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1. (WO2009155907) WÄRMEABFUHR FÜR EIN KONVERSIONSELEMENT UND ENTSPRECHENDES LEUCHTMITTEL
Anmerkung: Text basiert auf automatischer optischer Zeichenerkennung (OCR). Verwenden Sie bitte aus rechtlichen Gründen die PDF-Version.

Beschreibung

Konversionselement und Leuchtmittel

Es wird ein Konversionselement sowie ein Leuchtmittel angegeben.

Für viele Anwendungen wird Licht einer spezifischen Wellenlänge oder eines bestimmten Spektralbereichs benötigt. Viele Lichtquellen, insbesondere auf Halbleitern basierende Lichtquellen wie Leuchtdioden oder Laserdioden, emittieren Licht allerdings nur in einem davon abweichenden Spektralbereich oder bei diskreten Wellenlängen. Daher ist es oft gewünscht, das von der Lichtquelle emittierte Licht in Licht einer anderen Wellenlänge umzuwandeln. Diese Konversion geschieht beispielsweise mittels organischen oder anorganischen Lumineszenzstoffen. Die Konversion beruht bei diesen Lumineszenzstoffen zumeist auf dem Prinzip der so genannten Down-Conversion. Das heißt, Licht beispielsweise im blauen Spektralbereich wird absorbiert und dazu niederfrequenteres, rotverschobenes Licht wird emittiert. Mit anderen Worten wird Lichtstrahlung hoher Energie durch den Leuchtstoff in Lichtstrahlung niedrigerer Energie und in nichtstrahlende Energie, insbesondere in Wärme, umgewandelt.

Die Druckschrift EP 1 605 028 Al betrifft ein Licht emittierendes Bauteil mit einem Konversionselement sowie ein Herstellungsverfahren hierfür.

Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Konversionselement mit verbesserter Effizienz anzugeben. Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Leuchtmittel mit einem solchen Konversionselement anzugeben.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Konversionselements umfasst dieses ein Matrixmaterial. In dem Matrixmaterial können weitere Bestandteile des Konversionselements eingebettet sein, wobei das Matrixmaterial als Bindemittel wirken kann. Das Matrixmaterial ist in einem relevanten Spektralbereich bevorzugt durchlässig für die elektromagnetische Strahlung. „Relevanter Spektralbereich" bedeutet hierbei sowohl Licht einer Wellenlänge oder eines ersten Wellenlängenbereichs, das zu konvertieren ist, als auch Licht einer Wellenlänge oder eines Wellenlängenbereichs, das durch die Konversion resultiert. Weiterhin ist das Matrixmaterial im relevanten Spektralbereich bevorzugt unempfindlich gegenüber Fotoschäden. Das heißt, durch die zu konvertierende oder die konvertierte Strahlung wird das

Matrixmaterial nicht fotochemisch beschädigt, zumindest auf der Zeitskala der Lebensdauer des Konversionselements. Die Lebensdauer des Konversionselements kann hierbei so definiert werden, dass während der Lebensdauer die Effizienz des Konversionselements oberhalb von 80 % der ursprünglichen

Effizienz liegt, bezogen auf gleiche Leistung und gleichen Wellenlängenbereich des zu konvertierenden Lichts . Ist das Konversionselement in Verbindung mit einem optoelektronischen Halbleiterchip eingesetzt, so ist die Lebensdauer des Konversionselements bevorzugt mindestens so hoch wie die Lebensdauer des Halbleiterchips.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Konversionselements umfasst dieses Wärmeleitpartikel. Die Wärmeleitpartikel liegen zum Beispiel pulverförmig vor. Die Wärmeleitpartikel sind bevorzugt derart mit einem Material oder einer Materialkombination gestaltet, dass die Wärmeleitpartikel eine deutlich höhere Wärmeleitfähigkeit als das Matrixmaterial aufweisen. Deutlich höher kann bedeuten, dass die spezifische Wärmeleitfähigkeit der Wärmeleitpartikel um mindestens einen Faktor 5, bevorzugt um mindestens einen Faktor 10 größer ist als die spezifische Wärmeleitfähigkeit des Matrixmaterials .

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Konversionselements weist dieses mindestens ein Konversionsmittel auf. Das Konversionsmittel kann ein anorganischer Leuchtstoff sein, der auf Down-Conversion beruht. Bevorzugt ist das

Konversionsmittel mit einem Cer-dotierten oder Europiumdotierten Leuchtstoff gebildet. Das Konversionsmittel ist dazu ausgestaltet, Licht eines ersten Wellenlängenbereichs mindestens zum Teil in Licht eines anderen, zweiten Wellenlängenbereichs umzuwandeln. Der Wirkungsgrad dieser Konversion kann von der Temperatur abhängen, insbesondere kann der Wirkungsgrad mit steigender Temperatur sinken.

Das Konversionsmittel ist zum Beispiel pulverförmig. Insbesondere sind Konversionsmittel und Wärmeleitpartikel mit unterschiedlichen Stoffen gebildet, wobei die Wärmeleitpartikel eine deutlich höhere spezifische Wärmeleitfähigkeit aufweisen, die zum Beispiel die spezifische Wärmeleitfähigkeit des Konversionsmittels um mindestens einen Faktor 10, bevorzugt um mindestens einen

