WO2016083594A1 - Light-emitting remote-phosphor device - Google Patents

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WO2016083594A1
WO2016083594A1 PCT/EP2015/077955 EP2015077955W WO2016083594A1 WO 2016083594 A1 WO2016083594 A1 WO 2016083594A1 EP 2015077955 W EP2015077955 W EP 2015077955W WO 2016083594 A1 WO2016083594 A1 WO 2016083594A1
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WO
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phosphor
emitting
light
ceramic
applicable
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PCT/EP2015/077955
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Inventor
Jürgen Honold
Tom HILGERINK
Original Assignee
Silicon Hill B. V.
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Publication date
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    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K11/00—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
    • C09K11/08—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor 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
    • H01L33/48—Semiconductor 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
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    • H01L33/50—Wavelength conversion elements
    • H01L33/505—Wavelength conversion elements characterised by the shape, e.g. plate or foil

Definitions

  • the present invention relates to the field of light-emitting devices, more specifically light-emitting devices based on the so-called “remote phosphor” system.
  • “Remote phosphor” systems are understood to mean in particular devices in which a phosphor (luminophore , Engl.:Phosphor) from one in a narrow one
  • Wavelength range light-emitting light source is arranged remotely, usually bound in or connected to a polymer, glass or ceramic matrix.
  • a remote phosphor system is fundamentally different from a system in which the phosphor is mounted directly on or at the light source, such as in LED light sources where the phosphor is applied directly to the light emitting dice.
  • the converted light is re-emitted in the direction of the light source or in the emission direction; the light which has passed through the phosphor matrix is also directed through the back-reflection layer through the phosphor matrix in the emission direction. So the light can only escape in the remission direction.
  • a light-emitting device comprising a converting phosphor ceramic (as a phosphor matrix), the phosphor ceramic
  • the light-emitting remote phosphor device is operated at a radiation power radiated from the device of> 10 W per cm 2 of the outward surfaces of the phosphor ceramics.
  • the maximum temperature of the phosphor matrix can be limited to 200 ° C
  • a system of non-organic components can be formed which is relatively insensitive to aggressive substances such as alkalis or acids
  • a system of non-organic components can be formed which is relatively insensitive to high-energy radiation in the UV or blue light spectrum
  • converting phosphor in the context of the present invention designates or comprises in particular a material which emits light with suitable excitation, preferably in the blue, UV-A or UV-B range (ie in particular from 280 to 490 nm).
  • ceramic in the sense of the present invention means and / or comprises in the context of the present invention, in particular a compact crystalline or
  • polycrystalline material with a controlled amount of pores or nonporous.
  • polycrystalline material within the meaning of the present invention means and / or in particular comprises a material having a volume density of greater than 90 percent of the main component, consisting of more than 80 percent of individual
  • Crystal domains each crystal domain has a diameter of 0.1-10 ⁇ and different crystallographic orientation.
  • the individual crystal domains can be connected or diluted with one another via amorphous or vitreous material or via additional crystalline phases.
  • the crystalline material has a density of> 90% to ⁇ 100% of the theoretical density. This has proven advantageous for many applications of the present invention.
  • LED dice means and / or comprises in particular a light-emitting semiconductor component which is the central, light-emitting subsystem of each LED
  • An LED dice usually consists essentially of a so-called carrier layer (eg silicon, Silicon carbide, sapphire or gallium nitride) and deposited by vapor deposition thin
  • Semiconductor layers e.g., GaN, InGan which are the electroluminescent light-emitting layers. Between the light-emitting layers and the carrier material, light-reflecting layers are usually introduced in order to increase the efficiency of the dices with respect to light extraction.
  • the mounting method of the dice on the internal mounting surface of the light module is increasingly being reversed in order to achieve better heat coupling between light emitting layer and mounting surface, which is then referred to a "flip-chip" system architecture of the dice.
  • the coming LED technologies are not excluded in the context of the invention, such as the so-called nano-LEDs, which have stak miniaturized microstructures, and in particular by their 3-dimensionally shaped , Light-emitting semiconductor layers differ from the layered semiconductor layers of today's customary LED-Dice system architecture.
  • thickness in the sense of the present invention means and / or in particular comprises the average thickness.
  • the thickness of the first layer is a predefined thickness of the second layer.
  • diameter in the sense of the present invention means and / or in particular comprises the minimum extent if the phosphor ceramics is not circular but eg square or rectangular when the devices are embedded in a system, as explained later, the term “diameter” then refers to the respective section of FIG.
  • the term "emitting metal ions” includes and / or means, in particular, metal ions which emit light with suitable excitation, preferably in the blue, UV-A or UV-B range, particular preference being given to rare earths, in particular europium and / or cerium ions.
  • the concentration of emitting metal ions in the phosphor ceramics is from> 0.1 mmol / cm 3 to ⁇ 0.5 mmol / cm 3 .
  • the term "radiation power" in the sense of the present invention designates or comprises in particular the radiant power (W) emitted from the light system in the entire room
  • W radiant power
  • a standardized way of measuring the radiant power of a lighting device in the sense of the present invention is described in the CIE 127: 2007 (Measurements of LEDs) of the International Commission on Illumination.CIE 127: 2007 (Measurements of LEDs) proposes to use an integrating sphere for the measurement, which is set to the mode "total flux mode" all
  • Radiation power (W) to be measured which is emitted by the lighting device.
  • W Radiation power
  • a radiometer is an instrument to measure the power of a radiation source ( ⁇ ).
  • a silicon detector allows measurements from the ultraviolet range to the near infrared range (200nm to 1 lOOnm).
  • a germanium detector allows measurements beyond the near-infrared range (800nm to 1800nm).
  • Other detectors are available for even longer wavelengths, such as InGaAs detectors.
  • Standard industrial coatings can be applied inside the integrating sphere to measure the radiance of the illuminator in the ultraviolet, visible and infrared light spectrum.
  • a Teflon (PTFE) for example, PTFE
  • the remote light-emitting phosphor device comprises a reflection chamber and at least one LED Dice, wherein the height of the reflection chamber minus the height of the LED dices is> 3% to ⁇ 50% of the diameter of the phosphor ceramics.
  • the height of the reflection chamber is> 5% to ⁇ 20% of the diameter of the phosphor ceramics, more preferably> 7% to ⁇ 11% of the diameter of the
  • the LED dice comprises
  • semiconductor layers which are excited upon application of electrical voltage to emit electromagnetic radiation (electroluminescence). These semiconductor layers are selected from the group comprising:
  • AlGaN AlGaN (Aluminum Gallium Nitride)
  • AlInGaP aluminum gallium indium phosphide
  • GaAs gallium arsenides
  • GaAsP gallium arsenide phosphides
  • InGaN Indium Gallium Nitride
  • GaN gallium nitrides
  • semiconductor layers from the group are particularly preferred.
  • InGaN Indium Gallium Nitride
  • GaN gallium nitrides
  • the reflection chamber is filled with a transparent medium and / or material which has a higher optical refractive index than air.
  • a transparent medium and / or material which has a higher optical refractive index than air.
  • Preferred materials are selected from the group comprising silicones, glasses and mixtures thereof.
  • the converting phosphor ceramics comprises a phosphor selected from the group comprising:
  • the device still comprises thermal bridges.
  • thermal bridges encompasses and / or means in particular a thermal connection of the system component to be cooled (phosphor matrix) with a system component suitable for heat removal, this thermal connection being realized by a material having particularly good thermal conductivity (thermal conductivity)
  • Thermal conductivity of the phosphor matrix such as carbon nanotubes
  • an at least partially, preferably completely, circumferential contact surface is formed at least in one edge area of the optical converter and another one is outside the edge area
  • the present invention also relates to a system comprising one or more light-emitting devices according to the present invention. These are preferably arranged adjacent to each other in grid or lattice form, so that a simultaneously compact as well as relatively large overall architecture can be achieved The compact system architecture is further facilitated if the adjacent systems share the same thermal bridges on the facing sides, which is a preferred embodiment of the present invention.
  • the present invention also relates to a lighting fixture comprising one or more light emitting devices according to the invention.
  • Fig. 1 is a very schematic cross-sectional view of a light-emitting device
  • Fig. 2 is a fragmentary plan view of the device of FIG. 1 obliquely from above.
