied depending on the color locus to be achieved with the aid of the device 10 to be provided electromagnetic radiation. In this case, it is also possible to produce the conversion element 20 such that the excitation radiation 14 is completely converted into conversion radiation 22, apart from thermal losses.
  • the solids content of phosphor can be chosen so high that the metal phosphate used, the phosphor particles only with a thin layer
  • FIG. 2 shows an exemplary embodiment of the device 10, which largely corresponds to the exemplary embodiment shown in FIG. 1, wherein, in contrast to the embodiment of the device 10 shown in FIG. 2, the carrier 16 is at least partially transparent to the conversion radiation 22 and / or the excitation radiation 14 is trained .
  • Fig. 3 shows an embodiment of the device 10, which largely corresponds to the embodiment shown in Figure 1, in contrast to which in the embodiment of the device 10 shown in Figure 3, the carrier 16 is formed as a phosphor wheel.
  • the phosphor wheel is rotatably mounted about an axis 24.
  • the phosphor wheel can be rotated about the axis 24 by means of a drive unit, not shown.
  • a drive unit not shown.
  • Optional is on the
  • Fluorescent wheel arranged a further conversion element 26. Furthermore, even more conversion elements on the
  • Fluorescent wheel be arranged.
  • the conversion elements 20, 26 may have the same and / or different phosphors, so that with their help conversion radiation 22 of the same or different wavelength can be generated.
  • Fig. 4 shows an embodiment of a
  • the surface structure which may have, for example, at least one of the conversion elements 20, 26.
  • the surface structure may be a cooling structure, through which the surface of the corresponding conversion element 20, 26 is increased.
  • the surface structure is, for example, on a side facing away from the substrate
  • the surface structure and / or the cooling structure has grooves 28.
  • FIG. 5 shows an exemplary embodiment of the surface structure, which may have, for example, at least one of the conversion elements 20, 26.
  • the surface structure may have, for example, at least one of the conversion elements 20, 26.
  • the surface structure to be the cooling structure through which the surface of the corresponding conversion element 20, 26 is increased.
  • the surface structure is, for example, on a side facing away from the substrate
  • the surface structure and / or the cooling structure has lamellae 30.
  • the corresponding conversion element 20, 26 can also not have a specific predetermined surface structure
  • Conversion element 20 may include, for example, the following steps:
  • the substrate optional pretreatment of the substrate to improve wetting and / or layer adhesion.
  • pretreatment of the substrate for example with UV radiation or plasma; - Applying the layer to the substrate by a known method such as: screen or
  • Stencil printing inkjet printing, spin coating, spraying, dipping, fading and / or dispensing;
  • Drying of the layer for example, moderate drying, for example, to a foaming of the layer
  • Layer volume can be selected; in the case of water as solvent, the drying can be carried out, for example, at 30 ° C to 80 ° C; the drying can be carried out, for example, by convection, e.g. in a drying oven, or in a microwave;
  • the curing time can be selected, for example, depending on the layer volume and can
  • a grain size distribution in the phosphor powder may be a D50 between 5 ym to 50 ym.
  • the mixing ratio of solution to solid can be selected depending on the grain size. For example, as the grain size decreases, increasingly more matrix solution can be used. For example, for garnet phosphors with a particle size distribution of D50 between 5 ym and 30 ym, a mixing ratio of phosphor to matrix solution of 1: 0.5 to 1: 3 based on the weight fraction can be selected. The so produced
  • Conversion element 20, 26 can be used for full or partial conversion be used.
  • the molar ratio of Al to P may be, for example, in the range of 1: 1 to 1: 5.
  • the proportion of additives can be so high that the matrix acts almost only as a binder, ie the particles only glued together.
  • a coating of the substrate can be done with powder, which then eg by
  • Laser application (LARP, ITOS, Automotive) can be applied to a
  • masked highly reflective substrate e.g.
  • the substrate can optionally be irradiated with UV radiation for better wetting.
  • the wet film thickness may be, for example, in the range between 50 ym and 100 ym. Subsequently, for example, a drying at room temperature and then drying at
  • the dried layer can then be heated at 10 ° C./min to, for example, 350 ° C. and the temperature can then be, for example, for a few seconds to one hour, for example 15
  • the temperature treatment can be carried out, for example, in an oxidizing atmosphere.
  • the mixing ratio of phosphor to matrix solution may, for example, be 1: 1 by weight.
  • the cured layer thickness can be in the range of 40 ym to 80 ym.
  • Layer thicknesses are suitable, for example, for ITOS applications.
  • hardened layer thicknesses of 10 .mu.m to 200 .mu.m can be used, for which correspondingly lower or higher wet layer thicknesses
  • Glass substrate for example, for a remote phosphorus application can on a masked soft glass substrate, a suspension of nitridic phosphor in powder form and an aqueous mono-aluminum-phosphate solution, the
  • the substrate can optionally be irradiated with UV radiation for better wetting.
  • the wet film thickness may be, for example, in the range of between 10 .mu.m and 50 .mu.m. This can be followed by drying at room temperature, for example, and then drying at, for example, 80 ° C. for, for example, 12 hours. The dried layer can then
  • Temperature can then be kept, for example, for a few seconds to one hour, for example 15 minutes. Depending on the masking, it can be removed immediately after squeegeeing or after drying.
  • Temperature treatment for example, in oxidizing
  • the mixing ratio of phosphor to matrix solution may, for example, be 1: 1 by weight.
  • the hardened layer thickness can be 1: 1 by weight.
  • the embedded phosphor can, for example, a
  • Ceramic substrate for example, for a remote phosphor application, the substrate may, for example, with a
  • the dry phosphor layer can be sprayed with a mono-aluminum-phosphate solution, for example, so that the phosphor powder can be moistened thereby and fixed in a later temperature step.
  • Fluorescent wheel for a LARP application it is thereby possible to operate the phosphor wheel at low speed or a less complex geometry of the
  • Cooling structure to use. Also conceivable is a saving of phosphor by reducing the diameter of the
  • Fluorescent wheel This can also contribute to a progressive miniaturization of the device 10.
  • the matrix may arise, for example starting from a mono ⁇ aluminum phosphate solution by condensation.
  • the solutions are inexpensive and easy to store.
  • Metal phosphates for example aluminum phosphate,
  • mono-aluminum phosphate or aluminum metaphosphate or polymeric aluminum phosphate and / or optional additives as oxide, phosphate and / or as a salt, for example, water glass can be added, which
  • the phosphate can then act as a hardener and can thereby lead to a defined curing and, due to an ion exchange, to a good chemical
  • liquid alkali silicate for example sodium silicate
  • Hardener composition and hardener function are hardener composition and hardener function.
  • Mixing ratios of hardener to liquid alkali metal silicate are for example from 1: 3 up to 1: 8 parts by weight.
  • Alkaline phosphate as filler.
  • the exchange can be increased again or
  • the mixture with water glass can be prepared, for example, according to a process comprising the following steps:
  • Phosphor powder and optionally additives
  • powdered alkali silicate may also be used. In this case it is added to the powder mixture and then the powder mixture dissolved in water or
  • the volume concentration ratio of liquid alkali metal silicate, including the metal phosphate and water, in such mixtures may be from about 1: 5 to about 5: 1, for example from about 1: 3 to 3: 1
  • the ratio used can vary depending on the target properties of the
  • Dye layer e.g., glass content, layer thickness, strength
  • Dye layer e.g., glass content, layer thickness, strength
  • “about” in this context means that the corresponding numerical value can deviate upwards or downwards by about 10%
  • Alkali metal silicates are compounds of the general formula M2 ⁇ DxnSiO 2 , where M is an alkali metal and n is in the range from 1 to 4.
  • the alkali metal silicates are used as colloidal, alkaline solutions in water, in particular sodium / potassium silicate solutions.
  • aqueous Solutions can be prepared by dissolving the solid alkali silicates in water at elevated temperature and pressure. In various embodiments, this is
  • Exemplary concentration ratios are 3: 1, 2: 1, 1: 1, 1: 2 or 1: 3. These concentration ratios may, in view of the homogeneity of the suspension, sedimentation time and
  • required metal phosphate is by the amount of
  • Alkali silicate is determined and the liquid content
  • the suspension may further contain further constituents, for example particles with light-scattering properties and / or auxiliaries.
  • adjuvants include surfactants and organic solvents.
  • the substrate to which the phosphor layer is applied can be, for example, the carrier 16, the phosphor wheel, a heat sink or optical component, such as a collimator.
  • the substrate can be different
  • the phosphor body may be, for example, a phosphor film.
  • the phosphor layer, the phosphor film and / or the phosphor body for example a
  • Phosphor platelets may then form the conversion element 20 or be part of the conversion element 20.
  • Fluorescent body can be dried by drying and chemical
  • Drying can be done at room temperature or at elevated temperature
  • Temperature for example, be carried out at 80 ° C to 500 ° C. It is also possible to combine different curing / drying steps at different temperatures. In one embodiment, a drying step at room temperature may be followed by another drying step
  • elevated temperature for example 80 to 150 ° C, follow.
  • the curing / drying at elevated temperature can
  • the substrate or the mold and / or the phosphor layer (s) may be microwaves or
  • Induction techniques are heated. In the production of a phosphor body this can after a first
  • Drying step are released from the mold and then, optionally at elevated temperature, further dried.
  • alkali metal silicates with metal phosphate it is possible to produce very hard, mechanically stable phosphor layers whose binders are in the vicinity of many phosphors
  • Working temperature does not interact with the phosphors, optically transparent, spectrally and thermally stable. It can thus be both thin phosphor layers
  • Embodiments to make the conversion of the excitation radiation 14 in conversion radiation 22 efficiently the scattered light component of the excitation radiation 14 can be minimized. This can be done for example by light coupling to relative large particles of phosphorus happen. In principle, by appropriate processing processes (grinding) the
  • Particle sizes of the phosphors are set in a certain range and selected. Practically lie
  • metal phosphate can be exploited to adjust a particle size distribution during application and curing.
