WO2009155907A2 - Conversion element and lighting device - Google Patents

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WO2009155907A2
WO2009155907A2 PCT/DE2009/000883 DE2009000883W WO2009155907A2 WO 2009155907 A2 WO2009155907 A2 WO 2009155907A2 DE 2009000883 W DE2009000883 W DE 2009000883W WO 2009155907 A2 WO2009155907 A2 WO 2009155907A2
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conversion
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light
heat
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Frank Baumann
Kirstin Petersen
Sönke TAUTZ
Alfred Lell
Uwe Strauss
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Osram Opto Semiconductors Gmbh
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    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/50Wavelength conversion elements
    • H01L33/501Wavelength conversion elements characterised by the materials, e.g. binder
    • HELECTRICITY
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    • H01L33/64Heat extraction or cooling elements
    • H01L33/644Heat extraction or cooling elements in intimate contact or integrated with parts of the device other than the semiconductor body

Definitions

  • light of a specific wavelength or spectral range is needed.
  • many light sources in particular semiconductor-based light sources such as light-emitting diodes or laser diodes, emit light only in a deviating spectral range or at discrete wavelengths. Therefore, it is often desirable to convert the light emitted by the light source into light of a different wavelength. This conversion happens for example by means of organic or inorganic luminescent substances. The conversion is based on these luminescent substances mostly on the principle of so-called down-conversion. That is, light, for example, in the blue spectral range is absorbed and this low-frequency, red-shifted light is emitted. In other words, high energy light radiation is converted by the phosphor into lower energy light radiation and non-radiative energy, particularly heat.
  • Document EP 1 605 028 A1 relates to a light-emitting component with a conversion element and to a production method therefor.
  • An object to be solved is to specify a conversion element with improved efficiency.
  • Another object to be solved is to specify a light source with such a conversion element.
  • this comprises a matrix material.
  • the matrix material further constituents of the conversion element can be embedded, wherein the matrix material can act as a binder.
  • the matrix material is preferably permeable to the electromagnetic radiation in a relevant spectral range.
  • relevant spectral range means both light of a wavelength or of a first wavelength range which is to be converted, and light of a wavelength or of a wavelength range which results from the conversion.Furthermore, the matrix material in the relevant spectral range is preferably insensitive to photo damage. through the converted or the converted radiation is the
  • the lifetime of the conversion element can in this case be defined so that during the lifetime of the efficiency of the conversion element above 80% of the original
  • the conversion element is used in conjunction with an optoelectronic semiconductor chip, the service life of the conversion element is preferably at least as high as the service life of the semiconductor chip.
  • the nickelleitpiser are, for example, in powder form.
  • the nickelleitpiser are preferably designed with a material or a combination of materials that the nickelleitpiety a significantly higher thermal conductivity than the Have matrix material. Significantly higher may mean that the specific thermal conductivity of the nickelleitpiety by at least a factor of 5, preferably by at least a factor 10 is greater than the specific thermal conductivity of the matrix material.
  • this has at least one conversion means.
  • the conversion agent may be an inorganic phosphor based on down-conversion. This is preferred
  • the conversion means is configured to at least partially convert light of a first wavelength range into light of another, second wavelength range.
  • the efficiency of this conversion may depend on the temperature, in particular, the efficiency may decrease with increasing temperature.
  • the conversion agent is, for example, pulverulent.
  • conversion agent and skilletleitpgregate are formed with different materials, wherein the banksleitpiety have a significantly higher specific thermal conductivity, for example, the specific thermal conductivity of the conversion agent by at least a factor of 10, preferably at least one
  • the heat-conducting particles and the conversion agent in the relevant spectral range are preferably resistant to photo damage.
  • theticianleitpizate and the conversion means are particularly resistant to thermal stresses that occur during operation of the conversion element.
  • the heat-conducting particles do not influence the spectrum of the light emitted by the conversion element. That is, the parchmentleitpiety do not contribute to the conversion of the light from the first wavelength range.
  • the heat-conducting particles also preferably do not act as filters for wavelengths in the visible spectral range between 420 nm and 780 nm.
  • a filtering effect of the heat-conducting particles may be present so that, for example, no UV radiation below about 400 nm is emitted.
  • the thermal properties can thus be set separately from the spectral properties of the conversion element.
  • the conversion element is embedded in the matrix material of the conversion element.
  • Embedded here means that the parchmentleitpiety and the conversion agent, which themselves can show no or no significant adhesion to each other, are held together by the matrix material. If no additional shaping body, such as an envelope or a casting mold, is present, then the geometric shape of the conversion element is preferably predetermined by the matrix material.
  • the matrix material can impart mechanical stability to the conversion element.
  • the matrix material, including embedded substances, that is to say, the conversion element is self-supporting, so that it can be handled with tweezers or other tools.
  • the pulpleitpizate and / or the conversion agent in the conversion element in particular in Matrix material, statistically distributed. In other words, the particles are homogeneously distributed, with a concentration of the particles indicating only random spatial variations.
  • the conversion element has this istipfade. That is, in the conversion element exist path-forming, contiguous areas that have a significantly higher thermal conductivity than the matrix material. These regions extend from an inner region, for example from a particle embedded in the matrix material or a constituent of the conversion agent, to a surface of the conversion element. This makes it possible for heat to be conducted away from a constituent of the conversion agent toward the surface of the conversion element or of the matrix material. In particular, the heat is thus dissipated by heated by the conversion components of the conversion agent. The heat transport takes place essentially by heat conduction over the paths.
  • the conversion element this is designed with a translucent matrix material in which heat-conducting particles and at least one conversion agent are embedded, wherein the conversion means is configured to light a
  • Wavelength or wavelength range at least partially in light of another wavelength or another wavelength range to convert Due to the conversion agent and / or the skilletleitp sieticianIeitpfade are formed in the conversion element. Heat can be efficiently removed from the conversion element via such heat transmission paths formed by heat conduction particles and conversion means, and thus the temperature of the conversion element can be lowered during operation. This increases the conversion efficiency of the
  • At least a part of the heat conduction paths leads from the interior of the matrix material to a surface of the matrix material.
  • conversion agent and heat conduction particles taken together have a volume fraction which, with a tolerance of five percent by volume, is at least equal to the percolation threshold of the sum of heat conduction particles and conversion agent.
  • the volume fraction of conversion agents and heat particles together corresponds exactly to the percolation threshold to a tolerance of five percent by volume.
  • the tolerance is only three percent by volume, in particular only one percent by volume.
  • the percolation threshold can be given in the present case, for example, as follows: In a multidimensional grid, the lattice sites are statistically with in this case conversion constituents or
  • percolation threshold From a certain proportion or percentage occupied lattice sites, which is referred to as percolation threshold, results in a contiguous area from adjacent, occupied lattice sites. From lattice sites transferred to particles this means that adjacent particles are in direct contact with each other. Such a percolated, contiguous area extends essentially over the entire system, in this case over the entire conversion element. That is, one endpoint of a path on one surface of the matrix material is in communication with another endpoint of a path across the path at another point on the surface.
  • the percolation threshold can be determined, for example, by simulations, for example by Monte Carlo simulations, or by simple experiments.
  • the conversion agent and represent, wherein the volume fraction in analogy corresponds to the proportion of occupied lattice sites. Provided that heat conducting particles and conversion agents are comparable
  • the percolation threshold of the particles corresponds approximately to a volume fraction of 30 to 35 percent.
  • a proportion by weight of the nickelleitpizer on the conversion element can then exceed 70 percent.
  • the volume fraction required for the percolation threshold can deviate greatly from this range of values.
  • the volume fraction of the heat-conducting particles corresponds exactly to this
  • Percolation threshold of the is only three percent by volume, more preferably only one percent by volume.
  • the volume fraction of réelleleitp is in the range of 28
  • volume percent up to 38 percent by volume, more preferably between 30 percent by volume and 35 percent by volume, in particular between 31.5 percent by volume and 33 percent by volume. Percolation of the bathleitpitate alone, without inclusion of the conversion agent, so a particularly high thermal conductivity can be achieved.
  • the volume fraction of the heat-conducting particles is five percent above the percolation threshold, with a tolerance of at most three, preferably at most two, in particular at most one percent by volume.
  • the percolation threshold is, for example, 33% by volume
  • the volume fraction of the heat-conducting particles together with the conversion agent or, preferably, the heat-conducting particles alone is in particular between 36% by volume and 40% by volume.
  • About such a volume fraction, which is chosen slightly higher than the Perkolationsschwelle corresponding volume fraction can be ensured even with a production of the conversion element with comparatively high tolerances with respect to the volume fraction, that the conversion element has a high thermal conductivity.
  • volume fraction is preferably just above, ie close to, the percolation threshold and therefore the volume fraction is comparatively low, effects such as reduced mechanical integrity of the conversion element or increased scattering behavior due to the heat conduction particles do not significantly increase compared to a conventional conversion element.
  • this comprises an envelope, which is preferably made of a thermally conductive material which is in direct contact with the matrix material and at least partially surrounds it.
  • the enclosure may be designed, for example, of a ceramic, a metal or a metal alloy.
  • a thermally conductive sheath By means of a thermally conductive sheath, heat removed from the interior of the matrix material via the heat-conducting particles can be efficiently conducted away from the surface of the matrix material.
  • the envelope may be given a shape, for example in the form of an injection mold, which simplifies the production of the conversion element.
  • the covering is at least locally transparent and, alternatively or additionally, designed at least in places reflecting.
  • the transparent areas of the enclosure can be configured selectively for wavelengths, so that, for example, a
  • Entry window for wavelengths to be converted is designed to be transparent, whereas it has a reflective effect for converted wavelengths. Correspondingly vice versa can apply to a light exit area.
  • a reflective configured envelope the light absorption by the envelope and thus a loss of radiation power can be prevented or at least reduced. As a result, the efficiency of the conversion element is increased.
  • the latter has at least two chambers, which are connected to one another at least in places via thermally conductive partitions. Heat can be removed from the interior of the conversion element effectively to the outside via such partitions.
  • the various chambers may have the same or different material compositions. For example, a gradient of proportion of the one or more conversion means across different chambers can be realized.
  • chambers and partitions are designed so that the light input and light extraction in or out of the conversion element and the light paths in
  • Conversion element are not significantly affected. This increases the homogeneity of the light emitted by the conversion element.
  • the heat-conducting particles are non-absorbent in relevant spectral ranges. “Non-absorbing” here means that the heat-conducting particles do not absorb more than 15 percent, preferably not more than 5 percent, in particular not more than 2.5 percent, of the radiant power of light to be converted and converted become.
  • heat-conducting particles have an average size of between ten nanometers and 100 micrometers. That is, at least two of the cherriesleitpisme have a size between ten
  • Nanometer and 100 microns preferably, a majority of sauceleitpizer, ie over 50 percent, in particular more than 80 percent, a size in this area.
  • the mean value over all varnishleitpizer also in this range of values.
  • the size of the particles means their diameter.
  • the particle size is understood as the diameter averaged over three main axes.
  • the average size of the sautpizer is in the range of 30 nm to 150 nm inclusive, more preferably in the range of from 1 .mu.m to 20 .mu.m or in the range of 5 microns to 50 microns inclusive.
  • Such nanoparticles or microparticles are easy to prepare and can be well embedded in the matrix material.
  • the conversion element at least a portion of the varnishleitp motherboard on an average size which is smaller than half the wavelength of the shortest wavelength to be converted light.
  • the average size of the skilletleitp motherboard is smaller than a
  • At least one is one Verizonleitpumble, preferably the majority of the particles, a numerical eccentricity of at least 1.5 or at least four, in particular of at least 10 on.
  • the numerical eccentricity is between 1.5 and 2.0.
  • a longest axis of the heat conduction particles is larger than a shortest axis of the heat conduction particles by a factor between 1.5 and 2.0 inclusive.
  • the sauleitpiety may be mechanically rigid.
  • the heat-conducting particles are shaped as platelets.
  • Platelets can, viewed in plan view, be round, square or triangular.
  • the platelets may be oriented with respect to a spatial direction such that, for example, a normal vector of all platelets, with a tolerance of 30 °, points in the same direction.
  • the percolation threshold can be reduced with respect to the volume fraction of the bathleitp
  • this has leitpumble with a first diameter and with a second diameter, wherein a ratio of the first diameter and the second diameter - -
  • first and second diameter heat conduction particles are preferably equal to a tolerance of 20 percent.
  • At least one is one trenchleitpizer, preferably the majority of the particles, a numerical eccentricity of less than ten, in particular less than three. That is, a longitudinal axis of the particles is at most ten times larger than the average diameter with respect to the transverse axis, that is perpendicular to the longitudinal axis.
  • the longitudinal extent is to be understood as the extent in the stretched state.
  • the reactorleitp are fibrous or thread-like and thus have a large numerical eccentricity
  • grid-like or net-like structures can form.
  • Such structures may involve polarization effects on the radiation to be converted or converted, especially if the thermal conductivity particles are configured with a high electron mobility material.
  • net-like structures if a mesh size of these structures is in the range of the wavelength of light, show a significant scattering and / or absorption of the radiation.
  • the heat-conducting particles are preferably spherical or ellipsoidal with a numerical eccentricity of less than ten, in particular less than three. - 4 -
  • the heat-conducting particles have no optical anisotropy. That is, neither by the shape nor by the material of the skilletleitpisme the polarization properties of light in the conversion element in the relevant spectral range are significantly affected.
  • the matrix material is formed with a silicone, the conversion agent with a cerium-containing or a europium-containing phosphor and the sauleitpiety with a metal or a ceramic.
  • a conversion element is efficient to manufacture, is photostable and thus in particular for the conversion of short-wave light, with wavelengths for example between 360 nm and 480 nm, suitable and has a high efficiency.
  • the difference in the optical refractive index between heat conduction particles and matrix material is smaller or equal
  • the particles may also comprise a coating or sheath with a material over which an adjustment of the refractive indices can be achieved. Likewise can apply that the difference in the optical
  • Refractive index between the matrix material and conversion agent is correspondingly small. If the heat-conducting particles and the matrix material have a similar refractive index, then the scattering of heat-conducting particles can occur if the heat-conducting particles have a size of at least half the size
  • Wavelength of the shortest wave portion of the relevant radiation can be reduced. This can be improve the emission properties of the conversion element.
  • the heat conduction paths which are formed by politiciansleitpumblen and / or conversion means, not electrically conductive.
  • This can be realized by designing the particles responsible for the percolation from an electrically insulating material, or by the particles having a coating with an electrically insulating material. Furthermore, it is possible that only a part of the particles responsible for the percolation is electrically insulating, so that no electrically conductive paths result, since these are interrupted by electrically insulating regions.
  • this has structuring on a light entry surface or light exit surface.
  • the structurings can be designed to increase the light coupling-in efficiency or the light extraction efficiency.
  • the thermal conductivity of the material forming the heat-conducting particles is at least 25 W / (mK), preferably at least 40 W / (mK), in particular 75 W / (mK).
  • the thermal conductivity of the material forming the heat-conducting particles is at least 25 W / (mK), preferably at least 40 W / (mK), in particular 75 W / (mK).
  • the thermal conductivity of the material forming the heat-conducting particles is at least 25 W / (mK), preferably at least 40 W / (mK), in particular 75 W / (mK).
  • the thermal conductivity of the material forming the heat-conducting particles is at least 25 W / (mK), preferably at least 40 W / (mK), in particular 75 W / (mK).
