JP2018533210A - オプトエレクトロニクス部品、ディスプレイ用背景照明およびオプトエレクトロニクス部品の製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、青色スペクトル領域の一次放射を発生する半導体チップ（２）と、半導体チップのビーム経路に配置され、一次放射からの二次放射を発生する変換要素（４）と、を有するオプトエレクトロニクス部品（１００）に関する。変換要素（４）は、少なくとも１つの第１の蛍光体（９）および第２の蛍光体（１０）を含む。第１の蛍光体（９）は、Ｓｒ（Ｓｒ１−ｘＣａｘ）Ｓｉ２Ａｌ２Ｎ６：Ｅｕ２＋（０≦ｘ≦１）および／または（Ｓｒ１−ｙＣａｙ）［ＬｉＡｌ３Ｎ４］：Ｅｕ２＋（０≦ｙ≦１）である。オプトエレクトロニクス部品（１００）から出射される全放射（Ｇ）は、白色混合光である。

Description

本発明は、オプトエレクトロニクス部品、ディスプレイ用背景照明およびオプトエレクトロニクス部品の製造方法に関する。

オプトエレクトロニクス部品（特に、発光ダイオード（ＬＥＤ））は、現代のテレビ、コンピュータ用モニタ、および他の多くのディスプレイにおけるＬＣＤフィルタの背面照明に使用される。この背面照明は、直接的に実現することも、導光部を介した間接照明によって実現することもできる。これらのオプトエレクトロニクス部品に必ず求められるものが２つあり、１つが最大輝度、もう１つがＣＩＥ色度図における最大限の色空間の被覆率である。従来のＬＣＤフィルタシステムは、３色または４色のカラーフィルタ（青色、緑色、および赤色、または、青色、緑色、黄色、および赤色）で構成される。しかしながら、これらのＬＣＤフィルタは、典型的には７０ｎｍ〜１２０ｎｍの範囲の広い半値幅（半値全幅（ＦＷＨＭ：full width at half maximum））を有する。

動作時に効率的に放射を出射するオプトエレクトロニクス部品を提供することが本発明の目的の一つである。さらに、本発明は、動作時に効率的に放射を出射するディスプレイ用背景照明に関する。

これらの目的は、独立請求項１に記載のオプトエレクトロニクス部品によって実現される。本発明の有利な実施形態および発展形態が本従属請求項の主題である。さらに、これらの目的は、独立請求項１２に記載のディスプレイ用背景照明によって実現される。

少なくとも一実施形態では、本オプトエレクトロニクス部品は、半導体チップを有する。半導体チップは、青色スペクトル領域の一次放射を発生するように設計されている。本オプトエレクトロニクス部品は、変換要素を有する。変換要素は、半導体チップのビーム経路に配置されている。変換要素は、半導体チップの一次放射線から二次放射を発生するように設計されている。変換要素は、少なくとも１つの第１の蛍光体および１つの第２の蛍光体を有しているか、またはこれらの第１の蛍光体および第２の蛍光体からなる。第１の蛍光体は、Ｓｒ（Ｓｒ_１−ｘＣａ_ｘ）Ｓｉ_２Ａｌ_２Ｎ_６：Ｅｕ^２＋（０≦ｘ≦１）もしくは（Ｓｒ_１−ｙＣａ_ｙ）［ＬｉＡｌ_３Ｎ_４］：Ｅｕ^２＋（０≦ｙ≦１）、または第１および第２の蛍光体の組合せである。本オプトエレクトロニクス部品から出射される全放射は、白色混合光である。

少なくとも一実施形態によれば、本オプトエレクトロニクス部品は、発光ダイオード（ＬＥＤ）であり、この場合、本オプトエレクトロニクス部品は、好ましくは白色光を出射するように設計されている。

以下、「全放射」とは、最終的に本オプトエレクトロニクス部品から発せられる、少なくとも１つの半導体チップから出射された一次放射と変換要素によって出射された二次放射との混合放射を意味するものと理解される。一次放射と二次放射との混合比は、変換要素において対応する蛍光体の組成および濃度によって調整・制御可能である。全変換の場合、全放射を二次放射のみとすることもできる。部分変換の場合、全放射を、半導体チップの一次放射および変換要素の二次放射を合わせたものとすることができる。二次放射を、第１の蛍光体から出射された放射と、第２の蛍光体から出射された放射とから構成することができる。

本オプトエレクトロニクス部品の白色混合光は、本発明では特に部分変換によって発生する。以下、「白色」という用語は、全放射のＣＩＥ色度図の色位置の値ＣｘおよびＣｙが、黒体軌跡（Ｐｌａｎｃｋ ｌｏｃｕｓ）に沿っている、または黒体軌跡の等温線の位置にあるという意味で使用される。背景イルミネーションまたは背景照明のために、色位置は、７０００Ｋ〜２５０００Ｋの色温度であることが好ましい。例えば、色位置は、Ｃｘが０．２５〜０．３３であり、かつ、Ｃｙが０．２２〜０．３３である範囲内に位置することができる。ここで、色位置は、色立体内または色立体上の点を示し、適切な座標を用いて色空間における位置で記載される。色位置は、観察者によって知覚される色を表わす。色位置は、国際照明委員会（ＣＩＥ）が採用する標準表色系における座標または複数の座標である。以下、ＣＩＥ標準表色系は、１９３１標準に基づく。ＣＩＥ色度図は、すべての知覚可能な色（すなわち、電磁放射の可視部分）の全体を形成する。このＣＩＥ色度図内では、任意の所望の色が３つの座標Ｃｘ、Ｃｙ、Ｃｚによって定義される。この場合、３つの座標すべての合計が常に１にならなければならず、ＣｘとＣｙとからＣｚを容易に計算することができるため、色を決定するには２つの座標で十分である。本明細書では、そのような色座標を全放射の色位置という。

