WO2018172150A1 - Konvertervorrichtung mit einem leuchtstoffelement - Google Patents

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WO2018172150A1
WO2018172150A1 PCT/EP2018/056328 EP2018056328W WO2018172150A1 WO 2018172150 A1 WO2018172150 A1 WO 2018172150A1 EP 2018056328 W EP2018056328 W EP 2018056328W WO 2018172150 A1 WO2018172150 A1 WO 2018172150A1
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electrode
radiation
converter device
irradiation
pump radiation
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PCT/EP2018/056328
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Joerg Sorg
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Osram Gmbh
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    • H01L33/507—Wavelength conversion elements the elements being in intimate contact with parts other than the semiconductor body or integrated with parts other than the semiconductor body

Definitions

  • the present invention relates to a converter or irradiation device with a luminous element for the conversion of a pump radiation.
  • a source of pump radiation of high power density such as a laser
  • a spaced-apart to fluorescent element that emits a Anre ⁇ supply with the pump radiation toward conversion radiation or conversion light can be, for example. Lichtquel ⁇ len high luminance realized.
  • the entire pump radiation can be converted (full conversion) or only a part and can not be converted pump radiation proportionally together with the conversion radiation illumination light bil ⁇ in the phosphor element.
  • the pump radiation falls typically bundled, collimated We ⁇ sentlichen, the fluorescent element, whereas given ⁇ against the conversion radiation typically Lambertian. Despite the bundled radiation in the case of partial conversion but also the non-converted part of the pump radiation to the fluorescent element nachgela ⁇ siege of the conversion radiation fanned comparable, as a result of scattering processes in the phosphor element. Presentation of the invention
  • the present invention is the technical problem of specifying an advantageous converter device and an irradiation device with such a converter device ⁇ . This is achieved with a converter device according to claim 1 According to the invention, as well as with the Bestrahlungsvor ⁇ device according to claim 9, in addition to the convergence ⁇ tervoriques having a pump radiation source.
  • the phosphor element of the converter device is provided with min- least two electrodes arranged on the Leuchtstof ⁇ felement form a capacitor.
  • the light ⁇ material element between the electrodes provides the Dielekt ⁇ rikum of the capacitor is, and it can be monitored pazticiansteil the mecha ⁇ African integrity of the fluorescent element by a Ka.
  • the capacitance measurement can be used to monitor whether the phosphor element as a whole proper assembly place sits.
  • the bundled or collimated pump radiation could namely lung optics spread by actually intended for removing the conversion radiation Konversionsstrah-.
  • the irradiation device is therefore adapted to at least reduce the pump radiation input in the event of a fault, preferably to completely prevent it, for example by switching off the pump radiation source.
  • the fluorescent element may, for example, on a transmissive for the pump radiation carrier primarily serving (operating in transmission) or on one of the kuh ⁇ lung, such as metallic support be arranged (operating in reflection). in the operation in the transmission input surface for the pump radiation and the emitting surface for the conversion radiation against each other ent ⁇ set in the operation in reflection to fall ⁇ together.
  • the luminescent ⁇ material element thereby example. Directly applied (directly adjacent to it) or be mounted on a connecting layer, such as a joining joint layer.
  • ⁇ d Regardless of the type of mounting may vary in detail ⁇ d
  • the phosphor elements of the carrier dissolves, bringing the problem of the just described Pumpstrahlungsausbrei- could result.
  • the absence of the phosphor element can be detected via the changed capacitance and, for example, the pump radiation source can be switched off (“safety shutdown") .
  • safety shutdown On the other hand, however, not only can such a total failure be determined with the concept according to the invention, but ideally it can already be one with a degradation, ie, for. example, of a beginning edge side or center-centered cracking (out of a complete break can proceed with fragment formation), the phosphor element associated change in the dielectric constant or electrode (s) give a ver ⁇ changed capacity. cracks stakes in the phosphor element outbreaks or design modifications, such as. Materialverlage-, can be identified, ideally based on a capacity ⁇ change.
  • the capacitance may, for example, via the loading and / or unloading ⁇ be measured behave, an AC voltage is preferably applied ⁇ and the current waveform detected.
  • the capacitor can also be combined with an inductance to form an LC resonant circuit, and its resonant frequency is measured.
  • Bestrahlungsvor ⁇ direction is preferably tetLerich- for detecting the capacity, that is equipped with a measuring unit in the loading ⁇ drove the capacity detected (z. B. permanently, or in tervals In ⁇ or only optionally to an external Betä ⁇ tion).
  • the measuring unit can then also have further logic, which excludes the recorded data.
  • the luminescent material element may, for example, be a matrix material, for example glass, with a luminescent substance embedded therein, for example in particle form.
  • the fluorescent member may also be constructed from the phosphor itself as a shaping material, such as in the case of agglomerated phosphor particles or a ge ⁇ Sintered ceramic phosphor. "Phosphor” may also be read on a mixture of several individual luminescent substances, preferably it means a single luminescent substance.
  • the conversion is preferably a downconversion, that is, it is converted into lower energy radiation at a higher level.
  • the pump radiation may, for example, also be UV radiation, preferably blue light; the conversion radiation can generally also be in the infrared, preferably visible Kon ⁇ version light.
  • the phosphor element is preferably flat, and therefore has in a thickness direction has a smaller extent than in each ⁇ of the orthogonal surface directions; the Managerre ⁇ is discovered in the thickness direction may, for example, at most 1/2, make 1/3, 1/4 or 1/5 of the extent in each of the legislativenrichtun ⁇ gen, possible lower limits can, for example, at least 1/200, 1/100 or 1/50 lie.
  • the single beam ⁇ surface for the pump radiation and the emitting surface for the conversion radiation preferably extend respectively in the surface directions, particularly preferably they are each plan (and they are perpendicular to the thickness direction ⁇ ).
  • the first electrode on the A ⁇ reflecting surface is arranged and the second electrode on the opposite side surface can be mirrored may represent (operating in reflection), or the radiating surface (operating in transmission).
  • the arrangement "on” does not necessarily mean directly adjacent thereto, it may or may also provide other layers therebetween (see below in detail) .
  • the electrode (s) is / are integral with the luminescent material element, ie not non-destructive therefrom separable (without destruction of the electrode, fluorescent element and / or a layer as ⁇ between).
  • one of the electrodes is provided at least from a spectrally at least partially transmissive electrode material, so that is transmissive for the pumping and / or the conversion radiation.
  • Transmissive means insofar that, for example, at least 60%, 70% and 80% of the intensity of the corresponding radiation are transmitted; though 100% before ⁇ Trains t, it can give technical reasons limits (z. B. 99.9%, 98% or 90%). Since the conversion and / or the pump radiation, respectively sichtba ⁇ res light is preferably (380 nm to 780 nm), the transmissive electrode material is then translucent, preferably transpa ⁇ rent, so in any case transparent, preferably look ⁇ permeable. Preferably, both electrodes can be provided from a spectrally ⁇ denmaterial at least partially transmissive electric (which is hereinafter referred to the A ⁇ sake of simplicity only as "transmissive").
  • An alternative to a transmissive Elektrodenmateri ⁇ al is metal, for example.
  • An aluminum alloy eg AlCu
  • a metal electrode can also be combined with a transmissive electrode, for example in the case of a luminous element of the irradiation element operated in reflection.
  • the pre ⁇ see a transmissive electrode is also not absolutely, it can also be all the electrodes being metallic and in a used for radiation guiding area ⁇ saves.
  • a metallic electrode before it can Trains t ⁇ at the same time fulfill a diaphragm function, thus limiting the expansion of a discharged at the emission Strah ⁇ lenbündels with conversion radiation.
  • the electrode can thus advantageously be used twice, namely for monitoring the integrity / presence of the luminous element and for beam shaping in the sense a beam masking in the manner of a panel.
  • An electrode arranged on the irradiation surface can also fulfill such a function.
  • the electrode (s) can, for example, be electrically connected via a through-connection.
  • ⁇ contact also known as Via
  • the Elektrodenma ⁇ TERIAL may preferably be opened in a peripheral region and connected with a metal contact.
  • the metal contact can be contacted forming a connection pad and, for example, via a contact terminal ⁇ or via a bonding wire.
  • the electrode (s) may also be buried and connected without contact via, for example, a capacitive or inductive coupling.
  • the transmissive electrode configuration will first be described in detail.
  • the transmissive Elect ⁇ -electrode material is an electrically conductive oxide.
  • ITO indium tin oxide
  • ATO antimony tin oxide
  • FTO fluorine tin oxide
  • AZO aluminum zinc oxide
  • each of the electrodes is preferably constructed of exactly one material, although in general, for example, a multi- layered construction is also possible. It is also possible to provide the first electrode made of one material and the second electrode made of another material, the same material being preferred.
  • the specific FLAE ⁇ chenwiderstand the electrode (s) is a maximum of 500 ohms, in The order of entry is increasingly preferably at most 450 ohms, 400 ohms, 350 ohms, 300 ohms, 250 ohms, 200 ohms, 150 ohms, 100 ohms, 50 ohms, 40 ohms, 30 ohms, 20 ohms, and 10 ohms, respectively.
