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WO2013189835A1 - Verfahren zur herstellung einer keramischen wellenlängenkonversionsschicht und beleuchtungselement mit einer keramischen wellenlängenkonversionsschicht - Google Patents

Verfahren zur herstellung einer keramischen wellenlängenkonversionsschicht und beleuchtungselement mit einer keramischen wellenlängenkonversionsschicht Download PDF

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WO2013189835A1
WO2013189835A1 PCT/EP2013/062288 EP2013062288W WO2013189835A1 WO 2013189835 A1 WO2013189835 A1 WO 2013189835A1 EP 2013062288 W EP2013062288 W EP 2013062288W WO 2013189835 A1 WO2013189835 A1 WO 2013189835A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
wavelength conversion
ceramic
conversion layer
ceramic material
light
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2013/062288
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ute Liepold
Bianca Pohl
Christian Bilgeri
Juliane Kechele
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Osram GmbH
Siemens AG
Siemens Corp
Original Assignee
Osram GmbH
Siemens AG
Siemens Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Osram GmbH, Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Osram GmbH
Publication of WO2013189835A1 publication Critical patent/WO2013189835A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/80—Constructional details
    • H10H20/85—Packages
    • H10H20/851—Wavelength conversion means
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B33/00—Electroluminescent light sources
    • H05B33/12—Light sources with substantially two-dimensional radiating surfaces
    • H05B33/14—Light sources with substantially two-dimensional radiating surfaces characterised by the chemical or physical composition or the arrangement of the electroluminescent material, or by the simultaneous addition of the electroluminescent material in or onto the light source
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/01—Manufacture or treatment
    • H10H20/036—Manufacture or treatment of packages
    • H10H20/0361—Manufacture or treatment of packages of wavelength conversion means

Definitions

  • phosphors are used.
  • LED light-emitting diodes
  • phosphors For example, light-emitting diodes (LED) are combined with such phosphors to obtain a mixed-color spectrum instead of the single-color emission spectrum of an LED.
  • LED light-emitting diodes
  • Conversion LEDs are known in which a blue or
  • ultraviolet emitting light emitting diode chip is used, the light is converted by one or more suitable phosphors in longer wavelength light. As a result, any light colors, in particular white light, can be generated.
  • Known converters are made, for example, as a composite of a transparent resin with embedded phosphor powder.
  • Heat dissipation can be achieved with ceramic Reach phosphor converters, wherein the converter by one or more ceramic phosphors or by a ceramic composite with one or more
  • Phosphors is formed in a matrix such as a ceramic phosphor in a ceramic matrix.
  • Ceramic converters are usually sintered
  • Light emitting diodes can be exposed
  • Ceramic converters are not produced by sintering, but must be prepared in separate processes and can only later in the finished state
  • At least another object of certain embodiments is to provide a lighting element with a ceramic
  • a method for producing a ceramic wavelength conversion layer has a method step in which a powder mixture having at least one first and one second powdery Ceramic material is provided.
  • the powder mixture may consist of the at least one first and one second powdered ceramic material.
  • the powder mixture is applied to a surface for forming the ceramic wavelength conversion layer by means of an aerosol deposition method.
  • Component of a lighting element are formed.
  • a lighting element has a ceramic
  • Wavelength conversion layer on at least one surface of a component.
  • Wavelength conversion layer can be produced in particular by the aforementioned method.
  • a ceramic material or a ceramic material is understood in particular to mean an oxide-containing and / or a nitride-containing material, in particular in powder form
  • inorganic glasses are of the
  • Ceramic material or “ceramic material” includes.
  • a powder-shaped ceramic material is to be understood in particular as meaning a powder of a material with which a ceramic element can be produced, that is to say a
  • the ceramic wavelength conversion layer is for
  • Wavelength conversion layer at least one ceramic
  • the first ceramic material is replaced by a ceramic
  • the wavelength conversion layer can have further wavelength conversion substances
  • the second ceramic material may be formed by another ceramic wavelength conversion substance, or the wavelength conversion layer may include at least one or more ceramic ones in addition to the first and second ceramic materials
  • Wavelength conversion materials formed ceramic materials. If the wavelength conversion layer has a plurality of wavelength conversion substances
  • Ceramic materials they are preferably different from each other and can preferably emit light of different energy.
  • Aerosolabscheideclar As Aerosolabscheideclar (ADM: "aerosol deposition method”) is here and below referred to a cold spray, as described in the publication J. Akedo, Journal of Thermal Spray Technology 17 (2), pp. 181-198 (2008)
  • an aerosol chamber which can also be referred to as an aerosol chamber and via a gas supply line and a
  • Gas drainage features By means of the gas supply line, a gas, preferably an inert gas, can be conducted into the powder chamber.
  • the gas may, for example, contain or be helium, nitrogen, oxygen, argon, air or a mixture thereof.
  • Particles of the powder mixture pass through a nozzle in the coating chamber and are directed through the nozzle in a jet-like manner onto the surface to be coated, which can be suitably tempered and / or roughened or smooth.
  • the jet of aerosol can hit the surface to be coated at certain points. Furthermore, the jet of aerosol can hit the surface to be coated at certain points. Furthermore, the jet of aerosol can hit the surface to be coated at certain points. Furthermore, the jet of aerosol can hit the surface to be coated at certain points. Furthermore, the
  • Beam with the aerosol also widened, for example, linear fanned, hit the surface to be coated.
  • the gas of the aerosol acts as an accelerating gas because the particles contained in it are sprayed onto the surface to be coated via the gas flow.
  • This process can also be referred to as "scanning".
  • the powder mixture with at least the first and second ceramic material by Targeted choice of materials, the particle morphology, the particle size distribution and the Aufsprüh discipline, so for example, the gas stream and / or the nozzle geometry, are prepared with desired properties. Furthermore, with the Aerosolabscheideclar an application of the
  • the ceramic wavelength conversion layer has the ceramic materials contained in the powder mixture provided, that is to say at least the first and the second ceramic material, in the form of particles which are connected to one another.
  • the wavelength conversion layer as well as the powder mixture provided can be exclusive
  • binders for example, binders, solvents, adhesive materials or metal particles, which are provided in known methods, a compound of the particles of the ceramic
  • Wavelength conversion layer are not necessary in the wavelength conversion layer described here and in the method described here and therefore not present.
  • the first and second ceramic materials are each provided as a powder, which is formed by particles having a mean diameter ds o of greater than or equal to 100 nm, preferably greater than or equal to 300 nm.
  • the particles furthermore have a mean diameter ds o of less than or equal to 3 ⁇ m and preferably of less than or equal to 1 ⁇ m.
  • the ceramic materials are due to their provision as a powder mixture in the ceramic
  • Wavelength conversion layer pre-mixed Depending on the quantity of ceramic materials provided in each case
  • Powder mixture as well as depending on adhesion properties during the application can be in the ceramic
  • Wavelength conversion layer to a lesser extent contained ceramic material be embedded in a ceramic material contained to a higher proportion, so that the ceramic material present to a higher proportion a
  • Matrix material forms for the ceramic material present to a lesser extent.
  • the stability of the ceramic wavelength conversion layer can be given at least by the ceramic material contained to a greater extent.
  • Temperatures are carried out, in particular, for example, even at room temperature, because the energy used to
  • Consolidation of the particles of the powder mixture ie for "caking" of the particles, is necessary to form the ceramic wavelength conversion layer, can be provided via the kinetic energy in the gas stream, while
  • Aerosolabscheideclar can thus a higher
  • Aerosol separation is formed, a
  • the ceramic wavelength conversion layer can be applied to materials that would melt or degrade under sintering conditions.
  • Materials can not be sintered, may give an indication of the method described here.
  • the component on whose surface the wavelength conversion layer is applied can be any material that can be sintered.
  • Ceramic material a glass, a plastic and / or a semiconductor material.
  • Wavelength conversion layer in the form of a dense
  • the wavelength conversion layer may be a ceramic
  • Wavelength conversion layer can be specified.
  • Wavelength conversion layer is free of pores and is designed as a pore-free ceramic body.
  • a ceramic density of greater than or equal to 90% or greater than or equal to 99% means that less than 10% or less than 1% of the volume of the wavelength conversion layer is formed by pores.
  • the wavelength conversion layer can be applied with a thickness of greater than or equal to 1 ⁇ m, preferably greater than or equal to 10 ⁇ m, and particularly preferably greater than or equal to 100 ⁇ m. Furthermore, the thickness of the
  • Wavelength conversion layer is less than or equal to 500 ym. The thicker the wavelength conversion layer is formed, the higher the
  • Wavelength conversion layer is applied, can lead.
  • ceramic materials may be well applied by the aerosol deposition process. Good application here means that layer thicknesses of
  • Powder preparation conditions less good or even not at the aerosol deposition to form a layer with a significant layer thickness can lead. How well a ceramic material can be deposited as a layer is also determined, for example, by the particle size distribution of the starting powder. For example, however
  • Powder mixture is used with at least the first and the second powdery ceramic material, a mixture, for example, from a good and a less well individually or non-separable powdery
  • Ceramic material can be provided.
  • the readily depositable material is provided at least 50% in the powder mixture.
  • the mixture of the differently depositable ceramic materials results in a composite in which the less readily depositable ceramic material is readily depositable in the wavelength conversion layer
  • Ceramic material is embedded. The fact that the good depositable ceramic material thus in the ceramic
  • Wavelength conversion layer serves as a matrix material for the less well or not depositable ceramic material, despite the use of a less well or not depositable ceramic material, a ceramic
  • Wavelength conversion layer can be applied with such a material having the desired thickness, in particular selected from the above-mentioned thickness range.