  • the thermal conductivity of the material forming the heat-conducting particles is at least 25 W / (mK), preferably at least 40 W / (mK), in particular 75 W / (mK).
  • the light-emitting means in this case comprises at least one conversion element, as indicated in one of the abovementioned embodiments. Additional features for the conversion element are therefore also disclosed for the lamp and vice versa.
  • this includes
  • Illuminant one or more conversion elements according to one or more of the above embodiments and at least one semiconductor chip, which may be configured as a laser diode, as a light emitting diode or as a light emitting diode, emitted by the semiconductor chip radiation at least partially reaches the conversion element and emitted by the semiconductor chip radiation at least to Part is convertible into a radiation of a lower frequency, such as down-conversion.
  • a light source can be operated with high optical powers.
  • the semiconductor chip and the conversion element are spatially separated from one another.
  • Semiconductor chip and conversion element may for example be mounted on a common heat sink, but have a spatial distance from one another. This is particularly possible if the semiconductor chip is designed as a laser diode and that of the laser diode - -
  • the semiconductor chip and the conversion element can be significantly further apart than would be possible in the case of a light-emitting diode.
  • the semiconductor chip and the conversion element are at least five millimeters apart, preferably at least ten millimeters.
  • the spatial separation of semiconductor chip and conversion element can also be a thermal decoupling of the two components from each other.
  • the optoelectronic semiconductor chip is a high-power diode. That is, the semiconductor chip has an electric
  • the optical power of the radiation to be converted, which is coupled into the conversion element more than 100 mW, in particular more than 300 mW.
  • a compact design can be realized via the conversion element, since the heat is efficiently removed from the conversion element.
  • the semiconductor chip and the conversion element are attached to a substrate designed as a heat sink. That is, the semiconductor chip and conversion element are mechanically rigidly connected to one another via the heat sink. Both components can be mounted directly on the heat sink or over
  • the heat sink may be designed to be reflective or permeable to the radiation to be emitted by the luminous means.
  • the heat sink can also structures, such as in the form of cooling fins, which allow an effective removal of heat generated during operation of the lamp. It is possible to design the heat sink in such a way that it is possible to connect the heat sink to an external carrier which is not part of the luminous means, for example via soldering or gluing.
  • the heat sink may have electrical structures that enable efficient connection of, for example, the semiconductor chip. The use of a heat sink improves the thermal properties of the light source and its design options.
  • this comprises at least one light guide.
  • the light emitted by the semiconductor chip is preferably conducted to the conversion element via the light guide.
  • An efficient radiation coupling from the semiconductor chip into the conversion element is possible via the light guide.
  • stray radiation which can be dangerous to the human eye for example, is suppressed.
  • the conversion element is at least partially integrated in the light guide. That is, the conversion element is designed approximately as a cap, which is applied to one end of the light guide. Also, the conversion element may be embedded within a shell which protectively surrounds the light guide. By an integrated conversion element, a particularly compact lamp can be realized.
  • this comprises at least one optical waveguide which has a cladding with a thermally conductive material. Heat can be dissipated efficiently from the conversion element or from the semiconductor chip via such a light guide.
  • conversion elements or illuminants described here could be used are, for example, the illumination of displays or display devices, in particular also in the automotive sector. Furthermore, the conversion elements and illuminants described here can also be used in illumination devices
  • Projection in headlamps, in vehicle headlamps or light emitters or in general lighting.
  • FIGS. 2 and 3 are schematic side views of embodiments of conversion elements with a cladding, - -
  • FIG. 4 shows a schematic side view (A) and a schematic plan view (B) of an exemplary embodiment of a luminous means
  • Figure 5 is a schematic plan view of a
  • Embodiment of a luminous means with a conversion element with chambers Embodiment of a luminous means with a conversion element with chambers
  • Figures 6 and 7 are schematic side views (A) and schematic plan views (B) of
  • Figure 8 is a schematic plan view of a
  • Embodiment of a light source with light guide Embodiment of a light source with light guide
  • FIGS. 9 to 12 show schematic side views of exemplary embodiments of luminous means with a spatially separated semiconductor component and conversion element
  • Figure 13 is a schematic side view of a
  • Figure 14 is a schematic side view of a
  • Embodiment of a luminous means with a molded semiconductor device Embodiment of a luminous means with a molded semiconductor device.
  • FIG. 1 shows an embodiment of a conversion element 1 is shown schematically.
  • particles of a conversion agent 3 are statistically distributed - -
  • the concentration or the volume fraction of the bathleitpizer 4 is so large that the percolation threshold is reached with respect to the bathleitpiety 4. That is, the nickelleitpiety 4 essentially form a large, extending over the entire conversion element 1 contiguous network. As a result, the nickelleitpiety 4 are also in contact with the particles of the conversion agent 3.
  • the volume fraction of jacketleitpelle is so large that the
  • Percolation threshold is exceeded by about 5 percent by volume.
  • the approximately spherical particles of the conversion agent 3 are approximately a factor of two larger in diameter than the approximately spherical bathleitpiety 4.
  • the furnishedleitp appeal 4 which have a preferred average diameter between 1 micron and 20 microns, are in direct physical Contact each other, so they touch each other. Unlike shown in Figure 1, the nickelleitpiety can also show an elliptical cross-section.
  • the conversion element comprises jacketleitpizate with a first and a second diameter, wherein a ratio of the diameter is preferably about 0.5.
  • An average dimension or dimension of the conversion element 1 is preferably at least 0.5 mm, in particular at least 5.0 mm.
  • the volume fraction, in particular of the heat-conducting particles 4 on the entire conversion element 1 is preferably at least ⁇ + T-t and at most ⁇ + T + t, where ⁇ is the volume fraction at the percolation threshold of the
  • the percolation threshold is in this case given in particular by the system due to the sizes and shapes of the heat-conducting particles 4.
  • T is preferably between 0.02 and 0.08, in particular between 0.04 and 0.06.
  • T> t and t is at most 0.03, preferably at most 0.02, in particular at most 0.01.
  • the specific thermal conductivity of the entire conversion element 1 may be at least 70 percent, in particular at least 80% of the specific thermal conductivity of the shallleitpumble 4 in such a conversion element 1.
  • the matrix material 2 is approximately a silicone, it has a refractive index of approximately 1.3 to 1.6.
  • the sautpiety 4 which may be formed of alumina, have a refractive index of about 1.75. Due to the comparatively small refractive index difference between matrix material 2 and heat-conducting particles 4 and / or between matrix material 2 and conversion medium 3, scattering of light at the heat-conducting particles 4 and / or at the conversion medium 3 can be reduced.
  • polycarbonate having a higher refractive index of about 1.6 an epoxy, a glass or a ceramic may also be used.
  • the skilletleitpelle can also be designed with a silicate, a ceramic, a metal, a corundum, a crystalline material, sapphire or diamond.
  • the conversion agent 3 for example, a cerium or
  • Europium-containing phosphor absorbs light in the UV or blue spectral range. Fluorescence causes a re-emission of the conversion medium 3 at longer wavelengths, for example in the yellow or red spectral range.
  • the energy difference between absorbed and emitted light can be on the order of twenty percent or more. This energy difference is mainly converted into heat. The temperature of the particles of the conversion agent 3 is thereby significantly increased locally. Therefore, and because of the bad
  • Dissipate conversion 3 This is, as described, realized byIeitpfade P.
  • the heat generated during the wavelength conversion is considerable and can lead to destruction of the conversion element 1 without suitable measures.
  • a sheath 5 may be attached on the underside 11 of the conversion element 1.
  • the sheath 5 is formed with a thermally conductive material, for example with a metal or with sapphire. If the envelope 5 is designed to be transparent to the light to be converted, then the light coupling through the envelope 5 into the conversion element 1 can take place. If the light coupling takes place, for example, through the upper side 12 or through a side face 13, the envelope 5 is preferably designed to be reflective for the converted radiation and the converted radiation.
  • this is the heat-conducting particle 4 and the conversion medium 3
  • Matrix material 2 to the top 12 completely surrounded by the enclosure 5.
  • 12 structures may be attached to the top.
  • These structurings can be created efficiently during a casting process.
  • the structurings enable an improvement in the light absorption or light outcoupling, or may also be formed as lens-like structures.
  • an increased adhesion, for example between matrix material and sheath 5, can be achieved via structuring.
  • FIG. 4 schematically shows a luminous means 10 with a light-emitting semiconductor component 60 and a conversion element 1.
  • the semiconductor device 60 which may be configured as a semiconductor laser, is located on a thermally conductive base plate 15. About this base plate 15, the semiconductor device 60 is on a Heat sink 16 mounted. On the heat sink 16, the conversion element 1 provided with a sheath 5 is also attached. Light L emitted by the semiconductor device 60 is radiated into the conversion element 1. The path of the light L is symbolized by arrowed lines. The light L enters through a window 14 in the conversion element 1, which is integrated into the enclosure 5 of the conversion element 1.
  • the window 14 is designed to be transmissive to the radiation emitted by the semiconductor device and reflective to the converted radiation.
  • the radiation L to be converted runs back and forth several times, similar to a resonator, and is reflected by the envelope 5 which is designed to be reflective. Because the conversion over the entire
  • Conversion element 1 is distributed, very high light outputs can be radiated into the conversion element 1.
  • a uniform radiation over the entire surface facing away from the heat sink 16 top 11 of the conversion element 1 can be achieved, in which, for example, the conversion agent 3 is embedded with a gradient with respect to the concentration in the matrix material 2.
  • Semiconductor device 60 and conversion element are spatially separated from each other. As a result, these two elements can be thermally decoupled from each other. Since a stable mechanical coupling between the semiconductor device 60 and the conversion element 1 is provided via the heat sink 16, uniform emission conditions result.
  • the lighting means 10 may comprise optical elements, for example those emitted by the semiconductor device 60 - -
  • the embodiment according to FIG. 5 essentially corresponds to that according to FIG. 4.
  • the conversion element 1 additionally has intermediate walls 8, which are preferably designed to be reflective both for the radiation to be converted and for the converted radiation and have a high thermal conductivity.
  • FIG. 6 shows a luminous means 10 in which the radiation L emitted by the semiconductor component 60 is introduced into the optic element 17 as a lens via an optical element 17 configured as a lens
  • Conversion element 1 is focused.
  • the envelope 5 of the conversion element 1 is designed paraboloidal in plan view.
  • the concentration of the conversion agent 3 is selected to be very high, so that the conversion of the radiation from the semiconductor device 60 takes place in a very small spatial area and thus also gives a nearly punctiform radiation of the converted radiation from the conversion element 1.
  • This effect is reinforced by the Paraboloidal wrapping 5, which acts additionally focusing.
  • the converted radiation has a high brilliance and can be handled well, for example via downstream optics.
  • the conversion element 1 of the luminous means 10 according to FIG. 7 has a rectangular ground plan. As a result, the conversion element 1 is easier to manufacture. About the high concentration of the conversion agent 3, a nearly point-like light source is also achieved on converted radiation.
  • the concentration of the conversion agent 3 in this case is typically so great that the conversion agent 3 occupies a volume fraction of the order of 25 percent.
  • Conversion 3 for example, a cerium-containing garnet with a thermal conductivity of about 2.5 W / (m K), significantly lower than that of ceramic or metallic bathleitpumblen 4 with up to about 400 W / (m K).
  • the thermal conductivity of the silicone is only about 0.1 W / (m K) and thus up to a factor of 4000 lower than the thermal conductivity of the heat-conducting particles 4.
  • the heat-conducting particles 4 are preferably concentrated so high that their volume fraction alone already reaches or exceeds the percolation threshold.
  • the radiation coupling of the semiconductor component 60 into the conversion element 1 takes place via a light guide 9, in which the radiation L to be converted is guided. Especially at high light outputs, this provides additional security, since no potentially eye-damaging UV radiation passes through a free space between semiconductor device 60 and conversion element 1.
  • semiconductor component 60 and conversion element 1 of the luminous means 10 are mounted on two different heat sinks 16A, 16B.
  • the radiation L of the semiconductor device 60 either passes free-wheeling, as shown in FIG. 9, or guided via a light guide 9, as in the exemplary embodiment according to FIG. 10, to the conversion element 1.
  • the conversion element 1 is integrated in the light guides 9.
  • the conversion element 1 can in this case be designed analogously to one of the exemplary embodiments according to FIGS. 1 to 10. - -
  • the light guide 9 of the luminous means 10 additionally has a sheath 20, which is designed, for example, from a thermally conductive metal. Heat can be efficiently removed from the conversion element 1 via the jacket 20. Since the sheathing 20, in comparison to the conversion element 1, has a large surface area, efficient heat dissipation to the surroundings of the luminous means 10 is ensured.
  • the jacket 20 may be thermally connected via a thermal coupler 18 to a heat sink 16 on which the semiconductor device 60 is mounted.
  • the heat coupler 18 may for example be made metallic or designed in the form of a heat conductive paste. The use of a
  • Heat coupler 18 is particularly efficient if the length of the light guide 9 is only in the range of a few millimeters or less centimeters.
  • Heat sink 16 an optoelectronic semiconductor chip 6, for example an LED, applied directly with good thermal contact.
  • the semiconductor chip 6 emits light, for example, on a top side 21 facing away from the heat sink 16.
  • the radiation emitted by the semiconductor chip 6 then passes into the conversion element 1, which is mounted over the upper side 21.
  • the semiconductor chip 6 designed approximately as an LED is mounted in a housing base body 19 with a recess 22.
  • the recess 22 is filled with the conversion element 1.
  • the recess 22 may, at least in places, with a thermally conductive Material may be coated as a metal, wherein the coating may be thermally conductive and reflective for the converted and the converted radiation act.
  • a layer 23 is applied, which reflects the radiation emitted by the semiconductor chip 6 and to be converted back into the conversion element 1 and at the same time substantially transmissive or antireflecting for the converted radiation.

Abstract

In at least one embodiment of the conversion element (1) the latter comprises a light-permeable matrix material (2) into which heat-conducting particles (4) and at least one conversion means (3) are embedded, said conversion means (3) being designed to at least partially convert light of a certain wavelength to light of a different wavelength. The conversion means (3) and/or the heat-conducting particles (4) form heat-conducting paths P in the conversion element (1). Heat can be efficiently carried off from the conversion element (1) via the heat-conducting paths P formed by the heat-conducting particles (4) and the conversion means (3), thereby increasing the conversion efficiency of the conversion element.

Description

Beschreibungdescription
Konversionselement und LeuchtmittelConversion element and light source
Es wird ein Konversionselement sowie ein Leuchtmittel angegeben.It is specified a conversion element and a light source.
