JP2017510833A - セラミック製変換素子の製造方法および発光装置 - Google Patents

Abstract

セラミック製変換素子（１）の製造方法を特定する。この目的で少なくとも４層の機能層を設ける。一機能層が酸化物を含みかつ第１波長域の光（１００）を少なくとも部分的に第２波長域の光（２００）に変換するように構成される第１発光層（１０）として形成される。他の一機能層が窒化物を含みかつ第１波長域の光（１００）を少なくとも部分的に第３波長域の光（３００）に変換するように構成される第２発光層（２０）として形成される。他の一機能層が第１中間層（１１）として、さらに他の一機能層が第２中間層（２１）として形成される。第１中間層（１１）は酸化物を、第２中間層（２１）は窒化物または酸窒化物を含む。第１中間層（１１）が第１発光層（１０）と第２中間層（２１）との間に、第２中間層（２１）が第１中間層（１１）と第２発光層（２０）との間に位置するように機能層は配置される。次に機能層は焼成プロセスを介して互いに接合される。

Description

セラミック製変換素子の製造方法を提供する。また、発光装置を提供する。

焼成プロセス中にダメージとなるプロセスが全くまたはほとんど生じない、セラミック製変換素子の製造方法を提供することが、達成すべき目的である。出射光の色度座標を特に単純かつ効果的に調節することができる発光装置を提供することが、達成すべきさらなる目的である。

これら目的は特に、本独立請求項に係る特徴を含む方法および発光装置によって達成される。有利な実施形態および発展形態を従属請求項において提供する。

本発明の少なくとも一実施形態によれば、少なくとも４層の機能層を設ける。これら機能層を、それぞれ、未焼成成形体（green body）または仕上げ後のセラミックスとして設けることができる。この点に関し、１層の機能層を第１の発光層として形成する。第１の発光層は酸化物を含み、第１の波長域の光を少なくとも部分的に第２の波長域の光に変換するように構成される。他の１層の機能層を第２の発光層として形成する。第２の発光層は窒化物を含み、また、第１の波長域の光を少なくとも部分的に第３の波長域の光に変換するように構成される。他の１層の機能層を第１の中間層として、さらに他の１層の機能層を第２の中間層として形成する。この点に関し、第１の中間層は酸化物を含み、第２の中間層は窒化物または酸窒化物を含む。

上述の未焼成成形体は、それぞれ、例えば互いに積層された複数の未焼成膜（green films）の複合体であり得る。さらに、本発明において、用語「未焼成成形体」は、単層の未焼成膜を意味するものとも理解される。

好ましくは、第１の波長域、第２の波長域および第３の波長域は、それぞれ、互いに異なるように構成される。これは必ずしも、第１の波長域、第２の波長域および第３の波長域が互いにはっきりと区別されることを意味しない。しかしながら、むしろ、各波長域は異なるものの、部分的な範囲で重なり合うことができる。

第１の波長域の光を、例えば青色光またはＵＶ光とすることができる。例えば、第１の波長域の光は、少なくとも４８０ｎｍにおいて、または４６０ｎｍ以下もしくは４００ｎｍ以下において最大強度を有する。代替的または追加的に、第１の波長域の光は、４５０ｎｍ以上または４２０ｎｍ以上または３５０ｎｍ以上において最大強度を有することができる。

第２の波長域の光を、例えば緑色光、黄色光または黄緑色光とすることができる。特に、第２の波長域の光は、５８０ｎｍ以下または５４０ｎｍ以下において最大強度を有することができる。代替的または追加的に、第２の波長域の光は、例えば４８０ｎｍ以上または５００ｎｍ以上において最大強度を有することができる。

この場合、第３の波長域の光は、好ましくは橙色〜赤色の光であり、例えば６５０ｎｍ以下または６８０ｎｍ以下または７００ｎｍ以下において最大強度を有する。代替的または追加的に、第３の波長域の光は、例えば少なくとも５８０ｎｍ以上または５９５ｎｍ以上または６１５ｎｍ以上において最大強度を有する。

したがって、第１の発光層は特に、青色光またはＵＶ光を黄色〜緑色の光に変換するために設けられることができる。この目的のために、第１の発光層は、イットリウムアルミニウムガーネット（略してＹＡＧ）、および／または、ルテチウムアルミニウムガーネット（略してＬｕＡＧ）、および／または、ルテチウムイットリウムアルミニウムガーネット（略してＬｕＹＡＧ）、および／または、他の希土類を含むガーネット等を含むこともでき、ＹＡＧおよび／またはＬｕＡＧおよび／またはＬｕＹＡＧおよび／または他の希土類を含むガーネットからなることもできる。光の変換のために、第１の発光層には、特に活性剤（例：セリウム等の希土類元素）をドープすることができる。

好ましくは、第２の発光層は、青色光もしくはＵＶ光または黄緑色光を赤色〜橙色の光に変換するために設けられる。この目的のために、例えば第１の発光層は、アルカリ土類シリコンナイトライドおよび／もしくはアルカリ土類アルミニウムシリコンナイトライド（alkaline earth aluminum silicon nitride）を含むか、または、アルカリ土類シリコンナイトライドおよび／もしくはアルカリ土類アルミニウムシリコンナイトライドからなる。アルカリ土類金属は、例えばバリウム、カルシウムまたはストロンチウムである。光の変換のために、第２の発光層には、Ｅｕ^２＋等の希土類イオンを活性剤としてドープすることができる。

