技術(shù)領(lǐng)域

提出一種發(fā)光設(shè)備和一種用于制造發(fā)光設(shè)備的方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

特定的實(shí)施方式的至少一個(gè)目的是：提出一種具有波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件的發(fā)光設(shè)備。特定的實(shí)施方式的另一目的是：提出一種用于制造這種發(fā)光設(shè)備的方法。

根據(jù)至少一個(gè)實(shí)施方式，發(fā)光設(shè)備具有發(fā)光半導(dǎo)體器件，所述半導(dǎo)體器件在運(yùn)行中發(fā)射第一波長(zhǎng)范圍中的第一光。第一波長(zhǎng)范圍尤其能夠位于紅外光譜范圍、可見光譜范圍和/或紫外光譜范圍中。尤其優(yōu)選地，第一波長(zhǎng)范圍位于可見光譜范圍中、即位于藍(lán)色的、綠色的和/或紅色的光譜范圍中。在發(fā)射紅外光的設(shè)備的情況下，第一波長(zhǎng)范圍例如也能夠位于近紅外線的光譜范圍中。

根據(jù)至少一個(gè)實(shí)施方式，發(fā)光半導(dǎo)體器件構(gòu)成為無機(jī)發(fā)光半導(dǎo)體器件或能夠具有這種無機(jī)發(fā)光半導(dǎo)體器件。例如，發(fā)光半導(dǎo)體器件能夠具有無機(jī)發(fā)光二極管或通過這種無機(jī)發(fā)光二極管形成。無機(jī)發(fā)光二極管例如能夠具有發(fā)光半導(dǎo)體芯片，所述發(fā)光半導(dǎo)體芯片包括用于產(chǎn)生第一光的至少一個(gè)有源層。

根據(jù)另一實(shí)施方式，發(fā)光半導(dǎo)體器件構(gòu)成為有機(jī)發(fā)光半導(dǎo)體器件或能夠具有至少一個(gè)這種有機(jī)發(fā)光半導(dǎo)體器件。尤其地，在這種情況下，發(fā)光半導(dǎo)體器件能夠具有有機(jī)發(fā)光二極管或通過這種有機(jī)發(fā)光二極管形成。

根據(jù)另一實(shí)施方式，發(fā)光設(shè)備具有波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件。波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件尤其設(shè)置在第一光的光路中。這意味著，在發(fā)光半導(dǎo)體器件運(yùn)行中產(chǎn)生的第一光至少部分地照亮波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件進(jìn)而射入到波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件上和/或射入到波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件中。波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件尤其構(gòu)成為，使得射到波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件上的第一光至少部分地轉(zhuǎn)換成與第一波長(zhǎng)范圍不同的第二波長(zhǎng)范圍中的第二光。例如，與第一波長(zhǎng)范圍相比，第二波長(zhǎng)范圍能夠沿朝更長(zhǎng)波長(zhǎng)的光譜范圍的方向移動(dòng)。替選地或附加地，也能夠是：與第一波長(zhǎng)范圍相比，第二波長(zhǎng)范圍由于所謂的上轉(zhuǎn)換沿朝更短的光譜范圍的方向移動(dòng)。第二波長(zhǎng)范圍尤其也能夠包括多個(gè)連貫的或者也包括不連貫的光譜范圍，所述光譜范圍至少部分地與第一光的第一波長(zhǎng)范圍不同。發(fā)光設(shè)備尤其在運(yùn)行中放射光，所述光包含由波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件通過第一光的轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的第二光。此外，由發(fā)光設(shè)備放射的光也能夠具有未轉(zhuǎn)換的第一光。

根據(jù)另一實(shí)施方式，波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件具有在此并且在下文中也稱作納米級(jí)顆粒的納米顆粒，所述納米顆粒包含有機(jī)發(fā)光分子。有機(jī)發(fā)光分子尤其包含在基礎(chǔ)材料中，納米顆粒基本上通過所述基礎(chǔ)材料形成。納米顆粒尤其基本上能夠基于玻璃類的材料或類玻璃的材料并且具有這種材料，在所述材料中包含有機(jī)發(fā)光分子?；拘纬杉{米顆粒的基礎(chǔ)材料尤其優(yōu)選地能夠基于二氧化硅(SiO₂)或是SiO₂。尤其地，納米顆粒因此能夠具有基于SiO₂的材料作為基礎(chǔ)材料，在所述基礎(chǔ)材料中包含有機(jī)發(fā)光分子。有機(jī)發(fā)光分子因此封入基礎(chǔ)材料中，使得納米顆粒在內(nèi)部具有有機(jī)發(fā)光分子。尤其地，波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件因此優(yōu)選具有基于SiO₂的納米顆粒，呈有機(jī)發(fā)光分子形式的有機(jī)染料分子集成到所述納米顆粒中。通過具有納米顆粒的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件將有機(jī)發(fā)光分子引入到發(fā)光半導(dǎo)體器件的第一光的光程中，以進(jìn)行波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換。

納米顆?！盎旧稀被谔囟ǖ牟牧稀⒓椿A(chǔ)材料，在此和在下文中意味著：除了有機(jī)發(fā)光分子之外，形成納米顆粒的主要組成部分，例如至超過80重量％或超過90重量％或超過99重量％的份額的納米顆粒由基礎(chǔ)材料形成，其中在這種情況下不將有機(jī)發(fā)光分子考慮在內(nèi)。