  • Phosphor layer with the phosphor particles can then be removed from the carrier medium after drying and baking, turned 180 ° and coarser with the optically more favorable
  • Grain distribution can be applied again to a substrate, e.g. by gluing with alkali silicate with
  • Metal phosphate or pure metal phosphate are metal phosphate or pure metal phosphate.
  • Ultrasound treatment will be affected. In this case, for example, coarsen by means of ultrasound
  • Phosphor particles are shaken to the surface of the layer.
  • the conversion element 20 may or may not have the cooling structure.

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Abstract

In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird eine Vorrichtung (10) zum Bereitstellen elektromagnetischer Strahlung bereitgestellt. Die Vorrichtung (10) weist eine Strahlungsanordnung (12) zum Erzeugen von Anregungsstrahlung (14) und mindestens ein Konversionselement (20, 26) zum Erzeugen von Konversionsstrahlung (22) auf. Das Konversionselement (20, 26) weist Metallphosphat und in dem Metallphosphat eingebettete Leuchtstoffe auf und ist mit einem Abstand zu der Strahlungsanordnung (12) in einem Strahlengang der Anregungsstrahlung (14) angeordnet.

Description

Beschreibung
Vorrichtung zum Bereitstellen elektromagnetischer Strahlung Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bereitstellen elektromagnetischer Strahlung. Die Vorrichtung weist eine Strahlungsanordnung zum Erzeugen von Anregungsstrahlung und mindestens ein Konversionselement zum Erzeugen von
Konversionsstrahlung auf. Das Konversionselement weist
Leuchtstoffe auf und ist mit einem Abstand zu der
Strahlungsanordnung in einem Strahlengang der
Anregungsstrahlung angeordnet.
Heutzutage kommen bei modernen Beleuchtungseinrichtungen vermehrt energieeffiziente, intensitätsstarke und/oder eine hohe Lichtleistungsdichte bereitstellende Strahlungsquellen wie Hochleistungs-LEDs (_light emitting diode - Licht
emittierende Diode) , Laser, beispielsweise in Form von
Laserdioden, und/oder Superlumineszenzdioden zum Einsatz. Anders als Glühbirnen, bei denen es sich um thermische
Strahler handelt, emittieren diese Strahlungsquellen Licht in einem eng begrenzten Spektralbereich, so dass ihr Licht nahezu monochrom bzw. exakt monochrom ist. Eine Möglichkeit, weitere Spektralbereiche zu erschließen, besteht
beispielsweise in der Strahlungskonversion, bei welcher
Leuchtstoffe mittels LEDs und/oder Laserdioden bestrahlt werden und ihrerseits Strahlung einer anderen Wellenlänge emittieren. Bei sogenannten „Remote-Phosphor" (Fern- Phosphor) -Anwendungen wird beispielsweise eine sich in einem Abstand zu einer Strahlungsquelle befindende Leuchtstoff aufweisende Schicht üblicherweise mittels LEDs oder
Laserdioden beleuchtet und strahlt ihrerseits Strahlung einer anderen Wellenlänge ab. Beispielsweise kann diese Technik verwendet werden, um Licht blauer LEDs durch Beimischung von gelbem Licht, welches durch Anregung einer Leuchtstoff enthaltenden Schicht erzeugt wird, in weißes Licht
umzuwandeln . Ferner werden heutzutage regelmäßig Projektoren (Beamer) eingesetzt, um Daten optisch darzustellen. Ein derartiger Projektor projiziert die darzustellenden Daten in Form von einzelnen stehenden und/oder bewegten Bildern auf
beispielsweise eine Leinwand. Es ist bekannt, bei einem herkömmlichen Projektor die nötige Anregungsstrahlung mit Hilfe einer konventionellen Entladungslampe zu erzeugen, also beispielsweise einer Quecksilberdampf-Höchstdrucklampe .
Neuerdings wird aber auch schon die LARP (Laser Activated Remote Phosphor) -Technologie eingesetzt. Bei dieser
Technologie wird ein von der Strahlungsquelle beabstandet angeordnetes Konversionselement, das Leuchtstoff aufweist oder daraus besteht, mit Anregungsstrahlung, insbesondere einem Anregungsstrahl (Pumpstrahl, Pumplaserstrahl)
bestrahlt. Die Anregungsstrahlung des Anregungsstrahls wird vom Leuchtstoff ganz oder teilweise absorbiert und in eine Konversionsstrahlung (Emissionsstrahlung) umgewandelt, deren Wellenlängen und somit spektralen Eigenschaften und/oder Farbe durch die Konversionseigenschaften des Leuchtstoffs bestimmt wird. Bei der Down-Konversion wird die
Anregungsstrahlung der Strahlungsquelle durch den bestrahlten Leuchtstoff in Konversionsstrahlung mit längeren Wellenlängen als die der Anregungsstrahlung konvertiert. Beispielsweise kann so mit Hilfe des Konversionselements blaue
Anregungsstrahlung (blaues Laserlicht) in rote oder grüne Konversionsstrahlung (Konversionslicht, Beleuchtungslicht) konvertiert werden.
Die Anregungsstrahlung kann eine hohe Energiemenge in das Konversionselement einbringen, wodurch sich dieses stark erwärmen kann. Dies kann zu einer Beschädigung des
Konversionselements und/oder der darin enthaltenen
Leuchtstoffe führen, die als Einzelleuchtstoff oder
Leuchtstoffgemisch vorliegen können. Außerdem treten bei mangelnder Kühlung des Leuchtstoffs Konversionsverluste aufgrund Effizienzminderung bedingt durch thermisches
Quenchen auf. Zum Vermeiden einer zu starken Erwärmung und zum Vermeiden der damit verbundenen möglichen Schäden des Konversionselements bzw. des Leuchtstoffs ist es bekannt, mehrere Konversionselemente auf einem Leuchtstoffrad (oft auch als Phosphorrad, Pumprad oder Farbrad bezeichnet) anzuordnen, das mit dem Anregungsstrahl bestrahlt wird, während es sich dreht. Aufgrund der Drehung werden
nacheinander unterschiedliche Konversionselemente und/oder Bereiche der Konversionselemente beleuchtet und somit die eingebrachte Lichtenergie flächenmäßig verteilt. Bisher ist konzeptbedingt ein Miniaturisierungsgrad bei der LARP-Technologie beschränkt, da die Anordnung, die die
Strahlungsquelle (Pumplaser) und das Leuchtstoff-Rad
aufweist, viel Bauraum benötigt. Für unterschiedliche
Anwendungen ist jedoch ein kleiner Bauraum wünschenswert, beispielsweise im Bereich von Pico-Proj ektion, also bei klein dimensionierten mobilen Projektoren, und/oder von
miniaturisierten Projektionseinheiten bei der sogenannten Embedded-Proj ektion, bei der die Projektionseinheit
beispielsweise in ein Handy oder eine Kamera integriert ist. Wichtig dabei ist die thermische Anbindung des
Konversionselements, um eine Überhitzung und Schaden zu vermeiden .
Für Remote-Phosphor-Anwendungen werden dünne
Leuchtstoffschichten wie kubische Silikat-Minerale,
Orthosilikate, Granate oder Nitride auf Oberflächen von entsprechenden 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 optischen Systems zum
Leuchtstoff zu gewährleisten und Lichtverluste zu vermeiden, sollte eine möglichst direkte optische Anbindung
gewährleistet sein. Für Remote-Phosphor-Anwendungen, d.h. Anwendungen bei denen Leuchtstoff (Phosphor) und
Strahlungsquelle, z.B. Hochleistungs-Laserdioden, räumlich getrennt sind, wird beispielsweise eine dünne Leuchtstoffschicht auf eine Oberfläche, beispielsweise eines Substrats und/oder eines Träger, aufgebracht, mit
Bindemitteln mechanisch fixiert und an ein optisches System (Linsen, Kollimatoren, etc.) angebunden (Luft, Immersion etc . ) .
Bei den vorstehend genannten Anwendungen werden die
Leuchtstoffe für gewöhnlich mittels LEDs und/oder Laserdioden mit hohen Lichtleistungen zur Emission angeregt. Die dabei entstehenden thermischen Verluste sind, beispielsweise über den Träger, abzuführen, um eine Überhitzung und damit
thermisch bedingte Änderungen der optischen Eigenschaften oder auch die Zerstörung des Leuchtstoffes zu vermeiden. Die Leuchtstoffe werden beispielsweise mit Lichtquellen hoher Leistungsdichte (einige W/mm2) zur Emission angeregt. Die dabei entstehenden hohen thermischen Verluste (Stokes) führen zu einem Wärmeeintrag in der Leuchtstoffschicht . Werden diese Temperaturen zu hoch, beispielsweise durch unzureichende Entwärmung, kann es zu thermisch bedingten Änderungen der optischen Eigenschaften (Emissionswellenlänge,
Konversionseffizienz usw.) kommen oder letztendlich zu der Zerstörung der Leuchtstoffe bzw. der Schicht selbst.
Ursächlich für diese Degeneration der Leuchtstoffschicht können sowohl Leuchtstoff als auch Bindemittel sein. Aus diesem Grund sollte die Leuchtstoffschicht so gestaltet sein, dass sie optimal entwärmt werden kann, um die thermische Zerstörung der Leuchtstoffe und des Bindemittels zu
vermeiden . 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 aufgetragen werden kann. Bei Verwendung von Bindemitteln zur Schichtstabilisierung können jedoch diese Binder selbst mit den Leuchtstoffen in Wechselwirkung treten und damit ihre optischen und
thermischen Eigenschaften, sowie ihre Lebensdauer, negativ beeinflussen. Darüber hinaus stellt die thermische
Leitfähigkeit der Bindemittel häufig eine begrenzende Größe bei der Abfuhr von im Konversionselement entstehender Wärme dar. Zudem sollten die Bindemittel selbst thermisch und spektral stabil sein und keine bis geringe
Alterungseigenschaften zeigen. Aus diesem Grund ist die
Verwendung eines inerten, optisch transparenten, thermisch und spektral stabilen Bindemittels für die Erzeugung stabiler und langlebigere Leuchtstoffschichten vorteilhaft.