Faktor 25 übersteigt. Ebenso wie das Matrixmaterial sind die Wärmeleitpartikel und das Konversionsmittel im relevanten Spektralbereich bevorzugt beständig gegen Fotoschäden. Auch sind die Wärmeleitpartikel und das Konversionsmittel insbesondere beständig gegenüber thermischen Belastungen, die im Betrieb des Konversionselements auftreten.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Konversionselements beeinflussen die Wärmeleitpartikel das Spektrum des vom Konversionselement emittierten Lichts nicht. Das heißt, die Wärmeleitpartikel tragen zur Konversion des Lichts aus dem ersten Wellenlängenbereich nicht bei . Bevorzugt wirken die Wärmeleitpartikel auch nicht als Filter für Wellenlängen im sichtbaren Spektralbereich zwischen 420 nm und 780 nm. Etwa im ultravioletten Spektralbereich kann eine filternde Wirkung der Wärmeleitpartikel vorhanden sein, so dass beispielsweise keine UV-Strahlung unterhalb von etwa 400 nm emittiert wird. Durch solche Wärmeleitpartikel wird der Farbort des vom Konversionselement erzeugten Lichts nicht beeinflusst. Die thermischen Eigenschaften können somit separat von den spektralen Eigenschaften des Konversionselements eingestellt werden.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Konversionselements sind Wärmeleitpartikel und Konversionsmittel im Matrixmaterial des Konversionselements eingebettet. Eingebettet bedeutet hierbei, dass die Wärmeleitpartikel und das Konversionsmittel, die selbst keine oder keine signifikante Haftung untereinander zeigen können, durch das Matrixmaterial zusammengehalten werden. Ist kein zusätzlicher formgebender Körper, wie etwa eine Umhüllung oder eine Gussform, vorhanden, so ist die geometrische Gestalt des Konversionselements bevorzugt durch das Matrixmaterial vorgegeben. Das Matrixmaterial kann dem Konversionselement mechanische Stabilität verleihen. Insbesondere ist das Matrixmaterial inklusive eingebetteter Stoffe, das heißt also, das Konversionselement, selbsttragend, so dass es etwa mit Pinzetten oder anderen Werkzeugen gehandhabt werden kann. Zum Beispiel sind die Wärmeleitpartikel und/oder das Konversionsmittel im Konversionselement, insbesondere im Matrixmaterial, statistisch verteilt. Mit anderen Worten sind die Partikel homogen verteilt, wobei eine Konzentration der Partikel nur zufällige, räumliche Schwankungen aufzeigt.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Konversionselements weist dieses WärmeIeitpfade auf. Das heißt, im Konversionselement existieren Pfade bildende, zusammenhängende Bereiche, die eine deutlich höhere Wärmeleitfähigkeit als das Matrixmaterial aufweisen. Diese Bereiche reichen von einer inneren Region, beispielsweise von einem im Matrixmaterial eingebetteten Partikel oder Bestandteil des Konversionsmittels, bis zu einer Oberfläche des Konversionselements. Hierdurch wird es ermöglicht, dass Wärme von einem Bestandteil des Konversionsmittels weg hin zur Oberfläche des Konversionselements beziehungsweise des Matrixmaterials geführt wird. Insbesondere wird die Wärme also von durch die Konversion erwärmten Bestandteilen des Konversionsmittels abgeführt. Der Wärmetransport erfolgt im Wesentlichen durch Wärmeleitung über die Pfade.

In mindestens einer Ausführungsform des Konversionselements ist dieses mit einem lichtdurchlässigen Matrixmaterial gestaltet, in dem Wärmeleitpartikel und mindestens ein Konversionsmittel eingebettet sind, wobei das Konversionsmittel dazu ausgestaltet ist, Licht einer

Wellenlänge beziehungsweise eines Wellenlängenbereichs zumindest zum Teil in Licht einer anderen Wellenlänge beziehungsweise eines anderen Wellenlängenbereichs umzuwandeln. Durch das Konversionsmittel und/oder die Wärmeleitpartikel sind WärmeIeitpfade im Konversionselement gebildet.

Über solche, durch Wärmeleitpartikel und Konversionsmittel gebildete WärmeIeitpfade kann Wärme aus dem Konversionselement effizient abgeführt und somit die Temperatur des Konversionselements im Betrieb gesenkt werden. Hierdurch erhöht sich die Konversionseffizienz des

Konversionselements. Der Platzbedarf des Konversionselements wird durch die WärmeIeitpfade nicht oder nicht signifikant vergrößert .

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Konversionselements führt mindestens ein Teil der WärmeIeitpfade aus dem Innern des Matrixmaterials an eine Oberfläche des Matrixmaterials. Durch solche Wärmeleitpfade kann Wärme aus dem Innern des Matrixmaterials effizient abgeführt werden.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Konversionselements weisen Konversionsmittel und Wärmeleitpartikel zusammengenommen einen Volumenanteil auf, der mit einer Toleranz von fünf Volumenprozent mindestens so groß ist, dass er der Perkolationsschwelle der Summe von Wärmeleitpartikeln und Konversionsmittel entspricht. Zum Beispiel entspricht der Volumenanteil von Konversionsmitteln und WärmeIeitpartikein zusammen bis auf eine Toleranz von fünf Volumenprozent genau der Perkolationsschwelle. Insbesondere beträgt die Toleranz nur drei Volumenprozent, insbesondere nur ein Volumenprozent.

Die Perkolationsschwelle kann im vorliegenden Fall beispielsweise wie folgt angegeben sein: Bei einem mehrdimensionalen Gitter sind die Gitterplätze statistisch mit in diesem Falle Konversionsmittelbestandteilen oder

Wärmeleitpartikeln besetzt. Ab einem gewissen Anteil beziehungsweise Prozentsatz besetzter Gitterplätze, der als Perkolationsschwelle bezeichnet wird, ergibt sich ein zusammenhängendes Gebiet aus benachbarten, besetzten Gitterplätzen. Von Gitterplätzen übertragen auf Partikel heißt das, dass sich benachbarte Partikel in direktem Kontakt zueinander befinden. So ein perkoliertes, zusammenhängendes Gebiet erstreckt sich im Wesentlichen über das gesamte System, also in diesem Fall über das gesamte Konversionselement. Das heißt, ein Endpunkt eines Pfades an einer Oberfläche des Matrixmaterials steht über den Pfad in Verbindung mit einem anderen Endpunkt eines Pfades an einem anderen Punkt der Oberfläche. Die Perkolationsschwelle kann zum Beispiel durch Simulationen, etwa durch Monte-Carlo-Simulationen, oder auch durch einfache Experimente ermittelt werden.

In erster Näherung ist die Perkolationsschwelle des

Konversionselements lediglich abhängig von dem Volumenanteil, den Konversionsmittel und Wärmeleitpartikel darstellen, wobei der Volumenanteil in Analogie dem Anteil besetzter Gitterplätze entspricht. Unter der Voraussetzung, dass Wärmeleitpartikel und Konversionsmittel vergleichbare

Partikelgrößen aufweisen, und unter der Voraussetzung, dass sowohl Konversionsmittel als auch Wärmeleitpartikel statistisch im Konversionselement beziehungsweise im Matrixmaterial verteilt sind, entspricht die Perkolationsschwelle der Partikel in etwa einem Volumenanteil von 30 bis 35 Prozent. Ein Gewichtsanteil der Wärmeleitpartikel an dem Konversionselement kann dann 70 Prozent übersteigen. Abhängig etwa von der Gestalt oder der Größenverteilung der Partikel kann der für die Perkolationsschwelle erforderliche Volumenanteil aber stark von diesem Wertebereich abweichen. Durch einen Volumenanteil von Konversionsmittel und Wärmeleitpartikeln, der mindestens der Perkolationsschwelle entspricht, kann eine hohe Wärmeleitfähigkeit des Konversionselements erzielt werden.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Konversionselements entspricht der Volumenanteil der WärmeIeitpartikel, mit einer Toleranz von fünf Volumenprozent, genau der

Perkolationsschwelle der Wärmeleitpartikel. Bevorzugt beträgt die Toleranz lediglich drei Volumenprozent, besonders bevorzugt lediglich ein Volumenprozent. Bevorzugt liegt der Volumenanteil der Wärmeleitpartikel im Bereich von 28

Volumenprozent bis zu 38 Volumenprozent, besonders bevorzugt zwischen 30 Volumenprozent und 35 Volumenprozent, insbesondere zwischen 31,5 Volumenprozent und 33 Volumenprozent. Perkolieren die Wärmeleitpartikel alleine, ohne Einbeziehung des Konversionsmittels, so kann eine besonders hohe Wärmeleitfähigkeit erzielt werden.

