CN104365181A - 光电子半导体器件 - Google Patents

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Abstract

光电子半导器件应用具有由金属磷酸盐构成的基体的转换元件。所述金属磷酸盐基本上不具有含碱的和含卤素的组成部分。在此，应用包含不同的发光材料的两个层。

Description

光电子半导体器件
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的光电子半导体器件。
背景技术
DE-A 10 11 8630和DE-A 10 15 9544公开具有玻璃构件的LED。US-A 5965469公开一种用作为粘接剂的磷酸盐玻璃。
DE-Az 10 2010 028 776.8公开金属磷酸盐作为用于转换元件的基体，其中在一个层中也能够包含多种发光材料。
发明内容
本发明的目的是：在根据权利要求1的前序部分所述的光电子半导体器件、例如LED或激光二极管中，提出用于具有至少两种发光材料的转换元件的尤其有效的、温度和气候耐受的解决方案。
所述目的通过权利要求1的特征来实现。
尤其有利的设计方案在从属权利要求中得出。
本发明解决下述问题：提出LED或激光二极管或者还有其他的光电子半导体器件，其在功率密度高的情况下也仍是温度和气候耐受的。这提高了这种器件的使用寿命。当同时也改进转换元件中的散热时，得到效率提高，因为发光材料因此在运行中更少地通过温度受到损坏。功率密度越高并且由于所谓的斯托克斯位移通过转换形成的热量越大，后者就表现得越明显。附加地，在具有至少两种发光材料的转换元件中，通常也通过反光损失效率。下面，示例性地通常使用LED作为阐述对象。
作为包围发光材料的基体的有机组分典型地具有差的导热性并且是温度敏感的。为了CLC转换，通常使用硅树脂，所述硅树脂通常经受大约160℃的持续负荷并且经受大约300℃的短期负荷(几秒)。通常用作为用于远程应用的基体的聚碳酸酯的温度承受性相当低并且可能造成变形。因为LED变得功率越来越大，所以所述温度承受性很快不再足够。为了避免在高负荷的情况下效率由于基体的变色或通过不足的散热引起的对发光材料的损坏而下降，需要其他的基体材料。这是已知的无机材料、例如玻璃、陶瓷或者其混合物。同时，通过减少反光能够再次改进LED的效率。这通过下述方式实现：不同的发光材料不作为混合物存在于基体中，而是以彼此分开的方式存在。
根据本发明，这通过下述方式来实现：将至少一种金属磷酸盐作为基体用于至少一种发光材料，或者应用由金属磷酸盐构成的不同的组分。另外的转换元件直接连接在所述转换元件之上或旁边，所述另外的转换元件通过相同的或不同的金属磷酸盐基体或由金属磷酸盐构成的不同的组分构成，在其中嵌有另外的发光材料。由此，减小反光并且同时实现转换元件的改进的导热性以及更好的温度和气候耐受性。金属磷酸盐基体通过金属磷酸盐溶液的缩合(化学定形)来形成。随着温度升高，交联越来越大程度地进行，由此金属磷酸盐基体的粘性增大。添加到金属磷酸盐溶液中的发光材料粉末在室温下已经由所述金属磷酸盐溶液润湿并且然后在温度升高的情况下由缩合的基体包围。与此不同的是，经由混合物熔化成的金属磷酸盐玻璃必须通过温度升高才在一定程度上软化，使得所述金属磷酸盐玻璃是足够低粘性的，以便润湿和包围发光材料粉末。这在组成成分相似的情况下与经由金属磷酸盐溶液的缩合来嵌入相比通常需要明显更高的温度，并且已经能够损坏发光材料，尤其是氮化物发光材料，所述发光材料通常在高于350℃的温度下已经明显丧失效率。因此，术语金属磷酸盐在下文中代表缩合的或者已缩合的基体或者其初始溶液。
金属磷酸盐优选是无铅的。在一个特殊的设计方案中，缩合的金属磷酸盐也是无色的和是无定形的或主要是无定形的、在UV-VIS中是透明的并且基本上也是无碱的和无卤素的。理想地，附加地，缩合的基体也是少气泡的。无定形的或者主要无定形的表示：基体本身不具有或最多具有25体积％、理想地最多10体积％的结晶的相份额。从中排除嵌入的结晶的发光材料粉末。
