JP6347393B2 - 変換素子、コンポーネントおよびコンポーネントを製造するための方法 - Google Patents

Description

変換素子が記載される。さらに、コンポーネントならびにそのコンポーネントを製造するための方法が記載される。

慣用の変換素子は、通常、マトリックス材料としてシリコーンを有しており、その中に蛍光体が埋め込まれて存在している。しかし、シリコーンは熱伝導率が不充分であり、このことによって、蛍光体が動作中により強く加熱されて、それにより効率が悪くなる。さらに、シリコーンの屈折率は約１．４であり、例えば屈折率が約１．８であるガーネット蛍光体とは明らかに異なる。この違いは、特に極小の蛍光体粒子が埋め込まれる場合により強い散乱をもたらす。したがって、従来、この微細含分は分別法（Ｆｒａｋｔｉｏｎｉｅｒｕｎｇ）により粉末からあらかじめ除去される。

解決すべき課題は、改善された特性を有する変換素子を提供することにある。特に、変換素子は、高い熱伝導率を有しているのが望ましい。特に、変換素子は、この変換素子に埋め込まれた蛍光体の屈折率に合わせられている屈折率を有しているのが望ましい。

別の解決すべき課題は、特に安定しており、かつ特に４００℃未満の温度で製造することができるコンポーネントを提供することにある。

特に、コンポーネントの製造において、変換素子に埋め込まれた温度感受性蛍光体が損傷されないことが望ましい。

別の解決すべき課題は、変換素子のマトリックス材料中に、可能な限りあらゆる公知のさまざまな蛍光体種を埋め込み、そのようにして所望されるすべての光の色を調節できるようにすることにある。このことは、特定の光の色しか製造することができない先行技術から公知の変換セラミックと比べて利点である。変換セラミックまたは１つの変換素子と、マトリックス材料であるガラス組成物もしくはガラスに埋め込まれた蛍光体とを組み合わせることによって、有利には、変換セラミックまたは変換素子の色スペクトルを拡大することもできる。このことは、蛍光体の劣化をもたらしうる化学反応を、埋め込みの間に蛍光体のいずれとも行わない、変換素子中のマトリックス材料を必要とする。この特性は、マトリックス材料の組成に大きく左右され、そのため、選び出されたマトリックス材料しかそれに適していない。

前述の課題は、請求項１に記載の変換素子によって、請求項１０に記載のコンポーネント、ならびに請求項１４に記載の方法によって解決される。変換素子、コンポーネント、および方法の別の実施態様は、従属請求項の対象である。

少なくとも１つの実施態様によれば、変換素子は、一次電磁放射線を二次電磁放射線に変換するために適合されている蛍光体と、蛍光体が埋め込まれている、マトリックス材料であるガラス組成物とを含んでおり、ここで、ガラス組成物は、以下の化学組成を有している：
・少なくとも６５モル％および最大で９０モル％の割合の少なくとも１つの酸化テルル、
・０モル％から２０モル％までの割合のＲ¹Ｏ、その際、Ｒ¹は、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｍｎおよびそれらの組み合わせを含む群から選択される、
・５モル％から２５モル％までの割合の少なくとも１つのＭ¹ ₂Ｏ、その際、Ｍ¹は、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋおよびそれらの組合せを含む群から選択される、
・１モル％から３モル％までの割合の少なくとも１つのＲ² ₂Ｏ₃、その際、Ｒ²は、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｂｉ、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、希土類元素およびそれらの組合せを含む群から選択される、
・０モル％から２モル％までの割合のＭ²Ｏ₂、その際、Ｍ²は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆおよびそれらの組合せを含む群から選択される、ならびに
・０モル％から６モル％までの割合のＲ³ ₂Ｏ₅、その際、Ｒ³は、Ｎｂおよび／またはＴａである。

驚くべきことに、上述のガラスもしくはガラス組成物は、少なくとも１つの蛍光体のためのマトリックス材料としてきわめて好適であることが示された、それというのは、埋め込みの際に、蛍光体の劣化をもたらす化学反応が行われないからである。このことは、特に温度感受性の非酸化物蛍光体の場合、１つの挑戦である。

発明者は、本願記載の変換素子、特にマトリックス材料が、ごくわずかに焼結しており、したがって、温度に敏感な蛍光体にきわめて好適であることを認識した。さらに、マトリックス材料は、低い軟化温度を有している。マトリックス材料は、高透過性および／または高屈折性である。さらに、マトリックス材料は、低い結晶化傾向を有している。さらに、マトリックス材料は、特に温かく湿度の高い雰囲気、例えば８５℃および８５％（相対湿度）での１０００時間超の湿度試験において腐食安定性がある。したがって、変換素子中のマトリックス材料は、光学的用途にきわめて好適である。マトリックス材料と蛍光体との屈折率差が小さいため、結果として散乱が比較的少ない。さらに、コンポーネントにおいて変換素子を使用する場合に効率を上げることができる、それというのは、熱をマトリックス材料によってよりよく蛍光体から排出させることができ、蛍光体はあまり損傷されないからである。

少なくとも１つの実施態様によれば、前述のガラス組成物は、酸化ホウ素、酸化ゲルマニウム、リン酸塩、ハロゲン化物、Ｐ₂Ｏ₅およびＳｉＯ₂を含んでおらず、このガラス組成物は、３２０℃未満のガラス変形温度および４００℃未満の膨張率測定による軟化温度（ｄｉｌａｔｏｍｅｔｒｉｓｃｈｅ Ｅｒｗｅｉｃｈｕｎｇｓｔｅｍｐｅｒａｔｕｒ）を有している。特に、前述のガラス組成物は、驚くべきことに特に湿度安定性があることが明らかになった。これは、ガラス組成物が、少なくとも８０℃、特に８５℃で９００時間超、特に１０００時間超、少なくとも８０％、特に８５％の相対湿度にさらされる特に厳しい湿度試験においても、このガラス組成物が安定していることを意味する。

少なくとも１つの実施態様によれば、酸化テルル、Ｍ¹ ₂Ｏ、Ｒ² ₂Ｏ₃および場合によりＭ²Ｏ₂、Ｒ¹ＯおよびＲ³ ₂Ｏ₅のすべての含分の合計は、別の元素もしくは成分が含まれていない場合マトリックス材料中で１００％もしくは１００モル％であるか、または上述の成分、例えば酸化テルル、Ｍ¹ ₂Ｏ、Ｒ² ₂Ｏ₃および場合によりＭ²Ｏ₂、Ｒ¹ＯおよびＲ³ ₂Ｏ₅の他に別の成分が含まれている場合、１００％もしくは１００モル％未満である。

少なくとも１つの実施態様によれば、マトリックス材料は、少なくとも６５モル％を含む、および最大で９０モル％を含む割合の酸化テルルと、０．１モル％以上から１５モル％以下までの割合のＲ¹Ｏと、１モル％以上から３モル％以下までの割合のＲ² ₂Ｏ₃とからなる。ここで、「からなる」とは、別の成分が組成物中に含まれていないことを意味しうる。代替的に「からなる」とは、別の成分が、ｐｐｍ範囲（ｐａｒｔ ｐｅｒ ｍｉｌｌｉｏｎ）のわずかな割合でのみガラス組成物中に含まれており、実質的に、ガラス出発材料の不可避の不純物であることを意味しうる。

少なくとも１つの実施態様によれば、マトリックス材料、特にガラス組成物は、ＴｅＯ₂、ＺｎＯ、Ｎａ₂Ｏ、およびＲ² ₂Ｏ₃（ただし、Ｒ²は、アルミニウム、ランタン、ビスマスおよびイットリウムおよび希土類元素の群から選択される）からなる。ガラス組成物のすべての含分の合計は、１００％または１００モル％である。