Es ist bekannt, Silikone als Bindermatrizen für eine
lichttechnische Anregung (z.B. LEDs) zu verwenden. Diese erlauben jedoch keine zu hohen Lichtleistungen
(Leistungsdichten einige W/mm2) oder machen weiteren
technologischen Aufwand nötig (z.B. Farbräder zur Reduzierung der Lichteinwirkzeit) . Die bekannten Leuchtstoff- Silikongemische werden üblicherweise direkt auf metallische Substrate aufgebracht. Beispielsweise wird der Leuchtstoff in organischen Matrizen wie z.B. Silikon suspendiert und dann z.B. siebgedruckt. Die Schichten sind beispielsweise ca.
30 ym dick. Silikon besitzt eine schlechte Wärmeleitfähigkeit ^siükon = 0,1-0,2 W/m-K) , die dazu führt, dass sich der
Leuchtstoff im Betrieb stärker erwärmt und dadurch
ineffizienter wird. Dies ist insbesondere bei
leistungsstarken LEDs und bei Laseranwendungen problematisch.
Der Beschichtungsprozess beim Ausbilden einer
LeuchtstoffSchicht wird durch die Art der Substratmaterialien limitiert. So sind Hochtemperaturprozesse auf vielen
Kunststoffen und metallischen Materialien (z.B. Aluminium) aufgrund von deren Schmelztemperaturen bzw. thermischen
Beständigkeit nicht denkbar. Alternativ verfügbare gut wärmeleitfähige keramische Materialien (z.B. A1N) sind dagegen mit erhöhtem technologischem und finanziellem Aufwand verbunden . Aus verschiedenen Druckschriften sind anorganische Matrizen mit einer verbesserten Wärmeableitung bekannt, wie z.B.
niederschmelzendes Glas aus WO 2011/104364 AI oder
Metallphosphate aus WO 2011/138169 AI.
Anorganische Matrizen haben gegenüber organischen Matrizen jedoch den Nachteil, dass zur Erzielung einer kompakten blasenarmen Schicht in der Regel relativ hohe Temperaturen benötigt werden, wenn eine gewisse chemische Stabilität (beispielsweise gegenüber UV-Strahlung und/oder Feuchte) gefordert ist. Typische Erweichungstemperaturen von gängigen niederschmelzenden Gläsern liegen bei 500°C bis 600°C. Bei diesen Temperaturen werden optoelektronische Substrate wie z.B. ein LED-Chip oder gut reflektierende Substrate z.B.
hochreflektierendes Aluminium oder der einzubettende
Leuchtstoff, insbesondere Nitride, bereits geschädigt und dadurch ineffizienter.
Als Alternativen sind Konversionselemente bekannt, die aus einer den Leuchtstoff umfassenden Keramik oder aus einem den Leuchtstoff umfassenden Kristall gebildet sind. Insbesondere kann der Leuchtstoff die Keramik bzw. das Kristall bilden. Derartige Konversionselemente können an Kühlkörpern
festgeklebt werden, damit die darin entstehende Wärme
abgeführt werden kann. Eine begrenzende Größe für die
Abführung der Wärme ist dabei die thermische Leitfähigkeit des verwendeten Klebstoffs. Des Weiteren ist es einer guten Wärmeabfuhr zuträglich, wenn die Konversionselemente
besonders dünn ausgebildet werden.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird eine Vorrichtung zum Bereitstellen elektromagnetischer Strahlung
bereitgestellt, die einfach und/oder kostengünstig
herstellbar ist und/oder die ermöglicht, Konversionsstrahlung mit hochenergetischer Anregungsstrahlung bereitzustellen. Ferner wird in verschiedenen Ausführungsbeispielen eine
Vorrichtung zum Bereitstellen elektromagnetischer Strahlung bereitgestellt, deren Konversionselement temperatur- und witterungsbeständig ist und/oder eine hohe Effizienz und/oder lange Lebensdauer hat.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird eine Vorrichtung zum Bereitstellen elektromagnetischer Strahlung
bereitgestellt. Die Vorrichtung weist eine
Strahlungsanordnung zum Erzeugen von Anregungsstrahlung und mindestens ein Konversionselement zum Erzeugen von
Konversionsstrahlung auf. Das Konversionselement weist ein kondensiertes Metallphosphat und in dem kondensierten
Metallphosphat eingebettete Leuchtstoffe auf. Das
Konversionselement ist mit einem vorgegebenen Abstand zu der Strahlungsanordnung in einem Strahlengang der
Anregungsstrahlung angeordnet.
Das Konversionselement und damit die Vorrichtung sind einfach und/oder kostengünstig herstellbar. Das kondensierte
Metallphosphat ermöglicht, das Konversionselement zum
Erzeugen von Konversionsstrahlung mit hochenergetischer
Anregungsstrahlung zu verwenden. Mit anderen Worten kann die Strahlungsanordnung ein, zwei oder mehr Strahlungsquellen aufweisen, die die Anregungsstrahlung mit einer hohen
Leistungsdichte erzeugen. Ferner ist das das kondensierte Metallphosphat aufweisende Konversionselement besonders temperatur- und witterungsbeständig und hat eine hohe
Effizienz und lange Lebensdauer, da durch das kondensierte Metallphosphat eine verbesserte Strahlungsbeständigkeit, beispielweise UV-beständigkeit , und Wärmeabfuhr gegeben ist und der eingebettete Leuchtstoff weniger durch Umweltfaktoren geschädigt wird.
Das kondensierte Metallphosphat ist ein Bindemittel für den Leuchtstoff, der beispielsweise vor dem Binden mittels des Metallphosphats in Pulverform, also als Leuchtstoffpulver vorliegt. In anderen Worten bildet das Metallphosphat eine
Matrix zum Einbetten des Leuchtstoffs. Der Leuchtstoff weist eine Vielzahl von in der Matrix eingebetteten
LeuchtstoffPartikeln auf. Die Matrix kann aus einer kondensierten Metallphosphatlösung hergestellt werden. Das Herstellen der Matrix aus kondensierter Metallphosphatlösung ermöglicht verglichen mit einer Matrix aus Glas, das
beispielsweise mittels eines Schmelzprozesses der
Gemengerohstoffe hergestellt werden kann, das
Leuchtstoffpulver, bei gleicher Zusammensetzung der Matrix, bei geringeren Temperaturen einzubetten. Dies kann dazu beitragen, den Leuchtstoff schonend einzubetten und/oder bei der Einbettung weniger oder gar nicht zu schädigen.
Die unterschiedlichen Prozesstemperaturen werden bei einem Vergleich mit einem über einen Schmelzprozess hergestellten Glas ersichtlich. Dabei werden die folgenden Prozessschritte durchgeführt :
- Gemengeherstellung aus Rohstoffen,
- Glasherstellung durch Aufschmelzen des Gemenges,
- schnelles Abkühlen der Schmelze, ggf. durch Fritten und ggf. Herstellung eines Glaspulvers durch Mahlen.
Durch Temperaturerhöhung kann dann dieses Glas bzw. das
Glaspulver erweicht werden.
Im Gegensatz dazu handelt es sich bei Sol-Gel um eine
Polymerisation, d.h. in Flüssigkeiten gelöste Verbindungen (z.B. Metallphosphat), die bei Temperaturerhöhung vernetzen und ggf. Nebenprodukte abspalten. Im Falle einer Abspaltung von Wasser ist dies eine Kondensationsreaktion. Die für die Vernetzung benötigten Temperaturen sind deutlich geringer als die Temperatur, die für das Wiedererweichen eines über die Schmelze hergestellten Glases benötigt wird.
Der vorgegebene Abstand ist größer null, was beispielsweise bedeutet, dass die Strahlungsquelle und das
Konversionselement keinen direkten körperlichen Kontakt zueinander haben.
Das Konversionselement kann beispielsweise eine
Konversionsschicht aufweisen, die beispielsweise auf einem Substrat ausgebildet werden kann. Mit Hilfe des Metallphosphats kann beispielsweise eine besonders haftfeste Konversionsschicht erzeugt werden. Die Konversionsschicht kann ferner so ausgebildet sein, dass sie keine mechanische Schädigung und/oder Zerstörung bei anschließenden
Verarbeitungsschritten erfährt. Ferner kann die
Konversionsschicht bei moderaten Temperaturen hergestellt werden. Beispielsweise können die Temperaturen durch
Beimischung von Zusatzstoffen weiter gesenkt werden. Das Konversionselement mit dem kondensierten Metallphosphat kann eine gute chemische und/oder optische Beständigkeit, eine gute thermische Leitfähigkeit und/oder Temperaturstabilität aufweisen. Dies ermöglicht eine gute Quanteneffizienz bei den eingebetteten Leuchtstoff, da das Leuchtstoffpulver während der Einbettung nicht oder nur geringfügig geschädigt wird und/oder der Leuchtstoff im Betrieb aufgrund der verbesserten Wärmeabfuhr weniger degeneriert. Dies kann zu einer hohen Effizienz und einer langen Lebensdauer beitragen,
insbesondere beim Einbringen von Anregungsstrahlung mit einer hohen Leistungsdichte.
Bei verschiedenen Ausführungsformen ist das
Konversionselement relativ zu der Strahlungsanordnung
bewegbar angeordnet. Beispielsweise ist das
Konversionselement drehbar angeordnet.
Bei verschiedenen Ausführungsformen weist die Vorrichtung ein Leuchtstoffrad auf, das um eine Achse drehbar angeordnet ist und das das Konversionselement aufweist. Das
Konversionselement kann beispielsweise an einem Rand des Leuchtstoffrads und/oder auf einer Kreisfläche des
Leuchtstoffrads angeordnet sein. Zusätzlich zu dem
Konversionselement können beispielsweise ein, zwei oder mehr weitere Konversionselemente angeordnet sein. Die
Konversionselemente können beispielsweise unterschiedliche Leuchtstoffe aufweisen.