能够将添加材料和/或吸收辐射的元件和/或改变折射率的组分添加给金属磷酸盐。所述组分优选是无机的。金属磷酸盐能够为磷酸铝、磷酸钇、碱土金属磷酸盐、III主族以及副族的磷酸盐，或者也为其他的稀土元素磷酸盐或者但是也为其混合物。尤其也能够将添加材料，例如将例如以气相二氧化硅的形式的SiO2、致热的Al2O3或者TiO2等添加给磷酸盐。优选地，将所述添加材料作为纳米粉末添加，特别地，所述添加材料的平均的颗粒大小位于1nm至40nm范围内。也能够添加研磨的玻璃，例如硬质玻璃或研磨的玻璃焊料。所述添加物必要时能够再次提高导热性、用作为反射器或散射剂，或者也能够调整热膨胀系数。然而，优选地，仅应用下述添加物，所述添加物不吸收或不吸收大份额的辐射，因为这会降低效率。
另外的组分有针对性地用于改变折射率，尤其是含碲或铋的化合物。缩合的金属磷酸盐是无机的、光学稳定的和防潮湿的，并且优选在低温下制造。因此，所述金属磷酸盐适合于发光材料的嵌入，即适合于作为用于转换元件的基体。添加材料的份额能够高至，使得缩合的金属磷酸盐尤其用作为接合剂。
应用具有这种金属磷酸盐的转换元件引起效率提高和使用寿命提高。对此，优选地应用由金属磷酸盐构成的至少一种组分，必要时具有散射性的或改变折射率的添加材料。因此，实现导热性的提高、温度稳定性的改进以及可能实现折射率的提高。因此，能够实现作为用于嵌入其中的发光材料的基体的理想匹配。发光材料能够借助这种基体直接地施加在不同的基底(芯片、玻璃、陶瓷、多种金属等)上，而没有使用附加的粘接剂，这相对于转换陶瓷表现出优点，所述转换陶瓷同样是温度和气候耐受的并且具有良好的导热性。
全部所添加的组分或其一部分能够选择成，使得其与金属磷酸盐发生化学反应并且由此改性。
本发明的以编号列举形式的主要特征是：
1.一种光电子半导体器件，所述光电子半导体器件具有发射初级辐射的光源、壳体和电端子，其中在所述光电子半导体器件的上游接入基于基体以及至少两种发光材料的转换元件，其中所述基体包含金属磷酸盐并且优选由金属磷酸盐构成，其中所述发光材料部分地或完全地转换初级辐射，其特征在于，在基于金属磷酸盐的无机的第一基体中嵌入和固定至少一种第一发光材料粉末，并且在基于金属磷酸盐的第二基体中嵌入和固定至少一种第二发光材料粉末。
2.根据权利要求1所述的光电子半导体器件，其特征在于，所述第二基体设置在所述第一基体之上或者旁边。
3.根据权利要求1所述的光电子半导体器件，其特征在于，所述金属磷酸盐基本上是无碱的和无卤素的。
4.根据权利要求1所述的光电子半导体器件，其特征在于，所述金属磷酸盐在可见光谱范围中基本上是透明的。
5.根据权利要求3所述的光电子半导体器件，其特征在于，所述金属磷酸盐包含最高1摩尔％的碱金属氧化物和含卤素的组成部分。
6.根据权利要求1所述的光电子半导体器件，其特征在于，所述金属磷酸盐包含磷酸盐作为主要组分。
7.根据权利要求6所述的光电子半导体器件，其特征在于，所述金属磷酸盐是磷酸铝或者主要包含磷酸铝。
8.根据权利要求7所述的光电子半导体器件，其特征在于，包含至少两种金属磷酸盐，其中磷酸铝是大于50重量％的主要组分。
9.根据权利要求3所述的光电子半导体器件，其特征在于，所述金属磷酸盐包含5摩尔％至90摩尔％的P2O5并且尤其包含10摩尔％至90摩尔％的Al2O3。
10.根据权利要求3所述的光电子半导体器件，其特征在于，所述金属磷酸盐包含50摩尔％至90摩尔％的P2O5并且尤其包含10摩尔％至50摩尔％的Al2O3。
11.根据权利要求1所述的光电子半导体器件，其特征在于，所述金属磷酸盐添加有无机组分，所述无机组分提高折射率和/或用作为填充材料和/或起光学滤波器的作用和/或进行散射和/或提高散热和/或使热膨胀系数匹配于衬底。
12.根据权利要求2所述的光电子半导体器件，其特征在于，施加有发光材料的第一基体层和施加有发光材料的另外的基体层在没有混合的情况下直接彼此叠加，其中所述基体层优选与所述半导体器件连接或者与所述半导体器件间隔开。
13.根据权利要求3所述的光电子半导体器件，其特征在于，至少一个层的基体由与另外的转换层不同的金属磷酸盐制成。
14.根据权利要求13所述的光电子半导体器件，其特征在于，金属磷酸盐基体匹配于分别嵌入的发光材料。
15.根据上述权利要求中的任一项所述的光电子半导体器件，其特征在于，至少一种金属磷酸盐在与所属的发光材料粉末组合的情况下分别具有最高400℃、优选最高350℃的硬化温度。
