针对高亮度的光转换器的制造方法
【专利摘要】一种用于由蓝激发光(4)产生有色光或白光的光转换器，除了良好的转换以外，转换器也具有良好的散射特性，以便从经散射的蓝光份额和经散射、经转换的黄光份额(5)中产生近似的白光。转换器材料是带有强烈的散射的YAG陶瓷或LuAG陶瓷或镁铝陶瓷。
【专利说明】针对高亮度的光转换器
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于产生有色光或白光的光转换器，其中，短波的激发光通过转换器介质转换为具有更长波长的经转换的光。
【背景技术】
[0002]通过转换器材料中的吸收过程和发射过程，长波长的激发光转换成具有更长的波长的经漫反射的光。
[0003]在本发明的意义中，转换器理解为用于光转换的设备的一部分，在该转换器中进行转换。转换器在此由转换器材料构成。转换器材料包含发光材料，其作为光活性介质引起转换。转换器材料可以具有不同大小的发光材料密度。表述“发光材料密度”涉及发光材料或发光材料颗粒在转换器材料中的分布。因此，转换器材料中的发光材料可存在于被动基质中。然而下述转换器材料也是可能的，其中，所有转换器材料用作发光材料。
[0004]在光转换中，由于所谓的斯托克斯损失(Stokes-Verluste)也还在转换器中生成有热量。斯托克斯损失由激发光和经漫反射的光的光子能差得出。因此，引入的光功率的20-30%通常转换成热量。这种情况本身适用于具有量子效率为I的转换器材料。将热量引入到转换器中导致转换器材料的温度提高。
[0005]由于多个原因，转换器材料中的高温导致转换的减弱或受限，并且因而导致限制待实现的亮度。因此，转换器材料可通过高温破坏。破坏温度T ?^是一种材料特异的特性。不同的材料因此可具有不同的破坏温度。破坏温度决定性地影响最大的转换器温度Tk_，也就是说转换器可运行的最大温度。
[0006]这尤其是在转换器系统中起到了限制待实现的亮度的作用，其中，发光材料嵌入由硅酮或其它有机粘结剂制成的基质中。在所谓的“掺磷硅”转换器(phosphor-1n-silicon, PIS)中，破坏阈值以T破坏处在100至120°C的范围内。
[0007]不依赖于每次所使用的转换器材料的破坏阈值地，通过热抑制效应来减小量子效率。此外，在更高的温度的情况下，吸收光谱带朝更长的波长方向移动，该移动导致自吸收提闻，并且因而同样导致売度减小。
[0008]然而为了得到具有高亮度的转换器，由现有技术公知如下结构，其中，转换器材料处于旋转盘上。因此，专利申请US2009/0073591A1描述了带有施布在旋转的载体轮上的转换器材料的转换器。通过动态的构建方式，热功率可被分布到更大的表面上，并且因此维持温度界限。
[0009]类似的结构也在专利 申请US2009034284A中得到描述。然而在该设想中不利的是:必须强制性地采用载体轮和其对转换器大小的不利影响。此外，大的载体轮造成例如比静态结构采用更多的材料。此外，可运动的构件能导致干扰的噪音生成或磨损。
[0010]因此，W009115976A1设置了:使用吸热部件。在此，转换器材料静态地施布在吸热部件上。该设计在此局限于以漫反射方式运行的转换器。此外，待实现的热导出依赖于所使用的转换器材料的热导率。[0011]通常使用的是，作为转换器材料的基于发光物质的材料例如嵌入硅酮或玻璃或量子点(Quantendot)中。基于娃酮的转换器材料尤其示出大约100_120°C的低的破坏温度以及低的热导率。此外，在在基质中使用发光材料颗粒的情况下，折射率差仅能通过发光材料颗粒的掺杂和颗粒大小受限地发生变化。这具有如下结果，即，并非相互独立地调节激发光的吸收和转换器体中的散射。