第１の中間層は、好ましくは、第１の発光層の材料と同様の材料を含む。本明細書において、用語「同様の材料」とは、特に同じ材料区分および／または同じ格子構造および／または同じ成分の材料を意味するものと理解される。例えば、第１の中間層は、非ドープのＹＡＧ、非ドープのＬｕＡＧ、Ａｌ_２Ｏ_３もしくはＡｌ_ｘＯ_ｙ等の酸化アルミニウム、酸化イットリウム、酸化ケイ素、酸化チタン、酸化セリウム、または、酸化ハフニウムのうちの少なくとも１つの物質を含むか、または、これら物質の少なくとも１つからなる。

第２の中間層は、好ましくは、第２の発光層の材料と同様の材料を含む。例えば、第２の中間層は、ストロンチウムシリコンオキシナイトライド（strontium silicon oxynitride）もしくはバリウムシリコンオキシナイトライド（barium silicon oxynitride）等のシリコンオキシナイトライド、および／または、カルシウムシリコンアルミニウムオキシナイトライド（calcium silicon aluminum oxynitride）等のシリコンアルミニウムオキシナイトライドを含むか、または、そのようなオキシナイトライドおよび／またはシリコンアルミニウムオキシナイトライドからなる。

本方法の少なくとも一実施形態によれば、第１の中間層が第１の発光層と第２の中間層との間に位置し、第２の中間層が第１の中間層と第２の発光層との間に位置するように、少なくとも４層の機能層を配置する。

好ましくは、機能層の配置後、第１の発光層は第１の中間層と直接的に接触しかつ第２の中間層および／または第２の発光層とは直接的に接触しない。好ましくは、第２の発光層は同様に、第２の中間層と直接的に接触するが、第１の中間層および／または第１の発光層とは直接的に接触しない。

好ましくは、第１の中間層と第２の中間層はとまた、互いに直接的に接触する。しかしながら代替的に、さらなる発光層および／またはさらなる中間層等のさらなる機能層を第１の中間層と第２の中間層との間に導入することもできる。特に好ましくは、通常使用の際に放射を変換するさらなる発光層は、第１の中間層と第２の中間層との間に配置されない。

特に、３層以上の発光層（例えば、３層または４層の発光層）を設けることができる。この場合、これら発光層は好ましくは、それぞれ、少なくとも２層の中間層によって互いに離される。

本方法の少なくとも一実施形態によれば、焼成プロセスによって、少なくとも４層の機能層を互いに機械的に接合する。その結果、焼成プロセス後、第１および第２の発光層ならびに第１および第２の中間層はセラミックスとして形成される。

本方法の少なくとも一実施形態では、少なくとも４層の機能層を、それぞれ、未焼成成形体またはセラミックスとして設け、１層の機能層が、酸化物を含みかつ第１の波長域の光を少なくとも部分的に第２の波長域の光に変換するように構成される第１の発光層として形成される。他の１層の機能層が、窒化物を含みかつ第１の波長域の光を少なくとも部分的に第３の波長域の光に変換するように構成される第２の発光層として形成される。また、他の１層の機能層が第１の中間層として形成され、さらに他の１層の機能層が第２の中間層として形成される。この点に関し、第１の中間層は酸化物を含み、第２の中間層は窒化物または酸窒化物を含む。第１の中間層が第１の発光層と第２の中間層との間に位置しかつ第２の中間層が第１の中間層と第２の発光層との間に位置するように、機能層は配置される。次いで、少なくとも１回の焼成プロセスによって機能層を互いに機械的に接合し、焼成プロセス後、第１および第２の発光層ならびに第１および第２の中間層はセラミックスとして形成される。

例えば青色光を白色光に変換するために、２層のセラミック製発光層を使用することができ、一方のセラミック製発光層が青色光を黄緑色光に変換し、第２の発光層が青色光を赤橙色光に変換する。概して、黄緑色光を出射する発光層は酸化物を含み、赤橙色光を出射する発光層は窒化物を含む。２層の発光層が焼成プロセスによって互いに直接的に接合される場合、これら２層の発光層間で化学反応または拡散プロセスが起こり得るため、これら２層の発光層の発光特性が変化または低下する。そのような焼成中のダメージとなるプロセスを防止するために、本明細書に記載の方法では、第１および第２の発光層間に第１の中間層および第２の中間層を導入する。第１の中間層は第１の発光層の材料と同様の材料を含み、第２の中間層は第２の発光層の材料と同様の材料を含む。その結果、好ましくは、これら２層の中間層は、焼成プロセス中に２層の発光層が互いに直接的に接触すること、および、場合によっては互いに反応することを防止する。さらに、第１の発光層と第１の中間層とが同様の材料を含むため、特に、焼成プロセス中に第１の発光層と第１の中間層との間で反応が起こらず、したがって第１の発光層はダメージを受けない。同じことが第２の発光層および第２の中間層にも当てはまる。

