(57)【要約】  本発明は、シリコンを有する反射性の光学障壁の製造のためのプロセスを取り扱うものであり、発光装置と組み合わせて便利なものである。当該プロセスは、シリコン材料の結晶の１１１面に沿ったエッチングのレートが１１０及び１００面に沿ったエッチングのレートよりも遅い態様における前記シリコン材料の異方性ウェットエッチングを有する。本発明は、更に、発光装置と組み合わせて便利な反射性の光学障壁と、反射性の光学障壁を有する少なくとも１つの発光装置を含むシステムとを含む。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光装置と組み合わせて便利なシリコンを有する反射性の光学障壁の製造のためのプロセスであって、シリコン材料の結晶（１１１）面に沿ったエッチングのレートが（１１０）及び（１００）面に沿ったエッチングのレートよりも遅い態様における前記シリコン材料の異方性ウェットエッチングを有する、プロセス。
【請求項２】
シリコン基板上にシリコン二酸化物及び／又はシリコン窒化物の層を作成するステップと、リソグラフィによって前記光学障壁をパターニングするステップと、前記シリコン二酸化物及び／又はシリコン窒化物層をエッチングするステップと、前記シリコン基板を異方性ウェットエッチングするステップと、前記シリコン二酸化物及び／又はシリコン窒化物層を更に除去するステップと、箔上に前記シリコンウエハを取り付けるステップと、必要である場合に、前記光学障壁が前記シリコンウエハを有さないようになるまで、後ろ側を研削するステップとを有する請求項１に記載のプロセス。
【請求項３】
前記シリコン材料が、貫通開口又は閉じられた底部を有するキャビティが形成される程度まで、ウェットエッチングされる、請求項１又は２に記載のプロセス。
【請求項４】
前記シリコンウエハを前記反射性の光学障壁の所望の高さに等しい所与の厚さまで研削するステップと、前記のようなウエハの前側及び後ろ側にシリコン窒化物の１つ又は複数の層を堆積させるステップと、前記光学障壁をリソグラフィによってパターニングするステップと、前記ウエハの、前記光学障壁がリソグラフィによってパターニングされる側における前記シリコン窒化物層をエッチングするステップと、前記シリコン基板を異方性ウェットエッチングするステップと、前記ウエハ上に残存している前記シリコン窒化物をエッチングするステップと、箔上に前記シリコンウエハを取り付けるステップと、前記ウエハを切断するステップとを有する請求項１に記載のプロセス。
【請求項５】
前記光学障壁が、好ましくは銀及び／又はアルミニウムである反射面によってコーティングされている、請求項１乃至４の何れか一項に記載のプロセス。
【請求項６】
前記光学障壁が、第２表面上に前記光学障壁を取り付けるためのガイド補助を更に備えている、請求項１乃至５の何れか一項に記載のプロセス。
【請求項７】
発光装置と組み合わせて便利である請求項１乃至６の何れか一項に記載のプロセスによって得られる反射性の光学障壁。
【請求項８】
１００μｍ以上かつ５００μｍ以下であって、好ましくは５００μｍである側壁の高さ、８０μｍ以上かつ１００μｍ以下であって、好ましくは１００μｍである発光装置の高さ、及び／又は８０μｍ以上かつ３００μｍ以下であって、好ましくは２００μｍである中央反射壁の高さを有する、請求項１乃至７の何れか一項に記載のプロセスによって得られる反射性の光学障壁。
【請求項９】
受動素子であって、好ましくは電気素子、流体導管、気体導管及び／又は光学導波管を含む群から選択されたものを更に有する、請求項７又は８に記載の反射性の光学障壁。
【請求項１０】
照明目的のための発光装置を有する反射性の光学障壁の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反射性の光学障壁の製造のためのプロセスに向けられているものである。特に、本発明は、発光装置の生産において便利なシリコンを有する反射性の光学障壁の製造のためのプロセスに向けられているものである。
【背景技術】
【０００２】
高輝度発光ダイオード（ＬＥＤ）の大容量用途は、信号方式及び信号系に良好に確立されている。これらは、数年のうちに照明用途における従来のランプに取って代わることが期待されている。
【０００３】
ＬＥＤの興味深いフィーチャの１つは、ＬＥＤ装置の色の純度である。このことは、プログラム可能なビーム色を有するランプにおいて使用されることができる。マルチカラーＬＥＤランプの場合、異なる色を有する複数のＬＥＤが、小さい照明混合光学素子を可能にするために、互いに対して小さい距離において取り付けられる必要がある。
