具有带有导热接触部的转换材料的发射辐射的器件以及其制造方法

摘要

本发明的一个实施形式说明了发射辐射的器件（1），其包括：包含有半导体材料的辐射源（10），所述辐射源在工作时发射第一波长的第一辐射；透明的本体（20），所述透明的本体包含有基质材料和无机填充料并且至少部分地设置在第一辐射的光路（11）中；以及转换材料（30），所述转换材料至少部分地设置在第一辐射的光路（11）中，并且第一辐射至少部分地转换为具有更长的第二波长的第二辐射。在此转换材料（30）至少部分地与透明的本体（20）的填充料中的至少一部分导热地接触。

说明书

技术领域

本专利申请要求德国专利申请10 2010 034 913.5的优先权，其公开内 容通过参引的方式并入本文。

背景技术

本发明涉及一种发射辐射的器件以及一种用于制造该器件的方法。

具有发光二极管（LED）的发射辐射的器件中通常使用转换材料。 转换材料将入射辐射中的一部分转换为具有改变的、更长波长的辐射， 以至于经转换的辐射具有比入射辐射更低的能量（所谓的向下转换 down-conversion）。在大多数情况下，能量差以热能的形式积累，以至 于在此大幅加热转换材料。通常情况下，转换材料的效率是温度相关的， 尤其在高温下能够大幅降低转换材料的效率。由器件发射的光的色彩印 象同样能够与器件中的温度相关。

此外，转换材料能够给予在断开状态下的器件彩色的色彩印象（所 谓的“断开状态的外观（off-state appearance）”）。例如通过蓝色光谱范 围中的光激励的转换材料也吸收在断开状态下入射的相应的波长范围 中的光，例如日光。因此，根据转换材料，所述光具有黄色、橘色、红 色或绿色的本体色。尤其在转换材料在空间上与发射辐射的区域分离的 器件中，器件的将辐射耦合输出的区域在断开状态下具有由转换材料引 起的不利于美观的彩色的色彩印象。

对于应用而言，所期望的是具有高的效率、低的辐射损耗和高的颜 色稳定性的发射辐射的器件。此外，所期望的发射辐射的器件是，所述 器件的将辐射耦合输出的区域在断开状态下具有尽可能白色的或无色 的色彩印象。

发明内容

因此，本发明的实施形式的待实现的目的在于，提出一种具有改良 的特性的发射辐射的器件。

另一待实现的目的在于，提出一种用于制造发射辐射的器件的方 法。

提出一种用于发射辐射的器件，所述器件包括包含有半导体材料的 辐射源，所述辐射源在工作时发射具有第一波长的第一辐射。下面，发 射辐射的器件也简称为“器件”。

根据至少一个实施形式，器件包括透明的本体，所述本体包括基质 材料和无机填充料。透明的本体至少部分地设置在第一辐射的光路中。 下面，无机填充料也只称为“填充料”。

根据至少一个实施形式，器件包括转换材料，所述转换材料至少部 分地设置在第一辐射的光路中。转换材料将第一辐射中的至少一部分转 换为具有更长的第二波长的第二辐射。也就是说，第一辐射具有比第二 辐射更高的能量。能量差尤其能够以热能的形式积累。下面，通过转换 所产生的热能也称为“转换热量”。

根据至少一个实施形式，转换材料至少部分地与透明的本体的填充 料中的至少一部分导热地接触。这导致，转换热量中的至少一部分能够 排出到填充料上或者经由填充料从转换材料导出。由此，有利地保护转 换材料防止过热并且/或者提高转换材料的效率。提高的效率的特征在 于，第一辐射的较高的份额转换为第二辐射。由于改善的导热，器件例 如也能够用比传统的发射辐射的器件更高的电流驱动。

包含有半导体材料的辐射源例如是发光二极管（LED）或激光二极 管。作为辐射源也能够使用在相同或不同的第一波长下发射的多个发光 二极管和/或激光二极管。第一辐射的光谱称为第一波长。第一波长能 够位于光谱的可见范围（420nm至780nm波长）中、尤其在蓝光光谱 范围中、在UV范围（<420nm）中以及在IR范围（>780nm）中。第 一辐射尤其能够具有低于600nm的波长最大值。半导体材料在本发明 中不受限，只要所述半导体材料能够至少部分地具有电致发光性。在此 例如使用能够由选自铟、镓、铝、氮、磷、砷、氧、硅、碳或其组合的 元素构成的化合物，例如氮化铟镓（InGaN）或磷化铝镓铟（InGaAlP）。 也能够使用其他元素或添加物。

根据本发明，转换材料的选择不受限制。也能够使用稀土金属和/ 或过渡金属掺杂的陶瓷作为荧光材料，所述荧光材料例如在 WO98/12757中说明，其公开内容在此通过参引的方式并入本文。转换 材料能够包括荧光材料或不同荧光材料的组合或由其构成。通过使用转 换材料，能够更改所发射的辐射的色彩印象。器件例如能够发射具有白 色色彩印象或另一色彩印象的辐射。

根据另一实施形式，基质材料的折射率和无机填充料的折射率随着 温度改变。基质材料的和填充料的折射率的温度相关的分布曲线通常是 不同的。

折射率、也称为折射数用折射计来确定，其中能够调节和/或调整温 度。作为室温采用20℃的温度。下面提出的折射率确定用于589nm的 钠D线的波长。因此，在本申请中，在室温下的折射率的数据相应于所 谓的n_D²⁰。折射率的数据的精度为至少0.001和尤其是至少0.0005。

根据另一实施形式，基质材料和填充料根据本发明选择为，使得基 质材料在室温下具有高出填充物0.01至0.07、尤其高0.01至0.05的折 射率。此外，基质材料具有比填充料更高的热光系数，以至于在加热到 工作温度时，基质材料和填充料的折射率的差变得更小。在工作温度下， 折射率的差≤0.015。

