轉(zhuǎn)換元件和發(fā)光裝置制造方法
【專利摘要】說明了一種轉(zhuǎn)換元件（10），其包括散射層（12），反射層（14），和布置在散射層（12）和反射層（14）之間的轉(zhuǎn)換層（16）。散射層（12）被構(gòu)造用于允許由背離轉(zhuǎn)換層（16）的一側(cè)投射到該散射層上的初級(jí)輻射（18）的第一部分（20）穿透到轉(zhuǎn)換層（16）中并且將投射到該散射層上的初級(jí)輻射（18）的第二部分（22）朝向散射層（12）的背離轉(zhuǎn)換層（16）的一側(cè)散射。轉(zhuǎn)換層（16）包括至少一種轉(zhuǎn)換劑（25），該轉(zhuǎn)換劑被構(gòu)造用于將初級(jí)輻射（18）的第一部分的至少一部分轉(zhuǎn)換成具有與初級(jí)輻射（18）不同的、更大波長(zhǎng)的次級(jí)輻射（19）。反射層（14）至少關(guān)于次級(jí)輻射（19）反射性地作用。
【專利說明】轉(zhuǎn)換元件和發(fā)光裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 說明了一種轉(zhuǎn)換元件以及一種發(fā)光裝置。
[0002]該專利申請(qǐng)要求德國(guó)專利申請(qǐng)102012101663.1的優(yōu)先權(quán)，其公開內(nèi)容通過回引被結(jié)合于此。

【背景技術(shù)】
[0003]對(duì)于許多應(yīng)用需要特定波長(zhǎng)的光或確定的頻譜范圍的光。但是許多光源、尤其是基于半導(dǎo)體的光源如發(fā)光二極管或激光二極管發(fā)射僅在偏離其的頻譜范圍中的光或者在離散波長(zhǎng)情況下的光。因此，常常希望將由光源發(fā)射的光至少部分地轉(zhuǎn)換成其它波長(zhǎng)的光。這種轉(zhuǎn)換例如借助有機(jī)或無機(jī)發(fā)光物質(zhì)來進(jìn)行。在這些發(fā)光物質(zhì)的情況下，該轉(zhuǎn)換大多基于所謂的降頻轉(zhuǎn)換(Down-Convers1n)原理。也即，例如在藍(lán)色頻譜范圍中的光被吸收,并且為此發(fā)射低頻的、經(jīng)紅移的光。換句話說，高能量的光輻射通過發(fā)光物質(zhì)被轉(zhuǎn)換成較低能量的光輻射以及轉(zhuǎn)換成非輻射性能量，尤其是熱。高能量的光輻射的未經(jīng)轉(zhuǎn)換的部分最終可以與較低能量的經(jīng)轉(zhuǎn)換的光輻射混合，使得例如產(chǎn)生白光。
[0004]缺點(diǎn)是:發(fā)光物質(zhì)會(huì)發(fā)熱并且由此降低轉(zhuǎn)換效率。另一方面在制造這種光源時(shí)由于不夠精確的色度坐標(biāo)控制而形成問題，導(dǎo)致所述不夠精確的色度坐標(biāo)控制的原因是:轉(zhuǎn)換層的厚度波動(dòng)或在嵌入基體中的轉(zhuǎn)換體的濃度差產(chǎn)生在較低頻率的光和較高頻率的光之間的比例波動(dòng)。
[0005]熱學(xué)問題可以部分地通過調(diào)節(jié)在產(chǎn)生輻射的半導(dǎo)體芯片和轉(zhuǎn)換元件之間的合適距離來解決，其中轉(zhuǎn)換材料嵌入良好導(dǎo)熱的基體(例如陶瓷)中。
[0006]圖1示出了由現(xiàn)有技術(shù)已知的這種整體上用10表示的轉(zhuǎn)換元件。構(gòu)造為激光二極管的半導(dǎo)體芯片44發(fā)射例如波長(zhǎng)在含端點(diǎn)值的400nm至485nm (藍(lán)色或紫色光)之間的初級(jí)輻射18，其沿著入射方向17分布并且投射到轉(zhuǎn)換元件10上。轉(zhuǎn)換層16施加在帶有反射器14的熱沉32上。轉(zhuǎn)換層16的轉(zhuǎn)換體濃度以及厚度被調(diào)節(jié)為使得初級(jí)輻射18的一部分又在轉(zhuǎn)換元件10的前側(cè)上出射。由此，產(chǎn)生由初級(jí)輻射和經(jīng)轉(zhuǎn)換的次級(jí)輻射形成的混合體，該次級(jí)輻射具有與初級(jí)輻射18不同的、更大的波長(zhǎng)，例如紅色光。但是在圖1中所示的布置中放大了色度坐標(biāo)控制的問題，因?yàn)殡p重光路提高了對(duì)轉(zhuǎn)換體的厚度和濃度的變化的影響。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]要解決的任務(wù)在于，說明一種克服了上述缺點(diǎn)的轉(zhuǎn)換元件。另一個(gè)要解決的任務(wù)在于，說明一種帶有這種轉(zhuǎn)換元件的發(fā)光裝置。