16.根据权利要求15所述的光电子半导体器件，其特征在于，至少一种金属磷酸盐在与所述发光材料粉末组合的情况下具有最高300℃、优选最高220℃的硬化温度。
17.根据上述权利要求中的任一项所述的光电子半导体器件，其特征在于，至少一种金属磷酸盐作为溶液具有1至7的pH值。
附图说明
下面，应根据多个实施例详细阐述本发明。附图示出：
图1示出具有竖直堆叠的转换元件的LED；
图2示出具有竖直堆叠的转换元件的LED的另一个实施例；
图3示出具有竖直堆叠的转换元件的LED的另一个实施例；
图4示出具有水平堆叠的转换元件的LED的一个实施例；
图5示出半导体器件的另一个实施例的俯视图。
具体实施方式
图1示出光电子半导体器件19的剖面图。核心部件是主要在UV中发射的芯片20，所述芯片与电端子21、22连接，所述端子构成为导体框部件。部件中的一个部件经由接合线23与芯片连接。芯片20直接位于宽的第一端子21上，所述第一端子设置在由玻璃(优选为石英玻璃、硬质玻璃、软玻璃或玻璃焊料)或者由陶瓷构成的矩形的基本体或者衬底25的表面上。在基本体上安置环形的帽状件26，所述帽状件在其内部中留出凹部。帽状件的内部的倾斜的壁27成形为反射器。帽状件与基本体和由端子形成的导体框通过粘接剂30连接。帽状件26同样由玻璃制成。
反射器之内的凹部具有转换元件。为了该目的，凹部用基于由金属磷酸盐构成的基体31的第一层31填充，所述基体包围用于转换的第一发光材料。在第一层之上设置有基于金属磷酸盐的第二层32和第三层33，所述第二层和第三层分别包含第二发光材料和第三发光材料。
LED尤其借助覆盖盘(未示出)来封闭进而严密地密封。优选地，应用下述金属磷酸盐，所述金属磷酸盐包含最高1摩尔％的碱和卤素元素的氧化物。转换元件通常来说分别具有薄层，所述薄层具有缩合的金属磷酸盐作为基体。在其中嵌有一种或多种本身已知的发光材料。典型的发光材料是YAG:Ce、Sione、氮化物或者还有正硅酸盐或者焙砂(Calsine)。这些发光材料尤其用于：借助于发射蓝色或UV的芯片产生白光。在一个优选的实施方式中，发光材料颗粒通过缩合的金属磷酸盐仅彼此粘接(粘接部)或者由其封闭(保护层)。在后一种情况下，如此钝化的发光材料颗粒也能够存在于其他的缩合的金属磷酸盐基体中。
根据图2，转换元件能够作为所谓的薄层元件直接地施加到芯片2上。在此，金属磷酸盐的第一层5直接地施加到芯片2上，在所述金属磷酸盐中嵌有发射红色的、M2Si5N8:Eu类型的氮化物。跟随第一层的第二层6具有所述金属磷酸盐的相同类型的基体并且在那里嵌有发射绿色的石榴石A3B5O12:Eu作为发光材料。A以单独的或组合的方式优选是Y或Lu，B以单独的或组合的方式优选是Al或者Ga。
金属磷酸盐是低碱和低卤素的。优选地，金属磷酸盐是不具有碱和卤素的。这就是说，所述元素不被有意地添加并且在任何情况下由所使用的前体材料的杂质产生。碱金属和卤素的浓度因此不大并且分别小于1摩尔％。由此，减少或完全避免离子附着的组分。特别地，这适用于形成离子的元素，如Na、Cl、K和F。因为，这些元素在潮湿的情况下能够到达到LED中，由此破坏接触并且也损害芯片上的电荷密度。
图3示出光电子半导体器件35，所述光电子半导体器件具有与芯片36间隔开的、由两个层根据远程磷光体设计方案构成的转换元件37。第一发光材料38(示意地)在此嵌入第一金属磷酸盐基体39中作为第一层或者由所述第一金属磷酸盐基体包围。第二发光材料138(示意地)在此嵌入第二金属磷酸盐基体139中作为第二层或者由所述第二金属磷酸盐基体包围。这两个基体适合于相应的发光材料。因此，所述基体的基体材料彼此不同，例如这涉及Al2O3的含量或者可能的添加物Y2O3。
此外，转换元件37具有衬底40。发光材料38和138优选朝向芯片36进而在辐射方向上设置在衬底上游。衬底40是透明的，例如由玻璃构成。优选地，由转换层和衬底构成的转换元件37使次级辐射的放射均匀化。对此，能够附加地粗糙化衬底的不具有发光材料的一侧41。
附加地，发光材料38和/或138在水平方向上有针对性地非均匀地施加，使得确保在全部角度之上的良好的色彩均匀性并且最佳地利用发光材料。在应当共同转换多个芯片的辐射时，也能够应用在此描述的远程磷光体解决方案。在后一种情况下，在衬底上也能够存在不具有发光材料的部位。