  • a small an area as possible resistance can be sawn vorzugt, for technical reasons but lower limits of 0.5 Ohm, 1 ohms, 1.5 ohms and 2 ohms may, for example, at least 0.1 ohm, to lie, wherein lower and upper limit expressly ⁇ Lich should also be disclosed independently.
  • the electrode (s) has a thickness of at least 20 nm, in the Rei ⁇ hen resort the entry increasing preference at least 30 nm, 40 nm and 50 nm.
  • Possible upper limits may, for example, at most 500 nm, 450 nm, 400 nm, 350 nm, 300 nm, 250 nm, 200 nm, 150 nm and 100 nm (in order of increasing preference Designation), said upper and lower limit ⁇ turn independently of each other are intended to be disclosed.
  • an electrode which has been separately prepared and then attached in advance an electrode deposited as a layer in the corresponding thickness is preferred (see below).
  • optical losses can be advantageously limited, for example. At most 5%, 4% and 3%; the ideal case would be loss-free (0%), but for technical reasons to be sub ⁇ limits, for example. at least 0.1%, 0.5% and 1% respectively lie ⁇ gen.
  • the electrode is part of an intended for Ver and / or EntSpiegelung dielectric layer system.
  • This layer system can also be designed as a dichroic, ie wavelength-dependent mirror. He can, for example, for the pump radiation transmissive while antireflective and at the same for the conversion radiation reflective be (the ⁇ half "unlocking and mirroring").
  • Such a layer system could be located in an operated in the transmission Leuchtstof ⁇ felement at the irradiation surface and would on the one hand favor the entry of the pump radiation and the other reflecting the proportionately emitted in the phosphor element in the direction of the irradiation surface Konversionsstrah ⁇ lung to the radiation surface to set.
  • the radiation area may be alternatively or additionally anti-reflective at least ⁇ if in case of a partial conversion, proportionally, unconverted pump radiation is used.
  • the Abstrahlflä ⁇ che additionally be mirrored for the pump radiation.
  • the input surface preferably anti-reflective coating (with respect to the pump and / or conversion radiation before Trains t ⁇ both).
  • the opposite side face is be ⁇ vorzugt provided with a full mirror (for pumping and conversion radiation reflective).
  • a pre-for unlocking and / or mirror coating layer system can for example ⁇ planned. At least 3, 4, 5 or 6 layers have (with possible limits on eg. A maximum of 100, 50 and 20, respectively), each one of at least two differing in their refractive index materials are taken.
  • Suitable materials may, for example, titanium oxide be (T1O2), silicon oxide (S1O2), Alumini ⁇ oxide (Al2O3), tantalum oxide (Ta20s) or niobium oxide (Nb20s).
  • the electrode provided as part of the dielectric layer system can also adjoin only one layer thereof, preferably it is embedded in the layer system, ie it closes in both directions relevant to the layer thickness ("thickness direction"), ie on both sides
  • the electrode provided as part of the layer system may at the same time also assume an optical function, ie it may be fitted into the refractive index profile (in the thickness direction through the layer system) set with the coating system for de-and / or mirroring ,
  • the above-mentioned conductive oxide can be advantageous as an electrode material, because there is, together with the aforementioned dielectric oxides, a structure with approximate / ⁇ réelleausdehnungskoef adjusted coefficients. This can help bend mechanical stresses before ⁇ (in this regard can also vorste ⁇ proceeding mentioned, not large electrode thickness advanta- be liable).
  • the electrode (s) may each be ⁇ wells also provided as a discrete layer.
  • one of the electrodes is at least divided into several segments, so min ⁇ least two, more, and particularly preferably at least three or four segments.
  • the other electrode is segmented, and more preferably in the ⁇ same number of segments; these are particularly preferably in each case coincide with one of the other electrode segments are arranged (relative to the thickness Rich ⁇ tung).
  • the mutually assigned segments may then each ⁇ wells in pairs form a partial condenser.
  • the partial capacitors can then, for example. Be connected in series, bringing the total capacity of the fabric ⁇ th of the electrode capacitor is reduced.
  • the electrode material does not necessarily have to be completely interrupted between individual segments, but, for example, connecting webs can also remain standing. However, a possible connecting web, for example to. Be less than the associated segments, such as at most 1/5, 1/10, 1/15 and 1/20 of the average extent of the klei ⁇ Neren the associated segments account for (possible lower limits can e.g. at least 1/500, 1/250, 1/100 or 1/50), the average Warre ⁇ ckung as an average of the smallest and largestVaccinre ⁇ ckung results. Regardless in detail in the case of the series connection of all the sub-capacitors dersel ⁇ be alternating current or charge flow / discharge current.
  • the converter device for an individual measurement of the segments is turned rich ⁇ tet, may thus be measured separately, the capacity of a respective Operakonden ⁇ crystallizer.
  • each seg- ment be guided and be gripped from ⁇ a separate contact to the outside, the segments can also be completely separated from each other, for example..
  • a separate each Kapa ⁇ zticianser charged can, for example, a certain spatial resolution he ⁇ possible. If the electrodes are each subdivided into four segments, for example, four quadrants of the luminous element element can be monitored and a change in the dielectric properties (see above) can then be assigned to one of them.
  • a larger number of segments per electrode for example. At least 5, 10, 15 or 20 (with possible upper limits for example. At most 500, 400, 300, 200, 100 or 50), even from the spatially resolved Measurement independent.
  • the subsegments may also depend on the size of the luminous material element, this may have, for example, in each case an extension of at least 1 mm, 2 mm, 3 mm, 4 mm or 5 mm in the surface directions, with possible upper limits (independent of it), for example Hoechsmann ⁇ least 50 mm, 40 mm, 30 mm can be (independently of a segmentation of the electrodes).
  • the Leuchtstof ⁇ felement is connected via a joint connection layer at a sub ⁇ stratianu, esp. A substrate plate mounted.
  • a sub ⁇ stratianu esp. A substrate plate mounted.
  • said electrode may, for example, applied to the substrate body, in particular be deposited as a layer.
  • the joining connection layer is arranged between the electrodes, with the result that any degradation of the joining connection layer can also be subject to monitoring.
  • the invention also relates to an irradiation device with converter device and pump radiation source.
  • This is arranged relative to the luminescent ⁇ material element such that the pump radiation falls on the Einstrahl Structure (specifically to a one ⁇ beam area thereof, see below).
  • pump radiation source ⁇ a laser source is preferred, which is particularly preferably composed of one or more laser diodes.
  • the beams of individual laser diodes can be brought together by means of beam compression optics and thus superimposed on the irradiation surface.
  • loading vorzugt illumination optics be associated with, for example egg ⁇ ne converging lens (which may be together ⁇ quantitative sets of several individual lenses).
  • an assignment of the ⁇ art may be that the illumination optics forms the radiating surface to infinity.
  • the first electrode is arranged on the irradiation surface, but at the same time it partially covers the irradiation region.
  • the Einstrahl Society is the in Operation actually irradiated area thereof.
  • This Be ⁇ rich results in the time integral, because the fluorescent element can also be operated dynamically, ie, for example.
  • a pump radiation spot on the Einstrahlflä ⁇ che can be moved. Nevertheless, a static arrangement is preferred and the pumping radiation spot then corresponds to the irradiation area.
  • the extension of the single beam ⁇ region on the irradiation surface is measured preferably by the half width of the of the pump radiation, he testified ⁇ irradiance profile, that extends up to ei ⁇ nem drop of the radiation intensity to 1/2 (although in general, for example. Also, a drop to 1 / e 2 could be used).
  • the first electrode is now the irradiation region all ⁇ if partially cover, which can be useful in a metal electrode, but especially in a translucent electrode is preferred. Thus, in fact, if necessary, can further reduce losses, and there may be a corresponding recess of the electrode at Be ⁇ range of the pump radiation spots be gentle on the material or have metrological advantages.
  • At least that part of the irradiation region is uncovered with respect to the loading ⁇ radiation intensity profile of the pump radiation, in which the Bestrah ⁇ lung strength at least 80%, in order of Nen ⁇ voltage increasing preference at least 70%, 60%, 50%, 40 % or 30%, a maximum irradiance from ⁇ makes.
  • the Einstrahl Scheme can also completely uncovered his (0%), but it can, for example, on the other hand, ⁇ lower limits even at 5%. 10% and 15%, for example, also for reasons of space.
  • the second electrode covers the radiation area at most partially.
  • the emission is in turn the entire side surface of the LeuchtStoffele- ments, the radiation area that part thereof, of the forth ⁇ from actually conversion radiation emitted in use (generally, in turn, be ⁇ seeks the time integral, preferably static). Also in this case, the expansion is preferably taken after the half width.
  • the irradiance at least 80%, in the order of naming increasingly preferred at least 70%, 60%, 50%, 40% and 30%, of a maximum irradiance (the conversion radiation).
  • a completely uncovered radiation area may also be preferred (0%), but on the other hand, lower limits may also be used, for example, at least 5%; 10% and 15% respectively.
  • the invention also relates to a method for producing a converter or irradiation device, wherein the electrode (s) is applied as a coating. In general ⁇ my, this can also be done in a printing or spraying, preferably a physical or chemical Vapor deposition.