少なくとも１つの実施態様によれば、マトリックス材料、特にガラス組成物は、以下から得られる：
・少なくとも６５モル％および最大で９０モル％の割合の少なくとも１つの酸化テルル、
・０モル％から２０モル％までの割合のＲ¹Ｏ、ここでＲ¹は、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｍｎおよびそれらの組み合わせを含む群から選択される、
・５モル％から２５モル％までの割合の少なくとも１つのＭ¹ ₂Ｏ、ここで、Ｍ¹は、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋおよびそれらの組合せを含む群から選択される、
・１モル％から３モル％までの割合の少なくとも１つのＲ² ₂Ｏ₃、ここで、Ｒ²は、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｂｉ、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、希土類元素およびそれらの組み合わせを含む群から選択される、
・０モル％から２モル％までの割合のＭ²Ｏ₂、ここで、Ｍ²は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆおよびそれらの組合せを含む群から選択される、ならびに
・０モル％から６モル％までの割合のＲ³ ₂Ｏ₅、ここで、Ｒ³は、Ｎｂおよび／またはＴａである。

これは、上述の成分を相応の割合で秤量導入すること、および場合によりさらなるプロセス工程によって、マトリックス材料であるガラス組成物を製造できることを意味する。特に、前述の成分の初期秤量の割合は、ガラス組成物中の成分の割合に最大偏差５％で相応している。

少なくとも１つの実施態様によれば、マトリックス材料、特にガラス組成物は以下からなる：
・少なくとも６５モル％および最大で９０モル％の割合の少なくとも１つの酸化テルル、
・０モル％から２０モル％までの割合のＲ¹Ｏ、ここで、Ｒ¹は、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｍｎおよびそれらの組合せを含む群から選択される、
・５モル％から２５モル％までの割合の少なくとも１つのＭ¹ ₂Ｏ、ここで、Ｍ¹は、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋおよびそれらの組合せを含む群から選択される、
・１モル％から３モル％までの割合の少なくとも１つのＲ² ₂Ｏ₃、ここで、Ｒ²は、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｂｉ、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、希土類元素およびそれらの組合せを含む群から選択される、
・０モル％から２モル％までの割合のＭ²Ｏ₂、ここで、Ｍ²は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆおよびそれらの組合せを含む群から選択される、
・０モル％から６モル％までの割合のＲ³ ₂Ｏ₅、ここで、Ｒ³は、Ｎｂおよび／またはＴａである。

上述の割合は、マトリックス材料の酸化物組成を示している。しかし、強制的に酸化物を出発物質として添加しなければならないのではなく、ガラス成分は、水酸化物、炭酸塩、硝酸塩なども、それらが存在する場合使用されてよく、したがってガラス成分は、混合物として存在していてよい。

少なくとも１つの実施態様によれば、マトリックス材料中に少なくとも１つの蛍光体または複数の蛍光体の組合せが埋め込まれている。１つ以上の蛍光体は、例えば粉末形態でマトリックス材料中に埋め込まれていてよい。

さまざまな実施態様では、酸化テルルは、酸化テルル（ＩＶ）（ＴｅＯ₂）、酸化テルル（ＩＶ、ＶＩ）（Ｔｅ₂Ｏ₅）および／または酸化テルル（ＶＩ）（ＴｅＯ₃）の化学組成を有してよい。特に、酸化テルルは、４価または６価である。

少なくとも１つの実施態様によれば、酸化テルルの割合は、少なくとも６７モル％、６８モル％、７０モル％、７２モル％もしくは７５モル％、７７モル％、および／または最大で８０モル％、８２モル％、８５モル％もしくは８７モル％である。

少なくとも１つの実施態様によれば、酸化テルルとしてＴｅＯ₂が使用されている。ＴｅＯ₂は、少なくとも６７モル％を含む、および最大で６９モル％を含む割合を有している。特に、酸化テルルの割合は、６８．５モル％である。発明者は、そのような割合の酸化テルルを有する、マトリックス材料であるガラス組成物が、４００℃未満の温度および低い軟化温度およびガラス転移温度にて、特に有利な特性、例えば結晶化安定性、焼結性、高い透過率ならびに高い屈折率を有していることを認識した。したがって、マトリックス材料は、オプトエレクトロニクスコンポーネントにおける使用に特に好適である。しかし、酸化テルルの少なくとも６７モル％を含めた、および最大で６９モル％を含めた割合は、強制的に選択できない。６５モル％から９０モル％までの範囲の酸化テルルの割合が使用されてもよい。

ガラス組成物は、代替的にまたは追加的に少なくとも１つのアルカリ土類酸化物（Ｅｒｄａｌｋａｌｉｏｘｉｄ）および／または酸化亜鉛および／または酸化マンガンをＲ¹Ｏとして有していてよい。特に、Ｒ¹Ｏの割合は、少なくとも１０モル％、１２モル％もしくは１４モル％、および／または最大で１６モル％、１８モル％もしくは１８．５モル％である。

ここで、Ｒ¹Ｏに関してマグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、マンガンおよび亜鉛の組み合わせは、以下において、少なくとも２つの成分、例えばマグネシウムとカルシウム、もしくは亜鉛とバリウム、またはガラス組成物中の３つの成分も酸化物として同時に存在していてよいことを意味する。

少なくとも１つの実施態様によれば、Ｒ¹Ｏは、酸化亜鉛および／または酸化バリウムである。

マトリックス材料であるガラス組成物は、アルカリ酸化物（Ｍ¹ ₂Ｏ）を有している。特に、少なくとも４モル％、６モル％、８モル％、１０モル％もしくは１２モル％、および／または最大で１４モル％、１６モル％、１８モル％、２０モル％、２２モル％もしくは２４モル％の割合である。例えば、Ｍ¹ ₂Ｏの割合は１０モル％から１２モル％までである（限界値を含む）。

酸化リチウム（Ｌｉ₂Ｏ）、酸化ナトリウム（Ｎａ₂Ｏ）または酸化カリウム（Ｋ₂Ｏ）ならびに挙げられた３つの酸化物の組み合わせが、ガラス組成物を製造するために使用されるか、またはガラス組成物中で使用されてよい。

アルカリ酸化物は、特に、マトリックス材料の粘度を低下させることを課題としており、このことは、さらにまた温度感受性の材料を低温でマトリックス材料に埋め込むために有利である。特に、酸化リチウムおよび／または酸化ナトリウム（Ｌｉ₂ＯおよびＮａ₂Ｏ）が使用される、それというのは、それらが軟化温度を最も大きく低下させるからであるが、しかし、耐化学薬品性をより少ない程度に低下させるのは、例えば酸化カリウム（Ｋ₂Ｏ）である。

ガラス組成物は、さらに３価の金属、例えばアルミニウム、ガリウム、インジウム、ビスマス、スカンジウム、イットリウム、ランタン、希土類元素およびそれらの組合せ（Ｒ² ₂Ｏ₃）の酸化物を有している。特に、アルミニウム、ランタン、ビスマス、イットリウムおよび／または希土類元素の酸化物が好ましい。

ここで、希土類元素は、元素周期表の第三族の化学元素（アクチニウムは除く）およびランタノイドを表す。

少なくとも１つの実施態様によれば、Ｒ² ₂Ｏ₃の割合は、少なくとも１．２モル％、１．４モル％、１．５モル％もしくは１．７５モル％、および／または最大で１．９モル％、２モル％、２．４モル％もしくは２．６モル％、例えば１．７モル％である。特に、Ｒ² ₂Ｏ₃の割合は、ガラス組成物中で３モル％以下であるのが望ましい、それというのは、Ｒ² ₂Ｏ₃は、ガラス組成物の特性に悪影響を及ぼすからである。３モル％超のＲ² ₂Ｏ₃の割合は、変形温度、焼結温度および／または軟化温度を高めうる。