Bei verschiedenen Ausführungsformen ist das
Konversionselement relativ zu der Strahlungsanordnung fest angeordnet. Beispielsweise kann die Vorrichtung für eine Pico-Proj ektions-Anwendung ohne Leuchtstoffrad verwendet werden, beispielsweise in einem tragbaren elektronischen Gerät, wobei die Verwendung des kondensierten Metallphosphats als Matrix für das Konversionselement zu einer ausreichenden Wärmeabfuhr beitragen kann.
Bei verschiedenen Ausführungsformen weist eine Oberfläche des Konversionselements eine Kühlstruktur auf. Die Kühlstruktur weist eine künstlich vergrößerte Oberfläche des
Konversionselements auf. Dies kann zu einer guten Kühlung des Konversionselements beitragen.
Bei verschiedenen Ausführungsformen weist die Kühlstruktur Riefen und/oder Lamellen auf. Dies kann dazu beitragen, die Kühlstruktur auf einfache Weise effektiv auszubilden.
Bei verschiedenen Ausführungsformen ist das kondensierte Metallphosphat amorph bzw. überwiegend amorph. Dass das
Metallphosphat amorph bzw. überwiegend amorph ist, kann beispielsweise bedeuten, dass die Matrix selbst keine bzw. max . 25 Vol-%, beispielsweise max . 10 Vol-% an kristallinen Phasenanteilen besitzt. Der eingebettete kristalline
Leuchtstoff ist hiervon ausgenommen.
Bei verschiedenen Ausführungsformen ist das kondensierte Metallphosphat farblos.
Bei verschiedenen Ausführungsformen ist das kondensierte Metallphosphat für die Konversionsstrahlung und/oder die Anregungsstrahlung transparent.
Bei verschiedenen Ausführungsformen weist das kondensierte Metallphosphat Aluminiumphosphat auf, das beispielsweise durch Kondensation aus Mono-Aluminium-Phosphat gebildet wird. Dies kann dazu beitragen, dass oxidationsempfindliche
Leuchtstoffe, wie beispielsweise Nitride, nach dem Einbetten in derartige Matrizen, beispielsweise bei Temperaturen von max . 350°C, keinen oder lediglich einen geringen Effizienzverlust aufweisen. Feuchtetests haben ergeben, dass diese Matrizen zumindest weitgehend neutral reagieren und dadurch eine gute Abbindung und/oder chemische Resistenz aufweisen.
Bei verschiedenen Ausführungsformen weist das
Konversionselement als Ausgangsstoff auch Wasserglas auf. Dies kann dazu beitragen, das Leuchtstoffpulver bei niedrigen Temperaturen einzubetten und gleichzeitig die chemische
Stabilität gegenüber einer reinen Wasserglasmatrix zu
erhöhen. Das Wasserglas kann als Ausgangsstoff für die Matrix beispielsweise als anorganisches Sol-Gel vorliegen. Das
Wasserglas kann beispielsweise Alkalisilikate aufweisen oder daraus bestehen.
Bei verschiedenen Ausführungsformen weist das
Konversionselement Zink-, Magnesium- und/oder Bor-haltige Zusätze auf. Dies kann dazu beitragen, die erforderliche Temperatur für eine Abbindereaktion beim Herstellungsprozess des Konversionselements, insbesondere der Leuchtstoffschicht , zu reduzieren, wenn diese Elemente als Oxide und/oder als Phosphate in der Lösung zum Herstellen der Konversionsschicht bzw. Leuchtstoffschicht , also zusätzlich zu dem
Metallphosphat in dem Bindemittel enthalten sind.
Beispielsweise können die Temperaturen auf einen Bereich zwischen 200°C und 300°C reduziert werden.
Bei verschiedenen Ausführungsformen weist die
Strahlungsanordnung mindestens eine Strahlungsquelle auf, die die Anregungsstrahlung mit einer hohen Leuchtdichte erzeugt.
Bei verschiedenen Ausführungsformen ist die Strahlungsquelle ein Laser, eine Laserdiode oder eine Superlumineszenzdiode.
Bei verschiedenen Ausführungsformen liegt die hohe
Leuchtdichte im Bereich zwischen 1 W/mm2 und 50 W/mm2. Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.
Es zeigen
Figur 1 ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum
Bereitstellen elektromagnetischer Strahlung;
Figur 2 ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum
Bereitstellen elektromagnetischer Strahlung;
Figur 3 ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum
Bereitstellen elektromagnetischer Strahlung; Figur 4 ein Ausführungsbeispiel einer Oberflächenstruktur
eines Konversionselements;
Figur 5 ein Ausführungsbeispiel einer Oberflächenstruktur
eines Konversionselements.
In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die Teil dieser
Beschreibung bilden und in denen zur Veranschaulichung spezifische Ausführungsbeispiele 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 Ausführungsbeispielen in einer Anzahl verschiedener Orientierungen positioniert werden können, dient die Richtungsterminologie zur Veranschaulichung und ist auf keinerlei Weise einschränkend. Es versteht sich, dass andere Ausführungsbeispiele 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 beschriebenen verschiedenen Ausführungsbeispiele 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 Erfindung wird durch die angefügten Ansprüche definiert .
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 Anschlusses sowie einer direkten oder indirekten Kopplung. In den Figuren werden identische oder ähnliche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen, soweit dies zweckmäßig ist.
Ein elektromagnetische Strahlung emittierendes Bauelement kann in verschiedenen Ausführungsbeispielen ein
elektromagnetische Strahlung emittierendes Halbleiter- Bauelement sein und/oder als eine elektromagnetische
Strahlung emittierende Diode, als eine organische
elektromagnetische Strahlung emittierende Diode, als ein elektromagnetische Strahlung emittierender Transistor oder als ein organischer elektromagnetische Strahlung
emittierender Transistor ausgebildet sein. Die
elektromagnetische Strahlung kann beispielsweise Licht im sichtbaren Bereich, UV-Licht und/oder Infrarot-Licht sein. In diesem Zusammenhang kann das elektromagnetische Strahlung emittierende Bauelement beispielsweise als Licht emittierende Diode (light emitting diode, LED) als organische Licht emittierende Diode (organic light emitting diode, OLED) , als Licht emittierender Transistor oder als organischer Licht emittierender Transistor ausgebildet sein. Das Licht
emittierende Bauelement kann in verschiedenen
Ausführungsbeispielen Teil einer integrierten Schaltung sein. Weiterhin kann eine Mehrzahl von Licht emittierenden
Bauelementen vorgesehen sein, beispielsweise untergebracht in einem gemeinsamen Gehäuse.
Fig.l Figur 1 zeigt eine Vorrichtung 10 zum Bereitstellen elektromagnetischer Strahlung gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen. Die Vorrichtung 10 weist eine
Strahlungsanordnung 12 auf, die Anregungsstrahlung 14
erzeugt. Die Strahlungsanordnung 12 ist beispielsweise eine Strahlungsquelle oder weist ein, zwei oder mehr
Strahlungsquellen auf. Als Strahlungsquelle wird
beispielsweise ein elektromagnetische Strahlung emittierendes Bauelement verwendet. Die Strahlungsquelle 12 kann
beispielsweise eine Laserstrahlungsquelle sein. Die
Laserstrahlungsquelle kann beispielsweise eine Laserdiode sein. Die Laserdiode kann eine Single- oder Multi-Mode
Laserdiode sein. Beispielsweise kann die Laserdiode eine blaues Laserlicht emittierende Laserdiode sein, die auch als blaue Laserdiode bezeichnet wird. Eine Leistung der
Strahlungsquelle 12 kann beispielsweise 50 mW bis 5 W sein. Alternativ zu der blauen Laserdiode, deren
Emissionswellenlängen beispielsweise im Spektralbereich von 400 nm bis 480 nm liegen kann, kann als Strahlungsquelle 12 eine UV- (Laser- ) Strahlungsquelle verwendet werden,
beispielsweise mit einer Emissionswellenlänge zwischen 300 nm und 400 nm.