  • the physical vapor deposition may in particular be a thermal evaporation, sputtering or ion plating. Regardless of the individual ⁇ A can, for example after coating. Annealed to set about to selectively optical and / or electrical properties sheep ⁇ th.
  • an electrode provided as part of a dielectric layer system is produced in the same process sequence with this layer system, that is, for example, in the same deposition system in which only the deposition materials or parameters are changed if necessary.
  • “In the same process sequence” can mean the ⁇ special in vacuo without intermediate discharging.
  • the invention also relates to the use of a vorlie ⁇ quietly disclosed Converter or irradiation device for a capacitance measurement on the capacitor to surveil ⁇ monitoring the mechanical integrity of Leuchtscherle- ments, see above in detail. it must be understandablesver- measured not only capacitive, but also a combination with a resistive and / or inductive measurement is possible (in other or the same electrode ⁇ ), the different measurements for example.
  • an invention disclosed ⁇ disclosed radiation device for illumination is used, thus forming the conversion radiation itself (Vollkon ⁇ version) or in admixture with proportionately not convertibility ter pump radiation (partial conversion) view bartes BL LEVEL ⁇ tung light.
  • it can involve white to light as in the case of the partial conversion before may result as pump radiation and yellow light as a conversion radiation to Trains t ⁇ as a mixture of blue light.
  • a preferred luminescent material element may comprise yttrium aluminum garnet (YAG: Ce).
  • the motor vehicle may, for example, be a motorcycle, a truck or preferably a passenger car.
  • a use for the lighting of aircraft (airplane, helicopter ⁇ Kopter) or water vehicles, particularly ships is mög ⁇ Lich.
  • an application in the field of architectural or stage or effect lighting is conceivable, even with colored light.
  • FIG. 3a shows an alternative to the structure of Figure 2 An ⁇ order in a detailed view
  • FIG. 3b shows an alternative to Figures 2 and 3a on ⁇ construction in a detailed view.
  • Figure 1 shows a converter device 1 according to the invention with a phosphor element 2, which will be ⁇ driven in reflection.
  • the Einstrahl Type 3 and the radiating surface 5 opposite to each other.
  • the second electrode 8 is at one of the Einstrahl- / Ab- beam surface 3, 5 opposite side surface 9 of the luminous material element 2 is arranged.
  • Each of the electrodes 7, 8 is electrically connected to the electrodes 7, 8 bil ⁇ together a capacitor.
  • the phosphor element 2 is arranged in so far as the dielectric between the capacitor plates ⁇ , which is why changes in the Leuchtstscherlements 2 via an altered capacity, so can detect a capacitance measurement.
  • the first electrode 7 is made of indium tin oxide (ITO) before ⁇ seen and both for the pump radiation 4 and the conversion radiation 6 transmissive, at least largely (any losses are in the percentage range).
  • the first electrode 7 could be provided from metal and recessed in a central region, ideally ⁇ so as at the same time fulfill a diaphragm function.
  • such a design which only partially covers the irradiation / emission surface 3, 5, may also be preferred in the case of the transmissive electrode material, cf. also the comments in the introduction to the description.
  • first electrode 7 could also be directly bonded, in the present case is a case of the transmissive electrode material additionally applied ⁇ attached bonding pad 10 located in metal. This is arranged in an edge region of the first electrode 7, which is thus connected via a bonding wire 11 to a contact terminal 12.
  • the latter is arranged on a substrate plate 13, which, for example, can be realized as a PCB system (Printed Circuit Board).
  • the second electrode 8 is provided in this case directly on the same substrate body 13, in the same metallization with the contact terminal 12.
  • a measuring ⁇ unit can be mounted with some logic function (not shown).
  • the contact terminals 12, 14 can, for example, also be tapped from the outside (via terminal contacts etc.), to which the metallization layer can also be additionally reinforced, as shown by way of example for the contact terminal 14 with the terminal pad 15.
  • the conversion radiation is emitted omnidirectionally 6, so put on the Chryslerge ⁇ side surface 9, a full mirror is disposed, namely, a silver layer 16.
  • a dielectric layer system 17 between the silver layer 16 and the opposite side surface.
  • a joining compound layer 18, in the present case an adhesive layer the entire structure is mounted on the second electrode 8 and thus on the substrate plate 13.
  • Figure 2 shows a operated in reflection Leuchtstof ⁇ felement, wherein provided with the same reference numerals parts have the same function and in this respect always on the description is referenced to the other figure.
  • the phosphor element 2 is mounted on a substrate body 13, which, however, in the present case is trans ⁇ missive, namely, for example, from diamond or preferably sapphire is provided.
  • the ⁇ lektharis layer system is also in this case of a plurality of dielectric layers 17a-c constructed 17 is provided, which in the present transmissive for the pump radiation 4, but for the CONVERSION radiation 6 reflective (that is a wellenlän ⁇ gene-dependent mirror forms).
  • the first Elect ⁇ rode 7 is directly thereto gren ⁇ zend provided as part of the layer system 17th
  • the layers 17c, 17b and 17a are sequentially and then the first electrode 7 is deposited thereon.
  • This is presently provided of ITO and can also take over a wireless optical ⁇ tion advantageously in combination ⁇ interact with the layer system 17th
  • a connection pad 20 is applied for electrical contacting of the first electrode 7.
  • the phosphor element 2 to the second electrode 8 on the emitting surface 5 is in turn mounted on egg ⁇ ne joint connection layer 18 on the substrate plate 13, namely adhered to the first electrode.
  • FIGS. 3 a and b show alternatives of integrating the first electrode 7 into the layer system 17.
  • the first electrode 7 is embedded between the layers 17 a, b and 17 c, d of the layer system 17.
  • the DA-up lying dielectric layers 17c, d are opened locally, the terminal pad 20 extends there until the ers ⁇ th electrode 7.
  • the embodiment of figure 3b is the entire dielectric layer system 17 disposed on the first electrode 7, so far as the The exact opposite sequence to Figure 2.
  • the dielectric layer system 17 does not reach to the edge of the first electrode 7, where the terminal pad 20 is applied.
  • Radiation surface 3 pump radiation 4
  • Substrate body 13 contact terminals 14

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Konvertervorrichtung (1) mit einem Leuchtstoffelement (2) zur Konversion einer Pumpstrahlung (4) in eine Konversionsstrahlung (6), einer ersten Elektrode (7) und einer zweiten Elektrode (8), wobei die erste Elektrode (7) und die zweite Elektrode (8) derart ausgebildet und um das Leuchtstoffelement (2) angeordnet sind, dass sie einen Kondensator bilden, sodass eine mechanische Integrität des Leuchtstoffelements (2) als Dielektrikum des Kondensators durch eine Kapazitätsmessung überwacht werden kann.

Description

KONVERTERVORRICHTUNG MIT EINEM LEUCHTSTOFFELEMENT BESCHREIBUNG
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Konverter- bzw. Bestrahlungsvorrichtung mit einem LeuchtStoffelement zur Konversion einer Pumpstrahlung.
Stand der Technik
Mit der Kombination aus einer Pumpstrahlungsquelle hoher Leistungsdichte, etwa einem Laser, und einem beabstandet dazu angeordneten LeuchtStoffelement , das auf eine Anre¬ gung mit der Pumpstrahlung hin Konversionsstrahlung bzw. Konversionslicht emittiert, lassen sich bspw. Lichtquel¬ len hoher Leuchtdichte realisieren. Dabei kann in dem LeuchtStoffelement die gesamte Pumpstrahlung konvertiert werden (Vollkonversion) oder auch nur ein Teil und kann die nicht konvertierte Pumpstrahlung anteilig gemeinsam mit der Konversionsstrahlung ein Beleuchtungslicht bil¬ den .
Die Pumpstrahlung fällt typischerweise gebündelt, im We¬ sentlichen kollimiert, auf das LeuchtStoffelement , wohin¬ gegen die Konversionsstrahlung in der Regel Lambertsch abgegeben wird. Trotz der gebündelten Einstrahlung ist im Falle der Teilkonversion aber auch der nicht konvertierte Teil der Pumpstrahlung dem LeuchtStoffelement nachgela¬ gert der Konversionsstrahlung vergleichbar aufgefächert, etwa aufgrund von Streuprozessen im LeuchtStoffelement . Darstellung der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, eine vorteilhafte Konvertervorrichtung sowie eine Bestrahlungsvorrichtung mit einer solchen Konverter¬ vorrichtung anzugeben. Erfindungsgemäß wird dies mit einer Konvertervorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst, sowie mit der Bestrahlungsvor¬ richtung gemäß Anspruch 9, die zusätzlich zu der Konver¬ tervorrichtung eine Pumpstrahlungsquelle aufweist. Das LeuchtStoffelement der Konvertervorrichtung ist mit min- destens zwei Elektroden versehen, die an dem Leuchtstof¬ felement angeordnet einen Kondensator bilden. Das Leucht¬ stoffelement zwischen den Elektroden stellt das Dielekt¬ rikum des Kondensators dar, und es lässt sich die mecha¬ nische Integrität des Leuchtstoffelements durch eine Ka- pazitätsmessung überwachen.