少なくとも一実施形態によれば、本オプトエレクトロニクス部品は、少なくとも１つの半導体チップを有する。あるいは、本オプトエレクトロニクス部品は、２つ以上の半導体チップを有することもできる（例えば、さらなる半導体チップを有する、すなわち２つの半導体チップを有することもできる）。各半導体チップは、同一の構造を有することができる。少なくとも１つのオプトエレクトロニクス半導体チップは、半導体積層体を有する。半導体積層体は、少なくとも１つのｐｎ接合および／または１つ以上の量子井戸構造を有する活性層を備える。半導体チップの半導体積層体は、好ましくはＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体材料をベースとする。半導体材料は、好ましくは窒化物化合物半導体材料（Ａｌ_ｎＩｎ_{１−ｎ−ｍ}Ｇａ_ｍＮ（０≦ｎ≦１および０≦ｍ≦１およびｎ＋ｍ≦１））であるか、リン化物化合物半導体材料（Ａｌ_ｎＩｎ_{１−ｎ−ｍ}Ｇａ_ｍＰ（０≦ｎ≦１および０≦ｍ≦１およびｎ＋ｍ≦１））である。半導体材料をＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ（０≦ｘ≦１）とすることもできる。この場合、半導体積層体は、ドーパントおよび追加の構成成分を有することができる。しかしながら、単純にするために、半導体積層体の結晶格子の必須構成成分（すなわち、Ａｌ、ＡＳ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｎ、Ｐ）が少量のさらなる物質によって部分的に置換されることができかつ／または補われることができるとしても、これら構成成分のみが示されている。

少なくとも１つの半導体チップまたは２つの半導体チップの動作では、いずれの場合でも、一次放射が活性層において発生する。一次放射の波長または最大波長は、好ましくは紫外線スペクトル領域および／または可視スペクトル領域および／またはＩＲスペクトル領域であり、特に４２０ｎｍ〜８００ｎｍ（両端値を含む）の波長であり、例えば４４０ｎｍ〜４８０ｎｍ（両端値を含む）の波長である。半導体チップは、動作時に好ましくは青色スペクトル領域の一次放射を発生するように設定されている。

少なくとも一実施形態によれば、半導体チップの青色スペクトル領域の少なくとも１つまたは正確に１つの最大ピーク波長は、３８０ｎｍ〜４８０ｎｍ（両端値を含む）である。

以下、出射する変換要素および／または全放射および／または出射する半導体チップに関連する色データは、それぞれの電磁放射のスペクトル領域を示す。

少なくとも一実施形態によれば、本オプトエレクトロニクス部品は、さらなる半導体チップを有する。さらなる半導体チップは、特に、動作時に青色スペクトル領域のさらなる一次放射を出射するように設計されている。この場合、第１の半導体チップの一次放射およびさらなる半導体チップの一次放射から一次全放射が作られる。半導体チップおよびさらなる半導体チップは、特に、オプトエレクトロニクス部品のハウジングの共通の凹部に配置されている。この場合、具体的には、変換要素は、ポッティングとして成形され、両半導体チップを密着状に（ｉｎ ｆｏｒｍ−ｆｉｔｔｉｎｇ ｍａｎｎｅｒ）包囲する。以下、「密着する」とは、変換要素が各半導体チップの放射出射面および側面の両方を直接的に機械的および／または電気的に包囲することを意味する。

本オプトエレクトロニクス部品の少なくとも一実施形態によれば、本オプトエレクトロニクス部品は、変換要素を備える。変換要素は、半導体チップのビーム経路に配置されている。具体的には、変換要素は、半導体チップに直接配置されている（すなわち、半導体チップの放射出射領域に直接配置されている）。以下、「直接」とは、変換要素が半導体チップの放射出射領域に直接配置されていることを意味する。したがって、半導体チップと変換要素の間には、接着層のようなさらなる層またはさらなる要素が存在しない。あるいは、変換要素と半導体チップとを互いに空間的に隔てることもできる。例えば、半導体チップと変換要素の間に接着層を配置することができる。

変換要素は、少なくとも１つの半導体チップによって出射された一次放射を少なくとも部分的に吸収するかまたは一次全放射を少なくとも部分的に吸収して、好ましくは一次放射の波長と異なる波長の（特に長波長の）二次放射に変換するように設計されている。変換要素は、少なくとも１つの第１の蛍光体および／または第２の蛍光体を備えているか、またはこれらの第１の蛍光体および第２の蛍光体からなる。

少なくとも一実施形態によれば、第１の蛍光体は、Ｓｒ（Ｓｒ_１−ｘＣａ_ｘ）Ｓｉ_２Ａｌ_２Ｎ_６：Ｅｕ^２＋（式中０≦ｘ≦１、好ましくは０．５≦ｘ≦１、例えばｘ＝０．６）である。ｘ＝０の場合、第１の蛍光体はＳｒ_２Ｓｉ_２Ａｌ_２Ｎ_６：Ｅｕ^２＋である。第１の蛍光体には、ユーロピウム、具体的にはＥｕ^２＋がドープされている。代替的または追加的に、第１の蛍光体は、例えば希土類元素（セリウム、イットリウム、テルビウム、スカンジウム、イッテルビウム、および／またはサマリウム等）の群のさらなるドーパントを含むことができる。ユーロピウムまたはさらなるドーパントは、Ｓｒおよび／またはＣａの格子サイトを部分的に置換することができる。

