(57)【要約】  ディスプレイの背面照明のための照明装置（１）を開示する。この照明装置は、第１の波長域の電磁放射を発生させるのに適した少なくとも１つの半導体ボディ（３）、前記半導体ボディ（３）の放射方向（８）において前記半導体ボディ（３）の放射前面（６）に後置された、前記第１の波長域の放射を前記第１の波長域とは異なる第２の波長域の放射に変換するのに適した第１の波長変換物質（３０）、および前記半導体ボディ（３）の放射方向（８）において前記半導体ボディ（３）の前記放射前面（６）に後置された、前記第１の波長域の放射を前記第１および第２の波長域とは異なる第３の波長域の放射に変換するのに適した第２の波長変換物質（３１）を有している。さらに、このような照明装置（１）を備えたディスプレイを説明する。
2011511445.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディスプレイの背面照明のための照明装置（１）であって、
−第１の波長域の電磁放射を発生させるのに適した少なくとも１つの半導体ボディ（３）、
−前記半導体ボディ（３）の放射方向（８）において前記半導体ボディ（３）の放射前面（６）に後置された、前記第１の波長域の放射を前記第１の波長域とは異なる第２の波長域の放射に変換するのに適した第１の波長変換物質（３０）、および
−前記半導体ボディ（３）の放射方向（８）において前記半導体ボディ（３）の前記放射前面（６）に後置された、前記第１の波長域の放射を前記第１および第２の波長域とは異なる第３の波長域の放射に変換するのに適した第２の波長変換物質（３１）を有していることを特徴とする照明装置（１）。
【請求項２】
前記第１および／または第２の波長変換物質（３１，３１）は、前記半導体ボディ（３）の前記放射前面（６）上に直に接触して配置された波長変換層（２９，３５）に含まれている、請求項１記載の照明装置（１）。
【請求項３】
前記第１および／または第２の波長変換物質（２９，３５）はグラウト（３２）に含まれている、請求項１または２記載の照明装置（１）。
【請求項４】
前記第１の波長域は青色スペクトル領域の放射を含んでいる、請求項１から３のいずれか１項記載の照明装置（１）。
【請求項５】
前記第２の波長域は緑色スペクトル領域の放射を含んでいる、請求項１から４のいずれか１項記載の照明装置（１）。
【請求項６】
前記第１の波長変換物質（３０）はユーロピウムをドープしたクロロシリケートを有している、請求項１から５のいずれか１項記載の照明装置（１）。
【請求項７】
前記第３の波長域は赤色スペクトル領域からの放射を有している、請求項１から６のいずれか１項記載の照明装置（１）。
【請求項８】
前記第２の波長変換物質（３１）はユーロピウムをドープした窒化ケイ素を有している、請求項１から７のいずれか１項記載の照明装置（１）。
【請求項９】
前記第１の波長変換物質（３０）として、ユーロピウムをドープしたクロロシリケートを有し、前記第２の波長変換物質（３１）として、ユーロピウムをドープした窒化ケイ素を有しており、前記ユーロピウムをドープしたクロロシリケートが前記ユーロピウムをドープした窒化ケイ素に対して境界も含めて０．８〜１．２の比を有している、請求項１から８のいずれか１項記載の照明装置（１）。
【請求項１０】
ＣＩＥ標準色度図の白色領域に色度座標を有する放射を放出し、当該放射の放射スペクトルが、赤色領域、緑色領域および青色領域を有する色フィルタの透過スペクトルに合わせられている、請求項１から９のいずれか１項記載の照明装置（１）。
【請求項１１】
前記半導体ボディ（３）と前記第１の波長変換物質（３０）と前記第２の波長変換物質（３１）の上方に光学素子（２４）が配置されている、請求項１から１０のいずれか１項記載の照明装置（１）。
【請求項１２】
前記光学素子（２４）の放射出射面（２５）は凹曲した部分領域（２６）と光軸（２７）から離れたところで前記凹曲した部分領域（２６）を少なくとも部分的に包囲する凸曲した部分領域（２８）とを有しており、前記光学素子（２４）の光軸（２７）は前記凹曲した部分領域（２６）を貫通している、請求項１から１１のいずれか１項記載の照明装置（１）。
【請求項１３】
色度座標に従ってグループ分けされた複数の半導体ボディ（３）を有している、請求項１から１２のいずれか１項記載の照明装置（１）。
【請求項１４】
背面照明のために請求項１から１３のいずれか１項記載の照明装置（１）を有しているディスレプイ。
【請求項１５】
赤色領域、緑色領域および青色領域を有する色フィルタを有しており、前記照明装置（１）の放射スペクトルが前記色フィルタの透過スペクトルに適合させられている、請求項１４記載のディスプレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はディスプレイを背面照明するための照明装置および同照明装置を備えたディスプレイに関わる。
【０００２】
ディスプレイ用の照明装置は例えば文献DE 10 2004 046 693.3に示されている。
【０００３】
本発明の課題はディスプレイを背面照明するための照明装置を改善することである。
【０００４】
この課題は請求項１に記載の特徴を備えた照明装置と請求項１４に記載の特徴を備えたディスプレイによって解決される。
【０００５】
ディスプレイを背面照明するこの種の照明装置はとりわけ、
・第１の波長域の電磁放射を発生させるのに適した少なくとも１つの半導体ボディ、
・前記半導体ボディの放射方向において前記半導体ボディの放射前面に後置された、第１の波長域の放射を第１の波長域とは異なる第２の波長域の放射に変換するのに適した第１の波長変換物質、
・前記半導体ボディの放射方向において前記半導体ボディの放射前面に後置された、第１の波長域の放射を第１および第２の波長域とは異なる第３の波長域の放射に変換するのに適した第２の波長変換物質を含んでいる。
【０００６】
照明装置は光源として少なくとも１つの半導体ボディを含んでいる。半導体ボディは、例えば従来使用されている冷陰極蛍光ランプ（ＣＣＦＬ）に比べて、振動に対してより不感であり、実質的に自由に減光でき、短いスイッチ時間が実現されるという利点を有している。さらに、半導体ボディは冷陰極蛍光ランプに比べて水銀や鉛のような有害な重金属を実質的にまったく含んでいない、または非常に少量しか含んでいない。