ガラス組成物のための成分は、３価の金属の酸化物から選択されるか、または３価の金属の水酸化物、炭酸塩、硝酸塩などが存在している場合、それらから選択されてよい。しかし、着色しない、または適切に着色する（「フィルター」）化合物、例えば酸化アルミニウム、酸化ランタン、酸化ビスマス、酸化イットリウム、および／または希土類元素の酸化物が選択されるのが好ましい。

マトリックス材料、特にガラス組成物中にＲ² ₂Ｏ₃が存在していることは、驚くべきことに結晶化傾向に著しい影響を及ぼす。したがって、Ｒ² ₂Ｏ₃の添加によって、ガラス組成物の結晶化を、適用の間、例えばオプトエレクトロニクスコンポーネントにおける適用の間、阻止することができる。したがって、３８０ｎｍから８００ｎｍまでの幅広いスペクトル範囲で光散乱を示さない変換素子のためのマトリックス材料を準備することができる。

代替的または追加的に、ガラス組成物は、少なくとも１つの二酸化チタン、二酸化ジルコニウム、二酸化ハフニウムまたはそれらの酸化物の組合せをＭ²Ｏ₂として有していてよい。特に、Ｍ²Ｏ₂の割合は、１モル％から１．５モル％までであり、例えば１．３モル％である。

代替的または追加的に、ガラス組成物は、酸化ニオブおよび／または酸化タンタル（Ｒ³ ₂Ｏ₅）を有していてよい。酸化ニオブは、酸化ニオブ（ＩＩ）（ＮｂＯ）、酸化ニオブ（ＩＶ）（ＮｂＯ₂）および／または酸化ニオブ（Ｖ）（Ｎｂ₂Ｏ₅）の形態で使用されてよい。酸化タンタルは、酸化タンタル（ＩＩ）（ＴａＯ）、酸化タンタル（ＩＶ）（ＴａＯ₂）、および／または酸化タンタル（Ｖ）（Ｔａ₂Ｏ₅）の形態で使用されてよい。酸化ニオブまたは酸化タンタルは、ガラス組成物の耐化学薬品性を高めるが、しかし、わずかな程度で粘度も高めうる。

少なくとも１つの実施態様によれば、酸化ニオブおよび／または酸化タンタルの割合は、少なくとも１モル％、２モル％もしくは３モル％および／または最大で４モル％もしくは５モル％である。

少なくとも１つ実施態様によれば、ガラス組成物は、酸化テルル、Ｍ¹ ₂Ｏ、Ｒ¹ＯおよびＲ² ₂Ｏ₃からなり、ここで、Ｒ² ₂Ｏ₃は、１．５モル％から２モル％までの割合を有している。

発明者は、前述のマトリックス材料、特にガラス組成物の成分が、同時にガラス変形温度および軟化温度を実質的に高めることなく、結晶化の傾向を低下させることを認識した。特に、酸化アルミニウム、酸化ランタン、酸化ビスマス、酸化イットリウムおよび／または希土類元素が、結晶化傾向が低下させる要因である。

ガラス変形温度またはガラス転移温度（Ｔ_g）は、ガラスまたはガラス組成物が脆弾性から粘弾性の範囲に変化する温度である。ガラス転移温度の測定は、特に膨張計（ＴＭＡ＝Ｔｈｅｒｍｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ（熱機械分析））、または示差走査熱量測定（ＤＳＣ）、または示差熱分析（ＤＴＡ）を使用して行うことができる。

軟化温度（Ｔ_e）は、ガラスもしくはガラス組成物が、目に見えて形をゆがめ始めて、それにより自重の影響下に変形する温度である。軟化温度は、材料、例えば蛍光体をガラスに埋め込む場合に重要なパラメーターである。このプロセスでは、ガラスは、埋め込む材料の間に強固な接合を作るために、軟化温度よりも高い温度に加熱されて、著しく流動的でなければならない。それらの材料が温度感受性である場合、埋め込みのためには可能な限り低い軟化温度が必要である。軟化温度は、示差走査熱量測定（ＤＳＣ）または膨張率測定（ＴＭＡ）または粘度測定を用いて測定することができる。

ガラス組成物の結晶化もしくはガラス組成物の不充分な結晶化は、Ｘ線回折（ＸＲＤ）を用いて測定することができる。

少なくとも１つの実施態様によれば、ガラス組成物は、酸化ホウ素、酸化ゲルマニウム、リン酸塩、ハロゲン化物、Ｐ₂Ｏ₅、ケイ酸塩および／またはＳｉＯ₂を含んでいない。ここで、「含んでいない」とは、以下において、ガラス組成物が、前述の化合物をガラス組成物中に有していないか、またはｐｐｍ範囲のきわめて少ない割合、例えば最大で１０^-4ｐｐｍの割合しか有していないことを意味する。

酸化ホウ素および例えば五酸化リンの欠点は、それらが、わずかな耐化学薬品性しか有していないことである。したがって、それらは、多数の適用の場合、腐食安定性が不充分であるため好適ではない。

酸化ホウ素および／または酸化ゲルマニウムを含むマトリックス材料は、混合物の分離挙動のため結晶化に不都合である傾向があり、それによって、マトリックス材料は、散乱特性または吸収特性を有していることがある。

少なくとも１つの実施態様によれば、ガラス組成物は、ＲｏＨＳ適合（Ｒｅｓｔｒｉｃｔｉｏｎ ｏｆ ｃｅｒｔａｉｎ Ｈａｚａｒｄｏｕｓ Ｓｕｂｓｔａｎｃｅｓ）であり、かつ鉛、ヒ素、カドミウム、ウランおよびＴｈを含んでいない。特に、変換素子はＲｏＨＳ適合であり、かつ鉛、ヒ素、カドミウム、ウランおよびＴｈを含んでいない。

少なくとも１つの実施態様によれば、マトリックス材料、特にガラス組成物のガラス変形温度は、３２０℃未満、特に２９５℃以下の値を有している。

少なくとも１つの実施態様によれば、マトリックス材料の膨張率測定による軟化温度は、４００℃未満、特に３５０℃未満、または３２５℃未満の値を有している。

少なくとも１つの実施態様によれば、マトリックス材料は、放射線透過性である、および／または散乱がない。このことは、特に、３８０ｎｍから８００ｎｍまでの波長領域の入射電磁放射線の９０％、フレネル損失を差し引いて９５％超、理想的には９９％超が透過されることを意味する。マトリックス材料、特にガラス組成物は、特に、高い透過率および低い吸収率を有する特性を有している。特に、マトリックス材料は、３８０ｎｍから８００ｎｍまでの波長領域の入射電磁放射線の１０％未満、好ましくは５％未満、特に好ましくは１％未満を吸収する。フレネル損失は、屈折率に応じて１つの界面あたり８〜１１％であってよい。

少なくとも１つの実施態様によれば、マトリックス材料は無色である。こことこれ以降では、無色とは、マトリックス材料、特にガラス組成物が、電磁放射線を吸収しない、つまり、３８０ｎｍから８００ｎｍまでの波長領域の入射電磁放射線の最大で５％を吸収することを表す。ここで、フィルター効果を引き起こすか、またはそれによって一次放射線による励起後に二次放射線が放射される、マトリックス材料中の成分は例外である。後者は、特に、蛍光性ガラスをもたらす希土類元素の場合に当てはまる。

さらに、マトリックス材料は、有利には高屈折特性を有している。例えば、屈折率は、ガラス組成物中もしくはガラス中の酸化テルルの含有率によって異なる。特に、マトリックス材料は、１．８以上、特に２以上の屈折率ｎを有している。