したがって、好ましくは第１の中間層は、焼成プロセス中の第２の発光層および／または第２の中間層との化学反応および／または拡散プロセスから第１の発光層を保護する。さらに、第２の中間層は好ましくは、焼成プロセス中の第１の発光層および／または第１の中間層との化学反応および／または拡散プロセスから第２の発光層を保護する。特に、第１および第２の中間層は、第１の発光層および第２の発光層間のバッファまたはスペーサとして使用される。

本方法の少なくとも一実施形態によれば、第１および第２の発光層中の各活性剤の濃度は、少なくとも０．１％であり、例えば０．５％以上または１％以上である。代替的または追加的に、上記濃度は、６％以下または４％以下または３％以下であり得る。活性剤を、例えば希土類元素とすることができる。

本方法の少なくとも一実施形態によれば、第１の中間層および／または第２の中間層は、第１の波長域の光および／または第２の波長域の光を透過させる。好ましくは、第１の中間層および第２の中間層はまた、第１および第２の波長域の光を吸収しないように形成される。代替的または追加的に、第１および第２の中間層は、第３の波長域の光を透過させかつ／または吸収しない。

本方法の少なくとも一実施形態によれば、第１の発光層および／または第１の中間層および／または第２の中間層は、第３の波長域の光を反射するように形成される。しかしながら、代替的または追加的に、第１の中間層および／または第２の中間層および／または第２の発光層を、第２の波長域の光を反射するように形成することもできる。

例えば、第１の波長域の光は最初に第１の発光層に突き当たり、第１の発光層で第２の波長域の光に部分的に変換され、次いで、第１および第２の中間層を介して第２の発光層に移行し、第２の発光層で第３の波長域の光に部分的に変換される。機能層の１層において反射されることによって、この場合、第３の波長域の光はセラミック製変換素子から第１の発光層から離れる方向のみに出射されることができる。有利なことに、これによりセラミック製変換素子の効率は向上する。

本方法の少なくとも一実施形態によれば、少なくとも４層の機能層の１層以上が散乱中心を有する。散乱中心では、第１の波長域の光および／または第２の波長域の光および／または第３の波長域の光は、拡散的に散乱される（diffusely scattered）ことができる。

そのような散乱中心における拡散性散乱（diffuse scattering）によって、変換素子内の光線の方向を変えることができる。例えば、全反射によって変換素子内に残り得る光線がそのような散乱プロセス後に、場合によっては取り出されることができる。有利なことに、これによりセラミック製変換素子の効率は向上する。

例えば、機能層の少なくとも１層に散乱粒子の形で散乱中心を導入することができる。散乱中心は例えば、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化イットリウム、酸化ケイ素の１つの材料を含むことができる。特に、散乱粒子は、ナノ粒子が導入される機能層の材料とは異なる材料を含む。散乱粒子の屈折率は好ましくは、各機能層の材料の屈折率とは異なる。散乱粒子の大きさは、好ましくは２００ｎｍ以上であり、例えば３００ｎｍ以上である。代替的または追加的に、散乱粒子の大きさは、１μｍ以下であり、例えば６００ｎｍ以下である。

特に、散乱中心を、細孔の形で発光層の少なくとも１層に導入することもできる。この点に関し、各機能層の焼成プロセス中の条件によって細孔の濃度およびサイズを設定することができる。例えば、細孔の大きさを０．４μｍ以上または１μｍ以上または１．２μｍ以上とすることができる。代替的または追加的に、細孔のサイズは、２μｍ以下であり、例えば１．８μｍ以下である。

散乱中心の濃度は例えば、少なくとも０．４％または０．６％または０．８％である。代替的または追加的に、散乱中心の濃度は、最大でも３％または２％または１％である。散乱中心の濃度は、機能層内の散乱中心の体積比率または質量比率に関係し得る。

本方法の少なくとも一実施形態によれば、少なくとも４層の機能層は、それぞれ、２つの面平行な（plane-parallel）主面を有する。したがって、特に、少なくとも４層の機能層は機能的プレートレットとして形成可能であり、これら機能的プレートレットの上記主面方向の大きさを、機能的プレートレットの上記主面に直交する厚さよりも大きくすることができる。

本明細書において、用語「主面」とは、平坦なまたは平面的な表面を意味するものと理解される。それに対し、機能層の実際の表面は勿論、しわまたは微細構造（structuring）を有することができる。この場合、主面は例えば、その機能層の表面の複数の点に亘って平坦な層（equalization plane）を配置することによって作られる。

本方法の少なくとも一実施形態によれば、少なくとも４層の機能層は、機能層の主面から離れる方向に互いに重ねて配置される。好ましくは、上記配置は、少なくとも４層の機能層の主面がすべて互いに平行に延在するように実行される。したがって、特に、４層の機能層は積層体として配置可能である。機能層の主面の平面視において、少なくとも４層の機能層はこの場合、部分的にまたは完全に重なる。特に、各機能層は、１つの主面の平面視において合同であることもできる。

機能層の外形は好ましくは、主面の平面視において矩形または円形である。しかしながら、特に、機能層は、例えば後のボンドパッド用ワイヤ（bond pad wires）の取付けのために設けられる凹部（recesses）を有することもできる。そのような凹部を機能層の角部等に形成することができるため、機能的プレートレットの基本形状は標準の多角形から逸脱する。

