用于制造转换元件的方法以及转换元件的制作方法
用于制造转换元件的方法以及转换元件的制作方法
【专利摘要】本发明提出一种用于制造用于光学和/或光电构件的转换元件（10）的方法，其中该方法包括至少下列的步骤：a）将荧光物质（4；4a）或包含所述荧光物质（4；4a）的材料（3a）涂覆在透明的、无荧光物质的和均匀的玻璃材料（2a）的表面（1A）上并且在升高的温度（T1）高于所述玻璃材料（2a）的软化温度（Tw）时进行热处理（TB1），由此软化所述玻璃材料（2a）直到所述荧光物质（4；4a）沉降在所述玻璃材料（2a）中，以及b）冷却包含沉降的所述荧光物质（4；4a）的所述玻璃材料（2a）。
【专利说明】用于制造转换元件的方法以及转换元件
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于制造转换元件的方法以及一种转换元件。转换元件结合光学和/或光电构件用于改变光谱并且因此改变由元件射出的电磁射束的、察觉到的色觉。为此将转换元件安装到构件、例如光辐射半导体芯片前面，以使得由构件射出的射束穿过转换元件。在此在转换元件中的荧光物质调整色区和色温。
【背景技术】
[0002]传统地在制造转换元件时互相混合基体材料和荧光物质。硅树脂传统地用作基体材料，在其中悬浮着荧光物质。接着将这种悬浮物涂装作为薄层，例如通过筛网印刷。然而硅树脂是差的热导体并且在光辐射构件运行时只能不充分地导出产生的热量，因此则使荧光物质遭受升高的热负荷并且由此失去效率。
[0003]作为基体材料的玻璃具有更好的导热性的优点，因为这个导热性平均比硅树脂高10倍，因此在运行时较少地使荧光物质变热并且由此是更有效率的。另一方面在将玻璃用作基体时为了嵌入荧光物质颗粒高的温度是必要的，由此在这个过程中使荧光物质受损并且因此同样可以持久地失去效率。
[0004]DElO 2008 021 438A1描述了一种用于制造具有玻璃基体的转换元件，在该玻璃基体中混合、压实并 且烧结由玻璃和荧光物质组成的粉末混合物。在这种烧结方法中使用相对高的温度(150°C高于软化温度)。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于，提供了一种转换元件和一种用于制造该转换元件的方法，利用其改进转换元件的光学特性并且特别是可以将玻璃材料用作用于转换元件的基体材料，其中尽可能少地或不会损害荧光物质。相对于包含作为基体材料的硅树脂的、商业上通用的转换元件，在运行转换元件期间会达到改进的热导性。
[0006]该目的通过根据权利要求1所述的方法和通过根据权利要求11所述的转换元件来实现。在根据权利要求1所述的方法中荧光物质不是置入硅树脂中，而是置入玻璃材料中，因为玻璃与硅树脂相比保证了特别高的导热性。然而荧光物质首先不会已经在制造方法的开始就与基体材料(在此与玻璃)混合。特别是避免使由玻璃和荧光物质组成的材料混合物(根据DElO 2008 021 438A1粉末或熔化液)经受热处理。替代其以紧凑的形式使用玻璃材料；可选地作为预成型的基层或作为软化的玻璃块。荧光物质随后才置入软化的玻璃材料中。
[0007]如果由玻璃颗粒进和荧光物质颗粒组成的材料混合物直接经受热处理步骤，该热处理步骤导致材料混合物的熔化和玻璃化，那么荧光物质经受非常强的温度负荷(在较高的温度下和/或经过长的持续时间)。然而在这个申请中利用的其中一个想法在于，当玻璃
块已经作为粘在一起(zusammenhiingender)的玻璃体存在时，则之后不再更多地需要
用于将玻璃颗粒的共同熔化成尽可能无气泡的玻璃块的热能。因此根据本发明荧光物质不是在制造开始已经与玻璃材料混合，而是首先使用无荧光物质的玻璃材料，首先仅仅将荧光物质或者含荧光物质的材料覆盖在该玻璃材料表面(例如其上侧)。然后随后通过在升高的温度下沉降实现将荧光物质嵌入玻璃材料中。在此仅仅加热玻璃直到-不同于来自DElO2008 021 438A1的烧结方法-荧光物质沉降在该玻璃的表面中。用于获得无气泡的转换元件必需的温度在此在相同的过程条件(持续时间)下在标准压力(1013mbar)下比在烧结方法中低。可以提供这种玻璃作为还可加热的固体的玻璃基层、或者作为已经加热的并且由此软化的玻璃块(在压模或铸模中)。
[0008]首先荧光物质或含荧光物质的层涂覆在玻璃层或玻璃基层的外侧面(例如上侧面)上并且接着才随后通过沉降置入均匀的玻璃材料中。由于与在DElO 2008 021 438A1中所述的烧结方法相比较低的温度，所以由制造条件决定的对荧光物质的损害的风险是更小的。因此这提高了作为在转换元件中的硅树脂的替代方案的玻璃材料的适用性。
[0009]因为荧光物质通过沉降直接置入玻璃材料中，所以玻璃材料不仅仅构成用于涂覆荧光物质或含荧光物质层的基体，而是它用作用于转换元件本身的真正的基本材料。这个沉降过程可以通过充分利用地球引力、通过机械挤压和/或通过超压来促进或加速，每次在热处理中结合热作用。在此透明的玻璃基层高于软化温度来加热。完成的转换元件包含之后在用作基体的玻璃材料中沉降的、荧光物质种类或不同的荧光物质种类的混合物的荧光物质颗粒。
[0010]玻璃材料可以在进行热处理之前在室温下被提供并且与上面涂覆的含荧光物质的层一起被加热。在此再一次软化玻璃块，然而仅仅直到荧光物质沉降在这个玻璃块中。
[0011]可替换地在将荧光物质涂覆在加热的和软化的玻璃材料的表面上之前，可以进行玻璃材料的热处理。如果玻璃例如由玻璃粉末或由熔化液来生产，那么在冷却这样获得的无气泡的玻璃体之后才实现用荧光物质涂装。可替换地也可以在高于软化温度的温度下的冷却阶段期间实现用荧光物质涂装和荧光物质的沉降(必要时通过将机械挤压或超压来促进)。根据IS077884-3软化温度以粘度η =107 6dPa.s来定义。在此所述的替代方案将玻璃成型、涂装和沉降组合为一个过程并且节省了否则再一次需要的、用于软化玻璃的加热。同样也可以为了制造这种转换元件使用已经完成成型的或商业有售的玻璃体例如平行平面的薄玻璃、超薄玻璃、透镜(凹形的、凸面的等等)或者泡壳。在这种情况下用荧光物质涂装玻璃体并且接着只加热到直到荧光物质沉降在玻璃表面。
[0012]将荧光物质或含荧光物质的材料涂覆在玻璃材料的表面上的时间点可以有选择地选在热处理之前或之中；这个时间顺序是灵活的，然而取决于通过哪种方法来涂覆荧光物质、以及含荧光物质的材料的组成。如果含荧光物质的材料例如作为可印刷的膏体(例如用于筛网印刷和刻板印刷)来涂覆，那么膏体除了荧光物质颗粒之外通常也还包括溶剂和粘合剂。在这种情况下优选地在加热之前实现玻璃基层的涂装，以便在加热过程期间可以实现溶剂以及粘合剂的蒸发。含荧光物质的材料通过喷镀、涂抹、涂刷、通过电沉积或者以其他的方式涂覆在玻璃上。含荧光物质的材料可以包括悬浮在有机溶剂(异丙醇)中的荧光物质。
[0013]软质玻璃或硬化玻璃可以用做玻璃，其是透明的，即具有在UV_VIS(紫外可见吸收光谱)中高的透射性和低的自身着色性。此外也可以使用低熔点玻璃。例如Schott生产厂的标号为D263T的硼硅玻璃适合作为软质玻璃，该硼硅玻璃作为薄玻璃是可购买到的。根据玻璃的选择在热处理中保持的或至少瞬间达到最大值的温度处于80°C与1500°C之间。优选地使用软化温度不高于740°C的玻璃，由此使荧光物质还可以在低于800°C的温度下用于沉降在玻璃表面中(必要时借助机械挤压或者通过超压)。例如可以使用具有在600°C与950°C之间的软化温度的硬化玻璃或软质玻璃。在使用低熔点的玻璃时温度负荷更加明显变小。
[0014]根据一个改进方案设置为，附加地涂覆由其他的玻璃材料组成的另一个层。这个玻璃材料优选地是同一个如在步骤a)中以荧光物质覆盖的玻璃材料；然而其也可以使用其他的具有不同(abweichender)的材料组成的玻璃材料(例如薄玻璃或超薄玻璃)。这种薄板根据方法步骤c)至e)来制造，即优选地通过另一个热处理。