ドーパント（特にユーロピウム）の割合を、０．１重量％〜１２重量％とすることができ、例えば６重量％〜９重量％とすることができる。

Ｓｒ（Ｓｒ_１−ｘＣａ_ｘ）Ｓｉ_２Ａｌ_２Ｎ_６：Ｅｕ^２＋である第１の蛍光体の色位置ＣｘおよびＣｙを、特に、それぞれ０．６５５〜０．６８５および０．３００〜０．３５０とすることができる。Ｓｒ（Ｓｒ_１−ｘＣａ_ｘ）Ｓｉ_２Ａｌ_２Ｎ_６：Ｅｕ^２＋である第１の蛍光体の発光スペクトルの最大半値全幅は、特に８２ｎｍである。したがって、特に赤色スペクトル領域の放射を出射する狭帯域発光型の第１の蛍光体を設けることができる。

少なくとも一実施形態によれば、第１の蛍光体は、（Ｓｒ_１−ｙＣａ_ｙ）［ＬｉＡｌ_３Ｎ_４］：Ｅｕ^２＋（式中０≦ｙ≦１、好ましくは０．５≦ｙ≦１、例えばｙ＝０．６）である。ｙ＝０の場合、第１の蛍光体はＳｒ［ＬｉＡｌ_３Ｎ_４］：Ｅｕ^２＋である。第１の蛍光体は、ユーロピウムドーピング（特にＥｕ^２＋ドーピング）を含む。代替的または追加的に、（Ｓｒ_１−ｙＣａ_ｙ）［ＬｉＡｌ_３Ｎ_４］：Ｅｕ^２＋である第１の蛍光体は、例えば希土類元素またはランタニド元素の群のさらなるドーパントを含む。ユーロピウムまたはさらなるドーパントは、Ｓｒおよび／またはＣａの格子サイトを部分的に置換することができる。第１の蛍光体の色位置ＣｘおよびＣｙは、それぞれ、特に０．６８０〜０．７１５および０．２８０〜０．３２０である。（Ｓｒ_１−ｙＣａ_ｙ）［ＬｉＡｌ_３Ｎ_４］：Ｅｕ^２＋である第１の蛍光体の発光スペクトルのピークの半値幅は、好ましくは最大で５５ｎｍである。

本明細書に記載の色位置は、特に、第１の蛍光体の、青色スペクトル領域の励起波長（例えば４６０ｎｍ）で生じる色位置である。

少なくとも一実施形態によれば、第１の蛍光体は、５９０ｎｍ〜６４０ｎｍ（両端値を含む）の主波長を出射する。この場合、具体的には、第１の蛍光体は、４４０ｎｍ〜４７０ｎｍの、例えば４６０ｎｍの波長で励起される。Ｓｒ（Ｓｒ_１−ｘＣａ_ｘ）Ｓｉ_２Ａｌ_２Ｎ_６：Ｅｕ^２＋である第１の蛍光体の主波長は、好ましくは５９５ｎｍ〜６２５ｎｍ（両端値を含む）である。（Ｓｒ_１−ｙＣａ_ｙ）［ＬｉＡｌ_３Ｎ_４］：Ｅｕ^２＋である第１の蛍光体の主波長は、好ましくは６２３ｎｍ〜６３３ｎｍ（両端値を含む）である。主波長は、人間の目によって知覚される色相を記述する波長である。対照的に、ピーク波長は、スペクトル分布の最大値の波長を表わす。

少なくとも一実施形態によれば、変換要素は、第２の蛍光体を有する。第２の蛍光体は、特に、緑色スペクトル領域および／または黄色スペクトル領域の放射を出射するように設計されている。具体的には、第２の蛍光体は、アルカリ土類金属オルトシリケート、サイアロン、アルミネート、およびＳｉＯＮｓを含む群から選択される。好ましくは、第２の蛍光体は、（Ｂａ，Ｓｒ）_２ＳｉＯ_４、β−サイアロン、（Ｙ，Ｌｕ）_３（Ａｌ，Ｇａ）_５Ｏ_１２、およびＢａ−ＳｉＯＮからなる群から選択される。第２の蛍光体には、特に、希土類元素および／またはランタノイド元素、例えばユーロピウム（Ｅｕ^２＋）、セリウム（Ｃｅ^３＋）、またはユーロピウムとセリウムの組合せ（例：（Ｂａ，Ｓｒ）_２ＳｉＯ_４：Ｅｕ^２＋、β−ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕ^２＋、（Ｙ，Ｌｕ）_３（Ａｌ，Ｇａ）_５Ｏ_１２：Ｃｅ^３＋、Ｂａ−ＳｉＯＮ：Ｅｕ^２＋）がドープされている。

第２の蛍光体は、特に、ピーク波長のスペクトル領域が５１０ｎｍ〜５９０ｎｍ（両端値を含む）である放射を出射する。

少なくとも一実施形態によれば、第２の蛍光体は、オルトシリケートである。好ましくは、第２の蛍光体は、希土類元素（例えばＥｕ^２＋）がドープされたアルカリ土類オルトシリケートである。具体的には、オルトシリケートは、（Ｂａ，Ｓｒ）_２ＳｉＯ_４：Ｅｕ^２＋である。第２の蛍光体は、特に、ピーク波長のスペクトル領域が５２０ｎｍ〜５５０ｎｍ（両端値を含む）である放射を出射する。

少なくとも一実施形態によれば、第２の蛍光体は、β−サイアロンである。β−サイアロンは、任意の比および組成のケイ素、アルミニウム、酸素、および窒素から作られる要素を含むセラミック蛍光体である。β−サイアロンは、当業者にとって十分既知であり、したがって、ここではさらに詳細には説明されない。第２の蛍光体は、特に、ピーク波長のスペクトル領域が５２０ｎｍ〜５５０ｎｍ（両端値を含む）である放射を出射する。