[0008]該任務(wù)通過按照獨(dú)立權(quán)利要求所述的主題來解決。
[0009]該主題的有利的實(shí)施方式和改進(jìn)方案被表示在從屬權(quán)利要求中并且此外來自下面的描述和附圖。
[0010]按照轉(zhuǎn)換元件的至少一種實(shí)施方式，轉(zhuǎn)換元件包括散射層、反射層和布置在散射層和反射層之間的轉(zhuǎn)換層。
[0011]在此情況下，轉(zhuǎn)換層可以直接布置在散射層和反射層之間，或者也可以僅僅間接地布置在散射層和反射層之間，也即例如也可以在一方面轉(zhuǎn)換層以及另一方面散射層或反射層之間設(shè)置另外的層。同樣的在下面適用于概念“布置在層上”。
[0012]按照轉(zhuǎn)換元件的至少一種實(shí)施方式，散射層被構(gòu)造用于允許由背離轉(zhuǎn)換層的一側(cè)投射到該散射層上的初級(jí)輻射的第一部分穿透到轉(zhuǎn)換層中并且將投射到散射層上的初級(jí)輻射的第二部分朝向散射層的背離轉(zhuǎn)換層的一側(cè)散射。在此情況下“散射”是指:從背離轉(zhuǎn)換層的一側(cè)源于第一空間角區(qū)域并且投射到轉(zhuǎn)換層上的初級(jí)輻射被偏轉(zhuǎn)至朝向散射層的背離轉(zhuǎn)換層的一側(cè)的第二空間角區(qū)域中，其中第二空間角區(qū)域大于第一空間角區(qū)域并且因此進(jìn)行了初級(jí)輻射的擴(kuò)展。尤其是初級(jí)輻射可以沿著確定的入射方向投射到轉(zhuǎn)換層上并且轉(zhuǎn)向到有限的、足夠大的空間角區(qū)域中。引起初級(jí)輻射的該轉(zhuǎn)向的機(jī)制在此可以是非常不同的。尤其是，這種轉(zhuǎn)向可以通過在轉(zhuǎn)換層中的小結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，這些小結(jié)構(gòu)用作朗伯輻射器，或者通過大量布置在轉(zhuǎn)換層中的帶有不同取向的反射性或者折射性子面來實(shí)現(xiàn)，其中這些子面在轉(zhuǎn)換層中取決于地點(diǎn)地產(chǎn)生不同的反射或折射方向。
[0013]“初級(jí)輻射”在此情況下可以既意味著要被轉(zhuǎn)換的一個(gè)波長(zhǎng)或者第一波長(zhǎng)范圍的電磁輻射，也意味著多個(gè)波長(zhǎng)或多個(gè)波長(zhǎng)范圍的電磁輻射。
[0014]初級(jí)輻射例如可以是唯--個(gè)波長(zhǎng)的電磁輻射。散射層于是可以被構(gòu)造為，允許由背離轉(zhuǎn)換層的一側(cè)投射到該散射層上的初級(jí)輻射的第一部分穿透到轉(zhuǎn)換層中并且將投射到該散射層上的初級(jí)輻射的具有相同波長(zhǎng)的第二部分朝向散射層的背離轉(zhuǎn)換層的一側(cè)散射。
[0015]另一方面，初級(jí)輻射例如可以包括第一波長(zhǎng)和與第一波長(zhǎng)不同的第二波長(zhǎng)的電磁輻射。在該情況下，散射層可以被構(gòu)造用于允許由背離轉(zhuǎn)換層的一側(cè)投射到該散射層上的初級(jí)輻射的第一部分穿透到轉(zhuǎn)換層中并且將投射到該散射層上的初級(jí)輻射的第二部分朝向散射層的背離轉(zhuǎn)換層的一側(cè)散射，其中該第一部分包括或者兩個(gè)波長(zhǎng)或者僅僅第一波長(zhǎng)的電磁輻射，并且其中第二部分包括或者兩個(gè)波長(zhǎng)或者僅僅第二波長(zhǎng)的電磁輻射。這種實(shí)施方式具有如下優(yōu)點(diǎn):通過將散射的初級(jí)輻射與次級(jí)輻射混合而產(chǎn)生的(例如白色的)光的色度坐標(biāo)可以通過如下方式被控制，即改變兩種波長(zhǎng)的電磁輻射的強(qiáng)度相互之間的比例。
[0016]按照轉(zhuǎn)換元件的至少一種實(shí)施方式，轉(zhuǎn)換層包括至少一種轉(zhuǎn)換劑。該轉(zhuǎn)換劑被構(gòu)造用于將初級(jí)輻射的第一部分的至少一部分轉(zhuǎn)換成具有與初級(jí)輻射不同的、更大波長(zhǎng)的次級(jí)輻射。