热光系数dn/dT给出折射率n随着温度T变化的变化。也就是说， 所述热光系数描述每℃的折射率的变化。

例如，基质材料的和填充料的折射率相对于在重要的温度范围中的 温度的分布曲线能够近似地通过直线描述。所述直线能够具有不同的斜 率，其中直线的交点典型地位于工作温度的范围中。所述温度能够高于 或低于工作温度最多20℃、尤其最多10℃并且通常最多5℃或相应于所 述工作温度。此外，相应的热光系数给出这样的直线的斜率。

对一种材料而言，热光系数能够通过在不同温度下多次测量折射率 来确定。

根据另一实施形式，基质材料在室温下具有-5*10^-51/℃至-5*10^-31/ ℃的、尤其是-1*10^-41/℃至-1*10^-31/℃的热光系数。

填充料的热光系数通常小于基质材料的热光系数。在室温下，填充 料具有最大-5*10^-51/℃、例如-5*10^-71/℃至-5*10^-51/℃的热光系数。也 就是说，在重要的温度范围中，填充料的折射率通常比基质材料的折射 率改变得更少。

根据另一实施形式，与基质材料的折射率相比，填充料的折射率能 够至少在重要的温度范围中视为近似于恒定的。作为重要的温度范围理 解为在室温和工作温度之间的温度。

当器件工作时，在器件中的温度通常相应于环境温度、例如室温。 在器件开始工作后，在器件中的温度首先大幅升高并且通常在一定的时 间后（在恒定的电流和恒定的环境温度下）达到相对恒定的值。通常， 这在最多30分钟之内发生。作为工作温度理解为器件在接通后不间断 地工作45分钟的时间点的、在器件中的温度。

相应于工作温度的值的温度在更早的时间点就已经能够达到并且 保持恒定。下面，所述温度同样被称为“工作温度”。当在持续工作期 间（在电流恒定并且环境温度恒定时）温度波动为小于5℃、尤其小于 3℃和通常小于1℃时，工作温度视作恒定的。

根据另一实施形式，器件的工作温度最高为200℃。工作温度尤其 在70℃和150℃之间、通常在80℃和120℃之间、例如为110℃。

透明的本体优选在工作温度下在第一和第二辐射的波长范围中是 透明的。在波长中“透明的”意味着，在相应的波长中存在≥70%的、 尤其≥80%的、例如86%的透射度。

根据另一实施形式，基质材料具有在室温下比填充料的折射率高出 0.01至0.04和尤其高0.015至0.035的折射率。

根据另一实施形式，在工作温度下，基质材料和填充料的折射率的 差≤0.01、尤其≤0.0075、例如≤0.005。

根据另一实施形式，在工作温度下，透明的本体在波长为600nm时 具有≥90%、尤其≥95%和通常≥98%的透射度。在所述数据中未考虑在 辐射入射和出射（分别为大约4%）到透明的本体中时出现的菲涅尔损 耗。

在工作温度下，基质材料的折射率能够高于或低于填充料的折射率 或相应于所述填充料的折射率。由于在室温下折射率的差很小或甚至不 存在，在器件中产生的穿过透明的本体的辐射几乎完全不被散射和/或 吸收，因此减少或避免了辐射损耗。与此相反，在接通器件时，与在工 作温度下相比，所发射的辐射的更高的份额被散射和/或吸收，因为基 质材料和填充料的折射率的差大于在工作温度下的折射率的差。

基于填充料和基质材料的折射率的差，透明的本体在室温下相对强 地散射光。在此，透明的本体能够是暗的。也在近似室温或低于室温的 温度下观察所述效果。因此，透明的本体也在器件的断开状态下根据本 申请的至少一个实施形式相对强烈地散射入射的光，以至于转换材料的 本体色从外部、即对于观察者而言几乎不能或在理想情况下完全不再能 被察觉。因此，有利地，器件的耦合输出辐射区域具有白色的或无色的 色彩印象（断开状态外观）。因此，透明的本体能够在切断的状态下作 用为扩散器。当更大数量的转换材料在空间上与辐射源分离时，尤其获 得所述优点。

如上面已经描述的，填充料和基质的折射率的差在加热到工作温度 时下降。因此，有利地，透明的本体能够作用为温度相关的扩散器，所 述扩散器在断开状态下强烈地吸收光，然而在工作温度下几乎不吸收 光。因此，构件在工作时具有比常规器件明显更高的效率，在常规器件 中转换材料的本体色在断开状态下通过例如乳白色玻璃或由玻璃或塑 料制成的粗化的覆层覆盖，所述乳白色玻璃或所述粗化的覆层在器件工 作时也吸收所产生的辐射的相当大的部分。

根据另一实施形式，通过基质材料和填充料的折射率的例如是0.01 的小的差能够改进器件的辐射特性。由此例如能够减少辐射角相关性或 改善色彩均匀度。

根据本发明的另一实施形式，无机填充料能够包含金属氟化物、例 如碱土金属或由其制成。金属氟化物例如能够选自氟化镁（MgF₂）、氟 化锂（LiF）、氟化钙（CaF₂）、氟化钡（BaF₂）或上述物质的组合。典 型地，金属氟化物在室温下能够具有1.37至1.50的折射率，例如对MgF₂而言是1.39、对LiF而言是1.40、对CaF₂而言是1.43和对BaF₂而言 是1.46。填充料能够是单晶的和/或多晶的。

根据另一实施形式，无机填充料能够包含玻璃、石英、硅胶、尤其 是球形SiO₂颗粒的SiO₂颗粒、硼硅玻璃或上述物质的组合或由其制成。 例如，在室温下SiO₂颗粒具有1.46的折射率、玻璃具有1.45至2.14的 折射率、硼硅玻璃具有1.50至1.55的折射率。

根据另一实施形式，填充料包含有或由硅酸盐、陶瓷或氧化铝，例 如刚玉制成。

根据另一实施形式，基质材料能够包含有硅树脂、环氧树脂、丙烯 酸树脂、聚氨酯、聚碳酸酯或上述物质的组合或由其制成。基质材料也 能够包括不同的塑料和/或硅树脂的混合物或由其制成。基质材料尤其 能够包括硅树脂、甲基取代的硅树脂、例如聚（二甲基硅氧烷）和/或 聚甲基苯基硅氧烷、环己基取代的硅树脂、例如聚（二环己基）硅氧烷， 或上述物质的组合或由其制成。

