CN105814700A - 转换元件、用于制造转换元件的方法、包括转换元件的光电子器件 - Google Patents

转换元件、用于制造转换元件的方法、包括转换元件的光电子器件 Download PDF

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Abstract

说明一种转换元件，其具有包括无机玻璃的薄板并且具有第一转换器颗粒。第一转换器颗具有外壳和核。外壳包括无机材料，并且核包括氮化的氧氮化的发光物。第一转换器颗粒被布置在薄板上和/或中。

Description

转换元件、用于制造转换元件的方法、包括转换元件的光电子器件
技术领域
本发明涉及一种转换元件、一种用于制造转换元件的方法以及一种包括转换元件的光电子器件。
背景技术
光电子器件、诸如发光二极管（LED）通常具有拥有发光物的转换元件。发光物将由辐射源发射的辐射转换为具有改变的例如更长波长的辐射。在此，除了所发射的改变的辐射以外还产生热。常规的转换元件通常具有硅树脂作为发光物的基质。然而，硅树脂具有由发光物产生的热的不充分的散热。由此在转换元件中产生过热，该过热导致发光强度的减小和颜色位置的改变以及LED的提早选择。
发明内容
本发明的至少一种实施方式的任务是，提供相对于现有技术具有改进的特性的转换元件，该转换元件此外能够成本适宜地制造。另一任务在于，说明一种相对于现有技术改进的包括转换元件的光电子器件。
该任务通过具有权利要求1的特征的转换元件、通过具有权利要求9的特征的用于制造转换元件的方法以及通过具有权利要求14的特征的光电子器件来解决。
说明一种转换元件。转换元件包括薄板，该薄板包括无机玻璃和第一转换器颗粒。第一转换器颗粒具有外壳和核，其中外壳包括无机材料并且核包括氮化的或氮氧化的发光物。第一转换器颗粒被布置在包括无机玻璃的薄板上和/或中。
第一转换器颗粒被布置在包括无机玻璃的薄板中意味着，第一转换器颗粒完全或部分地被嵌入在薄板中、即被嵌入到薄板的无机玻璃中。例如在部分嵌入的情况下，第一转换器颗粒的外壳的表面的20％至99.9％可以由薄板的无机玻璃包围或与该无机玻璃直接地机械接触。
在一种实施方式中，第一转换器颗粒的一部分被布置在薄板上并且第一转换器颗粒的一部分被布置在薄板中。
根据一种实施方式，核由氮化的或氮氧化的发光物、特别是由氮化的或氮氧化的发光物颗粒构成。优选地，核由氮化的发光物或氮化的发光物颗粒构成。
通过包括无机玻璃的转换元件，转换元件中的由第一转换器颗粒产生的热可以很好地被排出。如果转换元件是光电子器件的组成部分，则恒定的发光强度和恒定的颜色位置可以通过光电子器件的运行持续时间的长度来保证。因此可以防止光电子器件的提早失效并且延长光电子器件的寿命。
一层或一元件被布置或施加在另一层或另一元件“上”或“之上”，在此在这里以及在下文中能够意味着，该一层或该一元件直接地以直接的机械和/或电接触布置在该另一层或该另一元件上。此外也可以意味着，该一层或该一元件间接地被布置在该另一层或该另一元件上或之上。在此，于是可以在该一层或该另一层之间或在该一元件或该另一元件之间布置其他层和/或元件。
薄板可以由无机玻璃或由无机玻璃和第一转换器颗粒构成。
在一种实施方式中，无机玻璃具有1.0和3.0之间、优选地1.4和3.0之间、特别优选地1.9和3.0之间的折射率ηD（20℃）。
在一种实施方式中，无机玻璃具有0.5Wm-1K-1和3.0Wm-1K-1之间、优选地0.6Wm-1K-1和1.5Wm-1K-1之间、特别优选地0.6Wm-1K-1和0.9Wm-1K-1之间的导热性。
在一种实施方式中，无机玻璃是硅酸盐玻璃、硼酸盐玻璃或磷酸盐玻璃。硅酸盐玻璃包含SiO2作为主要组成部分，硼酸盐玻璃包含B2O3作为主要组成部分并且磷酸盐玻璃包含P2O5作为主要组成部分。硅酸盐玻璃可以包含其他金属氧化物、如B2O3、P2O5、Na2O、K2O、Bi2O3和AgO，硼酸盐可以包含其他金属氧化物、如SiO2、P2O5、Na2O、K2O、Bi2O3和AgO并且磷酸盐玻璃可以包含其他金属氧化物、如B2O3、SiO2、Na2O、K2O、Bi2O3和AgO。例如无机玻璃是钠钙玻璃。
在一种实施方式中，无机玻璃是碲酸盐玻璃。碲酸盐玻璃包含TeO2作为主要组成部分、即例如大于40质量百分比或50质量百分比或65质量百分比。碲酸盐玻璃此外可以包含一种或多种其他金属氧化物、如Bi2O3、B2O3、SiO2、Na2O、K2O、Nb2O3、Sb2O3和/或AgO或者由这样的金属氧化物与TeO2一起构成。
