(57)【要約】  本発明のオプトエレクトロニクス構成素子（１０００）は、半導体チップ（４０）と、この半導体チップ（４０）を少なくとも部分的に包囲する発光材料（４４）とを有する。半導体チップ（４０）は、約４６５ｎｍよりも短い主波長において、波長の短い青色スペクトル領域の１次ビームを放射する。発光材料（４４）は、この１次ビームの少なくとも１部分を、約４９０ｎｍと約５５０ｎｍとの間に主波長を有する緑色スペクトルの、より波長の長い２次ビームに変換する。１次ビームと２次ビームとからなる混合光は、約４６０ｎｍと約４８０ｎｍとの間の波長に主波長を有する。この混合光の光束は、４６０ｎｍと４８０ｎｍとの間の範囲に同じ主波長を有しかつ発光材料（４４）のないオプトエレクトロニクス構成素子の場合の光束よりも最大で１３０％だけ大きい。
2013535813.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
オプトエレクトロニクス構成素子（１０００）において、
半導体チップ（４０）と、
当該半導体チップ（４０）を少なくとも部分的に包囲する発光材料（４４）とを有しており、
当該半導体チップ（４０）は、おおよそ４６５ｎｍよりも短い主波長において、波長の短い青色スペクトル領域の１次ビームを放射し、
前記発光材料（４４）は、前記１次ビームの少なくとも１部分を、約４９０ｎｍと約５５０ｎｍとの間に主波長を有する、より波長の長い緑色スペクトル領域における２次ビームに変換し、
１次ビームと２次ビームとからなる混合光は、約４６０ｎｍと約４８０ｎｍとの間の波長における主波長を有しており、当該混合光の光束は、４６０ｎｍと４８０ｎｍとの間の範囲に同じ主波長を有しかつ発光材料（４４）のないオプトエレクトロニクス構成素子における光束よりも最大で１３０％だけ大きい、
ことを特徴とするオプトエレクトロニクス構成素子（１０００）。
【請求項２】
請求項１に記載のオプトエレクトロニクス構成素子において、
前記半導体チップ（４０）から放射されかつ約４４０ｎｍから約４５５ｎｍまでの範囲に主波長を有する１次ビームからなり、かつ、前記発光材料（４４）から送出されかつ約４９０ｎｍから約５５０ｎｍまでの範囲に主波長を有する２次ビームからなる混合光の複数の色位置は、ＣＩＥ線図（１００）において接近して並んでおり、標準的な発光材料濃度の場合に前記混合光の主波長は、約２から４ｎｍまでの波長範囲内にあり、殊に３ｎｍである、
ことを特徴とするオプトエレクトロニクス構成素子。
【請求項３】
請求項２に記載のオプトエレクトロニクス構成素子において、
前記混合光を放射する前記オプトエレクトロニクス構成素子（１０００）の前記色位置は、ＣＩＥ線図において、種々異なる青色基準により、殊にEN 12966 Cl (VMS)およびEN 12966 C2 (VMS)によって形成される２次元領域上にある、
ことを特徴とするオプトエレクトロニクス構成素子。
【請求項４】
請求項１から３までのいずれか１項に記載のオプトエレクトロニクス構成素子において、
前記発光材料（４４）は、粒子の形態で注形コンパウンド（４３）内に分散されている、
ことを特徴とするオプトエレクトロニクス構成素子。
【請求項５】
請求項１から４までのいずれか１項に記載のオプトエレクトロニクス構成素子において、
前記注形コンパウンド（４３）における前記発光材料（４４）の濃度は、３重量パーセント以下であり、有利には１．５重量パーセントである、
ことを特徴とするオプトエレクトロニクス構成素子。
【請求項６】
請求項１から５までのいずれか１項に記載のオプトエレクトロニクス構成素子において、
前記発光材料（４４）は、前記半導体チップ（４０）に直接載置される小板に配置されている、
ことを特徴とするオプトエレクトロニクス構成素子。
【請求項７】
請求項１から６までのいずれか１項に記載のオプトエレクトロニクス構成素子において、
前記発光材料（４４）は、前記オプトエレクトロニクス構成素子を前記半導体チップ（４０）の周りで閉じる出射窓（５２）に配置されている、および／または当該出射窓（５２）内に配置されている、
ことを特徴とするオプトエレクトロニクス構成素子。
【請求項８】
請求項１から７までのいずれか１項に記載のオプトエレクトロニクス構成素子において、
前記発光材料（４４）は、ユーロピウム活性化された青色緑色ケイ酸塩であり、殊に組成式Ca8-x-yEuxMnyMg(SiO4)4Cl2、ただしｙ≧０．０３およびｘ＝０．００５およびｘ＝１．５、を有するクロロケイ酸塩である、
ことを特徴とするオプトエレクトロニクス構成素子。
【請求項９】
請求項１から８までのいずれか１項に記載のオプトエレクトロニクス構成素子において、
前記発光材料（４４）は、組成式(Ca,Sr,Ba)2SiO4:EUを有する、ユーロピウム活性化されたオルトケイ酸塩を有する、
ことを特徴とするオプトエレクトロニクス構成素子。
【請求項１０】
請求項１から９までのいずれか１項に記載のオプトエレクトロニクス構成素子において、
前記発光材料（４４）は、組成式(Mg,Ca,Sr,Ba)Ga2S4:EUを有する、ユーロピウム活性化されたチオガリウム酸塩を有する、
ことを特徴とするオプトエレクトロニクス構成素子。
【請求項１１】
請求項１から１０までのいずれか１項に記載のオプトエレクトロニクス構成素子において、
