(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
オプトエレクトロニクス部品（１）であって、
−  接続キャリア（２）と、
−  前記接続キャリア（２）に組み込まれ、第１および第２の領域を持つ傾斜側面を有し、単一要素として組み込まれ、前記第１の領域は前記第２の領域とは前記接続キャリア（２）の主面とのなす角度が異なり、前記第１の領域と前記第２の領域は直接隣接している、反射器（２３）と、
−  殻体として形成され、前記反射器（２３）の前記第１の領域に固定され、半導体チップ（３）を前記接続キャリア（２）と一緒になって囲むように前記半導体チップ（３）を包囲しており、セラミックまたはガラスセラミックのいずれかから成る、変換要素（４）と、
−  前記反射器（２３）の前記傾斜側面の前記第２の領域に直接接触して、前記変換要素（４）を覆うように配置されている、光取出しレンズ（８）と、
を備えるオプトエレクトロニクス部品（１）。
【請求項２】
前記半導体チップ（３）と前記変換要素（４）との間に少なくとも１つの中間領域（６）が配置されており、前記少なくとも１つの中間領域が気体によって満たされている、
請求項１に記載のオプトエレクトロニクス部品。
【請求項３】
前記半導体チップ（３）が成形体（７）に埋め込まれている、
請求項１または請求項２のいずれかに記載のオプトエレクトロニクス部品。
【請求項４】
前記中間領域（６）が前記成形体（７）と前記変換要素（４）との間に延在しており、前記中間領域（６）が前記成形体（７）に直接隣接している、
請求項１から請求項３のいずれかに記載のオプトエレクトロニクス部品。
【請求項５】
前記変換要素の外面（４ａ）に前記光取り出しレンズ（８）が隣接しており、前記外面が前記半導体チップ（３）の反対側である、
請求項１から請求項４のいずれかに記載のオプトエレクトロニクス部品。
【請求項６】
前記光取り出しレンズ（８）が、
−  前記半導体チップに面しており、半径Ｒconversionを有する半球内面によって囲まれている内面（８ｂ）と、
−  前記半導体チップの反対側であり、半径Ｒｏｕｔｅｒを有する半球外面を囲んでいる外面（８ａ）と、
−  前記半径Ｒconversionおよび前記半径Ｒouterが、条件、Ｒouter≧Ｒconversion×ｎlens／ｎair、を満たしており、ｎlensが前記光取り出しレンズ（８）の屈折率であり、ｎairが前記光取り出しレンズの周囲物質の屈折率である、
請求項１から請求項５のいずれかに記載のオプトエレクトロニクス部品。
【請求項７】
−  前記成形体（７）が、半径Ｒinnerを有する半球面によって囲まれており、
−  前記半導体チップ（３）が、有効面積Ａを有する放射出口面（３ａ）を有し、
−  前記有効面積Ａおよび前記半径Ｒinnerが、条件、Ａ≦１／２＊π＊Ｒinner２、を満たしている、
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のオプトエレクトロニクス部品。
【請求項８】
前記有効面積Ａおよび前記半径Ｒinnerが、条件、Ａ≦１／２０＊π＊Ｒinner２、を満たしている、
請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のオプトエレクトロニクス部品。
【請求項９】
−  少なくとも１種類の変換物質（９）が前記変換要素に塗布されており、前記少なくとも１種類の変換物質が、動作時に前記半導体チップ（３）によって発生する電磁放射、もしくは、前記変換要素（４）によって再放出される電磁放射、またはその両方、の少なくとも一部分を吸収する、
請求項１から請求項８のいずれかに記載のオプトエレクトロニクス部品。
【請求項１０】
前記変換物質（９）が、前記変換要素（４）の内面（４ｂ）に塗布されており、前記内面が前記半導体チップに面している、
請求項１から請求項９のいずれかに記載のオプトエレクトロニクス部品。
【請求項１１】
−  動作時に、前記半導体チップ（３）が紫外スペクトル範囲の電磁放射を放出し、
−  前記変換物質（９）が、前記半導体チップによって発生する前記電磁放射の少なくとも一部分を、青色スペクトル範囲の電磁放射に変換し、
−  前記変換要素（４）が、前記変換物質（９）によって再放出される前記青色スペクトル範囲の前記電磁放射の一部分を、黄色スペクトル範囲の電磁放射に変換し、
−  前記部品によって、白色の混合光が放出される、
請求項１から請求項１０のいずれかに記載のオプトエレクトロニクス部品。
【請求項１２】
前記変換要素（４）と前記接続キャリア（２）との間に接着剤（５）が配置されており、前記接着剤が前記変換要素（４）および前記接続キャリア（２）に直接隣接している、
請求項１から請求項１１のいずれかに記載のオプトエレクトロニクス部品。
【請求項１３】
−  前記成形体（７）が、半径Ｒｉｎｎｅｒを有する半球面によって囲まれており、
−  前記半導体チップ（３）が、有効面積Ａを有する放射出口面（３ａ）を有し、
