(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
凹部（１３）を有している第１の圧縮型（１１）と、第２の圧縮型（１２）とを備えている圧縮成形器（１０）を使用して、ルミネセンス変換層（１）及び散乱層（２）を有している層結合体（３）を製造するための方法において、
ルミネセンス変換材料（５）を含んでいる第１のポリマー（４）を前記第１の圧縮型（１１）の前記凹部（１３）に注入するステップと、
前記第１の圧縮型（１１）と前記第２の圧縮型（１２）との間に支持体フィルム（８）を挿入するステップと、
前記圧縮成形器（１０）を閉じ、第１の圧縮行程を実施するステップと、
前記圧縮成形器（１０）において前記第１のポリマー（４）を硬化させ、ルミネセンス変換層（１）を形成するステップと、
前記圧縮成形器（１０）を開き、該圧縮成形器（１０）内に、前記支持体フィルム（８）上に固着した前記ルミネセンス変換層（１）を留めるステップと、
散乱粒子（７）を含んでいる第２のポリマー（６）を前記第１の圧縮型（１１）の前記凹部（１３）に注入するステップと、
前記圧縮成形器（１０）を閉じ、第２の圧縮行程を実施するステップと、
前記圧縮成形器（１０）において前記第２のポリマー（６）を硬化させ、前記ルミネセンス変換層（１）上に配置される散乱層（２）を形成するステップと、
前記圧縮成形器（１０）を開き、前記ルミネセンス変換層（１）及び前記散乱層（２）から成る前記層結合体（３）を備えている前記支持体フィルム（８）を取り外すステップとを備えていることを特徴とする、層結合体（３）を製造するための方法。
【請求項２】
前記第１のポリマー（４）及び前記第２のポリマー（６）は同一の基本材料を有している、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記基本材料はシリコーンである、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記支持体フィルム（８）は支持体フレーム（９）に張られている、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記第１のポリマー（４）の注入前及び／又は前記第２のポリマー（６）の注入前に、フィルム（１４）を前記第１の圧縮型（１１）の前記凹部（１３）に挿入する、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記フィルム（１４）を減圧によって前記凹部（１３）内に固定する、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記圧縮成形器（１０）を閉じた後、且つ、前記圧縮行程の実施前に、前記凹部（１３）を真空状態にする、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記ルミネセンス変換層（１）は１０μｍ以上２００μｍ以下の厚さを有している、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記散乱層（２）は１０μｍ以上２００μｍ以下の厚さを有している、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
後続の方法ステップにおいて、鋸引き、打抜き、切断、水ジェット切断又はレーザビーム切断によって前記層結合体（３）を切り分ける、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
後続の方法ステップにおいて、前記ルミネセンス変換層（１）及び前記散乱層（２）から成る前記層結合体（３）を放射放出オプトエレクトロニクス半導体チップ（２０）に被着させる、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に放射放出オプトエレクトロニクス構成素子において使用するために設けられている、ルミネセンス変換層及び散乱層を有する層結合体を有する層結合体を製造するための方法に関する。
【０００２】