【０００４】
小型のマルチチップモジュールを達成するための既知の原理は、共通基板上に取り付けられている剥き出しのＬＥＤチップの使用である。
【０００５】
しかしながら、前記のようなＬＥＤの発光特性により、前記取り付け面又は側部に向かって発せられる光の一部は、隣接するＬＥＤ内に吸収される。この光は、損失し、前方に向けられることができない。
【０００６】
米国特許第2004／0218390A1号は、小型かつ効率的な光学照明システムであって、限定された角度範囲内に極性を与えられている又は極性を与えられていない出力を集束させる平面状の多層ＬＥＤ光源のアレイをフィーチャとする、光学照明システムを開示している。前記光学システムは、高架の斜方晶系薄膜、偏光変換薄膜（polarisation converting films）、マイクロレンズアレイ、及び外部の半球状又は楕円状の反射素子の少なくとも１つを使用している成形された金属反射ビンの対応するアレイの入力開口内に位置されている電気的に相互接続されているＬＥＤチップの平面アレイによって発せられる光を操作する。実際的なＬＥＤアレイ照明システムの用途は、小型のＬＣＤ又はＤＭＤビデオ画像プロジェクタ、並びに一般照明、自動車用の及びＬＣＤのバックライトを含む。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述の従来技術の状態において、未だに、著しい欠点が存在する。この光学照明システムの１つの鍵である要素、即ち前記成形された金属反射ビンは、作製するのが難しい。一つの代替案は、形成ツールの使用及び柔らかい材料への所望のパターンのエンボス加工である。前記反射ビンの所望の形状を得るために、シリコン基板が反応性のイオンエッチングにさらされる第２の代替的な案が、記載されている。何れの場合においても、このようにして形成されたビンのアレイの側壁は、所望の反射特性を得るために金属薄膜によってコーティングされる必要があり得る。
【０００８】
特に、シリコン基板の場合、プラズマエッチングプロセス、従ってドライプロセスである反応性イオンエッチングのプロセスは、プラズマエッチ液の限定された容量のために不経済であり、高いエネルギー要件を有し、前記基板上の微細構造の形成に関して制御するのが難しい。
【０００９】
従って、発光装置と組み合わせて使用されることができる反射性の光学障壁の製造のための簡単であり、経済的であり、制御が容易であるプロセスに対する必要性が存在する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この目的は、前記プロセスが、シリコン材料の結晶（１１１）面に沿ったエッチングのレートが（１１０）及び（１００）面に沿ったエッチングのレートよりも遅い態様におけるシリコン材料の異方性ウェットエッチングを有するような仕方において、本発明によって達成される。
【００１１】
このことは、ウェットエッチングのプロセスが、大きい程度で縮尺可能であることと、動作するために電力消費型プラズマオーブンに頼らないという事実により、特に有利である。
【００１２】
本発明において使用されている「平面に沿ったエッチング」なる語は、材料が取り除かれる全体的な方向が、興味のある面に対して垂直であることを意味する。好ましくは、前記シリコン材料のエッチングのレートのオーダは（１００）面に沿ったエッチングよりも遅く、（１００）面に沿ったエッチングは（１１０）面に沿ったエッチングよりも遅い。
【００１３】
驚くべきことに、本発明による前記プロセスは、高い反射特性を有する表面を生じることが分かっている。或る理論による結合を伴うことなく、（１１０）面は、最速のエッチングの主表面であることに留意されたい。理想的な（１１０）面は、（１００）及び（１１１）主表面よりも更に波形をつけられている原子構造を有している。（１１１）面は、きつくパッケージングされている極端に遅いエッチング面であり、原子ごとに１つのダングリングボンドを有しており、全体的に原子レベルで平坦である。
【００１４】
本発明による一実施例において、前記ウェットエッチングの配合は、水酸化物腐食液、ＥＤＰ（エチレンジアミン／ピロカテコール／水）及び／又はヒドラジン、好ましくはＫＯＨを含む群から選択された腐食液を有する。
【００１５】
異方性カリウム水酸化物（ＫＯＨ）のウェットエッチング溶液のための配合は、これらに限定されるわけではないが、２０％ＫＯＨ：８０％Ｈ２Ｏ、３０％ＫＯＨ：７０％Ｈ２Ｏ、４０％ＫＯＨ：６０％Ｈ２Ｏ、２０％ＫＯＨを４に８０％Ｈ２Ｏを３にイソプロパノールを４の割合、４４％ＫＯＨ：５６％Ｈ２Ｏ、２３．４％ＫＯＨ：６３．３％Ｈ２Ｏ：１３．３％イソプロパノールを含むことができる。