图4示出具有水平堆叠的转换元件的LED的另一个实施例。在此，转换元件直接地施加到芯片2上。所述转换元件具有至少两个并且优选直至四个不同类型的层条带。第一类型的层8是金属磷酸盐，在该金属磷酸盐中混入了作为发光材料的氮化物。第二类型的层9是金属磷酸盐，在该金属磷酸盐中混入了作为发光材料的石榴石。水平的布置能够是条带状的或者也能够是棋盘状的、如网格，见图5的俯视图，或者也能够是菱形的、例如栅栏。
这种金属磷酸盐的制造经由已知的溶胶凝胶方法由可溶的金属磷酸盐或者由醇盐与磷酸的反应产物或者由金属盐或金属氢氧化物与磷酸的反应产物进行。首先通过干燥移除溶剂。通过随后在较高温度下进行处理，分离水或含碳的组分并且金属磷酸盐随后以聚合的形式存在。优选地，因此应用其他的稀土元素磷酸盐的开始提出的金属磷酸盐中的一种金属磷酸盐或还有铝磷酸盐、钇磷酸盐，因为这种磷酸盐具有高的温度耐受性和良好的湿气耐受性。在嵌入发光材料时重要的是，所述发光材料不会通过与溶液或所形成的反应产物的化学反应或通过过高的温度受到损坏。
金属磷酸盐能够以无定形的、部分结晶的或结晶的形式存在。优选地，金属磷酸盐主要是无定形的。
所提出的由缩合的金属磷酸盐的至少两个层构成的系统在此分别尤其直接在芯片上用作为转换元件的无机基体或用作为远程磷光设计方案，在所述无机基体中分别嵌有至少一种发光材料的粉末。缩合的金属磷酸盐基体优选是无色的和无定形的或者主要是无定形的，在UV至可见光谱范围中具有良好的透射。
在此提出的由至少两个具有由缩合的金属磷酸盐构成的基体的层构成的转换元件减小反光(Remission)，并且此外通过分开地加工不同的发光材料类型能够实现更简单的工艺控制。同时，所述转换元件具有改进的温度和气候耐受性、改进的散热并且在UV中是耐受的。因此，所述转换元件适合作为用于LED(CLC和远程)的转换元件并且由于更好的特性引起效率和/或使用寿命的提高。
如开始所提及的那样，如今，用于LED的转换元件通常借助有机组分、如硅树脂来制造，在所述有机组分中嵌有发光材料粉末。所述有机组分具有差的导热性并且此外是相对温度敏感的。这在基体材料由于过高的温度变色或者发光材料由于过高的温度受到损坏时引起LED的更小的效率。通过斯托克斯位移产生的热量大部分造成温度升高，所述热量必须经由基体从发光材料导出。为了实现特定的色度坐标，迄今为止通常将不同的发光材料类型的粉末均匀地例如在硅树脂基体中彼此混合。在转换时，这引起一定的反光。后者在使用具有不同光色的转换陶瓷时能够降低。当然不利的是，所述转换陶瓷必须彼此粘接。此外，也需要在芯片、衬底或壳体上进行单独的粘接。
在将缩合的金属磷酸盐用作为基体时，更好的导热、更小的反光和直接的接合的优点能够彼此结合。即能够将不同的发光材料类型、例如将(关于峰值发射)发射红色和黄色的发光材料类型彼此分开地施加，由此减小反光。这例如以沿竖直或水平方向多层的方式是可能的。不需要粘接，因为层能够直接施加到所述衬底或其他衬底上进而接合自动地经由缩合的金属磷酸盐基体进行。对此，衬底、例如芯片、玻璃、陶瓷或金属用由基体溶液和包含在其中的发光材料粉末、例如YAG:Ce构成的悬浮液覆层，并且随后干燥。基体随后在典型为200℃至550℃的较高的温度下缩合。根据基体组成成分，在此，分离水至少部分地至完全地进行。可能形成的含碳的反应产物的分离通常结束。在下一步骤中，用相同类型的或不同类型的第二基体溶液和第二发光材料粉末、例如对应于第一覆层的氮化物进行覆层。由于所述发光材料的温度灵敏度，对于所述基体的缩合而言应尽可能不超过350℃的温度。用于缩合的350℃的温度上限也有利地影响所嵌入的石榴石发光材料的效率。当在芯片上进行涂覆时，上述内容是适用的，因为所述芯片在温度较高的情况下能够受到破坏。如果将层在不同的温度下缩合，那么有利的是，将第一层在最高的温度下缩合并且随后温度随着每个其他层降低。
因为金属磷酸盐基体在温度处理时将水或含碳的组分分离并且在此其结构越来越多地交联，所以这两个层不混合，即使基体具有相同的组成成分并且已经在相同的温度下缩合时也如此。最大可用的缩合温度Ta(max)通过要嵌入的发光材料粉末的温度耐受性和通过施加有所述发光材料粉末的基底的温度耐受性得到。最小需要的缩合温度Ta(min)取决于基体的组成成分，所述基体必须至少在一定程度上缩合，使得得到一定的气候耐受性。有利地，在200℃-550℃的温度下、尤其在200℃-350℃下进行所述缩合。有利的是，缩合温度高于稍后的使用温度，以便获得一定的温度和光学稳定性。
