CN106165129A - 发光设备和用于制造发光设备的方法 - Google Patents

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Abstract

提出一种发光设备，所述发光设备具有：发光半导器件(1)，所述发光半导体器件在运行中发射第一波长范围中的第一光；和设置在第一光的光路中的波长转换元件(2)，所述波长转换元件将第一光至少部分地转换成与第一波长范围不同的第二波长范围中的第二光，其中波长转换元件(2)具有纳米颗粒(3)，所述纳米颗粒在基础材料(30)中包含有机发光分子(31)，所述基础材料由基于SiO2的材料形成。此外，提出一种用于制造发光设备的方法。

Description

发光设备和用于制造发光设备的方法
本专利申请要求德国专利申请10 2014 105 142.4的优先权，其公开的内容通过参引并入本文。
技术领域
提出一种发光设备和一种用于制造发光设备的方法。
发明内容
特定的实施方式的至少一个目的是：提出一种具有波长转换元件的发光设备。特定的实施方式的另一目的是：提出一种用于制造这种发光设备的方法。
根据至少一个实施方式，发光设备具有发光半导体器件，所述半导体器件在运行中发射第一波长范围中的第一光。第一波长范围尤其能够位于红外光谱范围、可见光谱范围和/或紫外光谱范围中。尤其优选地，第一波长范围位于可见光谱范围中、即位于蓝色的、绿色的和/或红色的光谱范围中。在发射红外光的设备的情况下，第一波长范围例如也能够位于近红外线的光谱范围中。
根据至少一个实施方式，发光半导体器件构成为无机发光半导体器件或能够具有这种无机发光半导体器件。例如，发光半导体器件能够具有无机发光二极管或通过这种无机发光二极管形成。无机发光二极管例如能够具有发光半导体芯片，所述发光半导体芯片包括用于产生第一光的至少一个有源层。
根据另一实施方式，发光半导体器件构成为有机发光半导体器件或能够具有至少一个这种有机发光半导体器件。尤其地，在这种情况下，发光半导体器件能够具有有机发光二极管或通过这种有机发光二极管形成。
根据另一实施方式，发光设备具有波长转换元件。波长转换元件尤其设置在第一光的光路中。这意味着，在发光半导体器件运行中产生的第一光至少部分地照亮波长转换元件进而射入到波长转换元件上和/或射入到波长转换元件中。波长转换元件尤其构成为，使得射到波长转换元件上的第一光至少部分地转换成与第一波长范围不同的第二波长范围中的第二光。例如，与第一波长范围相比，第二波长范围能够沿朝更长波长的光谱范围的方向移动。替选地或附加地，也能够是：与第一波长范围相比，第二波长范围由于所谓的上转换沿朝更短的光谱范围的方向移动。第二波长范围尤其也能够包括多个连贯的或者也包括不连贯的光谱范围，所述光谱范围至少部分地与第一光的第一波长范围不同。发光设备尤其在运行中放射光，所述光包含由波长转换元件通过第一光的转换产生的第二光。此外，由发光设备放射的光也能够具有未转换的第一光。
根据另一实施方式，波长转换元件具有在此并且在下文中也称作纳米级颗粒的纳米颗粒，所述纳米颗粒包含有机发光分子。有机发光分子尤其包含在基础材料中，纳米颗粒基本上通过所述基础材料形成。纳米颗粒尤其基本上能够基于玻璃类的材料或类玻璃的材料并且具有这种材料，在所述材料中包含有机发光分子。基本形成纳米颗粒的基础材料尤其优选地能够基于二氧化硅(SiO2)或是SiO2。尤其地，纳米颗粒因此能够具有基于SiO2的材料作为基础材料，在所述基础材料中包含有机发光分子。有机发光分子因此封入基础材料中，使得纳米颗粒在内部具有有机发光分子。尤其地，波长转换元件因此优选具有基于SiO2的纳米颗粒，呈有机发光分子形式的有机染料分子集成到所述纳米颗粒中。通过具有纳米颗粒的波长转换元件将有机发光分子引入到发光半导体器件的第一光的光程中，以进行波长转换。
纳米颗粒“基本上”基于特定的材料、即基础材料，在此和在下文中意味着：除了有机发光分子之外，形成纳米颗粒的主要组成部分，例如至超过80重量％或超过90重量％或超过99重量％的份额的纳米颗粒由基础材料形成，其中在这种情况下不将有机发光分子考虑在内。
在基于SiO2的材料包含有机发光分子的纳米颗粒也称作所谓的染料掺杂二氧化硅纳米颗粒(DDSN)，如在出版文献S.Bonacchi等的Luminescent Silca Nanoparticles:Extending the Frontiers of Brightness,Angew.Chem.Int.Ed.2011,50,4056-4066中描述的那样，其公开的内容，例如尤其关于特征和不同的制造方法方面，与此相关地完全通过参引并入本文。
