CH713346B1

CH713346B1 - Composite material to produce a luminescent object.

Info

Publication number: CH713346B1
Application number: CH00021/17A
Authority: CH
Inventors: Rytz Daniel
Original assignee: Brevalor Sarl
Priority date: 2017-01-07
Filing date: 2017-01-07
Publication date: 2022-06-30
Also published as: DE102017011728A1; CH713346A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Verbundwerkstoff für die Herstellung von lumineszierenden Objekten bestehend aus mindestens einem Element aus lumineszierenden Material (11, 12, 13, 14) und einem transparenten nicht lumineszierenden Volumenmaterial (1), wobei das mindestens eine Element mit dem Volumenmaterial aus Glas (1) auf mindestens einer Seite des mindestens einen Elements verbunden oder darin eingebettet ist. Die Erfindung betrifft ebenfalls ein lumineszierendes Objekt, das aus erfinderischen Verbundwerkstoffen mit lumineszierenden Eigenschaften besteht. Besonders bevorzugte Objekte bestehen aus mindestens zwei Werkstoffen mit unterschiedlichen chemischen Zusammensetzungen: mindestens ein lumineszierender Einkristall und eine transparente Glasmatrix, durch die das einkristalline Material angeregt und die dabei emittierte Lumineszenz beobachtet wird, wobei der(die) Einkristall(e) in die Glasmatrix mindestens teilweise eingebettet ist (sind).The present invention relates to a composite material for the production of luminescent objects, consisting of at least one element made of luminescent material (11, 12, 13, 14) and a transparent, non-luminescent volume material (1), the at least one element having the volume material made of glass ( 1) connected to or embedded in at least one side of the at least one element. The invention also relates to a luminescent object consisting of inventive composite materials with luminescent properties. Particularly preferred objects consist of at least two materials with different chemical compositions: at least one luminescent single crystal and a transparent glass matrix, through which the single-crystal material is excited and the luminescence emitted is observed, the single crystal(s) being at least partially embedded in the glass matrix is (are) embedded.

Description

Technischer BereichTechnical part

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft einen Verbundwerkstoff für die Herstellung von lumineszierenden Objekten bestehend aus mindestens einem lumineszierenden Element und einem transparenten passiven Volumenmaterial. Die vorliegende Erfindung betrifft auch geeignete Materialkombinationen zur Herstellung eines solchen Verbundwerkstoffs, wobei lumineszierende Einkristalle mit einer transparenten Glasmatrix verbunden werden. Die Erfindung betrifft ebenfalls ein lumineszierendes Objekt, das aus entsprechenden | Verbundwerkstoffen mit lumineszierenden Elementen besteht. Des Weiteren werden zusätzlich Anwendungen von Bauteilen, die aus ganz oder teilweise transparenten lumineszierenden Kompositwerkstoffen bestehen, benannt. The present invention relates to a composite material for the production of luminescent objects consisting of at least one luminescent element and a transparent passive volume material. The present invention also relates to suitable material combinations for producing such a composite material, with luminescent single crystals being connected to a transparent glass matrix. The invention also relates to a luminescent object consisting of corresponding | Composite materials with luminescent elements. Furthermore, additional applications of components that consist of fully or partially transparent luminescent composite materials are named.

Stand der TechnikState of the art

[0002] Fluoreszierende oder phosphoreszierende Kristalle sind bekannt, zum Beispiel für Anwendungen als Anzeigevorrichtungen: sie erzeugen nach der Anregung durch kurzwelliges Licht ein leuchtendes oder nachleuchtendes Signal, das durch Streuung an den Oberflächen oder an internen Strukturen für den Betrachter sichtbar gemacht wird. Anders als bei fluoreszierenden oder phosphoreszierenden Oberflächen von nicht transparenten Körpern, trägt das gesamte Volumen solcher Einkristalle zur Lichtemission bei. Dabei erhöht sich die Anzahl der Zentren, die zur Lichtemission beitragen und die Fluoreszenz- oder Phosphoreszenzintensität pro Volumeneinheit wird gegenüber herkömmlichen, nur über Oberflächeneffekte emittierenden Materialien erheblich verstärkt. Ähnliche Effekte können in fluoreszierenden oder phosphoreszierenden Gläsern, transparenten Keramiken und Glaskeramiken beobachtet werden. Fluorescent or phosphorescent crystals are known, for example for applications as display devices: after being excited by short-wave light, they produce a luminous or afterglow signal that is made visible to the viewer by scattering on the surfaces or on internal structures. Unlike the fluorescent or phosphorescent surfaces of non-transparent bodies, the entire volume of such single crystals contributes to the light emission. The number of centers that contribute to the light emission increases and the fluorescence or phosphorescence intensity per volume unit is significantly increased compared to conventional materials that only emit via surface effects. Similar effects can be observed in fluorescent or phosphorescent glasses, transparent ceramics and glass ceramics.

[0003] Verschiedene Verfahren zur Herstellung von transparenten fluoreszierenden oder phosphoreszierenden Kristallen sind bekannt, wie beispielsweise in CH 709 020 A1 nachzulesen ist. Various methods for producing transparent fluorescent or phosphorescent crystals are known, as can be read, for example, in CH 709 020 A1.

[0004] In unterschiedlichen Anwendungen, wo transparente fluoreszierende oder phosphoreszierende Kristalle eingesetzt werden können, wie z.B. in der Uhren- und Schmuckindustrie, in Ornamenten und Verzierungen von Geräten, in Anzeigevorrichtungen oder in Beleuchtungsvorrichtungen, ist es aus Kosten- und Verfügbarkeitsgründen wichtig, die Volumina der benötigten aktiven Kristallen zu minimieren, jedoch in einer Ausführungsart, die einerseits das benötigte Gesamtvolumen des Bauteils hergibt, andererseits die Transparenz der gesamten Bauteilen, Ornamenten, Verzierungen, Vorrichtungen und deren mechanischen Stabilität bzw. Bearbeitungseigenschaften nicht oder nur unwesentlich beeinträchtigt. In various applications where transparent fluorescent or phosphorescent crystals can be used, such as in the watch and jewelry industry, in ornaments and decorations of appliances, in display devices or in lighting devices, it is important for reasons of cost and availability to reduce the volumes of the required active crystals, but in an embodiment that on the one hand gives the required total volume of the component, on the other hand does not or only insignificantly affect the transparency of the entire components, ornaments, decorations, devices and their mechanical stability or processing properties.

[0005] In den folgenden Ausführungen, ist zu bemerken, dass „lumineszierende Materialien“ den bisher im Text benutzen Begriff „fluoreszierende oder phosphoreszierende Materialien“ vereinfachend ersetzt. In the following explanations, it should be noted that "luminescent materials" replaces the term "fluorescent or phosphorescent materials" previously used in the text for the sake of simplicity.

Zusammenfassende Beschreibung der ErfindungSummary description of the invention

[0006] Es liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, wesentliche Nachteile (wie geringe Verfügbarkeit und relativ hohe Herstellungskosten) der bekannten transparenten lumineszierenden Materialien und insbesondere der bekannten lumineszierenden Einkristallen zu beheben. Dieses Ziel wird durch die Herstellung von neuen in dieser Erfindung beschriebenen Materialien mit einerseits den gewünschten optischen und lumineszierenden Eigenschaften und mit andererseits stark verbesserten Verfügbarkeit und Kosten erreicht. It is the object of the present invention to eliminate significant disadvantages (such as low availability and relatively high production costs) of the known transparent luminescent materials and in particular the known luminescent monocrystals. This goal is achieved through the production of new materials described in this invention with on the one hand the desired optical and luminescent properties and on the other hand with greatly improved availability and costs.

[0007] Die Aufgabe wird gelöst durch die Herstellung von einem Verbundwerkstoff gemäss Anspruch 1. The object is achieved by producing a composite material according to claim 1.

[0008] Für den Fachmann sind weitere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung denkbar, wobei einerseits lumineszierende und andererseits farbgebende einkristalline Materialien gleichzeitig in eine Matrix eingebettet werden. Entsprechende mindestens teilweise transparente Bauteile erlauben dem Betrachter z.B. bei Tageslicht ein durch die farbgebenden Materialien bestimmtes Muster und bei Dunkelheit ein durch die Lumineszenz bestimmtes Bild zu beobachten. Further embodiments of the present invention are conceivable for the person skilled in the art, wherein on the one hand luminescent and on the other hand coloring monocrystalline materials are simultaneously embedded in a matrix. Corresponding at least partially transparent components allow the viewer, for example, to observe a pattern determined by the coloring materials in daylight and an image determined by the luminescence in the dark.