Gemäß zumindest einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Konversionselements liegt der Volumenanteil der Wärmeleitpartikel fünf Prozent über der Perkolationsschwelle, mit einer Toleranz von höchstens drei, bevorzugt von höchstens zwei, insbesondere von höchstens einem Volumenprozent. Liegt die Perkolationsschwelle also zum Beispiel bei 33 Volumenprozent, so beträgt der Volumenanteil der Wärmeleitpartikel zusammen mit dem Konversionsmittel oder, bevorzugt, der Wärmeleitpartikel alleine insbesondere zwischen einschließlich 36 Volumenprozent und 40 Volumenprozent. Über einen solchen Volumenanteil, der etwas höher als der der Perkolationsschwelle entsprechende Volumenanteil gewählt ist, kann auch bei einer Herstellung des Konversionselements mit vergleichsweise hohen Toleranzen bezüglich des Volumenanteils gewährleistet werden, dass das Konversionselement eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist.

- S -

Dadurch, dass der Volumenanteil bevorzugt knapp über, also nahe an der Perkolationsschwelle liegt und daher der Volumenanteil vergleichsweise gering ist, treten Effekte wie verminderte mechanische Integrität des Konversionselements oder erhöhtes Streuverhalten aufgrund der Wärmeleitpartikel im Vergleich zu einem herkömmlichen Konversionselement nicht signifikant verstärkt auf.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Konversionselements umfasst dies eine Umhüllung, die bevorzugt aus einem wärmeleitfähigen Material gestaltet ist, die in direktem Kontakt zum Matrixmaterial steht und dieses mindestens teilweise umgibt. Die Umhüllung kann beispielsweise aus einer Keramik, einem Metall oder einer Metalllegierung gestaltet sein. Über eine wärmeleitfähige Umhüllung kann aus dem Inneren des Matrixmaterials über die Wärmeleitpartikel abtransportierte Wärme von der Oberfläche des Matrixmaterials effizient weggeleitet werden. Weiterhin kann durch die Umhüllung eine Form gegeben sein, beispielsweise in Gestalt einer Spritzform, die die Herstellung des Konversionselements vereinfacht .

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Konversionselements ist die Umhüllung mindestens stellenweise transparent und alternativ oder zusätzlich mindestens stellenweise reflektierend ausgestaltet. Über eine zumindest teilweise transparente Umhüllung kann Licht in das Konversionselement ein- sowie aus diesem austreten. Die transparenten Stellen der Umhüllung können hierbei Wellenlängen selektiv ausgestaltet sein, so dass beispielsweise ein

Eintrittsfenster für zu konvertierende Wellenlängen transparent ausgestaltet ist, wohingegen es für konvertierte Wellenlängen reflektierend wirkt. Entsprechend Umgekehrtes kann für einen Lichtaustrittsbereich gelten. Über eine reflektierend ausgestaltete Umhüllung kann die Lichtabsorption durch die Umhüllung und somit ein Verlust an Strahlungsleistung unterbunden oder zumindest reduziert werden. Hierdurch wird der Wirkungsgrad des Konversionselements erhöht.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Konversionselements weist dieses mindestens zwei Kammern auf, die mindestens stellenweise über wärmeleitfähige Zwischenwände miteinander verbunden sind. Über solche Zwischenwände kann Wärme aus dem Innern des Konversionselements heraus effektiv nach außen abgeführt werden. Die verschiedenen Kammern können eine gleiche oder auch verschiedene MaterialZusammensetzungen aufweisen. So kann beispielsweise ein Gradient an Anteil des einen oder von mehreren Konversionsmitteln über verschiedene Kammern hinweg realisiert werden. Bevorzugt sind Kammern und Zwischenwände so gestaltet, dass die Lichtein- und Lichtauskopplung in beziehungsweise aus dem Konversionselement sowie die Lichtlaufwege im

Konversionselement nicht signifikant beeinträchtigt sind. Hierdurch erhöht sich die Homogenität des vom Konversionselement abgestrahlten Lichts.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Konversionselements sind die Wärmeleitpartikel in relevanten Spektralbereichen nicht absorbierend. „Nicht absorbierend" bedeutet hierbei, dass die Wärmeleitpartikel nicht mehr als 15 Prozent, bevorzugt nicht mehr als 5 Prozent, insbesondere nicht mehr als 2,5 Prozent der Strahlungsleistung von zu konvertierendem und konvertiertem Licht absorbieren. Über solche Wärmeleitpartikel kann der Wirkungsgrad des Konversionselements erhöht werden.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Konversionselements weisen Wärmeleitpartikel eine mittlere Größe zwischen zehn Nanoraeter und 100 Mikrometer auf. Das heißt, mindestens zwei der Wärmeleitpartikel haben eine Größe zwischen zehn

Nanometer und 100 Mikrometer, bevorzugt weist ein Großteil der Wärmeleitpartikel, also über 50 Prozent, insbesondere mehr als 80 Prozent, eine Größe in diesem Bereich auf. Besonders bevorzugt liegt der Mittelwert über alle Wärmeleitpartikel ebenfalls in diesem Wertebereich. Im Falle sphärischer oder nahezu sphärischer Partikel ist unter der Größe der Partikel ihr Durchmesser zu verstehen. Bei signifikant asphärischen Partikeln wird als Partikelgröße der über drei Hauptachsen gemittelte Durchmesser verstanden. Insbesondere liegt die mittlere Größe der Wärmeleitpartikel im Bereich von einschließlich 30 nm bis 150 nm, besonders bevorzugt im Bereich von einschließlich 1 μm bis 20 μm oder im Bereich von einschließlich 5 μm bis 50 μm. Solche Nanopartikel oder Mikropartikel sind leicht herzustellen und können gut in das Matrixmaterial eingebettet werden. Durch die Verwendung vergleichsweise großer Wärmeleitpartikel kann die spezifische Wärmeleitfähigkeit des Konversionselements, im Vergleich zu kleinen Wärmeleitpartikeln, bei gleichem Volumenanteil gesteigert werden.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Konversionselements weist mindestens ein Teil der Wärmeleitpartikel eine mittlere Größe auf, die kleiner als die halbe Wellenlänge des kurzwelligsten zu konvertierenden Lichts ist. Bevorzugt ist die mittlere Größe der Wärmeleitpartikel kleiner als ein

