CN105684171B - 波长转换元件、制造方法和具有波长转换元件的发光半导体部件 - Google Patents

波长转换元件、制造方法和具有波长转换元件的发光半导体部件 Download PDF

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Abstract

波长转换元件、包括波长转换元件的发光半导体部件以及用于制作波长转换元件和包括波长转换元件的发光半导体部件的方法。详细说明了波长转换元件(10)，波长转换元件(10)包括陶瓷格栅材料(1)，陶瓷格栅材料(1)形成具有多个开口(3)的格栅(2)，开口(3)在格栅(2)的主延伸平面中被格栅材料(1)包围并且在与格栅(2)的主延伸平面(9)垂直的方向上延伸穿过格栅(2)，其中，开口(3)填充有转换区段(4)。此外，还详细说明了包括波长转换元件(10)的发光半导体部件(100)和用于制作波长转换元件(10)和包括波长转换元件(10)的发光半导体部件(100)的方法。

Description

波长转换元件、制造方法和具有波长转换元件的发光半导体 部件
技术领域
波长转换元件、包括波长转换元件的发光半导体部件以及用于制作波长转换元件和包括波长转换元件的发光半导体部件的方法。
背景技术
美国发明专利(公开号US2013170179A1)公开了一种波长变换元件和具备该波长变换元件的光源，实现了使用波长变换部件的光源的高亮度化。波长变换元件通过将含有分散介质和分散在分散介质中的荧光体粉末的多个波长变换部件捆束而形成。
美国发明专利(公开号US2012025236A1)公开了一种发光二极管基板及其制造方法和采用该发光二极管的光源。LED光源包括具有第一和第二相对表面的陶瓷衬底。凹穴形成在第一表面中，并且每个凹穴包括底部和侧壁或侧壁。由在其上具有第二导电材料的涂层的第一导电材料组成的最终电触点位于每个凹穴中。将LED定位在每个凹穴中并固定到电触点和电连接件，优选以线接合的形式将LED连接，电连接件从第一LED延伸到相邻的电触点。通过注塑陶瓷材料和粘结剂以形成生坯基底，随后烧结生坯基底以形成基底，从而形成陶瓷基底。可以通过添加由陶瓷材料形成的圆顶而从LED光源形成LED光，所述陶瓷材料包含荧光体材料的均匀分散体，所述荧光体材料在被从操作LED发出的光激发时能够发出光。
美国发明专利(公开号US2010038665A1)公开了一种发光装置及其制造方法。发光装置包含：基台、配置在基台上的发光元件、和覆盖发光元件的波长转换层；波长转换层包含对来自发光元件的光的波长进行转换的波长转换部、和由透光性材料构成的导光部；导光部从波长转换层的发光元件侧朝向光取出侧延伸。由此，本发明能提供容易小型化、薄型化，并且能防止光取出效率的降低的发光装置。
美国发明专利(公开号US2011044026A1)公开了一种具有包含发光材料的自支撑网格的LED照明器件和制作自支撑网格的方法。照明器件包括发光二极管、散热器和自支撑网格。该网格布置于LED下游并且布置成与散热器接触。自支撑网格包括多个网格结构和在网格结构之间的多个网格开口。全部网格开口的至少部分包围发光材料，由此提供发光材料填充的网格开口。发光材料被布置成吸收LED辐射的至少部分并且发射发光材料辐射。LED和发光材料被布置成在自支撑网格下游提供预定颜色的光。
发明内容
详细说明了波长转换元件和用于制作波长转换元件的方法。此外，详细说明了包括波长转换元件的发光半导体部件和用于制作包括波长转换元件的发光半导体部件的方法。
某些实施方式详细说明了用于发光半导体部件的波长转换元件。另外的实施方式详细说明了用于制作波长转换元件的方法。另外的实施方式详细说明了包括波长转换元件的发光半导体部件和用于制作这种发光半导体部件的方法。
