(57)【要約】  本発明は、波長変換を行う波長変換材料に関する。この波長変換材料は発光材料粒子を有する少なくとも１つの波長変換用材料を有しており、その際、発光材料の一部分または発光材料全体がナノ粒子の形態をとっている。さらに本発明は、この種の変換材料を備えた光放出光学素子およびこの種の光学素子の製造方法に関する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光材料粒子を有する少なくとも１つの波長変換発光材料を有する、波長変換用変換材料において、
前記発光材料の一部分または前記発光材料全体がナノ粒子の形態にあることを特徴とする波長変換用変換材料。
【請求項２】
請求項１記載の波長変換用変換材料において、
前記ナノ粒子はＱ3またはＱ0の測定で、１ｎｍよりも大きいかまたは１ｎｍと等しくかつ１００ｎｍよりも小さいかまたは１００ｎｍと等しいｄ50値を有することを特徴とする変換材料。
【請求項３】
請求項１または２記載の波長変換用変換材料において、
前記ナノ粒子はＱ3またはＱ0の測定で、１ｎｍよりも大きいかまたは１ｎｍと等しくかつ３０ｎｍよりも小さいかまたは３０ｎｍと等しいｄ50値を有することを特徴とする変換材料。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項記載の波長変換用変換材料において、
前記ナノ粒子は部分的にまたは完全に結合されてアグロメレートを成しており、該ナノ粒子はＱ3またはＱ0の測定で、１ｎｍよりも大きいかまたは１ｎｍと等しくかつ１００ｎｍよりも小さいかまたは１００ｎｍと等しいｄ50値を有することを特徴とする変換材料。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項記載の波長変換用変換材料において、
エポキシ注型樹脂、エポキシ樹脂成形体、アクリラート、シリコーン、熱可塑性樹脂のうち少なくとも１つの材料を有することを特徴とする変換材料。
【請求項６】
請求項５記載の波長変換用変換材料において、
エポキシ樹脂とアクリラートのうち少なくとも一方の材料とシリコーンとを有する少なくとも１つのハイブリッド材料を含んでいることを特徴とする変換材料。
【請求項７】
請求項５記載の波長変換用変換材料において、
ポリ−Ｎ−メチルメタクリルイミド（ＰＭＭＩ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリスチレン（ＰＳ）、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）、コポリマー（ＣＯＣ）から成るグループのうち少なくとも１つの熱可塑性樹脂を有することを特徴とする変換材料。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項記載の波長変換用変換材料において、
少なくとも１つの無機マトリックス材料を有することを特徴とする変換材料。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１項記載の波長変換用変換材料において、
前記発光材料は、Ｑ3またはＱ0の測定で０．１μｍよりも大きく２５μｍ以下のｄ50値をもつ発光材料粒子を付加的に有しており、またはこの種の発光材料粒子をもつ別の発光材料を有することを特徴とする変換材料。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか１項記載の波長変換用変換材料において、
前記発光材料は、Ｑ3またはＱ0の測定で５μｍ以上２０μｍ以下のｄ50値をもつ発光材料粒子を付加的に有しており、またはこの種の発光材料粒子をもつ別の発光材料を有することを特徴とする変換材料。
【請求項１１】
請求項５記載の波長変換用変換材料において、
少なくとも１つの付加架橋性のシリコーンを有することを特徴とする変換材料。
【請求項１２】
請求項１１記載の波長変換用変換材料において、
前記シリコーンは熱硬化性または光硬化性であることを特徴とする変換材料。
【請求項１３】
請求項１から１２のいずれか１項記載の波長変換用変換材料において、
前記発光材料には少なくとも、希土類でドーピングされたガーネット、希土類でドーピングされたチオガレート、希土類でドーピングされたアルミン酸塩または希土類でドーピングされたオルトケイ酸塩のグループから成る発光材料粒子、または希土類、Ｍｎ、ＡｇおよびＣｒから成るグループによる少なくとも１つの活性剤を伴う酸化主格子を有する発光材料粒子が含まれていることを特徴とする変換材料。
【請求項１４】
請求項１から１３のいずれか１項記載の波長変換用変換材料において、
前記発光材料粒子はランタニド、マンガン、クロム、銀またはウラニルという元素を活性剤イオンとして有することを特徴とする変換材料。
【請求項１５】
請求項１から１４のいずれか１項記載の波長変換用変換材料において、
少なくとも２つの異なる発光材料が含まれており、該発光材料は部分的にまたは完全にナノ粒子の形態にあることを特徴とする変換材料。
【請求項１６】
請求項１から１４のいずれか１項記載の波長変換用変換材料において、
少なくとも２つの異なる発光材料が含まれており、該発光材料のうち１つの発光材料だけが部分的にまたは完全にナノ粒子の形態にあることを特徴とする変換材料。
【請求項１７】
請求項１から１６のいずれか１項記載の波長変換用変換材料において、
ナノ粒子の形態をとる少なくとも１つの無機発光材料と少なくとも１つの有機材料が含まれていることを特徴とする変換材料。
【請求項１８】
請求項１から１７のいずれか１項記載の波長変換用変換材料において、
光により励起不可能な散乱粒子が含まれており、該散乱粒子はＱ3またはＱ0の測定で１００ｎｍよりも大きくかつ１０μｍ以下のｄ50値を有することを特徴とする変換材料。
【請求項１９】
請求項１から１８のいずれか１項記載の波長変換用変換材料において、
ナノ粒子の形態にある前記発光材料には、主格子材料の同じ構成部分を有するかまたはそれぞれ異なる活性剤濃度をもつ同じ活性材料をもつ同じ主格子材料を有する同種の粒子が含まれていることを特徴とする変換材料。
【請求項２０】
請求項１９記載の波長変換用変換材料において、
前記同種の粒子における第１の部分の活性剤濃度は０．１原子％と３原子％との間にありここで０．１原子％と３原子％も含み、前記同種の粒子における第２の部分の活性剤濃度は３原子％と１０原子％との間にありここで３原子％と１０原子％も含むことを特徴とする変換材料。
【請求項２１】
請求項１から２０のいずれか１項記載の波長変換用変換材料において、
主格子を有する少なくとも１つの発光材料が含まれており、該発光材料には同時に少なくとも２つの異なる原子が活性剤として含まれていることを特徴とする変換材料。
【請求項２２】
請求項１から２１のいずれか１項記載の波長変換用変換材料において、
少なくとも１つの貯蔵安定性のある硬化配合物をもつ少なくとも１つの反応性樹脂をエポキシ注型樹脂配合物として有することを特徴とする変換材料。
【請求項２３】
請求項２２記載の波長変換用変換材料において、
前記硬化配合物は、酸性エステルを伴うカルボン酸無水物（カルボン酸無水物半エステル）、柔軟剤、有機リン化合物、開始剤および促進剤のうち１つまたは複数の材料を有することを特徴とする変換材料。
【請求項２４】
請求項２２または２３記載の波長変換用変換材料において、
前記硬化配合物は、無色のＺｎ2+イオンの少なくとも１つの錯体化合物を促進剤として有することを特徴とする変換材料。
【請求項２５】
請求項２４記載の波長変換用変換材料において、
前記無色のＺｎ2+イオンの錯体化合物は有機イオンリガンドを有することを特徴とする変換材料。
【請求項２６】
請求項２４記載の波長変換用変換材料において、
前記硬化配合物は亜鉛オクトアートを促進剤として有することを特徴とする変換材料。
【請求項２７】
請求項２４または２６記載の波長変換用変換材料において、
前記錯体化合物は１０重量％よりも大きいＺｎ2+含有量を有することを特徴とする変換材料。
【請求項２８】
請求項２４または２６記載の波長変換用変換材料において、
前記錯体化合物は２１重量％よりも大きいまたは２１重量％と等しいＺｎ2含有量を有することを特徴とする変換材料。
【請求項２９】
請求項１から２８のいずれか１項記載の波長変換用変換材料において、
部分的にまたは完全に層として設けられていることを特徴とする変換材料。
【請求項３０】
請求項２９記載の波長変換用変換材料において、
前記層の厚さは５０μｍよりも小さいかまたは５０μｍと等しいことを特徴とする変換材料。
【請求項３１】
請求項２９記載の波長変換用変換材料において、
前記層の厚さは５μｍよりも小さいかまたは５μｍと等しいことを特徴とする変換材料。
【請求項３２】
請求項１から３１のいずれか１項記載の波長変換用変換材料において、
シートとして設けられていることを特徴とする変換材料。
【請求項３３】
光放射光学素子において、
放射源と、請求項１から３２のいずれか１項記載の波長変換用変換材料を有しており、該変換材料により、前記放射源から放出された電磁放射が部分的にまたは完全に、波長の変えられた放射に変換されることを特徴とする光学素子。
【請求項３４】
請求項３３記載の光放射光学素子において、
一般照明用に設けられていることを特徴とする光学素子。
【請求項３５】
請求項３３または３４記載の光放射光学素子において、
前記光源は有機ルミネセンスダイオードを有しており、該有機ルミネセンスダイオードに前記変換材料が設けられているかまたは該有機ルミネセンスダイオードは前記変換材料を有することを特徴とする光学素子。
【請求項３６】
請求項３３から３５のいずれか１項記載の光放射光学素子において、
前記光源は該素子内でパルス駆動により駆動され、および／または該素子は光学的スイッチングプロセスのために設けられていることを特徴とする光学素子。
【請求項３７】
請求項３３から３６のいずれか１項記載の光放射光学素子において、
前記変換材料は部分的にまたは完全に層として設けられており、前記光源はルミネセンスダイオードチップを有しており、該ルミネセンスダイオードチップに変換材料が設けられていることを特徴とする光学素子。
【請求項３８】
光放射光学素子の製造方法において、
電磁放射源を設けるステップと、
該電磁放射源に、少なくとも１つの波長変換用発光材料を有する波長変換用変換材料を取り付けるステップを有しており、
前記発光材料は少なくとも部分的にナノ粒子の形態をとり、前記変換材料は部分的にまたは完全に５０μｍよりも小さいかまたは５０μｍと等しい厚さをもつ層の形状を有することを特徴とする光学素子。