本願は、ドイツ連邦共和国特許出願第10 2010 034 923.2号の優先権を主張するものであり、その開示内容は参照により本願に含まれるものとする。
【背景技術】
【０００３】
特許文献１からは、オプトエレクトロニクス構成素子の活性層から放出される放射の少なくとも一部がルミネセンス変換層を用いてより大きい波長へと変換される、放射放出オプトエレクトロニクス構成素子が公知である。そのようにして、例えば、紫外線光又は青色光を放射する放射放出活性領域を用いて、混色光又は白色光を形成することができる。ルミネセンス変換層を用いることにより、通常の場合は、紫外線光又は青色光がより長い波長の光、例えば黄色のような補色の光に変換され、それにより白色光が形成される。
【０００４】
ルミネセンス変換層を用いるこの種の白色光形成では、スイッチオフ状態におけるオプトエレクトロニクス構成素子の視覚的な印象が満足の行くものでないことが多い。このことは、ルミネセンス変換層が周囲の明るいところでは、オプトエレクトロニクス構成素子のスイッチオフ状態においても励起されて黄色光を放出し、この黄色光が紫外線光又は青色光を放出する動作状態とは異なり白色光に混合されないことに起因している。従って、オプトエレクトロニクス構成素子の表面がスイッチオフ状態では、ルミネセンス変換層が設けられている領域において、ルミネセンス変換によって形成される比較的長い波長の色、例えば黄色を示し、この色が観察者にとっては見栄えの良くないものに感じられることが多い。このことは、特に比較的面積の大きい照明ユニット、例えば有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）を基礎としている照明ユニットにおいて生じるが、ＬＥＤ又は一つ又は複数の放射放出半導体チップを備えているＬＥＤモジュールにおいても生じる。
【０００５】
放射放出オプトエレクトロニクス半導体チップのスイッチオフ状態におけるルミネセンス変換層の黄色の色印象を回避するために、特許文献２においては、例えば散乱粒子を含有している光散乱層をルミネセンス変換層の上方に配置することが提案されている。
【０００６】
ルミネセンス変換層及び散乱層から成るその種の積層体を有している放射放出オプトエレクトロニクス構成素子では、スイッチオン状態及び／又はスイッチオフ状態において得られる色印象が、ルミネセンス変換層及び散乱層の厚さ並びにそれらの層の境界面の特性に依存している。特に、ルミネセンス変換層及び／又は散乱層の層厚のずれは、所望の目標値からのオプトエレクトロニクス構成素子の色印象の偏差を生じさせる可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】WO97/50132
【特許文献２】DE 10 2006 051 746 A1
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の課題は、層結合体の複数の層をその層厚及び寸法に関して高い精度で製造することができ、且つ、比較的低い製造コストを実現する、ルミネセンス変換層及び散乱層を備えている層結合体を製造するための方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この課題は、独立請求項１に記載されている、ルミネセンス変換層及び散乱層を備えている層結合体を製造するための方法によって解決される。本発明の有利な実施の形態及び発展形態は従属請求項に記載されている。
【発明の効果】
【００１０】
ルミネセンス変換層及び散乱層を備えている層結合体を製造するための方法においては、圧縮成形方法が使用される。第１の圧縮型及び第２の圧縮型を備えている圧縮成形器が使用される。例えば、第１の圧縮型は圧縮成形器の下部圧縮型であり、第２の圧縮型は圧縮成形器の上部圧縮型である。圧縮行程においては、第１の圧縮型及び第２の圧縮型が高圧力で相互に押し付けられ、それにより、圧縮器内に存在する材料、特にポリマーが圧縮型の形状によって規定される形状に圧縮される。
【００１１】
有利には、第１の圧縮型、特に圧縮成形器の下部圧縮型が凹部を有しており、この凹部に有利には液体のポリマーを注入することができる。
【００１２】