在一种实施方式中，包括或由无机玻璃构成的薄板是透明的。“透明”在此被理解为，材料、层或元件对于整个可见的电磁波谱或其部分波谱至少部分地可通过。
氮化的和氧氮化的发光物的特征在于，这些发光物在其组成上具有至少一个N3-离子。氮化的发光物在其组成上没有氧原子。氧氮化的发光物在其组成上除了N3-离子之外具有至少一个O2-离子。例如，氮化的发光物是分子式M2Si5N8或MAlSiN3的发光物并且氧氮化的发光物是分子式MSi2N2O2的发光物。M在此在所述分子式中表示一种碱土金属或多个碱土金属的组合。例如M选自包括Ba、Sr、Ca、Mg和其组合的组。在一种实施方式中，氧氮化的和氮化的发光物例如利用以下活性剂之一或以下活性剂的组合来掺杂：铈、铕、铽、镨、Saramium、锰。发光物优选地利用EU2+来掺杂。例如进行红色发射的氮化的发光物是（Ca，Sr，Ba）2Si5N8：EU2+或（Sr，Ba）2Si5N8：EU2+。
在一种实施方式中，氮化的发光物是发射红光的发光物并且氧氮化的发光物是发射绿光至橘光的发光物。
氮化的或氧氮化的发光物显示与无机玻璃的反应，这导致发光物的更低的效率。已经表明，第一转换器颗粒可以在保持其效率的情况下被引入到无机玻璃中，所述第一转换器颗粒包括由无机材料构成的外壳和由氮化的或氧氮化的发光物构成的核，或者由其构成。通过包括或由无机材料构成的外壳，位于第一转换器颗粒的核中的氮化的或氧氮化的发光物被保护以免与无机玻璃反应。因此氮化的或氧氮化的发光物的效率可以保持不变，并且附加地，所产生的热有效地通过无机玻璃被排出。
在一种实施方式中，外壳的无机材料选自包括SiO2、TiO、TiO2、Al2O3、B2O3、ZrO、ZrO2、ZnO、ZnO2、无机有机混合材料、AlN、BN、TiN、Si3N4、ZrN、Zn3N2、石墨烯和其组合的组。优选地，外壳的无机材料选自包括SiO2、TiO、B2O3、ZrO、无机有机混合材料、AlN、TiN、Si3N4和其组合的组。
外壳可以由无机材料构成。
在一种实施方式中，无机有机混合材料包括Si-O-Si键。
在一种实施方式中，无机有机混合材料通过四乙氧基甲烷和/或正硅酸甲酯、优选地四乙氧基甲烷的水解和冷凝来制造。用于制造无机有机混合材料的方法特别是溶胶凝胶法。
第一转换器颗粒可以具有拥有不同氮化的和/或氧氮化的发光物的核并且也具有不同外壳。例如第一转换器颗粒可以由具有由氮化的发光物构成的核的第一转换器颗粒和具有由氧氮化的发光物构成的核的第一转换器颗粒组成。第一转换器颗粒可以具有相同或不同的外壳。
在一种实施方式中，薄板具有两个主表面。被称为第一主表面的是第一转换器颗粒空间上最靠近的并且通常对应于以下表面的面，转换器颗粒在制造转换器元件时被施加到该表面上。与第一主表面相对的主表面被称为第二主表面。
根据一种实施方式，转换元件具有100μm和200μm之间的厚度。优选地，转换元件具有150μm和200μm之间的厚度。
在一种实施方式中，第一转换器颗粒具有10μm和100μm之间、优选地10μm和50μm之间、特别优选地10μm和30m之间的直径。在此并且在下文中，直径特别是可以是例如在Q0中确定的D50直径。
外壳可以特别优选地具有10nm和50μm之间、优选地100nm和5μm之间的厚度。厚度的选择可以根据制造方法不同地选择。如果外壳具有高的密度，则可以选择薄的厚度。
在一种实施方式中，包括以下材料的保护层被布置在薄板之上，该材料选自包括聚对二甲苯、Polysilazan、硅树脂、SiO2、TiO、TiO2、Al2O3、B2O3、ZrO、ZrO2、ZnO、ZnO2、无机有机混合材料、AlN、BN、TiN、Si3N4、ZrN、Zn3N2、石墨烯、无机玻璃和其组合的组。无机元件混合材料可以如外壳的无机元件混合材料那样选择。无机玻璃可以选自与针对薄板的无机玻璃所说明的组相同的组。优选地，材料选自包括聚对二甲苯、Polysilazan、硅树脂、SiO2、AlN、TiN、Si3N4、ZrN、石墨烯、无机玻璃和其组合的组。优选地，保护层被布置在薄板的第一主表面之上。
对于转换器颗粒的外壳并且对于第一保护层可以选择相同或不同的材料。薄板和保护层可以包括相同的无机玻璃或由其构成。
如果第一转换器颗粒被布置在薄板上和/或部分地被嵌入在薄板中，则保护层特别是被布置在薄板之上、优选地薄板的第一主表面之上。保护层可以完全覆盖第一转换器颗粒。