根据至少一个实施方式，波长转换元件包括具有多个开口的格栅。格栅特别地可以由陶瓷格栅材料形成。格栅具有主延伸平面。这意味着与在垂直于主延伸平面的方向上的尺寸相比，格栅在沿主延伸平面的方向上具有更大的尺寸，其中，垂直于主延伸平面的方向与格栅的厚度相对应。格栅中的开口在格栅的主延伸平面中被格栅材料包围并且在与主延伸平面垂直的方向上延伸穿过格栅。此外，波长转换元件具有在开口中的转换区段，其中，开口优选地可以填充有转换区段。特别地，这可能意味着转换区段至少在与格栅的主延伸平面平行的平面中完全填充开口，使得在格栅材料与转换区段之间不存在间隙。此外，转换区段也可以具有与格栅的厚度相对应的厚度，使得可以用转换区段完全填充开口。作为替选，格栅也可以具有比转换区段的厚度更大的厚度，使得转换区段在与格栅的主延伸平面垂直的方向上没有完全填充开口。格栅也可以被呈现为包括使转换区段分隔开的隔板材料的隔板或分隔格栅。
转换区段优选地可以以层状方式来设计，使得转换区段中的每个具有主延伸平面。与主延伸平面垂直地，转换区段中的每个具有厚度。转换区段的主延伸平面和格栅的主延伸平面优选地彼此平行。
根据至少一个另外的实施方式，一种用于制作波长转换元件的方法包括步骤A，在步骤A中，制作由未烧结的陶瓷格栅材料组成的层。
在此处和在下文中，由陶瓷材料组成的层应当被理解为意指多半包括陶瓷材料的层。在这种情况下，“多半”意指陶瓷材料所占的重量比高于由陶瓷材料组成的层的重量的50％，特别地高于由陶瓷材料组成的层的重量的75％以及优选地高于由陶瓷材料组成的层的重量90％。此外，由陶瓷材料组成的层也可以基本上包括陶瓷材料或由陶瓷材料构成。此处，特别地，陶瓷材料应当被理解为意指含氧化物的材料或含氮化物的材料，其中，在此处和在下文中，仅具有短程序且无长程序的材料也归入术语“陶瓷材料”。因此，无机玻璃也被词语“陶瓷材料”所包括。
为了制作由未烧结的陶瓷格栅材料所组成的层，例如可以制作包括陶瓷格栅材料的浆状物或膏状物。通过合适的浇铸方法，可以用浆状物或膏状物制作出具有未经加工的片或层形式，例如具有板或带形式的生坯。在这种情况下，也可以将以此方式制作的多个未经加工的片或层彼此层叠，以实现生坯的期望厚度并且因此实现格栅的期望厚度。特别地，为了形成格栅，从而也可以以一层叠在另一层上的方式叠置由未烧结的陶瓷格栅材料组成的多个未经加工的层，使得在方法步骤A中制作的由未烧结的陶瓷格栅材料组成的层也可以由多个这样的层来形成。格栅相应地可以包括一个或多个格栅材料层，所述多个格栅材料层在波长转换元件的完成状态下被烧结在一起。因此，此处和下文中所描述的实施方式都涉及以下两种方法：仅制作一个由未烧结的陶瓷格栅材料组成的层的方法；以及将由未烧结的陶瓷格栅材料组成的多个层叠置并层叠于彼此之上的方法。
根据另一个实施方式，在用于制作波长转换元件的方法中，在方法步骤B中，在由未烧结的陶瓷格栅材料组成的层中制作多个开口，使得格栅材料形成格栅，优选地尚未烧结的格栅，在该格栅中，开口在格栅的主延伸平面中被陶瓷格栅材料包围并且在与格栅的主延伸平面垂直的方向上延伸穿过格栅。例如，可以通过冲压而在由陶瓷格栅材料组成的层中引入开口。
根据另一个实施方式，在用于制作波长转换元件的方法中，在步骤C中，用转换区段填充多个开口。
在上面和下面所描述的实施方式和特征同样适用于波长转换元件和制作波长转换元件的方法。
格栅可以与在格栅的开口中的转换区段一起形成连续的、大面积的波长转换元件，在该波长转换元件中，转换区段形成了被格栅彼此分隔开并且可以将照射在波长转换元件上的光转换成与入射光不同的光的区域。转换区段可以将入射光转换成相同或不同的光。特别地，出于以下这个目的则可能是有利的：如果转换区段的光学分离受格栅的影响，使得在某个转换区段上入射的光不能穿透格栅而进入相邻的转换区段。因此，特别优选地，格栅可以不透射紫外线和/或可见光。此外，如果格栅反射紫外线和/或可见光，则可能是特别有利的。
根据另一个实施方式，格栅材料包括非转换陶瓷材料并且优选地由非转换陶瓷材料组成。特别地，格栅材料可以包括一种或更多种无掺杂陶瓷材料或由一种或更多种无掺杂陶瓷材料组成，所述一种或更多种无掺杂陶瓷材料是从氧化铝钇(YAG)、氧化铝(Al2O3)、三氧化钇(Y2O3)、二氧化钛(TiO2)和氮化铝(AlN)中选择的。