少なくとも一実施形態によれば、第２の蛍光体は、イットリウムアルミニウムガーネットである。第２の蛍光体は、好ましくは（Ｙ，Ｌｕ）_３（Ａｌ，Ｇａ）_５Ｏ_１２：Ｃｅ^３＋である。したがって、この蛍光体は、アルミニウムおよび／またはガリウムおよびイットリウムおよび／またはルテチウムを含むことができる。さらに、第２の蛍光体は、小量のガドリニウムおよび／またはジスプロシウムを含むこともできる。第２の蛍光体は、特に、ピーク波長のスペクトル領域が５３０ｎｍ〜５５０ｎｍ（両端値を含む）である放射を出射する。

少なくとも一実施形態によれば、第２の蛍光体は、Ｂａ−ＳｉＯＮ：Ｅｕ^２＋である。換言すれば、第２の蛍光体は、アルカリ土類金属であるバリウムに加えて任意の比および組成のケイ素、酸素、および窒素を含む。Ｂａ−ＳｉＯＮは、当業者にとって十分既知であり、したがって、ここではさらに詳細には説明されない。第２の蛍光体は、特に、ピーク波長のスペクトル領域が４８０ｎｍ〜５３０ｎｍ（両端値を含む）である放射を出射する。

少なくとも一実施形態によれば、第２の蛍光体は、緑色スペクトル領域および／または黄色スペクトル領域の放射を出射するように設計されている。第２の蛍光体の励起波長は、好ましくは青色スペクトル領域の波長（例えば４６０ｎｍ）である。具体的には、第２の蛍光体（好ましくはβ−サイアロン）の色位置は、Ｃｘ＝０．２８０〜０．３３０およびＣｙ＝０．６３０〜０．６８０である。

あるいは、第２の蛍光体の、特に（Ｂａ，Ｓｒ）_２ＳｉＯ_４：Ｅｕ^２＋の場合の色位置はＣｘ＝０．３３〜０．３８０ならびにＣｙ＝０．５９０および０．６５０である。

あるいは、特に（Ｙ，Ｌｕ）３（Ａｌ，Ｇａ）_５Ｏ_１２：Ｃｅ^３＋の場合の色位置は、Ｃｘ＝０．３４０〜０．３８０およびＣｙ＝０．５５０〜０．５８０である。

少なくとも一実施形態によれば、本オプトエレクトロニクス部品は、青色波長域の一次放射を発生するための少なくとも１つの半導体チップと、正確に２つの蛍光体を有する変換要素とを備える。この青色発光半導体チップのピーク波長は、例えば３８０ｎｍ〜４８０ｎｍ（両端値を含む）である。半導体チップによって出射される放射は、２つの蛍光体（第１の蛍光体および第２の蛍光体）に吸収され変換される。第１の蛍光体は、一次放射を赤色スペクトル領域の二次放射に少なくとも部分的に変換する。第２の蛍光体は、一次放射を緑色スペクトル領域または黄緑色スペクトル領域の二次放射に少なくとも部分的に変換する。その結果、一次放射と二次放射の組合せによって白色混合光が生成される。

少なくとも一実施形態によれば、一次放射、第１の蛍光体の二次放射、および／または第２の蛍光体の二次放射は、狭帯域の放射として形成される。換言すれば、対応する発光スペクトルのピークの最大半値幅（ＦＷＨＭ）が８２ｎｍ、好ましくは最大で５５ｎｍである。したがって、効率的に全放射を出射する、大きな色空間を有するオプトエレクトロニクス部品を提供することができる。さらに、使用しなければならない蛍光体がより少ない。したがって、材料と費用を節約することができる。さらに、３つの青色発光半導体、緑色発光半導体、および赤色発光半導体からなるＬＥＤと比較して、製造がより単純、かつ、より費用効率が高い。

高い費用効率で単純に製造することができる、白色発光オプトエレクトロニクス部品を提供することができ好適である。

少なくとも一実施形態によれば、第１の蛍光体および第２の蛍光体は、マトリクス材料内に分散されている。使用されるマトリクス材料は、例えばジメチルビニルシロキサンおよび／またはビニルアルキルポリシロキサン等のシリコーンであってもよい。あるいは、エポキシ樹脂またはハイブリッド材料（例えばＯｒｍｏｃｅｒ）をマトリクス材料として使用することもできる。

変換要素は、好ましくは半導体チップの放射出射領域に直接配置されている。マトリクス材料内に第１の蛍光体および第２の蛍光体が分散されている変換要素を、ポッティングとして成形することができる。この場合、変換要素は、少なくとも１つの半導体チップの放射出射面および側面の両方を、材料および／または形状が密着した状態で包囲することができる。

少なくとも一実施形態によれば、変換要素は、層システムとして形成されている。層システムは、少なくとも２層、すなわち第１の層および第２の層を含む。第１の層は、第１の蛍光体を含むことも、第１の蛍光体からなることもできる。第１の層は、マトリクス材料をさらに有することができる。第２の層は、第２の蛍光体を含むことも、第２の蛍光体からなることもできる。第２の層は、マトリクス材料をさらに有することができる。第１の層を、半導体チップと第２の層の間に配置することができる。あるいは、第２の層を、一次放射のビーム経路内において半導体チップと第１の層の間に配置することができる。

第１の層が半導体チップと第２の層との間に配置されている場合、これは、第１の層が直接的に半導体チップの下流に配置されていることを意味する。第２の層が半導体チップと第１の層の間とに配置されている場合、これは、第２の層が放射方向において直接的に半導体チップの下流に配置されていることを意味する。

変換要素の層システムの各層の層厚を、２０μｍ〜２００μｍとすることができる。

少なくとも一実施形態によれば、層システムの各層は、セラミックとして形成されている。あるいは、対応する各層の蛍光体を、粒子状に成形し、マトリクス材料内に分散することができる。この場合、マトリクス材料内に分散した蛍光体の割合を、１重量％〜５０重量％とすることができる。