【請求項３９】
請求項３８記載の方法において、
ナノ粒子の少なくとも一部分を有機溶剤中の少なくとも１つの懸濁液として用意するステップと、
該懸濁液を処理して変換材料のベース成分とするステップと、
該変換材料から溶剤を取り除くステップを有することを特徴とする方法。
【請求項４０】
請求項３９記載の方法において、
前記溶剤はアルコール、グリコールエーテル、ＴＨＦ、ジオクサンおよびＥｔＡｃのうち少なくとも１つの材料を有することを特徴とする方法。
【請求項４１】
請求項３９または４０記載の方法において、
前記懸濁液を処理するために湿潤剤、固着剤およびグリコールエーテルのうち少なくとも１つの種類の材料が用いられることを特徴とする方法。
【請求項４２】
請求項３８から４１のいずれか１項記載の方法において、
前記変換材料は放射源への取り付け前にシートの形態で用意することを特徴とする方法。
【請求項４３】
請求項３８記載の方法において、
前記変換材料の少なくとも一部分を、溶剤とともに発光材料の少なくとも一部分の少なくとも１つの懸濁液として用意し、該懸濁液を前記放射源に付与することを特徴とする方法。
【請求項４４】
光放射光学素子において、
請求項３８から４３のいずれか１項記載の方法に従い製造されており、前記光学素子から主放射方向で放出される光の、ＣＩＥ色度図における同じ色座標のために設けられており、
前記色座標は、結果として生じた色座標におけるｘ座標値とｙ座標値が少なくとも９５％の統計的確実性を伴って０．０００６以下の大きさをもつインターバル内に位置するよう、精確に調整されていることを特徴とする光放射光学素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、ドイツ連邦共和国特許出願第102005029258.5.号および102005061828.6号の優先権を主張するものであり、その開示内容は参照により本願に含まれるものとする。
【０００２】
本発明は、請求項１の上位概念記載の波長変換用変換材料ならびにこの種の変換材料を備えた光放出光学素子ならびにその製造方法に関する。
【０００３】
US 2004/0094757には波長変換を行う反応性樹脂質量体について開示されており、これには発光粒子が混合されている。この発光材料はきわめて大きい直径を有しており、この場合有利にはｄ50値はＱ3で測定すると１０μｍから２０μｍ（１０μｍと２０μｍも含む）の間とされている。ここでｄ50値とは、粒子分布合計に基づき求められたメジアン直径のことである。ここで「Ｑ3」とは、質量分布合計または体積分布合計のことを表す。このような大きい発光材料粒子を使用する場合にそれらが反応性樹脂質量体において沈降するのを回避する目的で、反応性樹脂質量体にチキソトロープ剤が添加される。
【０００４】
波長変換を行う慣用の反応性樹脂体において知られているのは、１μｍよりも小さい直径の発光粒子の微粒割合が増えると、輝度低減ならびに変換素子の準備および製造にあたり処理の問題が引き起こされることである。
【０００５】
波長変換を行う公知の反応性樹脂体におけるさらに別の欠点は、反応性樹脂体における発光材料成分を処理上の理由で任意に高めることができない点にある。発光材料濃度が高すぎると発光材料粒子間の表面相互作用により、波長変換を行う樹脂体における汚濁あるいは光学的な消去つまりは輝度の損失が引き起こされる可能性がある。
【０００６】
波長変換を行う反応性樹脂体に組み込まれる慣用の発光材料の場合、発光材料粒子における幾何学的に不所望な形状やジオメトリたとえば砕けやすかったり角があったり尖っていたりする発光材料粒子によって、光が発光材料粒子に入力結合する際ならびに光が発光材料粒子から出力結合する際に損失が生じてしまう。これにより、波長変換を行う反応性樹脂体が組み込まれる発光ダイオード素子の量子効率が低減される。
【０００７】
この種の発光ダイオード素子において高い品質で経済的な光効率を達成するためには、貯蔵中も温度を高めて処理する間も、発光材料が反応性樹脂に沈降してはならない。ここで高い品質とは、発光ダイオード素子の場合にはたとえばできるかぎり狭い色度分布の均質な発光イメージ、高く安定した輝度、ならびに色堅牢度のことを意味する。沈殿を回避するためには、微細に分散した光学的に不活性の沈殿遅延剤たとえばエアロジルが使用される。これはさらに、波長変換を行う反応性樹脂体を備えた発光ダイオード素子における輝度低減に寄与する。
【０００８】
さらに発光材料粒子との関係においては、プロセス技術における調量ならびに摩耗の問題が生じる可能性がある。
【０００９】
本発明の課題は、たとえばルミネセンスダイオードチップのカプセル化のためなど発光ダイオード素子における利用に適しており、従来技術よりも改善された波長変換用変換材料を提供することにある。これに加えて、この種の波長変換用変換材料を備えた光放出オプトエレクトロニクス素子を提供することにある。さらに本発明の課題は、光放出用オプトエレクトロニクス素子の製造方法ならびにこの種の方法に従い製造された素子も提供することにある。
【００１０】
この課題は、請求項１記載の波長変換用変換材料ならびに他の従属請求項記載の特徴により解決される。個々の従属請求項には有利な実施形態が記載されている。
【００１１】
冒頭で述べた波長変換用変換材料の場合、発光材料の一部分はナノ粒子の形態で存在する。択一的に、発光材料をすべてナノ粒子の形態にすることもできる。変換材料は有利には少なくとも１つのポリマーを有しており、殊に有利には、少なくとも１つの発光材料が組み込まれたポリマー質量体を有する。付加的にまたは択一的に、変換材料は有利には、発光材料のためのマトリックス材料としてはたらく無機材料を有している。この場合に有利であるのは、無機ガラス、セラミック材料またはＴＣＯ（transparent conductive oxide 透明酸化物導体）たとえば酸化インジウムすず（ＩＴＯ）または酸化亜鉛（ＺｎＯ）などである。
【００１２】
ナノ粒子は有利には１００ｎｍよりも小さいかまたは１００ｎｍと等しいメジアン直径ｄ50を有しており、その際、メジアン直径は体積または質量の分布合計（Ｑ3）で測定された粒子直径に基づき求められる。この場合、粒子は一定の直径をもつ球体の形状を有するものとする。粒子直径の測定はナノ粒子の場合にはたとえば、基本的にダイナミックな光分散（ＤＬＳ法）により実施される。択一的に、メジアン直径ｄ50は個数−分布合計Ｑ0で測定された粒子サイズに基づき求められる。この場合、好適には粒子サイズをダイレクトに測定することができ、これはたとえばラスタ走査型電子顕微鏡により撮影し対応するスケールを当てはめることによって行うことができる。走査型電子顕微鏡を利用した適切なイメージング技術には、たとえばFSEIテクノロジー（Forward Scattered Electron Imaging）あるいはSTEM-in-SEMテクノロジー（Scanning Transmission Electron Microscopy）などがある。この種の技術についてはたとえば W.E. Vanderlinde等著のProceedings of ISTFA 2004, "Microscopy at nanoscale"などに記載されており、その開示内容を本願の参考文献とする。
【００１３】
基本的にナノ粒子の特性を表すのに適した別の測定方法を下記の表１に挙げておく。それらの測定方法をいくつかを用いることにより個々の事例において場合によっては、ナノ粒子の形態をとる発光材料の分布、形状ならびに形態を求めることができる。これらの方法の一部は、"Handbook of Microscopy Application in Material Science Solid-State Physics and Chemistry, 1997, Weinheim, New York: VCH."に記載されている。また、粒子サイズの特性を表すための概念および専門用語については、ISO 9276-1 "Representation of results of particle size analysis"に詳しく説明されている。
【００１４】
【表１】
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【００１５】
ナノ粒子の形態をとる発光材料は殊に有利には、５０ｎｍ以下または３０ｎｍ以下で１ｎｍ以上のメジアン直径ｄ50を有している。
【００１６】
ナノ粒子の形態をとる発光材料の１次粒子は、たとえばとりわけ有利にはそれぞれ１００ｎｍ以下有利には５０ｎｍ以下殊に有利には３０ｎｍ以下のサイズを有する。
【００１７】
光放出光学素子に用いられる慣用の発光材料粒子と比べて、ナノ粒子の形態をとる発光材料によればいっそう改善された均質な光イメージを実現することができる。
【００１８】
殊に有利な実施形態によれば、ナノ粒子はポリマー質量体において少なくとも部分的に結合されてアグロメレートが形成されている。ナノ粒子はたとえば所期のようにアグロメレートとなるよう結合されている。有利にはアグロメレートはＱ3またはＱ0で測定して、１ｎｍ以上１００ｎｍ以下のｄ50値を有している。したがってこのように小さいアグロメレートの場合、１次粒子も１次粒子から構成されるアグロメレートもナノ粒子である。
【００１９】
一般には発光材料粒子との関連では、アグロメレートの形成をできるかぎり回避しようとしている。たとえば５μｍよりも大きいサイズをもつ殊に大きい発光材料粒子の場合にはとりわけ、変換された光の均質性がアグロメレートの形成によって劣化してしまう。また、発光材料１次粒子のアグロメレート形成によって変換効率が減少してしまう可能性もあり、これはたとえば変換された放射の再吸収に起因する。
【００２０】
本発明との関連においては驚くべきことに、ナノ粒子から構成されたまたはナノ粒子を有する直径の小さいアグロメレートが所期のように形成されることは、変換効率および／または変換された放射の放射特性に関して有利なものとなり得ることが判明した。ナノ粒子の形態をとる発光材料によれば、アグロメレートを所期のように形成することにより、慣用の変換素子と比べて変換された放射の放射特性がいっそう均質な変換素子を実現することができる。この場合、散乱粒子はたとえば無色透明である。
【００２１】
１つの有利な実施形態によれば、波長変換を行う変換材料には光学的に不活性な沈降遅延剤またはチキソトロープ剤が用いられていない。少なくとも部分的にナノ粒子の形態をとる発光材料を利用することで、発光材料の沈降形成のリスクが著しく低減される。
【００２２】