前記発光材料（４４）は、組成式Ba3Si6O12N2:EUを有する、ユーロピウム活性化SiONeを有する、
ことを特徴とするオプトエレクトロニクス構成素子。
【請求項１２】
請求項１から１１までのいずれか１項に記載のオプトエレクトロニクス構成素子において、
前記発光材料（４４）は、ベータSiAlONを有する、
ことを特徴とするオプトエレクトロニクス構成素子。
【請求項１３】
請求項１から１２までのいずれか１項に記載のオプトエレクトロニクス構成素子において、
前記発光材料（４４）は、７０％までの量子効率を有する、
ことを特徴とするオプトエレクトロニクス構成素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁ビームを放射する半導体チップを有するオプトエレクトロニクス構成素子と、波長変換のための発光材料とに関する。
【０００２】
従来技術からは、おおよそ４８０ｎｍよりも波長の短い、青色スペクトル領域の電磁ビームを放射する複数の半導体チップを備えたオプトエレクトロニクス構成素子が公知である。高いルーメン値を得るため、これらの半導体チップにより、可能な限りに波長の長い電磁ビームを放射する必要がある。このことの欠点は、波長が長くなるのに伴い、青色スペクトル領域において発光する半導体チップのビーム出力が大きく低下してしまうことである。
【０００３】
本発明の課題は、ビーム出力の大きい半導体チップを含むと同時に、長い波長の青色スペクトル領域において光を放射するオプトエレクトロニクス構成素子を提供することである。
【０００４】
この課題は、請求項１に記載にしたオプトエレクトロニクス構成素子によって解決される。
【０００５】
このオプトエレクトロニクス構成素子の発展形態および有利な実施形態は、従属請求項に記載されている。
【０００６】
実施形態の例
以下の種々異なる実施形態は、支持体および少なくとも１つの半導体チップを備えた１つのオプトエレクトロニクス構成素子を有する。
【０００７】
上記の半導体チップは、少なくとも部分的に発光材料によって包囲されている。この半導体チップは、波長の短い青色スペクトル領域において、おおよそ４６５ｎｍよりも短い主波長で１次ビームを放射する。本発明による発光材料は、この１次ビームの少なくとも一部分を、約４９０ｎｍと約５５０ｎｍとの間に主波長を有する緑色スペクトル領域のより波長の長い２次ビームに変換する。これにより、約４６０ｎｍと約４８０ｎｍとの間に主波長を有しかつ１次ビームおよび２次ビームからなる混合光が得られる。この混合光の光束は、４６０ｎｍと４８０ｎｍとの間の範囲に、すなわち波長の長い青色スペクトル領域に同じ主波長を有しかつ発光材料のないオプトエレクトロニクス構成素子における光束よりも最大で１３０％だけ大きい。
【０００８】
有利な実施形態において、半導体チップから放射されかつ約４４０ｎｍから約４５５ｎｍまでの範囲に主波長を有する１次ビームからなり、かつ、発光材料から送出されかつ約４９０ｎｍから約５５０ｎｍまでの範囲に主波長を有する２次ビームからなる混合光の複数の色位置は、ＣＩＥ線図（１００）において接近して並ぶため、標準的な発光材料濃度の場合にこの混合光の主波長は、約２ｎｍから４ｎｍまでの、殊に３ｎｍの波長範囲内になるのである。このことは殊に有利である。それは、これによって波長の短い（４４０ｎｍから４５５ｎｍまでの）半導体チップを使用する際にはＣＩＥ色空間における製品分布は、より波長の長い半導体チップを製造する場合によりも一層小さな面積をカバーすることになるからである。これにより、波長の短い青色発光半導体チップの全体的な製造と、使用される発光材料とを組み合わせる際には、より波長の長い青色発光半導体チップを製造する場合に可能となる主波長分布よりも、狭い主波長分布を形成できることになる。製造される半導体チップの主波長範囲が狭くなることにより、オプトエレクトロニクス構成素子によって放射されるビームの像が一層均一になる。上記の発光材料を使用することにより、主波長の分布をさらに狭めることができる。上記の使用した発光材料により、効率的に励起すればするほど、励起波長の波長を短くすることができる。このことにより、全体として、製造したチップの格段に多くの割合を使用できることになる。これによってチップ歩留まりは増大し、コストが低減される。
【０００９】
上記のオプトエレクトロニクス構成素子の有利な実施形態において、上記の混合光を放射するこのオプトエレクトロニクス構成素子の色位置は、ＣＩＥ線図において、種々異なる青色基準によって、殊にEN 12966 Cl (VMS)およびEN 12966 C2 (VMS)によって形成される２次元領域上にある。
【００１０】
オプトエレクトロニクス構成素子の有利な実施形態において、発光材料は、粒子の形態で注形コンパウンド内に分散される。これは製造時に極めて簡単な方法によって達成できるため、殊に有利である。これによって製造コストを低く抑えることができる。発光材料は、有利には３重量パーセントよりも低い濃度で上記の注形コンパウンド内に入れられている。発光材料濃度は、殊に有利には１．５重量パーセントである。
【００１１】
オプトエレクトロニクス構成素子の有利な実施形態において、上記の発光材料は、半導体チップに直接載置される小板に配置される。言い換えると、これはチップレベル変換（ＣＬＣ  Chip-Level-Conversion）である。
