(57)【要約】  本発明は、発光機能層（２）と放射変換材料（３）とを含む発光装置（１）に関し、  前記発光機能層（２）は、一次ビーム（４）を放射し、  前記放射変換材料（３）は、一般式Ca3-x-yEuxMeySiO4Cl2で示される放射変換発光物質（３１）を含んでおり、  ただしこのMeは、Ba、Sr、Mgからなる金属またはこれらの金属の任意の組み合わせであり、  前記放射変換材料（３）は、前記発光機能層（２）のビーム路に配置されており、少なくとも部分的に、より大きい波長のビームに変換する。
2010505243.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光機能層（２）と放射変換材料（３）とを含む発光装置（１）において、
前記発光機能層（２）は、一次ビーム（４）を放射し、
前記放射変換材料（３）は、前記発光機能層（２）のビーム路に配置されており、一般式Ca3-x-yEuxMeySiO4Cl2で示される放射変換発光物質（３１）を含んでおり、
該放射変換発光物質は、少なくとも部分的に、前記一次ビームを二次ビーム（５）に変換する、
ことを特徴とする発光装置（１）。
【請求項２】
前記発光機能層（２）は、前記一次ビーム（４）を、UV範囲において、有利には波長３６０〜４００nmで放射する、
ことを特徴とする請求項１記載の発光装置（１）。
【請求項３】
前記発光機能層（２）は、前記一次ビーム（４）を、青色範囲において、有利には波長４００〜４７０nmで放射する、
ことを特徴とする請求項１記載の発光装置（１）。
【請求項４】
前記発光機能層（２）の材料は、半導体を含み、
該半導体は、有利にはInGaN、Ga(In、Al)N、およびGaNを含むグループから選択されている、
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項記載の発光装置（１）。
【請求項５】
前記放射変換発光物質（３１）は、青色範囲および／またはUV範囲において励起される、
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項記載の発光装置（１）。
【請求項６】
前記放射変換発光物質（３１）は、有利には３６０nm〜４７０nmの範囲において励起される、
ことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項記載の発光装置（１）。
【請求項７】
前記放射変換発光物質（３１）は、波長４７０nmと５５０nmの間で放射最大値をとる、
ことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項記載の発光装置（１）。
【請求項８】
前記放射変換発光物質（３１）は、波長５１２±３nmで放射最大値をとる、
ことを特徴とする請求項１から７のいずれか一項記載の発光装置（１）。
【請求項９】
前記一般式Ca3-x-yEuxMeySiO4Cl2で示される放射変換発光物質（３１）において、xは０．０５〜０．５の範囲から選択されている、
ことを特徴とする請求項１から８のいずれか一項記載の発光装置（１）。
【請求項１０】
前記一般式Ca3-x-yEuxMeySiO4Cl2で示される放射変換発光物質（３１）において、Caは部分的に金属Meで置換されており、
該金属Meは、金属Sr、Ba、Mgを含むグループから選択されている、
ことを特徴とする請求項１から９のいずれか一項記載の発光装置（１）。
【請求項１１】
前記一般式Ca3-x-yEuxMeySiO4Cl2で示される放射変換発光物質（３１）において、yは０〜０．５の範囲から選択されている、
ことを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項記載の発光装置（１）。
【請求項１２】
前記放射変換発光物質（３１）は、式Ca2.9Eu0.1SiO4Sl2を有する、
ことを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項記載の発光装置（１）。
【請求項１３】
前記放射変換発光物質（３１）は、式Ca2.625Eu0.055Mg0.32SiO4Cl2を有する、
ことを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項記載の発光装置（１）。