  • the first and second ceramic materials preferably have different refractive indices from each other.
  • the advantage can be achieved that compared to a ceramic wavelength conversion layer, which has only a ceramic material, the light scattering
  • Wavelength conversion layer which is only a single
  • Ceramic material has low, and the light path is so short especially for smaller thicknesses that usually at the desired layer thicknesses not sufficient
  • ceramic wavelength conversion materials that form, for example, the first or second ceramic materials may include at least one or more of the following wavelength conversion materials, or may be formed of one or more of the following: rare earth doped garnets, rare earth doped ones
  • Nitridoalumosilicates and aluminum nitrides Nitridoalumosilicates and aluminum nitrides.
  • Embodiments in particular a garnet, about
  • nitridic wavelength conversion substances can be used as the wavelength conversion substance in further preferred embodiments.
  • nitridic wavelength conversion materials are those based on compounds of alkaline earth metals with SiON, SiAlON, Si x N y and AlSiN.
  • the material for the wavelength conversion substance is doped in further preferred embodiments, for example, with one or more of the following activators: cerium, europium, neodymium, terbium, erbium, praseodymium, samarium, manganese. Purely exemplary for possible doped
  • Wavelength conversion materials are cerium-doped
  • a wavelength conversion substance of the wavelength conversion layer such as the first or second ceramic material, by YAG: Ce to emit a yellow
  • Wavelength conversion layer such as the first or second ceramic material, by strontium SiON: Eu for emission of green secondary radiation, by calcium SiAlON: Eu •
  • M 2 SisN 8 Secondary radiation or by M 2 SisN 8 : Eu, where M here and below one or more selected from Ca, Sr and Ba is formed to emit a red secondary radiation.
  • the first and the second ceramic material are each formed by a ceramic wavelength conversion substance.
  • the first ceramic material may be formed by a ceramic wavelength conversion material that is well depositable by aerosol deposition as described above, while the second ceramic material is formed by a ceramic wavelength conversion material that is less or not separable by aerosol deposition.
  • the second ceramic material may be embedded in the first ceramic material.
  • the first ceramic material may be formed by a ceramic wavelength conversion material that is well depositable by aerosol deposition as described above, while the second ceramic material is formed by a ceramic wavelength conversion material that is less or not separable by aerosol deposition.
  • the second ceramic material may be embedded in the first ceramic material.
  • Ceramic material are formed by YAG: Ce, while the second ceramic material is formed by a nitridic ceramic wavelength conversion substance, for example ⁇ SisNsiEu.
  • Ceramic material formed by a transparent ceramic material is transparent.
  • Transparent means here that in the visible spectral range no conversion takes place through the transparent ceramic material. For example, that can
  • the first ceramic material may be formed by YAG: Ce, while the second ceramic material may be formed by alumina.
  • Aerosol deposition is separable.
  • the first ceramic material may be replaced by the less well or non-electrodepositable ceramic wavelength conversion material are formed while the second ceramic material is formed by a transparent ceramic material, for example one of the aforementioned materials, which can be well deposited by means of aerosol deposition.
  • Ceramic material is then in the powder mixture in a
  • Ceramic material is embedded. As already described above, the use of the combination of a good and a less well or not at all by means of aerosol deposition ceramic material can be a composite through the
  • Wavelength conversion layer having a desired thickness and adherent to the surface on which it is applied, can be formed.
  • Semiconductor chip or formed by a semiconductor wafer with at least one light-emitting layer.
  • semiconductor wafers may be separable into a multiplicity of light-emitting semiconductor chips.
  • Aerosolabscheideclar it may be possible that on the light-emitting semiconductor chip or on the
  • Semiconductor wafer ceramic wavelength conversion layer can be applied directly without, as in a
  • Wavelength conversion layer also lead to a roughening of the semiconductor material, so that, for example, the
  • ceramic wavelength conversion layer forms a roughened interface with the wavelength conversion layer, whereby the light outcoupling from the light-emitting semiconductor chip and, correspondingly, the light coupling into the wavelength conversion layer can improve.
  • the lighting element as a component, on which the wavelength conversion layer is applied, a housing, for example for a light-emitting semiconductor chip, or a reflector,
  • Wavelength conversion layer is applied by a carrier, for example, a glass, ceramic or
  • Plastic plate or film are formed on the wavelength conversion layer by means of
  • Aerosolabscheidevons is applied.
  • the carrier with the ceramic wavelength conversion layer can be any material that Aerosolabscheidevons.
  • emitting semiconductor chip can be arranged.
  • Wavelength conversion layer is applied, formed by a ceramic substrate having one or more of the
  • Wavelength conversion materials as the first and second powdered ceramic material for forming the
  • Wavelength conversion layer can be applied.
  • a YAG: Ce substrate can be used as a component on which a powder mixture with a
  • ceramic wavelength conversion substance preferably a red emitting wavelength conversion substance, and a
  • Wavelength conversion layer can be applied.
  • Wavelength conversion layer may be a suitable by the choice of the first and second ceramic material
  • Conversion effect can be achieved, for example by a prolonged light path due to the increased light scattering by the different refractive indices of the first and second ceramic material. This can be a
  • Aerosolabscheidevons are deposited and can be introduced by the further ceramic material in the wavelength conversion layer.
  • FIGS. 1A to IC are schematic representations of
  • Wavelength conversion layer according to an embodiment
  • Figure 2 is a schematic representation of a
  • Illumination element with a ceramic wavelength conversion layer according to a further exemplary embodiment
  • Figure 3 is a schematic representation of a
  • Illumination element with a ceramic wavelength conversion layer according to a further exemplary embodiment
  • Figure 4 is a schematic representation of a
  • Figure 5 is a schematic representation of a
  • Lighting element with a ceramic wavelength conversion layer according to another embodiment.
  • identical, identical or identically acting elements can each be provided with the same reference numerals.
  • the illustrated elements and their proportions with each other are not to be regarded as true to scale, but rather individual elements, such as layers, components, components and areas may be exaggerated in size for ease of illustration and / or understanding.
  • a method for producing a ceramic wavelength conversion layer 1 is shown.
  • a powder mixture 10 having at least one first powdery ceramic material 11 and at least one second powdered ceramic material 12 is provided.
  • Ceramic material 11, 12 are each as a powder having a mean particle diameter ds o of greater than or equal to 100 nm and less than or equal to 3 ym and preferably in one
  • Range greater than or equal to 300 nm and less than or equal to 1 ym provided.
  • the ceramic materials 11, 12 have shown in the
  • Wavelength conversion layer 1 achieves that the
  • Wavelength conversion layer 1 passing light at the interfaces between the first and the second
  • a ceramic material for example, a ceramic material, a glass, a plastic and / or a semiconductor material.
  • the powder mixture 10 becomes a
  • Powder mixture 10 formed aerosol is applied in an aerosol jet 13 by means of a nozzle 3 on the surface 20. Due to the high kinetic energy of the particles of the
  • Aerosol jet 13 may be movable relative to surface 20 by movement of nozzle 3 and / or component 2 such that the ceramic one shown in FIG
  • Wavelength conversion layer 1 can be formed on the surface 20.
  • the wavelength conversion layer 1 can be formed on the surface 20.
  • Wavelength conversion layer 1 free of other, non-ceramic materials, as a powder mixture only
  • the ceramic wavelength conversion layer 1 can be any ceramic wavelength conversion layer 1 .
  • the ceramic wavelength conversion layer 1 has a
  • the Wavelength conversion layer 1 preferably with a thickness of greater than or equal to 1 ym and in particular of greater than or equal to 10 ym applied.
  • the wavelength conversion layer 1 may also have a thickness of greater than or equal to 100 ym and less than or equal to 500 ym,
  • Ceramic material 12 to a lesser extent in
  • the first ceramic material 11 in the finished ceramic wavelength conversion layer 1 forms a matrix material in which the second ceramic material 12 is embedded.
  • the second ceramic material 12 it is possible, for example, for the second ceramic material 12 to be a ceramic material which, according to the description above in the general part, can be deposited less well or not at all by means of aerosol deposition, if it is the only one
  • the first ceramic material 11 is formed by a ceramic material which can be deposited well by means of aerosol deposition.
  • the second ceramic material 12 may be formed by a nitridic wavelength conversion substance, such as SisNsiEu with M selected from Ca, Sr and Ba, which is described in U.S. Pat
  • Aerosol deposition can be deposited.
  • Ceramic material 11 may, for example, another
  • ceramic wavelength conversion material such as YAG: Ce
  • Wavelength conversion layer 1 has in this case YAG: Ce as the first ceramic material 11 a yellow
  • Wavelength conversion layer 1 for example, warm white light are generated.
  • the first ceramic material 11 or the second ceramic material 12 is formed by a transparent ceramic material.
  • the transparent ceramic material 11 or the second ceramic material 12 is formed by a transparent ceramic material.
  • Ceramic material may, for example, undoped YAG,
  • Silicon nitride aluminum nitride, a SiAlON or mixtures thereof or be it. Will be the first
  • the transparent ceramic material the second For example, YAG: Ce may be selected as the first ceramic material 11 and aluminum oxide as the second ceramic material 12 in the first ceramic material 11.
  • the transparent second ceramic material 12 forms scattering centers in the ceramic in this case
  • At least one of which is formed by a ceramic wavelength conversion substance and which have different refractive indices.