さらに別の実施形態によれば、波長変換を行う変換材料は少なくとも２つの異なる発光材料を有している。有利にはこの発光材料は、そこから放出される複数のスペクトルの重畳により白色すなわち実質的に無色の光を発生させるのに適している。しかもこの種の発光材料によれば、高度な色堅牢度をもつ光すなわち高度な色再現性をもつ光を発生させることができる。有利なことに、この種の発光材料により生成される光の演色指数ＣＲＩは７０以上であり、有利には８０以上である。
【００２３】
有利には、少なくとも２つの発光材料は少なくとも部分的にナノ粒子の形態をとる。有利には択一的に、発光材料のうち一方のみが少なくとも部分的にナノ粒子の形態をとる。この場合、ナノ粒子の形態をとる発光材料を、たとえば光学的に活性のチキソトロープ剤として用いることができ、あるいは変換材料中に含まれておりそれよりも著しく大きくすることのできる発光材料のための沈降遅延剤として用いることができる。
【００２４】
１つの有利な実施形態によれば発光材料は、Ｑ3の測定で０．１μｍ以上であり２５μｍ以下のｄ50値をもつ発光材料粒子を付加的に有しており、または変換材料はこのような発光材料粒子をもつ別の発光材料を有している。殊に有利には上述の付加的な発光材料粒子は、１μｍ以上たとえば少なくとも５μｍのｄ50値を有している。付加的にまたは択一的に有利であるのは、上述の付加的な発光材料粒子が２０μｍ以下のｄ50値をもつことである。ここでｄ50値とは本発明の関連においては、有利にはＱ3で測定されたもののことであり、つまり質量分布合計または体積分布合計に基づき求められたもののことである。択一的に、メジアン直径ｄ50は個数分布合計Ｑ0に基づき求められる。
【００２５】
少なくとも部分的にナノ粒子の形態をとる発光材料によれば有利には、再現可能でありできるかぎり異質相のない発光材料粒子を製造することができ、あるいは再現可能な粒子形状もしくは顔料形状をもつ発光材料顔料分布を製造することができる。
【００２６】
１つの別の有利な実施形態によれば、変換材料はナノ粒子の形態をとる少なくとも１つの無機発光材料と少なくとも１つの有機発光材料を有する。ナノ粒子の形態をとる無機発光材料との組み合わせに関して、たとえば可溶性のまたは溶かされた状態の有機発光材料が適している。
【００２７】
好適には変換材料中に、光学的に励起不可能な散乱粒子が含まれており、この粒子はＱ3またはＱ0の測定で１００ｎｍ以上１０μｍ以下のｄ50値を有している。これにより変換材料から放出された光の均質性に対し所期のように付加的に作用を及ぼすことができ、このことはナノ粒子の形態をとる発光材料との関連では、それが低い散乱特性をもつことから、とりわけ重要である。
【００２８】
有利にはナノ粒子の形態をとる発光材料には、主格子材料の同じ構成部分または同じ主格子材料をもつ同種の粒子が含まれており、この場合、この同種の粒子はそれぞれ異なる活性剤濃度をもつ少なくとも１つの活性剤を有している。有利には上述の同種の粒子における第１の部分の活性剤濃度は０．１原子％と３原子％との間にあり、ここでは０．１原子％と３原子％も含まれ、この同種の粒子における第２の部分の活性剤濃度は３原子％と１０原子％との間にあり、ここでは３原子％と１０原子％も含まれる。それぞれ異なる活性剤濃度により、ナノ粒子の形態をとる発光材料の放出特性に作用を及ぼすことができる。
【００２９】
有利には、波長変換を行う変換材料中の発光材料の濃度は最大で８０重量％であり、殊に有利には最大で６０重量％である。１つの択一的な実施形態によれば、変換材料中の発光材料の成分は６０重量％と８０重量％との間にあり、ここで６０重量％と８０重量％も含まれる。このように高い発光材料濃度はたとえば、波長変換を行う層が設けられているルミネセンスダイオードチップを製造するために有利なものになり得る。
【００３０】
波長変換を行う変換材料は好適には、エポキシ注型樹脂、エポキシ樹脂成形体、アクリラート、シリコーン、熱可塑性樹脂という材料のうち少なくとも１つの材料を有している。
【００３１】
有利には変換材料は少なくとも１つのハイブリッド材料を有しており、これはエポキシ樹脂とアクリラートのうち少なくとも１つの材料とシリコーンを有する。１つのハイブリッド材料における種々の材料の混合またはその他の結合によって、たとえばハイブリッド材料の屈折率を所期のように調整することができ、それによって変換材料における発光材料およびそれを取り囲むマトリックス材料の屈折率を互いに整合させることができる。ハイブリッド材料によって、様々な材料のポジティブな特性を互いに組み合わせることができる。これにより、たとえば材料の不利な特性を弱めるかまたは取り除くことができる。
【００３２】
１つの有利な実施形態によれば変換材料は、ポリ−Ｎ−メチルメタクリルイミド（ＰＭＭＩ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリスチレン（ＰＳ）、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）、コポリマー（ＣＯＣ）から成るグループのうち少なくとも１つの熱可塑性樹脂を有している。付加的にまたは択一的に、変換材料は少なくとも１つの付加架橋性のシリコーンを有しており、これは有利には熱硬化性または光硬化性であり、つまり電磁放射の作用により硬化性のものである。光硬化性の材料は、有利には紫外線領域の電磁放射の作用で硬化する。
【００３３】
有利には、変換材料中に無機発光材料粒子が含まれている。殊に有利には発光材料には少なくとも、希土類でドーピングされたガーネット、希土類でドーピングされたチオガレート、希土類でドーピングされたアルミン酸塩または希土類でドーピングされたオルトケイ酸塩というグループから成る発光材料粒子が含まれている。付加的にまたは択一的に発光材料は有利には、酸化主格子ないしは酸化ホスト格子たとえばY2O3, Gd2O3, La2O3, Pr2O3, ZrO2, TiO2, ZnO, ZnGa2O4を有している。この発光材料は有利には活性剤として、希土類、Ｍｎ、ＡｇおよびＣｒから成るグループのうち少なくとも１つの元素を有している。
【００３４】
主格子と活性剤原子を有する発光材料の場合、活性剤濃度はたとえば１０原子％以下であり、有利には５原子％以下である。殊に、それぞれ異なる活性剤濃度を有する同種の発光材料粒子が含まれている場合にも、このことは有利である。ただし択一的に、ナノ粒子の形態をとる発光材料の場合に殊に有利となり得るのは、活性剤原子の濃度が１０原子％よりも大きい場合であり、たとえば１５原子％以上の場合である。発光材料粒子は活性剤イオンとして一般に有利には、ランタニド、マンガン、クロム、銀またはウラニルという元素を有している。
【００３５】
１つの別の実施形態によれば、主格子をもつ少なくとも１つの発光材料が含まれており、これには少なくとも２つの異なる元素が同時に活性剤として含まれている。殊に有利には、この発光材料は少なくとも部分的にナノ粒子の形態をとる。ただし同じ主格子に２つの異なる活性剤が同時に存在するということが、発光材料粒子のサイズに依存しなくても有利となり得るものであり、つまりこの種の発光材料を有する波長変換用変換材料の場合には、必ずしも発光材料の一部分もしくは発光材料全体がナノ粒子の形態をとらなくてもよい。
【００３６】
１つの別の有利な実施形態によれば変換材料は、貯蔵安定性のある少なくとも１つの硬化配合物を備えた少なくとも１つの反応性樹脂をエポキシ注型樹脂配合物として有している。有利には硬化配合物は、酸性エステルを伴うカルボン酸無水物（カルボン酸無水物半エステル）、柔軟剤、有機リン化合物、開始剤および促進剤という材料のうち１つまたは複数の材料を有する。殊に有利には硬化配合物は、無色のＺｎ2+イオンの少なくとも１つの錯体化合物を促進剤として有しており、その際、これらの錯体化合物は有利には有機イオンリガンドを有している。殊に有利には、促進剤として亜鉛オクトアートが含まれている。亜鉛オクトアートまたは無色のＺｎ2+イオンの錯体化合物は有利には、２１重量％よりも大きいかまたは２１重量％と等しいＺｎ2+含有量を有している。好適には、無色のＺｎ2+イオンの錯体化合物のＺｎ2+含有量は１０重量％よりも多く、有利には２０重量％よりも多い。
【００３７】
１つの有利な実施形態によれば、変換材料は部分的にまたは全体的に層として設けられている。有利にはこの関連において層とは、平面的な広がりをもち、局所的な広がり方向に対し垂直にその広がり全体よりも著しく小さい厚さを有するものとする。層の平面的な広がりは殊に有利には平坦に延在している。同様に殊に有利には、層は大部分または全体的に一定の厚さを有している。有利には、層内部における周縁領域または規定の領域に、層の他の領域よりも僅かな厚さをもたせることもできる。このような措置により光放射素子との関連で、放射角度に依存した色座標の変動が僅かであるきわめて均質な放射特性を実現することができる。
【００３８】
殊に有利には、この層は５０μｍよりも小さいかまたは５０μｍと等しい厚さを有している。有利にはいくつかの適用事例に関しては、層の厚さの上限をさらに小さくすることができる。同様に別の有利な実施形態によればこの層は５μｍよりも小さいかまたは５μｍと等しい厚さを有している。
【００３９】
変換材料をシートとして設けると殊に有利である。光放射光学素子の製造において、変換材料を他の素子とは別個にシートとして製造することができ、それをたとえば放射源に取り付けることができる。このことは技術的に簡単に実施可能であり、これによって高い再現性を得ることができ、素子から放出される光の、結果として得られた色座標を精確に調整することができる。
【００４０】
光放射光学素子は放射源と波長変換用変換材料を有しており、この変換材料によれば放射源から送出される電磁放射が部分的にまたは全体的に、可変の波長を有する放射に変換される。この素子は殊に有利には一般照明用であり、つまりたとえば建物内部の空間ならびに屋外の照明に適している。ナノ粒子の形態をとる発光材料を使用することにより、光学素子から放出される光の色座標ないしは色位置を精確に調整することができ、このことは一般照明にとっては殊に有利である。このため適切な発光材料の組み合わせによって、良好に規定された色座標だけでなく、光放射素子のきわめて良好にうまく規定された色再現も所期のように調整することができる。
【００４１】
光源は有利には有機ルミネセンスダイオードたとえば有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）を有している。有機ルミネセンスダイオードに変換材料が設けられているかまたは、有機ルミネセンスダイオードは変換材料を有しており、その際、変換材料は部分的にまたは全体的に層として設けられている。