本方法の少なくとも一実施形態によれば、第１の発光層の厚さは、３０μｍ以上または５０μｍ以上または７０μｍ以上である。代替的または追加的に、第１の発光層の厚さは２００μｍ以下であり、例えば１５０μｍ以下または１２０μｍ以下である。第２の発光層の厚さは例えば５μｍ以上であり、例えば１０μｍ以上または２０μｍ以上である。代替的または追加的に、第２の発光層の厚さは１００μｍ以下であり、例えば８０μｍ以下または６０μｍ以下である。第１および第２の中間層の厚さは、それぞれ、例えば少なくとも０．２μｍであるかまたは２μｍ以上もしくは３μｍ以上である。代替的または追加的に、第１の中間層および／または第２の中間層の厚さは１０μｍ以下であり、例えば８μｍ以下または６μｍ以下である。

本方法の少なくとも一実施形態によれば、少なくとも４層の機能層の、関連する主面に沿った横方向の大きさは、それぞれ、１ｃｍ以上または１０ｃｍ以上または１５ｃｍ以上である。代替的または追加的に、少なくとも４層の機能層の横方向の大きさは、２５ｃｍ以下または２０ｃｍ以下または１８ｃｍ以下である。例えば焼成プロセスの前または後に行なうことができる分離プロセス後、完成したセラミック製変換素子の機能層の横方向の大きさを、５μｍ以上、例えば５０μｍ以上または２００μｍ以上とすることができる。この場合、代替的または追加的に、各主面方向の大きさは５ｍｍ以下であり、例えば２ｍｍ以下または１ｍｍ以下である。分離プロセスを、ソーイング、打抜き、または、レーザ光を用いた切断によって行うことができる。

本方法の少なくとも一実施形態によれば、少なくとも４層の機能層が各主面と平行な方向において互いに隣接して配置される結果、これら少なくとも４層の機能層の主面は好ましくは互いに平行に延在する。この場合、主面の平面視において、少なくとも４層の機能層は特に重ならない。したがって、各機能層は、同一平面においても、異なる平面においても配置可能である。さらに、この場合、少なくとも４層の機能層の厚さは好ましくは、同一または同様の厚さである。

本方法の少なくとも一実施形態によれば、セラミック製変換素子は、機械的に自立するように（in a mechanically self-supporting manner）形成される。したがって、例えば、セラミック製変換素子をキャリアから転写する方法を用いて発光素子上に設ける必要なく、製造プロセス後の、および、場合によっては分離プロセス後の発光素子上にセラミック製変換素子を設けることができる。この点に関し、変換素子の厚さの変換素子の横方向の大きさに対する比は、例えば少なくとも０．００６または０．０１または０．０５である。

本方法の少なくとも一実施形態によれば、第１の発光層をセラミックスまたは未焼成成形体として設ける。次いで、第１の中間層を未焼成成形体として第１の発光層上に設ける。さらに、第２の中間層を未焼成成形体として第１の中間層の第１の発光層とは反対側の面に設ける。さらに、第２の発光層を未焼成成形体として第２の中間層の第１の発光層とは反対側の面に設ける。次いで、共通の単一焼成プロセスにおいて少なくとも４層の機能層を焼成し、セラミック製変換素子を形成する。

したがって、例えば、第１の中間層および／もしくは第２の中間層ならびに／または第２の発光層は、それぞれ、テープ成形プロセスにおいて典型的であるようにスラリーとして塗布される。スラリーが乾燥した後、次いで、次の機能層をそれぞれ塗布することができる。変形形態として、各機能層をテープとして設けることができる。

全機能層が未焼成成形体として設けられる場合、有利なことに未焼成成形体からなる複合体を結合して形成することができる。

本方法の少なくとも一実施形態によれば、最初に第１の発光層と第１の中間層とを共に焼成して第１のセラミックス複合体を形成する。さらに、第２の発光層と第２の中間層とを共に焼成して第２のセラミックス複合体を形成する。次いで、第１のセラミックス複合体と第２のセラミックス複合体を共に焼成することにより、セラミック製変換素子を製造する。有利なことに、この手順では、第１の発光層も第２の発光層も、それぞれの最適な焼成温度で焼成することができる。この場合、第１および第２のセラミックス複合体は共に、低温で焼成可能である。

本明細書に記載の方法ではまた、第１の中間層および／または第２の中間層を、パルスレーザ堆積（略してＰＬＤ）、原子層堆積（略してＡＬＤ）、化学気相蒸着（略してＣＶＤ）、または、エアロゾルデポジション法（略してＡＤＭ）等の堆積プロセスによって設けることもできる。

また、セラミック製変換素子を提供する。本セラミック製変換素子は、本明細書に記載の方法を用いて製造可能である。すなわち、本製造方法に関連して開示した特徴のすべてが本セラミック製変換素子についても開示されており、その逆も同様である。

また、発光装置を提供する。

少なくとも一実施形態によれば、本発光装置は、動作時に第１の波長域の光を出射する放射出射面を有する電場発光体を有する。電場発光体を、例えば半導体積層体、特にＬＥＤとすることができる。さらに、電場発光体を有機発光装置（略してＯＬＥＤ）とすることができる。電場発光体は例えば、青色〜緑色の波長域（例えば、４２０ｎｍ〜５００ｎｍ）の光を出射することができる。代替的に、電場発光体はまた、ＵＶ域（例えば、３００ｎｍ〜４００ｎｍの波長）の光を出射することもできる。