本発明は、さらにオプトエレクトロニクス部品の製造方法に関する。上述の本オプトエレクトロニクス部品は、好ましくはこの方法を用いて製造される。オプトエレクトロニクス部品に関する上述の定義および実施形態はすべて、本方法に当てはまり、その逆も同様である。

少なくとも一実施形態によれば、オプトエレクトロニクス部品の製造方法は、Ａ）青色スペクトル領域の一次放射を発生するための半導体チップを設けるステップと、Ｂ）半導体チップのビーム経路に、一次放射から二次放射を発生するために配置される変換要素を設けるステップと、を含む。変換要素は、少なくとも１つの第１のおよび第２の蛍光体を有し、第１の蛍光体は、Ｓｒ（Ｓｒ_１−ｘＣａ_ｘ）Ｓｉ_２Ａｌ_２Ｎ_６：Ｅｕ^２＋（０≦ｘ≦１）および／または（Ｓｒ_１−ｙＣａ_ｙ）［ＬｉＡｌ_３Ｎ_４］：Ｅｕ^２＋（０≦ｙ≦１）である。具体的には、本オプトエレクトロニクス部品は、好ましくは本オプトエレクトロニクス部品の動作時に白色混合光を出射する。

さらに、本発明は、ディスプレイ用の背景イルミネーションまたは背景照明に関する。好ましくは、本背景照明は、上述のオプトエレクトロニクス部品を備える。本オプトエレクトロニクス部品に関してなされた定義および記述はすべて、本ディスプレイ用背景照明にも当てはまり、その逆も同様である。

具体的には、本明細書に記載のオプトエレクトロニクス部品は、テレビ、コンピュータ用モニタ、および他のあり得るディスプレイの背景照明に使用される。あるいは、本オプトエレクトロニクス部品を室内照明として使用することもできる。

さらなる利点、有利な実施形態、および発展形態が、図と関連して以下に説明される例示的な実施形態から明瞭となるであろう。

一実施形態に係るオプトエレクトロニクス部品の断面図である。 一実施形態に係るオプトエレクトロニクス部品の断面図である。 一実施形態に係るオプトエレクトロニクス部品の断面図である。 一実施形態に係るオプトエレクトロニクス部品の断面図である。 一実施形態に係るオプトエレクトロニクス部品の断面図である。 一実施形態に係るオプトエレクトロニクス部品の断面図である。 一実施形態に係るオプトエレクトロニクス部品の断面図である。 一実施形態に係る図７Ａのオプトエレクトロニクス部品の平面図である。 一実施形態に係る発光スペクトルを示す図である。 一実施形態に係る発光スペクトルを示す図である。 一実施形態に係るＣＩＥ色度図である。 一実施形態に係るＣＩＥ色度図の関連データを示す図である。 一実施形態に係るＣＩＥ色度図である。 一実施形態に係るＣＩＥ色度図の関連データを示す図である。

例示的な実施形態および図において、同一の要素または同一に作用する要素には、それぞれ、同一の参照符号が付され得る。例示される各要素および各要素の互いに対する大きさの関係は、正しい縮尺ではないものとみなされたい。むしろ、個々の要素（例えば、各層、各構成要素、および各領域）は、表現性を高めるため、および／またはよりわかりやすくするために誇張した大きさで表わされる。

図１は、一実施形態に係るオプトエレクトロニクス部品の概略側面図である。オプトエレクトロニクス部品１００は、基板１を有する。基板１を、例えば半導体ウェハまたはセラミックウェハ（例えば、サファイア、ケイ素、ゲルマニウム、窒化シリコン、酸化アルミニウム、二酸化チタン、ＹＡＧ等の発光セラミックで作られた成形材料）とすることができる。さらに、この基板１をプリント回路基板（ＰＣＢ：Printed Circuit Board）、金属リードフレーム、または他の種類の接続支持体とすることができる。少なくとも１つの半導体チップ２を基板１に配置することができる。半導体チップ２は、特に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体材料（例えば、窒化ガリウム）を含む。半導体チップ２は、好ましくは、本オプトエレクトロニクス部品の動作時に青色スペクトル領域（例えば、４４０ｎｍ〜４８０ｎｍ）の放射を出射するように設計されている。変換要素４が半導体チップ２の下流に配置されている。変換要素４は、半導体チップ２のビーム経路に配置され、半導体チップによって出射された一次放射を、異なる波長（通常、より長波長）の二次放射に変換するように設計されている。任意選択的に、接着層３が変換要素４と半導体チップ２との間に存在することができる。接着層３は、高屈折率材料であることも、低屈折率材料であることもできる。変換要素４は、第１の蛍光体９および第２の蛍光体１０を有することができる。Ｓｒ（Ｓｒ_１−ｘＣａ_ｘ）Ｓｉ_２Ａｌ_２Ｎ_６：Ｅｕ^２＋（０≦ｘ≦１）および／または（Ｓｒ_１−ｙＣａ_ｙ）［ＬｉＡｌ_３Ｎ_４］：Ｅｕ^２＋（０≦ｙ≦１）等の第１の蛍光体ならびにβ−サイアロン等の第２の蛍光体１０を、マトリクス材料（例えば、シリコーンまたはエポキシ）に埋め込むことができる。

マトリクス材料の選択およびマトリクス材料の屈折率に応じて、接着層３を選択することができる。さらに任意選択的に、オプトエレクトロニクス部品１００は、例えば二酸化チタンで作られた反射要素５を有することができる。反射要素５は、半導体チップ２の側面および変換要素４の側面の両方を包囲している。オプトエレクトロニクス部品１００は、白色混合光を全放射Ｇとして出射するように設計されている。