少なくとも１つの実施態様によれば、マトリックス材料は、マトリックス材料の屈折率を高める別の成分を含んでいる。マトリックス材料には、例えば当業者に公知の屈折率を高める化合物、例えばＬａ₂Ｏ₃が添加されていてよい。

少なくとも１つの実施態様によれば、マトリックス材料は、放射線吸収特性を有している別のさらなる成分を含んでいる。別のさらなる成分は、３８０ｎｍ以上の波長領域で放射線を吸収するのが好ましい。４００ｎｍ以上の波長領域であるのが好ましい。特に、別のさらなる成分は、前述の波長領域において放射線の２０％超、好ましくは４０％超、特に好ましくは６０％超を吸収する。したがって、マトリックス材料は、さらにＵＶフィルターとして用いることができる。

少なくとも１つの実施態様によれば、マトリックス材料、特にガラス組成物は、超低溶融性である。超低溶融性の材料と見なされるのは、本発明の範囲では、最大３５０℃の温度で軟化する材料である。それによって、マトリックス材料は、最大３５０℃の深部温度で半導体チップと直接接合することができ、ここで、そのような温度では、半導体チップは損傷を受けないという利点が実現する。

こことこれ以降では、「蛍光体」とは、一次電磁放射線を少なくとも部分的に吸収して、二次電磁放射線として一次電磁放射線とは少なくとも部分的に異なる波長領域で放射する物質を表す。

一次電磁放射線および／または二次電磁放射線は、赤外波長領域ないし紫外波長領域まで、特に約１８５ｎｍから８００ｎｍまで、好ましくは約３５０ｎｍから８００ｎｍまでの波長領域に１つもしくは複数の波長および／または波長領域を含んでいてよい。ここで、一次電磁放射線のスペクトルおよび／または二次電磁放射線のスペクトルは狭帯域であってよい、これは、一次電磁放射線および／または二次電磁放射線が、単色またはほぼ単色の波長領域を有していてよいことを意味する。代替的に、一次電磁放射線のスペクトルおよび／または二次電磁放射線のスペクトルは広帯域であってもよい、これは、一次電磁放射線および／または二次電磁放射線が、混色の波長領域を有していてよく、ここで、混色の波長領域は、その都度連続的なスペクトルまたは複数の不連続のスペクトル成分を様々な波長で有していてよいことを意味する。

蛍光体として、ガーネット蛍光体、例えば黄色ガーネット蛍光体が使用されてよい。代替的または追加的に、窒化物蛍光体、例えば放射性の赤色窒化物蛍光体が使用されてよい。しかし、原則的に、すべての蛍光体が好適であり、例えばアルミン酸塩、オルトケイ酸塩、硫化物またはカルシン（Ｃａｌｓｉｎｅ）も好適である。

別の実施態様によれば、マトリックス材料中の蛍光体の埋め込みは均一であってよい。代替的に、マトリックス材料中の蛍光体は、濃度勾配によって分散されていてよい。

マトリックス材料は、従来使用されていたシリコーンよりも高い熱伝導率を有しており、このことによって、動作中に生じる熱のマトリックス材料を用いる熱排出が有利に改善される。それによって、動作中に生じる熱、特に動作中にストークスシフトにより生じる蛍光体の加熱は、変換素子中でマトリックス材料によって効率的に排出することができ、このことによって、蛍光体の効率およびそれに伴いコンポーネントの効率が有利に高まる。このことは、特に、変換素子が、ガラス、セラミックまたは金属の基材に設けられて、半導体チップに対して間隔が置かれているレーザー用途にも、高性能チップにも当てはまる。

別の実施態様によれば、蛍光体はマトリックス材料中に埋め込まれて、封止材（Ｖｅｒｇｕｓｓ）、層またはシートとして成形されていてよい。封止材は、例えば素材結合により半導体チップと接合することができる。

別の実施態様によれば、マトリックス材料は、さらに１つの充填材、例えば金属酸化物、例えば二酸化チタン、二酸化ケイ素、二酸化ジルコニウム、酸化亜鉛、酸化アルミニウム、および／またはガラス粒子を含んでいてよい。充填材は、例えば適切な光散乱のために用いられて、不均一または均一にマトリックス材料中に分散されていてよい。

さらに、コンポーネントを製造するための方法、ならびにコンポーネントが記載される。ここで、コンポーネントは変換素子を含んでいる。ここで、同一の定義および実施態様は、変換素子に関して上に記載される通り、方法もしくはコンポーネントに当てはまり、その逆もまたそのとおりである。

少なくとも１つの実施態様によれば、コンポーネントは半導体チップを含んでいる。半導体チップは、少なくとも青色スペクトル領域の一次電磁放射線を発生させるために適合されているものである。変換素子は、直接半導体チップ上に配置されていてよい。したがって、半導体チップと変換素子との間には間隔は設けられていない。変換素子は、半導体チップの出射面上に固定されているのが好ましい。したがって、変換素子は、直接半導体チップの出射面上に固定されており、ここで、変換素子と半導体チップとの間には間隔および／または別の層もしくは材料は配置されていない。したがって、一次電磁放射線の二次電磁放射線への変換は、少なくとも部分的に放射線源の近く、つまり、半導体チップの近くで、例えば変換素子と半導体チップが２００μｍ以下、好ましくは５０μｍ以下の間隔で行うことができる（いわゆる「Ｃｈｉｐ Ｌｅｖｅｌ Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ（チップレベル変換）」）。

半導体チップは、少なくとも１つの実施態様によれば、１つの半導体層列を含んでいる。半導体チップの半導体層列は、Ｖ−ＩＶ化合物半導体材料をベースにしているのが好ましい。半導体材料は、窒化物化合物半導体材料、例えばＡｌ_nＩｎ_1-n-mＧａ_mＮであるか、またはリン化物化合物半導体材料、例えばＡｌ_nＩｎ_1-n-mＧａ_mＰでもあり、ここで、それぞれ０≦ｎ≦１、０≦ｍ≦１、かつｎ＋ｍ≦１である。同様に、半導体材料は、Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ（ただし、０≦ｘ≦１）であってよい。ここで、半導体層列は、ドーパントならびにさらなる成分を有していてよい。しかし、仮に部分的に少量のさらなる物質で代用および／または補充することができるとしても、便宜上、半導体層列の結晶格子の主要成分、つまり、Ａｌ、Ａｓ、Ｇａ、Ｉｎ、ＮまたはＰしか記載されていない。

半導体チップは、少なくとも１つのｐｎ接合を有する活性層、および／または１つもしくは複数の量子井戸構造を有する活性層を含んでいてよい。半導体チップの動作中、活性層で一次電磁放射線が発生される。一次電磁放射線の波長は、好ましくは紫外スペクトル領域および／または可視スペクトル領域にあり、特に４２０ｎｍ以上６８０ｎｍ以下、例えば４４０ｎｍ以上４８０ｎｍ以下の波長である。

少なくとも１つの実施態様によれば、半導体チップとして、高性能チップおよび／またはレーザーが使用されてよい。高性能チップおよび／またはレーザーは、少なくとも３ワット、特に１５ワット以上、および／または最大で３０ワットの光学出力を有していてよい。

代替的に半導体チップは、セラミック、ガラスまたは金属の基材であってもよく、その基材に、変換素子が設けられるか、または例えばレーザー用途またはリモートフォスファのために変換素子と接合される。半導体チップおよび／または基材は、例えば不動態化として、保護層としてまたは光学的構成要素として作用する機能的な酸化物被覆を有していてもよい。それらの被覆は、層および／または積層として仕上げられていてよい。それらは、非晶質、結晶質または部分結晶質であってよく、ガラスの変換素子と接合されていてよい。