  • Wavelength conversion layer 1 with the previously described thicknesses and ceramic densities also using a
  • Ceramic material 12 are formed, which can be deposited less well or hardly by means of aerosol deposition. By adjusting the relative proportion of the first
  • Ceramic material 11 to the second ceramic material 12 and their refractive indices and conversion properties, the light scattering and thus the conversion effect of the ceramic wavelength conversion layer 1 can be optimized.
  • the ceramic wavelength conversion layer 1 can thus faster and more of several phosphors
  • Wavelength conversion materials are used, which can not be deposited in single layers.
  • FIG. 2 shows a lighting element 100 which comprises a ceramic wavelength conversion layer 1 on a semiconductor chip 4 emitting light
  • Component 2 has.
  • the light-emitting semiconductor chip 4 can be arranged in a housing 5, for example a plastic housing or a ceramic housing, which is merely indicated in FIG.
  • the light-emitting semiconductor chip 4 may also be arranged on a carrier, for example a ceramic carrier, a plastic carrier or a printed circuit board. Further features relating to the light-emitting semiconductor chip 4 or the housing 5, for example materials, layer structures or electrical contact layers, as well as concerning the mounting and the electrical connection of the light-emitting
  • the surface 20 on which the wavelength conversion layer 1 is deposited is formed by the light output surface of the light-emitting semiconductor chip 4.
  • the ceramic wavelength conversion layer 1 by means of the previously described Aerosolabscheidevons directly on the light output surface of the light
  • this may result in a roughening of the light outcoupling surface of the light-emitting semiconductor chip 4, so that the interface between the light-emitting semiconductor chip 4 and the ceramic wavelength conversion layer 1 is roughened and irregular, whereby light from the light-emitting semiconductor chip 4 efficiently in the
  • Wavelength conversion layer 1 can be coupled.
  • the wavelength conversion layer 1 can, for example, be applied to the light already mounted in the housing 5
  • Aerosolabscheidevons can be carried out at low temperatures, for example at room temperature. This allows the light-emitting
  • Wavelength conversion layer 1 for example, on a provided with a semiconductor layer sequence with at least one active, light-emitting layer semiconductor wafer are applied, which via a suitable
  • Wavelength conversion layer 1 can be separated.
  • Wavelength conversion layer 1 is applied by means of aerosol deposition, through surfaces of the light-emitting Semiconductor chips 4 and a part of the surface of the
  • Housing 5 is formed.
  • the ceramic wavelength conversion layer 1 can be applied directly to the housing 5 and the light-emitting semiconductor chip 4 by the aerosol deposition method without significant damage and loss of the structural integrity of the coated components.
  • FIG. 4 shows a further exemplary embodiment of an illumination element 100 in which the ceramic wavelength conversion layer 1 is applied to the surface 20 of a component 2 formed by a carrier 6.
  • the carrier 6 can be formed for example by a glass or a transparent ceramic substrate, for example in the form of a small plate. The formed by the carrier 6 and the wavelength conversion layer 1
  • Wavelength conversion element can be directly on a
  • Light-emitting semiconductor chip 4 or also, as shown in Figure 4, spaced from the light-emitting
  • the component 2 on the surface 20 of which the wavelength conversion layer 1 is applied is formed by a ceramic substrate which contains or is formed from one or more of the wavelength conversion substances mentioned above in the general part. It will be on
  • Wavelength conversion materials as the first and second powdered ceramic material for forming the
  • Wavelength conversion layer 1 are applied.
  • a YAG: Ce substrate can be used as component 2, on which a powder mixture with a
  • Wavelength conversion layer 1 are applied.
  • Lighting element 100 which has as a component 2 coated with the ceramic wavelength conversion layer 1 a reflector 7 in which, for example, a light-emitting semiconductor chip 4 is mounted.
  • the reflector 7 may, for example, a metal-coated
  • Aerosol deposition method is a method in which the ceramic materials 11, 12 are sprayed, the wavelength conversion layer 1 can be readily applied to a curved surface as that of the reflector 7 shown.
  • the embodiments shown in the figures may alternatively or additionally also have further features as described in the general part.

Landscapes

  • Led Device Packages (AREA)

Description

Beschreibung
Verfahren zur Herstellung einer keramischen
Wellenlängenkonversionsschicht und Beleuchtungselement mit einer keramischen Wellenlängenkonversionsschicht
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2012 105 278.6, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Es werden ein Verfahren zur Herstellung einer keramischen Wellenlängenkonversionsschicht und ein Beleuchtungselement mit einer keramischen Wellenlängenkonversionsschicht
angegeben .
Um das Licht einer Lichtquelle zumindest teilweise in andere Wellenlängen umzuwandeln, werden Leuchtstoffe verwendet.
Beispielsweise werden Licht emittierende Dioden (LED) mit solchen Leuchtstoffen kombiniert, um anstelle des einfarbigen Emissionsspektrums einer LED ein mischfarbiges Spektrum zu erhalten. Beispielsweise sind solche so genannten
Konversions-LEDs bekannt, bei denen ein blau oder
ultraviolett emittierender Leuchtdiodenchip verwendet wird, dessen Licht durch einen oder mehrere geeignete Leuchtstoffe in längerwelliges Licht konvertiert wird. Dadurch lassen sich beliebige Lichtfarben, insbesondere auch Weißlicht, erzeugen.
Bekannte Konverter werden beispielsweise als Komposit aus einem transparenten Harz mit eingebettetem Leuchtstoffpulver hergestellt.
Deutlich bessere Effizienzen aufgrund einer besseren
Wärmeableitung lassen sich mit keramischen Leuchtstoffkonvertern erreichen, bei denen der Konverter durch einen oder mehrere keramische Leuchtstoffe oder durch ein keramisches Komposit mit einem oder mehreren
Leuchtstoffen in einer Matrix wie etwa einem keramischen Leuchtstoff in einer Keramikmatrix gebildet wird.
Keramikkonverter werden üblicherweise durch Sintern
hergestellt. Da die Sintertemperaturen für keramische
Leuchtstoffe oft über den Maximaltemperaturen liegen, denen Leuchtdiodenchips oder auch andere Komponenten von
Leuchtdioden ausgesetzt werden können, können
Keramikkonverter nicht durch Aufsintern hergestellt werden, sondern müssen in getrennten Verfahren hergestellt werden und können erst nachträglich im fertig gestellten Zustand
aufgebracht werden.
Zumindest eine Aufgabe von bestimmten Ausführungsformen ist es, ein Verfahren zur Herstellung einer keramischen
Wellenlängenkonversionsschicht anzugeben. Zumindest eine weitere Aufgabe von bestimmten Ausführungsformen ist es, ein Beleuchtungselement mit einer keramischen
WellenlängenkonversionsSchicht anzugeben .
Diese Aufgaben werden durch einen Gegenstand und ein
Verfahren gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelö
Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen des
Gegenstands und des Verfahrens sind in den abhängigen
Ansprüchen gekennzeichnet und gehen weiterhin aus der
nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen hervor.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist ein Verfahren zur Herstellung einer keramischen Wellenlängenkonversionsschicht einen Verfahrensschritt auf, bei dem ein Pulvergemisch mit zumindest einem ersten und einem zweiten pulverförmigen Keramikmaterial bereitgestellt wird. Beispielsweise kann das Pulvergemisch aus dem zumindest einen ersten und einen zweiten pulvertörmigen Keramikmaterial bestehen. In einem weiteren Verfahrensschritt wird das Pulvergemisch mittels eines Aerosolabscheideverfahrens auf eine Oberfläche zur Bildung der keramischen Wellenlängenkonversionsschicht aufgebracht .
Insbesondere kann die Oberfläche, auf die das Pulvergemisch mittels Aerosolabscheidung aufgebracht wird, durch eine
Komponente eines Beleuchtungselements gebildet werden.
Gemäß zumindest einer weiteren Ausführungsform weist ein Beleuchtungselement eine keramische
Wellenlängenkonversionsschicht auf zumindest einer Oberfläche einer Komponente auf. Die keramische
Wellenlängenkonversionsschicht kann insbesondere durch das vorgenannte Verfahren hergestellt sein.
Die im Folgenden beschriebenen Merkmale und Ausführungsformen beziehen sich gleichermaßen auf das Verfahren zur Herstellung der keramischen Wellenlängenkonversionsschicht als auch auf das Beleuchtungselement mit der keramischen
Wellenlängenkonversionsschicht .
Unter einem Keramikmaterial oder einem keramischen Material ist insbesondere ein oxidhaltiges und/oder ein nitridhaltiges Material zu verstehen, das insbesondere in Pulverform
verarbeitet wird, wobei hier und im Folgenden auch
Materialien, die nur eine Nahordnung und keine Fernordnung aufweisen, unter den Begriff „keramisches Material" fallen. Dementsprechend sind auch anorganische Gläser von der
Formulierung „keramisches Material" oder „Keramikmaterial" umfasst. Unter einem pulvertörmigen Keramikmaterial ist insbesondere ein Pulver aus einem Material zu verstehen, mit dem ein keramisches Element herstellbar ist, also ein
keramisches Pulver oder Pulvermaterial.
Die keramische Wellenlängenkonversionsschicht ist zur
Abstrahlung von Licht durch Absorption einer Primärstrahlung und Emission einer von der Primärstrahlung verschiedenen Sekundärstrahlung vorgesehen. Hierzu weist die
Wellenlängenkonversionsschicht zumindest einen keramischen
Wellenlängenkonversionsstoff auf. Insbesondere wird das erste Keramikmaterial durch einen keramischen
Wellenlängenkonversionsstoff gebildet .