[0009] Die durch die Erfindung hergestellten Kompositmaterialien können dadurch gekennzeichnet werden, dass jeweils in Bezug auf optische Brechzahlen und Ausdehnungskoeffizienten angepasste Einkristalle und Gläser miteinander verbunden werden, damit ganz oder teilweise transparente Materialien entstehen, die in ihrem Volumen Lumineszenzeffekte aufweisen. Die erhaltenen Kompositmaterialien erscheinen im nicht angeregten Zustand mehrheitlich transparent. Nach Anregung wird die Lumineszenz aus dem gesamten Volumen der Materialien für den Betrachter sichtbar: diese neuartigen und überraschenden Effekte sind für Anwendungen (z.B. im Bereich von Anzeigevorrichtungen und Instrumenten) besonders gut geeignet und bieten zusätzlich erhebliche Kostenvorteile, weil nur ein Bruchteil des gesamten Materialvolumens aus relativ kostspieligen lumineszierenden Einkristallen besteht. The composite materials produced by the invention can be characterized in that in relation to optical refractive indices and coefficients of expansion adapted monocrystals and glasses are connected to each other, so that completely or partially transparent materials are created that have luminescence effects in their volume. The majority of the composite materials obtained appear transparent in the non-excited state. After excitation, the luminescence from the entire volume of the materials becomes visible to the viewer: these novel and surprising effects are particularly well suited for applications (e.g. in the field of display devices and instruments) and also offer significant cost advantages, because only a fraction of the entire material volume is made up relatively expensive luminescent single crystals.

Zusammenfassende Beschreibung der ZeichnungenSummary description of the drawings

[0010] Nachstehend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen beschrieben: Figur 1 (a. bis d.) zeigt verschiedene Kompositstrukturen, die durch Einbetten von lumineszierenden Einkristallen in eine Glasmatrix erhalten wurden. Figur 2 (a. und b.) zeigt eine Kompositstruktur, die durch Verbindung mittels einer Glaszwischenschicht erhalten wurde. Figur 3 zeigt eine beispielhafte eingebettete Kompositstruktur, wobei einkristalline Fasern in die Matrix eingebettet wurden. Figur 4 (a. bis d.) zeigt Bauteile, die aus einer durch Verbindung mit einer Glaszwischenschicht erhaltenen Kompositstruktur ausgebohrt und weiterverarbeitet wurden, so dass Bauteile mit Kompositstruktur hergestellt werden. Figur 5 (a. bis c.) zeigt eine weitere Kompositstruktur, die einerseits aus einer in Glasmatrix mit eingebetteten lumineszierenden Einkristallen und andererseits aus einer an die Glasmatrix verbundenen Unterlage besteht, wobei die Unterlage durch die lumineszierenden Kristallen beleuchtet und dadurch sichtbar gemacht wird. An Beispielen von Kristallen und Gläsern, die für die Erfindung verwendet werden können, zeigt Figur 6 das Verhalten deren Brechzahlen als Funktion der Wellenlänge.Exemplary embodiments of the invention are described below with reference to the drawings: FIG. 1 (a. to d.) shows various composite structures which were obtained by embedding luminescent single crystals in a glass matrix. Figure 2 (a. and b.) shows a composite structure obtained by bonding by means of a glass interlayer. FIG. 3 shows an exemplary embedded composite structure in which single-crystal fibers have been embedded in the matrix. FIG. 4 (a. to d.) shows components which have been drilled out of a composite structure obtained by bonding with an intermediate glass layer and have been further processed, so that components with a composite structure are produced. Figure 5 (a. to c.) shows another composite structure, which consists on the one hand of a glass matrix with embedded luminescent single crystals and on the other hand of a substrate connected to the glass matrix, the substrate being illuminated by the luminescent crystals and thus made visible. Using examples of crystals and glasses that can be used for the invention, FIG. 6 shows the behavior of their refractive indices as a function of the wavelength.

Beste Art der Ausführung der ErfindungBest Mode for Carrying Out the Invention

[0011] Beispiele von Kompositstrukturen wie zum Beispiel in Glasmatrizen eingebettete einkristalline lumineszierende Materialien werden anhand der folgenden Figurenbeschreibungen erläutert. [0011] Examples of composite structures, such as monocrystalline luminescent materials embedded in glass matrices, are explained using the following descriptions of the figures.

[0012] DieFigur 1 (a.bis d.)zeigt Beispiele von verschiedenen eingebetteten Strukturen mit ihren entsprechenden Bestandteilen. InFig.1a. werden kleine sphärische Kristallite 11 in eine Glasmatrix 1 eingebettet. Die Glasmatrix besteht aus Material mit am Kristallmaterial von 11 angepassten Eigenschaften, u.a. optische Brechzahl und Wärmeausdehnung. Die Kugeln 11 können z.B. aus lumineszierenden Einkristallen gefertigt werden. Die erhaltene Kompositstruktur erscheint im nicht angeregten Zustand mehrheitlich transparent. Nach Anregung wird die Lumineszenz aus dem gesamten Volumen der Struktur für den Betrachter sichtbar. Fig.1b. zeigt eine prinzipiell ähnliche Kompositstruktur, wobei die eingebetteten Kristallteile in diesem Fall aus Plättchen 12 bestehen. Fig.1c. zeigt eine prinzipiell ähnliche Kompositstruktur, wobei die eingebetteten Kristallteile in diesem Fall aus grösseren (als in Fig. 1a.) Kugeln 13 bestehen. Fig.1d. zeigt eine prinzipiell ähnliche Kompositstruktur, wobei die eingebetteten Kristallteile in diesem Fall aus relativ kleinen Zylindern 14 bestehen. Figure 1 (a.to d.) Shows examples of different embedded structures with their corresponding components. In Fig. 1a. small spherical crystallites 11 are embedded in a glass matrix 1. The glass matrix consists of material with properties adapted to the crystal material of 11, including optical refractive index and thermal expansion. The spheres 11 can be made of luminescent single crystals, for example. The composite structure obtained appears mostly transparent in the non-excited state. After excitation, the luminescence from the entire volume of the structure becomes visible to the viewer. Fig.1b. shows a basically similar composite structure, the embedded crystal parts consisting of platelets 12 in this case. Fig.1c. 1 shows a basically similar composite structure, the embedded crystal parts in this case consisting of larger (than in FIG. 1a.) spheres 13. Fig.1d. shows a principally similar composite structure, the embedded crystal parts in this case consisting of relatively small cylinders 14.

[0013] DieFigur 2 (a.und b.)zeigt ein Beispiel einer aus unterschiedlichen Schichten bestehenden Verbundstruktur, die gemäss der Erfindung hergestellt wird. InFig.2awerden die Bestandteile der angestrebten Kompositstruktur gezeigt: ein scheibenförmiges Substrat 20, eine dünne Scheibe 21 aus Glas mit geeigneten Brechzahlen und Wärmeausdehnungskoeffizienten und ein lumineszierender Ring 22 aus transparentem kristallinen Material. Fig.2bzeigt die resultierende Kompositstruktur mit einem durch die Glasschicht 21 mit dem Substrat 20 verbundenen Ring 22. Die Verbindung wird durch ein thermisches Verfahren hergestellt, so wie weiter unten beschrieben. Die Kompositstruktur erscheint mehrheitlich transparent und das nach Anregung des lumineszierenden Materials von 22 emittierte Licht bleibt durch das transparente Substrat mit geringen Verlusten sichtbar. Figure 2 (a. and b.) shows an example of a composite structure consisting of different layers, which is produced according to the invention. In Fig. 2a the components of the desired composite structure are shown: a disc-shaped substrate 20, a thin disc 21 made of glass with suitable refractive indices and thermal expansion coefficients and a luminescent ring 22 made of transparent crystalline material. Figure 2b shows the resulting composite structure with ring 22 bonded to substrate 20 by glass layer 21. The bond is made by a thermal process, as described below. The composite structure appears mostly transparent and the light emitted from 22 upon excitation of the luminescent material remains visible through the transparent substrate with low losses.

[0014] DieFigur 3zeigt ein weiteres Beispiel für eine Kompositstruktur mit eingebetteten lumineszierenden Bestandteilen, in diesem Fall einkristalline Fasern 31, die in eine Glasmatrix 3 eingebettet sind. Eine geometrische Anordnung der Fasern 31 kann dadurch erreicht werden, dass die Fasern auf die Oberfläche einer Glasscheibe mit entsprechenden Aussparungen gelegt werden. Durch Erhitzen wird das Glas zu einer viskosen Flüssigkeit: nach einer gewissen Zeit versinken die Fasern und die Kompositstruktur kann abgekühlt werden. [0014] FIG. 3 shows another example of a composite structure with embedded luminescent components, in this case monocrystalline fibers 31, which are embedded in a glass matrix 3. A geometric arrangement of the fibers 31 can be achieved in that the fibers are placed on the surface of a glass pane with corresponding recesses. When heated, the glass becomes a viscous liquid: after a certain time, the fibers sink and the composite structure can be cooled.