【００１２】
有利な実施形態において上記の発光材料は、オプトエレクトロニクス構成素子を半導体チップの周りで閉じる出射窓に配置されているかまたはこの出射窓内に配置される。
【００１３】
種々異なる実施形態には、上記の発光材料が、ユーロピウム活性化された青色緑色ケイ酸塩、殊にクロロケイ酸塩を有するオプトエレクトロニクス構成素子が示されている。この発光材料は、刊行物DE10026435A1から公知である。このクロロケイ酸塩発光材料は、ユーロピウムによるドーピングの他にマンガンによるドーピングを有する。ここでは組成式Ca8-x-yEuxMnyMg(SiO4)4Cl2、ただしｙ≧０．０３が成り立つ。マンガンの割合は、ｙ＝０．０３とｙ＝１．０との間である。上記の発光材料から送出されるより波長の長い２次ビームの主波長は、４９０ｎｍと５４０ｎｍとの間の波長の緑色スペクトル領域内にある。DE10026435A1の開示内容は、この参照によってこの本発明の開示内容に取り入れるものとする。
【００１４】
種々異なる実施形態には、上記の発光材料が、ユーロピウム活性化されたオルトケイ酸塩を有するオプトエレクトロニクス構成素子が示されている。ここでは組成式(Ca,Sr,Ba)2SiO4:EUが成り立つ。この発光材料から送出されるより波長の長い２次ビームの主波長は、５１８ｎｍよりも長い緑色スペクトル領域内にある。
【００１５】
種々異なる実施形態には、上記の発光材料が、ユーロピウム活性化されたチオガリウム酸塩を有するオプトエレクトロニクス構成素子が示されている。ここでは組成式(Mg,Ca,Sr,Ba)Ga2S4:EUが成り立つ。この発光材料から送出されるより波長の長い２次ビームの主波長は、緑色スペクトル領域内にある。
【００１６】
種々異なる実施形態には、上記の発光材料が、ユーロピウム活性化されたSiONeを有するオプトエレクトロニクス構成素子が示されている。ここでは組成式Ba3Si6O12N2:EUが成り立つ。この発光材料から送出されるより波長の長い２次ビームの主波長は、約５４０ｎｍの緑色スペクトル領域内にある。
【００１７】
種々異なる実施形態には、上記の発光材料がベータSiAlONを有するオプトエレクトロニクス構成素子が示されている。この発光材料から送出されるより波長の長い２次ビームの主波長は、緑色スペクトル領域内にある。
【００１８】
種々異なる実施形態には、上記の発光材料が、上記のタイプの発光材料からなる任意の組み合わせを有するオプトエレクトロニクス構成素子が示されている。
【００１９】
有利な実施形態において本発明による発光材料は、７０％までの量子効率を有する。このことは殊に有利である。なぜならばこれにより、上記の発光材料との相互作用によって１次ビームのわずかな部分だけしか障害的な熱に変換されないからである。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１ａ】体積体変換（volume conversion）が行われるオプトエレクトロニクス構成素子を示す図である。
【図１ｂ】チップ近傍変換が行われるオプトエレクトロニクス構成素子を示す図である。
【図１ｃ】出射窓においてまたは出射窓内で変換が行われるオプトエレクトロニクス構成素子を示す図である。
【図２ａ】ＣＩＥ線図において、種々異なる青色発光半導体チップの色位置の配置状態を有する、シミュレーションした基準状態を示す図である。
【図２ｂ】図２ａの青色発光半導体チップの輝度および色位置のシミュレーションを示す表である。
【図３ａ】ＣＩＥ線図において、波長変換後の種々異なる青色発光半導体チップの色位置の配置状態を有する、シミュレーションした状態を示す図である。
【図３ｂ】図３ａのシミュレーションの結果を示す表である。
【図４ａ】種々異なる発光材料濃度に対し、波長変換後の青色発光半導体チップの測定した色位置を示す図である。
【図４ｂ】図４ａの測定値を示す表である。
【図５ａ】発光材料濃度が１％の場合に青色発光半導体チップの測定した色位置を示す図である。
【図５ｂ】発光材料濃度が１．５％の場合に青色発光半導体チップの測定した色位置を示す図である。
【図５ｃ】発光材料濃度が２％の場合に青色発光半導体チップの測定した色位置を示す図である。
【００２１】
以下では図面に基づき、本発明による解決手段の種々異なる実施例を詳しく説明する。
【００２２】
実施例
図面において同じエレメント、同じタイプのエレメントまたは機能が同じエレメントには同じ参照符号が付されている。図面は、またこれらの図面に示したエレメントの相互のサイズ比は、縮尺通りとみなすべきではない。むしろ個々のエレメントは、描き易くまたわかり易くするため、誇張して大きくまたは小さく示されていることがある。
【００２３】
図１ａには、体積体変換が行われるオプトエレクトロニクス構成素子１０００が示されている。このオプトエレクトロニクス構成素子は、半導体チップ４０を有する。半導体チップ４０は、III-V化合物半導体材料ベースとすることが可能である。半導体チップ４０は、電磁ビームを放射する少なくとも１つの活性ゾーンを有する。これらの活性ゾーンは、pn接合、二重へテロ構造、多重量子井戸構造（ＭＱＷ）、単一量子井戸構造（ＳＱＷ）とすることが可能である。量子井戸構造とは、量子井戸（３次元）、量子細線（２次元）および量子ドット（１次元）のことである。半導体チップ４０は、例えば、面発光形として、殊にいわゆる薄膜チップとして設計するか、体積体放射器として、殊にサファイア体積体放射器として設計するか、またはいわゆるＵＸ−３チップ（OSRAMの製造番号）として設計可能である。