根据另一实施方式，纳米颗粒具有小于或等于1000nm的大小。此外，纳米颗粒能够具有小于或等于800nm或者小于或等于500nm或者小于或等于200nm或者小于或等于100nm的大小。此外，纳米颗粒能够具有大于或等于1nm或者大于或等于5nm或者大于或等于10nm或者大于或等于15nm或者大于或等于20nm或者大于或等于30nm的大小。尤其优选地，纳米颗粒例如能够具有大于或等于1nm并且小于或等于1000nm或者大于或等于1nm并且小于或等于100nm或者大于或等于10nm并且小于或等于50nm的大小。
在一个尤其优选的实施方式中，发光设备具有发光半导体器件和在第一光的光路中的波长转换元件，所述发光半导体器件在运行中发射第一波长范围中的第一光，所述波长转换元件将第一光至少部分地转换成第二光并且包含纳米级的SO2颗粒，所述SO2颗粒在其内部中具有有机发光分子。
发光设备尤其能够设置用于：产生白色的或其他颜色的混合光，所述混合光通过将未转换的第一光和通过波长转换元件产生的第二光的叠加形成。此外，也能够可行的是：发光设备仅放射第二光，即将由发光半导体器件直接产生的第一光完全地或几乎完全地、尤其超过90％或超过95％或超过99％由波长转换元件转换。在这种情况下，发光设备根据波长转换元件的构成方案同样能够放射混合光、即具有在多个波长范围中的光谱分量的光，或者也能够放射单色光。
为了借助半导体器件产生白色的或其他颜色的光，通常由半导体器件发射的窄带的光通过波长转换器转换成其他波长范围中的光。为了光转换，将波长转换器引入由半导体器件发射的光的光程中。如果将有机发光分子用作用于波长转换的材料，那么需注意：与无机的转换材料相比，这些材料相对于例如由空气或基体材料构成的反应配对物典型地能够具有更低的稳定性、更少的辐射和更低的温度稳定性。典型地，波长转换器在基体材料中引入半导体器件的光程中。在现有技术中，为此已知的是：对基体材料中的有机分子进行分子消除，以便通过避免所谓的浓度淬灭实现高的量子产率。同时，有机发光分子的化学环境不应导致激发能量的无辐射分解。这显著地限制现有技术中的基体材料的选择。例如已知的是：使用相对于氧和水具有低的渗透性的基体材料。由此避免：提供反应配对物来化学分解有机发光分子。同样地，基体材料或整个组件能够通过非渗透性的材料、例如聚对二甲苯包封。然而，在使用通常的、其中消除有机发光分子的基体材料时，现在未知的是：如何能够以足够的程度保护在通常的壳体、例如LED壳体中的有机材料免受不可逆的降解。
而在此处描述的发光设备中，通过在基本上用于形成纳米颗粒的材料中、即尤其例如基于SO2的材料中包封的方式，保护有机发光分子免受分解反应，所述有机发光分子尤其在激发状态中相对于其他反应配对物，例如氧、水、包围的基体材料的官能团、硫化氢和其他材料能够是极具反应性的。尤其地，使用化学极惰性的材料与描述的玻璃类的或与类玻璃的材料作为用于纳米颗粒的基础材料。因为能够非常便宜地制造大量的有机染料，使用在此描述的纳米颗粒相应地为非常便宜的转换可行性，因为同样能够大规模地制造纳米颗粒。此外，在几乎每个发射波长并且与发射光谱中的有机染料是已知的，所述发射光谱能够从非常宽，例如在Alq3的情况下，至非常窄地构成，例如在Eu3+络合物的情况下。由此可行的是：在此处描述的发光设备中，结合发光半导体器件可使用有机发光分子作为波长转换材料，其中这些材料通过使用纳米颗粒具有改进的稳定性进而能够通过机械混合在大量选择的基体材料中进行加工。
在光转换时，通过所谓的斯托克司位移(Stockes-Shift)通常在染料中产生热量，在此描述的发光设备中，所述热量能够直接由有机发光分子输出到周围的、优选能良好导热的纳米颗粒材料上。于是，纳米颗粒能够将热量分布到较大的体积上，所述热量例如能够通过包围纳米颗粒的且必要时导热差的基体、例如硅酮或其他材料形成。因为有机发光分子嵌入纳米颗粒中，所以有机染料与包围纳米颗粒的基体材料的化学兼容性或物理兼容性不是必需的，使得在此处描述的波长转换元件中能够使用基体材料与有机发光分子的任意组合。
