(57)【要約】  放射放出半導体部品（１０）の変換ダイ（１）を開示する。変換ダイ（１）は、ガラスからなる基材（２）を含んでおり、少なくとも１つの開口部（３）が配置されている。少なくとも１つの開口部（３）には変換材料（４）が導入されている。さらに、１つのこのような変換ダイ（１）を備えている放射放出部品（１０）と、１つのこのような変換ダイ（１）の製造方法とを開示する。【選択図】図２Ｂ
2014527311.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射放出半導体デバイス（１０）の変換プレート（１）であって、
ガラスからなる基材（２）を含んでおり、前記基材に少なくとも１つの開口部（３）が配置されており、前記少なくとも１つの開口部（３）に変換材料（４）が導入されている、
変換プレート（１）。
【請求項２】
前記基材（２）が、少なくとも青色波長域の放射（ＳＣ）に対して放射透過性である、
請求項１に記載の変換プレート。
【請求項３】
前記変換材料（４）が前記少なくとも１つの開口部（３）を完全に満たしている、
請求項１または請求項２のいずれかに記載の変換プレート。
【請求項４】
前記少なくとも１つの開口部（３）もしくは前記変換材料（４）またはその両方が、前記開口部（３）の領域において青色波長域の放射（ＳＣ）の完全な変換を達成できるような寸法を有する、
請求項１から請求項３のいずれかに記載の変換プレート。
【請求項５】
前記少なくとも１つの開口部が円錐台状の形状を有する、
請求項１から請求項４のいずれかに記載の変換プレート。
【請求項６】
前記基材（２）が、シリコーンよりも高い屈折率を有する、
請求項１から請求項５のいずれかに記載の変換プレート。
【請求項７】
前記変換材料（４）が、青色放射（ＳＣ）を、より長い波長の放射（ＳＫ）に変換するのに適している、
請求項１から請求項６のいずれかに記載の変換プレート。
【請求項８】
前記基材（２）に複数の開口部（３）が配置されており、前記開口部（３）それぞれに変換材料（４）が導入されている、
請求項１から請求項７のいずれかに記載の変換プレート。
【請求項９】
前記開口部（３）が前記基材（２）において行列状に配置されている、
請求項８に記載の変換プレート。
【請求項１０】
青色放射（ＳＣ）を放出することができる放射放出半導体チップ（５）を有し、請求項１から請求項９のいずれかに記載の変換プレート（１）を有する、
放射放出デバイス（１０）。
【請求項１１】
前記放射放出デバイス（１０）が、特定の色の光もしくは特定の色位置範囲の光またはその両方を放出するように、前記基材（２）と前記変換材料（４）が互いに特定の比である、
請求項１０に記載の放射放出デバイス（１０）。
【請求項１２】
放射放出半導体デバイス（１０）の変換プレート（１）を製造する方法であって、
ａ）  プレートの形における、ガラスからなる基材（２）を形成するステップと、
ｂ）  前記基材（２）に少なくとも１つの開口部（３）を形成するステップと、
ｃ）  前記少なくとも１つの開口部（３）に変換材料（４）を導入するステップと、
を有する、
方法。
【請求項１３】
前記少なくとも１つの開口部（３）が、レーザ援用の微細構造化工程によって形成される、
請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記変換材料（４）が、前記少なくとも１つの開口部（３）に印刷工程によって導入される、
請求項１２または請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
ステップｂ）において、前記基材（２）に複数の開口部（３）が形成され、ステップｃ）において、各開口部（３）に変換材料（４）が導入される、
請求項１２から請求項１４のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射放出デバイスの変換プレートに関する。さらに、本発明は、そのような変換プレートを有する放射放出デバイスと、そのような変換プレートを製造する方法とに関する。
【背景技術】
【０００２】
