(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ビーム放射性のチップ（２）を有する発光変換ＬＥＤであって、
該発光変換ＬＥＤは、白色ＬＥＤであり、
前記チップの一次ビームは青色であり、
変換エレメントによって少なくとも部分的に長波長のビームに変換され、
前記変換エレメントは、２つの発光物質の別個の配置によって形成され、それら発光物質のうち第１の発光物質は赤色を放射しかつチップの近くに配置されており、第２の発光物質が黄色から緑色を放射しかつチップから離れて取り付けられている形式の発光変換ＬＥＤにおいて、
前記チップは、４５０ないし４８０ｎｍのピーク波長を有しており、
前記第１の発光物質からなるチップ近傍層だけが前記チップに直接取り付けられており、
前記チップ近傍層の層厚は、１０ないし４０μｍであって、前記一次ビームが部分的に当該チップ近傍層を通過し、
前記第２の発光物質は注形材料に均質に拡散されており、該注形材料の層厚は２００μｍないし５００μｍであり、当該第２の発光物質の平均粒度は、５から１２μｍであり、
前記第１の発光物質の吸収は、前記第２の発光物質の放射と重なっている、ことを特徴とするＬＥＤ。
【請求項２】
請求項１記載のＬＥＤにおいて、
前記第１の発光物質は５９０から６８０ｎｍのピーク波長を有し、６０から１３０ｎｍの半値幅を有する、ことを特徴とするＬＥＤ。
【請求項３】
請求項１または２記載のＬＥＤにおいて、
前記第２の発光物質は４９０から５８０ｎｍのピーク波長を有し、３０から１３５ｎｍの半値幅を有する、ことを特徴とするＬＥＤ。
【請求項４】
請求項１から３までのいずれか１項に記載のＬＥＤにおいて、
前記チップは４５０から４７０ｎｍの波長を有する、ことを特徴とするＬＥＤ。
【請求項５】
請求項１から４までのいずれか１項に記載のＬＥＤにおいて、
ＬＥＤはケーシングにより包囲されており、前記チップ（２）は前記ケーシングの凹設部（５）に配置されている、ことを特徴とするＬＥＤ。
【請求項６】
請求項１から５までのいずれか１項に記載のＬＥＤにおいて、
前記チップは薄膜層からなり、放射する一次ビームおよび二次ビームに対するリフレクタを有する、ことを特徴とするＬＥＤ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
技術分野
本発明は請求項１の上位概念に記載の発光変換ＬＥＤに関する。ここではとりわけ、変換効率の高いＬＥＤが取り扱われる。
【０００２】
従来の技術
US-A6686691から発光変換ＬＥＤが公知であり、このＬＥＤでは一次光源として青色チップが使用される。青色を吸収し、緑色と赤色を放射する２つの発光物質を備える発光物質層がチップに前置接続されている。しかしここでは２つの発光物質が樹脂内に均一に分散されており、このことは不所望の作用を引き起こす。従って２つの基準、「高効率」と「良好な色再現」を同時に満たすことは不可能である。高い色再現性を達成するためには、本来、波長の短い緑色発光物質を使用しなければならないが、この緑色発光物質は赤色発光物質の強い吸収によってシフトされる。または赤色発光物質をできるだけ長波長へシフトしなければならない。両方の解決手段は効率を制限する。すなわち第１の場合には高い吸収によって、第２の場合には赤色ビーム成分の視覚的に非効率的な使用によって。
【０００３】
WO 00/33390から発光変換ＬＥＤが公知であり、このＬＥＤでは一次光源として青色チップが使用される。青色を吸収し、緑色と赤色を放射する２つの発光物質を備える発光物質層がチップに前置接続されている。２つの発光物質は混合物として、または別個の層として使用することができる。
【０００４】
US-B 6642652およびUS-B 6696703から発光変換ＬＥＤが公知であり、このＬＥＤでは一次光源として青色チップが使用される。青色を吸収し、緑色と赤色を放射する２つの発光物質がチップに前置接続されている。ここでは赤色発光物質がサブストレートに直接取り付けられており、緑色発光物質はその上に直接配置されている。
【０００５】
US 2004/169181から、発光物質を備える薄膜ＬＥＤが公知である。
【０００６】
発明の開示
本発明の課題は、請求項１記載の上位概念に記載の発光変換ＬＥＤが高い変換効率を有するように構成することである。
【０００７】
この課題は、請求項１の特徴部分に記載の構成により解決される。従属請求項には殊に有利な実施形態が示されている。
【０００８】