Die Anregungsstrahlung 14 ist beispielsweise
elektromagnetische Strahlung im sichtbaren Bereich. Bei der Anregungsstrahlung (Pumplicht o. Pumpstrahlung) 14 kann es sich beispielsweise auch um ultraviolette Strahlung,
Infrarot-Strahlung oder sogar Korpuskularstrahlung handeln, etwa um einen Elektronen- oder Ionenstrahl, bevorzugt ist die Anregungsstrahlung 14 jedoch Laserstrahlung und/oder LED- Licht. Die Anregungsstrahlung 14 ist nicht zwingend auf einen bestimmten Spektralbereich begrenzt; es kann beispielsweise im roten, grünen, blauen und/oder ultravioletten
Spektralbereich gepumpt werden, etwa durch eine entsprechende Strahlungsquelle (Pumpstrahlungsquelle) oder auch eine
Kombination mehrerer Strahlungsquellen in der
Strahlungsanordnung 12. Generell können die Strahlungsquellen dazu ausgelegt sein, mit beispielsweise im Wesentlichen konstanter Leistung oder aber auch gepulst betrieben zu werden . Die Anregungsstrahlung 14 ist auf ein an einem Träger 16 befestigtes Konversionselement 20 gerichtet. In anderen
Worten beleuchtet oder bestrahlt die Strahlungsanordnung 12 das Konversionselement 20 und/oder das Konversionselement 20 ist in einem Strahlengang der Anregungsstrahlung 14
angeordnet. Der Träger 16 kann auch als Substrat bezeichnet werden. Ferner kann das Konversionselement 20 auf einem
Substrat aufgebracht sein, das dann an dem Träger 16
befestigt werden kann. Die Strahlungsanordnung 12 hat einen vorgegebenen Abstand, der größer null ist, zu dem
Konversionselement 20 und ist somit nicht in direktem
körperlichem Kontakt mit dem Konversionselement 20. Der
Träger 16 kann beispielsweise ein Teil eines Farbrades und/oder beispielsweise ein Teil eines Projektors sein. Die Vorrichtung 10 kann beispielsweise in dem Projektor
angeordnet sein. Alternativ dazu kann die Vorrichtung 10 beispielsweise in einem Kraftfahrzeug, beispielsweise als Innenbeleuchtung, Scheinwerfer oder Rücklicht, in einem tragbaren elektronischen Gerät, beispielsweise einem
tragbaren Projektor und/oder einem Mobiltelefon, oder in einem Endoskop angeordnet sein. Ferner kann der Träger 16 eine Kühlvorrichtung aufweisen. Das bestrahlte Konversionselement 20 strahlt seinerseits
Konversionsstrahlung 22 ab. Alternativ kann die Vorrichtung 10 mehrere Strahlungsanordnungen 12 und/oder mehrere
Konversionselemente 20 aufweisen. Die Anregungsstrahlung 14 und/oder die Konversionsstrahlung 22 können auch als
elektromagnetische Strahlung bezeichnet werden. Zum Erzeugen der Konversionsstrahlung 22 weist das Konversionselement 20 Leuchtstoff bzw. Leuchtstoffe auf. Die Leuchtstoffe werden mit Hilfe des abgelenkten Anregungsstrahls 14 energetisch angeregt. Beim nachfolgenden energetischen Abregen emittieren die Leuchtstoffe die Konversionsstrahlung einer oder mehrerer vorgegebener Wellenlängen. Es findet somit eine Konversion der Anregungsstrahlung 14 statt, wodurch die
Konversionsstrahlung 22 erzeugt wird. Bei der Konversion werden die Wellenlängen der Anregungsstrahlung 14 zu kürzeren oder längeren Wellenlängen verschoben. Die Farben können Einzelfarben oder Mischfarben sein. Die Einzelfarben können beispielsweise grünes, rotes oder gelbes Licht aufweisen und/oder die Mischfarben können beispielsweise aus grünem, rotem und/oder gelbem Licht gemischt sein und/oder
beispielsweise weißes Licht aufweisen. Zusätzlich kann blaues Licht bereitgestellt werden, beispielsweise indem das
Konversionselement 20 so ausgebildet wird, dass zumindest teilweise nicht konvertierte Anregungsstrahlung 14 die
Vorrichtung 10 als nutzbare elektromagnetische Strahlung verlässt. Die Einzel- oder Mischfarben können mit Hilfe der Konversionsstrahlung 22 und/oder der Anregungsstrahlung 14 dargestellt werden. Beispielsweise können grün, rot und gelb mit Hilfe von blauem Laserlicht dargestellt werden. Bei
Verwendung des UV-Laserlichts als Pumplicht können die
Leuchtstoffe auch so gewählt werden, dass sie rot, grün, blau und gelb darstellen. Das Konversionselement 20 weist ein Matrixmaterial
(Bindemittel) auf, das ein kondensiertes Metallphosphat aufweist. Der bzw. die Leuchtstoffe sind in das
Matrixmaterial eingebettet. Als Leuchtstoff kann ein Stoff verstanden werden, der verlustbehaftet elektromagnetische Strahlung einer Wellenlänge in elektromagnetische Strahlung anderer (längerer) Wellenlänge umwandelt, beispielsweise mittels Phosphoreszenz oder Fluoreszenz. Die Energiedifferenz aus absorbiertem elektromagnetischer Strahlung und
emittierter elektromagnetischer Strahlung kann in Phononen, d.h. Wärme, umgewandelt werden und/oder mittels Emission von elektromagnetischer Strahlung mit einer Wellenlänge
proportional zur Energiedifferenz.
Übliche Leuchtstoffe sind beispielsweise Granate oder
Nitride, Silikate, Oxide, Phosphate, Borate, Oxynitride, Sulfide, Selenide, Aluminate, Wolframate, und Halide von Aluminium, Silizium, Magnesium, Calcium, Barium, Strontium, Zink, Cadmium, Mangan, Indium, Wolfram und 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 Ausführungsformen der Erfindung ist der
Leuchtstoff ein oxidischer oder (oxi-) nitridischer
Leuchtstoff, wie ein Granat, Orthosilikat ,
Nitrido (alumo) silikat, Nitrid oder Nitridoorthosilikat , oder ein Halogenid oder Halophosphat . Konkrete Beispiele für geeignete Leuchtstoffe sind Strontiumchloroapatit : Eu
( (Sr, Ca) 5 (P04) 3C1 :Eu; SCAP) , Yttrium-Aluminium-Granat : Cer (YAG:Ce), CaAlSiN3:Eu oder grün emittierender Granat
A3B5012;Eu, A ist bevorzugt Y, Lu allein oder in Kombination, B ist bevorzugt AI oder Ga allein oder in Kombination. Ferner können im Leuchtstoff bzw. Leuchtstoffgemisch beispielsweise Partikel mit Licht streuenden Eigenschaften und/oder
Hilfsstoffe enthalten sein. Beispiele für temporäre
Hilfsstoffe schließen Tenside und organische Lösungsmittel ein. Beispiele für permanente Zusätze sind Licht streuende Partikel, beispielsweise Metalloxidpartikel oder
Stabilisatoren, beispielsweise oxidische Nanopartikel .
Das Matrixmaterial weist ein kondensiertes Metallphosphat, beispielsweise ein kondensiertes Aluminiumphosphat, aus einer beispielsweise Mono-Aluminiumphosphat-Lösung auf. Das
Matrixmaterial ist beispielsweise amorph bzw. überwiegend ammorph, farblos und/oder für die Anregungsstrahlung 14 und/oder die Konversionsstrahlung 22 transparent. Das
kondensierte Metallphosphat weist eine gute
Wärmeleitfähigkeit, die höher als die von Silikon ist, und eine gute UV-Beständigkeit auf. Das kondensierte
Metallphosphat ist beispielsweise bleifrei oder bleiarm, beispielsweise mit einem Anteil unter 1 Mol.-%. Das
kondensierte Metallphosphat ist in der Regel alkali- und/oder halogenarm, beispielsweise alkali- bzw. halogenfrei. Die Konzentrationen an Alkalimetallen und Halogenen können deshalb vernachlässigbar sein und/oder jeweils unter 1 Mol.-% liegen. Das heißt beispielsweise, dass diese Elemente nicht bewusst zugegeben werden und allenfalls von Verunreinigungen der eingesetzten Vormaterialien herrühren. Dadurch wird eine höhere Feuchtestabilität erzielt. Eine Ausnahme ist die
Kombination von Metallphosphat mit Alkalisilikat.
Der thermische Ausdehnungskoeffizient der Konversionsschicht mit der Matrix aus Metallphosphat und mit dem Leuchtstoff und/oder gegebenenfalls mit Zusatzstoffen kann beispielsweise größer 5,0xl0"6 K"1 sein.
Das kondensierte Metallphosphat kann als Hauptkomponente Phosphat aufweisen, das in verschiedenen Modifikationen, d.h. als Polyphosphat , Metaphosphat , Orthophosphat sowie in allen möglichen Zwischenstufen vorliegen kann. Der Begriff
Phosphate umfasst beispielsweise auch Mono-Phosphat wie das wasserlösliche A1(H2P04)3 sowie auch wasserunlösliches Poly¬ Phosphat wie [Α1(Ρθ3)3]η· Je nach Verarbeitung kann dabei Meta-Phosphat wie (Α1(Ρ03)3> oder auch tertiäres Phosphat wie AIPO4 entstehen. Ein Anhaltspunkt ist ein Molverhältnis von Phosphor zu Aluminium P/Al von 1 bis 10 als Grenzwerte.
Dem Metallphosphat können Zusatzstoffe und/oder den
Brechungsindex verändernde Komponenten zugesetzt sein. Diese Komponenten sind beispielsweise anorganisch. Bei dem
Metallphosphat kann es sich beispielsweise um
Aluminiumphosphat, Yttriumphosphat, Erdalkaliphosphat,
Phosphate der III. Hauptgruppe sowie der Nebengruppen oder auch um andere Seltenerdphosphate oder aber Mischungen daraus handeln. Dem Phosphat können insbesondere auch Zusatzstoffe, wie S1O2, z. B. in Form von Aerosil, pyrogenes AI2O3 oder T1O2 etc. zugesetzt sein. Beispielsweise werden diese Zusatzstoffe als Nanopulver zugesetzt, beispielsweise ist ihre mittlere Partikelgröße im Bereich von 1 nm bis 40 nm angesiedelt. Auch gemahlene Gläser, wie beispielsweise Hartgläser, oder
gemahlenes Glaslot können als Nanopulver zugesetzt sein.
Diese Zusätze können die Wärmeleitfähigkeit des
Konversionselements 20 erhöhen, als Reflektor dienen, und/oder auch den thermischen Ausdehnungskoeffizienten anpassen .
Weitere optionale Komponenten können dazu dienen, den
Brechungsindex zu verändern, insbesondere Tellur- oder
Bismuth-haltige Verbindungen. Das kondensierte Metallphosphat ist feuchtebeständig, und kann beispielsweise bei niedrigen Temperaturen hergestellt werden. Der Anteil an zugesetzten Pulvern (Leuchtstoff und ggf. Zusätze) kann so hoch sein, dass das kondensierte Metallphosphat vornehmlich die Partikel miteinander verklebt. Ein Teil oder auch alle zugegebenen Komponenten können derart ausgewählt sein, dass sie mit dem Metallphosphat chemisch reagieren und es dadurch
modifizieren. Das Metallphosphat ist zur Einbettung von
Leuchtstoffpulver geeignet, also als Matrix für das
Konversionselement 20.