[0015] DieFiguren 4a bis 4dzeigen die verschiedenen Schritte eines beispielhaften Verfahrens, das die Herstellung von Kompositstrukturen, die aus einer transparenten Matrix mit eingebetteten lumineszierenden Bauteilen bestehen, ermöglicht. InFigur 4a. liegen die Einzelteile 41 (zwei Scheiben aus hartem Kristallmaterial), 42 (zwei dünne Scheiben aus Glas mit geeigneten Brechzahlen und Wärmeausdehnungskoeffizienten), 43 (eine Scheibe aus lumineszierendem Material) vor. Die Scheibe 43 kann zum Beispiel aus einem mit Eu<2+>und Dy<3+>co-dotierten SrAl2O4Einkristall hergestellt werden. InFigur 4b. sind die verschiedenen Einzelteile 41, 42 und 43 durch eine thermische Behandlung verbunden worden und zu einer Kompositstruktur 4 zusammengewachsen. Dieser Körper 4 weist obere und untere Oberflächen auf, die die Eigenschaften des harten Kristallmaterials 41 haben. Die lumineszierenden Eigenschaften der durch 43 gebildeten Zwischenschicht sind nach dem Verbindungsverfahren erhalten geblieben. Aus dem Körper 4 können Bauteile mit unterschiedlichen geometrischen Formen wie das Quader 45 und der Zylinder 47 herausgesägt und -gebohrt werden. Fig.4c. zeigt eine rechteckige Platte, die durch Läppen und Polieren des eben erwähnten Quaders 45 hergestellt wurde. Die Zwischenschicht 46 besteht aus lumineszierendem Material und ist zwischen zwei transparenten Schichten eingebettet. Die Gesamtdicke der Platte kann durch Läppen und Polieren auf das gewünschte Endmass eingestellt werden. Fig.4d. zeigt einen zylindrischen Lagerstein, der durch Bohren, Läppen und Polieren des weiter oben erwähnten Zylinders 47 hergestellt wurde. Die Zwischenschicht 49 besteht aus lumineszierendem Material und ist zwischen zwei transparenten Schichten eingebettet. Die Bohrung 48 führt durch die gesamte Dicke des Zylinders, d.h., durch alle Schichten der Kompositstruktur. Die Gesamtdicke des Lagersteins wird durch Läppen und Polieren auf das gewünschte Endmass eingestellt. The figures 4a to 4d show the various steps of an exemplary method that allows the production of composite structures consisting of a transparent matrix with embedded luminescent components. In figure 4a. the items 41 (two discs of hard crystal material), 42 (two thin discs of glass with suitable refractive indices and coefficients of thermal expansion), 43 (a disc of luminescent material) are present. The disk 43 can be made, for example, from a Eu2+ and Dy3+ co-doped SrAl2O4 single crystal. In figure 4b. the various individual parts 41, 42 and 43 have been connected by a thermal treatment and grown together to form a composite structure 4. This body 4 has upper and lower surfaces that have the properties of the hard crystal material 41 . The luminescent properties of the intermediate layer formed by 43 have been retained after the bonding process. Components with different geometric shapes, such as the cuboid 45 and the cylinder 47, can be sawn and drilled out of the body 4. Fig.4c. Figure 12 shows a rectangular plate made by lapping and polishing the parallelepiped 45 just mentioned. The intermediate layer 46 consists of luminescent material and is embedded between two transparent layers. The overall thickness of the plate can be adjusted to the desired final dimension by lapping and polishing. Fig.4d. Figure 4 shows a cylindrical jewel made by drilling, lapping and polishing cylinder 47 mentioned above. The intermediate layer 49 consists of luminescent material and is embedded between two transparent layers. The bore 48 passes through the entire thickness of the cylinder, i.e. through all layers of the composite structure. The overall thickness of the jewel is lapped and polished to the desired final dimension.

[0016] Die Kompositstruktur aus Fig. 4c und 4d.erscheinen mehrheitlich transparent und das nach Anregung des lumineszierenden Materials von den Zwischenschichten 46 bzw. 49 emittierte Licht ist durch das gesamte Volumen des Bauteils für den Betrachter sichtbar. The composite structure from FIGS. 4c and 4d appears mostly transparent and the light emitted by the intermediate layers 46 and 49 after the excitation of the luminescent material is visible to the viewer through the entire volume of the component.

[0017] DieFigur 5.(a.bis c.)zeigt, wie eine Glasmatrix 51 mit eingebetteten lumineszierenden Einkristallen 52 zusammengefügt wird mit einer Unterlage (bestehend aus Ring 53 und Substrat 54): durch das emittierte Licht aus 52 kann das Substrat 54 beleuchtet werden. In Fig. 5a sind die vorbereiteten Einzelteile sichtbar: ähnliche Bauteile wie in Figur 1 werden für die Glasmatrix 51 mit eingebetteten lichtemittierenden Einkristallen 52 verwendet. Die Unterlage besteht aus einem Ring 53, der in seinem Zentrum ein Substrat 54 enthält, wie z.B. ein Logo, ein Schriftzug, eine Abbildung oder ein bestimmtes Markenzeichen. Der Ring und das Substrat sind geometrisch aufeinander angepasst und besitzen eine gemeinsame Fläche. In Fig. 5b wurde die Glasmatrix 51 mit dem Ring 51 und dem Substrat 54 verbunden. Dabei wurde eine lichtdurchlässige Verbindung 5 verwendet, z.B. ein Klebstoff oder ein Verbindungsglas. Fig. 5c illustriert wie das verbundene Werkstück bestehend aus Glasmatrix mit Ring und Substrat in der Dunkelheit dem Betrachter erlaubt, das Substrat zu sehen, nachdem die eingebetteten lumineszierenden Kristallite 52 durch eine Lichtquelle angeregt worden sind: durch das durch die Kristallite emittierte Licht wird das Substrat beleuchtet. Im Fall von nachleuchtenden Kristalliten 52 erfolgt diese Beleuchtung auch ohne Anregungslichtquelle. Figure 5. (a.to c.) shows how a glass matrix 51 with embedded luminescent single crystals 52 is assembled with a base (consisting of ring 53 and substrate 54): the emitted light from 52 can illuminate the substrate 54 will. The prepared individual parts can be seen in FIG. 5a: components similar to those in FIG. 1 are used for the glass matrix 51 with embedded light-emitting monocrystals 52. The backing consists of a ring 53 containing at its center a substrate 54 such as a logo, script, image or some trademark. The ring and the substrate are geometrically matched and share a common area. In Figure 5b, the glass matrix 51 has been bonded to the ring 51 and the substrate 54. In this case, a light-transmitting connection 5 was used, for example an adhesive or a connecting glass. Fig. 5c illustrates how the bonded workpiece consisting of glass matrix with ring and substrate in the dark allows the viewer to see the substrate after the embedded luminescent crystallites 52 have been excited by a light source: the light emitted by the crystallites becomes the substrate illuminated. In the case of afterglow crystallites 52, this illumination also takes place without an excitation light source.

[0018] Figur 6beschreibt die Dispersion der Brechzahlen einerseits für einige beispielhafte kristalline Materialien (YAG = Y3Al5O12, Saphir a/c = Al2O3mit Polarisation entlang der a- oder c-Achse, SAO = SrAl2O4, CAO = CaAl2O4) und andererseits für typische Gläser (NLASF 9, NLASF 43, NLASF 44, NLASF 45, NSF 14, NSF 4, SF 4, NSF 10, SF 10, NSF 1, SF 1, SF 2). Aus diesen Daten kann für ein bestimmtes kristallines Material (z.B. SAO) ein Glas mit passendem Brechzahlverlauf gewählt werden (für dieses Beispiel: NSF 4), damit bei einer Glas - Kristall Verbundstruktur eine möglichst geringe Restreflexion im sichtbaren Spektralbereich zwischen 0,400 und 0,750 µm entsteht. FIG. 6 describes the dispersion of the refractive indices on the one hand for some exemplary crystalline materials (YAG=Y3Al5O12, sapphire a/c=Al2O3 with polarization along the a or c axis, SAO=SrAl2O4, CAO=CaAl2O4) and on the other hand for typical glasses ( NLASF 9, NLASF 43, NLASF 44, NLASF 45, NSF 14, NSF 4, SF 4, NSF 10, SF 10, NSF 1, SF 1, SF 2). From this data, a glass with a suitable refractive index profile can be selected for a specific crystalline material (e.g. SAO) (for this example: NSF 4), so that the lowest possible residual reflection in the visible spectral range between 0.400 and 0.750 µm occurs in a glass-crystal composite structure.