少なくとも一実施形態によれば、発光装置は、セラミック製変換素子を有する。セラミック製変換素子は、特に、本明細書に記載の方法によって製造されている。したがって、セラミック製変換素子の特徴は、発光装置についても開示されており、その逆も同様である。

セラミック製変換素子は、電場発光体が出射する第１の波長域の光のビーム経路内に設けられることができる。例えば、第１の発光層の主面および／または第２の発光層の主面は、電場発光体の放射出射面と平行に延在することができる。これら主面の平面視において、電場発光体のセラミック製変換素子および放射出射面は例えば、重なることができ、特に、完全に重なることができる。

この場合、電場発光体によって出射される第１の波長域の光は、セラミック製変換素子によって少なくとも部分的に第２のおよび第３の波長域の光に変換されることができる。したがって、全体として発光装置は動作時に、第１の波長域の部分、第２の波長域の部分および第３の波長域の部分を有する混合光を発することができる。したがって、本変換素子を用いることによって、第１の波長域の光、特に青色光から混合光（例えば、演色評価数Ｒａが８０以上または９０以上または９５以上の白色光）を作ることができる。

以下、図面を参照して例示的実施形態を用い、本明細書に記載のセラミック製変換素子の製造方法、および、本明細書に記載の発光装置をさらに詳細に説明する。個々の図において、同じ参照番号が同じ要素を指す。しかしながら、いずれの参照も一定の縮尺では示されておらず、むしろ個々の要素は、より理解されるように過度に大きく示され得る。

本明細書に記載の方法の例示的実施形態の概略断面図である。 本明細書に記載の方法の例示的実施形態の概略断面図である。 本明細書に記載の方法の例示的実施形態の概略断面図である。 本明細書に記載の方法の例示的実施形態の概略断面図である。 本明細書に記載の方法の例示的実施形態の概略断面図である。 本明細書に記載の発光装置の概略断面図である。 本明細書に記載の発光装置の概略断面図である。 本明細書に記載の発光装置の概略断面図である。 本明細書に記載の発光装置の概略平面図である。

図１ａは、セラミック製変換素子の製造方法のステップを示す。このステップにより４層の機能層が設けられ、１層の機能層はセラミック製の第１発光層１０として形成される。第１の中間層１１を未焼成成形体として、セラミック製の第１の発光層１０の上に設ける。この点に関し、第１の中間層１１は、スラリーまたはテープ等として塗布可能である。代替的に、第１の中間層１１を、ＰＬＤ、ＡＬＤ、ＣＶＤまたはＡＤＭ等の堆積法を用いて設けることもできる。第１の中間層１１が乾燥した後、第２の中間層２１を未焼成成形体として第１の中間層１１の第１の発光層１０とは反対側の面の上に設ける。第２の中間層２１を、第１の中間層１１を設けた方法と同じ方法を用いて設けることも、第１の中間層１１を設けた方法とは異なる方法を用いて設けることもできる。第２の中間層２１が乾燥した後、第２の発光層２０を未焼成成形体として、第２の中間層２１の第１の発光層１０とは反対側の面の上に設ける。第２の発光層２０もまた、スラリーまたはテープとして塗布可能である。

図１ａでは、４層の機能層は、それぞれ、２つの面平行な主面ＨＳを有する。この点に関し、各主面ＨＳが互いに平行に延在しかつ主面ＨＳの平面視において４層の機能層が重なるように、特に重なって合同になるように、４層の機能層は配置される。さらに、第１の発光層１０が第１の中間層１１のみと直接的に接触しかつ第２の中間層２０が第２の中間層２１のみと直接的に接触するように、機能層は配置される。第１の中間層と第２の中間層とはまた、同様に互いに直接的に接触する。

図１ａに係る例示的実施形態では、機能層の主面ＨＳに沿った横方向の大きさは、例えば１ｍｍである。第１の発光層１０の厚さは例えば１００μｍであり、第２の発光層２０の厚さは例えば８０μｍであり、また、第１および第２の中間層１１，２１の厚さは、それぞれ、例えば５μｍである。

４層の機能層を互いに重ねて設けた後、焼成プロセスを介して４層の機能層を互いに機械的に接合する方法ステップを図１ｂに示す。焼成プロセス後、４層の機能層はセラミックス層として、特にセラミックス複合体として形成される。４層のセラミック製の機能層の複合体は、セラミック製変換素子１を形成する。

焼成プロセスにおいて、第１の中間層１１は好ましくは、第２の中間層２１および／または第２の発光層２０との化学反応または拡散プロセスから第１の発光層１０を保護する。さらに、第２の中間層２１は、第１の中間層１１および／または第１の発光層１０との化学反応および／または拡散プロセスから第２の発光層２０を保護する。例えば、第１の発光層１０はセリウムをドープしたルテチウムアルミニウムガーネット（略してＬｕＡＧ）を含み、第１の中間層１１は例えば非ドープのＹＡＧを含み、第２の中間層２１は例えばシリコンナイトライドを含み、かつ、第２の発光層２０は例えばＥｕ^２＋をドープしたバリウムストロンチウムシリコンナイトライド（Eu²⁺-doped barium strontium silicon nitride）を含む。概して、第１の発光層１０と第１の中間層１１とが同一または同様の材料区分を有し、特に同様の成分の同様の結晶格子を含む場合に有利である。同様に、第２の発光層２０と第２の中間層２１とが、同一または同様の材料区分を有する場合に有利である。