例如，环氧树脂或丙烯酸树脂在室温下能够具有1.46至1.60的折 射率，尤其具有1.48至1.53的折射率。聚碳酸酯通常具有更高的折射 率，例如是1.55至1.65、尤其是1.58至1.60。硅树脂具有1.40至1.54 的折射率。

尤其有利的是，基质材料的折射率设置为，使得所述折射率在室温 下比填充料的折射率更高，因为通常基质材料的热光系数高于填充料的 热光系数，并且因此在器件工作时，基质材料的折射率随着温度升高比 填充料的折射率更快地降低。

根据另一实施形式，基质材料的选择取决于无机填充料并且在此满 足前述标准：基质材料在室温下具有比填充料更高的折射率和更高的热 光系数。例如，能够包含有环氧树脂、聚碳酸酯或上述物质的组合或由 其制成的基质材料适用于由硼硅玻璃制成的填充料。例如，能够包含有 硅树脂、丙烯酸树脂或由其制成的基质材料适用于由玻璃或SiO₂颗粒 制成的填充料。

根据另一实施形式，对于包含有金属氟化物或由其制成的无机填充 料而言，将硅树脂或不同硅树脂的组合用作为基质材料。在此也能够使 用至少一种硅树脂与至少一种其他塑料的组合。

硅树脂的折射率尤其取决于在硅原子上的有机取代基R¹、R²和R³以及取决于硅树脂的支化度。硅树脂的末端基团能够用R¹R²R³SiO_1/2描 述、线性基团能够用R¹R²SiO_2/2描述，并且支链基团能够用R¹SiO_3/2描 述。在每个硅原子上能够独立地选择R¹和/或R²和/或R³。在此，R¹、 R²和R³选自具有不同数量的碳原子的有机取代基的变体。有机取代基 能够在硅树脂中以任意比例相对于彼此存在。通常取代基1至12、尤其 1至8具有碳原子。例如，R¹、R²和R³选自甲基、乙基、环己基或苯 基，尤其选自甲基和苯基。

具有多个碳原子的有机取代基通常提高折射率，而较小的取代基导 致较低的折射率。例如，具有多个甲基基团的硅树脂能够具有例如1.40 至1.44的低的折射率。而例如具有多个苯基基团或环己基基团的硅树脂 能够具有较高的折射率。

同样，在除硅树脂以外的其他基质材料中，折射率经由取代基的选 择和/或通过混合材料、例如有机硅环氧树脂来设置。

例如，能够为在室温下具有1.46的折射率的、由SiO₂颗粒制成的 填充料添入具有在1.48和1.50之间的折射率的、例如是1.49的折射率 的聚甲基苯基硅氧烷。具有1.47至1.49的、例如是1.48的折射率的环 己基取代的硅树脂同样能够适用于SiO₂颗粒。典型地，具有多个甲基 基团的硅树脂适用于由氟化镁或氟化锂制成的填充料。例如，能够使用 聚（二甲基硅氧烷），这是有利的，因为所述物质是非常低成本的。

此外，基质材料的折射率能够通过混合不同基质材料来设置。例如， 硅树脂基质的折射率能够通过混合不同的、具有不同折射率的硅树脂来 设置。以这种方式，基质材料能够具有带有不同的有机取代基的硅树脂 的聚合物混合物或由其制成。然而也可能的是，硅树脂共聚物由具有不 同的有机取代基的不同的单体产生，并且因此相应地适配于基质材料的 折射率。在此，也能够使用具有不同折射率的不同的硅树脂共聚物的混 合物，以便能够设置基质材料的折射率。

根据另一实施形式，透明的本体具有最高80重量%的填充料含量 （重量%=重量百分比）。透明的本体尤其包含25重量%至70重量%和 通常30重量%至60重量%的填充料、例如50重量%的填充料。由此， 尤其能够实现透明的本体的高的导热能力。

在一些应用中，例如当透明的本体应当用作为温度相关的扩散器， 以便在器件的断开状态下覆盖转换材料的本体色时，也能够使用较低含 量的填充料。根据所述另一实施形式，填充料含量能够为5重量%至50 重量%。填充料含量通常为10重量%至40重量%，尤其为15重量% 至30重量%。在这个范围中，在室温下保持透明的本体的非常好的散 射效果。在填充料含量非常高时，在室温下散射效果可能会略微降低。

根据另一实施形式，填充料在透明的本体中构成连续的填充料路 径。所述填充料路径也称为渗流路径，并且通常情况下以统计学的方式 形成。所述填充料路径能够延伸经过整个透明的本体。典型地，这从填 充料含量在所谓的渗流阈值（体积%=体积百分比）的28体积%和35 体积%之间起，通常在所谓的渗流阈值（体积%=体积百分比）的30体 积%和32体积%之间发生。有利地，通过填充料路径提高透明的本体 的导热能力。

通过使基质材料的折射率适宜地匹配于填充料，甚至在≥30体积% 的高填充料含量时、尤其是≥40体积%时，减少或避免透明的本体中的 辐射损耗或亮度损耗。

此外，通过填充料、尤其是在填充料含量高的情况下，透明的本体 的渗透性与由纯聚合物材料、尤其是由硅树脂制成的传统的基质相比减 少。透明的本体尤其具有对于湿气和/或有害气体而言较低的渗透性。 由此，尤其是保护了辐射源，因此提高了器件的使用寿命。

此外，通过填充料也能够改善透明的本体的机械特性。例如，透明 的本体的热膨胀系数比由纯聚合物材料制成的传统的基质的热膨胀系 数更低。因此，能够提高器件的使用寿命，因为例如在透明的本体中的 断裂的风险降低。