【００４２】
付加的にまたは択一的に、光源はルミネセンスダイオードチップを有している。ルミネセンスダイオードチップには変換材料が設けられており、その際、変換材料は部分的にまたは全体的に層として設けられている。１つの別の実施形態によれば、素子における放射源はパルス駆動で駆動され、および／または光学的スイッチングプロセスのために素子が設けられている。ナノ粒子の形態をとる発光材料は、それよりも著しく大きい粒子の形態をとる発光材料よりも短い応答時間と減衰時間を有する。そのためやはり有利にはこの種の発光材料は基本的に、パルス駆動のために、および／または短いスイッチング時間を伴うスイッチングプロセスにも適している。
【００４３】
次に、光放射光学素子の製造方法について述べる。この方法によれば、電磁放射源が用意され、この放射源に波長変換用変換材料が設けられる。変換材料は少なくとも１つの波長変換用発光材料を有しており、これは少なくとも部分的にナノ粒子の形態をとっている。有利には変換材料は部分的にまたは全体的に、５０μｍよりも小さいかまたは５０μｍと等しい厚さの層状である。
【００４４】
層形成方法においてコーティングプロセスにより変換材料を形成することができる。択一的に、層状の変換材料を用意して放射源に取り付けることができる。この目的で、変換材料はたとえばフレキシブルなシートとして設けられる。
【００４５】
本発明による方法の１つの有利な実施形態によれば、ナノ粒子の少なくとも一部分が有機溶剤中の少なくとも１つの懸濁液として用意される。懸濁液は変換材料のベースコンポーネントとして処理され、その際、ベースコンポーネントはたとえば、製造すべきマトリックス材料のベースコンポーネントあるいはマトリックス材料自体とすることができる。次に溶剤が変換材料から取り除かれる。このような方法を利用することで、ナノ粒子を制御しながら処理して変換材料を形成することができる。このようにして不所望な沈降を十分に回避することができる。しかもナノ粒子によりアグロメレートを所期のように形成することができる。
【００４６】
有利には溶剤中には、発光材料粒子が９０重量％までの濃度で含まれている。
【００４７】
溶剤は好適には、アルコール、グリコールエーテル、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、ジオキサンおよびエチルアセテート（ＥｔＡｃ）という材料のうち少なくとも１つの材料を有する。
【００４８】
さらに好適には、懸濁液の処理のために湿潤剤、固着剤およびグリコールエーテルという材料のうち少なくとも１つの材料が用いられる。
【００４９】
本発明による方法のさらに別の実施形態によれば、変換材料の少なくとも一部分を、溶剤とともに発光材料の少なくとも一部分の少なくとも１つの懸濁液として用意し、この懸濁液が放射源に付与される。この関連で懸濁液とは、固体の発光材料のほか溶剤を含み液相にある少なくとも１つの別の材料を有する材料のことであり、つまり懸濁液は固相と液相にある材料である。有利にはこの懸濁液をゲル、ゾルまたはコロイド溶液とすることができる。しかも懸濁液は有利には低粘度または高粘度である。ここで「低粘度」とは、約５００ｍＰａｓまでの粘度のことであり、殊に２００ｍＰａｓまでの粘度のことである。また、「高粘度」とは、約５００ｍＰａｓからの粘度のことであり、殊に１０００ｍＰａｓ、１００００ｍＰａｓあるいはそれどころか１００００ｍＰａｓからの粘度のことである。
【００５０】
有利には溶剤を水または有機溶剤とすることができる。有機溶剤は好適には、アルコール、グリコールエーテル、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、ジオキサンおよびエチルアセテート（ＥｔＡｃ）という材料のうち少なくとも１つの材料を有する。
【００５１】
懸濁液にはさらに別の添加物を含めることができる。有利には、添加物として固着剤が含まれている。付加的にまたは択一的に、懸濁液には脱気剤が含まれている。さらに別の追加添加物または択一的な添加物として、有利には懸濁液は少なくとも１つの流動性付与剤を有している。１つの好適な実施形態によれば、付加的にまたは択一的にたとえばアエロジルのような充填材料も含めることができる。この充填材料は有利には微分散性から極微分散性に及ぶものである。微分散性の充填材料は１０ｍ2／ｇ以上の比表面積をもつ粒子を有しており、極微分散性の充填材料は１００ｍ2／ｇ以上の比表面積をもつ粒子を有している。ここで比表面積はそれぞれＢＥＴに従い求められるものである。
【００５２】
懸濁液として存在するルミネセンス変換材料の付与は有利には、調量弁を備えたディスペンサ（計量分配）、印刷法および／またはスピンコーティングによって行われる。有利には、インクジェット印刷法による付与が行われる。
【００５３】
本発明による方法によれば、素子の色位置ないしは色座標を高精度ならびに高い再現性で調整することができる。次に、本発明による方法に従い製造された光放射光学素子について説明する。この光放射光学素子は、そこから主放射方向で放出された光の、ＣＩＥ色度図における同じ色位置のために設けられている。光放射光学素子のこの色座標は、結果として生じる色座標におけるＸ座標値とＹ座標値が少なくとも９５％の統計的確実性で０．０００６以下の大きさのインターバル内に位置するよう、精確に調整されている。有利には、結果として生じる色座標におけるＸ座標値とＹ座標値は少なくとも９５％の統計的確実性で、０．００４以下殊に有利には０．００２以下の大きさのインターバル内に位置している。
【００５４】
光放射光学素子は、これまで述べてきた特徴の１つまたは複数を含む波長変換用変換材料を有している。
【００５５】
次に、図面に示された実施例に基づき、波長変換用変換材料および光放出用光学素子の有利な実施形態について説明する。
【００５６】
図１は、波長変換用変換材料を備えた第１の光放射光学素子の断面概略図である。
【００５７】
図2は、波長変換用変換材料を備えた第２の光放射光学素子の断面概略図である。
【００５８】
図3は、波長変換用変換材料を備えた第３の光放射光学素子の断面概略図である。
【００５９】
図4は、波長変換用変換材料を備えた第４の光放射光学素子の断面概略図である。
【００６０】
図5は、波長変換用変換材料を備えた第５の光放射光学素子の断面概略図である。
【００６１】
図6は、波長変換用変換材料を備えた第６の光放射光学素子の断面概略図である。
【００６２】
図７は、凝集していないナノ粒子の形態をとる発光材料を示す概略図である。
【００６３】
図8は、凝集体に結合された１次粒子の形状の発光材料を示す概略図である。
【００６４】
図９〜図１１は、本発明による方法の１つの実施例における種々のステップ状態を示す図である。
【００６５】
図12は、波長変換用変換材料を備えた第７の光放射光学素子の断面概略図である。
【００６６】
図13は、波長変換用変換材料を備えた第８の光放射光学素子の断面概略図である。
【００６７】
図14は、波長変換用変換材料を備えた第９の光放射光学素子の断面概略図である。
【００６８】
図15は、波長変換用変換材料を備えた第１０の光放射光学素子の断面概略図である。
【００６９】
図16は、波長変換用変換材料を備えた第１１の光放射光学素子の断面概略図である。
【００７０】
これら種々の図面において、同じ部材もしくは同じはたらきをもつ部材には常に同じ参照符号が付されている。
【００７１】
図１に示されている光放出半導体素子は、本発明による波長変換用変換材料を有している。これには少なくとも１つの透明なすなわち放射透過性の、有利には耐黄変性の殊に耐加水分解および温度に強いポリマーが含まれている。
【００７２】
この素子は半導体基体１を有しており、たとえばルミネセンスダイオードチップを有している。これは導電性結合手段を用い背面コンタクト１１によってリードフレームの第１の電気端子２に取り付けられている。
【００７３】
半導体基体１は活性の層または層列７を有しており、これはInxGayAl1-x-yNをベースとする１つまたは複数の層を備えており、ここで０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１かつｘ＋ｙ≦１である。層または層列７はたとえば多重量子井戸構造を有している。ルミネセンスダイオードチップにはたとえば基板１３が含まれている。択一的に、これには基板を含めないように構成してもよい。
【００７４】
電気的結合手段としてたとえば金属はんだ殊に軟質はんだまたは接着剤が利用される。前面コンタクト１２はボンディングワイヤ１４によりリードフレームの第２の電気端子３と接続されている。
【００７５】
半導体基体１の開放表面と電気端子２および３の部分領域は、変換材料５によりじかに囲まれている。
【００７６】
変換材料はたとえば硬化した波長変換用反応性樹脂体であり、つまりこれはポリマーとして反応性樹脂を有している。そのための適切な材料はたとえばエポキシ樹脂であり、付加的にまたは択一的に少なくともアクリラートである。
【００７７】
変換材料５のポリマーとして、ポリマーハイブリッド材料を利用することもできる。ハイブリッド材料として、たとえばシリコーン変形されたエポキシ樹脂が考慮の対象となり、これは紫外線光が作用したときに慣用のエポキシ樹脂よりも僅かにしか老化せず、他の点では実質的に慣用のエポキシ樹脂のポジティブな物理特性を有している。さらに、少なくともエポキシ樹脂と少なくともシリコーンを互いに混合することも可能である。たとえばUS 2002/0192477 A1またはUS 2005/0129957 A1にはこの種の適切なハイブリッド材料に関する例が示されており、それらの開示内容を本願の参考文献とする。また、シリコーンとアクリラートまたはシリコーンとアクリラートおよびエポキシ樹脂を組み合わせることもできる。
【００７８】
変換材料５は有利には多成分の樹脂配合物たとえば２成分のエポキシ樹脂を有している。この樹脂には発光材料粒子のほか、３重量％以下のグリコールエーテルおよび／またはグリコールモノエーテル、３重量％以下のシラン定着剤および１重量％以下のケイ素ベースの湿潤剤のうち少なくとも１つの材料を付加的に添加することができる。たとえば２重量％以下のジエチレングリコールモノエーテルおよび２重量％以下のテゴプレンTegopren 6875-45を添加することができる。この重量％表示は、ポリマーまたはエポキシ樹脂のＡ成分に関するものである。
【００７９】