这种嵌入能够实现达到不同的色度坐标，而不必事先进行相应的材料混合。更确切地说，色度坐标经由至少两个层的层厚度和/或浓度来控制。可选地，每种具有这种金属磷酸盐溶液的悬浮液也能够附加地添加有粉末形式的固体(纳米颗粒、散射颗粒、玻璃粉末)和/或其他可溶的金属盐的溶液。
本发明最后涉及一种具有无机基体的至少两个层的转换元件(CLC类型还有远程类型)，在所述无机基体中分别嵌有粉末形式的至少一种发光材料类型。第二层相对于第一层竖直地或水平地设置。由此，减小反光，同时能够更好地目的明确地控制色度坐标。本发明例如也能够用于RGB类型的转换元件。在该情况下，初级辐射是UV，将三种发光材料用于转换，所述发光材料的峰值发射位于蓝色的、绿色的和红色的光谱范围中。这三种发光材料粉末能够置于由缩合的金属磷酸盐构成的单独的层中，或者两种或者三种发光材料粉末能够共同地嵌入由缩合的金属磷酸盐构成的层中。在一个特别的设计方案中，蓝色分量不通过转换产生，而是通过发射蓝色的芯片或激光器产生。在该情况下，对于RGB仅还需要两种其他发光材料。
可选地，也能够为每种基体溶液添加其他颗粒(纳米粉末、散射体、玻璃粉末等)。
在此要注意的是，通过下述方式实现缩合的金属磷酸盐的不同的特性：所述金属磷酸盐的组成成分(在磷酸铝的实例中，这基本上是Al2O3-P2O5-H2O-比例)以及在温度处理时的交联的程度能够匹配于相应的发光材料。但是，由此也能够调整例如为透明性、混浊性、不透明性的特性。
原则上，金属磷酸盐也能够包含玻璃状的或者陶瓷的填充材料，所述填充材料不会一同熔化。可能具有填充材料的发光材料粉末的份额能够高至，使得缩合的金属磷酸盐在一定程度上仅作用为接合剂/粘接材料，所述接合剂/粘接材料使颗粒互相粘着，类似于陶瓷粘接剂。根据使用和要求，能够将功能组分添加给金属磷酸盐溶液。
缩合的金属磷酸盐的热膨胀系数优选为至少5.0×10-6/K。在应用不同组成成分的情况下，应当注意的是，不同的金属磷酸盐的热膨胀系数不会彼此过度不同(优选最高5％至10％)。
在一个特殊的实施方式中，缩合的金属磷酸盐作为主要组分包含磷酸盐，所述磷酸盐能够以不同的改性形式存在，即作为正磷酸盐、三磷酸盐、偏磷酸盐、多磷酸盐、过磷酸盐以及全部可能的中间级存在。
下面，还应当阐述用于制造这种层的具体的实施例。
实例1：
在金属磷酸盐、例如单磷酸铝Al(H2PO4)3的水溶液中(例如50重量％的Budenheim公司的FFB716在水中溶解)，发光材料、例如YAG:Ce以粉末形式悬浮。混合比例关于重量为大约1:1。悬浮液作为层以大约50μm厚涂覆到衬底、例如玻璃衬底上。随后，在低温(≤150℃)下必要时附加地在环境压强降低的情况下进行干燥。缩合在150℃-800℃、优选300℃-550℃的温度范围中在氧化气氛中进行几秒至一小时。纯的单磷酸铝溶液在<100℃下干燥之后在DTA(差热分析)中示出下述阶段：在250℃之上形成三磷酸盐(AlH2P3O10)并且在500℃之上形成偏磷酸铝(Al(PO3)3)或者是长链的和环形的多磷酸铝[Al(PO3)3]n。在与发光材料YAG:Ce组合时，反应朝向较低温度移动。缩合反应和产物能够通过单磷酸铝溶液中的形成玻璃的添加物来影响。例如为含锌、镁或者硼的添加物。
现在，将已经缩合的第一层用包含粉末形式的第二发光材料、例如氮化物的第二层覆层并且类似于第一转换层处理。在这样制造的转换元件中，这两个层彼此叠加(见图2)。
实例2：
芯片表面用发光材料粉末、例如LuAG:Ce覆层。然后，用根据实例1的金属磷酸盐的水溶液对粉末层喷射覆层。随后，在低温(≤150℃)下必要时附加地在环境压强降低的情况下进行干燥。缩合在200℃-350℃的温度范围中在氧化气氛中进行几秒至一小时。现在，将已经缩合的第一层用第二发光材料粉末、例如氮化物覆层。用金属磷酸盐的、例如单磷酸铝Al(H2P4O4)3的水溶液对所述粉末层喷射覆层，所述金属磷酸盐附加地也包含其他的磷酸盐例如Mg和/或Zn。随后，在低温(≤150℃)下必要时附加地在环境压强降低的情况下进行干燥。缩合在200℃-350℃的温度范围中在氧化气氛中进行几秒至一小时。