[0017]該轉(zhuǎn)換層也可以包含基體材料，例如硅酮或陶瓷，所述至少一種轉(zhuǎn)換劑嵌入該基體材料中。該基體材料在此情況下可以作為粘合材料作用。該基體材料可以在相關(guān)的頻譜范圍中優(yōu)選對(duì)于電磁輻射是可透射的?！跋嚓P(guān)的頻譜范圍”在此情況下既意味著要轉(zhuǎn)換的波長(zhǎng)或第一波長(zhǎng)范圍的電磁輻射(也即初級(jí)輻射)，也意味著要通過轉(zhuǎn)換得到的波長(zhǎng)或第一波長(zhǎng)范圍的電磁輻射(也即次級(jí)輻射)。
[0018]轉(zhuǎn)換劑可以是基于降頻轉(zhuǎn)換的無機(jī)發(fā)光物質(zhì)。優(yōu)選地，該轉(zhuǎn)換劑利用摻雜了鈰或銪的發(fā)光物質(zhì)構(gòu)成。所述轉(zhuǎn)換的效率可能與溫度相關(guān)，尤其是該效率隨著溫度上升可能下降。轉(zhuǎn)換劑例如是粉末狀。與基體材料相同，該轉(zhuǎn)換劑在相關(guān)的頻譜范圍中能抵抗光損傷。
[0019]按照轉(zhuǎn)換元件的至少一種實(shí)施方式，轉(zhuǎn)換層包含陶瓷材料或通過由陶瓷材料制成的層構(gòu)成，該陶瓷材料具有用作轉(zhuǎn)換劑的陶瓷性轉(zhuǎn)換物質(zhì)。
[0020]陶瓷性轉(zhuǎn)換物質(zhì)例如可以具有下面的用于轉(zhuǎn)換的材料中的至少一種或多種或者由下面的材料中的一種或多種構(gòu)成:用稀土金屬摻雜的石榴石、用稀土金屬摻雜的堿土金屬硫化物、用稀土金屬摻雜的硫代鎵酸鹽、用稀土金屬摻雜的鋁酸鹽、用稀土金屬摻雜的硅酸鹽如正硅酸鹽、用稀土金屬摻雜的氯硅酸鹽、用稀土金屬摻雜的堿土金屬氮化硅、用稀土金屬摻雜的氮氧化物和用稀土金屬摻雜的氮氧化鋁、用稀土金屬摻雜的氮化硅、塞隆。
[0021]在優(yōu)選的實(shí)施方式中，作為陶瓷性轉(zhuǎn)換物質(zhì)尤其是可以使用石榴石、如釔鋁石榴石(YAG )、镥鋁石榴石(LuAG )和鋱鋁氧化物(TAG )。
[0022]在其它優(yōu)選的實(shí)施方式中，用于陶瓷性轉(zhuǎn)換物質(zhì)的材料例如可以用下面的催化劑之一來?yè)诫s:鋪、銪、釹、鋪、鉺、鐠、衫、猛。針對(duì)可能摻雜的陶瓷性轉(zhuǎn)換物質(zhì)的純示例性的有鈰摻雜的釔鋁石榴石、鈰摻雜的镥鋁石榴石、銪摻雜的正硅酸鹽以及銪摻雜的氮化物。
[0023]按照轉(zhuǎn)換元件的至少一種實(shí)施方式，反射層至少關(guān)于次級(jí)輻射是反射性的。由此，次級(jí)輻射被定向到朝向散射層的背離轉(zhuǎn)換層的一側(cè)的空間角區(qū)域中。
[0024]優(yōu)選的是，初級(jí)輻射的被散射的部分和次級(jí)輻射分別蓋住朝向散射層的背離轉(zhuǎn)換層的一側(cè)的足夠大的空間角區(qū)域。此外優(yōu)選的是，初級(jí)輻射的被散射的部分的空間角區(qū)域強(qiáng)烈地覆蓋次級(jí)輻射的空間角區(qū)域并且理想地與次級(jí)輻射的空間角區(qū)域一致。
[0025]按照轉(zhuǎn)換元件的至少一種實(shí)施方式規(guī)定:轉(zhuǎn)換層被構(gòu)造用于，將全部投射到該轉(zhuǎn)換層上的初級(jí)輻射或該初級(jí)輻射的至少大于95%的部分轉(zhuǎn)換成次級(jí)輻射。這可以通過轉(zhuǎn)換劑的合適的濃度或者通過轉(zhuǎn)換層的足夠的層厚來實(shí)現(xiàn)。
[0026]按照轉(zhuǎn)換兀件的至少一種實(shí)施方式規(guī)定:散射層包含基體材料，大量散射兀件嵌入所述基體材料中。如果初級(jí)輻射沿著確定的入射方向投射到大量散射元件上，那么就產(chǎn)生了散射射束，這些散射射束被輻射到朝向散射層的背離轉(zhuǎn)換層的一側(cè)的有限的、足夠大的空間角區(qū)域中。
[0027]按照轉(zhuǎn)換元件的至少一種實(shí)施方式規(guī)定:散射元件被反射涂敷，例如用如銀的金屬。
[0028]按照轉(zhuǎn)換元件的至少一種實(shí)施方式規(guī)定:散射元件的平均大小大于初級(jí)輻射的波長(zhǎng)。由此主要地得到與初級(jí)輻射的入射方向相反的射束波瓣。
[0029]按照轉(zhuǎn)換元件的至少一種實(shí)施方式規(guī)定:在散射層的背離轉(zhuǎn)換層的一側(cè)上布置有抗反射層。由此，實(shí)現(xiàn)了對(duì)定向的被反射的初級(jí)輻射的抑制。