在一种实施方式中，第一转换器颗粒完全被嵌入到薄板的无机玻璃和保护层的材料中。第一转换器颗粒在该实施方式中完全被保护层和薄板的无机玻璃所包围并且因此不具有与环境空气的接触。特别是在第一转换器颗粒的外壳与保护层的材料和薄板的无机玻璃之间存在直接的机械接触。
在一种实施方式中，第一转换器颗粒完全被嵌入到薄板的无机玻璃中。第一转换器颗粒在该实施方式中完全被薄板的无机玻璃所包围并且因此不具有与环境空气的接触。特别是在第一转换器颗粒的外壳与薄板的无机玻璃之间存在直接的机械接触。
在一种实施方式中，在第一转换器颗粒的外壳的无机材料与薄板的无机玻璃之间存在化学键和/或物理的相互作用。化学键可以是离子键和/或共价键。
在保护层的材料和第一转换器颗粒的外壳的材料之间可以存在化学键和/或物理的相互作用。
例如该化学键是共价键和/或离子键。
通过第一转换器颗粒化学连接到无机玻璃和/或保护层的材料上，第一转换器颗粒被固定地结合在转换元件中并且因此不扩散。
在一种实施方式中，转换元件包括第二转换器颗粒。第二转换器颗粒被布置在包括无机玻璃的薄板上和/或中。第二转换器颗粒可以包括氧化的发光物或由氧化的发光物构成。氧化的发光物被理解为在其组成上包含至少一个O2-离子和不包含N3-离子的发光物。作为氧化的发光物可以使用石榴石、例如钇铝石榴石（YAG）或镥铝石榴石（LuAG）。氧化的发光物可以在保持其效率的情况下在没有外壳的情况下被引入或施加到薄板的无机玻璃中。
在一种实施方式中，第二转换器颗粒完全被嵌入到薄板的无机玻璃中。第二转换器颗粒在该实施方式中完全被薄板的无机玻璃所包围并且因此不具有与环境空气的接触。特别是在第二转换器颗粒和薄板的无机玻璃之间存在直接的机械接触。
薄板可以由无机玻璃和第一和第二转换器颗粒构成。
薄板可以由无机玻璃和第二转换器颗粒构成。第一转换器颗粒之后被布置在薄板上。
在一种实施方式中，转换元件包括发射红光的第一转换器颗粒和发射黄光和/或绿光的第二转换器颗粒。
在一种实施方式中，抗反射层和/或反射层被布置在薄板上。抗反射层和/或反射层优选地被布置在薄板的第二主表面之上。抗反射层和/或反射层可以具有带通或边缘滤波器特性。例如抗反射层和/或反射层可以对于确定波长的辐射是可通过的并且对于其他波长的辐射是反射的。改进光耦合输出或包含光的方向特性的3D结构也可以。
转换元件的所说明的实施方式可以根据随后提及的方法来制造。也就是说，所有针对转换元件说明的特征也针对在此描述的方法公开并且反之亦然。
用于制造转换元件的方法优选地特别是以所说明的顺序包括以下方法步骤：
A）涂敷具有无机材料的氮化的或氧氮化的发光物的颗粒，该无机材料选自包括SiO2、TiO、TiO2、Al2O3、B2O3、ZrO、ZrO2、ZnO、ZnO2、无机有机混合材料、AlN、BN、TiN、Si3N4、ZrN、Zn3N2、石墨烯和其组合的组。由此产生第一转换器颗粒，其具有由无机材料构成的外壳和由氮化的或氧氮化的发光物构成的核；
B）提供包括无机玻璃的薄板；
C）熔化薄板的表面层；
i.将第一转换器颗粒施加到熔化的表面层上。
在一种实施方式中，用于制造转换元件的方法优选地特别是以所说明的顺序包括以下方法步骤：
A）涂敷具有无机材料的氮化的或氧氮化的发光物的颗粒，该无机材料选自包括SiO2、TiO、TiO2、Al2O3、B2O3、ZrO、ZrO2、ZnO、ZnO2、无机有机混合材料、AlN、BN、TiN、Si3N4、ZrN、Zn3N2、石墨烯和其组合的组，使得产生第一和/或第二转换器颗粒，其具有由无机材料构成的外壳和由氮化的或氧氮化的发光物构成的核；
B）产生由无机玻璃、例如由更上面说明的无机玻璃构成的烧结玻璃或粉末；
C）将烧结玻璃或粉末与转换器颗粒、液态的弥散剂和可选的结合剂混合，使得产生也被称为浆料的原型物，其中原型物适用于薄膜浇铸（英文：流延成形）；
D）将原型物浇铸成、特别是薄膜浇铸成转换元件原始体或薄板、特别是薄膜，其中弥散剂完全或部分地蒸发；
E）例如借助锯、折断、切割、砍、冲压或激光处理可选地将转换元件原始体分割成转换元件，其中直接在步骤E）之后，转换元件和/或薄板还具有比完成制造的转换元件横向更大的尺寸，使得在可选的烧结过程期间的收缩在分割时被考虑；
F）只要使用结合剂，就去除结合剂，使得无机玻璃和转换器颗粒、特别是仅仅无机玻璃和转换器颗粒残留；
G）烧结薄板和/或转换元件和/或转换元件原始体，使得无机玻璃与转换器颗粒连接；以及