Für viele Anwendungen wird Licht einer spezifischen Wellenlänge oder eines bestimmten Spektralbereichs benötigt. Viele Lichtquellen, insbesondere auf Halbleitern basierende Lichtquellen wie Leuchtdioden oder Laserdioden, emittieren Licht allerdings nur in einem davon abweichenden Spektralbereich oder bei diskreten Wellenlängen. Daher ist es oft gewünscht, das von der Lichtquelle emittierte Licht in Licht einer anderen Wellenlänge umzuwandeln. Diese Konversion geschieht beispielsweise mittels organischen oder anorganischen Lumineszenzstoffen. Die Konversion beruht bei diesen Lumineszenzstoffen zumeist auf dem Prinzip der so genannten Down-Conversion. Das heißt, Licht beispielsweise im blauen Spektralbereich wird absorbiert und dazu niederfrequenteres, rotverschobenes Licht wird emittiert. Mit anderen Worten wird Lichtstrahlung hoher Energie durch den Leuchtstoff in Lichtstrahlung niedrigerer Energie und in nichtstrahlende Energie, insbesondere in Wärme, umgewandelt.For many applications, light of a specific wavelength or spectral range is needed. However, many light sources, in particular semiconductor-based light sources such as light-emitting diodes or laser diodes, emit light only in a deviating spectral range or at discrete wavelengths. Therefore, it is often desirable to convert the light emitted by the light source into light of a different wavelength. This conversion happens for example by means of organic or inorganic luminescent substances. The conversion is based on these luminescent substances mostly on the principle of so-called down-conversion. That is, light, for example, in the blue spectral range is absorbed and this low-frequency, red-shifted light is emitted. In other words, high energy light radiation is converted by the phosphor into lower energy light radiation and non-radiative energy, particularly heat.
Die Druckschrift EP 1 605 028 Al betrifft ein Licht emittierendes Bauteil mit einem Konversionselement sowie ein Herstellungsverfahren hierfür.Document EP 1 605 028 A1 relates to a light-emitting component with a conversion element and to a production method therefor.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Konversionselement mit verbesserter Effizienz anzugeben. Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Leuchtmittel mit einem solchen Konversionselement anzugeben. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Konversionselements umfasst dieses ein Matrixmaterial. In dem Matrixmaterial können weitere Bestandteile des Konversionselements eingebettet sein, wobei das Matrixmaterial als Bindemittel wirken kann. Das Matrixmaterial ist in einem relevanten Spektralbereich bevorzugt durchlässig für die elektromagnetische Strahlung. „Relevanter Spektralbereich" bedeutet hierbei sowohl Licht einer Wellenlänge oder eines ersten Wellenlängenbereichs, das zu konvertieren ist, als auch Licht einer Wellenlänge oder eines Wellenlängenbereichs, das durch die Konversion resultiert. Weiterhin ist das Matrixmaterial im relevanten Spektralbereich bevorzugt unempfindlich gegenüber Fotoschäden. Das heißt, durch die zu konvertierende oder die konvertierte Strahlung wird dasAn object to be solved is to specify a conversion element with improved efficiency. Another object to be solved is to specify a light source with such a conversion element. According to at least one embodiment of the conversion element, this comprises a matrix material. In the matrix material, further constituents of the conversion element can be embedded, wherein the matrix material can act as a binder. The matrix material is preferably permeable to the electromagnetic radiation in a relevant spectral range. In this case, "relevant spectral range" means both light of a wavelength or of a first wavelength range which is to be converted, and light of a wavelength or of a wavelength range which results from the conversion.Furthermore, the matrix material in the relevant spectral range is preferably insensitive to photo damage. through the converted or the converted radiation is the
Matrixmaterial nicht fotochemisch beschädigt, zumindest auf der Zeitskala der Lebensdauer des Konversionselements. Die Lebensdauer des Konversionselements kann hierbei so definiert werden, dass während der Lebensdauer die Effizienz des Konversionselements oberhalb von 80 % der ursprünglichenMatrix material not photochemically damaged, at least on the time scale of the life of the conversion element. The lifetime of the conversion element can in this case be defined so that during the lifetime of the efficiency of the conversion element above 80% of the original
Effizienz liegt, bezogen auf gleiche Leistung und gleichen Wellenlängenbereich des zu konvertierenden Lichts . Ist das Konversionselement in Verbindung mit einem optoelektronischen Halbleiterchip eingesetzt, so ist die Lebensdauer des Konversionselements bevorzugt mindestens so hoch wie die Lebensdauer des Halbleiterchips.Efficiency is based on the same power and the same wavelength range of the light to be converted. If the conversion element is used in conjunction with an optoelectronic semiconductor chip, the service life of the conversion element is preferably at least as high as the service life of the semiconductor chip.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Konversionselements umfasst dieses Wärmeleitpartikel. Die Wärmeleitpartikel liegen zum Beispiel pulverförmig vor. Die Wärmeleitpartikel sind bevorzugt derart mit einem Material oder einer Materialkombination gestaltet, dass die Wärmeleitpartikel eine deutlich höhere Wärmeleitfähigkeit als das Matrixmaterial aufweisen. Deutlich höher kann bedeuten, dass die spezifische Wärmeleitfähigkeit der Wärmeleitpartikel um mindestens einen Faktor 5, bevorzugt um mindestens einen Faktor 10 größer ist als die spezifische Wärmeleitfähigkeit des Matrixmaterials .According to at least one embodiment of the conversion element comprises this Wärmeleitpartikel. The Wärmeleitpartikel are, for example, in powder form. The Wärmeleitpartikel are preferably designed with a material or a combination of materials that the Wärmeleitpartikel a significantly higher thermal conductivity than the Have matrix material. Significantly higher may mean that the specific thermal conductivity of the Wärmeleitpartikel by at least a factor of 5, preferably by at least a factor 10 is greater than the specific thermal conductivity of the matrix material.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Konversionselements weist dieses mindestens ein Konversionsmittel auf. Das Konversionsmittel kann ein anorganischer Leuchtstoff sein, der auf Down-Conversion beruht. Bevorzugt ist dasAccording to at least one embodiment of the conversion element, this has at least one conversion means. The conversion agent may be an inorganic phosphor based on down-conversion. This is preferred
Konversionsmittel mit einem Cer-dotierten oder Europiumdotierten Leuchtstoff gebildet. Das Konversionsmittel ist dazu ausgestaltet, Licht eines ersten Wellenlängenbereichs mindestens zum Teil in Licht eines anderen, zweiten Wellenlängenbereichs umzuwandeln. Der Wirkungsgrad dieser Konversion kann von der Temperatur abhängen, insbesondere kann der Wirkungsgrad mit steigender Temperatur sinken.Conversion agent with a cerium-doped or europium-doped phosphor formed. The conversion means is configured to at least partially convert light of a first wavelength range into light of another, second wavelength range. The efficiency of this conversion may depend on the temperature, in particular, the efficiency may decrease with increasing temperature.
Das Konversionsmittel ist zum Beispiel pulverförmig. Insbesondere sind Konversionsmittel und Wärmeleitpartikel mit unterschiedlichen Stoffen gebildet, wobei die Wärmeleitpartikel eine deutlich höhere spezifische Wärmeleitfähigkeit aufweisen, die zum Beispiel die spezifische Wärmeleitfähigkeit des Konversionsmittels um mindestens einen Faktor 10, bevorzugt um mindestens einenThe conversion agent is, for example, pulverulent. In particular, conversion agent and Wärmeleitpartikel are formed with different materials, wherein the Wärmeleitpartikel have a significantly higher specific thermal conductivity, for example, the specific thermal conductivity of the conversion agent by at least a factor of 10, preferably at least one
Faktor 25 übersteigt. Ebenso wie das Matrixmaterial sind die Wärmeleitpartikel und das Konversionsmittel im relevanten Spektralbereich bevorzugt beständig gegen Fotoschäden. Auch sind die Wärmeleitpartikel und das Konversionsmittel insbesondere beständig gegenüber thermischen Belastungen, die im Betrieb des Konversionselements auftreten. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Konversionselements beeinflussen die Wärmeleitpartikel das Spektrum des vom Konversionselement emittierten Lichts nicht. Das heißt, die Wärmeleitpartikel tragen zur Konversion des Lichts aus dem ersten Wellenlängenbereich nicht bei . Bevorzugt wirken die Wärmeleitpartikel auch nicht als Filter für Wellenlängen im sichtbaren Spektralbereich zwischen 420 nm und 780 nm. Etwa im ultravioletten Spektralbereich kann eine filternde Wirkung der Wärmeleitpartikel vorhanden sein, so dass beispielsweise keine UV-Strahlung unterhalb von etwa 400 nm emittiert wird. Durch solche Wärmeleitpartikel wird der Farbort des vom Konversionselement erzeugten Lichts nicht beeinflusst. Die thermischen Eigenschaften können somit separat von den spektralen Eigenschaften des Konversionselements eingestellt werden.Exceeds 25 times. Like the matrix material, the heat-conducting particles and the conversion agent in the relevant spectral range are preferably resistant to photo damage. Also, the Wärmeleitpartikel and the conversion means are particularly resistant to thermal stresses that occur during operation of the conversion element. According to at least one embodiment of the conversion element, the heat-conducting particles do not influence the spectrum of the light emitted by the conversion element. That is, the Wärmeleitpartikel do not contribute to the conversion of the light from the first wavelength range. The heat-conducting particles also preferably do not act as filters for wavelengths in the visible spectral range between 420 nm and 780 nm. Approximately in the ultraviolet spectral range, a filtering effect of the heat-conducting particles may be present so that, for example, no UV radiation below about 400 nm is emitted. By such Wärmeleitpartikel the color location of the light generated by the conversion element is not affected. The thermal properties can thus be set separately from the spectral properties of the conversion element.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Konversionselements sind Wärmeleitpartikel und Konversionsmittel im Matrixmaterial des Konversionselements eingebettet. Eingebettet bedeutet hierbei, dass die Wärmeleitpartikel und das Konversionsmittel, die selbst keine oder keine signifikante Haftung untereinander zeigen können, durch das Matrixmaterial zusammengehalten werden. Ist kein zusätzlicher formgebender Körper, wie etwa eine Umhüllung oder eine Gussform, vorhanden, so ist die geometrische Gestalt des Konversionselements bevorzugt durch das Matrixmaterial vorgegeben. Das Matrixmaterial kann dem Konversionselement mechanische Stabilität verleihen. Insbesondere ist das Matrixmaterial inklusive eingebetteter Stoffe, das heißt also, das Konversionselement, selbsttragend, so dass es etwa mit Pinzetten oder anderen Werkzeugen gehandhabt werden kann. Zum Beispiel sind die Wärmeleitpartikel und/oder das Konversionsmittel im Konversionselement, insbesondere im Matrixmaterial, statistisch verteilt. Mit anderen Worten sind die Partikel homogen verteilt, wobei eine Konzentration der Partikel nur zufällige, räumliche Schwankungen aufzeigt.According to at least one embodiment of the conversion element Wärmeleitpartikel and conversion means are embedded in the matrix material of the conversion element. Embedded here means that the Wärmeleitpartikel and the conversion agent, which themselves can show no or no significant adhesion to each other, are held together by the matrix material. If no additional shaping body, such as an envelope or a casting mold, is present, then the geometric shape of the conversion element is preferably predetermined by the matrix material. The matrix material can impart mechanical stability to the conversion element. In particular, the matrix material, including embedded substances, that is to say, the conversion element, is self-supporting, so that it can be handled with tweezers or other tools. For example, the Wärmeleitpartikel and / or the conversion agent in the conversion element, in particular in Matrix material, statistically distributed. In other words, the particles are homogeneously distributed, with a concentration of the particles indicating only random spatial variations.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Konversionselements weist dieses WärmeIeitpfade auf. Das heißt, im Konversionselement existieren Pfade bildende, zusammenhängende Bereiche, die eine deutlich höhere Wärmeleitfähigkeit als das Matrixmaterial aufweisen. Diese Bereiche reichen von einer inneren Region, beispielsweise von einem im Matrixmaterial eingebetteten Partikel oder Bestandteil des Konversionsmittels, bis zu einer Oberfläche des Konversionselements. Hierdurch wird es ermöglicht, dass Wärme von einem Bestandteil des Konversionsmittels weg hin zur Oberfläche des Konversionselements beziehungsweise des Matrixmaterials geführt wird. Insbesondere wird die Wärme also von durch die Konversion erwärmten Bestandteilen des Konversionsmittels abgeführt. Der Wärmetransport erfolgt im Wesentlichen durch Wärmeleitung über die Pfade.According to at least one embodiment of the conversion element has this WärmeIeitpfade. That is, in the conversion element exist path-forming, contiguous areas that have a significantly higher thermal conductivity than the matrix material. These regions extend from an inner region, for example from a particle embedded in the matrix material or a constituent of the conversion agent, to a surface of the conversion element. This makes it possible for heat to be conducted away from a constituent of the conversion agent toward the surface of the conversion element or of the matrix material. In particular, the heat is thus dissipated by heated by the conversion components of the conversion agent. The heat transport takes place essentially by heat conduction over the paths.
In mindestens einer Ausführungsform des Konversionselements ist dieses mit einem lichtdurchlässigen Matrixmaterial gestaltet, in dem Wärmeleitpartikel und mindestens ein Konversionsmittel eingebettet sind, wobei das Konversionsmittel dazu ausgestaltet ist, Licht einerIn at least one embodiment of the conversion element this is designed with a translucent matrix material in which heat-conducting particles and at least one conversion agent are embedded, wherein the conversion means is configured to light a
Wellenlänge beziehungsweise eines Wellenlängenbereichs zumindest zum Teil in Licht einer anderen Wellenlänge beziehungsweise eines anderen Wellenlängenbereichs umzuwandeln. Durch das Konversionsmittel und/oder die Wärmeleitpartikel sind WärmeIeitpfade im Konversionselement gebildet. Über solche, durch Wärmeleitpartikel und Konversionsmittel gebildete WärmeIeitpfade kann Wärme aus dem Konversionselement effizient abgeführt und somit die Temperatur des Konversionselements im Betrieb gesenkt werden. Hierdurch erhöht sich die Konversionseffizienz desWavelength or wavelength range at least partially in light of another wavelength or another wavelength range to convert. Due to the conversion agent and / or the Wärmeleitpartikel WärmeIeitpfade are formed in the conversion element. Heat can be efficiently removed from the conversion element via such heat transmission paths formed by heat conduction particles and conversion means, and thus the temperature of the conversion element can be lowered during operation. This increases the conversion efficiency of the
Konversionselements. Der Platzbedarf des Konversionselements wird durch die WärmeIeitpfade nicht oder nicht signifikant vergrößert .Conversion element. The space requirement of the conversion element is not or not significantly increased by the WärmeIeitpfade.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Konversionselements führt mindestens ein Teil der WärmeIeitpfade aus dem Innern des Matrixmaterials an eine Oberfläche des Matrixmaterials. Durch solche Wärmeleitpfade kann Wärme aus dem Innern des Matrixmaterials effizient abgeführt werden.In accordance with at least one embodiment of the conversion element, at least a part of the heat conduction paths leads from the interior of the matrix material to a surface of the matrix material. By such Wärmeleitpfade heat from the interior of the matrix material can be dissipated efficiently.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Konversionselements weisen Konversionsmittel und Wärmeleitpartikel zusammengenommen einen Volumenanteil auf, der mit einer Toleranz von fünf Volumenprozent mindestens so groß ist, dass er der Perkolationsschwelle der Summe von Wärmeleitpartikeln und Konversionsmittel entspricht. Zum Beispiel entspricht der Volumenanteil von Konversionsmitteln und WärmeIeitpartikein zusammen bis auf eine Toleranz von fünf Volumenprozent genau der Perkolationsschwelle. Insbesondere beträgt die Toleranz nur drei Volumenprozent, insbesondere nur ein Volumenprozent.In accordance with at least one embodiment of the conversion element, conversion agent and heat conduction particles taken together have a volume fraction which, with a tolerance of five percent by volume, is at least equal to the percolation threshold of the sum of heat conduction particles and conversion agent. For example, the volume fraction of conversion agents and heat particles together corresponds exactly to the percolation threshold to a tolerance of five percent by volume. In particular, the tolerance is only three percent by volume, in particular only one percent by volume.