Viertel der Wellenlänge des zu konvertierenden Lichts, besonders bevorzugt kleiner als ein Zehntel. Bei derart geringen Partikelgrößen kann die Streuung des Lichts an den Wärmeleitpartikeln in erster Näherung vernachlässigt werden. Hierdurch kann sich die Effizienz des Konversionselements verbessern.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Konversionselements weist mindestens ein Wärmeleitpartikel, bevorzugt die Majorität der Partikel, eine numerische Exzentrizität von mindestens 1,5 oder von mindestens vier, insbesondere von mindestens 10 auf. Bevorzugt liegt die numerische Exzentrizität zischen einschließlich 1,5 und 2,0. Mit anderen Worten ist eine längste Achse der Wärmeleitpartikel um einen Faktor zwischen einschließlich 1,5 und 2,0 größer als eine kürzeste Achse der WärmeIeitpartike1. Die Wärmeleitpartikel können mechanisch starr ausgebildet sein. Durch solche Wärmeleitpartikel ist es möglich, dass der für eine effiziente Wärmeleitung notwendige Volumenanteil der Wärmeleitpartikel herabgesetzt ist.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Konversionselements sind die Wärmeleitpartikel als Plättchen geformt. Die

Plättchen können, in Draufsicht gesehen, rund, viereckig oder dreieckig gestaltet sein. Die Plättchen können bezüglich einer Raumrichtung orientiert sein, so dass zum Beispiel ein Normalenvektor aller Plättchen, mit einer Toleranz von 30°, in dieselbe Richtung zeigt. Insbesondere durch die Verwendung dreieckiger Plättchen lässt sich die Perkolationsschwelle bezüglich des Volumenanteils der Wärmeleitpartikel herabsetzen.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Konversionselements weist dieses Wärmeleitpartikel mit einem ersten Durchmesser und mit einem zweiten Durchmesser auf, wobei ein Verhältnis aus dem ersten Durchmesser und dem zweiten Durchmesser - - zwischen einschließlich 0,4 und 0,6 beträgt. Die Anzahl der WärmeIeitpartikel mit dem ersten und dem zweiten Durchmesser ist, mit einer Toleranz von 20 Prozent, bevorzugt gleich.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Konversionselements weist mindestens ein Wärmeleitpartikel, bevorzugt die Majorität der Partikel, eine numerische Exzentrizität von weniger als zehn, insbesondere von weniger als drei auf. Das heißt, eine Längsachse der Partikel ist höchstens um einen Faktor zehn größer als der mittlere Durchmesser bezüglich der Querachse, also senkrecht zur Längsachse. Bei mechanisch flexibel gestalteten Wärmeleitpartikeln, beispielsweise bei fadenartigen Partikeln, ist als Längsausdehnung die Ausdehnung in gestrecktem Zustand zu verstehen.

Falls die Wärmeleitpartikel faserartig oder fadenartig ausgestaltet sind und somit eine große numerische Exzentrizität aufweisen, können sich gitterartige oder netzartige Strukturen ausbilden. Solche Strukturenkönnen Polarisationseffekte bezüglich der zu konvertierenden oder konvertierten Strahlung mit sich bringen, insbesondere falls die WärmeIeitpartikel mit einem Material einer hohen Elektronenbeweglichkeit ausgestaltet sind. Weiterhin zeigen solche netzartigen Strukturen, sofern eine Maschengröße dieser Strukturen im Bereich der Lichtwellenlänge liegt, eine signifikante Streuung und/oder Absorption der Strahlung. Um eine solche Absorption beziehungsweise Polarisationsabhängigkeit zu vermeiden, sind die Wärmeleitpartikel bevorzugt sphärisch oder elipsoidal mit einer numerischen Exzentrizität von weniger als zehn, insbesondere von weniger als drei.

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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Konversionselements weisen die Wärmeleitpartikel keine optische Anisotropie auf. Das heißt, weder durch die Form noch durch das Material der Wärmeleitpartikel werden die Polarisationseigenschaften von Licht im Konversionselement im relevanten Spektralbereich signifikant beeinflusst.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Konversionselements ist das Matrixmaterial mit einem Silikon, das Konversionsmittel mit einem Cer-haltigen oder einem Europium-haltigen Leuchtstoff und die Wärmeleitpartikel mit einem Metall oder einer Keramik gestaltet. Ein solches Konversionselement ist effizient herzustellen, ist fotostabil und somit insbesondere zur Konversion von kurzwelligem Licht, mit Wellenlängen beispielsweise zwischen 360 nm und 480 nm, geeignet und weist einen hohen Wirkungsgrad auf .

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Konversionselements ist der Unterschied im optischen Brechungsindex zwischen Wärmeleitpartikeln und Matrixmaterial kleiner oder gleich

0,4, bevorzugt kleiner oder gleich 0,2, insbesondere kleiner oder gleich 0,1. Alternativ können die Partikel auch eine Beschichtung oder eine Hülle mit einem Material umfassen, über das eine Anpassung der Brechungsindizes erzielt werden kann. Ebenso kann gelten, dass der Unterschied im optischen

Brechungsindex zwischen Matrixmaterial und Konversionsmittel entsprechend klein ist. Weisen Wärmleitpartikel und Matrixmaterial einen ähnlichen Brechungsindex auf, so kann die Streuung an Wärmeleitpartikeln, sofern die Wärmeleitpartikel eine Größe mindestens der halben

Wellenlänge des kurzwelligsten Anteils der relevanten Strahlung aufweisen, verringert werden. Hierdurch können sich die Emissionseigenschaften des Konversionselements verbessern.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Konversionselements sind die Wärmeleitpfade, die von Wärmeleitpartikeln und/oder Konversionsmittel gebildet sind, nicht elektrisch leitend. Dies kann dadurch realisiert werden, dass die für die Perkolation verantwortlichen Partikel aus einem elektrisch isolierenden Material gestaltet sind, oder dass die Partikel eine Umhüllung mit einem elektrisch isolierenden Material aufweisen. Weiterhin ist es möglich, dass nur ein Teil der für die Perkolation verantwortlichen Partikel elektrisch isolierend ist, so dass sich keine elektrisch leitenden Pfade ergeben, da diese von elektrisch isolierenden Bereichen unterbrochen sind. Durch eine solche Ausgestaltung der