此外，如更下面描述的那样，多种不同的工艺是可行的，借助所述工艺能够将纳米颗粒引入到发光半导体器件的光程中。通过光物理学的惰性的纳米颗粒材料避免至包围纳米颗粒的基体材料的能量转移过程，所述能量转移过程在有机发光分子直接嵌入基体材料时能够导致效率损失。例如，在使用基于SO2的材料时，所述材料的特征在于高的带隙和存在仅少量的或甚至没有OH基团。此外，也可行的是：制造具有狭窄的且受控的粒度分布的纳米颗粒，由此简化包含纳米颗粒的基体材料的可加工性。此外，与大多数常用的基体材料的折射率相比，SO2具有几乎相同的折射率，使得在纳米颗粒处能够避免在波长转换元件中光散射。因此，如更下面描述的那样，波长转换元件的散射特性能够通过添加散射颗粒有针对性地调节，使得放射轮廓和颜色或波长转换元件的转换度能够彼此分开地调整和优化。由于将有机发光分子封入纳米颗粒中，所述有机发光分子与包含的染料无关地在健康方面不令人担忧。
在此并且在下文中，将纯的有机分子和具有金属原子的有机分子、即具有一个或多个金属中心的金属有机的分子理解为有机发光的分子。
根据另一实施方式，有机发光分子具有下列材料的一个或多个：吖啶染料、吖啶酮染料、蒽醌染料、蒽染料、菁染料、丹酰染料、方酸菁染料、螺吡喃、硼二吡咯亚甲基(BODIPY)、苝、嵌二萘、萘、黄素、吡咯、卟啉和其金属络合物、二芳基甲烷染料、三芳基甲烷染料、硝基染料、亚硝基染料、酞菁染料、酞菁的金属络合物、奎宁、偶氮染料、靛酚染料、噁嗪、尼罗红、噻嗪、噻唑、芴、氟烷、焦宁、罗丹明、香豆素。
根据另一实施方式，有机发光分子具有过渡金属络合物，所述过渡金属络合物具有有机配体。大量这种材料从三重态发射。通过与其关联的禁止越渡，这些材料通常具有长的发光使用寿命。优选地，选自Rh、Os、Ru、Ir、Pd和Pt的一个或多个用作过渡金属。尤其优选地，例如能够使用Ir(III)、Os(II)、Pt(II)、Ru(II)。此外，其他过渡金属也是可行的。尤其优选地，有机配体选自一种或多种材料，所述材料由下列基本骨架派生出：卟啉、卟吩、2,2-双吡啶、2-苯基吡啶、3-(噻唑-2-基)、3-(苯并噻唑-2-基)、3-(咪唑-2-基)、3-(苯并咪唑-2-基)、吡啶偶氮。在此，有机配体能够产生波长转换材料的电荷中性或金属中心能够附加地携带反离子。在个别金属络合物中，也能够存在不同配体的混合物、尤其优选由上述种类的有机配体构成的混合物。
优选考虑苝酰亚胺和苝羧酸作为用于有机发光分子的纯的有机分子。在用于有机发光分子的过渡金属络合物的情况下，尤其优选的是：
-三[4,7-联苯-1,10-菲啰啉]三氯化钌；
-双(2-苯基喹啉)-2-N,C2′(乙酰丙酮)合铱(III)；
-双[2-(2′-苯并噻吩基)-吡啶-N,C3′](乙酰丙酮)合铱；
-三(2,5-双-2′-(9′,9′-二己基芴)吡啶)合铱(III)；
-(btp)2Ir(acac)；
-(piq)3Ir；
-(piq)2Ir(acac)；
-8-羟基喹啉铝(Alq3)；
-四苯基四苯并卟啉铂(II)；
-四苯基四苯并卟啉钯(II)；
-[Os(btfp)2(dppb)]；
-[Os(btfp)2(pp2b)]；
-[Os(tfp)2(dppb)]；
-[Os(ibifp)2(dppb)]。
在此，
-piq表示1-苯基异喹啉；
-btp表示2-(2′-[4,5-α]苯并噻吩基)吡啶；
-acac表示乙酰丙酮；
-btfp表示5-(苯并噻唑-2-基)-3-三氟甲基吡唑；
-dppb表示1,2-双(二苯基膦基)苯；
-pp2b表示2-双(膦基)苯；
-tfp表示5-(噻唑-2-基)-3-三氟甲基吡唑；
-ibifp表示5-(1-异苯并咪唑-2-基)-3-三氟甲基吡唑。
根据另一实施方式，纳米颗粒具有锚定分子链，纳米颗粒能够通过所述锚定分子链以化学的方式且选择性地结合到预选的化学表面上。如果使用例如发光半导体器件的匹配的锚定链和表面，那么在自我限制的工艺(“自组装的单层”，SAM)中能够产生纳米颗粒的单层。由此能精确地预先确定发光设备的产生的色度坐标并且消除已知的“颜色分级(Farb-Binnings)”的问题。例如，发光半导体器件的预选的表面能够通过下列材料的一种或多种形成：GaN、GaAlAs、InGaAlP、SiO2、Al2O3、Si3N4、聚硅氧烷。锚定分子链例如能够通过下列分子的一个或多个形成：R-OMe、R-OEt、R-Tos、R-Si(OMe)3、R-Si(OEt)3、R-SH，其中R表示具有与纳米颗粒的化学键的有机分子链并且OMe表示甲氧基基团、OEt表示乙氧基基团并且Tos表示Tosyl基团(对甲基磺酰基)。