实例3：
将由石榴石发光材料粉末和例如根据实例1的单磷酸铝水溶液构成的悬浮液作为带施加到圆面状的高反射率的衬底(例如典型地在光应用中使用铝)上，并且随后根据实例2干燥和缩合。在覆层之前，衬底能够用UV辐照以更好地润湿。连接于所述带的窄边，将另一悬浮液作为带施加。所述另一悬浮液由金属磷酸盐、例如单磷酸铝Al(H2P4O4)3的水溶液和其他发光材料粉末、例如氮化物构成，所述金属磷酸盐附加地也包含其他磷酸盐或氧化物，例如Mg和/或Zn和/或B。所述层根据实例2干燥和缩合。以所述方式例如也能够制造用于激光应用的色轮，所述色轮更详尽地在官方案号10 2012 210195.0的德国专利申请中描述。
类似地并且以不同组合的方式，也能够制造具有竖直的和水平的堆叠的其他衬底。
基体中的发光材料的固体含量能够根据LED的期望的色度坐标发生变化。在此也可能的是，制造将由芯片发射的光100％转换的转换元件。在该情况下，发光材料的固体含量高至，使得所使用的金属磷酸盐将发光材料颗粒仅用薄层包围进而彼此粘接。后者限制于例如RGB的使用(见图4)。
可选地，也能够将粉末形式的固体和/或可溶的金属盐的溶液添加给悬浮液。固体优选是纳米粉末，例如致热的硅酸(例如Evonik公司的Aerosil)和/或致热的Al2O3(例如Evonik公司的Aeroxid Alu C)和/或致热的TiO2(例如Evonik公司的Aeroperl P25)，所述纳米粉末然后也由基体包围。此外，通过所述颗粒能够也设定膨胀系数，但是，具有负膨胀系数的材料、例如β锂霞石也能够用于此。同样可能的是，添加经过研磨(gemahlenen)的软玻璃、硬质玻璃或者石英玻璃还有玻璃焊料。将其他可溶的金属盐添加给悬浮液例如是添加醋酸钇或磷酸钇的水溶液。在该情况下，组分相互反应并且金属磷酸盐由此被改性。改变、优选提高折射率的组分、例如氧化钇或氧化碲同样能够作为可溶的金属盐或作为氧化颗粒添加。
术语磷酸盐在此尤其明确包括单磷酸盐、如水溶的Al(H2P4O4)3以及还有不水溶的多磷酸盐、如[Al(PO3)3]n。根据处理，在此能够形成偏磷酸盐、如(Al(PO3)3)或者也形成三磷酸盐、如AlPO4。依据是磷与金属、尤其是铝的为P/Al＝1至10的摩尔比，其中包括边界值。
对于转换元件应当与芯片间隔开的情况(远程磷光体解决方案)，代替芯片对透明的衬底、例如对在VIS中高透射的玻璃覆层(见实例1)。优选地，覆层有发光材料的一侧朝向芯片。
本发明尤其涉及具有至少5W的功率、尤其是至少10W的连接功率的大功率的LED。在此，转换元件的这种无机基体的优点完全起作用，因为与有机基体相比，无机基体在热学方面明显更稳定并且具有更好的导热，进而在长的使用寿命中出现较小的损坏。与由经由原材料混合物的熔化工艺制造的玻璃构成的基体相比，在基体由缩合的金属磷酸盐溶液制成时，在基体的组成成分相同的情况下，能够在较小的温度下嵌入发光材料粉末。如已经提及的那样，这引起在嵌入期间发光材料的更小的损坏。
尤其在发射红色的发光材料中，转换元件的基体的良好的导热由于相对于初级辐射的大的斯托克斯位移是重要的。在此，废热必须有效地从发光材料中导出，以便在运行期间保护所述发光材料防止退化。
无定形的或主要无定形的、经由缩合制造的金属磷酸盐在结构方面与由混合物的熔融物制造的金属磷酸盐没有不同，除非具有相应的无定形的份额的玻璃在本文中不能够经由该方法制造。当然，在嵌入发光材料粉末期间呈现出不同的表现。当玻璃随着温度升高变得越来越低粘性时，金属磷酸盐溶液的粘性随着温度升高而增大。该表现能够归因于：随着温度升高，越来越多的水或含碳的反应产物分离，这引起基体的增多的交联。由此，所述层在相同的热处理下不再次软化，因此，对于多层的转换元件能够为不同的层使用相同的基体和缩合温度，而这些层不会混合。在由混合物的熔融物制造的无定形的或主要无定形的玻璃基体的情况下，这会至少在边界面的区域中引起混合，因为这两个层再次软化。
由此，能够有利地实现多层的转换元件的不同的实施例。这示例性地借助两种发光材料来阐述，所述发光材料彼此堆叠(竖直排列)。但是，类似内容在水平的、网格状的或条带状的排列中也是适用的。