【００２４】
上記の薄膜チップは、例えば、刊行物WO2005081319A1から公知である。オプトエレクトロニクス構成素子の製造中、殊に金属を含有するミラー層を有する構成素子を製造中に半導体積層体の成長基板を剥離する場合、成長基板を剥離して製造されるこのような構成素子も薄膜フィルム構成素子と称される。ビーム放射半導体素子は、この中に種々異なるIII−V窒化物半導体素子の積層体、殊に窒化ガリウム層の積層体を有する。この薄膜構成素子は、ビーム吸収基板なしに構成され、また反射器は、種々異なるIII−V窒化半導体層の積層体からなるGaN半導体基体上に直接載置される。
【００２５】
サファイア体積体放射器は、例えば特許明細書DE102006015788A1から公知である。ここでは半導体積層体用の成長基板としてサファイアを使用することができる。薄膜チップとは異なり、サファイア体積体放射器では成長基板が製造プロセスの終了時に上記の半導体積層体から剥離されることはない。この（成長）基板は、活性ゾーンにおいて形成されるビームに対してビーム透過性を有する。これにより、基板を通した、半導体チップからのビーム出力結合が容易になる。これによってこの半導体チップは、体積体放射器として構成されるのである。体積体放射器では、面放射器と異なり、基板も介して、大きな割合のビームが半導体チップから出力結合される。体積体放射器では半導体チップの出力結合面における表面輝度は、表面放射器に比べて小さくなる。
【００２６】
いわゆるＵＸ−３チップは、刊行物DE102007022947A1から公知である。この刊行物には、活性層と、第１および第２の電気接続層とを有する半導体積層体を備えたオプトエレクトロニクス半導体基体が記載されている。この半導体基体は、前面から電磁ビームを放射するように構成されている。第１および第２の電気接続層は、この前面とは反対側の背面に配置される。これらの電気接続層は、分離層によって互いに電気的に絶縁される。第１電気接続層と、第２電気接続層と、上記の分離層とは横方向に重なり合うことが可能である。第２電気接続層の部分領域は、活性層の開口部を通って上記の背面から上記の前面の方向に延在している。いわゆるＵＸ−３チップの利点は、上記の薄膜チップとは異なり、半導体積層体の前面に金属が配置されていないことである。これにより、吸収損失が回避されるのである。
【００２７】
刊行物WO2005081319A1，DE102006015788A1およびDE102007022947A1の開示内容は、この参照によって本願明細書の開示内容に取り込まれるものとする。
【００２８】
青色スペクトル領域に放射波長を有する半導体チップ４０は、支持体４１上に配置されており、ボンディングワイヤ４２によって接触接続している。支持体４１は、例えば、いわゆるプレモールドリードフレームとして構成することが可能である。プレモールドとは、鋳型が射出成形されることを意味する。
【００２９】
図示しない１つの実施形態では、複数の半導体チップ４０が上記のオプトエレクトロニクス構成素子内に配置される。
【００３０】
発光材料４４は、粒子の形態で注形コンパウンド４３内に均一に分散される。図３ａおよび３ｂにおけるシミュレーションならびに図４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂおよび５ｃにおける測定は、注形コンパウンド４３内に発光材料４４が均一に分散されているオプトエレクトロニクス構成素子をベースとしている。
【００３１】
図示しない実施例において上記の発光材料が、部分的にまたは完全に沈殿していることが可能である。この沈殿によってオプトエレクトロニクス構成素子の底部に連続的な発光材料層が形成され、この発光材料層により、殊に上記の半導体チップが覆われる。本願明細書ではこれに対するシミュレーションまたは測定を示していない。
【００３２】
図１ｂにはチップ近傍変換が行われるオプトエレクトロニクス構成素子１０００が示されており、これはチップレベル変換（ＣＬＣ  Chip Level Conversion）と称される。図１ａとは異なり、小板の形態の発光材料４４が半導体チップ４０に直接配置されている。支持体４１は、いわゆるプレモールドリードフレームとして構成されている。図示しない１つの実施例では、上記の発光材料小板の代わりに発光材料層を電気泳動によってデポジットすることができる。
【００３３】
この層は、殊に半導体チップ４０およびリードフレーム４１を覆っている。本願明細書ではこれに対するシミュレーションまたは測定を示していない。
【００３４】
図１ｃには、出射窓４５において変換が行われるオプトエレクトロニクス構成素子１０００が示されている。リードフレームとしては、例えばセラミックが適している。図１ａおよび１ｂとは異なり、発光材料は、出射窓４５内または出射窓４５の表面に配置されており、これはリモート蛍光体と称される。この出射窓は、平坦に配置されている。図示しない１つの実施形態において上記の出射窓は、中空形またはドーム形に構成される。この出射窓の内側には発光材料がコーティングされている。この発光材料は、電気泳動によってデポジットすることができる。本願明細書ではこれに対するシミュレーションまたは測定を示していない。
