(57)【要約】  変換要素を製造する方法は、表面を有する基板を形成するステップと、表面上に第１のマスク構造を形成するステップであって、第１のマスク構造が、第１のウェブと、第１のウェブの間に配置される第１の開口部とを有し、第１の開口部が空洞を形成し、空洞において基板の表面にアクセスすることができる、ステップと、第１のマスク構造の上に第２のマスク構造を配置するステップであって、第２のマスク構造が、第２のウェブと、第２のウェブの間に配置される第２の開口部とを有し、第１のウェブが少なくとも部分的に第２のウェブによって覆われ、空洞が、第２の開口部を通じて少なくとも部分的にアクセス可能のままである、ステップと、第２の開口部を通じて空洞の中に材料を吹きつけるステップと、第２のマスク構造を除去するステップと、第１のマスク構造を除去するステップと、を含む。【選択図】  図４
2016528527.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
変換要素（５００）を製造する方法であって、
−  表面（１０１）を有する基板（１００）を形成するステップと、
−  前記表面（１０１）上に第１のマスク構造（２００）を形成するステップであって、前記第１のマスク構造（２００）が、第１のウェブ（２１０）と、前記第１のウェブ（２１０）の間に配置される第１の開口部（２２０）とを有し、前記第１の開口部（２２０）が空洞を形成し、前記空洞において前記基板（１００）の前記表面（１０１）にアクセスすることができる、ステップと、
−  前記第１のマスク構造（２００）の上に第２のマスク構造（３００）を配置するステップであって、前記第２のマスク構造（３００）が、第２のウェブ（３１０）と、前記第２のウェブ（３１０）の間に配置される第２の開口部（３２０）とを有し、前記第１のウェブ（２１０）が少なくとも部分的に前記第２のウェブ（３１０）によって覆われ、前記空洞が、前記第２の開口部（３２０）を通じて少なくとも部分的にアクセス可能のままである、ステップと、
−  前記第２の開口部（３２０）を通じて前記空洞の中に材料（４００）を吹きつけるステップと、
−  前記第２のマスク構造（３００）を除去するステップと、
−  前記第１のマスク構造（２００）を除去するステップと、
を含む、方法。
【請求項２】
前記空洞の中に前記材料（４００）を吹きつけた後、
−  前記空洞の中に吹きつけられた前記材料（４００）を硬化させるさらなるステップ、
が実行される、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記空洞の中に吹きつけられた前記材料（４００）を硬化させる前記ステップが、熱的方法によって実行される、
請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記空洞の中に吹きつけられた前記材料（４００）を硬化させる前記ステップが、前記第２のマスク構造（３００）を除去する前記ステップと、前記第１のマスク構造（２００）を除去する前記ステップとの間に実行される、
請求項２および請求項３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
前記空洞の中に吹きつけられた前記材料（４００）が、変換要素（５００）を形成し、
前記方法が、
−  前記基板（１００）の前記表面（１０１）から前記変換要素（５００）を分離するさらなるステップ、
を含む、
請求項１から請求項４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
前記変換要素（５００）を分離する前記ステップが、転写接着接合プロセスによって実行される、
請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記吹きつけられる材料（４００）が、波長変換蛍光体（４１０）を備えている、
請求項１から請求項６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
前記第１のマスク構造（２００）が、レジストから形成される、
請求項１から請求項７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
前記第１のマスク構造（２００）を除去する前記ステップが、前記第１のマスク構造（２００）を溶剤によって溶解させことによって実行される、
請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記第１のマスク構造（２００）が、プラスチック材料または金属を含む、