Bevorzugte Ausgestaltung finden sich in den abhängigen Ansprüchen und der gesamten Offenbarung, wobei in der Darstellung der Merkmale nicht immer im Einzelnen zwi¬ schen Vorrichtungs- und Verfahrens- bzw. Verwendungsas- pekten unterschieden wird; jedenfalls impliziert ist die Offenbarung hinsichtlich sämtlicher Anspruchskategorien zu lesen. Wenngleich nachstehend der Einfachheit halber vorrangig auf die „Bestrahlungsvorrichtung" Bezug genom¬ men wird, ist die Offenbarung immer auch hinsichtlich der Konvertervorrichtung zu lesen (und umgekehrt) .
Mit der Kapazitätsmessung lässt sich bspw. überwachen, ob das Leuchtstoffelement insgesamt an seinem bestimmungsge- mäßen Montageplatz sitzt. In einem Fehlerfall, also bei nicht vorhandenem bzw. defektem (siehe unten) Leuchtstof¬ felement, könnte sich die gebündelte bzw. kollimierte Pumpstrahlung nämlich durch eine eigentlich zum Abführen der Konversionsstrahlung vorgesehene Konversionsstrah- lungsoptik ausbreiten. Für einen Betrachter könnte dies eine erhebliche Gefahrenquelle darstellen und etwa eine Schädigung der Netzhaut mit sich bringen und schlimmsten¬ falls einen Verlust der Sehkraft zur Folge haben. Die Be- Strahlungsvorrichtung ist deshalb dazu eingerichtet, den Pumpstrahlungseintrag in einem Fehlerfall zumindest zu verringern, vorzugsweise vollständig zu verhindern, etwa durch Abschalten der Pumpstrahlungsquelle.
Je nach Betriebsart kann das Leuchtstoffelement bspw. auf einem für die Pumpstrahlung transmissiven Träger (Betrieb in Transmission) oder auch auf einem vorrangig der Küh¬ lung dienenden, etwa metallischen Träger angeordnet sein (Betrieb in Reflexion) ; bei dem Betrieb in Transmission liegen die Einstrahlfläche für die Pumpstrahlung und die Abstrahlfläche für die Konversionsstrahlung einander ent¬ gegengesetzt, bei dem Betrieb in Reflexion fallen sie zu¬ sammen. Auf einen entsprechenden Träger kann das Leucht¬ stoffelement dabei bspw. direkt aufgebracht (direkt daran grenzen) oder über eine Verbindungsschicht montiert sein, etwa eine Fügverbindungsschicht .
Unabhängig von der Art der Montage im Einzelnen kann je¬ denfalls ein möglicher Fehlerfall sein, dass sich das Leuchtstoffelement von dem Träger löst, womit sich die eben beschriebene Problematik der Pumpstrahlungsausbrei- tung ergeben könnte. Das Fehlen des Leuchtstoffelements kann jedoch über die veränderte Kapazität detektiert und es kann bspw. die Pumpstrahlungsquelle abgeschaltet wer¬ den („Sicherheitsabschaltung") . Andererseits lässt sich mit dem erfindungsgemäßen Konzept aber nicht notwendigerweise nur ein solcher Totalausfall feststellen, sondern kann im Idealfall auch bereits eine mit einer Degradation, also z. B. einer beginnenden rand- seitigen oder mittenzentrierten Rissbildung (aus der ein vollständiger Bruch mit Bruchstückbildung hervorgehen kann) , des LeuchtStoffelements einhergehende Veränderung der Dielektrizitätskonstante bzw. Elektrode (n) eine ver¬ änderte Kapazität ergeben. Risse im Leuchtstoffelement , Ausbrüche oder Formänderungen, wie bspw. Materialverlage- rungen, lassen sich im Idealfall anhand einer Kapazitäts¬ änderung feststellen.
Die Kapazität kann bspw. über das Lade- und/oder Entlade¬ verhalten gemessen werden, bevorzugt wird eine Wechsel¬ spannung angelegt und der Stromverlauf erfasst. Der Kon- densator kann aber ebenso mit einer Induktivität zu einem LC-Schwingkreis zusammengeschlossen sein bzw. werden, und es wird dessen Resonanzfrequenz gemessen. Unabhängig da¬ von im Einzelnen ist die Konverter- bzw. Bestrahlungsvor¬ richtung bevorzugt zum Erfassen der Kapazität eingerich- tet, also mit einer Messeinheit ausgestattet, die im Be¬ trieb die Kapazität erfasst (z. B. dauerhaft, oder in In¬ tervallen oder auch nur wahlweise auf eine externe Betä¬ tigung hin) . Die Messeinheit kann dann auch eine weiter¬ gehende Logik aufweisen, welche die erfassten Daten aus- wertet, bspw. untereinander und/oder mit Referenzdaten vergleicht. Insbesondere kann auch eine Speicherfunktion vorgesehen sein, in der bspw. die jeweils zuletzt erfass- ten Daten abgelegt werden (in einem Fehlerfall kann so später ggf. die Entwicklung der Schädigung nachvollzogen werden) . Andererseits kann aber im Allgemeinen auch ein zunächst nur mit den Elektroden ausgestattetes Leucht¬ stoffelement von Interesse sein, die Kapazitätsmessung kann dann mit einem externen Messgerät vorgenommen wer- den, bei der bevorzugten Kfz-Anwendung bspw. im Zuge ei¬ ner Inspektion in der Werkstatt.
Im Allgemeinen kann es sich bei dem LeuchtStoffelement bspw. um ein Matrixmaterial, etwa Glas, mit einem darin eingebetteten Leuchtstoff, etwa in Partikelform, handeln. Das Leuchtstoffelement kann aber auch aus dem Leuchtstoff selbst als formgebendes Material aufgebaut sein, etwa im Falle agglomerierter LeuchtStoffpartikel oder einer ge¬ sinterten Leuchtstoffkeramik . „Leuchtstoff" kann auch auf eine Mischung mehrerer Einzelleuchtstoffe zu lesen sein, bevorzugt meint es einen Einzelleuchtstoff .
Unabhängig von der Ausgestaltung des Leuchtstoffelements im Einzelnen ist die Konversion bevorzugt eine Down- Konversion, wird also höher- in niedrigerenergetische Strahlung umgesetzt. Im Allgemeinen kann es sich bei der Pumpstrahlung bspw. auch UV-Strahlung handeln, bevorzugt ist blaues Licht; die Konversionsstrahlung kann generell auch im Infraroten liegen, bevorzugt ist sichtbares Kon¬ versionslicht . Das Leuchtstoffelement ist bevorzugt flach, hat also in einer Dickenrichtung eine kleinere Erstreckung als in je¬ der der dazu senkrechten Flächenrichtungen; die Erstre¬ ckung in Dickenrichtung kann bspw. höchstens 1/2, 1/3, 1/4 bzw. 1/5 der Erstreckung in jeder der Flächenrichtun¬ gen ausmachen, mögliche Untergrenzen können bspw. bei mindestens 1/200, 1/100 bzw. 1/50 liegen. Die Einstrahl¬ fläche für die Pumpstrahlung und die Abstrahlfläche für die Konversionsstrahlung erstrecken sich bevorzugt je- weils in den Flächenrichtungen, besonders bevorzugt sind sie jeweils plan (und liegen sie senkrecht zur Dicken¬ richtung) .
Per definitionem ist die erste Elektrode an der Ein¬ strahlfläche angeordnet und die zweite Elektrode an der entgegengesetzten Seitenfläche, die verspiegelt sein kann (Betrieb in Reflexion) oder die Abstrahlfläche darstellen kann (Betrieb in Transmission) . Die Anordnung „an" meint dabei nicht zwingend direkt daran angrenzend, es kann bzw. können auch andere Schichten dazwischen vorgesehen sein (siehe unten im Detail) . Bevorzugt ist bzw. sind die Elektrode (n) einstückig mit dem LeuchtStoffelement , also nicht zerstörungsfrei davon trennbar (ohne Zerstörung von Elektrode, LeuchtStoffelement und/oder einer Schicht da¬ zwischen) . Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist zumindest eine der Elektroden aus einem spektral zumindest bereichsweise transmissiven Elektrodenmaterial vorgesehen, das also für die Pump- und/oder die Konversionsstrahlung transmissiv ist. „Transmissiv" meint insoweit, dass bspw. mindestens 60 %, 70 % bzw. 80 % der Intensität der entsprechenden Strahlung transmittiert werden; wenngleich 100 % bevor¬ zugt sind, kann es technisch bedingt Obergrenzen geben (z. B. bei 99,9 % ,98 % bzw. 90 %) . Da die Konversions- und/oder die Pumpstrahlung vorzugsweise jeweils sichtba¬ res Licht ist (380 nm bis 780 nm) , ist das transmissive Elektrodenmaterial dann transluzent, bevorzugt transpa¬ rent, also jedenfalls lichtdurchlässig, bevorzugt blick¬ durchlässig. Bevorzugt können beide Elektroden aus einem spektral zumindest bereichsweise transmissiven Elektro¬ denmaterial vorgesehen sein (das im Folgenden der Ein¬ fachheit halber nur als „transmissiv" bezeichnet wird) .