Darüber hinaus kann die Wellenlängenkonversionsschicht weitere Wellenlängenkonversionsstoffe aufweisen,
beispielsweise kann das zweite Keramikmaterial durch einen weiteren keramischen Wellenlängenkonversionsstoff gebildet sein oder die Wellenlängenkonversionsschicht kann zusätzlich zum ersten und zweiten Keramikmaterial zumindest ein oder mehrere weitere durch keramische
Wellenlängenkonversionsstoffe gebildete Keramikmaterialen aufweisen. Weist die Wellenlängenkonversionsschicht mehrere durch Wellenlängenkonversionsstoffe gebildete
Keramikmaterialen auf, so sind diese bevorzugt verschieden voneinander und können bevorzugt Licht unterschiedlicher Energie emittieren.
Als Aerosolabscheideverfahren (ADM: "aerosol deposition method") wird hier und im Folgenden ein Kaltsprühverfahren bezeichnet, wie es in der Druckschrift J. Akedo, Journal of Thermal Spray Technology 17 (2), S. 181-198 (2008)
beschrieben ist. Bei einem solchen Verfahren kann das Pulvergemisch mit zumindest dem ersten und dem zweiten pulvertörmigen Keramikmaterial in einer Pulverkammer
bereitgestellt werden, die auch als Aerosolkammer bezeichnet werden kann und die über eine Gaszuleitung und eine
Gasableitung verfügt. Mittels der Gaszuleitung kann ein Gas, bevorzugt ein inertes Gas, in die Pulverkammer geleitet werden. Das Gas kann beispielsweise Helium, Stickstoff, Sauerstoff, Argon, Luft oder eine Mischung dieser enthalten oder daraus sein. Mittels des Gases wird ein Teil der
Partikel des Pulvergemischs im Gas über die Gasableitung in eine Beschichtungskammer geleitet, die bevorzugt einen niedrigeren Druck als die Pulverkammer aufweist. Insbesondere kann das Aerosolabscheideverfahren in der Beschichtungskammer bei Raumtemperatur, also beispielsweise bei einer Temperatur von etwa 300 K, durchgeführt werden. Das Aerosol mit den
Partikeln des Pulvergemischs tritt in der Beschichtungskammer durch eine Düse aus und wird durch die Düse strahlartig auf die zu beschichtende Oberfläche gerichtet, die geeignet temperiert und/oder aufgeraut oder glatt sein kann. Der
Strahl mit dem Aerosol kann beispielsweise punktuell auf die zu beschichtende Oberfläche treffen. Weiterhin kann der
Strahl mit dem Aerosol auch aufgeweitet, beispielsweise linear aufgefächert, auf die zu beschichtende Oberfläche treffen. Das Gas des Aerosols wirkt als Beschleunigungsgas, da über den Gasstrom die darin enthaltenen Partikel auf die zu beschichtende Oberfläche gesprüht werden. Die Düse
und/oder die zu beschichtende Oberfläche können relativ zueinander bewegbar sein, um ein großflächiges Aufbringen der Partikel zu ermöglichen. Dieser Vorgang kann auch als „Abrastern" bezeichnet werden.
Durch das Aerosolabscheideverfahren kann das Pulvergemisch mit zumindest dem ersten und zweiten Keramikmaterial durch gezielte Wahl der Materialien, der Partikelmorphologie, der Partikelgrößenverteilung sowie der AufSprühbedingungen, also beispielsweise des Gasstroms und/oder der Düsengeometrie, mit gewünschten Eigenschaften hergestellt werden. Weiterhin ist mit dem Aerosolabscheideverfahren ein Aufbringen der
Materialen des Pulvergemischs in Form einer unstrukturierten oder einer strukturierten Wellenlängenkonversionsschicht möglich . Die keramische Wellenlängenkonversionsschicht weist nach dem Aufbringen mittels des Aerosolabscheideverfahrens die im bereitgestellten Pulvergemisch enthaltenen Keramikmaterialen, also zumindest das erste und das zweite Keramikmaterial, in Form von Partikeln auf, die miteinander verbunden sind.
Insbesondere können die Wellenlängenkonversionsschicht sowie auch das bereitgestellte Pulvergemisch ausschließlich
Keramikmaterialien aufweisen. Darüber hinaus können auch Polymermaterialien enthalten sein, die zur Veränderung von optischen und/oder mechanischen Eigenschaften eingebracht werden, beispielsweise optische Streuzentren und/oder
Materialien zur Verminderung von Spannungen und/oder zur Erhöhung der Bruchfestigkeit. Zusatzstoffe, wie
beispielsweise Binder, Lösungsmittel, Klebematerialien oder Metallpartikel, die bei bekannten Verfahren dazu vorgesehen sind, eine Verbindung der Partikel der keramischen
Materialien untereinander in einer
Wellenlängenkonversionsschicht zu fördern, sind bei der hier beschriebenen Wellenlängenkonversionsschicht und bei dem hier beschriebenen Verfahren jedoch nicht nötig und daher nicht vorhanden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden das erste und das zweite Keramikmaterial jeweils als Pulver bereitgestellt, das durch Partikel gebildet wird, die einen mittleren Durchmesser ds o von größer oder gleich 100 nm, bevorzugt von größer oder gleich 300 nm aufweist. Die Partikel weisen weiterhin einen mittleren Durchmesser ds o von kleiner oder gleich 3 ym und bevorzugt von kleiner oder gleich 1 ym auf.
Die Keramikmaterialen liegen aufgrund ihrer Bereitstellung als Pulvergemisch auch in der keramischen
Wellenlängenkonversionsschicht durchmischt vor. Je nach jeweils bereitgestellter Menge der Keramikmaterialen im
Pulvergemisch sowie je nach Haftungseigenschaften während des Aufbringens kann ein in der keramischen
Wellenlängenkonversionsschicht zu einem geringeren Anteil enthaltenes Keramikmaterial in einem zu einem höheren Anteil enthaltenen Keramikmaterial eingebettet sein, so dass das zu einem höheren Anteil vorhandene Keramikmaterial ein
Matrixmaterial für das zu einem geringeren Anteil vorhandene Keramikmaterial bildet. Dadurch kann die Stabilität der keramischen Wellenlängenkonversionsschicht zumindest durch das zu einem höheren Anteil enthaltene Keramikmaterial gegeben sein.
Im Vergleich zu Sinterverfahren kann das
Aerosolabscheideverfahren bei deutlich niedrigeren
Temperaturen durchgeführt werden, insbesondere beispielsweise auch bei Raumtemperatur, da die Energie, die zur
Konsolidierung der Partikel des Pulvergemischs, also zum „Zusammenbacken" der Partikel, nötig ist, um die keramische Wellenlängenkonversionsschicht zu bilden, über die kinetische Energie im Gasstrom bereitgestellt werden kann, während bei
Sinterverfahren die dafür nötige Energie bekanntermaßen durch die Erhitzung auf hohe Temperaturen geliefert wird. Durch die kinetische Energie der Partikel des Pulvergemisches kann es beim Aufprallen auf die zu beschichtende Oberfläche lediglich lokal sehr begrenzt zu einer Erhöhung der Temperatur der am Aufprall beteiligten Partikel kommen, die jedoch ausreichend ist, die Partikel „zusammen zu backen".
Das Aerosolabscheideverfahren kann somit eine höhere
Energieeffizienz in der Prozessierung sowie eine höhere
Prozessverträglichkeit im Vergleich zu üblichen Verfahren bieten, die im Stand der Technik zur Herstellung von
keramischen Leuchtstoffschichten verwendet werden.
Insbesondere kann die Komponente, auf deren Oberfläche die Wellenlängenkonversionsschicht durch das
Aerosolabscheideverfahren gebildet wird, eine
Maximaltemperatur aufweisen, bis zu der die Komponente ihre strukturelle Integrität behält und die unterhalb einer minimalen Sintertemperatur des Pulvergemischs und damit der Wellenlängenkonversionsschicht liegt. Mit anderen Worten kann die keramische Wellenlängenkonversionsschicht auf Materialien aufgebracht werden, die unter Sinterbedingungen schmelzen oder sich zersetzen würden. Mittels geeigneter
Nachweismethoden wie beispielsweise
Rasterelektronenmikroskopie lässt sich dadurch die
Herstellung von Wellenlängenkonversionsschichten mit den hier beschriebenen keramischen Dichten und Dicken durch
Aerosolabscheidung nachweisen. Insbesondere wenn diese auf Komponenten aufgebracht sind, auf die die keramischen
Materialien nicht aufgesintert werden können, kann sich ein Hinweis auf das hier beschriebene Verfahren ergeben. Beispielsweise kann die Komponente, auf deren Oberfläche die Wellenlängenkonversionsschicht aufgebracht wird, ein
Keramikmaterial, ein Glas, einen Kunststoff und/oder ein Halbleitermaterial aufweisen. Insbesondere kann die Komponente und insbesondere die Oberfläche der Komponente, auf die die Wellenlängenkonversionsschicht aufgebracht wird, eines oder mehrere der vorgenannten Materialien aufweisen, die Sintertemperaturen nicht standhalten würden, die
notwendig wären, um die Wellenlängenkonversionsschicht durch Aufsintern herzustellen.