図２は、一実施形態に係るオプトエレクトロニクス部品の概略側面図である。図２のオプトエレクトロニクス部品１００は、基板１を有しない点で図１のオプトエレクトロニクス部品１００と異なる。したがって、図２のオプトエレクトロニクス部品１００には基板１が存在せず、コンタクトウェブ部６を有する。ここでは、半導体チップ２は、特にトップエミッタまたはサファイアフリップチップとして形成されており、すなわち、接触のために必要なコンタクトウェブ部６を側面に有している。

図３は、一実施形態に係るオプトエレクトロニクス部品の概略側面図である。図３に示されるオプトエレクトロニクス部品は、さらにレンズ７を有する点で図１のオプトエレクトロニクス部品１００と異なる。このレンズ７は、例えばシリコーンから形成することができ、また、変換要素４に直接形成することができる（すなわち、直接機械的かつ直接電気的に変換要素４に接触していることができる）。

図４は、一実施形態に係るオプトエレクトロニクス部品の概略側面図である。図４のオプトエレクトロニクス部品１００は、例えば変換要素４が層システム４１，４２として形成されている点で図１のオプトエレクトロニクス部品１００と異なる。変換要素４は、少なくとも第１の蛍光体を有する第１の層４１と、少なくとも第２の蛍光体を有する第２の層４２とを有する。これらの２層は、任意選択的に存在し得るさらなる接着層によって互いに空間的に隔てられている。図４のオプトエレクトロニクス部品１００の場合、第２の層４２が第１の層４１と半導体チップ２との間に配置されている。第２の層４２は、特に、緑色スペクトル域（緑色スペクトル領域）の放射を出射するように設計されている。第１の層４１は、特に、赤色スペクトル領域の放射を出射するように設計されている。半導体チップ２は、特に、青色スペクトル領域の一次放射を出射するように設計されており、したがって全放射Ｇは、半導体チップ２の一次放射と変換要素４の層４１，４２の２つの二次放射の組合せである。この場合、全放射Ｇは、特に白色混合光である。

図５は、一実施形態に係るオプトエレクトロニクス部品の側面図である。図５のオプトエレクトロニクス部品１００は、変換要素４の層４１，４２が互いに入れ替えられている点で図４のオプトエレクトロニクス部品１００と異なる。換言すれば、図５のオプトエレクトロニクス部品１００の第１の層４１が、ここでは半導体チップ２と第２の層４２との間に配置されている。したがって、換言すれば、変換要素４の第１の赤色発光層４１が半導体チップ２の下流に配置されており、変換要素４の緑色発光型、黄色発光型、または緑黄色発光型の第２の層４２が第１の赤色発光層４１の下流に配置されている。

図６は、一実施形態に係るオプトエレクトロニクス部品１００の概略側面図である。図６のオプトエレクトロニクス部品１００は、図６のオプトエレクトロニクス部品が保護ダイオード（ＥＳＤ）８をさらに有する点以外、図１のオプトエレクトロニクス部品１００とほとんど同一である。保護ダイオード８は、オプトエレクトロニクス部品１００に任意選択的に存在することができ、半導体チップ２から横方向に離間していることができる。保護ダイオード８は、オプトエレクトロニクス部品１００の凹部４内で基板１に配置可能である。反射要素は、ハウジングの一部であることができる。

図７Ａは、一実施形態に係るオプトエレクトロニクス部品１００の概略側面図である。図７Ａのオプトエレクトロニクス部品１００は、さらなる半導体チップ２１を有する点で、図６のオプトエレクトロニクス部品１００と異なる。換言すれば、ここではオプトエレクトロニクス部品１００は、２つの半導体チップ２，２１を有する。２つの半導体チップ２，２１は、互いに横方向に離間しており、基板１に配置されている。さらに、保護ダイオード（ＥＳＤ）８が任意選択的に存在していてもよい。２つの半導体チップ２，２１を共通の凹部１２に配置することができる。この場合、変換要素４は、ポッティングとして設計されており、好ましくはマトリクス材料（図示せず）内に分散された第１の蛍光体および第２の蛍光体を有する。

図７Ｂは、オプトエレクトロニクス部品の平面図である。具体的には、図７Ｂは、保護ダイオード８、半導体チップ２の放射出射領域、および半導体チップ２１の放射出射領域の平面図である。

図８Ａおよび図８Ｂは、一実施形態に係る発光スペクトルを示し、それぞれ、青色カラーフィルタの透過プロファイルの一例８−１、緑色カラーフィルタの透過プロファイルの一例８−２、および赤色カラーフィルタの透過プロファイルの一例８−３を示している。図８Ａおよび図８Ｂにおいて、相対強度Ｉ_ｒｅｌがｎｍ単位の波長λの関数として示されている。図８Ａおよび図８Ｂは、それぞれ、第１のおよび第２の蛍光体と関連した半導体チップ２の全出射（すなわち、一次放射と二次放射の出射）８−４を示す。図８Ａおよび図８Ｂのそれぞれの場合において、第２の蛍光体（この場合、緑色発光蛍光体）は、β−サイアロンである。図８Ａの場合において、第１の蛍光体は、Ｓｒ（Ｃａ，Ｓｒ）Ｓｉ_２Ａｌ_２Ｎ_６：Ｅｕ^２＋である。図８Ｂの場合において、第１の蛍光体は、（Ｓｒ，Ｃａ）［ＬｉＡｌ_３Ｎｉ_４］：Ｅｕ^２＋である。従来のＬＣＤフィルタシステムは、３色（青色、緑色および赤色）または４色（青色、緑色、黄色および赤色）のカラーフィルタからなる。これらのＬＣＤフィルタの半値幅（ＦＷＨＭ）は一般には、通常７０ｎｍ〜１２０ｎｍであり、ＬＣＤフィルタにおける光の透過を電気的に制御することができる。この場合、透過光は、個々のカラーフィルタから透過したものを重ね合せて得られる。したがって、可視スペクトル領域の各フィルタ間の遷移箇所において隙間が生じる。その結果、広帯域のほとんど連続したスペクトルの場合、出射されたＬＥＤ光の一部がフィルタに吸収される。フィルタが完全に開いている場合にオプトエレクトロニクス部品から出射される光量をスクリーンの表面で最大限得ることができるように、個々のフィルタ曲線（図８Ａおよび図８Ｂ）の領域で出射する狭帯域蛍光体を使用することが有利である。この場合、最大限の色空間を確保できるように、使用される蛍光体（すなわち、第１のおよび第２の蛍光体）が、それぞれ、フィルタの領域内でのみ出射することが特に重要である。この場合、オプトエレクトロニクス部品の特性は、様々な蛍光体によって適宜、適合可能である。トレンドとしては、より大きな色空間（例えばＤＣＩ−Ｐ３またはＲｅｃ２０２０）にますます向かっている。したがって、より大きな色空間を可能にする、スペクトルが特に良好に適合された蛍光体が必要である。