【０００７】
特に好ましくは、半導体ボディと２つの波長変換物質は、半導体ボディによって生成される第１の波長域の放射が少なくとも部分的に第１および第２の波長変換物質に当たることで、第１の波長域の放射が前記両波長変換物質によって第２および第３の波長域の放射に変換されるように配置されている。
【０００８】
半導体ボディから放出された第１の波長域の放射は、第１の波長変換物質によって好ましくは部分的に第１の波長域とは異なる第２の波長域の放射に変換され、同様に第２の波長変換物質によって好ましくは部分的に第１および第２の波長域とは異なる第３の波長域の放射に変換され、第１の波長域の放射のその他の部分は変換されない。この場合、照明装置は、第１の波長域の変換されていない放射と第２および第３の波長域の変換された放射とを有する混合放射を放出する。
【０００９】
第１および／または第２の波長変換物質は例えば波長変換層中に含まれているようにしてよい。第１および／または第２の波長変換物質を含む波長変換層は半導体ボディの放射前面に直に接していることが特に好ましい。これは波長変換層が半導体ボディの放射前面と共通の境界面を有していることを意味する。波長変換層が半導体ボディの放射前面上に配置されていれば、半導体ボディは照明装置のサイズに比べれば通常は実質的に点放射源であり、所定の色度座標を有する放射、好ましくはＣＩＥ標準色度図の白色領域の放射を放出する。このような点放射源の放射はとりわけ光学素子に入射させるのに適している。
【００１０】
さらに、半導体ボディの放射が波長変換層を通過するように、前記波長変換物質の少なくとも一方、好ましくは両方の波長変換物質を含む波長変換層を照明装置の他の場所に配置することも可能である。波長変換層は、例えば半導体ボディの方を向いた、照明装置のカバープレートの背面に配置してよい。２つのカバープレートは例えば散光プレートであってよい。
【００１１】
半導体ボディは素子ハウジングの中に取り付けられている。素子ハウジングは例えば半導体ボディを固定するための凹部を有していてよい。適切な素子ハウジングは例えば文献ＷＯ０２／０８４７４９Ａ２に記載されている。なお、当該文献の開示内容は参照により本願明細書に取り込まれる。半導体ボディを素子ハウジング内に取り付ければ、半導体ボディと素子ハウジングは照明装置に含まれている光電子素子の一部となる。
【００１２】
照明装置の別の実施形態によれば、第１および／または第２の波長変換物質はマトリックス材料の中に混入されている。マトリックス材料は例えばシリコーンおよび／またはエポキシドを有していてもよいし、またはこれらの材料の少なくとも一方から成っていてもよい。
【００１３】
少なくとも１つの波長変換物質を有するこのマトリックス材料は波長変換層としてまたはグラウトとして形成されていてよい。照明装置の１つの実施形態によれば、波長変換層は境界も含めて２０μｍ〜２００μｍの厚さを有している。
【００１４】
波長変換層を形成するために、少なくとも１つの波長変換物質を有するマトリックス材料を光電子素子または照明装置の内部の層として形成した後、硬化させるようにしてよい。このような波長変換層は境界も含めて２０μｍ〜４０μｍの厚さを有することが好ましい。
【００１５】
あるいは、波長変換層を別個に小板として形成することも可能である。このような小板は同様に少なくとも１つの波長変換物質に粒子を入れたマトリックス材料を有していてもよいし、またはセラミックスとして形成されていてもよい。別個に小板として形成された波長変換層は境界も含めて好ましくは２０μｍ〜２００μｍの厚さを有する。
【００１６】
照明装置の別の実施形態によれば、第１および／または第２の波長変換物質はグラウトの中に埋め込まれている。グラウトは例えば素子ハウジングの凹部に入れてよい。この場合、通常はグラウトが半導体ボディを包む。
【００１７】
さらにまた、２つの波長変換物質の一方は波長変換層に包まれ、他方の波長変換物質はグラウトに包まれていてよい。
【００１８】
さらに、２つの波長変換物質を２つの異なる波長変換層に入れることも可能である。この場合、第１の波長変換物質が例えば第１の波長変換層に入っており、一方で第２の波長変換物質は第２の波長変換層に入っている。ここで、２つの波長変換層の一方は例えば半導体ボディの放射前面に直接接触していてよく、その一方で第２の波長変換層は第１の波長変換層に直接接触していてよい。つまり、第２の波長変換層は第１の波長変換層とともに共通の境界面を形成する。
【００１９】
照明装置の別の実施形態によれば、半導体ボディは青色スペクトル領域を含む第１の波長域の放射を放出する。
【００２０】
青色スペクトル領域の放射を放出する半導体ボディは好ましくは窒化化合物半導体材料をベースとしている。
【００２１】
窒化物化合物半導体材料は、例えばＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ系（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，ｘ＋ｙ≦１）の材料などのような、窒素を含有した化合物半導体材料である。窒化化合物半導体材料をベースとする放射半導体ボディのグループには、とりわけ、半導体ボディのエピタキシャル成長させた半導体層列に窒化化合物半導体材料からなる材料を有する少なくとも１つの単独層が含まれているような半導体ボディが属する。
【００２２】
照明装置の別の実施形態によれば、第２の波長域は緑色スペクトル領域の放射を含んでいる。したがって、第１の波長変換物質は好ましくは第１の波長域の放射を緑色スペクトル領域の放射に変換する。この実施形態では、第１の波長域が青色スペクトル領域の放射を含んでいることが特に好ましい。
【００２３】
照明装置の別の実施形態によれば、第１の波長変換物質はユーロピウムをドープしたクロロシリケートを有しているか、この材料から成っている。ユーロピウムをドープしたクロロシリケートは特に青色スペクトル領域の放射を緑色スペクトル領域の放射に変換するのに適している。