Die Perkolationsschwelle kann im vorliegenden Fall beispielsweise wie folgt angegeben sein: Bei einem mehrdimensionalen Gitter sind die Gitterplätze statistisch mit in diesem Falle Konversionsmittelbestandteilen oderThe percolation threshold can be given in the present case, for example, as follows: In a multidimensional grid, the lattice sites are statistically with in this case conversion constituents or
Wärmeleitpartikeln besetzt. Ab einem gewissen Anteil beziehungsweise Prozentsatz besetzter Gitterplätze, der als Perkolationsschwelle bezeichnet wird, ergibt sich ein zusammenhängendes Gebiet aus benachbarten, besetzten Gitterplätzen. Von Gitterplätzen übertragen auf Partikel heißt das, dass sich benachbarte Partikel in direktem Kontakt zueinander befinden. So ein perkoliertes, zusammenhängendes Gebiet erstreckt sich im Wesentlichen über das gesamte System, also in diesem Fall über das gesamte Konversionselement. Das heißt, ein Endpunkt eines Pfades an einer Oberfläche des Matrixmaterials steht über den Pfad in Verbindung mit einem anderen Endpunkt eines Pfades an einem anderen Punkt der Oberfläche. Die Perkolationsschwelle kann zum Beispiel durch Simulationen, etwa durch Monte-Carlo- Simulationen, oder auch durch einfache Experimente ermittelt werden.Wärmeleitpartikeln occupied. From a certain proportion or percentage occupied lattice sites, which is referred to as percolation threshold, results in a contiguous area from adjacent, occupied lattice sites. From lattice sites transferred to particles this means that adjacent particles are in direct contact with each other. Such a percolated, contiguous area extends essentially over the entire system, in this case over the entire conversion element. That is, one endpoint of a path on one surface of the matrix material is in communication with another endpoint of a path across the path at another point on the surface. The percolation threshold can be determined, for example, by simulations, for example by Monte Carlo simulations, or by simple experiments.
In erster Näherung ist die Perkolationsschwelle desAs a first approximation, the percolation threshold of the
Konversionselements lediglich abhängig von dem Volumenanteil, den Konversionsmittel und Wärmeleitpartikel darstellen, wobei der Volumenanteil in Analogie dem Anteil besetzter Gitterplätze entspricht. Unter der Voraussetzung, dass Wärmeleitpartikel und Konversionsmittel vergleichbareConversion element only depending on the volume fraction, the conversion agent and Wärmeleitpartikel represent, wherein the volume fraction in analogy corresponds to the proportion of occupied lattice sites. Provided that heat conducting particles and conversion agents are comparable
Partikelgrößen aufweisen, und unter der Voraussetzung, dass sowohl Konversionsmittel als auch Wärmeleitpartikel statistisch im Konversionselement beziehungsweise im Matrixmaterial verteilt sind, entspricht die Perkolationsschwelle der Partikel in etwa einem Volumenanteil von 30 bis 35 Prozent. Ein Gewichtsanteil der Wärmeleitpartikel an dem Konversionselement kann dann 70 Prozent übersteigen. Abhängig etwa von der Gestalt oder der Größenverteilung der Partikel kann der für die Perkolationsschwelle erforderliche Volumenanteil aber stark von diesem Wertebereich abweichen. Durch einen Volumenanteil von Konversionsmittel und Wärmeleitpartikeln, der mindestens der Perkolationsschwelle entspricht, kann eine hohe Wärmeleitfähigkeit des Konversionselements erzielt werden.Have particle sizes, and provided that both conversion agent and Wärmeleitpartikel statistically distributed in the conversion element or in the matrix material, the percolation threshold of the particles corresponds approximately to a volume fraction of 30 to 35 percent. A proportion by weight of the Wärmeleitpartikel on the conversion element can then exceed 70 percent. Depending on the shape or the size distribution of the particles, however, the volume fraction required for the percolation threshold can deviate greatly from this range of values. By a volume fraction of conversion agent and Wärmeleitpartikeln, the at least corresponds to the percolation threshold, a high thermal conductivity of the conversion element can be achieved.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Konversionselements entspricht der Volumenanteil der WärmeIeitpartikel, mit einer Toleranz von fünf Volumenprozent, genau derAccording to at least one embodiment of the conversion element, the volume fraction of the heat-conducting particles, with a tolerance of five percent by volume, corresponds exactly to this
Perkolationsschwelle der Wärmeleitpartikel. Bevorzugt beträgt die Toleranz lediglich drei Volumenprozent, besonders bevorzugt lediglich ein Volumenprozent. Bevorzugt liegt der Volumenanteil der Wärmeleitpartikel im Bereich von 28Percolation threshold of the Wärmeleitpartikel. Preferably, the tolerance is only three percent by volume, more preferably only one percent by volume. Preferably, the volume fraction of Wärmeleitpartikel is in the range of 28
Volumenprozent bis zu 38 Volumenprozent, besonders bevorzugt zwischen 30 Volumenprozent und 35 Volumenprozent, insbesondere zwischen 31,5 Volumenprozent und 33 Volumenprozent. Perkolieren die Wärmeleitpartikel alleine, ohne Einbeziehung des Konversionsmittels, so kann eine besonders hohe Wärmeleitfähigkeit erzielt werden.Volume percent up to 38 percent by volume, more preferably between 30 percent by volume and 35 percent by volume, in particular between 31.5 percent by volume and 33 percent by volume. Percolation of the Wärmeleitpartikel alone, without inclusion of the conversion agent, so a particularly high thermal conductivity can be achieved.
Gemäß zumindest einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Konversionselements liegt der Volumenanteil der Wärmeleitpartikel fünf Prozent über der Perkolationsschwelle, mit einer Toleranz von höchstens drei, bevorzugt von höchstens zwei, insbesondere von höchstens einem Volumenprozent. Liegt die Perkolationsschwelle also zum Beispiel bei 33 Volumenprozent, so beträgt der Volumenanteil der Wärmeleitpartikel zusammen mit dem Konversionsmittel oder, bevorzugt, der Wärmeleitpartikel alleine insbesondere zwischen einschließlich 36 Volumenprozent und 40 Volumenprozent. Über einen solchen Volumenanteil, der etwas höher als der der Perkolationsschwelle entsprechende Volumenanteil gewählt ist, kann auch bei einer Herstellung des Konversionselements mit vergleichsweise hohen Toleranzen bezüglich des Volumenanteils gewährleistet werden, dass das Konversionselement eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist. - S -In accordance with at least one particularly preferred embodiment of the conversion element, the volume fraction of the heat-conducting particles is five percent above the percolation threshold, with a tolerance of at most three, preferably at most two, in particular at most one percent by volume. Thus, if the percolation threshold is, for example, 33% by volume, then the volume fraction of the heat-conducting particles together with the conversion agent or, preferably, the heat-conducting particles alone is in particular between 36% by volume and 40% by volume. About such a volume fraction, which is chosen slightly higher than the Perkolationsschwelle corresponding volume fraction can be ensured even with a production of the conversion element with comparatively high tolerances with respect to the volume fraction, that the conversion element has a high thermal conductivity. - S -
Dadurch, dass der Volumenanteil bevorzugt knapp über, also nahe an der Perkolationsschwelle liegt und daher der Volumenanteil vergleichsweise gering ist, treten Effekte wie verminderte mechanische Integrität des Konversionselements oder erhöhtes Streuverhalten aufgrund der Wärmeleitpartikel im Vergleich zu einem herkömmlichen Konversionselement nicht signifikant verstärkt auf.Due to the fact that the volume fraction is preferably just above, ie close to, the percolation threshold and therefore the volume fraction is comparatively low, effects such as reduced mechanical integrity of the conversion element or increased scattering behavior due to the heat conduction particles do not significantly increase compared to a conventional conversion element.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Konversionselements umfasst dies eine Umhüllung, die bevorzugt aus einem wärmeleitfähigen Material gestaltet ist, die in direktem Kontakt zum Matrixmaterial steht und dieses mindestens teilweise umgibt. Die Umhüllung kann beispielsweise aus einer Keramik, einem Metall oder einer Metalllegierung gestaltet sein. Über eine wärmeleitfähige Umhüllung kann aus dem Inneren des Matrixmaterials über die Wärmeleitpartikel abtransportierte Wärme von der Oberfläche des Matrixmaterials effizient weggeleitet werden. Weiterhin kann durch die Umhüllung eine Form gegeben sein, beispielsweise in Gestalt einer Spritzform, die die Herstellung des Konversionselements vereinfacht .According to at least one embodiment of the conversion element, this comprises an envelope, which is preferably made of a thermally conductive material which is in direct contact with the matrix material and at least partially surrounds it. The enclosure may be designed, for example, of a ceramic, a metal or a metal alloy. By means of a thermally conductive sheath, heat removed from the interior of the matrix material via the heat-conducting particles can be efficiently conducted away from the surface of the matrix material. Furthermore, by the envelope may be given a shape, for example in the form of an injection mold, which simplifies the production of the conversion element.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Konversionselements ist die Umhüllung mindestens stellenweise transparent und alternativ oder zusätzlich mindestens stellenweise reflektierend ausgestaltet. Über eine zumindest teilweise transparente Umhüllung kann Licht in das Konversionselement ein- sowie aus diesem austreten. Die transparenten Stellen der Umhüllung können hierbei Wellenlängen selektiv ausgestaltet sein, so dass beispielsweise einIn accordance with at least one embodiment of the conversion element, the covering is at least locally transparent and, alternatively or additionally, designed at least in places reflecting. By means of an at least partially transparent envelope, light can enter and leave the conversion element. In this case, the transparent areas of the enclosure can be configured selectively for wavelengths, so that, for example, a
Eintrittsfenster für zu konvertierende Wellenlängen transparent ausgestaltet ist, wohingegen es für konvertierte Wellenlängen reflektierend wirkt. Entsprechend Umgekehrtes kann für einen Lichtaustrittsbereich gelten. Über eine reflektierend ausgestaltete Umhüllung kann die Lichtabsorption durch die Umhüllung und somit ein Verlust an Strahlungsleistung unterbunden oder zumindest reduziert werden. Hierdurch wird der Wirkungsgrad des Konversionselements erhöht.Entry window for wavelengths to be converted is designed to be transparent, whereas it has a reflective effect for converted wavelengths. Correspondingly vice versa can apply to a light exit area. About a reflective configured envelope, the light absorption by the envelope and thus a loss of radiation power can be prevented or at least reduced. As a result, the efficiency of the conversion element is increased.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Konversionselements weist dieses mindestens zwei Kammern auf, die mindestens stellenweise über wärmeleitfähige Zwischenwände miteinander verbunden sind. Über solche Zwischenwände kann Wärme aus dem Innern des Konversionselements heraus effektiv nach außen abgeführt werden. Die verschiedenen Kammern können eine gleiche oder auch verschiedene MaterialZusammensetzungen aufweisen. So kann beispielsweise ein Gradient an Anteil des einen oder von mehreren Konversionsmitteln über verschiedene Kammern hinweg realisiert werden. Bevorzugt sind Kammern und Zwischenwände so gestaltet, dass die Lichtein- und Lichtauskopplung in beziehungsweise aus dem Konversionselement sowie die Lichtlaufwege imIn accordance with at least one embodiment of the conversion element, the latter has at least two chambers, which are connected to one another at least in places via thermally conductive partitions. Heat can be removed from the interior of the conversion element effectively to the outside via such partitions. The various chambers may have the same or different material compositions. For example, a gradient of proportion of the one or more conversion means across different chambers can be realized. Preferably, chambers and partitions are designed so that the light input and light extraction in or out of the conversion element and the light paths in
Konversionselement nicht signifikant beeinträchtigt sind. Hierdurch erhöht sich die Homogenität des vom Konversionselement abgestrahlten Lichts.Conversion element are not significantly affected. This increases the homogeneity of the light emitted by the conversion element.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Konversionselements sind die Wärmeleitpartikel in relevanten Spektralbereichen nicht absorbierend. „Nicht absorbierend" bedeutet hierbei, dass die Wärmeleitpartikel nicht mehr als 15 Prozent, bevorzugt nicht mehr als 5 Prozent, insbesondere nicht mehr als 2,5 Prozent der Strahlungsleistung von zu konvertierendem und konvertiertem Licht absorbieren. Über solche Wärmeleitpartikel kann der Wirkungsgrad des Konversionselements erhöht werden. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Konversionselements weisen Wärmeleitpartikel eine mittlere Größe zwischen zehn Nanoraeter und 100 Mikrometer auf. Das heißt, mindestens zwei der Wärmeleitpartikel haben eine Größe zwischen zehnIn accordance with at least one embodiment of the conversion element, the heat-conducting particles are non-absorbent in relevant spectral ranges. "Non-absorbing" here means that the heat-conducting particles do not absorb more than 15 percent, preferably not more than 5 percent, in particular not more than 2.5 percent, of the radiant power of light to be converted and converted become. According to at least one embodiment of the conversion element, heat-conducting particles have an average size of between ten nanometers and 100 micrometers. That is, at least two of the Wärmeleitpartikel have a size between ten