Die Anwendung des kondensierten Metallphosphats trägt zu einer hohen Effizienz und einer langen Lebensdauer des
Konversionselements 20 bei. Beispielsweise werden eine hohe UV-Beständigkeit, eine hohe thermische Leitfähigkeit, eine gute Temperaturstabilität und/oder ein hoher Brechungsindex erzielt . Die Herstellung derartiger Metallphosphate erfolgt
beispielsweise über das bekannte Sol-Gel-Verfahren aus einem löslichen Metallphosphat oder aus dem Reaktionsprodukt von einem Metallhydroxid mit Phosphorsäure oder aus dem
Reaktionsprodukt von Metallsalz mit Phosphorsäure. Das
Lösemittel wird zunächst durch Trocknung entfernt. Durch eine anschließende Behandlung bei höheren Temperaturen werden Wasser bzw. kohlenstoffhaltige Komponenten abgespalten und das Metallphosphat liegt dann in polymerisierter Form vor. Beispielsweise wird Aluminium-, Yttrium- oder auch ein anderes Seltenerdphosphat verwendet, weil derartige Phosphate eine hohe Temperatur- und eine gute Feuchtebeständigkeit aufweisen. Bei der Einbettung von Leuchtstoff ist es wichtig, dass dieser nicht durch eine chemische Reaktion mit der Lösung oder entstehenden Reaktionsprodukten bzw. durch zu hohe Temperaturen geschädigt wird. Das kondensierte
Metallphosphat kann in amorpher, teilkristalliner oder kristalliner Form vorliegen.
Beispielsweise kann eine Matrix aus Aluminiumphosphat durch Kondensation bei erhöhter Temperatur aus einer MonoAluminium-Phosphat-Lösung gebildet werden. Beispielsweise oxidationsempfindliche Leuchtstoffe wie z.B. Nitride zeigen nach dem Einbetten in eine derartige Matrix bei Temperaturen zwischen 100°C und 400°C, beispielsweise zwischen 200°C und 350°C keinen merklichen Effizienzverlust. Feuchtetests derartiger Konversionselemente 20 haben ergeben, dass diese Matrizen neutral reagieren und dadurch auf eine gute
Abbindung und chemische Resistenz hindeuten. Die
erforderliche Temperatur für die Abbindereaktion kann
nochmals reduziert werden, wenn andere glasbildende
Metallphosphate wie z.B. Zn, Mg, B oder deren Oxide in der Lösung enthalten sind. Prinzipiell eignet sich eine derartige Matrix für Substrate wie z.B. Glas, Keramik oder diverse Metalle .
Beispielsweise kann in einer wässrigen Lösung des
Metallphosphats Leuchtstoff, zum Beispiel YAG:Ce oder ein anderer Leuchtstoff, in Pulverform suspendiert werden und dann auf das Substrat als Schicht aufgetragen werden. Im Anschluss kann die Trocknung bei niedrigen Temperaturen, beispielsweise zwischen 80°C und 150°C, und/oder bei
vermindertem Umgebungsdruck durchgeführt werden. Dann kann ein Aushärten durch Kondensation erfolgen, beispielsweise bei einer Aushärtetemperatur, die beispielsweise durch die
Temperaturbeständigkeit der Bauteilkomponenten begrenzt ist. Beispielsweise erfolgt der Einbrand bei Temperaturen zwischen 180°C und 500°C, beispielsweise zwischen 200°C und 350°C. Der Feststoffgehalt an Leuchtstoff kann je nach zu erzielendem Farbort der mit Hilfe der Vorrichtung 10 bereitzustellenden elektromagnetischen Strahlung variiert werden. Hierbei ist es auch möglich, das Konversionselement 20 so herzustellen, dass die Anregungsstrahlung 14 vollständig in Konversionsstrahlung 22 umgewandelt wird, abgesehen von thermischen Verlusten. Beispielsweise kann dazu der Feststoffgehalt an Leuchtstoff so hoch gewählt werden, dass das eingesetzte Metallphosphat die Leuchtstoffpartikel nur mit einer dünnen Schicht
umschließt und dadurch miteinander verklebt. Ferner ist es möglich, eine Mischung aus verschiedenen Leuchtstoffpulvern in das Metallphosphat einzubetten, um verschiedene
Lichtfarben einzustellen.
Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 10, das weitgehend dem in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel entspricht, wobei im Unterschied dazu bei dem in Figur 2 gezeigten Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 10 der Träger 16 zumindest teilweise für die Konversionsstrahlung 22 und/oder die Anregungsstrahlung 14 transparent ausgebildet ist .
Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 10, das weitgehend dem in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel entspricht, wobei im Unterschied dazu bei dem in Figur 3 gezeigten Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 10 der Träger 16 als ein Leuchtstoffrad ausgebildet ist. Das Leuchtstoffrad ist um eine Achse 24 drehbar gelagert. Das Leuchtstoffrad kann mit Hilfe einer nicht dargestellten Antriebseinheit um die Achse 24 gedreht werden. Optional ist auf dem
Leuchtstoffrad ein weiteres Konversionselement 26 angeordnet. Ferner können noch weitere Konversionselemente auf dem
Leuchtstoffrad angeordnet sein. Die Konversionselemente 20, 26 können gleiche und/oder unterschiedliche Leuchtstoffe aufweisen, so dass mit ihrer Hilfe Konversionsstrahlung 22 gleicher bzw. unterschiedlicher Wellenlänge erzeugbar ist.
Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer
Oberflächenstruktur, die beispielsweise mindestens eines der Konversionselemente 20, 26 aufweisen kann. Beispielsweise kann die Oberflächenstruktur eine Kühlstruktur sein, durch die die Oberfläche des entsprechenden Konversionselements 20, 26 vergrößert ist. Die Oberflächenstruktur ist beispielsweise auf einer von dem Substrat abgewandten Seite des
entsprechenden Konversionselements 20, 26 ausgebildet.
Beispielsweise weist die Oberflächenstruktur und/oder die Kühlstruktur Riefen 28 auf.
Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Oberflächenstruktur, die beispielsweise mindestens eines der Konversionselemente 20, 26 aufweisen kann. Beispielsweise kann die
Oberflächenstruktur die Kühlstruktur sein, durch die die Oberfläche des entsprechenden Konversionselements 20, 26 vergrößert ist. Die Oberflächenstruktur ist beispielsweise auf einer von dem Substrat abgewandten Seite des
entsprechenden Konversionselements 20, 26 ausgebildet.
Beispielsweise weist die Oberflächenstruktur und/oder die Kühlstruktur Lamellen 30 auf.
Alternativ dazu kann das entsprechende Konversionselement 20, 26 auch keine gezielt vorgegebene Oberflächenstruktur
und/oder keine Kühlstruktur aufweisen.
Ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen
Konversionselements 20 kann beispielsweise folgende Schritte aufweisen :
- Herstellen oder Zukauf der Mono-Aluminium-Phosphat- Lösung;
- Herstellung einer Suspension aus Leuchtstoffpulver (eine oder verschiedene Typen) und Mono-Aluminium-Phosphat- Lösung, optional Zugabe von Streupartikeln und/oder
Tensiden;
- optional Zugabe von Nanopulvern zur
Viskositätseinstellung und/oder Stabilisierung der
Suspension;
- optional Vorbehandlung des Substrats, um die Benetzung und/oder Schichthaftung zu verbessern. Z.B. mit UV- Strahlung oder Plasma; - Aufbringen der Schicht auf das Substrat durch ein bekanntes Verfahren wie z.B.: Sieb- oder
Schablonendruck, Inkj et-Druck, Spin-Coating, Aufsprühen, Tauchen, Beschlämmen und/oder Dispensen;
- Trocknen der Schicht: beispielsweise moderates Trocknen, beispielsweise um ein Aufschäumen der Schicht zu
vermeiden, wobei Temperaturen beim Trocknen abhängig vom Lösemittel, von der Trockenzeit und/oder vom
Schichtvolumen gewählt werden können; bei Wasser als Lösemittel kann die Trocknung beispielsweise bei 30°C bis 80°C erfolgen; das Trocknen kann beispielsweise durch Konvektion, z.B. in einem Trockenschrank, oder in einer Mikrowelle erfolgen;
- Aushärten der Schicht durch Kondensation: beispielsweise bei 150°C bis 500°C, beispielsweise bei 200°C bis 350°C, beispielsweise für amorphe bzw. überwiegend amorphe Schichten; die Härtezeit kann beispielsweise abhängig vom Schichtvolumen gewählt werden und kann
beispielsweise im Bereich von einigen Sekunden bis einer Stunde sein, wobei das Aushärten beispielsweise in einer oxidierender Atmosphäre erfolgen kann; bei
Nassschichtdicken im Bereich von 50 ym können
beispielsweise schon 15 Minuten ausreichen;
- optional ist nach dem Aushärten eine gezielte
Strukturierung der Schicht und/oder ein Einbringen der
Oberflächenstruktur möglich.