在基于SiO₂的材料包含有機(jī)發(fā)光分子的納米顆粒也稱作所謂的染料摻雜二氧化硅納米顆粒(DDSN)，如在出版文獻(xiàn)S.Bonacchi等的Luminescent Silca Nanoparticles:Extending the Frontiers of Brightness,Angew.Chem.Int.Ed.2011,50,4056-4066中描述的那樣，其公開的內(nèi)容，例如尤其關(guān)于特征和不同的制造方法方面，與此相關(guān)地完全通過參引并入本文。

根據(jù)另一實(shí)施方式，納米顆粒具有小于或等于1000nm的大小。此外，納米顆粒能夠具有小于或等于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，納米顆粒能夠具有大于或等于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。尤其優(yōu)選地，納米顆粒例如能夠具有大于或等于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。

在一個(gè)尤其優(yōu)選的實(shí)施方式中，發(fā)光設(shè)備具有發(fā)光半導(dǎo)體器件和在第一光的光路中的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件，所述發(fā)光半導(dǎo)體器件在運(yùn)行中發(fā)射第一波長(zhǎng)范圍中的第一光，所述波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件將第一光至少部分地轉(zhuǎn)換成第二光并且包含納米級(jí)的SO₂顆粒，所述SO₂顆粒在其內(nèi)部中具有有機(jī)發(fā)光分子。

發(fā)光設(shè)備尤其能夠設(shè)置用于：產(chǎn)生白色的或其他顏色的混合光，所述混合光通過將未轉(zhuǎn)換的第一光和通過波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件產(chǎn)生的第二光的疊加形成。此外，也能夠可行的是：發(fā)光設(shè)備僅放射第二光，即將由發(fā)光半導(dǎo)體器件直接產(chǎn)生的第一光完全地或幾乎完全地、尤其超過90％或超過95％或超過99％由波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換。在這種情況下，發(fā)光設(shè)備根據(jù)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件的構(gòu)成方案同樣能夠放射混合光、即具有在多個(gè)波長(zhǎng)范圍中的光譜分量的光，或者也能夠放射單色光。

為了借助半導(dǎo)體器件產(chǎn)生白色的或其他顏色的光，通常由半導(dǎo)體器件發(fā)射的窄帶的光通過波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成其他波長(zhǎng)范圍中的光。為了光轉(zhuǎn)換，將波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器引入由半導(dǎo)體器件發(fā)射的光的光程中。如果將有機(jī)發(fā)光分子用作用于波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換的材料，那么需注意：與無機(jī)的轉(zhuǎn)換材料相比，這些材料相對(duì)于例如由空氣或基體材料構(gòu)成的反應(yīng)配對(duì)物典型地能夠具有更低的穩(wěn)定性、更少的輻射和更低的溫度穩(wěn)定性。典型地，波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器在基體材料中引入半導(dǎo)體器件的光程中。在現(xiàn)有技術(shù)中，為此已知的是：對(duì)基體材料中的有機(jī)分子進(jìn)行分子消除，以便通過避免所謂的濃度淬滅實(shí)現(xiàn)高的量子產(chǎn)率。同時(shí)，有機(jī)發(fā)光分子的化學(xué)環(huán)境不應(yīng)導(dǎo)致激發(fā)能量的無輻射分解。這顯著地限制現(xiàn)有技術(shù)中的基體材料的選擇。例如已知的是：使用相對(duì)于氧和水具有低的滲透性的基體材料。由此避免：提供反應(yīng)配對(duì)物來化學(xué)分解有機(jī)發(fā)光分子。同樣地，基體材料或整個(gè)組件能夠通過非滲透性的材料、例如聚對(duì)二甲苯包封。然而，在使用通常的、其中消除有機(jī)發(fā)光分子的基體材料時(shí)，現(xiàn)在未知的是：如何能夠以足夠的程度保護(hù)在通常的殼體、例如LED殼體中的有機(jī)材料免受不可逆的降解。

而在此處描述的發(fā)光設(shè)備中，通過在基本上用于形成納米顆粒的材料中、即尤其例如基于SO₂的材料中包封的方式，保護(hù)有機(jī)發(fā)光分子免受分解反應(yīng)，所述有機(jī)發(fā)光分子尤其在激發(fā)狀態(tài)中相對(duì)于其他反應(yīng)配對(duì)物，例如氧、水、包圍的基體材料的官能團(tuán)、硫化氫和其他材料能夠是極具反應(yīng)性的。尤其地，使用化學(xué)極惰性的材料與描述的玻璃類的或與類玻璃的材料作為用于納米顆粒的基礎(chǔ)材料。因?yàn)槟軌蚍浅１阋说刂圃齑罅康挠袡C(jī)染料，使用在此描述的納米顆粒相應(yīng)地為非常便宜的轉(zhuǎn)換可行性，因?yàn)橥瑯幽軌虼笠?guī)模地制造納米顆粒。此外，在幾乎每個(gè)發(fā)射波長(zhǎng)并且與發(fā)射光譜中的有機(jī)染料是已知的，所述發(fā)射光譜能夠從非常寬，例如在Alq3的情況下，至非常窄地構(gòu)成，例如在Eu³⁺絡(luò)合物的情況下。由此可行的是：在此處描述的發(fā)光設(shè)備中，結(jié)合發(fā)光半導(dǎo)體器件可使用有機(jī)發(fā)光分子作為波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料，其中這些材料通過使用納米顆粒具有改進(jìn)的穩(wěn)定性進(jìn)而能夠通過機(jī)械混合在大量選擇的基體材料中進(jìn)行加工。