請求項１から請求項７のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
前記第１のマスク構造（２００）を除去する前記ステップが、引きはがすことによって実行される、
請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記第２のマスク構造（３００）が、金属を含む、
請求項１から請求項１１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、特許請求項１に記載されている、変換要素を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術においては、波長を変換する変換要素によって光の色が変換されるオプトエレクトロニクス部品が開示されている。このようなオプトエレクトロニクス部品の変換要素は、第１の波長を有する電磁放射を吸収し、第２の（一般的にはより長い）波長を有する電磁放射を放出するように設計されている蛍光体を備えている。異なる波長を有する電磁放射を放出する異なる種類の蛍光体を互いに組み合わせることもできる。一例として、青色スペクトル領域において放出する発光ダイオードチップを備えたオプトエレクトロニクス部品であって、発光ダイオードチップによって生成される青色光が変換要素によって白色光に変換される、オプトエレクトロニクス部品、が公知である。
【０００３】
オプトエレクトロニクス半導体チップの発光面の上に配置することのできる、薄層としての変換要素を形成する方法が公知である。従来技術においては、スクリーン印刷法によって変換薄層を製造する方法が開示されている。しかしながら、このようにして得られる変換要素は、形状公差が比較的大きい。さらには、スタンピング加工によるセラミック薄層として変換要素を製造する方法が公知である。しかしながら、この方法は製造コストが高い。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、変換要素を製造する方法を開示することである。この目的は、請求項１の特徴を備えた方法によって達成される。さまざまな発展形態は、従属請求項に開示されている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
変換要素を製造する方法は、表面を有する基板を形成するステップと、表面上に第１のマスク構造を形成するステップであって、第１のマスク構造が、第１のウェブ（web）と、第１のウェブの間に配置される第１の開口部とを有し、第１の開口部が空洞を形成し、空洞において基板の表面にアクセスすることができる、ステップと、第１のマスク構造の上に第２のマスク構造を配置するステップであって、第２のマスク構造が、第２のウェブと、第２のウェブの間に配置される第２の開口部とを有し、第１のウェブが少なくとも部分的に第２のウェブによって覆われ、空洞が、第２の開口部を通じて少なくとも部分的にアクセス可能のままである、ステップと、第２の開口部を通じて空洞の中に材料を吹きつけるステップと、第２のマスク構造を除去するステップと、第１のマスク構造を除去するステップと、を含む。本方法では、多数の変換要素を高いコスト効率で並行して製造することが可能であり、これは有利である。この場合、変換要素は、正確に定義された高精度の形状として、特に、鋭利な縁部（sharp edge）を備えるように形成され、これは有利である。吹きつけられる材料から変換要素を形成することによって、材料の組成を選択するうえでの自由度が高く、結果として、さまざまな色の範囲の変換要素を製造することが可能となり、これは有利である。
【０００６】
本方法の一実施形態においては、空洞の中に材料を吹きつけた後、空洞の中に吹きつけられた材料を硬化させるさらなるステップを実行する。これにより、空洞の中に吹きつけられた材料から、材料の硬化時に形成される変換要素の形状は、第１のマスク構造の第１のウェブの間に配置されている第１の開口部によって定義される形状として高い精度で得られ、これは有利であり、この結果として、高い形状精度を有する変換要素を得ることができ、これは有利である。
【０００７】
本方法の一実施形態においては、空洞の中に吹きつけられた材料を硬化させるステップは、熱的方法（thermal method）によって実行する。これによって、高いコスト効率かつ良好な再現性で本方法を実行することができ、これは有利である。
【０００８】