[0015]当两个不同的或不同种的荧光物质应该通过沉降来沉入玻璃材料中时，根据上述的改进方案特别适合于进行步骤c)至e)。在这种情况下第一荧光物质置入在步骤a)中处理的玻璃材料中，然而第二荧光物质置入其他的玻璃材料(例如以薄玻璃或超薄玻璃的形式的第二玻璃基层中)的层中。由此两种荧光物质也可以在沉降之后空间地彼此分开；这产生一种由设有不同的荧光物质种类和/或荧光物质浓度的玻璃材料组成的多个子层的薄板。在转换元件的层厚度的方向上第一荧光物质种类和第二荧光物质种类的最大浓度的位置例如以大约相应于随后安放的薄玻璃或超薄玻璃的厚度的间距彼此隔开。
[0016]可替换地其他的荧光物质也可以在单独的方法步骤中涂覆在(之前已经用荧光物质在一个侧面上处理的)玻璃材料的相反的表面上。此外在涂层中的不同的荧光物质种类也能够以混合物存在。在另一个设计方案中两个单独制造的转换元件利用两个含荧光物质的表面互相连接。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]下面利用有关的【专利附图】
【附图说明】若干实施例。附图示出:
[0018]图1A至ID是使用于所述方法的玻璃的成型的不同建议方案，
[0019]图2A至21是用于转换元件的提出的制造方法的实施类型的不同的方法步骤以及
[0020]图3至7是具有各一个转换元件和至少一个光学或光电构件的装置的不同的实施例。
【具体实施方式】
[0021]为了进行在此提出的用于制造转换元件的方法首先使用无荧光物质的玻璃材料；例如根据图1A至ID中的任一个。根据图1A使用固体的、预成型的玻璃基层I的形式玻璃材料2a。玻璃基层I特别可以是薄玻璃7或超薄玻璃，其具有低于1.0mm、例如在5与100 μ m之间、特别是在5与50 μ m之间的层厚度。
[0022]根据图1B可以模具22 (Form)使用作为用于这种玻璃基层的基体，该模具用于加热、即软化玻璃块2以及用于成型。在根据图1A的玻璃基层I的或根据图1B的玻璃块2的、位于上面的表面IA上则涂覆荧光物质或含荧光物质的材料，也就是说优选地在加热之前。可替换地也可以用荧光物质涂装模具，这样该荧光物质同时起到分隔介质的作用。因为玻璃在软化时由于表面张力而集中，所以在热处理期间应该通过压模23保持该玻璃的形状。可替换地也可以在冷却过程中使得该玻璃形成形状。[0023] 在图1B中除了用作基体的模具22还示出两个不同的压模23。两个压模23的其中一个在冷却过程中用于成型，即向模具22挤压，由此软化的和提供有沉降的荧光物质的玻璃在冷却期间保持它的外部的形状(相应于在模具部件22，23中的槽)。模具22和压模23可以用荧光物质涂装，以使得荧光物质特别是在玻璃的两个表面中沉降。与此相比也可以用其他的、例如陶瓷的颗粒涂装在两个表面中的一个上，该颗粒同样沉降并且之后散射光线。这种颗粒的光学折射率与玻璃的折射率的区别优选为0.1或更多。根据图1B由模具22支撑的玻璃材料也可以是厚的玻璃。为此优选地使用出自图1B (具有槽)的上方的压模23。在此接着在模具22中和在压模23中的槽共同确定冷却的玻璃体的外形。如果使用薄的或超薄的玻璃基层，那么在模具22中的槽是足够的；在这种情况下优选地使用出自图1B的下方的压模23。
[0024]替换完成成型的玻璃基层可以使用用于成型的模具22，这时将玻璃熔化液填满模具22。在这种情况下玻璃典型地具有在η =IO2至104dPa.s的范围内的粘度。此外要用荧光物质覆盖的玻璃块2不需要平行平面的层，而是也可以根据图1C作为透镜形的(冷却的或加热的)玻璃体在相应的成形的模具22中被提供。
[0025]为了将荧光物质置入玻璃体的透镜形的或其他弯曲的构型的、拱形的上侧面1A，如在图1D中所示，可以使用由下侧的模具22和上侧的压模23组成的多部分的结构，其中压模23在进行热处理期间至少暂时地、优选地至少在冷却过程期间朝着模具22挤压，以在冷却玻璃材料2a期间保证期望的成型。只要压模23还没有嵌接在模具22中，用于涂覆荧光物质的弯曲的表面IA是可供使用的。
[0026]根据图1A至ID中的任一个或其他的方式提供的、构成用于方法的原始材料的玻璃材料2a由此是均匀的、紧凑的、粘在一起的和无荧光物质的(和此外透明的)以及尽可能无气泡的玻璃块。与在DElO 2008 021438A1中所述的烧结方法相比在此玻璃已经无气泡地存在并且只是还软化到荧光物质沉降在该玻璃的表面中的程度。通常这与在烧结方法相比在更低的温度下实现，因为这种荧光物质颗粒起到提高粘度的作用并且因此在较高的温度下或者在针对地使用真空时排出在粉末颗粒间包含的空气。此外气泡比重(多孔性)是对于转换元件的照射特性的重要的常数。为了达到相同的光色转换元件的厚度随着升高的多孔性而增加。这导致向侧边加强的辐射(例如作为“黄色的环”)并且因此导致不均匀的关于角度的光分布。在此所述的方法的优点是，荧光物质只在表面中沉降并且因此在表面上集中地存在，也就是在垂直的方向上(在层厚度的方向上)不均匀地分布。这个表面优选地靠近芯片定位，以使得荧光物质尽可能紧密地位于上芯片。因此存在沉降的荧光物质的区域小于在均匀分布的烧结部分中的区域。石榴石(例如YAG:Ce,LuAG等等)、氮化物、SiONe和/或原硅酸盐可以用作荧光物质，利用他们可以设置不同的色区。在此所述的转换元件也可以结合转换陶瓷用作也具有其他的光色的薄板。也在这种情况下玻璃质的转换元件的、富含荧光物质的侧面优选地靠近芯片即靠近陶瓷存在(其中陶瓷布置在芯片与玻璃质的转换元件之间)。在这个设计方案中玻璃质的转换元件和转换陶瓷也借助另一种热处理(类似于TB2)直接彼此粘接。转换元件不但能够直接安装在芯片上而且也能够以与芯片(remotephosphor(远程突光粉))具有一定距离地安装,和不但用于部分转换而且用于完全转换。转换元件也可以如通常一样利用硅树脂、利用低熔点的玻璃或借助Sol-Gel (溶胶凝胶)固定在芯片上或相互固定。用于进行下述的方法步骤的玻璃能够可选择地在已经加热的状态中或者首先作为冷的、预成型的玻璃体存在。
[0027]根据图2A将由含荧光物质的材料3a组成的涂层3涂覆在玻璃块的表面IA上。玻璃块可以例如是平面的、平面平行的玻璃基层I (如在图1A和IB中)或者是以其他的方式、例如透镜形地(如在图1C或ID中)或泡壳形地成型的玻璃体。同样根据图2A至21用作基层I的玻璃块可以是预加热的、特别是高于其软化温度加热的，但还不可流动的玻璃块2a (图1C或1D)。下面关于玻璃块2a不同的可设想的形态不再区别并且为了简洁的目的，仍然仅仅涉及玻璃基层I。如在剩余的附图中大小关系、特别是示意性示出的层厚的不是按正确比例的。
[0028]根据图2B在高于玻璃材料2a的软化温度的温度Tl时进行热处理TBl，其中只在热处理TBl的一部分持续时间内需要达到最高温度Tl。可以在涂覆由荧光物质4或含荧光物质的材料3a组成的涂层3之后进行热处理TBl，然而也在涂覆含荧光物质的材料之中或之前已经进行了热处理。在这种情况下，即热处理TBl在涂覆之中或之前进行热处理，优选地只将没有其他添加物的荧光物质粉末涂覆在玻璃材料2a上。
[0029]根据图2A或2B涂覆的涂层3包含荧光物质4，该荧光物质以固体的颗粒的形式包含在悬浮液或溶液中。荧光物质4可以包括一个或多个不同种类的荧光物质4a，4b，以便产生不同的色区。如果在之后的方法步骤中(图2F)再一次涂覆荧光物质，那么根据图2A和2B优选地只涂覆单一种类的荧光物质4，即4a。
[0030]图2C示意性地示出在热处理TBl期间荧光物质4的沉降。荧光物质颗粒从由包含荧光物质4，4a的材料3a组成的涂层3逐渐地沉降在玻璃基层I的表面中或在加热的玻璃块2中。由地球引力引起的沉降可以通过机械挤压、例如借助出自图1D的压模23来促进或加速。通过荧光物质的沉降(在图2C通过指向下的箭头示出)给玻璃基层I或玻璃材料2a的块料掺有荧光物质4。
[0031]图2D示意性地示出在玻璃基层I中的荧光物质4的分布；优选地荧光物质优选地主要集中、即不均匀地分布在玻璃材料2a中的上侧的表面上或附近。在此在玻璃基层I的层厚度中的荧光物质浓度的梯度11指向第一的、上侧的表面IA的方向；荧光物质4a的浓度在表面IA上或靠近表面的下方呈现局部的最大值。