[0030]按照轉(zhuǎn)換元件的至少一種實(shí)施方式規(guī)定:在反射層的背離轉(zhuǎn)換層的一側(cè)上布置有熱沉。
[0031]按照轉(zhuǎn)換元件的至少一種實(shí)施方式規(guī)定:反射層以其背離轉(zhuǎn)換層的一側(cè)布置在導(dǎo)熱的載體上或者該反射層通過導(dǎo)熱載體的反射性涂層構(gòu)成。
[0032]按照轉(zhuǎn)換元件的至少一種實(shí)施方式規(guī)定:散射元件球形地構(gòu)造。
[0033]按照轉(zhuǎn)換元件的至少一種實(shí)施方式規(guī)定:散射元件具有不同于散射層的基體材料折射率的折射率。這樣，在散射元件和基體材料之間的光學(xué)折射率的差別例如可以大于或等于0.1、優(yōu)選大于或等于0.2、尤其大于或等于0.4。
[0034]按照轉(zhuǎn)換元件的至少一種實(shí)施方式規(guī)定:散射層包括具有彼此不同折射率的第一和第二子層，其中在第一和第二子層之間的界面被粗糙化或者第一和第二子層具有互補(bǔ)的結(jié)構(gòu)化部。
[0035]按照轉(zhuǎn)換元件的至少一種實(shí)施方式規(guī)定:將所述結(jié)構(gòu)化部的至少之一構(gòu)造為梳狀。
[0036]按照轉(zhuǎn)換元件的至少一種實(shí)施方式規(guī)定:散射層包括波長(zhǎng)選擇性反射鏡層，其針對(duì)初級(jí)輻射部分反射性地并且針對(duì)次級(jí)輻射可透射地作用。例如，初級(jí)輻射強(qiáng)度的10%至50%之間可以被波長(zhǎng)選擇性反射鏡層所反射。
[0037]在初級(jí)輻射包括第一波長(zhǎng)和與其不同的第二波長(zhǎng)的電磁輻射的情況下，該波長(zhǎng)選擇性反射鏡層可以被構(gòu)造為使得其對(duì)于初級(jí)輻射的僅僅包括第一波長(zhǎng)的電磁輻射的第一部分是可透射的并且對(duì)于初級(jí)輻射的僅僅包括第二波長(zhǎng)的電磁輻射的第二部分反射性地作用。按照轉(zhuǎn)換元件的至少一種實(shí)施方式規(guī)定:波長(zhǎng)選擇性反射鏡層布置在第二子層和轉(zhuǎn)換層之間。
[0038]按照轉(zhuǎn)換元件的至少一種實(shí)施方式，波長(zhǎng)選擇性反射鏡層具有大量子面，它們相對(duì)于波長(zhǎng)選擇性反射鏡層的主延伸平面傾斜并且與該主延伸平面圍成大量不同的角度。關(guān)于所述角度，子面統(tǒng)計(jì)上可以分布在整個(gè)主面上，但是它們也可以具有明確定義的、與主延伸平面上的位置相關(guān)的角度分布。典型地，子面的平均大小比波長(zhǎng)選擇性反射鏡層的以下區(qū)域的直徑小得多:初級(jí)輻射投射在所述區(qū)域上。
[0039]如果初級(jí)輻射沿著確定的入射方向投射到這種結(jié)構(gòu)化的面上，則產(chǎn)生反射射束，這些反射射束被輻射到朝向散射層的背離轉(zhuǎn)換層的一側(cè)的有限的、足夠大的空間角區(qū)域中。因此，波長(zhǎng)選擇性反射鏡層用作按照上述定義的散射層。
[0040]在此如果入射方向與波長(zhǎng)選擇性反射鏡層的主延伸平面構(gòu)成角度α，則優(yōu)選的是，子面的大量不同角度關(guān)于角度
α/2對(duì)稱地分布。通過這種方式，散射的初級(jí)輻射具有關(guān)于波長(zhǎng)選擇性反射鏡層的主延伸平面的法線對(duì)稱的強(qiáng)度分布。
[0041 ] 此外還說明了一種發(fā)光裝置。
[0042]按照至少一種實(shí)施方式，該發(fā)光裝置包括至少一個(gè)按照上面所述的實(shí)施方式中一個(gè)或多個(gè)的轉(zhuǎn)換元件以及至少一個(gè)半導(dǎo)體芯片，該半導(dǎo)體芯片可以被構(gòu)造為激光二極管、發(fā)光二極管或熒光二極管，其中由半導(dǎo)體芯片發(fā)射的輻射至少部分地到達(dá)轉(zhuǎn)換元件并且由半導(dǎo)體芯片發(fā)射的輻射可以例如通過降頻轉(zhuǎn)換而至少部分地被轉(zhuǎn)換為較低頻率的輻射。這種發(fā)光裝置可以用高的光功率運(yùn)行。
[0043]按照該發(fā)光裝置的至少一種實(shí)施方式，將半導(dǎo)體芯片設(shè)立為用于發(fā)射具有在包含端值的400nm至485nm之間波長(zhǎng)的初級(jí)福射,該初級(jí)福射投射到轉(zhuǎn)換元件上。