【請求項１４】
前記放射変換材料は、放射変換体として形成されており、前記発光機能層を、１つまたは複数の面で被覆している、
ことを特徴とする請求項１から１３のいずれか一項記載の発光装置（１）。
【請求項１５】
前記放射変換体は、層形状に形成されている、
ことを特徴とする請求項１から１４のいずれか一項記載の発光装置（１）。
【請求項１６】
前記放射変換体（３）は、前記一次ビーム（４）を、完全に二次ビーム（５）に変換する、
ことを特徴とする請求項１４または１５記載の発光装置（１）。
【請求項１７】
前記放射変換体（３）は、前記一次ビーム（４）を、部分的に二次ビーム（５）に変換し、
変換されなかった一次ビームは、二次ビームと重ね合わさり、そして一次ビームと二次ビームの混合ビームが得られる、
ことを特徴とする請求項１４または１５記載の発光装置（１）。
【請求項１８】
前記放射変換体（３）は、付加的な発光物質を含む、
ことを特徴とする請求項１から１７のいずれか一項記載の発光装置（１）。
【請求項１９】
前記放射変換体は、マトリクス（３２）を含み、
該マトリクス（３２）の中に、前記放射変換発光物質（３２）が設けられている、
ことを特徴とする請求項１から１８のいずれか一項記載の発光装置（１）。
【請求項２０】
前記マトリクスは透明である、
ことを特徴とする請求項１４から１７のいずれか一項記載の発光装置（１）。
【請求項２１】
前記マトリクスの材料は、エポキシド、シリコーン、およびガラスを含むグループから選択されている、
ことを特徴とする請求項１９または２０記載の発光装置（１）。
【請求項２２】
請求項１から２１のいずれか一項記載の発光装置の製造方法において、
Ａ）発光機能層（２）を設けるステップと、
Ｂ）放射変換発光物質を備える放射変換材料を、前記発光機能層のビーム路に配置するステップとを含む、
ことを特徴とする製造方法。
【請求項２３】
前記ステップＢ）において、前記放射変換発光物質を含む放射変換体（３）を、前記発光機能層（２）の上に形成する、
ことを特徴とする請求項２２記載の製造方法。
【請求項２４】
前記放射変換発光物質（３）を、以下の物質を均質に混合することによって製造する、
すなわち、炭酸カルシウム、塩化カルシウム、酸化ユーロピウム、二酸化ケイ素、そして場合によっては以下の付加的な成分、すなわち炭酸ストロンチウム、炭酸バリウム、酸化マグネシウムから選択される付加的な成分を、式Ca3-x-yEuxMeySiO4Cl2に相応するように化学量論比で混合することによって製造し、次にフォーミングガス中で、６００℃〜１０００℃で加熱する、
ただし前記式Ca3-x-yEuxMeySiO4Cl2は0.05≦x≦0.5、0≦y≦0.5であり、前記Meは、Srおよび／またはBaおよび／またはMgから選択される、
ことを特徴とする請求項２２または２３記載の製造方法。
【請求項２５】
前記放射変換体を製造する際、前記放射変換発光物質が埋め込まれたマトリクス（３２）を使用する、
ことを特徴とする請求項２２から２４のいずれか一項記載の製造方法。
【請求項２６】
前記マトリクスの材料は、エポキシド、シリコーン、およびガラスを含むグループから選択されている、
ことを特徴とする請求項２２から２５のいずれか一項記載の製造方法。
【請求項２７】
前記放射変換体用の材料を、前記放射変換発光物質を前記マトリクスの中に分散させることによって製造する、
ことを特徴とする請求項２２から２６のいずれか一項記載の製造方法。
【請求項２８】
前記放射変換体に付加的な発光物質を導入する、
ことを特徴とする請求項２２から２７のいずれか一項記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一次ビームを放射し、放射変換材料を有する発光装置に関する。
【０００２】
本願は、ドイツ連邦共和国特許出願第10 2006 045 705.6号の優先権、およびドイツ連邦共和国特許出願第10 2007 020 782.6号の優先権を主張するものであり、これらの開示内容はすべて、参照によって本願の開示内容に含まれるものであるとする。
【０００３】