根据另一实施形式，填充料具有最大100μm的平均颗粒尺寸。平均 颗粒尺寸通常位于100nm和20μm之间、尤其在5μm至20μm之间。 对于一些应用而言，例如也能够使用具有≤1μm、优选为200nm至800nm 并且尤其为200nm至500nm的平均直径的、至少部分较小的颗粒，因 为借助所述颗粒能够将辐射强烈地散射，这能够导致改善的色彩均匀 度。具有在100nm和1μm之间的平均直径的颗粒尤其适用于引起在断 开状态下透明的本体的强烈的散射和在工作温度下减少的散射，即适用 于提供温度相关的扩散器。作为用于颗粒尺寸的参数通常使用直径。颗 粒直径经由筛选法确定。

填充料例如能够由球形的或近似球形的颗粒制成，以至于直径近似 地相应于颗粒尺寸。填充料也能够具有其他颗粒形状、例如有角的、长 形的或非结晶形的颗粒形状。在这样的颗粒中，将平均直径用作为颗粒 尺寸的大小。

根据另一实施形式，填充料具有≥2μm且尤其≥4μm的颗粒尺寸。更 小的颗粒能够经由筛选法分离。因为具有<2μm且尤其<1μm的颗粒尺 寸的颗粒在其表面上能够非常强烈地散射光，在透明的本体中的辐射损 耗得以减少，并且由此整体地提高器件的效率。这样的实施形式尤其能 够应用在下述器件中，其中转换材料直接设置在辐射源上或辐射源的附 近，因为在这样的器件中转换材料的彩色的色彩印象对于观察者而言较 不明显。

根据另一实施形式，填充料具有比基质材料更高的导热能力。纯基 质材料的导热能力典型地为0.1W/mK至0.2W/mK。例如，硅树脂具有 0.12W/mK至0.18W/mK的、例如为0.15W/mK的导热能力。而无机填 充料具有≥1.0W/mK的、尤其≥10W/mK的导热能力。例如，球形的SiO₂颗粒具有1.38W/mK的导热能力。有利地，金属氟化物通常具有明显更 高的导热能力，例如MgF₂具有14W/mK、LiF具有11W/mK、CaF具 有10W/mK以及BaF₂具有12W/mK的导热能力。

根据另一实施形式，透明的本体具有≥0.25W/mK且尤其≥0.30W/mK 的导热能力。尤其是金属氟化物，导热能力能够是≥2W/mK且通常 ≥5W/mK。通过填充料与基质材料的组合，根据本发明的器件的透明的 本体有利地具有比由纯聚合物材料制成的传统的基质更高的导热能力。 在此，通过透明的本体的热量输送尤其经由已构成的填充料路径进行。 即使当填充料含量低于渗流阈值时，透明的本体的导热能力也高于纯基 质材料。

根据另一实施形式，器件具有带有凹部的壳体。壳体例如能够包含 有塑料、陶瓷或上述物质的组合物或由其制成。所述壳体也能够尤其在 凹部的侧壁上包含有反射辐射的材料。辐射源、透明的本体和转换材料 能够设置在凹部中。凹部的侧壁尤其能够倾斜于凹部的底部成形，以至 于能够反射辐射。

根据另一实施形式，辐射源设置在凹部的底部上。透明的本体至少 部分地填满凹部，并且能够承担浇注料或散射体的功能。

根据另一实施形式，器件包括焊盘和焊线，所述焊线将辐射源与焊 盘导电地连接。焊盘同样能够设置在凹部中。焊盘和辐射源与能导电的 端子连接，所述端子能够从壳体中引出。能导电的端子能够是导体框架 （lead frame）的至少一部分。

根据另一实施形式，辐射源与热沉、例如导体框架的一部分导热地 接触。

根据另一实施形式，至少部分的辐射源、电端子、和/或导体框架具 有高的导热能力并且能够用于将热量从器件并且尤其从辐射源导出。在 此，热量也能够经由透明的本体或经由在透明的本体中的填充料路径导 出。

根据又一实施形式，转换材料至少部分导热地经由透明的本体或经 由在透明的本体中的填充料路径与辐射源和/或与能导电的端子和/或与 导体框架连接。由此，转换热量能够从转换材料被导出并且然后进一步 从器件引出。由此进一步改进了在器件中的导热。

转换材料并且尤其是在光谱的红光范围中发射的和例如在光谱的 蓝光范围中用短波辐射激励的转换材料产生大量转换热量，并且出现过 热的危险。此外，在加热到工作温度时，所述转换材料的效率能够强烈 下降，例如直至50%。由此，在加热时，由器件发射的辐射的色彩印象 可能会改变。由于透明的本体的改善的导热能力，与由纯聚合物材料制 成的、不具有导热的填充料的传统的基质相比，转换材料的效率提高。 根据本发明的至少一个实施形式，在与透明的本体的填充料导热地接触 的转换材料上的温度与类似结构类型的、不具有填充料的传统的器件相 比能够降低最多40%。例如，借助在透明的本体中40重量%至50重量 %的SiO₂颗粒，在转换材料上的温度能够降低15%至30%、尤其为22% 至30%且通常为25%至30%。借助由金属氟化物制成的填充料，在填 充料含量是40重量%至60重量%时，温度能够降低20%至40%、尤 其为30%至40%且通常为35%至40%。因此也能够避免转换材料的过 热或至少降低其概率。此外，由器件发射的辐射典型地具有恒定的色彩 印象。

在根据本发明的器件的一些实施形式中，当器件具有折射率如上述 这样适配于填充料的折射率的基质材料使得基质材料和填充料的折射 率的差在工作温度下降低时，在从室温加热到工作温度的情况下转换材 料的降低的效率能够至少部分地通过减少散射和/或吸收透明的本体中 的辐射来补偿。有利地，由此得到用于由器件发射的辐射的恒定的色彩 印象。

此外，在转换材料中也能够随着温度改变被转换的辐射的波长，以 至于造成被转换的辐射在CIE曲线图中的色坐标的位移。被转换的辐射 的色彩印象的所述温度相关的位移也称为色坐标移位。一般来说，这样 的色坐标移位尤其在相对于辐射源的主辐射方向（θ=0°）的大的辐射 角θ（θ=theta）的情况下显现出来。在根据本发明的器件中，这样的 色坐标移位与传统的发射辐射的器件相比减少，因为转换热量经由透明 的本体或经由透明的本体中的填充料路径从转换材料引出。由此，以有 利的方式得到更高的色彩稳定性。