【００３５】
図２ａには、ＣＩＥ標準表色系による色空間の１区画１００が示されている。ここでは基準状態が示されている。青色発光半導体チップは、４４０ｎｍ，４４５ｎｍ，４５５ｎｍ，４６５ｎｍ，４７０ｎｍまたは４７５ｎｍに主波長を有する電磁ビームを放射する。これらの青色発光半導体チップの色位置１は上記のＣＩＥ線図に示されている。４６５ｎｍ，４７０ｎｍおよび４７５ｎｍに主波長を有する半導体チップだけが、青色標準EN 12966 C1，12966 C2およびロシア鉄道（Rus Rail）によって構成される２次元領域２，３，４内にある。これらの青色標準の外側にありかつ４４０ｎｍ，４４５ｎｍ，４５５ｎｍに主波長を有する半導体チップは、それ自体では照明を目的として使用することができない。言い換えると、この半導体チップの製造範囲全体を受け入れることができない応用があるのである。この半導体チップのこれらの色位置は、色空間１００の包絡線の近くにあり、これは、極めて高い色飽和度、殊に９０％以上の色飽和度を生じさせるのである。
【００３６】
図２ｂには、図２ａの青色発光半導体チップの輝度および色位置のシミュレーションが表の形態で示されている。ここでは発光材料を使用していない。この表では、ピーク波長と、主波長と、座標ＣｘおよびＣｙによる色空間における半導体チップ１の位置と、光束と、ビーム出力と、主波長４７０ｎｍにおける光束に標準化した光束比と、主波長４７０ｎｍにおけるビーム出力に標準化したビーム出力比とによって示されている。ビーム出力は、波長が長くなるのに伴って連続して減少し、これに対して光束、すなわちＶ(λ)曲線によって重み付けしたビーム出力は、波長が長くなるのに伴って連続して増大する。Ｖ(λ)曲線は、３８０ｎｍから７８０ｎｍまでの波長領域において人間の目の感度を表す。Ｖ(λ)の最大値は、約５５０ｎｍにあり、すなわち緑色スペクトル領域にある。ピーク波長は、電磁スペクトルが最大値を有する波長である。上記の主波長は、非単色スペクトルを人間の目の感度によって重み付けすることによって得られる。上記のビーム出力は、１つの光源から空間に放射されるエネルギのことである。単位はワットである。上記の光束は、Ｖ(λ)曲線によって重み付けしたビーム出力に比例する。単位はルーメンである。
【００３７】
図３ａには、ＣＩＥ線図において、波長変換後の種々異なる青色発光半導体チップの色位置１０の配置状態を有する、シミュレーションした状態が示されている。ここには、４４０ｎｍ，４４５ｎｍ，４５０ｎｍおよび４５５ｎｍに主波長を有する半導体チップに対する色位置が示されている。本発明による発光材料は、体積体コンパウンドにおいて１．５％の濃度を有する。したがって半導体チップ４０から放射される１次ビームは、おおよそ４５５ｎｍよりも主波長が短い、波長の短い青色スペクトル領域にあるのである。上記の発光材料粒子は、この１次ビームの少なくとも１部分を、主波長が約４９０ｎｍと約５５０ｎｍとの間にある、緑色スペクトル領域の波長の長い２次ビームに変換する。１次ビームと２次ビームとからなるこの混合光は、約４６０ｎｍと約４８０ｎｍとの間の波長領域にある主波長を有する。この混合光の光束は、４６０ｎｍと４８０ｎｍとの間の領域に同じ主波長を有しかつ発光材料４４のないオプトエレクトロニクス構成素子における光束よりも最大で１３０％だけ大きい。
【００３８】
約４４０ｎｍから約４５５ｎｍまでの領域に主波長を有しかつ半導体チップ４０から放射される１次ビームと、約４９０ｎｍから約５５０ｎｍまでの領域に主波長を有しかつ発光材料４４から送出される２次ビームとからなる上記の混合光の色位置は、ＣＩＥ線図（１００）において互いに接近して並んでいるため、標準的な発光材料の濃度の場合、この混合光の主波長は、約２から４ｎｍまでの、殊に３ｎｍの、投影された主波長領域４６内にある。ここでは上記のオプトエレクトロニクス構成素子の色位置は、ＣＩＥ色空間の上記の包絡線上に投影される。
【００３９】
上記の混合光を放射するオプトエレクトロニクス構成素子（１０００）の色位置は、ＣＩＥ線図において、種々異なる青標準によって、殊にEN12966 Cl（VMS）およびEN 12966 C2（VMS）によって構成される２次元領域にある。色飽和は、約７０％にあり、これは、人間の眼による知覚に対して十分な値である。
【００４０】
図３ｂには、図３ａのシミュレーションの結果が表の形態で示されている。発光材料４４は、注形コンパウンド４３において分散される粒子として構成されたており、濃度は１．５重量パーセントである。光束比はここでも、発光材料のない４７０ｎｍの光束を基準に標準化されている。４７０ｎｍの光束に対する値は、５．１８である（図２ｂを参照されたい）。主波長４５５ｎｍに対し、上記の光束は６６％増大している。主波長４４０ｎｍに対して光束は８０％も増大する。
【００４１】
図４ａには、種々異なる発光材料濃度に対し、波長変換後の青色発光半導体チップの測定した色位置が示されている。
【００４２】