  • Fig. 3 shows a system of several devices according to the invention according to an alternative embodiment of the invention
  • FIG. 4 shows an exploded view of a second system comprising a plurality of inventive devices according to a further embodiment of the invention
  • FIG. 5 is a very schematic view of another embodiment of the invention.
  • Fig. 6 shows the view of Fig. 5 in a sectional view obliquely from above
  • Fig. 7 is a very schematic view of another embodiment of the invention. such as
  • FIG. 8 shows a luminaire fitting comprising light-emitting devices according to a
  • Fig. 1 shows a very schematic cross-sectional view of a light-emitting device 1 according to a first embodiment of the invention.
  • the device 1 comprises a converting luminescent ceramic 10, which is placed on an annular thermally conductive layer 25, which in turn is applied to a carrier substrate 20, so that a reflection chamber 40 is formed.
  • an LED Dice 30 is further applied, in addition, two Metallmaschinesebenen 50 are provided, via which the device can be mechanically and thermally connected.
  • the carrier substrate 20 is furthermore located on a heat dissipator 60. As can be seen in FIG.
  • the luminescent ceramic material 10 is plate-shaped, so that the diameter D of the luminescent ceramic 10 is significantly greater than 5: 1 in relation to the thickness d Height h of the reflection chamber 40 is displayed; the conditions in Fig. 1 are very schematic, in most applications, the height h is the
  • Fig. 2 shows the device of Fig. 1 in a fragmentary plan view obliquely from above.
  • the phosphor ceramics 10 is approximately discus-shaped and rests on the annular thermally conductive layer 25.
  • Fig. 3 shows a system of several fiction, contemporary devices according to an alternative embodiment of the invention.
  • the phosphor ceramics 10 this time of square shape, form a 3 ⁇ 3 gate.
  • the thermally conductive layer 25 in the embodiment shown here is attached in a form-fitting manner laterally to the phosphor ceramic 10 or merges into it, in which case the thermally conductive layer 25 can be made of the same material as that of the phosphor ceramic.
  • thermally conductive layer 25 is positively attached or merges into a bottom flange 25b which can be thermally and mechanically connected to a carrier substrate or the heat dissipator 60, not shown here, for example via a bottom metallization level not shown here.
  • FIG. 4 shows an exploded view of a second, much more complex system comprising a plurality of inventive devices according to a further embodiment of the invention.
  • the system is constructed in layers on a copper-containing heat dissipator 60.
  • a first metallization layer 51 is applied, followed by an electrically insulating but thermally conductive ceramic layer 80.
  • a reflective and electrically conductive metallization layer 52 is provided, on which in turn a frame and webs of copper are attached, which are the thermally and electrically conductive layers 25A and the thermal vias 25B.
  • a reflective (paint) layer 70 is applied.
  • a grid of LEDs 30 which are deposited on the metallization layer 52 not covered by the layers 25A and 25B.
  • Layer 25A and 25B may consist of separate or coherent bodies, so these are
  • thermovias or also: heat sinks
  • phosphor ceramic 10 The width of a single reflection chamber is defined by the indication of the diameter in FIG. 4, which depends on the distance of the thermo sets 25B derives
  • FIG. 5 shows a very schematic view of another embodiment of the invention. In Fig. 5 is good to see that similar to the embodiment of FIG. 3 also here
  • Phosphor ceramic 10 merges positively or is attached to the thermally conductive layer 25, which in turn is mounted form-fitting or merges into one
  • Bottom flange 25b which, for example, via a bottom-side metallization not shown here thermally and mechanically with a not shown here
  • Carrier substrate or the cherriesabieiter 60 can be connected.
  • this embodiment has a separate bottom flange mounted inside the luminescent ceramic material 10, which in turn is connected to the luminescent ceramic via the thermally conductive layer as described above and thermally and / or mechanically to a carrier substrate or heat dissipator 60 on the bottom side can be connected, wherein bottom flange and thermally conductive layer can be made of the same material as that of the phosphor ceramic.
  • Luminescent ceramic is defined by the indication of the diameter in Fig. 5.
  • Fig. 6 shows the embodiment of Fig. 5 in a sectional view approximately obliquely from above. In this view, the size of the phosphor ceramic 10 is particularly good to see.
  • Fig. 7 shows a very schematic view of a further embodiment of the invention, in which, unlike in Fig. 5 and 6, the thermal bridges 90 are constructed columnar.
  • the phosphor ceramic covers as in Figure 4 several reflection chambers, these reflection chambers are not delimited by bar-shaped Thermostege in contrast to Fig. 4, but abstractly formed by the adjacent free-standing thermal vias 90th
  • the size of a single abstract reflection chamber is defined by the indication of the diameter in FIG. 6, which can be formed by the distance of the chamber-forming thermovias 90 from one another and the distance of the chamber-forming thermovias 90 and the nearest inner wall of the thermally conductive layer 25 ,
  • thermovias 90 are deliberately partially distributed irregularly under the surface of the phosphor ceramic in FIG. 6, since it has been found in practice that the spacings of the thermovias must be reduced from case to case by the distribution of these thermovias 90 with the distribution of the LED dices
  • the LED dices must be electronically connected in two parallel series circuits with the same number of LED dices. D is thus to be understood here as the maximum chamber size, which limits the thermally induced Lichtkonverttechnikseffizienzabfall (English: thermal quenching) in the phosphor plate, whereby single chamber large and thus the distances of the thermovias due to circuitry reasons, can also be reduced.
  • FIG. 8 shows a luminaire fitting 100 comprising light-emitting devices 1, 1 'according to an embodiment of the invention.
  • the lighting fixture 100 additionally includes a housing 110, a cooling apparatus or heat sink 120, an LED driver electronics 130, and optical system components, in this case a light reflector 140.
  • optical System components such as light-reflecting, refractive or light diffractive optical components may be present.
  • Such light fittings are used, inter alia, in the so-called "high bay” lighting, which requires particularly high luminous fluxes, inter alia for illuminating sports stadiums or other applications in the outdoor or indoor area.

Abstract

The invention relates to a light-emitting remote-phosphor device comprising a phosphor ceramic, said phosphor ceramic being designed in layers and having a diameter that is greater in relation to its depth.

Description

Lichtemittierende Remote-Phosphor- Vorrichtung  Light emitting remote phosphor device
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der lichtemittierenden Vorrichtungen, genauer lichtemittierende Vorrichtungen, die auf dem sog.„Remote-Phosphor"-System beruhen. Unter„Remote-Phosphor"-Systemen werden dabei insbesondere Vorrichtungen verstanden, bei der ein Leuchtstoff (Luminophor, Engl.:Phosphor) von einer in einem schmalen The present invention relates to the field of light-emitting devices, more specifically light-emitting devices based on the so-called "remote phosphor" system. "Remote phosphor" systems are understood to mean in particular devices in which a phosphor (luminophore , Engl.:Phosphor) from one in a narrow one
Wellenlängenbereich licht emittierenden Lichtquelle entfernt angeordnet ist, üblicherweise gebunden in oder verbunden mit einer Polymer-, Glas- oder Keramik-matrix. Hiermit unterscheidet sich ein Remotephosphor-System grundlegend von einem System, bei dem der Leuchtstoff direkt auf oder an der Lichtquelle angebracht ist, wie beispielsweise bei LED- Lichtquellen bei denen der Leuchtstoff direkt auf dem Licht emittierenden Dice aufgebracht ist. Üblicherweise unterscheidet man dabei zwei grundsätzliche Aufbauten, von denen viele Varianten abgeleitet werden können: a)„Remotephosphor in Transmissionsanwendung": Die Leuchtstoffmatrix wird auf eine Reflexionskammer aufgesetzt, in der sich die LED befindet. Das Licht kann nur durch die Matrix hindurch entweichen (Transmission). b) "Remotephosphor in Remissionsanwendung": Die Leuchtstoffmatrix wird auf einen reflektierenden Träger aufgebracht oder wird rückseitig mit reflektierendem Material beschichtet, die LED-Lichtquelle befindet sich in oder leicht seitlich der Abstrahlrichtung und LD 41341 / AH: AH strahlt auf die Leuchtstoffmatrix. Das konvertierte Licht wird re-emittiert in Richtung der Lichtquelle bzw. in Abstrahlrichtung, das durch die Leuchtstoffmatrix gelangte Licht wird durch die rückseitige Reflexionsschicht auch wieder durch die Leuchtstoffmatrix hindurch in Abstrahlrichtung gelenkt. Das Licht kann also nur in die Remissions-Richtung entweichen. Wavelength range light-emitting light source is arranged remotely, usually bound in or connected to a polymer, glass or ceramic matrix. Thus, a remote phosphor system is fundamentally different from a system in which the phosphor is mounted directly on or at the light source, such as in LED light sources where the phosphor is applied directly to the light emitting dice. Usually, a distinction is made between two fundamental constructions, many of which can be derived from the following: a) "Remote phosphor in transmission application": The phosphor matrix is placed on a reflection chamber in which the LED is located The light can only escape through the matrix (transmission b) "Remote phosphor in remission application": The phosphor matrix is applied to a reflective support or is coated on the back with reflective material, the LED light source is located in or slightly to the side of the emission direction and LD 41341 / AH: AH radiates on the phosphor matrix. The converted light is re-emitted in the direction of the light source or in the emission direction; the light which has passed through the phosphor matrix is also directed through the back-reflection layer through the phosphor matrix in the emission direction. So the light can only escape in the remission direction.