本方法の一実施形態においては、空洞の中に吹きつけられた材料を硬化させるステップは、第２のマスク構造を除去するステップと、第１のマスク構造を除去するステップとの間に実行する。第２のマスク構造を除去すると第１のマスク構造が露出し、これにより、空洞の中に吹きつけられた材料を硬化させた後に、硬化した材料から形成される変換要素が損傷することなく第１のマスク構造を除去することができ、これは有利である。
【０００９】
本方法の一実施形態においては、空洞の中に吹きつけられた材料は、変換要素を形成する。この場合、本方法は、基板の表面から変換要素を分離するさらなるステップを含む。この場合、その後に変換要素を目的の位置に転写することができ、これは有利である。一例として、オプトエレクトロニクス部品を形成する目的で、オプトエレクトロニクス半導体チップの発光面の上に変換要素を配置することができる。
【００１０】
本方法の一実施形態においては、変換要素を分離するステップは、転写接着接合（transfer adhesive bonding）プロセスによって実行する。この場合、一例として熱剥離フィルム（thermo release film）を使用することができる。この場合、空洞の中に吹きつけられた材料から形成された変換要素を、基板の表面から目的の位置に直接的に転写することができ、これは有利である。しかしながら、変換要素をいったん保管しておくことも可能である。
【００１１】
本方法の一実施形態においては、空洞の中に吹きつけられる材料は、波長変換蛍光体（wavelength-converting phosphor）を備えている。この場合、空洞の中に吹きつけられた材料から形成される変換要素は、第１の波長を有する電磁放射を第２の波長を有する電磁放射に変換するのに適しており、これは有利である。
【００１２】
本方法の一実施形態においては、第１のマスク構造は、レジストから形成される。この場合、例えばフォトリソグラフィ法によって第１のマスク構造をパターニングすることができる。これにより、第１のマスク構造の形状を高い精度かつ高い再現性でフレキシブルに設定することが可能となる。
【００１３】
本方法の一実施形態においては、第１のマスク構造を除去するステップは、溶剤によって第１のマスク構造を溶解させことによって実行する。第１のマスク構造が溶解した後、空洞の中に吹きつけられた材料から形成された変換要素のみが基板の表面に残り、これは有利である。
【００１４】
本方法の一実施形態においては、第１のマスク構造は、プラスチック材料または金属を含む。この場合、基板の表面上に単純に配置することによって第１のマスク構造を形成することができ、これは有利である。
【００１５】
本方法の一実施形態においては、第１のマスク構造を除去するステップは、引きはがすことによって実行する。これによって、特に簡単かつ時間を節約して本方法を実行することができ、これは有利である。
【００１６】
本方法の一実施形態においては、第２のマスク構造は、金属を含む。この場合、第２のマスク構造を除去した後、本方法を繰り返すときに第２のマスク構造を再利用することができ、これは有利である。
【００１７】
以下では、例示的な実施形態について、概略的に示した図面を参照しながらさらに詳しく説明する。本発明の上述した特性、特徴、および利点と、これらが達成される方法は、以下の説明からより明らかになり、さらに深く理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】表面を有する基板の断面を示している。
【図２】基板と、表面に配置された第１のマスク構造の断面を示している。
【図３】基板と、第１のマスク構造と、第２のマスク構造の断面を示している。
【図４】マスク構造の開口部の中に材料が吹きつけられた状態における、基板とマスク構造の断面を示している。
【図５】第２のマスク構造を除去した後の、基板と第１のマスク構造の断面を示している。
【図６】第１のマスク構造を除去した後の、表面上に変換要素が配置されている基板の断面を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１は、基板１００の概略断面図を示している。基板１００は、実質的に平面状の表面１０１を有する。基板１００の表面１０１は、横方向において、例えば矩形形状、または円板の形の形状を有することができる。基板１００は、例えば金属またはプラスチック材料を含むことができる。基板１００の表面１０１は、接着性フィルムによって形成することもできる。
【００２０】