Wärmeleitpfade werden elektrische Kurzschlüsse verhindert. Außerdem, insbesondere falls die Partikelgröße im Bereich der Wellenlänge der relevanten Strahlung liegt, wird die Absorption von Licht vermindert.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Konversionselements weist dieses Strukturierungen an einer Lichteintrittsfläche oder Lichtaustrittsfläche auf. Die Strukturierungen können dazu ausgestaltet sein, die Lichteinkoppeleffizienz oder Lichtauskoppeleffizienz zu erhöhen. Außerdem können die

Strukturierungen linsenartig, etwa in Form von Mikrolinsen oder Fresnel-Linsen ausgestaltet sein. Weiterhin ist es möglich, dass über solche Strukturierungen eine besonders gute Haftung zwischen Matrixmaterial und Umhüllung gewährleistet ist. Über derartige Strukturierungen kann die Effizienz des Konversionselements erhöht werden.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Konversionselements beträgt die Wärmeleitfähigkeit des die Wärmeleitpartikel bildenden Materials mindestens 25 W/ (mK) , bevorzugt mindestens 40 W/ (mK) , insbesondere 75 W/ (mK) . Über solche Wärmeleitpartikel ist eine hohe Wärmeleitfähigkeit auch der WärmeIeitpfade gegeben.

Es wird darüber hinaus ein Leuchtmittel angegeben. Das Leuchtmittel umfasst hierbei mindestens ein Konversionselement, wie in einer der oben genannten Ausführungsformen angegeben. Merkmale für das Konversionselement sind daher auch für das Leuchtmittel offenbart und umgekehrt.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das

Leuchtmittel ein oder mehrere Konversionselemente gemäß einer oder mehrerer der oben genannten Ausführungsformen sowie mindestens einen Halbleiterchip, der als Laserdiode, als Leuchtdiode oder als Lumineszenzdiode ausgestaltet sein kann, wobei vom Halbleiterchip emittierte Strahlung mindestens zum Teil zum Konversionselement gelangt und die vom Halbleiterchip emittierte Strahlung mindestens zum Teil in eine Strahlung einer niedrigeren Frequenz, etwa über Down-Conversion, umwandelbar ist. Ein solches Leuchtmittel kann mit hohen optischen Leistungen betrieben werden.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtmittels sind Halbleiterchip und Konversionselement räumlich voneinander getrennt. Halbleiterchip und Konversionselement können beispielsweise auf einer gemeinsamen Wärmesenke angebracht sein, jedoch einen räumlichen Abstand zueinander aufweisen. Dies ist insbesondere möglich, falls der Halbleiterchip als Laserdiode ausgestaltet ist und das von der Laserdiode - - emittierte Licht über eine gewisse Strecke etwa freilaufend zum Konversionselement geführt ist. Da besonders Laserlicht sehr gut kollimiert werden kann, können Halbeiterchip und Konversionselement deutlich weiter voneinander beabstandet sein, als dies im Falle einer Leuchtdiode möglich wäre. Beispielsweise sind Halbleiterchip und Konversionselement mindestens fünf Millimeter voneinander entfernt, bevorzugt mindestens zehn Millimeter. Über die räumliche Trennung von Halbleiterchip und Konversionselement kann auch eine thermische Entkopplung beider Komponenten voneinander erfolgen.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtmittels ist der optoelektronische Halbleiterchip eine Hochleistungsdiode. Das heißt, der Halbleiterchip hat eine elektrische

Leistungsaufnahme von mindestens einem Watt. Alternativ oder zusätzlich beträgt die optische Leistung der zu konvertierenden Strahlung, die in das Konversionselement eingekoppelt wird, mehr als 100 mW, insbesondere mehr als 300 mW. Bei der Verwendung einer Hochleistungsdiode kann über das Konversionselement ein kompakter Aufbau realisiert werden, da die Wärme effizient aus dem Konversionselement abgeführt wird.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtmittels sind Halbleiterchip und Konversionselement an einem als Wärmesenke ausgestalteten Substrat angebracht. Das heißt, Halbleiterchip und Konversionselement sind über die Wärmesenke mechanisch starr miteinander verbunden. Beide Komponenten können direkt auf der Wärmesenke angebracht sein oder auch über

Zwischenträger. Je nach Erfordernissen kann die Wärmesenke reflektierend oder durchlässig für die vom Leuchtmittel zu emittierende Strahlung ausgestaltet sein. Die Wärmesenke kann auch Strukturierungen, etwa in Form von Kühlrippen, aufweisen, die eine effektive Abfuhr von im Betrieb des Leuchtmittels entstehender Wärme ermöglichen. Es ist möglich, die Wärmesenke derart auszugestalten, dass ein Anschließen der Wärmesenke an einen externen, nicht zum Leuchtmittel gehörigen Träger beispielsweise über Löten oder Kleben möglich ist. Die Wärmesenke kann elektrische Strukturen aufweisen, die ein effizientes Anschließen beispielsweise des Halbleiterchips ermöglichen. Über die Verwendung einer Wärmesenke verbessern sich die thermischen Eigenschaften des Leuchtmittels sowie dessen Ausgestaltungsmöglichkeiten.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtmittels umfasst dieses mindestens einen Lichtleiter. Bevorzugt wird über den Lichtleiter das vom Halbleiterchip emittierte Licht zum Konversionselement geführt. Über den Lichtleiter ist eine effiziente Strahlungseinkopplung aus dem Halbleiterchip in das Konversionselement möglich. Außerdem wird Streustrahlung, die beispielsweise gefährlich für das menschliche Auge sein kann, unterdrückt.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtmittels ist das Konversionselement mindestens zum Teil in den Lichtleiter integriert. Das heißt, das Konversionselement ist etwa als Kappe ausgestaltet, die auf ein Ende des Lichtleiters aufgebracht ist. Auch kann das Konversionselement innerhalb eines Mantels, der den Lichtleiter schützend umgibt, eingebettet sein. Durch ein integriertes Konversionselement kann ein besonders kompaktes Leuchtmittel realisiert werden.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtmittels umfasst dieses mindestens einen Lichtleiter, der eine Ummantelung mit einem wärmeleitfähigen Material aufweist.

Über einen solchen Lichtleiter kann Wärme vom Konversionselement oder vom Halbleiterbauchip effizient abgeführt werden.

Einige Anwendungsbereiche, in denen hier beschriebenen Konversionselemente oder Leuchtmittel Verwendung finden könnten, sind etwa die Beleuchtungen von Displays oder Anzeigeeinrichtungen, insbesondere auch im Automobilbereich. Weiterhin können die hier beschriebenen Konversionselemente und Leuchtmittel auch in Beleuchtungseinrichtungen zu

Projektionszwecken, in Scheinwerfern, in Kfz-Scheinwerfern oder Lichtstrahlern oder bei der Allgemeinbeleuchtung eingesetzt werden.