【００２４】
照明装置の別の実施形態によれば、第３の波長域は好ましくは赤色スペクトル領域の放射を有する。したがって、第２の波長変換物質は特に好ましくは第１の波長域の放射を赤色スペクトル領域の放射に変換する。この実施形態でも、第１の波長域が青色スペクトル領域の放射を含んでいることが特に好ましい。
【００２５】
照明装置の別の実施形態によれば、第２の波長変換物質はユーロピウムをドープした窒化ケイ素を有しているか、この材料から成っている。ユーロピウムをドープした窒化ケイ素は特に青色スペクトル領域の放射を赤色スペクトル領域の放射に変換するのに適している。
【００２６】
照明装置の別の実施形態によれば、照明装置は第１の波長変換物質としてユーロピウムをドープしたクロロシリケートを有し、第２の波長変換物質としてユーロピウムをドープした窒化ケイ素を有している。なお、これら２つの波長変換物質は境界も含めて互いに対して（質量分率で）０．８〜１．２の比を有している。特に好ましくは、これら２つの波長変換物質は同様に境界も含めて互いに対して（同様に質量分率で）０．９〜１．１の比を有している。
【００２７】
第１および／または第２の波長変換物質はさらに、希土類の金属をドープしたガーネット、希土類の金属をドープした硫化アルカリ土類、希土類の金属をドープしたチオガレート、希土類の金属をドープしたアルミン酸塩、希土類の金属をドープしたオルトシリケート、希土類の金属をドープしたクロロシリケート、希土類の金属をドープしたアルカリ土類窒化ケイ素、希土類の金属をドープした酸窒化物、および、希土類の金属をドープしたアルミニウム酸窒化物によって形成されるグループから選ぶことができる。
【００２８】
別の実施形態によれば、照明装置はＣＩＥ標準色度図の白色領域内に色度座標を有する混合放射を放出する。ここで、白色混合放射は、特に好ましくは、青色スペクトル領域の放射を含む第１の波長域の放射と、緑色放射を含む第２の波長域の放射と、赤色放射を含む第３の波長域の放射を含んでいる。
【００２９】
別の実施形態によれば、半導体ボディと第１の波長変換物質と第２の波長変換物質の上方に光学素子が配置されている。半導体ボディは例えば素子ハウジングの凹部に配置してよく、半導体ボディの放射前面には第１および第２の波長変換物質を含む波長変換層が設けられており、素子ハウジングには凹部の上方に光学素子が固定されている。この場合、光学素子は光電子素子の一部である。光学素子はふつうビーム形成に使用される。特に好ましくは、ふつうディスプレイの背面照明で望まれるように照明装置の放射特性をできるだけ均一にするために、光学素子はビームの拡大に使用される。とりわけ、照明装置が放射特性が均一であることは、有利には、照明装置の設置深さを浅くすることに寄与する。
【００３０】
光学素子として、例えばレンズを使用してよい。
【００３１】
特に好ましくは、凹曲した部分領域と光軸から離れたところでこの凹曲した部分領域を少なくとも部分的に包囲する凸曲した部分領域とを有する放射出射面を備えた光学素子が使用される。なお、光学素子の光軸は凹曲した部分領域を貫通している。このような光学素子を備えた照明装置は例えば文献ＷＯ２００６／０８９５２３に記載されている。この文献の開示内容は参照により本願明細書に取り込まれる。
【００３２】
このような光学素子は特に有利には光電子素子の放射特性を広げる、つまり、半導体ボディまたは波長変換層から半導体ボディの前面に放出された放射を大きな立体角にわたって分布させるのに適している。
【００３３】
１つの実施形態によれば、照明装置は複数の半導体ボディまたは複数の半導体ボディを備えた光電子素子を含んでいる。この場合、１つの半導体ボディまたは１つの光電子素子についてここで説明した特徴をすべてのまたはいくつかの半導体ボディまたは光電子素子が有しいていてよい。
【００３４】
照明装置が複数の半導体ボディまたは光電子素子を含んでいる場合、これらが同じ波長または同種のスペクトルを有する放射を放出することが好ましい。
【００３５】
照明装置が複数の半導体ボディまたは光電子素子を含んでいる場合、これらは色度座標に従ってグループ分けされることが好ましい。つまり、半導体ボディまたは光電子素子によって放出される放射の色度座標は、３ＳＤＣＭ（Standard Deviation of Color Matching）でマカダム楕円の内部にあるということである。マカダム楕円とは、ＣＩＥ標準色度図中で、人間が見て基準色調までの距離が同じであると知覚される色調の領域である。マカダム楕円の次元はＳＤＭＣで示される。言い換えれば、半導体ボディまたは光電子素子によって放出される放射の色度座標が所定の値から３ＳＤＭＣを超えて偏差しないということである。
【００３６】
マカダム楕円とＳＤＭＣは、MacAdam, D. L., Specification of small chromaticity differences, Journal of the Optical Society of America, vol.33, no.1, Jan. 1943, pp 18-26に記載されている。この文献の開示内容は参照により本願明細書に取り込まれる。
【００３７】
とりわけ、照明装置がＣＩＥ標準色度図の白色領域内に色度座標を持つ混合放射を放出する複数の半導体ボディまたは光電子素子を含んでいる場合には、色度座標は３ＳＤＭＣを超えて互いから偏差することがない。人間の眼はＣＩＥ標準色度図の白色領域における色度座標の変化に特に敏感であるから、照明装置の放射の色印象が特に均一になる。
【００３８】
混合放射を波長変換層によって半導体ボディの放射前面に発生させる場合にも同様に、半導体ボディはこの波長変換層によって好ましくは波長変換層の色度座標に従ってグループ分けされている。ここで、色度座標は波長変換層から放出される混合放射に関係している。
【００３９】
特に好ましくは、ここで説明した照明装置は背面照明のためにディスプレイを包囲する。ディスプレイは例えば液晶ディスプレイ（ＬＣＤディスプレイ）であってよい。
【００４０】