Wie es generell bei LED-Lichtquellen der Fall ist, besteht für„Remote-Phosphor"-Systeme der ständige Bedarf weiterer Optimierung und Verbesserung. Es ist somit eine Aufgabe eine verbesserte lichtemittierende Vorrichtung bereitzustellen. As is generally the case with LED light sources, there is a constant need for further optimization and improvement for "remote phosphor" systems, it is thus an object to provide an improved light emitting device.
Insbesondere stellt sich hier bei vielen Anwendungen die Aufgabe, die durch die In particular, here arises in many applications, the task by the
Lichtkonversion in der Leuchtstoffmatrix entstehende thermische Energie aus der Light conversion in the phosphor matrix resulting thermal energy from the
Leuchtstoffmatrix effizient abzuleiten, sodass sich die mit dem Betrieb unter höheren Derive phosphor matrix efficiently, so that with the operation under higher
Anregungsdichten einhergehende höhere thermische Belastung des Konvertermaterials nicht übermäßig auf die Effizienz der Lichtkonversion auswirkt. Excitation densities associated with higher thermal stress of the converter material does not unduly affect the efficiency of light conversion.
Diese Aufgabe wird durch eine lichtemittierende Vorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst. Demgemäß wird eine lichtemittierende Remote-Phosphor- Vorrichtung vorgeschlagen, umfassend eine konvertierende Leuchtstoffkeramik (als Leuchtstoffmatrix), wobei die Leuchtstoffkeramik This object is achieved by a light-emitting device according to claim 1. Accordingly, there is proposed a remote light-emitting phosphor device comprising a converting phosphor ceramic (as a phosphor matrix), the phosphor ceramic
plattenförmig aufgebaut ist  is constructed plate-shaped
eine Dicke von > 0,1 mm bis < 2,0 mm besitzt  has a thickness of> 0.1 mm to <2.0 mm
ein Verhältnis von Durchmesser zu Dicke von >5: 1 besitzt  has a ratio of diameter to thickness of> 5: 1
sowie die Konzentration an emittierenden Metallionen in der Leuchtstoffkeramik von > 0.01 mmol/cm3 bis 1.0 mmol/cm3 beträgt und as well as the concentration of emitting metal ions in the phosphor ceramic of> 0.01 mmol / cm 3 to 1.0 mmol / cm 3 , and
wobei die lichtemittierende Remote-Phosphor- Vorrichtung bei einer aus der Vorrichtung abgestrahlten Strahlungsleistung von > 10 W pro cm2 der nach aussen gerichteten Flächen der Leuchtstoffkeramik betrieben wird. Uberraschenderweise hat sich so herausgestellt, dass die Eigenschaften der lichtemittierenden Vorrichtung bei vielen Anwendungen stark verbessert werden können. Insbesondere bietet die erfindungsgemäße Vorrichtung bei den meisten Ausführungsformen und konkreten wherein the light-emitting remote phosphor device is operated at a radiation power radiated from the device of> 10 W per cm 2 of the outward surfaces of the phosphor ceramics. Surprisingly, it has been found that the properties of the light-emitting device can be greatly improved in many applications. In particular, the device according to the invention provides in most embodiments and concrete
Ausgestaltungen einen oder mehrere der folgenden Vorteile: Embodiments one or more of the following advantages:
- Die Maximaltemperatur der Leuchtstoffmatrix kann auf 200°C begrenzt werden- The maximum temperature of the phosphor matrix can be limited to 200 ° C
- Die Effizienz des Systems wird erhöht - The efficiency of the system is increased
- Hohe Temperaturunterschiede innerhalb der Leuchtstoffmatrix können vermieden werden  - High temperature differences within the phosphor matrix can be avoided
- Ein besonders flaches System kann gebildet werden  - A particularly flat system can be formed
- Ein besonders energiedichtes System mit relativ zur Fläche hoher Strahlungsleistung kann gebildet werden  - A particularly energy-dense system with relative to the surface of high radiation power can be formed
- Die Lebensdauer des Systems wird erhöht  - The life of the system is increased
- Die Farbstabilität des emittierten Lichtes entlang der Lebensdauer wird erhöht - The color stability of the emitted light along the life is increased
- Ein System aus nichtorganischen Komponenten kann gebildet werden welches relativ unempfindlich ist gegen aggressive Substanzen wie Laugen oder Säuren - A system of non-organic components can be formed which is relatively insensitive to aggressive substances such as alkalis or acids
- Ein System aus nichtorganischen Komponenten kann gebildet werden welches relativ unempfindlich ist gegen energiereiche Strahlung im UV- oder Blaulichtspektrum - A system of non-organic components can be formed which is relatively insensitive to high-energy radiation in the UV or blue light spectrum
- Eine Assemblierung der Komponenten mit wenigen Assemblierungsschritten wird ermöglicht - An assembly of the components with a few assembly steps is possible
Der Term„konvertierender Leuchtstoff" im Sinne der vorliegenden Erfindung bezeichnet oder umfasst insbesondere ein Material, welches bei geeigneter Anregung, vorzugsweise im blauen, UV-A oder UV-B-Bereich (also insbesondere von 280 - 490 nm) Licht emittiert. Der Ausdruck„Keramik" im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet und/oder umfasst im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere ein kompaktes kristallines oder The term "converting phosphor" in the context of the present invention designates or comprises in particular a material which emits light with suitable excitation, preferably in the blue, UV-A or UV-B range (ie in particular from 280 to 490 nm). The term "ceramic" in the sense of the present invention means and / or comprises in the context of the present invention, in particular a compact crystalline or
polykristallines Material mit einer kontrollierten Menge an Poren oder porenfrei. Der Ausdruck„polykristallines Material" im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet und/oder umfasst dabei insbesondere ein Material mit einer Volumendichte von größer 90 Prozent der Hauptkomponente, bestehend zu mehr als 80 Prozent aus einzelnen polycrystalline material with a controlled amount of pores or nonporous. The term "polycrystalline material" within the meaning of the present invention means and / or in particular comprises a material having a volume density of greater than 90 percent of the main component, consisting of more than 80 percent of individual
Kristalldomänen, wobei jede Kristalldomäne einen Durchmesser von 0,1- 10 μιη und abweichende kristallographische Orientierung besitzt. Die einzelnen Kristalldomänen können über amorphes oder glasartiges Material oder über zusätzliche kristalline Phasen miteinander verbunden bzw. verdünnt sein. Crystal domains, each crystal domain has a diameter of 0.1-10 μιη and different crystallographic orientation. The individual crystal domains can be connected or diluted with one another via amorphous or vitreous material or via additional crystalline phases.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besitzt das kristalline Material eine Dichte von >90% bis < 100% der theoretischen Dichte. Dies hat sich für viele Anwendungen der vorliegenden Erfindung als vorteilhaft herausgestellt. According to a preferred embodiment of the present invention, the crystalline material has a density of> 90% to <100% of the theoretical density. This has proven advantageous for many applications of the present invention.