[0012]转换器材料的散射特性不仅影响经转换的光的散射，而且还影响激发光的散射，并且因此是重要的光学参数。
[0013]为了在同时在空间上小的发射斑点的情况下产生高的亮度，经转换的光的尽可能完全的偶合输出[11] (Auskopplung)是有利的。发射斑点通过激发光的光束横截面确定，并且亮度通过转换器表面的每个面积元件(Fl^icheelement)的经漫反射的光通量确定。由于激发光的最后的进入深度，并且由于转换器材料中的光散射，发射斑点大于激发光源的光束横截面。在强烈散射的转换器材料中的发射斑点要小于微弱散射的转换器材料中的发射斑点，然而也依赖于转换器厚度和转换器表面的反射特性。
[0014]高的亮度可通过强烈散射的材料实现。然而如果材料如此强烈地散射，使得也在吸收激发光之前漫反射激发光，那么经转换的光的份额会下降。
【发明内容】
[0015]本发明的任务是提供一种产生具有高亮度的白光或有色光的转换器。
[0016]本发明通过独立权利要求的主题来解决，并且通过从属权利要求的特征来设计和改进。
[0017]根据本发明的转换器由掺杂的钇铝石榴石(YAG)陶瓷或镥铝石榴石(LuAG)陶瓷构成，这些陶瓷是带有内嵌的颗粒结构的光学陶瓷，这些陶瓷直接在陶瓷材料中形成转换中心。YAG陶瓷是钇铝石榴石，LuAG陶瓷是镥铝石榴石。以铈化合物，例如Ce2O3掺杂是特别有利的。
[0018]通过将根据本发明的光学陶瓷作为转换器材料来使用可实现优选大于IOOcd/mm2，特别优选地大于500cd/mm2的高亮度。
[0019]为了在同时在空间上小的发射斑点的情况下产生高的亮度，经转换的光的尽可能完全的偶合输出是有利的。这可通过强烈散射的转换器材料来实现。根据本发明的颗粒结构导致对短波长的激发光和长波长的发射光的良好的散射。对转换器中产生的发射光的强烈散射尤其是有利于实现良好的光约束(Lichtkonfinement),即有利于小的发射斑点。
[0020]然而如果激发光被转换器漫反射(remittiert)，那么进入转换器中的并且能够在那里对转换有所贡献的激发光份额则下降。因此，在给定的衰减长度的情况下，散射又不是强烈得使得激发光的漫反射(Remission)超过预期的水平。转换效率在此既受到激发光的吸收(即量子效率)的影响，还受到激发光漫反射的影响。
[0021]然而根据预期，在强烈起散射作用的样品中，即在带有高的漫反射Rgfili的样品中，转换效率下降。这种依赖性在转换器材料中是公知的，其中，发光材料颗粒存在于光学非主动基质中。在转换器材料，例如硅酮基质中的发光材料颗粒中，硅酮基质中的高的发光材料颗粒密度导致高的漫反射。然而，高的发光材料密度造成激发光的漫反射的增大。为了保持对激发光的期望吸收，必须对发光材料进行更强烈地掺杂。这导致的结果是所谓的浓度抑制(Konzentrationsquenching),即，量子产量并且因而转换效率减小。因此，同时实现高的转换效率和高的漫反射Rgfili至今仍是不可能的。意外地，根据本发明的光学陶瓷具有高的散射或者漫反射Rgfili，其中，转换效率并未受到不利影响。
[0022]漫反射Rgfili尤其优选是至少60%，特别优选地至少80%。因为强烈的散射对于充分的光约束和因而高的辐射密度来说是必需的，所以这是有利的。
[0023]此外，转换器材料优选具有多于80%且特别优选地多于90%的激发光吸收的量子效率QE。因为由于高的量子产量，更小份额的射入能量以热量的形式输出，所以这是特别有利的。因此一方面，由于根据本发明的转换器材料的良好的量子效率而使加热最小化。
[0024]另一方面，可使用带有更小的光强度的光源，这在能量消耗方面是有利的。
[0025]因为为了得到高的亮度既需要对激发光的高的吸收又需要对经转换的经发射的光的高的漫反射，所以漫反射Rgfili和量子效率的乘积肯定大于0.6，优选大于0.7。