好ましくは、ディスプレイは少なくとも３つの異なる領域を有する色フィルタを有し、前記少なくとも３つの異なる領域は３つの異なる波長域の放射を透過するように形成されている。特に好ましくは、照明装置によって放出される放射の放射スペクトルは色フィルタに適合されている。これは、照明装置によって放出される放射の放射スペクトルが、それぞれに１つのピークをもつ少なくとも３つの異なる波長域を有しており、色フィルタの３つの異なる領域のうちの１つによって少なくとも３０％が透過されることを意味している。それゆえ、色フィルタの異なる領域はそれぞれ実質的に照明装置の放射スペクトルのピークと一致する透過スペクトルを有している。照明装置の放射の放射スペクトルが色フィルタに適合させてあれば、色フィルタは照明装置によって放出される放射の非常に大きな部分を透過させる。特に好ましくは、照明装置の放射の放射スペクトルに適合させてある色フィルタは照明装置によって放出された放射の少なくとも４０％を透過させる。
【００４１】
特に好ましくは、第１の波長域の青色放射と第２の波長域の緑色放射と第３の波長域の赤色放射とによって白色混合放射を放出する照明装置の放射スペクトルは、赤色領域と緑色領域と青色領域を有する色フィルタに適合させてある。この場合、照明装置の混合放射の放射スペクトルは、第１の波長域の放射スペクトルと第２の波長域の放射スペクトルと第３の波長域の放射スペクトルとから構成されており、赤色スペクトル領域に１つのピーク、緑色スペクトル領域に１つのピーク、青色スペクトル領域に１つのピークを有している。
【００４２】
照明装置の放射スペクトルが赤色領域と緑色領域と青色領域を有する色フィルタに適合させられていれば、第１の側面に従って、第３の波長域の赤色放射の放射スペクトルは色フィルタの赤色領域の透過スペクトルに適合させられている。これは、第３の波長域の赤色放射の少なくとも５５％が色フィルタの赤色領域によって透過させられることを意味する。さらに、第２の側面によれば、第２の波長域の緑色放射の放射スペクトルは、色フィルタの緑色領域によって第２の波長域の緑色放射の少なくとも６５％が透過されるように、色フィルタの緑色領域の透過スペクトルに合わせてある。同様に、第３の側面によれば、第１の波長域の青色放射の放射スペクトルは、色フィルタの青色領域によって第１の波長域の青色放射の少なくとも５５％が透過されるように、色フィルタの青色領域の透過スペクトルに合わせてある。
【００４３】
赤、緑および青の領域を有する従来の色フィルタに合わせた放射スペクトルを有する、白色混合放射を放出する照明装置は、例えば青色スペクトル領域からの放射を放出する半導体ボディを含んでいる。なお、第１および第２の波長変換物質による波長変換層はこの半導体ボディの放射前面上に直に接して配置されている。
【００４４】
ここで、第１の波長変換物質は特に好ましくはユーロピウムをドープしたクロロシリケートであり、このユーロピウムをドープしたクロロシリケートによって、第１の波長域の青色放射の一部が緑色放射に変換される一方で、第１の波長域の青色放射の別の一部は無変換で波長変換層を通過する。
【００４５】
第２の波長変換物質として、この実施形態では、ユーロピウムをドープした窒化ケイ素を使用することが特に好ましい。ユーロピウムをドープした窒化ケイ素によって、第１の波長域の青色放射のまた別の一部が赤色放射に変換される一方で、第１の波長域の放射のさらに別の一部は無変換で波長変換層を通過する。ユーロピウムをドープしたクロロシリケートとユーロピウムをドープした窒化ケイ素は、境界も含めて、（質量分率で）０．８〜１．２の混合比を有することが特に好ましい。
【００４６】
本発明のさらなる特徴、有利な実施形態および有効性は、以下に図面とともに説明する実施例から明らかとなる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１Ａ】１つの実施例による照明装置の概略的な平面図である。
【図１Ｂ】図１Ａの実施例による照明装置を備えたＬＣＤディスプレイの概略的な断面図である。
【図２Ａ】別の実施例による照明装置の概略的な平面図である。
【図２Ｂ】図２Ａの実施例による照明装置を備えたＬＣＤディスプレイの概略的な断面図である。
【図３Ａ】１つの実施例による光電子素子の概略的な断面図である。
【図３Ｂ】図３Ａの実施例による光電子素子の概略的な透視図である。
【図３Ｃ】図３Ａおよび３Ｂによる光電子素子の光学素子の簡単な断面図とこの光学素子内の概略的なビーム経路を示す。
【図４Ａ】１つの実施例による半導体ボディの概略的な断面図である。
【図４Ｂ】１つの実施例による半導体ボディの概略的な断面図である。
【図５】別の実施例による光電子素子の概略的な断面図である。
【図６Ａ】１つの実施例による半導体ボディの放射スペクトルのグラフである。
【図６Ｂ】２つの波長変換物質の放射スペクトルと１つの実施例による半導体ボディ上の１つの波長変換層の放射スペクトルのグラフを示す。
【図６Ｃ】１つの波長変換物質の放射スペクトルと半導体ボディ上の１つの波長変換層の放射スペクトルのグラフを示す。
【図６Ｄ】１つの実施例によるＬＣＤディスプレイのための色フィルタの透過スペクトルのグラフである。
【図７】図６Ｂの実施例による半導体ボディと波長変換物質を有する照明装置のための色フィルタと、図６Ｃによる半導体ボディと波長変換物質を有する照明装置のための色三角形を概略的に示す。
【００４８】
実施例および図面において、同じ構成要素または同機能の構成要素にはそれぞれ同じ参照符号を付してある。図面に図示された要素は必ずしも縮尺通りではない。むしろ、より良く理解できるように、例えば層厚のような個々の部材を誇張して大きく図示することもある。
【００４９】
図１Ａの実施例による照明装置１は支持体５と複数の半導体ボディ３を有している。半導体ボディ３は素子ハウジング内に取り付けられてはおらず、放射前面６の対向面である背面２０によって、およそ３０ｍｍの等間隔ｄでストリップ状の支持部材１３の上に配置されている。半導体ボディ３を載せたストリップ状の支持部材１３は互いに平行に支持体５上に取り付けられているので、半導体ボディ３は規則的な正方形格子１２の形で配置されている。
【００５０】