H）可选地由转换元件原始体成形为薄板和/或转换元件或者由在步骤E）中例如通过锯、打磨、激光切割、切割、划破和折断、水射束切割或冲压获得的转换元件和/或薄板成形为转换元件，以便获得转换元件的最终形状。
步骤G中的烧结优选地在一定温度下并且超过一定时间段地进行，使得产生坚固的、持久的和机械稳定的转换元件和/或薄板，使得特别是在无机玻璃和转换器颗粒之间建立紧密的接触。但是在此，烧结的温度和持续时间特别优选地被选择为，使得无机玻璃不与转换器颗粒的核反应。
转换元件原始体例如是包括多个转换元件的陶瓷薄膜或薄的陶瓷片。转换元件原始体被设立用于被分割成转换元件。
除了这两个所描述的方法以外，转换元件也可以通过其他方法来制造。
在一种实施方式中，无机元件混合材料包括Si-O-Si键。
在一种实施方式中，无机有机混合材料通过四乙氧基甲烷和/或正硅酸甲酯、优选地四乙氧基甲烷的水解和冷凝来制造。用于制造无机有机混合材料的方法特别是溶胶凝胶法。
在一种实施方式中，薄板具有两个主表面。在所制造的转换元件中，被称为第一主表面的是与第一转换器颗粒空间上最近的主表面。与第一主表面相对的主表面被称为第二主表面。在方法步骤E）中，第一转换器颗粒被施加到薄板的第一主表面上。在方法步骤C）中，薄板的表面层是薄板的第一主表面的表面层。
通过该方法可以将氮化的和/或氧氮化的发光物施加或引入到由无机玻璃构成的薄板上或中。特别是氮化的和/或氧氮化的发光物在转换元件中的效率可以通过该方法保持不变。迄今这是不可能的，因为氮化的和/或氧氮化的发光物或发光物颗粒与熔化的无机玻璃进行反应。在熔化的玻璃中存在移动的O2-离子，所述O2-离子与氮化的和/或氧氮化的发光物反应。该不期望的反应导致发光物的效率损失。通过涂敷具有无机材料的氮化的或氧氮化的发光物的颗粒可以避免该反应并且因此发光物的效率保持不变。
在一种实施方式中，方法步骤B）中的薄板由无机玻璃构成。
在一种实施方式中，包括氧化的发光物或由氧化的发光物构成的第二转换器颗粒在方法步骤B）中被布置在包括无机玻璃的薄板中。薄板可以由无机玻璃和第二转换器颗粒构成。
在一种实施方式中，在方法步骤E）中在将第一转换器颗粒施加到熔化的表面层上时，如果第一转换器颗粒与熔化的表面层接触，则第一转换器颗粒的外壳被熔化。特别是外壳在此不完全被熔化。这意味着，外壳的直接与第一转换器颗粒的核相邻的无机材料不被熔化。因此核、即氮化的或氧氮化的发光物可以有效地被保护以免与无机玻璃进行反应。通过外壳的直接与第一转换器颗粒的核相邻的无机材料不被熔化，例如可以使用无机材料、如SiO2。如果外壳完全被熔化，则在由例如SiO2构成的外壳的情况下也将存在以下风险，即O2-离子与氮化的和/或氧氮化的发光物反应。
外壳可以具有10nm和50μm之间、优选地100nm和5μm之间的厚度。在选择这些厚度的情况下可以保证，外壳的直接与第一转换器颗粒的核相邻的无机材料不被熔化。
在一种实施方式中，在方法步骤E)之后跟随另一方法步骤：
F）使第一转换器颗粒部分地和/或完全地沉降到熔化的表面层中。
使完全沉降意味着，第一转换器颗粒到以下程度地沉降到熔化的表面层中，使得第一转换器颗粒的外壳的整个表面嵌入到熔化的玻璃中或与熔化的玻璃直接机械接触。优选地，第一转换器颗粒仅仅到以下程度地沉降，使得薄板的第一主表面比薄板的第二主表面空间上更接近第一转换器颗粒。使部分地沉降意味着，第一转换器颗粒到以下程度地沉降到熔化的表面层中，使得第一转换器颗粒的外壳的表面的20％至99.9％嵌入到薄板的无机玻璃中或与该无机玻璃直接机械接触。
在方法的一种实施方式中，在第一转换器颗粒的外壳的熔化的无机材料与熔化的无机玻璃之间形成物理的相互作用和/或化学键、特别是离子键和/或共价键。物理的相互作用和/或化学键在方法步骤E)中在将第一转换器颗粒施加到熔化的表面层上之后形成或在方法步骤E）中使第一转换器颗粒部分地和/或完全沉降到熔化的表面层之后或期间形成。
在方法的一种实施方式中，在方法步骤C)之后进行另一方法步骤：
D）将包括氧化的发光物的第二转换器颗粒施加到熔化的表面层上。特别是第二转换器颗粒由氧化的发光物构成。
与氮化的和氧氮化的发光物相对，尽管氧化的发光物示出与熔化的无机玻璃的O2-离子的相互作用，但是该相互作用对氧化的发光物的效率不影响或仅仅十分轻微地影响。因为第二转换器颗粒因此相对于熔化的无机玻璃是不敏感的，所以所述第二转换器颗粒优选地在第一转换器颗粒之前被施加或被施加并且沉降到熔化的表面层上。此外，第二转换器颗粒不需要保护外壳。
在方法的一种实施方式中，在方法步骤D）之后进行另一方法步骤：