[0019] Nach Anpassung der Eigenschaften der Glasmatrix im Hinblick auf die Brechzahl der eingebetteten oder verbundenen Einkristallinen, entsteht an der Grenzfläche zwischen Matrix und Kristall ein nur geringes Reflexionsvermögen und die Grenzfläche bleibt weitgehend unsichtbar. Bei einem kristallinen Material mit einer Brechzahl von 1,800 und einem Glas mit 1,600 bleibt eine Restreflexion von weniger als 0,4%. Bei besser angepassten Brechzahlen von 1,800 und 1,750 ist die Reflexion bereits unter 0,02%. Bei anisotropen Kristallen treten für unterschiedliche Ausrichtungen und Polarisationen des Lichtes unterschiedliche Brechzahlen auf, die der Fachmann berücksichtigen kann. In den folgenden Abschnitten weisen wir auf die wichtigsten benötigten Eigenschaften der für die Herstellung von Kompositstrukturen im Sinne der Erfindung verwendbaren Kristalle und Gläser. Bevorzugt werden dabei Brechzahlunterschiede zwischen den jeweiligen Kristallen und Gläsern bei Wellenlängen im sichtbaren Bereich von weniger als 0,07 und besonders bevorzugt Brechzahlunterschiede von weniger als 0,03 über den gesamten Spektralbereich. After adapting the properties of the glass matrix with regard to the refractive index of the embedded or connected single crystals, there is only a low reflectivity at the interface between matrix and crystal and the interface remains largely invisible. A crystalline material with a refractive index of 1.800 and a glass with a refractive index of 1.600 leaves a residual reflection of less than 0.4%. With better adjusted refractive indices of 1.800 and 1.750, the reflection is already below 0.02%. In the case of anisotropic crystals, different refractive indices occur for different orientations and polarizations of the light, which the person skilled in the art can take into account. In the following paragraphs we point out the most important required properties of the crystals and glasses usable for the production of composite structures according to the invention. Preference is given here to differences in refractive index between the respective crystals and glasses at wavelengths in the visible range of less than 0.07 and particularly preferably differences in refractive index of less than 0.03 over the entire spectral range.

[0020] Als besonders geeignete lumineszierende Materialien können einkristalline Platten oder Scheiben in verschiedenen Geometrien eingesetzt werden. Einkristalline Materialien sind optisch mindestens teilweise transparent im sichtbaren Spektralbereich und können im ganzen Volumen angeregt werden, was für den Betrachter eine erhöhte Helligkeit des emittierten Lichtes bedeutet. Solche Platten oder Scheiben können auf mindestens einer Seite polierte Oberflächen aufweisen und daher unterschiedliche Effekte hervorrufen, da polierte und unpolierte Flächen für den Betrachter stark unterschiedlich erscheinen. Monocrystalline plates or disks in various geometries can be used as particularly suitable luminescent materials. Single-crystal materials are optically at least partially transparent in the visible spectral range and can be excited in the entire volume, which means increased brightness of the emitted light for the viewer. Such plates or discs can have polished surfaces on at least one side and can therefore produce different effects, since polished and unpolished surfaces appear very different to the viewer.

[0021] Fluoreszierende Einkristalle, die unter Anregung (meistens durch UV Licht) sichtbares Licht emittieren solange die Anregungsquelle eingeschaltet ist, sind bekannt. Beispiele für lumineszierende Materialien mit Emissionswellenlängen zwischen ca. 400 und 700 nm und Anregungswellenlängen zwischen 230 und 450 nm, die in einkristalliner Form hergestellt werden können sind z.B. in der folgenden Gruppe von mit X dotierten Kristallen zu finden: X:Y3Al5O12, X:Lu3Al5O15, X:(RE1-xRFx)3Al5O12, X:Y2SiO5, X:Lu2SiO5, X:(RE1-xRFx)2SiO5, X:KY(WO4)2, X:KGd(WO4)2, X:KLu(WO4)2, X:K(RE1-xRFx)(WO4)2, X:NaY(WO4)2, X:NaGd(WO4)2, X:NaLu(WO4)2, X:Na(RE1-xRFx)(WO4)2, X:Y2O3, X:Lu2O3, X:(RE1-xRFx)2O3, X:YVO4, X:LuVO4, X:(RE1-xRFx)VO4, X:Li3RE3Ba2(MoO4)8, X:Li3RE3Ba2(WO4)8,wobei RE und RF unterschiedliche seltene Erden aus der Gruppe Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Er, Ho, Tm, Yb, Lu, mit 0 ≤ x ≤ 1 bezeichnen, und X eine weitere, andere (als RE und RF) seltene Erde aus derselben Gruppe bezeichnet. Fluorescent monocrystals, which emit visible light when excited (usually by UV light) as long as the excitation source is switched on, are known. Examples of luminescent materials with emission wavelengths between ca. 400 and 700 nm and excitation wavelengths between 230 and 450 nm, which can be produced in monocrystalline form, can be found e.g. in the following group of X-doped crystals: X:Y3Al5O12, X:Lu3Al5O15, X:(RE1-xRFx)3Al5O12, X:Y2SiO5, X:Lu2SiO5, X:(RE1-xRFx)2SiO5, X:KY(WO4)2, X:KGd(WO4)2, X:KLu(WO4)2, X:K(RE1-xRFx)(WO4)2, X:NaY(WO4)2, X:NaGd(WO4)2, X:NaLu(WO4)2, X:Na(RE1-xRFx)(WO4)2, X:Y2O3, X:Lu2O3, X:(RE1-xRFx)2O3, X:YVO4, X:LuVO4, X:(RE1-xRFx)VO4, X:Li3RE3Ba2(MoO4)8, X:Li3RE3Ba2(WO4)8, where RE and RF denote different rare earths from the group Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Er, Ho, Tm, Yb, Lu, with 0 ≤ x ≤ 1, and X designates another, different (as RE and RF) rare earth from the same group.