発光装置は、例えば電極などの２つのコンタクト部を含み、これらのコンタクト部は、導電性の発光機能層と接触接続している。陰極からは電子が、陽極からは正の電荷（いわゆるホール）が、放射層へと注入される。放射層においてこれらの電荷が再結合することによって光が形成される。放射層のために使用される半導体材料に応じて、放射される光は種々異なる波長を有する。可視光ないし異なる色の光を形成するために、この半導体層の一次ビームは、少なくとも部分的に二次ビームに変換される。この変換は、いわゆる変換発光物質によって生じることが多い。この変換発光物質は、一次ビームによって励起され、別の波長の二次ビームを放射するのである。有機変換発光物質と無機変換発光物質とがあり、無機変換発光物質は、より高い温度と放射強度とを有する。もっとも、励起範囲と放射範囲とに関する要求を満たす適当な無機変換発光物質は、限られた数しか存在しない。
【０００４】
本発明の課題は、発光装置における新しい変換発光物質を提供することである。
【０００５】
この課題は、請求項１記載の発光装置によって解決される。発光装置および発光装置の製造方法の特に有利な実施形態は、別の請求項の対象となっている。
【０００６】
本発明の実施形態による発光装置においては、一般式Ca3-x-yEuxMeySiO4Cl2で示される新しい放射変換発光物質が使用される。この新しい放射変換発光物質は、一次ビームを少なくとも部分的に二次ビームに変換する。このような発光装置は、一次ビームを放射する発光機能層と放射変換材料とを含み、この放射変換材料は、この発光機能層のビーム路に配置された、一般式Ca3-x-yEuxMeySiO4Cl2で示される放射変換発光物質を含む。放射変換発光物質は、発光機能層の一次ビームの少なくとも一部分を二次ビームに変換する。
【０００７】
使用される放射変換発光物質は、簡単に製造可能であることを特徴としている。この放射変換発光物質は、UVスペクトル範囲および青色スペクトル範囲における吸収能力が良好であるので、発光装置における使用に特に適している。有利な実施形態においては、放射変換発光物質は、ルミネセンス変換発光物質である。
【０００８】
発光装置は有利には、以下のような発光装置である。すなわち装置の発光機能層が、UV範囲において、有利には波長３６０〜４００nmの間で、一次ビームを放射するような発光装置が有利である。発光装置の発光機能層が、青色範囲において、有利には波長４００〜４７０nmの間で放射するような発光装置も可能である。このような発光機能層の材料は、有機（OLED）または無機とすることができる。有利には、発光機能層の材料は半導体を含む。有利には、無機ベースの半導体材料は、InGaN、Ga(In、Al)N、GaNを含むグループから選択される。これらの発光機能層の放射ビームは、所定の波長範囲に制限されているので、これらの範囲を、変換発光物質を使用することによって拡張すべきである。
【０００９】
発光装置に使用される放射変換発光物質は、装置から放射されるビームのUV波長範囲および青色波長範囲において励起される。
【００１０】
本発明の発展形態によれば、放射変換発光物質の放射最大値は波長４７０nmと５５０nmの間にあり、放射帯の半値幅は約６０nmである。別の実施形態においては、放射変換発光物質の放射最大値が５１２±３nmである。したがって一次ビームは、可視である長波の二次ビームへと変換される。変換された一次ビームの割合に応じて、一次ビームと二次ビームを混合することもでき、この混合が全体として、発光装置のビームの色印象および色座標を決定する。このことの利点は、放射変換発光物質の量を所期のように変化させることによって、また一次ビームおよび二次ビームの所期のように混合することによって、種々異なる色を形成することができることである。
【００１１】
有利には、放射変換発光物質は、波長３６０〜４７０nmにおいて励起することができる。これにより放射変換発光物質は、青色光を別の色の光に、ないしはUVビームを可視光に変換することができる。
【００１２】
さらに発光装置は、一般式Ca3-x-yEuxMeySiO4Cl2で示される放射変換発光物質を含むことができる。ここでパラメータxは０．０５〜０．５の範囲から選択されている。Caは部分的に、金属Sr、Ba、Mg、を含むグループから選択される別の金属Meで置換することもできる。パラメータyの範囲は、有利には０〜０．５の間で選択される。このように部分的に置換することには、放射変換発光物質の放射最大値を別の波長にシフトできるという利点がある。