在光轉(zhuǎn)換時(shí)，通過所謂的斯托克司位移(Stockes-Shift)通常在染料中產(chǎn)生熱量，在此描述的發(fā)光設(shè)備中，所述熱量能夠直接由有機(jī)發(fā)光分子輸出到周圍的、優(yōu)選能良好導(dǎo)熱的納米顆粒材料上。于是，納米顆粒能夠?qū)崃糠植嫉捷^大的體積上，所述熱量例如能夠通過包圍納米顆粒的且必要時(shí)導(dǎo)熱差的基體、例如硅酮或其他材料形成。因?yàn)橛袡C(jī)發(fā)光分子嵌入納米顆粒中，所以有機(jī)染料與包圍納米顆粒的基體材料的化學(xué)兼容性或物理兼容性不是必需的，使得在此處描述的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件中能夠使用基體材料與有機(jī)發(fā)光分子的任意組合。

此外，如更下面描述的那樣，多種不同的工藝是可行的，借助所述工藝能夠?qū)⒓{米顆粒引入到發(fā)光半導(dǎo)體器件的光程中。通過光物理學(xué)的惰性的納米顆粒材料避免至包圍納米顆粒的基體材料的能量轉(zhuǎn)移過程，所述能量轉(zhuǎn)移過程在有機(jī)發(fā)光分子直接嵌入基體材料時(shí)能夠?qū)е滦蕮p失。例如，在使用基于SO₂的材料時(shí)，所述材料的特征在于高的帶隙和存在僅少量的或甚至沒有OH基團(tuán)。此外，也可行的是：制造具有狹窄的且受控的粒度分布的納米顆粒，由此簡(jiǎn)化包含納米顆粒的基體材料的可加工性。此外，與大多數(shù)常用的基體材料的折射率相比，SO₂具有幾乎相同的折射率，使得在納米顆粒處能夠避免在波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件中光散射。因此，如更下面描述的那樣，波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件的散射特性能夠通過添加散射顆粒有針對(duì)性地調(diào)節(jié)，使得放射輪廓和顏色或波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件的轉(zhuǎn)換度能夠彼此分開地調(diào)整和優(yōu)化。由于將有機(jī)發(fā)光分子封入納米顆粒中，所述有機(jī)發(fā)光分子與包含的染料無關(guān)地在健康方面不令人擔(dān)憂。

在此并且在下文中，將純的有機(jī)分子和具有金屬原子的有機(jī)分子、即具有一個(gè)或多個(gè)金屬中心的金屬有機(jī)的分子理解為有機(jī)發(fā)光的分子。

根據(jù)另一實(shí)施方式，有機(jī)發(fā)光分子具有下列材料的一個(gè)或多個(gè)：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、硼二吡咯亞甲基(BODIPY)、苝、嵌二萘、萘、黃素、吡咯、卟啉和其金屬絡(luò)合物、二芳基甲烷染料、三芳基甲烷染料、硝基染料、亞硝基染料、酞菁染料、酞菁的金屬絡(luò)合物、奎寧、偶氮染料、靛酚染料、噁嗪、尼羅紅、噻嗪、噻唑、芴、氟烷、焦寧、羅丹明、香豆素。

根據(jù)另一實(shí)施方式，有機(jī)發(fā)光分子具有過渡金屬絡(luò)合物，所述過渡金屬絡(luò)合物具有有機(jī)配體。大量這種材料從三重態(tài)發(fā)射。通過與其關(guān)聯(lián)的禁止越渡，這些材料通常具有長(zhǎng)的發(fā)光使用壽命。優(yōu)選地，選自Rh、Os、Ru、Ir、Pd和Pt的一個(gè)或多個(gè)用作過渡金屬。尤其優(yōu)選地，例如能夠使用Ir(III)、Os(II)、Pt(II)、Ru(II)。此外，其他過渡金屬也是可行的。尤其優(yōu)選地，有機(jī)配體選自一種或多種材料，所述材料由下列基本骨架派生出：卟啉、卟吩、2,2-雙吡啶、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，有機(jī)配體能夠產(chǎn)生波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料的電荷中性或金屬中心能夠附加地?cái)y帶反離子。在個(gè)別金屬絡(luò)合物中，也能夠存在不同配體的混合物、尤其優(yōu)選由上述種類的有機(jī)配體構(gòu)成的混合物。

優(yōu)選考慮苝酰亞胺和苝羧酸作為用于有機(jī)發(fā)光分子的純的有機(jī)分子。在用于有機(jī)發(fā)光分子的過渡金屬絡(luò)合物的情況下，尤其優(yōu)選的是：