[0022] Phosphoreszierende Einkristalle, die auch nach Ausschalten der Anregungsquelle weiter Licht emittieren, sind ebenfalls bekannt: SrAl2O4dotiert mit Eu<2+>und Dy<3+>; SrAl2O4dotiert mit Eu<2+>; SrAl4O7dotiert mit Eu<2+>und Dy<3+>; SrAl12O19dotiert mit Eu<2+>und Dy<3+>; Sr3Al2O6dotiert mit Eu<2+>und Dy<3+>; Sr3Al2O6dotiert mit Eu<2+>; CaAl2O4dotiert mit Eu<2+>und Nd<3+>; CaAl2O4dotiert mit Eu<2+>; Sr1-xCaxAl2O4mit x im Bereich zwischen 0 und 1,00, dotiert mit Eu<2+>und Dy<3+>; Sr1-xBaxAl2O4mit x im Bereich zwischen 0 und 1,00, dotiert mit Eu<2+>und Dy<3+>; SrSc2O4dotiert mit Eu<2+>und Nd<3+>; SrSc2O4dotiert mit Eu<2+>; Sr2SiO4dotiert mit Eu<2+>und Dy<3+>; (Sr1-uBau)2SiO4mit u im Bereich zwischen 0 und 1,00, dotiert mit Eu<2+>und Dy<3+>; ZnGaO4dotiert mit Cr<3+>und Ge<4+>; ZnGaO4dotiert mit Cr<3+>und Sn<4+>; ZnGaO4dotiert mit Cr<3+>; ZnAlO4dotiert mit Cr<3+>und Ge<4+>; ZnAlO4dotiert mit Cr<3+>und Sn<4+>; ZnAlO4dotiert mit Cr<3+>; NaNbO3dotiert mit Pr<3+>; NaNbO3dotiert mit Pr<3+>und Lu<3+>; NaNbO3dotiert mit Pr<3+>und RF<3+>, wobei RF ein Element der Gruppe La, Ce, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb ist; Na1-xLixNbO3mit x im Bereich zwischen 0 und 0,30, dotiert mit Pr<3+>; Na1-xLixNb1-yTayO3mit x im Bereich zwischen 0 und 0,30, y im Bereich zwischen 0 und 0,60, dotiert mit Pr<3+>; CaTiO3dotiert mit Pr<3+>; CaTiO3dotiert mit Pr<3+>und Lu<3+>; CaTiO3dotiert mit Pr<3+>und RF<3+>, wobei RF ein Element der Gruppe La, Ce, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb ist; Ca1-xBaxTiO3mit x im Bereich zwischen 0 und 0,50, dotiert mit Pr<3+>; YPO4dotiert mit Pr<3+>und Nd<3+>; YPO4dotiert mit Pr<3+>; REPO4dotiert mit Pr<3+>und Nd<3+>, wobei RE ein Element der Gruppe La, Ce, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu ist; REPO4dotiert mit Pr<3+>, wobei RE ein Element der Gruppe La, Ce, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu ist; Lu3Al2Ga3O12dotiert mit Ce<3+>und Cr<3+>; Y3Al2Ga3O12dotiert mit Ce<3+>und Cr<3+>; Gd3Al2Ga3O12dotiert mit Ce<3+>und Cr<3+>; (Lu1-xGdx)3Al2Ga3O12dotiert mit Ce<3+>und Cr<3+>; (Y1-xLux)3Al2Ga3O12dotiert mit Ce<3+>und Cr<3+>; (Gd1-xYx)3Al2Ga3O12dotiert mit Ce<3+>und Cr<3+>.Phosphorescent monocrystals, which continue to emit light even after the excitation source has been switched off, are also known: SrAl2O4 doped with Eu<2+> and Dy<3+>; SrAl2O4doped with Eu<2+>; SrAl4O7doped with Eu<2+> and Dy<3+>; SrAl12O19 doped with Eu<2+> and Dy<3+>; Sr3Al2O6doped with Eu<2+> and Dy<3+>; Sr3Al2O6doped with Eu<2+>; CaAl2O4doped with Eu<2+> and Nd<3+>; CaAl2O4doped with Eu<2+>; Sr1-xCaxAl2O4 with x ranging from 0 to 1.00, doped with Eu<2+> and Dy<3+>; Sr1-x BaxAl2O4 with x ranging from 0 to 1.00 doped with Eu<2+> and Dy<3+>; SrSc2O4doped with Eu<2+> and Nd<3+>; SrSc2O4doped with Eu<2+>; Sr2SiO4doped with Eu<2+> and Dy<3+>; (Sr1-uBau)2SiO4 with u ranging between 0 and 1.00, doped with Eu<2+> and Dy<3+>; ZnGaO4doped with Cr<3+> and Ge<4+>; ZnGaO4doped with Cr<3+> and Sn<4+>; ZnGaO4doped with Cr<3+>; ZnAlO4doped with Cr<3+> and Ge<4+>; ZnAlO4doped with Cr<3+> and Sn<4+>; ZnAlO4doped with Cr<3+>; NaNbO3doped with Pr<3+>; NaNbO3doped with Pr<3+> and Lu<3+>; NaNbO3doped with Pr<3+> and RF<3+>, where RF is an element from the group La, Ce, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb; Na1-xLixNbO3, with x ranging from 0 to 0.30, doped with Pr<3+>; Na1-xLixNb1-yTayO3 with x ranging from 0 to 0.30, y ranging from 0 to 0.60, doped with Pr<3+>; CaTiO3doped with Pr<3+>; CaTiO3doped with Pr<3+> and Lu<3+>; CaTiO3doped with Pr<3+> and RF<3+>, where RF is an element from the group La, Ce, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb; Ca1-xBaxTiO3, with x ranging from 0 to 0.50, doped with Pr<3+>; YPO4doped with Pr<3+> and Nd<3+>; YPO4doped with Pr<3+>; REPO4doped with Pr<3+> and Nd<3+>, where RE is an element from the group La, Ce, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu; REPO4doped with Pr<3+>, where RE is an element from the group La, Ce, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu; Lu3Al2Ga3O12doped with Ce<3+> and Cr<3+>; Y3Al2Ga3O12doped with Ce<3+> and Cr<3+>; Gd3Al2Ga3O12doped with Ce<3+> and Cr<3+>; (Lu1-xGdx)3Al2Ga3O12doped with Ce<3+> and Cr<3+>; (Y1-xLux)3Al2Ga3O12doped with Ce<3+> and Cr<3+>; (Gd1-xYx)3Al2Ga3O12doped with Ce<3+> and Cr<3+>.

[0023] In der folgenden Tabelle sind einige Eigenschaften [Brechzahlen n bei verschiedenen ausgewählten Wellenlängen im roten (bei 0,650 µm), gelben (bei 0,589 µm) und blauen (bei 0,450 µm) Spektralbereich, Wärmeausdehnungskoeffizienten α20-300°C(im Temperaturintervall zwischen 20 und 300°C) und Schmelztemperatur Ts], die von besonderer Wichtigkeit für die Auswahl der für die Herstellung von Kompositstrukturen im Sinne der Erfindung sind. Bei einigen Materialien (wie z.B. Saphir) muss die Anisotropie der Eigenschaften, die sich durch orientierungsabhängige Werte wiederspiegelt, berücksichtigt werden. Weiter muss beachtet werden, dass in vielen Fällen (wie z.B. bei SrAl2O4) nur einen Teil der Eigenschaften bekannt sind und daher Lücken in der Tabelle zwangsläufig erscheinen. YAG 1,828 1,833 1,850 7 1950 Saphir 1,757 (ne) 1,765 (no) 1,760 1,768 1,771 1,779 5.22 (a) 5.92 (c) 2050 SrAl2O4 Ca. 1,75 9.49 (a) 9.59 (b) 1.40 (c) Ca. 1800 CaAl2O4 Ca. 1.64 Ca. 1600The following table lists some properties [refractive indices n at various selected wavelengths in the red (at 0.650 µm), yellow (at 0.589 µm) and blue (at 0.450 µm) spectral range, thermal expansion coefficients α20-300°C (in the temperature interval between 20 and 300°C) and melting temperature Ts], which are of particular importance for the selection of the for the production of composite structures according to the invention. For some materials (e.g. sapphire) the anisotropy of the properties, which is reflected by orientation-dependent values, must be taken into account. It must also be noted that in many cases (e.g. with SrAl2O4) only some of the properties are known and gaps in the table therefore inevitably appear. YAG 1.828 1.833 1.850 7 1950 Sapphire 1.757 (ne) 1.765 (no) 1.760 1.768 1.771 1.779 5.22(a) 5.92 (c) 2050 SrAl2O4 Approx. 1.75 9.49 (a) 9.59(b) 1.40 (c) Approx. 1800 CaAl2O4 Approx. 1.64 Approx. 1600

[0024] Die hier aufgeführten einkristallinen Materialien sind als beständige, mechanisch stabile und gut fertigbare Substrate besonders geeignet für die Bildung von Oberflächenstrukturen, die sich gegen den aus transparentem Material bestehenden Hintergrund abheben. Für den Fachmann ist ersichtlich, dass die hier aufgeführte Materialliste mit weiteren Verbindungen ergänzt werden kann, die ebenfalls als lumineszierende Einkristalle hergestellt werden können. Weiter ist ebenfalls klar ersichtlich, dass anstatt lumineszierenden Einkristalle Materialien mit ähnlichen Eigenschaften verwendet werden können, wie z.B. lumineszierende transparente Keramiken, Glaskeramiken oder Gläser. The single-crystal materials listed here, as stable, mechanically stable and easily manufacturable substrates, are particularly suitable for the formation of surface structures that stand out against the background made of transparent material. It is obvious to the person skilled in the art that the list of materials given here can be supplemented with further compounds which can also be produced as luminescent single crystals. Furthermore, it is also clearly evident that instead of luminescent single crystals, materials with similar properties can be used, such as luminescent transparent ceramics, glass ceramics or glasses.

[0025] Beispiele für als Glasmatrix verwendbare Materialien sind in einer weiteren folgenden Tabelle aufgeführt. Die Brechzahlen n einer Anzahl ausgewählter Gläser für die Wellenlängen 0,650, 0589 und 0.450 µm, deren Wärmeausdehnungskoeffizient α20- 300°C und deren Transformationstemperatur sind Tgaufgelistet gemäss dem Katalog eines Glasherstellers (Firma SCHOTT in Mainz). NLASF9 1,843 1,850 1,880 8,4 683 SF10 1,721 1,728 1,757 8,4 454 SF2 1,643 1,648 1,669 9,2 441 NLASF43 1,801 1,806 1,828 6,7 614 NLASF44 1,799 1,804 1,823 7,4 655 NLASF45 1,795 1,801 1,826 8,6 647 NSF1 1,711 1,717 1,744 10,5 553 NSF4 1,748 1,755 1,786 10,5 570 NSF10 1,721 1,728 1,757 10,8 559 NSF14 1,754 1,762 1,794 10,9 566 SF1 1,711 1,717 1,744 8,8 417 SF4 1,747 1,755 1,786 8,9 420Examples of materials that can be used as the glass matrix are listed in another table below. The refractive indices n of a number of selected glasses for the wavelengths 0.650, 0589 and 0.450 µm, their coefficient of thermal expansion α20-300°C and their transformation temperature Tg are listed according to the catalog of a glass manufacturer (SCHOTT in Mainz). NLASF9 1,843 1,850 1,880 8,4 683 SF10 1,721 1,728 1,757 8,4 454 SF2 1,643 1,648 1,669 9,2 441 NLASF43 1,801 1,806 1,828 6,7 614 NLASF44 1,799 1,804 1,823 7,4 655 NLASF45 1,795 1,801 1,826 8,6 647 NSF1 1,711 1.717 1.744 10.5 553 NSF4 1.755 1.786 10.5 570 NSF10 1.728 1.757 10.8 559 NSF14 1.762 1.794 10.711 1.717 8.8 417 1,755 1.