Eine Korngrößenverteilung bei dem Leuchtstoffpulver kann beispielsweise ein D50 zwischen 5 ym bis 50 ym,
beispielsweise 5 ym bis 30 ym sein. Das Mischungsverhältnis von Lösung zu Feststoff kann abhängig von der Korngröße gewählt werden. Beispielsweise kann mit abnehmender Korngröße zunehmend mehr Matrix-Lösung verwendet werden. Beispielsweise kann für Granat-Leuchtstoffe mit einer Korngrößenverteilung von D50 zwischen 5 ym und 30 ym ein Mischungsverhältnis von Leuchtstoff zu Matrix-Lösung von 1:0,5 bis 1:3 bezogen auf den Gewichtsanteil gewählt werden. Das so hergestellte
Konversionselement 20, 26 kann zur Voll- oder Teilkonversion eingesetzt werden. Das Mol-Verhältnis von AI zu P kann beispielsweise im Bereich von 1:1 bis 1:5 liegen. Der Anteil an Zusatzstoffen kann so hoch sein, dass die Matrix quasi nur als Bindemittel wirkt, d.h. die Partikel nur miteinander verklebt. In diesem Fall kann auch eine Beschichtung des Substrates mit Pulver erfolgen, das dann z.B. durch
Aufsprühen der Matrixlösung und einer nachgeschalteten
Temperaturbehandlung (trocknen, härten) fixiert wird. Bei Verwendung des Konversionselements 20, 26 für eine
Laseranwendung (LARP, ITOS, Automotive) kann auf ein
maskiertes hochreflektierendes Substrat (beispielsweise
Aluminium, wie beispielsweise in der Lichtanwendung
verwendet) eine Suspension aus Granatleuchtstoff und Mono- Aluminium-Phosphat-Lösung beispielsweise durch Rakeln
aufgebracht werden. Vorher kann das Substrat zur besseren Benetzung optional mit UV-Strahlung bestrahlt werden. Die Nassschichtdicke kann beispielsweise im Bereich zwischen 50 ym und 100 ym liegen. Im Anschluss kann beispielsweise eine Antrocknung bei Raumtemperatur und dann eine Trocknung bei
80°C für beispielsweise 12 Stunden erfolgen. Die getrocknete Schicht kann dann mit 10°C/min auf beispielsweise 350°C aufgeheizt und die Temperatur kann dann beispielsweise für wenige Sekunden bis zu einer Stunde, beispielsweise 15
Minuten, gehalten werden. Je nach Maskierung kann diese sofort nach dem Rakeln oder nach der Antrocknung entfernt werden. Die Temperaturbehandlung kann beispielsweise in oxidierender Atmosphäre erfolgen. Das Mischungsverhältnis von Leuchtstoff zu Matrix-Lösung kann bezogen auf das Gewicht beispielsweise bei 1:1 liegen. Die gehärtete Schichtdicke kann im Bereich von 40 ym bis 80 ym liegen. Diese
Schichtdicken eignen sich beispielsweise für ITOS- Anwendungen. Im Falle von LARP-Anwendungen können gehärtete Schichtdicken von 10 ym bis 200 ym eingesetzt werden, wofür entsprechend niedrigere oder höhere Nassschichtdicken
hergestellt werden. Bei Anordnung des Konversionselements 20, 26 auf einem
Glassubstrat, beispielsweise für eine Remote-Phosphor- Anwendung kann auf ein maskiertes Weichglassubstrat eine Suspension aus nitridischem Leuchtstoff in Pulverform und einer wässrigen Mono-Aluminium-Phosphat-Lösung, die
zusätzlich auch andere Phosphate oder Oxide wie z.B. Mg und/oder Zn und/oder B enthalten kann, beispielsweise durch Rakeln aufgebracht werden. Vorher kann das Substrat zur besseren Benetzung optional mit UV-Strahlung bestrahlt werden. Die Nassschichtdicke kann beispielsweise im Bereich zwischen 10 ym und 50 ym liegen. Im Anschluss können eine Antrocknung beispielsweise bei Raumtemperatur und dann eine Trocknung bei beispielsweise 80°C für beispielsweise 12 Stunden erfolgen. Die getrocknete Schicht kann dann
beispielsweise mit 10°C/min auf 220°C aufgeheizt und die
Temperatur kann dann beispielsweise für wenige Sekunden bis zu einer Stunde, beispielsweise 15 Minuten, lang gehalten werden. Je nach Maskierung kann diese sofort nach dem Rakeln oder nach der Antrocknung entfernt werden. Die
Temperaturbehandlung kann beispielsweise in oxidierender
Atmosphäre erfolgen. Das Mischungsverhältnis von Leuchtstoff zu Matrix-Lösung kann bezogen auf das Gewicht beispielsweise bei 1:1 liegen. Die gehärtete Schichtdicke kann
beispielsweise im Bereich von 30 ym bis 40 ym liegen. Der eingebettete Leuchtstoff kann beispielsweise eine
Quanteneffizienz im Bereich des ursprünglichen
Leuchtstoffpulvers haben.
Beim Anordnen des Konversionselements 20, 26 auf einem
Keramiksubstrat, beispielsweise für eine Remote-Phosphor- Anwendung, kann das Substrat beispielsweise mit einem
Leuchtstoffpulver oder einem Leuchtstoffpulvergemisch beschichtet werden. Die trockene LeuchtstoffSchicht kann beispielsweise mit einer Mono-Aluminium-Phosphat-Lösung besprüht werden, so dass das Leuchtstoffpulver dadurch angefeuchtet und in einem späteren Temperaturschritt fixiert werden kann. Der Vorteil der beschriebenen anorganischen, kondensiertes Metallphosphat aufweisenden Matrizen ist, dass der
Leuchtstoff bei moderaten Temperaturen und ohne größere
Schädigung eingebettet werden kann. Diese Matrizen sind im Vergleich zur reinen Wasserglasmatrix chemisch stabiler und besitzen eine bessere Wärmeleitung als organische Matrizen. Dies ist insbesondere für hochbelastete LED- und
Laseranwendungen von Bedeutung. Im Falle eines
Leuchtstoffrades für eine LARP-Anwendung ist es dadurch möglich, das Leuchtstoffrad mit geringer Geschwindigkeit zu betreiben oder eine weniger aufwendige Geometrie des
Konversionselementes 20, 26, beispielsweise ohne
Kühlstruktur, zu verwenden. Denkbar ist auch eine Einsparung von Leuchtstoff durch Verringerung des Durchmessers des
Leuchtstoffrades gegenüber einem herkömmlichen
Leuchtstoffrad . Dies kann auch zu einer fortschreitenden Miniaturisierung der Vorrichtung 10 beitragen. Für alle
Anwendungen sind besonders hohe Leistungsdichten möglich. Die Matrix kann beispielsweise ausgehend von einer Mono¬ Aluminium-Phosphat-Lösung durch Kondensation entstehen. Die Lösungen sind kostengünstig und gut lagerbar.
Metallphosphate, beispielsweise Aluminiumphosphat,
beispielsweise Mono-Aluminium-Phosphat oder Aluminium- Metaphosphat oder polymeres Aluminiumphosphat und/oder optional Zusätze als Oxid, Phosphat und/oder als Salz können beispielsweise auch Wasserglas zugesetzt werden, was
beispielsweise zu einer guten Witterungsbeständigkeit des Wasserglases und des daraus gebildeten Konversionselements 20 beitragen kann. Das Phosphat kann dann als Härter fungieren und kann dadurch zu einer definierten Aushärtung und aufgrund eines Ionenaustausches zu einer guten chemischen
Beständigkeit bei gleicher Aushärtetemperatur beitragen. Das Aluminium-Phosphat und/oder die Zusätze können dann
beispielsweise in Pulverform vorliegen. Dieses wird mit dem Leuchtstoffpulver möglichst homogen gemischt bevor das flüssige Alkalisilikat, beispielsweise Natronwasserglas, zugegeben wird. Das Mischungsverhältnis ist abhängig vom Modul und der Art des Wasserglases sowie von der
Härterzusammensetzung und Härterfunktion.
Mischungsverhältnisse von Härter zu flüssigem Alkalisilikat liegen beispielsweise bei 1:3 bis zu 1:8 Gewichtsanteilen.
Die Topfzeiten sind oftmals länger als mit reinem Wasserglas (flüssiges Alkalisilikat) , da die Aluminium-Phosphat-Lösung nicht mit der Atmosphäre reagiert wie z.B. im Falle des Wasserglases (Abbindung mit CO2 aus der Luft) . Folglich erfolgt auch die Aus- und Durchhärtung definierter, da das Alkaliion aus dem Alkalisilikat durch das Metallion des Metallphosphats ausgetauscht wird und dadurch die Aushärtung im gesamten Volumen gleichmäßig und gleichzeitig erfolgt. D.h. es entsteht ein Polykieselsäure-Gel , dessen Vernetzung durch die im Metallphosphat enthaltenen Ionen unterstützt wird. Im Falle von Aluminiumphosphat ist dies ein Austausch des Alkaliions aus dem Wasserglas gegen ein Aluminiumion aus dem Härter. Letzteres wird auf diese Weise in die
silikatische Matrix eingebaut. Daneben entsteht auch
Alkaliphosphat als Füllstoff. Durch eine Temperaturbehandlung bei z.B. 300°C kann der Austausch nochmals erhöht bzw.
komplettiert werden, wodurch die Witterungsbeständigkeit nochmals verbessert wird.
Die Mischung mit Wasserglas kann beispielsweise gemäß einem Verfahren mit folgenden Schritten hergestellt werden:
- Mischen des Metallphosphatpulvers mit dem
Leuchtstoffpulver, und ggf. Zusätzen;
- Herstellen einer Suspension aus der Pulvermischung und einer Wasserglaslösung;
- Aufbringen der Suspension enthaltend mindestens einen festen Leuchtstoff und mindestens ein Alkalisilikat und mindestens ein Metallphosphat auf eine
Substratoberfläche oder in eine Form, um eine
LeuchtstoffSchicht oder einen Leuchtstoffkörper zu erzeugen ; - Aushärten der LeuchtstoffSchicht oder des Leuchtstoffkörpers .
Alternativ kann auch pulverförmiges Alkalisilikat verwendet werden. In diesem Fall wird es der Pulvermischung zugesetzt und dann die Pulvermischung in Wasser gelöst bzw.
suspendiert .