変換材料５のために用いられるエポキシ注型樹脂配合物としての反応性樹脂は有利には貯蔵安定性があり、このためにたとえば硬化配合物を有している。この場合、酸性エステルを伴うカルボン酸無水物（カルボン酸無水物半エステル）、柔軟剤、有機リン化合物、開始剤および／または促進剤が、硬化配合物の構成要素として適している。促進剤として無色のＺｎ2+誘導体を含めることができ、殊に有利には硬化配合物は、たとえば１０重量％または２４重量％の濃度の亜鉛オクトアートを促進剤として有している。亜鉛オクトアートに対する代案として、Ｚｎ2+の他の錯体化合物を利用することができる。錯体化合物はたとえば有機イオンリガンドを有しており、これはたとえばカルボン酸またはアルコールをベースとする。また、錯体化合物における種々の形式のリガンドを用いることもできる。カルボン酸をベースとするリガンドの例はステアレート、パルミテート、ラウレートなどである。アルコレートの例は、たとえばブタノール、ヘキサノールまたはオクタノールをベースとする長鎖のアルコレートである。
【００８０】
エポキシ注型樹脂体のための硬化配合物は少なくとも３ヶ月以上、貯蔵可能である。エポキシ注型樹脂体は多成分の注封材料であり、たとえばＡ成分とＢ成分をもつ２成分のエポキシ注型樹脂体である。
【００８１】
変換材料の製造にあたり一般に有利にはポリマー成分が用いられ、そこに発光粒子が埋め込まれ、取り込まれた発光材料は室温で少なくとも３ヶ月は貯蔵可能である。択一的に、たとえば二酸化ケイ素のような無機材料がマトリックス材料として用いられる。特別な適用事例として、ＴＣＯのような導電性マトリックス材料たとえばＺｎＯまたはＩＴＯもマトリックス材料として有利な可能性がある。
【００８２】
変換材料が少なくともシリコーンを有するようにしてもよく、これは有利には熱硬化性であり、殊に有利には付加架橋性である。さらに別の択一的な構成として、または付加的なポリマーとして、たとえばＰＭＭＩ，ＰＣ，ＰＡ，ＰＳ，ＣＯＰ，ＣＯＣまたはＴＰＸのような熱可塑性樹脂が適している。たとえば有機発光材料分子と容易に架橋するＰＭＭＡも、上述のポリマーに加えて、あるいは代替として利用できる。発光材料と架橋する質量体たとえばエポキシ樹脂および／またはシリコーンの処理は、有利には注型樹脂材料技術またはプレス材料技術あるいは被層によって行われる。この処理は８０°Ｃの最低温度有利には１２０°Ｃよりも高い温度で行われる。これは変換材料の合理的かつ経済的な製造にとって有利である。
【００８３】
安定した均質な反応性樹脂バッチおよびシリコーンバッチを製造するために、たとえば湿潤剤、脱気剤および／または処理剤が添加される。
【００８４】
変換材料５は発光材料を有している。有利には粒子はＣｅドーピングされたガーネット材料（たとえばＹＡＧ：Ｃｅ）から成り、これは１重量％〜３０重量％の濃度であり、この場合、１重量％と３０重量％も含む。発光材料粒子６はナノ粒子の形態をとり、これはたとえば２５ｎｍよりも小さいｄ50値たとえば１５ｎｍよりも小さいｄ50値である。
【００８５】
発光材料にはたとえばナノ粒子に加えて、１０μｍ〜２０μｍあるいは１μｍ〜２０μｍの平均直径をもつ発光材料６も含まれている。
【００８６】
上述のように変換材料には、有利にはＣｅでドーピングされた酸化ガーネット材料から成る発光粒子をもたせることができる。択一的にまたは酸化物ベースのガーネット材料に加えて、ケイ酸塩、硫酸塩、硫化物、リン酸塩または窒化物をベースとする主格子をもつ発光材料粒子も含めることができ、この場合、窒化物をベースとする発光材料粒子が有利である。さらに発光材料の主格子に様々な活性剤イオンをドーピングすることもでき、たとえばユーロピウム（赤の発光スペクトル）、テルビウム（黄緑の発光スペクトル）、クローム、Ｍｎまたはウラニルイオンをドーピングすることができる。有利にはたとえばナノ粒子の形態をとる発光材料粒子は、既述のガーネット結晶構造またはスピネル結晶構造のような酸化主格子を有している。
【００８７】
１つの実施例によれば発光材料には、活性剤としてセリウムでドーピングされているイットリウム−アルミニウム−ガーネットから成る主格子をもつナノ粒子が含まれている。このナノ粒子の一部分はたとえば約２原子％のセリウム濃度であり、別の部分はたとえば約５原子％のセリウム濃度である。
【００８８】
さらに別の実施例によれば発光材料は、少なくとも２つの異なる活性剤が含まれている主格子をもつ粒子を有している。有利にはこのために、活性剤として類似のイオン半径をもつ原子が用いられる。たとえばこれらのイオンは等しい電荷も有しているけれども、必ずしもそうではなくてよい。たとえば活性剤として３価のイオンをもつ発光材料をベースとして基本的に、それらの活性剤のうちそれぞれ２つを３つの２価のイオンと置き換えることができ、これによって同様に発光材料中の電荷を補償することができる。例としてイットリウム−アルミニウム−ガーネットを挙げることができ、これはたとえば活性剤としてＣｅもＣｒ含む主格子としてＹ3Ａｌ5Ｏ12を有している。一般にナノ粒子の形態をとる発光材料に対し、さらに別の有機発光材料または無機発光材料を添加することができる。
【００８９】
緑、黄および赤で発光する有機発光材料は、ペリレンベースの色素分子である。ＵＶ、可視または赤外で発光する素子を、４ｆ金属有機化合物の混合により製造することができる。たとえば赤色発光素子を、一例としてＥｕ3+をベースとする金属有機キレートの混合により実現することができる。赤外線放射素子たとえば青色光を送出する半導体基体を、４ｆキレートまたはＴｉ3+ドーピングされたサファイアの混合により製造することができる。
【００９０】
白色光を放射する本発明による半導体素子のための適切な有機発光材料は、ペリレン発光材料たとえば緑色ルミネセンスのためのBASF Lumogen F 083、黄色ルミネセンスのためのBASF Lumogen F 240および赤色ルミネセンスのためのBASF Lumogen F 300などである。これらの色素を簡単なやり方で、たとえば透明なエポキシ樹脂またはポリマーハイブリッド材料に添加することができる。ナノ粒子の形態をとる少なくとも１つの無機発光材料との組み合わせにおいて、これは殊に有利な作用を発揮することができる。
【００９１】
白色光放射素子を有利には次のように製造することができる。すなわ、光源から送出される青色放射が補色の波長領域たとえば青色と黄色に、あるいは加法の３色たとえば青色と緑色と赤色に変換されるよう、発光材料を選定する。この場合、黄色もしくは緑色と赤色の光が発光材料を介して生成される。その際、これにより生成される白色光の色調（ＣＩＥ色度図中の色座標）を、混合および濃度に関して色素を適切に選択することにより変化させることができる。
【００９２】
次に、ナノ粒子の形態をとる発光材料を製造するための実現可能な製造方法ならびにプロセスステップの有利な実施形態について説明する。これらはたとえばゾルゲル法、エピタキシャルプロセス（たとえばsolvent evaporation epitaxy）、特別なスパッタリング技術（たとえば radiofrequency magnetron sputtering）、水熱合成、あるいは水性媒体中の沈降法などによって製造される。
【００９３】
水性媒体中の沈降法を、か焼を伴ってまたはか焼を伴わずに行うことができ、この関連において、か焼は有利には５００°Ｃよりも高い温度で行われる。
【００９４】
ゾルゲル法の場合、発光材料ナノ粒子に必要とされる元素の前駆物質化合物が希釈度の高い溶剤において準備される。発光材料ナノ粒子の割合は、たとえば５重量％である。択一的に、たとえば８５重量％といったもっと高い濃度も可能である。
【００９５】
溶液は有利には溶剤として少なくともアルコールを有している。これは好適にはたとえば酢酸によって酸性化され、水と混合される。次に溶液は、たとえばアルカリ性媒体において時間と温度の設定をコントロールしながら加水分解で沈降する。その際に生成される粒子を、ついで洗浄し乾燥させる。これを有利には５００°Ｃよりも高い温度で熱することができる。
【００９６】
この種のゾルゲル法により製造された発光材料粒子の大きさ、分散、形状および形態は、種々のパラメータに部分的に強く左右される。この種のパラメータとして挙げられるのは、溶液の希釈度、選定されたｐＨ値、沈降反応に対する温度と期間の選定、ならびにベース成分および溶剤の純度である。その際に有利には、ＣＯ2とイオンが高度に除かれた水が用いられる。
【００９７】
前駆物質化合物は、溶液の濃度とｐＨ値と温度に依存して溶液中で互いに反応し合い、これにより一種の縮合反応で発光材料粒子が形成される。次に、発光材料粒子をたとえば灼熱法ないしは加熱法および／または空気流で処理し乾燥させる。
【００９８】
溶液の希釈度、ｐＨ値、沈降反応に対する温度と期間の選定、ならびにベース成分および溶剤の純度によって、アグロメレートの形成も少なくとも部分的に制御することができる。
【００９９】
さらに灼熱法および／または空気流による処理によっても、アグロメレートの形成を所期のように制御することができる。この場合、灼熱法および空気流を用いて、アグロメレートの形成を十分に回避することができる。とはいえアグロメレートの所期のような形成を、たとえば灼熱法の温度および持続時間ならびに経過の選定によって、あるいは空気ビームの集中度と温度によって、制御することもできる。
【０１００】
さらにアグロメレートの形成を、発光材料粒子をマトリックス材料に組み込むときに所期のように制御することができる。粒子をたとえば注封材料のＡ成分に取り込む場合、このような取り込みは有利には注封材料を強く混合し攪拌しながら行われる。注封材料の攪拌および混合の強さを弱めれば弱めるほど、いっそう多くいっそう大きいアグロメレートを形成することができる。ここで重要であるのは、攪拌周波数ならびに混合に際して費やされる力である。上述のゾルゲル法によってたとえば、金属酸化物を有し希土類金属により活性化されている発光材料粒子を製造することができる。発光材料粒子をたとえば、ナノ粒子の形態で製造することができる。製造すべき発光材料の主格子と活性剤の原子の前駆物質化合物は、ｎ−ブトキシド／ブタノール溶液中で準備され、ついでこれに対しアセトリシスないしは加酢酸分解が施され、その結果、溶液のｐＨ値が塩基から酸に変化する。
【０１０１】
この種のプロセスによりたとえば酸化イットリウム（Ｙ2Ｏ3）が製造され、これは少なくとも１つの希土類金属により活性化される。適切な希土類金属はたとえばユーロピウム、テルビウム、ツリウム、セリウム、ガドリニウムおよび／またはエルビウムである。
【０１０２】