【００１６】
本発明による異方性ウェットＫＯＨエッチングの実施温度は、≧２０℃から≦１２０℃の範囲に有り得る。
【００１７】
表１は、前記シリコン内部の結晶面に対する７０℃の温度における所与の強度のＫＯＨの水溶性溶液によるシリコンエッチングのレート［μｍ／分]を列記している。括弧内の値は、（１１０）に対して規格化された値である。
【表１】
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【００１８】
異方性テトラメチルアンモニウム水酸化物（ＴＭＡＨ）ウェットエッチング溶液のための配合は、これらに限定されるわけではないが、５％ＴＭＡＨ：９５％Ｈ２Ｏ、１０％ＴＭＡＨ：９０％Ｈ２Ｏ、２％ＴＭＡＨ：９８％Ｈ２Ｏ、２２％ＴＭＡＨ：８８％Ｈ２Ｏ、２２％ＴＭＡＨ：８８％Ｈ２Ｏ及び０．５％界面活性剤、２２％ＴＭＡＨ：８８％Ｈ２Ｏ及び１．０％界面活性剤を含むことができる。
【００１９】
本発明による異方性ウェットＴＭＡＨエッチングの実施温度は、≧２０℃から９０℃≦の範囲に有り得る。
【００２０】
表２は、前記シリコン内部の結晶面に対する変化する温度における５％ＴＭＡＨ：９５％Ｈ２Ｏの水溶性溶液によるシリコンエッチングのレート[μｍ／分]を列記している。括弧内の値は、（１１０）に対して規格化された値である。
【表２】
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【００２１】
異方性エチレンジアミン／ピロカテコール／水（ＥＤＰ）ウェットエッチング溶液のための配合は、これらに限定されるわけではないが、（'ｅｎ'はエチレンジアミン、Ｈ２Ｎ（ＣＨ２）２ＮＨ２を示し、'ｐｃ'は、ピロカテコール、Ｃ６Ｈ４（ＯＨ）２を示すものとして）５００ｍｌのｅｎ：８８ｇのｐｃ：２３４ｍｌのＨ２Ｏ、又は５００ｍｌのｅｎ：１６０ｇのｐｃ：１６０ｍｌのＨ２Ｏ、５００ｍｌのｅｎ：１６０ｇのｐｃ：１ｇのピラジン：１６０ｍｌのＨ２Ｏ、又は５００ｍｌのｅｎ：１６０ｇのｐｃ：３gのピラジン：１６０ｍｌのＨ２Ｏ、又は５００ｍｌのｅｎ：８０ｇのｐｃ：３．６ｇのピラジン：６６ｍｌのＨ２Ｏ、又は４６．４ｍｏｌ−％のｅｎ：４ｍｏｌ−％のｐｃ：４９．４ｍｏｌ−％のＨ２Ｏ、又は２５０ｍｌのｅｎ：４５ｇのｐｃ：１２０ｍｌのＨ２Ｏを含むことができる。
【００２２】
本発明による異方性ウェットＥＤＰエッチングの実施範囲は、≧５０℃から≦１２０℃の範囲に有り得る。
【００２３】
表３は、前記シリコン内部の結晶面に対する１１０℃の温度における５００ｍｌのエチレンジアミン：８８ｇのピロカテコール：２３４ｍｌのＨ２Ｏの溶液によるシリコンエッチングのレート[μｍ／分]を列記している。括弧内の値は、（１１０）に対して規格化された値である。
【表３】
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【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
更なる実施例において、本発明によるシリコンを有する反射性の光学障壁の製造のためのプロセスは、図１乃至６に示されているステップにおいて引き受けられることもできる。
【００２５】
本発明の一実施例において、前記シリコン材料は、貫通（through-going）開口が前記材料内にエッチングされる程度に、ウェットエッチングされている。このことは、研削ステップ（図６）が、短縮される又は省略されることができるという有利な点を有する。代替的には、本発明の他の実施例において、前記シリコン材料は、底を有するキャビティが前記材料内に形成されるような程度において、ウェットエッチングされる。このことは、前記シリコン材料が、長い間にわたって、ウェットエッチング溶液内に浸される必要がないという有利な点を有する。腐食液の性質に依存して、更なる構造が、より短い期間において、前記材料内にエッチングされることができる。次いで、前記シリコン基板の後ろ側は、（図６に示されているように）研削にさらされる。
【００２６】