D1）使第二转换器颗粒完全沉降到熔化的表面层中。
如果表面层在方法步骤D1)后不再熔化，则方法步骤C）可以重新在方法步骤E)之间进行。
在一种实施方式中，在方法步骤E)中第一和第二转换器颗粒同时被施加到熔化的表面层上。方法步骤D1）于是可以在方法步骤E）之后进行。
在一种实施方式中，包括无机材料的泥浆或凝胶或者气态聚集态下的无机材料在方法步骤A）中被用于涂敷氮化的或氧氮化的发光物的颗粒。泥浆是无机材料在水中或在酒精、例如乙醇中的弥散物。附加地，泥浆可以包含结合剂、例如聚乙烯醇。如果使用包括无机材料的凝胶，则其例如是通过溶胶凝胶法制造的凝胶。例如作为溶胶凝胶法中的反应物可以使用四乙氧基甲烷或正硅酸甲酯作为反应物。通过水解和冷凝在溶胶凝胶过程中形成包含Si-O-Si键的无机有机混合材料。
在方法步骤E）或F)后可以进行另一方法步骤：
G)将包括以下材料的保护层施加到薄板的第一主表面上，该材料选自包括聚对二甲苯、Polysilazan、硅树脂、SiO2、TiO、TiO2、Al2O3、B2O3、ZrO、ZrO2、ZnO、ZnO2、无机有机混合材料、AlN、BN、TiN、Si3N4、ZrN、Zn3N2、石墨烯、无机玻璃和其组合的组。特别是当第一转换器颗粒被布置在薄板上或在方法步骤F)中仅仅部分地沉降到熔化的表面层中时施加保护层。如果保护层包括以下材料，该材料选自包括SiO2、TiO、TiO2、Al2O3、B2O3、ZrO、ZrO2、ZnO、ZnO2、AlN、BN、TiN、Si3N4、ZrN、Zn3N2、石墨烯和其组合的组，则该保护层可以借助CVD方法（化学气相蒸发）来施加。
在方法步骤E）、F)或G)后可以进行另一方法步骤：
H)将抗反射层和/或反射层施加到薄板的第二主表面上。
转换元件的所说明的实施方式可以存在于光电子器件中。
此外说明一种光电子器件。光电子器件包括具有有源层的层序列，该有源层在器件运行中发射电磁一次辐射。此外，光电子器件包括至少一个转换元件。转换元件包括薄板和第一转换器颗粒，薄板包括无机玻璃。第一转换器颗粒具有外壳和核，其中外壳包括无机材料并且核包括氮化的或氧氮化的发光物。第一转换器颗粒被布置在包括无机玻璃的薄板上和/或中。转换元件被布置在电磁一次辐射的光程中并且层序列之上。第一转换器颗粒至少部分地将电磁一次辐射转换为电磁二次辐射。
具有如更上面描述的转换元件的这样的光电子器件在光电子器件的运行持续时间的长度上具有恒定的发光强度和恒定的颜色位置，因为无机玻璃可以很好地排出转换元件中的由第一转换器颗粒所产生的热。因此可以防止光电子器件的提早失效并且延长光电子器件的寿命。
转换器颗粒至少部分地将电磁一次辐射转换为电磁二次辐射可以一方面意味着，电磁一次辐射至少部分地被转换器颗粒吸收并且作为具有至少部分地与一次辐射不同的波长范围的二次辐射被发射。所吸收的一次辐射的一部分在此作为热被转换器颗粒放出。未被吸收的电磁一次辐射可以被发射。
转换器颗粒至少部分地将电磁一次辐射转换为电磁二次辐射也可以意味着，电磁一次辐射几乎完全被转换器颗粒吸收并且以电磁二次辐射的形式和以热的形式被放出。光电子器件的根据该实施方式所发射的辐射因此几乎完全对应于电磁二次辐射。几乎完全的转换被理解为95％之上、特别是98％之上的转换。
“层序列”在该上下文中被理解为包括大于一个层的层序列、例如p掺杂和n掺杂的半导体层的序列，其中层相叠地布置。
层序列可以被实施为外延层序列或具有外延层序列的发射辐射的半导体芯片、即外延生长的半导体层序列。在此，层序列例如可以基于InGaAlN来实施。基于InGaAlN的半导体芯片和半导体层序列特别是这样的，其中外延制造的半导体层序列具有由不同单独层构成的层序列，该层序列包含至少一个具有III-V化合物半导体材料系统InxAlyGa1-x-yN（其中0≤x≤1，0≤y≤1并且x+y≤1）中的材料的单独层。具有至少一个基于InGaAlN的有源层的半导体层序列例如可以发射紫外至绿色波长范围内的电磁辐射。
替代地或附加地，半导体层序列或半导体芯片也可以基于InGaAlP，也就是说，半导体层序列可以具有不同的单独层，其中至少一个单独层具有III-V化合物半导体材料系统InxAlyGa1-x-yP（其中0≤x≤1，0≤y≤1并且x+y≤1）中的材料。具有至少一个基于InGaAlP的有源层的半导体层序列或半导体芯片例如可以优选地发射具有绿色至红色波长范围内的一个或多个谱分量的电磁辐射。