択一的に前駆物質溶液として金属硝酸塩を含む水溶液を準備することができ、この場合、金属は製造すべき発光材料粒子の個々の構成成分である。この種の水溶液を利用することで、たとえばセラミック発光材料粒子を製造することができる。この目的で、水溶液に尿素が添加される。ついで前駆物質溶液が加熱される。適切な温度はたとえば、８０°Ｃ〜１３０°ｃであり、この場合、８０°Ｃおよび１３０°Ｃも含む。温度が高くなればなるほど、製造される発光材料が大きくなる。９０°Ｃ〜１１０°Ｃの温度の場合にはたとえば、１５ｎｍ〜１８ｎｍの平均粒子サイズのＺｎＧａ2Ｏ4粒子を製造することができる。
【０１０３】
たとえばEP 1 227 139 A1またはUS 5,637,258には上述の形式の方法について述べられており、これらの開示内容を本願の参考文献とする。
【０１０４】
ナノ粒子として存在する発光材料は水溶液、懸濁液、ゾルまたはゲルとして準備され、たとえば有機溶剤中にまたは有機溶剤とともに準備される。ナノ粒子はこれらの形態において９８重量％までの濃度を有している。有機溶剤としてはたとえばアルコール、トルエン、キシレン、エステル、アルデヒド、ケトン、ＤＭＦ、ＤＭＳＯ、炭化水素またはＣＳ2が適している。択一的に、ナノ粒子が粉末として準備される。この種の形態から出発して、発光材料を基本的に変換材料に取り込むことができる。
【０１０５】
択一的にたとえば水溶液、ゾルまたはゲルといった上述の懸濁液をすでに変換材料として使用し、放射源に取り込むことができる。概略説明の個所で述べたように、懸濁液に別の添加物を含めることができる。この種の添加物の例は、定着剤、脱気剤、流動性付与剤および／または充填剤である。これらの添加剤によってたとえば、１００００〜２００００ｍＰａｓのゲル状の粘性が生じる。付加的にまたは択一的に、懸濁液をチキソトロープとすることができる。充填剤としてたとえばアエロジル２００が用いられる。
【０１０６】
懸濁液として存在するルミネセンス変換材料の付与は、たとえば調量弁を備えたディスペンサ（計量分配）、印刷法、有利にはインクジェット印刷法および／またはスピンコーティングによって行われる。
【０１０７】
計量分配およびたとえばインクジェット印刷法の利用は、懸濁液を小滴で付与し、それらの小滴の配置により所期の構造を付与するのに適している。この種の小滴の付与には、たとえばＤＯＤ印刷機（"Drop on demand"印刷機）の利用が適している。その構造はたとえば互いに関連し合うものである。択一的に、この構造はルミネセンス変換器を備えた多数の別個の部分領域を有する。それらの部分領域は有利には秩序のある形態で付与されており、有利にはマトリックス状あるいはマトリックスで付与されている。
【０１０８】
図２に示されている本発明によるコンポーネントの実施例が図１と異なる点は、半導体基体１と電気端子２および３の部分領域が、波長変換を行う反応性樹脂の代わりに、透明または半透明の被覆部１０により取り囲まれていることである。これらの被覆部１０は半導体基体１から送出される放射の波長変化に作用を及ぼさず、これはたとえば発光ダイオード技術において慣用的に使用されるエポキシ樹脂、シリコーン樹脂またはアクリル樹脂から成り、あるいはたとえば無機ガラスといった他の放射透過性材料から成る。
【０１０９】
この被覆部１０には層４が設けられており、これは波長変換を行う変換材料から成るかまたは、この種の材料を有している。この変換材料を、第１の実施例のところで説明したように合成および形成することができる。図２に示されているように、層４は被覆部１０の表面全体を覆っている。同様に、層４がこの表面の部分領域のみを覆うようにすることも可能である。層４はたとえば、透明なエポキシ樹脂をベースとし発光材料６の組み込まれた反応性樹脂から成る。この場合、反応性樹脂として、たとえば第１の実施例のところで説明したものが適している。ここでも白色発光半導体素子のための発光材料として、有利にはＹＡＧ：ＣｅまたはＹＡＧ：Ｃｅベースの発光材料が適している。
【０１１０】
図３に示したコンポーネントの場合にはリードフレームの第１および第２の電気端子２と３が、切り欠き９を備えたケーシングボディ８に埋め込まれている。切り欠き９は既述の変換材料５によって充填されている。
【０１１１】
ケーシングボディは有利には、反射性材料によってまえもって製造されている。ここで「まえもって製造されている」とは、ルミネセンスダイオードチップ１が電気端子２に取り付けられる前にすでに、ケーシングボディ８を電気端子２および３のところにたとえば射出成形または射出プレスにより形成し終えている、ということである。ケーシングボディ８はたとえば白色の反射性充填材料で満たされたプラスチックから成り、切り欠き９はその形状に関して、半導体基体から動作中に送出される放射に対する反射器として（場合によっては切り欠き９の内壁を適切に被層することにより）形成されている。この種のケーシングボディ８はたとえば、配線板に表面実装可能な発光ダイオード素子に使用される。それらの素子は半導体基体１の組み立て前に、電気端子２および３を有するリードフレームにたとえば射出成形により取り付けられる。
【０１１２】
切り欠き９は、有利には反応性樹脂体５により少なくとも部分的に充填される。この場合、反応性樹脂として、たとえば第１の実施例のところで説明したものが適している。
【０１１３】
択一的に、波長変換を行わないまたは第１の波長変換を行わない透明または半透明の質量体を充填することができ、その上に図３の層４に従い波長変換を行う層が設けられている。
【０１１４】
図４にはいわゆるラジアルダイオードが描かれている。この場合、放射を送出する半導体基体１たとえばルミネセンスダイオードチップが、第１の電気端子２において反射器として構成された部分１６に、はんだ付けまたは接着剤により取り付けられている。この種のケーシング構造形態は発光ダイオード技術において知られており、したがってここで詳しく説明する必要はない。半導体基体１の開放されている表面は、発光材料粒子６を有する変換材料５によってじかに覆われており、これ自体はさらに別の被覆部１０によって取り囲まれている。この場合、変換材料として、たとえば第１の実施例のところで説明した変換材料が適している。
【０１１５】
完全を期するためここで触れておくと、図４に示した構造形態の場合も図１に示したコンポーネントと同様、一体型の被覆部を用いることができ、これは発光材料粒子６を有する硬化された反応性樹脂体をもつ変換材料５から成り、あるいは図１に示した実施例のところで述べた他の変換材料を用いることができる。
【０１１６】
図５の実施例によれば、層４は波長変換用変換材料が半導体基体１にじかに取り付けられている。半導体基体１および電気端子２，３の部分領域は別の透明な被覆部１０により取り囲まれており、これは層４を通過する放射の波長変化に作用を及ぼさず、たとえば発光ダイオード技術で利用可能な透明なエポキシ樹脂またはガラスによって製造されている。変換層４をたとえば、第２の実施例のところで説明したようにして形成することができる。
【０１１７】
変換層４の設けられているこの種の半導体基体１をまえもって製造することができ、選択的に、発光ダイオード技術において知られているケーシング構造形態全体（たとえばＳＭＤケーシング、ラジアルケーシング、図４参照）の中に収容することができる。変換層４によって半導体基体１の開放されている表面全体が必ずしも覆われなくてもよく、半導体基体の部分領域のみを覆うようにしてもよい。変換層４をたとえば、ウェハを最終的にダイシングして多数の半導体基体を形成する前に、ウェハが結合されている状態ですでにその上に取り付けることができる。さらに変換層４が一定の厚さをもっているとよい。
【０１１８】
図６に示されている実施例によれば、ケーシング基体８内部にルミネセンスダイオードチップの形態で裏返して（つまりフリップチップ実装で）半導体基体１がリードフレーム２および３に取り付けられている。これは活性の層列７から送出される放射を透過させる基板１３を有しており、放射出力結合を向上させるためこの基板に構造形成を施すことができる（図示せず）。基板１３において活性の層列７とは反対側に、波長変換用変換材料から成る変換層４が取り付けられており、これは実質的にすべて等しい厚さを有している。これを図６に示したものとは異なるように、側面（側縁）の上に伸ばすことができる。有利にはこの変換層は、半導体基体１の取り付け前にそこに取り付けられている。ケーシング基体の切り欠きにチップが取り付けられた後、これをさらに別のプラスチック体で覆うと有利である。
【０１１９】
図５および図６に示した実施例の場合、変換材料はたとえば７５重量％または８０重量％といった比較的高い割合で発光材料を有している。択一的にこの場合、５０重量％または５５重量％の割合も可能である。基本的に、このような高い割合の発光材料は本発明における変換材料の場合、具体的な適用事例とは無関係に可能である。
【０１２０】
これまで説明してきたコンポーネントすべてにおいて、放射光の色印象を最適化するため、ならびに放射特性を整合させるため、反応性樹脂体５に、必要に応じて透明または半透明の被覆部１０に、光散乱性粒子有利にはいわゆる散乱体をもたせることができる。この種の散乱体の例として、鉱物性充填材料たとえばＣａＦ2，ＴｉＯ2，ＳｉＯ2，ＣａＣＯ3またはＢａＳＯ4が挙げられ、あるいは有機顔料も挙げられる。これらの材料を簡単なやり方で反応性樹脂たとえばエポキシ樹脂に添加することができる。有利であるのは、これが１００ｎｍと等しいかまたはそれよりも大きいｄ50値をもつことである。
【０１２１】
これらのコンポーネントのルミネセンスダイオードチップは、たとえばパルス駆動で動かされる。さらにこのコンポーネントを、光学的スイッチングプロセスが行われる装置に利用することができる。ナノ粒子の形態をとる発光材料は、著しく大きい粒子の形態をとる発光材料よりも短い応答時間と減衰時間を有する。そのため有利にはこの種の発光材料は基本的に、パルス駆動のためにも、あるいは短いスイッチング時間を伴うスイッチングプロセスにも適している。
【０１２２】
これまで説明してきたすべてのコンポーネントにおいて半導体基体１を、５２０ｎｍの波長よりも短い放出スペクトルをもつ青色光放射ルミネセンスダイオードチップとすることができる。ルミネセンスダイオードチップから放出される放射が、部分的にまたは完全に紫外線領域にあるようにすることもできる。一般にルミネセンスダイオードチップは有利には、３６０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲の電磁放射を送出する。この場合、３６０ｎｍと５００ｎｍも含まれる。