[0032]根据从图2E的改进方案，在之后还有其他的玻璃材料可以被涂覆并且提供有其他的荧光物质。然而根据图2D处理的玻璃基层I (在冷却之后)自身已经表示完成的转换元件10，该转换元件可以连同一个或多个光电构件或半导体芯片一起来构造。
[0033]出自图2D的转换元件10也可以还先经过其他的处理步骤。例如此时其他的荧光物质4(例如在图2A中涂覆的荧光物质的其他的荧光物质4b)可以被涂覆到相反的表面IB处并且通过从表面IB开始的第二热处理经过沉降置入玻璃基层I中。为了涂覆和沉降其他的荧光物质4b翻转出自图2D的转换元件10，由此表面IB指向上。
[0034]根据可替换的、在图2E至2H所示的改进方案，层厚度d5的、由其他的玻璃材料2a组成的涂层5 (根据图2E)涂覆在相同的表面IA上并且(根据图2F)同样地将其他的由含荧光物质的材料组成的涂层6覆盖在该表面的之后暴露的上侧面5A上。在此特别是涂覆其他的荧光物质4 ;4b、例如那个之前根据图2A涂覆的荧光物质。以这种方式用其他的荧光物质4 ；4b覆盖的涂层5可以例如是薄玻璃7或超薄玻璃，其层厚度优选地是小于1.0mm并且可以特别是在5μπι与ΙΟΟμπι之间、优选地在5μπι与50μπι之间。接着根据图2G在温度T2下进行第二热处理TB2，以便将其他的荧光物质4b通过沉降置入由其他的玻璃材料2a组成的涂层5中，如在图2G中通过指向下的箭头示出。
[0035]以这种方式形成在图2H中示意性示出的转换元件10，该转换元件在首先处理过的基层I上具有另一个由含荧光物质的玻璃组成的(要么由相同要么由另一种基底材料、以及荧光物质4 ；4b组成的)子层la。在实际中原始的玻璃基层I和子层Ia熔化成转换元件10的一体的玻璃层。尽管如此在图2H和其他的下列附图中在基层I或由含荧光物质的玻璃组成的下子层与由其他的含荧光物质的玻璃组成的上子层Ia之间的之前的分界面描述为分界线，以便标明在转换元件10的内部的荧光物质浓度的变化走向。出自图2H的转换元件10形成一种薄板，在该薄板中第一荧光物质4a在转换元件的层厚度的方向上集中在两个子层1，Ia之间的位置上。优选地上子层比下子层或之前的玻璃基层I更薄，以使得第一荧光物质4a的浓度比相反的表面IB更加接近表面1A。因此如在图2D中之前置入的荧光物质颗粒4a的浓度随着与表面1A、即对于上子层Ia的之后的分界面IA减少的距离升高(正如通过梯度11表示的)，也根据图2H沉降的其他的荧光物质4b的浓度随着与露出的上表面IA减少的距离而升高(正如通过梯度11'表示的)。因此当转换元件10的子层I和Ia互相熔合时，在其之间的之前的分界面大致形成第一荧光物质4a的最大浓度的位置，然而第二荧光物质4b的最大浓度位于转换元件10的表面IA上、即在之前涂覆的涂层5的之前的表面5A上(图2E)。在根据图2H获得的转换元件10中因此第一和第二荧光物质4a，4b是空间上彼此分离的。
[0036]然而可替换地两个单独制造的转换元件也可以互相连接，各个荧光物质从表面通过沉降置入这两个转换元件中。这两个转换元件特别是能够以它们的两个含荧光物质的表面互相来固定。由此产生在图21中所示的、组合的转换元件，其中不但在子层I内的(第一)荧光物质4 ；4a的浓度而且在子层Ia内的(第二)荧光物质4 ；4b的浓度分别朝着两个子层1，1a之间的分界面升高。
[0037]图3至7示出示例性的转换元件10的实施例，该转换元件可以连同至少一个光学的和/或光电构件20、特别是半导体芯片19 一起来构造。在图2H中位于上部的表面IA根据图3与构件20连接，在该表面上荧光物质4b的浓度是最高的。从相反的表面IB出发第一荧光物质4a的浓度随着越发地靠近构件20而增高。转换元件10也可以仅仅单独地由玻璃基层1 (例如薄玻璃7)构成；省略由含荧光物质的玻璃组成子层la，以使得转换元件10相应于出自图2D的这样的转换元件。然而如果设置子层la，那么优选地该子层是薄玻璃7或超薄玻璃。首先处理的玻璃基层I (或者是从中产生的玻璃材料的子层)不需要是薄玻璃。
[0038]特别是基层I可以如在图4中设计为光学的透镜15并且具有弯曲的(背面的)表面1B。在图4中示出第一和第二荧光物质4a，4b的浓度的梯度11和11'，其分别指向构件20。同样如在图3中省略薄玻璃7或子层la。
[0039]图5示出装置21的实施方式，该装置在玻璃基层I与构件20之间还具有陶瓷转换层17。陶瓷转换层17可以包含与玻璃基层不同的荧光物质。陶瓷转换层17比玻璃基层具有更高的热功率，然而具有缺点，即只能置入用于确定的颜色或光谱区域的荧光物质。陶瓷转换层可以具有在50 μ m与300 μ m之间的、优选地在去100 μ m与200 μ m之间或也低于100ym (例如大于50 μπ)的层厚度。玻璃基层I可以是薄玻璃或超薄玻璃(具有在这个申请中已经提到的、对于它的厚度的带宽)，然而也可以是较厚的、平面平行的玻璃(具有直到2mm的层厚度)或者可替换地是(如在图4中或以其他的方式)成型为光学元件的玻璃。
[0040]图6示出一个实施方式，其中转换元件10以与光电构件20或半导体19隔开的距离A来布置。转换元件10例如像出自图3的那个转换元件来构造，即具有两个不同的子层l，la，其带有相应的荧光物质4a或4b的、分别向半导体芯片19处升高的浓度。升高的荧光物质浓度在图6中通过相应的层1，Ia的划影线的下部的区域来示出(替代通过如在图4中的梯度箭头11，IP )。两个层I，Ia可以分别是薄玻璃7或超薄玻璃(具有在这个申请中已经提到的、对于它的厚度的带宽)。优选地下子层Ia至少是薄玻璃或超薄玻璃。转换元件10可以利用反射器或其他的支架保持在与半导体芯片19的距离A上。转换元件10也具有这样的特性，即全部的荧光物质4a，4b在下部的、朝向半导体芯片19的表面IA上具有其最大的荧光物质浓度；与此相应地省略子层Ia (和由此引起的在相应的荧光物质4a，4b的最大浓度之间的垂直偏移)。
[0041]图7示出一个实施方式，其中转换元件10设计为泡壳状的玻璃体8。玻璃体8在那个表面IA上是凹形成型的并且由此封闭空腔9，在该表面上荧光物质4的浓度(通过阴影线标明)是最高的。相反的、无荧光物质的表面IB指向外地凸出并且可以(化学地和/或机械地)粗糙化或者用可选的散射层16来覆盖。这个散射层同样可以在所有的其他的实施方式的转换元件10、特别是图2D、2H和3至6的那些转换元件上存在。在图7中可以在载板18可选择地布置单个的或也多个半导体芯片19或构件20，其分别射出电磁射线。这是在这种情况下多个构件20借助粗糙化或散射层16达到了改进的辐射特性。转换元件10与光电的构件20隔开地布置,其中最大突光物质浓度的表面IA朝向构件20,从该表面出发突光物质4置入玻璃材料中。在图6和7中分别地可替换地也可以将第一转换元件直接安装在芯片或者多个芯片上并且将第二转换元件、特别是这种具有其他的荧光物质的第二转换元件隔开地(如所述地)来布置。
[0042]对于在申请中提出的转换元件可以使用硬化玻璃、软质玻璃或者甚至低熔点的(特别是无铅的)玻璃。对于这种情况，转换元件固定在芯片上或者结合陶瓷转换元件来使用，优选地使用具有在6 X 10—7K与20 X 10—7K之间的、理想的在8 X 10—7K与12 X 10_6/K之间的膨胀系数a (20-300°C)的玻璃。如果使用光学的折射率近似于沉降的荧光物质的折射率的玻璃(例如具有在石榴石中的大约在1.8下的折射率nD)，那么可以再次提高光学的构件的效率。此外转换元件可以用无荧光物质的硅树脂层、由低熔点的玻璃组成或借助Sol-Gel (溶胶凝胶)法固定在元件上的层。