図９Ａおよび図１０Ａは、それぞれ、ＣＩＥ標準色度図を示す。ＣＩＥｙがＣＩＥｘの関数として表わされている。ここで、９−１または１０−１が色空間ＳＲＧＢに対応し、９−２または１０−２が色空間ＤＣＩ−Ｐ３に対応し、９−３または１０−３が色空間Ａｄｏｂｅに対応し、９−４または１０−４が色空間Ｒｅｃ２０２０に対応している。画像において、被覆範囲内の色空間がＬＥＤによって、また、フィルタによる評価後にさらに表現される。本オプトエレクトロニクス部品によって実現可能なこの色空間は、ＤＣＩ−Ｐ３色空間（９−２または１０−２）とほとんど完全に一致する。これらの色空間は、当業者にとって既知であるため、ここではさらに詳細には説明されない。

図９Ｂは、一次放射が青色発光半導体チップによって発生し、二次放射が第１の蛍光体（ここではＳｒ（Ｓｒ_１−ｘＣａ_ｘ）Ｓｉ_２Ａｌ_２Ｎ_６：Ｅｕ^２＋）および第２の蛍光体（ここではβ−サイアロン）によって発生する一実施形態のオプトエレクトロニクス部品による、ＣｘＣｙ座標またはｕ’ｖ’座標で表された色空間の対応する被覆率を示す。

図１０Ｂは、一次放射が青色発光半導体チップによって発生し、二次放射が第１の蛍光体（ここでは（Ｓｒ_１−ｙＣａ_ｙ）［ＬｉＡｌ_３Ｎｉ_４］：Ｅｕ^２＋）および第２の蛍光体（ここではβ−サイアロン）によって発生する一実施形態のオプトエレクトロニクス部品による、ＣｘＣｙ座標またはｕ’ｖ’座標で表された色空間の対応する被覆率を示す。

図９Ａおよび図９Ｂは、青色スペクトル領域の一次放射を出射する半導体チップ、β−サイアロンである第２の蛍光体、およびＳｒ（Ｓｒ_１−ｘＣａ_ｘ）Ｓｉ_２Ａｌ_２Ｎ_６：Ｅｕ^２＋である第１の蛍光体を備えるシステムのデータを示す。図１０Ａおよび図１０Ｂは、青色発光半導体チップ２、第２の蛍光体としてのβ−サイアロン、および（Ｓｒ_１−ｙＣａ_ｙ）［ＬｉＡｌ_３Ｎ_４］：Ｅｕ^２＋の種類の第１の蛍光体を備えるシステムのデータを示す。参照文字９−５および１０−５は、ＣＩＥ標準色度図の白色点を示す。

各図との関連において説明した例示的な実施形態およびそれら実施形態の特徴は、組合せが各図において明示的に示されていないとしても、さらなる例示的な実施形態に応じて互いに組み合わせることができる。さらに、各図との関連において記載した例示的な実施形態は、概要部分の記載に従って追加的または代替的な特徴を有することができる。

本発明は、例示的な実施形態に基づく説明によってこれらの例示的な実施形態に制限されない。むしろ、本発明は、任意の新規な特徴および特徴の組合せ（特に特許請求項中の特徴の任意の組合せを含む）を、当該特徴または特徴の当該組合せそれ自体が特許請求項または例示的実施形態に明示的に特定されていないとしても包含するものである。

本特許出願は、独国特許出願第１０２０１５１２０７７５．３号の優先権を主張し、その開示内容は参照によって本明細書に援用される。

１ 基板
２ 半導体チップ
３ 接着層
４ 変換要素
５ 反射要素またはハウジング
６ コンタクトウェブ部
７ レンズ
８ 保護ダイオード電極
９ 第１の蛍光体
１０ 第２の蛍光体
Ｇ 全放射
１２ 凹部
２１ さらなる半導体チップ
３１ さらなる接着層
４１ 第１の層
４２ 第２の層
１００ オプトエレクトロニクス部品

Claims (13)