本発明によれば、２つの発光物質を備えるＬＥＤを製造するための技術思想が提供される。これによれば、発光物質放射の相互吸収が標準的注形樹脂ＬＥＤに対して有意に低減される。以下の適用に関連する問題はこのことによって解決される：非常に色再現性が良好なＬＥＤを作製するためには、１つ以上の発光物質を使用することが必要である。一般的には赤色発光物質と緑色発光物質が必要である。特に有利には赤色発光物質（とりわけ青色一次ＬＥＤの場合）はＥｕ2+アクティベート化合物、例えば（Ｓｒ，Ｃａ）2Ｓｉ5Ｎ8：Ｅｕ2+（赤色）またはＣａＳｉＡｌＮ3：Ｅｕ2+である。この発光物質は、その吸収性が橙黄スペクトル領域まで入り込んでいるという特性を有する。ここで吸収は、波長が長くなるにつれ減少する。このような赤色発光物質を緑色発光物質または黄色発光物質と型内で組み合わせると、２つの発光物質が樹脂内で均一に拡散され、赤色発光物質は緑色／黄色発光物質の放射を吸収する。このとき短波長の成分は長波長の成分よりも強く吸収される。緑色／黄色発光物質の効率的放射は比較的長波長になる。さらにこの吸収プロセスは、ＬＥＤの効率を悪化させる。なぜなら、吸収された光は完全には赤色発光光に変換されないからである。緑色放射ないし黄色放射の通常は不所望のシフトは一般的に、シフトがなければ期待できるであろう色再現性を悪化させる。
【０００９】
この問題に対する当然の解決アプローチは、薄膜ＬＥＤ２０の作製である。この薄膜ＬＥＤ２０は図４に示されており、チップ２３にまず赤色発光物質の層２１が、次に緑色発光物質の層２２が取り付けられる。これはUS6686691に記載されているのと同じである。しかしこの製造方法は実際には実施するのが困難であり、製造されたＬＥＤの色座標が大きく変動する。
【００１０】
これに対して本発明の方法により、非常に良好な色再現性を備える高効率のＬＥＤを製造することができ、このＬＥＤは加えて特に均質な放射特性を有する。
【００１１】
本発明による方法では、薄い、有利には最大で４０μｍ、とりわけ１０から４０μｍの厚さの、赤色発光物質からなるチップ近傍層（チップレベルコーティング／オンチップコーティングとして知られる）が短波長を放射するチップに直接取り付けられる。このチップはピーク波長が３００から４８０ｎｍの領域、すなわちＵＶから有利には青色ビーム領域にある。ここで前記層は、シルクスクリーン印刷または電気泳動法により取り付けることができる。このための種々の方法がUS-B6686691に詳しく記載されている。このようにして被層されたチップは、変換特性のある注形樹脂により直接鋳込まれるか、または標準的ケーシングに取り付けられ、その中に緑色発光物質ないしは黄色発光物質だけを含む樹脂が鋳込まれる。この構成では、第２発光物質の緑色ビームないしは黄色ビームが赤色発光物質に衝突する確率が、発光物質が均質に混合されている場合よりも格段に小さい。利点は、再吸収が減少し、ＬＥＤの効率が上昇することである。さらに、特に有利な発光物質、例えばガーネット（例えば良好な色再現性のために（Ｙ，Ｇｄ）3（Ａｌ，Ｇａ）5Ｏ12：Ｃｅ、Ｒａ＝８０＋）ないしはＳｒＳｉ2Ｏ2Ｎ2：Ｅｕ2+のようなアルカリ土類オキシニトリドシリケート（非常に良好な色再現性Ｒａ＝８５以上）の放射バンドがほとんどシフトされないことである。従って比較的に高い色再現指数Ｒａが高効率で達成される。
【００１２】
薄膜チップで使用されるデザインが有利である。この薄膜チップにはリフレクタが組み込まれており、後方散乱するビームが失われることがない。
【００１３】
図面の簡単な説明
次に、複数の実施例に基づき本発明について詳しく説明する。図面の簡単な説明：
図１は、白色光の光源（ＬＥＤ）として用いられる半導体構成素子を示す。
図２は、半導体構成素子の別の実施例を示す。
図３は、第１発光物質と第２発光物質の吸収特性および放射特性を概略的に示す線図である。
図４は、従来技術により半導体構成素子の実施例を示す。
【００１４】
本発明の有利な実施形態
白色ＬＥＤをＩｎＧａＮチップと共に使用するために、例えばUS 5 998 925に記載されたのと基本的に類似の構造を使用する。白色光のためのこの種の光源の構造は、図１に詳細に示されている。この光源は、第１の電気端子３と第２の電気端子４を備え、ピーク放射波長が４６０ｎｍであるＩｎＧａＮタイプの半導体構成素子１である。この半導体構成素子は光不透過性の基体ケーシング８の凹設部９の領域に埋め込まれている。一方の端子３は、ボンディングワイヤ１４を介してチップ２と接続されている。この凹設部は壁部１７を有し、この壁部１７はチップ２の青色一次ビームのためのリフレクタとして用いられる。赤色発光物質は薄膜層１１としてチップに直接取り付けられる。これは有利にはＭxＳｉyＮz：Ｅｕタイプのニトリドシリケートであり、Ｍ＝Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｚｎである。ここで有利にはｚ＝２／３ｘ ＋ ４／３ｙである。この発光物質は、例えばEP1153101（Eu-rot-LED）からそれ自体公知である。