根据另一实施形式，将透明的本体掺入包含有转换材料或由其制成 的颗粒。所述颗粒能够在透明的本体中均匀分布。透明的本体例如能够 连同颗粒一起构成浇注料，所述浇注料完全地或部分地填满器件的凹 部。透明的本体例如也能够作为层生成，所述层能够设置在凹部中或在 凹部的开口的区域中。在此，包含在颗粒中的转换材料至少部分地与填 充料导热地接触。

根据另一实施形式，颗粒与至少一个填充料路径导热地接触。填充 料路径能够由于这样的颗粒被中断，并且尽管如此仍能够具有其正常的 导热能力。这样的被中断的填充料路径也能够理解为由颗粒从透明的本 体中引出的两个单独的填充料路径。例如，具有填充料的颗粒也能够构 成连续的路径或渗流路径。

根据另一实施形式，包含有转换材料或由转换材料制成的颗粒通常 具有最大60μm的尺寸、尤其具有5μm至40μm且通常为10μm至30μm 的尺寸。

根据本发明的另一实施形式，器件包括转换元件。转换元件包含有 转换材料，所述转换材料也能够含有例如是粘合剂的其他材料。转换元 件能够构成为分立的元件，也就是说，转换元件通过光学方法、例如通 过使用光学显微镜，能够明确地区别于其环境或器件的其他部分。转换 元件能够是自支承的，以至于能够借助镊子或其他工具来处理所述转换 元件。

根据另一实施形式，具有含有转换材料或由其制成的颗粒的透明的 本体构成转换元件。转换元件能够包含有例如是粘合剂的其他材料。转 换元件能够构成为分立的和/或自支承的。通过将转换材料与填充料导 热地接触，转换热量至少部分地引出到转换元件的边缘上。

根据另一实施形式，含有转换材料和能够包围透明的本体的转换元 件与辐射源间隔开。用于间隔开的转换元件的示例是所谓的“远程荧光 粉转换”。在一些应用中，这样的转换元件也能够与邻近地或直接设置 在辐射源上的第二转换元件（所谓的“芯片级转换”）进行组合。

根据另一实施形式，转换元件通过浇注料与辐射源间隔开。所述浇 注料能够是由聚合物材料制成的传统的浇注料。浇注料尤其能够包括透 明的本体或由其制成。转换热量至少部分地经由透明的本体或经由填充 料路径从转换元件引出。特别是，由此将热量从转换元件至少部分地进 一步引出到辐射源和/或能导电的端子和/或导体框架上。器件能够包括 具有透明的本体的转换元件并且也能够包括包含有透明的本体或由其 制成的浇注料。

根据另一实施形式，转换元件和辐射源之间的间距≤200μm、并且尤 其≤50μm，以至于转换邻近于辐射源进行（芯片级转换）。转换元件在 此优选具有小板形状或芯片形状。同样，能够应用其他形状。转换元件 在此例如材料配合地通过浇注料与辐射源连接。器件能够包含有例如完 全地或部分地填满剩余凹部的其他浇注料。浇注料中的至少一种包含有 透明的本体或由透明的本体制成。两个浇注料也能够是相同的。

根据另一实施形式，转换元件能够具有>200μm、尤其为≥750μm和 通常为≥900μm的到辐射源的间距，以至于转换以到辐射源的大的间距 进行（远程荧光粉转换）。转换元件能够经由浇注料与辐射源间隔开。 浇注料在此能够包含有硅树脂、环氧树脂、丙烯酸树脂、聚氨酯、聚碳 酸酯或上述物质的组合或由其制成。但是，浇注料也能够包含有透明的 本体或由其制成。转换元件也能够经由空腔与辐射源间隔开。这样的空 腔能够用空气、惰性气体或气体混合物填充。这样的实施形式能够有利 地低成本地制造。转换元件能够如上所述同样包含有透明的本体。

根据另一实施形式，转换元件设置在凹部的开口中。转换元件在此 例如能够构造为平坦的或拱起的层。在此，转换元件能够具有10μm至 2000μm的平均层厚度。层厚度能够为50μm至1000μm、尤其为50μm 至500μm。

根据另一实施形式，转换元件围成拱起的空心体。所述空心体尤其 理解为，将转换元件连同至少其他部分的构件共同围成空心体。所述部 分例如能够是上面设置有辐射源的载体，或者能够是在凹部中设置有辐 射源的壳体。转换材料在此能够构造为层，所述转换材料具有如前面的 章节中所描述的平均层厚度。空心体例如能够具有空心半球、空心球扇 形的形状。辐射源优选设置在空心体中并且能够例如以>750μm与转换 元件间隔开（远程荧光粉转换）。所得到的空心体例如能够用空气、惰 性气体，但是也能够用填充料或透明的本体根据本申请的至少一个实施 形式部分地或完全地填充。转换元件同样能够包含有根据本申请的至少 一个实施形式的透明的本体。因此，有利地，在室温下对于观察者而言 从外部几乎不能或完全不能看到转换材料的本体色；相反，转换元件引 起有利于美观的白色或无色的印象。

根据另一实施形式，器件包括包含有转换材料并且与辐射源间隔开 的转换元件，其中透明的本体设置在转换元件的背离辐射源的侧上。透 明的本体在此能够直接在转换元件上生成，以至于填充料也至少部分地 与转换材料导热地接触。替选地，在其间也能够是例如由玻璃、硅树脂 或塑料生成的导热的、透明的层。有利地，转换元件包围透明的本体， 以至于所述转换元件从外部包覆，并且因此对于观察者而言在室温下几 乎不会显示为彩色的，而是一定程度上显示为白色或无色的。