[0043]如果无铅的、低熔点的玻璃(具有大约在400与600°C之间的软化温度)代替软质玻璃或硬化玻璃(具有在650与950°C之间的软化温度)用作玻璃材料，那么这种作为主要组成部分的玻璃包括含锌的硼酸盐玻璃、锌铋硼酸盐玻璃、铝磷酸盐玻璃，铝锌磷酸盐玻璃或碱性磷酸盐玻璃。同样可能的是使用所谓的1w-Tg玻璃例如Schott的P-PK53，其Tg通常处于最大550°C。例如石榴石(例如YAG:Ce, LuAG等等)、氮化物、SiON和/或原硅酸盐可以用作用于沉降入硬化玻璃、软质玻璃或低熔点的玻璃中的荧光物质。此外可以互相结合地使用多个不同种的荧光物质，以便产生两个或多个不同的次级光谱或确定的色区。第一荧光物质可以置入转换元件10的第一子层中并且第二的、其他的荧光物质可以置入转换元件的第二的、其他的子层中。[0044]借助根据本发明随后进行的荧光物质的沉降特别是可以产生在玻璃或玻璃材料的层厚度的方向上的、相应的荧光物质的不均匀的分布。在平行于转换元件的表面1A，1B的方向上荧光物质的分布可以是均匀的。可替换地在横向的方向上也可以存在不均匀的荧光物质分布。为此在图2A和2F中的荧光物质可以不均匀地涂装在玻璃材料的表面。通过横向的荧光物质分布的适当的选择可以针对性地影响辐射特性。作为附加的措施或为此可替换地，图2D，2H或3至7的转换元件可以在表面IA上粗糙化或者配有散射层。因此在与构件隔开的以球形或半球形的转换元件的情况下改进了辐射特性。这例如在具有多个构件的改型灯(特别是不同的光色)中在转换元件下起到更加均匀的颜色分布的作用。
【权利要求】
1.一种用于制造用于光学和/或光电构件(20)的转换元件(10)的方法，其中所述方法至少包括下述步骤: a)将荧光物质(4;4a)或包含所述荧光物质(4 ;4a)的材料(3a)涂覆在透明的、无荧光物质的并且均匀的玻璃材料(2a)的表面(1A)上并且在升高的温度(Tl)高于所述玻璃材料(2a)的软化温度(Tw)时进行热处理(TB1)， 由此软化所述玻璃材料(2a)直到所述荧光物质(4 ；4a)沉降在所述玻璃材料(2a)中，以及 b)冷却包括沉降的所述荧光物质(4；4a)的所述玻璃材料(2a)。
2.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述荧光物质(4 ；4a)或包含所述荧光物质(4 ；4a)的所述材料(3a)通过喷镀、涂抹、涂刷、电沉积、通过印刷软膏状的涂层或者以其他的方式直接涂覆在所述玻璃材料(2a)的所述表面(IA)上或作为分离介质涂覆在用于使所述玻璃材料成型而确定的模具(22)或压模(23)上。
3.根据权利要求1或2 所述的方法， 其特征在于， 作为紧凑的、粘在一起的和无气泡的玻璃层的所述玻璃材料(2a)以所述荧光物质(4 ；4a)或包含所述荧光物质(4 ；4a)的所述材料(3a)来覆盖并且经受所述热处理(TBl)。
4.根据权利要求3所述的方法， 其特征在于， 所述紧凑的、粘在一起的和无气泡的玻璃层在还没有加热的状态中被提供并且通过所述热处理(TBI)来软化。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法， 其特征在于， 在进行所述热处理(TBl)之前，首先所述玻璃材料(2a)作为预成型的固体的玻璃基层(I)被提供并且利用所述荧光物质(4 ;4a)或包含所述荧光物质(4 ;4a)的所述材料(3a)来覆盖。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的方法， 其特征在于， 在将所述荧光物质(4 ;4a)涂覆在软化的或者至少加热的所述玻璃材料(2a)的所述表面(1A)之前，首先开始所述玻璃材料(2a)的所述热处理(TBl)。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法， 在冷却所述玻璃材料(2a)之前、期间和/或之后的其他步骤的特征在于: c)将由其他的玻璃材料(2a)构成的涂层(5)涂覆在步骤a)中处理的所述玻璃材料(2a)上， d)将其他的荧光物质(4;4b)或包含所述其他的荧光物质(4 ;4b)的涂层涂覆在其他的所述涂层(5)的表面(5A)上，其中所述表面(5A)背向于在步骤a)中处理的所述玻璃材料(2a)，以及 e)在升高的温度(T2)时通过沉降将所述其他的荧光物质(4;4b)置入所述其他的玻璃材料(2a)的背向的表面(5A)中。
8.根据权利要求7所述的方法， 其特征在于， 所述其他的玻璃材料(2a)涂覆在步骤a)中处理的所述玻璃材料(2a)的、已经利用所述荧光物质(4 ；4a)覆盖的侧面上并且在步骤d)和e)中提供有与在步骤a)中处理的所述玻璃材料(2a)不同的其他的荧光物质(4 ;4b)。
9.根据权利要求1至6中任一项所述的方法， 在冷却所述玻璃材料(2a)之前、期间和/或之后的其他步骤的特征在于: c)其他的荧光物质(4;4b)或包含所述其他的荧光物质(4 ;4b)的涂层(6)涂覆在步骤a)中处理的所述玻璃材料(2b)的另一个、相反的表面(IB)上，以及 d)在升高的温度(T2)时通过沉降将所述其他的荧光物质(4；4b)置入第二的、所述相反的表面中。
10.根据权利要求1至8中任一项所述的方法， 其特征在于， 在步骤a)或c)中使用的所述玻璃材料(2a)是具有在5 μ m与1000 μ m之间、优选地在5 μ m与500 μ m之间的玻璃厚度的平行平面的薄玻璃或超薄玻璃或者是具有在一侧的空腔(9)或透镜的泡壳状的玻璃体(8)。
11.一种用于光学和/或光电构件(20 )的转换元件(10 )，其中所述转换元件(10 )至少具有: -透明的、层状的或者以其他的方式成型的玻璃基层(1)， -其中所述玻璃基层(I)具有至少一个平面的或拱形的第一表面(IA)和与所述第一表面(1A)相反的平面的或拱形的第二表面(1B)，所述玻璃基层(I)在所述第一表面与所述第二表面之间具有恒定的或变化的层厚度(dlO)， -其中所述转换元件(10)由玻璃材料(2a)构成，所述玻璃材料包含荧光物质(4 ；4a,4b)， -其中所述荧光物质(4 ;4a，4b)不均匀地分布在所述转换元件(10)的所述层厚度(dlO)的方向上，以及 -其中所述荧光物质(4 ；4a, 4b)的浓度在两个表面(1A，1B)的所述第一表面(1A)上具有局部的最大值并且在向第二，相反的所述表面(IB)的方向上下降。
12.根据权利要求11所述的转换元件， 其特征在于， 所述转换元件(10)在第二、相反的所述表面(IB)上粗糙化、磨毛或以散射层(16)来覆至JHL ο
13.根据权利要求11或12所述的转换元件， 其特征在于， 所述转换元件(10)的所述玻璃材料(2a)包含两个不同的荧光物质(4 ;4a，4b)，其中第一荧光物质(4a)在所述转换元件(10)的所述层厚度的方向上集中在所述两个表面(1A，1B)之间的第一位置，相反所述第二荧光物质(4b)主要集中在所述转换元件(10)的所述两个表面(1A，1B)的所述第一表面(1A)上或者集中在第二位置，所述第二位置在所述层厚度的方向上位于所述第一表面(IA)与所述第一位置之间。
14.根据权利要求13所述的转换元件， 其特征在于， 所述玻璃基层(I)的所述第一表面(IA)是平面或凹形成型的并且在所述第一表面(IB)与所述第二荧光物质(4b)的所述最大浓度的所述位置之间的、在所述转换元件(10)的所述层厚度(blO)的方向上测量的距离是小于1.0mm、优选地小于200 μ m。
15.根据权利要求11至14中任一项所述的转换元件， 其特征在于， 所述转换元件(10)利用这一表面(IA)安装在、特别是贴在陶瓷的转换层(17)上或在光学的和/或光电的构件(20)、特别是半导体芯片上，在所述表面上所述荧光物质(4 ;4a)的所述浓度具有局部的最大值。
【文档编号】C03C4/12GK103648998SQ201280033345
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2012年7月4日 优先权日:2011年7月5日
【发明者】安杰拉·埃伯哈德, 赖因霍尔德·施密特, 哈拉尔德·斯特里克斯尼尔 申请人:欧司朗有限公司