Eine Alternative zu einem transmissiven Elektrodenmateri¬ al ist Metall, bspw. eine Aluminiumlegierung (z.B. AlCu) . Eine Metallelektrode kann auch mit einer transmissiven Elektrode kombiniert werden, etwa bei einem in Reflexion betriebenen LeuchtStoffelement der Einstrahl-
/Abstrahlfläche entgegengesetzt angeordnet sein. Das Vor¬ sehen einer transmissiven Elektrode ist auch nicht zwin- gend, es können auch sämtliche Elektroden metallisch und in einem zur Strahlungsführung genutzten Bereich ausge¬ spart sein.
Im Falle einer metallischen Elektrode kann diese bevor¬ zugt zugleich eine Blendenfunktion erfüllen, also die Ausdehnung eines an der Abstrahlfläche abgeführten Strah¬ lenbündels mit Konversionsstrahlung begrenzen. Die Elekt¬ rode kann so vorteilhafterweise zweifach genutzt werden, nämlich zur Überwachung der Integrität /Präsenz des LeuchtStoffelements und zur Strahlbündelformung im Sinne einer Strahlbündelmaskierung nach Art einer Blende. Auch eine an der Einstrahlfläche angeordnete Elektrode kann eine solche Funktion erfüllen.
Unabhängig davon, ob metallisch oder transmissiv, kann bzw. können die Elektrode (n) bspw. über eine Durchkontak- tierung elektrisch angeschlossen sein. Für einen Durch¬ kontakt, auch als Via bezeichnet, kann das Elektrodenma¬ terial bevorzugt in einem Randbereich geöffnet und mit einem Metallkontakt angeschlossen sein. Der Metallkontakt kann ein Anschlusspad bilden und bspw. über eine Kontakt¬ klemme oder auch über einen Bonddraht kontaktiert werden. Andererseits kann bzw. können die Elektrode (n) aber auch vergraben und kontaktlos über bspw. eine kapazitive oder induktive Kopplung angeschlossen sein. Im Folgenden wird zunächst die transmissive Elektrodenausgestaltung weiter im Detail beschrieben.
In bevorzugter Ausgestaltung ist das transmissive Elekt¬ rodenmaterial ein elektrisch leitfähiges Oxid. Es kann insbesondere Indium-Zinn-Oxid (ITO), Antimon-Zinn-Oxid (ATO) , Fluor-Zinn-Oxid (FTO) bzw. Aluminium-Zink-Oxid (AZO) als Elektrodenmaterial bevorzugt sein. Generell ist jede der Elektroden bevorzugt aus genau einem Material aufgebaut, wenngleich im Allgemeinen bspw. auch ein mehr¬ schichtiger Aufbau möglich ist. Es kann auch die erste Elektrode aus einem Material und die zweite Elektrode aus einem anderen Material vorgesehen sein, bevorzugt ist das gleiche Material.
In bevorzugter Ausgestaltung liegt der spezifische Flä¬ chenwiderstand der Elektrode (n) bei höchstens 500 Ohm, in der Reihenfolge der Nennung zunehmend bevorzugt höchstens 450 Ohm, 400 Ohm, 350 Ohm, 300 Ohm, 250 Ohm, 200 Ohm, 150 Ohm, 100 Ohm, 50 Ohm, 40 Ohm, 30 Ohm, 20 Ohm bzw. 10 Ohm. Ein möglichst kleiner Flächenwiderstand kann be- vorzugt sein, technisch bedingt können aber Untergrenzen bspw. bei mindestens 0,1 Ohm, 0,5 Ohm, 1 Ohm, 1,5 Ohm bzw. 2 Ohm liegen, wobei Unter- und Obergrenze ausdrück¬ lich auch unabhängig voneinander offenbart sein sollen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform hat/haben die Elektrode (n) eine Dicke von mindestens 20 nm, in der Rei¬ henfolge der Nennung zunehmend bevorzugt mindestens 30 nm, 40 nm bzw. 50 nm. Mögliche Obergrenzen können bspw. bei höchstens 500 nm, 450 nm, 400 nm, 350 nm, 300 nm, 250 nm, 200 nm, 150 nm bzw. 100 nm liegen (in der Reihenfolge der Nennung zunehmend bevorzugt) , wobei Ober- und Unter¬ grenze wiederum auch unabhängig voneinander offenbart sein sollen. Wenngleich im Allgemeinen auch eine zuvor gesondert für sich hergestellte und dann angebrachte Elektrode möglich ist, ist eine in der entsprechenden Di- cke als Schicht abgeschiedene Elektrode bevorzugt (siehe unten) . Mit den genannten Dicken und Materialien (leitfä¬ higes Oxid) können optische Verluste (bei Pump- und/oder Konversionsstrahlung) vorteilhafterweise begrenzt werden, bspw. auf höchstens 5 %, 4 % bzw. 3 %; der Idealfall wäre verlustfrei (0 %) , technisch bedingt können aber Unter¬ grenzen bspw. bei mindestens 0,1 %, 0,5 %, bzw. 1 % lie¬ gen .
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Elektrode Teil eines zur Ver- und/oder EntSpiegelung vorgesehenen dielektrischen SchichtSystems . Dieses SchichtSystem kann auch als dichroitischer, also wellenlängenabhängiger Spiegel ausgebildet sein. Er kann also bspw. für die Pumpstrahlung transmissiv und dabei entspiegelnd und zu- gleich für die Konversionsstrahlung reflektiv sein (des¬ halb „Ent- und Verspiegelung" ) . Ein solches SchichtSystem könnte bei einem in Transmission betriebenen Leuchtstof¬ felement an der Einstrahlfläche angeordnet sein und würde einerseits den Eintritt der Pumpstrahlung begünstigen und andererseits die im LeuchtStoffelement anteilig auch in Richtung der Einstrahlfläche emittierte Konversionsstrah¬ lung zu der gegengesetzten Abstrahlfläche reflektieren.
Die Abstrahlfläche kann alternativ oder zusätzlich zumin¬ dest entspiegelt sein, wenn im Falle einer Teilkonversion anteilig auch nicht konvertierte Pumpstrahlung genutzt wird. Im Falle einer Vollkonversion kann die Abstrahlflä¬ che zusätzlich auch für die Pumpstrahlung verspiegelt sein. Bei einem in Reflexion betriebenen LeuchtStoffele¬ ment ist die Einstrahlfläche bevorzugt entspiegelt (in Bezug auf die Pump- und/oder Konversionsstrahlung, bevor¬ zugt beides) . Die entgegengesetzte Seitenfläche ist be¬ vorzugt mit einem Vollspiegel versehen (für Pump- und Konversionsstrahlung reflektiv) . Dieser kann im Allgemei¬ nen auch nur metallisch sein und bevorzugt zugleich als Elektrode genutzt werden; hinsichtlich der Effizienz kann aber auch ein dielektrisches SchichtSystem als Vollspie¬ gel bevorzugt sein, besonderes bevorzugt in Kombination mit einer metallischen Spiegelschicht, bspw. aus Silber (das dielektrische SchichtSystem ist dann zwischen dem Leuchtstoffelement und der Metallschicht angeordnet) . Generell kann ein zur Ent- und/oder Verspiegelung vorge¬ sehenes SchichtSystem bspw. mindestens 3, 4, 5 bzw. 6 Schichten aufweisen (mit möglichen Obergrenzen bei bspw. höchstens 100, 50 bzw. 20), die jeweils einem von mindes- tens zwei sich in ihrem Brechungsindex unterscheidenden Materialien gefasst sind. Geeignete Materialien können bspw. Titanoxid (T1O2) , Siliziumoxid (S1O2) , Alumini¬ umoxid (AI2O3) , Tantaloxid (Ta20s) bzw. Nioboxid (Nb20s) sein . Im Allgemeinen kann die als Teil des dielektrischen SchichtSystems vorgesehene Elektrode auch nur an genau eine Schicht davon grenzen, bevorzugt ist sie in das SchichtSystem eingebettet, schließt also in beiden für die Schichtdicke maßgeblichen Richtungen („Dickenrich- tung") , also zu beiden Seiten hin jeweils mindestens eine dielektrische Schicht an. Bevorzugt kann die als Teil des SchichtSystems vorgesehene Elektrode zugleich auch eine optische Funktion übernehmen, kann sie also in den mit dem SchichtSystem für die Ent- und/oder Verspiegelung eingestellten Brechungsindexverlauf (in Dickenrichtung durch das SchichtSystem) eingepasst sein.