[0026]根据现有技术，针对带有特别好的量子效率的陶瓷材料，期待有小的散射(以及因而小的漫反射Rif反射)。
[0027]相反以最意外的方式[12]，根据本发明的转换器材料具有高的散射(以及因而高的漫反射而不会对量子效率造成不利影响。根据本发明的转换器因此具有大于0.6，优选大于0.7并且特别优选地大于0.8的转换器质量因数或光质量因数(optischefigure of merit) F0M_,其定义为
[0028]FOMopt = QE* R 漫反射。
[0029]在此，量子效率应该大于0.8。相反，根据现有技术所期待的FOMtjpt明显更小。
[0030]这个与众不同的且极为有利的FOMtjpt是根据本发明的转换器材料的固有特征。
[0031]在本发明的有利的改进方案中争取尽可能转换所有激发光。于是选择乘积QE* (1-R^) 作为转换效率的指标。因此，该指标在本发明有利的改进方案中大于0.4，优选大于0.6，并且特别优选地大于0.75。本发明的改进方案中的高指标能够以如下方式实现，即，意外地，可以尽可能不依赖于散射特性地调节通过转换器材料对激发光的吸收。因此可把根据本发明的转换器的衰减长度(Absorptionsmnge)选择为，使得该衰减长度小于典型的散射长度(StreuUlnge )。
[0032]因此，通过使用根据本发明的光学陶瓷来作为转换器材料可能的是:通过适当的过程引导，不依赖于活化剂浓度地在高度透明与高度不透明之间调节材料的散射能力。
[0033]此外，也可通过初始组成和/或通过掺杂度有意地影响光学特性。因此，与光学陶瓷的突出的热学特性和热光学特性一起，带有定制的特性的转换器是可达到的，这些转换器能够实现高的亮度。
[0034]根据本发明的转换器在静态运行中，在光通量大于1000lm的情况下具有至少100cd/mm2,优选至少500cd/mm2的亮度。
[0035]转换器材料的热光学特性可以归纳为热质量因数、质量因数(figure of merit)、FOM。
[0036]FOMtherm =热导系数* (热容量/体积)*min (T破坏，T°_8抑制)
[0037]热质量因数考虑转换器材料的热导率和最大允许的温度负载。
[0038]破坏温度T Jiw是转换器材料被破坏条件下的温度。
[0039]在温度提高时，通过热抑制导致量子效率的减小。界限温度Τ°_%_定义为如下温度，在该温度下，量子效率为室温时的量子效率的值的80%。
[0040]转换器(其转换器材料具有高的热F0M)因此可以在更高的温度下运行。
[0041]因为转换器的最大可实现的抽运功率(Pumpleistung)通过最大的转换器温度受限，所以可通过热质量因数来推导出最大抽运功率。
[0042]根据本发明有利的改进方案，转换器材料具有大于500(W/mK)*(J/cm3K)*K，优选大于800 (ff/mK) * (J/cm3K) *K的热质量因数。
[0043]与众不同地高的热质量因数能够通过作为转换器材料使用的光学陶瓷的光热学特性实现。
[0044]因此证实的是，光学陶瓷具有高的热导率、高的热破坏阈值和高的界限温度。光学陶瓷示出最有利的热导率，热导率尤其是大于5W/m*K，优选大于8W/m*K，并且特别优选地大于 10W/m*K。
[0045]相应的光学陶瓷的界限温度在200°C以上，尤其是250°C之上。相反，常见的转换器材料(例如硅酮中的发光材料)具有大约100-120°C的界限温度。
[0046]在陶瓷转换器中，陶瓷转换器的微晶的热导率决定了整个转换器的热导率。颗粒边界和/或孔因此虽然影响散射，但并不影响转换器的热导率。