【专利摘要】本发明提出一种用于制造用于光学和/或光电构件的转换元件（10）的方法，其中该方法包括至少下列的步骤：a）将荧光物质（4；4a）或包含所述荧光物质（4；4a）的材料（3a）涂覆在透明的、无荧光物质的和均匀的玻璃材料（2a）的表面（1A）上并且在升高的温度（T1）高于所述玻璃材料（2a）的软化温度（Tw）时进行热处理（TB1），由此软化所述玻璃材料（2a）直到所述荧光物质（4；4a）沉降在所述玻璃材料（2a）中，以及b）冷却包含沉降的所述荧光物质（4；4a）的所述玻璃材料（2a）。
【专利说明】用于制造转换元件的方法以及转换元件
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于制造转换元件的方法以及一种转换元件。转换元件结合光学和/或光电构件用于改变光谱并且因此改变由元件射出的电磁射束的、察觉到的色觉。为此将转换元件安装到构件、例如光辐射半导体芯片前面，以使得由构件射出的射束穿过转换元件。在此在转换元件中的荧光物质调整色区和色温。
【背景技术】
[0002]传统地在制造转换元件时互相混合基体材料和荧光物质。硅树脂传统地用作基体材料，在其中悬浮着荧光物质。接着将这种悬浮物涂装作为薄层，例如通过筛网印刷。然而硅树脂是差的热导体并且在光辐射构件运行时只能不充分地导出产生的热量，因此则使荧光物质遭受升高的热负荷并且由此失去效率。
[0003]作为基体材料的玻璃具有更好的导热性的优点，因为这个导热性平均比硅树脂高10倍，因此在运行时较少地使荧光物质变热并且由此是更有效率的。另一方面在将玻璃用作基体时为了嵌入荧光物质颗粒高的温度是必要的，由此在这个过程中使荧光物质受损并且因此同样可以持久地失去效率。
[0004]DElO 2008 021 438A1描述了一种用于制造具有玻璃基体的转换元件，在该玻璃基体中混合、压实并 且烧结由玻璃和荧光物质组成的粉末混合物。在这种烧结方法中使用相对高的温度(150°C高于软化温度)。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于，提供了一种转换元件和一种用于制造该转换元件的方法，利用其改进转换元件的光学特性并且特别是可以将玻璃材料用作用于转换元件的基体材料，其中尽可能少地或不会损害荧光物质。相对于包含作为基体材料的硅树脂的、商业上通用的转换元件，在运行转换元件期间会达到改进的热导性。
[0006]该目的通过根据权利要求1所述的方法和通过根据权利要求11所述的转换元件来实现。在根据权利要求1所述的方法中荧光物质不是置入硅树脂中，而是置入玻璃材料中，因为玻璃与硅树脂相比保证了特别高的导热性。然而荧光物质首先不会已经在制造方法的开始就与基体材料(在此与玻璃)混合。特别是避免使由玻璃和荧光物质组成的材料混合物(根据DElO 2008 021 438A1粉末或熔化液)经受热处理。替代其以紧凑的形式使用玻璃材料；可选地作为预成型的基层或作为软化的玻璃块。荧光物质随后才置入软化的玻璃材料中。
[0007]如果由玻璃颗粒进和荧光物质颗粒组成的材料混合物直接经受热处理步骤，该热处理步骤导致材料混合物的熔化和玻璃化，那么荧光物质经受非常强的温度负荷(在较高的温度下和/或经过长的持续时间)。然而在这个申请中利用的其中一个想法在于，当玻璃
块已经作为粘在一起(zusammenhiingender)的玻璃体存在时，则之后不再更多地需要
用于将玻璃颗粒的共同熔化成尽可能无气泡的玻璃块的热能。因此根据本发明荧光物质不是在制造开始已经与玻璃材料混合，而是首先使用无荧光物质的玻璃材料，首先仅仅将荧光物质或者含荧光物质的材料覆盖在该玻璃材料表面(例如其上侧)。然后随后通过在升高的温度下沉降实现将荧光物质嵌入玻璃材料中。在此仅仅加热玻璃直到-不同于来自DElO2008 021 438A1的烧结方法-荧光物质沉降在该玻璃的表面中。用于获得无气泡的转换元件必需的温度在此在相同的过程条件(持续时间)下在标准压力(1013mbar)下比在烧结方法中低。可以提供这种玻璃作为还可加热的固体的玻璃基层、或者作为已经加热的并且由此软化的玻璃块(在压模或铸模中)。
[0008]首先荧光物质或含荧光物质的层涂覆在玻璃层或玻璃基层的外侧面(例如上侧面)上并且接着才随后通过沉降置入均匀的玻璃材料中。由于与在DElO 2008 021 438A1中所述的烧结方法相比较低的温度，所以由制造条件决定的对荧光物质的损害的风险是更小的。因此这提高了作为在转换元件中的硅树脂的替代方案的玻璃材料的适用性。
[0009]因为荧光物质通过沉降直接置入玻璃材料中，所以玻璃材料不仅仅构成用于涂覆荧光物质或含荧光物质层的基体，而是它用作用于转换元件本身的真正的基本材料。这个沉降过程可以通过充分利用地球引力、通过机械挤压和/或通过超压来促进或加速，每次在热处理中结合热作用。在此透明的玻璃基层高于软化温度来加热。完成的转换元件包含之后在用作基体的玻璃材料中沉降的、荧光物质种类或不同的荧光物质种类的混合物的荧光物质颗粒。
[0010]玻璃材料可以在进行热处理之前在室温下被提供并且与上面涂覆的含荧光物质的层一起被加热。在此再一次软化玻璃块，然而仅仅直到荧光物质沉降在这个玻璃块中。
[0011]可替换地在将荧光物质涂覆在加热的和软化的玻璃材料的表面上之前，可以进行玻璃材料的热处理。如果玻璃例如由玻璃粉末或由熔化液来生产，那么在冷却这样获得的无气泡的玻璃体之后才实现用荧光物质涂装。可替换地也可以在高于软化温度的温度下的冷却阶段期间实现用荧光物质涂装和荧光物质的沉降(必要时通过将机械挤压或超压来促进)。根据IS077884-3软化温度以粘度η =107 6dPa.s来定义。在此所述的替代方案将玻璃成型、涂装和沉降组合为一个过程并且节省了否则再一次需要的、用于软化玻璃的加热。同样也可以为了制造这种转换元件使用已经完成成型的或商业有售的玻璃体例如平行平面的薄玻璃、超薄玻璃、透镜(凹形的、凸面的等等)或者泡壳。在这种情况下用荧光物质涂装玻璃体并且接着只加热到直到荧光物质沉降在玻璃表面。
[0012]将荧光物质或含荧光物质的材料涂覆在玻璃材料的表面上的时间点可以有选择地选在热处理之前或之中；这个时间顺序是灵活的，然而取决于通过哪种方法来涂覆荧光物质、以及含荧光物质的材料的组成。如果含荧光物质的材料例如作为可印刷的膏体(例如用于筛网印刷和刻板印刷)来涂覆，那么膏体除了荧光物质颗粒之外通常也还包括溶剂和粘合剂。在这种情况下优选地在加热之前实现玻璃基层的涂装，以便在加热过程期间可以实现溶剂以及粘合剂的蒸发。含荧光物质的材料通过喷镀、涂抹、涂刷、通过电沉积或者以其他的方式涂覆在玻璃上。含荧光物质的材料可以包括悬浮在有机溶剂(异丙醇)中的荧光物质。
[0013]软质玻璃或硬化玻璃可以用做玻璃，其是透明的，即具有在UV_VIS(紫外可见吸收光谱)中高的透射性和低的自身着色性。此外也可以使用低熔点玻璃。例如Schott生产厂的标号为D263T的硼硅玻璃适合作为软质玻璃，该硼硅玻璃作为薄玻璃是可购买到的。根据玻璃的选择在热处理中保持的或至少瞬间达到最大值的温度处于80°C与1500°C之间。优选地使用软化温度不高于740°C的玻璃，由此使荧光物质还可以在低于800°C的温度下用于沉降在玻璃表面中(必要时借助机械挤压或者通过超压)。例如可以使用具有在600°C与950°C之间的软化温度的硬化玻璃或软质玻璃。在使用低熔点的玻璃时温度负荷更加明显变小。
[0014]根据一个改进方案设置为，附加地涂覆由其他的玻璃材料组成的另一个层。这个玻璃材料优选地是同一个如在步骤a)中以荧光物质覆盖的玻璃材料；然而其也可以使用其他的具有不同(abweichender)的材料组成的玻璃材料(例如薄玻璃或超薄玻璃)。这种薄板根据方法步骤c)至e)来制造，即优选地通过另一个热处理。