白色光を放出する半導体デバイスを作製する目的で、青色放射を放出する半導体チップを、青色光をより長い波長の光に変換する変換層によって覆うことが可能である。白色光は、例えば、青色放射と黄色放射を重ね合わせることによって生成される。白色の混合放射における青色光と黄色光の割合は、変換体層の厚さによって決まる。特定の所望の白色の色調を得るためには、変換体層の厚さを正確に制御することが必要である。しかしながら、このように層の厚さを制御することは難しく、達成するためにはコストがかかる。具体的な欠点として、この目的には複雑な調量手順が必要である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の目的は、所望の白色の色調を生成することのできる変換プレートを提供することである。本発明のさらなる目的は、そのような変換プレートを有する放射放出半導体デバイスを提供することである。本発明のさらなる目的は、そのような変換プレートの単純化された製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
これらの目的は、独立請求項１の特徴を有する変換プレートによって解決される。さらに、これらの目的は、さらなる請求項の特徴を有する放射放出半導体デバイスと、独立請求項の特徴を有するこのような変換プレートの製造方法によって、解決される。変換プレート、放射放出半導体デバイス、および製造方法の有利な発展形態は、従属請求項の主題である。
【０００５】
少なくとも一実施形態によると、放射放出半導体デバイスの変換プレートは、ガラスからなる基材を含んでおり、この基材には少なくとも１つの開口部が配置されている。これら少なくとも１つの開口部に変換材料が導入されている。
【０００６】
したがって、本発明によると、変換プレートは、特定の領域のみに変換材料を含んでいるガラスプレートである。変換材料と基材の相対的な割合は、変換される放射と変換されない放射の相対的な割合、したがって混合放射の色位置を決める。
【０００７】
以下において、色位置とは、特に、ＣＩＥ色空間における、放出された光の色を記述する数値を意味するものと理解されたい。ＣＩＥ色空間は、特に、ＣＩＥ標準表色系（ＣＩＥ１９３１としても知られている）である。ＣＩＥ標準表色系は、ＣＩＥ標準色度図において表すことのできる、通常の観察者に関連する測定値に基づく。ＣＩＥ標準色度図には、可能な色の領域が座標系にプロットされており、この座標系において、任意の色のＸ成分およびＹ成分を直接的に読み取ることができる。
【０００８】
ガラスからなる基材を有する変換プレートの利点として、このようなガラスプレートは、例えば平板ガラスの形において、極めて正確に調整可能な厚さで、さまざまな方法によって作製することができる。さらには、例えばレーザ援用の微細構造化工程によって、正確な開口部または孔をガラスに形成することが可能である。さらに、ガラスは極めて安定的な基材であり、ガラスには、全体としてプレートの安定性に悪影響を及ぼすことなく、複数の開口部または孔を設けることができ、これは有利である。さらに、さまざまな屈折率および軟化温度を有するガラスが利用可能である。これにより、特に、光の取り出しを改善するための範囲（scope）と、基材と変換材料の面積割合のバランスをとるための範囲が提供される。さらに、ガラスは極めて高温において、例えば変換材料を硬化させるのに必要な高温において、使用することができる。
【０００９】
本出願においては、開口部は、基材を完全に貫いて、特に、ガラスの厚さ全体を貫いて延びていることを意味するものと理解されたい。したがって、開口部は、基材における孔であり、この領域には基材が配置されていない。したがって、基材のガラスの厚さは、開口部の深さまたは孔の深さに一致する。
【００１０】
少なくとも一実施形態によると、基材は、少なくとも青色波長域における放射に対して放射透過性である。すなわち、基材は、青色放射に対して実質的に透明である。実質的に透明であるとは、特に、基材が、青色放射の少なくとも８０％、好ましくは９０％、特に好ましくは９５％に対して放射透過性である、または透明であることを意味する。
【００１１】
したがって、変換プレートは、青色放射に対して透明である基材が配置されている領域と、好ましくはこの領域に隣接する領域であって、基材ではなく、１つの波長域の放射を別の波長域の放射に変換することのできる変換材料が配置されている領域と、によって区別される。したがって、変換プレートから放出される放射は、基材を通過する変換されていない放射と、変換材料において変換された放射とから構成されている。基材と変換材料の面積比は、変換される光と変換されない光の相対的な割合を決める。この比は、例えば、変換プレートの放射出口面において求められる。
【００１２】
少なくとも一実施形態によると、変換材料は、少なくとも１つの開口部を完全に満たしている。したがって、ガラスの厚さまたは基材の厚さ、したがって変換プレートの厚さによって決まる、変換材料の均一な厚さを達成することが可能である。変換材料と基材は、下面および上面が互いに揃っていることが好ましい。
【００１３】
