[发明专利]基于薄片状基底的无机发光体

说明书

本发明涉及一种无机发光元件，其由天然和/或合成的高度稳定的薄片 状基底(例如云母(硅铝酸盐)、刚玉(Al₂O₃)、二氧化硅(SiO₂)、玻 璃、ZrO₂或TiO₂)和至少一种无机发光材料构成，本发明还涉及无机发 光元件的制造，并涉及其作为用于白色LED或所谓按需选色用途的LED 转换无机发光材料的用途。

白色LED代表人工发光的未来技术。根据光和能量专业人员的一般看 法，所谓的无机发光材料转换pcLED或荧光转换lucoLED将从2010年起 明显替代白炽灯泡和卤素灯泡。从2015年起，荧光管将被替代。

但是，只有在pcLED技术到2010年获得重要进步的情况下才能实现 这种公认的进程：如今，白色1W功率的pcLED具有15％的插座效率， 即，15％的来自插座的电能被转换成可见光，其余作为热流失。与白炽灯 泡(其原理在100多年前由爱迪生发现且至今未变)相比，这代表明显的 改进：仅5％的进入白炽灯泡的能量被转换成可见光，其余作为热流失并 使周围环境变热。目前，市售白色1W功率的pcLED的发光效率相当于大 约45lm/W(流明/瓦特)，而白炽灯泡的发光效率低于20lm/W。pcLED 的损耗因子主要在于在白色pcLED中用于发射白光所需的和在按需选色 LED用途中用于产生特定色点所需的无机发光材料，以及在于LED的半 导体芯片本身和LED的结构(封装)。

按需选色概念是指由使用一种或多种无机发光材料的pcLED产生具 有特定色点的光。该概念例如用于创造某些企业设计，例如用于被照明的 公司标记、商标等。

目前用于含有蓝光发射芯片作为初级发射体的白色pcLED的无机发 光材料主要是YAG:Ce³⁺或其衍生物，或原硅酸盐:Eu²⁺。

无机发光材料是如下所述通过固态扩散法(“混合和烧制”)制备的： 将粉末状的氧化原材料混合，研磨该混合物，然后在炉中在任选为还原性 的气氛中在最高达1700℃的温度下煅烧该混合物最多达数天。这产生了在 形态、粒度分布和发光活化剂离子的分布方面在整个基质中不均匀的无机 发光材料。此外，通过传统方法制成的这些无机发光材料的形态、粒度分 布和其它性质只能很差地调节，且难以再现。这些粒子因此具有许多缺点， 特别例如，具有非最佳和不均匀形态和粒度分布的这些无机发光材料对 LED芯片的不均匀涂覆，这造成由散射引起的高损耗过程。由于LED芯 片的无机发光材料涂层不仅不均匀而且还不能在LED之间再现的事实，在 这些LED的生产中发生了进一步损耗。这造成甚至一批内的pcLED发出 的光的色点也会变化。这使LED的复杂分拣法(所谓的装箱)成为必要。 无机发光材料粒子通过复杂方法施用到LED上。为此，将无机发光材料粒 子分散在粘合剂(通常是硅氧烷或环氧化物)中，并将一滴或更多滴分散 体施用到芯片上。在粘合剂硬化时，由于不同形态和尺寸，在无机发光材 料粒子中出现不均匀沉降行为，从而在LED内和在不同LED之间产生不 均匀涂层。因此，必须进行复杂的分拣法(所谓的装箱)，其中根据它们 是否符合光学目标参数分拣LED，例如光锥内的光学参数分布，例如在色 温、色度(CIE色度图内的x、y值)和光学性能(特别是以流明表示的光 通量和发光效率(lm/W))的分布方面。这种分拣造成每机械日的LED 时间收率的降低，因为通常远大于30％的LED被淘汰。这种情况造成高 的单价，特别是功率LED(即具有高于0.5W的功率要求的LED)的高 单价，这可以为每个几美元，即使购买量多于10,000个时。

因此，本发明的目的是提供没有一个或多个上述缺点的无机发光材料， 优选用于白色LED或用于按需选色用途的转换无机发光材料。该无机发光 材料或无机发光元件在此应该是薄片状，并具有最多达20微米的直径。