替代地或附加地，半导体层序列或半导体芯片也可以具有其他III-V化合物半导体材料系统、例如基于AlGaAs的材料或II-VI化合物半导体材料系统。特别是具有基于AlGaAs的材料的有源层能够适于发射具有红色至红外波长范围内的一个或多个谱分量的电磁辐射。
有效半导体层序列除了有源层之外还可以包括其他功能层和功能区域、例如p掺杂或n掺杂的载流子传输层、即电子或空穴传输层、未掺杂的或p掺杂或n掺杂的约束层、包覆层或波导层、势垒层、平面化层、缓冲层、保护层和/或电极以及其组合。此外，例如可以在半导体层序列的背向生长衬底的侧上施加一个或多个镜层。在此描述的涉及有源层或其他功能层和区域的结构对于专业人员而言特别是关于构造、功能和结构已知并且因此在此不详细解释。
在一种实施方式中，转换元件包括第二转换器颗粒。第二转换器颗粒被布置在包括无机玻璃的薄板上/或中。优选地，第二转换器颗粒完全被嵌入到薄板的无机玻璃中。第二转换器颗粒可以包括氧化的发光物或由氧化的发光物构成。
如果转换元件中存在第一和第二转换器颗粒，则第一转换器颗粒能够比第二转换器颗粒在空间上更靠近第一主表面。
如果转换元件中存在第一和第二转换器颗粒，则电磁二次辐射由第一和第二转换器颗粒的电磁二次辐射组成。
优选地，一次辐射和二次辐射可以叠加地引起白色的发光印象。对此，一次辐射可以优选地引起蓝色的发光印象，第一转换器颗粒的二次辐射可以引起红色的发光印象并且第二转换器颗粒的二次辐射可以引起黄色的发光印象。
在一种实施方式中，光电子器件发射具有2200K至5700K的色温的白光。
在一种实施方式中，在层序列和转换元件之间布置有粘附层。粘附层例如可以包括硅树脂或环氧树脂或者由其构成。环氧树脂特别是在发射非蓝色范围内的光时被使用。
一层或一元件被布置在两个其他层或元件“之间”，在此并且在下文中可以意味着，该一层或该一元件与两个其他层或元件之一直接机械和/或电接触地或间接接触地布置并且与两个其他层或元件中的另一个直接机械和/或电接触地或电气地或间接接触地布置。在此，在间接接触的情况下，于是可以在该一层和两个其他层的至少一个之间或在该一元件和两个其他元件的至少一个之间布置有其他层和/或元件。
如果第一或第一和第二转换器颗粒完全被嵌入到薄板中，则转换元件可以布置在层序列之上，使得薄板的第一或第二主表面朝向层序列。
如果第一转换器颗粒部分地嵌入在薄板中和/或布置在薄板上，则转换元件可以布置在层序列之上，使得薄板的第二主表面朝向层序列。
光电子器件可以包括壳体。在壳体中，在中间可以存在凹部。层序列可以安装在凹部中。凹部可以利用浇铸物填充。
在一种实施方式中，转换元件被布置在浇铸物之上。浇铸物可以从常规的浇铸材料中选择。
光电子器件可以是发光二极管、光电二极管晶体管阵列/模块和光耦合器。替代地，也可以选择有机发光二极管作为光电子器件。
附图说明
本发明的其他有利的实施方式和改进方案从下文中结合附图描述的实施例得出。
图1a至2b示出转换元件的不同实施方式的示意性的侧视图。
图3和4示出光电子器件的不同实施方式的示意性的侧视图。
在实施例和附图中，相同或相同作用的组成部分分别配备相同的附图标记。所示出的元件和其相互间的大小比例不应该视为严格按照比例的，更确切地说，各个元件、特别是层厚为了更好的理解可以夸大地被示出。
具体实施方式
根据图1a的转换元件1示出由无机玻璃、例如硼酸盐玻璃构成的薄板2。薄板例如200μm厚。在薄板中布置有具有30μm直径的第一转换器颗粒3。直径直至10％的偏差是可以的。第一转换器颗粒完全被嵌入到薄板2的无机玻璃中并且与该无机玻璃直接机械接触。第一转换器颗粒3由核3b和外壳3a构成。核3b由氮化的分子式为M2SiN8：EU2+（其中M＝Ca，Sr，Ba）的发光物或其混合物构成并且发射电磁频谱的红色波长范围内的光。外壳3a例如由SiO2构成。如图1a中所示，薄板2具有第一主表面2a和第二主表面2b。第一主表面2a比第二主表面2b具有到第一转换器颗粒3的更小的间距。这由转换元件1的制造得出，其中在一种实施方式中仅仅薄板2的第一主表面2a的表面层被熔化，第一转换器颗粒3被施加并且沉降。通过将第一转换器颗粒3施加到薄板2的第一主表面2a的熔化的表面层上，第一转换器颗粒3的外壳3a被熔化。由此在无机玻璃和外壳3a的材料之间形成共价键和/或离子键，由此第一转换器颗粒3在薄板2中固定地结合和连接。在第二主表面之上可以布置有反射层和/或抗反射层（在此未示出）。