Durch das hier beschriebene Verfahren kann die
Wellenlängenkonversionsschicht in Form einer dichten
keramischen Schicht bei einer niedrigen Temperatur, besonders bevorzugt bei Raumtemperatur, erzeugt werden. Insbesondere kann die Wellenlängenkonversionsschicht eine keramische
Dichte von größer oder gleich 90% und besonders bevorzugt von größer oder gleich 99% aufweisen. Mit Hilfe der keramischen Dichte kann die Porenfreiheit der
Wellenlängenkonversionsschicht angegeben werden. Eine
keramische Dichte von 100% bedeutet dabei, dass die
Wellenlängenkonversionsschicht frei von Poren ist und als porenfreier Keramikkörper ausgebildet ist. Eine keramische Dichte von größer oder gleich 90% oder von größer oder gleich 99% bedeutet, dass weniger als 10% beziehungsweise weniger als 1% des Volumens der Wellenlängenkonversionsschicht durch Poren gebildet werden. Weiterhin kann die Wellenlängenkonversionsschicht mit einer Dicke von größer oder gleich 1 ym, bevorzugt von größer oder gleich 10 ym und besonders bevorzugt von größer oder gleich 100 ym aufgebracht werden. Weiterhin kann die Dicke der
Wellenlängenkonversionsschicht kleiner oder gleich 500 ym betragen. Je dicker die Wellenlängenkonversionsschicht ausgebildet ist, desto höher kann die
Konversionswahrscheinlichkeit für durchgestrahltes Licht sein. Jedoch können auch mehr Spannungen aufgebaut werden, die bei einer zu großen Dicke sogar zum Reißen oder Zersprengen der Wellenlängenkonversionsschicht oder der
Komponente, auf deren Oberfläche die
Wellenlängenkonversionsschicht aufgebracht wird, führen können.
In Abhängigkeit der gegebenen Sprühbedingungen sowie der Pulvervorbereitungsbedingungen können Keramikmaterialien gut mittels des Aerosolabscheideverfahrens aufbringbar sein. Gut aufbringbar bedeutet hierbei, dass Schichtdicken von
zumindest einigen Mikrometern erreicht werden können. Daneben kann es auch Keramikmaterialien geben, die für sich alleine bei den gegebenen Sprühbedingungen und
Pulvervorbereitungsbedingungen weniger gut oder sogar gar nicht bei der Aerosolabscheidung zur Bildung einer Schicht mit einer signifikanten Schichtdicke führen können. Wie gut sich ein keramisches Material als Schicht abscheiden lässt, wird beispielsweise auch von der Korngrößenverteilung des Ausgangspulvers bestimmt. Beispielsweise sind jedoch
keramische Wellenlängenkonversionsstoffe in Pulverform mit geeigneten Korngrößen nicht beliebig verfügbar, was die
Auswahl der einsetzbaren keramischen
Wellenlängenkonversionsstoffe und damit die erzielbaren
Konversionsfarben und -farbmischungen bei der Verwendung eines Aerosolabscheideverfahrens erheblich einschränken kann. Neben der Partikelgröße können auch die Dichte des
pulverförmigen keramischen Materials und somit die Masse der einzelnen Partikel sowie auch Ladungseffekte beispielsweise von Oberflächenladungen, sowie auch die Festigkeit des keramischen Materials beziehungsweise dessen Verformbarkeit oder Härte einen Einfluss darauf haben, wie gut sich das keramische Material mittels Aerosolabscheidung aufbringen lässt . Dadurch, dass bei den hier beschriebenen Verfahren das
Pulvergemisch mit zumindest dem ersten und dem zweiten pulverförmigen Keramikmaterial verwendet wird, kann eine Mischung beispielsweise aus einem gut und einem einzeln weniger gut oder nicht abscheidbaren pulverförmigen
Keramikmaterial bereitgestellt werden. Bevorzugt wird das gut abscheidbare Material zu mindestens 50% im Pulvergemisch bereitgestellt. Durch die Mischung der verschieden gut abscheidbaren Keramikmaterialien ergibt sich ein Komposit, bei dem in der Wellenlängenkonversionsschicht das weniger gut abscheidbare Keramikmaterial im gut abscheidbaren
Keramikmaterial eingebettet ist. Dadurch, dass das gut abscheidbare Keramikmaterial somit in der keramischen
Wellenlängenkonversionsschicht als Matrixmaterial für das weniger gut oder gar nicht abscheidbare Keramikmaterial dient, kann trotz der Verwendung eines weniger gut oder gar nicht abscheidbaren Keramikmaterials eine keramische
Wellenlängenkonversionsschicht mit einem solchen Material mit der gewünschten Dicke, insbesondere ausgewählt aus dem oben angegebenen Dickenbereich, aufgebracht werden.
Weiterhin weisen das erste und zweite Keramikmaterial bevorzugt voneinander unterschiedliche Brechungsindizes auf. Hierdurch kann der Vorteil erreicht werden, dass im Vergleich zu einer keramischen Wellenlängenkonversionsschicht, die nur ein keramisches Material aufweist, die Lichtstreuung
innerhalb der keramischen Wellenlängenschicht erhöht werden kann. Dadurch kann ein für eine optimale Konversion
ausreichend langer Lichtweg erreicht werden, ohne dass die Dicke der Wellenlängenkonversionsschicht zu groß sein muss. Wegen der hohen Materialdichte und des damit extrem niedrigen Porenanteils ist die Lichtstreuung in einer mittels
Aerosolabscheidung aufgebrachten
Wellenlängenkonversionsschicht, die nur ein einziges
keramisches Material aufweist, gering und der Lichtweg ist gerade bei kleineren Schichtdicken so kurz, dass in der Regel bei den gewünschten Schichtdicken keine ausreichende
Konversionswirkung erzielt werden kann. Dickere Schichten sind jedoch nicht in jedem Fall wünschenswert, beispielsweise aufgrund höheren Materialverbrauchs, längerer Prozesszeiten oder auch designtechnischer Vorgaben.
Keramische Wellenlängenkonversionsstoffe, die beispielsweise das erste oder das zweite Keramikmaterial bilden, können beispielsweise zumindest eines oder mehrere der folgenden Materialien zur Wellenlängenkonversion aufweisen oder aus einem oder mehreren der folgenden Materialien gebildet sein: seltene Erd dotierte Granate, seltene Erd dotierte
Erdalkalisulfide, seltene Erd dotierte Thiogallate, seltene Erd dotierte Aluminate, seltene Erd dotierte Silikate, wie Orthosilikate, seltene Erd dotierte Chlorosilikate, seltene Erd dotierte Nitridosilikate, seltene Erd dotierte Oxinitride und seltene Erd dotierte Aluminiumoxinitride, seltene Erd dotierte Siliziumnitride sowie seltene Erd dotierte
Oxonitridoalumosilikate, seltene Erd dotierte
Nitridoalumosilikate und Aluminiumnitride.
Als Wellenlängenkonversionsstoff kann in bevorzugten
Ausführungsformen insbesondere ein Granat, etwa
Yttriumaluminiumoxid (YAG) , Lutetiumaluminiumoxid (LuAG) und/oder Terbiumaluminiumoxid (TAG), verwendet werden. Als Wellenlängenkonversionsstoff kann in weiteren bevorzugten Ausführungsformen insbesondere einer der vorab genannten nitridische Wellenlängenkonversionsstoffe verwendet werden. Als Beispiele für nitridische Wellenlängenkonversionsstoffe seien solche basierend auf Verbindungen von Erdalkalimetallen mit SiON, SiAlON, SixNy und AlSiN genannt.
Das Material für den Wellenlängenkonversionsstoff ist in weiteren bevorzugten Ausführungsformen beispielsweise mit einem oder mehreren der folgenden Aktivatoren dotiert: Cer, Europium, Neodym, Terbium, Erbium, Praseodym, Samarium, Mangan. Rein beispielhaft für mögliche dotierte
Wellenlängenkonversionsstoffe seien Cer-dotierte
Yttriumaluminium-Granate, Cer-dotierte Lutetiumaluminium- Granate, Europium-dotierte Orthosilikate sowie Europium¬ dotierte Nitride genannt.
Beispielsweise kann ein Wellenlängenkonversionsstoff der Wellenlängenkonversionsschicht, etwa das erste oder zweite Keramikmaterial, durch YAG:Ce zur Emission einer gelben
Sekundärstrahlung gebildet werden. Weiterhin kann ein
keramischer Wellenlängenkonversionsstoff der
Wellenlängenkonversionsschicht, etwa das erste oder zweite Keramikmaterial, durch Strontium-SiON : Eu zur Emission einer grünen Sekundärstrahlung, durch Calcium-SiAlON : Eu zur
Emission einer rötlich-orangefarbigen (amber)
Sekundärstrahlung oder durch M2SisN8:Eu, wobei M hier und im Folgenden eines oder mehrere ausgewählt aus Ca, Sr und Ba ist zur Emission einer roten Sekundärstrahlung gebildet werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden das erste und das zweite Keramikmaterial jeweils durch einen keramischen Wellenlängenkonversionsstoff gebildet. Das erste Keramikmaterial kann beispielsweise durch einen wie oben beschriebenen gut mittels Aerosolabscheidung abscheidbaren keramischen Wellenlängenkonversionsstoff gebildet sein, während das zweite Keramikmaterial durch einen keramischen Wellenlängenkonversionsstoff gebildet wird, der weniger gut oder auch gar nicht mittels Aerosolabscheidung abscheidbar ist. In der Wellenlängenkonversionsschicht kann in diesem Fall das zweite Keramikmaterial im ersten Keramikmaterial eingebettet sein. Beispielsweise kann das erste
Keramikmaterial durch YAG:Ce gebildet werden, während das zweite Keramikmaterial durch einen nitridischen keramischen Wellenlängenkonversionsstoff, beispielsweise ^SisNsiEu, gebildet wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird das zweite
Keramikmaterial durch ein transparentes Keramikmaterial gebildet. Transparent heißt hierbei, dass im sichtbaren Spektralbereich keine Konversion durch das transparente Keramikmaterial stattfindet. Beispielsweise kann das
transparente Keramikmaterial undotiertes YAG, Aluminiumoxid, Yttriumoxid, Siliziumnitrid, Aluminiumnitrid, ein SiAlON und/oder Magnesium-Aluminium-Oxid aufweisen oder daraus sein Beispielsweise kann das erste Keramikmaterial durch YAG:Ce gebildet werden, während das zweite Keramikmaterial durch Aluminiumoxid gebildet wird.