−  前記有効面積Ａおよび前記半径Ｒｉｎｎｅｒが、条件、Ａ≦１／２＊π＊Ｒｉｎｎｅｒ２、を満たしており、
−  前記有効面積Ａおよび前記半径Ｒｉｎｎｅｒが、条件、Ａ≦１／２０＊π＊Ｒｉｎｎｅｒ２、を満たしており、
−  前記成形体（７）に面している前記接続キャリア（２）の面に、反射層（２２）が配置されており、前記反射層が、少なくとも部分的に前記成形体（７）に直接隣接しており、前記半導体チップ（３）によって発生する電磁放射と、前記変換要素（４）によって発生する電磁放射の両方に対して、少なくとも８０％の反射率を有する、
請求項１から請求項１２のいずれかに記載のオプトエレクトロニクス部品。
【請求項１４】
前記変換要素（４）もしくは前記変換物質（９）またはその両方が、オルトケイ酸塩、チオガレート、硫化物、窒化物、フッ化物のいずれかをベースとするルミネセンス変換物質を含んでいる、またはそのようなルミネセンス変換物質から成る、
請求項１から請求項１３のいずれかに記載のオプトエレクトロニクス部品。
【請求項１５】
前記変換要素（４）もしくは前記変換物質（９）またはその両方が、Ｅｕ３＋、Ｍｎ２＋、Ｍｎ４＋のうちの少なくとも１種類のドーパントによって活性化されるルミネセンス変換物質を含んでいる、またはそのようなルミネセンス変換物質から成る、
請求項１から請求項１４のいずれかに記載のオプトエレクトロニクス部品。
【請求項１６】
前記変換要素（４）は、機械的に自立した殻体である、
請求項１から請求項１５のいずれかに記載のオプトエレクトロニクス部品。
【請求項１７】
前記傾斜側面の前記第１の領域は、前記半導体チップ（３）が実装された空隙を囲んでいる、
請求項１から請求項１６のいずれかに記載のオプトエレクトロニクス部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
オプトエレクトロニクス部品を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００２】
【特許文献１】国際公開第２００７／１４８２５３号
【特許文献２】米国特許出願公開第２００７／０２８１８５１号明細書
【特許文献３】独国特許第１０２００７０４９７９９．９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の１つの目的は、動作時に発生する熱が特に効率的に放散されるオプトエレクトロニクス部品を開示することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本オプトエレクトロニクス部品の少なくとも一実施形態によると、オプトエレクトロニクス部品は、放射を放出する半導体チップが上に配置されている接続キャリアを備えている。
【０００５】
接続キャリアは回路基板であり、例えば、放射放出半導体チップとの電気接続を形成する役割を果たす導体トラックおよび接続領域が上または中に配置されている。この接続キャリアは、実質的に平面として板状に具体化されている。すなわち、この場合、接続キャリアは、放射放出半導体チップが中に配置される空洞を有さない。
【０００６】
さらには、放射放出半導体チップを受け入れるための少なくとも１つの空洞を接続キャリアが有することも可能である。この場合、接続キャリアは、動作時に放射放出半導体チップによって発生する電磁放射を反射する反射器を備えていることができる。この場合、接続キャリアは、例えば、電気絶縁材料（例えば、プラスチックまたはセラミック材料）を成形することによって封止されたキャリア片（carrier strip）（リードフレームとも称する）から形成することができる。
【０００７】
放射放出半導体チップは、ルミネセンスダイオードチップ、すなわち、発光ダイオードチップまたはレーザダイオードチップであることが好ましい。放射放出半導体チップは、紫外スペクトル範囲、赤外スペクトル範囲、または可視スペクトル範囲の電磁放射を発生させるのに適している。
【０００８】
少なくとも一実施形態によると、本オプトエレクトロニクス部品は、変換要素を備えている。この変換要素は、ルミネセンス物質を含んでいる、またはルミネセンス変換物質から形成されている、オプトエレクトロニクス部品の構成要素である。
【０００９】
例えば、動作時に放射放出半導体チップによって発生する電磁放射が変換要素に入射するとき、変換要素におけるルミネセンス変換物質によって電磁放射を完全に、または一部分を吸収することができる。ルミネセンス変換物質は、動作時に放射放出半導体チップによって放出される電磁放射とは異なる、好ましくはより高い波長を有する電磁放射を放出する。一例として、放射放出半導体チップによって発生する青色スペクトル範囲の電磁放射の一部が、変換要素を通過するとき、黄色スペクトル範囲の電磁放射に変換される。
【００１０】