-三[4,7-聯(lián)苯-1,10-菲啰啉]三氯化釕；

-雙(2-苯基喹啉)-2-N,C2′(乙酰丙酮)合銥(III)；

-雙[2-(2′-苯并噻吩基)-吡啶-N,C3′](乙酰丙酮)合銥；

-三(2,5-雙-2′-(9′,9′-二己基芴)吡啶)合銥(III)；

-(btp)₂Ir(acac)；

-(piq)₃Ir；

-(piq)₂Ir(acac)；

-8-羥基喹啉鋁(Alq₃)；

-四苯基四苯并卟啉鉑(II)；

-四苯基四苯并卟啉鈀(II)；

-[Os(btfp)₂(dppb)]；

-[Os(btfp)₂(pp2b)]；

-[Os(tfp)₂(dppb)]；

-[Os(ibifp)₂(dppb)]。

在此，

-piq表示1-苯基異喹啉；

-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-雙(二苯基膦基)苯；

-pp2b表示2-雙(膦基)苯；

-tfp表示5-(噻唑-2-基)-3-三氟甲基吡唑；

-ibifp表示5-(1-異苯并咪唑-2-基)-3-三氟甲基吡唑。

根據(jù)另一實(shí)施方式，納米顆粒具有錨定分子鏈，納米顆粒能夠通過所述錨定分子鏈以化學(xué)的方式且選擇性地結(jié)合到預(yù)選的化學(xué)表面上。如果使用例如發(fā)光半導(dǎo)體器件的匹配的錨定鏈和表面，那么在自我限制的工藝(“自組裝的單層”，SAM)中能夠產(chǎn)生納米顆粒的單層。由此能精確地預(yù)先確定發(fā)光設(shè)備的產(chǎn)生的色度坐標(biāo)并且消除已知的“顏色分級(jí)(Farb-Binnings)”的問題。例如，發(fā)光半導(dǎo)體器件的預(yù)選的表面能夠通過下列材料的一種或多種形成：GaN、GaAlAs、InGaAlP、SiO₂、Al₂O₃、Si₃N₄、聚硅氧烷。錨定分子鏈例如能夠通過下列分子的一個(gè)或多個(gè)形成：R-OMe、R-OEt、R-Tos、R-Si(OMe)₃、R-Si(OEt)₃、R-SH，其中R表示具有與納米顆粒的化學(xué)鍵的有機(jī)分子鏈并且OMe表示甲氧基基團(tuán)、OEt表示乙氧基基團(tuán)并且Tos表示Tosyl基團(tuán)(對(duì)甲基磺?；?。

根據(jù)另一實(shí)施方式，波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件具有基體材料，納米顆粒設(shè)置在所述基體材料中。下列材料的一種或多種能夠用作基體材料：聚丙烯酸酯、聚烯烴，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)、聚對(duì)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)、聚酰亞胺(PI)、聚醚酮例如聚醚醚酮(PEEK)、聚酰胺，例如聚鄰苯二甲酰胺(PPA)、聚對(duì)苯二甲酸環(huán)己烷二甲醇酯(PCT)、硅酮、環(huán)氧化物和液晶的聚合物(“液晶高分子聚合物”，LCP)。

根據(jù)另一實(shí)施方式，納米顆粒具有覆層。覆層尤其能夠圍繞納米顆粒的基礎(chǔ)材料、即基于SO₂的材料設(shè)置并且分別包覆納米顆粒。例如，覆層能夠具有無機(jī)材料，例如Al₂O₃。此外，覆層也能夠具有有機(jī)材料。覆層例如能夠避免納米顆粒的聚集、改進(jìn)自由流動(dòng)性、改變折射率、和/或用作波長(zhǎng)濾波器，以便濾除例如短波的第一光、即激發(fā)光，以便避免有機(jī)發(fā)光分子的光化學(xué)分解和/或以便吸收波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料的發(fā)射的特定的范圍進(jìn)而使光譜更窄帶。

此外，除納米顆粒之外，在波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件中能夠包含其他材料。例如，波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件還能夠具有散射顆粒，所述散射顆粒尤其能夠如納米顆粒那樣分布在基體材料中。在此和在下文中，如下顆粒狀的材料稱作散射顆粒，所述顆粒狀的材料僅引起光散射或光折射，但不引起如在納米顆粒的情況下那樣的光轉(zhuǎn)換。例如，散射顆粒能夠具有TiO₂、Al₂O₃或玻璃顆粒或由其形成。

通過將附加的散射顆粒添加到基體材料中能夠在波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件中改變光散射進(jìn)而改變放射特性。

此外，基體材料具有填充材料，所述填充材料防止包含的顆粒的聚集，所述顆粒改變折射率和/或所述顆粒能夠用作波長(zhǎng)濾波器。

根據(jù)另一實(shí)施方式，除納米顆粒之外，波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件具有其他波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料。因此，納米顆粒作為轉(zhuǎn)換材料能夠與用于光轉(zhuǎn)換的其他材料共同地使用在此處描述的發(fā)光設(shè)備中。例如，其他波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料能夠具有無機(jī)的發(fā)光材料或由其形成。無機(jī)的發(fā)光材料能夠具有一種或多種材料，所述材料選自下列材料：Ce³⁺摻雜的石榴石、如YAG:Ce和LuAG:Ce，例如(Y,Lu,Gd,Tb)₃(Al_1-x,Ga_x)₅O₁₂:Ce³⁺；Eu²⁺摻雜的氮化物，例如(Ca,Sr)AlSiN₃:Eu²⁺、(Ca,Ba,Sr)₂Si₅N₈:Ee²⁺；Eu²⁺摻雜的硫化物；(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(鋇鎂多鋁酸鹽:銪，BAM)、(Ba,Sr,Ca)₅(PO₄)₃Cl:Eu(SCAP)、鹵磷酸鹽。在此，發(fā)光半導(dǎo)體器件能夠激發(fā)納米顆粒和無機(jī)的發(fā)光材料或例如僅激發(fā)所述納米顆粒和所述無機(jī)的發(fā)光材料中的一個(gè)，其中于是，相應(yīng)的其他波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器能夠由第一波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器激發(fā)。此外，納米顆粒能夠連同半導(dǎo)體納米顆粒一起用于光轉(zhuǎn)換。