[0015]当两个不同的或不同种的荧光物质应该通过沉降来沉入玻璃材料中时，根据上述的改进方案特别适合于进行步骤c)至e)。在这种情况下第一荧光物质置入在步骤a)中处理的玻璃材料中，然而第二荧光物质置入其他的玻璃材料(例如以薄玻璃或超薄玻璃的形式的第二玻璃基层中)的层中。由此两种荧光物质也可以在沉降之后空间地彼此分开；这产生一种由设有不同的荧光物质种类和/或荧光物质浓度的玻璃材料组成的多个子层的薄板。在转换元件的层厚度的方向上第一荧光物质种类和第二荧光物质种类的最大浓度的位置例如以大约相应于随后安放的薄玻璃或超薄玻璃的厚度的间距彼此隔开。
[0016]可替换地其他的荧光物质也可以在单独的方法步骤中涂覆在(之前已经用荧光物质在一个侧面上处理的)玻璃材料的相反的表面上。此外在涂层中的不同的荧光物质种类也能够以混合物存在。在另一个设计方案中两个单独制造的转换元件利用两个含荧光物质的表面互相连接。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]下面利用有关的【专利附图】
【附图说明】若干实施例。附图示出:
[0018]图1A至ID是使用于所述方法的玻璃的成型的不同建议方案，
[0019]图2A至21是用于转换元件的提出的制造方法的实施类型的不同的方法步骤以及
[0020]图3至7是具有各一个转换元件和至少一个光学或光电构件的装置的不同的实施例。
【具体实施方式】
[0021]为了进行在此提出的用于制造转换元件的方法首先使用无荧光物质的玻璃材料；例如根据图1A至ID中的任一个。根据图1A使用固体的、预成型的玻璃基层I的形式玻璃材料2a。玻璃基层I特别可以是薄玻璃7或超薄玻璃，其具有低于1.0mm、例如在5与100 μ m之间、特别是在5与50 μ m之间的层厚度。
[0022]根据图1B可以模具22 (Form)使用作为用于这种玻璃基层的基体，该模具用于加热、即软化玻璃块2以及用于成型。在根据图1A的玻璃基层I的或根据图1B的玻璃块2的、位于上面的表面IA上则涂覆荧光物质或含荧光物质的材料，也就是说优选地在加热之前。可替换地也可以用荧光物质涂装模具，这样该荧光物质同时起到分隔介质的作用。因为玻璃在软化时由于表面张力而集中，所以在热处理期间应该通过压模23保持该玻璃的形状。可替换地也可以在冷却过程中使得该玻璃形成形状。[0023] 在图1B中除了用作基体的模具22还示出两个不同的压模23。两个压模23的其中一个在冷却过程中用于成型，即向模具22挤压，由此软化的和提供有沉降的荧光物质的玻璃在冷却期间保持它的外部的形状(相应于在模具部件22，23中的槽)。模具22和压模23可以用荧光物质涂装，以使得荧光物质特别是在玻璃的两个表面中沉降。与此相比也可以用其他的、例如陶瓷的颗粒涂装在两个表面中的一个上，该颗粒同样沉降并且之后散射光线。这种颗粒的光学折射率与玻璃的折射率的区别优选为0.1或更多。根据图1B由模具22支撑的玻璃材料也可以是厚的玻璃。为此优选地使用出自图1B (具有槽)的上方的压模23。在此接着在模具22中和在压模23中的槽共同确定冷却的玻璃体的外形。如果使用薄的或超薄的玻璃基层，那么在模具22中的槽是足够的；在这种情况下优选地使用出自图1B的下方的压模23。
[0024]替换完成成型的玻璃基层可以使用用于成型的模具22，这时将玻璃熔化液填满模具22。在这种情况下玻璃典型地具有在η =IO2至104dPa.s的范围内的粘度。此外要用荧光物质覆盖的玻璃块2不需要平行平面的层，而是也可以根据图1C作为透镜形的(冷却的或加热的)玻璃体在相应的成形的模具22中被提供。
[0025]为了将荧光物质置入玻璃体的透镜形的或其他弯曲的构型的、拱形的上侧面1A，如在图1D中所示，可以使用由下侧的模具22和上侧的压模23组成的多部分的结构，其中压模23在进行热处理期间至少暂时地、优选地至少在冷却过程期间朝着模具22挤压，以在冷却玻璃材料2a期间保证期望的成型。只要压模23还没有嵌接在模具22中，用于涂覆荧光物质的弯曲的表面IA是可供使用的。
[0026]根据图1A至ID中的任一个或其他的方式提供的、构成用于方法的原始材料的玻璃材料2a由此是均匀的、紧凑的、粘在一起的和无荧光物质的(和此外透明的)以及尽可能无气泡的玻璃块。与在DElO 2008 021438A1中所述的烧结方法相比在此玻璃已经无气泡地存在并且只是还软化到荧光物质沉降在该玻璃的表面中的程度。通常这与在烧结方法相比在更低的温度下实现，因为这种荧光物质颗粒起到提高粘度的作用并且因此在较高的温度下或者在针对地使用真空时排出在粉末颗粒间包含的空气。此外气泡比重(多孔性)是对于转换元件的照射特性的重要的常数。为了达到相同的光色转换元件的厚度随着升高的多孔性而增加。这导致向侧边加强的辐射(例如作为“黄色的环”)并且因此导致不均匀的关于角度的光分布。在此所述的方法的优点是，荧光物质只在表面中沉降并且因此在表面上集中地存在，也就是在垂直的方向上(在层厚度的方向上)不均匀地分布。这个表面优选地靠近芯片定位，以使得荧光物质尽可能紧密地位于上芯片。因此存在沉降的荧光物质的区域小于在均匀分布的烧结部分中的区域。石榴石(例如YAG:Ce,LuAG等等)、氮化物、SiONe和/或原硅酸盐可以用作荧光物质，利用他们可以设置不同的色区。在此所述的转换元件也可以结合转换陶瓷用作也具有其他的光色的薄板。也在这种情况下玻璃质的转换元件的、富含荧光物质的侧面优选地靠近芯片即靠近陶瓷存在(其中陶瓷布置在芯片与玻璃质的转换元件之间)。在这个设计方案中玻璃质的转换元件和转换陶瓷也借助另一种热处理(类似于TB2)直接彼此粘接。转换元件不但能够直接安装在芯片上而且也能够以与芯片(remotephosphor(远程突光粉))具有一定距离地安装,和不但用于部分转换而且用于完全转换。转换元件也可以如通常一样利用硅树脂、利用低熔点的玻璃或借助Sol-Gel (溶胶凝胶)固定在芯片上或相互固定。用于进行下述的方法步骤的玻璃能够可选择地在已经加热的状态中或者首先作为冷的、预成型的玻璃体存在。
[0027]根据图2A将由含荧光物质的材料3a组成的涂层3涂覆在玻璃块的表面IA上。玻璃块可以例如是平面的、平面平行的玻璃基层I (如在图1A和IB中)或者是以其他的方式、例如透镜形地(如在图1C或ID中)或泡壳形地成型的玻璃体。同样根据图2A至21用作基层I的玻璃块可以是预加热的、特别是高于其软化温度加热的，但还不可流动的玻璃块2a (图1C或1D)。下面关于玻璃块2a不同的可设想的形态不再区别并且为了简洁的目的，仍然仅仅涉及玻璃基层I。如在剩余的附图中大小关系、特别是示意性示出的层厚的不是按正确比例的。
[0028]根据图2B在高于玻璃材料2a的软化温度的温度Tl时进行热处理TBl，其中只在热处理TBl的一部分持续时间内需要达到最高温度Tl。可以在涂覆由荧光物质4或含荧光物质的材料3a组成的涂层3之后进行热处理TBl，然而也在涂覆含荧光物质的材料之中或之前已经进行了热处理。在这种情况下，即热处理TBl在涂覆之中或之前进行热处理，优选地只将没有其他添加物的荧光物质粉末涂覆在玻璃材料2a上。
[0029]根据图2A或2B涂覆的涂层3包含荧光物质4，该荧光物质以固体的颗粒的形式包含在悬浮液或溶液中。荧光物质4可以包括一个或多个不同种类的荧光物质4a，4b，以便产生不同的色区。如果在之后的方法步骤中(图2F)再一次涂覆荧光物质，那么根据图2A和2B优选地只涂覆单一种类的荧光物质4，即4a。
[0030]图2C示意性地示出在热处理TBl期间荧光物质4的沉降。荧光物质颗粒从由包含荧光物质4，4a的材料3a组成的涂层3逐渐地沉降在玻璃基层I的表面中或在加热的玻璃块2中。由地球引力引起的沉降可以通过机械挤压、例如借助出自图1D的压模23来促进或加速。通过荧光物质的沉降(在图2C通过指向下的箭头示出)给玻璃基层I或玻璃材料2a的块料掺有荧光物质4。
[0031]图2D示意性地示出在玻璃基层I中的荧光物质4的分布；优选地荧光物质优选地主要集中、即不均匀地分布在玻璃材料2a中的上侧的表面上或附近。在此在玻璃基层I的层厚度中的荧光物质浓度的梯度11指向第一的、上侧的表面IA的方向；荧光物质4a的浓度在表面IA上或靠近表面的下方呈现局部的最大值。