本オプトエレクトロニクス部品の少なくとも一実施形態によると、変換要素は、半導体チップが変換要素および接続キャリアによって囲まれるように、半導体チップを包囲している。すなわち、変換要素は、例えば半球状に半導体チップの上方に延在している。言い換えれば、半導体チップは接続キャリアと変換要素との間に配置されている。変換要素は、例えば、半導体チップの上方に空洞を形成している。半導体チップは、その取付け面によって例えば接続キャリアの上に固定されている。半導体チップは、取付け面とは反対側の放射出口面、およびその側面において、半導体チップ全体にわたる変換要素によって囲まれている。この場合、変換要素は半導体チップに直接隣接しておらず、半導体チップと変換要素との間にさらなる材料が配置されている。
【００１１】
本オプトエレクトロニクス部品の少なくとも一実施形態によると、変換要素は、セラミックまたはガラスセラミックのいずれかから成る。すなわち、変換要素は、マトリックス材料としてシリコーンまたはエポキシ樹脂に導入されるルミネセンス変換物質によって形成されているのではなく、変換要素は、セラミック材料またはガラスセラミック材料によって形成されている。
【００１２】
変換要素は、機械的に自立性である（mechanically self-supporting）ように具体化されていることが好ましい。変換要素は、例えば、半導体チップ全面にわたる自立性の半球または殻体として具体化することができる。このような変換要素を形成するのに適しているセラミックは、特許文献１に詳しく説明されており、この文書の開示内容は参照によって本出願に組み込まれている。適切なガラスセラミック材料は、例えば特許文献２に記載されており、この文書の開示内容は参照によって本出願に組み込まれている。この場合、ガラスセラミック材料は、ガラスに（例えば粒子の形で）セラミック材料が導入されたマトリックス材料ではないことが好ましい。そうではなく、共焼結された結晶および融液の組合せ（a combination of sintered-together crystallites and a melt）を使用する。特に、用語「ガラスセラミック」は、制御された結晶化によってガラス融液から製造される材料を意味する。溶融の工程は、ガラスの場合の工程と同じように進行するが、特殊な熱処理によって、最終的にガラスの一部が結晶状態、一部がガラス質のセラミック状態に変換される。その結果は、新しい特性を有するガラスに似た製品である。
【００１３】
本オプトエレクトロニクス部品の少なくとも一実施形態によると、変換要素は接続キャリアに固定されている。すなわち、変換要素は、接続キャリアとの機械的な固定結合部を有する。変換要素は、一例として、薄い接着剤層によって接続キャリアに結合することができる。さらには、変換要素を接続キャリアに例えば接合する、または圧入によって接続キャリアに結合することが可能である。
【００１４】
本オプトエレクトロニクス部品の少なくとも一実施形態によると、オプトエレクトロニクス部品は、放射放出半導体チップが上に配置されている接続キャリアを備えており、接続キャリアに変換要素が固定されており、変換要素は、半導体チップが変換要素および接続キャリアによって囲まれているように、半導体チップの全面にわたっており、変換要素は、セラミックまたはガラスセラミックのいずれかから成る。
【００１５】
この場合、本出願に記載したオプトエレクトロニクス部品は、特に、以下の考察に基づいている。すなわち、変換要素のガラスセラミック材料または発光セラミックは、その特徴として、熱伝導率が例えばシリコーンの熱伝導率よりも大幅に高い。ガラスセラミック材料または発光セラミックは、１．０Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を有することが好ましい。
【００１６】
したがって、これらの材料のいずれかから形成されている変換要素は、その特徴として、熱伝導率が特に高い。変換要素が接続キャリアに固定されているため、変換要素は、接続キャリアと、接続キャリアを貼り付けることのできる例えばヒートシンクとに、熱伝導的に結合されている。このようにすることで、変換要素を通過する放射の変換時に発生する熱を、特に良好に放散させることができる。
【００１７】
変換要素は、一例として、ＹＡＧ：Ｃｅセラミックから成る。このような変換要素は、約１４Ｗ／ｍＫの熱伝導率を特徴とする。
【００１８】
さらには、上記の材料から成る変換要素は、自身が包囲している半導体チップに、外部からの機械的な影響に対する機械的に安定な保護を提供している。したがって、本出願に記載した本部品は、改善された熱収支のみならず、改善された機械的安定性も特徴としている。
【００１９】
本オプトエレクトロニクス部品の少なくとも一実施形態によると、半導体チップと変換要素との間に少なくとも１つの中間領域が配置されており、この少なくとも１つの中間領域は気体によって満たされている。すなわち、半導体チップと変換要素との間の空間を、少なくとも部分的に気体によって満たすことができる。この気体は、一例として、空気とすることができる。半導体チップと変換要素との間の、気体で満たされた中間領域によって、変換要素から、半導体チップが上に貼り付けられている接続キャリアへの熱の放散を、さらに改善することができる。
【００２０】