本発明の好適実施例において、本発明によるシリコンを有する反射性の光学障壁の製造に関するプロセスは、前記反射性の光学障壁の所望の高さに等しい所与の厚さまで前記シリコンウエハを研削するステップと、シリコン窒化物の１つ又は複数の層を、前記ウエハの前側及び後ろ側に堆積させるステップと、リソグラフィによって前記光学障壁をパターニングするステップと、前記ウエハの、前記光学障壁がリソグラフィによってパターニングされる側における前記シリコン窒化物層をエッチングするステップと、前記シリコン基板の異方性ウェットエッチングのステップと、前記ウエハ上に残存している前記シリコン窒化物をエッチングするステップと、箔上に前記シリコンウエハを取り付けるステップと、前記ウエハを切断する（sawing）ステップとを有する。
【００２７】
本発明の更に好適な実施例において、前記光学障壁は、反射面（好ましくは銀及び／又はアルミニウム）によってコーティングされている。前記コーティングは、従来技術において知られている方法であって、例えば、スパッタリング、蒸着、化学蒸着又は金属−有機化学蒸着によって達成されることができる。反射面の付加的なコーティングは、前記反射性の光学障壁の全体的な光効率に対して有利な効果を有することができる。
【００２８】
本発明の更に好ましい実施例において、前記光学障壁は、更に、第２表面上に前記光学障壁を取り付けるためのガイド補助（guiding aides）を備えている。前記第２表面は、これに限定されるわけではないが、発光装置を有するサブマウントであっても良い。本発明によるガイド補助は、前記反射性の光学障壁内の突起又は代替的にはキャビティであっても良い。前記ガイド補助は、製造型のアセンブリが更に効率的に動作することができるような２つの表面の取り付けを容易にする。
【００２９】
本発明の範囲は、発光装置と組み合わせて便利である本発明のプロセスによって得られる反射性の光学障壁も含むものである。発光装置は、発光ダイオード（ＬＥＤ）、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）及び／又は固体レーザを含む群から選択されることができる。
【００３０】
本発明によるプロセスによって得られる前記反射性の光学障壁は、分離されている要素であり、従って、発光装置のサブマウント上に取り付けられることができることに留意されたい。例えば、前記反射性の光学障壁は、発光ダイオード、有機発光ダイオード又は半導体レーザのサブマウント上に取り付けられることができる。前記反射性の光学障壁は、粘着力、粘着剤、又ははんだ付けによって前記サブマウントに接続されることができる。前記反射性の光学障壁のシリコン材料の性質のため、この障壁は、可撓性のものであることができる。このことは、前記サブマウントの理想的な平面性からの小さい逸脱が補償されることができるという有利な点を有する。
【００３１】
図７に示されているように、本発明による反射性の光学障壁（１）は、発光装置のサブマウント（１０）上に取り付けられている。発光装置（８）は、前記反射性の光学障壁に対向する側から電気的に接触されている。このことは、光の反射を妨げる配線要素が無いという有利な点を有する。
【００３２】
本発明による更なる実施例において、発光装置を有する前記反射性の光学障壁内の前記キャビティは、高い反射率を有する物質によって封止されている。このような物質は、これに限定されるものではないが、エポキシ樹脂であっても良い。この封止は、当該光学照明システムの全体的な光放出を１０％に達しえるまで改善する。
【００３３】
好適実施例において、本発明によるプロセスによって得られる前記反射性の光学障壁（図７に示されている）は、≧１００μｍから≦５００μｍまでの側壁（７）の高さ、≧８０μｍから≦１００μｍまでの発光装置（８）の高さ、及び／又は≧８０μｍから≦３００μｍまでの中央の反射壁（９）の高さを有する。
【００３４】
好適実施例において、本発明によるプロセスによって得られる前記反射性の光学障壁（図７に示されている）は、約５００μｍの側壁（７）の高さと、約１００μｍのｓ発光装置（８）の高さと、約２００μｍの中央の反射壁（９）の高さとを有する。
【００３５】
本発明によって得られる前記反射性の光学障壁は、発光装置がこの内部に突出する１つキャビティを有していても良い。代替的には、一つの反射性の光学障壁ユニットが、複数のキャビティを有していても良い。例えば、一つの反射性の光学障壁ユニットが、４つのキャビティを有していても良い。４つのキャビティを有するこのユニットは、ＲＧＢＡ色モデルに従って発光装置を製造するのに便利なものであることができる。前記ＲＧＢＡ色モデル（赤、緑、青及び琥珀）は、白色光を必要とする照明用途に、特に適している。４つのキャビティを有するこのユニットは、赤、青、緑及び琥珀の発光装置を内蔵することができる。
【００３６】