図１Ａの実施例における半導体ボディ３は同種に形成されている。とりわけ、半導体ボディ３は同種のスペクトルを有する放射を放出する。このスペクトルの色度座標は好ましくはＣＩＥ標準色度図の白色領域内にある。このために、半導体ボディ３は、図４Ａおよび４Ｂで詳しく説明されるように、前面６に１つまたは２つの波長変換層２９，３５を有している。
【００５１】
支持体５は例えばヒートシンクとしても使用される金属コア基板であってよい。特に好ましくは、支持体５は少なくとも半導体ボディ３または支持部材１３の間では反射フィルム１４によって覆われている。
【００５２】
図１Ｂの実施例によるＬＣＤディスプレイは図１Ａの実施例による照明装置１を含んでいる。ここで、半導体ボディ３の放射前面６は照明装置１の放射前面７の方を向いている。
【００５３】
放射方向８において半導体ボディ３の次に支持体５から測っておよそ３０ｍｍの距離Ｄに散光プレート９が配置されている。散光プレート９は好ましくは境界も含めて１ｍｍ〜３ｍｍの厚さを有している。放射方向８において散光プレート９の次には複数の光学層１０と液晶を用いたＬＣＤ層２とが配置されている。光学層１０は例えば構造化されたプラスチック層であり、好ましくは１５０μｍ〜３００μｍの厚さを有する。通常、光学層１０は照明装置１の放射を集束させるという役割を有している。ＬＣＤ層２にはさらに色フィルタ１５が組み込まれている。ここで、ＬＣＤディスプレイの側壁は反射性に形成されている。
【００５４】
図１Ａおよび１Ｂによる照明装置１はさらに、放射方向８において半導体ボディ３の放射前面６に後置された２つの波長変換物質３０，３１を有している。しかし、見易さの理由から、図１Ａおよび１Ｂには波長変換物質３０，３１は図示されていない。
【００５５】
第１の波長変換物質３０は、半導体ボディ３の活性領域３３が発生させる第１の波長域の放射を第１の波長域とは異なる第２の波長域の放射に変換するのに適しており、第２の波長変換物質３１は、第１の波長域の放射を第１および第２の波長域とは異なる第３の波長域の放射に変換するのに適している。
【００５６】
波長変換物質３０，３１は、図４Ａおよび４Ｂで詳しく説明するように、例えば１つまたは２つの波長変換層２９，３５の中で半導体ボディ３の放射前面６上に配置されていてよい。さらに、一方の波長変換物質３０，３１のみを波長変換層２９，３５によって包囲し、他方の波長変換物質３０，３１はグラウト３２によって包囲することも可能である。
【００５７】
同様に、波長変換物質３０，３１は１つまたは２つの波長変換層２９，３５の一部として、例えば散光プレート９上または光学層１０の間などの他の場所で、半導体ボディ３の放射前面６に後置されていてもよい。
【００５８】
図２Ａによる照明装置１は、図１Ａの実施例による照明装置１とは異なり、光電子素子４（ここでは発光ダイオード）の一部である半導体ボディ３を有している。図２Ａによる照明装置で使用しうるような光電子素子４については、図３Ａ〜３Ｃおよび５でより詳しく説明する。
【００５９】
繰り返しを避けるため、以下では、図２Ａによる照明装置１と図１Ａによる照明装置１の重要な相違点についてしか説明しない。特に断りがなければ、図２Ａによる照明装置１のその他の特徴は図１Ａによる照明装置１の特徴と同じである。
【００６０】
光電子素子４は図２Ａによる実施例ではそれぞれ固有の支持部材１３上に配置されている。これらの支持部材１３は光電子素子４が規則的な正方形格子１２を形成するように支持体５上に配置されている。これらの光電子素子４は互いにおよそ８０ｍｍの距離ｄだけ離れている。
【００６１】
図２Ｂの実施例によるＬＣＤディスプレイは図２Ａの実施例による照明装置１を有している。図２ＢによるＬＣＤディスプレイのその他の要素および特徴は図１ＢによるＬＣＤディスプレイの要素および特徴と実質的に同じであり、繰り返しを避けるために、以下では説明されない。図１ＢによるＬＣＤディスプレイとは違って、図２ＢによるＬＣＤディスプレイでは散光プレート９から支持体５までの距離がより大きい、すなわち、およそ５０ｍｍである。
【００６２】
照明装置１内の放射源として、特にＣＩＥ標準色度図の白色領域内に色度座標を持つ同種のスペクトルを有する放射を放出する放射源として、同種の半導体ボディ３または同種の半導体ボディ３を備えた光電子素子４を使用することにより、有利には、照明装置１またはこのような照明装置１を有するディスプレイの高さを低減することが可能となる。なぜならば、多色放射原を備えた照明装置１とは違って、混色のための高さが不要だからである。
【００６３】
例えば図２Ａによる照明装置１または図２ＢのＬＣＤディスプレイにおいて使用しうるような光電子素子４については、以下で図３Ａ〜３Ｃに基づいて詳しく説明する。
【００６４】
図３Ａ〜３Ｃの実施例による光電子素子４は素子ハウジング１８を有しており、この素子ハウジングの凹部１９に半導体ボディ３が取り付けられている。半導体ボディ３は前面６から第１の波長域の電磁放射を放出するのに適している。半導体ボディ３は放射前面６とは反対側の背面２０で凹部１９の構造化されたメタライゼーション２１上に配置されており、これにより半導体ボディ３とメタライゼーション２１との間に導電接続が成立している。さらに、半導体ボディ３の前面６はボンディングワイヤ２２によってメタライゼーション２１の別の部分と導電接続されている。一方、メタライゼーション２１はそれぞれ素子ハウジング１８の外部接続ストリップ２３と導電接続されており、メタライゼーション２１の構造化が動作中の短絡を防ぐ。
【００６５】
半導体ボディ３の放射方向８において半導体ボディ３に後置して光学素子２４が素子ハウジング１８に取り付けられている。光学素子２４はここではレンズであり、このレンズの出射面２５は、凹曲した部分領域２６と、光軸２７から離れたところでこの凹曲した部分領域２６を少なくとも部分的に包囲する凸曲した部分領域２８とを有している。なお、光学素子２４の光軸２７は凹曲した部分領域２６を貫通している。半導体ボディ３はここでは光軸２７を中心として配置されている。
【００６６】
レンズ２７は図３Ａ〜３Ｃによる素子４では別個に製造され、素子ハウジング１８に取り付けられる。
【００６７】