在所述实施形式的改进方案中，设置在转换元件上的透明的本体具 有50μm至500μm的平均层厚度。在所述小的层厚度的情况下，在工作 时仅吸收非常少的辐射。

根据另一实施形式，以转换材料掺杂和/或例如在转换元件中的转换 材料的选择适配为，使得通过转换热量在工作温度下刚好达到所需要的 温度，其中透明的本体具有其最高的透明度。在此，“刚好”理解为≤3 ℃、尤其是≤2℃的偏差。所述偏差甚至能够≤1℃。“最高的透明度”在 此理解为包含透明度的最大值的区域。在所述区域中，透明度为≥95%、 尤其为≥97%的最大透明度。在此，透明度甚至能够≥99%的最大透明度。

根据另一实施形式，在转换元件上至少部分地生成包覆层。所述层 尤其能够由玻璃或透明的塑料制成，并且也能够构成器件的外壁，例如 发光体的外壳。根据本申请的至少一个实施形式，在转换元件和包覆层 之间能够设置有透明的本体。

根据另一实施形式，转换元件或浇注料能够构成透镜。透镜例如能 够填满凹部的开口或设置在所述凹部的开口中。透镜能够具有能够用另 一材料填充的空腔。所述材料例如能够包括气体、气体混合物、塑料材 料或聚合物材料、玻璃或其他材料或多种材料的组合或由上述物质制 成。

一般来说，在具有“芯片级转换”的器件中，转换热量更好地从转 换材料引出，因为例如到辐射源和/或到导电端子和/或到导体框架的距 离是短的。然而在具有“远程荧光粉转换”的器件中，转换材料能够取 决于结构地具有比在“芯片级转换”中的相同的转换材料更高的效率。 这适用于下述器件，在所述器件中包含有转换材料或由其制成的颗粒与 浇注料混合。由于到辐射源的较大的距离，转换热量通常仅能够不充分 地从转换材料引出。在根据本发明的器件的一个实施形式中，热量输送 能够至少部分地经由透明的本体或经由透明的本体中的填充料路径进 行。由此，尤其在具有“远程荧光粉转换”或具有带有与包含有转换材 料或由其制成的颗粒混合的、透明的本体的浇注料的器件中，提高转换 材料的效率并且避免转换材料的过热。

具有“远程荧光粉转换”的器件相对于其他转换方法的普遍优点例 如是，较低的辐射负荷的转换材料暴露出来。因此，也能够使用不适用 于靠近辐射源的转换的转换材料（“芯片级转换”）。

此外，具有“远程荧光粉转换”的器件具有更好的辐射特性，因为 能够获得漫射辐射，不会像在例如靠近辐射源的转换中出现的、令观察 者目眩的情况。此外，用于辐射源和壳体的温度负荷能够是更小的，因 此提高器件的使用寿命。

在具有“远程荧光粉转换”的器件中，与具有靠近辐射源的转换的 器件相比提高了效率，因为壳体对于第一波长和第二波长的辐射而言通 常具有比辐射源更高的反射率。壳体例如能够设有反射器，以至于反射 率>90%，而辐射源的反射率通常<90%。

根据本申请的至少一个实施形式的透明的本体也能够使用在白炽 灯、卤素白炽灯、尤其是具有例如E27灯头的大的灯头的卤素白炽灯或 也例如紧凑型荧光灯中。在所述器件中，转换材料的本体色或灯丝或端 子能够在室温下通过构成为温度相关的扩散器的透明的本体覆盖。透明 的本体例如能够设置在这样的发光体的外泡壳上或所述外泡壳中。因 此，在工作温度下不吸收或仅少量吸收所发射的辐射，因为透明的本体 是透明的。

根据本发明的另一变型方案，在室温下基质材料的折射率能够等于 或小于填充料的折射率0.04。在加热到工作温度时，所述差能够增大， 例如增大到0.04至0.08，因此辐射被更强地散射，这能够是所期望的， 以便改善色彩均匀度。

作为本发明的其他观点，提出一种用于制造发射辐射的器件的方 法，其中所述方法包括下述方法步骤：

（a）提供包含有半导体材料的辐射源，所述辐射源在工作时发射第一 波长的第一辐射；

（b）生成透明的本体，所述本体包含有基质材料和无机填充料；

（c）将透明的本体设置在第一辐射的光路中；以及

（d）将转换材料设置在第一辐射的光路中，以至于转换材料中的至少 一部分与透明的本体的填充料中的至少一部分导热地接触。

根据本发明的另一实施形式，在方法步骤（b）中，根据填充料调 节基质材料，使得所述基质材料在室温下具有比填充料高出0.01至 0.07、尤其高0.01至0.05的折射率。此外，基质材料选择为，使得在器 件的工作温度下基质材料的和填充料的折射率的差≤0.015。这尤其能够 在考虑到基质材料和填充料的不同的热光系数的情况下发生。尤其是， 基质材料的折射率在室温下比填充料的折射率高出0.01至0.04、通常高 出0.015至0.035。尤其是，折射率的差在工作温度下≤0.01、通常≤0.075、 例如≤0.005。

根据另一实施形式，在方法步骤（b）中将具有硅原子的有机取代 基的至少一种硅树脂用作为基质材料。硅树脂在室温下在1.40至1.54 的范围内的折射率能够经由具有不同数量的碳原子的有机取代基的变 体和比例如上述地设置。

根据另一实施形式，基质材料的折射率能够至少部分地通过不同的 塑料和/或不同的硅树脂的组合来设置。

根据另一实施形式，在方法步骤（b）中实施下述子方法步骤：

1.在室温下和/或在器件的工作温度下确定填充料的折射率。

2.在考虑基质材料的热光系数的情况下设置基质材料的折射率，以至 于在器件的工作温度下得出≤0.015的基质材料和填充料的折射率的差。 尤其在工作温度下，折射率的差≤0.01、通常≤0.0075、例如≤0.005。

3.生成透明的本体。

在2.中首先也能够确定多种不同的塑料和/或不同的硅树脂的折射率。

根据另一实施形式，步骤（b）和（c）能够共同实现。基质材料能 够在室温下与填充料掺杂或对此略微加热。所述掺杂通常在≤70℃、尤 其在≤60℃的温度下进行。能够添加其他材料。所述混合物例如能够填 入器件的凹部中并且构成第一辐射的光路中的透明的本体。为了硬化透 明的本体能够将其加热到更高的温度。