[0044]按照該發(fā)光裝置的至少一種實(shí)施方式，半導(dǎo)體芯片和轉(zhuǎn)換元件空間上相互分離。半導(dǎo)體芯片和轉(zhuǎn)換元件例如可以安裝在共同的熱沉上，但是相互之間具有一定的空間距離。這特別是在以下情況下是可能的，即半導(dǎo)體芯片被構(gòu)造為激光二極管并且由激光二極管發(fā)射的光通過一定的路程大致自振蕩地被引導(dǎo)至轉(zhuǎn)換元件。因?yàn)榧す庥绕淇梢员环浅：玫販?zhǔn)直，因此半導(dǎo)體芯片和轉(zhuǎn)換元件可以相互隔得比在發(fā)光二極管的情況下明顯更遠(yuǎn)。例如，半導(dǎo)體芯片和轉(zhuǎn)換元件相隔至少五毫米，優(yōu)選至少十毫米。通過空間上分離半導(dǎo)體芯片和轉(zhuǎn)換元件也可以實(shí)現(xiàn)這兩個(gè)組件相互之間的熱去耦。
[0045]按照該發(fā)光裝置的至少一種實(shí)施方式，該光電子半導(dǎo)體芯片是高功率二極管。也即，該半導(dǎo)體芯片具有至少一瓦特的電功率消耗。代替地或附加地，耦合輸入到轉(zhuǎn)換元件中的要轉(zhuǎn)換的輻射的光功率為大于lOOmW，尤其是大于300mW。在使用高功率二極管時(shí)，可以通過該轉(zhuǎn)換元件來實(shí)現(xiàn)緊湊的結(jié)構(gòu)，因?yàn)闊岜挥行У貜霓D(zhuǎn)換元件中排出。
[0046]按照該發(fā)光裝置的至少一種實(shí)施方式，半導(dǎo)體芯片和轉(zhuǎn)換元件被安裝在構(gòu)造為熱沉的襯底上。
[0047]此外，說明了一種用于制造上面描述的轉(zhuǎn)換元件的方法。
[0048]按照至少一種實(shí)施方式，該方法包括下面的方法步驟:提供散射層并且將該散射層與轉(zhuǎn)換層和反射層連接。按照該方法的至少一種實(shí)施方式規(guī)定:提供散射層包括下面的方法步驟:提供帶有波長(zhǎng)選擇性反射鏡層的透明的第一載體元件，將帶有大量散射元件的流體的基體材料施加到透明的第一載體元件上，提供帶有抗反射層的透明的第二載體元件，將透明的第二載體元件施加到該流體的基體材料上，并且進(jìn)行硬化。
[0049]可選地，可以在載體元件之一中在暴露于初級(jí)輻射的區(qū)域之外設(shè)置孔以避免氣泡。代替地，也可以有目的地將氣泡引入到基體材料中，這些氣泡用作散射元件。按照該方法的至少一種實(shí)施方式規(guī)定:提供散射層包括下面的方法步驟:提供帶有抗反射層的透明的第一載體元件，施加尤其是包含Si02、Si3N3、IT0、Ta05、Al203、氧化鋯或ZnO的第一電介質(zhì)，其中該電介質(zhì)具有粗糙的表面或者事后被粗糙化或者被結(jié)構(gòu)化，施加第二電介質(zhì)，尤其是通過磨光、研磨或者化學(xué)機(jī)械磨光來對(duì)第二電介質(zhì)進(jìn)行平坦化，并且施加波長(zhǎng)選擇性反射鏡層。
[0050]第一電介質(zhì)的結(jié)構(gòu)化可以利用光掩?；驂河〖夹g(shù)來實(shí)現(xiàn)，其中優(yōu)選要避免衍射柵格。
[0051]代替地也可以疊置地布置多個(gè)所描述的層序列。也可能的是，實(shí)現(xiàn)層的外延生長(zhǎng)和在層之間的生長(zhǎng)模式從3D生成到2D生長(zhǎng)的改變。所描述的方法步驟可以分離地實(shí)施或者也可以以相反的順序?qū)嵤?br> [0052]在轉(zhuǎn)換元件的表面上可以附加地布置粗糙化結(jié)構(gòu)，例如針狀的尖部，它們通過多重反射提高初級(jí)輻射的耦合輸入并且改善次級(jí)輻射的耦合輸出。
[0053]在其中可以應(yīng)用這里描述的轉(zhuǎn)換元件或發(fā)光裝置的幾個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域例如是顯示器或顯示裝置的發(fā)光裝置，尤其是也在汽車領(lǐng)域。此外，這里描述的轉(zhuǎn)換元件和發(fā)光裝置也可以應(yīng)用在用于投影目的的照明裝置中，應(yīng)用在探照燈、汽車前大燈或光輻射器或一般性照明裝置中。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0054]下面借助實(shí)施例進(jìn)一步闡述這里描述的轉(zhuǎn)換元件以及這里描述的發(fā)光裝置。在此，在各個(gè)圖中相同的參考標(biāo)記說明相同的元件。但是不按比例地描繪關(guān)系，而是可以為了更好的理解而過大地描繪各個(gè)元件。