図３Ａ〜３Ｃによる光電子素子４の半導体ボディ３はさらに、２つの波長変換物質３０，３１を含んだ波長変換層２９を有している。しかし、見易さに配慮して、図３Ａには波長変換物質３０，３１は記入されていない。
【００６８】
図３Ａ〜３Ｃの実施例による光電子素子４はさらにグラウト３２を有しており、このグラウト３２が波長変換層２９を有する半導体ボディ３を包囲し、凹部１９を完全に満たす。グラウト３２は例えばシリコーンやエポキシドなどのマトリックス材料を有している。
【００６９】
以下では、図３Ａ〜３Ｃの光電子素子４または図１Ａによる照明装置で使用しうる半導体ボディ３を図４Ａの実施例に基づいて詳細に説明する。
【００７０】
図４Ａの実施例による半導体ボディ３は、第１の波長域の放射を発生させるのに適した活性領域３３を有している。活性領域３３はエピタキシャル成長させた半導体層列の一部であり、放射を発生させるために好ましくはｐｎ接合、ダブルヘテロ構造、単一量子井戸、または特に好ましくは多重量子井戸（ＭＱＷ）を含んでいる。ＭＱＷ構造の例は文献WO 01/39282、US 5,831,277、US 6,172,382 B1およびUS 5,684,309に記載されており、これら文献の開示内容は参照により本明細書に取り込まれる。
【００７１】
半導体ボディ３はここでは窒化化合物半導体材料をベースとしており、青色スペクトル領域の放射を発生させるのに適している。したがって、半導体ボディ３は動作時に前面６から青色放射を含む第１の波長域の放射を放出する。
【００７２】
図４Ａの実施例による半導体ボディ３の前面６の上には、波長変換層２９が直接接触して配置されている。したがって、波長変換層２９と半導体ボディ３の放射前面６は共通の境界面を形成している。
【００７３】
波長変換層２９は、第１の波長域の放射を第１の波長域とは異なる第２の波長域の放射に変換するのに適した第１の波長変換物質３０を含んでいる。さらに、波長変換層２９は、第１の波長域の放射を第１および第２の波長域とは異なる第３の波長域の放射に変換するのに適した第２の波長変換物質３１を含んでいる。
【００７４】
図４Ａの実施例による半導体ボディ３は青色スペクトル領域からの放射を放出するのに適している。したがって、第１の波長域は青色スペクトル領域の放射を含んでいる。青色放射を発生させるためには、例えば窒化化合物半導体材料をベースとする半導体ボディ３が適している。
【００７５】
第１の波長変換物質３０はここでは第１の波長域の青色放射を緑色放射に変換するのに適している。この場合、第２の波長域は緑色スペクトル領域の放射を含んでいる。このためには、例えばユーロピウムをドープしたクロロシリケートが波長変換物質３０として適している。
【００７６】
第２の波長変換物質３０はここでは第１の波長域の青色放射を赤色放射に変換するのに適している。したがって、第３の波長域は赤色スペクトル領域の放射を含んでいる。このためには、例えばユーロピウムをドープした窒化ケイ素が波長変換物質３１として適している。
【００７７】
好ましくは、ユーロピウムをドープしたクロロシリケートとユーロピウムをドープした窒化ケイ素は境界も含めて互いに対して０．８〜１．２の比を、特に好ましくは０．９〜１．１の比を有している。
【００７８】
ここでは、図４Ａによる半導体ボディ３の上の波長変換層２９は、第１の波長変換物質３０によって第１の波長域の青色放射の一部を第２の波長域の緑色放射に変換し、第２の波長変換物質３１によって第１の波長域の青色放射の別の一部を第３の波長域の赤色放射に変換する一方で、第１の波長域の青色放射の一部は無変換で波長変換層２９を通過させる。したがって、波長変換層２９または図４Ａによる半導体ボディ３を含む図３Ａ〜３Ｃによる光電子素子４は、第１の波長域の青色放射と第２の波長域の緑色放射と第３の波長域の赤色放射とから成る混合放射を放出する。この混合放射の色度座標は好ましくはＣＩＥ標準色度図の白色領域内にある。
【００７９】
図１Ａによる照明装置内に含まれている図３Ａ〜３Ｃの光電子素子４は色度座標に従ってグループ分けされている。つまり、波長変換層２９から半導体ボディ３または光電子素子４へと放出される混合放射の色度座標は好ましくは３ＳＤＣＭ（Standard Deviation of Color Matching）でマカダム楕円の内部にある。言い換えれば、波長変換層２９から半導体ボディ３または光電子素子へと放出される混合放射の色度座標が所定の値から３ＳＤＭＣを超えて偏差しないということである。
【００８０】
第１の波長変換物質３０と第２の波長変換物質３１は図４Ａの実施例ではマトリックス材料３４の中に混入されている。マトリックス材料３４は例えばシリコーンおよび／またはエポキシドを有していてもよいし、これらの材料からまたはこれらの材料の混合から成っていてもよい。
【００８１】
以下では、繰り返しを避けるために、図４Ａの実施例による半導体ボディ３と図４Ｂの実施例による半導体ボディ３の相違点についてしか説明しない。図４Ｂの半導体ボディ３のその他の特徴は例えば図４Ａの実施例に従って形成されているものとしてよい。
【００８２】
図４Ｂの実施例による半導体ボディ３は、図４Ａの実施例による半導体ボディ３とは違って、それぞれ１つの波長変換物質３０，３１を含んだ２つの異なる波長変換層２９，３５を有している。したがって、図４Ｂの実施例では、２つの波長変換物質３０，３１は２つの異なる波長変換層２９，３５に含まれている。第１の波長変換物質３０は半導体ボディ３の放射前面６に直に接触して配置された第１の波長変換層２９に含まれている。これは波長変換層２９が半導体ボディ３の放射前面６と共通の境界面を有していることを意味する。第１の波長変換層２９の上には、第２の波長変換物質３１を含んだ第２の波長変換層３５が配置されている。
【００８３】
図４Ａおよび４Ｂと関連させて図３Ａ〜３Ｃで説明したように、図１Ａによる照明装置１において光源として使用するのに適した光電子素子４は２つの異なる波長変換物質３０，３１を有しており、これら２つの異なる波長変換物質３０，３１は例えば共通のまたは２つの異なる波長変換層２９，３５に含まれていてよい。
【００８４】