[0032]根据从图2E的改进方案，在之后还有其他的玻璃材料可以被涂覆并且提供有其他的荧光物质。然而根据图2D处理的玻璃基层I (在冷却之后)自身已经表示完成的转换元件10，该转换元件可以连同一个或多个光电构件或半导体芯片一起来构造。
[0033]出自图2D的转换元件10也可以还先经过其他的处理步骤。例如此时其他的荧光物质4(例如在图2A中涂覆的荧光物质的其他的荧光物质4b)可以被涂覆到相反的表面IB处并且通过从表面IB开始的第二热处理经过沉降置入玻璃基层I中。为了涂覆和沉降其他的荧光物质4b翻转出自图2D的转换元件10，由此表面IB指向上。
[0034]根据可替换的、在图2E至2H所示的改进方案，层厚度d5的、由其他的玻璃材料2a组成的涂层5 (根据图2E)涂覆在相同的表面IA上并且(根据图2F)同样地将其他的由含荧光物质的材料组成的涂层6覆盖在该表面的之后暴露的上侧面5A上。在此特别是涂覆其他的荧光物质4 ;4b、例如那个之前根据图2A涂覆的荧光物质。以这种方式用其他的荧光物质4 ；4b覆盖的涂层5可以例如是薄玻璃7或超薄玻璃，其层厚度优选地是小于1.0mm并且可以特别是在5μπι与ΙΟΟμπι之间、优选地在5μπι与50μπι之间。接着根据图2G在温度T2下进行第二热处理TB2，以便将其他的荧光物质4b通过沉降置入由其他的玻璃材料2a组成的涂层5中，如在图2G中通过指向下的箭头示出。
[0035]以这种方式形成在图2H中示意性示出的转换元件10，该转换元件在首先处理过的基层I上具有另一个由含荧光物质的玻璃组成的(要么由相同要么由另一种基底材料、以及荧光物质4 ；4b组成的)子层la。在实际中原始的玻璃基层I和子层Ia熔化成转换元件10的一体的玻璃层。尽管如此在图2H和其他的下列附图中在基层I或由含荧光物质的玻璃组成的下子层与由其他的含荧光物质的玻璃组成的上子层Ia之间的之前的分界面描述为分界线，以便标明在转换元件10的内部的荧光物质浓度的变化走向。出自图2H的转换元件10形成一种薄板，在该薄板中第一荧光物质4a在转换元件的层厚度的方向上集中在两个子层1，Ia之间的位置上。优选地上子层比下子层或之前的玻璃基层I更薄，以使得第一荧光物质4a的浓度比相反的表面IB更加接近表面1A。因此如在图2D中之前置入的荧光物质颗粒4a的浓度随着与表面1A、即对于上子层Ia的之后的分界面IA减少的距离升高(正如通过梯度11表示的)，也根据图2H沉降的其他的荧光物质4b的浓度随着与露出的上表面IA减少的距离而升高(正如通过梯度11'表示的)。因此当转换元件10的子层I和Ia互相熔合时，在其之间的之前的分界面大致形成第一荧光物质4a的最大浓度的位置，然而第二荧光物质4b的最大浓度位于转换元件10的表面IA上、即在之前涂覆的涂层5的之前的表面5A上(图2E)。在根据图2H获得的转换元件10中因此第一和第二荧光物质4a，4b是空间上彼此分离的。
[0036]然而可替换地两个单独制造的转换元件也可以互相连接，各个荧光物质从表面通过沉降置入这两个转换元件中。这两个转换元件特别是能够以它们的两个含荧光物质的表面互相来固定。由此产生在图21中所示的、组合的转换元件，其中不但在子层I内的(第一)荧光物质4 ；4a的浓度而且在子层Ia内的(第二)荧光物质4 ；4b的浓度分别朝着两个子层1，1a之间的分界面升高。
[0037]图3至7示出示例性的转换元件10的实施例，该转换元件可以连同至少一个光学的和/或光电构件20、特别是半导体芯片19 一起来构造。在图2H中位于上部的表面IA根据图3与构件20连接，在该表面上荧光物质4b的浓度是最高的。从相反的表面IB出发第一荧光物质4a的浓度随着越发地靠近构件20而增高。转换元件10也可以仅仅单独地由玻璃基层1 (例如薄玻璃7)构成；省略由含荧光物质的玻璃组成子层la，以使得转换元件10相应于出自图2D的这样的转换元件。然而如果设置子层la，那么优选地该子层是薄玻璃7或超薄玻璃。首先处理的玻璃基层I (或者是从中产生的玻璃材料的子层)不需要是薄玻璃。
[0038]特别是基层I可以如在图4中设计为光学的透镜15并且具有弯曲的(背面的)表面1B。在图4中示出第一和第二荧光物质4a，4b的浓度的梯度11和11'，其分别指向构件20。同样如在图3中省略薄玻璃7或子层la。
[0039]图5示出装置21的实施方式，该装置在玻璃基层I与构件20之间还具有陶瓷转换层17。陶瓷转换层17可以包含与玻璃基层不同的荧光物质。陶瓷转换层17比玻璃基层具有更高的热功率，然而具有缺点，即只能置入用于确定的颜色或光谱区域的荧光物质。陶瓷转换层可以具有在50 μ m与300 μ m之间的、优选地在去100 μ m与200 μ m之间或也低于100ym (例如大于50 μπ)的层厚度。玻璃基层I可以是薄玻璃或超薄玻璃(具有在这个申请中已经提到的、对于它的厚度的带宽)，然而也可以是较厚的、平面平行的玻璃(具有直到2mm的层厚度)或者可替换地是(如在图4中或以其他的方式)成型为光学元件的玻璃。
[0040]图6示出一个实施方式，其中转换元件10以与光电构件20或半导体19隔开的距离A来布置。转换元件10例如像出自图3的那个转换元件来构造，即具有两个不同的子层l，la，其带有相应的荧光物质4a或4b的、分别向半导体芯片19处升高的浓度。升高的荧光物质浓度在图6中通过相应的层1，Ia的划影线的下部的区域来示出(替代通过如在图4中的梯度箭头11，IP )。两个层I，Ia可以分别是薄玻璃7或超薄玻璃(具有在这个申请中已经提到的、对于它的厚度的带宽)。优选地下子层Ia至少是薄玻璃或超薄玻璃。转换元件10可以利用反射器或其他的支架保持在与半导体芯片19的距离A上。转换元件10也具有这样的特性，即全部的荧光物质4a，4b在下部的、朝向半导体芯片19的表面IA上具有其最大的荧光物质浓度；与此相应地省略子层Ia (和由此引起的在相应的荧光物质4a，4b的最大浓度之间的垂直偏移)。
[0041]图7示出一个实施方式，其中转换元件10设计为泡壳状的玻璃体8。玻璃体8在那个表面IA上是凹形成型的并且由此封闭空腔9，在该表面上荧光物质4的浓度(通过阴影线标明)是最高的。相反的、无荧光物质的表面IB指向外地凸出并且可以(化学地和/或机械地)粗糙化或者用可选的散射层16来覆盖。这个散射层同样可以在所有的其他的实施方式的转换元件10、特别是图2D、2H和3至6的那些转换元件上存在。在图7中可以在载板18可选择地布置单个的或也多个半导体芯片19或构件20，其分别射出电磁射线。这是在这种情况下多个构件20借助粗糙化或散射层16达到了改进的辐射特性。转换元件10与光电的构件20隔开地布置,其中最大突光物质浓度的表面IA朝向构件20,从该表面出发突光物质4置入玻璃材料中。在图6和7中分别地可替换地也可以将第一转换元件直接安装在芯片或者多个芯片上并且将第二转换元件、特别是这种具有其他的荧光物质的第二转换元件隔开地(如所述地)来布置。
[0042]对于在申请中提出的转换元件可以使用硬化玻璃、软质玻璃或者甚至低熔点的(特别是无铅的)玻璃。对于这种情况，转换元件固定在芯片上或者结合陶瓷转换元件来使用，优选地使用具有在6 X 10—7K与20 X 10—7K之间的、理想的在8 X 10—7K与12 X 10_6/K之间的膨胀系数a (20-300°C)的玻璃。如果使用光学的折射率近似于沉降的荧光物质的折射率的玻璃(例如具有在石榴石中的大约在1.8下的折射率nD)，那么可以再次提高光学的构件的效率。此外转换元件可以用无荧光物质的硅树脂层、由低熔点的玻璃组成或借助Sol-Gel (溶胶凝胶)法固定在元件上的层。