[0055]其中:
圖1示出由現(xiàn)有技術(shù)已知的轉(zhuǎn)換元件，
圖2示意性示出轉(zhuǎn)換元件的第一實(shí)施例，以及圖3至6示出根據(jù)不同實(shí)施例的轉(zhuǎn)換元件的散射層的示意性細(xì)節(jié)視圖。

【具體實(shí)施方式】
[0056]在圖2中示意性示出轉(zhuǎn)換元件10的第一實(shí)施例。該轉(zhuǎn)換元件10具有散射層12、反射層14、和布置在散射層12和反射層14之間的轉(zhuǎn)換層16。反射層14以其背離轉(zhuǎn)換層16的一側(cè)布置在導(dǎo)熱的載體32上。此外，在散射層12的背離轉(zhuǎn)換層16的一側(cè)上布置有抗反射層30。
[0057]被構(gòu)造為激光二極管的半導(dǎo)體芯片44發(fā)射例如帶有在包括端值的400nm至485nm之間的波長(zhǎng)的初級(jí)輻射18，該初級(jí)輻射沿著入射方向17分布并且投射到轉(zhuǎn)換元件10上。散射層12被構(gòu)造用于，允許由背離轉(zhuǎn)換層16的一側(cè)投射到該散射層上的初級(jí)輻射18的第一部分20穿透至轉(zhuǎn)換層16中并且將投射到該散射層上的初級(jí)輻射18的第二部分22朝向散射層12的背離轉(zhuǎn)換層16的一側(cè)散射并且在此情況下將該第二部分轉(zhuǎn)向到有限的、足夠大的空間角區(qū)域中。
[0058]轉(zhuǎn)換層16包含透明的基體材料24，例如硅酮或陶瓷，至少一種轉(zhuǎn)換劑25嵌入該基體材料中。所述轉(zhuǎn)換劑25 (例如含鈰或銪的發(fā)光物質(zhì))吸收在UV頻譜范圍或在藍(lán)色頻譜范圍中的光。通過發(fā)熒光，在較大波長(zhǎng)、例如在黃色或紅色頻譜范圍中的波長(zhǎng)情況下實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換劑25的再發(fā)射，由此得到次級(jí)輻射19，其在圖2中通過虛線箭頭表示。優(yōu)選的是，初級(jí)輻射18的被散射的部分22和次級(jí)輻射19蓋住朝向散射層12的背離轉(zhuǎn)換層16的一側(cè)的大致相同大小的空間角區(qū)域，使得產(chǎn)生無顏色邊緣的混合色光。
[0059]反射層14至少關(guān)于次級(jí)輻射19反射性地作用并且被設(shè)置用于反射朝著導(dǎo)熱載體32所發(fā)射的次級(jí)輻射19并且由此將該次級(jí)輻射從轉(zhuǎn)換元件10中耦合輸出。
[0060]在圖3中示意性示出轉(zhuǎn)換元件10的第一實(shí)施例的散射層12的細(xì)節(jié)視圖。散射層12在此情況下包含透明的基體材料26，例如硅酮，在該基體材料中嵌入大量球形構(gòu)造的散射元件28，這些散射元件的平均大小大于初級(jí)輻射18的波長(zhǎng)，以便得到主要與入射方向17平行的和反平行的射束波瓣。
[0061]散射元件28可以被反射涂敷，例如用銀。通過被反射涂敷的散射元件28的非平坦表面，初級(jí)輻射22的確定部分被反射到朝向散射層12的背離的轉(zhuǎn)換層16的一側(cè)的有限、足夠大的空間角區(qū)域中并且由此在
【發(fā)明內(nèi)容】
部分中所述的定義的意義上被散射。
[0062]另一方面散射元件28可以具有折射率，其區(qū)別于散射層12的基體材料26的折射率。這樣，在散射元件28和基體材料26之間的光學(xué)折射率的差別例如可以大于或等于0.1、優(yōu)選大于或等于0.2、尤其大于或等于0.4。根據(jù)散射元件28是具有小于還是大于基體材料26的折射率，在散射元件28的外側(cè)或內(nèi)側(cè)上進(jìn)行初級(jí)輻射18的反射。通過散射元件28的不平坦的外側(cè)或內(nèi)側(cè)，初級(jí)輻射22的確定部分被反射到朝向散射層12的背離轉(zhuǎn)換層16的一側(cè)的有限、足夠大的空間角區(qū)域中并且由此在
【發(fā)明內(nèi)容】
部分中所述的定義的意義上被散射。在未示出的第二實(shí)施例中，在轉(zhuǎn)換層16和散射層12之間布置有波長(zhǎng)選擇性、介電的反射鏡層，其對(duì)于初級(jí)輻射是部分反射性的并且對(duì)于次級(jí)輻射是透射的。例如初級(jí)輻射18的強(qiáng)度的10%至50%可以通過波長(zhǎng)選擇性反射鏡層被反射。波長(zhǎng)選擇性反射鏡層在該情況下至少部分地定義初級(jí)輻射的被散射的部分22。