Hinsichtlich der Integration in ein dielektrisches SchichtSystem kann das vorstehend erwähnte leitfähige Oxid als Elektrodenmaterial vorteilhaft sein, weil sich zusammen mit den eben genannten dielektrischen Oxiden ein Aufbau mit angenäherten/angepassten Wärmeausdehnungskoef¬ fizienten ergibt. Dies kann mechanischen Spannungen vor¬ beugen helfen (in dieser Hinsicht können auch die vorste¬ hend genannten, nicht zu großen Elektrodendicken vorteil- haft sein) . Alternativ zur Integration in ein dielektri¬ sches SchichtSystem kann bzw. können die Elektrode (n) je¬ weils auch als diskrete Schicht vorgesehen sein.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist zumindest eine der Elektroden in mehrere Segmente unterteilt, also min¬ destens zwei, weiter und besonderes bevorzugt mindestens drei bzw. vier Segmente. Bevorzugt ist auch die andere Elektrode segmentiert, und zwar weiter bevorzugt in die¬ selbe Anzahl Segmente; diese sind besonderes bevorzugt jeweils deckungsgleich mit einem der Segmente der anderen Elektrode angeordnet sind (bezogen auf die Dickenrich¬ tung) . Die einander zugeordneten Segmente können dann je¬ weils paarweise einen Teil-Kondensator bilden. Die Teil- Kondensatoren können dann bspw. in Serie geschaltet sein, womit die Gesamtkapazität des von den Elektroden gebilde¬ ten Kondensators verringert wird.
Das Elektrodenmaterial muss zwischen einzelnen Segmenten nicht zwingend vollständig unterbrochen sein, sondern es können bspw. auch Verbindungsstege stehen bleiben. Ein etwaiger Verbindungssteg soll aber bspw. kleiner als die damit verbundenen Segmente sein, etwa höchstens 1/5, 1/10, 1/15 bzw. 1/20 der mittleren Erstreckung des klei¬ neren der damit verbundenen Segmente ausmachen (mögliche Untergrenzen können bspw. bei mindestens 1/500, 1/250, 1/100 bzw. 1/50 liegen), wobei sich die mittlere Erstre¬ ckung als Mittelwert aus kleinster und größter Erstre¬ ckung ergibt. Unabhängig davon im Einzelnen kann im Falle der Reihenschaltung durch alle Teil-Kondensatoren dersel¬ be Wechselstrom oder Lade-/Entladestrom fließen. In bevorzugter Ausgestaltung ist die Konvertervorrichtung für eine individuelle Vermessung der Segmente eingerich¬ tet, kann also die Kapazität eines jeweiligen Teilkonden¬ sators gesondert gemessen werden. Dazu kann bspw. je Seg- ment ein eigener Kontakt nach außen geführt sein und ab¬ gegriffen werden, die Segmente können auch vollständig voneinander separiert sein. Eine jeweils gesonderte Kapa¬ zitätserfassung kann bspw. eine gewisse Ortsauflösung er¬ möglichen. Sind die Elektroden bspw. jeweils in vier Seg- mente unterteilt, können entsprechend vier Quadranten des LeuchtStoffelements überwacht und kann eine Veränderung der dielektrischen Eigenschaften (siehe vorne) dann einem davon zugeordnet werden.
Es ist aber auch eine größere Anzahl an Segmenten je Elektrode möglich, bspw. mindestens 5, 10, 15 bzw. 20 (mit möglichen Obergrenzen bei bspw. höchstens 500, 400, 300, 200, 100 bzw. 50), auch von der ortsaufgelösten Mes¬ sung unabhängig. Die Teilsegmente können auch von der Größe des LeuchtStoffelements abhängen, dieses kann in den Flächenrichtungen bspw. jeweils eine Ausdehnung von mindestens 1 mm, 2 mm, 3 mm, 4 mm bzw. 5 mm haben, wobei mögliche Obergrenzen (davon unabhängig) bspw. bei höchs¬ tens 50 mm, 40 mm, 30 mm liegen können (auch unabhängig von einer Segmentierung der Elektroden) . Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das Leuchtstof¬ felement über eine Fügeverbindungsschicht an einem Sub¬ stratkörper, insb. einer Substratplatte, montiert. Bevor¬ zugt ist die Fügeverbindungsschicht, insb. eine Kleb¬ stoffschicht , dabei zwischen dem LeuchtStoffelement und einer der Elektroden angeordnet, besagte Elektrode kann bspw. auf den Substratkörper aufgebracht, insb. als Schicht abgeschieden sein. Es ist dann jedenfalls nicht nur das LeuchtStoffelement , sondern auch die Fügeverbin- dungsschicht zwischen den Elektroden angeordnet, womit auch eine etwaige Degradation der Fügeverbindungsschicht der Überwachung unterliegen kann.
Die Erfindung betrifft in bevorzugter Ausgestaltung auch eine Bestrahlungsvorrichtung mit Konvertervorrichtung und Pumpstrahlungsquelle. Diese ist relativ zu dem Leucht¬ stoffelement derart angeordnet, dass die Pumpstrahlung auf dessen Einstrahlfläche fällt (konkret auf einen Ein¬ strahlbereich davon, siehe unten) . Als Pumpstrahlungs¬ quelle ist eine Laserquelle bevorzugt, die besonders be- vorzugt aus einer oder mehreren Laserdioden aufgebaut ist. Die Strahlenbündel einzelner Laserdioden können bspw. mittels einer Strahlkompressionsoptik zusammenge¬ führt und so auf der Einstrahlfläche überlagert werden. Unabhängig davon im Einzelnen kann der Abstrahlfläche be- vorzugt eine Beleuchtungsoptik zugeordnet sein, bspw. ei¬ ne Sammellinse (die auch aus mehreren Einzellinsen zusam¬ mengesetzt sein kann) ; bevorzugt kann eine Zuordnung der¬ art sein, dass die Beleuchtungsoptik die Abstrahlfläche ins Unendliche bildet. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die erste Elektrode an der Einstrahlfläche angeordnet, bedeckt sie dabei aber den Einstrahlbereich allenfalls teilweise. Als Einstrahlfläche wird die gesamte Seitenfläche des Leucht¬ stoffelements betrachtet, der Einstrahlbereich ist der im Betrieb tatsächlich bestrahlte Bereich davon. Dieser Be¬ reich ergibt sich im zeitlichen Integral, weil das LeuchtStoffelement auch dynamisch betrieben werden kann, also bspw. zur Erzeugung eines Beleuchtungslichtmusters im Fernfeld ein Pumpstrahlungsspot über die Einstrahlflä¬ che bewegt werden kann. Bevorzugt ist gleichwohl eine statische Anordnung und entspricht der Pumpstrahlungsspot dann dem Einstrahlbereich. Die Ausdehnung des Einstrahl¬ bereichs auf der Einstrahlfläche bemisst sich bevorzugt nach der Halbwertsbreite des von der Pumpstrahlung er¬ zeugten Bestrahlungsstärkeprofils, reicht also bis zu ei¬ nem Abfall der Bestrahlungsstärke auf 1/2 (wenngleich im Allgemeinen bspw. auch ein Abfall auf 1/e2 zugrundegelegt werden könnte) . Die erste Elektrode soll nun den Einstrahlbereich allen¬ falls teilweise bedecken, was bei einer Metallelektrode geeignet sein kann, insbesondere aber auch bei einer transluzenten Elektrode bevorzugt ist. So können sich nämlich ggf. Verluste weiter reduzieren lassen, und es kann eine entsprechende Aussparung der Elektrode im Be¬ reich des Pumpstrahlungsspots auch materialschonend sein bzw. messtechnische Vorteile haben.
In bevorzugter Ausgestaltung ist mit Bezug auf das Be¬ strahlungsstärkeprofil der Pumpstrahlung zumindest jener Teil des Einstrahlbereichs unbedeckt, in dem die Bestrah¬ lungsstärke mindestens 80 %, in der Reihenfolge der Nen¬ nung zunehmend bevorzugt mindestens 70 %, 60 %, 50 %, 40 % bzw. 30 %, einer maximalen Bestrahlungsstärke aus¬ macht. Im Allgemeinen kann der Einstrahlbereich auch gänzlich unbedeckt sein (0 %) , es können aber anderer¬ seits Untergrenzen bspw. auch bei 5 %; 10 % bzw. 15 % liegen, etwa auch aus Platzgründen.
In bevorzugter Ausgestaltung eines in Transmission be- triebenen LeuchtStoffelements , bei dem die Konversions¬ strahlung aus einem Abstrahlbereich der Abstrahlfläche heraus abgegeben wird, bedeckt die zweite Elektrode den Abstrahlbereich allenfalls teilweise. Die Abstrahlfläche ist wiederum die gesamte Seitenfläche des LeuchtStoffele- ments, der Abstrahlbereich jener Teil davon, aus dem her¬ aus im Betrieb tatsächlich Konversionsstrahlung emittiert wird (im Allgemeinen wiederum im zeitlichen Integral be¬ trachtet, bevorzugt statisch) . Auch in diesem Fall wird die Ausdehnung bevorzugt nach der Halbwertbreite genom- men.
Vorzugsweise ist jedenfalls jener Teil des Abstrahlbe¬ reichs von der zweiten Elektrode unbedeckt, in dem die Bestrahlungsstärke mindestens 80 %, in der Reihenfolge der Nennung zunehmend bevorzugt mindestens 70 %, 60 %, 50 %, 40 % bzw. 30 %, einer maximalen Bestrahlungsstärke (der Konversionsstrahlung) ausmacht. Es kann wiederum auch ein gänzlich unbedeckter Abstrahlbereich bevorzugt sein (0 %) , andererseits können aber bspw. Untergrenzen auch bei mindestens 5 %; 10 % bzw. 15 % liegen. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Herstellen einer Konverter- bzw. Bestrahlungsvorrichtung, wobei die Elektrode (n) als Beschichtung aufgebracht wird. Im Allge¬ meinen kann dies auch in einem Druck- oder Sprühverfahren erfolgen, bevorzugt ist eine physikalische oder chemische Gasphasenabscheidung . Die physikalische Gasphasenabschei- dung kann insbesondere ein thermisches Verdampfen, Sput- tern oder Ionenplattieren sein. Unabhängig davon im Ein¬ zelnen kann nach der Beschichtung bspw. getempert werden, etwa um gezielt optische und/oder elektrische Eigenschaf¬ ten einzustellen.