Der Ausdruck„LED Dice" im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet und/oder umfasst insbesondere ein licht emittierendes Halbleiterbauelement, welches das zentrale, Licht emittierende Subsystem einer jeden LED ist. Ein LED Dice besteht für gewöhnlich im Wesentlichen aus einer sogenannten Trägerschicht (z.B. Silizium, Silizium Carbid, Saphir oder Gallium- Nitrid) und aus per Gasphasenabscheidung aufgebrachten dünnen For the purposes of the present invention, the term "LED dice" means and / or comprises in particular a light-emitting semiconductor component which is the central, light-emitting subsystem of each LED An LED dice usually consists essentially of a so-called carrier layer (eg silicon, Silicon carbide, sapphire or gallium nitride) and deposited by vapor deposition thin
Halbleiterschichten (z.B. GaN, InGan) die die durch Elektrolumineszenz Licht emittierenden Schichten darstellen. Zwischen den Licht emittierenden Schichten und dem Trägermaterial sind für gewöhnlich noch Licht reflektierende Schichten eingebracht um die Effizienz der Dices bezüglich Lichtauskopplung noch zu erhöhen. Semiconductor layers (e.g., GaN, InGan) which are the electroluminescent light-emitting layers. Between the light-emitting layers and the carrier material, light-reflecting layers are usually introduced in order to increase the efficiency of the dices with respect to light extraction.
Bei modernen LED-Dices wird vermehrt die Montageart des Dices auf der dem Lichtmodul internen Montagefläche umgekehrt, um eine bessere Wärmekopplung zwischen Licht emittierender Schicht und Montagefläche zu erhöhen, wobei dann von einer "flip-chip" Systemarchitektur des Dices gesprochen wird. In modern LED dices, the mounting method of the dice on the internal mounting surface of the light module is increasingly being reversed in order to achieve better heat coupling between light emitting layer and mounting surface, which is then referred to a "flip-chip" system architecture of the dice.
Von diesen oben genannten Beispielen des Standes der Technik von LED Dices sind im Sinne der Erfindung jedoch die kommenden LED-Technologien nicht ausgenommen, wie beispielsweise der sogenannten Nano-LEDs, welche stak verkleinerte Mikro strukturen aufweisen, und sich insbesondere durch ihre 3-dimensional ausgeformten, Licht emittierenden Halbleiterschichten unterscheiden von den schichtartig aufgebauten Halbleiterschichten der heutzutage üblichen LED-Dice Systemarchitektur. Of these above-mentioned examples of the prior art of LED dices, however, the coming LED technologies are not excluded in the context of the invention, such as the so-called nano-LEDs, which have stak miniaturized microstructures, and in particular by their 3-dimensionally shaped , Light-emitting semiconductor layers differ from the layered semiconductor layers of today's customary LED-Dice system architecture.
Der Ausdruck„Dicke" im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet und/oder umfasst insbesondere die durchschnittliche Dicke. The term "thickness" in the sense of the present invention means and / or in particular comprises the average thickness.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beträgt die Dicke der According to a preferred embodiment of the invention, the thickness of the
Leuchtstoffkeramik von > 0,3 mm bis < 1 mm, noch bevorzugt > 0,4 mm bis < 0, 8 mm. Dies hat sich in der Praxis bewährt. Phosphorus ceramic of> 0.3 mm to <1 mm, more preferably> 0.4 mm to <0, 8 mm. This has proven itself in practice.
Der Ausdruck„Durchmesser" im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet und/oder umfasst insbesondere die minimale Ausdehnung, wenn die Leuchtstoffkeramik nicht kreisförmig ist sondern z.B. quadratisch oder rechteckig. An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass die Leuchtstoffkeramik sich über mehrere Vorrichtungen erstrecken kann, insbesondere, wenn die Vorrichtungen in ein System eingebettet ist, wie später erläutert. Der Ausdruck„Durchmesser" bezieht sich dann auf den jeweiligen Abschnitt der The term "diameter" in the sense of the present invention means and / or in particular comprises the minimum extent if the phosphor ceramics is not circular but eg square or rectangular when the devices are embedded in a system, as explained later, the term "diameter" then refers to the respective section of FIG
Leuchtstoffkeramik. Phosphor ceramic.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beträgt das Verhältnis von Durchmesser zu Dicke von >10: 1, bevorzugt >15: 1, ferner bevorzugt >20: 1. Dies hat sich in der Praxis bewährt. Der Term„emittierende Metallionen" umfasst und/oder bedeutet im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere Metallionen, welche bei geeigneter Anregung, vorzugsweise im blauen, UV-A oder UV-B-Bereich, Licht emittieren. Insbesondere bevorzugt sind dabei seltene Erden, insbesondere Europium und/oder Cerionen. According to a preferred embodiment of the invention, the ratio of diameter to thickness of> 10: 1, preferably> 15: 1, further preferably> 20: 1. This has proven itself in practice. For the purposes of the present invention, the term "emitting metal ions" includes and / or means, in particular, metal ions which emit light with suitable excitation, preferably in the blue, UV-A or UV-B range, particular preference being given to rare earths, in particular europium and / or cerium ions.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beträgt die Konzentration an emittierenden Metallionen in der Leuchtstoffkeramik von > 0.1 mmol/cm3 bis < 0.5 mmol/cm3. According to a preferred embodiment of the invention, the concentration of emitting metal ions in the phosphor ceramics is from> 0.1 mmol / cm 3 to <0.5 mmol / cm 3 .
Der Term„Strahlungsleistung" im Sinne der vorliegenden Erfindung bezeichnet oder umfasst insbesondere die aus dem Lichtsystem in den gesamten Raum abgestrahlte Strahlungsleistung (W). Ein standardisierter Weg, um die Strahlungsleistung einer Beleuchtungsvorrichtung im Sinne der vorliegenden Erfindung zu messen, wird beschrieben in der CIE 127:2007 (Measurements of LEDs) der International Commission on Illumination. CIE 127:2007 (Measurements of LEDs) schlägt vor eine Ulbrichtkugel für die Messung zu verwenden, welche auf den Modus "total flux mode" (gesamte Strahlungsleistung) eingestellt wird um die gesamte The term "radiation power" in the sense of the present invention designates or comprises in particular the radiant power (W) emitted from the light system in the entire room A standardized way of measuring the radiant power of a lighting device in the sense of the present invention is described in the CIE 127: 2007 (Measurements of LEDs) of the International Commission on Illumination.CIE 127: 2007 (Measurements of LEDs) proposes to use an integrating sphere for the measurement, which is set to the mode "total flux mode" all
Strahlungsleistung (W) zu messen welche von der Beleuchtungsvorrichtung abgestrahlt wird. Um dies zu tun, wird ein Radiometer an die Ulbrichtkugel angeschlossen. Ein Radiometer ist ein Instrument um die Leistung einer Strahlenquelle (Φ) zu messen. Radiation power (W) to be measured which is emitted by the lighting device. To do this, connect a radiometer to the integrating sphere. A radiometer is an instrument to measure the power of a radiation source (Φ).
Es gibt eine Vielzahl von Strahlungsdetektoren welche mit dem Radiometer verwendet werden können, je nach dem zu messenden Wellenlängenbereich. Ein Siliziumdetektor ermöglicht messungen vom ultravioletten Bereich bis in den Nahinfrarotbereich (200nm bis 1 lOOnm). Ein Germaniumdetektor ermöglicht Messungen über den Nahinfrarotbereich hinaus (800nm bis 1800nm). Andere Detektoren sind erhältlich für noch längere Wellenlängen, wie zum Beispiel InGaAs-Detektoren. There are a variety of radiation detectors that can be used with the radiometer, depending on the wavelength range to be measured. A silicon detector allows measurements from the ultraviolet range to the near infrared range (200nm to 1 lOOnm). A germanium detector allows measurements beyond the near-infrared range (800nm to 1800nm). Other detectors are available for even longer wavelengths, such as InGaAs detectors.