根据另一实施方式，波长转换元件具有基体材料，纳米颗粒设置在所述基体材料中。下列材料的一种或多种能够用作基体材料：聚丙烯酸酯、聚烯烃，例如具有高密度和低密度的聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)、聚酯、聚碳酸酯(PC)、聚对苯二甲酸乙酯(PET)、聚醚砜(PES)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚酰亚胺(PI)、聚醚酮例如聚醚醚酮(PEEK)、聚酰胺，例如聚邻苯二甲酰胺(PPA)、聚对苯二甲酸环己烷二甲醇酯(PCT)、硅酮、环氧化物和液晶的聚合物(“液晶高分子聚合物”，LCP)。
根据另一实施方式，纳米颗粒具有覆层。覆层尤其能够围绕纳米颗粒的基础材料、即基于SO2的材料设置并且分别包覆纳米颗粒。例如，覆层能够具有无机材料，例如Al2O3。此外，覆层也能够具有有机材料。覆层例如能够避免纳米颗粒的聚集、改进自由流动性、改变折射率、和/或用作波长滤波器，以便滤除例如短波的第一光、即激发光，以便避免有机发光分子的光化学分解和/或以便吸收波长转换材料的发射的特定的范围进而使光谱更窄带。
此外，除纳米颗粒之外，在波长转换元件中能够包含其他材料。例如，波长转换元件还能够具有散射颗粒，所述散射颗粒尤其能够如纳米颗粒那样分布在基体材料中。在此和在下文中，如下颗粒状的材料称作散射颗粒，所述颗粒状的材料仅引起光散射或光折射，但不引起如在纳米颗粒的情况下那样的光转换。例如，散射颗粒能够具有TiO2、Al2O3或玻璃颗粒或由其形成。
通过将附加的散射颗粒添加到基体材料中能够在波长转换元件中改变光散射进而改变放射特性。
此外，基体材料具有填充材料，所述填充材料防止包含的颗粒的聚集，所述颗粒改变折射率和/或所述颗粒能够用作波长滤波器。
根据另一实施方式，除纳米颗粒之外，波长转换元件具有其他波长转换材料。因此，纳米颗粒作为转换材料能够与用于光转换的其他材料共同地使用在此处描述的发光设备中。例如，其他波长转换材料能够具有无机的发光材料或由其形成。无机的发光材料能够具有一种或多种材料，所述材料选自下列材料：Ce3+掺杂的石榴石、如YAG:Ce和LuAG:Ce，例如(Y,Lu,Gd,Tb)3(Al1-x,Gax)5O12:Ce3+；Eu2+掺杂的氮化物，例如(Ca,Sr)AlSiN3:Eu2+、(Ca,Ba,Sr)2Si5N8:Ee2+；Eu2+掺杂的硫化物；(Ba,Sr,Ca)Si2Al2N6；(Ba,Sr,Ca)Si2O2N2；SiAlON；(Ba,Sr,Ca)2Si2O4：Eu2+；(Sr,Ca)AlSiN3*Si2N2O；Ca8Mg(SiO4)4Cl2、磷酰氯、BaMgAl10O17:Eu(钡镁多铝酸盐:铕，BAM)、(Ba,Sr,Ca)5(PO4)3Cl:Eu(SCAP)、卤磷酸盐。在此，发光半导体器件能够激发纳米颗粒和无机的发光材料或例如仅激发所述纳米颗粒和所述无机的发光材料中的一个，其中于是，相应的其他波长转换器能够由第一波长转换器激发。此外，纳米颗粒能够连同半导体纳米颗粒一起用于光转换。
在基础材料中、即例如在基于SiO2的材料中，纳米颗粒能够附加地具有下列材料的一种或多种：碱金属、碱土金属、卤素、Hl、Zr、Hf、Gi、Sn、Pb、B、In、Ga、N、C、P、Ti、Sc、Y、As、Sb、S、Se、H、重氢。附加的元素和材料优选具有按纳米颗粒的重量计占小于5％并且尤其优选小于1％的份额。此外，附加地能够将半导体纳米颗粒引入到纳米颗粒基础材料中、即例如基于SiO2的材料中。
根据另一实施方式，纳米颗粒能够具有下列特性的一个或多个：
-纳米颗粒能够通过例如在蓝色、绿色或红色的光谱范围中进行半导体发射来激发，优选通过在400nm至800nm的范围中具有小于120nm的宽度(“半高宽”，FWHM)的发射来激发。
-纳米颗粒能够通过具有在可见的范围中大于或等于120nm的宽度(FWHM)的宽带的发射来激发。
-纳米颗粒能够通过红外发射激发并且通过转换来转换成更长波长的红外范围中的光。
-纳米颗粒能够包含光子上转换的染料。
-纳米颗粒能够是可用紫外光激发的。
-纳米颗粒能够包含热致变色的染料。
根据另一实施方式，波长转换元件直接施加在发光半导体器件上。这尤其能够意味着：波长转换元件直接被施加在发光半导体器件的表面上。替选于此，也可行的是：波长转换元件进而纳米颗粒与发光半导体器件间隔开地设置。在这种也称作远程设置的设计方案中，在波长转换元件和发光器件之间能够设置有呈层或例如发光半导体器件的囊封件形式的其他材料。此外，也可行的是：例如气体、例如空气设置在发光半导体器件和波长转换元件之间。