少なくとも一実施形態によると、少なくとも１つの開口部もしくは変換材料またはその両方は、開口部の領域において青色波長域の放射の完全な変換を達成することができるような寸法を有する。したがって、変換材料（好ましくは少なくとも１つの開口部を完全に満たしている）が、変換材料において青色放射の完全な変換を達成するのに要求される厚さを正確に有するように、変換プレートの厚さまたはガラスの厚さを調整することができる。
【００１４】
少なくとも一実施形態によると、少なくとも１つの開口部は、円錐台状の形状を有する。すなわち、特に、少なくとも１つの開口部は、ガラスの厚さに沿った一方向に次第に細くなっている。開口部は、ほぼ円形または楕円形の断面を有することが好ましい。
【００１５】
少なくとも一実施形態によると、基材は、シリコーンよりも高い屈折率を有する。したがって、通常使用されるシリコーンよりも高い屈折率を有する媒体に変換材料を埋め込むことができ、これにより、例えば上流に配置される半導体チップの光の取り出し、または変換材料への光の取り込みが促進され、従って改善され、これは有利である。さらに、変換材料が中に導入されている少なくとも１つの開口部を有する、ガラスからなる基材は、シリコーンの場合よりも、例えば上流に配置されている半導体チップの熱膨張に対して良好に適応することができ、これにより、変換プレートと半導体チップとの間の結合の信頼性が向上する。
【００１６】
少なくとも一実施形態によると、変換材料は、青色放射を、より長い波長の放射、例えば黄色放射、赤色放射、緑色放射のうちの少なくとも１つに変換することができる。この目的のため、変換材料は、少なくとも１種類の波長変換材料を含んでいる。波長変換材料は、例えば粒子の形においてマトリックス材料の中に組み込むことができる。さらには、波長変換材料を、特にセラミック固体の形とすることが可能である。
【００１７】
一実施形態によると、少なくとも１種類の波長変換材料は、Ｅｕによってドープされた、もしくはＬａによってドープされた、またはＥｕおよびＬａによってドープされた波長変換材料を有する。Ｅｕによって活性化される波長変換材料およびＬａによって活性化される波長変換材料は、特に、強度に依存する（intensity-dependent）変換効率を有することが判明している。
【００１８】
一実施形態によると、少なくとも１種類の波長変換材料は、窒化物系（ｎｉｔｒｉｄｉｃ）波長変換材料である。特に、少なくとも１種類の波長変換材料は、（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ）２Ｓｉ５Ｎ８系の波長変換材料、（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ）ＳｉＮ３系の波長変換材料、およびＣａＡｌＳｉＮ系の波長変換材料から選択することができる。このような窒化物系波長変換材料、特に、Ｅｕによってドープされた窒化物系波長変換材料は、青色光を赤色光に変換することができる。
【００１９】
例示的な一実施形態によると、少なくとも１種類の波長変換材料は、オルトケイ酸塩、ニトリド・オルトケイ酸塩、およびサイアロンから選択される。特に、波長変換材料は、Ｅｕによってドープされたオルトケイ酸塩、Ｅｕによってドープされたニトリド・オルトケイ酸塩、またはＬａによってドープされたニトリド・オルトケイ酸塩から選択することができる。このような波長変換材料は、青色光を緑色〜黄色の光に変換することができる。
【００２０】
したがって、変換プレートは、好ましくは青色放射に対して透明なガラスからなる領域と、青色放射を変換する変換材料からなる領域とを有する。したがって、一方の面から変換プレートに取り込まれる青色放射は、通過する領域に応じて、変換されることなく基材を通過して青色放射として変換プレートから取り出されるか、変換材料においてより長い波長の放射に変換され、この放射が変換プレートから取り出される。変換材料の領域においては、青色放射の完全な変換が行われることが好ましい。したがって、変換材料は、青色放射を、より長い波長域の放射に完全に変換することができる。したがって、変換材料から放出される放射は、青色成分を有さない、または青色成分を実質的に有さない。この場合、製造に関連する極めて少量の青色放射の成分が変換されることなく変換材料を通過しうることを理解されたい。完全な変換とは、特に、青色放射の少なくとも９０％、好ましくは９５％以上が、変換材料によってより長い波長の放射に変換されることを意味するものと理解されたい。
【００２１】