[0043]如果无铅的、低熔点的玻璃(具有大约在400与600°C之间的软化温度)代替软质玻璃或硬化玻璃(具有在650与950°C之间的软化温度)用作玻璃材料，那么这种作为主要组成部分的玻璃包括含锌的硼酸盐玻璃、锌铋硼酸盐玻璃、铝磷酸盐玻璃，铝锌磷酸盐玻璃或碱性磷酸盐玻璃。同样可能的是使用所谓的1w-Tg玻璃例如Schott的P-PK53，其Tg通常处于最大550°C。例如石榴石(例如YAG:Ce, LuAG等等)、氮化物、SiON和/或原硅酸盐可以用作用于沉降入硬化玻璃、软质玻璃或低熔点的玻璃中的荧光物质。此外可以互相结合地使用多个不同种的荧光物质，以便产生两个或多个不同的次级光谱或确定的色区。第一荧光物质可以置入转换元件10的第一子层中并且第二的、其他的荧光物质可以置入转换元件的第二的、其他的子层中。[0044]借助根据本发明随后进行的荧光物质的沉降特别是可以产生在玻璃或玻璃材料的层厚度的方向上的、相应的荧光物质的不均匀的分布。在平行于转换元件的表面1A，1B的方向上荧光物质的分布可以是均匀的。可替换地在横向的方向上也可以存在不均匀的荧光物质分布。为此在图2A和2F中的荧光物质可以不均匀地涂装在玻璃材料的表面。通过横向的荧光物质分布的适当的选择可以针对性地影响辐射特性。作为附加的措施或为此可替换地，图2D，2H或3至7的转换元件可以在表面IA上粗糙化或者配有散射层。因此在与构件隔开的以球形或半球形的转换元件的情况下改进了辐射特性。这例如在具有多个构件的改型灯(特别是不同的光色)中在转换元件下起到更加均匀的颜色分布的作用。
【权利要求】
1.一种用于制造用于光学和/或光电构件(20)的转换元件(10)的方法，其中所述方法至少包括下述步骤: a)将荧光物质(4;4a)或包含所述荧光物质(4 ;4a)的材料(3a)涂覆在透明的、无荧光物质的并且均匀的玻璃材料(2a)的表面(1A)上并且在升高的温度(Tl)高于所述玻璃材料(2a)的软化温度(Tw)时进行热处理(TB1)， 由此软化所述玻璃材料(2a)直到所述荧光物质(4 ；4a)沉降在所述玻璃材料(2a)中，以及 b)冷却包括沉降的所述荧光物质(4；4a)的所述玻璃材料(2a)。
2.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述荧光物质(4 ；4a)或包含所述荧光物质(4 ；4a)的所述材料(3a)通过喷镀、涂抹、涂刷、电沉积、通过印刷软膏状的涂层或者以其他的方式直接涂覆在所述玻璃材料(2a)的所述表面(IA)上或作为分离介质涂覆在用于使所述玻璃材料成型而确定的模具(22)或压模(23)上。
3.根据权利要求1或2 所述的方法， 其特征在于， 作为紧凑的、粘在一起的和无气泡的玻璃层的所述玻璃材料(2a)以所述荧光物质(4 ；4a)或包含所述荧光物质(4 ；4a)的所述材料(3a)来覆盖并且经受所述热处理(TBl)。
4.根据权利要求3所述的方法， 其特征在于， 所述紧凑的、粘在一起的和无气泡的玻璃层在还没有加热的状态中被提供并且通过所述热处理(TBI)来软化。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法， 其特征在于， 在进行所述热处理(TBl)之前，首先所述玻璃材料(2a)作为预成型的固体的玻璃基层(I)被提供并且利用所述荧光物质(4 ;4a)或包含所述荧光物质(4 ;4a)的所述材料(3a)来覆盖。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的方法， 其特征在于， 在将所述荧光物质(4 ;4a)涂覆在软化的或者至少加热的所述玻璃材料(2a)的所述表面(1A)之前，首先开始所述玻璃材料(2a)的所述热处理(TBl)。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法， 在冷却所述玻璃材料(2a)之前、期间和/或之后的其他步骤的特征在于: c)将由其他的玻璃材料(2a)构成的涂层(5)涂覆在步骤a)中处理的所述玻璃材料(2a)上， d)将其他的荧光物质(4;4b)或包含所述其他的荧光物质(4 ;4b)的涂层涂覆在其他的所述涂层(5)的表面(5A)上，其中所述表面(5A)背向于在步骤a)中处理的所述玻璃材料(2a)，以及 e)在升高的温度(T2)时通过沉降将所述其他的荧光物质(4;4b)置入所述其他的玻璃材料(2a)的背向的表面(5A)中。
8.根据权利要求7所述的方法， 其特征在于， 所述其他的玻璃材料(2a)涂覆在步骤a)中处理的所述玻璃材料(2a)的、已经利用所述荧光物质(4 ；4a)覆盖的侧面上并且在步骤d)和e)中提供有与在步骤a)中处理的所述玻璃材料(2a)不同的其他的荧光物质(4 ;4b)。
9.根据权利要求1至6中任一项所述的方法， 在冷却所述玻璃材料(2a)之前、期间和/或之后的其他步骤的特征在于: c)其他的荧光物质(4;4b)或包含所述其他的荧光物质(4 ;4b)的涂层(6)涂覆在步骤a)中处理的所述玻璃材料(2b)的另一个、相反的表面(IB)上，以及 d)在升高的温度(T2)时通过沉降将所述其他的荧光物质(4；4b)置入第二的、所述相反的表面中。
10.根据权利要求1至8中任一项所述的方法， 其特征在于， 在步骤a)或c)中使用的所述玻璃材料(2a)是具有在5 μ m与1000 μ m之间、优选地在5 μ m与500 μ m之间的玻璃厚度的平行平面的薄玻璃或超薄玻璃或者是具有在一侧的空腔(9)或透镜的泡壳状的玻璃体(8)。
11.一种用于光学和/或光电构件(20 )的转换元件(10 )，其中所述转换元件(10 )至少具有: -透明的、层状的或者以其他的方式成型的玻璃基层(1)， -其中所述玻璃基层(I)具有至少一个平面的或拱形的第一表面(IA)和与所述第一表面(1A)相反的平面的或拱形的第二表面(1B)，所述玻璃基层(I)在所述第一表面与所述第二表面之间具有恒定的或变化的层厚度(dlO)， -其中所述转换元件(10)由玻璃材料(2a)构成，所述玻璃材料包含荧光物质(4 ；4a,4b)， -其中所述荧光物质(4 ;4a，4b)不均匀地分布在所述转换元件(10)的所述层厚度(dlO)的方向上，以及 -其中所述荧光物质(4 ；4a, 4b)的浓度在两个表面(1A，1B)的所述第一表面(1A)上具有局部的最大值并且在向第二，相反的所述表面(IB)的方向上下降。
12.根据权利要求11所述的转换元件， 其特征在于， 所述转换元件(10)在第二、相反的所述表面(IB)上粗糙化、磨毛或以散射层(16)来覆至JHL ο
13.根据权利要求11或12所述的转换元件， 其特征在于， 所述转换元件(10)的所述玻璃材料(2a)包含两个不同的荧光物质(4 ;4a，4b)，其中第一荧光物质(4a)在所述转换元件(10)的所述层厚度的方向上集中在所述两个表面(1A，1B)之间的第一位置，相反所述第二荧光物质(4b)主要集中在所述转换元件(10)的所述两个表面(1A，1B)的所述第一表面(1A)上或者集中在第二位置，所述第二位置在所述层厚度的方向上位于所述第一表面(IA)与所述第一位置之间。
14.根据权利要求13所述的转换元件， 其特征在于， 所述玻璃基层(I)的所述第一表面(IA)是平面或凹形成型的并且在所述第一表面(IB)与所述第二荧光物质(4b)的所述最大浓度的所述位置之间的、在所述转换元件(10)的所述层厚度(blO)的方向上测量的距离是小于1.0mm、优选地小于200 μ m。
15.根据权利要求11至14中任一项所述的转换元件， 其特征在于， 所述转换元件(10)利用这一表面(IA)安装在、特别是贴在陶瓷的转换层(17)上或在光学的和/或光电的构件(20)、特别是半导体芯片上，在所述表面上所述荧光物质(4 ;4a)的所述浓度具有局部的最大值。
【文档编号】C03C4/12GK103648998SQ201280033345
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2012年7月4日 优先权日:2011年7月5日
【发明者】安杰拉·埃伯哈德, 赖因霍尔德·施密特, 哈拉尔德·斯特里克斯尼尔 申请人:欧司朗有限公司
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