Nanometer und 100 Mikrometer, bevorzugt weist ein Großteil der Wärmeleitpartikel, also über 50 Prozent, insbesondere mehr als 80 Prozent, eine Größe in diesem Bereich auf. Besonders bevorzugt liegt der Mittelwert über alle Wärmeleitpartikel ebenfalls in diesem Wertebereich. Im Falle sphärischer oder nahezu sphärischer Partikel ist unter der Größe der Partikel ihr Durchmesser zu verstehen. Bei signifikant asphärischen Partikeln wird als Partikelgröße der über drei Hauptachsen gemittelte Durchmesser verstanden. Insbesondere liegt die mittlere Größe der Wärmeleitpartikel im Bereich von einschließlich 30 nm bis 150 nm, besonders bevorzugt im Bereich von einschließlich 1 μm bis 20 μm oder im Bereich von einschließlich 5 μm bis 50 μm. Solche Nanopartikel oder Mikropartikel sind leicht herzustellen und können gut in das Matrixmaterial eingebettet werden. Durch die Verwendung vergleichsweise großer Wärmeleitpartikel kann die spezifische Wärmeleitfähigkeit des Konversionselements, im Vergleich zu kleinen Wärmeleitpartikeln, bei gleichem Volumenanteil gesteigert werden.Nanometer and 100 microns, preferably, a majority of Wärmeleitpartikel, ie over 50 percent, in particular more than 80 percent, a size in this area. Particularly preferably, the mean value over all Wärmeleitpartikel also in this range of values. In the case of spherical or nearly spherical particles, the size of the particles means their diameter. In the case of significantly aspherical particles, the particle size is understood as the diameter averaged over three main axes. In particular, the average size of the Wärmeleitpartikel is in the range of 30 nm to 150 nm inclusive, more preferably in the range of from 1 .mu.m to 20 .mu.m or in the range of 5 microns to 50 microns inclusive. Such nanoparticles or microparticles are easy to prepare and can be well embedded in the matrix material. By using comparatively large Wärmeleitpartikel the specific thermal conductivity of the conversion element, compared to small Wärmeleitpartikeln be increased at the same volume fraction.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Konversionselements weist mindestens ein Teil der Wärmeleitpartikel eine mittlere Größe auf, die kleiner als die halbe Wellenlänge des kurzwelligsten zu konvertierenden Lichts ist. Bevorzugt ist die mittlere Größe der Wärmeleitpartikel kleiner als einAccording to at least one embodiment of the conversion element, at least a portion of the Wärmeleitpartikel on an average size which is smaller than half the wavelength of the shortest wavelength to be converted light. Preferably, the average size of the Wärmeleitpartikel is smaller than a
Viertel der Wellenlänge des zu konvertierenden Lichts, besonders bevorzugt kleiner als ein Zehntel. Bei derart geringen Partikelgrößen kann die Streuung des Lichts an den Wärmeleitpartikeln in erster Näherung vernachlässigt werden. Hierdurch kann sich die Effizienz des Konversionselements verbessern.Quarter of the wavelength of the light to be converted, more preferably less than one-tenth. With such small particle sizes, the scattering of the light on the Wärmeleitpartikeln be neglected in a first approximation. This can improve the efficiency of the conversion element.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Konversionselements weist mindestens ein Wärmeleitpartikel, bevorzugt die Majorität der Partikel, eine numerische Exzentrizität von mindestens 1,5 oder von mindestens vier, insbesondere von mindestens 10 auf. Bevorzugt liegt die numerische Exzentrizität zischen einschließlich 1,5 und 2,0. Mit anderen Worten ist eine längste Achse der Wärmeleitpartikel um einen Faktor zwischen einschließlich 1,5 und 2,0 größer als eine kürzeste Achse der WärmeIeitpartike1. Die Wärmeleitpartikel können mechanisch starr ausgebildet sein. Durch solche Wärmeleitpartikel ist es möglich, dass der für eine effiziente Wärmeleitung notwendige Volumenanteil der Wärmeleitpartikel herabgesetzt ist.According to at least one embodiment of the conversion element, at least one Wärmeleitpartikel, preferably the majority of the particles, a numerical eccentricity of at least 1.5 or at least four, in particular of at least 10 on. Preferably, the numerical eccentricity is between 1.5 and 2.0. In other words, a longest axis of the heat conduction particles is larger than a shortest axis of the heat conduction particles by a factor between 1.5 and 2.0 inclusive. The Wärmeleitpartikel may be mechanically rigid. By such Wärmeleitpartikel it is possible that the necessary for efficient heat transfer volume fraction of Wärmeleitpartikel is reduced.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Konversionselements sind die Wärmeleitpartikel als Plättchen geformt. DieIn accordance with at least one embodiment of the conversion element, the heat-conducting particles are shaped as platelets. The
Plättchen können, in Draufsicht gesehen, rund, viereckig oder dreieckig gestaltet sein. Die Plättchen können bezüglich einer Raumrichtung orientiert sein, so dass zum Beispiel ein Normalenvektor aller Plättchen, mit einer Toleranz von 30°, in dieselbe Richtung zeigt. Insbesondere durch die Verwendung dreieckiger Plättchen lässt sich die Perkolationsschwelle bezüglich des Volumenanteils der Wärmeleitpartikel herabsetzen.Platelets can, viewed in plan view, be round, square or triangular. The platelets may be oriented with respect to a spatial direction such that, for example, a normal vector of all platelets, with a tolerance of 30 °, points in the same direction. In particular, by the use of triangular platelets, the percolation threshold can be reduced with respect to the volume fraction of the Wärmeleitpartikel.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Konversionselements weist dieses Wärmeleitpartikel mit einem ersten Durchmesser und mit einem zweiten Durchmesser auf, wobei ein Verhältnis aus dem ersten Durchmesser und dem zweiten Durchmesser - -According to at least one embodiment of the conversion element, this has Wärmeleitpartikel with a first diameter and with a second diameter, wherein a ratio of the first diameter and the second diameter - -
zwischen einschließlich 0,4 und 0,6 beträgt. Die Anzahl der WärmeIeitpartikel mit dem ersten und dem zweiten Durchmesser ist, mit einer Toleranz von 20 Prozent, bevorzugt gleich.between 0.4 and 0.6 inclusive. The number of first and second diameter heat conduction particles is preferably equal to a tolerance of 20 percent.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Konversionselements weist mindestens ein Wärmeleitpartikel, bevorzugt die Majorität der Partikel, eine numerische Exzentrizität von weniger als zehn, insbesondere von weniger als drei auf. Das heißt, eine Längsachse der Partikel ist höchstens um einen Faktor zehn größer als der mittlere Durchmesser bezüglich der Querachse, also senkrecht zur Längsachse. Bei mechanisch flexibel gestalteten Wärmeleitpartikeln, beispielsweise bei fadenartigen Partikeln, ist als Längsausdehnung die Ausdehnung in gestrecktem Zustand zu verstehen.According to at least one embodiment of the conversion element, at least one Wärmeleitpartikel, preferably the majority of the particles, a numerical eccentricity of less than ten, in particular less than three. That is, a longitudinal axis of the particles is at most ten times larger than the average diameter with respect to the transverse axis, that is perpendicular to the longitudinal axis. In the case of mechanically flexible heat-conducting particles, for example filament-like particles, the longitudinal extent is to be understood as the extent in the stretched state.
Falls die Wärmeleitpartikel faserartig oder fadenartig ausgestaltet sind und somit eine große numerische Exzentrizität aufweisen, können sich gitterartige oder netzartige Strukturen ausbilden. Solche Strukturenkönnen Polarisationseffekte bezüglich der zu konvertierenden oder konvertierten Strahlung mit sich bringen, insbesondere falls die WärmeIeitpartikel mit einem Material einer hohen Elektronenbeweglichkeit ausgestaltet sind. Weiterhin zeigen solche netzartigen Strukturen, sofern eine Maschengröße dieser Strukturen im Bereich der Lichtwellenlänge liegt, eine signifikante Streuung und/oder Absorption der Strahlung. Um eine solche Absorption beziehungsweise Polarisationsabhängigkeit zu vermeiden, sind die Wärmeleitpartikel bevorzugt sphärisch oder elipsoidal mit einer numerischen Exzentrizität von weniger als zehn, insbesondere von weniger als drei. - 4 -If the Wärmeleitpartikel are fibrous or thread-like and thus have a large numerical eccentricity, grid-like or net-like structures can form. Such structures may involve polarization effects on the radiation to be converted or converted, especially if the thermal conductivity particles are configured with a high electron mobility material. Furthermore, such net-like structures, if a mesh size of these structures is in the range of the wavelength of light, show a significant scattering and / or absorption of the radiation. In order to avoid such absorption or polarization dependence, the heat-conducting particles are preferably spherical or ellipsoidal with a numerical eccentricity of less than ten, in particular less than three. - 4 -
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Konversionselements weisen die Wärmeleitpartikel keine optische Anisotropie auf. Das heißt, weder durch die Form noch durch das Material der Wärmeleitpartikel werden die Polarisationseigenschaften von Licht im Konversionselement im relevanten Spektralbereich signifikant beeinflusst.In accordance with at least one embodiment of the conversion element, the heat-conducting particles have no optical anisotropy. That is, neither by the shape nor by the material of the Wärmeleitpartikel the polarization properties of light in the conversion element in the relevant spectral range are significantly affected.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Konversionselements ist das Matrixmaterial mit einem Silikon, das Konversionsmittel mit einem Cer-haltigen oder einem Europium- haltigen Leuchtstoff und die Wärmeleitpartikel mit einem Metall oder einer Keramik gestaltet. Ein solches Konversionselement ist effizient herzustellen, ist fotostabil und somit insbesondere zur Konversion von kurzwelligem Licht, mit Wellenlängen beispielsweise zwischen 360 nm und 480 nm, geeignet und weist einen hohen Wirkungsgrad auf .According to at least one embodiment of the conversion element, the matrix material is formed with a silicone, the conversion agent with a cerium-containing or a europium-containing phosphor and the Wärmeleitpartikel with a metal or a ceramic. Such a conversion element is efficient to manufacture, is photostable and thus in particular for the conversion of short-wave light, with wavelengths for example between 360 nm and 480 nm, suitable and has a high efficiency.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Konversionselements ist der Unterschied im optischen Brechungsindex zwischen Wärmeleitpartikeln und Matrixmaterial kleiner oder gleichIn accordance with at least one embodiment of the conversion element, the difference in the optical refractive index between heat conduction particles and matrix material is smaller or equal
0,4, bevorzugt kleiner oder gleich 0,2, insbesondere kleiner oder gleich 0,1. Alternativ können die Partikel auch eine Beschichtung oder eine Hülle mit einem Material umfassen, über das eine Anpassung der Brechungsindizes erzielt werden kann. Ebenso kann gelten, dass der Unterschied im optischen0.4, preferably less than or equal to 0.2, in particular less than or equal to 0.1. Alternatively, the particles may also comprise a coating or sheath with a material over which an adjustment of the refractive indices can be achieved. Likewise can apply that the difference in the optical
Brechungsindex zwischen Matrixmaterial und Konversionsmittel entsprechend klein ist. Weisen Wärmleitpartikel und Matrixmaterial einen ähnlichen Brechungsindex auf, so kann die Streuung an Wärmeleitpartikeln, sofern die Wärmeleitpartikel eine Größe mindestens der halbenRefractive index between the matrix material and conversion agent is correspondingly small. If the heat-conducting particles and the matrix material have a similar refractive index, then the scattering of heat-conducting particles can occur if the heat-conducting particles have a size of at least half the size
Wellenlänge des kurzwelligsten Anteils der relevanten Strahlung aufweisen, verringert werden. Hierdurch können sich die Emissionseigenschaften des Konversionselements verbessern.Wavelength of the shortest wave portion of the relevant radiation can be reduced. This can be improve the emission properties of the conversion element.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Konversionselements sind die Wärmeleitpfade, die von Wärmeleitpartikeln und/oder Konversionsmittel gebildet sind, nicht elektrisch leitend. Dies kann dadurch realisiert werden, dass die für die Perkolation verantwortlichen Partikel aus einem elektrisch isolierenden Material gestaltet sind, oder dass die Partikel eine Umhüllung mit einem elektrisch isolierenden Material aufweisen. Weiterhin ist es möglich, dass nur ein Teil der für die Perkolation verantwortlichen Partikel elektrisch isolierend ist, so dass sich keine elektrisch leitenden Pfade ergeben, da diese von elektrisch isolierenden Bereichen unterbrochen sind. Durch eine solche Ausgestaltung derAccording to at least one embodiment of the conversion element, the heat conduction paths, which are formed by Wärmeleitpartikeln and / or conversion means, not electrically conductive. This can be realized by designing the particles responsible for the percolation from an electrically insulating material, or by the particles having a coating with an electrically insulating material. Furthermore, it is possible that only a part of the particles responsible for the percolation is electrically insulating, so that no electrically conductive paths result, since these are interrupted by electrically insulating regions. By such an embodiment of the
Wärmeleitpfade werden elektrische Kurzschlüsse verhindert. Außerdem, insbesondere falls die Partikelgröße im Bereich der Wellenlänge der relevanten Strahlung liegt, wird die Absorption von Licht vermindert.Wärmeleitpfade electrical short circuits are prevented. In addition, especially if the particle size is in the range of the wavelength of the relevant radiation, the absorption of light is reduced.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Konversionselements weist dieses Strukturierungen an einer Lichteintrittsfläche oder Lichtaustrittsfläche auf. Die Strukturierungen können dazu ausgestaltet sein, die Lichteinkoppeleffizienz oder Lichtauskoppeleffizienz zu erhöhen. Außerdem können dieAccording to at least one embodiment of the conversion element, this has structuring on a light entry surface or light exit surface. The structurings can be designed to increase the light coupling-in efficiency or the light extraction efficiency. In addition, the
Strukturierungen linsenartig, etwa in Form von Mikrolinsen oder Fresnel-Linsen ausgestaltet sein. Weiterhin ist es möglich, dass über solche Strukturierungen eine besonders gute Haftung zwischen Matrixmaterial und Umhüllung gewährleistet ist. Über derartige Strukturierungen kann die Effizienz des Konversionselements erhöht werden. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Konversionselements beträgt die Wärmeleitfähigkeit des die Wärmeleitpartikel bildenden Materials mindestens 25 W/ (mK) , bevorzugt mindestens 40 W/ (mK) , insbesondere 75 W/ (mK) . Über solche Wärmeleitpartikel ist eine hohe Wärmeleitfähigkeit auch der WärmeIeitpfade gegeben.Structures lens-like, be configured in the form of microlenses or Fresnel lenses. Furthermore, it is possible that such structuring ensures particularly good adhesion between the matrix material and the sheath. About such structuring, the efficiency of the conversion element can be increased. According to at least one embodiment of the conversion element, the thermal conductivity of the material forming the heat-conducting particles is at least 25 W / (mK), preferably at least 40 W / (mK), in particular 75 W / (mK). About such Wärmeleitpartikel a high thermal conductivity and the WärmeIeitpfade is given.