少なくとも一実施形態によると、基材には複数の開口部が配置されており、開口部それぞれに変換材料が導入されている。したがって、基材は開口部によって多数の孔が形成されている。基材と変換材料の面積比は、青色放射の所望の割合がより長い波長の放射に変換されて、全体として白色色位置範囲における所望の混合放射が放出されるように、選択される。
【００２２】
少なくとも一実施形態によると、開口部は、基材において行列状に配置されている。「行列状に」とは、開口部が基材において規則的なパターンに配置されていることを意味する。例えば、開口部を、基材における行および列に配置することができる。開口部の配置は、例えば、長方形格子または三角格子を形成することができる。行列状に配置する結果として、特に、変換プレート全体に分布する、変換された、より長い波長の放射の間から、変換されていない青色放射を変換プレートから放出させることが可能であり、したがって、変換された放射と変換されていない放射の重ね合わせの改善が達成される。
【００２３】
少なくとも一実施形態によると、基材と変換材料は、１：１の比である。すなわち、例えば、基材のガラス材料の約５０％が変換材料に置き換わっている。結果として、所望の白色変換を達成することができ、これは有利である。この比は、製造公差の範囲内で、１：１の等分布から逸脱することができる。例えば、最大で＋／−５％の変動が可能である。さらに、この比は、変換プレートにおける変換材料の総体積と基材の総体積に基づくこともできる。しかしながら、特に、この比は基材と変換材料の面積比に基づいている。この比は、例えば変換プレートの放射出口面において求められる。
【００２４】
少なくとも一実施形態によると、放射放出デバイスは、青色放射を放出することのできる放射放出半導体チップを有する。さらに、放射放出デバイスは、基材としてガラスを含んでいる変換プレートを有し、基材には少なくとも１つの開口部が配置されており、この少なくとも１つの開口部に変換材料が導入されている。半導体チップによって放出される青色放射は、基材からは、変換されることなく取り出される。半導体チップによって放出される青色放射のうち変換材料を通過する成分は、より長い波長の放射に、好ましくは完全に変換され、したがって、デバイスから放出される放射は、青色成分と、より長い波長の成分の両方を含んでいる。これらの光成分は、例えば、デバイスが全体として白色放射を放出するように重ね合わされる。
【００２５】
本半導体デバイスは、電気的に生成されるデータまたはエネルギを光の放射に変換する、またはこの逆方向に変換することのできるオプトエレクトロニクスデバイスであることが好ましい。本半導体デバイスは、少なくとも１個のオプトエレクトロニクス半導体チップ、好ましくは放射放出半導体チップを有する。半導体チップは、好ましくはＬＥＤ（発光ダイオード）、特に好ましくは薄膜ＬＥＤである。薄膜ＬＥＤの場合、特に、半導体チップの層を上にエピタキシャル成長させた成長基板が、部分的に、または完全に剥離されている。
【００２６】
半導体チップは、活性層が存在する半導体積層体を有する。活性層は、特に、青色放射を生成することができる。この目的のため、活性層は、放射を生成するためのｐｎ接合部、ダブルヘテロ構造、単一量子井戸構造（ＳＱＷ：単一量子井戸）、または多重量子井戸構造（ＭＱＷ：多重量子井戸）を含んでいることが好ましい。量子井戸構造という表現は、量子化の次元について何らかの指定を行うものではない。量子井戸構造には、特に、量子井戸、量子細線、および量子ドットと、これらの構造の任意の組合せが含まれる。
【００２７】
半導体チップの半導体積層体は、ＩＩＩ／ＩＶ族半導体材料を含んでいることが好ましい。ＩＩＩ−ＩＶ族半導体材料は、紫外線から可視光、さらには赤外線スペクトル領域の範囲内の放射を生成するのに特に適している。
【００２８】
少なくとも一実施形態によると、基材と変換材料は、放射放出デバイスが、特定の色の光、もしくは、特定の色位置範囲の光、またはその両方を放出するように、互いに特定の比である。例えば、冷白色光を生成する場合、青色放射のうちの約１７％が変換されることなく変換プレートを通過すれば十分である。この場合、残りの放射は変換される。これに応じて、基材と変換材料との比が選択される。
【００２９】
少なくとも一実施形態によると、放射放出半導体デバイスの変換プレートを製造する方法は、
ａ）  プレートの形における、ガラスからなる基材を形成するステップと、
ｂ）  基材に少なくとも１つの開口部を形成するステップと、
ｃ）  少なくとも１つの開口部に変換材料を導入するステップと、
を含んでいる。
【００３０】