1. 青色スペクトル領域の一次放射を発生する半導体チップ（２）と、
   前記半導体チップ（２）のビーム経路に配置されており、前記一次放射から二次放射を発生する変換要素（４）と、
   を備えるオプトエレクトロニクス部品（１００）であって、
   前記変換要素（４）は、少なくとも１つの第１の蛍光体（９）および第２の蛍光体（１０）を含み、
   前記第１の蛍光体（９）は、Ｓｒ（Ｓｒ_１−ｘＣａ_ｘ）Ｓｉ_２Ａｌ_２Ｎ_６：Ｅｕ^２＋（０≦ｘ≦１）および／または（Ｓｒ_１−ｙＣａ_ｙ）［ＬｉＡｌ_３Ｎ_４］：Ｅｕ^２＋（０≦ｙ≦１）であり、
   前記オプトエレクトロニクス部品（１００）から出射される全放射（Ｇ）は、白色混合光である、
   オプトエレクトロニクス部品（１００）。
2. 前記第１の蛍光体（９）は、色位置Ｃｘが０．６５５〜０．６８５であり、かつ、色位置Ｃｙが０．３００〜０．３５０であるＳｒ（Ｓｒ_１−ｘＣａ_ｘ）Ｓｉ_２Ａｌ_２Ｎ_６：Ｅｕ^２＋である、および／または、発光スペクトルの最大半値全幅が８２ｎｍであるＳｒ（Ｓｒ_１−ｘＣａ_ｘ）Ｓｉ_２Ａｌ_２Ｎ_６：Ｅｕ^２＋である、
   請求項１に記載のオプトエレクトロニクス部品（１００）。
3. 前記第１の蛍光体（９）は、色位置Ｃｘが０．６８０〜０．７１５であり、かつ、色位置Ｃｙが０．２８０〜０．３２０である（Ｓｒ_１−ｙＣａ_ｙ）［ＬｉＡｌ_３Ｎ_４］：Ｅｕ^２＋である、および／または、発光スペクトルの最大半値全幅が５５ｎｍである（Ｓｒ_１−ｙＣａ_ｙ）［ＬｉＡｌ_３Ｎ_４］：Ｅｕ^２＋である、
   請求項１または２に記載のオプトエレクトロニクス部品（１００）。
4. 前記第１の蛍光体から出射された放射の主波長は、５９０ｎｍ〜６４０ｎｍの範囲内である、
   請求項１〜３のいずれか一項に記載のオプトエレクトロニクス部品（１００）。
5. 前記変換要素（４）は、（Ｂａ，Ｓｒ）_２ＳｉＯ_４、β−サイアロン、（Ｙ，Ｌｕ）_３（Ａｌ，Ｇａ）_５Ｏ_１２、およびＢａ−ＳｉＯＮからなる群から選択される第２の蛍光体（１０）を有し、
   前記第２の蛍光体（１０）には、希土類元素がドープされ、
   前記第２の蛍光体（１０）は、ピーク波長のスペクトル領域が５１０ｎｍ〜５９０ｎｍである放射を出射する、
   請求項１〜４のいずれか一項に記載のオプトエレクトロニクス部品（１００）。
6. 前記第２の蛍光体（１０）は、β−サイアロンである、
   請求項５に記載のオプトエレクトロニクス部品（１００）。
7. 前記第１の蛍光体（９）および前記第２の蛍光体（１０）は、マトリクス材料内に分散され、前記半導体チップ（２）の放射出射領域の下流に直接的に配置されている、
   請求項１〜６のいずれか一項に記載のオプトエレクトロニクス部品（１００）。
8. 前記変換要素（４）は、少なくとも第１および第２の層（４１，４２）を備える層システムとして形成されており、
   前記第１の層（４１）は、前記第１の蛍光体（９）を含み、
   前記第２の層（４２）は、前記第２の蛍光体（１０）を含み、
   前記第１の層（４１）は、前記半導体チップ（２）と前記第２の層（４２）との間に配置されている、
   請求項１〜７のいずれか一項に記載のオプトエレクトロニクス部品（１００）。
9. 前記変換要素（４）は、少なくとも第１および第２の層（４１，４２）を備える層システムとして形成されており、
   前記第１の層（４１）は、前記第１の蛍光体（９）を含み、
   前記第２の層（４２）は、前記第２の蛍光体（１０）を含み、
   前記第２の層（４２）は、前記半導体チップ（２）と前記第１の層（４１）との間に配置されている、
   請求項１〜８のいずれか一項に記載のオプトエレクトロニクス部品（１００）。
10. 青色スペクトル領域の一次放射を発生する半導体チップ（２１）を有し、
    前記半導体チップ（２，２１）は、共通の凹部（１２）に配置されており、
    前記変換要素（４）は、ポッティングとして形成されており、前記半導体チップ（２，２１）を密着状に包囲する、
    請求項１〜９のいずれか一項に記載のオプトエレクトロニクス部品（１００）。
11. 前記青色スペクトル領域の最大ピーク波長は、３８０ｎｍ〜４８０ｎｍである、
    請求項１〜１０のいずれか一項に記載のオプトエレクトロニクス部品（１００）。
12. 請求項１〜１１のいずれか一項に記載のオプトエレクトロニクス部品（１００）を少なくとも１つ備える、
    ディスプレイ用背景照明。
13. 請求項１〜１１のいずれか一項に記載のオプトエレクトロニクス部品の製造方法であって、
    Ａ）青色スペクトル領域の一次放射を発生する半導体チップ（２）を設けるステップと、
    Ｂ）前記半導体チップ（２）のビーム経路に配置され、前記一次放射から二次放射を発生する変換要素（４）を設けるステップと、
    を含み、
    前記変換要素（４）は、少なくとも１つの第１および第２の蛍光体（９，１０）を有し、
    前記第１の蛍光体（９）は、Ｓｒ（Ｓｒ_１−ｘＣａ_ｘ）Ｓｉ_２Ａｌ_２Ｎ_６：Ｅｕ^２＋（０≦ｘ≦１）および／または（Ｓｒ_１−ｙＣａ_ｙ）［ＬｉＡｌ_３Ｎ_４］：Ｅｕ^２＋（０≦ｙ≦１）であり、
    前記オプトエレクトロニクス部品（１００）は、少なくとも動作時に白色混合光を出射する、
    オプトエレクトロニクス部品の製造方法。