【０１２３】
青色ＬＥＤの場合、送出される放射は有利には４４０ｎｍ〜４７５ｎｍの範囲にあり、この範囲内では放出スペクトルは少なくとも１つの局所的強度最大値を有している。発光材料６（たとえばＹＡＧ：Ｃｅ）は、青色を送出するルミネセンスダイオードチップからの放射の一部分を黄色光に変換するので、コンポーネントは全体として白色光を送出することになる。
【０１２４】
既述の実施例の場合、半導体基体１から送出される１次放射は一部分のみ長い波長の波長領域に変換されるので、混色として白色光が発生する。択一的に２つの発光材料を用いることもでき、これら２つの発光材料から赤色光と緑色光が生成され、これによって全体として３つの波長領域（青と緑と赤の加法３色）から成る白色を発生させる。その際にたとえば、複数の発光材料のうち１つについてのみナノ粒子の形態をとる発光材料粒子６を有することができる。択一的に、両方の種類の発光材料がナノ粒子を有するようにしてもよい。ナノ粒子に加えて発光材料のうちの１つまたは双方に、Ｑ3の測定でたとえば８μｍあるいはそれ以上のｄ50値をもたせることができる。この場合、ナノ粒子に含まれる発光材料成分は、他の発光材料成分の沈降に対抗して有利な作用を及ぼす。白色光を発生させる目的で、１次放射全体を２つまたはそれよりも多くの発光材料により変換することも可能である。
【０１２５】
白色光のほか、１つの発光材料または複数の発光材料およびそれらの個々の濃度を、基本的にＣＩＥ色度図の任意の色座標を光学素子によって実現できるように選定することも可能である。このために、青色を送出する１次放射源とは異なる放射源を利用することもでき、たとえばＵＶ領域または緑色領域の放射を送出するルミネセンスダイオードチップを利用することもできる。
【０１２６】
本発明によるコンポーネントによれば、発光材料の選択および／または反応性樹脂体または変換材料における発光材料濃度の変更により、混合光のＣＩＥ色座標を簡単に変更することができる。ナノ粒子として存在する発光材料を用いれば、色座標を所期のようにできるかぎり精確に格別良好に調整することができ、そのような発光材料によってきわめて薄いポリマー層またはガラス層を製造することができる。ナノ粒子を利用することで薄い変換層にもかかわらず、変換された放射の均質性損失をまったく懸念しなくてもよく、あるいはほとんど懸念しなくてよい。また、薄い変換層の厚さ調整、発光材料濃度の選択および種々の発光材料の組み合わせによって、色座標を調節することができる。
【０１２７】
有利には既述のコンポーネントを、自動車電気分野における品質標準を満たすよう形成することができる。
【０１２８】
有利には反応性樹脂体の製造方法に関する１つの実施例によれば、ナノ粒子の形態で存在する発光材料粒子を最初に変換材料に添加し、ついでたとえば５μｍまたは５μｍよりも大きいｄ50値たとえば１５μｍのｄ50値をもつ別の発光材料粒子を混合する。
【０１２９】
図７にはたとえば、１つまたは複数の発光材料のナノ粒子１７が描かれている。ここに描かれているナノ粒子１７は互いに凝集しているのではなく、ナノ粒子１７の各々はそれぞれ他のナノ粒子から隔てられている。
【０１３０】
ただし択一的に、たとえば図８に示されているように、発光材料粒子を部分的にまたは全体として所期のようにアグロメレート１８の形態として準備できるようにするのも有利である。これらのアグロメレート１８は少なくとも２つの１次粒子から構成されており、その際に１次粒子は有利には発光材料のナノ粒子１７である。アグロメレート１８を１００ｎｍ以下のメジアン直径ｄ50とすることもでき、その際、メジアン直径はＱ0またはＱ3に基づき求められる。たとえばアグロメレートのｄ50は６０ｎｍまたは３０ｎｍである。直径を求めるために、たとえばアグロメレートの体積あるいはアグロメレート１８の投影面積を測定することができる。アグロメレート１８が球状であるとすれば、これらの値から対応する直径が求められる。
【０１３１】
アグロメレート１８にそれぞれ単一の発光材料の発光材料粒子をもたせることができる。ただし基本的に、それぞれ異なる複数の発光材料の発光材料粒子が互いに結合して共通のアグロメレート１８が形成されるようにすることも可能である。これは変換材料を備えた発光素子の場合、均質な色印象を作り出すために有利となる可能性がある。
【０１３２】
図９〜図１１には、光を放射する光学素子の製造方法が例示されている。この方法によれば、図９に示されているように層結合体１００が準備される。層結合体は複数の発光構造を有しており、たとえば１つの共通の結合体に複数のルミネセンスダイオード構造を有している。層結合体１００をたとえば半導体ウェハとすることができ、これは電磁放射の送出に適した活性の層または層列を有している。
【０１３３】
さらに方法によれば、図10に示されているように変換層4が準備される。変換層４はたとえば、約４０μｍの実質的に一定の厚さを有している。変換層４はたとえばシートの形態で存在し、つまりこれは殊にフレキシブルである。これは適切なマトリックス材料たとえばポリマー質量体を有しており、そこに発光材料粒子が埋め込まれている。まえもって製造された変換層４はたとえば実質的に面全体にわたり層結合体１００の主表面に付与され、これは図１０中、矢印によって表されている。変換層４をたとえば層結合体１００に接着するかまたはラミネートすることができる。ラミネートの場合、熱作用により変換層４と層結合体１００との間で固着が形成される。
【０１３４】
層結合体１００への変換層４の付与前または付与後、オプションとして変換層４に構造を与えることができる。たとえば変換層４に適切なホールを設けることができるので、付与された変換層を通してたとえば層結合体１００の電気接続端子を扱えるようになる。さらに変換層４を適切に構造形成することにより、結果として得られる色印象ならびに製造すべき素子の放射特性を所期のように調整することができる。この目的でたとえば、それぞれ半導体基体に対応づけられている部分が外側領域で、変換層が薄くなっているようなおよび／または部分的に除去されているような構造をもつよう、変換層４に対し構造形成を施すことができる。
【０１３５】
層結合体１００は複数の半導体基体１に裁断され個別化される。これに応じて変換層４も複数の部分に個別化される。図１１に示されているように、層結合体１００と変換層４を、変換層の付与後にいっしょに個別化するのが有利である。これにより、個別化された半導体基体１の各々が変換層４を有する。
【０１３６】
択一的に、変換層４を設ける前に層結合体１００を個別化することもできる。たとえば層結合体１００が複数の半導体基体１に個別化されてから、変換層が設けられる。このケースでは、個別化された半導体基体の上に変換層が設けられるかまたは、半導体基体が変換層に設けられる。変換層４を個別化する前にこれを行うのが有利である。
【０１３７】
図１２〜図１５に示されている光放出光学コンポーネントは、それぞれ有機ルミネセンスダイオード２０を有している。図１２〜図１５に示されている有機ルミネセンスダイオード２０の場合、発光ダイオード自体の中にそれぞれ少なくとも１つの発光材料が組み込まれているのに対し、図１６には有機発光ダイオードの例が描かれており、この場合、外側表面に変換層が取り付けられている。
【０１３８】
有機ルミネセンスダイオード２０は基板２１を有しており、この基板２１の上にたとえば第１の電極層２３、有機発光層２４ならびに第２の電極層２２が設けられている。電極層２２，２３ならびに有機発光層２４はカプセル２５によってカプセル化されている。これに関して図１５および図１６に示した実施例は例外を成しており、これらの実施例によれば第１の電極層２２は同時に基板２１としても機能し、したがってカプセル２５によってはカプセル化されていない。
【０１３９】
有機発光層２４は、活性物質として有機分子および／またはポリマーを有している。有機ルミネセンスダイオードについて可能な構造ならびに有機発光層の組成は当業者に一般に知られているので、ここではこれ以上詳しくは説明しない。
【０１４０】
図１２〜図１６に示した発光ダイオードの構造は、有機ルミネセンスダイオードの構造をそれぞれ例示したものであると理解されたい。発光材料粒子の組み込みと関連して実施例において説明してきた原理は著しく異なる構造を備えた発光ダイオードにおいても、図１２〜図１６に示した発光ダイオードの特徴が実現されていないかあるいは他のやり方で実現されている場合であっても、当然ながら適用することができる。
【０１４１】
図１２に示した実施例の場合、基板２１は発光材料粒子を有している。たとえば基板２１に変換層４が含まれており、または基板２１全体が変換層４として形成されている。この有機ルミネセンスダイオード２０の場合、有機層２４において生成された電磁放射は基板２１を通して伝送され、その際にこの電磁放射は部分的にまたは全体的に変換される。
【０１４２】
付加的にまたは択一的に、発光材料粒子を有機ルミネセンスダイオード２０の別の構成部分に組み込むことも可能である。たとえばカプセル２５または有機発光層２４に発光材料粒子をもたせることができる。基本的にこれは電極層２２，２３の場合も可能であり、たとえば導電性ポリマーを有する場合も可能である。
【０１４３】
さらに、ルミネセンスダイオード２０がそれぞれ発光材料粒子の取り込まれた少なくとも２つの部分を有するように構成することができる。ルミネセンスダイオードにおけるこれらの部分はたとえば、それぞれ異なる発光材料または発光材料混合物を有している。さらにたとえば基板２１は第１の種類の発光材料を有しており、カプセル２５は第２の種類の発光材料粒子を有しており、その結果、有機層２４において生成された電磁放射はカプセルにおいて変換されて第１の波長領域の光が生成され、基板において変換されて第２の波長領域の光が生成される。また、この種の発光ダイオード２０に２つの主放射面をもたせることができ、すなわち一方は基板２１の側であり他方はカプセル２５の側であり、この場合、両方の主放射面においてそれぞれ異なる色の光が放出される。
【０１４４】
図１３、図１４および図１６に示されているコンポーネントは有機ルミネセンスダイオード２０の例であり、これによれば基板２１に少なくとも１つの変換層４が設けられている。図１３に示されている実施例の場合、変換層４は発光ダイオード２０の内部で基板２１にじかに取り付けられている。図１４に示されている実施例の場合、変換層はルミネセンスダイオード２０の内部に配置されているが、この場合には有機発光層２４において基板２１とは反対側に配置されている。たとえば変換層４は、第２の電極層２２とカプセル２５との間に配置されている。図１６に示されている実施例によれば、ルミネセンスダイオード２０の内側とは反対側に位置する基板２１の外側表面に変換層４が設けられている。