このような製造方法によって、特定の領域において、ガラスからなる好ましくは透明な基材を含んでおり、そこに隣接する特定の領域において、変換材料を含んでいる、変換プレート、を提供することが可能である。変換プレートを通過する放射は、特定の領域、特に基材の領域においては、変換されることなく変換プレートを通過し、そこに隣接する特定の領域においては、変換材料において、異なる波長の放射に変換され得る。透明なガラスと変換材料との面積比は、変換される光と変換されない光の相対的な割合、好ましくは青色光およびより長い波長の光の相対的な割合を決める。開口部の大きさは、変換材料において完全な変換が行われるような大きさである。
【００３１】
ステップａ）においては、ガラスプレート、例えば、極めて正確に調整可能な厚さの平板ガラスプレートを作製することが好ましい。ガラスは安定性が高いことを特徴としており、したがってステップｂ）において、ガラスプレートの安定性を低下させることなく、少なくとも１つの開口部をガラスに形成することができる。
【００３２】
好ましくは、ステップｂ）において、少なくとも１つの開口部をレーザ援用の微細構造化工程によって形成する。このような工程では、ガラスからなる基材に正確な開口部および孔を効率的に形成することができる。開口部の大きさは、所望の変換の程度に一致する。
【００３３】
少なくとも一実施形態によると、ステップｃ）において、少なくとも１つの開口部に変換材料を印刷工程によって導入する。印刷工程を使用して孔を満たすことによって、完全な変換のための十分な寸法を有する均一な厚さを達成することが可能である。
【００３４】
変換材料は、基材に熱的に埋め込まれることが好ましい。特に、変換材料は、基材における開口部に導入された後、硬化する。基材としてガラスを使用することにより、例えば通常使用されるシリコーンよりも高い温度が可能である。特に、所望の屈折率と所望の軟化温度を有するガラス材料を使用することができる。
【００３５】
少なくとも一実施形態によると、ステップｂ）において、基材に複数の開口部を形成し、ステップｃ）において、開口部それぞれに変換材料を導入する。基材における開口部の数および大きさは、所望の変換の程度、および特に、結果として得られる所望の色位置に依存する。特に、基材と変換材料の面積比を使用して、変換される放射と変換されない放射の比を調整することができる。
【００３６】
本発明のさらなる利点および有利な発展形態は、以下に図１〜図４を参照しながら説明する例示的な実施形態において明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明による変換プレートの例示的な実施形態の概略的な平面図である。
【図２Ａ】本発明による変換プレートの例示的な実施形態の概略的な断面図を示している。
【図２Ｂ】本発明による変換プレートの例示的な実施形態の概略的な断面図を示している。
【図３】本発明による半導体デバイスの例示的な実施形態の概略的な断面図を示している。
【図４】変換プレートを製造するための本発明による方法の例示的な実施形態の概略的な流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
図面において、同じ部分、または機能が同じ部分は、それぞれ同じ参照数字によって表してある。図示した部分と、部分の互いの相対的な大きさは、正しい縮尺ではないものとみなされたい。むしろ、便宜上、もしくは深く理解できるようにする目的で、個々の要素（例えば、層、構造、部品、領域）の厚さや大きさを誇張して示してある。
【００３９】
図１は、基材２を含んでいる変換プレート１の平面図を示している。基材２は、好ましくはガラス材料、例えば平板ガラスである。基材２には、開口部３が、特に行列状に配置されている。開口部３は、基材のガラスの厚さ全体にわたり延びている。開口部３は、楕円形、好ましくは円形の断面を有する。開口部３は、大きさが同じである、またはほぼ同じであることが好ましい。図１の例示的な実施形態において、基材２における開口部３の数は、一例として示してあるにすぎない。基材２における開口部３の数は、所望の用途に応じて、および所望の変換の程度に応じて、変えることができる。
【００４０】
開口部３のそれぞれには、変換材料４が導入されている。特に、変換材料４は、開口部３のそれぞれを完全に満たしている。したがって、基材２のガラスの厚さは、変換材料の厚さに一致する。変換材料４は、青色放射を、より長い波長の放射（例えば黄色放射）に変換できることが好ましい。この場合、開口部の大きさと、したがって変換材料４の大きさは、それぞれ所望の色位置に一致している。特に、開口部３と変換材料４は、各開口部３の領域において、青色波長域の放射から、より長い波長の放射への完全な変換を達成できるような寸法を有する。