根据另一实施方式，纳米颗粒仅具有唯一种类的有机发光分子。替选于此，纳米颗粒也能够包含不同的有机发光分子。此外，也可行的是：波长转换元件包含多个不同的纳米颗粒簇并且每个纳米颗粒簇通过包含相同的有机发光分子的颗粒形成，其中各个纳米颗粒簇的有机发光分子彼此不同。换言之，能够存在多个不同的颗粒簇并且每个颗粒簇通过包含相同的有机发光分子的颗粒形成。不同的颗粒簇能够空间上分开地设置在波长转换元件中。由此，在发光半导体器件的光程中例如空间上结构化地设置具有不同染料分子的纳米颗粒能够是可行的。由此例如能够产生横向相邻的区段或像素。例如，发光半导体器件能够构成为分区段的单片的半导体结构，所述半导体结构具有单独可控的区域。通过在将不同的纳米颗粒簇设置在各个区段上，发光设备能够构成为多色的微显示器、例如RGB微显示器。
根据至少一个实施方式，在用于制造发光设备的方法中提供发光半导体器件。此外，施加波长转换元件。
上文中和下文中描述的特征和实施方式同样适用于发光设备和用于制造发光设备的方法。
为了施加波长转换元件，纳米颗粒能够通过下列施加方法的组合或下列施加方法中的至少一种施加：点胶工艺、喷镀、压制、电泳、电喷。
此外，施加已经包含纳米颗粒的预制的波长转换元件也是可行的。例如，具有纳米颗粒的波长转换元件为此能够通过压制工艺或成型工艺、例如注塑工艺(“injectionmolding”)、压塑工艺(“compression molding”)、传递模塑工艺(“transfer molding”)、薄膜辅助的传递模塑工艺(“foil-assisted transfer molding”)来制造。
此外，纳米颗粒能够与上述材料之一施加在溶剂中，其中紧接着除去溶剂。此外，纳米颗粒能够与基体材料一起施加，或在施加纳米颗粒之后能够将基体材料施加到所述纳米颗粒上。此外，也可行的是：波长转换元件不含基体材料。
附图说明
从在下文中结合附图描述的实施例得出其他优点、有利的实施方式和改进方案。
附图示出：
图1示出根据一个实施例的发光设备，
图2至4示出根据另外的实施例的纳米颗粒并且
图5至6示出根据另外的实施例的发光设备。
在实施例和附图中，相同的、同类的或起相同作用的元件能够分别设有相同的附图标记。所示出的元件和其彼此间的大小关系不能够视作为是符合比例的，更确切地说，为了更好地图示和/或为了更好地理解，能够夸大地示出各个元件，例如层、组件、器件和区域。
具体实施方式
在图1中示出发光设备100，所述发光设备具有发光半导体器件1，所述半导体器件在运行中发射第一波长范围中的第一光。波长转换元件2设置在第一光的光路中，所述波长转换元件将第一光至少部分地转换成与第一波长范围不同的第二波长范围中的第二光。
发光半导体器件1例如能够是无机发光半导体器件。例如，无机发光半导体器件能够具有无机发光二极管或由其形成。无机发光二极管例如能够具有发光半导体芯片，所述发光半导体芯片包括用于产生第一光的至少一个有源层。发光半导体芯片能够根据期望的待放射的波长作为基于不同的半导体材料体系的半导体层序列制造。基于InxGayAl1-x-yN的半导体层序列尤其适合于短波的可见光、即尤其蓝色光或绿色光和/或紫外光，其中适用0≤x≤1并且0≤y≤1。对于绿色光至红色光，半导体层序列例如能够具有InxAlyGa1-x-yP，其中0≤x≤1，0≤y≤1并且x+y≤1，而例如基于AlGaAs的半导体材料适合于产生在红色至红外的波长范围中的光。
尤其地，发光半导体芯片能够具有半导体层序列、尤其优选外延生长的半导体层序列或由其构成。为此，半导体层序列能够借助外延方法，例如金属有机气相外延(MOVPE)或分子束外延(MBE)在生长衬底上生长并且设有电接触部。通过分割具有生长的半导体层序列的生长衬底，能够提供多个发光半导体芯片。此外，在分割之前，半导体层序列能够转移到载体衬底上并且生长衬底能够被打薄或完全移除。这种具有载体衬底作为衬底来代替生长衬底的半导体芯片也能够称作所谓的薄膜半导体芯片。
薄膜半导体芯片的特征尤其在于如下特征性的特征：
-在产生辐射的外延层序列的朝向载体衬底的第一主面上施加或构成反射层，所述反射层将在外延层序列中产生的电磁辐射的至少一部分反射回所述外延层序列中；
-外延层序列具有20μm或更小的范围中、尤其在4μm和10μm之间的范围中的厚度；并且