[0047]因此，根据本发明的设计方案可得到具有至少5W/mK，尤其是至少8W/mK，并且非常特别地至少10W/mK的热导率的转换器材料。
[0048]在优选的实施方式中，转换器材料设计为自体支承的。在此，在本发明的意义中，自体支承的转换器材料理解为如下材料，其坚固性足够大，以便能够取消作为载体材料的基底。
[0049]这尤其是有利的，这是因为因此转换器的两个外侧能被涂层。由于异常高的热稳定性，这甚至在更高温度的情况下是可能的。
[0050]在本发明有利的改进方案中，转换器材料在以透射方式使用时，在激发侧涂有双色性滤光器，该双色性滤光器用作边缘滤光器。该双色性滤光器对于经转换的光的光谱区域来说是高度反射的，反之，该双色性滤光器对于激发光来说具有尽可能低的反射。
[0051]以透射方式使用在此意味着:激发光在一侧射入样品中，并且经转换的光在对置的侧面上(射出侧)使用。边缘滤光器可以是AR滤光器(抗反射滤光器)，该滤光器对于激发光来说具有抗反射作用，但是对于经转换的光则作为镜子起作用。因此可减小菲涅尔反射损失(Fresnel-Reflexionsverlusten)的出现，并且可减小经转换的光的背侧损失。在射出侧上可施布另一宽频带的抗反射滤光器。
[0052]在另一实施方式中，针对以漫反射方式使用的转换器材料在发射侧具有抗反射元件。在此尤其是使用宽频带的抗反射涂层或抗反射结构，例如蛾眼结构(Mottenaugenstruktur),其对于激发光和经转换的光来说都具有抗反射作用。
[0053]为了使亮度最大化，该实施方式的转换器材料优选具有0.1至1mm，优选0.2至
0.8mm,并且特别优选地0.3至0.6mm的厚度。亮度与激发光的吸收成正比，并且与发射斑点大小成反比。薄的转换器使发射斑点的扩张最小化。
[0054]转换器选择为足够地薄，以便使散射斑点的扩张最小化。转换器的厚度在此足够用于确保对激发光的有效吸收。
[0055]本发明的改进方案设置了转换器的静态使用。这尤其是有利的，这是因为在静态使用转换器时，采用大的转换器轮不是必需的。在小的转换器环中，一方面，采用的材料是很少的，另一方面能够实现转换器的更紧凑的构建方式。同样，尤其是在转换器由固体制成时，静态使用转换器的情况下后加工费用更小。
[0056]优选地，转换器在静态运行中具有远大于lOOcd/mm2的亮度。静态运行对转换器材料有高的要求，这是因为激发光局部作用到材料上的时间明显大于在转换器轮旋转的情况下作用的时间。所采用的转换器材料尤其是必须具有高的热导率，以便有效导出热量。相反，带有差的热导率的材料在短暂的作用时间之后就会已经受到热学破坏，并且不适用于使用在静态转换器中。如下转换器材料例如是适用的，其中，光活性组分嵌入到由玻璃或硅酮组成的被动基质中。
[0057]该问题通过采用根据本发明的、作为转换器材料的光学陶瓷来解决。因此，根据本发明的转换器材料具有高的热导率和高的热破坏阈值。此外，光学陶瓷优选以如下方式安装在基底上，即，光学陶瓷与吸热部件理想地联接。光学陶瓷可以直接压焊到吸热部件上。该设计在以漫反射方式运行的转换器中是有利的。
[0058]另一设计设置了将吸热部件与光学陶瓷在侧面连接。在此，转换器在侧面被确定规格和镶嵌，使得该转换器 与吸热部件理想地联接，而不会阻止转换器的光路径。在以透射方式运行的转换器中，该设计也实现了采用吸热部件。尤其是在小的热负载的情况下，使用无支撑的[13]转换器盘也可能是有利的。
[0059]在本发明有利的改进方案中进行:激发处于透射的转换器材料。相应涉及在背侧受到激发的转换器。以透射方式运行的转换器比以漫反射方式运行的转换器能够实现更简单的光学设计，这是因为经转换的光的输入光路和输出光路没有相互交叉和/或部分相同。然而，激发射束的强度通过穿过转换器材料的透射减弱。使用的光源因此必须提供足够的光通量。由此得出的高功率需要带有很高的最大破坏温度的转换器材料。由于其有利的热学特性，根据本发明的光学陶瓷也适用于使用在以透射方式运行的转换器中。