格栅材料本身可以是不透明的。作为替选，格栅材料本身也可以是至少部分透明的。在这种情况下，格栅材料优选地包括例如具有颗粒或孔形式的掺合剂，所述颗粒或孔具有以下作用：使格栅不透射紫外线和/或可见光以及优选地反射紫外线和/或可见光。
根据另一个实施方式，格栅材料包括反射辐射的颗粒，所述反射辐射的颗粒被布置在格栅材料中并且具有与格栅材料不同的折射率，例如比格栅材料高的折射率。例如，颗粒可以具有大于或等于1.8的光学折射率。为了替代颗粒或者除颗粒之外，格栅材料也可以包括孔，例如充气孔。能够通过以下方式制作孔：例如通过未烧结的格栅材料中的添加剂如有机添加剂和/或通过烧结格栅材料期间的合适的烧结条件。
根据至少一个实施方式，反射辐射的颗粒由材料Al2O3、SiO2、TiO2、ZrO2中的至少一种形成或者包含上述材料中的至少一种或更多种。另外地或可替选地，也可以是下列材料中的一种或更多种：ZnO、BaSO4、MgO、Ta2O5、HfO2、Gd2O3、Nb2O3、Y2O3。格栅材料中的反射辐射的颗粒的浓度优选地可以为：按重量计大于或等于10％或者按重量计大于或等于20％。在这种情况下，反射辐射的颗粒优选地可以均匀地分布在格栅材料中。
由于优选地环境光的整个撞击色谱(impinging color spectrum)被格栅所反射，所以可以以如下方式来选择格栅材料和反射辐射的颗粒和/或孔：格栅由于其反射特性而向观察者呈现白色。作为替选，格栅还可以向观察者呈现不同的颜色并且反射一个或更多个颜色。此外，格栅材料也可以包括例如不反射的，特别是能吸收的颗粒或材料，例如炭黑。
根据另一个实施方式，转换区段中的每个包括波长转换物质。转换区段中的每个被设置成用于通过吸收初级辐射并且重新发射与初级辐射不同的次级辐射来发射光。出于这个目的，每个转换元件的波长转换物质可以包括适合于吸收初级辐射并且重新发射次级辐射的一种或更多种波长转换物质或由所述一种或更多种波长转换物质组成。
举例来说，转换区段中一个转换区段、多个转换区段或所有转换区段在每个情况下可以引起初级辐射的完全转换。这意味着在初级辐射入射时由转换元件所发射的光基本上由次级辐射形成，而没有或基本上没有初级辐射穿透过转换区段。举例来说，由转换区段发射的光可能仍可以具有一定比例的初级辐射，该比例小于或等于5％并且优选地小于或等于2％。换言之，在初级辐射入射时完全转换的转换区段发射由经转换的各个次级辐射以及一定比例的初级辐射所形成的光，其中该比例小于或等于5％并且特别优选地小于或等于2％。特别优选地，在完全转换的情况下，由各转换区段分别发射的光中的初级辐射不再能被观察者所感知。出于这个目的，转换区段可以具有足够高的密度的各个波长转换物质和/或大于或等于实现指定完全转换所需的临界厚度的足够高的厚度。特别地，波长转换元件的所有转换区段可以具有相同的厚度，使得波长转换元件可以在所有的转换区段上具有均匀的厚度。
转换区段的波长转换物质例如可以包括用于波长转换的下列材料中的至少一种或更多种或者由下列材料的一种或更多种形成：石榴石特别是稀土掺杂的石榴石、硫化物特别是稀土掺杂的碱土金属硫化物、稀土掺杂的镓、稀土掺杂的铝酸盐、稀土掺杂的硅酸盐如正硅酸盐、稀土掺杂的氯硅酸盐、稀土掺杂的次氮基硅酸盐(nitridosilicate)、稀土掺杂的氮氧化物和稀土掺杂的氧氮化铝、稀土掺杂的氮化硅和稀土掺杂的氧络次氮基铝硅酸盐(oxonitridoalumosilicate)、稀土掺杂的次氮基铝硅酸盐(nitridoalumosilicate)和氮化铝。
在优选实施方式中，可以使用陶瓷材料作为波长转换物质，例如石榴石，诸如例如氧化钇铝(YAG)、镥铝氧化物(LuAG)、镥钇铝氧化物(LuYAG)和铽铝氧化物(TAG)。