[0063]在圖4中示意性示出了轉(zhuǎn)換元件10的第三實(shí)施例的散射層12的細(xì)節(jié)視圖。散射層12在此情況下包括具有彼此不同折射率的第一和第二子層34、36，其中在第一和第二子層34、36之間的界面被粗糙化。由此，形成大量相對(duì)于子層34、36的主延伸平面傾斜并且與該主延伸平面圍成大量不同角度的子面。在轉(zhuǎn)換層16和第二子層36之間布置有波長(zhǎng)選擇性、介電的反射鏡層42，其對(duì)于初級(jí)輻射18是部分反射性的并且對(duì)于次級(jí)輻射19是透射的。初級(jí)輻射18強(qiáng)度的又例如10%至50%可以被波長(zhǎng)選擇性反射鏡層42反射。如果初級(jí)輻射18投射到在第一和第二子層34、36之間的界面上，則初級(jí)輻射18在不同角度下折射并且在這些角度下投射到波長(zhǎng)選擇性反射鏡層42上。該反射鏡層42將部分射束的確定部分反射回到第一和第二子層34、36之間的界面，這些部分射束在那里在不同角度下被重新折射。最后，這些部分射束被輻射到朝向散射層的背離的轉(zhuǎn)換層16的一側(cè)的有限、足夠大的空間角區(qū)域中。因此，第一和第二子層34、36以及波長(zhǎng)選擇性反射鏡層42的組合用作按照在
【發(fā)明內(nèi)容】
部分中所述定義的散射層。
[0064]在圖5中示意性示出轉(zhuǎn)換元件10的第四實(shí)施例的散射層12的細(xì)節(jié)視圖，該第四實(shí)施例與第三實(shí)施例的區(qū)別在于:第一和第二子層34、36具有互補(bǔ)的、規(guī)則的結(jié)構(gòu)化部38、40，這些結(jié)構(gòu)化部例如可以梳狀地被構(gòu)造。
[0065]在圖6中示意性示出轉(zhuǎn)換元件10的第五實(shí)施例的散射層12的細(xì)節(jié)視圖，該第五實(shí)施例與第三實(shí)施例的區(qū)別在于:第二子層36本身以波長(zhǎng)選擇性反射鏡層42的形式構(gòu)造。
[0066]通過粗糙化，波長(zhǎng)選擇性反射鏡層42具有大量子面，這些子面相對(duì)于波長(zhǎng)選擇性反射鏡層42的主延伸平面傾斜并且與該主延伸平面圍成大量不同的角度。如在
【發(fā)明內(nèi)容】
部分中所描述的，由此波長(zhǎng)選擇性反射鏡層42用作按照在
【發(fā)明內(nèi)容】
部分中所述定義的散射層。
[0067]本發(fā)明不通過借助實(shí)施例的描述而限制于這些實(shí)施例。而是本發(fā)明包括每個(gè)新的特征以及特征的每種組合，這尤其是包含權(quán)利要求中的特征的每種組合，即使該特征或該組合本身沒有明確在權(quán)利要求或?qū)嵤├屑右哉f明。
【權(quán)利要求】
1.轉(zhuǎn)換元件(10)，包括 -散射層(12)， -反射層(14),和 -布置在散射層(12)和反射層(14)之間的轉(zhuǎn)換層(16);其中 -散射層(12)被構(gòu)造用于允許由背離轉(zhuǎn)換層(16)的一側(cè)投射到該散射層上的初級(jí)輻射(18)的第一部分(20)穿透到轉(zhuǎn)換層(16)中并且將投射到該散射層上的初級(jí)輻射(18)的第二部分(22)朝向散射層(12)的背離轉(zhuǎn)換層(16)的一側(cè)散射， -轉(zhuǎn)換層(16)包括至少一種轉(zhuǎn)換劑(25)，該轉(zhuǎn)換劑被構(gòu)造用于將初級(jí)輻射(18)的第一部分的至少一部分轉(zhuǎn)換成具有與初級(jí)輻射(18)不同的、更大波長(zhǎng)的次級(jí)輻射(19)，并且其中 -反射層(14)至少關(guān)于次級(jí)輻射(19)反射性地作用。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)換元件(10)，其中該散射層(12)包含基體材料(26)，大量散射元件(28)嵌入所述基體材料中。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的轉(zhuǎn)換元件(10)，其中所述散射元件(28)具有反射涂層。