図２ａは、セラミック製変換素子の代替的な製造方法の方法ステップを示す。この方法では最初に、第１の発光層１０および第１の中間層１１を未焼成成形体として設ける。第１の発光層１０および第１の中間層１１は、例えばテープの形で互いに重ねて載置され、次いで積層される。同様に、第２の発光層２０および第２の中間層２１をテープ等の未焼成成形体として互いに重ねて載置する。

図２ｂに係る例示的実施形態における次のステップでは、第１の発光層１０と第１の中間層１１とを焼成して第１のセラミックス複合体を形成する。同様に、第２の発光層２０と第２の中間層２１とを共に焼成して第２のセラミックス複合体を形成する。次いで、第１および第２のセラミックス複合体を互いに重ねて載置する。

次いで、図２ｃでは、第１のセラミックス複合体と第２のセラミックス複合体とをさらなる焼成プロセスによって互いに機械的に接合することによって、セラミック製変換素子１を製造する。図２ｃに係る例示的実施形態では、図１ｂと同様に、第１の発光層１０と第２の発光層２０とはまた、第１の中間層１１および第２の中間層２１によって互いに離される。

図１ｂおよび図２ｃのセラミック製変換素子１は、例えば、機械的に自立可能である。

図１ａ〜図２ｃの実施形態の派生形態では、本方法に関し、さらなる中間層およびさらなる発光層を設けることもでき、したがって、セラミック製変換素子は、少なくとも２層の中間層によって互いに離される３層以上の発光層を有する。

図３ａの例示的実施形態では、発光装置１１１の断面を示す。発光装置１１１は、第１の波長域の光１００を出射する電場発光体４０を有する。この点に関し、第１の波長域の光１００は、主に電場発光体４０の放射出射面１１２を介して、または、この放射出射面１１２のみを介して出射される。第１の波長域の光１００を、例えば青色光またはＵＶ光とすることができる。

セラミック製変換素子１が、電場発光体４０が出射する第１の波長域の光１００のビーム経路内に配置されている。この点に関し、セラミック製変換素子１は、電場発光体４０に直接的に接触していることも、電場発光体４０から離隔していることもできる。例えば、セラミック製変換素子１は、接着剤等の接合手段を用いて放射出射面１１２の上に設けられることができ、それにより機械的接合が形成される。しかしながら、代替的に、放射出射面１１２と変換素子１との間の領域の少なくとも一部を空きスペースとすることもできる。

図３ａのセラミック製変換素子１の設計は、図１ｂおよび図２ｃに係る例示的実施形態の設計と同一または同様である。特に、セラミック製変換素子の主面ＨＳは、電場発光体４０の放射出射面１１２と平行に配置されている。それにより、放射出射面１１２の平面視において、セラミック製変換素子１は電場発光体４０を完全に被覆する。また、電場発光体４０の側面は、セラミック製変換素子１によって被覆されていない。

図３ａに係る例示的実施形態では、第１の発光層１０は、電場発光体４０の放射出射面１１２と対向している。したがって、放射出射面１１２を介して出射される第１の波長域の光１００は、最初に第１の発光層１０に突き当たる。第１の波長域の光１００の一部は、第１の発光層１０において、第２の波長域の光２００（例えば、黄緑色光）に変換される。

好ましくは、第１の中間層１１および第２の中間層２１は、第１の波長域の光１００および第２の波長域の光２００を透過させかつ／または吸収しないように形成されている。したがって、第１の波長域の光１００および第２の波長域の光２００は、第１の中間層１１および第２の中間層２１を通過することができ、それにより第２の発光層２０に突き当たることができる。第２の発光層２０は、第１の波長域の光１００の一部、および、場合によっては第２の波長域の光２００の一部を第３の波長域の光３００（例えば、赤色〜橙色の光）に変換する。しかしながら、例えば、第１の発光層１０は、第１の波長域の光１００を完全に第２の波長域の光２００に変換することもできる。この場合、第２の発光層２０は例えば、第２の波長域の光２００を完全に第３の波長域の光３００に変換することができる。

こうして、第１の波長域の光１００の部分、第２の波長域の光２００の部分および第３の波長域の光３００の部分からなる混合光が、第２の発光層２０の放射出射面１１２とは反対側の主面を介して発光装置１１１から出射されることができる。

図３ａでは、第１の発光層１０は、散乱中心３０をさらに有する。散乱中心３０は、細孔または散乱粒子として発光層１０に導入されることができる。代替的または追加的に、セラミック製変換素子１の他の機能層が散乱中心３０を有することもできる。散乱中心３０によって確実に、セラミック製変換素子１内の光線は拡散的に散乱され、したがって、より効率的にセラミック製変換素子１から取り出されることができる。

第１の発光層１０が電場発光体４０と対向する図３ａの例示的実施形態と対照的に、第２の発光層２０が放射出射面１１２と対向することもできる。この場合、第１の中間層１１および第２の中間層２１が第１の波長域の光１００および第３の波長域の光３００を透過させかつ／または吸収しないように形成される場合に有利である。