在另一个优选实施方式中，用于波长转换物质的陶瓷材料例如被掺杂有下列活化剂中的一种：铈、铕、钕、铽、铒、镨、钐、锰。仅举例来说，对于可能的掺杂陶瓷波长转换物质，应当提到YAG:Ce、LuAG:Ce和LuYAG:Ce。掺杂陶瓷材料的Ce的含量优选地可以大于或等于0.1％并且小于或等于4％。
此外，在另一个优选实施方式中，转换区段中的一个转换区段或多个转换区段或所有转换区段的波长转换物质可以包括下列材料的一种或更多种：
(AE)SiON、(AE)SiAlON、(AE)AlSiN3、(AE)2Si5N8、其中AE是碱土金属；
硫化物；
正硅酸盐。
转换区段可以包括在成品波长转换元件中作为烧结波长转换物质的波长转换物质或由所述波长转换物质组成。此外，转换区段还可以包括例如在基体材料中具有粉末形式的波长转换物质。特别优选地，硅树脂可以用作基体材料。
根据另一个实施方式，转换区段中的一个转换区段、多个转换区段或所有的转换区段除可以包括波长转换物质——甚至更进一步，特别是无机物——之外，还可以包括颗粒，所述颗粒优选地不具有波长转换性质。合适的其他颗粒的示例包括元素铝、硼、钛、锆和硅的氮化物和氧化物或者上述材料中的两种或更多种的混合物。
此外，转换区段甚至还可以包括低浓度的元素和成分。
根据另一个实施方式，波长转换元件可以包括填充有第一转换材料的第一开口和填充有第二转换材料的第二开口。第一转换材料可以被设置成用于发射具有第一波长的辐射。第二转换材料可以被设置成用于发射具有第二波长的辐射。第一波长和第二波长可以彼此不同。例如，第一波长可以与蓝光相对应而第二波长可以与红光相对应。另外，波长转换元件可以包括填充有第三转换材料的第三开口，其中，第三转换材料可以被设置成用于发射具有第三波长的辐射。第三波长可以与绿光相对应。第一转换材料和第二转换材料可以被布置在彼此相邻的第一开口和第二开口中。第三开口可以被布置成与第一开口和第二开口相邻。另外，波长转换元件可以包括填充有其他转换材料的其他开口。根据一个特定实施方式，波长转换元件可以包括被设置成用于发射红光、绿光和蓝光的三种不同的转换材料。根据另一个特定实施方式，波长转换元件可以包括被设置成用于发射红光、绿光、蓝光和白光的四种不同的转换材料。
根据另一个实施方式，在上面提到的步骤C中，将具有包括陶瓷波长转换物质的浆状物或膏状物形式的未烧结的转换区段引入至未烧结的陶瓷格栅材料的开口中。
根据另一个实施方式，在步骤C中，将具有未烧结的陶瓷片晶形式的未烧结的转换区段引入至未烧结的陶瓷格栅材料的开口中。出于这个目的，可以从未烧结的陶瓷片冲压出未烧结的陶瓷片晶并且随后将该未烧结的陶瓷片晶引入至开口中。如果将未烧结的陶瓷片晶直接从未烧结的陶瓷片冲压成开口，则是特别有利的。
根据另一个实施方式，在步骤C之后，将未烧结的转换区段与未烧结的格栅材料烧结在一起以形成连续的波长转换元件。
例如，如果基体材料如硅树脂中的波长转换物质替代未烧结的陶瓷材料而被用于转换区段，则优选地可以在步骤C之前烧结未烧结的格栅材料。然后在步骤C中将包括基体材料的波长转换物质引入至开口中。随后可以对基体材料进行加工处理。
根据另一个实施方式，发光半导体部件包括在发光半导体芯片上的上述波长转换元件。发光半导体芯片可以沿发射方向经由光耦合输出表面发射初级辐射，例如蓝光和/或紫外光。以如下方式将波长转换元件叠置在例如胶接在发光半导体芯片的光耦合输出表面上：将转换区段彼此横向地并排布置在光耦合输出表面上，其中，“横向地”表示与发射方向垂直的方向。
根据另一个实施方式，发光半导体芯片具有有源区，该有源区可以在半导体芯片工作期间发射光。取决于要发射的期望波长，可以将发光半导体芯片制作为基于不同半导体材料系统的半导体层序列。对于短波长的可见光即特别是蓝光初级辐射来说和/或对于紫外光初级辐射来说，基于InxGayAl1-x-yN的半导体层序列是特别合适的，其中0≤x≤1且0≤y≤1。