-外延层序列包含至少一个半导体层，所述半导体层具有至少一个面，所述面具有混匀结构，所述混匀结构在理想情况下引起光在外延的外延层序列中近似各态历经的分布，也就是说，所述外延层序列具有尽可能各态历经的随机的散射特性。
薄膜半导体芯片良好地近似于朗伯表面辐射器。例如在出版文献I.Schnitzer等，Appl.Phys.Lett.63(16)，1993年10月18日，2174-2176中描述薄层发光二极管芯片的基本原理。
半导体层序列能够具有例如传统的pn结、双异质结构、单量子阱结构(SQW结构)或多重量子阱结构(MQW结构)作为有源区。除有源区之外，半导体层序列能够包括其他功能层和功能区，例如p型掺杂的或n型掺杂的载流子传输层、即电子传输层或空穴传输层，未掺杂的或p型掺杂的或n型掺杂的约束层、熔覆层或波导层、阻挡层、平坦化层、缓冲层、保护层和/或电极以及由其构成的组合。
替选地或附加地，发光半导体器件1也能够具有有机发光半导体器件，例如有机发光二极管(OLED)或由其构成。关于有机发光半导体器件的原理结构参考出版文献WO 2010/066245A1，所述出版文献尤其关于有机发光半导体器件的结构方面就此明确地通过参引并入本文。
波长转换元件2具有多个纳米颗粒。在示出的实施例中，纳米颗粒3设置在基体材料4中。替选于此，纳米颗粒3也能够在没有基体材料4的情况下形成波长转换元件2并且设置在发光半导体器件1的第一光的光路中。替选于纳米颗粒3在基体材料4中的所示出的均匀的分布，所述纳米颗粒也能够空间上结构化地设置在基体材料4中。
如在图1中示出，波长转换元件2能够直接设置在发光半导体器件1上。尤其地，波长转换元件2对此能够直接设置在发光半导体器件1的一个或多个表面上。替选于此，所谓的远程设置也是可行的，其中波长转换元件2能够与发光半导体器件1隔开地设置。对此，在发光半导体器件1和波长转换元件2之间能够存在例如呈层或发光半导体器件1的囊封件形式的其他材料。此外，也可行的是：在发光半导体器件1和波长转换元件2之间存在气体，例如空气。此外，发光设备100例如能够具有壳体，发光半导体器件1和波长转换元件2设置在所述壳体中(未示出)。
基体材料4例如能够是硅酮或环氧树脂，纳米颗粒3混入所述基体材料中。替选于此，基体材料4也能够具有上面在概述部分中提到的材料中的一种或多种。
在下文中，结合图2至4详细阐述纳米颗粒3，在所述图中示出纳米颗粒的实施例。
在图2中示出纳米颗粒3，所述纳米颗粒具有基础材料30，在所述基础材料中封入有机发光分子31。尤其地，有机发光分子31由基础材料30包围，使得纳米颗粒3在内部具有分子31。基础材料30优选通过光物理学惰性的材料、尤其优选玻璃类材料形成。在示出的实施例中，基础材料30通过基于SiO2的材料形成，在所述材料中包含有机发光分子31。因此，基于SiO2的材料形成基体，在所述基体中封入并且包含有机发光分子31。由此，有机发光分子31与环境隔开并且保护其免受例如通过与环境气体或基体材料反应产生的降解过程。
有机发光分子31例如能够具有纯的有机分子和/或具有带有金属原子的有机分子、尤其具有带有有机配体的过渡金属络合物。在不限制在此描述的对象的情况下，纯示例地指出下列尤其优选的材料：
-苝酰亚胺，
-苝羧酸，
-具有过渡金属和有机配体的过渡金属络合物，所述过渡金属选自Os(II)、Ru(II)、Ir(III)、Pt(II)，所述有机配体选自一种或多种材料，所述材料由下列基本骨架派生出：卟啉、卟吩、2,2-双吡啶、2-苯基吡啶、3-(噻唑-2-基)、3-(苯并噻唑-2-基)、3-(咪唑-2-基)、3-(苯并咪唑-2-基)、吡啶偶氮。
此外，替选地或附加地，有机发光分子31也能够具有在更上面在概述部分中列举的材料中的一种或多种。
除有机发光分子31之外，在基础材料30中能够包含其他的材料，所述其他材料例如是一种或多种选自以下的材料：碱金属、碱土金属、卤素、Al、Zr、Hf、Ge、Sn、Pb、B、In、Ga、N、C、P、Ti、Sc、Y、As、Sb、S、Se、H、重氢。附加的元素和材料在基础材料30中、即尤其在基于SiO2的材料、纳米颗粒3中优选具有小于5％的并且尤其优选小于1％的份额。此外，能够附加地将半导体纳米颗粒引入SiO2材料30中。
在图1中示出的发光设备100中，纳米颗粒3例如能够以特定选择的粒度分布存在于波长转换元件2中。例如纳米颗粒3能够具有大于或等于1nm并且小于或等于1000nm的大小。尤其地，在大于或等于1nm并且小于或等于100nm或者大于或等于10nm并且小于或等于50nm之间的大小是尤其优选的。替选于此，纳米颗粒3也能够具有上面在概述部分中列举的其他大小。