【００４１】
この目的のため、基材２と変換材料４は、例えば、１：１の比である。すなわち、ガラスの表面積の約５０％が変換材料に置き換わっている。
【００４２】
例えば、正方形に配置された直径５０μｍの開口部を有する厚さ１００μｍの平板ガラスからなる基材の場合、孔の間隔は約８７μｍである。
【００４３】
特に、各開口部の周囲に、長方形を描くことができる。変換材料と基材との５０％の比を得るためには、開口部の表面積が長方形の表面積の半分に等しくなければならない。半径ｒの開口部の場合、これにより次の関係が得られる。
【００４４】
【数１】
2014527311.tif 000003
したがって次式が成り立つ。
【数２】
2014527311.tif 000004
【００４５】
このような構造の変換プレートによって、変換される光と変換されない光の相対的な割合を、基材と変換材料の面積比によって制御および調整することができる。変換材料は、変換材料が青色光をより長い波長の放射に完全に変換するような寸法を有することが好ましい。
【００４６】
基材と変換材料は、放射放出デバイスが、特定の色の光もしくは特定の色位置範囲の光またはその両方を放出するように、互いに特定の比である。例えば、冷白色光を生成する場合、青色放射のうちの約１７％が変換されることなく変換プレートを通過すれば十分である。そして残りの放射が変換される。これに応じて、基材と変換材料の比が選択される。この目的のため、ガラスの屈折率とセラミック変換材料の屈折率とがほぼ同じであり、散乱効果が無視されるものと想定される場合、５０％ではなく１７％の青色成分を想定すると、上述した式から、ａの値として３．２６ｒが得られる。完全な変換を行うのに変換材料の１８０μｍの厚さで十分であると想定すると、ｒ＝１０μｍの孔半径では、ガラスの厚さが１８０μｍの場合に孔の間隔は３３μｍとなる。この例は、混合光の所望の色または色温度に応じて、適切な孔の間隔と、したがって変換材料と基材の適切な面積比を選択できることを示している。変換されない光と変換される光の比は、一般には、半導体チップの放出スペクトル、半導体チップの放出波長、所望の色温度、所望の色位置、基材の屈折率、変換材料の屈折率、および基材と変換材料の散乱特性に依存する。
【００４７】
ガラスからなる基材を有する変換プレートは、極めて幅広い方法を使用して、極めて正確に調整可能な厚さで、製造することができる。さらに、ガラスの場合、例えばレーザ援用の微細構造化工程によって、正確な孔または開口部を基材に効率的に形成することが可能である。ガラスは極めて安定的な材料であるため、基材に多数の開口部を形成することができる。次いで、これらの開口部を、例えば印刷工程によって変換材料によって完全に満たし、結果として、完全な変換に適する均一な厚さを達成することができる。
【００４８】
基材としてのガラスは、極めて広範囲の屈折率および軟化温度において利用することができる。これにより、光の取り出しを改善するための範囲と、ガラスと変換材料の面積割合のバランスをとるための範囲が提供される。さらに、基材としてのガラスでは、例えば変換材料を硬化させるのに必要な温度を使用することができる。結果として、高い屈折率を有する（特に、通常使用されるシリコーンよりも高い屈折率を有する）基材に変換体粒子を埋め込むことができ、これにより、半導体チップからの光の取り出し、または半導体チップの光の、変換材料への取り込みが促進される。さらに、変換材料が導入されているガラスからなる変換プレートは、動作時に起こる半導体チップの熱膨張に良好に（特にシリコーンの場合よりも良好に）適応することができ、これは有利であり、したがって、変換プレートと半導体チップとの間の結合の信頼性が向上し、これは有利である。
【００４９】
基材としてのガラスは、例えば、約７２０℃の成形温度を有する無アルカリガラスである。熱膨張係数（ＣＴＥ）は、例えば約７ｐｐｍ／Ｋであり、すなわち、下流に変換プレートが配置されている半導体チップの熱膨張係数の領域内である。半導体チップは、例えば、ＧｅもしくはＭｏ：Ｃｕまたはその両方からなる、またはこのような材料を含んでいるキャリアを有する薄膜半導体チップとすることができる。基材は、少なくとも青色波長域における放射に対して透過性、特に透明であることが好ましい。例えば、青色放射が変換プレートに取り込まれる場合、基材の領域においては、青色放射の成分は影響を受けることなく変換プレートを通過する。したがって、その青色放射は、そのまま青色放射として変換プレートから放出される。しかしながら、変換材料の領域においては、青色放射の成分は、より長い波長の放射に変換され、特に、変換材料の領域において完全な変換が行われ、したがって、変換材料の領域においては、より長い波長の放射のみが変換プレートから取り出される。したがって、全体として変換プレートから放出される放射は、青色放射と、より長い波長の放射とから構成され、これらの放射が重ね合わせによって混合されて白色放射が形成される。白色放射の正確な色位置は、基材と変換材料の面積比によって調整される。