基準として４４１ｎｍの主波長を有する半導体チップの色位置１１０と、４５１ｎｍの主波長を有する半導体チップの色位置１１１と、４５４ｎｍの主波長を有する半導体チップの色位置１１２と、４６５．５ｎｍの主波長を有する色位置１１３とがプロットされている。ここでは発光材料を使用していない。色位置１１０，１１１および１１２は、有効な青色標準の外側にある。
【００４３】
ここでは、１％，１．５％および２％の発光材料濃度に対して色位置１０１，１０２および１０３がそれぞれ示されている。約１５ｎｍ（４４１ｎｍから４５５ｎｍ）の範囲の半導体チップ波長を使用しているのにもかかわらず、このオプトエレクトロニクス構成素子の主波長は、標準的な発光材料濃度において有利にも約２ｎｍの範囲内にある。この図では殊にＣＩＥ色空間の包絡線上にある線が書き込まれている。同じ線上にある色位置は、主波長が同じである。
【００４４】
図４ｂには図４ａの測定値が表で示されている。この表の第１の区画では、４４１ｎｍ，４５１ｎｍおよび４５４ｎｍを有する半導体チップの主波長に対して、ＣＩＥ空間における座標ＣｘおよびＣｙが示されている。４６５．５ｎｍの主波長を有する半導体チップの色位置１１３を基準として使用する。この表の第２の区画にはオプトエレクトロニクス構成素子に対する測定値が、すなわち半導体チップと発光材料との組み合わせに対する測定値が示されている。ここでは発光材料濃度と、主波長と、ＣＩＥ色空間におけるオプトエレクトロニクス構成素子の座標と、このオプトエレクトロニクス構成素子によって形成される光束の強度とが互いに関係づけられている。さらにオプトエレクトロニクス構成素子のビーム出力が示されている。この表の第３の区画では光束比が示されている。このため、このオプトエレクトロニクス構成素子の光束は、発光材料を使用しない４６５．５ｎｍの主波長を有する半導体チップの光束に標準化される。標準化された光束は、２２．８ルーメンになる。
【００４５】
１．５％の発光材料濃度を有するオプトエレクトロニクス構成素子の状況を例示的に説明する。第１の半導体チップの主波長は４４１ｎｍであり、オプトエレクトロニクス構成素子の対応する主波長は、すなわち半導体チップと発光材料との組み合わせた主波長は４６６．７ｎｍである。この光束は、４０．４ルーメンである。光束比は１７７％である。このことが意味するのは、４６５．５ｎｍの波長を有しかつ発光材料のない半導体チップの場合よりも光束は７７％大きいことである。第２の半導体チップの主波長は４５１ｎｍであり、オプトエレクトロニクス構成素子の対応する主波長は、すなわち半導体チップと発光材料との組み合わせた主波長は４６７．１ｎｍである。光束は３９．９ルーメンである。光束比は１７５％である。このことが意味するのは、４６５．５ｎｍの波長を有しかつ発光材料のない半導体チップの場合よりも光束が７５％だけ大きいことである。第３の半導体チップの主波長は４５４ｎｍであり、オプトエレクトロニクス構成素子の対応する主波長は、すなわち半導体チップと発光材料との組み合わせた主波長は４６７．５ｎｍである。光束は３８．１ルーメンである。光束比は１６７％である。このことが意味するのは、４６５．５ｎｍの波長を有しかつ発光材料のない半導体チップの場合よりも光束が６７％だけ大きいことである。これによれば、上記の半導体チップ上の体積体注形コンパウンドにおいて１．５％の濃度の発光材料を使用することによる輝度利得は、主波長が４６６ｎｍから４６８ｎｍまでの領域にある場合、６７％と７７％との間になるのである。
【００４６】
図５ａには図４ａの部分領域が示されている。ここには１％の発光材料濃度において、青色発光半導体チップ１０１の測定した色位置がプロットされている。ここでは上で述べた青色標準の２次元領域２，３，４が書き込まれている。１％の発光材料の濃度において、このオプトエレクトロニクス構成素子の全体的な主波長領域５がセグメントの形態でプロットされている。ここでは４４１ｎｍのチップ波長に対する色位置６と、４５１ｎｍのチップ波長に対する色位置７と、４５４ｎｍのチップ波長に対する色位置８とがプロットされている。オプトエレクトロニクス構成素子の主波長範囲は、４６１ｎｍと４６５ｎｍとの間にある。図４ｂによれば、光束は、言い換えればオプトエレクトロニクス構成素子の輝度は、３５０ｍＡの電流の場合に３２ルーメンと３４ルーメンとの間になる。
【００４７】
図５ｂには図４ａの部分領域が示されている。ここでは１．５％の発光材料濃度において、青色発光半導体チップ１０２の測定した色位置がプロットされている。ここには上で述べた青色標準の２次元領域２，３，４が書き込まれている。１．５％の発光材料の濃度において上記のオプトエレクトロニクス構成素子の全体的な主波長領域１５がセグメントの形でプロットされている。ここでは４４１ｎｍのチップ波長に対する色位置１６と、４５１ｎｍのチップ波長に対する色位置１７と、４５４ｎｍのチップ波長に対する色位置１８とがプロットされている。このオプトエレクトロニクス構成素子の主波長範囲は、４６６ｎｍと４６９ｎｍとの間にある。図４ｂによれば、光束は、言い換えればオプトエレクトロニクス構成素子の輝度は、３５０ｍＡの電流の場合に３８ルーメンと４１ルーメンとの間になる。
【００４８】