在基礎(chǔ)材料中、即例如在基于SiO₂的材料中，納米顆粒能夠附加地具有下列材料的一種或多種：堿金屬、堿土金屬、鹵素、Hl、Zr、Hf、Gi、Sn、Pb、B、In、Ga、N、C、P、Ti、Sc、Y、As、Sb、S、Se、H、重氫。附加的元素和材料優(yōu)選具有按納米顆粒的重量計(jì)占小于5％并且尤其優(yōu)選小于1％的份額。此外，附加地能夠?qū)雽?dǎo)體納米顆粒引入到納米顆粒基礎(chǔ)材料中、即例如基于SiO₂的材料中。

根據(jù)另一實(shí)施方式，納米顆粒能夠具有下列特性的一個(gè)或多個(gè)：

-納米顆粒能夠通過例如在藍(lán)色、綠色或紅色的光譜范圍中進(jìn)行半導(dǎo)體發(fā)射來激發(fā)，優(yōu)選通過在400nm至800nm的范圍中具有小于120nm的寬度(“半高寬”，F(xiàn)WHM)的發(fā)射來激發(fā)。

-納米顆粒能夠通過具有在可見的范圍中大于或等于120nm的寬度(FWHM)的寬帶的發(fā)射來激發(fā)。

-納米顆粒能夠通過紅外發(fā)射激發(fā)并且通過轉(zhuǎn)換來轉(zhuǎn)換成更長(zhǎng)波長(zhǎng)的紅外范圍中的光。

-納米顆粒能夠包含光子上轉(zhuǎn)換的染料。

-納米顆粒能夠是可用紫外光激發(fā)的。

-納米顆粒能夠包含熱致變色的染料。

根據(jù)另一實(shí)施方式，波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件直接施加在發(fā)光半導(dǎo)體器件上。這尤其能夠意味著：波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件直接被施加在發(fā)光半導(dǎo)體器件的表面上。替選于此，也可行的是：波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件進(jìn)而納米顆粒與發(fā)光半導(dǎo)體器件間隔開地設(shè)置。在這種也稱作遠(yuǎn)程設(shè)置的設(shè)計(jì)方案中，在波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件和發(fā)光器件之間能夠設(shè)置有呈層或例如發(fā)光半導(dǎo)體器件的囊封件形式的其他材料。此外，也可行的是：例如氣體、例如空氣設(shè)置在發(fā)光半導(dǎo)體器件和波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件之間。

根據(jù)另一實(shí)施方式，納米顆粒僅具有唯一種類的有機(jī)發(fā)光分子。替選于此，納米顆粒也能夠包含不同的有機(jī)發(fā)光分子。此外，也可行的是：波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件包含多個(gè)不同的納米顆粒簇并且每個(gè)納米顆粒簇通過包含相同的有機(jī)發(fā)光分子的顆粒形成，其中各個(gè)納米顆粒簇的有機(jī)發(fā)光分子彼此不同。換言之，能夠存在多個(gè)不同的顆粒簇并且每個(gè)顆粒簇通過包含相同的有機(jī)發(fā)光分子的顆粒形成。不同的顆粒簇能夠空間上分開地設(shè)置在波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件中。由此，在發(fā)光半導(dǎo)體器件的光程中例如空間上結(jié)構(gòu)化地設(shè)置具有不同染料分子的納米顆粒能夠是可行的。由此例如能夠產(chǎn)生橫向相鄰的區(qū)段或像素。例如，發(fā)光半導(dǎo)體器件能夠構(gòu)成為分區(qū)段的單片的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)具有單獨(dú)可控的區(qū)域。通過在將不同的納米顆粒簇設(shè)置在各個(gè)區(qū)段上，發(fā)光設(shè)備能夠構(gòu)成為多色的微顯示器、例如RGB微顯示器。

根據(jù)至少一個(gè)實(shí)施方式，在用于制造發(fā)光設(shè)備的方法中提供發(fā)光半導(dǎo)體器件。此外，施加波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件。

上文中和下文中描述的特征和實(shí)施方式同樣適用于發(fā)光設(shè)備和用于制造發(fā)光設(shè)備的方法。

為了施加波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件，納米顆粒能夠通過下列施加方法的組合或下列施加方法中的至少一種施加：點(diǎn)膠工藝、噴鍍、壓制、電泳、電噴。

此外，施加已經(jīng)包含納米顆粒的預(yù)制的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件也是可行的。例如，具有納米顆粒的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件為此能夠通過壓制工藝或成型工藝、例如注塑工藝(“injection molding”)、壓塑工藝(“compression molding”)、傳遞模塑工藝(“transfer molding”)、薄膜輔助的傳遞模塑工藝(“foil-assisted transfer molding”)來制造。

此外，納米顆粒能夠與上述材料之一施加在溶劑中，其中緊接著除去溶劑。此外，納米顆粒能夠與基體材料一起施加，或在施加納米顆粒之后能夠?qū)⒒w材料施加到所述納米顆粒上。此外，也可行的是：波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件不含基體材料。

附圖說明

從在下文中結(jié)合附圖描述的實(shí)施例得出其他優(yōu)點(diǎn)、有利的實(shí)施方式和改進(jìn)方案。

附圖示出：

圖1示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的發(fā)光設(shè)備，

圖2至4示出根據(jù)另外的實(shí)施例的納米顆粒并且

圖5至6示出根據(jù)另外的實(shí)施例的發(fā)光設(shè)備。

在實(shí)施例和附圖中，相同的、同類的或起相同作用的元件能夠分別設(shè)有相同的附圖標(biāo)記。所示出的元件和其彼此間的大小關(guān)系不能夠視作為是符合比例的，更確切地說，為了更好地圖示和/或?yàn)榱烁玫乩斫?，能夠夸大地示出各個(gè)元件，例如層、組件、器件和區(qū)域。