少なくとも一実施形態によると、半導体チップは、成形体（shaped body）の中に埋め込まれている。すなわち、半導体チップは、自由外面の少なくとも一部において成形体によって嵌合固定状態に（in a form locking manner）包囲されており、この部分において半導体チップに直接接触していることができる。
【００２１】
この場合、成形体は、例えばポッティングとして具体化することができる。成形体は、動作時に放射放出半導体チップによって発生する電磁放射に対して、できる限り完全に透過性である。すなわち、成形体は、放射放出半導体チップの放射をほとんど、またはまったく吸収しない材料から成る。
【００２２】
成形体は、一例として、シリコーン、エポキシド、またはシリコーンおよびエポキシドのハイブリッド材料から形成されている。成形体は、半導体チップをその自由外面において嵌合固定状態に囲んでおり、例えば球状に湾曲した外面を有することができる。
【００２３】
成形体は、特に、放射を吸収する材料（例えばルミネセンス変換材料）を含んでいないことが好ましい。すなわち、成形体は、極めて小さい不純物を除いてルミネセンス変換物質を備えていない。
【００２４】
本オプトエレクトロニクス部品の少なくとも一実施形態によると、成形体と変換要素との間に、気体によって満たされた中間領域が延在している。この中間領域は、一例として、空気によって満たされている。
【００２５】
中間領域は、成形体に直接隣接していることが好ましい。すなわち、成形体は、半導体チップとは反対側の外面を有し、成形体はこの外面において中間領域に隣接している。この場合、中間領域は、接続キャリアまで延在していることができる。
【００２６】
この場合、中間領域は、半球状に具体化することができる。中間領域は、成形体に面している内面において、成形体の外面の形に従う。中間領域は、変換要素に面している外面において、変換要素の内面の輪郭に従うことができる。
【００２７】
この場合、中間領域は、特に以下の考察に基づいている。すなわち、オプトエレクトロニクス部品の動作時、放射放出半導体チップが発熱する結果として、半導体チップが埋め込まれている成形体も加熱される。特に成形体がシリコーンを含んでいる場合、この加熱によって成形体が熱膨張しうる。したがって、中間領域の寸法は、この熱膨張にもかかわらず成形体が変換要素に接触しないような値である。すなわち、好ましくは、本オプトエレクトロニクス部品の動作時を含めて、変換要素および成形体が中間領域によって互いに常に隔てられており、したがって成形体と変換要素は互いに直接接触することがない。特に、温度が上昇した場合にシリコーンの膨張によって変換要素に対して成形体による圧力が生じて、変換要素が剥離する状況が、これによって防止される。
【００２８】
本オプトエレクトロニクス部品の少なくとも一実施形態によると、オプトエレクトロニクス部品は、半導体チップとは反対側の変換要素の外面に隣接している光取り出しレンズ（coupling-out lens）を備えている。取り出し面は、変換要素の外面に直接接触していることができる。この場合、光取り出しレンズは、オプトエレクトロニクス部品の、個別に作製される要素とすることができ、例えば、フライス削り、旋削、または射出成形の後、取付けステップにおいて変換要素の上に固定する。
【００２９】
しかしながら、オプトエレクトロニクス部品のさらなる構成要素の上に光取り出しレンズを作製し、変換要素の上に例えばポッティングとして直接貼り付けることも、さらに可能である。
【００３０】
光取り出しレンズは、オプトエレクトロニクス部品もしくは変換要素またはその両方によって放出される電磁放射に対して、少なくとも実質的に透過性である。特に、光取り出しレンズは、ルミネセンス変換物質を含んでいないことが好ましい。すなわち、光取り出しレンズは、極めて小さい不純物を除いてルミネセンス変換物質を備えていない。
【００３１】
本オプトエレクトロニクス部品の少なくとも一実施形態によると、光取り出しレンズは内面を有し、この内面は、半導体チップに面しており、半径Ｒconversionを有する半球内面によって囲まれている。さらには、光取り出しレンズは外面を有し、この外面は、半導体チップとは反対側であり、半径Ｒouterを有する半球外面を囲んでいる。この場合、これら２つの半径は、条件、Ｒouter≧Ｒconversion×ｎlens／ｎair、を満たす。ここで、ｎlensは光取り出しレンズの屈折率であり、ｎairは、光取り出しレンズの周囲物質（一般には空気）の屈折率である。
【００３２】
半球内面および半球外面は、純粋に仮想的な面とすることができ、部品における実質的な形状として具体化する、または存在している必要はない。特に、上記の半径を有する半球内面および半球外面によって形成される半球殻体の全体が完全に光取り出しレンズの中に位置しているならば、光取り出しレンズは上述した条件（「ワイヤシュトラス」の条件としても知られている）を満たす。
【００３３】
特に、内側半径がＲconversionによって与えられ、外側半径がＲouterによって与えられる球殻体として、光取り出しレンズを具体化することも可能である。この場合、光取り出しレンズの形状は、製造において要求される範囲で、数学的に正確な球形から内面および外面がわずかに逸脱していてもよい。