【００１３】
さらに発光装置は、式Ca2.9Eu0.1SiO4Cl2で示される放射変換発光物質を含むことができる。この放射変換発光物質の放射最大値は、５１２nmである。発光装置の別の実施形態は、式Ca2.625Eu0.055Mg0.32SiO4Cl2で示される放射変換発光物質を含むことができる。後者の放射変換発光物質の放射最大値は、前者の放射変換発光物質と比べて３nmだけ短波の方へシフトしている。従来の放射変換発光物質(Ca、Eu)8Mg(SiO4)4Cl2に対する本発明の放射変換発光物質の利点は、本発明の放射変換物質の合成中の、出発物質の変換が簡単になることであり、したがって、合成プロセスの信頼性が高まることである。
【００１４】
別の実施形態においては、放射変換物質は、発光機能層の１つまたは複数の面を被覆している。この放射変換物質は、放射変換体として成形することができ、この放射変換体は、ビームに対して透明であるマトリクス材料、例えばエポキシド、シリコーン、ガラスのような樹脂を含み、このマトリクス材料の中に放射変換発光物質が沈積されている。マトリクスに放射変換発光物質を導入することによって、放射変換体の層厚さおよび充填度を様々に変化させることができる。一次ビームと二次ビームの混合比率は、マトリクス中の放射変換発光物質の濃度によっても調節することができる。さらに放射変換体は、発光装置の注封部（Verguss）とすることもできる。発光機能層を複数の面で取り囲んでいる放射変換体の利点は、一次ビームが放射変換発光物質に対して広い範囲で衝突するようになり、これにより変換率が上昇することである。
【００１５】
さらに発光装置は、一次ビームを完全に二次ビームに変化させるために、例えばマトリクスにおいて充分に高い濃度にある放射変換発光物質を含むことができる。これにより、一次ビーム全てが長波の光、すなわち二次ビームに変換される。発光装置は、一次ビームを部分的にしか二次ビームに変換しないような放射変換発光物質を含むこともできる。これにより、一次ビームと二次ビームの混合が行われる。このことにより、混合色を形成することができるという利点が得られる。
【００１６】
発光装置は、付加的な発光物質を含む放射変換材料を有することができる。これにより、別の色混合または白色光をも形成することができるという利点が得られる。
【００１７】
発光物質の混合において含まれうる、変換物質として適したこのような発光物質の例は以下のとおりである：
・例えばDE 10036940の従来技術に記載されるクロロシリケート、
・例えばWO2000/33390の従来技術に記載されるオルトシリケート、硫化物、チオガレート、バナジン酸塩、
・例えばUS 6,616,862の従来技術に記載されるアルミン酸塩、酸化物、ハロフォスフェート、
・例えばDE10147040の従来技術に記載される窒化物、サイオン、サイアロン、
・例えばUS2004/062699の従来技術に記載されるＹＡＧ：Ｃｅなどの希土類のガーネットおよびアルカリ土類。
【００１８】
さらに本発明の実施形態は、上述した実施形態による発光装置の製造方法に関する。これらの方法ステップは、A)発光機能層を設けるステップと、B)放射変換物質を前記発光機能層のビーム路に設けるステップとを含む。
【００１９】
方法ステップB)において、放射変換発光物質を備える放射変換材料を含む放射変換体を、発光機能層の上に形成することができる。この放射変換体は、発光機能層を、１つまたは複数の側面で取り囲むことができる。ここでの利点は、発光装置、とりわけ発光装置の光出射面を、可能な限り広範囲に、放射変換発光物質を含む放射変換体によって被覆することができることである。放射変換体は、例えば発光装置のための注封部とすることができる。
【００２０】
さらに、付加的な発光物質を放射変換物質に導入することができる。また、放射変換体を製造する際に、放射変換発光物質を備える放射変換材料が埋め込まれたマトリクスを使用することもできる。放射変換体を層として形成する場合、この層の厚さを５μmから数センチメートルとすることができる。放射変換材料を、マトリクスを用いることなく発光機能層の上の層として形成する場合、この層の厚さを５０nm〜２０μmとすることができる。
【００２１】