本方法では、ルミネセンス変換材料を含んでいる第１のポリマーが第１の圧縮型の凹部に注入される。本方法を用いて製造されるルミネセンス変換層の厚さを、有利には、第１の圧縮型の凹部に注入される第１のポリマーの注入量によって非常に正確に調整することができる。
【００１３】
更に本方法においては、支持体フィルムが第１の圧縮型と第２の圧縮型との間に挿入される。支持体フィルムは、本方法の実施後に層結合体を圧縮成形器から簡単に取り出せるようにために使用される。支持体フィルムとして有利には、優れた温度耐性を備えているフィルム、例えばＰＩ（ポリイミド）又はＥＴＦＥ（エチレン−テトラフルオロエチレン）が使用される。
【００１４】
続けて、圧縮成形器が閉じられ、第１の圧縮行程が実施される。第１のポリマーはその後、有利には依然として閉じられている圧縮成形器において硬化され、ルミネセンス変換層が形成される。
【００１５】
続けて圧縮成形器が開かれるが、この際に、製造されたルミネセンス変換層は支持体フィルム上に固着している。この時点において、ルミネセンス変換層が固着されている支持体フィルムはまだ圧縮成形器から取り出されずに、更に圧縮成形器内に留まる。特に、ルミネセンス変換層が固着されている支持体フィルムを第２の圧縮型に保持することができる。
【００１６】
その後、散乱粒子を含んでいる第２のポリマーが第１の圧縮型の凹部に注入される。ルミネセンス変換層の場合と同様に、本方法により製造される散乱層の厚さを、第１の圧縮型の凹部に注入される第２のポリマーの注入量を介して非常に正確に調整することができる。
【００１７】
続けて圧縮成形器が再び閉じられて、第２の圧縮行程が実施され、この第２の圧縮行程においては第２のポリマーが依然として圧縮成形器内に存在するルミネセンス変換層上に押し付けられる。
【００１８】
続けて、第２のポリマーは、有利には依然として閉じられている圧縮成形器において硬化され、ルミネセンス変換層上に配置される散乱層が形成される。その後圧縮成形器が開かれ、ルミネセンス変換層及び散乱層から成る層結合体を備えている支持体フィルムが取り出される。
【００１９】
続けて、支持体フィルム上に固着されている、ルミネセンス変換層及び散乱層から成る層結合体を支持体フィルムから取り外し、特に放射放出オプトエレクトロニクス半導体チップに被着させることができる。
【００２０】
ルミネセンス変換層及び散乱層から成る層結合体を製造するための上述の方法を用いて、有利には、ルミネセンス変換層及び散乱層の平坦性、面平行性、層厚及び粗さに関して高い精度を達成することができる。層結合体を放射放出半導体チップに被着する際に、有利には、白色の印象、色位置及び輝度に関する良好な均質性が達成される。特に、それらの特性量は大量生産において良好に再現可能である。
【００２１】
一つの有利な実施の形態においては、第１のポリマー及び第２のポリマーが同じ基本材料を有している。基本材料とは、ルミネセンス変換層の場合にはルミネセンス変換材料が埋め込まれている材料であると解され、散乱層の場合には散乱粒子が埋め込まれている材料であると解される。即ち、ルミネセンス変換層の基本材料及び散乱層の基本材料は有利には、それらの埋め込まれている添加材料を除いて 同一材料である。これに関する一つの利点として、ルミネセンス変換層及び散乱層が相互に良好に固着されることが挙げられる。更にはこのようにして、ルミネセンス変換層と散乱層との間の境界面における反射損失が低減される。
【００２２】
一つの実施の形態においては、ルミネセンス変換層の基本材料及び／又は散乱層の基本材料はシリコーンである。シリコーンは、ＵＶ放射に対する長時間の安定性が高い点、特に、ＵＶ放射に対して余り敏感でない点で優れている。
【００２３】
一つの有利な実施の形態においては、支持体フィルムが支持体フレームに張られている。支持体フレームを用いることにより、支持体フィルムを簡単なやり方で圧縮成形器に挿入することができ、また圧縮行程後に再び取り出すことができる。
【００２４】