[0026] Die bei der Herstellung von ganz oder teilweise transparenten Kompositstrukturen durch Einbetten von lumineszierenden Einkristallen in eine Glasmatrix und durch Verbinden von lumineszierenden Einkristallen mit mindestens einem Glassubstrat wichtige Anpassung der Brechzahlen zwischen Glasmatrix bzw. Glassubstrat und Einkristallen wurde weiter oben bereits diskutiert. Die beiden die Glas- und Einkristalleigenschaften enthaltenden Tabellen geben eine Übersicht der zu erwartenden Unterschiede der Brechzahlen: so ergeben sich zum Beispiel im Fall von YAG Kristallen (mit Brechzahlen von 1,828 (bei 0,650 µm), 1,833 (bei 0,589 µm) und 1,850 (bei 0,450 µm) Unterschiede Δn zu den Brechzahlen 1,843 (bei 0,650 µm), 1,850 (bei 0,589 µm) und 1,880 (bei 0,450 µm) von LASF 9 von Δn = 0,015 bei 0,650 µm), 0,017 (bei 0,589 µm) und 0,030 (bei 0,450 µm). Letztere führen zu sehr geringen Restreflexionen, wenn eine YAG - LASF 9 Kompositstruktur hergestellt wird. The adjustment of the refractive indices between the glass matrix or glass substrate and single crystals, which is important in the production of fully or partially transparent composite structures by embedding luminescent single crystals in a glass matrix and by connecting luminescent single crystals to at least one glass substrate, has already been discussed above. The two tables containing the glass and monocrystal properties provide an overview of the differences in refractive index to be expected: for example, in the case of YAG crystals (with refractive indices of 1.828 (at 0.650 µm), 1.833 (at 0.589 µm) and 1.850 (at 0.450 µm) Differences Δn to the refractive indices 1.843 (at 0.650 µm), 1.850 (at 0.589 µm) and 1.880 (at 0.450 µm) of LASF 9 of Δn = 0.015 at 0.650 µm), 0.017 (at 0.589 µm) and 0.030 (at 0.450 µm). The latter lead to very low residual reflections when a YAG - LASF 9 composite structure is manufactured.

[0027] Für die Herstellung von solchen Kompositen spielen weitere Materialeigenschaften ebenfalls eine ausschlaggebende Rolle: der Verbindungsvorgang zwischen Glas und Kristall ist abhängig von der sog. Transformationstemperatur Tgdes Glases, bei der die Änderung des Glasvolumens mit der Temperatur eine Änderung der Steigung zeigt. Dem Fachmann ist ersichtlich, dass der Verbindungsprozess bei Temperaturen oberhalb Tgvorgenommen wird. Dies bedeutet, dass der verwendete Kristall bei diesen Prozesstemperaturen stabil bleiben muss und nicht mit dem heissen Glas chemisch reagieren darf. Dies ist für das Beispiel der hier aufgeführten Kristalle und Gläser der Fall, wie weiter unten in einigen Ausführungsbeispielen beschrieben wird. Other material properties also play a decisive role in the production of such composites: the bonding process between glass and crystal depends on the so-called transformation temperature Tgdes glass, at which the change in glass volume with temperature shows a change in slope. Those skilled in the art will appreciate that the bonding process is performed at temperatures above Tg. This means that the crystal used must remain stable at these process temperatures and must not chemically react with the hot glass. This is the case for the example of the crystals and glasses listed here, as will be described further below in some exemplary embodiments.

[0028] Weiter ist die Anpassung der thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Kristalle und des Glases ein wesentlicher Prozessparameter für das Einbetten von lumineszierenden Einkristallen in eine Glasmatrix und das Verbinden von lumineszierenden Einkristallen mit einem Glassubstrat. Durch diese Anpassung können hohe mechanische Spannungen vermieden werden. Der Vorgang des Einbettens oder der Verbindung erfolgt bei Temperaturen oberhalb Tg, in einem Temperaturbereich mit im Allgemeinen erhöhten Ausdehnungskoeffizienten (gegenüber den in der Tabelle aufgelisteten Werten α20-300°C) bei Glas. In der Praxis wurden Gläser mit verschiedenen Ausdehnungskoeffizienten empirisch getestet: die unten beschriebenen Ausführungsbeispiele zeigen einige experimentelle Resultate. Ähnlich wie beim Einschmelzen oder Löten von Metallbauteilen in Gläsern werden die besten Resultate mit Gläsern erzielt, die einen grösseren Ausdehnungskoeffizient aufweisen als derjenige des Werkstückes (in unserem Fall, das Kristallmaterial). Rissfreie Kompositwerkstoffe wurden mit unterschiedlichen Gläsern und vielen Kristallen der obenstehenden Listen erhalten, u.a., mit YAG (mit α20-300°C= 7*10<-6>K<- 1>), Saphir mit (mit einem mittleren α20-300°C= 5,6*10<-6>K<-1>), SrAl2O4(mit einem mittleren α20-300°C= 7*10<-6>K<-1>), CaAl2O4(mit bisher unbekannten Ausdehnungskoeffizienten, die möglicherweise denjenigen von SrAl2O4ähnlich sind). Die Kompositwerkstoffe, die mit Gläsern mit α20-300°Cab 5*10<-6>K<-1>, bevorzugt ab 8*10<-6>K<-1>hergestellt wurden, waren alle rissfrei. Furthermore, matching the thermal expansion coefficients of the crystals and the glass is an essential process parameter for embedding luminescent single crystals in a glass matrix and connecting luminescent single crystals with a glass substrate. This adaptation allows high mechanical stresses to be avoided. The process of embedding or bonding takes place at temperatures above Tg, in a temperature range with generally increased coefficients of expansion (compared to the values listed in the table α20-300°C) for glass. In practice glasses with different coefficients of expansion have been tested empirically: the examples described below show some experimental results. Similar to melting or soldering metal components in glasses, the best results are obtained with glasses that have a larger coefficient of expansion than that of the workpiece (in our case, the crystal material). Crack-free composite materials were obtained with different glasses and many crystals from the above lists, among others, with YAG (with α20-300°C= 7*10<-6>K<- 1>), sapphire with (with an average α20-300° C= 5.6*10<-6>K<-1>), SrAl2O4(with an average α20-300°C= 7*10<-6>K<-1>), CaAl2O4(with previously unknown expansion coefficients, possibly similar to those of SrAl2O4). The composite materials that were produced with glasses with α20-300°C from 5*10<-6>K<-1>, preferably from 8*10<-6>K<-1>, were all crack-free.

[0029] Zu bemerken ist, dass im relativ jungen Gebiet der Herstellung von lumineszierenden Einkristallen viele Kristallparameter noch nicht gemessen wurden. Bei den sich in der Zukunft als wichtig herausstellenden Materialien wird es daher notwendig sein, die am besten geeigneten Glasmaterialien in Bezug auf Transformationstemperatur, Brechzahl und Ausdehnungskoeffizient zu finden. Bei der zur Verfügung stehenden Vielfalt der Gläser für technische Anwendungen, für Einschmelzen und Löten, oder für Blankpressprozesse mit niedriger Transformationstemperatur wird für den Fachmann zwecks Herstellung von den hier vorgeschlagenen Kompositstrukturen im Fall der grossen Mehrheit lumineszierender Kristalle eine geeignete kommerziell erhältliche Glasverbindung zu Verfügung stehen. It should be noted that in the relatively new field of producing luminescent single crystals, many crystal parameters have not yet been measured. With the materials that turn out to be important in the future, it will therefore be necessary to find the most suitable glass materials in terms of transformation temperature, refractive index and coefficient of expansion. With the variety of glasses available for technical applications, for melting and soldering, or for low-transition-temperature molding processes, a suitable commercially available glass composition will be available to the person skilled in the art for the production of the composite structures proposed here in the case of the great majority of luminescent crystals.