特别地，发光半导体芯片可以包括半导体层序列或由半导体层序列组成，半导体层序列特别优选地为外延生长半导体层序列。出于这个目的，可以借助于外延法例如金属有机气相外延(MOVPE)或分子束外延(MBE)在生长衬底上生长半导体层序列，并且半导体层序列可以设置有电接触。可以通过使生长衬底与生长半导体层序列奇异化(singulating)来提供多个发光半导体芯片。
此外，在奇异化之前，半导体层序列可以被转移至载体衬底，并且可以使生长衬底变薄或完全移除生长衬底。包括载体衬底作为衬底而非生长衬底作为衬底的半导体芯片也可以称为所谓的薄膜半导体芯片。
特别地，通过下列特有特征来区别薄膜半导体芯片：
在产生辐射的外延层序列的面向载体衬底的第一主表面处叠置或形成反射层，所述反射层将在外延层序列中产生的电磁辐射的至少一部分反射回该外延层；
外延层序列具有在等于或小于20μm的范围内的厚度，特别是在4μm与10μm之间的范围内；以及
外延层序列包含具有以下至少一个区域的至少一个半导体层，所述至少一个区域具有在理想情况下导致光在外延层序列中近似遍历分布的互混结构，即所述至少一个区域具有尽可能遍历的随机散射行为。
薄膜半导体芯片非常近似于朗伯表面发射体。例如，在文献I.Schnitzer et al.,Appl.Phys.Lett.63(16),1993年10月18日,2174-2176中描述了薄膜发光二极管芯片的基本原理。
根据另一个实施方式，发光半导体芯片具有可彼此独立驱动的多个发光区段。例如可以通过对半导体芯片的至少一个电接触区域的分段或构建来制作发光区段，所述发光区段在发光半导体部件的工作期间的每个情况下经由光耦合输出表面的发射区域发射初级辐射。此外，也可以构建半导体芯片的各个半导体层或多个半导体层，例如有源层。例如，从文献WO 2010/072191和WO 2011/039052中了解到分段式发光半导体芯片，从而该文献关于该方面的公开内容通过引用合并到本文中。
根据另一个实施方式，沿发射方向将波长转换元件的每个转换区段布置在发光半导体芯片的发光区段的下游。特别地，波长转换元件的转换区段可以被布置在半导体芯片的发光区段中的每个的下游，使得发光区段中的每个经由其光耦合输出表面的发射区域将光发射至被分别布置在下游的转换区段中。对发光半导体芯片进行分段以及以各个转换区段在每个情况下被布置在发光区段的下游的方式对波长转换元件进行布置的结果是，发光半导体部件可以借助于对各个发光区段的针对性驱动来发射具有可调色彩的光。
如果通过对未烧结的转换区段和未烧结的陶瓷格栅材料进行共烧结来制作波长转换元件，则在用于制作发光半导体部件的方法中，优选地按照上述方法来完成波长转换元件，并且随后将该波长转换元件布置在发光半导体芯片的光耦合输出表面上。
例如，如果包含波长转换物质的基体材料如硅树脂被用于制作波长转换元件的转换区段，则优选地在用于制作发光半导体部件的方法中，可以在步骤C之前将烧结格栅布置在发光半导体芯片的光耦合输出表面上，即用转换区段来填充开口。此后，可以执行步骤C，即用基体材料和波长转换物质填充格栅的开口。
在此处所述的波长转换元件的情况下，可以通过布置在转换区段之间的格栅材料来防止转换区段之间的光学串扰。这可能是有利的，特别是在转换区段中的每个被分配给发光半导体芯片的发光区段的情况下。基于此处所述的方法，可以有利地处理大的波长转换元件即例如具有发光半导体芯片大小的波长转换元件，而不必单独地处理和定位各个转换区段。结果，即在对波长转换元件进行调整期间，可能仅需要执行一次对各个转换区段的对准，而转换区段中的每个不需要被彼此独立地对准。结果，转换区段在格栅的主延伸平面上可以具有小于500μm的尺寸。这样小的转换区段在其作为各个元件而存在的情况下可能很难被定位。此处所描述的波长转换元件使得可以避免在这样小的转换区段的情况下在定位的过程中的困难。
附图说明
根据结合附图在下面所描述的示例性实施方式，另外的优点、有利实施方式和改进将变得明显。
图1A至图1D示出了根据一个示例性实施方式的用于制作波长转换元件的方法的方法步骤的示意图，