図３ｂは、図３ａに係る発光装置１１１と同様に形成された発光装置１１１を示す。図３ｂでは、第２の中間層２１は、第３の波長域の光３００を反射するように形成されている。したがって有利なことに、例えば、第２の発光層２０において第１の波長域の光１００から生じた第３の波長域の光３００は、電場発光体４０から離れる方向のみにセラミック製変換素子１から出射されることができる。このように、発光装置１１１の効率を高めるために、そのような反射性の中間層２１を使用することができる。しかしながら、反射性を有するように第２の中間層２１を形成することが必ずしも必要というわけではない。むしろ、第１の中間層１１および／または第１の発光層１０が第３の波長域の光３００を反射することもできる。

図３ｃに係る例示的実施形態では、図３ａおよび図３ｂに係る発光装置１１１と同様の発光装置１１１がまた、提供されている。図３ａおよび図３ｂとは異なり、図３ｃのセラミック製変換素子１の各機能層は主面ＨＳと平行な方向に互いに隣接して配置されているため、各主面ＨＳは互いに平行に延在している。主面ＨＳの平面視において、各機能層は重ならず、むしろ各機能層は共通の平面に配置されている。したがって、放射出射面１１２を介してセラミック製変換素子１に突き当たる第１の波長域の光１００は、好ましくはセラミック製変換素子１の１層の機能層のみを通過する。図３ｃに係る例示的実施形態では、全機能層の厚さが同じであり、例えば１００μｍである。第１および第２の中間層それぞれの主面ＨＳと平行な横方向の大きさは、例えば５μｍである。

図４は、発光装置１１１の例示的実施形態を示す。図４では、発光装置１１１は、放射出射面１１２の平面視において視認される。したがって、電場発光体４０は、セラミック製変換素子１によって完全に被覆されている。さらに、セラミック製変換素子１は、主面ＨＳと平行な全方向において電場発光体４０を越えてはみ出している。有利なことに、そのように電場発光体４０が完全に被覆されることによって、電場発光体４０が出射する第１の波長域の光１００のすべてが確実にセラミック製変換素子１に突き当り、それにより部分的に変換される。図４の変換素子１は、例えば図３ａまたは図３ｂまたは図３ｃの変換素子と同様に形成可能である。

図４に示した例示的実施形態の代替的形態として、セラミック製変換素子１はまた、電場発光体４０の放射出射面１１２の一部のみを被覆することもできる。さらに、放射出射面１１２および機能層の基本形状を、図４に示した矩形形状に加えて、円形または多角形とすることもできる。

本明細書に記載の発明は、例示的実施形態を参照してなされた説明によって制限されるものではない。むしろ、本発明は、任意の新規な特徴および特徴の任意の組合せ（特に、請求項中の特徴の任意の組合せを含む）を、当該特徴または組合せ自体が請求項または例示的実施形態に明示的に特定されていないとしても包含するものである。

本特許出願は、独国特許出願第１０２０１４１００７７１．９号の優先権を主張し、その開示内容は参照によって本明細書に援用される。

図１ａでは、４層の機能層は、それぞれ、２つの面平行な主面ＨＳを有する。この点に関し、各主面ＨＳが互いに平行に延在しかつ主面ＨＳの平面視において４層の機能層が重なるように、特に重なって合同になるように、４層の機能層は配置される。さらに、第１の発光層１０が第１の中間層１１のみと直接的に接触しかつ第２の発光層２０が第２の中間層２１のみと直接的に接触するように、機能層は配置される。第１の中間層と第２の中間層とはまた、同様に互いに直接的に接触する。

Claims (19)