根据图1b的转换元件1相较于图1a的转换元件1附加地示出第二转换器颗粒7，所述第二转换器颗粒被布置在薄板2中并且完全被嵌入到薄板2的无机玻璃中。第二转换器颗粒7由氧化的发光物、例如LuAg构成。根据该实施例的转换元件1通过以下方式制造，即首先第二转换器颗粒7被施加到薄板2的第一主表面2a的熔化的表面层上，使第二转换器颗粒沉降并且随后第一转换器颗粒3被施加到薄板2的第一主表面2a的熔化的表面层上并且第一转换器颗粒沉降。
根据图2a的转换元件1示出由无机玻璃、例如石英玻璃构成的薄板2。薄板2例如200μm厚。在薄板2上布置有第一转换器颗粒3。第一转换器颗粒3由核3b和外壳3a构成。核3b由氮化的分子式为M2SiN8：EU2+（其中M＝Ca，Sr，Ba）的发光物或其混合物构成并且发射电磁频谱的红色波长范围内的光。外壳3a例如由AlN构成。在将第一转换器颗粒3施加到薄板2的第一主表面2a的熔化的表面层上时，第一转换器颗粒3不沉降。可以的是，一些第一转换器颗粒3部分地沉降到熔化的表面层中，使得所述第一转换器颗粒3部分地嵌入到薄板2中。第二转换器颗粒7被布置在薄板2中并且完全被嵌入到无机玻璃中。第二转换器颗粒7由氧化的发光物、例如YAG构成。在薄板2的第一主表面2a上布置有保护层4。保护层4例如由聚对二甲苯构成。保护层4例如40μm厚。保护层完全覆盖第一转换器颗粒3，使得第一转换器颗粒与薄板2的无机材料和/或保护层4直接机械接触。第一转换器颗粒3因此不具有与环境空气的接触。替代地，第二转换器颗粒7也可以不存在于转换元件1中。
根据图2b的转换元件1相较于图2a中的转换元件示出，第一转换器颗粒3部分地被嵌入到薄板2的无机玻璃中。第一转换器颗粒3因此在制造方法期间部分地沉降到薄板2的第一主表面2a的熔化的表面层中。替代地，第二转换器颗粒7也可以不存在于转换元件2中。
根据图3的光电子器件5示出具有导体框9的载体8。在载体8上布置有层序列6，该层序列与导体框9通过接合线10电连接。转换元件1被安装在层序列6之上。转换元件1对应于在图1a、1b、2a或2b中示出的转换元件1。图1a至2b中的转换元件1可以被布置成，使得薄板2的第一主表面2a或第二主表面2b朝向层序列6。优选地，在根据图2a和2b的转换元件1的情况下，第二主表面2b朝向层序列6。如果图1a至2b的转换元件1具有抗反射层和/或反射层（未示出），则转换元件1被布置成，使得薄板2的第二主表面2b朝向层序列6。转换元件1被布置在电磁一次辐射的光程中，该一次辐射由层序列6中的有源层（在此未单独地示出）来发射。转换元件1相对于温度、湿度和射束负荷是稳定的。转换元件1不或仅轻微变得阴暗并且不或仅轻微发黄。因此保证，光效率不或少量降低并且光电子器件5的辐射特性不或仅轻微改变。抗反射层和/或反射层可以具有带通或边缘滤波器特性并且对于一次辐射是可通过的（抗反射）并且对于二次辐射是反射的。
在层序列6和转换元件1之间可以附加地安装粘附层（在此未示出）。粘附层例如可以包括硅树脂。
光电子器件5优选地是LED，其中图中的辐射向上通过透明的层序列6和转换元件1被耦合输出。
根据图4的光电子器件5示出具有导体框9的载体8和壳体11。壳体11在中间具有凹部，在该凹部中布置有与导体框9导电连接的层序列6。凹部利用浇铸物12来填充。浇铸物12例如包括硅树脂或环氧化物。
在壳体11的凹部和壳体11之上布置有转换元件1。转换元件1被布置在电磁一次辐射的光程中，该一次辐射由层序列6中的有源层（在此未单独地示出）来发射。
转换元件1对应于在图1a、1b、2a或2b中示出的转换元件1。
在壳体11和转换元件1之间并且在浇铸物12和转换元件1可以附加地安装粘附层（在此未示出）。粘附层例如可以包括硅树脂。
光电子器件1优选地是LED，其中图中的辐射向上通过透明的层序列6、透明的浇铸物12和转换元件1被耦合输出。
本发明不受限于借助实施例的描述。更确切地说，本发明包括每个新的特征以及特征的每个组合，这特别是包含权利要求中的特征的每个组合，即使该特征或该组合本身在权利要求或实施例中未明确说明。
该专利申请要求德国专利申请102014102848.1和102013114548.5的优先权，所述德国专利申请的公开内容就此被并入本文。

Claims (18)

1.转换元件（1），具有：
－包括无机玻璃的薄板（2），
－第一转换器颗粒（3），其具有外壳（3a）和核（3b），
－其中外壳（3a）包括无机材料，并且
－核（3b）包括氮化的氧氮化的发光物，并且
－其中第一转换器颗粒（3）被布置在薄板（2）上和/或中。
2.根据前述权利要求所述的转换元件（1），