图2和图3示出了根据另一个示例性实施方式的波长转换元件的示意图，以及
图4示出了包括根据另一个示例性实施方式的波长转换元件的发光半导体部件的示意图。
在示例性实施方式和附图中，相同的元件、相同类型的元件或起相同作用的元件在每个情况下均可以设置有相同的附图标记。示出的元件及其彼此之间的尺寸关系不应当被认为是真正的比例；相反，为了使得能够更好地示出和/或为了提供更好的理解，可以用放大的尺寸来示出诸如例如层、部件部分、部件和区域的各个元件。
具体实施方式
图1A至图1D示出了根据一个示例性实施方式的用于制作波长转换元件10的方法步骤。
在第一方法步骤中，如图1A所示，制作由未烧结的陶瓷格栅材料1组成的层5。出于这个目的，制作包括格栅材料的浆状物或膏状物，并且进行浇铸以形成具有层5形式的带或未经加工的片。层5具有由双头箭头9所指示的主延伸平面。格栅材料1包括无掺杂的陶瓷材料，无掺杂的陶瓷材料优选地是非转换的并且包括例如下列材料的一种或更多种：YAG、Al2O3、Y2O3、TiO2、AlN。
在另一个方法步骤中，根据图1B，使如图1A所示出的由未烧结的陶瓷格栅材料1组成的层5成型以形成格栅2。出于这个目的，在由格栅材料1组成的层5中制作多个开口3。例如，可以通过冲压来制作开口3。以如下方式沿主延伸平面9将开口3彼此并排地引入至格栅材料1中：开口3在格栅2的主延伸平面9中被陶瓷格栅材料1包围并且在与格栅2的主延伸平面9垂直的方向上凸出穿过格栅。
除了如图1B中所示的穿过格栅2的截面图之外，在图1C中示出了格栅2的平面图。开口3的布置可以是如图1C所示的类似矩阵结构。作为替代，开口3的关于其形式和布置的其他几何形状也是可以的。
在另一个方法步骤中，如图1D所示，用转换区段4来填充多个开口3。出于这个目的，例如可以将具有包括陶瓷波长转换物质的膏状物或浆状物形式的未烧结的转换区段4引入至开口中。作为替代，还可以将具有未烧结的陶瓷片晶形式的未烧结的转换区段4引入至开口中。例如，可以从未烧结的陶瓷片冲压出未烧结的陶瓷片晶，其中，还可以将未烧结的陶瓷片晶直接从片冲压成开口。在已经用未烧结的陶瓷转换区段4填充了开口3之后，将未烧结的陶瓷转换区段4和未烧结的格栅材料1共烧结在一起，由此完成波长转换元件10。
例如，转换区段4的陶瓷波长转换物质可以包括例如掺杂的陶瓷材料或由例如掺杂的陶瓷材料等组成，该掺杂的陶瓷材料诸如例如YAG:Ce、LuAg:Ce或LuYAG:Ce，其中，Ce的含量优选地大于或等于0.1％并且小于或等于4％。如果这样的陶瓷材料被用作转换区段4的转换材料，则关于后续的烧结工艺，将例如特别是诸如无掺杂YAG的材料作为格栅材料1是有利的。作为替代，上面在概括部分中提到的材料的其他组合也是可以的。举例来说，转换区段4也可以包括下列材料的一种或更多种：(AE)SiON、(AE)SiAlON、(AE)AlSiN3、(AE)2Si5N8，其中，AE是碱土金属；硫化物、正硅酸盐。
为了代替用未烧结的陶瓷材料作为转换区段4来填充开口3，也可以用基体材料如硅树脂来填充开口3，基体材料例如包含具有粉末形式的波长转换物质。在这个情况下，优选地在填充开口3之前烧结格栅材料1。在使用其中包含波长转换物质的基体材料如硅树脂的情况下，可以使用上面在概括部分中提到的用于波长转换物质的材料和格栅材料的任何任意组合。
优选地，转换区段4可以被不同地设计，使得入射的初级辐射被转换区段4转换成不同的次级辐射。
为了实现转换区段4的最大可能的光学分离，格栅材料1优选地不透射紫外光和/或可见光。特别优选地，格栅2反射紫外线和/或可见光。出于这个目的，可以选择本身是不透明的并且优选地能够反射的格栅材料1。此外，格栅材料1还可以包括具有以下作用的颗粒或孔的混合物：使格栅2是非透射的并且优选地是反射的。例如，可以能够通过合适的烧结添加剂和/或通过合适的烧结条件来制作孔。作为反射辐射的颗粒，具有与格栅材料不同的折射率的颗粒优选地被添加至格栅材料1中；举例来说，颗粒可以包括以下材料或者由以下材料组成：Al2O3、SiO2、TiO2、ZrO2或上面在概括部分中提到的一些其他材料。举例来说，填充有Al2O3或TiO2的作为格栅材料1的无掺杂YAG的组合可能是特别有利的。