具體實(shí)施方式

在圖1中示出發(fā)光設(shè)備100，所述發(fā)光設(shè)備具有發(fā)光半導(dǎo)體器件1，所述半導(dǎo)體器件在運(yùn)行中發(fā)射第一波長(zhǎng)范圍中的第一光。波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件2設(shè)置在第一光的光路中，所述波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件將第一光至少部分地轉(zhuǎn)換成與第一波長(zhǎng)范圍不同的第二波長(zhǎng)范圍中的第二光。

發(fā)光半導(dǎo)體器件1例如能夠是無機(jī)發(fā)光半導(dǎo)體器件。例如，無機(jī)發(fā)光半導(dǎo)體器件能夠具有無機(jī)發(fā)光二極管或由其形成。無機(jī)發(fā)光二極管例如能夠具有發(fā)光半導(dǎo)體芯片，所述發(fā)光半導(dǎo)體芯片包括用于產(chǎn)生第一光的至少一個(gè)有源層。發(fā)光半導(dǎo)體芯片能夠根據(jù)期望的待放射的波長(zhǎng)作為基于不同的半導(dǎo)體材料體系的半導(dǎo)體層序列制造?；贗n_xGa_yAl_1-x-yN的半導(dǎo)體層序列尤其適合于短波的可見光、即尤其藍(lán)色光或綠色光和/或紫外光，其中適用0≤x≤1并且0≤y≤1。對(duì)于綠色光至紅色光，半導(dǎo)體層序列例如能夠具有In_xAl_yGa_1-x-yP，其中0≤x≤1，0≤y≤1并且x+y≤1，而例如基于AlGaAs的半導(dǎo)體材料適合于產(chǎn)生在紅色至紅外的波長(zhǎng)范圍中的光。

尤其地，發(fā)光半導(dǎo)體芯片能夠具有半導(dǎo)體層序列、尤其優(yōu)選外延生長(zhǎng)的半導(dǎo)體層序列或由其構(gòu)成。為此，半導(dǎo)體層序列能夠借助外延方法，例如金屬有機(jī)氣相外延(MOVPE)或分子束外延(MBE)在生長(zhǎng)襯底上生長(zhǎng)并且設(shè)有電接觸部。通過分割具有生長(zhǎng)的半導(dǎo)體層序列的生長(zhǎng)襯底，能夠提供多個(gè)發(fā)光半導(dǎo)體芯片。此外，在分割之前，半導(dǎo)體層序列能夠轉(zhuǎn)移到載體襯底上并且生長(zhǎng)襯底能夠被打薄或完全移除。這種具有載體襯底作為襯底來代替生長(zhǎng)襯底的半導(dǎo)體芯片也能夠稱作所謂的薄膜半導(dǎo)體芯片。

薄膜半導(dǎo)體芯片的特征尤其在于如下特征性的特征：

-在產(chǎn)生輻射的外延層序列的朝向載體襯底的第一主面上施加或構(gòu)成反射層，所述反射層將在外延層序列中產(chǎn)生的電磁輻射的至少一部分反射回所述外延層序列中；

-外延層序列具有20μm或更小的范圍中、尤其在4μm和10μm之間的范圍中的厚度；并且

-外延層序列包含至少一個(gè)半導(dǎo)體層，所述半導(dǎo)體層具有至少一個(gè)面，所述面具有混勻結(jié)構(gòu)，所述混勻結(jié)構(gòu)在理想情況下引起光在外延的外延層序列中近似各態(tài)歷經(jīng)的分布，也就是說，所述外延層序列具有盡可能各態(tài)歷經(jīng)的隨機(jī)的散射特性。

薄膜半導(dǎo)體芯片良好地近似于朗伯表面輻射器。例如在出版文獻(xiàn)I.Schnitzer等，Appl.Phys.Lett.63(16)，1993年10月18日，2174-2176中描述薄層發(fā)光二極管芯片的基本原理。

半導(dǎo)體層序列能夠具有例如傳統(tǒng)的pn結(jié)、雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)、單量子阱結(jié)構(gòu)(SQW結(jié)構(gòu))或多重量子阱結(jié)構(gòu)(MQW結(jié)構(gòu))作為有源區(qū)。除有源區(qū)之外，半導(dǎo)體層序列能夠包括其他功能層和功能區(qū)，例如p型摻雜的或n型摻雜的載流子傳輸層、即電子傳輸層或空穴傳輸層，未摻雜的或p型摻雜的或n型摻雜的約束層、熔覆層或波導(dǎo)層、阻擋層、平坦化層、緩沖層、保護(hù)層和/或電極以及由其構(gòu)成的組合。

替選地或附加地，發(fā)光半導(dǎo)體器件1也能夠具有有機(jī)發(fā)光半導(dǎo)體器件，例如有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)或由其構(gòu)成。關(guān)于有機(jī)發(fā)光半導(dǎo)體器件的原理結(jié)構(gòu)參考出版文獻(xiàn)WO 2010/066245A1，所述出版文獻(xiàn)尤其關(guān)于有機(jī)發(fā)光半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)方面就此明確地通過參引并入本文。