【００３４】
言い換えれば、光取り出しレンズが上述した条件を満たすならば、光取り出しレンズは、その外面が（半導体チップのあらゆる点から見たとき）光取り出しレンズの外側において全反射が起こらないような小さい角度に位置している形状であり、かつそのように半導体チップから隔置されている。したがって、この条件に従う光取り出しレンズは、その外面における全反射による放射損失は極めてわずかである。したがって、オプトエレクトロニクス部品の取り出し効率が高まり、これは有利である。
【００３５】
本オプトエレクトロニクス部品の少なくとも一実施形態によると、オプトエレクトロニクス部品が埋め込まれている成形体は、半径Ｒinnerを有する半球面によって囲まれている。この場合、半導体チップは、有効面積Ａを有する放射出口面を有する。
【００３６】
この場合、有効面積Ａおよび半径Ｒinnerは、条件、Ａ≦１／２×π×Ｒinner２、を満たす。この場合、有効面積Ａは、Ａ≧１／２０×π×Ｒinner２であることが好ましい。この場合、１つの成形体がオプトエレクトロニクス部品の放射放出半導体チップを包囲しているものと想定する。放射放出半導体チップの放射出口面の有効面積がこのように小さいことによって、例えば、変換要素によって反射して戻される、または放出される電磁放射が半導体チップに入射する（これにより例えば吸収によって失われうる）確率が小さくなる。
【００３７】
一例として、この場合、成形体に面している接続キャリアの側に反射層が配置されており、この反射層は、少なくとも部分的に成形体に直接隣接しており、半導体チップによって発生する電磁放射と、変換要素によって発生する電磁放射の両方に対して、少なくとも８０％、好ましくは少なくとも９０％の反射率を有する。特に好ましくは、反射層は少なくとも９８％の反射率を有する。この場合、反射層は、半径Ｒinnerを有する半球の中に位置していることが好ましい。このようにすることで、放射は、放射放出半導体チップの放射出口面ではなく、高い確率で反射層に入射する。
【００３８】
本オプトエレクトロニクス部品の少なくとも一実施形態によると、変換要素に少なくとも１種類の変換物質が塗布されており、この少なくとも１種類の変換物質は、動作時に半導体チップによって発生する電磁放射、もしくは、変換要素によって再放出される電磁放射、またはその両方、の少なくとも一部分を吸収する。変換要素に塗布されている変換物質は、変換要素を形成している変換物質とは異なる変換物質であることが好ましい。すなわち、変換要素と、塗布されている変換物質は、互いに異なる波長を有する、または異なる波長範囲にある電磁放射を吸収する、もしくは再放出する、またはその両方を行う。
【００３９】
変換物質は、一例として、変換要素の内面に塗布することができ、この内面は半導体チップに面している。すなわち、動作時に半導体チップによって放出される電磁放射は、変換要素の内面に配置されている変換物質に最初に入射する。この変換物質は、この放射を、部分的または完全に、異なる波長を有する電磁放射に変換する。変換された電磁放射は変換要素の中に入り、変換されることなく変換要素を通過する、または、部分的または完全にさらに変換される。
【００４０】
半導体チップは、一例として、動作時に紫外スペクトル範囲の電磁放射を発生させる。この場合、この紫外放射を、少なくとも部分的に、好ましくはできる限り完全に、異なる（例えば青色の）スペクトル範囲の電磁放射に変換する変換物質を設けることができる。変換要素は、変換された青色の電磁放射を、例えば黄色のスペクトル範囲の電磁放射に変換するように設計されている。このようにすることで、紫外範囲の電磁放射を発生させる半導体チップによって、白色の混合光を放出する部品を実現することが可能である。
【００４１】
この場合、変換要素に追加の変換物質を塗布することは、部品の熱特性に関しても特に有利であることが判明している。この理由は、変換物質において発生する熱が変換要素に放出され、変換要素の高い熱伝導率によって、この熱が接続キャリアに放散されるためである。半導体チップおよびそれを囲む成形体と、変換物質との間に、気体（例えば空気）によって満たされた空隙が配置されていることが好ましい。
【００４２】
本オプトエレクトロニクス部品の少なくとも一実施形態によると、変換要素と接続キャリアとの間に接着剤が配置されており、この接着剤は、変換要素と接続キャリアとに直接隣接している。この場合、接着剤は、最大で１０μｍ、好ましくは最大で６μｍの厚さを有する薄い層として塗布されていることが好ましい。このような薄い接着剤層により、変換要素によって発生する熱を特に効率的に接続キャリアに放出させることができる。
【００４３】
本オプトエレクトロニクス部品の少なくとも一実施形態によると、変換要素もしくは変換物質またはその両方は、オルトケイ酸塩、チオガレート、硫化物、窒化物、フッ化物のいずれかをベースとするルミネセンス変換物質を含んでいる、またはそのようなルミネセンス変換物質から成る。