図２は、時間的に図１の説明図に続く処理状態における基板１００のさらなる概略断面図を示している。基板１００の表面１０１上に、第１のマスク構造２００が形成されている。第１のマスク構造２００は、上面２０１と、上面２０１とは反対側の下面２０２とを有する。第１のマスク構造２００の下面２０２は、基板１００の表面１０１に面している。
【００２１】
第１のマスク構造２００は第１のウェブ２１０を有し、第１のウェブ２１０の間に第１の開口部２２０が形成されている。第１の開口部２２０の領域においては、基板１００の表面１０１にアクセスすることができ、表面１０１は覆われていない。第１のウェブ２１０は、基板１００の表面１０１において、横方向に例えば格子、特に例えば矩形格子を形成することができる。この場合、第１の開口部２２０は、横方向において第１のウェブ２１０の間に矩形状に形成される。第１のウェブ２１０によって境界が定義されている、第１のマスク構造２００の第１の開口部２２０は、空洞を形成している。
【００２２】
第１のマスク構造２００の第１のウェブ２１０は、それぞれ、横方向における（すなわち基板１００の表面１０１の面に平行な方向における）第１の幅２１１を有する。第１のマスク構造２００の第１のウェブ２１０は、それぞれ、基板１００の表面１０１に垂直な方向における第１の高さ２１２を有する。第１の幅２１１は、例えば、１０μｍ〜１ｍｍの範囲内またはそれ以上とすることができる。第１の高さ２１２は、例えば、１０μｍ〜５００μｍの範囲内とすることができる。２つの隣り合う第１のウェブ２１０の間の第１の開口部２２０は、それぞれ、第１の直径２２１を有する。第１の直径２２１は、例えば、５００μｍ〜３ｍｍの範囲内とすることができる。
【００２３】
第１のマスク構造２００は、例えば、ポリ酢酸ビニルレジスト（ＰＶＡレジスト）、フォトレジスト、プラスチック材料、または金属を含むことができる。第１のウェブ２１０と、第１のウェブ２１０の間に配置される第１の開口部２２０とを形成する目的で、例えばフォトリソグラフィ法によって基板１００の表面１０１に第１のマスク構造２００を配置してパターニングすることができる。しかしながら、第１のマスク構造２００を基板１００の表面１０１上に配置する前に第１のマスク構造２００をあらかじめパターニングしておき、パターニングされた状態で基板１００の表面１０１上に配置することもできる。
【００２４】
図３は、時間的に図２の説明図に続く処理状態における、基板１００と第１のマスク構造２００の概略断面図を示している。第１のマスク構造２００の上に第２のマスク構造３００が配置されている。第２のマスク構造３００は、上面３０１と、上面３０１とは反対側の下面３０２とを有する。マスク構造３００の下面３０２は、第１のマスク構造２００の上面２０１に面している。
【００２５】
第２のマスク構造３００は、第２のウェブ３１０を有し、第２のウェブ３１０の間に第２の開口部３２０が形成される。第２のマスク構造３００は、第１のマスク構造２００に類似して、または同一に形成されることが好ましい。第２のマスク構造３００の第２のウェブ３１０は、第１のマスク構造２００の第１のウェブ２１０が少なくとも部分的に第２のマスク構造３００の第２のウェブ３１０によって覆われるように、第１のマスク構造２００の第１のウェブ２１０の上に配置される。第２のマスク構造３００の第２の開口部３２０は、第１のマスク構造２００の第１の開口部２２０の少なくとも一部分に第２のマスク構造３００の第２の開口部３２０を通じてアクセスすることができるように、第１のマスク構造２００の第１の開口部２２０の上に配置される。
【００２６】
第２のマスク構造３００の第２のウェブ３１０は、それぞれ、基板１００の表面１０１に平行な横方向における第２の幅３１１を有する。第２のマスク構造３００の第２のウェブ３１０は、それぞれ、基板１００の表面１０１に垂直な方向における第２の高さ３１２を有する。第２のマスク構造３００の第２の開口部３２０は、それぞれ、基板１００の表面１０１に平行な横方向における第２の直径３２１を有する。第２のウェブ３１０の第２の幅３１１は、第１のマスク構造２００の第１のウェブ２１０の第１の幅２１１にほぼ一致していることが好ましい。第２のマスク構造３００の第２の開口部３２０の第２の直径３２１は、第１のマスク構造２００の第１の開口部２２０の第１の直径２２１にほぼ一致していることが好ましい。第２のマスク構造３００の第２のウェブ３１０の第２の高さ３１２も、第１のマスク構造２００の第１のウェブ２１０の第１の高さ２１２にほぼ一致させることができるが、第１の高さ２１２より小さい、または大きいように選択することもできる。
【００２７】