Die Verwendung des transparenten Keramikmaterials kann insbesondere auch dann von Vorteil sein, wenn nur ein keramischer Wellenlängenkonversionsstoff verwendet werden soll, der weniger gut oder gar nicht mittels
Aerosolabscheidung abscheidbar ist. In diesem Fall kann das erste Keramikmaterial durch den weniger gut oder gar nicht abscheidbaren keramischen Wellenlängenkonversionsstoff gebildet werden, während das zweite Keramikmaterial durch ein transparentes Keramikmaterial gebildet wird, beispielsweise eines der vorgenannten Materialien, die sich gut mittels Aerosolabscheidung abscheiden lassen. Das erste
Keramikmaterial wird dann im Pulvergemisch in einer
derartigen Menge bereitgestellt, dass es in der fertig gestellten Wellenlängenkonversionsschicht im zweiten
Keramikmaterial eingebettet ist. Wie bereits oben beschrieben ist, kann durch die Verwendung der Kombination eines gut und eines weniger gut oder gar nicht mittels Aerosolabscheidung abscheidbaren Keramikmaterials ein Komposit durch die
Keramikmaterialien gebildet werden, wodurch die
Wellenlängenkonversionsschicht mit einer gewünschten Dicke und festhaftend auf der Oberfläche, auf der sie aufgebracht wird, ausgebildet werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird die Komponente, auf deren Oberfläche die Wellenlängenkonversionsschicht
aufgebracht wird, durch einen Licht emittierenden
Halbleiterchip oder durch einen Halbleiterwafer mit zumindest einer Licht emittierenden Schicht gebildet. Der
Halbleiterwafer kann insbesondere in eine Vielzahl von Licht emittierenden Halbleiterchips vereinzelbar sein. Durch das Aerosolabscheideverfahren kann es möglich sein, dass auf den Licht emittierenden Halbleiterchip oder auf den
Halbleiterwafer keramische Wellenlängenkonversionsschicht direkt aufgebracht werden kann, ohne dass wie bei einem
Sinterverfahren das Halbleitermaterial geschädigt würde. Der Beschuss eines Halbleitermaterials direkt mit den Partikeln des Pulvergemisches kann während der Ausbildung der
Wellenlängenkonversionsschicht auch zu einer Aufrauung des Halbleitermaterials führen, so dass beispielsweise die
Lichtauskoppelfläche eines Licht emittierenden Halbleiterchips mit unmittelbar darauf aufgebrachter
keramischer Wellenlängenkonversionsschicht eine aufgeraute Grenzfläche zur Wellenlängenkonversionsschicht bildet, wodurch sich die Lichtauskopplung aus dem Licht emittierenden Halbleiterchip und entsprechend die Lichteinkopplung in die Wellenlängenkonversionsschicht verbessern kann.
Alternativ oder zusätzlich kann das Beleuchtungselement als Komponente, auf der die Wellenlängenkonversionsschicht aufgebracht wird, ein Gehäuse, beispielsweise für einen Licht emittierenden Halbleiterchip, oder einen Reflektor,
beispielsweise für eine Lampe mit einem Licht emittierenden Halbleiterchip, aufweisen. Darüber hinaus kann die
Komponente, auf deren Oberfläche die
Wellenlängenkonversionsschicht aufgebracht wird, durch einen Träger, beispielsweise eine Glas-, Keramik- oder
Kunststoffplatte oder -folie gebildet werden, auf die die Wellenlängenkonversionsschicht mittels des
Aerosolabscheideverfahrens aufgebracht wird. Der Träger mit der keramischen Wellenlängenkonversionsschicht kann
unmittelbar auf oder auch beabstandet zu einem Licht
emittierenden Halbleiterchip angeordnet werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die
Komponente, auf deren Oberfläche die
Wellenlängenkonversionsschicht aufgebracht wird, durch ein Keramiksubstrat gebildet, das einen oder mehrere der
vorgenannten Wellenlängenkonversionsstoffe enthält oder daraus gebildet wird. Auf einem solchen Substrat kann ein Pulvergemisch mit zumindest einem der vorgenannten
Wellenlängenkonversionsstoffe und einem transparenten
Keramikmaterial oder einem weiteren der vorgenannten
Wellenlängenkonversionsstoffe als erstem und zweitem pulverförmigen Keramikmaterial zur Bildung der
Wellenlängenkonversionsschicht aufgebracht werden.
Beispielsweise kann ein YAG : Ce-Substrat als Komponente verwendet werden, auf dem ein Pulvergemisch mit einem
keramischen Wellenlängenkonversionsstoff, bevorzugt einem rot emittierenden Wellenlängenkonversionsstoff, und einem
transparenten Keramikmaterial als erstem und zweitem
pulverförmigen Keramikmaterial zur Bildung der
Wellenlängenkonversionsschicht aufgebracht werden.
Bei dem hier beschriebenen Verfahren zur Herstellung der keramischen Wellenlängenkonversionsschicht und beim hier beschriebenen Beleuchtungselement mit der keramischen
Wellenlängenkonversionsschicht kann durch die Wahl des ersten und zweiten Keramikmaterials eine geeignete
Konversionswirkung beispielsweise durch einen verlängerten Lichtweg infolge der verstärkten Lichtstreuung durch die unterschiedlichen Brechungsindizes des ersten und zweiten Keramikmaterials erreicht werden. Hierbei kann eine
optimierbare Lichtstreuung und eine damit einstellbare
Konversionswirkung erreicht werden. Bei Bedarf können
gemischte Lichtfarben durch Verwendung mehrerer Leuchtstoffe, beispielsweise eine warmweiße Konversionsschicht durch
Mischung von gelbem und rotem Wellenlängenkonversionsstoff, beispielsweise YAG:Ce und ^SisNsiEu. Dabei können auch
Keramikmaterialien verwendet werden, die als
Einzelmaterialien nicht mittels des
Aerosolabscheideverfahrens abscheidbar sind und die durch das weitere Keramikmaterial in die Wellenlängenkonversionsschicht eingebracht werden können.
Weitere Vorteile, vorteilhafte Ausführungsformen und
Weiterbildungen ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen
Ausführungsbeispielen .
Es zeigen:
Figuren 1A bis IC schematische Darstellungen von
Verfahrensschritten eines Verfahrens zur Herstellung einer keramischen
Wellenlängenkonversionsschicht gemäß einem Ausführungsbeispiel ,
Figur 2 eine schematische Darstellung eines
Beleuchtungselements mit einer keramischen Wellenlängenkonversionsschicht gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ,
Figur 3 eine schematische Darstellung eines
Beleuchtungselements mit einer keramischen Wellenlängenkonversionsschicht gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ,
Figur 4 eine schematische Darstellung eines
Beleuchtungselements mit einer keramischen Wellenlängenkonversionsschicht gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel und
Figur 5 eine schematische Darstellung eines
Beleuchtungselements mit einer keramischen Wellenlängenkonversionsschicht gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel .
In den Ausführungsbeispielen und Figuren können gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen, vielmehr können einzelne Elemente, wie zum Beispiel Schichten, Bauteile, Bauelemente und Bereiche, zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
In Verbindung mit den Figuren 1A bis IC ist ein Verfahren zur Herstellung einer keramischen Wellenlängenkonversionsschicht 1 gezeigt. Hierzu wird in einem ersten Verfahrensschritt ein Pulvergemisch 10 mit zumindest einem ersten pulverförmigen Keramikmaterial 11 und zumindest einem zweiten pulverförmigen Keramikmaterial 12 bereitgestellt. Das erste und zweite
Keramikmaterial 11, 12 werden jeweils als Pulver mit einem mittleren Partikeldurchmesser ds o von größer oder gleich 100 nm und kleiner oder gleich 3 ym und bevorzugt in einem
Bereich von größer oder gleich 300 nm und kleiner oder gleich 1 ym bereitgestellt.
Die Keramikmaterialien 11, 12 weisen im gezeigten
Ausführungsbeispiel voneinander unterschiedliche
Brechungsindizes auf. Hierdurch wird in der in Figur IC gezeigten fertig gestellten keramischen
Wellenlängenkonversionsschicht 1 erreicht, dass die
Wellenlängenkonversionsschicht 1 durchlaufendes Licht an den Grenzflächen zwischen dem ersten und dem zweiten
Keramikmaterial 11, 12 gebrochen wird, sodass durch die
Lichtstreuung ein längerer Lichtweg durch die keramische Wellenlängenkonversionsschicht 1 erreicht werden kann.
Weiterhin wird zumindest eines der bereitgestellten
pulverförmigen Keramikmaterialien 11, 12 durch einen
keramischen Wellenlängenkonversionsstoff gebildet.
In einem weiteren Verfahrensschritt wird, wie in Figur 1B angedeutet ist, das Pulvergemisch 10 mittels eines
Aerosolabscheideverfahrens auf eine zu beschichtende Oberfläche 20 einer zu beschichtenden Komponente 2 aufgebracht. Die Komponente 2, auf deren Oberfläche 20 die Wellenlängenkonversionsschicht 1 gebildet wird, kann
beispielsweise ein Keramikmaterial, ein Glas, ein Kunststoff und/oder ein Halbleitermaterial aufweisen.