図５ｃには図４ａの部分領域が示されている。ここでは２％の発光材料濃度において、青色発光半導体チップ１０３の測定した色位置がプロットされている。ここでは上で述べた青色標準の２次元領域２，３，４が書き込まれている。２％の発光材料の濃度においてこのオプトエレクトロニクス構成素子の全体的な主波長領域２５がセグメントの形でプロットされている。ここでは４４１ｎｍのチップ波長に対する色位置２６と、４５１ｎｍのチップ波長に対する色位置２７と、４５４ｎｍのチップ波長に対する色位置２８とがプロットされている。オプトエレクトロニクス構成素子の主波長範囲は、４６９ｎｍと４７１ｎｍとの間にある。図４ｂによれば、光束は、言い換えればオプトエレクトロニクス構成素子の輝度は、３５０ｍＡの電流の場合に４２ルーメンと４６ルーメンとの間になる。
【００４９】
ここではベースとなるアイデアを説明するため、本発明のオプトエレクトロニクス構成素子をいくつかの実施例に基づいて説明した。これらの実施例は、所定の特徴の組み合わせに制限されない。いくつかの特徴および実施形態が、特別な１つの実施例または個々の実施例だけに関連して説明されていたとしても、これらの特徴はそれぞれ、別の実施例の別の特徴と組み合わせることが可能である。また、一般的な技術教示事項が実現されているのであるかぎり、複数の実施例において個々に示した特徴または特別な実施形態を取り除くかまたは付加することも考えられる。
【符号の説明】
【００５０】
１０００  オプトエレクトロニクス構成素子、  １  基準のケースにおける半導体チップの色位置、  ２  青色標準の２次元領域EN 129661 Cl、  ３  青色標準の２次元領域EN 129661 C2、  ４  ロシア鉄道、  ５  １％の発光材料における色位置の包絡線、  ６  １％の発光材料、チップ波長４４１ｎｍにおける色位置、  ７  １％の発光材料、チップ波長４５１ｎｍにおける色位置、  ８  １％の発光材料、チップ波長４５４ｎｍにおける色位置、  １０  シミュレーションによるＬＥＤの色位置、  １５  １．５％の発光材料時の色位置の包絡線、  １６  １．５％の発光材料、チップ波長４４１ｎｍにおける色位置、  １７  １．５％の発光材料、チップ波長４５１ｎｍにおける色位置、  １８  １．５％の発光材料、チップ波長４５４ｎｍにおける色位置、  ２５  ２％の発光材料における色位置の包絡線、  ２６  ２％の発光材料、チップ波長４４１ｎｍにおける色位置、  ２７  ２％の発光材料、チップ波長４５１ｎｍにおける色位置、  ２８  ２％の発光材料、チップ波長４５４ｎｍにおける色位置、  ４０  青色スペクトル領域に放射波長を有する半導体チップ、  ４１  支持体／リードフレーム、  ４２  ボンディングワイヤ、  ４３  注形コンパウンド、  ４４  発光材料、  ４５  出射窓、  ４６  投影主波長領域、  １００  ＣＩＥ標準表色系による色空間の区画、  １０１  １％の発光材料濃度における半導体チップの色位置、  １０２  １．５％の発光材料濃度における半導体チップの色位置、  １０３  ２％の発光材料濃度における半導体チップの色位置、  １１０  ４４１ｎｍの主波長を有する半導体チップの色位置、  １１１  ４５１ｎｍの主波長を有する半導体チップの色位置、  １１２  ４５４ｎｍの主波長を有する半導体チップの色位置、  １１３  ４６５．５ｎｍの主波長を有する半導体チップの色位置
【図１ａ】
2013535813.tif 000003
【図１ｂ】
2013535813.tif 000004
【図１ｃ】
2013535813.tif 000005
【図２ａ】
2013535813.tif 000006
【図２ｂ】
2013535813.tif 000007
【図３ａ】
2013535813.tif 000008
【図３ｂ】
2013535813.tif 000009
【図４ａ】
2013535813.tif 000010
【図４ｂ】
2013535813.tif 000011
【図５ａ】
2013535813.tif 000012
【図５ｂ】
2013535813.tif 000013
【図５ｃ】
2013535813.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成25年2月15日(2013.2.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
オプトエレクトロニクス構成素子（１０００）において、
半導体チップ（４０）と、
当該半導体チップ（４０）を少なくとも部分的に包囲する発光材料（４４）とを有しており、
当該半導体チップ（４０）は、おおよそ４６５ｎｍよりも短い主波長において、波長の短い青色スペクトル領域の１次ビームを放射し、
前記発光材料（４４）は、前記１次ビームの少なくとも１部分を、約４９０ｎｍと約５５０ｎｍとの間に主波長を有する、より波長の長い緑色スペクトル領域における２次ビームに変換し、
１次ビームと２次ビームとからなる混合光は、約４６０ｎｍと約４８０ｎｍとの間の波長における主波長を有しており、当該混合光の光束は、４６０ｎｍと４８０ｎｍとの間の範囲に同じ主波長を有しかつ発光材料（４４）のないオプトエレクトロニクス構成素子における光束よりも最大で１３０％だけ大きい、
ことを特徴とするオプトエレクトロニクス構成素子（１０００）。
【請求項２】