あるいは、波長変換物質３０，３１が半導体ボディ３を包むグラウト３２に含まれているようにしてもよい。さらには、一方の波長変換物質３０は例えば半導体ボディ３の放射前面６の上に配置された波長変換層２９に入れ、他方の波長変換物質３１は半導体ボディ３を包むグラウト３２に入れるようにすることも可能である。
【００８５】
図３Ａ〜３Ｃによる光電子素子４に含まれているレンズ２４は、上で説明した曲がった出射面２５のおかげで、図３Ｃのビーム経路に見られるように光電子素子４の放射特性を広げるのに適している。とりわけ、図４Ａおよび４Ｂに例として示されているように１つまたは２つの波長変換層２９，３５を有する半導体ボディ３は、光学素子２４に対する点放射源である。この点放射原の放射は、図３Ｃのビーム経路から分かるように、光学素子２４によって大きな立体角に広げられる。
【００８６】
図５の実施例による光電子素子４は梯子形フレームに収納された予備成形された素子ハウジング１８を有している。梯子形フレームは２つの導電性接続ストリップ２３を有している。これらの接続ストリップ２３は素子４と外部との電気的コンタクトのために設けられており、素子ハウジング１８から脇へ突き出している。
【００８７】
素子ハウジング１８はさらに放射半導体ボディ３内に配置された凹部１９を有している。放射半導体ボディ３は放射前面６とは反対側の背面２０で例えばはんだまたは導電性接着剤によって梯子形フレームの一方の電気接続ストリップ２３と導電接続されている。さらに、半導体ボディ３は放射前面６でボンディングワイヤ２２によって他方の電気接続ストリップ２３と導電接続されている。
【００８８】
素子ハウジング１８はさらに素子ハウジング１８の凹部１９を満たすグラウト３２を有している。さらに、グラウト３２は凹部１９の上方にレンズ状に湾曲した出射面２５を形成している。言い換えれば、光電子素子４のグラウト３２は光学素子２４として、ここではレンズとして、形成されている。図３Ａ〜３Ｃによる光電子素子４とは違って、光学素子２４は別個に製造して、後から取り付けられるのではなく、光電子素子４に組み込まれている。
【００８９】
図５による半導体ボディ３は薄膜半導体ボディである。ここでは、薄膜半導体ボディとして、エピタキシャル成長させた放射生成半導体層列を有する半導体ボディ３が記載されている。なお、成長基板は除去してある、または、薄膜半導体ボディを単独ではもはや十分に機械的に安定させられないほど薄くしてある。それゆえ、活性領域３３を含む薄膜半導体ボディの半導体層列は半導体ボディを機械的に安定させる半導体ボディ支持体上に配置することが特に好ましい。この支持体は特に好ましくは半導体ボディの半導体層列の成長基板とは異なるものである。さらに、半導体ボディ支持体と放射半導体層列の間に反射層が配置されていることが好ましい。この反射層には、半導体層列の放射を薄膜半導体ボディの放射前面６へと偏向させる役割がある。さらに、放射半導体層列は好ましくは２０μｍ以下の範囲の厚さを、とりわけ１０μｍの範囲の厚さを有している。
【００９０】
薄膜半導体ボディの基本原理は例えばI. Schnitzer et al., Appl. Phys. Lett. 63, 18. October 1993, pp 2174-2176に記載されている。この文献の開示内容は参照により本明細書に取り込まれる。
【００９１】
素子ハウジング１８は凹部１９を取り巻くように溝状の凹部１７を有している。この溝状の凹部１７はグラウト３２の凹部１９からの流出を少なくとも減少させるために設けられている。
【００９２】
半導体ボディ３はここでは窒化化合物半導体材料をベースとしている。半導体ボディ３は青色スペクトル領域の放射を放出するために設けられた活性領域３３を備えた半導体層列を有している。したがって、第１の波長域は青色スペクトル領域からの放射を有している。さらに、半導体ボディ３の上には、図４Ａおよび４Ｂで説明されているように、１または２つの波長変換層２９，３５があってよい。さらに、２つの波長変換物質３０，３１の少なくとも一方をグラウト３２のマトリックス材料の中に混入することも可能である。
【００９３】
グラウト３２はここではＵＶ硬化性のシリコーン材料をマトリックス材料として有している。また、グラウト３２が上で波長変換層２９，３５との関連で述べたマトリックス材料を有していることも可能である。
【００９４】
図６Ａには、例として、例えば図４Ａおよび４Ｂによる実施例で使用できるような、窒化化合物半導体材料（ここではＩｎＧａＮ）をベースとする半導体ボディ３の放射スペクトルが示されている。半導体ボディ３の放射スペクトルはおよそ４００ｎｍ〜およそ５００ｎｍの波長域においておよそ４５５ｎｍ辺りで最大となるピークを有している。それゆえ、第１の波長域はおよそ４００ｎｍ〜およそ５００ｎｍの範囲を含んでおり、青色スペクトル領域の放射を有している。
【００９５】
図６Ｂには、第１の波長変換物質３０である、ユーロピウムをドープしたクロロシリケートの放射スペクトルと、第２の波長変換物質３１である、ユーロピウムをドープした窒化ケイ素の放射スペクトルが示されている。さらに、図６Ｂには、第１の波長変換物質３０としてユーロピウムをドープしたクロロシリケート（同様に図６Ｂに示されている放射スペクトルを有する）を含み、第２の波長変換物質３１としてユーロピウムをドープした窒化ケイ素（同様に図６Ｂに示されている放射スペクトルを有する）を含む波長変換層２９を有する放射前面６を備えた、図６Ａの放射スペクトルを有する半導体ボディ３の放射スペクトルが示されている。この放射スペクトルは例えば図４Ａの実施例による半導体ボディ３と波長変換層２９，３５とによって生じさせることができる。
【００９６】
ユーロピウムをドープしたクロロシリケートの放射スペクトルはおよそ４６０ｎｍ〜およそ６３０ｎｍの波長域においておよそ５１０ｎｍ辺りで最大となるピークを有している。したがって、ユーロピウムをドープしたクロロシリケートによって放出される第２の波長域はおよそ４６０ｎｍ〜およそ６３０ｎｍの波長域を含み、緑色スペクトル領域の放射を有する。
【００９７】
ユーロピウムをドープした窒化ケイ素の放射スペクトルはおよそ５５０ｎｍ〜およそ７８０ｎｍの波長域においておよそ６００ｎｍを最大値とするピークを有している。したがって、ユーロピウムをドープした窒化ケイ素によって放出される第３の波長域はおよそ５５０ｎｍ〜およそ７８０ｎｍの波長域を含み、赤色スペクトル領域の放射を有する。