Bevorzugt wird eine als Teil eines dielektrischen SchichtSystems vorgesehene Elektrode (siehe vorne) mit diesem SchichtSystem in derselben Prozesssequenz herge- stellt, also bspw. in derselben Abscheideanlage, bei der bedarfsweise nur die Abscheidematerialien bzw. -parameter verändert werden. „In derselben Prozesssequenz" kann ins¬ besondere im Vakuum ohne zwischenzeitliches Ausschleusen meinen . Die Erfindung betrifft auch die Verwendung einer vorlie¬ gend offenbarten Konverter- bzw. Bestrahlungsvorrichtung für eine Kapazitätsmessung an dem Kondensator zur Überwa¬ chung der mechanischen Integrität des Leuchtstoffele- ments, siehe vorne im Einzelnen. Dabei muss selbstver- ständlich nicht ausschließlich kapazitiv gemessen werden, sondern ist auch eine Kombination mit einer resistiven und/oder induktiven Messung möglich (an anderen oder den¬ selben Elektroden) , wobei die unterschiedlichen Messungen bspw. gleichzeitig oder auch sequenziell (zeitversetzt) vorgenommen werden können. Dies soll ausdrücklich auch hinsichtlich einer entsprechend eingerichteten Vorrich¬ tung offenbart sein. Alternativ zu der Mehrfachmessung kann aber andererseits auch eine Messung ausschließlich der Kapazität bevorzugt sein. In bevorzugter Ausgestaltung wird eine vorliegend offen¬ barte Bestrahlungsvorrichtung zur Beleuchtung verwendet, bildet also die Konversionsstrahlung für sich (Vollkon¬ version) oder in Mischung mit anteilig nicht konvertier- ter Pumpstrahlung (Teilkonversion) sichtbartes Beleuch¬ tungslicht. Bevorzugt kann es sich dabei um Weißlicht handeln, das sich etwa im Falle der Teilkonversion bevor¬ zugt als Mischung aus blauem Licht als Pumpstrahlung und gelbem Licht als Konversionsstrahlung ergeben kann. Ein bevorzugtes LeuchtStoffelement kann insofern Yttrium- Aluminium-Granat (YAG:Ce) aufweisen.
Bevorzugt ist eine Verwendung im Bereich der Kraftfahr¬ zeugaußenbeleuchtung, besonders bevorzugt in einem Front¬ scheinwerfer. Bei dem Kraftfahrzeug kann es sich bspw. um ein Kraftrad, einen Lastkraftwagen oder bevorzugt einen Personenkraftwagen handeln. Im Allgemeinen ist auch ein Einsatz zur Beleuchtung von Fluggeräten (Flugzeug, Heli¬ kopter) bzw. Wasserfahrzeugen, insbesondere Schiffen mög¬ lich. Ferner ist bspw. auch eine Anwendung im Bereich der Architektur- oder auch Bühnen- bzw. Effektbeleuchtung denkbar, auch mit farbigem Licht.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungs¬ beispielen näher erläutert, wobei die einzelnen Merkmale im Rahmen der nebengeordneten Ansprüche auch in anderer Kombination erfindungswesentlich sein können und auch weiterhin nicht im Einzelnen zwischen den unterschiedli¬ chen Anspruchskategorien unterschieden wird. Im Einzelnen zeigt
Figur 1 ein in Reflexion betriebenes LeuchtStoffelement mit einem erfindungsgemäß vorgesehenen Kondensa¬ tor zur Überwachung;
Figur 2 ein in Transmission betriebenes LeuchtStoffele¬ ment mit einem erfindungsgemäß vorgesehenen Kon¬ densator zur Überwachung;
Figur 3a eine zu dem Aufbau gemäß Figur 2 alternative An¬ ordnung in einer Detailansicht;
Figur 3b einen zu den Figuren 2 und 3a alternativen Auf¬ bau in einer Detailansicht.
Bevorzugte Ausführung der Erfindung
Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Konvertervorrichtung 1 mit einem LeuchtStoffelement 2, das in Reflexion be¬ trieben wird. Eine Einstrahlfläche 3, an welcher mit ei- ner Pumpstrahlung 4 angeregt wird, fällt also mit einer Abstrahlfläche 5 zusammen, an welcher eine von dem LeuchtStoffelement 2 auf diese Anregung hin emittierte Konversionsstrahlung 6 abgeführt wird. Im Unterschied da¬ zu liegen bei dem in Transmission betriebenen Leuchtstof- felement 2 gemäß Figur 2 die Einstrahlfläche 3 und die Abstrahlfläche 5 einander entgegengesetzt.
In der Darstellung gemäß Figur 1 sind ferner eine erste, an der Einstrahl-/Abstrahlfläche 3, 5 angeordnete Elekt¬ rode 7 und eine zweite Elektrode 8 zu erkennen. Die zwei- te Elektrode 8 ist an einer der Einstrahl-/Ab- strahlfläche 3, 5 entgegengesetzten Seitenfläche 9 des LeuchtStoffelements 2 angeordnet. Jede der Elektroden 7, 8 ist elektrisch angeschlossen, die Elektroden 7, 8 bil¬ den miteinander einen Kondensator. Das Leuchtstoffelement 2 ist insoweit als Dielektrikum zwischen den Kondensator¬ platten angeordnet, weswegen sich Veränderungen des Leuchtststoffelements 2 über eine veränderte Kapazität, also eine Kapazitätsmessung erfassen lassen. Es kann bspw. eine vollständige Zerstörung des Leuchtstoffele- ments, können aber auch bereits im Vorfeld auftretende Schädigungen (Materialabplat zer, etc.) festgestellt wer¬ den. In einem solchen Federfall kann eine (nicht darge¬ stellte) Pumpstrahlungsquelle abgeschaltet und kann so einem Austritt von gebündelter, hochenergetischer Pump- Strahlung (in der Regel Laserstrahlung) vorgebeugt wer¬ den, vgl. auch die Beschreibungseinleitung am Einzelnen.
Die erste Elektrode 7 ist aus Indium-Zinn-Oxid (ITO) vor¬ gesehen und sowohl für die Pumpstrahlung 4 also auch die Konversionsstrahlung 6 transmissiv, jedenfalls weitgehend (etwaige Verluste liegen im Prozentbereich) . Alternativ könnte die erste Elektrode 7 auch aus Metall vorgesehen und in einem mittigen Bereich ausgespart sein, idealer¬ weise also zugleich eine Blendenfunktion erfüllen. Ein solches, die Einstrahl-/Abstrahlfläche 3, 5 nur bereichs- weise bedeckendes Design kann aber auch im Falle des transmissiven Elektrodenmaterials bevorzugt sein, vgl. auch die Anmerkungen in der Beschreibungseinleitung.
Auf eine aus Metall vorgesehene erste Elektrode 7 könnte auch direkt gebondet sein, vorliegend ist ein im Falle des transmissiven Elektrodenmaterials zusätzlich aufge¬ brachtes Bondpad 10 aus Metall eingezeichnet. Dieses ist in einem Randbereich der ersten Elektrode 7 angeordnet, die so über einen Bonddraht 11 mit einem Kontaktanschluss 12 verbunden ist. Letzterer ist auf einer Substratplatte 13 angeordnet, die bspw. als PCB-System realisiert sein kann (Printed Circuit Board) . Die zweite Elektrode 8 ist in diesem Fall direkt auf demselben Substratkörper 13, in derselben Metallisierungsebene mit dem Kontaktanschluss 12 vorgesehen. Auf dem Substratkörper 13 kann eine Mess¬ einheit mit gewisser Logikfunktion montiert sein (nicht dargestellt) . Andererseits können die Kontaktanschlüsse 12, 14 bspw. auch von außen abgegriffen werden (über Klemmkontakte etc.) wozu die Metallisierungsschicht auch zusätzlich verstärkt werden kann, wie exemplarisch für den Kontaktanschluss 14 mit dem Anschlusspad 15 gezeigt.
In dem LeuchtStoffelement 2 wird die Konversionsstrahlung 6 omnidirektional emittiert, weswegen an der entgegenge¬ setzten Seitenfläche 9 ein Vollspiegel angeordnet ist, nämlich eine Silberschicht 16. Zur weiteren Erhöhung der Reflektivität ist zwischen der Silberschicht 16 und der entgegengesetzten Seitenfläche 9 ein dielektrisches SchichtSystem 17 angeordnet. Über eine Fügeverbindungs- schicht 18, vorliegend eine KlebstoffSchicht , ist der ge- samte Aufbau an der zweiten Elektrode 8 und damit der Substratplatte 13 montiert.