少なくとも１つの実施態様によれば、コンポーネントは半導体チップを含んでいる。半導体チップは、少なくとも青色スペクトル領域の一次電磁放射線を発生させるために適合されている。変換素子は、半導体チップと空間的に間隔を置いて配置されていてよい。変換素子と出射面との間に間隙が形成されているのが好ましい。間隙は、ガス、例えば空気を有していてよい。したがって、少なくとも部分的に一次電磁放射線の二次電磁放射線への変換は、半導体チップに対して大きい間隔で行われてよい。例えば、変換素子と半導体チップの間隔は、２００μｍ以上、好ましくは７５０μｍ以上、特に好ましくは９００μｍ以上（いわゆる「Ｒｅｍｏｔｅ Ｐｈｏｓｐｈｏｒ Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ（リモートフォスファ変換）」）である。

少なくとも１つの実施態様によれば、コンポーネントは少なくとも青色のスペクトル領域の一次電磁放射線を発生させるために適合されている半導体チップを含んでいる。代替的に、コンポーネントは基材を含んでいてよい。変換素子は、さらなる層と半導体チップまたは基材を接合することができ、ここで、さらなる層はセラミック変換素子である。

コンポーネントを製造するための方法は、以下の方法工程を含む：
ａ）出射面を有する少なくとも１つの半導体チップを準備するか、または１つの基材を準備する工程、
ｂ）上述の変換素子を出射面または基材に設ける工程、および
ｃ）コンポーネントを場合により平衡負荷下に最大４００℃に加熱して、その結果、出射面または基材と変換素子との間に接合が生じる工程。

少なくとも１つの実施態様によれば、方法工程ｂ）の前に、マトリックス材料は溶融後に粉砕されて、ふるいにかけられて特定の粒分にされてよい。それに続いて、例えば粉末として存在している蛍光体は、マトリックス材料中に埋め込むことができる。さらなる方法工程ｃ）では、コンポーネントは、場合により真空および／または平衡負荷下に最大４００℃、例えば３５０℃に加熱されてよい。このことによって、変換素子、特にガラス組成物もしくはガラス粉末粒子および埋め込まれた蛍光体粒子が焼結する。さらに、変換素子は出射面で接合され、したがって変換素子の出射面への強い接合を作ることができる。接合は、平衡負荷によって高められるか、または比較的低い温度で行われてもよい。特に、Ｒ² ₂Ｏ₃、例えばアルミニウムの酸化物は、製造の間、マトリックス材料の結晶化に、好影響を及ぼすため、変換素子は、方法工程ｃ）で結晶化しない。

多くの適用の場合、特に光学技術において、結晶化が変換素子の圧縮の間に始まるのは不都合である、それというのは、その場合、結晶で光散乱が観察される、もしくは行われることがあるからである。確かに、ある程度の散乱は光取り出し（Ｌｉｃｈｔａｕｓｋｏｐｐｌｕｎｇ）を改善することができるが、しかし、この特性は本願には記載されていない、それというのは、結晶化は方法パラメーターに左右されるものであり、ほとんど再現不可能かつ制御不可能であるからである。マトリックス材料は、１つの実施態様によれば圧縮後に結晶化を示さない。

少なくとも１つの実施態様によれば、方法工程ｂ）では、変換素子は粉末としてか、または予備成形体として出射面に設けられる。この関連において、予備製造体とは、変換素子をＰｉｃｋ−ａｎｄ−Ｐｌａｃｅ（ピックアンドプレース）プロセスで半導体チップの出射面に取り付けることができるものであることを意味する。予備製造体は、まず混合物からなるガラスを溶融して製造することができる。このガラス溶融物中に、蛍光体、好ましくは温度感受性の蛍光体、例えばガーネットを埋め込むことができる。ガラス溶融物が注ぎ出されるか、または成形されて、その後冷却され、その結果、固形体が生じ、ここで、埋め込まれた蛍光体を有する予備製造体が生じる。代替的に、固形体は未加工フォーム（Ｒｏｈｆｏｒｍ）またはプリフォームであってもよく、そのフォームから引き続き適切な寸法の予備製造体を、例えば、鋸断、研磨、つや出し、エッチングまたはレーザー加工によって得ることができる。代替的に、蛍光体粉末およびガラス粉末からプレス加工品を製造することができ、このプレス加工品は、次に高温で焼結されるか、または「溶融」され、それによって、蛍光体は、ガラスから溶かし直されて、次に、予備製造された変換素子として存在している。

代替的に、予備製造体は、まず蛍光体なしで製造することができる。そのために、まずガラス溶融物が製造されてよい。生じた溶融物が注ぎ出されるか、または成形されて、次に冷却されてよく、その結果、固形体が生じる。代替的に、固形体は、未加工フォームまたはプリフォームであってもよく、そのフォームから引き続き適切な寸法の予備製造体を、例えば鋸断、研磨、つや出し、エッチングまたはレーザー加工によって得ることができる。それに続いて、予備製造体は、出射面または基材に設けられてよく、蛍光体で被覆されてよい。被覆は、例えば印刷法、スクリーン印刷、噴霧、ナイフコーティング、ディスペンシング（Ｄｉｓｐｅｎｓｅｎ）またはスピンコーティングによって行われてよい。それに続いて、コンポーネントは、３５０℃以下の温度で、例えば３０分間処理されてよい。それによって、蛍光体は、ガラス組成物に沈下して、変換素子は、マトリックス材料によって半導体チップと強固に接合される。このことは、さらに、より多くの蛍光体をマトリックス材料に導入することができるように、および／またはそれによって比較的低い温度で加工することができるように、および／またはプロセス時間を短縮するために、および／または変換素子を適切に成形するために、平衡負荷を用いて行われてよい。蛍光体は、チップに近い面に存在しているのが好ましい。それによって、前述の変換素子を製造することができる。さらに、変換素子に、別の変換素子、例えば同じ色もしくは別の色のセラミック変換素子、またはガラスに埋め込まれた蛍光体を有する変換素子、または１つのレンズが設けられてよく、ここで、コンポーネントを３５０℃以下の温度で処理すると、別の変換素子またはレンズと変換素子がマトリックス材料によって接合しうる。

変換素子に関する色の記載は、こことこれ以降では電磁放射線、例えば二次電磁放射線のそれぞれのスペクトル領域を表している。

少なくとも１つの実施態様によれば、蛍光体は焼結前にガラス組成物に導入される。例えば蛍光体粒子とガラス組成物の粉末の混合による導入を意味していてよい。

少なくとも１つの実施態様によれば、変換素子は、焼結法を用いて製造され、ここで、エントラップドエアを最小限に抑えるために、蛍光体とガラス組成物の粉末の混合物が焼結され、特に圧縮される。ここで、温度は、場合により低圧および／または平衡負荷下で、ガラス組成物の軟化点付近の温度が使用される。

少なくとも１つの実施態様によれば、ガラス組成物の液体溶融物は、その中に懸濁している蛍光体と一緒に製造され、ここで、それに続いて、液体溶融物は、変換素子が、半導体チップまたは基材の出射面上に設けられるように噴霧または滴下される。

少なくとも１つの実施態様によれば、蛍光体と任意に別の構成要素からなる定義された層厚の層は、ガラス組成物の層上に設けられてよく、ここで、それに続いてガラス組成物の軟化点付近の温度で焼結される。このことによって、蛍光体はガラス組成物に沈下して、それによって変換素子が製造される。

少なくとも１つの実施態様によれば、蛍光体粒子からの蛍光体層は、半導体チップの出射面または基材上に設けられ、ここで、それに続いて、ガラス組成物は、気相から蛍光体粒子間の間隙に析出される。