波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件2具有多個(gè)納米顆粒。在示出的實(shí)施例中，納米顆粒3設(shè)置在基體材料4中。替選于此，納米顆粒3也能夠在沒有基體材料4的情況下形成波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件2并且設(shè)置在發(fā)光半導(dǎo)體器件1的第一光的光路中。替選于納米顆粒3在基體材料4中的所示出的均勻的分布，所述納米顆粒也能夠空間上結(jié)構(gòu)化地設(shè)置在基體材料4中。

如在圖1中示出，波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件2能夠直接設(shè)置在發(fā)光半導(dǎo)體器件1上。尤其地，波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件2對(duì)此能夠直接設(shè)置在發(fā)光半導(dǎo)體器件1的一個(gè)或多個(gè)表面上。替選于此，所謂的遠(yuǎn)程設(shè)置也是可行的，其中波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件2能夠與發(fā)光半導(dǎo)體器件1隔開地設(shè)置。對(duì)此，在發(fā)光半導(dǎo)體器件1和波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件2之間能夠存在例如呈層或發(fā)光半導(dǎo)體器件1的囊封件形式的其他材料。此外，也可行的是：在發(fā)光半導(dǎo)體器件1和波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件2之間存在氣體，例如空氣。此外，發(fā)光設(shè)備100例如能夠具有殼體，發(fā)光半導(dǎo)體器件1和波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件2設(shè)置在所述殼體中(未示出)。

基體材料4例如能夠是硅酮或環(huán)氧樹脂，納米顆粒3混入所述基體材料中。替選于此，基體材料4也能夠具有上面在概述部分中提到的材料中的一種或多種。

在下文中，結(jié)合圖2至4詳細(xì)闡述納米顆粒3，在所述圖中示出納米顆粒的實(shí)施例。

在圖2中示出納米顆粒3，所述納米顆粒具有基礎(chǔ)材料30，在所述基礎(chǔ)材料中封入有機(jī)發(fā)光分子31。尤其地，有機(jī)發(fā)光分子31由基礎(chǔ)材料30包圍，使得納米顆粒3在內(nèi)部具有分子31?；A(chǔ)材料30優(yōu)選通過光物理學(xué)惰性的材料、尤其優(yōu)選玻璃類材料形成。在示出的實(shí)施例中，基礎(chǔ)材料30通過基于SiO₂的材料形成，在所述材料中包含有機(jī)發(fā)光分子31。因此，基于SiO₂的材料形成基體，在所述基體中封入并且包含有機(jī)發(fā)光分子31。由此，有機(jī)發(fā)光分子31與環(huán)境隔開并且保護(hù)其免受例如通過與環(huán)境氣體或基體材料反應(yīng)產(chǎn)生的降解過程。

有機(jī)發(fā)光分子31例如能夠具有純的有機(jī)分子和/或具有帶有金屬原子的有機(jī)分子、尤其具有帶有有機(jī)配體的過渡金屬絡(luò)合物。在不限制在此描述的對(duì)象的情況下，純示例地指出下列尤其優(yōu)選的材料：

-苝酰亞胺，

-苝羧酸，

-具有過渡金屬和有機(jī)配體的過渡金屬絡(luò)合物，所述過渡金屬選自O(shè)s(II)、Ru(II)、Ir(III)、Pt(II)，所述有機(jī)配體選自一種或多種材料，所述材料由下列基本骨架派生出：卟啉、卟吩、2,2-雙吡啶、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，替選地或附加地，有機(jī)發(fā)光分子31也能夠具有在更上面在概述部分中列舉的材料中的一種或多種。

除有機(jī)發(fā)光分子31之外，在基礎(chǔ)材料30中能夠包含其他的材料，所述其他材料例如是一種或多種選自以下的材料：堿金屬、堿土金屬、鹵素、Al、Zr、Hf、Ge、Sn、Pb、B、In、Ga、N、C、P、Ti、Sc、Y、As、Sb、S、Se、H、重氫。附加的元素和材料在基礎(chǔ)材料30中、即尤其在基于SiO₂的材料、納米顆粒3中優(yōu)選具有小于5％的并且尤其優(yōu)選小于1％的份額。此外，能夠附加地將半導(dǎo)體納米顆粒引入SiO₂材料30中。

在圖1中示出的發(fā)光設(shè)備100中，納米顆粒3例如能夠以特定選擇的粒度分布存在于波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件2中。例如納米顆粒3能夠具有大于或等于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之間的大小是尤其優(yōu)選的。替選于此，納米顆粒3也能夠具有上面在概述部分中列舉的其他大小。

根據(jù)應(yīng)用，納米顆粒3例如能夠包含僅一種有機(jī)發(fā)光材料31。此外，也可行的是：納米顆粒3能夠包含所提出的有機(jī)發(fā)光材料31中的多種有機(jī)發(fā)光材料的混合物。尤其地，有機(jī)發(fā)光分子31能夠如上面在概述部分中描述的那樣構(gòu)成并且具有相應(yīng)的上述特性。

在圖3中示出納米顆粒3的另一實(shí)施例，所述納米顆粒附加地圍繞基于SiO₂的材料30具有覆層32，所述覆層包覆納米顆粒3。覆層32例如能夠由無機(jī)材料，例如Al₂O₃形成。此外，使用有機(jī)覆層32也是可行的。覆層32尤其能夠具有下列特性中的一種或多種：所述覆層例如能夠防止顆粒聚集，尤其在基體材料中的顆粒聚集。此外，覆層例如能夠引起波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件的折射率的改變或也用作波長(zhǎng)濾波器。由此例如能夠可行的是：能夠?yàn)V除短波的激發(fā)光、即發(fā)光半導(dǎo)體器件的第一光，以便預(yù)防有機(jī)發(fā)光分子的光化學(xué)分解或者以便吸收有機(jī)發(fā)光分子的發(fā)射的特定的范圍，以便使第二光的光譜更窄帶。