【０１４５】
変換層４はたとえば、約５μｍと等しいかまたはそれよりも小さい厚さを有している。これはたとえばフレキシブルであり、シート状に広い面積で発光ダイオードの内側にまたは発光ダイオードの外側表面に付与することができる。これはフレキシブルな有機ルミネセンスダイオードに殊に適しており、これはたとえば平坦でない面に取り付けるために、あるいは丸めることのできるディスプレイまたは照明ユニットのために考えられているものである。ナノ粒子の形態をとる発光材料を用いることではじめて、この種の薄い変換層４の製造が実施可能となる。したがって有利なことに、一般に著しく薄く構成されている有機ルミネセンスダイオードの場合、この厚さは変換層４によってごく僅かに大きくなるにすぎない。
【０１４６】
図１５に示した実施例は、図１２を参照しながら説明した実施例と類似している。相違点は、基板２１が同時に電極層２３としても機能することである。これはたとえばポリマー電極基板であり、慣用のポリマー電極基板とは異なりこの基板に発光材料粒子が取り込まれている。したがって基板２１は、少なくとも部分的に電極としても変換層４としてもはたらく。
【０１４７】
実施例で説明してきた光放出光学コンポーネントはたとえば、一般照明に利用するために考えられている。１次放射源ならびに使用される発光材料の波長領域および種々の波長領域の電磁放射の混合比は、一般照明のために望まれるコンポーネントの合成色座標が生じるよう、互いに調整されている。合成色座標ないしは結果として得られる色座標はたとえば白色光として知覚可能であり、その際、適用分野に応じてこれに所定の色調をもたせることもでき、たとえば赤または黄色のトーンをもたせることができる。
【０１４８】
上述の方法によれば、結果として得られる色座標をきわめて精確に調整することができる。その理由は、変換層の厚さが僅かでありナノ粒子の形態で少なくとも１つの発光材料が用いられることから、変換層の変換特性を精確にコントロール可能かつ調整可能だからである。色座標はそれぞれコンポーネントの主方向で測定される。図９〜図１１を参照しながらこれまで説明してきた方法に従い製造されＣＩＥ色度図における同じ色座標のために設けられているコンポーネントは、合成色座標のｘ座標とｙ座標について、少なくとも９５％たとえば９７％の統計的信頼性で０．０３以下の大きさのインターバル内にある値を有している。
【０１４９】
発光材料粒子もしくは発光材料から成るアグロメレートは、以下のように選定され配置される。すなわち３６０ｎｍを含めてそこから５００ｎｍまたは５２０ｎｍの範囲から成る電磁放射を、必要な輝度および必要な均質照明イメージを合成色座標の精密な調整で実現できるような長い波長の放射に変換するよう、選定され配置される。これはたとえば、高出力ルミネセンスダイオードがたとえば１００ｍＷまでの電力で駆動されるような一般照明分野の適用事例についてあてはまる。ナノ粒子の形態をとる発光材料は、マイクロメータ領域の直径を有する発光材料粒子よりも幅の広い吸収帯域、高い光学的透過性、ならびに励起後の著しく僅かな減衰時間を有している。これによって、たとえば一般照明分野において高い要求に対応し低コストで製造可能な変換素子の製造が実現される。ナノ粒子の形態をとる発光材料のさらに別の利点は同じ体積でありながら、マイクロメータ領域の直径をもつ発光材料よりも著しく広い表面積を有することであり、これによって改善された放射特性が実現される。さらにナノ粒子の形態をとる発光材料は、いっそう大きい発光材料粒子よりも粒子表面積の変動を小さくすることができ、つまりいっそう規則的な表面をもたせることができる。これによって、やはりその放射特性に有利な作用を及ぼすことができる。
【０１５０】
ここで説明してきた変換材料および変換層は、慣用の発光材料および発光材料粒子に対し複数の利点を有している。発光材料粒子間の表面相互作用を低減することができ、これによって個々のマトリックス材料において発光材料の均質な分布が得られるようになる。ナノ粒子の形態をとる発光材料を使用した場合、光学的な消去、透過性損失およびこれに付随する輝度損失、色座標の大きなずれ、または許容できない不均質な照明イメージを著しく低減することができ、あるいは回避することができる。従来使用されていた発光材料とは異なりナノ粒子を使用すれば、最大５０μｍあるいはそれどころか５μｍよりも小さい厚さをもつ有効な変換層を、技術的に是認できる程度の手間ないしはコストで実現することができる。
【０１５１】
さらにナノ粒子の形態をとる発光材料を使用すれば、膨張の僅かな発光材料アグロメレートを所期のように生成することができる。これに対し慣用の発光材料の場合、アグロメレートの形成は望ましくないものである一方、２０μｍ以上の膨張を伴うアグロメレートの回避は通例、余分に技術的な手間をかけることによってしか行えない。
【０１５２】
ナノ粒子の形態をとる発光材料によれば従来使用されていた発光材料よりも、飽和作用および再吸収作用の減衰時間を著しく僅かにすることができるし、温度に依存する発光材料放出スペクトルのシフトを僅かにすることができる。このことは、一般照明分野において高出力ルミネセンスダイオードを用いて適用する場合に殊に有利である。ルミネセンスダイオードはたとえば１００ｍＷまでの電力を有している。
【０１５３】
ルミネセンスダイオードを用いて一般照明分野のために白色光を発生させるようとする場合には、ＣＩＥ色度図のｘ座標とｙ座標すなわち色座標ないしは色位置に対し著しく狭い許容範囲が必要とされる。ナノ粒子の形態をとる発光材料を利用すれば、このような狭い許容範囲を良好に実現できる一方、慣用の発光材料を使った場合には現在のところ、多くの技術的な手間と余分なコストならびに高い欠陥率を伴うことによってしか、このことを実現できない。しかも、慣用の発光材料であると発生する可能性のある異方性の光学的な励起プロセスおよび放出プロセスを最小限に抑えることができる。これによって、電磁放射が放出される空間角度全体にわたり均質性を高めることができる。
【０１５４】
慣用の発光材料粒子を利用して狭い色座標許容偏差を達成するのが困難である重大な要因は、慣用の発光材料吸収スペクトルと、ＩｎＧａＮまたはＧａＮをベースとするルミネセンスダイオードチップの放出スペクトルが不所望にオーバラップすることにある。吸収スペクトルと放出スペクトルは一般にごく狭い範囲でオーバラップしているので、これらのスペクトルの少なくとも一方が僅かにずれただけで、全体として実現される色座標に対し大きな影響が及ぼされる可能性がある。ルミネセンスダイオードチップの吸収スペクトルにおいて製造に起因する通常の波長変動によって殊に、色座標が大きく変動し、ルミネセンスダイオードチップと変換材料を伴う相応の素子の照明イメージが不均質なものとなってしまう。
【０１５５】
従来用いられていた発光材料粒子の場合、吸収スペクトルは発光材料粒子の粒径に殊に大きく依存し、これは比較的大きな散乱を受ける。ナノ粒子の形態をとる発光材料の場合には、このような依存性を僅かにすることができる。しかもナノ粒子の場合、良好に規定された粒径をいっそう再現可能に形成することができる。
【０１５６】
ナノ粒子の形態の発光材料は、マイクロメータ領域の直径をもつ慣用の発光材料粒子よりも規則的な粒子形状をもつことが多い。著しく僅かなサイズであるためナノ蛍光体の表面−体積比が著しく大きくなり、したがって光吸収は基本的に表面積が広いことから増大し、さらに表面における相互作用が僅かになるため発光材料表面から長い波長を障害なく放出させることができる。さらにナノ蛍光体によって透過性の高められた変換材料を実現することができ、これによって変換素子における光損失が僅かになる。
【０１５７】
しかもナノ粒子の形態をとる発光材料において、発光材料放出の温度依存性を小さくし、光吸収（A. E. Absorption Efficiency）のいっそう高い吸収帯域を拡げ、飽和作用および自己吸収作用の低減までの減衰時間を短くすることができる。
【０１５８】
光を放出する素子と変換材料との混合光のＣＩＥ色座標をたとえば発光材料、材料中の発光材料濃度、ならびに場合によっては変換層の層厚の選定と組み合わせによって、所期のように制御し精確に調整することができる。
【０１５９】
当然ながら既述のコンポーネントに基づく本発明の説明は、本発明をそれらに限定したとみなすべきものではない。たとえば発光ダイオードチップまたはレーザダイオードチップといった半導体基体を、一例として相応の放射スペクトルを送出するポリマーＬＥＤまたは有機発光ダイオードであると解することもできる。本発明には、どのような新たな特徴であろうとそれらの特徴のどのような組み合わせであろうと含まれるものであり、殊にこの点において、それらの特徴またはそれらの組み合わせ自体が特許請求の範囲あるいは実施例には明示されていないとしても、特許請求の範囲に記載された特徴のすべての組み合わせが含まれる。
【図面の簡単な説明】
【０１６０】
【図１】波長変換用変換材料を備えた第１の光放射光学素子の断面概略図
【図２】波長変換用変換材料を備えた第２の光放射光学素子の断面概略図
【図３】波長変換用変換材料を備えた第３の光放射光学素子の断面概略図
【図４】波長変換用変換材料を備えた第４の光放射光学素子の断面概略図
【図５】波長変換用変換材料を備えた第５の光放射光学素子の断面概略図
【図６】波長変換用変換材料を備えた第６の光放射光学素子の断面概略図
【図７】凝集していないナノ粒子の形態をとる発光材料を示す概略図
【図８】凝集体に結合された１次粒子の形状の発光材料を示す概略図
【図９】本発明による方法の１つの実施例における種々のステップ状態を示す図
【図１０】本発明による方法の１つの実施例における種々のステップ状態を示す図
【図１１】本発明による方法の１つの実施例における種々のステップ状態を示す図
【図１２】波長変換用変換材料を備えた第７の光放射光学素子の断面概略図
【図１３】波長変換用変換材料を備えた第８の光放射光学素子の断面概略図
【図１４】波長変換用変換材料を備えた第９の光放射光学素子の断面概略図
【図１５】波長変換用変換材料を備えた第１０の光放射光学素子の断面概略図
【図１６】波長変換用変換材料を備えた第１１の光放射光学素子の断面概略図
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【国際調査報告】
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