別の実施形態においては、放射変換発光物質は、方法ステップB)において、以下の物質を均質に混合することによって製造することができる。すなわち、炭酸カルシウム、塩化カルシウム、酸化ユーロピウム、二酸化ケイ素、そして場合によっては以下の付加的な成分、すなわち炭酸ストロンチウム、炭酸バリウム、酸化マグネシウムから選択される付加的な成分を、組成Ca3-x-yEuxMeySiO4Cl2（0.05≦x≦0.5、0≦y≦0.5、Me=Srおよび／またはBaおよび／またはMg）に相応するように化学量論比で混合することによって製造することができるのである。その後この均質な混合物はフォーミングガス中で、６００℃〜１０００℃で加熱される。
【００２２】
別の実施形態においては、放射変換体は、放射変換発光物質をマトリクス、例えばエポキシド、ガラス、シリコーンの中に分散させることによって製造することができる。マトリクスに対する放射変換発光物質の割合、すなわち充填度によって、一次ビーム／二次ビームの割合を変化させることができる。適当なマトリクス材料を使用することによって、支持面、例えば発光機能層の表面などにしっかりと固定される放射変換体を形成することができる。放射変換発光物質からなるペーストを製造する際、このペーストを、有利な実施形態において、変換に有利な任意の形態にし、そして硬化させることができる。このペーストは、種々異なる方法によって、発光機能層の上に設けることができる。
【００２３】
本発明を、図および実施例に基づいて以下詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】放射変換体を備える発光装置の構造断面図を示す。
【図２】図１に示す発光装置の構造の別の実施形態を示す。
【図３】別の実施形態による、放射変換体を備える発光装置の構造断面図を示す。
【図４】本発明の実施形態による放射変換発光物質の放射スペクトルを示す。
【００２５】
図１は、本発明の発光装置１の実施形態の断面図を示す。ここでは、ケーシング６の中に発光機能層２が設けられており、この発光機能層２は、２つのコンタクト部２１と、ボンディングワイヤ２２を介して導電的に接触接続している。発光機能層２は、一次ビーム４を放射する。発光機能層２の周囲に、放射変換体３が設けられており、この放射変換体３は、マトリクス３２と放射変換発光物質３１とから構成される。放射変換体３は、一次ビーム４の励起後、二次ビーム５を放射する。このような発光装置は、例えばルミネセンス変換発光ダイオードである。ケーシング６の側壁を傾斜させることもでき、またこのケーシング６は例えば、発光機能層２から放射された一次ビームと、二次ビームとを反射することができる反射層を有することもできる。
【００２６】
発光機能層２は、UV範囲（有利には波長３６０〜４００nm）または青色範囲（有利には波長４００〜４７０nm）において、一次ビーム４を放射する。ここで発光機能層の材料は、例えばInGaN、Ga(In、Al)NまたはGaN等の半導体材料を含む。放射変換体３に含まれる放射変換発光物質３１は、青色範囲およびUV範囲、とりわけ波長３６０〜４７０nmの範囲において励起可能であり、一般式Ca3-x-yEuxMeySiO4Cl2で示される放射変換発光物質を含む。放射変換発光物質の放射最大値は、波長４７０nmより大きく、とりわけ波長４７０nmと５５０nmの間の範囲にある。すなわち放射変換発光物質は、一次ビームを、長波の二次ビームに変換することができるのである。
【００２７】
放射変換発光物質３１は、一般式Ca3-x-yEuxMeySiO4Cl2を有しており、ここでxは０．０５〜０．５の範囲から選択されている。有利には、xは、０．１〜０．３の範囲にある。Caを、金属Me（例えばBa、Sr、Mg、またはこれらの金属の任意の組み合わせ）で部分的に置換する場合には、yは０〜０．５の範囲から選択される。置換度に応じて、放射変換発光物質３１の放射最大値はシフトする。例えば放射変換発光物質３１は、一般式Ca2.9Eu0.1SiO4Cl2を有する。この実施例では、放射最大値は５１２nmである。これと比較して、別の放射変換発光物質３１は、式Ca2.625Eu0.055Mg0.32SiO4Cl4を有し、放射最大値は、前記放射変換発光物質Ca2.9Eu0.1SiO4Cl2に比べて３nmだけシフトして５０９nmとなる。
