电致发光器件制造技术

一种转换元件（３），包括具有许多孔（３２）的陶瓷材料（３１），被提供用于至少部分地吸收至少一个初级辐射（５２）和用于将该初级辐射（５２）转变为至少一个次级辐射（５３），其中，该转换元件（３）具有的密度大于或者等于该陶瓷材料（３１）理论固态密度的９７％，并且该转换元件（３）中的孔（３２）具有的直径基本在２００ｎｍ和５０００ｎｍ之间。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及具有与余弦辐射图案相似的辐射图案、包括用于转换 光的转换元件的高效率电致发光器件，并且涉及制造转换元件的方法
技术介绍
具有电致发光光源(LED)和光转换磷光体(phosphor)层(通 常为磷光体粉层或者多晶磷光体层)的磷光体转换的电致发光器件( pcLED)是已知的。用这样的pcLED, LED发射的初级辐射的至少一 部分被布置在LED上的磷光体层(转换元件)所吸收、并且被重新发 射为更长波长的次级辐射。这个过程也被称为颜色或者光转换。根据 应用，初级辐射被完全转换为次级辐射，或者，在部分转换的情况下 ，通过混合初级辐射和次级辐射可以产生不同颜色的光(例如，白光 )。为了在光束的所有方向上获得相同的混合颜色，必需保证在初级 辐射和次级辐射的辐射图案相互之间的差别尽可能地小。通常在活性 材料中无方向性地产生次级辐射。因此，基本上由随后的光学路径确 定辐射图案。在强散射粉末层的情况下，所述光被以具有与观察角度余弦相关 的强度分布(余弦或者朗伯辐射图案)来辐射。然而，粉末层的高散 射功率具有这样的结果由于无辐射的吸收过程大部分初级辐射和次 级辐射被损失掉。在透明转换元件(这里，"透明度"是指转换元件关 于次级辐射的透射率)的情况下，因为全反射，非方向性产生的次级发射，而是由转换元件的侧表面发射，该侧表面与主发光表面成很大 的角度。因此，从转换元件的主发光表面(平行于电致发光光源的表 面)发出的光的亮度被减小，在一些实施例中甚至可能低于从侧表面 发出的光的亮度。在图la中对于这样的具有透明转换元件(虚线)的 pcLED的辐射图案(依赖于观察角度a的强度分布I[a.u.)基本上由在侧表面处次级辐射的发射所确定，并且严重地偏离余弦分布(连续线 )。主发光表面的亮度的减少是不希望有的。作为比较，图lb示出具有磷光体粉层的pcLED的辐射图案(虚线)，其很好地符合余弦分布 (连续线)。和粉末层相对照，透明磷光体层的特征在于效率更高。 在图la和lb中测量和计算的强度每个都在l被标准化。DE 10349038公开了一种具有LED和转换元件的光源，该转换元件 用于将LED的初级辐射变换为次级辐射。该转换元件是多晶陶瓷体， 该多晶陶瓷体由各个微晶(也称为颗粒)烧结在一起。该微晶包括选择 的基材料，这里掺杂剂扩散在选择的基材料中，用于变换初级辐射。 例如，可以使用摻杂铈的钇铝石榴石(YAG:Ce)作为材料。转换元件 的陶瓷材料具有相对于纯单晶的理论密度高于90%的密度。从这种陶 瓷密度开始，该陶瓷体的特征在于关于次级辐射的足够高的半透明性 (显示通过)。在陶资材料中的微晶(颗粒)的粒度优选为10，到50， 。在陶瓷材料中微晶之间可以存在空洞，该空洞没有被填充陶瓷材料 ，该空间被称为孔。微晶之间的所述孔起到用于初级和次级辐射的散 射中心的作用。文献DE 1034卯38将孔的数量以及孔的尺寸和转换元件 的密度联系起来。密度越低，起到散射中心的作用的孔的数量越大。 根据文献DE 10349038,利用陶瓷转换元件93 %和98%之间的理论密度 ,盘状转换元件在相对大的表面上获得均匀的颜色印象(homogeneous color impression)。然而，用于为观察者产生均匀的颜色印象的这种 陶瓷材料的有利的散射特性可能导致在不利的孔尺寸的情况下低的发 光效率。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供一种半透明的陶瓷转换元件，其适用于 辐射具有朗伯辐射图案的光，并且当其在磷光体转换的电致发光器件 中使用时将改善的亮度和改善的发光效率结合起来。