【００５０】
図２Ａは、図１の例示的な実施形態の変換プレートの断面図を示している。開口部３は基材２を完全に貫いており、変換材料４によって完全に満たされており、したがって、断面図において変換材料と基材とが交互に並んでいる。変換プレート１に取り込まれた放射は、変換されることなく基材２を通過することができる。変換材料４の領域においては、変換プレート１に取り込まれた放射は、異なる波長の放射、特に、より長い波長の放射に完全に変換される。
【００５１】
図２Ｂは、図１の例示的な実施形態による代替の例示的な実施形態を、例えば変換プレートを切断した断面図として示している。基材２を貫く開口部３は、円錐台状の形状を有する。特に、開口部３は、基材２に沿った方向に次第に細くなるように配置されている。この場合、開口部３は、すべてが互いに同じように次第に細くなることが好ましい。すなわち、開口部３は、同じ形状またはほぼ同じ形状である。同様に、基材２も、断面において円錐台状の形状を有し、ただし変換材料４または開口部３とは逆方向に次第に細くなっている。
【００５２】
図３は、放射放出半導体チップ５を備えた放射放出半導体デバイス１０を示しており、放射放出半導体チップ５は、青色放射ＳＣを放出できることが好ましい。変換プレート１は、半導体チップ５の放射取り出し面に配置されている。変換プレート１は、図１または図２の例示的な実施形態の一方に一致することが好ましい。
【００５３】
半導体チップ５は、放射を生成するのに適する活性層５ａを有し、この活性層は、動作時に青色波長域の放射を放出することができる。半導体チップ５は、ＩＩＩ−ＩＶ族半導体材料系の半導体積層体を有する。この半導体積層体に活性層５ａが組み込まれている。半導体チップ５は、ＬＥＤであることが好ましい。
【００５４】
半導体チップ５の下流に配置されている変換プレート１は、開口部が配置された基材２を有し、開口部には変換材料４が導入されている。基材２は、半導体チップ５によって放出される放射に対して透明である、または放射透過性である。すなわち、活性層５ａから変換プレート１の方向に放出された放射は、基材２の領域において変換プレートに取り込まれ、変換されることなく変換プレート１を透過する。したがって、この放射は、半導体チップ５とは反対側の変換プレート１の面において、青色放射ＳＣの形で取り出される。したがって、半導体チップ５によって放出される放射のうちのこの放射成分は、色位置に関して変換プレート１において影響を受けない。
【００５５】
活性層５ａによって放出される放射のうち変換材料４の領域において変換プレート１に取り込まれた放射は、変換材料４において、より長い波長の放射に変換され、より長い波長の放射（例えば黄色放射）ＳＫの形で変換プレート１から取り出される。したがって、半導体チップ５とは反対側の変換プレート１の面において、青色放射ＳＣと黄色放射ＳＫの両方が放出される。これらの放射成分は重ね合わされて、全体として、白色の混合放射ＳＧが形成される。したがって、この半導体デバイスは、白色を放出する半導体デバイスである。白色放射の色位置は、変換材料の面積と基材の面積の比に依存する。したがって、所望の白色の色位置を面積比によって調整することが可能である。
【００５６】
図４は、例えば図１〜図３の変換プレートに類似する方法で構築される変換プレートを製造する方法の流れ図を示している。ステップＶ１において、プレートの形における、ガラスからなる基材を形成する。基材を形成した後、ステップＶ２において、基材に１つまたは複数の開口部を形成する。これらの開口部は、レーザ援用の微細構造化工程によって形成されることが好ましく、結果として、開口部は円錐台形状となる。次のステップＶ３において、１つまたは複数の開口部に変換材料を導入する。変換材料は、印刷工程によって導入されることが好ましい。印刷工程では、特に、開口部を均一な厚さの変換材料によって満たすことが可能である。厚さは、開口部において（すなわち変換材料において）、青色放射から、より長い波長の放射への完全な変換を達成できるように調整されることが好ましい。
【００５７】