[0060]根据本发明有利的改进方案，转换器材料施布在可运动的载体上。
[0061]在新型投影机中使用了带有转换材料的色轮。这些色轮在此可铺有带有不同发射波长的材料段，或者设计用于发射一个波长的光。优选地，色轮由高度反射的金属构成。由此促进对剩余的激发光以及发射光的漫反射。
[0062]然而，旋转的色轮的冷却作用是受限的，这是因为色轮的结构尤其是应该确保漫反射和颜色复用(Farbmultiplexing)。因此为了冷却色轮而通常使用附加的、产生冷却空气流的鼓风机。
[0063]优选地，该实施方式的可运动的载体设有叠片元件和/或通风元件。由此可改善轮的冷却。附加地，该轮自主地导致空气流。该空气流可不依赖于其它部件的冷却而存在。在未铺有光学陶瓷的区域中，轮尤其设有上面提到的元件。因此，叠片例如可放置在轮的中心处和/或通风段可放置在色轮的边缘处。两个元件也可组合使用。叠片尤其是可设计为径向的或径向扭转的叠片。同样可使用鼓风机叶片或者带有施布有光学陶瓷的反射体的、市场上常见的鼓风机。当转换器材料不设计为圆环，而是设计为圆盘时，使用自通风的载体轮是特别有利的。当转换元件不必提供颜色变换时，尤其是可使用圆盘。可能的使用情况例如是IXD投影机、LCOS投影机或3芯片DLP投影机。以混合变型体方式使用也是可能的。在混合式装置中，光的产生通过荧光转换与直接发射的半导体光源组合。[0064]在不需要对色轮和成像进行同步化的应用中，使用自通风的轮是特别有利的。在该情况下可使用未经同步化的鼓风机马达。然而，也可在分段的、经同步化的色轮中采用自通风轮的结构。
[0065]在本发明另一设计方案中，激发光的漫反射通过光学陶瓷的掺杂度调节为，使得在经漫反射的光谱中存在激发光。
[0066]因此通过混合激发光的漫反射和次级发射，总是可以产生经发射的光的特定的色彩印象。因此尤其是也可产生白光。高的掺杂度(即光学陶瓷中的转换中心的高密度)导致衰减长度相比于散射长度缩短。高的掺杂度导致衰减长度的缩短。这可例如通过铈含量来调节，并且以与散射长度特定地相关联地调节。如果衰减长度明显小于散射长度，那么主要发射经转换的光。然而如果衰减长度明显大于散射长度，那么主要漫反射激发光。如果激发光例如是蓝色而次级光是黄色，那么可以调节出一个范围(Regime)，以该范围发射的经转换的光和经漫反射的激发光通过混合白色的色彩印象得出。
[0067]根据本发明的转换器可使用在投影机中，例如带有DLP、3芯片DLP或LCD技术的投影机中。另一使用可能性在于使用在具有高亮度的灯具中，例如舞台照明灯或汽车照明灯中。使用在具有高亮度和高光谱密度的灯具中也是可能的，像其例如使用在光谱学中那样。
【专利附图】
【附图说明】
[0068]本发明随后借助实施例和参考附图来详细阐述。其中
[0069]图1示出处于漫反射的转换器的示意性的结构作为第一实施例，
[0070]图2示出第一实施例的带有双色性滤光器的改进方案的示意性的结构，
[0071]图3示意性地示出将光学陶瓷使用在处于透射的转换器中作为第三实施例，
[0072]图4示意性地示出具有改进的托座的处于透射的转换器作为第四实施例，
[0073]图5示出动态的，即旋转的处于漫反射的转换器的示意性的结构，其中，光学陶瓷I构造为环形件，
[0074]图6示出动态的，即旋转的处于漫反射的转换器的示意性的结构，其中，光学陶瓷I构造为环形件，
[0075]图7示出动态的、以透射方式运行的转换器的示意性的结构，
[0076]图8不出量子效率与漫反射关系的图，
[0077]图9示出漫反射和量子效率与组成为Lu3(Ga，AD5O12-Ce的光学陶瓷的烧结温度的关系的叠加图，