【００２８】
放射変換体３は、一次ビーム４を完全に二次ビーム５に変換することができ、あるいは部分的にのみ二次ビーム５に変換することもできる。どの程度一次ビーム４を変換するかを、とりわけマトリクス３２中の放射変換発光物質３１の濃度によって制御することができる。マトリクスは、例えばシリコーン、ガラス、またはエポキシドとすることができ、これらの中に必要に応じて、パウダー形状の放射変換発光物質が混合される。放射変換発光物質の濃度が高ければ高いほど、一次ビーム４はより多く変換され、また色印象は、二次ビーム５の方向へとよりシフトする。放射変換体３は、１００％まで放射変換発光物質から構成することもできる。この場合有利には、比較的薄い層（５０nm〜２０μm）の放射変換発光物質が、発光機能層の上に設けられている。
【００２９】
図２には、放射変換体３が一次ビーム４を部分的にしか二次ビーム５に変換しない本発明の実施形態が図示されている。ここでも、発光装置の実施例の断面図が示されている。発光装置のビームは、一次ビーム４と二次ビーム５からなる混合ビームである。別の色を形成するために、マトリクスに別の放射変換発光物質を混合することもできる。
【００３０】
図３は、図１のように本発明の発光装置１の断面図を示す。ここではマトリクス３２と放射変換発光物質３１とを有する放射変換体３は、比較的薄い層の形状であり、発光機能層２の上に設けられている。この際、放射変換体３を必ずしも発光機能層２と接触するように設ける必要はなく（図示しない）、発光機能層２と放射変換体３との間に別の層を設けることもできる。
【００３１】
図４には、式Ca2.9Eu0.1SiO4Cl2で示される放射変換発光物質３１の放射スペクトル３６が図示されている。ここでは波長λ[nm]に関係する放射強度Irがプロットされており、本発明の放射変換発光物質の放射スペクトルが、一般式(Ca、Eu)8Mg(SiO4)4Cl2で示される別の放射変換発光物質の放射スペクトル３５と比較される。これら２つの放射変換発光物質は、放射最大値の位置が３nmだけ異なっており、さらにスペクトルの半値幅も異なっていることが見て取れる。２つの放射変換発光物質は、非常に類似した放射スペクトルを有しているので、同じ使用分野に適している。本発明の放射変換発光物質の利点は、従来の放射変換発光物質と比較して、簡単に製造することができることである。
【００３２】
発光装置は、発光機能層２を設けることによって、そしてこの発光機能層のビーム路に放射変換材料を配置することによって製造することができる。ここで、例えば放射変換体３の形態の放射変換材料、例えば薄い層または注封部を、発光機能層２の上に製造することができる。放射変換発光物質は、以下の物質を化学量論比で均質に混合することによって製造することができる。すなわち、炭酸カルシウム、塩化カルシウム、酸化ユーロピウム、二酸化ケイ素、そして場合によっては炭酸ストロンチウム、炭酸バリウム、酸化マグネシウムを、式Ca3-x-yEuxMeySiO4Cl2（0.05≦x≦0.5、0≦y≦0.5、Me=Srおよび／またはBaおよび／またはMg）に相応するように化学量論比で混合することによって製造することができるのである。この混合物はフォーミングガス中で、６００℃〜１０００℃、有利には６５０℃〜８００℃で加熱される。放射変換発光物質を、例えばシリコーン、ガラス、エポキシド等のマトリクスの中に分散させることによって、放射変換体用の材料（Masse）を製造することができる。
【００３３】
図１〜４に示した実施例は任意に変更することができる。本発明はこれらの実施例に限定されず、ここで挙げていない別の実施形態も可能である。
【図１】
2010505243.tif 000003
【図２】
2010505243.tif 000004
【図３】
2010505243.tif 000005
【図４】
2010505243.tif 000006
【国際調査報告】
2010505243.tif 000007
2010505243.tif 000008
2010505243.tif 000009
2010505243.tif 000010
2010505243.tif 000011
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