【００１５】
層厚は有利には４０μｍより小さくすべきであり、とりわけ１０から３０μｍである。これは、青色ビームが部分的に層１１を通過することができることを保証にするために有利である。この凹設部９には注形材料５で充填されており、この注形材料は主成分としてシリコーンと緑色放射性または黄色放射性蛍光体顔料６とを含有する。この蛍光体顔料は第１実施形態では、有利にはガーネットタイプの黄色放射性であり、例えばＹＡＧ：Ｃｅである。択一的にはＴｂＡＧ：Ｃｅである。その代わりに蛍光体顔料は、有利にはオキシニトリドシリケートタイプの緑色放射性とすることもできる。具体的例はアルカリ土類Ｓｉｏｎ、とりわけＳｒＳｉ2Ｏ2Ｎ2：Ｅｕ2+であり、これによりＲａ＝８５以上の非常に良好な色再現性を達成することができる。有利には注形材料の厚さは２００μｍ以上、とりわけ約３００から５００μｍであり、緑放射性と黄色放射性の２つの発光物質ができるだけ均質にその中に分散されている。できるだけ均一な層厚を高効率でも保証するために、平均粒度ｄ５０が１５μｍ以下、とりわけ５から１２μｍの領域に選択されることが推奨される。この発光物質は、例えばEP-A1449264からそれ自体公知である。
【００１６】
図２は、半導体構成素子８の択一的実施形態を示す。この実施形態ではケーシングが使用されない。ここでは第２の発光物質６を備える注形材料５がケーシングなしでチップ２と赤色発光物質の薄い層１１の上に直接配置される。チップ２にはレフレクタ９が、それ自体公知のように組み込まれている。しかしこのリフレクタは、２つの発光物質を有する本発明のコンセプトと関連して特に有利に作用する。
【００１７】
ここでも赤色放射発光物質、通常はニトリドシリケートが第１の層１１を形成し、この第１の層はチップ２に直接取り付けられている。一方、緑色を放射する第２の発光物質６は、第１の細い層の上にさらに離れた第２の層として注形材料５内に取り付けられている。
【００１８】
図３によれば、青色励起可能な発光物質の典型的な放射および吸収特性が波長の関数として示されている。赤色発光物質の例は（Ｓｒ，Ｃａ）２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕであり、緑色発光物質の例はＳｒ−Ｓｉｏｎ：Ｅｕである。赤色発光物質の吸収Ｂは緑色放射Ｃと顕著に重なっている。しかし緑色発光物質Ａの吸収は赤色発光物質の放射Ｄとは重なっていない。従って、赤色発光物質がチップの上に直接取り付けられ、緑色−黄色発光物質が外側に広く分散された変換エレメントを形成すると効率が上昇する。ここでは２つの発光物質が、均質の混合物中にではなく別個にチップに前置接続されると効率が少なくとも２％だけ向上する。
【００１９】
２つの発光物質からなる別のシステムでは、赤色放射性のニトリドシリケートが緑黄色放射性のクロロシリケートを備える。適切なクロロシリケートは例えばDE-A10036940から公知である。
【００２０】
この原理は、特別の色を高効率で達成するためにも適用できる。この場合、赤色放射性発光物質と緑色から黄色までを放射する発光物質の混合物として作製される。この場合、チップはとりわけＵＶビームを放射することができる。
【００２１】
ＵＶ吸収性で、可視光放射性の発光物質はしばしば、ＵＶだけを吸収する特性を有する。従って相互吸収が発生しない。このことはとりわけチオ没食子酸塩および硫化物に当てはまる。青色吸収性の発光物質は、図３に示すように相互に吸収し合う傾向を有する。
【００２２】
典型的には、第１の赤色発光物質は５９０から６８０ｎｍのピーク波長を有し、６０から１３０ｎｍの半値幅を有する。典型的には第２の発光物質は４９０から５８０ｎｍのピーク波長を有し、３０から１３５ｎｍの半値幅を有する。とりわけ一次ビーム源としてＩｎＧａＮチップが使用され、そのピーク波長は４５０から４７０ｎｍである。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、白色光の光源（ＬＥＤ）として用いられる半導体構成素子を示す。
【図２】図２は、半導体構成素子の別の実施例を示す。
【図３】図３は、第１発光物質と第２発光物質の吸収特性および放射特性を概略的に示す線図である。
【図４】図４は、従来技術により半導体構成素子の実施例を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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