Für das Aerosolabscheideverfahren, das oben im allgemeinen Teil beschrieben ist, wird das Pulvergemisch 10 einem
Gasstrom zugeführt, sodass das durch das Gas und das
Pulvergemisch 10 gebildete Aerosol in einem Aerosolstrahl 13 mittels einer Düse 3 auf die Oberfläche 20 aufgebracht wird. Durch die hohe kinetische Energie der Partikel des
Pulvergemischs 10 im Aerosolstrahl 13 findet beim Auftreffen auf die Oberfläche 20 beziehungsweise auf schon auf der Oberfläche 20 aufgebrachten Partikeln eine Konsolidierung, also ein „Zusammenbacken", der Partikel statt. Der
Aerosolstrahl 13 kann relativ zur Oberfläche 20 durch eine Bewegung der Düse 3 und/oder der Komponente 2 bewegbar sein, so dass die in Figur IC gezeigte keramische
Wellenlängenkonversionsschicht 1 auf der Oberfläche 20 ausgebildet werden kann. Insbesondere ist die
Wellenlängenkonversionsschicht 1 frei von weiteren, nicht keramischen Materialien, da als Pulvergemisch nur
Keramikmaterialien bereitgestellt werden.
Die keramische Wellenlängenkonversionsschicht 1 kann
insbesondere eine nanokristalline Struktur aufweisen mit einer keramischen Dichte von größer oder gleich 90% und bevorzugt von größer oder gleich 99%. Mit anderen Worten weist die keramische Wellenlängenkonversionsschicht 1 einen
Volumenanteil von lediglich weniger als 10% und bevorzugt von lediglich weniger als 1% an Poren auf. Durch das vorab beschriebene Verfahren wird die Wellenlängenkonversionsschicht 1 bevorzugt mit einer Dicke von größer oder gleich 1 ym und insbesondere von größer oder gleich 10 ym aufgebracht. Für typische Anwendungen kann die Wellenlängenkonversionsschicht 1 auch eine Dicke von größer oder gleich 100 ym und kleiner oder gleich 500 ym,
insbesondere eine Dicke von einigen 100 ym, aufweisen.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel wird das zweite
Keramikmaterial 12 zu einem geringeren Anteil im
Pulvergemisch 10 bereitgestellt als das erste Keramikmaterial 11. Hierdurch bildet das erste Keramikmaterial 11 in der fertig gestellten keramischen Wellenlängenkonversionsschicht 1 ein Matrixmaterial, in dem das zweite Keramikmaterial 12 eingebettet ist. Dadurch ist es beispielsweise möglich, dass als zweites Keramikmaterial 12 ein Keramikmaterial verwendet wird, das gemäß der Beschreibung oben im allgemeinen Teil weniger gut oder auch gar nicht mittels Aerosolabscheidung abgeschieden werden kann, wenn es als einziges
Keramikmaterial eingesetzt wird. Das erste Keramikmaterial 11 wiederum wird durch ein Keramikmaterial gebildet, das sich gut mittels Aerosolabscheidung abscheiden lässt.
Beispielsweise kann das zweite Keramikmaterial 12 durch einen nitridischen Wellenlängenkonversionsstoff, etwa ^SisNsiEu mit M ausgewählt aus Ca, Sr und Ba, gebildet sein, der in
Abhängigkeit von den gegebenen Sprühbedingungen und den
Pulvervorbereitungsbedingungen nur wenig gut mittels
Aerosolabscheidung abscheidbar sein kann. Als erstes
Keramikmaterial 11 kann beispielsweise ein weiterer
keramischer Wellenlängenkonversionsstoff, etwa YAG:Ce, bereitgestellt werden, der sich gut mittels
Aerosolabscheidung abscheiden lässt. Die
Wellenlängenkonversionsschicht 1 weist in diesem Fall mit YAG:Ce als erstem Keramikmaterial 11 einen gelb
konvertierenden Wellenlängenkonversionsstoff und mit
M2Si5 s:Eu als zweitem Keramikmaterial 12 einen rot
konvertierenden Wellenlängenkonversionsstoff auf. In
Verbindung mit einer blau emittierenden Lichtquelle,
beispielsweise einem blaues Licht emittierenden
Halbleiterchip, kann mit einer solchen keramischen
Wellenlängenkonversionsschicht 1 beispielsweise warmweißes Licht erzeugt werden.
Weiterhin ist es auch möglich, dass das erste Keramikmaterial 11 oder das zweite Keramikmaterial 12 durch ein transparentes Keramikmaterial gebildet wird. Das transparente
Keramikmaterial kann beispielsweise undotiertes YAG,
Aluminiumoxid, Yttriumoxid, Magnesium-Aluminium-Oxid,
Siliziumnitrid, Aluminiumnitrid, ein SiAlON oder Mischungen daraus aufweisen oder daraus sein. Wird das erste
Keramikmaterial 11 durch ein transparentes Keramikmaterial, beispielsweise Aluminiumoxid gebildet, in dem als zweites Keramikmaterial 12 beispielsweise einer der vorgenannten keramischen Wellenlängenkonversionsstoffe eingebettet ist, so bildet das transparente Keramikmaterial 11 das Matrixmaterial für den Wellenlängenkonversionsstoff 12. Im umgekehrten Fall, also wenn das transparente Keramikmaterial das zweite im ersten Keramikmaterial 11 eingebettete Keramikmaterial 12 bildet, kann beispielsweise YAG:Ce als erstes Keramikmaterial 11 und Aluminiumoxid als zweites Keramikmaterial 12 gewählt werden. Das transparente zweite Keramikmaterial 12 bildet in diesem Fall Streuzentren in der keramischen
Wellenlängenkonversionsschicht 1.
Alternativ zu den genannten Materialkombinationen für das erste und zweite Keramikmaterial 11, 12 sind auch andere Kombinationen, beispielsweise mit den oben im allgemeinen Teil beschriebenen Materialien, möglich. Weiterhin können als Pulvergemisch 10 auch mehr als zwei Keramikmaterialen
bereitgestellt werden, von denen zumindest eines durch einen keramischen Wellenlängenkonversionsstoff gebildet wird und die unterschiedliche Brechungsindizes aufweisen.
Durch das Aerosolabscheideverfahren kann die
Wellenlängenkonversionsschicht 1 mit den vorab beschriebenen Dicken und keramischen Dichten auch unter Verwendung eines
Keramikmaterials 12 ausgebildet werden, das sich weniger gut oder kaum mittels Aerosolabscheidung abscheiden lässt. Durch eine Einstellung des relativen Anteils des ersten
Keramikmaterials 11 zum zweiten Keramikmaterial 12 sowie deren Brechungsindizes und Konversionseigenschaften kann die Lichtstreuung und damit auch die Konversionswirkung der keramischen Wellenlängenkonversionsschicht 1 optimiert werden. Die keramische Wellenlängenkonversionsschicht 1 kann somit aus mehreren Leuchtstoffen schneller und
unkomplizierter hergestellt werden als dies bei der
sukzessiven Abscheidung von Einzellagen mit verschiedenen keramischen Wellenlängenkonversionsstoffen möglich ist.
Insbesondere können eben auch keramische
Wellenlängenkonversionsstoffe verwendet werden, die sich nicht in Einzellagen abscheiden lassen.
In Verbindung mit den Figuren 2 bis 5 sind
Ausführungsbeispiele für Beleuchtungselemente 100 gezeigt, die eine Wellenlängenkonversionsschicht 1 aufweisen, die beispielsweise mittels des in Verbindung mit den Figuren 1A bis IC beschriebenen Verfahrens hergestellt werden können. In Figur 2 ist ein Beleuchtungselement 100 gezeigt, das eine keramische Wellenlängenkonversionsschicht 1 auf einer durch einen Licht emittierenden Halbleiterchip 4 gebildeten
Komponente 2 aufweist. Der Licht emittierende Halbleiterchip 4 kann in einem Gehäuse 5 angeordnet sein, beispielsweise einem Kunststoffgehäuse oder einem Keramikgehäuse, das in Figur 2 lediglich angedeutet ist. Alternativ hierzu kann der Licht emittierende Halbleiterchip 4 auch auf einem Träger, beispielsweise einem Keramikträger, einem Kunststoffträger oder einer Leiterplatte, angeordnet sein. Weitere Merkmale betreffend den Licht emittierenden Halbleiterchip 4 oder das Gehäuse 5, beispielsweise Materialien, Schichtaufbauten oder elektrische Kontaktschichten, sowie betreffend die Montage und den elektrischen Anschluss des Licht emittierenden
Halbleiterchips 4 auf dem Gehäuse 5 sind dem Fachmann bekannt und werden daher hier nicht weiter ausgeführt.