前記反射性の光学障壁内の前記キャビティは、格子様式において、規則的に配されることができる。本発明の他の実施例において、前記キャビティは、不規則に配される。前記キャビティが発光装置の場所を規定するので、このことは、目に対してより快い照明効果を達成することができる。
【００３７】
反射性の光学障壁及び発光装置を有する光学照明システムのための一つの要件は、前記反射性の光学障壁に対する前記発光装置の位置が、正確に制御される必要があることである。本発明によれば、この要件は、発光装置が前記反射性の光学障壁の前記キャビティ内に突出する事実によって満たされ、これにより、固定された位置になる。
【００３８】
本発明による反射性の光学障壁は、好ましくは、電気素子、流体導管、気体導管及び／又は光学導波管を含む群から選択された受動素子を更に有することができる。このことは、多くの仕方において有利である。更に、電気回路のような電気素子の集積は、前記反射性の光学障壁を有するシステムの全体的な大きさを減少することができる。更に、前記反射性の光学障壁内の圧電材料と組み合わせて、発せられた光の反射の方向に影響を及ぼすこともできる。流体及び気体導管は、例えば、動作中、前記反射性の光学障壁の冷却の目的のために、機能することができる。最後に、光学導波管が、前記反射性の光学障壁に沿って光学的に符号化された情報を転送するのに使用されることができる。
【００３９】
発光装置を有する本発明による反射性の光学障壁は、照明目的に使用されることもできる。例えば、本発明による反射性の光学障壁と、発光ダイオード（ＬＥＤ）又は有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）とを有するシステムは、店舗照明、家庭照明、ヘッドランプ、アクセント照明、スポット照明、劇場照明、オフィス照明、職場の照明、自動車のフロント照明、自動車の補助照明、自動車の室内照明、消費者テレビジョン装置用途、光ファイバ光学素子用途、投影システム、信号方式及び信号系の用途のうちの１つ以上において使用されることができる。
【００４０】
これらの全ての用途は、照明効率及び電気効率が改善されることができる事実からの利益を受けることができる。
【００４１】
当該明細書を過度に長くすることなく広範な開示を提供するために、本出願人は、上述で参照した特許及び特許出願の各々を参照によって本明細書内に組み込む。
【００４２】
上述において詳述した実施例における要素及びフィーチャの特定の組み合わせは、単なる例であり、これらの教えの、本明細書及び参照によって組み込まれた前記特許／特許出願における他の教えへの交換及び置換も、明確に意図されているものである。なぜならば、当業者であれば、添付請求項に記載されている本願発明の精神及び範囲から逸脱することなく当業者にとって生じ得る本明細書に記載されている事項の変形、変更及び他の実施化を認識するであろう。従って、上述の記載は、単なる例としてのものであり、限定するものとみなしてはならない。本発明の範囲は、添付請求項及びこれらに対応するものに規定されるものである。更に、本明細書及び添付請求項において使用されている符号は、前記請求項における発明の範囲を制限するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】シリコン二酸化物（２）及び／又はシリコン窒化物（３）層が体積されているシリコン基板（１）を示している。
【図２】シリコン二酸化物（２）及び／又はシリコン窒化物（３）層のリソグラフィ、エッチングによって前記光学障壁をパターニングした後のシリコン基板（１）を示している。
【図３】シリコン基板（１）上の異方性ウェットエッチングを実施した後のシリコン基板（１）を示している。底面（５）を有するキャビティ（４）が形成されている。
【図４】前記シリコン二酸化物及び／又はシリコン窒化物層を更に除去した後のシリコン基板（１）を示している。
【図５】箔（６）上に取り付けられているシリコン基板（１）を示している。
【図６】後ろ側の研削の後のシリコン基板（１）を示している。この時点で、キャビティ（４）は、もはや底面を有していない。
【図７】発光装置のサブマウント（１０）上に取り付けられている本発明による反射性の光学障壁（１）を示している。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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2008546197.tif 000014
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