有利には、第１のポリマー及び／又は第２のポリマーの注入前に、第１の圧縮型の凹部にフィルムが挿入される。このようにして、凹部及びこの凹部に注入される材料が有利には汚染から保護される。有利には、凹部に注入された第１のポリマー及び／又は第２のポリマーに対した僅かな固着性しか有していないフィルムが使用される。このようにして、圧縮行程時に製造されたルミネセンス変換層は凹部内のフィルム上に存在せずに、支持体フィルム上に存在することが達成される。
【００２５】
凹部に挿入されたフィルムは有利には減圧によって凹部に固定される。例えば凹部は吸引開口部を有しており、この吸引開口部を真空ポンプに接続することができる。フィルムが減圧によって凹部に固定されることによって、フィルムは有利には凹部の輪郭に合わせられている。
【００２６】
第１の圧縮型における凹部は有利には圧縮成形器を閉じた後に、圧縮行程が実施される前に真空状態にされる。このようにして、圧縮行程において形成されるルミネセンス変換層及び／又は散乱層に、オプトエレクトロニクス構成素子において色の不均一性を生じさせる虞がある気泡又は厚さの不均一が生じることが回避される。ルミネセンス変換層は有利には１０μｍ以上２００μｍ以下の厚さを有している。ルミネセンス変換層と同様に、第２の圧縮行程において製造される散乱層も有利には１０μｍ以上２００μｍ以下の厚さを有している。特に、ルミネセンス変換層及び散乱層は同じ厚さを有することができる。
【００２７】
ルミネセンス変換層内に含まれている適切なルミネセンス変換材料は例えば刊行物WO98/12757に記載されており、その限りにおいて、その開示内容は参照により本願に含まれるものとする。散乱層内に含まれている散乱粒子として特にＴｉＯ2から成る粒子が考えられる。しかしながら、散乱層の基本材料の屈折率とは異なる屈折率を有している別の粒子、例えばＡｌ2Ｏ3から成る粒子、又は、球状乃至中空状のガラスもしくはプラスチックから成る粒子を使用することもできる。散乱粒子は有利には５０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の半径を有している。
【００２８】
ルミネセンス変換層及び散乱層から成る層結合体を、製造後に有利には、打抜き、切断、水ジェット切断又はレーザビーム切断によって所望のサイズに切り分けることができる。
【００２９】
ルミネセンス変換層及び散乱層から成る層結合体を特に放射放出オプトエレクトロニクス半導体チップに被着させることができる。特に、層結合体を半導体チップに接着することができる。この場合、ルミネセンス変換層が半導体チップと対向しており、それにより散乱層が、オプトエレクトロニクス半導体チップから放出される放射の放出方向においてルミネセンス変換層の後段に配置されている。
【００３０】
以下では、図１から図９を参照しながら、複数の実施例に基づき本発明を詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】ルミネセンス変換層及び散乱層から成る層結合体を製造するための方法の一つの実施例の中間ステップの概略図を示す。
【図２】ルミネセンス変換層及び散乱層から成る層結合体を製造するための方法の一つの実施例の中間ステップの概略図を示す。
【図３】ルミネセンス変換層及び散乱層から成る層結合体を製造するための方法の一つの実施例の中間ステップの概略図を示す。
【図４】ルミネセンス変換層及び散乱層から成る層結合体を製造するための方法の一つの実施例の中間ステップの概略図を示す。
【図５】ルミネセンス変換層及び散乱層から成る層結合体を製造するための方法の一つの実施例の中間ステップの概略図を示す。
【図６】ルミネセンス変換層及び散乱層から成る層結合体を製造するための方法の一つの実施例の中間ステップの概略図を示す。
【図７】ルミネセンス変換層及び散乱層から成る層結合体を製造するための方法の一つの実施例の中間ステップの概略図を示す。
【図８】ルミネセンス変換層及び散乱層から成る層結合体を製造するための方法の一つの実施例の中間ステップの概略図を示す。
【図９】層結合体を備えているオプトエレクトロニクス半導体チップの一つの実施例の概略図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
