[发明专利]电致发光器件

说明书

本发明涉及一种电致发光器件，一种用于发射光的颜色转换的元件，以及制造该元件的方法。

磷光体转换的电致发光器件(pcLED)是已知的，其具有电致发光光源(LED)并且其发出的光(初级辐射)至少部分地被磷光体粉末层吸收，并再次以较长的波长辐射(次级辐射)。通常使用称为pcLED的发光器件作为白光源，其中LED发射UV或者蓝色光(初级辐射)，这些光的一部分被布置在LED上的层吸收并且例如作为黄色或者绿色和红色光被再次发射(次级辐射)，所述层通常是磷光体粉末层。该过程还可表示为颜色或者光转换。然后借助于加色混合获得白光。当前可利用的最好的pcLED在带磷光体层(初级辐射和次级辐射)和不带磷光体层(初级辐射)的发射光子之间具有小于50％的比例，被称作封装增益(package gain)。由于磷光体粉末层是由具有嵌入在其中的磷光体颗粒的基质材料构成的，所以因LED发射的UV部分导致基质材料随温度感应或者光化学感应而退化，从而导致粉末层的光透明度的降低，其结果是光源的效率随着使用年限而下降。另外，pcLED的光发射的均匀性很大程度地依赖于磷光体粉末层的均匀性。例如，被称作相关色温(CCT)的量可以作为观察角的函数在4500K和6500K之间变化。

文献DE10349038A1公开了一种用于发射白光的磷光体转换电致发光器件，其中借助于多晶陶瓷体获得颜色转换，从光辐射方向上观看，该陶瓷体被布置在LED上面。和磷光体粉末层相反，陶瓷体不需要用于嵌入磷光体颗粒的温度或者光敏感基质材料，因此避免了由于基质材料的光特性退化而出现的作为使用年限函数的效率降低。通过在多晶材料中的微晶中散射初级和次级辐射产生光发射的均匀性，例如，尽可能不依赖于观察角的色温。然而，与具有磷光体粉末层的pcLED相比，封装增益没有随着这种类型的多晶材料而改善。因此明显较高的封装增益还是所希望的。

因此本发明的一个目的是提供一种磷光体转换电致发光器件，其特征在于高封装增益以及尽可能不依赖于观察角的色温。

通过一种电致发光器件实现该目的，该电致发光器件包括用于发射初级辐射的至少一个电致发光光源以及至少一个光转换元件，所述初级辐射优选地具有200nm和490nm之间的波长，所述光转换元件被布置在初级辐射的射线路径上，用于部分吸收初级辐射和发射次级辐射，所述光转换元件在初级辐射的辐射方向上具有膨胀(dilatation)，其小于光转换元件中初级辐射的平均散射长度。在光转换元件内散射的光的量越少，各种材料中的光路就越短，从而降低了光在光转换材料中被吸收而随后不再发射的概率。因此，可能获得的封装增益高于具有强烈散射的光转换元件的情况，例如具有散射中心的粉末层或者通常的多晶层的情况。根据Lamber Beer定律，可以将由于吸收和散射而引起的方向Θ上辐射强度的损失I_loss(Θ)描述成吸收和散射长度_Ia和I_s的函数，而不是透射和反射系数的函数。然后沿着辐射传播方向具有膨胀d的材料的平均散射长度近似正比于1/PD，所述材料在散射中心具有平均堆积密度(packing density)PD。

关于这一点，如果光转换元件由具有这样的密度的材料构成，则是有利的，所述密度介于光转换元件中的理论材料密度的93％和99.5％之间。

在有利的电致发光器件中，次级辐射包括一个或者多个光谱区域，所述光谱区域的波长大于初级辐射的波长。可以例如通过混合合适份量的蓝色初级辐射以及黄色或绿色和红色次级辐射来产生白光。

关于这一点，有利的是，光转换元件中的初级辐射的平均吸收长度小于初级辐射的平均散射长度，并且优选地小于初级辐射的辐射方向上的光转换元件的膨胀。从而，保证了将初级辐射的足够部分转换成用于产生白光的次级辐射。

如果光转换元件包括基本上平坦的第一表面以及第二表面，那么这是特别有利的，所述第一表面和电致发光光源面对，所述第二表面具有用于改善来自光转换元件的光外耦合(light outcoupling)的结构。所述第一平坦表面允许直接将光转换元件应用到电致发光光源上。所述结构化第二表面用来改善来自光转换元件的初级和次级辐射的光外耦合，另外还通过结构化表面的光分布效应使得外耦合光的均匀性有所改善。由于这一点，明显地降低了作为观察角函数的相关色温的变化。