图2示出了波长转换元件10的另一个示例性实施方式，其中，与先前的示例性实施方式中的波长转换元件10相比，格栅2具有大于转换区段4的厚度。由此可以提高各个转换区段4彼此之间的光学分离。
图3示出了波长转换元件10的另一个示例性实施方式，与先前所描述的示例性实施方式相比，该波长转换元件10包括多个包括陶瓷格栅材料1的烧结的层5、5'、5”，而不是仅包括一个包括陶瓷格栅材料1的层，多个烧结的层5、5'、5”在与上面结合附图1A所描述的方法步骤相对应的方法步骤中被彼此层叠。结果，可以独立于格栅材料1的层厚度而制作出具期望高度的波长转换元件10的格栅2。此外，对于用于各个层5、5'、5”的格栅材料1，也可以使用不同的组成。在图3中所示的三个层5、5'、5”的数目仅作为示例。如在图2中的示例性实施方式中那样，格栅2可以具有大于转换区段4的高度。此外，多层格栅2也可以具有与转换区段4相同的厚度。
图4示出了包括根据先前的示例性实施方式的波长转换元件10的发光半导体部件100的示例性实施方式。波长转换元件10被布置在具有光耦合输出表面21的发光半导体芯片上，在工作期间可以沿发射方向40经由该光耦合输出表面21发射初级辐射例如蓝光。出于这个目的，波长转换元件10借助于连接层30如硅树脂而被胶接在半导体芯片20的光耦合输出表面21上。
在半导体芯片20的工作期间，半导体芯片20的初级辐射在波长转换元件10的转换区段4中被转换成相应的次级辐射。转换区段4之间的格栅2使得可以防止转换区段4之间的光学串扰，其中格栅2优选地不透射紫外光和/或可见光并且特别优选地被设计成反射紫外光和/或可见光。这可能是有利的，特别是针对下列情况：发光半导体芯片20具有能够彼此独立地驱动的发光区段，其中所述发光区段中的每个将初级辐射经由光耦合输出表面21的相关联发射区域发射至布置在其上的转换区段4中，其中，沿发射方向将波长转换元件10的转换区段4中的每个分别布置在半导体芯片20的发光区段中的一个发光区段的下游。借助于对半导体芯片20的各个发光区段进行独立的且针对性的驱动，从而使发光半导体部件100所发射的光在其强度并且特别是其颜色方面能够被控制，使得发光半导体100能够实现混色光和/或白光的可变发射。
为了制作发光半导体部件100，可以例如借助于对未烧结的陶瓷转换区段和未烧结的陶瓷格栅材料进行上述共烧结而例如在波长转换元件10被应用于半导体芯片20之前完成波长转换元件10。
此外，特别地，在使用例如填充有波长转换物质的基体材料如硅树脂的情况下，首先，应当将具有未填充的开口3的烧结格栅2布置并且固定在发光半导体芯片20的光耦合输出表面21上，并且随后应当将用于制作转换区段4的包含波长转换物质的基体材料填充至格栅的开口3中。
本发明不被基于示例性实施方式的描述而限于所述示例性实施方式。此外，本发明包括任何新颖的特征并且也包括这些特征的任意组合，其特别地包括专利权利要求书中的特征的任意组合，即使在该特征或该组合本身在专利权利要求书或示例性实施方式中未被明确指出的情况下也是如此。

Claims (20)

1.一种波长转换元件(10)，包括陶瓷格栅材料(1)，所述陶瓷格栅材料(1)形成具有多个开口(3)的格栅(2)，所述开口(3)在所述格栅(2)的主延伸平面(9)中被所述格栅材料(1)包围并且在与所述格栅(2)的所述主延伸平面(9)垂直的方向上延伸穿过所述格栅(2)，其中，所述开口(3)填充有转换区段(4)，并且其中，所述格栅(2)包括包含所述陶瓷格栅材料(1)的多个层(5，5'，5”)。
2.根据权利要求1所述的波长转换元件(10)，其中，所述格栅(2)不透射紫外光和/或可见光。
3.根据权利要求1或2所述的波长转换元件(10)，其中，所述格栅(2)反射紫外光和/或可见光。