同一の構成部材又は同様に作用する構成部材には図面においてそれぞれ同一の参照番号を付している。図示されている構成部材並びに構成部材の相互の比率は縮尺通りではないと解するべきである。
【００３３】
以下において説明する方法では、ルミネセンス変換層及び散乱層から成る層結合体が圧縮成形を用いて製造される。図１には、本方法の第１の中間ステップが示されている。本方法では圧縮成形器１０が使用され、この圧縮成形器１０は図１において概略的な断面図で示されている。圧縮成形器１０は第１の圧縮型１１及び第２の圧縮型１２を備えている。例えば、第１の圧縮型１１は下部圧縮型であり、第２の圧縮型１２は上部圧縮型である。第１の圧縮型１１は凹部１３を備えており、圧縮行程の前に液体ポリマーをこの凹部１３に注入することができる。凹部１３の大きさを例えばばねアセンブリ１５を用いて注入量に適合させることができる。凹部１３への注入を行なう前に、有利には、フィルム１４が凹部１３に挿入される。このフィルム１４は凹部１３を汚染から保護し、また圧縮行程後においては、この圧縮行程において製造された成形部材の取り出しを容易にする。フィルム１４は例えばＥＴＦＥ（エチレン−テトラフルオロエチレン）を含有することができる。フィルム１４は有利には、このフィルム１４が凹部１３の輪郭に適合されるように減圧を用いて吸引される。下部圧縮型１１はそれに適した吸引開口部（図示せず）を有することができる。更には、圧縮行程の前に、有利には支持体フィルム８が第１の圧縮型１１と第２の圧縮型１２との間に挿入される。図１の実施例においては、第２の圧縮型１２に固定されている支持体フレーム９上に支持体フィルム８が張られている。
【００３４】
凹部１３には液体の第１のポリマー４が注入されている。第１のポリマー４はルミネセンス変換層の製造に使用され、また基本材料として有利にはシリコーンを有している。基本材料はルミネセンス変換材料５を含有している。適切なルミネセンス変換材料は例えば刊行物WO97/50132に記載されているので、従ってここでは詳細に説明しない。
【００３５】
図２に示されている中間ステップでは、第１の圧縮行程を実施するために圧縮成形器１０が閉じられ、第１の圧縮型１０と第２の圧縮型１２が高圧力下で相互に押圧される。有利には、圧縮成形器１０は閉鎖後、且つ圧縮行程の実施前に真空状態にされ、これにより、圧縮行程時に製造される層における気泡の形成が回避される。そのようにして、圧縮型１１，１２の間に収容されているポリマーは有利には平坦で一様な厚さのルミネセンス変換層へと圧縮される。ルミネセンス変換層１は有利には１０μｍ以上２００μｍ以下の厚さを有しており、この厚さは事前に注入される第１のポリマーの量を介して調整することができる。ルミネセンス変換層１は有利には、依然として閉じられている圧縮成形器１０において、その形状が安定するまで硬化される。
【００３６】
図３に示されている中間ステップでは圧縮成形器１０が再び開かれている。第１の圧縮行程において製造されたルミネセンス変換層１は、第２の圧縮型１２における支持体フレーム９に固定されている支持体フィルム８上に固着している。圧縮成形器１０を開いた後に、ルミネセンス変換層１を第１の圧縮型１１におけるフィルム１４に固着ではなく、支持体フィルム８に固着させるために、ルミネセンス変換層１のポリマーがフィルム１４の材料に固着するよりも固着しやすい材料が支持体フィルム８に対して使用される。支持体フィルム８の材料として、特にエチレン−テトラフルオロエチレン（ＥＴＦＥ）又はポリイミド（ＰＩ）を使用することができる。
【００３７】
図４に示されている中間ステップでは、第２のポリマー６が第１の圧縮型１１の凹部１３に注入されている。第２のポリマー６は散乱層の製造に使用され、また有利には基本材料として、散乱粒子７が混合されているシリコーンを含んでいる。散乱粒子７は例えばＴｉＯ2粒子である。しかしながら散乱粒子７として、第２のポリマー６の基本材料の屈折率とは異なる屈折率を有している別の材料も使用することができる。
【００３８】
事前に製造されたルミネセンス変換層１は依然として圧縮成形器１０内に存在しており、凹部１３の上方にある支持体フィルム８の支持体フレーム９を用いて第２の圧縮型１２に固定されている。