少なくとも１つの実施態様によれば、蛍光体粒子からの蛍光体層は、半導体の出射面上に設けられ、ここで、それに続いて、予備成形されたガラス小板が設けられて、熱処理の間に、場合により平衡負荷下に軟化して、蛍光体粒子間の間隙に流れ（ガラスの沈み込み（ａｕｆｓｉｎｋｅｎ））、このようにして変換素子は、半導体の出射面と強固に接合する。

少なくとも１つの実施態様によれば、基材、例えば薄い板ガラス、透明なセラミックまたはガラスセラミック上で、ガラス組成物のガラス層が作られる。それに続いて、蛍光体層が設けられ、次に、この蛍光体層は温度上昇下にガラス層に沈下する。これは、さらに、より多くの蛍光体をマトリックス材料に導入することができるように、および／またはそれによってそれらの蛍光体を比較的低い温度で沈下させることができるように、および／またはプロセス時間を短縮するために、平衡負荷を用いて行うことができる。代替的に、ガラス粉末および蛍光体粉末が混合されて、次に、層として基材上に設けられてよい。さらに、それらの２つの場合、放射特性を均一化する、および／または光取り出しを高める散乱粒子が添加されていてよい。

少なくとも１つの実施態様によれば、予備製造体である変換素子は、別個の小板である。この小板は、半導体チップの出射面に設けられる。特に、マトリックス材料は、薄層として直接半導体チップ上で製造されるか、または別個の小板として、３５０℃超の比較的高い温度で製造される。代替的または追加的に、マトリックス材料は、薄層として基材、別の変換素子またはレンズに直接設けられてよい。膨張率測定による軟化点を上回るこの温度では、ガラスは、１０^7.6ｄＰａｓ^*ｓ≧η≧１０^-2ｄＰａｓ^*ｓ、特に１０⁴ｄＰａｓ^*ｓ≧η≧１０^-2ｄＰａｓ^*ｓ、理想的には１０²ｄＰａｓ^*ｓ≧η≧１０^-2ｄＰａｓ^*ｓの粘度ηを有しているのが好ましい。それによって、きわめて緻密で気泡の少ないガラス層が得られる。それに続いて、このガラス層は、当業者に公知の方法を用いて蛍光体、例えばＹＡＧ：Ｃｅで被覆される。続いて、蛍光体粒子は、例えば１分、５分、１０分または３０分以内に、３５０℃以下の温度でガラス層に沈下する。これは、その場合、ガラスがほんのわずかだけ軟化して、蛍光体がガラス層に沈下してガラス層に取り囲まれるまで、蛍光体で被覆されたガラス組成物が加熱されることを意味する。このことは、より多くの蛍光体をマトリックス材料もしくはガラスに導入するため、および／またはプロセス温度を低下させるため、および／またはプロセス時間を短縮するために、平衡負荷下に行われてもよい。

別個の小板の場合、小板を沈下前に半導体チップ上に配置して、そのようにして沈下工程の間に同時にチップと接着させることが可能である。ここで、出射面ならびに側面は、同一の蛍光体で被覆されてもよく、別の蛍光体種で被覆されてもよい。代替的に、２つの出射面は蛍光体で被覆されてもよく、ここで、２つの面上では、同一の蛍光体も異なる蛍光体も使用されてよい。後者の場合（蛍光体の分離）、そのようにして反射損失（Ｒｅｍｉｓｓｉｏｎｓｖｅｒｌｕｓｔｅ）を減少させることができる（層内での混合との比較）。

沈下法の場合、蛍光体は、例えばコンポーネントの色度均一性（Ｆａｒｂｏｒｔｈｏｍｏｇｅｎｉｔａｅｔ）を放射角度によって改善するために、ねらい通りに不均一に設けられてもよい。代替的に、散乱粒子が一緒に導入されてもよい。それらは、別個の層として形成されていてもよく、例えば向かい合っている出射面上に存在していてよい。蛍光体を含む出射面は、チップの近くにあるのが好ましい。代替的に、蛍光体は、例えばレーザー用途の場合の色相環（Ｆａｒｂｒａｄ）では通常の通り、一次放射線を反射するために、すべてが散乱粒子で代用されてもよい。同様に、様々な蛍光体を別個に設けるか、または互いに混合して設けることが可能である。それらは、レーザー用途のための色相環では、通常、互いに別個に、隣り合って基材上に存在している。特別な実施態様では、反射性および変換性の層は、重なり合って基材上に存在していてよいため、変換されていない一次放射線も二次放射線もその層によって反射される。リモート用途の場合、反射性層は、基材の近くにあり、かつ変換する基材から遠いのが好ましい。反射性層の反射率は、この場合、衝突する放射線、つまり二次放射線および場合により一次放射線の合計の８０％超、好ましくは９０％超、特に９５％以上である。

以下において、本願記載のガラス組成物、コンポーネント、ならびにコンポーネントを製造するための方法を、図を参照して実施例をもとに詳述する。ここで、同一の符号は、それぞれの図において同一の構成要素を示している。しかし、ここで、原寸大の関係が示されているのではない。むしろ、個々の要素は、より良く理解するために誇張して大きく描写されていることがある。

マトリックス材料の実施例Ａ１からＡ７まで、ならびに比較例Ｖ１からＶ４までを示す表 １つの実施例の透過スペクトルを示す図 １つの実施例のＸ線回折を示す図 １つの実施例の透過スペクトルを示す図 １つの実施例の透過スペクトルを示す図 ３つの実施例のＸ線回折の比較を示す図 １つの実施態様によるコンポーネントの側面を示す図 １つの実施態様によるコンポーネントの側面を示す図 １つの実施態様によるコンポーネントの側面を示す図 １つの実施態様によるコンポーネントの側面を示す図 １つの実施態様によるコンポーネントの側面を示す図 １つの実施態様によるコンポーネントの側面を示す図

図１は、マトリックス材料の実施態様Ａ１からＡ７までを表で示したものである。さらに、この表は、慣用のマトリックス材料の比較例Ｖ１からＶ４までを示している。この表に記載された値は、最大誤差５％を示している。このマトリックス材料に蛍光体は埋め込まれていない。実施例Ａ１からＡ７までのマトリックス材料は、酸化テルルを有している。特に、酸化テルルは、ＴｅＯ₂である。Ａ１からＡ７までの酸化テルルの割合は、６７モル％から６９モル％までである。特に、酸化テルルの割合は、６７．５モル％以上６８．５モル％までである。

さらに、マトリックス材料は、Ｒ¹Ｏを酸化亜鉛として有している。酸化亜鉛の割合は、１８モル％以上２０モル％までである。

さらに、マトリックス材料は、Ｍ¹ ₂Ｏを酸化二ナトリウムの形態で有している。マトリックス材料中の酸化二ナトリウムの割合は、１０モル％以上１２モル％までである。

さらに、マトリックス材料は、３価の金属の酸化物、例えば三酸化アルミニウム、三酸化ランタン、三酸化ビスマスおよび／または三酸化イットリウムを有している。３価の金属の酸化物の割合は、１．５モル％から２．５モル％までである。

さらに、図１は、実施例Ａ１からＡ７までに関して膨張率測定を用いて測定されたガラス変形温度Ｔ_g（℃）を示している。ガラス変形温度は、２８３℃から２９４℃までである。特に、マトリックス材料のガラス変形温度は、２９５℃未満である。

さらに、図１は、実施例Ａ１からＡ７までの対応する熱膨張率αおよび軟化温度Ｔ_e（℃）を示している。Ｔ_eは、３０８℃から３２３℃であり、膨張率測定を用いて測定した。