Nachfolgend wird ein hier beschriebenes Konversionselement sowie ein hier beschriebenes Leuchtmittel unter Bezugnahme auf die Zeichnungen anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen geben dabei gleiche Elemente in den einzelnen Figuren an. Es sind dabei jedoch keine maßstäblichen Bezüge dargestellt, vielmehr können einzelne

Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.

Es zeigen:

Figur 1 eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels eines Konversionselements ,

Figuren 2 und 3 schematische Seitenansichten von Ausführungsbeispielen von Konversionselementen mit einer Umhüllung, - -

Figur 4 eine schematische Seitenansicht (A) sowie eine schematische Draufsicht (B) eines Ausführungsbeispiels eines Leuchtmittels,

Figur 5 eine schematische Draufsicht eines

Ausführungsbeispiels eines Leuchtmittels mit einem Konversionselement mit Kammern,

Figuren 6 und 7 schematische Seitenansichten (A) sowie schematische Draufsichten (B) von

Ausführungsbeispielen von Leuchtmitteln,

Figur 8 eine schematische Draufsicht eines

Ausführungsbeispiels eines Leuchtmittels mit Lichtleiter,

Figuren 9 bis 12 schematische Seitenansichten von Ausführungsbeispielen von Leuchtmitteln mit räumlich voneinander separiertem Halbleiterbauteil und Konversionselement,

Figur 13 eine schematische Seitenansicht eines

Ausführungsbeispiels eines Leuchtmittels, bei dem Halbleiterbauteil und Konversionselement in direktem Kontakt zueinander stehen, und

Figur 14 eine schematische Seitenansicht eines

Ausführungsbeispiels eines Leuchtmittels mit einem umgossenen Halbleiterbauteil.

In Figur 1 ist schematisch ein Ausführungsbeispiel eines Konversionselements 1 dargestellt. In einem Matrixmaterial 2 sind statistisch verteilt Partikel eines Konversionsmittels 3 - - und Wärmeleitpartikel 4 eingebettet. Die Konzentration beziehungsweise der Volumenanteil der Wärmeleitpartikel 4 ist so groß, dass die Perkolationsschwelle bezüglich der Wärmeleitpartikel 4 erreicht ist. Das heißt, die Wärmeleitpartikel 4 bilden im Wesentlichen ein großes, sich über das ganze Konversionselement 1 erstreckendes zusammenhängendes Netzwerk aus. Hierdurch stehen die Wärmeleitpartikel 4 auch in Kontakt zu den Partikel des Konversionsmittels 3. Bevorzugt ist der Volumenanteil der Wärmeleitpartikel jedoch derart groß, dass die

Perkolationsschwelle um zirka 5 Volumenprozent überschritten ist.

Im vorliegenden Fall sind die in etwa sphärischen Partikel des Konversionsmittels 3 etwa um einen Faktor zwei größer im Durchmesser als die in etwa sphärischen Wärmeleitpartikel 4. Die Wärmeleitpartikel 4, die einen bevorzugten mittleren Durchmesser zwischen einschließlich 1 μm und 20 μm aufweisen, stehen in direktem physischem Kontakt zueinander, sie berühren sich also. Anders als in Figur 1 dargestellt, können die Wärmeleitpartikel auch einen elliptischen Querschnitt aufzeigen. Ebenso ist es möglich, dass das Konversionselement Wärmeleitpartikel mit einem ersten und einem zweiten Durchmesser umfasst, wobei ein Verhältnis der Durchmesser bevorzugt ungefähr 0,5 ist. Eine mittlere Ausdehnung oder Abmessung des Konversionselements 1 beträgt bevorzugt mindestens 0,5 mm, insbesondere mindestens 5,0 mm.

Durch die Wärmeleitpartikel 4 sind also WärmeIeitpfade P gebildet. Über diese Wärmeleitpfade P kann Wärme von den

Partikeln des Konversionsmittels 3 zu einer Oberseite 12, zu einer Unterseite 11 und/oder zu Seitenflächen 13 des Konversionselements 1 abgeführt werden.

Beim Ausführύngsbeispiel gemäß Figur 1, wie auch gemäß der anderen Figuren, beträgt der Volumenanteil insbesondere der Wärmeleitpartikel 4 an dem gesamten Konversionselement 1 bevorzugt mindestens φ + T - t und höchstens φ + T + t, wobei φ der Volumenanteil bei der Perkolationsschwelle des

Konversionselements 1 ist. Die Perkolationsschwelle ist i hierbei insbesondere systembedingt gegeben durch etwa die Größen und Formen der Wärmeleitpartikel 4. T liegt bevorzugt zwischen einschließlich 0,02 und 0,08, insbesondere zwischen einschließlich 0,04 und 0,06. Außerdem gilt T > t und t beträgt höchstens 0,03, bevorzugt höchstens 0,02, insbesondere höchstens 0,01.

Die spezifische Wärmeleitfähigkeit des gesamten Konversionselements 1 kann bei einem solchen Konversionselement 1 mindestens 70 Prozent, insbesondere mindestens 80 % der spezifischen Wärmeleitfähigkeit der Wärmeleitpartikel 4 betragen.

Ist das Matrixmaterial 2 etwa ein Silikon, so weist es einen Brechungsindex von zirka 1,3 bis 1,6 auf. Die Wärmeleitpartikel 4, die aus Aluminiumoxid gebildet sein können, weisen einen Brechungsindex von etwa 1,75 auf. Durch den vergleichsweise geringen Brechungsindexunterschied zwischen Matrixmaterial 2 und Wärmeleitpartikeln 4 und/oder zwischen Matrixmaterial 2 und Konversionsmittel 3 kann Streuung von Licht an den Wärmeleitpartikeln 4 und/oder am Konversionsmittel 3 vermindert werden.

Alternativ kann als Matrixmaterial 2 auch Polycarbonat, das einen höheren Brechungsindex von zirka 1,6 aufweist, ein Epoxid, ein Glas oder eine Keramik verwendet werden. Die Wärmeleitpartikel können auch mit einem Silikat, einer Keramik, einem Metall, einem Korund, einem kristallinen Material, Saphir oder Diamant gestaltet sein.

Das Konversionsmittel 3, beispielsweise ein Cer- oder

Europium-haltiger Leuchtstoff, absorbiert Licht im UV- oder im blauen Spektralbereich. Über Fluoreszenz erfolgt eine Reemission des Konversionsmittels 3 bei größeren Wellenlängen, beispielsweise im gelben oder roten Spektralbereich. Die Energiedifferenz zwischen absorbiertem und emittiertem Licht kann in der Größenordnung von zwanzig Prozent und mehr liegen. Diese Energiedifferenz wird hauptsächlich in Wärme umgewandelt. Die Temperatur der Partikel des Konversionsmittel 3 ist hierdurch lokal signifikant erhöht. Daher und wegen der schlechten

Wärmeleitfähigkeit des Matrixmaterials ist es notwendig, diese Wärme effizient von den Partikeln des

Konversionsmittels 3 abzuführen. Dies wird, wie beschrieben, durch WärmeIeitpfade P realisiert. Insbesondere bei hohen Lichtleistungen, die vom Konversionsmittel 3 konvertiert werden, ist die bei der Wellenlängenkonversion entstehende Wärme beträchtlich und kann ohne geeignete Maßnahmen zu einer Zerstörung des Konversionselements 1 führen.