根据应用，纳米颗粒3例如能够包含仅一种有机发光材料31。此外，也可行的是：纳米颗粒3能够包含所提出的有机发光材料31中的多种有机发光材料的混合物。尤其地，有机发光分子31能够如上面在概述部分中描述的那样构成并且具有相应的上述特性。
在图3中示出纳米颗粒3的另一实施例，所述纳米颗粒附加地围绕基于SiO2的材料30具有覆层32，所述覆层包覆纳米颗粒3。覆层32例如能够由无机材料，例如Al2O3形成。此外，使用有机覆层32也是可行的。覆层32尤其能够具有下列特性中的一种或多种：所述覆层例如能够防止颗粒聚集，尤其在基体材料中的颗粒聚集。此外，覆层例如能够引起波长转换元件的折射率的改变或也用作波长滤波器。由此例如能够可行的是：能够滤除短波的激发光、即发光半导体器件的第一光，以便预防有机发光分子的光化学分解或者以便吸收有机发光分子的发射的特定的范围，以便使第二光的光谱更窄带。
在图4中示出用于纳米颗粒3的另一实施例，所述纳米颗粒在其表面上具有锚定分子链33。所述锚定分子链能够设置用于：将纳米颗粒3以化学的方式并且选择性地结合到特定的化学表面上。如果例如在发光半导体器件中使用匹配的锚定分子链32和表面，那么在自我限制的工艺中在相应的表面上能够产生纳米颗粒的单层。如上面在概述部分中描述的那样，例如能够使用具有甲氧基基团或乙氧基基团的锚定分子链。替选于此或除此之外，也能够使用其他在上面在概述部分中描述的锚定分子链，所述锚定分子链尤其能够实现结合到上面在概述部分中描述的表面材料上。
为了制造根据图1的发光设备100，纳米颗粒3例如能够以具有基体材料4的配方通过点胶工艺、通过喷镀或通过压制工艺施加到发光半导体器件1的光程中。此外，也可行的是：例如在电压场中通过电泳或电喷将纳米颗粒3引入发光半导体器件1的光程中。在施加纳米颗粒3之后，所述纳米颗粒能够选择性地设有基体材料4，或者，假使所述纳米颗粒已经施加有基体材料4，那么设有另一基体材料。此外，也可行的是：将纳米颗粒3施加在挥发性溶剂中，所述挥发性溶剂随后例如通过蒸发除去。通过在电压场中或借助溶剂施加，尤其也能够可行的是：施加纳米颗粒而不施加基体材料。
此外，也可行的是：例如预制波长转换元件2并且作为预制的转换元件紧接着安置在发光半导体器件1的光程中。预制的波长转换元件例如能够通过压制工艺或通过成型工艺，例如通过注塑模制、压塑模制或传递模制或薄膜支持的传递模制来制造。
在图5中示出根据另一实施例的发光设备101，与发光设备100相比，除纳米颗粒3之外，所述设备还具有散射颗粒5。所述散射颗粒例如能够通过无色的、即仅散射光的材料例如TiO2、Al2O3或玻璃颗粒形成。通过添加附加的散射颗粒5，放射轮廓和波长转换元件2的转换度能够彼此分开地调整和优化。
此外，附加地或替选地，波长转换元件2还能够包含其他填充材料，所述填充材料例如能够防止纳米颗粒3的聚集、改变折射率或用作波长滤波器。
替选地或附加地，也可行的是：除纳米颗粒3之外，波长转换元件2还包含用于光转换的其他材料作为转换材料。例如，除纳米颗粒3之外，在波长转换元件2中能够包含无机的波长转换材料，如上面在概述部分中描述的发光材料那样的无机的波长转换材料。
在图6中示出根据另一实施例的发光设备102，与图1和图5的发光设备100和101相比，所述设备102具有发光半导体器件1，所述发光半导体器件具有可彼此分开控制的区段11、12、13。所述区段例如能够构成为单片制造的半导体结构的区段并且能彼此分开地电接触。波长转换元件2也相应地划分成区段21、22、23，所述区段设置在发光半导体器件1的区段11、12、13上。区段21、22、23分别包含具有纳米颗粒3的颗粒簇，所述纳米颗粒在簇内部是相同的，而颗粒簇彼此不同地构成并且具有纳米颗粒3，所述纳米颗粒具有不同的有机发光材料。由此，可行的是：区段21、22、23放射彼此不同的第二光，使得能够与区段化的发光半导体器件102一起实现多色的显示器，例如RGB微显示器。
根据其他实施例，在实施例中描述的特征也能够彼此组合，即使这类组合未阐明地在图中示出也如此。此外，在图中描述的实施例能够具有根据概述说明的附加的或替选的特征。
本发明不通过根据实施例进行的描述而受到限制。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，这尤其是包含在权利要求中的特征的每个组合，即使该特征或者该组合本身未详细地在权利要求中或者实施例中说明时也是如此。