【００３９】
図５に示されている中間ステップでは、第２の圧縮行程が実施され、この第２の圧縮行程では、散乱粒子を含んでいる、事前に注入された第２のポリマーが散乱層２へと圧縮される。圧縮成形器１０はこの圧縮行程の前に有利には再び真空状態にされる。散乱層２は圧縮行程時に、事前に製造されたルミネセンス変換層１に押圧される。第２の圧縮行程において製造された散乱層２は有利には１０μｍ以上２００μｍ以下の厚さを有している。散乱層２をルミネセンス変換層１に押圧することによって層結合体が製造され、この層結合体は有利には、境界面が非常に平坦であり、且つ、二つの層の厚さ均質性が良好であるという点で優れている。散乱層２は有利には、更に圧縮成形器１０において硬化される。
【００４０】
図６に示されている中間ステップでは圧縮成形器１０が再び開かれている。ルミネセンス変換層１及びこのルミネセンス変換層１の上に被着されている散乱層２から成る層結合体３は、第２の圧縮型１２における支持体フレーム９を用いて固定されている支持体フィルム８上に固着している。ルミネセンス変換層１及び散乱層２が同一の基本材料から製造される場合には、それら二つの層は相互に非常に良好に固着している。埋め込まれているルミネセンス変換材料及び散乱粒子を除いて、ルミネセンス変換層１及び散乱層２は有利には同一のポリマー、特にシリコーンから形成されている。
【００４１】
続けて、図７に示されているように、ルミネセンス変換層１及び散乱層２から成る層結合体３が固着している支持体フィルム８を、支持体フレーム９を用いて圧縮成形器１０から取り出すことができる。
【００４２】
続けて、図８に示されているように、層結合体３を支持体フィルム８から取り外すことができる。必要であれば、例えば打抜き、切断、水ジェット切断又はレーザビーム切断によって、層結合体３を用途に応じたサイズに切り分けることができる。
【００４３】
そのようにして製造された、ルミネセンス変換層１及び散乱層２から成る層結合体３を特に、オプトエレクトロニクス半導体チップ、とりわけＬＥＤに被着させることができる。図９には、ルミネセンス変換層１及び散乱層２から成る層結合体３が半導体チップ２０の半導体積層体１５に被着されている、オプトエレクトロニクス半導体チップ２０の一つの実施例が示されている。
【００４４】
例示的に支持体基板１６上に被着されている半導体積層体１５は、電磁放射を放出する活性層１７を備えている。特に、活性層１７は紫外線又は青色の放射を放出することができる。これに関しては、特に窒化物化合物半導体材料を基礎としている半導体積層体１５が適している。
【００４５】
ルミネセンス変換層１を用いて、活性層１７から放出される放射の一部がより長い波長の光、例えば黄色光に変換される。従って、半導体チップ２０からは、活性層から放出される一次放射と、ルミネセンス変換層１において変換された放射とを含む混色光１８が放出される。混色光１８として白色光が考えられる。ルミネセンス変換層１上の散乱層２は、半導体チップ２０のスイッチオフ状態におけるルミネセンス変換層１の黄色の色印象を緩和するという利点を有している。
【００４６】
放射の放出方向において、半導体チップ２０の後段に、例えばレンズ２１のような光学素子を配置することができる。その場合、半導体チップ２０に対向するレンズの内面に入射する放射の一部が半導体チップ２０の方向へと反射される不所望な作用が発生する可能性がある。半導体チップ２０の方向に向かって反射される放射は、有利には散乱層２によって再び放射方向へと反射される。
【００４７】
本発明は実施例に基づいた説明によって制限されるものではない。むしろ本発明は新規の特徴、並びに、とりわけ特許請求の範囲に記載されている複数の特徴の組み合わせを内容とする、複数の特徴のあらゆる組み合わせを含むものであり、このことはその特徴又はその組み合わせ自体が明示的に特許請求の範囲又は実施例に記載されていない場合にも当てはまる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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