第２のマスク構造３００は、第１のマスク構造２００の上に第２のマスク構造３００を配置する前にあらかじめパターニングされる。第２のマスク構造３００は、例えば金属を含むことができる。一例として、第２のマスク構造３００は、金属格子または金属網として具体化することができる。あらかじめパターニングされた第２のマスク構造３００は、第１のマスク構造２００の上に置くことによって配置されることが好ましい。次いで、第２のマスク構造３００を、剥離できる方法で第１のマスク構造２００の上にさらに固定することが好ましい。
【００２８】
図４は、時間的に図３の説明図に続く処理状態における、基板１００と、基板１００の上に配置されているマスク構造２００，３００のさらなる概略断面図を示している。
【００２９】
第１のマスク構造２００の第１の開口部２２０によって形成されている空洞の中に、第２のマスク構造３００の第２の開口部３２０を通じて変換材料４００が吹きつけられている。この場合、変換材料４００は、第２のマスク構造３００の上面３０１の上方から基板１００の方向に吹きつけられている。
【００３０】
変換材料４００の一部は、第２のマスク構造３００の第２の開口部３２０を通過して、第１のマスク構造２００の第１の開口部２２０によって形成されている空洞の中に入り、第１のマスク構造２００の第１の開口部２２０によって形成されている空洞の領域において基板１００の表面１０１に固着する。変換材料４００の別の部分は、第２のマスク構造３００の第２のウェブ３１０の上面２０１に固着する。基板１００の表面１０１に固着する変換材料４００の部分は、第２のマスク構造３００の第２のウェブ３１０の上面３０１に固着する変換材料４００の部分と結合している、または隔てられているようにすることができる。第１のマスク構造２００の第１の開口部２２０によって形成されている空洞の領域において、変換材料４００は、横方向において第１のマスク構造２００の第１の開口部２２０を好ましくは実質的に完全に満たす平面状の膜または薄膜を形成していることが好ましい。
【００３１】
変換材料４００は、波長変換蛍光体４１０を備えている。波長変換蛍光体４１０は、例えば、変換材料４００の中に埋め込まれる粒子の形として具体化することができる。波長変換蛍光体４１０は、第１のスペクトル領域の波長を有する電磁放射（例えば可視光）を吸収し、異なるスペクトル領域の波長を有する（例えば異なる光の色を有する可視光の形の）電磁放射を放出するように設計する。波長変換蛍光体４１０は、複数の異なる波長を有する電磁放射を放出するように設計することもできる。波長変換蛍光体４１０は、例えば、有機蛍光体または無機蛍光体とすることができる。波長変換蛍光体４１０は、量子ドットを備えていることもできる。
【００３２】
図５は、時間的に図の説明図に続く処理状態における、基板１００と、第１のマスク構造２００と、吹きつけられた変換材料４００のさらなる概略断面図を示している。第１のマスク構造２００の上面２０１から第２のマスク構造３００が除去されている。この場合、変換材料４００のうち第２のマスク構造３００の上面３０１上に堆積していた部分も除去されている。変換材料４００のうち、基板１００の表面１０１上の第１のマスク構造２００の第１のウェブ２１０の間の第１の開口部２２０の中に配置されていた部分は、第１のマスク構造２００の第１の開口部２２０によって形成されている空洞内にそのまま存在している。
【００３３】
第２のマスク構造３００を除去するステップは、例えば、第１のマスク構造２００の上面２０１から第２のマスク構造３００を単純にリフトオフする、または引きはがすことによって、実行することができる。この場合、第２のマスク構造３００が第１のマスク構造２００に固定されている場合、固定状態をあらかじめ解放する。
【００３４】
第２のマスク構造３００を除去した後、第１のマスク構造２００の第１の開口部２２０によって形成されている空洞内に配置されている変換材料４００を硬化させることができる。変換材料４００を硬化させるステップは、例えば熱的方法によって実行することができる。この目的のため、第１のマスク構造２００と、第１の開口部２２０によって形成されている空洞内に配置されている変換材料４００とを有する基板１００を、例えば炉内で加熱することができる。しかしながら、例えば変換材料４００に照射する、あるいは変換材料４００に化学処理を実施することによって、変換材料４００を硬化させることもできる。硬化時、第１のマスク構造２００の第１の開口部２２０によって形成されている空洞内に配置されている変換材料４００から変換要素５００が形成される。