Industrielle Standardbeschichtungen können im Inneren der Ulbrichtkugel aufgebracht werden um die Strahlungsleistung der Beleuchtungsvorrichtung im Ultravioletten, Sichtbaren und Infraroten Lichtspektrum zu messen. Zum Beispiel kann eine Teflon (PTFE) Standard industrial coatings can be applied inside the integrating sphere to measure the radiance of the illuminator in the ultraviolet, visible and infrared light spectrum. For example, a Teflon (PTFE)
Beschichtung aufgebracht werden welche einen hohen Reflexionsgrad von bis zu 95% im Wellenlängenbereich 250nm - 2500nm hat. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die lichtemittierende Remote-Phosphor- Vorrichtung eine Reflexionskammer und mindestens eine LED Dice, wobei die Höhe der Reflexionskammer minus die Höhe des LED-Dices > 3% bis < 50% des Durchmessers der Leuchtstoffkeramik beträgt. Dies hat sich als vorteilhaft herausgestellt, überraschenderweise ist schon bei einer Höhe von >3% bei den allermeisten Anwendungen der vorliegenden Erfindung eine deutliche Verminderung von Streuverlusten feststellbar. Coating can be applied which has a high reflectance of up to 95% in the wavelength range 250nm - 2500nm. According to a preferred embodiment of the invention, the remote light-emitting phosphor device comprises a reflection chamber and at least one LED Dice, wherein the height of the reflection chamber minus the height of the LED dices is> 3% to <50% of the diameter of the phosphor ceramics. This has proven to be advantageous, surprisingly, even at a level of> 3% in the vast majority of applications of the present invention, a significant reduction of scattering losses can be detected.
Bevorzugt beträgt die Höhe der Reflexionskammer > 5% bis < 20% des Durchmessers der Leuchtstoffkeramik, weiter bevorzugt > 7% bis < 11% des Durchmessers der Preferably, the height of the reflection chamber is> 5% to <20% of the diameter of the phosphor ceramics, more preferably> 7% to <11% of the diameter of the
Leuchtstoffkeramik. Phosphor ceramic.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst der LED-Dice According to a preferred embodiment of the invention, the LED dice comprises
Halbleiterschichten welche bei Anlegung von elektrischer Spannung dazu angeregt werden elektromagnetische Strahlung zu emittieren (Elektrolumineszenz). Diese Halbleiterschichten sind ausgewählt aus der Gruppe umfassend: Semiconductor layers which are excited upon application of electrical voltage to emit electromagnetic radiation (electroluminescence). These semiconductor layers are selected from the group comprising:
AlGaN (Aluminium Gallium Nitride) AlGaN (Aluminum Gallium Nitride)
AlInGaP (Aluminium Gallium Indium Phosphide)  AlInGaP (aluminum gallium indium phosphide)
GaAs (Galliumarsenide)  GaAs (gallium arsenides)
GaAsP (Gallium Arsenide Phosphide) InGaN (Indium Gallium Nitride) GaAsP (gallium arsenide phosphides) InGaN (Indium Gallium Nitride)
GaN (Gallium Nitride) GaN (gallium nitrides)
Besonders bevorzugt sind hierbei Halbleiterschichten aus der Gruppe In this case, semiconductor layers from the group are particularly preferred
InGaN (Indium Gallium Nitride) InGaN (Indium Gallium Nitride)
GaN (Gallium Nitride) GaN (gallium nitrides)
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Reflexionskammer mit einem transparentem Medium und/oder Material ausgefüllt, welches einen höheren optischen Brechungsindex als Luft aufweist. Dies hat sich für viele Anwendungen der vorliegenden Erfindung als zweckmäßig herausgestellt. Bevorzugte Materialien sind ausgewählt aus der Gruppe umfassend Silicone, Gläser und Mischungen daraus. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die konvertierende Leuchtstoffkeramik einen Leuchtstoff ausgewählt aus der Gruppe umfassend: According to a preferred embodiment, the reflection chamber is filled with a transparent medium and / or material which has a higher optical refractive index than air. This has proven to be useful for many applications of the present invention. Preferred materials are selected from the group comprising silicones, glasses and mixtures thereof. According to a preferred embodiment of the invention, the converting phosphor ceramics comprises a phosphor selected from the group comprising:
rot emittierende Leuchtstoffe:  red emitting phosphors:
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blau emittierende Leuchtstoffe:  blue emitting phosphors:
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mit (wo andwendbar und unabhängig voneinander) 0 < x, y < 1.0, x + y < 1.0 und 0 < z < 1.0  with (where applicable and independent of each other) 0 <x, y <1.0, x + y <1.0 and 0 <z <1.0
gelb emittierende Leuchtstoffe:  yellow emitting phosphors:
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mit (wo andwendbar und unabhängig voneinander) 0 < x, y < 1.0 grün emittierende Leuchtstoffe  with (where applicable and independently of one another) 0 <x, y <1.0 green emitting phosphors
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mit (wo andwendbar und unabhängig voneinander) 0 < x, y < 1.0, x + y < 1.0 und 0 < z < 1.0 0 - 900 nm) emittierende Leuchtstoffe:  with (where applicable and independent of one another) 0 <x, y <1.0, x + y <1.0 and 0 <z <1.0 0 - 900 nm) emitting phosphors:
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mit (wo andwendbar und unabhängig voneinander) 0 < x, y < 1.0, x + y < 1.0 und 0 < z < 1.0 IR-A (900 - 2500 nm) emittierende Leuchtstoffe:  with (where applicable and independent of one another) 0 <x, y <1.0, x + y <1.0 and 0 <z <1.0 IR-A (900-2500 nm) emitting phosphors:
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mit (wo andwendbar und unabhängig voneinander) 0 < a, b, x, y, z < 1.0, x + y + z < 1.0, a + b < 1.0 oder Mischungen dieser Stoffe.
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with (where applicable and independent of one another) 0 <a, b, x, y, z <1.0, x + y + z <1.0, a + b <1.0 or mixtures of these substances.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die Vorrichtung noch thermische Brücken. Dies hat sich insbesondere zur Wärmeabfuhr bewährt. Der Term„thermische Brücken" umfasst und/oder bedeutet insbesondere eine thermische Verbindung von der zu kühlenden Systemkomponente (Leuchtstoffmatrix) mit einer zur Wärmeabfuhr geeigneten Systemkomponente, wobei diese thermische Verbindung realisiert wird durch ein besonders gut wärmeleitendes Material (Wärmeleitfähigkeit > According to a preferred embodiment of the invention, the device still comprises thermal bridges. This has proven especially for heat dissipation. The term "thermal bridges" encompasses and / or means in particular a thermal connection of the system component to be cooled (phosphor matrix) with a system component suitable for heat removal, this thermal connection being realized by a material having particularly good thermal conductivity (thermal conductivity)
Wärmeleitfähigkeit der Leuchtstoffmatrix) wie beispielsweise Carbon Nano Tubes, Thermal conductivity of the phosphor matrix) such as carbon nanotubes,
Diamantpulver, SiC, S13N4, MgO, A1N, AlON, Aluminium, Kupfer, Zinn, Zink, Silber oder Gold. Diamond powder, SiC, S13N4, MgO, AlN, AlON, aluminum, copper, tin, zinc, silver or gold.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist zumindest in einem Randbereich des optischen Konverters eine zumindest teilweise, bevorzugt vollständig umlaufende Kontaktfläche ausgebildet sowie außerhalb des Randbereichs eine weitereAccording to a preferred embodiment of the present invention, an at least partially, preferably completely, circumferential contact surface is formed at least in one edge area of the optical converter and another one is outside the edge area
Kontaktfläche so ausgebildet, dass der optische Konverter Wärme-ienergie über die weitere Kontaktfläche abgeben kann. Contact surface formed so that the optical converter can deliver heat energy over the other contact surface.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich außerdem auf ein System, umfassend eine oder mehrere lichtemittierende Vorrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung. Diese sind bevorzugt benachbart zueinander in Raster- oder Gitterform angeordnet, so dass eine zugleich kompakte wie vergleichsweise grosse Gesamtarchitektur erreicht werden kann Die kompakte Systemarchitektur wird im Weiteren dadurch begünstigt wenn die benachbarten Systeme an den zugewandten Seiten die gleichen thermischen Brücken teilen, was insofern eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist. The present invention also relates to a system comprising one or more light-emitting devices according to the present invention. These are preferably arranged adjacent to each other in grid or lattice form, so that a simultaneously compact as well as relatively large overall architecture can be achieved The compact system architecture is further facilitated if the adjacent systems share the same thermal bridges on the facing sides, which is a preferred embodiment of the present invention.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich ausserdem auf eine Leuchtenarmatur, umfassend eine oder mehrere erfindungs gemäße lichtemittierende Vorrichtungen. The present invention also relates to a lighting fixture comprising one or more light emitting devices according to the invention.