Das Verhältnis der Volumina Alkaliwasserglasanteil,
Metallphosphat, Wasser und Feststoffpulver hat direkten
Einfluss auf die Homogenität der Suspension
(Verarbeitbarkeit ) , die Viskosität, die resultierende
Schichtdicke, die Rissneigung, das Trocknungsverhalten und die optischen Eigenschaften der resultierenden Schicht
(späterer Glasanteil) . Das Volumenkonzentrationsverhältnis von flüssigem Alkalisilikat inklusive dem Metallphosphat und Wasser kann in solchen Mischungen von ungefähr 1:5 bis ungefähr 5:1, beispielsweise von ungefähr 1:3 bis 3:1
betragen. Beispielsweise beträgt das
Volumenkonzentrationsverhältnis von flüssigem
Alkalisilikat (en) inklusive Metallphosphat (en) und Wasser 1:3, 1:2, 1:1, 2:1 oder 3:1. Das eingesetzte Verhältnis kann in Abhängigkeit von den Zieleigenschaften der
FarbstoffSchicht (z.B. Glasanteil, Schichtdicke, Festigkeit), sowie von den Leuchtstoffen selbst gewählt werden. „Ungefähr" bedeutet in diesem Zusammenhang beispielsweise, dass der entsprechende Zahlenwert um etwa 10% nach oben oder unten abweichen kann. Bei dem eingesetzten Alkalisilikat kann es sich
beispielsweise um Natriumsilikat oder Kaliumsilikat handeln. Ebenfalls erfasst sind Mischungen der vorgenannten
Alkalisilikate. Bei den Alkalisilikaten handelt es sich um Verbindungen der allgemeinen Formal M2<Dxn Si02, wobei M ein Alkalimetall und n im Bereich von 1 bis 4 liegt. In
verschiedenen Ausführungsbeispielen werden die Alkalisilikate als kolloide, alkalische Lösungen in Wasser, insbesondere Natrium-/Kaliumsilikat Lösungen, eingesetzt. Solche wässrigen Lösungen können durch Lösen der festen Alkalisilikate in Wasser bei erhöhter Temperatur und erhöhtem Druck hergestellt werden . In verschiedenen Ausführungsbeispielen beträgt das
Massenverhältnis von Leuchtstoff bzw. Leuchtstoffmischung zu dem wässrigen, flüssigen Alkalisilikat, d.h. der Mischung aus Alkalisilikat und Wasser, ungefähr 1:5 bis ungefähr 5:1, beispielsweise ungefähr 1:3 bis 3:1 betragen. Beispielhafte Konzentrationsverhältnisse sind 3:1, 2:1, 1:1, 1:2 oder 1:3. Diese Konzentrationsverhältnisse können im Hinblick auf die Homogenität der Suspension, Sedimentationszeit und
Schichtdicke günstig verarbeitbar sein. Der Anteil an
erforderlichem Metallphosphat ist durch die Menge an
Alkalisilikat bestimmt und wird dem Flüssiganteil
zugerechnet, da es sich auflöst und reagiert. Die Suspension kann ferner weitere Bestandteile, beispielsweise Partikel mit lichtstreuenden Eigenschaften und/oder Hilfsstoffe enthalten. Beispiele für Hilfsstoffe schließen Tenside und organische Lösungsmittel ein. Das Aufbringen der Suspension auf eine Oberfläche des Substrats oder das Einbringen in eine Form kann durch Schlämmen, Drucken, Sprühen oder Einspritzen erfolgen. Zum Erzeugen einer LeuchtstoffSchicht kann das Aufbringen ferner Spinning und/oder eine
Ultraschallbehandlung beinhalten.
Das Substrat, auf das die LeuchtstoffSchicht aufgebracht wird, kann beispielsweise der Träger 16, das Leuchtstoffrad, ein Kühlkörper oder optisches Bauteil, wie zum Beispiel ein Kollimator sein. Das Substrat kann aus verschiedenen
geeigneten Materialien, wie z.B. Kunststoff, Glas, Keramik oder Metall bestehen. Zur Ausbildung eines Leuchtstoffkörpers können Formen aus den genannten Materialien verwendet werden. Der Leuchtstoffkörper kann beispielsweise ein Leuchtstofffilm sein. Die LeuchtstoffSchicht , der Leuchtstofffilm und/oder der Leuchtstoffkörper, beispielsweise ein
Leuchtstoffplättchen, können dann das Konversionselement 20 bilden oder ein Teil des Konversionselements 20 sein. Das Aushärten der LeuchtstoffSchicht oder des
Leuchtstoffkörpers kann durch Trocknen und chemische
Reaktionen (beispielsweise Abbinden durch Ionenaustausch, Vernetzung, Kondensation) erfolgen. Das Aushärten oder
Trocknen kann bei Raumtemperatur oder bei erhöhter
Temperatur, beispielsweise bei 80°C bis 500 °C erfolgen. Es können auch verschiedene Aushärtungs-/Trocknungsschritte bei unterschiedlichen Temperaturen miteinander kombiniert werden. In einem Ausführungsbeispiel kann auf einen Trocknungsschritt bei Raumtemperatur ein weiterer Trocknungsschritt bei
erhöhter Temperatur, beispielsweise 80 bis 150 °C, folgen. Das Aushärten/Trocknen bei erhöhter Temperatur kann
beispielsweise in einem Ofen erfolgen. Alternativ kann das Substrat oder die Form und/oder die LeuchtstoffSchicht/der Leuchtstoffkörper mittels Mikrowellen oder
Induktionstechniken erwärmt werden. Bei der Herstellung eines Leuchtstoffkörpers kann dieser nach einem ersten
Trocknungsschritt aus der Form gelöst und dann, optional bei erhöhter Temperatur, weiter getrocknet werden.
Mit dem Verfahren der Bindung von Leuchtstoffen unter
Verwendung von Alkalisilikaten mit Metallphosphat lassen sich sehr harte, mechanisch stabile Leuchtstoffschichten erzeugen, deren Binder bei vielen Leuchtstoffen im Bereich ihrer
Arbeitstemperatur nicht mit den Leuchtstoffen wechselwirkt, optisch transparent, spektral und thermisch stabil ist. Es lassen sich damit sowohl dünne Leuchtstoffschichten auf
Substratoberflächen mit Schichtdicken zwischen 10 ym und 200 ym fertigen, als auch ungebundene Leuchtstoffplättchen oder dreidimensionale Körper (optische Bauteile) größerer
Ausdehnung (einige mm) .
Um bei einem oder mehreren der vorstehend erläuterten
Ausführungsbeispiele die Konversion der Anregungsstrahlung 14 in Konversionsstrahlung 22 effizient zu gestalten, kann der Streulichtanteil der Anregungsstrahlung 14 minimiert werden. Dies kann beispielsweise durch Lichtankopplung an relativ große Leuchtstoffpartikel geschehen. Prinzipiell können durch entsprechende Verarbeitungsprozesse (mahlen) die
Partikelgrößen der Leuchtstoffe in einem gewissen Bereich eingestellt und selektiert werden. Praktisch liegen
allerdings immer Korngrößenverteilungen vor. Innerhalb von Suspensionen sedimentieren die größeren und schwereren
Partikel zuerst, die kleineren und leichteren später, so dass sich nach einer gewissen Zeit (u.a. abhängig von Viskosität der Flüssigkeit und Partikelgrößen) eine Schwerkraft
getriebene Partikelgrößenverteilung einstellt (kleine
Partikel an der oberen Schichtoberfläche, größere Partikel unten) . Die wässrige Alkalisilikat-Lösung inklusive
Metallphosphat kann beispielsweise dahingehend ausgenutzt werden, dass während des Aufbringens und Aushärtens eine Partikelgrößenverteilung eingestellt wird. Die
LeuchtstoffSchicht mit den LeuchtstoffPartikeln kann dann nach dem Trocknen und Ausheizen vom Trägermedium abgelöst, um 180° gedreht und mit der optisch günstigeren gröberen
Kornverteilung nach oben wieder auf ein Substrat aufgebracht werden, z.B. durch Verkleben mit Alkalisilikat mit
Metallphosphat oder reinem Metallphosphat.
Alternativ kann die Partikelverteilung durch eine
Ultraschall-Behandlung beeinflusst werden. Dabei können beispielsweise mittels Ultraschall gröbere
Leuchtstoffpartikel an die Schichtoberfläche gerüttelt werden .
Die Erfindung ist nicht auf die angegebenen
Ausführungsbeispiele beschränkt. Beispielsweise können die angegebenen Ausführungsbeispiele kombiniert werden.
Beispielsweise kann das Konversionselement 20 bei jedem beliebigen Ausführungsbeispiel die Kühlstruktur aufweisen oder nicht.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung (10) zum Bereitstellen von
elektromagnetischer Strahlung, mit
- einer Strahlungsanordnung (12) zum Erzeugen von
Anregungsstrahlung (14),
- mindestens einem Konversionselement (20, 26) zum Erzeugen von Konversionsstrahlung (22), das kondensiertes Metallphosphat und in dem kondensierten Metallphosphat eingebettete Leuchtstoffe aufweist und das mit einem Abstand zu der Strahlungsanordnung (12) in einem Strahlengang der Anregungsstrahlung (14) angeordnet ist.
2. Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, bei der das
Konversionselement (20, 26) relativ zu der
Strahlungsanordnung (12) bewegbar angeordnet ist.
3. Vorrichtung (10) nach Anspruch 2, die ein
Leuchtstoffrad aufweist, das um eine Achse (24) drehbar angeordnet ist und das das Konversionselement (20, 26) aufweist .
4. Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, bei der das
Konversionselement (20, 26) relativ zu der
Strahlungsanordnung (12) fest angeordnet ist.
5. Vorrichtung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der eine Oberfläche des Konversionselements eine
Kühlstruktur aufweist.
6. Vorrichtung (10) nach Anspruch 5, bei der die
Kühlstruktur Riefen (28) und/oder Lamellen (30) aufweist.
7. Vorrichtung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der das kondensierte Metallphosphat amorph ist.
8. Vorrichtung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der das kondensierte Metallphosphat farblos ist.
9. Vorrichtung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der das kondensierte Metallphosphat für die
Konversionsstrahlung (22) und/oder die Anregungsstrahlung (14) transparent ist.
10. Vorrichtung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der das kondensierte Metallphosphat Aluminiumphosphat aufweist, das durch Kondensation aus Mono-Aluminium-Phosphat gebildet wird.
11. Vorrichtung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der das Konversionselement (20, 26) eine silikatische Matrix und Alkaliphosphat aufweist.
12. Vorrichtung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der das Konversionselement (20, 26) Zink-, Magnesium- und/oder Bor-haltige Verbindungen aufweist.
13. Vorrichtung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der die Strahlungsanordnung (12) mindestens eine
Strahlungsquelle aufweist, die die Anregungsstrahlung (14) mit einer hohen Leuchtdichte erzeugt.
14. Vorrichtung (10) nach Anspruch 13, bei der die
Strahlungsquelle ein Laser, eine Laserdiode oder eine
Superlumineszenzdiode ist.
15. Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 13 oder 14, bei der die hohe Leuchtdichte zwischen 1 W/mm2 und 50 W/mm2 liegt .
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