[0078]图10示出漫反射和量子效率与组成为Y3Al5O12-Ce的光学陶瓷的烧结温度的关系的叠加图，
[0079]图11示出漫反射与铈含量的关系的图，
[0080]图12示出通过调节出限定的激发光份额来产生在色迹图(Farbort-Diagramm)中接近白光区域[14]的 点的转换器。
【具体实施方式】
[0081 ] 随后借助这些图来描述本发明的实施例。[0082]作为第一实施例，图1示出以漫反射方式运行的转换器的示意性的结构的侧视图。
[0083]转换器包括构造为光学陶瓷的转换器体I和镜子3，它们通过粘接层2相互连接。转换器材料(光学陶瓷)是掺杂的YAG陶瓷或者LuAG陶瓷，并且形成带有强烈的散射的颗粒结构。
[0084]从上方，即，从激发侧，高功率密度(即，带有小的光束横截面)的蓝激发光4落到转换器体I的激发侧上，并且在进入光学陶瓷后，通过转换产生长波长光5，并且通过散射向外输出，像由箭头示出的那样。
[0085]粘接层2例如具有10 μ m的厚度dKleb。镜子3将激发光4反射到光学陶瓷I中并且因此提高经转换的、具有更长波长的光线5的光产出率(Lichtausbeute)。
[0086]转换面积A例如为4mm2,转换器的厚度dKmv为200^。最大的抽运功率可以估计为:
[0087]Pmaxopt ~4 (Tmax Konv-TRT)/Rth
[0088]在此适用的是:
[0089]TmaxKonv = TRT+Q/A*d/ λ
[0090]其中Rth = d/ (Α λ )，即热阻Rth = d/ (Α λ )，转换器的热导率为λ
[0091]光学陶瓷的热导率λoc= 10W/mK
[0092]粘合剂的热导率λ Kleb = 0.3W/mK
[0093]转换器的热阻由转换器材料和使用的粘合剂的绝对热阻Rth得出。
[0094]因此，利用光学陶瓷的热阻RthOC = 5K/W和粘接层的热阻RthKLeb = 8.3K/W得出转换器的热阻RthK_为13.3K/W。粘接层2在此比光学陶瓷1具有更高的热阻，并且因此决定性地确定热阻，即，在该情况下确定热阻的下限。
[0095]因此，在光学陶瓷的破坏阈值Tmaxoc= 250°C的情况下得出最大的抽运功率Pmax_为68W。仅粘接层起到限制性作用。
[0096]然而，在粘合剂的破坏阈值为100°C的情况下得出最大的光抽运功率Pmaxopt =36W。
[0097]该出乎意料地高的抽运功率例如能够在IOW的辐射下，在4mm2上实现200cd/mm2的亮度和6001m的光通量。
[0098]与此相对比的是，在现有技术所公知的、基于在硅酮、掺磷硅[15] (PIS)中的发光材料的转换器中，可实现的最大的光抽运功率PmaxOPT为大约3W。这尤其是在PIS转换器材料的大约100K/W的高热阻Rthpis和低破坏阈值的情况下存在。
[0099]图2示出第二实施例的示意性的结构。在此涉及第一实施例的变型方案，其中附加地，在光学陶瓷1上已经施布有抗反射涂层6。由此减小激发射束4在光学陶瓷I的表面上的反射，并且改善经转换的散射光线5的输出。
[0100]图3示出第三实施例的结构:即带有背侧激发的(即带有透射激发的)转换器。激发光4遇上光学陶瓷1的激发侧11。经转换的、带有更长波长的光线5在发射侧12离开。光学陶瓷I的厚度为200微米。为此，在良好的量子效率的情况下确保足够高的透射率。光学陶瓷I在此仅在侧面，即在激发光光斑的左侧和右侧，由金属托座70固定。因此，大部分的光学陶瓷I在托座之间自由地架起。该设计首先通过如下方式来实现，即，光学陶瓷I是自体支承的。与此不同的是，由现有技术公知的系统，例如Pis基底需要有载体材料，从而背侧激发是不可能的。托座70构造为吸热部件，并且具有2_的直径。为了减小发射斑点的大小，光学陶瓷I在发射侧12上涂有边缘滤光器91。激发侧11又涂有宽频带的抗反射涂层。