Die vorgenannten sowie die beanspruchten und in den Ausführungsbeispielen beschriebenen erfindungsgemäß zu verwendenden Bauteile unterliegen in ihrer Größe, Formgestaltung, Materialauswahl und technischen Konzeption keinen besonderen Ausnahmebedingungen, so dass die in dem Anwendungsgebiet bekannten Auswahlkriterien uneingeschränkt Anwendung finden können. The above-mentioned and the claimed components to be used according to the invention described in the exemplary embodiments are not subject to special conditions of size, shape, material selection and technical design, so that the selection criteria known in the field of application can be used without restriction.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnungen, in denen - beispielhaft - mehrere Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt sind. In den Zeichnungen zeigt: Further details, features and advantages of the subject matter of the invention will become apparent from the subclaims and from the following description of the accompanying drawings, in which - by way of example - several embodiments of the device according to the invention are shown. In the drawings shows:
Fig. 1 eine sehr schematische Querschnittsansicht einer lichtemittierenden Vorrichtung Fig. 1 is a very schematic cross-sectional view of a light-emitting device
gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;  according to a first embodiment of the invention;
Fig. 2 eine ausschnittsweise Draufsicht auf die Vorrichtung aus Fig. 1 von schräg oben. Fig. 2 is a fragmentary plan view of the device of FIG. 1 obliquely from above.
Fig. 3 ein System aus mehreren erfindungsgemäßen Vorrichtungen gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung Fig. 3 shows a system of several devices according to the invention according to an alternative embodiment of the invention
Fig. 4 eine Explosionsansicht eines zweiten Systems umfassend mehrere erfindungsgemäßer Vorrichtungen gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung Fig. 5 eine sehr schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung; 4 shows an exploded view of a second system comprising a plurality of inventive devices according to a further embodiment of the invention Fig. 5 is a very schematic view of another embodiment of the invention;
Fig. 6 die Ansicht auf Fig. 5 in einer Schnittansicht schräg von oben Fig. 6 shows the view of Fig. 5 in a sectional view obliquely from above
Fig. 7 eine sehr schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung; sowie Fig. 7 is a very schematic view of another embodiment of the invention; such as
Fig. 8 eine Leuchtenarmatur umfassend lichtemittierende Vorrichtungen gemäß einer 8 shows a luminaire fitting comprising light-emitting devices according to a
Ausführungsform der Erfindung.  Embodiment of the invention.
Fig. 1 zeigt eine sehr schematische Querschnittsansicht einer lichtemittierenden Vorrichtung 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Die Vorrichtung 1 umfasst dabei eine konvertierende Leuchtstoffkeramik 10, die auf einer ringförmigen thermisch leitfähigen Schicht 25 aufgesetzt ist, welche wiederum auf einem Trägersubstrat 20 aufgebracht ist, so dass sich eine Reflexionskammer 40 bildet. Auf dem Trägersubstrat ist weiterhin ein LED Dice 30 aufgebracht, zusätzlich sind zwei Metallisierungsebenen 50 vorgesehen, über die die Vorrichtung mechanisch und thermisch verbunden werden kann. Das Trägersubstrat 20 befindet sich weiterhin auf einem Wärmeabieiter 60. Wie in Fig. 1 zu sehen, ist die Leuchtstoffkeramik 10 plattenförmig aufgebaut, so dass der Durchmesser D der Leuchtstoffkeramik 10 im Verhältnis zur Dicke d deutlich größer ist als 5: 1. Weiterhin ist die Höhe h der Reflexionskammer 40 angezeigt; die Verhältnisse in Fig. 1 sind sehr schematisch, bei den meisten Anwendungen beträgt die Höhe h der Fig. 1 shows a very schematic cross-sectional view of a light-emitting device 1 according to a first embodiment of the invention. In this case, the device 1 comprises a converting luminescent ceramic 10, which is placed on an annular thermally conductive layer 25, which in turn is applied to a carrier substrate 20, so that a reflection chamber 40 is formed. On the carrier substrate, an LED Dice 30 is further applied, in addition, two Metallisierungsebenen 50 are provided, via which the device can be mechanically and thermally connected. The carrier substrate 20 is furthermore located on a heat dissipator 60. As can be seen in FIG. 1, the luminescent ceramic material 10 is plate-shaped, so that the diameter D of the luminescent ceramic 10 is significantly greater than 5: 1 in relation to the thickness d Height h of the reflection chamber 40 is displayed; the conditions in Fig. 1 are very schematic, in most applications, the height h is the
Reflexionskammer 3 % oder mehr des Durchmessers D. Reflection chamber 3% or more of diameter D.
Fig. 2 zeigt die Vorrichtung aus Fig. 1 in ausschnittsweiser Draufsicht von schräg oben. Wie in Fig. 2 gut zusehen, ist die Leuchtstoffkeramik 10 etwa diskusförmig und liegt auf der ringförmigen thermisch leitfähigen Schicht 25 auf. Fig. 3 zeigt ein System aus mehreren erfindungs gemäßen Vorrichtungen gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung. Wie in Fig. 3 gut zu sehen, bilden die - diesmal quadratisch ausgeformten - Leuchtstoffkeramiken 10 ein 3 x 3 Gatter. Weiterhin ist hier zu erkennen dass die thermisch leitfähige Schicht 25 in der hier dargestellten Ausführungsform formschlüssig seitlich an die Leuchtstoffkeramik 10 angebracht ist oder in diese übergeht, wobei hier die thermisch leitfähige Schicht 25 aus dem gleichen Material wie das der Leuchtstoffkeramik gefertigt werden kann. Darüber hinaus ist in dieser Ausführungsform zu erkennen dass die thermisch leitfähige Schicht 25 formschlüssig angebracht ist oder übergeht in einen Bodenflansch 25b welcher beispielsweise über eine hier nicht dargestellte bodenseitige Metallisierungsebene thermisch und mechanisch mit einem hier nicht dargestellte Trägersubstrat oder dem Wärmeableiter 60 verbunden werden kann. Fig. 2 shows the device of Fig. 1 in a fragmentary plan view obliquely from above. As can be clearly seen in FIG. 2, the phosphor ceramics 10 is approximately discus-shaped and rests on the annular thermally conductive layer 25. Fig. 3 shows a system of several fiction, contemporary devices according to an alternative embodiment of the invention. As can clearly be seen in FIG. 3, the phosphor ceramics 10, this time of square shape, form a 3 × 3 gate. Furthermore, it can be seen here that the thermally conductive layer 25 in the embodiment shown here is attached in a form-fitting manner laterally to the phosphor ceramic 10 or merges into it, in which case the thermally conductive layer 25 can be made of the same material as that of the phosphor ceramic. In addition, it can be seen in this embodiment that the thermally conductive layer 25 is positively attached or merges into a bottom flange 25b which can be thermally and mechanically connected to a carrier substrate or the heat dissipator 60, not shown here, for example via a bottom metallization level not shown here.