【００９８】
図６Ａの放射スペクトルを有する半導体ボディ３の放射前面６の上にある、図６Ｂの放射スペクトルを有する２つの波長変換物質３０，３１を含んだ波長変換層２９，３５は、第１の波長域の無変換の青色放射と、第２の波長域の変換された緑色放射と、第３の波長域の変換された赤色放射とを含む混合放射を放出する。
【００９９】
混合放射の放射スペクトルも同様に図６Ｂに示されているが、両方の波長変換物質によって変換されない、半導体ボディが発生させる第１の波長域の青色放射の一部を含むおよそ４００ｎｍ〜およそ５００ｎｍの青色スペクトル領域において、およそ４５５ｎｍ辺りで最大となるピークを有している。さらに、混合放射の放射スペクトルは、ユーロピウムをドープしたクロロシリケートによって変換された第２の波長域の放射を含むおよそ４６０ｎｍ〜およそ６３０ｎｍの緑色スペクトル領域において、およそ５１０ｎｍ辺りで最大となるピークを有している。この放射スペクトルは、ユーロピウムをドープした窒化ケイ素によって変換された第３の波長域の赤色放射を含むおよそ５５０ｎｍ〜およそ７８０ｎｍにおいて、およそ６００ｎｍ辺りで最大となる別のピークを有している。
【０１００】
図６Ｃには、比較のために、図６Ａの放射スペクトルを有する半導体ボディの上の波長変換層の放射スペクトルが示されている。ここで、この波長変換層は１つの波長変換物質しか有しておらず、本発明が規定するような２つの異なる波長変換物質は有していない。同様に図６Ｃに示されている放射スペクトルを有する波長変換物質（ここではＹＡＧとＣｅ）は青色スペクトル領域の放射を緑色スペクトル領域の放射に変換するのに適している。それゆえ、この波長変換物質の放射スペクトルはおよそ４６０ｎｍ〜およそ７３０ｎｍの緑色スペクトル領域においておよそ５５０ｎｍ辺りで最大となるピークを有している。
【０１０１】
図６Ｄには、赤色領域、緑色領域および青色領域を有する第１の実施例による、好ましくはＬＣＤディスプレイ用の、色フィルタ１５の透過スペクトルが示されている。このような色フィルタ１５は例えば実施例１Ｂおよび２ＢによるディスプレイのＬＣＤ層２の中に組み込まれていてもよい。青色領域の透過スペクトルはおよそ３９０ｎｍ〜およそ５４０ｎｍの青色スペクトル領域においておよそ４５０ｎｍ辺りで最大となるピークを有している。緑色領域の透過スペクトルはおよそ４５０ｎｍ〜およそ６３０ｎｍの緑色スペクトル領域においておよそ５３０ｎｍ辺りで最大となるピークを有し、赤色領域の透過スペクトルはおよそ５７０ｎｍ〜およそ７００ｎｍの青色スペクトル領域においておよそ６００ｎｍ〜およそ６３０ｎｍの平坦領域のピークを有している。
【０１０２】
図６Ｂの混合放射の放射スペクトルと図６Ｃの混合放射の放射スペクトルと図６Ｄの色フィルタ１５の透過スペクトルの比較が示すところによれば、色フィルタ１５は１つの波長変換物質のみによって発生させられる図６Ｃの混合放射よりも２つの波長変換物質３０，３１によって発生させられる図６Ａの混合放射を明らかにより多く透過させる。
【０１０３】
図６Ｂの放射スペクトルを有する混合放射は、第３の波長域の赤色放射の少なくとも５５％が図６Ｄの透過スペクトルを有する色フィルタの赤色領域によって透過されるように、色フィルタの赤色領域に合わせてある。さらに、色フィルタの緑色領域は第２の波長域の緑色放射の少なくとも６５％を透過させ、青色領域は第１の波長域の青色放射の少なくとも５５％を透過させる。したがって、図６Ｂの放射スペクトルを有する混合放射は図６Ｄの透過スペクトルを有する色フィルタに合わせられている。
【０１０４】
図７には、図６Ｂの実施例による１つの半導体ボディ３と波長変換物質３０，３１を有する照明装置１の色三角形（実線）と、図６Ｃによる１つの半導体ボディと１つの波長変換物質を有する照明装置の色三角形（破線）が示されている。この２つの色三角形を比較すると、２つの波長変換物質を使用することで、有利には、１つの波長変換物質しか使用しない場合よりも大きな色三角形を達成できることが分かる。
【０１０５】
本特許出願はドイツ特許出願第１０２００８００６９７５．２号および第１０２００８０２９１９１．９号の優先権を主張する。なお、ドイツ特許出願第１０２００８００６９７５．２号および第１０２００８０２９１９１．９号の開示内容は参照により本明細書に取り込まれる。
【０１０６】
本発明は上記実施例を基にした説明によって限定されるものではない。むしろ、本発明はどのような新規の特徴もどのような特徴の組合せをも含むものである。このような特徴の組合せとしては、特に、特許請求の範囲に含まれている特徴のあらゆる組合せが含まれる。しかも、このような特徴または特徴のこのような組合せ自体が特許請求の範囲または実施例にはっきりと記載されていなくても、その特徴の組合せは本発明に含まれる。
【図１Ａ】
2011511445.tif 000003
【図１Ｂ】
2011511445.tif 000004
【図２Ａ】
2011511445.tif 000005
【図２Ｂ】
2011511445.tif 000006
【図３Ａ】
2011511445.tif 000007
【図３Ｂ】
2011511445.tif 000008
【図３Ｃ】
2011511445.tif 000009
【図４Ａ】
2011511445.tif 000010
【図４Ｂ】
2011511445.tif 000011
【図５】
2011511445.tif 000012
【図６Ａ】
2011511445.tif 000013
【図６Ｂ】
2011511445.tif 000014
【図６Ｃ】
2011511445.tif 000015
【図６Ｄ】
2011511445.tif 000016
【図７】
2011511445.tif 000017
【国際調査報告】
2011511445.tif 000018
2011511445.tif 000019
2011511445.tif 000020
2011511445.tif 000021
2011511445.tif 000022
2011511445.tif 000023