[0101]在图4中示意性地示出的结构为第三实施例的改进方案。在此，光学陶瓷I被镶嵌为，使得从激发光4的光斑落到上面的表面来看托座71覆盖光学陶瓷I的大部分下侧。托座71是金属，并且反射在光学陶瓷I中散射的光线，包括激发光4和经转换的光5。由此提高光学陶瓷中的光产出率。因此，在此取消在激发侧11上的光学陶瓷I的附加的涂层。
[0102]在假定和第一实施例有相同的材料数据的情况下，得出有效热阻Rtheff为55K/W。这使直至16W的光抽运功率Pmaxtjpt成为可能。
[0103]第一实施例的光抽运功率的偏差在此归因于结构。
[0104]根据运行配置，在此，性能例如还依赖于几何因素。这导致处于透射的最大的抽运功率小于处于漫反射的最大的抽运功率。
[0105]既针对根据本发明的转换器材料(0C1、0C2)又针对基于硅酮或玻璃/玻璃陶瓷的转换器材料，接下来的表格示出关于静态转换器的热质量因数(thermische F0M)的相关数据的概览。
[0106]最大允许的温度和热导率的乘积被称为静态运行的转换器的热质量因数。
[0107]根据本发明的转 换器示出直至7322W/m的FOMstat，相反，现有技术的带有在硅酮中的发光材料的、类似地构建的转换器仅具有95W/m的F0M。
[0108]在最后一列，对FOM补充以热容量因数。热容量因数是热容与密度的乘积。如此扩展的F0M，即FOMdyn描述了旋转的轮上的转换器的性能以及因而动态的转换器的性能。
[0109]根据本发明的光学陶瓷OCl和0C2示出异常高的F0Ms。
[0110]两种光学陶瓷OCl和0C2的不同之处在于它们的掺杂。光学陶瓷OCl包含YAG (钇铝石榴石)，光学陶瓷0C2包含Mg3Al8 [SiO] 3。
[0111]然而，两个光学陶瓷的FOM的不同尤其是归因于不同的密度。
[0112]表格中提及的材料可根据FOM划分成三组。基于硅酮基质的转换器的低FOM尤其是可归因于低的热导率。
[0113]基于玻璃或玻璃陶瓷的材料示出如下的F0M，其明显大于硅酮基质，即有机系统的F0M。然而，根据本发明的光学陶瓷的FOM为基于玻璃陶瓷的转换器的FOM的多于5倍。
[0114]光学陶瓷尤其是以有利的方式示出出众地高的热导率入。
[0115]
【权利要求】
1.一种用于由优选以光束形式存在的、高功率密度的蓝激发光(4)和优选由经漫反射的、更长波长的光(5)产生高亮度的有色光或白光的转换器，其中，所述激发光(4)在转换器上产生小的光斑，所述转换器包括: -带有激发侧和远离侧的转换 器体(1)，激发侧和远离侧的间距确定了转换器体(1)的厚度，所述厚度优选用于使经漫反射的激发光(4)的份额与经漫反射的长波长光(5)的份额精细匹配， -其中，所述转换器材料是带有内嵌的颗粒结构的光学陶瓷，所述光学陶瓷作为掺杂的YAG陶瓷或LuAG陶瓷或镁铝陶瓷，所述颗粒结构具有强烈的散射，以便实现如下发射斑点，所述发射斑点几乎与所述激发光(4)的光束横截面一样大。
2.根据权利要求1所述的转换器，其中，作为YAG陶瓷，采用以铈掺杂的Y3Al5O1215
3.根据权利要求1所述的转换器，其中，作为LuAG陶瓷，采用以铈掺杂的Lu3 (Ga, Al) 5012o