【００３５】
図６は、時間的に図５の説明図に続く処理状態における、基板１００と、基板１００の表面１０１上に配置されている変換要素５００の概略断面図を示している。基板１００の表面１０１から第１のマスク構造２００が除去されている。第１のマスク構造２００を除去するステップは、例えば、第１のマスク構造２００を引きはがすことによって、または第１のマスク構造２００を溶剤によって溶解させることによって、実行することができる。
【００３６】
変換材料４００が硬化する結果として形成された変換要素５００は、第１のマスク構造２００を除去した後、基板１００の表面１０１上にそのまま存在している。変換要素５００は、それぞれ、上面５０１と、上面５０１とは反対側の下面５０２とを有する。各変換要素５００の下面５０２は、基板１００の表面１０１に面している。
【００３７】
変換要素５００は、それぞれ、基板１００の表面１０１に平行な横方向における第３の直径５１１を有する。変換要素５００は、それぞれ、基板１００の表面１０１に垂直な方向における第３の高さ５１２を有する。変換要素５００の第３の直径５１１は、第１のマスク構造２００の第１の開口部２２０の第１の直径２２１にほぼ一致し、したがって、例えば５００μｍ〜３ｍｍの範囲内とすることができる。変換要素５００の第３の高さ５１２は、第１のマスク構造２００の第１のウェブ２１０の第１の高さ２１２よりもいくらか小さいことが好ましく、例えば３０μｍ〜１５０μｍの範囲内とすることができる。
【００３８】
変換材料４００から形成される変換要素５００は、埋め込まれた波長変換蛍光体４１０を備えている。結果として、変換要素５００は、第１のスペクトル領域の波長を有する電磁放射を吸収し、異なる波長を有する電磁放射を放出するように設計される。変換要素５００は、例えば、オプトエレクトロニクス部品における（例えば発光ダイオード部品における）変換要素として使用することができる。
【００３９】
さらなる工程のため、基板１００の表面１０１から変換要素５００を分離することができる。基板１００の表面１０１から変換要素５００を分離するステップは、例えば転写接着接合プロセスによって実行することができる。この場合、例えば、基板１００の表面１０１を形成する熱剥離膜を使用することができる。転写接着接合プロセスによって、変換要素５００を、オプトエレクトロニクス部品における目的の位置に、例えば直接的に転写することができる。
【００４０】
図１〜図６を参照しながら説明した、変換要素５００の製造方法の１つの利点として、変換要素５００は鋭利な縁部を有することができる。この利点は、第１のマスク構造２００の第１の開口部２２０によって形成されている空洞の中に変換材料４００を吹きつけて、変換材料４００を硬化させた後に第１のマスク構造２００を除去することによって、達成される。
【００４１】
ここまで、本発明について、好ましい例示的な実施形態に基づいて具体的かつ詳細に図示および説明してきた。しかしながら、本発明は、開示した例に制約されない。当業者には、本発明の保護範囲から逸脱することなく、開示した実施形態から別の変形形態を導くことができるであろう。
【００４２】
［関連出願］
本特許出願は、独国特許出願第１０２０１３２１１６３４．９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。
【符号の説明】
【００４３】
１００  基板
１０１  表面
２００  第１のマスク構造
２０１  上面
２０２  下面
２１０  第１のウェブ
２１１  第１の幅
２１２  第１の高さ
２２０  第１の開口部
２２１  第１の直径
３００  第２のマスク構造
３０１  上面
３０２  下面
３１０  第２のウェブ
３１１  第２の幅
３１２  第２の高さ
３２０  第２の開口部
３２１  第２の直径
４００  変換材料
４１０  波長変換蛍光体
５００  変換要素
５０１  上面
５０２  下面
５１１  第３の直径
５１２  第３の高さ
【図１】
2016528527.tif 000003
【図２】
2016528527.tif 000004
【図３】
2016528527.tif 000005
【図４】
2016528527.tif 000006
【図５】
2016528527.tif 000007
【図６】
2016528527.tif 000008
【国際調査報告】
2016528527.tif 000009
2016528527.tif 000010
2016528527.tif 000011
2016528527.tif 000012