【００４４】
本出願に記載したオプトエレクトロニクス部品の少なくとも一実施形態によると、変換要素もしくは変換物質またはその両方は、Ｅｕ３＋、Ｍｎ２＋、Ｍｎ４＋のうちの少なくとも１種類のドーパントによって活性化されるルミネセンス変換物質によって形成されている。
【００４５】
この場合、本出願に記載したオプトエレクトロニクス部品は、特に以下の考察に基づいている。すなわち、本出願に記載したオプトエレクトロニクス部品においては変換要素もしくは変換物質またはその両方と半導体チップとの間の距離が比較的大きい結果として、動作時に半導体チップによって発生する電磁放射が、比較的大きい面積および比較的大きい体積を通じて分散する。結果として、残光時間の長い蛍光体を使用することが可能である。この場合、残光時間の長い蛍光体とは、残光時間が１μｓより長い蛍光体であるものと理解されたい。このような蛍光体としては、例えばＥｕ３＋、Ｍｎ２＋、Ｍｎ４＋によって活性化されるルミネセンス変換材料が挙げられる。変換要素もしくは変換物質またはその両方と半導体チップとの間の距離が比較的大きい結果として、このような残光時間の長い蛍光体の場合でも飽和効果（saturation effect）がほとんど起こらない。残光時間の短い蛍光体（例えばＹＡＧ：Ｃｅ）では、本オプトエレクトロニクス部品の場合においては飽和効果がいっそう完全に回避される。
【００４６】
さらには、大きな面積および大きな体積に電磁放射が分散するため、（例えば紫外放射の結果として）放射によって損傷・劣化しやすいルミネセンス変換材料を使用することが可能である。一例として、窒化物（例えばＳｒ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ）のみならず、硫化物、酸窒化物、フッ化物が挙げられる。本出願に記載したオプトエレクトロニクス部品では、これらのルミネセンス変換材料をはじめて実際に使用することができ、これは有利である。
【００４７】
本オプトエレクトロニクス部品の少なくとも一実施形態による変換要素がセラミックまたはガラスセラミックから成ることにより、ルミネセンス変換物質の焼結に起因して蛍光体の有効表面積が極めて小さくなっている。結果として、水分、ＣＯ２、酸素、またはその他の大気中の気体との緩慢な化学反応が大幅に阻止され、なぜなら、有効な反応面積が減少しているためである。このことは、特に、硫化物、オルトケイ酸塩、窒化物などのルミネセンス変換物質に関連する。セラミックまたはガラスセラミックから成る変換要素を使用することによって、変換要素、したがってオプトエレクトロニクス部品全体の寿命も延びる。
【００４８】
本発明では、狭帯域ｆ−ｆライン発光体（narrowband f-f line emitters）（例：Ｅｕ３＋、Ｍｎ４＋）など残光時間の長いルミネセンス変換材料を、紫外放射を放出する半導体チップと組み合わせてはじめて使用できるようになったことにより、オプトエレクトロニクス部品の高い演色性および効率を達成することが可能である。この場合、飽和効果の早期発生の欠点も生じない。
【００４９】
さらには、本出願に記載した部品においては、付活剤の濃度が、従来のルミネセンス変換物質において一般的な濃度の１／１００以下であるルミネセンス変換物質を使用することが可能である。すなわち、本出願に記載した部品では、熱挙動が好ましくない、大気中の気体と反応する、残光時間が長いことに起因して通常では使用できないルミネセンス変換物質を使用することも可能になる。このようなルミネセンス変換物質としては、例えば、青〜緑から赤〜橙を放出するオルトケイ酸塩、チオガレート、硫化物、窒化物、フッ化物、狭帯域ｆ−ｆライン発光体が挙げられる。
【００５０】
以下では、本出願に記載したオプトエレクトロニクス部品について、例示的な実施形態および関連する図面に基づいてさらに詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本出願に記載したオプトエレクトロニクス部品のさまざまな例示的な実施形態を、概略的な断面図として示している。
【図２】本出願に記載したオプトエレクトロニクス部品のさまざまな例示的な実施形態を、概略的な断面図として示している。
【図３】本出願に記載したオプトエレクトロニクス部品のさまざまな例示的な実施形態を、概略的な断面図として示している。
【図４】本出願に記載したオプトエレクトロニクス部品のさまざまな例示的な実施形態を、概略的な断面図として示している。
【発明を実施するための形態】
【００５２】
図面において、同じ要素、タイプが同じである要素、機能が同じである要素には、同じ参照記号を付してある。図面と、図面に示した要素間の大きさの関係は、正しい縮尺ではないものとみなされたい。むしろ、深く理解できるようにする目的で、あるいは便宜上、個々の要素を誇張した大きさで描いてある。
【００５３】