Es wird darüber hinaus ein Leuchtmittel angegeben. Das Leuchtmittel umfasst hierbei mindestens ein Konversionselement, wie in einer der oben genannten Ausführungsformen angegeben. Merkmale für das Konversionselement sind daher auch für das Leuchtmittel offenbart und umgekehrt.It is also indicated a light source. The light-emitting means in this case comprises at least one conversion element, as indicated in one of the abovementioned embodiments. Features for the conversion element are therefore also disclosed for the lamp and vice versa.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst dasAccording to at least one embodiment, this includes
Leuchtmittel ein oder mehrere Konversionselemente gemäß einer oder mehrerer der oben genannten Ausführungsformen sowie mindestens einen Halbleiterchip, der als Laserdiode, als Leuchtdiode oder als Lumineszenzdiode ausgestaltet sein kann, wobei vom Halbleiterchip emittierte Strahlung mindestens zum Teil zum Konversionselement gelangt und die vom Halbleiterchip emittierte Strahlung mindestens zum Teil in eine Strahlung einer niedrigeren Frequenz, etwa über Down- Conversion, umwandelbar ist. Ein solches Leuchtmittel kann mit hohen optischen Leistungen betrieben werden.Illuminant one or more conversion elements according to one or more of the above embodiments and at least one semiconductor chip, which may be configured as a laser diode, as a light emitting diode or as a light emitting diode, emitted by the semiconductor chip radiation at least partially reaches the conversion element and emitted by the semiconductor chip radiation at least to Part is convertible into a radiation of a lower frequency, such as down-conversion. Such a light source can be operated with high optical powers.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtmittels sind Halbleiterchip und Konversionselement räumlich voneinander getrennt. Halbleiterchip und Konversionselement können beispielsweise auf einer gemeinsamen Wärmesenke angebracht sein, jedoch einen räumlichen Abstand zueinander aufweisen. Dies ist insbesondere möglich, falls der Halbleiterchip als Laserdiode ausgestaltet ist und das von der Laserdiode - -In accordance with at least one embodiment of the luminous means, the semiconductor chip and the conversion element are spatially separated from one another. Semiconductor chip and conversion element may for example be mounted on a common heat sink, but have a spatial distance from one another. This is particularly possible if the semiconductor chip is designed as a laser diode and that of the laser diode - -
emittierte Licht über eine gewisse Strecke etwa freilaufend zum Konversionselement geführt ist. Da besonders Laserlicht sehr gut kollimiert werden kann, können Halbeiterchip und Konversionselement deutlich weiter voneinander beabstandet sein, als dies im Falle einer Leuchtdiode möglich wäre. Beispielsweise sind Halbleiterchip und Konversionselement mindestens fünf Millimeter voneinander entfernt, bevorzugt mindestens zehn Millimeter. Über die räumliche Trennung von Halbleiterchip und Konversionselement kann auch eine thermische Entkopplung beider Komponenten voneinander erfolgen.emitted light over a certain distance is approximately free-running led to the conversion element. Since laser light in particular can be collimated very well, the semiconductor chip and the conversion element can be significantly further apart than would be possible in the case of a light-emitting diode. For example, the semiconductor chip and the conversion element are at least five millimeters apart, preferably at least ten millimeters. The spatial separation of semiconductor chip and conversion element can also be a thermal decoupling of the two components from each other.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtmittels ist der optoelektronische Halbleiterchip eine Hochleistungsdiode. Das heißt, der Halbleiterchip hat eine elektrischeIn accordance with at least one embodiment of the luminous means, the optoelectronic semiconductor chip is a high-power diode. That is, the semiconductor chip has an electric
Leistungsaufnahme von mindestens einem Watt. Alternativ oder zusätzlich beträgt die optische Leistung der zu konvertierenden Strahlung, die in das Konversionselement eingekoppelt wird, mehr als 100 mW, insbesondere mehr als 300 mW. Bei der Verwendung einer Hochleistungsdiode kann über das Konversionselement ein kompakter Aufbau realisiert werden, da die Wärme effizient aus dem Konversionselement abgeführt wird.Power consumption of at least one watt. Alternatively or additionally, the optical power of the radiation to be converted, which is coupled into the conversion element, more than 100 mW, in particular more than 300 mW. When using a high-power diode, a compact design can be realized via the conversion element, since the heat is efficiently removed from the conversion element.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtmittels sind Halbleiterchip und Konversionselement an einem als Wärmesenke ausgestalteten Substrat angebracht. Das heißt, Halbleiterchip und Konversionselement sind über die Wärmesenke mechanisch starr miteinander verbunden. Beide Komponenten können direkt auf der Wärmesenke angebracht sein oder auch überIn accordance with at least one embodiment of the luminous means, the semiconductor chip and the conversion element are attached to a substrate designed as a heat sink. That is, the semiconductor chip and conversion element are mechanically rigidly connected to one another via the heat sink. Both components can be mounted directly on the heat sink or over
Zwischenträger. Je nach Erfordernissen kann die Wärmesenke reflektierend oder durchlässig für die vom Leuchtmittel zu emittierende Strahlung ausgestaltet sein. Die Wärmesenke kann auch Strukturierungen, etwa in Form von Kühlrippen, aufweisen, die eine effektive Abfuhr von im Betrieb des Leuchtmittels entstehender Wärme ermöglichen. Es ist möglich, die Wärmesenke derart auszugestalten, dass ein Anschließen der Wärmesenke an einen externen, nicht zum Leuchtmittel gehörigen Träger beispielsweise über Löten oder Kleben möglich ist. Die Wärmesenke kann elektrische Strukturen aufweisen, die ein effizientes Anschließen beispielsweise des Halbleiterchips ermöglichen. Über die Verwendung einer Wärmesenke verbessern sich die thermischen Eigenschaften des Leuchtmittels sowie dessen Ausgestaltungsmöglichkeiten.Subcarrier. Depending on the requirements, the heat sink may be designed to be reflective or permeable to the radiation to be emitted by the luminous means. The heat sink can also structures, such as in the form of cooling fins, which allow an effective removal of heat generated during operation of the lamp. It is possible to design the heat sink in such a way that it is possible to connect the heat sink to an external carrier which is not part of the luminous means, for example via soldering or gluing. The heat sink may have electrical structures that enable efficient connection of, for example, the semiconductor chip. The use of a heat sink improves the thermal properties of the light source and its design options.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtmittels umfasst dieses mindestens einen Lichtleiter. Bevorzugt wird über den Lichtleiter das vom Halbleiterchip emittierte Licht zum Konversionselement geführt. Über den Lichtleiter ist eine effiziente Strahlungseinkopplung aus dem Halbleiterchip in das Konversionselement möglich. Außerdem wird Streustrahlung, die beispielsweise gefährlich für das menschliche Auge sein kann, unterdrückt.According to at least one embodiment of the luminous means, this comprises at least one light guide. The light emitted by the semiconductor chip is preferably conducted to the conversion element via the light guide. An efficient radiation coupling from the semiconductor chip into the conversion element is possible via the light guide. In addition, stray radiation, which can be dangerous to the human eye for example, is suppressed.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtmittels ist das Konversionselement mindestens zum Teil in den Lichtleiter integriert. Das heißt, das Konversionselement ist etwa als Kappe ausgestaltet, die auf ein Ende des Lichtleiters aufgebracht ist. Auch kann das Konversionselement innerhalb eines Mantels, der den Lichtleiter schützend umgibt, eingebettet sein. Durch ein integriertes Konversionselement kann ein besonders kompaktes Leuchtmittel realisiert werden.According to at least one embodiment of the luminous means, the conversion element is at least partially integrated in the light guide. That is, the conversion element is designed approximately as a cap, which is applied to one end of the light guide. Also, the conversion element may be embedded within a shell which protectively surrounds the light guide. By an integrated conversion element, a particularly compact lamp can be realized.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtmittels umfasst dieses mindestens einen Lichtleiter, der eine Ummantelung mit einem wärmeleitfähigen Material aufweist. Über einen solchen Lichtleiter kann Wärme vom Konversionselement oder vom Halbleiterbauchip effizient abgeführt werden.According to at least one embodiment of the luminous means, this comprises at least one optical waveguide which has a cladding with a thermally conductive material. Heat can be dissipated efficiently from the conversion element or from the semiconductor chip via such a light guide.
Einige Anwendungsbereiche, in denen hier beschriebenen Konversionselemente oder Leuchtmittel Verwendung finden könnten, sind etwa die Beleuchtungen von Displays oder Anzeigeeinrichtungen, insbesondere auch im Automobilbereich. Weiterhin können die hier beschriebenen Konversionselemente und Leuchtmittel auch in Beleuchtungseinrichtungen zuSome application areas in which conversion elements or illuminants described here could be used are, for example, the illumination of displays or display devices, in particular also in the automotive sector. Furthermore, the conversion elements and illuminants described here can also be used in illumination devices
Projektionszwecken, in Scheinwerfern, in Kfz-Scheinwerfern oder Lichtstrahlern oder bei der Allgemeinbeleuchtung eingesetzt werden.Projection, in headlamps, in vehicle headlamps or light emitters or in general lighting.
Nachfolgend wird ein hier beschriebenes Konversionselement sowie ein hier beschriebenes Leuchtmittel unter Bezugnahme auf die Zeichnungen anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen geben dabei gleiche Elemente in den einzelnen Figuren an. Es sind dabei jedoch keine maßstäblichen Bezüge dargestellt, vielmehr können einzelneHereinafter, a conversion element described here and a luminous means described here will be explained in more detail with reference to the drawings with reference to embodiments. The same reference numerals indicate the same elements in the individual figures. However, there are no scale relationships shown, but rather individual
Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.Elements for oversimplification may be exaggerated.
Es zeigen:Show it:
Figur 1 eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels eines Konversionselements ,1 shows a side view of an embodiment of a conversion element,
Figuren 2 und 3 schematische Seitenansichten von Ausführungsbeispielen von Konversionselementen mit einer Umhüllung, - -FIGS. 2 and 3 are schematic side views of embodiments of conversion elements with a cladding, - -
Figur 4 eine schematische Seitenansicht (A) sowie eine schematische Draufsicht (B) eines Ausführungsbeispiels eines Leuchtmittels,FIG. 4 shows a schematic side view (A) and a schematic plan view (B) of an exemplary embodiment of a luminous means,
Figur 5 eine schematische Draufsicht einesFigure 5 is a schematic plan view of a
Ausführungsbeispiels eines Leuchtmittels mit einem Konversionselement mit Kammern,Embodiment of a luminous means with a conversion element with chambers,
Figuren 6 und 7 schematische Seitenansichten (A) sowie schematische Draufsichten (B) vonFigures 6 and 7 are schematic side views (A) and schematic plan views (B) of
Ausführungsbeispielen von Leuchtmitteln,Embodiments of bulbs,
Figur 8 eine schematische Draufsicht einesFigure 8 is a schematic plan view of a
Ausführungsbeispiels eines Leuchtmittels mit Lichtleiter,Embodiment of a light source with light guide,
Figuren 9 bis 12 schematische Seitenansichten von Ausführungsbeispielen von Leuchtmitteln mit räumlich voneinander separiertem Halbleiterbauteil und Konversionselement,FIGS. 9 to 12 show schematic side views of exemplary embodiments of luminous means with a spatially separated semiconductor component and conversion element,
Figur 13 eine schematische Seitenansicht einesFigure 13 is a schematic side view of a
Ausführungsbeispiels eines Leuchtmittels, bei dem Halbleiterbauteil und Konversionselement in direktem Kontakt zueinander stehen, undEmbodiment of a luminous means in which the semiconductor device and conversion element are in direct contact with each other, and
Figur 14 eine schematische Seitenansicht einesFigure 14 is a schematic side view of a
Ausführungsbeispiels eines Leuchtmittels mit einem umgossenen Halbleiterbauteil.Embodiment of a luminous means with a molded semiconductor device.
In Figur 1 ist schematisch ein Ausführungsbeispiel eines Konversionselements 1 dargestellt. In einem Matrixmaterial 2 sind statistisch verteilt Partikel eines Konversionsmittels 3 - -1 shows an embodiment of a conversion element 1 is shown schematically. In a matrix material 2, particles of a conversion agent 3 are statistically distributed - -
und Wärmeleitpartikel 4 eingebettet. Die Konzentration beziehungsweise der Volumenanteil der Wärmeleitpartikel 4 ist so groß, dass die Perkolationsschwelle bezüglich der Wärmeleitpartikel 4 erreicht ist. Das heißt, die Wärmeleitpartikel 4 bilden im Wesentlichen ein großes, sich über das ganze Konversionselement 1 erstreckendes zusammenhängendes Netzwerk aus. Hierdurch stehen die Wärmeleitpartikel 4 auch in Kontakt zu den Partikel des Konversionsmittels 3. Bevorzugt ist der Volumenanteil der Wärmeleitpartikel jedoch derart groß, dass dieand Wärmeleitpartikel 4 embedded. The concentration or the volume fraction of the Wärmeleitpartikel 4 is so large that the percolation threshold is reached with respect to the Wärmeleitpartikel 4. That is, the Wärmeleitpartikel 4 essentially form a large, extending over the entire conversion element 1 contiguous network. As a result, the Wärmeleitpartikel 4 are also in contact with the particles of the conversion agent 3. Preferably, the volume fraction of Wärmeleitpartikel is so large that the
Perkolationsschwelle um zirka 5 Volumenprozent überschritten ist.Percolation threshold is exceeded by about 5 percent by volume.
Im vorliegenden Fall sind die in etwa sphärischen Partikel des Konversionsmittels 3 etwa um einen Faktor zwei größer im Durchmesser als die in etwa sphärischen Wärmeleitpartikel 4. Die Wärmeleitpartikel 4, die einen bevorzugten mittleren Durchmesser zwischen einschließlich 1 μm und 20 μm aufweisen, stehen in direktem physischem Kontakt zueinander, sie berühren sich also. Anders als in Figur 1 dargestellt, können die Wärmeleitpartikel auch einen elliptischen Querschnitt aufzeigen. Ebenso ist es möglich, dass das Konversionselement Wärmeleitpartikel mit einem ersten und einem zweiten Durchmesser umfasst, wobei ein Verhältnis der Durchmesser bevorzugt ungefähr 0,5 ist. Eine mittlere Ausdehnung oder Abmessung des Konversionselements 1 beträgt bevorzugt mindestens 0,5 mm, insbesondere mindestens 5,0 mm.In the present case, the approximately spherical particles of the conversion agent 3 are approximately a factor of two larger in diameter than the approximately spherical Wärmeleitpartikel 4. The Wärmeleitpartikel 4, which have a preferred average diameter between 1 micron and 20 microns, are in direct physical Contact each other, so they touch each other. Unlike shown in Figure 1, the Wärmeleitpartikel can also show an elliptical cross-section. It is also possible that the conversion element comprises Wärmeleitpartikel with a first and a second diameter, wherein a ratio of the diameter is preferably about 0.5. An average dimension or dimension of the conversion element 1 is preferably at least 0.5 mm, in particular at least 5.0 mm.
Durch die Wärmeleitpartikel 4 sind also WärmeIeitpfade P gebildet. Über diese Wärmeleitpfade P kann Wärme von denBy Wärmeleitpartikel 4 so WärmeIeitpfade P are formed. Heat can be dissipated by these heat transfer paths P
Partikeln des Konversionsmittels 3 zu einer Oberseite 12, zu einer Unterseite 11 und/oder zu Seitenflächen 13 des Konversionselements 1 abgeführt werden. Beim Ausführύngsbeispiel gemäß Figur 1, wie auch gemäß der anderen Figuren, beträgt der Volumenanteil insbesondere der Wärmeleitpartikel 4 an dem gesamten Konversionselement 1 bevorzugt mindestens φ + T - t und höchstens φ + T + t, wobei φ der Volumenanteil bei der Perkolationsschwelle desParticles of the conversion agent 3 to a top 12, to a bottom 11 and / or to side surfaces 13 of the conversion element 1 are discharged. In the exemplary embodiment according to FIG. 1, as well as in the other figures, the volume fraction, in particular of the heat-conducting particles 4 on the entire conversion element 1, is preferably at least φ + T-t and at most φ + T + t, where φ is the volume fraction at the percolation threshold of the
Konversionselements 1 ist. Die Perkolationsschwelle ist i hierbei insbesondere systembedingt gegeben durch etwa die Größen und Formen der Wärmeleitpartikel 4. T liegt bevorzugt zwischen einschließlich 0,02 und 0,08, insbesondere zwischen einschließlich 0,04 und 0,06. Außerdem gilt T > t und t beträgt höchstens 0,03, bevorzugt höchstens 0,02, insbesondere höchstens 0,01.Conversion element 1 is. The percolation threshold is in this case given in particular by the system due to the sizes and shapes of the heat-conducting particles 4. T is preferably between 0.02 and 0.08, in particular between 0.04 and 0.06. In addition, T> t and t is at most 0.03, preferably at most 0.02, in particular at most 0.01.
Die spezifische Wärmeleitfähigkeit des gesamten Konversionselements 1 kann bei einem solchen Konversionselement 1 mindestens 70 Prozent, insbesondere mindestens 80 % der spezifischen Wärmeleitfähigkeit der Wärmeleitpartikel 4 betragen.The specific thermal conductivity of the entire conversion element 1 may be at least 70 percent, in particular at least 80% of the specific thermal conductivity of the Wärmeleitpartikel 4 in such a conversion element 1.
Ist das Matrixmaterial 2 etwa ein Silikon, so weist es einen Brechungsindex von zirka 1,3 bis 1,6 auf. Die Wärmeleitpartikel 4, die aus Aluminiumoxid gebildet sein können, weisen einen Brechungsindex von etwa 1,75 auf. Durch den vergleichsweise geringen Brechungsindexunterschied zwischen Matrixmaterial 2 und Wärmeleitpartikeln 4 und/oder zwischen Matrixmaterial 2 und Konversionsmittel 3 kann Streuung von Licht an den Wärmeleitpartikeln 4 und/oder am Konversionsmittel 3 vermindert werden.If the matrix material 2 is approximately a silicone, it has a refractive index of approximately 1.3 to 1.6. The Wärmeleitpartikel 4, which may be formed of alumina, have a refractive index of about 1.75. Due to the comparatively small refractive index difference between matrix material 2 and heat-conducting particles 4 and / or between matrix material 2 and conversion medium 3, scattering of light at the heat-conducting particles 4 and / or at the conversion medium 3 can be reduced.