根据另一实施形式，结合步骤（b）、（c）和（d）。例如基质材料在 室温下或在如上所述≤70℃、尤其≤60℃的温度下能够与填充料以及包含 有转换材料或由其制成的颗粒掺杂。能够添加其他材料。所述混合物例 如能够填入器件的凹部中并且在第一辐射的光路中构成与颗粒混合的 透明的本体。为了硬化，必要时能够加热。由此也能够构成转换元件。

在没有预设特定的顺序的其他方法步骤中，能够提供或设置有器件 的其他组成部分。其他方法步骤也能够与已经提到的方法步骤共同实 现。

附图说明

下面，参考附图尤其借助于实施例详细阐述本发明。在此，在各个 附图中，相同的附图标记分别指定相同的元件。然而，未示出合乎比例 的关系，相反，为了更好的理解，放大地和/或示意地示出各个元件。

附图示出：

图1示出器件的一个实施例，

图2示出具有间隔开的转换元件（远程荧光粉转换）的器件的另一 实施例，

图3示出具有靠近辐射源的转换元件（芯片级转换）的另一实施 例，

图4示出表示透明的本体的导热能力与填充料含量的相关性的曲 线图，

图5示出表示在根据本发明的器件中与传统的器件相比减少的色 坐标移位的曲线图，

图6至图8示出具有间隔开的转换元件（远程荧光粉转换）的器 件的其他实施例。

具体实施方式

图1示出根据本发明的至少一个实施形式的发射辐射的器件1的示 意的横截面视图。器件1具有带有凹部6的壳体5，在所述凹部中半导体 芯片、LED作为辐射源10设置在凹部6的底部上。在凹部6的底部上设 置有焊盘15，所述焊盘经由焊线16与半导体芯片10导通。半导体芯片10 以及焊盘15与能导电的端子17a、17b连接，所述端子能够从器件1的壳 体5中引出并且设置为用于电接触。能导电的端子17a、17b能够是导体 框架的一部分。凹部6的侧壁7能够具有例如是TiO₂的反射材料或金属覆 层。

凹部6用浇注料填满。浇注料由透明的本体20以及由包含有至少一 种转换材料30或由其制成的颗粒构成。浇注料能够包含有4重量%至12 重量%、尤其为5重量%至10重量%的转换材料30。浇注料也能够包含 有其他材料。因此，透明的本体20和转换材料30至少部分地设置在这里 作为虚线的箭头示出的光路11中。在此为了清楚起见，作为光路11给出 主辐射方向。辐射也能够以相对于主辐射方向的角度θ发射。在所述实施 形式中，浇注料能够在凹部6的上端上构成透镜40。

为了清楚起见，未示出在透明的本体20中的填充料。填充料能够构 成填充料路径，所述填充料路径将转换材料30至少部分地与辐射源10和/ 或与能导电的端子17a、17b和/或导体框架导热地连接。由此，在工作时 将转换热量从转换材料30引出。透明的本体20例如包含有环己基取代的 硅树脂作为具有1.47至1.49的、例如是1.48的折射率的基质材料，以及 包含有40重量%至50重量%的SiO₂颗粒作为填充料。在室温下，辐射通 过透明的本体散射，而在100℃下，透明的本体在600nm的波长下是具有 ≥95%、尤其≥98%的透射度透明的。在转换材料上的温度与具有由硅树脂 制成的浇注料的传统的器件相比降低15%至30%，因此提高了转换材料的 效率。

在图2中示出穿过根据本发明的另一实施形式的器件1的示意的横 截面视图。包含有至少一种转换材料30的转换元件31在凹部6的开口的 区域中延伸。在转换元件31中，转换材料30的含量例如能够为10重量% 至30重量%、尤其为15重量%至25重量%。转换元件31也能够包含有 透明的本体20。到辐射源10的间距在此是>200μm、尤其为≥750μm（远 程荧光粉转换）。在所述实施例中，转换元件31构成透镜40。转换元件31 通过能够由透明的本体20制成的浇注料与辐射源10间隔开。尤其是，转 换元件31和浇注料都能够包含有透明的本体或由所述透明的本体制成。

在工作时，转换热量经由透明的本体20或经由在透明的本体20中 的填充料路径从转换材料30引出，并且由此提高转换材料30的效率。

图3示出根据本发明的另一实施形式的器件1的示意的横截面视图。 具有转换材料30的转换元件31经由在此能够承担胶粘剂的功能的透明的 本体20与半导体芯片10材料配合地连接。转换元件31例如能够包含20 重量%至70重量%、尤其为30重量%至60重量%的转换材料30。到辐 射源10的间距≤200μm、尤其≤50μm（芯片级转换）。转换元件31能够包 含有透明的本体（未示出）。转换元件31具有小板的形状；在此也能够使 用用于转换元件31的其他形状。凹部6用能够由透明的本体20制成的浇 注料填满。在所述实施形式中，浇注料能够构成透镜40。

在图4中示出的是以W/mK为单位的导热能力（y轴线）与浇注料 的以重量%为单位的填充料含量（x轴线）的相关性，所述浇注料具有透 明的本体20，所述透明的本体由作为基质材料的聚（二甲基硅氧烷）以及 作为填充料的变化的百分比的球形SiO₂颗粒制成，并且与7重量%的、由 用铈掺杂的钇铝石榴石（YAG:Ce）制成的颗粒混合。在不具有填充料颗 粒的情况下，浇注料具有大约0.15W/mK的导热能力。在具有30重量% 的SiO₂颗粒的情况下，在浇注料中观察到大约0.23W/mK的导热能力，并 且在具有50重量%的SiO₂颗粒的情况下观察到大约0.35W/mK的导热能 力。