Mit wie beschriebenen Wärmeleitpartikeln 4 ist also eine hohe Wärmeleitfähigkeit des Konversionselements 1 erzielbar. Gleichzeitig sind, aufgrund des vergleichsweise geringen Volumenanteils der WärmeIeitpartikel 4 nahe der Perkolationsschwelle, gute mechanische und optische Eigenschaften des Konversionselements 1 erreichbar, sowie außerdem eine Anpassung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Konversionselements 1 beispielsweise an einen Leuchtdiodenchip.

Wie in Figur 2 gezeigt, kann beispielsweise an der Unterseite 11 des Konversionselements 1 eine Umhüllung 5 angebracht sein. Die Umhüllung 5 ist mit einem wärmeleitfähigen Material gebildet, zum Beispiel mit einem Metall oder mit Saphir. Ist die Umhüllung 5 transparent für das zu konvertierende Licht gestaltet, so kann die Lichteinkopplung durch die Umhüllung 5 hindurch in das Konversionselement 1 erfolgen. Erfolgt die Lichteinkopplung beispielsweise durch die Oberseite 12 oder durch eine Seitenfläche 13, so ist die Umhüllung 5 bevorzugt für die zu konvertierende und die konvertierte Strahlung reflektierend ausgestaltet.

Im Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 ist das die Wärmeleitpartikel 4 und das Konversionsmittel 3 enthaltende

Matrixmaterial 2 bis auf die Oberseite 12 vollständig von der Umhüllung 5 umgeben.

Optional können an der Oberseite 12 Strukturierungen angebracht sein. Diese Strukturierungen können während eines Gießprozesses auf effiziente Weise erstellt sein. Die Strukturierungen ermöglichen eine Verbesserung der Lichteinbeziehungsweise Lichtauskopplung, oder können auch als linsenartige Strukturen ausgeformt sein. Ebenso kann über eine Strukturierung eine gesteigerte Haftvermittlung, etwa zwischen Matrixmaterial und Umhüllung 5, erzielt werden.

In Figur 4 ist schematisch ein Leuchtmittel 10 mit einem lichtemittierenden Halbleiterbauteil 60 und einem Konversionselement 1 dargestellt. Das Halbleiterbauteil 60, das als Halbleiterlaser ausgestaltet sein kann, befindet sich auf einer wärmeleitfähigen Basisplatte 15. Über diese Basisplatte 15 ist das Halbleiterbauteil 60 auf eine Wärmesenke 16 montiert. Auf der Wärmesenke 16 ist ebenfalls das mit einer Umhüllung 5 versehene Konversionselement 1 angebracht. Vom Halbleiterbauteil 60 emittiertes Licht L wird in das Konversionselement 1 eingestrahlt. Der Laufweg des Lichts L ist durch gepfeilte Linien symbolisiert. Das Licht L tritt durch ein Fenster 14 in das Konversionselement 1 ein, das in die Umhüllung 5 des Konversionselements 1 integriert ist. Das Fenster 14 ist transmittierend für die vom Halbleiterbauteil emittierte Strahlung und reflektierend für die konvertierte Strahlung ausgestaltet.

Im Konversionselement 1 läuft die zu konvertierende Strahlung L, ähnlich wie in einem Resonator, mehrmals hin und her und wird von der reflektierend ausgestalteten Umhüllung 5 jeweils reflektiert. Da die Konversion über das gesamte

Konversionselement 1 verteilt ist, können sehr hohe Lichtleistungen in das Konversionselement 1 eingestrahlt werden. Eine gleichmäßige Abstrahlung über die gesamte von der Wärmesenke 16 abgewandte Oberseite 11 des Konversionselements 1 kann erreicht werden, in dem beispielsweise das Konversionsmittel 3 mit einem Gradienten bezüglich der Konzentration in das Matrixmaterial 2 eingebettet ist.

Halbleiterbauteil 60 und Konversionselement sind räumlich voneinander getrennt. Hierdurch können diese beiden Elemente thermisch voneinander entkoppelt werden. Da über die Wärmesenke 16 eine stabile mechanische Kopplung zwischen Halbleiterbauteil 60 und Konversionselement 1 gegeben ist, ergeben sich gleichbleibende Abstrahlungsbedingungen.

Optional kann das Leuchtmittel 10 optische Elemente umfassen, die beispielsweise die vom Halbleiterbauteil 60 emittierte - -

Strahlung L geeignet in das Konversionselement 1 einkoppeln, oder die vom Konversionselement 1 konvertierte Strahlung formen, beispielsweise in einen bestimmten Raumbereich konzentrieren. Weiterhin kann auf der Oberseite 12 des Konversionselements 1 eine Beschichtung angebracht sein, die reflektierend für die zu konvertierende Strahlung L und transmittierend für die konvertierte Strahlung ist. Ebenso ist es möglich, dass die Wärmesenke 16 elektrische Anschlussstellen aufweist, die auch eine, neben der thermischen, elektrische Kontaktierung zu einem nicht gezeichneten, externen Träger erleichtert.

Das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 5 entspricht im Wesentlichen dem gemäß Figur 4. Das Konversionselement 1 weist zusätzlich Zwischenwände 8 auf, die bevorzugt reflektierend sowohl für zu konvertierende als auch für konvertierte Strahlung ausgestaltet sind und eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisen. Über die Zwischenwände 8, die das Konversionselement 1 in mehrere Kammern 7 aufteilt, ist eine besonders effiziente Wärmeableitung aus dem Innern des Konversionselements 1 gewährleistet.

In Figur 6 ist ein Leuchtmittel 10 dargestellt, bei dem die vom Halbleiterbauteil 60 emittierte Strahlung L über ein als Linse ausgestaltetes optisches Element 17 in das

Konversionselement 1 fokussiert ist. Die Umhüllung 5 des Konversionselements 1 ist in Draufsicht paraboloidal gestaltet. Die Konzentration des Konversionsmittels 3 ist sehr hoch gewählt, so dass die Konversion der Strahlung vom Halbleiterbauteil 60 in einem sehr kleinen Raumbereich erfolgt und somit auch eine nahezu punktförmige Abstrahlung der konvertierten Strahlung aus dem Konversionselement 1 gegeben ist. Verstärkt ist dieser Effekt durch die paraboloidale Umhüllung 5, die zusätzlich fokussierend wirkt. Hierdurch weist die konvertierte Strahlung eine hohe Brillanz auf und kann beispielsweise über nachgeordnete Optiken gut gehandhabt werden.