Alternativ kann als Matrixmaterial 2 auch Polycarbonat, das einen höheren Brechungsindex von zirka 1,6 aufweist, ein Epoxid, ein Glas oder eine Keramik verwendet werden. Die Wärmeleitpartikel können auch mit einem Silikat, einer Keramik, einem Metall, einem Korund, einem kristallinen Material, Saphir oder Diamant gestaltet sein.Alternatively, as the matrix material 2, polycarbonate having a higher refractive index of about 1.6, an epoxy, a glass or a ceramic may also be used. The Wärmeleitpartikel can also be designed with a silicate, a ceramic, a metal, a corundum, a crystalline material, sapphire or diamond.
Das Konversionsmittel 3, beispielsweise ein Cer- oderThe conversion agent 3, for example, a cerium or
Europium-haltiger Leuchtstoff, absorbiert Licht im UV- oder im blauen Spektralbereich. Über Fluoreszenz erfolgt eine Reemission des Konversionsmittels 3 bei größeren Wellenlängen, beispielsweise im gelben oder roten Spektralbereich. Die Energiedifferenz zwischen absorbiertem und emittiertem Licht kann in der Größenordnung von zwanzig Prozent und mehr liegen. Diese Energiedifferenz wird hauptsächlich in Wärme umgewandelt. Die Temperatur der Partikel des Konversionsmittel 3 ist hierdurch lokal signifikant erhöht. Daher und wegen der schlechtenEuropium-containing phosphor, absorbs light in the UV or blue spectral range. Fluorescence causes a re-emission of the conversion medium 3 at longer wavelengths, for example in the yellow or red spectral range. The energy difference between absorbed and emitted light can be on the order of twenty percent or more. This energy difference is mainly converted into heat. The temperature of the particles of the conversion agent 3 is thereby significantly increased locally. Therefore, and because of the bad
Wärmeleitfähigkeit des Matrixmaterials ist es notwendig, diese Wärme effizient von den Partikeln desThermal conductivity of the matrix material, it is necessary to efficiently remove this heat from the particles of the
Konversionsmittels 3 abzuführen. Dies wird, wie beschrieben, durch WärmeIeitpfade P realisiert. Insbesondere bei hohen Lichtleistungen, die vom Konversionsmittel 3 konvertiert werden, ist die bei der Wellenlängenkonversion entstehende Wärme beträchtlich und kann ohne geeignete Maßnahmen zu einer Zerstörung des Konversionselements 1 führen.Dissipate conversion 3. This is, as described, realized by WärmeIeitpfade P. In particular, at high light outputs, which are converted by the conversion means 3, the heat generated during the wavelength conversion is considerable and can lead to destruction of the conversion element 1 without suitable measures.
Mit wie beschriebenen Wärmeleitpartikeln 4 ist also eine hohe Wärmeleitfähigkeit des Konversionselements 1 erzielbar. Gleichzeitig sind, aufgrund des vergleichsweise geringen Volumenanteils der WärmeIeitpartikel 4 nahe der Perkolationsschwelle, gute mechanische und optische Eigenschaften des Konversionselements 1 erreichbar, sowie außerdem eine Anpassung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Konversionselements 1 beispielsweise an einen Leuchtdiodenchip. Wie in Figur 2 gezeigt, kann beispielsweise an der Unterseite 11 des Konversionselements 1 eine Umhüllung 5 angebracht sein. Die Umhüllung 5 ist mit einem wärmeleitfähigen Material gebildet, zum Beispiel mit einem Metall oder mit Saphir. Ist die Umhüllung 5 transparent für das zu konvertierende Licht gestaltet, so kann die Lichteinkopplung durch die Umhüllung 5 hindurch in das Konversionselement 1 erfolgen. Erfolgt die Lichteinkopplung beispielsweise durch die Oberseite 12 oder durch eine Seitenfläche 13, so ist die Umhüllung 5 bevorzugt für die zu konvertierende und die konvertierte Strahlung reflektierend ausgestaltet.With described Wärmeleitpartikeln 4 so a high thermal conductivity of the conversion element 1 can be achieved. At the same time, due to the comparatively small volume fraction of the heat conductivity particles 4 near the percolation threshold, good mechanical and optical properties of the conversion element 1 can be achieved, as well as an adaptation of the coefficient of thermal expansion of the conversion element 1, for example, to a light-emitting diode chip. As shown in Figure 2, for example, on the underside 11 of the conversion element 1, a sheath 5 may be attached. The sheath 5 is formed with a thermally conductive material, for example with a metal or with sapphire. If the envelope 5 is designed to be transparent to the light to be converted, then the light coupling through the envelope 5 into the conversion element 1 can take place. If the light coupling takes place, for example, through the upper side 12 or through a side face 13, the envelope 5 is preferably designed to be reflective for the converted radiation and the converted radiation.
Im Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 ist das die Wärmeleitpartikel 4 und das Konversionsmittel 3 enthaltendeIn the embodiment according to FIG. 3, this is the heat-conducting particle 4 and the conversion medium 3
Matrixmaterial 2 bis auf die Oberseite 12 vollständig von der Umhüllung 5 umgeben.Matrix material 2 to the top 12 completely surrounded by the enclosure 5.
Optional können an der Oberseite 12 Strukturierungen angebracht sein. Diese Strukturierungen können während eines Gießprozesses auf effiziente Weise erstellt sein. Die Strukturierungen ermöglichen eine Verbesserung der Lichteinbeziehungsweise Lichtauskopplung, oder können auch als linsenartige Strukturen ausgeformt sein. Ebenso kann über eine Strukturierung eine gesteigerte Haftvermittlung, etwa zwischen Matrixmaterial und Umhüllung 5, erzielt werden.Optionally, 12 structures may be attached to the top. These structurings can be created efficiently during a casting process. The structurings enable an improvement in the light absorption or light outcoupling, or may also be formed as lens-like structures. Likewise, an increased adhesion, for example between matrix material and sheath 5, can be achieved via structuring.
In Figur 4 ist schematisch ein Leuchtmittel 10 mit einem lichtemittierenden Halbleiterbauteil 60 und einem Konversionselement 1 dargestellt. Das Halbleiterbauteil 60, das als Halbleiterlaser ausgestaltet sein kann, befindet sich auf einer wärmeleitfähigen Basisplatte 15. Über diese Basisplatte 15 ist das Halbleiterbauteil 60 auf eine Wärmesenke 16 montiert. Auf der Wärmesenke 16 ist ebenfalls das mit einer Umhüllung 5 versehene Konversionselement 1 angebracht. Vom Halbleiterbauteil 60 emittiertes Licht L wird in das Konversionselement 1 eingestrahlt. Der Laufweg des Lichts L ist durch gepfeilte Linien symbolisiert. Das Licht L tritt durch ein Fenster 14 in das Konversionselement 1 ein, das in die Umhüllung 5 des Konversionselements 1 integriert ist. Das Fenster 14 ist transmittierend für die vom Halbleiterbauteil emittierte Strahlung und reflektierend für die konvertierte Strahlung ausgestaltet.FIG. 4 schematically shows a luminous means 10 with a light-emitting semiconductor component 60 and a conversion element 1. The semiconductor device 60, which may be configured as a semiconductor laser, is located on a thermally conductive base plate 15. About this base plate 15, the semiconductor device 60 is on a Heat sink 16 mounted. On the heat sink 16, the conversion element 1 provided with a sheath 5 is also attached. Light L emitted by the semiconductor device 60 is radiated into the conversion element 1. The path of the light L is symbolized by arrowed lines. The light L enters through a window 14 in the conversion element 1, which is integrated into the enclosure 5 of the conversion element 1. The window 14 is designed to be transmissive to the radiation emitted by the semiconductor device and reflective to the converted radiation.
Im Konversionselement 1 läuft die zu konvertierende Strahlung L, ähnlich wie in einem Resonator, mehrmals hin und her und wird von der reflektierend ausgestalteten Umhüllung 5 jeweils reflektiert. Da die Konversion über das gesamteIn the conversion element 1, the radiation L to be converted runs back and forth several times, similar to a resonator, and is reflected by the envelope 5 which is designed to be reflective. Because the conversion over the entire
Konversionselement 1 verteilt ist, können sehr hohe Lichtleistungen in das Konversionselement 1 eingestrahlt werden. Eine gleichmäßige Abstrahlung über die gesamte von der Wärmesenke 16 abgewandte Oberseite 11 des Konversionselements 1 kann erreicht werden, in dem beispielsweise das Konversionsmittel 3 mit einem Gradienten bezüglich der Konzentration in das Matrixmaterial 2 eingebettet ist.Conversion element 1 is distributed, very high light outputs can be radiated into the conversion element 1. A uniform radiation over the entire surface facing away from the heat sink 16 top 11 of the conversion element 1 can be achieved, in which, for example, the conversion agent 3 is embedded with a gradient with respect to the concentration in the matrix material 2.
Halbleiterbauteil 60 und Konversionselement sind räumlich voneinander getrennt. Hierdurch können diese beiden Elemente thermisch voneinander entkoppelt werden. Da über die Wärmesenke 16 eine stabile mechanische Kopplung zwischen Halbleiterbauteil 60 und Konversionselement 1 gegeben ist, ergeben sich gleichbleibende Abstrahlungsbedingungen.Semiconductor device 60 and conversion element are spatially separated from each other. As a result, these two elements can be thermally decoupled from each other. Since a stable mechanical coupling between the semiconductor device 60 and the conversion element 1 is provided via the heat sink 16, uniform emission conditions result.
Optional kann das Leuchtmittel 10 optische Elemente umfassen, die beispielsweise die vom Halbleiterbauteil 60 emittierte - -Optionally, the lighting means 10 may comprise optical elements, for example those emitted by the semiconductor device 60 - -
Strahlung L geeignet in das Konversionselement 1 einkoppeln, oder die vom Konversionselement 1 konvertierte Strahlung formen, beispielsweise in einen bestimmten Raumbereich konzentrieren. Weiterhin kann auf der Oberseite 12 des Konversionselements 1 eine Beschichtung angebracht sein, die reflektierend für die zu konvertierende Strahlung L und transmittierend für die konvertierte Strahlung ist. Ebenso ist es möglich, dass die Wärmesenke 16 elektrische Anschlussstellen aufweist, die auch eine, neben der thermischen, elektrische Kontaktierung zu einem nicht gezeichneten, externen Träger erleichtert.Incorporate radiation L suitable in the conversion element 1, or form the converted by the conversion element 1 radiation, for example, concentrate in a specific area of space. Furthermore, a coating which is reflective for the radiation L to be converted and transmissive for the converted radiation can be provided on the upper side 12 of the conversion element 1. It is also possible that the heat sink 16 has electrical connection points, which also facilitates, in addition to the thermal, electrical contact with a not shown, external carrier.
Das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 5 entspricht im Wesentlichen dem gemäß Figur 4. Das Konversionselement 1 weist zusätzlich Zwischenwände 8 auf, die bevorzugt reflektierend sowohl für zu konvertierende als auch für konvertierte Strahlung ausgestaltet sind und eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisen. Über die Zwischenwände 8, die das Konversionselement 1 in mehrere Kammern 7 aufteilt, ist eine besonders effiziente Wärmeableitung aus dem Innern des Konversionselements 1 gewährleistet.The embodiment according to FIG. 5 essentially corresponds to that according to FIG. 4. The conversion element 1 additionally has intermediate walls 8, which are preferably designed to be reflective both for the radiation to be converted and for the converted radiation and have a high thermal conductivity. About the intermediate walls 8, which divides the conversion element 1 into a plurality of chambers 7, a particularly efficient heat dissipation from the interior of the conversion element 1 is ensured.
In Figur 6 ist ein Leuchtmittel 10 dargestellt, bei dem die vom Halbleiterbauteil 60 emittierte Strahlung L über ein als Linse ausgestaltetes optisches Element 17 in dasFIG. 6 shows a luminous means 10 in which the radiation L emitted by the semiconductor component 60 is introduced into the optic element 17 as a lens via an optical element 17 configured as a lens
Konversionselement 1 fokussiert ist. Die Umhüllung 5 des Konversionselements 1 ist in Draufsicht paraboloidal gestaltet. Die Konzentration des Konversionsmittels 3 ist sehr hoch gewählt, so dass die Konversion der Strahlung vom Halbleiterbauteil 60 in einem sehr kleinen Raumbereich erfolgt und somit auch eine nahezu punktförmige Abstrahlung der konvertierten Strahlung aus dem Konversionselement 1 gegeben ist. Verstärkt ist dieser Effekt durch die paraboloidale Umhüllung 5, die zusätzlich fokussierend wirkt. Hierdurch weist die konvertierte Strahlung eine hohe Brillanz auf und kann beispielsweise über nachgeordnete Optiken gut gehandhabt werden.Conversion element 1 is focused. The envelope 5 of the conversion element 1 is designed paraboloidal in plan view. The concentration of the conversion agent 3 is selected to be very high, so that the conversion of the radiation from the semiconductor device 60 takes place in a very small spatial area and thus also gives a nearly punctiform radiation of the converted radiation from the conversion element 1. This effect is reinforced by the Paraboloidal wrapping 5, which acts additionally focusing. As a result, the converted radiation has a high brilliance and can be handled well, for example via downstream optics.
Im Gegensatz zu Figur 6 weist das Konversionselement 1 des Leuchtmittels 10 gemäß Figur 7 einen rechteckigen Grundriss auf. Hierdurch ist das Konversionselement 1 einfacher herzustellen. Über die hohe Konzentration des Konversionsmittels 3 wird ebenfalls eine nahezu punktförmige Lichtquelle an konvertierter Strahlung erzielt.In contrast to FIG. 6, the conversion element 1 of the luminous means 10 according to FIG. 7 has a rectangular ground plan. As a result, the conversion element 1 is easier to manufacture. About the high concentration of the conversion agent 3, a nearly point-like light source is also achieved on converted radiation.
Die Konzentration des Konversionsmittel 3 ist in diesem Falle typischerweise so groß, dass das Konversionsmittel 3 einen Volumenanteil in der Größenordnung von 25 Prozent einnimmt.The concentration of the conversion agent 3 in this case is typically so great that the conversion agent 3 occupies a volume fraction of the order of 25 percent.
In diesem Falle wäre eine Konzentration der Wärmeleitpartikel 4 in der Größenordnung von nur zehn Volumenprozent ausreichend, um eine Ausbildung von Wärmeleitpfaden P bezüglich Konversionsmittel 3 und Wärmeleitpartikel 4 zu erreichen. Allerdings ist die Wärmeleitfähigkeit desIn this case, a concentration of the Wärmeleitpartikel 4 on the order of only ten percent by volume would be sufficient to achieve a formation of Wärmeleitpfaden P regarding conversion means 3 and 4 Wärmeleitpartikel. However, the thermal conductivity of the
Konversionsmittels 3, beispielsweise eines Cer-haltigen Granats mit einer Wärmeleitfähigkeit von etwa 2,5 W/ (m K), deutlich geringer als die von keramischen oder metallischen Wärmeleitpartikeln 4 mit bis zu zirka 400 W/ (m K) . Zum Vergleich: Wird als Matrixmaterial 2 ein Silikon eingesetzt, so ist die Wärmeleitfähigkeit des Silikons bei nur etwa 0,1 W/ (m K) und somit um bis zu einen Faktor 4000 geringer als die Wärmeleitfähigkeit der Wärmeleitpartikel 4.Conversion 3, for example, a cerium-containing garnet with a thermal conductivity of about 2.5 W / (m K), significantly lower than that of ceramic or metallic Wärmeleitpartikeln 4 with up to about 400 W / (m K). For comparison: If a silicone is used as the matrix material 2, the thermal conductivity of the silicone is only about 0.1 W / (m K) and thus up to a factor of 4000 lower than the thermal conductivity of the heat-conducting particles 4.