Die Oberfläche 20, auf der die Wellenlängenkonversionsschicht 1 aufgebracht ist, wird durch die Lichtauskoppelfläche des Licht emittierenden Halbleiterchips 4 gebildet. Mit anderen Worten ist die keramische Wellenlängenkonversionsschicht 1 mittels des vorab beschriebenen Aerosolabscheideverfahrens unmittelbar auf der Lichtauskoppelfläche des Licht
emittierenden Halbleiterchips 4 aufgebracht. Wie im
allgemeinen Teil beschrieben ist, kann es hierdurch zu einer Aufrauung der Lichtauskoppelfläche des Licht emittierenden Halbleiterchips 4 kommen, sodass die Grenzfläche zwischen dem Licht emittierenden Halbleiterchip 4 und der keramischen Wellenlängenkonversionsschicht 1 aufgeraut und unregelmäßig ausgebildet ist, wodurch Licht aus dem Licht emittierenden Halbleiterchip 4 effizient in die
Wellenlängenkonversionsschicht 1 eingekoppelt werden kann. Die Wellenlängenkonversionsschicht 1 kann beispielsweise auf den bereits im Gehäuse 5 montierten Licht emittierenden
Halbleiterchip 4 aufgebracht werden. Dies ist dadurch
möglich, dass das Aerosolabscheideverfahrens bei niedrigen Temperaturen, beispielsweise bei Raumtemperatur, durchgeführt werden kann. Dadurch können die für Licht emittierende
Halbleiterchips 4 und Gehäuse 5 üblicherweise verwendeten Materialien, die üblichen Sintertemperaturen nicht
standhalten würden, verwendet werden. Die üblicherweise für diese Komponenten verwendeten Materialien würden sich bei üblichen Sintertemperaturen, insbesondere auch bei der minimal möglichen Sintertemperatur, die zum Versintern der vorab beschriebenen Keramikmaterialien nötig wäre, zersetzen oder zumindest verformen und dadurch ihre strukturelle
Integrität verlieren.
Alternativ zum Aufbringen der keramischen
Wellenlängenkonversionsschicht 1 auf dem montierten Licht emittierenden Halbleiterchip 4 kann die keramische
Wellenlängenkonversionsschicht 1 beispielsweise auf einem mit einer Halbleiterschichtenfolge mit zumindest einer aktiven, Licht emittierenden Schicht bereitgestellten Halbleiterwafer aufgebracht werden, der über einen geeigneten
Vereinzelungsprozess in eine Vielzahl von Licht emittierenden Halbleiterchips mit bereits aufgebrachter keramischer
Wellenlängenkonversionsschicht 1 vereinzelt werden kann.
In Figur 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein
Beleuchtungselement 100 gezeigt, bei dem die Oberfläche 20 der Komponente 2, auf der die keramische
Wellenlängenkonversionsschicht 1 mittels Aerosolabscheidung aufgebracht wird, durch Oberflächen des Licht emittierenden Halbleiterchips 4 sowie einen Teil der Oberfläche des
Gehäuses 5 gebildet wird.
Wie bereits in Verbindung mit Figur 2 beschrieben ist, kann die keramische Wellenlängenkonversionsschicht 1 direkt auf dem Gehäuse 5 und dem Licht emittierenden Halbleiterchip 4 durch das Aerosolabscheideverfahren aufgebracht werden, ohne dass es zu einer signifikanten Schädigung und einem Verlust der strukturellen Integrität der beschichteten Komponenten kommt .
In Figur 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein Beleuchtungselement 100 gezeigt, bei dem die keramische Wellenlängenkonversionsschicht 1 auf der Oberfläche 20 einer durch einen Träger 6 gebildeten Komponente 2 aufgebracht wird. Der Träger 6 kann beispielsweise durch ein Glas oder ein transparentes Keramiksubstrat, beispielsweise in Form eines Plättchens gebildet werden. Das durch den Träger 6 und die Wellenlängenkonversionsschicht 1 gebildete
Wellenlängenkonversionselement kann unmittelbar auf einem
Licht emittierenden Halbleiterchip 4 oder auch, wie in Figur 4 gezeigt ist, beabstandet zum Licht emittierenden
Halbleiterchip 4 angeordnet werden. Weiterhin kann die Komponente 2, auf deren Oberfläche 20 die Wellenlängenkonversionsschicht 1 aufgebracht wird, durch ein Keramiksubstrat gebildet, das einen oder mehrere der oben im allgemeinen Teil genannten Wellenlängenkonversionsstoffe enthält oder daraus gebildet wird. Darauf wird ein
Pulvergemisch mit zumindest einem der vorgenannten
Wellenlängenkonversionsstoffe und einem transparenten
Keramikmaterial oder einem weiteren der vorgenannten
Wellenlängenkonversionsstoffe als erstem und zweitem pulverförmigen Keramikmaterial zur Bildung der
Wellenlängenkonversionsschicht 1 aufgebracht werden.
Beispielsweise kann ein YAG : Ce-Substrat als Komponente 2 verwendet werden, auf dem ein Pulvergemisch mit einem
keramischen Wellenlängenkonversionsstoff, bevorzugt einem rot emittierenden Wellenlängenkonversionsstoff wie etwa ^SisNsiEu (M = Sr, Ca und/oder Ba) , und einem transparenten
Keramikmaterial als erstem und zweitem pulverförmigen
Keramikmaterial zur Bildung der
Wellenlängenkonversionsschicht 1 aufgebracht werden.
In Figur 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein
Beleuchtungselement 100 gezeigt, das als mit der keramischen Wellenlängenkonversionsschicht 1 beschichtete Komponente 2 einen Reflektor 7 aufweist, in dem beispielsweise ein Licht emittierender Halbleiterchip 4 montiert ist. Der Reflektor 7 kann beispielsweise ein mit einem Metall beschichtetes
Kunststoffmaterial aufweisen. Da es sich bei dem
Aerosolabscheideverfahren um ein Verfahren handelt, bei dem die Keramikmaterialien 11, 12 aufgesprüht werden, kann die Wellenlängenkonversionsschicht 1 ohne Weiteres an eine gekrümmte Oberfläche wie die des gezeigten Reflektors 7 aufgebracht werden. Die in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele können alternative oder zusätzlich auch weitere Merkmale gemäß der Beschreibung im allgemeinen Teil aufweisen.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese 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.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung einer keramischen
Wellenlängenkonversionsschicht (1), bei dem
- ein Pulvergemisch (10) mit zumindest einem ersten und einem zweiten pulverförmigen Keramikmaterial (11, 12)
bereitgestellt wird und
- das Pulvergemisch (10) mittels eines
Aerosolabscheideverfahrens auf eine Oberfläche (20) zur Bildung der keramischen Wellenlängenkonversionsschicht
(1) aufgebracht wird,
wobei
- das erste Keramikmaterial (11) durch einen keramischen
Wellenlängenkonversionsstoff gebildet wird,
- das erste und zweite Keramikmaterial (11, 12)
unterschiedliche Brechungsindizes aufweisen,
- die Wellenlängenkonversionsschicht (1) eine keramische
Dichte von größer oder gleich 90% aufweist und
- die Wellenlängenkonversionsschicht (1) mit einer Dicke von größer oder gleich 1 ym aufgebracht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das
Aerosolabscheideverfahren bei Raumtemperatur
durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die keramische Wellenlängenkonversionsschicht (1) eine keramische
Dichte von größer oder gleich 99% aufweist. 4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die keramische Wellenlängenkonversionsschicht (1) eine Dicke von größer oder gleich 10 ym aufweist. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei m der Wellenlängenkonversionsschicht (1) das erste
Keramikmaterial (11) im zweiten Keramikmaterial (12) eingebettet ist.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei das erste
Keramikmaterial (11) durch einen nitridischen
Wellenlängenkonversionsstoff gebildet wird. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei in der Wellenlängenkonversionsschicht (1) das zweite
Keramikmaterial (12) im ersten Keramikmaterial (11) eingebettet ist. 8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei das erste
Keramikmaterial (11) durch YAG:Ce gebildet wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei zweite Keramikmaterial (12) durch einen weiteren vom ersten Keramikmaterial (11) verschiedenen keramischen Wellenlängenkonversionsstoff gebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei da zweite Keramikmaterial (12) durch ein transparentes Keramikmaterial gebildet wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei das transparente
Keramikmaterial zumindest eines oder mehrere Materialien ausgewählt aus undotiertem YAG, Aluminiumoxid,
Yttriumoxid und Magnesium-Aluminium-Oxid aufweist.
12. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Komponente (2) des Beleuchtungselements (100), auf deren Oberfläche (20) die keramische
Wellenlängenkonversionsschicht (1) aufgebracht wird, eine Maximaltemperatur aufweist, bis zu der die
Komponente (2) ihre strukturelle Integrität behält und die unter einer minimalen Sintertemperatur der
keramischen Wellenlängenkonversionsschicht (1) liegt.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Oberfläche (20) durch eine Komponente (2) eines
Beleuchtungselements (100), insbesondere durch einen Licht emittierenden Halbleiterchip (4) oder einen
Halbleiterwafer mit zumindest einer Licht emittierenden Schicht gebildet wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die
Oberfläche (20) durch eine Komponente (2) gebildet wird, die durch ein Keramikmaterial gebildet wird, das
zumindest einen Wellenlängenkonversionsstoff,
insbesondere YAG:Ce, enthält.
15. Beleuchtungselement (100) mit einer keramischen
Wellenlängenkonversionsschicht (1) auf zumindest einer Oberfläche (20) einer Komponente (2), hergestellt durch ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei
- die keramische Wellenlängenkonversionsschicht (1) zumindest ein erstes und ein zweites Keramikmaterial (11, 12) aufweist, die unterschiedliche Brechungsindices
aufweisen und von denen zumindest das erste
Keramikmaterial (11) durch einen keramischen
Wellenlängenkonversionsstoff gebildet wird,
- die Wellenlängenkonversionsschicht (1) eine keramische
Dichte von größer oder gleich 90% aufweist und - die Wellenlängenkonversionsschicht (1) mit einer Dicke von größer oder gleich 1 ym aufgebracht wird.
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