4.根據(jù)之前兩個(gè)權(quán)利要求之一所述的轉(zhuǎn)換元件(10)，其中所述散射元件(28)的平均大小大于初級(jí)輻射(18)的波長(zhǎng)。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的轉(zhuǎn)換元件(10)，其中在散射層(12)的背離轉(zhuǎn)換層(16)的一側(cè)上布置有抗反射層(30)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2至5之一所述的轉(zhuǎn)換元件(10)，其中所述散射元件(28)球形地構(gòu)造。
7.根據(jù)權(quán)利要求2至6之一所述的轉(zhuǎn)換元件(10)，其中散射元件(28)具有不同于散射層(12)的基體材料(26)折射率的折射率。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的轉(zhuǎn)換元件(10)，其中散射層(12)包括具有彼此不同折射率的第一和第二子層(34，36)，其中在第一和第二子層之間的界面被粗糙化或者第一和第二子層(34，36 )具有互補(bǔ)的結(jié)構(gòu)化部(38，40 )。
9.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的轉(zhuǎn)換元件(10)，其中所述散射層(12)包括波長(zhǎng)選擇性反射鏡層(42)，該波長(zhǎng)選擇性反射鏡層針對(duì)初級(jí)反射(18)部分反射性地以及針對(duì)次級(jí)輻射(19 )可透射地作用。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的轉(zhuǎn)換元件(10)，其中所述波長(zhǎng)選擇性反射鏡層(42)布置在第二子層和轉(zhuǎn)換層(16)之間。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的轉(zhuǎn)換元件(10)，其中波長(zhǎng)選擇性反射鏡層(42)具有大量子面，這些子面相對(duì)于波長(zhǎng)選擇性反射鏡層(42)的主延伸平面傾斜并且與該主延伸平面圍成大量不同的角度。
12.具有至少一個(gè)根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的轉(zhuǎn)換元件(10)和至少一個(gè)構(gòu)造為激光二極管或發(fā)光二極管的半導(dǎo)體芯片(44)的發(fā)光裝置(100)，其中由半導(dǎo)體芯片(44)發(fā)射的電磁輻射能夠被轉(zhuǎn)換元件(10)至少部分地轉(zhuǎn)換成較低頻率的輻射。
13.用于制造根據(jù)前述權(quán)利要求之一的轉(zhuǎn)換元件(10)的方法，該方法包括下面的方法步驟: -提供散射層(12)，并且 -將該散射層(12 )與轉(zhuǎn)換層(16 )和反射層(14 )連接。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中提供散射層(12)包括下面的方法步驟: -提供帶有波長(zhǎng)選擇性反射鏡層的透明的第一載體元件， -將帶有大量散射元件(28)的流體的基體材料(26)施加到透明的第一載體元件上， -提供帶有抗反射層(30)的透明的第二載體元件， -將透明的第二載體元件施加到流體的基體材料(26)上，并且 -進(jìn)行硬化。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中提供散射層(12)包括下面的方法步驟: -提供帶有抗反射層(30)的透明的第一載體元件， -施加尤其是包含3102、5“乂、11'0、了&05、41203、氧化鋯或2110的第一電介質(zhì)，其中該電介質(zhì)具有粗糙的表面或者事后被粗糙化或者被結(jié)構(gòu)化， -施加第二電介質(zhì)， -尤其是通過磨光、研磨或者化學(xué)機(jī)械磨光來對(duì)第二電介質(zhì)進(jìn)行平坦化，并且 -施加波長(zhǎng)選擇性反射鏡層。
【文檔編號(hào)】H01L33/44GK104136830SQ201380011707
【公開日】2014年11月5日 申請(qǐng)日期:2013年2月22日 優(yōu)先權(quán)日:2012年2月29日
【發(fā)明者】U.施特勞斯 申請(qǐng)人:奧斯蘭姆奧普托半導(dǎo)體有限責(zé)任公司