通过一种转换元件实现该目的，该转换元件包括具有许多孔的陶 瓷材料，被提供用于至少部分地吸收至少一个初级辐射和用于将初级 辐射转换为至少一个次级辐射，其中，该转换元件具有大于或者等于 该陶瓷材料的理论固态密度的97%的密度，并且在该转换元件中的孔 基本上具有在250nm和2900nm之间的直径。因为高密度，该转换元件具有高的半透明性。这里，陶瓷材料的理论固态密度表示单晶形式的 相关材料的密度。由在陶瓷材料中的孔来确定用于产生初级和次级辐射的混合光的朗伯辐射图案的散射特性。具有在250nm和2900nm之间 的孔直径的转换元件适用于在电致发光器件中实现80%和更多的发光 效率。这里，在具有转换元件的电致发光器件的发射的光子数和没有 转换元件的电致发光器件的发射的光子数之间的比率被表示为"发光 效率"。小于250nm或者大于2900nm的孔直径明显导致更低的发光效率 ，例如对于6000nm范围内的孔直径，发光效率为65°/。，或者对于100nm 的孔直径，发光效率为60%。术语"基本"在下文中被理解为意思是直 径超出指定范围的孔的数目是如此小以至于它们对发光效率的影响小 于1个百分点。术语孔直径被理解为意思是具有和对应的孔相同的体积 的球的直径。陶瓷材料中的孔不必具有球形。在一个实施例中，陶凳材料被提供用于至少部分地转换蓝色或者 紫外初级辐射。通过蓝色或者紫外初级辐射的转变可以产生任何在可 见光谱之内的次级辐射，和如果必要的话产生甚至波长更长的光谱。在另一个实施例中，所述孔具有小于或者等于该转换元件的2%的 比例体积。为了光散射，对于转换元件的总体积的孔的比例体积和陶 资材料的比例体积之间的比率是关键的，特别是如果例如因为该材料 中第二相(phase)的存在，陶瓷材料的各个微晶(颗粒)具有小于理 论固体密度的100%的密度。太大的孔的比例体积将导致光散射增加。 太强的散射扩展了辐射在转换元件中的平均光学路径，并且增加了辐 射逆着辐射方向离开转换元件的部分，这导致更高的无辐射吸收损失 并且因此减少了发光效率。在另一实施例中，孔的直径基本在300nm和n00nm之间。具有这 个范围内的孔直径的转换元件基本适用于用其来实现85%和更高的发 光效率的电致发光器件。和250nm到2900nm的直径范围相比较，利用 这些孔直径，发光效率又高至少5个百分点。在另一个实施例中，所述孔具有基本可以用宽度小于100nm的所谓 对数正态分布(log-normal distribution)描述的孔直径分布。利用孔直径 的小变化，发光效率的改善可以更进一步增加。这里，如果孔直径a在 平均孔直径ao附近的孔的相对数目n(a)为下式时，可以将分布表示为对 数正态分布<formula>formula see original document page 7</formula>这里，s表示具有平均孔直径"。的不同的孔直径a的分布"(")的宽度 。N为孔的总数目。此外，本专利技术涉及一种电致发光器件，该电致发光器件包括用于 沿着辐射方向发射至少一个初级辐射的电致发光光源和至少一个如权 利要求l中所述的转换元件，该转换元件光学地耦合到电致发光光源， 用于产生初级辐射和次级辐射的混合光。使用根据本专利技术的如在权利 要求l中所限定的转换元件，可以产生具有改善的发光效率、同时存在 朗伯辐射图案和在混合光的辐射方向上的高亮度的电致发光器件。和 具有磷光体粉层的电致发光器件相比，发光效率可以增加高达30% ， 和具有不利的孔尺寸的多晶陶瓷体的转换元件的电致发光器件相比， 根据孔直径该增加可以高达20%本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种转换元件（３），包括具有许多孔（３２）的陶瓷材料（３１），被提供用于至少部分地吸收至少一个初级辐射（５２）和用于将所述初级辐射（５２）转换为至少一个次级辐射（５３），其中，所述转换元件（３）具有大于或者等于所述陶瓷材料（３１）的理论固态密度的９７％的密度，并且在所述转换元件（３）中的孔（３２）具有基本在２００ｎｍ和５０００ｎｍ之间的直径。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：P斯米特，HH贝克特尔，W巴塞尔特，BS施赖恩马彻，
申请(专利权)人：皇家飞利浦电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]