Fig. 4 zeigt eine Explosionsansicht eines zweiten, deutlich komplexeren Systems umfassend mehrere erfindungsgemäßer Vorrichtungen gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Gemäß Fig. 4 ist das System auf einem kupferhaltigen Wärmeableiter 60 schichtförmig aufgebaut. Zuerst ist eine erste Metallisierungs Schicht 51 aufgebracht, anschließend eine elektrisch isolierende aber thermisch leitfähige Keramikschicht 80. Darauf ist eine reflektive sowie elektrisch leitfähige Metallisierungs Schicht 52 vorgesehen, auf der wiederum ein Rahmen sowie Stege aus Kupfer angebracht sind, welche die thermisch sowie elektrisch leitfähigen Schichten 25A und die Thermovias 25B repräsentieren. Auf diesen ist wiederum eine reflektierende (Lack-)Schicht 70 aufgebracht. Im Zentrum des Systems befindet sich ein Gitter von LEDs 30 welche auf der von den Schichten 25A und 25B nicht bedeckten Metallisierungsschicht 52 aufgebracht sind. Schicht 25A und 25B können sowohl aus separaten oder auch zusammenhängenden Körpern bestehen, diese sind also 4 shows an exploded view of a second, much more complex system comprising a plurality of inventive devices according to a further embodiment of the invention. According to FIG. 4, the system is constructed in layers on a copper-containing heat dissipator 60. First, a first metallization layer 51 is applied, followed by an electrically insulating but thermally conductive ceramic layer 80. On a reflective and electrically conductive metallization layer 52 is provided, on which in turn a frame and webs of copper are attached, which are the thermally and electrically conductive layers 25A and the thermal vias 25B. On these in turn a reflective (paint) layer 70 is applied. At the center of the system is a grid of LEDs 30 which are deposited on the metallization layer 52 not covered by the layers 25A and 25B. Layer 25A and 25B may consist of separate or coherent bodies, so these are
beispielsweise formschlüssig aus einem Stück oder aus separaten Elementen gefertigt. Abschließend ist eine weitere Metallisierungs Schicht 53 auf den Thermovias (oder auch: Thermostegen) 25B aufgebracht sowie abschließend eine Leuchtstoffkeramik 10. Die Breite einer einzelnen Reflexionskammer ist dabei durch die Angabe des Durchmessers in Fig. 4 definiert, welcher sich von dem Abstand der Thermostege 25B ableitet for example, form-fitting made of one piece or from separate elements. Finally, a further metallization layer 53 is applied to the thermovias (or also: heat sinks) 25B and finally a phosphor ceramic 10. The width of a single reflection chamber is defined by the indication of the diameter in FIG. 4, which depends on the distance of the thermo sets 25B derives
Fig. 5 zeigt eine sehr schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. In Fig. 5 ist gut zu sehen dass ähnlich wie in der Ausführungsform Fig. 3 auch hier die Fig. 5 shows a very schematic view of another embodiment of the invention. In Fig. 5 is good to see that similar to the embodiment of FIG. 3 also here
Leuchtstoffkeramik 10 formschlüssig übergeht oder angebracht ist an die thermisch leitfähige Schicht 25, welche wiederum formschlüssig angebracht ist oder übergeht in einen Phosphor ceramic 10 merges positively or is attached to the thermally conductive layer 25, which in turn is mounted form-fitting or merges into one
Bodenflansch 25b welcher beispielsweise über eine hier nicht dargestellte bodenseitige Metallisierungsebene thermisch und mechanisch mit einem hier nicht dargestellte  Bottom flange 25b which, for example, via a bottom-side metallization not shown here thermally and mechanically with a not shown here
Trägersubstrat oder dem Wärmeabieiter 60 verbunden werden kann. Abweichend von Fig. 3 hat diese Ausführungsform jedoch einen separaten, im Inneren der Leuchtstoffkeramik 10 angebrachten Bodenflansch, der wiederum wie bereits oben beschrieben über die thermisch leitfähige Schicht mit der Leuchtstoffkeramik verbunden ist und bodenseitig an ein Trägersubstrat oder den Wärmeabieiter 60 thermisch und/oder mechanisch verbunden werden kann, wobei Bodenflansch und thermisch leitfähige Schicht aus dem gleichen Material gefertigt werden können wie das der Leuchtstoffkeramik. Carrier substrate or the Wärmeabieiter 60 can be connected. In contrast to FIG. 3, however, this embodiment has a separate bottom flange mounted inside the luminescent ceramic material 10, which in turn is connected to the luminescent ceramic via the thermally conductive layer as described above and thermally and / or mechanically to a carrier substrate or heat dissipator 60 on the bottom side can be connected, wherein bottom flange and thermally conductive layer can be made of the same material as that of the phosphor ceramic.
Die für die Entwärmung der Leuchtstoffkeramik 10 wesentliche Breite der The essential for the cooling of the phosphor ceramic 10 width of the
Leuchtstoffkeramik ist dabei durch die Angabe des Durchmessers in Fig. 5 definiert. Luminescent ceramic is defined by the indication of the diameter in Fig. 5.
Fig. 6 zeigt die Ausführungsform aus Fig. 5 in einer Schnittansicht etwa schräg von oben. In dieser Ansicht ist die Größe der Leuchtstoffkeramik 10 besonders gut zu sehen. Fig. 6 shows the embodiment of Fig. 5 in a sectional view approximately obliquely from above. In this view, the size of the phosphor ceramic 10 is particularly good to see.
Fig. 7 zeigt eine sehr schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, bei der, anders als in Fig. 5 und 6, die thermischen Brücken 90 säulenförmig aufgebaut sind. Auch hier bedeckt die Leuchtstoffkeramik wie in Fig.4 mehrere Reflexionskammern, wobei diese Reflexionskammern im Unterschied zu Fig. 4 nicht durch balkenförmige Thermostege abgegrenzt sind, sondern abstrakt gebildet werden durch die benachbarten freistehenden Thermo vias 90. Fig. 7 shows a very schematic view of a further embodiment of the invention, in which, unlike in Fig. 5 and 6, the thermal bridges 90 are constructed columnar. Again, the phosphor ceramic covers as in Figure 4 several reflection chambers, these reflection chambers are not delimited by bar-shaped Thermostege in contrast to Fig. 4, but abstractly formed by the adjacent free-standing thermal vias 90th
Die Größe einer einzelnen abstrakten Reflexionskammer ist dabei durch die Angabe des Durchmessers in Fig. 6 definiert welcher zum einen von dem Abstand der Kammerbildenden Thermovias 90 zueinander sowie durch den Abstand der Kammerbildenden Thermovias 90 und der nächstgelegenen inneren Wandung der thermisch leitfähigen Schicht 25 gebildet werden kann. The size of a single abstract reflection chamber is defined by the indication of the diameter in FIG. 6, which can be formed by the distance of the chamber-forming thermovias 90 from one another and the distance of the chamber-forming thermovias 90 and the nearest inner wall of the thermally conductive layer 25 ,
Die Abstände der Thermovias 90 sind in Fig6 bewusst teilweise unregelmäßig unter der Fläche der Leuchtstoffkeramik verteilt, da es sich in der Praxis gezeigt hat dass die Abstände der Thermovias von Fall zu Fall verkleinert werden müssen um die Verteilung dieser Thermovias 90 mit der Verteilung der LED Dices 30 abzugleichen, da die LED Dices beispielsweise elektronisch in zwei parallele Serienschaltung mit gleicher Anzahl von LED Dices verbunden werden müssen. D ist hier also als maximale Kammergröße zu verstehen, die den thermisch bedingten Lichtkonvertierungseffizienzabfall (engl.: thermal quensching) in der Phosphorplatte begrenzt, wobei einzelne Kammer großen und damit die Abstände der Thermovias aus schaltungstechnisch bedingten Gründen auch reduziert werden können. The distances of the thermovias 90 are deliberately partially distributed irregularly under the surface of the phosphor ceramic in FIG. 6, since it has been found in practice that the spacings of the thermovias must be reduced from case to case by the distribution of these thermovias 90 with the distribution of the LED dices For example, the LED dices must be electronically connected in two parallel series circuits with the same number of LED dices. D is thus to be understood here as the maximum chamber size, which limits the thermally induced Lichtkonvertierungseffizienzabfall (English: thermal quenching) in the phosphor plate, whereby single chamber large and thus the distances of the thermovias due to circuitry reasons, can also be reduced.
Fig 8 zeigt eine Leuchtenarmatur 100 umfassend lichtemittierende Vorrichtungen 1, 1' gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Die Leuchtenarmatur 100 beinhaltet zusätzlich ein Gehäuse 110, eine Kühlapparatur oder auch Kühlkörper 120, eine LED Treiberelektronik 130, sowie optische Systemkomponenten, in diesem Fall ein Lichtreflektor 140. Alternativ können noch weitere optische Systemkomponenten wie beispielsweise Licht reflektierende, Licht brechende oder Licht beugende optische Komponenten vorhanden sein. FIG. 8 shows a luminaire fitting 100 comprising light-emitting devices 1, 1 'according to an embodiment of the invention. The lighting fixture 100 additionally includes a housing 110, a cooling apparatus or heat sink 120, an LED driver electronics 130, and optical system components, in this case a light reflector 140. Alternatively, other optical System components such as light-reflecting, refractive or light diffractive optical components may be present.
Derartige Leuchtarmaturen finden unter anderem Anwendung in der sogenannten„high Bay" Beleuchtung. Bei dieser werden besonders hohe Lichtströme benötigt, unter anderem zur Beleuchtung von Sportstadien oder anderen Anwendungen im Aussen- oder Hallenbereich. Such light fittings are used, inter alia, in the so-called "high bay" lighting, which requires particularly high luminous fluxes, inter alia for illuminating sports stadiums or other applications in the outdoor or indoor area.