[0030] In den folgenden Ausführungsbeispielen werden verschiedene Kristall-Glas Materialkombinationen in einem Temperaturbereich zwischen 1150 und 1290°C eingesetzt. [0030] In the following exemplary embodiments, different crystal-glass material combinations are used in a temperature range between 1150 and 1290.degree.

[0031] Beispiel Nr.1: ein aus Y3Al5O12(abgekürzt YAG), (Gd1-xYx)3Al2Ga3O12(abgekürzt GYAG) oder SrAl2O4(abgekürzt SAO) kristallinem Material bestehenden Stab mit Ausmassen Durchmesser x Länge gleich 1 x 15 mm wird in eine Glasmatrix eingebettet. Ein Stück Glas mit einer Grösse von ca. 20 x 6 x 3 mm wird auf eine ca. 0,3 mm dicke Platinfolie gelegt. Die Oberfläche des Glases ist mit einem ca. 0,3 mm tiefen und ca. 0.3 mm breiten geraden Einschnitt versehen. Der YAG oder SAO Stab wird auf die Oberfläche so hingelegt, dass der Einschnitt ein Wegrollen des Stabes verhindert. Im Fall der in diesem Beispiel genannten kristallinen Bauteile, die in Glas eingebettet werden sollen, können Gläser aus der oben stehenden Tabelle oder auch Borosilikat- oder Borkrongläser (mit Eigenschaften wie in der folgenden Tabelle aufgelistet) verwendet werden. Borosilikat 1,473 3,3 525 Borkron 1,516 8,9 420Example No. 1: a Y3Al5O12 (abbreviated YAG), (Gd1-xYx) 3Al2Ga3O12 (abbreviated GYAG) or SrAl2O4 (abbreviated SAO) crystalline material rod with dimensions diameter x length equal to 1 x 15 mm in a glass matrix embedded. A piece of glass measuring approx. 20 x 6 x 3 mm is placed on a platinum foil approx. 0.3 mm thick. The surface of the glass has a straight cut about 0.3 mm deep and about 0.3 mm wide. The YAG or SAO rod is placed on the surface in such a way that the incision prevents the rod from rolling away. In the case of the crystalline components mentioned in this example, which are to be embedded in glass, glasses from the table above or also borosilicate or boron glasses (with properties as listed in the following table) can be used. Borosilicate 1.473 3.3 525 Borkron 1.516 8.9 420

[0032] Die auf einer Keramikunterlage liegende Folie wird mit samt Glas und Stab in einen vorgeheizten Ofen eingeführt. Die Regeltemperatur des Ofens ist 1290°C. Sie wurde so eingestellt, dass sie einem durch Vorversuche empirisch definierten Wert entspricht, der das Glas in einen flüssig-viskosen Zustand bringt, der ein Einsinken des Stabes in die Glasmasse ermöglicht. Nach einer Verweildauer von typischerweise 10 Minuten wird die Keramikunterlage mit der darauf liegenden Folie und Probe aus dem Ofen herausgeholt und auf einen Metallblock (z.B. aus Stahl) gestellt, damit eine verhältnismässig schnelle Abkühlung an Luft stattfindet. Durch das beschriebene Verfahren wird ein in einer transparenten Matrix eingebetteten Kristallstab erhalten. Die Glasmatrix kann auf bestimmte geometrische Masse weiterverarbeitet werden, und deren Oberflächen können poliert werden. The film lying on a ceramic base is introduced into a preheated oven together with the glass and the rod. The control temperature of the furnace is 1290°C. It was adjusted in such a way that it corresponds to a value empirically defined by preliminary tests, which brings the glass into a liquid-viscous state, which allows the rod to sink into the glass mass. After a residence time of typically 10 minutes, the ceramic base with the foil and sample lying on it is taken out of the oven and placed on a metal block (e.g. made of steel) so that it cools relatively quickly in air. A crystal rod embedded in a transparent matrix is obtained by the method described. The glass matrix can be further processed to specific geometric dimensions and its surfaces can be polished.

[0033] Die Lumineszenzeigenschaften des eingebetteten YAG, GYAG oder SAO-Stabes werden durch das Verfahren nicht beeinträchtigt und sind für den Betrachter durch die Glasmatrix hindurch klar sichtbar. The luminescent properties of the embedded YAG, GYAG or SAO rod are not affected by the process and are clearly visible to the viewer through the glass matrix.

[0034] Bei angepassten Grössen der Bauteile können mehrere kristalline Stäbe, die nebeneinander auf der Glasmatrix in entsprechenden Kerben gelegt worden sind, gleichzeitig in die Matrix eingebettet werden. Kristalline Elemente mit anderen Formen (wie z.B. Kugeln mit Durchmesser zwischen 0,5 und 3,0 mm, Platten mit Ausmassen Länge x Breite x Höhe zwischen 0,5 und 3,0 mm, Zylinder mit Ausmassen Durchmesser x Höhe zwischen 0,5 und 3,0 mm) können ebenfalls für den gleichen Zweck der Einbettung in Glas verwendet werden. Verschiedene kristalline Materialien, die ähnliche Schmelzpunkte und kompatible Ausdehnungskoeffiziente aufweisen, können gleichzeitig in eine Glasmatrix eingebettet werden. Für jede Kristallform und Materialkombination wird die Verweildauer durch wiederholtes Aufheizen im Ofen so eingestellt, bis die Verteilung der Einsinktiefen im Glas nach Anwendungswunsch eingestellt ist. If the sizes of the components are adjusted, several crystalline rods, which have been placed next to one another on the glass matrix in corresponding notches, can be embedded in the matrix at the same time. Crystalline elements with other shapes (such as spheres with a diameter between 0.5 and 3.0 mm, plates with dimensions length x width x height between 0.5 and 3.0 mm, cylinders with dimensions diameter x height between 0.5 and 3.0mm) can also be used for the same purpose of embedding in glass. Different crystalline materials that have similar melting points and compatible coefficients of expansion can be simultaneously embedded in a glass matrix. For each crystal form and material combination, the residence time is adjusted by repeated heating in the oven until the distribution of the sinking depths in the glass is set according to the application requirements.

[0035] Beispiel Nr.2: ein aus BaAl2O3(abgekürzt BAO) oder SrAl2O4(abgekürzt SAO) kristallinem Material bestehendes Quader mit Ausmassen Länge x Breite x Höhe gleich 6 bis 12 x 6 bis 12 x 0,4 bis 1,2 mm wird mit Hilfe einer Glaszwischenschicht mit einem Substrat aus Saphir oder undotiertem Y3Al5O15(abgekürzt YAG) verbunden. Das Substrat ist z.B. in Form einer Scheibe mit Durchmesser x Höhe gleich 20 x 1 mm. Ein Plättchen aus Glas mit einer Grösse von ca. Durchmesser x Dicke gleich 7 bis 15 x 0,05 bis 0,3 mm wird auf das Substrat gelegt. Letzteres ruht auf einer ca. 0,3 mm dicken Platinfolie. In einem ersten Schritt wird die auf einer Keramikunterlage liegende Folie mit samt Substrat und Glas in einen vorgeheizten Ofen eingeführt. Die Regeltemperatur des Ofens ist 1250°C. Sie wurde so eingestellt, dass sie einem durch Vorversuche empirisch definierten Wert entspricht, der das Glas in einen flüssig-viskosen Zustand bringt, der sich mit der Substratoberfläche verbindet. Nach einer Verweildauer von typischerweise 10 Minuten wird die Keramikunterlage mit der darauf liegenden Folie und Probe aus dem Ofen herausgeholt und auf einen Metallblock (z.B. aus Stahl) gestellt, damit eine verhältnismässig schnelle Abkühlung an Luft stattfindet. Auf die mit einer Glasschicht versehenen Oberfläche der abgekühlten Saphirprobe wird das kristalline (BAO oder SAO) Quader gelegt. Example No.2: a BaAl2O3 (abbreviated to BAO) or SrAl2O4 (abbreviated to SAO) crystalline material cuboid with dimensions length x width x height equal to 6 to 12 x 6 to 12 x 0.4 to 1.2 mm connected to a substrate made of sapphire or undoped Y3Al5O15 (abbreviated YAG) with the help of a glass interlayer. The substrate is, for example, in the form of a disc with diameter x height equal to 20 x 1 mm. A plate of glass with a size of approximately diameter x thickness equal to 7 to 15 x 0.05 to 0.3 mm is placed on the substrate. The latter rests on an approximately 0.3 mm thick platinum foil. In a first step, the foil lying on a ceramic base is inserted into a preheated oven together with the substrate and glass. The control temperature of the furnace is 1250°C. It was set in such a way that it corresponds to a value that was empirically defined by preliminary tests and that brings the glass into a liquid-viscous state that bonds to the substrate surface. After a residence time of typically 10 minutes, the ceramic base with the foil and sample lying on it is taken out of the oven and placed on a metal block (e.g. made of steel) so that it cools relatively quickly in air. The crystalline (BAO or SAO) block is placed on the glass-coated surface of the cooled sapphire sample.