其中第一转换器颗粒（3）具有最小10μm至最高100μm的直径并且外壳（3a）具有最小10nm和最高50μm之间的厚度，
其中在第一转换器颗粒（3）的外壳（3a）的无机材料和薄板（2）的无机玻璃之间存在化学键。
3.根据前述权利要求之一所述的转换元件（1），
其中外壳（3a）的无机材料选自包括SiO2、TiO、TiO2、Al2O3、B2O3、ZrO、ZrO2、ZnO、ZnO2、无机有机混合材料、AlN、BN、TiN、Si3N4、ZrN、Zn3N2、石墨烯和其组合的组。
4.根据前述权利要求之一所述的转换元件（1），
其中在薄板（2）上布置有包括以下材料的保护层（4），所述材料选自包括聚对二甲苯、Polysilazan、硅树脂、SiO2、TiO、TiO2、Al2O3、B2O3、ZrO、ZrO2、ZnO、ZnO2、无机有机混合材料、AlN、BN、TiN、Si3N4、ZrN、Zn3N2、石墨烯、无机玻璃和其组合的组。
5.根据前述权利要求之一所述的转换元件（1），
其中第一转换器颗粒（3）完全被嵌入到薄板（2）的无机玻璃中或完全被嵌入到薄板（2）的无机玻璃和保护层（4）的材料中。
6.根据前述权利要求之一所述的转换元件（1），
所述转换元件（1）包括第二转换器颗粒（7），所述第二转换器颗粒（7）包括氧化的发光物。
7.根据前述权利要求之一所述的转换元件（1），
其中第二转换器颗粒被布置在薄板（2）上和/或中。
8.根据至少权利要求2所述的转换元件（1），
其中化学键是共价键。
9.根据前述权利要求之一所述的转换元件（1），
其中无机玻璃是硅酸盐玻璃、硼酸盐玻璃或磷酸盐玻璃。
10.用于制造根据前述权利要求之一所述的转换元件（1）的方法，包括以下方法步骤：
A）涂敷具有无机材料的氮化的或氧氮化的发光物的颗粒以用于形成第一转换器颗粒（3），所述无机材料选自包括SiO2、TiO、TiO2、Al2O3、B2O3、ZrO、ZrO2、ZnO、ZnO2、无机有机混合材料、AlN、BN、TiN、Si3N4、ZrN、Zn3N2、石墨烯和其组合的组，所述第一转换器颗粒具有由无机材料构成的外壳（3a）和由氮化的或氧氮化的发光物构成的核（3b）。
11.根据前述权利要求所述的方法，包括另外的步骤：
B)提供由玻璃构成的薄板（2），
C)熔化薄板（2）的表面层，以及
E)将第一转换器颗粒（3）施加到熔化的表面层上。
12.根据权利要求10所述的方法，以所说明的顺序包括另外的步骤：
B)产生由无机玻璃构成的烧结玻璃或粉末，
C)将烧结玻璃或粉末与第一转换器颗粒（3）和液态的弥散剂混合，使得产生原型物，
D)将原型物浇铸成转换元件原始体或薄板（2），其中弥散剂完全或仅仅部分地蒸发，以及
G)烧结薄板（2）或转换元件原始体，使得无机玻璃与第一转换器颗粒（3）固定并且持久地连接。
13.根据前述权利要求所述的方法，包括附加的步骤，所述步骤根据所说明的计数从A向H执行：
E)将转换元件原始体分割成转换元件，其中在步骤D)中成形转换元件原始体，
F)去除结合剂，所述结合剂在步骤C)中被增加给原型物，使得仅仅无机玻璃和转换器颗粒残留在原型物中，以及
H)由转换元件原始体成形为转换元件（1）和薄板（2）。
14.根据权利要求11所述的方法，其中在方法步骤E）中在将第一转换器颗粒（3）施加到熔化的表面层上时，第一转换器颗粒（3）的外壳（3a）与熔化的表面层接触并且被熔化。
15.根据权利要求11或14之一所述的方法，其中
在方法步骤E）后进行另一方法步骤：
F)使第一转换器颗粒（3）部分地和/或完全地沉降到熔化的表面层中。
16.根据权利要求11、14或15之一所述的方法，其中在方法步骤C）后进行两个另外的方法步骤：
D)将包括氧化的发光物的第二转换器颗粒（7）施加到熔化的表面层上，
D1)使第二转换器颗粒（7）完全沉降到熔化的表面层中。
17.根据权利要求10至16之一所述的方法，其中为了在方法步骤A）中涂敷氮化的或氧氮化的发光物的颗粒，使用包括无机材料的泥浆或凝胶或者气态聚集态下的无机材料。
18.光电子器件（5），包括：
－具有有源层的层序列（6），所述有源层在器件运行中发射电磁一次辐射，
－至少一个根据权利要求1至9之一所述的转换元件（1），所述转换元件被布置在电磁一次辐射的光程中并且被布置在层序列（6）之上，其中
－第一转换器颗粒（3）至少部分地将电磁一次辐射转换为电磁二次辐射。
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