さらに、図１は、実施例Ａ２、Ａ５およびＡ６の屈折率ｎが約２であることを示しており、この屈折率は、５４６．０６ｎｍの波長で測定したものである。

その比較として、比較例Ｖ１からＶ４までが示されている。比較例Ｖ１からＶ４までは、特に、Ｖ１からＶ４までのマトリックス材料が３価の金属の酸化物を有していないことが実施例Ａ１からＡ７までとは異なる。それに応じて、比較例は、３２９℃以上の比較的高い軟化温度（Ｖ２、Ｖ４）および／または高い結晶化傾向（Ｖ１、Ｖ３）を、特に製造の間に示している。したがって、比較例は、例えば温度に敏感な蛍光体も埋め込まれている変換素子においてあまり適していない。

図２は、図１の表に示されている実施例Ａ２の透過スペクトルを示している。透過率Ｔ（％）と波長λ（ｎｍ）の関係が示されている。曲線１は、耐候性試験前のマトリックス材料を示しており、ここで、試料の壁厚ＷＤは、０．８９ｍｍである。曲線２は、耐候性試験実施後のＡ２のマトリックス材料の透過率曲線を示している。耐候性試験は、マトリックス材料を、相対湿度８５％で１０００時間超、８５℃の温度にさらして行った。耐候性試験前（曲線１）と耐候性試験後（曲線２）のマトリックス材料の比較は、透過率では何も違いを示さない。このことから、マトリックス材料は試験中に変化していなかったと推定される。したがって、実施例Ａ２のマトリックス材料は、特に耐候安定性および耐腐食性であり、変換素子にきわめて好適である。

図３は、図１の表に記載の実施例Ａ２のＸ線回折図を示している。強度Ｉ（ａ．Ｕ．（ａｒｂｉｔａｒｙ ｕｎｉｔｓ（任意単位）））と２θ（°）の関係が示されている。この図から、マトリックス材料が純粋に非晶質であり、結晶化せずに存在していることが分かる。これは利点である、それというのは、マトリックス材料は、特にそのことによって可視領域の電磁放射線を散乱させないからである。

図４は、図１の表の実施例Ａ６の透過スペクトルを示している。透過率Ｔ（％）と波長λ（ｎｍ）の関係が示されている。曲線１は、耐候性試験前の壁厚０．９８ｍｍを有するマトリックス材料の透過率を示しており、曲線２は、耐候性試験後のマトリックス材料の透過率を示している。透過率は、２００ｎｍから１０００ｎｍまでの全波長領域で、温度、相対湿度および時間（１０００時間超）の影響により変化していない。

図５は、図１の表の実施例Ａ７の、壁厚０．９６ｍｍで測定した透過スペクトルＴ（％）と波長λ（ｎｍ）の関係を示している。耐候性試験前（曲線１）および耐候性試験後（曲線２）の透過率曲線が示されている。耐候性試験前（曲線１）のマトリックス材料と耐候性試験後（曲線２）のマトリックス材料の比較は、透過率では何の違いも示さない。このことから、マトリックス材料は試験中に変化していなかったことが推定される。実施例Ａ７も耐候安定性である。

図６は、図１の表に記載の実施例Ａ２、Ａ５、およびＡ６のＸ線回折図を示している。強度Ｉ（ａ．Ｕ．（ａｒｂｉｔａｒｙ ｕｎｉｔｓ））と２θ（°）の関係が示されている。この図から、Ａ２、Ａ５およびＡ６のマトリックス材料は純粋に非晶質であり、結晶は含まれていないことが分かる。これは利点である、それというのは、マトリックス材料は、可視領域の電磁放射線を散乱させないからである。

図７は、１つの実施態様によるコンポーネント１０を示している。特にコンポーネント１０は、オプトエレクトロニクスコンポーネントである。言い換えれば、コンポーネント１０は、電磁放射線、特に可視領域の電磁放射線を放射するのに適応しているものである。コンポーネント１０は、半導体チップ１を有している。半導体チップ１の上に、直接接触して変換素子２が配置されている。変換素子２は、マトリックス材料としてガラス組成物２ａおよび少なくとも１つの蛍光体２ｂを含んでいる。蛍光体２ｂは、半導体チップ１によって放射された一次放射線を吸収するのに適応しており、ここで、この一次放射線は、少なくとも部分的に二次電磁放射線に変換される。ここで、変換素子２は、半導体チップ１の出射面１１上に直接設けられている。ここで、ガラス組成物２ａは、蛍光体２ｂを埋め込むために用いられる。さらに、マトリックス材料であるガラス組成物２ａは、シリコーンと比べて比較的高い熱伝導率を有しているため、変換素子２中で生じた熱は、ガラス組成物２ａから容易に排出させることができ、蛍光体はあまり損傷されない。このことによって、オプトエレクトロニクスコンポーネントの効率が上がる。同時に、変換素子と出射面を直接接合することにより半導体チップの効率が上がる、それというのは、ガラス組成物の比較的高い屈折率および比較的高い熱伝導によって、光取り出しも効率も改善されるからである。

蛍光体として、ガーネット蛍光体、例えば黄色ガーネット蛍光体、窒化物蛍光体、例えば放射性の赤色窒化物蛍光体、アルミン酸塩、オルトケイ酸塩、硫化物またはカルシンが使用されてよい。しかし、原則的に一次電磁放射線を二次電磁放射線に変換するのに適応しているあらゆる蛍光体が使用されてよい。

図７の変換素子２は、小板状に形成されている。変換素子２は、１μｍから２００μｍまでの厚さ、特に５μｍから１００μｍまでの厚さ、例えば３０μｍの厚さを有しているのが好ましい。小板状の変換素子２は、有利には半導体チップ１の出射面１１の少なくとも８０％を覆っている。変換素子２の底面と半導体チップ１の底面は、コンポーネント１０の展望図では、一致しているか、もしくはほぼ一致しているのが好ましい。特別な実施態様では、変換素子２の底面は、半導体チップ１の底面より大きくてもよい。

代替的に、半導体チップ１の代わりに、ガラス、セラミックまたは金属の基材が使用されてもよく、その基材上に変換素子２が設けられて、例えば透過性または反射性のレーザー用途に使用される。レーザーは、少なくとも１ワットおよび／または最大で２０ワットの光学出力を有していてよい。基材は、例えば不動態化として、保護層として、または光学構成要素として作用する機能的な酸化物被覆を有していてよい。それらの層は、積層としても非晶質、結晶質または部分結晶質であってよく、かつガラスの変換素子２と接合できるものである。特別な実施態様では、変換素子２は、透過性の基材上で製造されて、次に半導体チップ１に固定することができる。この場合、基材は、半導体チップ１とは反対にあるのが好ましい。

蛍光体２ｂのガラス組成物２ａへの埋め込みは、軟化プロセス、沈下（Ｅｉｎｓｉｎｋ）プロセス、沈み込み（Ａｕｆｓｉｎｋ）プロセス、溶融プロセスおよび／または焼結プロセスを用いて行われるのが好ましい。例えば、蛍光体２ｂをガラス組成物２ａの粉末にされたガラスと混合し、それからペーストを製造し、それに続いてこのペーストを基材にスクリーン印刷するか、またはディスペンシングして、その後ガラス化する。これは、場合によって低圧および／または平衡負荷で行うこともできる。

代替的に、ガラス組成物２ａの予備製造体の表面に蛍光体２ｂが被覆されてよい。被覆は、例えば印刷法、スクリーン印刷、噴霧、ナイフコーティング、ディスペンシングまたはスピンコーティングによって行われてよい。それに続いて、コンポーネント１０は、３５０℃以下の温度で例えば３０分間処理されてよい。それによって、蛍光体２ｂは、ガラス組成物２ａに沈下する。このことは、場合によって平衡負荷で行われてよい。それによって変換素子２を得ることができ、この変換素子２は、ガラス組成物２ａをマトリックス材料として、および蛍光体２ｂを有している。変換素子２は、同一の蛍光体を有するマトリックス材料であるシリコーンを有する慣用の変換素子と比べて少なくとも９０％の高い量子効率（ＱＥ）を示している。