[0036] In einem zweiten Schritt wird die Probe nochmals in den Ofen eingeführt. Die Ofentemperatur bleibt bei 1250°C. Nach einer weiteren Verweildauer von ca. 10 Minuten wird die Probe aus dem Ofen geholt und abgekühlt. Durch das beschriebene Verfahren wird eine Kompositstruktur erhalten, die aus einer lumineszierenden Kristallscheibe, die mit einem transparenten Substrat verbunden ist, besteht. Durch die Eigenschaften der verwendeten Werkstoffe und des als Zwischenschicht verwendeten Glases erscheint diese Verbundstruktur transparent. Die gesamte Verbundstruktur kann auf bestimmte geometrische Masse weiterverarbeitet werden, und deren Oberflächen können poliert werden. Die Lumineszenzeigenschaften des BAO oder SAO Kristallmaterials werden durch das Verfahren nicht beeinträchtigt und sind für den Betrachter durch das Substrat hindurch klar sichtbar. In a second step, the sample is reinserted into the oven. The furnace temperature remains at 1250°C. After a further residence time of approx. 10 minutes, the sample is taken out of the oven and cooled. A composite structure consisting of a luminescent crystal disc bonded to a transparent substrate is obtained by the method described. Due to the properties of the materials used and the glass used as an intermediate layer, this composite structure appears transparent. The entire composite structure can be machined to specific geometric dimensions and its surfaces can be polished. The luminescent properties of the BAO or SAO crystal material are not affected by the process and are clearly visible to the viewer through the substrate.

[0037] Die geometrischen Grössen der Bauteile, die durch das beispielhafte Verfahren verbunden werden sollen, können je nach Ausmassen des gewünschten Endproduktes angepasst werden. Die Anzahl der Bauteile, die verbunden werden sollen, kann mehr als nur ein Substrat und/oder lumineszierenden Kristall betragen. Bauteile mit eingebetteten Kristallen (wie z.B. in Beispiel 1 hergestellt) können ebenfalls mit Substraten verbunden werden. Die Substrate können (z.B. durch geeignete Dotierungen) gefärbt werden. Für den Fachmann ist ersichtlich, dass die beschriebenen Verfahren mit zahlreichen Variationen durchgeführt werden können: in jedem Fall ist hervorzuheben, dass die erhaltenen Kompositstrukturen lumineszierende Eigenschaften aufweisen, die im gesamten Volumen der Strukturen sichtbar gemacht werden können. Hervorzuheben ist ebenfalls, dass die Transparenz der Matrix, Substrats und/oder Zwischenschicht die Anregung durch das für die Lumineszenz benötigte Pumplicht begünstigt und keinesfalls beeinträchtigt. The geometric sizes of the components that are to be connected by the exemplary method can be adjusted depending on the dimensions of the desired end product. The number of components to be connected can be more than just one substrate and/or luminescent crystal. Crystal-embedded devices (e.g., as prepared in Example 1) can also be bonded to substrates. The substrates can be colored (e.g. by suitable doping). It is obvious to a person skilled in the art that the methods described can be carried out with numerous variations: in any case, it should be emphasized that the composite structures obtained have luminescent properties that can be visualized throughout the volume of the structures. It should also be emphasized that the transparency of the matrix, substrate and/or intermediate layer favors the excitation by the pump light required for luminescence and in no way impairs it.

Claims

1. Composite material for the production of a luminescent object, consisting of at least one element made of a luminescent material and at least one transparent non-luminescent volume material characterized in that the at least one element is bonded to or embedded in the bulk glass material on at least one side of the at least one element.

2. Composite material according to claim 1, characterized in that the at least one element is embedded and consists of at least one transparent luminescent monocrystalline material.

3. Composite material according to claim 2, characterized in that the at least one luminescent single crystal has a volume of between 0.5 and 1000 mm 3 , preferably between 1 and 200 mm 3 and particularly preferably between 1.5 and 100 mm 3 .

4. Composite material according to claim 3, characterized in that the difference in refractive index between the refractive index for wavelengths of light in the visible spectral range of the volume material and the at least one luminescent single crystal is less than 0.15, preferably less than 0.06, particularly preferably less than 0.03.

5. Composite material according to one of claims 2 to 4, characterized in that the luminescent single crystal material consists of at least one of the following single crystals: X:Y3Al5O12, X:Lu3Al5O15, X:(RE1-xRFx)3Al5O12, X:Y2SiO5, X:Lu2SiO5, X:(RE1- xRFx)2SiO5, X:KY(WO4)2, X:KGd(WO4)2, X:KLu(WO4)2, X:K(RE1-xRFx)(WO4)2, X:NaY(WO4)2, X:NaGd(WO4)2, X:NaLu(WO4)2, X:Na(RE1 -xRFx)(WO4)2, X:Y2O3, X:Lu2O3, X:(RE1-xRFx)2O3, X:YVO4, X:LuVO4, X:(RE1-xRFx)VO4, X:Li3RE3Ba2(MoO4)8, X:Li3RE3Ba2(WO4)8, where RE and RF are different rare earths from the group Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Er, Ho, Tm, Yb, Lu, with 0 ≤ x ≤ 1, and X denotes another, different (than RE and RF) rare earth from the same group; SrAl2O4doped with Eu<2+> and Dy<3+>; SrAl2O4doped with Eu<2+>; SrAl4O7doped with Eu<2+> and Dy<3+>; SrAl12O19 doped with Eu<2+> and Dy<3+>; Sr3Al2O6doped with Eu<2+> and Dy<3+>; Sr3Al2O6doped with Eu<2+>; CaAl2O4doped with Eu<2+> and Nd<3+>; CaAl2O4doped with Eu<2+>; Sr1-xCaxAl2O4 with x ranging from 0 to 1.00, doped with Eu<2+> and Dy<3+>; Sr1-x BaxAl2O4 with x ranging from 0 to 1.00 doped with Eu<2+> and Dy<3+>; SrSc2O4doped with Eu<2+> and Nd<3+>; SrSc2O4doped with Eu<2+>; Sr2SiO4doped with Eu<2+> and Dy<3+>; (Sr1-uBau)2SiO4 with u ranging between 0 and 1.00, doped with Eu<2+> and Dy<3+>; ZnGaO4doped with Cr<3+> and Ge<4+>; ZnGaO4doped with Cr<3+> and Sn<4+>; ZnGaO4doped with Cr<3+>; ZnAlO4doped with Cr<3+> and Ge<4+>; ZnAlO4doped with Cr<3+> and Sn<4+>; ZnAlO4doped with Cr<3+>; NaNbO3doped with Pr<3+>; NaNbO3doped with Pr<3+> and Lu<3+>; NaNbO3doped with Pr<3+> and RF<3+>, where RF is an element from the group La, Ce, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb; Na1-xLixNbO3, with x ranging from 0 to 0.30, doped with Pr<3+>; Na1-xLixNb1-yTayO3 with x ranging from 0 to 0.30, y ranging from 0 to 0.60, doped with Pr<3+>; CaTiO3doped with Pr<3+>; CaTiO3doped with Pr<3+> and Lu<3+>; CaTiO3doped with Pr<3+> and RF<3+>, where RF is an element from the group La, Ce, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb; Ca1-xBaxTiO3with x ranging from 0 to 0.50 doped with Pr<3+>; YPO4doped with Pr<3+> and Nd<3+>; YPO4doped with Pr<3+>; REPO4doped with Pr<3+> and Nd<3+>, where RE is an element from the group La, Ce, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu; REPO4doped with Pr<3+>, where RE is an element from the group La, Ce, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu; Lu3Al2Ga3O12doped with Ce<3+> and Cr<3+>; Y3Al2Ga3O12doped with Ce<3+> and Cr<3+>; Gd3Al2Ga3O12doped with Ce<3+> and Cr<3+>; (Lu1- xGdx)3Al2Ga3O12 doped with Ce<3+> and Cr<3+>; (Y1-xLux)3Al2Ga3O12doped with Ce<3+> and Cr<3+>; (Gd1-xYx)3Al2Ga3O12doped with Ce<3+> and Cr<3+>.

6. Luminescent object, which consists entirely or partially of a composite material according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the at least part of the object being illuminable by light emitted by the at least one luminescent element of the composite material.

7. Object according to claim 6, characterized in that the object is part of a watch, in particular a dial.

8. Object according to claim 6, characterized in that the object is an ornament or decoration for a device.