在此，在第一实施方式中，对于基体使用相同的金属磷酸盐溶液。如已经提及的那样，能够直接地覆层，由此不需要单独的粘接剂用于连接两个部件。通过直接的连接，也不存在通过粘接材料造成的折射率差或不同的热学表现。与其相反，必须始终专门地粘接陶瓷小板，这一方面是耗费的，另一方面在热稳定性方面是有问题的。
有机基体由于缺乏热学耐受性本来就不能够在LED功率高的情况下应用。但是，玻璃作为基体也是有问题的，因为在应用相同的玻璃时，第一层在施加第二层时总是随之软化。因此，由于缩合的金属磷酸盐相对于熔化的玻璃的相反的表现，所述金属磷酸盐理想地适合于竖直的堆叠、但是也适合于水平的堆叠。
在另一个实施例中，也能够分别为发光材料专门制定金属磷酸盐。这在将多种发光材料引入到唯一的基体中时是不可能的，在此，在选择金属磷酸盐时必须始终寻求折中方案。然而，在专门制定的解决方案中可能的是，执行有针对性的匹配。
用于匹配的取向点例如是金属磷酸盐的溶液的pH值。所述pH值此外取决于磷含量并且大多位于1和7之间的范围内。要引入的发光材料相对于通过酸性环境引起的负荷而言是不同敏感的。正硅酸盐是尤其强敏感的，石榴石和氮化物是不那么敏感的。其他发光材料大多位于所述极限值之间。
第二个重要的观点是金属磷酸盐的硬化温度Ta或者还有下述温度，在所述温度下，金属磷酸盐在与发光材料和可能的其他添加物组合的情况下缩合并且形成聚合的磷酸盐。在所述温度Ta下，水分离结束或者基本上结束。对于多种氮化物发光材料，最高350℃的Ta是适当的，因为所述发光材料、尤其是发射红色的、M2Si5N8:Eu类型的氮化物发光材料或者Calsin变形型式是相对于温度敏感的。
对于例如为YAG:Ce、YAGAG或LuAGAG的石榴石发光材料，下述金属磷酸盐是适当的，借助所述金属磷酸盐得到最高400℃的Ta。
但是通常适用的是：应使用下述金属磷酸盐，所述金属磷酸盐能够实现尽可能低的Ta，因为该处理方法尽可能保护每种发光材料。在该意义中的边界值是Ta的为350℃的上限值。
无定形的或者主要无定形的、透明的和无色的由磷酸铝构成的基体已经证实为是尤其适合的，所述基体通过在温度升高时的缩合由单磷酸铝溶液形成。特别地，氧化敏感的发光材料、例如氮化物在温度≤350℃时嵌入这种基体之后没有显示出明显的效率损失。这种样式的潮湿测试表明：所述基体中性地反应进而暗示良好的定形(Abbindung)和化学抗性。如果在溶液中包含其他金属磷酸盐或者氧化物，如Zn、Mg和/或B，那么定形反应所需要的温度Ta能够再次降低。这例如是在200℃-300℃之间的缩合温度Ta，所述缩合温度因此位于也用于对温度敏感的衬底覆层或者能够嵌入温度敏感的材料的令人感兴趣的温度范围内。
转换元件的各个层的典型的层厚度与所嵌入的发光材料粉末的粒度分布、固体与基体的混合比例和期望的转换程度相关地位于10μm至200μm。在此，第一层和第二层不一定必须同样厚。对于从蓝光到暖白光的部分转换，与发光材料的效率和密度以及发射光谱相关地，通常得到1:9红色与绿色/黄色的重量份额的混合比例。
可借助不同的发光材料实现的专门制定的效率因此也与缩合温度(“firing temperature，烧成温度”)相关。石榴石在此与氮化物发光材料、如次氨基硅酸盐或Calsine相比通常是不那么敏感的。但是，在保护处理时，氮化物发光材料几乎没有损失，效率损失相对于初始粉末为几个百分比。这尤其适用于基于单磷酸铝的基体，所述基体已经经受住200℃至350℃的“烧成温度”。
具有200℃至350℃的“烧成温度”的基于单磷酸铝的基体也是用于嵌入石榴石发光材料的良好的候选者。因为所述发光材料是不那么温度敏感的，所以“烧成温度”在该情况下能够位于直至400℃。相对于原始粉末的效率损失因此也能够限制于几个百分比。
因此，可能的是，为两种发光材料应用两种不同的基体，并且在不同的“烧成温度”下硬化相同的基体。同样可能的是，将相同的基体和“烧成温度”用于两个层。只要层的“烧成温度”是相同的，同样能够考虑同时硬化不同的层。在该情况下，第一层仅被干燥或者在较低的温度下预缩合。
在一个特殊的设计方案中，也能够将相同的发光材料嵌入到两个不同的基体中，以便例如分级地调整折射率或者膨胀系数或者散射特性。
在此描述的发明的特别的优点是：因此通过嵌入发光材料粉末也能够制造转换元件，所述转换元件与陶瓷相比不能够制造或者仅能够耗费地制造。以所述类型，也能够用至少一个另外的转换层对这种转换陶瓷覆层。与将发光材料粉末嵌入经由原材料混合物的熔融物制造的玻璃相比，在此描述的工艺也是明显更简单且更低成本的并且必要时能够与其组合。