4.根据权利要求1或2所述的波长转换元件(10)，其中，所述格栅材料(1)包括从下列材料中的一种或更多种材料中选择的无掺杂陶瓷材料：YAG、Al2O3、Y2O3、TiO2、AlN。
5.根据权利要求1所述的波长转换元件(10)，其中，在所述格栅材料(1)中布置具有与所述格栅材料(1)不同的折射率的孔或反射辐射的颗粒。
6.根据权利要求5所述的波长转换元件(10)，其中，所述反射辐射的颗粒包括下列材料中的至少一种或更多种：Al2O3、SiO2、TiO2、ZrO2。
7.根据权利要求1或2所述的波长转换元件(10)，其中，所述格栅(2)具有比所述转换区段(4)的厚度更大的厚度。
8.根据权利要求1所述的波长转换元件(10)，其中，所述转换区段(4)包括从下列材料中的一种或更多种材料中选择的掺杂陶瓷材料：YAG:Ce、LuAG:Ce、LuYAG:Ce。
9.根据权利要求8所述的波长转换元件(10)，其中，所述掺杂陶瓷材料的Ce的含量大于或等于0.1％并且小于或等于4％。
10.根据权利要求1或2所述的波长转换元件(10)，其中，所述转换区段(4)包括从下列材料中选择的一种或更多种材料：
(AE)SiON、(AE)SiAlON、(AE)AlSiN3、(AE)2Si5N8，其中，AE是碱土金属；
硫化物；
正硅酸盐。
11.根据权利要求1或2所述的波长转换元件(10)，其中，所述转换区段(4)包括基体材料中的波长转换物质。
12.根据权利要求11所述的波长转换元件(10)，其中，所述基体材料包括硅树脂或者由硅树脂组成。
13.根据权利要求1或2所述的波长转换元件(10)，其中，第一开口填充有第一转换材料并且第二开口填充有第二转换材料，其中，所述第一转换材料被设置成用于发射具有第一波长的辐射，并且所述第二转换材料被设置成用于发射具有第二波长的辐射，并且其中，所述第二波长与所述第一波长不同。
14.一种用于制作根据权利要求1或2所述的波长转换元件的方法，包括下列步骤：
A)制作由未烧结的陶瓷格栅材料组成的层，
B)在所述层中制作多个开口，使得所述格栅材料形成格栅，在所述格栅中，所述开口在所述格栅的主延伸平面中被所述陶瓷格栅材料包围并且在与所述格栅的所述主延伸平面垂直的方向上延伸穿过所述格栅，
C)用转换区段填充所述开口。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，以一层叠在另一层上的方式叠置由所述未烧结的格栅材料组成的多个层以形成所述格栅。
16.根据权利要求14所述的方法，
其中，在步骤C中，将具有包括陶瓷波长转换物质的膏状物形式的未烧结的转换区段引入至所述开口中，或者
其中，在步骤C中，将具有未烧结的陶瓷片晶形式的未烧结的转换区段引入至所述开口中。
17.根据权利要求14所述的方法，其中，在步骤C之后，将所述未烧结的转换区段与所述未烧结的格栅材料烧结在一起以形成连续的波长转换元件。
18.根据权利要求14所述的方法，其中，在步骤C之前烧结所述未烧结的格栅材料，并且在步骤C中将基体材料中的波长转换物质引入至所述开口中。
19.一种发光半导体部件，包括发光半导体芯片和根据权利要求1至2中任一项所述的波长转换元件，所述发光半导体芯片在工作期间沿发射方向经由光耦合输出表面发射初级辐射，其中，将所述转换区段彼此横向并排地布置在所述光耦合输出表面上。
20.一种用于制作根据权利要求19所述的发光半导体部件的方法，其中，通过根据权利要求17所述的方法来制作所述波长转换元件，并且随后将所述波长转换元件布置在所述发光半导体芯片的所述光耦合输出表面上，或者其中，通过根据权利要求18所述的方法来制作所述波长转换元件，其中，在步骤C之前将所述未烧结的格栅布置在所述发光半导体芯片的所述光耦合输出表面上并且随后执行步骤C。
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