開口部に変換材料を導入した後、変換材料を高温で硬化させる。変換プレートを作製した後、例えばピックアンドプレース法によって、変換プレートを半導体チップに貼り付けることができる。変換材料が導入された、ガラスからなる変換プレートは、シリコーンの場合よりも、半導体チップの熱膨張に良好に適応することができ、したがって、変換プレートと半導体チップとの間の結合の信頼性が向上し、これは有利である。
【００５８】
ここまで、本発明について例示的な実施形態を使用して説明してきたが、本発明はこれらの例示的な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】
【００５９】
本特許出願は、独国特許出願第１０２０１１１１５０８３．１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明細書に組み込まれている。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【手続補正書】
【提出日】平成26年5月15日(2014.5.15)
【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】
放射放出半導体チップ（５）に取り付けられる変換プレート（１）であって、
ガラスからなる基材（２）を含んでおり、前記基材に複数の開口部（３）が配置されており、前記複数の開口部（３）のそれぞれに変換材料（４）が導入されている、
変換プレート（１）。
【請求項２】
前記変換プレート（１）は、既製のものである、
請求項１に記載の変換プレート（１）。
【請求項３】
前記開口部（３）の孔半径（ｒ）に垂直な方向に沿った前記変換プレート（１）の幾何学的な拡がりは、少なくとも前記孔半径（ｒ）と平行な少なくとも1つの方向に沿った前記変換プレート（１）の幾何学的な拡がりの半分以下である、
請求項１に記載の変換プレート（１）。
【請求項４】
前記基材（２）が、少なくとも青色波長域の放射（ＳＣ）に対して放射透過性である、
請求項１に記載の変換プレート。
【請求項５】
前記変換材料（４）が前記開口部（３）のそれぞれを完全に満たしている、
請求項１記載の変換プレート。
【請求項６】
前記開口部（３）もしくは前記変換材料（４）またはその両方が、それぞれの前記開口部（３）の領域において青色波長域の放射（ＳＣ）の完全な変換を達成できるような寸法を有する、
請求項１に記載の変換プレート。
【請求項７】
前記開口部のそれぞれが円錐台状の形状を有する、
請求項１に記載の変換プレート。
【請求項８】
前記基材（２）が、シリコーンよりも高い屈折率を有する、
請求項１に記載の変換プレート。
【請求項９】
前記変換材料（４）が、青色放射（ＳＣ）を、より長い波長の放射（ＳＫ）に変換するのに適している、
請求項１に記載の変換プレート。
【請求項１０】
前記開口部（３）が前記基材（２）において行列状に配置されている、
請求項１に記載の変換プレート。
【請求項１１】
青色放射（ＳＣ）を放出することができる放射放出半導体チップ（５）と、請求項１に記載の変換プレート（１）とを有する、
放射放出デバイス（１０）。
【請求項１２】
前記放射放出デバイス（１０）が、特定の色の光もしくは特定の色位置範囲の光またはその両方を放出するように、前記基材（２）と前記変換材料（４）が互いに特定の比である、
請求項１１に記載の放射放出デバイス（１０）。
【請求項１３】
放射放出半導体チップ（５）の変換プレート（１）を製造する方法であって、
ａ）  プレートの形における、ガラスからなる基材（２）を形成するステップと、
ｂ）  前記基材（２）に複数の開口部（３）を形成するステップと、
ｃ）  前記開口部（３）のそれぞれに変換材料（４）を導入するステップと、
を有する、
方法。
【請求項１４】
前記開口部（３）のそれぞれが、レーザ援用の微細構造化工程によって形成される、
請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記変換材料（４）が、前記開口部（３）のそれぞれに印刷工程によって導入される、
請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
請求項１１の放射放出デバイス（１０）を製造する方法であって、
請求項１の変換プレート（１）を準備するステップと、
青色放射（ＳＣ）を放出することができる放射放出半導体チップ（５）を準備するステップと、
前記放射放出半導体チップ（５）に前記変換プレート（１）を取り付けるステップと、
を含む方法。
【国際調査報告】
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