図１は、本出願に記載したオプトエレクトロニクス部品１の第１の例示的な実施形態を、概略的な断面図として示している。このオプトエレクトロニクス部品は、接続キャリア２を備えている。この場合、接続キャリア２は回路基板である。接続キャリア２は基体２１を備えており、この基体２１は、電気絶縁材料（例えばセラミック材料やプラスチック材料）から形成することができる。さらには、基体２１をメタルコア回路基板とすることも可能である。
【００５４】
接続キャリアの上面には反射層２２が塗布されている。反射層２２は、接続キャリア２の反射性の塗膜を形成している。一例として、反射層２２は、反射性の金属（例えば、金、銀、またはアルミニウム）から形成されている。さらには、反射層２２をブラッグミラーとすることも可能である。
【００５５】
この場合、接続キャリア２には１つの放射放出半導体チップ３が貼り付けられている。放射放出半導体チップ３は、発光ダイオードチップである。放射放出半導体チップ３は、接続キャリア２に固定され、かつ電気的に接続されている。
【００５６】
放射放出半導体チップ３は、成形体７によって包囲されている。この場合、成形体７はシリコーンから成る。成形体７は、例えば半球状に具体化されている。放射放出半導体チップ３は、接続キャリア２に面していない自身の外面において成形体７によって嵌合固定状態に包囲されている。成形体７は、ルミネセンス変換物質を含んでいない。
【００５７】
成形体７は、半径Ｒinnerを有する半球面の中に配置されている。この場合、半径Ｒinnerは、放射放出半導体チップの放射出口面３ａの有効面積が、１／２０×π×Ｒinner２〜１／２×π×Ｒinner２の範囲内であるように選択される。このようにすることで、例えば、変換要素４によって反射して戻される、または放出される電磁放射が、相対的に反射率の低い放射放出半導体チップ３の放射出口面３ａではなく、反射性の塗膜２２に入射して、そこからオプトエレクトロニクス部品１の周囲の方向に再び放出され得る確率が、減少する。
【００５８】
成形体７と変換要素４との間には空隙６が配置されている。空隙６は空気によって満たされている。図１の例示的な実施形態においては、空隙６は、成形体７および変換要素４に直接隣接している。空隙６は、特に、放射放出半導体チップ３の動作時の発熱に起因して成形体７が膨張する場合のための緩衝体の役割を果たす。空隙６によって、オプトエレクトロニクス部品１において成形体７が変換要素４を圧迫することがない（圧迫すると、例えば、変換要素４が接続キャリア２から剥離することがあり、したがって、変換要素４から接続キャリア２への熱伝導性がさらに悪化しうる）。
【００５９】
変換要素４は、放射放出半導体チップ３を半球状に包囲している。変換要素４は、半球状の殻体として具体化されている。変換要素４は、外面４ａと、半導体チップ３に面している内面４ｂとを備えている。変換要素４は、セラミック（例えばＹＡＧ：Ｃｅ）または焼結ガラスセラミックから成り、後者の場合、セラミックルミネセンス変換物質（ceramic luminescence conversion substance）がガラスに導入されている。この場合、変換要素４は、自立性であるように具体化されている、すなわち、変換要素４は機械的に耐荷重構造（mechanically load-bearing structure）であり、半球状の形を維持するためのさらなる支持要素を必要としない。変換要素４は接続キャリア２に固定されている。この実施形態の場合、変換要素４は、接着剤５から成る接着剤層によって接続キャリア２に固定されており、接着剤層は接続キャリアおよび変換要素に直接隣接している。
【００６０】
接着剤５は、エポキシ樹脂もしくはシリコーンまたはその両方によって形成されている接着剤であることが好ましい。この場合、接着剤５は、これらの材料の一方から成る、またはこれらの材料の一方を含んでいることができる。
【００６１】
一例として、これらの材料の一方が接着剤５のマトリックス材料を形成しており、金属粒子（例えば、銀、金、またはニッケルから成る粒子）を含んでいることもできる。このタイプの接着剤５は、高い熱伝導率を特徴とする。
【００６２】
変換要素４は、接着剤５から成る薄い接着剤層によって接続キャリア２に固定されていることが好ましい。この場合、接着剤層は、（製造公差の範囲内で）一様な厚さを有する。接着剤５から成る接着剤層の厚さは、好ましくは１μｍ〜１０μｍの範囲、特に好ましくは４μｍ〜６μｍの範囲、例えば５μｍである。
【００６３】
接着剤５から成るこのような薄い接着剤層により、変換要素４から接続キャリア２への熱の放散が改善される。
【００６４】
放射放出半導体チップの動作時、電磁放射は変換要素４の方向に放出される。変換要素４は、この放射の少なくとも一部分を、異なる波長を有する電磁放射、または異なる波長範囲の電磁放射に変換するルミネセンス変換物質を含んでいる、またはこのようなルミネセンス変換物質から成る。このプロセスにおいては熱が発生し、熱は変換要素４から接続キャリア２に放出される。この場合、変換要素４は、特に、少なくとも１．０Ｗ／ｍＫの高い熱伝導率を特徴とする。
【００６５】