請求項１に記載のオプトエレクトロニクス構成素子において、
前記半導体チップ（４０）から放射されかつ約４４０ｎｍから約４５５ｎｍまでの範囲に主波長を有する１次ビームからなり、かつ、前記発光材料（４４）から送出されかつ約４９０ｎｍから約５５０ｎｍまでの範囲に主波長を有する２次ビームからなる混合光の複数の色位置は、ＣＩＥ線図（１００）において接近して並んでおり、標準的な発光材料濃度の場合に前記混合光の主波長は、約２から４ｎｍまでの波長範囲内にある、
ことを特徴とするオプトエレクトロニクス構成素子。
【請求項３】
請求項２に記載のオプトエレクトロニクス構成素子において、
前記混合光を放射する前記オプトエレクトロニクス構成素子（１０００）の前記色位置は、ＣＩＥ線図において、種々異なる青色基準により、殊にEN 12966 Cl (VMS)およびEN 12966 C2 (VMS)によって形成される２次元領域上にある、
ことを特徴とするオプトエレクトロニクス構成素子。
【請求項４】
請求項１から３までのいずれか１項に記載のオプトエレクトロニクス構成素子において、
前記発光材料（４４）は、粒子の形態で注形コンパウンド（４３）内に分散されている、
ことを特徴とするオプトエレクトロニクス構成素子。
【請求項５】
請求項１から４までのいずれか１項に記載のオプトエレクトロニクス構成素子において、
前記注形コンパウンド（４３）における前記発光材料（４４）の濃度は、３重量パーセント以下であり、有利には１．５重量パーセントである、
ことを特徴とするオプトエレクトロニクス構成素子。
【請求項６】
請求項１から５までのいずれか１項に記載のオプトエレクトロニクス構成素子において、
前記発光材料（４４）は、前記半導体チップ（４０）に直接載置される小板に配置されている、
ことを特徴とするオプトエレクトロニクス構成素子。
【請求項７】
請求項１から６までのいずれか１項に記載のオプトエレクトロニクス構成素子において、
前記発光材料（４４）は、前記オプトエレクトロニクス構成素子を前記半導体チップ（４０）の周りで閉じる出射窓（５２）に配置されている、および／または当該出射窓（５２）内に配置されている、
ことを特徴とするオプトエレクトロニクス構成素子。
【請求項８】
請求項１から７までのいずれか１項に記載のオプトエレクトロニクス構成素子において、
前記発光材料（４４）は、ユーロピウム活性化された青色緑色ケイ酸塩であり、殊に組成式Ca8-x-yEuxMnyMg(SiO4)4Cl2、ただしｙ≧０．０３およびｘ＝０．００５およびｘ＝１．５を有するクロロケイ酸塩である、
ことを特徴とするオプトエレクトロニクス構成素子。
【請求項９】
請求項１から８までのいずれか１項に記載のオプトエレクトロニクス構成素子において、
前記発光材料（４４）は、組成式(Ca,Sr,Ba)2SiO4:EUを有する、ユーロピウム活性化されたオルトケイ酸塩を有する、
ことを特徴とするオプトエレクトロニクス構成素子。
【請求項１０】
請求項１から９までのいずれか１項に記載のオプトエレクトロニクス構成素子において、
前記発光材料（４４）は、組成式(Mg,Ca,Sr,Ba)Ga2S4:EUを有する、ユーロピウム活性化されたチオガリウム酸塩を有する、
ことを特徴とするオプトエレクトロニクス構成素子。
【請求項１１】
請求項１から１０までのいずれか１項に記載のオプトエレクトロニクス構成素子において、
前記発光材料（４４）は、組成式Ba3Si6O12N2:EUを有する、ユーロピウム活性化SiONeを有する、
ことを特徴とするオプトエレクトロニクス構成素子。
【請求項１２】
請求項１から１１までのいずれか１項に記載のオプトエレクトロニクス構成素子において、
前記発光材料（４４）は、ベータSiAlONを有する、
ことを特徴とするオプトエレクトロニクス構成素子。
【請求項１３】
請求項１から１２までのいずれか１項に記載のオプトエレクトロニクス構成素子において、
前記発光材料（４４）は、７０％までの量子効率を有する、
ことを特徴とするオプトエレクトロニクス構成素子。
【請求項１４】
オプトエレクトロニクス構成素子（１０００）において、
半導体チップ（４０）と、
当該半導体チップ（４０）を少なくとも部分的に包囲する発光材料（４４）とを有しており、
当該半導体チップ（４０）は、おおよそ４６５ｎｍよりも短い主波長において、波長の短い青色スペクトル領域の１次ビームを放射し、
前記発光材料（４４）は、前記１次ビームの少なくとも１部分を、約４９０ｎｍと約５５０ｎｍとの間に主波長を有する、より波長の長い緑色スペクトル領域における２次ビームに変換し、
１次ビームと２次ビームとからなる混合光は、約４６０ｎｍと約４８０ｎｍとの間の波長における主波長を有しており、当該混合光の光束は、４６０ｎｍと４８０ｎｍとの間の範囲に同じ主波長を有しかつ発光材料（４４）のないオプトエレクトロニクス構成素子における光束よりも最大で１３０％だけ大きく、
前記発光材料（４４）は、粒子の形態で注形コンパウンド（４３）内に３重量パーセント以下の濃度で分散されている、
ことを特徴とするオプトエレクトロニクス構成素子。
【国際調査報告】
2013535813.tif 000015
2013535813.tif 000016
2013535813.tif 000017
2013535813.tif 000018