Bei hohen Konzentrationen des Konversionsmittels 3 ist auch die Wärmeentwicklung durch die Frequenzkonversion auf ein kleines Volumen im Matrixmaterial 2 konzentriert, so dass eine Wärmeleitung nur oder hauptsächlich über das Konversionsmittel 3 nicht ausreichend ist, um die Wärme in hohem Maße aus dem Konversionselement 1 nach außen hin abzuführen. Daher sind insbesondere in diesem Falle die Wärmeleitpartikel 4 bevorzugt so hoch konzentriert, dass deren Volumenanteil alleine bereits die Perkolationsschwelle erreicht beziehungsweise überschreitet.At high concentrations of the conversion agent 3 and the heat generation is concentrated by the frequency conversion to a small volume in the matrix material 2, so that a heat conduction only or mainly on the Conversion 3 is not sufficient to dissipate the heat to a large extent from the conversion element 1 to the outside. Therefore, especially in this case, the heat-conducting particles 4 are preferably concentrated so high that their volume fraction alone already reaches or exceeds the percolation threshold.
Beim Ausführungsbeispiel gemäß Figur 8 erfolgt die Strahlungseinkopplung vom Halbleiterbauteil 60 in das Konversionselement 1 über einen Lichtleiter 9, in dem die zu konvertierende Strahlung L geführt wird. Insbesondere bei hohen Lichtleistungen bietet dies eine zusätzliche Sicherheit, da keine eventuell augenschädliche UV-Strahlung durch einen freien Raum zwischen Halbleiterbauteil 60 und Konversionselement 1 läuft.In the embodiment according to FIG. 8, the radiation coupling of the semiconductor component 60 into the conversion element 1 takes place via a light guide 9, in which the radiation L to be converted is guided. Especially at high light outputs, this provides additional security, since no potentially eye-damaging UV radiation passes through a free space between semiconductor device 60 and conversion element 1.
Bei den Ausführungsbeispielen gemäß Figur 9 und 10 sind Halbleiterbauteil 60 und Konversionselement 1 der Leuchtmittel 10 auf zwei verschiedenen Wärmesenken 16A, 16B angebracht. Hierdurch ist eine verbesserte thermische Entkopplung zwischen Halbleiterbauteil 60 und Konversionselement 1 und auch eine erhöhte Wärmeabfuhr vom Leuchtmittel 10 weg möglich. Die Strahlung L des Halbleiterbauteils 60 gelangt entweder freilaufend, wie in Figur 9 dargestellt, oder geführt über einen Lichtleiter 9, wie beim Ausführungsbeispiel gemäß Figur 10, zum Konversionselement 1.In the exemplary embodiments according to FIGS. 9 and 10, semiconductor component 60 and conversion element 1 of the luminous means 10 are mounted on two different heat sinks 16A, 16B. As a result, an improved thermal decoupling between the semiconductor device 60 and conversion element 1 and also an increased heat dissipation away from the light source 10 is possible. The radiation L of the semiconductor device 60 either passes free-wheeling, as shown in FIG. 9, or guided via a light guide 9, as in the exemplary embodiment according to FIG. 10, to the conversion element 1.
Beim Ausführungsbeispiel des Leuchtmittels 10 gemäß Figur 11 ist das Konversionselement 1 in den Lichtleitern 9 integriert. Das Konversionselement 1 kann hierbei analog einem der Ausführungsbeispiele gemäß Figuren 1 bis 10 gestaltet sein. - -In the exemplary embodiment of the luminous means 10 according to FIG. 11, the conversion element 1 is integrated in the light guides 9. The conversion element 1 can in this case be designed analogously to one of the exemplary embodiments according to FIGS. 1 to 10. - -
Gemäß Figur 12 weist der Lichtleiter 9 des Leuchtmittels 10 zusätzlich eine Ummantelung 20 auf, die beispielsweise aus einem thermisch leitfähigen Metall gestaltet ist. Über die Ummantelung 20 kann Wärme aus dem Konversionselement 1 effizient abgeführt werden. Da die Ummantelung 20, im Vergleich zum Konversionselement 1, eine große Oberfläche aufweist, ist eine effiziente Wärmeabgabe an die Umgebung des Leuchtmittels 10 gewährleistet.According to FIG. 12, the light guide 9 of the luminous means 10 additionally has a sheath 20, which is designed, for example, from a thermally conductive metal. Heat can be efficiently removed from the conversion element 1 via the jacket 20. Since the sheathing 20, in comparison to the conversion element 1, has a large surface area, efficient heat dissipation to the surroundings of the luminous means 10 is ensured.
Optional kann die Ummantelung 20 über einen Wärmekoppler 18 mit einer Wärmesenke 16, auf dem das Halbleiterbauteil 60 angebracht ist, thermisch verbunden sein. Der Wärmekoppler 18 kann beispielsweise metallisch ausgeführt oder auch in Form einer WärmeIeitpaste ausgestaltet sein. Der Einsatz einesOptionally, the jacket 20 may be thermally connected via a thermal coupler 18 to a heat sink 16 on which the semiconductor device 60 is mounted. The heat coupler 18 may for example be made metallic or designed in the form of a heat conductive paste. The use of a
Wärmekopplers 18 ist insbesondere dann effizient, falls die Länge des Lichtleiters 9 lediglich im Bereich einiger Millimeter oder weniger Zentimeter liegt.Heat coupler 18 is particularly efficient if the length of the light guide 9 is only in the range of a few millimeters or less centimeters.
Beim Ausführungsbeispiel gemäß Figur 13 ist auf derIn the embodiment of Figure 13 is on the
Wärmesenke 16 ein optoelektronischer Halbleiterchip 6, beispielsweise eine LED, direkt mit gutem thermischen Kontakt aufgebracht. Der Halbleiterchip 6 strahlt beispielsweise an einer der Wärmesenke 16 abgewandten Oberseite 21 Licht ab. Die vom Halbleiterchip 6 emittierte Strahlung gelangt dann in das Konversionselement 1, das über der Oberseite 21 angebracht ist.Heat sink 16 an optoelectronic semiconductor chip 6, for example an LED, applied directly with good thermal contact. The semiconductor chip 6 emits light, for example, on a top side 21 facing away from the heat sink 16. The radiation emitted by the semiconductor chip 6 then passes into the conversion element 1, which is mounted over the upper side 21.
Beim Ausführungsbeispiel gemäß Figur 14 ist der etwa als LED ausgestaltete Halbleiterchip 6 in einen Gehäusegrundkörper 19 mit einer Ausnehmung 22 angebracht. Die Ausnehmung 22 ist mit dem Konversionselement 1 ausgefüllt. Die Ausnehmung 22 kann, zumindest stellenweise, mit einem thermisch leitfähigen Material wie einem Metall beschichtet sein, wobei die Beschichtung wärmeleitfähig sein und reflektierend für die zu konvertierende und die konvertierte Strahlung wirken kann.In the exemplary embodiment according to FIG. 14, the semiconductor chip 6 designed approximately as an LED is mounted in a housing base body 19 with a recess 22. The recess 22 is filled with the conversion element 1. The recess 22 may, at least in places, with a thermally conductive Material may be coated as a metal, wherein the coating may be thermally conductive and reflective for the converted and the converted radiation act.
Optional ist auf dem Konversionselement 1 beziehungsweise auf dessen dem Halbleiterchip 6 abgewandter Außenfläche eine Schicht 23 aufgebracht, die die vom Halbleiterchip 6 emittierte und zu konvertierende Strahlung zurück in das Konversionselement 1 reflektiert und gleichzeitig im Wesentlichen durchlässig oder auch antireflektierend für die konvertierte Strahlung ist.Optionally, on the conversion element 1 or on its outer surface facing away from the semiconductor chip 6, a layer 23 is applied, which reflects the radiation emitted by the semiconductor chip 6 and to be converted back into the conversion element 1 and at the same time substantially transmissive or antireflecting for the converted radiation.
Die hier beschriebene Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.The invention described here is not limited by the description based on the embodiments. Rather, the invention encompasses any novel feature as well as any combination of features, including in particular any combination of features in the claims, even if this feature or combination itself is not explicitly stated in the claims or exemplary embodiments.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2008 030 253.8, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird. This patent application claims the priority of German Patent Application 10 2008 030 253.8, the disclosure of which is hereby incorporated by reference.

Claims

Patentansprüche claims
1. Konversionselement (1) mit einem Licht durchlässigen Matrixmaterial (2) , in dem Wärmeleitpartikel (4) und mindestens ein Konversionsmittel (3), das dazu ausgestaltet ist, Licht einer Wellenlänge mindestens zum Teil in Licht einer anderen Wellenlänge umzuwandeln, eingebettet sind, bei dem durch das Konversionsmittel (3) und/oder die Wärmeleitpartikel (4) Wärmeleitpfade (P) gebildet sind.1. conversion element (1) with a light-permeable matrix material (2) in which heat-conducting particles (4) and at least one conversion means (3), which is designed to convert light of one wavelength at least partially into light of another wavelength, are embedded, in which by the conversion means (3) and / or the Wärmeleitpartikel (4) Wärmeleitpfade (P) are formed.
2. Konversionselement (1) nach Anspruch 1, bei dem das Konversionsmittel (3) und die Wärmeleitpartikel (4) zusammen genommen einen Volumenanteil aufweisen, so dass, mit einer Toleranz von fünf Volumenprozent, der Volumenanteil mindestens so groß ist, dass er der Perkolationsschwelle von Konversionsmittel (3) und Wärmeleitpartikel (4) entspricht.Second conversion element (1) according to claim 1, wherein the conversion means (3) and the Wärmeleitpartikel (4) taken together have a volume fraction, so that, with a tolerance of five percent by volume, the volume fraction is at least so large that it is the percolation threshold of conversion agent (3) and Wärmeleitpartikel (4).
3. Konversionselement (1) nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Volumenanteil der Wärmeleitpartikel (4), mit einer Toleranz von fünf Volumenprozent, der Perkolationsschwelle der Wärmeleitpartikel (4) entspricht .3. Conversion element (1) according to claim 1 or 2, wherein the volume fraction of the Wärmeleitpartikel (4), with a tolerance of five percent by volume, the percolation threshold of the Wärmeleitpartikel (4).
4. Konversionselement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Volumenanteil der Wärmeleitpartikel (4), mit einer Toleranz von höchstens zwei Volumenprozent, um fünf Volumenprozent über der Perkolationsschwelle bezüglich der Wärmeleitpartikel (4) liegt. 4. Conversion element (1) according to any one of the preceding claims, wherein the volume fraction of the Wärmeleitpartikel (4), with a tolerance of at most two percent by volume, by five percent by volume over the percolation threshold with respect to the Wärmeleitpartikel (4).
5. Konversionselement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche , das eine Umhüllung (5) aus einem wärmeleitfähigen Material aufweist, die in direktem Kontakt zum Matrixmaterial (2) steht und dieses mindestens teilweise umgibt.5. conversion element (1) according to any one of the preceding claims, comprising a sheath (5) made of a thermally conductive material which is in direct contact with the matrix material (2) and at least partially surrounds it.
6. Konversionselement (1) nach Anspruch 4, bei dem die Umhüllung (5) mindestens stellenweise transparent und alternativ oder zusätzlich mindestens stellenweise reflektierend ausgestaltet ist.6. conversion element (1) according to claim 4, wherein the sheath (5) at least in places transparent and alternatively or additionally at least in places reflective designed.
7. Konversionselement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche , das mindestens zwei Kammern (7) aufweist, die mindestens stellenweise über wärmeleitfähige Zwischenwände (8) verbunden sind.7. Conversion element (1) according to one of the preceding claims, which has at least two chambers (7), which are connected at least in places via heat-conductive intermediate walls (8).
8. Konversionselement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche , bei dem die Wärmeleitpartikel (4) in einem relevanten Spektralbereich nicht absorbierend sind und bei dem die Wärmeleitpartikel (4) eine mittlere Größe zwischen einschließlich 1 μm und 50 μm aufweisen.8. Conversion element (1) according to any one of the preceding claims, wherein the Wärmeleitpartikel (4) are non-absorbent in a relevant spectral range and in which the Wärmeleitpartikel (4) have a mean size between 1 micron and 50 microns inclusive.
9. Konversionselement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche , bei dem der Unterschied im optischen Brechungsindex zwischen Wärmeleitpartikeln (4) und Matrixmaterial (2) kleiner oder gleich 0,4 ist. 9. Conversion element (1) according to any one of the preceding claims, wherein the difference in the optical refractive index between Wärmeleitpartikeln (4) and matrix material (2) is less than or equal to 0.4.
10. Konversionselement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche , bei dem das Matrixmaterial (2) mit einem Silikon, das Konversionsmittel (3) mit einem Cer- oder Europium- haltigen Leuchtstoff und die WärmeIeitpartikel (4) mit einem Metall oder einer Keramik gestaltet sind.10. Conversion element (1) according to one of the preceding claims, wherein the matrix material (2) with a silicone, the conversion means (3) with a cerium or europium-containing phosphor and the WärmeIeitpartikel (4) with a metal or a ceramic designed are.
11. Leuchtmittel (10) mit mindestens einem Konversionselement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche und mit mindestens einem als Laserdiode oder Leuchtdiode ausgestaltetem Halbleiterchip (6) , bei dem vom Halbleiterchip (6) emittierte Strahlung vom Konversionselement (1) mindestens zum Teil in eine Strahlung einer niedrigeren Frequenz umwandelbar ist.11. Lamp (10) with at least one conversion element (1) according to one of the preceding claims and with at least one designed as a laser diode or LED semiconductor chip (6), wherein the semiconductor chip (6) emitted radiation from the conversion element (1) at least partially in a radiation of a lower frequency is convertible.
12. Leuchtmittel (10) nach Anspruch 11, bei dem Halbleiterchip (6) und Konversionselement (1) räumlich voneinander getrennt sind.12. Lamp (10) according to claim 11, wherein the semiconductor chip (6) and conversion element (1) are spatially separated from each other.
13. Leuchtmittel (10) nach Anspruch 11 oder 12, bei dem Halbleiterchip (6) und Konversionselement (1) an einer Wärmesenke (16) angebracht sind.13. Lamp (10) according to claim 11 or 12, wherein the semiconductor chip (6) and conversion element (1) on a heat sink (16) are mounted.
14. Leuchtmittel (10) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, das mindestens einen Lichtleiter (9) umfasst.14. Lamp (10) according to any one of claims 11 to 13, which comprises at least one light guide (9).
15. Leuchtmittel (10) nach Anspruch 14, bei dem das Konversionselement (1) mindestens zum Teil im Lichtleiter (9) integriert ist. 15. Illuminant (10) according to claim 14, wherein the conversion element (1) is at least partially integrated in the light guide (9).
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