変換要素４には、放射放出半導体チップから外側方向に見たとき外側の光取り出しレンズ８が隣接している。光取り出しレンズ８は、ガラス材料またはプラスチック材料（例えば、シリコーン、エポキシド、またはエポキシドおよびシリコーンのハイブリッド材料）から形成することができる。光取り出しレンズ８は、少なくとも可視スペクトル範囲の放射に対して透過性であり、特に、ルミネセンス変換物質を含んでいない。
【００６６】
光取り出しレンズ８は、半径Ｒconversionを有する半球内面８ｂを有する。さらには、光取り出しレンズ８は、半径Ｒouterを有する半球面によって形成されている外面８ａを有する。この場合、これらの半径のいずれも、光軸線１０と接続キャリア２の取付け面との交点によって形成される点Ｍを起点とする。この場合、光軸線１０は、放射放出半導体チップ３の放射出口面３ａを通り、かつ放射放出半導体チップ３のエピタキシャル成長層に（製造公差の範囲内で）垂直である中心軸線であることが好ましい。この場合、光取り出しレンズ８の内面８ｂおよび外面８ａの半径は、条件、Ｒouteｒ≧Ｒconversion＊ｎlens／ｎair、を満たし、ここで、ｎlensは光取り出しレンズの屈折率であり、ｎairは、光取り出しレンズの周囲物質の屈折率である。
【００６７】
この条件が満たされるならば、動作時に放射放出半導体チップによって発生する電磁放射と、変換要素によって再放出される放射と、反射層２２によって反射される放射とについて、光取り出しレンズ８の外面８ａにおける全反射の条件は満たされない。
【００６８】
この光学的なコンセプトは、（異なるタイプのオプトエレクトロニクス部品に関連して）特許文献３にも説明されており、この文書の開示内容は参照によって本出願に組み込まれている。
【００６９】
本出願に記載したオプトエレクトロニクス部品の第２の例示的な実施形態について、図２を参照しながら詳しく説明する。この例示的な実施形態では、図１の例示的な実施形態とは異なり、接続キャリア２に反射器２３が追加されている。このオプトエレクトロニクス部品は、一例として、放射放出半導体チップの周囲の円周状反射壁として具体化されている１つの反射器２３を備えている。この反射器は、変換された電磁放射および変換されていない電磁放射の両方に対して反射性であるように具体化されており、本部品は、接続キャリア２から離れる方向への指向性放射が可能である。
【００７０】
本出願に記載したオプトエレクトロニクス部品のさらなる例示的な実施形態について、図３を参照しながら詳しく説明する。この実施形態の場合、図２に関連して説明した例示的な実施形態とは異なり、反射器２３が接続キャリア２の基体２１に組み込まれている。この場合、特に、反射層２２および反射器２３を一体に具体化することができる。光取り出しレンズ８、変換要素４、および成形体７のそれぞれが、反射器２３に隣接している。このような構造によって、特に、指向性かつ一様な放出特性となる。
【００７１】
反射器２３は、例えば金属によって形成されている。反射器２３は、一例として、銀もしくはアルミニウムまたはその両方を含んでいる、あるいは、銀もしくはアルミニウムまたはその両方から成る。さらには、放射を反射する粒子または放射を散乱させる粒子が充填されたプラスチックによって、反射器２３を形成することも可能である。これらの粒子は、一例として、酸化チタンから成る。
【００７２】
本出願に記載したオプトエレクトロニクス部品の第４の例示的な実施形態について、図４を参照しながら詳しく説明する。図４に関連して説明するオプトエレクトロニクス部品は、図１に関連して説明した部品とは異なり、変換要素４の内面４ｂに層として塗布されている変換物質９を備えている。この例示的な実施形態においては、放射放出半導体チップは、紫外放射の波長範囲の電磁放射を発生させる。ルミネセンス変換物質９は、この放射の大部分（すなわち紫外放射の少なくとも８０％）を、青色のスペクトル範囲の電磁放射に変換する。変換要素は、青色放射の一部分（例えば５０％）を吸収し、黄色光の波長範囲の電磁放射を放出する。全体として、オプトエレクトロニクス部品は、青色光および黄色光から成る白色の混合光を放出する。変換要素４に変換物質９を塗布することによって、変換時に発生する熱が、接続キャリアと最終的にはオプトエレクトロニクス部品の周囲物質とに、特に良好に放散する。
【００７３】
ここまで、本発明についてその例示的な実施形態に基づいて説明してきたが、本発明はこれらの実施形態に限定されない。本発明は、任意の新規の特徴および特徴の任意の組合せを包含しており、特に、請求項における特徴の任意の組合せを含んでいる。これらの特徴または特徴の組合せは、それ自体が請求項あるいは例示的な実施形態に明示的に記載されていない場合であっても、本発明に含まれる。
【関連出願】
【００７４】
本特許出願は、独国特許出願第１０２００８０４５３３１．５号の優先権を主張し、この文書の開示内容は参照によって本出願に組み込まれている。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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