Figur 2 zeigt ein in Reflexion betriebenes Leuchtstof¬ felement, wobei mit denselben Bezugszeichen versehene Teile dieselbe Funktion haben und insoweit immer auch auf die Beschreibung zu der anderen Figur verwiesen wird. Auch in diesem Fall ist das Leuchtstoffelement 2 an einem Substratkörper 13 montiert, die jedoch vorliegend trans¬ missiv ist, nämlich bspw. aus Diamant oder vorzugsweise Saphir vorgesehen wird. Zwischen der Trägerplatte 13 und dem Leuchtstoffelement 2 ist auch in diesem Fall ein aus mehreren dielektrischen Schichten 17a-c aufgebautes die¬ lektrisches SchichtSystem 17 vorgesehen, das vorliegend für die Pumpstrahlung 4 transmissiv, für die Konversions- Strahlung 6 jedoch reflektiv ist (also einen wellenlän¬ genabhängigen Spiegel bildet) .
Bei der Ausgestaltung gemäß Figur 2 ist die erste Elekt¬ rode 7 als Teil des SchichtSystems 17 direkt daran gren¬ zend vorgesehen. In der Herstellung werden sequenziell die Schichten 17c, 17b und 17a und wird darauf dann die erste Elektrode 7 abgeschieden. Diese ist vorliegend aus ITO vorgesehen und kann vorteilhafterweise im Zusammen¬ wirken mit dem SchichtSystem 17 auch eine optische Funk¬ tion übernehmen. Randseitig ist für eine elektrische Kon- taktierung der ersten Elektrode 7 ein Anschlusspad 20 aufgebracht. Das Leuchtstoffelement 2 mit der zweiten Elektrode 8 an der Abstrahlfläche 5 ist wiederum über ei¬ ne Fügeverbindungsschicht 18 an der Substratplatte 13 montiert, nämlich auf die erste Elektrode 7 aufgeklebt. Auch die an der Abstrahlfläche 5 angeordnete zweite Elektrode 8 könnte Teil eines dielektrischen Schichtsys¬ tems sein (nicht dargestellt, vgl. auch die Beschrei¬ bungseinleitung bzgl. weiterer Details). Die Figuren 3a und b zeigen Alternativen der Integration der ersten Elektrode 7 in das SchichtSystem 17. In Figur 3a ist die erste Elektrode 7 zwischen die Schichten 17a, b und 17c, d des SchichtSystems 17 eingebettet. Die da- raufliegenden dielektrischen Schichten 17c, d sind lokal geöffnet, das Anschlusspad 20 reicht dort bis zu der ers¬ ten Elektrode 7. Bei der Ausführungsform gemäß Figur 3b ist das gesamte dielektrische SchichtSystem 17 auf die erste Elektrode 7 abgeschieden, ist also insoweit die Reihenfolge genau umgekehrt zu Figur 2. Das dielektrische SchichtSystem 17 reicht nicht bis zum Rand der ersten Elektrode 7, dort ist das Anschlusspad 20 aufgebracht.
BEZUGSZEICHENLISTE
Konvertervorrichtung 1
Leuchtstoffelement 2
Einstrahlfläche 3 Pumpstrahlung 4
Abstrahlfläche 5
Konversionsstrahlung 6
Erste Elektrode 7
Zweite Elektrode 8 Seitenfläche 9
Bondpad 10
Bonddraht 11
Kontaktanschluss 12
Substratkörper 13 Kontaktanschlüsse 14
Anschlusspad 15
Silberschicht 16
SchichtSystem 17
Dielektrische Schichten 17a-d Fügeverbindungs Schicht 18

Claims

Konvertervorrichtung (1) mit
einem LeuchtStoffelement (2) zur Konversion einer Pumpstrahlung (4) in eine Konversionsstrahlung (6), einer ersten Elektrode (7) und
einer zweiten Elektrode (8),
wobei die erste Elektrode (7) und die zweite Elekt¬ rode (8) derart ausgebildet und um das Leuchtstof¬ felement (2) angeordnet sind, dass sie einen Konden¬ sator bilden, sodass eine mechanische Integrität des LeuchtStoffelements (2) als Dielektrikum des Konden¬ sators durch eine Kapazitätsmessung überwacht werden kann .
Konvertervorrichtung (1) nach Anspruch 1, bei wel¬ cher zumindest eine der Elektroden (7, 8) aus einem spektral zumindest bereichsweise, also für die Pump¬ strahlung und/oder die Konversionsstrahlung, trans- missiven Elektrodenmaterial vorgesehen ist.
Konvertervorrichtung (1) nach Anspruch 2, bei wel¬ cher das spektral zumindest bereichsweise transmis- sive Elektrodenmaterial ein elektrisch leitfähiges Oxid ist.
Konvertervorrichtung (1) nach Anspruch 2 oder 3, bei welcher bei der zumindest einen Elektrode (7, 8), die aus dem spektral zumindest bereichsweise trans- missiven Elektrodenmaterial vorgesehen ist, dieses einen spezifischen Flächenwiderstand von höchstens 500 Ohm hat, mit einer bevorzugten Untergrenze bei mindestens 0,1 Ohm.
Konvertervorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, bei welcher bei der zumindest einen Elektrode (7, 8), die aus dem spektral zumindest bereichsweise transmissiven Elektrodenmaterial vorgesehen ist, dieses eine Dicke von mindestens 20 nm und von höchstens 500 nm hat.
Konvertervorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, bei welcher die zumindest eine Elektrode (7, 8), die aus dem spektral zumindest bereichsweise transmissiven Material vorgesehen ist, Teil eines aus dielektrischen Schichten (17a-d) aufgebauten SchichtSystems (17) zur Ver- und/oder EntSpiegelung einer Einstrahl- (3) und/oder einer Abstrahlfläche (5) des LeuchtStoffelements (2) ist, vorzugsweise in das SchichtSystem (17) eingebettet ist.
Konvertervorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welcher zumindest eine der Elektroden (7, 8) in mehrere Segmente unterteilt ist.
Konvertervorrichtung (1) nach Anspruch 7, die für eine Kapazitätsmessung der Segmente jeweils für sich eingerichtet ist, sodass die mechanische Integrität des Leuchtstoffelements (2) ortsaufgelöst überwacht werden kann. Konvertervorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche mit einem Substratkörper (13), an welchem das LeuchtStoffelement (2) über eine Fügeverbin- dungsschicht (18) montiert ist, welche Fügeverbin- dungsschicht (18) zwischen dem LeuchtStoffelement
(2) und einer der Elektroden (7, 8) angeordnet ist.
Bestrahlungsvorrichtung mit einer Konvertervorrich¬ tung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche und einer Pumpstrahlungsquelle zur Emission der Pump¬ strahlung (4) und Bestrahlung einer Einstrahlfläche
(3) des Leuchtstoffelements (2) mit derselben, wobei die Pumpstrahlung (4) auf einen Einstrahlbereich der Einstrahlfläche (3) fällt und die erste Elektrode
(7) an der Einstrahlfläche (3) angeordnet ist, dabei aber den Einstrahlbereich allenfalls teilweise be¬ deckt .
Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 10, bei wel¬ cher bezogen auf ein von der Pumpstrahlung (4) er¬ zeugtes Bestrahlungsstärkeprofil zumindest jener Teil des Einstrahlbereichs von der ersten Elektrode (7) unbedeckt ist, in dem eine Bestrahlungsstärke mindestens 80 % einer maximalen Bestrahlungsstärke ausmacht .
Bestrahlungsvorrichtung mit einer Konvertervorrich¬ tung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 und einer Pumpstrahlungsquelle zur Emission der Pumpstrahlung (4) und Bestrahlung einer Einstrahlfläche (3) des Leuchtstoffelements (2) mit derselben, wobei das LeuchtStoffelement (2) in Transmission betrieben wird, also eine Abstrahlfläche (5) der Einstrahlflä¬ che (3) entgegengesetzt liegt, wobei die Konversi¬ onsstrahlung (6) aus einem Abstrahlbereich der Ab¬ strahlfläche (5) heraus abgegeben wird, und wobei die zweite Elektrode (8) an der Abstrahlfläche (5) angeordnet ist, dabei aber den Abstrahlbereich al¬ lenfalls teilweise bedeckt.
Verfahren zum Herstellen einer Konvertervorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 oder einer Be¬ strahlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, bei welchem zumindest eine der Elektroden (7, 8) als Beschichtung aufgebracht wird, vorzugs¬ weise in derselben Prozesssequenz mit einem Aufbrin¬ gen eines zur Ver- oder EntSpiegelung vorgesehenen SchichtSystems (17) aus dielektrischen Schichten.
Verwendung einer Konvertervorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 oder einer Bestrahlungsvor¬ richtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12 für eine Kapazitätsmessung an dem von der ersten (7) und der zweiten Elektrode (8) gebildeten Kondensator und da¬ mit Überwachung einer mechanischen Integrität des Leuchtstoffelements (2).
Verwendung nach Anspruch 14 einer Konvertervorrich¬ tung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 oder einer Be- Strahlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12 zur Beleuchtung, vorzugsweise zur Kraftfahrzeug¬ außenbeleuchtung, besonders bevorzugt in einem Frontscheinwerfer .
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