发光材料粉末的典型的粒度分布是在5-50μm、尤其在5-30μm之间的D50。溶液与固体的混合比例是取决于粒度分布的。颗粒越细，就需要更多的基体溶液。对于具有在5μm-30μm之间D50的粒度分布的石榴石发光材料而言，发光材料:基体溶液的为1:0.5-3.0(重量)的混合比例已经证实为是合适的。在该情况下，没有添加其他粉末。
金属磷酸盐溶液的浓度典型地位于5重量％-60重量％之间、理想地位于40重量％-60重量％。缩合的基体优选是少孔的。
转换元件形成至少两层的转换器。
金属磷酸盐基体通过金属磷酸盐溶液的缩合(化学定形)来形成。金属磷酸盐优选是无色的并且主要是无定形的，即多于50％是无定形的。除了Al2O3之外，例如也包含Y2O3。
本发明不局限于根据实施例进行的描述，而是包括每个新特征以及特征的任意的组合，这尤其是包含在权利要求中的特征的任意的组合，即使所述特征或所述组合自身没有明确地在权利要求中或实施例中说明时也如此。

Claims (17)

1.一种光电子半导体器件，所述光电子半导体器件具有发射初级辐射的光源、壳体和电端子，其中在所述光电子半导体器件的上游接入基于基体以及至少两种发光材料的转换元件，其中所述基体包含金属磷酸盐并且优选由金属磷酸盐构成，其中所述发光材料部分地或完全地转换初级辐射，其特征在于，在基于金属磷酸盐的无机的第一基体中嵌入和固定至少一种第一发光材料粉末，并且在基于金属磷酸盐的第二基体中嵌入和固定至少一种第二发光材料粉末。
2.根据权利要求1所述的光电子半导体器件，其特征在于，所述第二基体设置在所述第一基体之上或者旁边。
3.根据权利要求1所述的光电子半导体器件，其特征在于，所述金属磷酸盐基本上是无碱的和无卤素的。
4.根据权利要求1所述的光电子半导体器件，其特征在于，所述金属磷酸盐在可见光谱范围中基本上是透明的。
5.根据权利要求3所述的光电子半导体器件，其特征在于，所述金属磷酸盐包含最高1摩尔％的碱金属氧化物和含卤素的组成部分。
6.根据权利要求1所述的光电子半导体器件，其特征在于，所述金属磷酸盐包含磷酸盐作为主要组分。
7.根据权利要求6所述的光电子半导体器件，其特征在于，所述金属磷酸盐是磷酸铝或者主要包含磷酸铝。
8.根据权利要求7所述的光电子半导体器件，其特征在于，包含至少两种金属磷酸盐，其中磷酸铝是大于50重量％的主要组分。
9.根据权利要求3所述的光电子半导体器件，其特征在于，所述金属磷酸盐包含5摩尔％至90摩尔％的P2O5并且尤其包含10摩尔％至90摩尔％的Al2O3。
10.根据权利要求3所述的光电子半导体器件，其特征在于，所述金属磷酸盐包含50摩尔％至90摩尔％的P2O5并且尤其包含10摩尔％至50摩尔％的Al2O3。
11.根据权利要求1所述的光电子半导体器件，其特征在于，所述金属磷酸盐添加有无机组分，所述无机组分提高折射率和/或用作为填充材料和/或起光学滤波器的作用和/或进行散射和/或提高散热和/或使热膨胀系数匹配于衬底。
12.根据权利要求2所述的光电子半导体器件，其特征在于，施加有发光材料的第一基体层和施加有发光材料的另外的基体层在没有混合的情况下直接彼此叠加，其中所述基体层优选与所述半导体器件连接或者与所述半导体器件间隔开。
13.根据权利要求3所述的光电子半导体器件，其特征在于，至少一个层的基体由与另外的转换层不同的金属磷酸盐制成。
14.根据权利要求13所述的光电子半导体器件，其特征在于，金属磷酸盐基体匹配于分别嵌入的发光材料。
15.根据上述权利要求中的任一项所述的光电子半导体器件，其特征在于，至少一种金属磷酸盐在与所属的发光材料粉末组合的情况下分别具有最高400℃、优选最高350℃的硬化温度。
16.根据权利要求15所述的光电子半导体器件，其特征在于，至少一种金属磷酸盐在与所述发光材料粉末组合的情况下具有最高300℃、优选最高220℃的硬化温度。
17.根据上述权利要求中的任一项所述的光电子半导体器件，其特征在于，至少一种金属磷酸盐作为溶液具有1至7的pH值。
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