4.根据权利要求1所述的转换器，其中，作为镁铝陶瓷，采用以铈掺杂的Mg3Al8[SiO] 3。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的转换器，其中，以铈在0.01至2%，优选0.3至1%，并且特别优选0.1至0.5%范围内掺杂所述转换器材料。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的转换器，其中，在Imm厚的转换器上的强烈散射得出600nm波长的长波光的漫反射系数,漫反射0.6。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的转换器，其中，量子效率QE> 0.80。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的转换器，其中，得到光转换器质量因数QE.Ril反射> 0.6，并且其中，所述量子效率同时大于0.80。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的转换器，其中，所述陶瓷材料具有热质量因数:(FOMthernijstat) > 1000 (ff/m)，并且热质量因数由 FOMthenn =热导系数 *min (Tig坏，Ta8wa)计算出。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的转换器，其中，所述转换器材料的热导率为至少5W/m*K，优选至少10W/m*K，并且特别优选至少12W/m*K。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的转换器，其中，所述转换器在静态运行中具有远大于100cd/mm2的亮度。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的转换器，其中，在所述转换器体(1)的远离侧上紧固有镜子，所述镜子提高光产出率。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的转换器，其中，所述转换器材料在激发侧涂有双色性滤光器。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的转换器，其中，所述转换器构造出散射特性，以便漫反射激发光的10%至30%，并且其中，光发射与所述激发光和所述经转换的光的混合的精细匹配导致就观察者而言的白色色彩印象。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的转换器，其中，所述转换器构造出散射特性，以便漫反射激发光的10%至30%，并且其中，将所述激发光发射至接近白光的区域的精细匹配通过散射层或通过粗糙化所述转换器的激发侧来进行。
16.一种用于由高功率密度的蓝激发光产生高亮度的有色光或白光的转换器，蓝激发光在所述转换器上产生小的光斑，所述转换器包括:-带有激发侧和 -远离侧的转换器体，激发侧和远离侧的间距确定了所述转换器体的厚度，其中，所述转换器材料作为掺杂的YAG陶瓷或LuAG陶瓷是带有内嵌的颗粒结构的光学陶瓷，所述颗粒结构具有强烈的散射，以便实现如下发射斑点，所述发射斑点几乎与所述激发光的光束横截面一样大。
17.一种带有陶瓷的转换器材料⑴的转换器，其特征在于，所述转换器材料⑴的光质量 因数FOMtjpt = QE*Rg&li为:大于0.5，优选大于0.7，并且特别优选大于0.8。
【文档编号】C04B35/44GK103906822SQ201280052795
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2012年10月24日 优先权日:2011年10月25日
【发明者】沃尔克·哈格曼, 彼得·纳斯, 伊冯娜·门克, 贝恩特·霍佩, 沃尔弗拉姆·拜尔, 赖纳·利巴尔德, 尼古·舒尔茨, 京特·魏德曼, 豪克·埃塞曼 申请人:肖特公开股份有限公司