Im Gegensatz zu Figur 6 weist das Konversionselement 1 des Leuchtmittels 10 gemäß Figur 7 einen rechteckigen Grundriss auf. Hierdurch ist das Konversionselement 1 einfacher herzustellen. Über die hohe Konzentration des Konversionsmittels 3 wird ebenfalls eine nahezu punktförmige Lichtquelle an konvertierter Strahlung erzielt.

Die Konzentration des Konversionsmittel 3 ist in diesem Falle typischerweise so groß, dass das Konversionsmittel 3 einen Volumenanteil in der Größenordnung von 25 Prozent einnimmt.

In diesem Falle wäre eine Konzentration der Wärmeleitpartikel 4 in der Größenordnung von nur zehn Volumenprozent ausreichend, um eine Ausbildung von Wärmeleitpfaden P bezüglich Konversionsmittel 3 und Wärmeleitpartikel 4 zu erreichen. Allerdings ist die Wärmeleitfähigkeit des

Konversionsmittels 3, beispielsweise eines Cer-haltigen Granats mit einer Wärmeleitfähigkeit von etwa 2,5 W/ (m K), deutlich geringer als die von keramischen oder metallischen Wärmeleitpartikeln 4 mit bis zu zirka 400 W/ (m K) . Zum Vergleich: Wird als Matrixmaterial 2 ein Silikon eingesetzt, so ist die Wärmeleitfähigkeit des Silikons bei nur etwa 0,1 W/ (m K) und somit um bis zu einen Faktor 4000 geringer als die Wärmeleitfähigkeit der Wärmeleitpartikel 4.

Bei hohen Konzentrationen des Konversionsmittels 3 ist auch die Wärmeentwicklung durch die Frequenzkonversion auf ein kleines Volumen im Matrixmaterial 2 konzentriert, so dass eine Wärmeleitung nur oder hauptsächlich über das Konversionsmittel 3 nicht ausreichend ist, um die Wärme in hohem Maße aus dem Konversionselement 1 nach außen hin abzuführen. Daher sind insbesondere in diesem Falle die Wärmeleitpartikel 4 bevorzugt so hoch konzentriert, dass deren Volumenanteil alleine bereits die Perkolationsschwelle erreicht beziehungsweise überschreitet.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß Figur 8 erfolgt die Strahlungseinkopplung vom Halbleiterbauteil 60 in das Konversionselement 1 über einen Lichtleiter 9, in dem die zu konvertierende Strahlung L geführt wird. Insbesondere bei hohen Lichtleistungen bietet dies eine zusätzliche Sicherheit, da keine eventuell augenschädliche UV-Strahlung durch einen freien Raum zwischen Halbleiterbauteil 60 und Konversionselement 1 läuft.

Bei den Ausführungsbeispielen gemäß Figur 9 und 10 sind Halbleiterbauteil 60 und Konversionselement 1 der Leuchtmittel 10 auf zwei verschiedenen Wärmesenken 16A, 16B angebracht. Hierdurch ist eine verbesserte thermische Entkopplung zwischen Halbleiterbauteil 60 und Konversionselement 1 und auch eine erhöhte Wärmeabfuhr vom Leuchtmittel 10 weg möglich. Die Strahlung L des Halbleiterbauteils 60 gelangt entweder freilaufend, wie in Figur 9 dargestellt, oder geführt über einen Lichtleiter 9, wie beim Ausführungsbeispiel gemäß Figur 10, zum Konversionselement 1.

Beim Ausführungsbeispiel des Leuchtmittels 10 gemäß Figur 11 ist das Konversionselement 1 in den Lichtleitern 9 integriert. Das Konversionselement 1 kann hierbei analog einem der Ausführungsbeispiele gemäß Figuren 1 bis 10 gestaltet sein.

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Gemäß Figur 12 weist der Lichtleiter 9 des Leuchtmittels 10 zusätzlich eine Ummantelung 20 auf, die beispielsweise aus einem thermisch leitfähigen Metall gestaltet ist. Über die Ummantelung 20 kann Wärme aus dem Konversionselement 1 effizient abgeführt werden. Da die Ummantelung 20, im Vergleich zum Konversionselement 1, eine große Oberfläche aufweist, ist eine effiziente Wärmeabgabe an die Umgebung des Leuchtmittels 10 gewährleistet.

Optional kann die Ummantelung 20 über einen Wärmekoppler 18 mit einer Wärmesenke 16, auf dem das Halbleiterbauteil 60 angebracht ist, thermisch verbunden sein. Der Wärmekoppler 18 kann beispielsweise metallisch ausgeführt oder auch in Form einer WärmeIeitpaste ausgestaltet sein. Der Einsatz eines

Wärmekopplers 18 ist insbesondere dann effizient, falls die Länge des Lichtleiters 9 lediglich im Bereich einiger Millimeter oder weniger Zentimeter liegt.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß Figur 13 ist auf der

Wärmesenke 16 ein optoelektronischer Halbleiterchip 6, beispielsweise eine LED, direkt mit gutem thermischen Kontakt aufgebracht. Der Halbleiterchip 6 strahlt beispielsweise an einer der Wärmesenke 16 abgewandten Oberseite 21 Licht ab. Die vom Halbleiterchip 6 emittierte Strahlung gelangt dann in das Konversionselement 1, das über der Oberseite 21 angebracht ist.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß Figur 14 ist der etwa als LED ausgestaltete Halbleiterchip 6 in einen Gehäusegrundkörper 19 mit einer Ausnehmung 22 angebracht. Die Ausnehmung 22 ist mit dem Konversionselement 1 ausgefüllt. Die Ausnehmung 22 kann, zumindest stellenweise, mit einem thermisch leitfähigen Material wie einem Metall beschichtet sein, wobei die Beschichtung wärmeleitfähig sein und reflektierend für die zu konvertierende und die konvertierte Strahlung wirken kann.

Optional ist auf dem Konversionselement 1 beziehungsweise auf dessen dem Halbleiterchip 6 abgewandter Außenfläche eine Schicht 23 aufgebracht, die die vom Halbleiterchip 6 emittierte und zu konvertierende Strahlung zurück in das Konversionselement 1 reflektiert und gleichzeitig im Wesentlichen durchlässig oder auch antireflektierend für die konvertierte Strahlung ist.

Die hier beschriebene Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.

Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2008 030 253.8, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.