Claims (20)

1.一种发光设备，所述发光设备具有
-发光半导器件(1)，所述发光半导体器件在运行中发射第一波长范围中的第一光，和
-设置在所述第一光的光路中的波长转换元件(2)，所述波长转换元件将所述第一光至少部分地转换成与所述第一波长范围不同的第二波长范围中的第二光，
其中所述波长转换元件(2)具有纳米颗粒(3)，所述纳米颗粒在基础材料(30)中包含有机发光分子(31)，所述基础材料由基于SiO2的材料形成。
2.根据权利要求1所述的设备，
其中所述纳米颗粒(3)在所述基础材料(30)上具有覆层(32)。
3.根据权利要求2所述的设备，
其中所述覆层(32)具有下列特性中的一个或多个特性：防止颗粒聚集、提高颗粒的自由流动性、改变所述纳米颗粒的折射率、波长滤波器。
4.根据上述权利要求中任一项所述的设备，
其中所述波长转换元件(2)具有基体材料(4)，在所述基体材料中设置有所述纳米颗粒(3)。
5.根据权利要求4所述的设备，
其中所述波长转换元件(2)在所述基体材料(4)中具有填充材料，所述填充材料具有下列特性中的一个或多个特性：防止颗粒聚集、改变所述波长转换元件的折射率、波长滤波器。
6.根据上述权利要求中任一项所述的设备，
其中所述波长转换元件(2)还具有散射颗粒(5)。
7.根据上述权利要求中任一项所述的设备，
其中至少一些纳米颗粒(3)分别包含多个不同的有机发光分子(31)。
8.根据上述权利要求中任一项所述的设备，
其中在所述波长转换元件(2)中存在多个不同的颗粒簇，并且每个所述颗粒簇通过纳米颗粒(3)形成，所述纳米颗粒包含相同的有机发光分子(31)。
9.根据权利要求8所述的设备，
其中不同的所述颗粒簇在空间上分开地设置在所述波长转换元件(2)中。
10.根据上述权利要求中任一项所述的设备，
其中所述有机发光分子(31)具有下列材料中的一种或多种材料：吖啶染料、吖啶酮染料、蒽醌染料、蒽染料、菁染料、丹酰染料、方酸菁染料、螺吡喃、硼二吡咯亚甲基、苝、嵌二萘、萘、黄素、吡咯、卟啉和它们的金属络合物、二芳基甲烷染料、三芳基甲烷染料、硝基染料、亚硝基染料、酞菁染料、酞菁的金属络合物、奎宁、偶氮染料、靛酚染料、噁嗪、尼罗红、噻嗪、噻唑、芴、氟烷、焦宁、罗丹明、香豆素。
11.根据上述权利要求中任一项所述的设备，
其中
-所述有机发光分子(31)具有过渡金属络合物，所述过渡金属络合物具有有机配体，
-所述过渡金属选自Rh、Os、Ru、Ir、Pd、Pt并且
-所述有机配体选自一种或多种材料，所述材料由下列基本骨架派生出：卟啉、卟吩、2,2-双吡啶、2-苯基吡啶、3-(噻唑-2-基)、3-(苯并噻唑-2-基)、3-(咪唑-2-基)、3-(苯并咪唑-2-基)、吡啶偶氮。
12.根据上述权利要求中任一项所述的设备，
其中所述纳米颗粒(3)具有锚定分子链(33)，所述纳米颗粒(3)通过所述锚定分子链以化学的方式并且选择性地结合到预选的化学表面上。
13.根据上述权利要求中任一项所述的设备，
其中除所述纳米颗粒(3)之外，所述波长转换元件(2)还具有其他无机的波长转换材料。
14.根据上述权利要求中任一项所述的设备，
其中所述发光半导体器件(1)具有无机发光二极管。
15.根据上述权利要求中任一项所述的设备，
其中所述发光半导体器件(1)具有有机发光二极管。
16.一种用于制造根据权利要求1至15中任一项所述的发光设备的方法，所述方法具有如下步骤：
-提供发光半导体器件(1)，
-施加波长转换元件(2)，其中纳米颗粒(3)通过下述施加方法中的至少一种方法或它们的组合施加：
点胶工艺、喷镀、压制、电泳、电喷、施加具有所述纳米颗粒(3)的预制的所述波长转换元件(2)。
17.根据权利要求16所述的方法，
其中将所述纳米颗粒(3)施加在溶剂中，随后移除所述溶剂。
18.根据权利要求16或17所述的方法，
其中所述纳米颗粒(3)与基体材料(4)一起施加。
19.根据权利要求16或17所述的方法，
其中在施加所述纳米颗粒(3)之后，将基体材料(4)施加到所述纳米颗粒(3)上。
20.根据权利要求16所述的方法，
其中通过压制工艺或成型工艺预制具有所述纳米颗粒(3)的所述波长转换元件(2)。
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