在图5中描述示出根据本发明的一个实施形式的器件100与传统的 器件200相比改进的色彩稳定性的曲线图。根据本发明的实施形式的器件 具有由透明的本体20制成的、构成为透镜40的浇注料，所述透明的本体 由聚（二甲基硅氧烷）和50重量%的球形SiO₂颗粒制成并且与7重量% 的、由YAG:Ce制成的颗粒混合。传统的器件的浇注料仅由聚（二甲基硅 氧烷）和7重量%的、由YAG:Ce制成的颗粒构成。C_x值绘制在y轴线上， 相对于主辐射方向（θ=0°）的角θ绘制在x轴线上。在室温下，直接在 器件开始工作后测量。在根据本发明的器件100中的色坐标移位明显小于 传统的器件200的色坐标移位。

在图6中示出穿过根据另一实施形式的具有“远程荧光粉转换”的 器件1的示意的横截面视图。一个或多个辐射源10（在此示出三个）设置 在包括引线框架的载体2上并且导电地连接。在此，由于清楚起见未示出 焊盘、焊线和其他电端子。作为辐射源10能够使用LED芯片，其例如在 光谱的蓝光范围中或在红光范围中发射。

在光路11中，紧跟着辐射源10的下游设置有转换元件31，所述转 换元件包含有转换材料（未单独示出）。在图6中示出的实施例中，转换元 件也包含有无机填充料，例如金属氟化物或SiO₂颗粒，以及如上述根据其 调节的基质材料、例如硅树脂。因此，在这个实施例中，转换元件也包含 有透明的本体20。转换材料例如能够在透明的本体中以精密分布的方式存 在，以至于填充料和转换材料至少部分地彼此导热地接触。转换元件31 在此构成为具有例如10μm至1000μm、尤其为50μm至500μm的平均层 厚度的层并且成形为拱起的空心体。在转换元件31和辐射源之间存在空腔 50。所述空腔50能够用空气或惰性气体、例如氮气或稀有气体来填充。在 此也可设想的是，空腔50至少部分地用浇注料来填充（在此未示出）。

在透明的本体20中，基质材料和填充料彼此调节，使得基质材料与 填充料相比具有高出0.01至0.05的折射率和更高的热光系数，以至于在器 件1的工作温度下，折射率的差≤0.015。因此，在室温下，透明的本体强 烈地散射入射光，以至于转换材料的本体色对于观察者而言从外部几乎不 能看到。因此，器件1的耦合输出辐射的区域在断开状态下具有有利于美 观的无光泽的、白色的或无色的印象。然而，在工作时折射率差降低，以 至于透明的本体20几乎不吸收辐射，因此得到器件1的高的效率。因此， 透明的本体20或转换元件31作用为温度相关的扩散器。

在透明的本体中的填充料含量为最多80重量%。优选地，在所述实 施例中使用5重量%至50重量%的、和通常为10重量%至40重量%的相 对低的填充料含量。在所述区域中，在室温下得到透明的本体的非常好的 散射效果。在此，填充料具有100nm和20μm的平均颗粒尺寸。在图6中 示出的实施例中，平均直径为≤1μm、尤其为200nm至800nm，这在室温 下或在断开状态下引起特别好的散射效果。

在转换元件31上能够生成由玻璃或透明塑料制成的包覆层（未示 出），所述包覆层将器件1或转换元件31向外进行保护。

例如，能够使用例如包含有InGaN的LED的在光谱的蓝光范围中 发射的辐射源10以及具有由在绿光范围和红光范围中发射的转换材料构 成的混合物的转换元件31（远程荧光粉转换），以便提供发射白光的构件1。

例如，也能够使用例如包含有InGaAlP的LED的在红光范围中发 射的辐射源10与例如包含有InGaN的LED的在蓝光范围中发射的辐射源 10的组合，以至于构件1包括不同地发射的不同的辐射源10。在此，同样 能够使用借助例如包含有在绿光和红光范围中发射的转换材料构成的混 合物的转换元件31的转换（远程荧光粉转换），以便提供发白光的构件1。

在图7中示出穿过根据另一实施形式的器件1示意的横截面视图。 所述器件1的元件能够相应于图6中的器件的元件。在图7中示出的器件 中，根据本申请的至少一个实施形式的透明的本体20设置在与辐射源间隔 开的转换元件31上。因此，在透明的本体20中的填充料中的至少一部分 与转换元件31的转换材料导热地接触。透明的本体20能够具有50μm至 500μm的平均层厚度。

必要时在透明的本体20和转换元件31之间也能够生成例如由玻璃、 硅树脂或塑料构成的其他透明的层，所述层同样建立导热的接触。转换元 件31能够可选地，如相对于图6说明的，同样包含有根据本申请的至少一 个实施形式的另一透明的本体。

示例地，在此在辐射源10上设置有第二转换元件32，所述转换元 件例如构造为转换小板，以至于转换靠近辐射源10进行（芯片级转换）。 第二转换元件32也能够存在用于多个辐射源10。一个或多个第二转换元 件也能够在本申请的其他实施形式中的形式类似地存在。例如，在器件1 中能够将例如包含有InGaN的LED的在光谱的蓝光范围中发射的辐射源 10，与包含有在红光范围中发射的转换材料的第二转换元件32（芯片级转 换）以及与在转换元件31中的由在绿光和红光范围中发射的转换材料构成 的混合物（远程荧光粉转换）进行组合，以便获得辐射出白光的器件1。

在图8中示出穿过根据另一实施形式的器件1的示意的横截面视图。 在此，辐射源10设置在能够与载体2连接的壳体5中。壳体5的内壁能够 构造为反射的，在所述壳体中所述内壁例如用如TiO₂的反射的涂料或用金 属覆层。在光路11中设置有转换元件31和紧接着的透明的本体20。所述 两个元件在此示作为平坦的层，然而所述层也能够是拱起的。空腔50也能 够构成为壳体壁之间的凹部。壳体壁也能够是倾斜的（在此未示出）。在 这里示出的构件1中，例如能够类似于附图地使用关于前面的附图提到的 辐射源10和转换元件31。

本发明不由于借助于实施例的说明而受限制。相反，本发明包括每 个新的特征以及特征的每个组合，这尤其包括在权利要求中的特征的每个 组合，即使所述特征或该组合本身并未在权利要求中或实施例中明确地说 明。