1. − 少なくとも４層の機能層を、それぞれ、未焼成成形体またはセラミックスとして設けるステップであって、
   １層の機能層が、酸化物を含みかつ第１の波長域の光（１００）を少なくとも部分的に第２の波長域の光（２００）に変換するように構成される第１の発光層（１０）として形成され、
   他の１層の機能層が、窒化物を含みかつ前記第１の波長域の光（１００）を少なくとも部分的に第３の波長域の光（３００）に変換するように構成される第２の発光層（２０）として形成され、
   他の１層の機能層が第１の中間層（１１）として、さらに他の１層の機能層が第２の中間層（２１）として形成され、前記第１の中間層（１１）は酸化物を含み、かつ、前記第２の中間層（２１）は窒化物または酸窒化物を含む、ステップと、
   − 前記第１の中間層（１１）が前記第１の発光層（１０）と前記第２の中間層（２１）との間に位置しかつ前記第２の中間層（２１）が前記第１の中間層（１１）と前記第２の発光層（２０）との間に位置するように、前記機能層を配置するステップと、
   − 前記機能層を少なくとも１回の焼成プロセスによって互いに機械的に接合するステップであって、前記焼成プロセス後、前記第１および前記第２の発光層（１０，２０）ならびに前記第１および前記第２の中間層（１１，２１）はセラミックスとして形成される、ステップと、を含む、
   セラミック製変換素子（１）の製造方法。
2. 前記第１の発光層（１０）は、前記第１の中間層（１１）に直接的に接触しかつ前記第２の中間層（２１）および前記第２の発光層（２０）には直接的に接触せず、また、前記第２の発光層（２０）は、前記第２の中間層（２１）に直接的に接触しかつ前記第１の中間層（１１）および前記第１の発光層（１０）には直接的に接触しない、請求項１に記載の方法。
3. 前記第１の中間層（１１）は、前記第２の中間層（２１）に直接的に接触する、請求項２に記載の方法。
4. 前記第１の発光層（１０）はセリウムをドープしたルテチウムアルミニウムガーネットを含み、前記第１の中間層（１１）は非ドープのイットリウムアルミニウムガーネットを含み、前記第２の中間層（２１）はシリコンナイトライドを含み、かつ、前記第２の発光層（２０）はＥｕ^２＋をドープしたアルカリ土類シリコンナイトライドを含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記第１の発光層および／または前記第２の発光層（１０，２０）は、それぞれ、少なくとも１種類の活性剤を含み、前記各活性剤の濃度は０．１％〜６％であり、かつ、前記各活性剤は希土類元素である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記第１の中間層（１１）は、焼成プロセス中の前記第２の発光層（２０）および前記第２の中間層（２１）との化学反応および拡散プロセスから前記第１の発光層（１０）を保護し、
   前記第２の中間層（２１）は、焼成プロセス中の前記第１の発光層（１０）および前記第１の中間層（１１）との化学反応および拡散プロセスから前記第２の発光層（２０）を保護する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記第１および前記第２の中間層（１１，２１）は、前記第１の波長域の光および／または前記第２の波長域の光（１００，２００）を透過させかつ吸収しない、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記第１の発光層（１０）および／または前記第１の中間層（１１）および／または前記第２の中間層（２１）は、前記第３の波長域の光（３００）を反射するように形成される、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
9. 前記機能層の少なくとも１層は、前記第１の波長域の光および／または前記第２の波長域の光および／または前記第３の波長域の光を拡散的に散乱することができる散乱中心（３０）を有する、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
10. 前記少なくとも４層の機能層は、それぞれ、２つの面平行な主面（ＨＳ）を有する、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
11. 前記少なくとも４層の機能層は、前記少なくとも４層の機能層の前記主面（ＨＳ）がすべて互いに平行に延在するように、機能層の主面（ＨＳ）から離れる方向に互いに重ねて配置される、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
12. 前記第１の発光層（１０）の厚さは３０μｍ〜１５０μｍであり、前記第２の発光層（２０）の厚さは５μｍ〜１００μｍであり、かつ、前記第１および前記第２の中間層（１１，２１）それぞれの厚さは０．２μｍ〜１０μｍである、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法。
13. 分離プロセス後、前記第１および前記第２の発光層（１０，２０）ならびに前記第１および前記第２の中間層（１１，２１）の関連する主面に沿った横方向の大きさは、５μｍ〜５ｍｍである、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の方法。
14. 前記少なくとも４層の機能層が前記主面（ＨＳ）と平行な方向に互いに隣接して配置される結果、前記少なくとも４層の機能層の前記主面は互いに平行に延在しかつ前記主面の平面視において前記少なくとも４層の機能層は重ならない、請求項１〜１０、１２および１３のいずれか一項に記載の方法。
15. 前記セラミック製変換素子（１）は、機械的に自立するように形成される、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の方法。
16. − 前記第１の発光層（１０）は、セラミックスまたは未焼成成形体として設けられ、
    − 前記第１の中間層（１１）は、未焼成成形体として前記第１の発光層（１０）の上に設けられ、
    − 前記第２の中間層（２１）は、未焼成成形体として前記第１の中間層（１１）の前記第１の発光層（１０）とは反対側の面の上に設けられ、
    − 前記第２の発光層（２０）は、未焼成成形体として前記第２の中間層（２１）の前記第１の発光層（１０）とは反対側の面の上に設けられ、
    前記少なくとも４層の機能層は、共通の焼成プロセスにおいて焼成されて前記セラミック製変換素子（１）を形成する、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の方法。
17. 前記第１の中間層（１１）および／または前記第２の中間層（２１）は、パルスレーザ堆積、原子層堆積、化学気相蒸着、または、エアロゾルデポジション法のうちの１つの堆積プロセスによって設けられる、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の方法。
18. − 前記第１の発光層（１０）と前記第１の中間層（１１）とは共に焼成されて第１のセラミックス複合体を形成し、
    − 前記第２の発光層（２０）と前記第２の中間層（２１）とは共に焼成されて第２のセラミックス複合体を形成し、
    − 次いで、前記第１のセラミックス複合体と前記第２のセラミックス複合体とは、共に焼成される、請求項１〜１５および１７のいずれか一項に記載の方法。
19. 発光装置（１１１）であって、
    − 動作時に第１の波長域の光（１００）を出射する放射出射面（１１２）を有する電場発光体（４０）と、
    − 請求項１〜１８のいずれか一項によって製造され、前記第１の波長域の光（１００）のビーム経路内に配置され、かつ、前記半導体ボディが出射する前記第１の波長域の光（１００）を少なくとも部分的に前記第２のおよび前記第３の波長域の光（２００，３００）に変換する結果、前記発光装置が、目的とする動作時に前記第１の、前記第２のおよび前記第３の波長域（１００，２００，３００）の部分を有する混合光を発する、セラミック製変換素子と、を備える、
    発光装置（１１１）。