在圖4中示出用于納米顆粒3的另一實(shí)施例，所述納米顆粒在其表面上具有錨定分子鏈33。所述錨定分子鏈能夠設(shè)置用于：將納米顆粒3以化學(xué)的方式并且選擇性地結(jié)合到特定的化學(xué)表面上。如果例如在發(fā)光半導(dǎo)體器件中使用匹配的錨定分子鏈32和表面，那么在自我限制的工藝中在相應(yīng)的表面上能夠產(chǎn)生納米顆粒的單層。如上面在概述部分中描述的那樣，例如能夠使用具有甲氧基基團(tuán)或乙氧基基團(tuán)的錨定分子鏈。替選于此或除此之外，也能夠使用其他在上面在概述部分中描述的錨定分子鏈，所述錨定分子鏈尤其能夠?qū)崿F(xiàn)結(jié)合到上面在概述部分中描述的表面材料上。

為了制造根據(jù)圖1的發(fā)光設(shè)備100，納米顆粒3例如能夠以具有基體材料4的配方通過點(diǎn)膠工藝、通過噴鍍或通過壓制工藝施加到發(fā)光半導(dǎo)體器件1的光程中。此外，也可行的是：例如在電壓場(chǎng)中通過電泳或電噴將納米顆粒3引入發(fā)光半導(dǎo)體器件1的光程中。在施加納米顆粒3之后，所述納米顆粒能夠選擇性地設(shè)有基體材料4，或者，假使所述納米顆粒已經(jīng)施加有基體材料4，那么設(shè)有另一基體材料。此外，也可行的是：將納米顆粒3施加在揮發(fā)性溶劑中，所述揮發(fā)性溶劑隨后例如通過蒸發(fā)除去。通過在電壓場(chǎng)中或借助溶劑施加，尤其也能夠可行的是：施加納米顆粒而不施加基體材料。

此外，也可行的是：例如預(yù)制波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件2并且作為預(yù)制的轉(zhuǎn)換元件緊接著安置在發(fā)光半導(dǎo)體器件1的光程中。預(yù)制的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件例如能夠通過壓制工藝或通過成型工藝，例如通過注塑模制、壓塑模制或傳遞模制或薄膜支持的傳遞模制來制造。

在圖5中示出根據(jù)另一實(shí)施例的發(fā)光設(shè)備101，與發(fā)光設(shè)備100相比，除納米顆粒3之外，所述設(shè)備還具有散射顆粒5。所述散射顆粒例如能夠通過無色的、即僅散射光的材料例如TiO₂、Al₂O₃或玻璃顆粒形成。通過添加附加的散射顆粒5，放射輪廓和波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件2的轉(zhuǎn)換度能夠彼此分開地調(diào)整和優(yōu)化。

此外，附加地或替選地，波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件2還能夠包含其他填充材料，所述填充材料例如能夠防止納米顆粒3的聚集、改變折射率或用作波長(zhǎng)濾波器。

替選地或附加地，也可行的是：除納米顆粒3之外，波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件2還包含用于光轉(zhuǎn)換的其他材料作為轉(zhuǎn)換材料。例如，除納米顆粒3之外，在波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件2中能夠包含無機(jī)的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料，如上面在概述部分中描述的發(fā)光材料那樣的無機(jī)的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料。

在圖6中示出根據(jù)另一實(shí)施例的發(fā)光設(shè)備102，與圖1和圖5的發(fā)光設(shè)備100和101相比，所述設(shè)備102具有發(fā)光半導(dǎo)體器件1，所述發(fā)光半導(dǎo)體器件具有可彼此分開控制的區(qū)段11、12、13。所述區(qū)段例如能夠構(gòu)成為單片制造的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的區(qū)段并且能彼此分開地電接觸。波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件2也相應(yīng)地劃分成區(qū)段21、22、23，所述區(qū)段設(shè)置在發(fā)光半導(dǎo)體器件1的區(qū)段11、12、13上。區(qū)段21、22、23分別包含具有納米顆粒3的顆粒簇，所述納米顆粒在簇內(nèi)部是相同的，而顆粒簇彼此不同地構(gòu)成并且具有納米顆粒3，所述納米顆粒具有不同的有機(jī)發(fā)光材料。由此，可行的是：區(qū)段21、22、23放射彼此不同的第二光，使得能夠與區(qū)段化的發(fā)光半導(dǎo)體器件102一起實(shí)現(xiàn)多色的顯示器，例如RGB微顯示器。

根據(jù)其他實(shí)施例，在實(shí)施例中描述的特征也能夠彼此組合，即使這類組合未闡明地在圖中示出也如此。此外，在圖中描述的實(shí)施例能夠具有根據(jù)概述說明的附加的或替選的特征。

本發(fā)明不通過根據(jù)實(shí)施例進(jìn)行的描述而受到限制。更確切地說，本發(fā)明包括每個(gè)新的特征以及特征的每個(gè)組合，這尤其是包含在權(quán)利要求中的特征的每個(gè)組合，即使該特征或者該組合本身未詳細(xì)地在權(quán)利要求中或者實(shí)施例中說明時(shí)也是如此。