Insbesondere ist hier der Einsatz der erfindungs gemäßen Lichtmodule hilfreich da sie nicht nur die benötigten hohen Lichtströme generieren können, sondern gleichermaßen diese Lichtströme auch auf einer besonders kleinen Fläche emittieren, was es ermöglicht, durch spezielle Optiken die Strahlung exakt auf eine definierte Fläche auszurichten. In particular, the use of fiction, contemporary light modules here is helpful because they can not only generate the required high luminous flux, but also emit these luminous currents on a very small area, which makes it possible to align the radiation exactly on a defined area by special optics.
Die einzelnen Kombinationen der Bestandteile und der Merkmale von den bereits erwähnten Ausführungen sind exemplarisch; der Austausch und die Substitution dieser Lehren mit anderen Lehren, die in dieser Druckschrift enthalten sind mit den zitierten Druckschriften werden ebenfalls ausdrücklich erwogen. Der Fachmann erkennt, dass Variationen, The individual combinations of the components and the features of the already mentioned embodiments are exemplary; the exchange and substitution of these teachings with other teachings contained in this document with the references cited are also expressly contemplated. The person skilled in the art recognizes that variations,
Modifikationen und andere Ausführungen, die hier beschrieben werden, ebenfalls auftreten können ohne von dem Erfindung sgedanken und dem Umfang der Erfindung abzuweichen. Entsprechend ist die obengenannte Beschreibung beispielhaft und nicht als beschränkend anzusehen. Das in den Ansprüchen verwendete Wort„umfassen" schließt nicht andereModifications and other embodiments described herein may also occur without departing from the spirit and scope of the invention. Accordingly, the above description is illustrative and not restrictive. The word "comprising" used in the claims does not exclude others
Bestandteile oder Schritte aus. Der unbestimmte Artikel„ein" schließt nicht die Bedeutung eines Plurals aus. Die bloße Tatsache, dass bestimmte Maße in gegenseitig verschiedenen Ansprüchen rezitiert werden, verdeutlicht nicht, dass eine Kombination von diesen Maßen nicht zum Vorteil benutzt werde kann. Der Umfang der Erfindung ist in den folgenden Ansprüchen definiert und den dazugehörigen Äquivalenten. Components or steps. The indefinite article "a" does not exclude the meaning of a plural The mere fact that certain measures are recited in mutually different claims does not make it clear that a combination of these measures can not be used to advantage as defined in the following claims and the associated equivalents.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Lichtemittierende Remote-Phosphor- Vorrichtung (1), umfassend eine konvertierende Leuchtstoffkeramik (10), wobei die Leuchtstoffkeramik A light emitting remote phosphor device (1) comprising a converting phosphor ceramic (10), wherein the phosphor ceramic
- plattenförmig aufgebaut ist,  - is built plate-shaped,
- eine Dicke von > 0,1 mm bis < 2 mm besitzt  - Has a thickness of> 0.1 mm to <2 mm
- ein Verhältnis von Durchmesser zu Dicke von >5: 1 besitzt  - Has a diameter to thickness ratio of> 5: 1
- sowie die Konzentration an emittierenden Metallionen in der Leuchtstoffkeramik (10) von > 0.01 mmol/cm3 bis < 1.0 mmol/cm3 beträgt wobei die lichtemittierende Remote-Phosphor- Vorrichtung bei einer aus der - And the concentration of emitting metal ions in the phosphor ceramic (10) of> 0.01 mmol / cm 3 to <1.0 mmol / cm 3 is wherein the light-emitting remote phosphor device in one of the
Vorrichtung abgestrahlten Strahlungsleistung von > 10 W pro cm2 der nach aussen gerichteten Flächen der Leuchtstoffkeramik betrieben wird Device radiated radiant power of> 10 W per cm 2 of the outwardly facing surfaces of the phosphor ceramic is operated
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Dicke der Leuchtstoffkeramik (10) von > 0,1 mm bis < 0,8 mm beträgt 2. Apparatus according to claim 1, wherein the thickness of the phosphor ceramic (10) of> 0.1 mm to <0.8 mm
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Verhältnis von Durchmesser zu Dicke >10: 1 beträgt. 3. Device according to claim 1 or 2, wherein the ratio of diameter to thickness> 10: 1.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die lichtemittierende Remote- Phosphor- Vorrichtung eine Reflexionskammer und mindestens einen LED Dice (30) beinhaltet, wobei die Höhe der Reflexionskammer minus die Höhe des LED-Dices (30) > 3% bis < 50% des Durchmessers der Leuchtstoffkeramik beträgt. 4. The device of claim 1, wherein the remote light-emitting phosphor device includes a reflection chamber and at least one LED dice (30), the height of the reflection chamber minus the height of the LED dice (30)> 3% to <50% of the diameter of the phosphor ceramic.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die konvertierende 5. Device according to one of claims 1 to 4, wherein the converting
Leuchtstoffkeramik (10) einen Leuchtstoff umfasst, ausgewählt aus der Gruppe: rot emittierende Leuchtstoffe:
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Phosphor ceramic (10) comprises a phosphor selected from the group: red emitting phosphors:
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blau emittierende Leuchtstoffe:
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blue emitting phosphors:
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mit (wo andwendbar und unabhängig voneinander) 0 < x, y < 1.0, x + y < 1.0 und 0 < z < 1.0 gelb emittierende Leuchtstoffe:  with (where applicable and independently of one another) 0 <x, y <1.0, x + y <1.0 and 0 <z <1.0 yellow-emitting phosphors:
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mit (wo andwendbar und unabhängig voneinander) 0 < x, y < 1.0 grün emittierende Leuchtstoffe  with (where applicable and independently of one another) 0 <x, y <1.0 green emitting phosphors
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mit (wo andwendbar und unabhängig voneinander) 0 < x, y < 1.0, x + y < 1.0 und 0 < z < 1.0  with (where applicable and independent of each other) 0 <x, y <1.0, x + y <1.0 and 0 <z <1.0
NIR (680 - 900 nm) emittierende Leuchtstoffe: NIR (680 - 900 nm) emitting phosphors:
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mit (wo andwendbar und unabhängig voneinander) 0 < x, y < 1.0, x + y < 1.0 und 0 < z < 1.0  with (where applicable and independent of each other) 0 <x, y <1.0, x + y <1.0 and 0 <z <1.0
IR-A (900 - 2500 nm) emittierende Leuchtstoffe:
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IR-A (900 - 2500 nm) emitting phosphors:
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mit (wo andwendbar und unabhängig voneinander) 0 < a, b, x, y, z < 1.0, x + y + z < 1.0, a + b < 1.0 oder Mischungen dieser Stoffe.  with (where applicable and independent of one another) 0 <a, b, x, y, z <1.0, x + y + z <1.0, a + b <1.0 or mixtures of these substances.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Vorrichtung noch thermische Brücken umfasst Device according to one of claims 1 to 5, wherein the device still comprises thermal bridges
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei in einem Randbereich des optischen Konverters eine zumindest teilweise, bevorzugt vollständig umlaufende Kontaktfläche ausgebildet ist, sowie außerhalb des Randbereichs eine weitere Kontaktfläche so ausgebildet ist, dass der optische Konverter Wärmeenergie über die weitere Kontaktfläche abgeben kann. Device according to one of claims 1 to 6, wherein in an edge region of the optical converter, an at least partially, preferably completely circumferential contact surface is formed, and outside the edge region, a further contact surface is formed so that the optical converter can deliver heat energy through the further contact surface.
8. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Reflexionskammern mit einem transparenten Medium ausgefüllt sind welches einen höheren optischen Brechungsindex als Luft aufweist. 9. System, umfassend eine oder mehrere lichtemittierende Vorrichtungen gemäß den8. Device according to one of claims 1 to 7, wherein the reflection chambers are filled with a transparent medium which has a higher optical refractive index than air. A system comprising one or more light-emitting devices according to the
Ansprüchen 1 bis 8 Claims 1 to 8
10. System nach Anspruch 8, wobei die lichtemittierenden Vorrichtungen in Raster oder Gitterform benachbart angeordnet sind. 10. The system of claim 8, wherein the light emitting devices are arranged adjacent in grid or lattice form.
11. Leuchtenarmatur, umfassend eine lichtemittierende Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 und/oder eines Systems nach den Ansprüchen 9 oder 10. 11. Lighting fixture comprising a light-emitting device according to one of claims 1 to 8 and / or a system according to claims 9 or 10.
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