以下の表は、実施例Ａ８のガラス組成物を蛍光体、例えば黄色ガーネット蛍光体または赤色窒化物蛍光体または温白色混合物（Ｗａｒｍｗｅｉｓｓｍｉｓｃｈｕｎｇ）と共に使用する場合の相対量子効率を示している。標準材料として、シリコーンマトリックスに同一の蛍光体粉末を有する変換素子を使用した。

図８は、１つの実施態様によるコンポーネントの側面図を示している。図８は、変換素子２が、放射形成素子（ｓｔｒａｈｌｆｏｒｍｅｎｄｅｓ Ｅｌｅｍｅｎｔ）として形成されていることが図７の実施例とは異なる。特に、変換素子２は、凸型レンズの形態を有している。したがって、変換素子２は、統合されたレンズとしてすでに形成されており、ここで、このレンズは、例えば適切な成形によって、または変換素子２の加熱時におけるガラスの表面張力によって生じうる。

レンズもしくは放射形成素子として、そのように形成された変換素子２を、半導体チップ１から放射された一次放射線は適切に通ることができる。特に、例えば、半導体チップ１から放射された一次放射線の放射角度を適切に変化させるか、または訂正することができる。したがって、変換素子２は、特に放射特性および指向性ならびにコンポーネントから放射される放射線の色度図に影響を及ぼす。

さらに、図８の実施例は、図７の実施例と比べてさらなる構成要素２ｃを有している。このさらなる構成要素２ｃは、同じくガラス組成物２ａ中に埋め込まれている。特に、このさらなる構成要素２ｃは、均一にガラス組成物２ａ中に分散されている。このさらなる構成要素２ｃは、ガラス組成物２ａの屈折率を高める。屈折率を高めるさらなる構成要素２ｃは、例えばＬａ₂Ｏ₃である。図８の実施例は、その他の点では図７の実施例に相応している。このさらなる構成要素２ｃは、追加的または代替的に光散乱に適切に影響を及ぼし、それによって光のより良い取り出しおよび均一化のために役立つことができる。このさらなる構成要素２ｃは、散乱粒子、例えばＴｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂であってよい。散乱粒子は、不均一にガラス組成物２ａ中に分散されていてよいか、または別個の層として形成されていてよい。別個の層は、マトリックス材料もしくはガラス組成物２ａの上側または下側に配置されていてよい。代替的に、適切な散乱は表面の粗化により行うこともできる。

図９は、１つの実施態様によるコンポーネント１０の側面図を示している。コンポーネント１０は、半導体チップ１を有しており、この半導体チップは、出射面１１および側面上で完全に変換素子２に取り囲まれている。変換素子２は、蛍光体２ｂおよびマトリックス材料としてガラス組成物２ａを含んでいる。変換素子２上に直接、さらなる層３が設けられている。このさらなる層３は、さらにまた蛍光体を含んでいてよい。さらなる層３の蛍光体は、マトリックス材料中に埋め込まれていてよい。マトリックス材料として、上述のガラス組成物、シリコーン、別のガラスまたはセラミックが好適である。特に、さらなる層は、セラミック変換素子である。コンポーネント１０は、好ましくは異なる蛍光体を有する２つの変換層を有している。さらなる層３は、変換素子２を介して半導体チップ１と強固に接合されていてよい。シリコーンの場合、シリコーンは熱処理後に初めて設けられてよい。

代替的に、さらなる層３は、封止材として成形されていてよい（ここには示されていない）。特に、半導体チップ１は、完全に変換素子２およびさらなる層３に取り囲まれているのが有利である。

図１０は、１つの実施態様によるコンポーネント１０の側面図を示している。コンポーネント１０は、図９の実施例とは異なって、封止材として形成されている変換素子２を示しており、ここで、封止材料は、追加的に放射形成素子として形成されている。特に、封止材料２または変換素子２は、凸型レンズの形態を有している。それによって、半導体チップ１から放射される一次放射線を適切にその放射特性および指向性において変える、もしくは修正することができる。

さらに、変換素子２は、蛍光体２ｂ、ガラス組成物２ａおよびさらなる構成要素２ｃを有している。ガラス組成物２ａ中に埋め込まれた成分、例えば蛍光体２ｂおよびさらなる構成要素２ｃは、実質的に均一にガラス組成物２ａ中に分散しているのが好ましい。代替的または追加的に、変換素子２には、さらなる層３が追加配置されていてよく、この層は、放射線を吸収する特性を有する成分を含んでいてよい。好ましくは、この成分は４００ｎｍ以下の波長領域、好ましくは３８０ｎｍ以下の波長領域の放射線を吸収する。それによって、コンポーネント１０の有機的構成材（ｏｒｇａｎｉｓｃｈｅ Ｋｏｍｐｏｎｅｎｔｅｎ）、例えばプラスチックケーシングを短波の放射線および場合によってそれに伴う損傷、例えば変色から保護することができる。

図１１は、１つの実施態様によるコンポーネント１０の側面図を示している。半導体チップ１は、担体５上に配置されている。半導体チップ１に変換素子２が後置されており、これは、マトリックス材料であるガラス組成物２ａおよび蛍光体２ｂを含んでいる。変換素子２と半導体チップ１の間には間隙８が形成されている。間隙８内には、ガス、例えば空気が配置されているのが好ましい。ここで、変換素子２は、半導体チップ１の出射面１１に直接設けられていない。

図１２は、１つの実施態様による、コンポーネント１０、例えばオプトエレクトロニクスコンポーネントの側面図を示している。半導体チップ１は、担体５上に配置されている。それ続いて、変換層２が配置されている。変換層２に、さらなる層３が後置されている。さらにまた、さらなる層３は蛍光体を含んでいてよい。さらなる層３は、特にセラミックで成形されており、好ましくは酸化物ガーネットセラミック（ＹＡＧ：Ｃｅ、ＬｕＡＧ：Ｃｅなど）である。コンポーネント１０は、担体５を準備して、半導体チップ１を設けることによって製造することができる。それに続いて、変換素子２を半導体チップ１の出射面１１に設けることができる。ここで、変換素子２は、予備製造体、例えば小板、または粉末として設けることができる。予備製造体は、特に少なくとも１つの蛍光体２ａを含んでおり、この蛍光体２ａは、好ましくは色度図においてさらなる層３とは異なるものである。これは、予備製造されたさらなる層３の色度図が、変換層２によって適切に変化し、好ましくは放射性の赤色蛍光体が導入されることを意味する。変換素子２および／またはさらなる層３を、いわゆるピックアンドプレースプロセスで半導体層列１の出射面１１に設けることができる。

さらなる層３と半導体チップ１の接合は、変換層２を介して最大３５０℃に加熱することによって、場合により平衡負荷および／または低圧下で行われる。

そのような構造は、特定の色でしか製造できないセラミック変換素子がこのようにして拡大した色領域をカバーすることができるという利点がある、それというのは、蛍光体２ｂによって、ガラスのマトリックス材料２ａ中で、コンポーネントの温白色の放射特性を作ることもできるからである。

代替的に、半導体チップ１の代わりに、金属、ガラスまたはセラミックの基材が使用されてよい。特に、基材は、例えばレーザー用途またはリモートフォスファ用途に好適である。基材は、例えば不動態化として、保護層として、または光学素子として作用する機能的な酸化物被覆を有していてもよい。それらの層も積層も、非晶質、結晶質または部分結晶質であってよく、ガラスの変換素子２と接合されていてよい。

さらに、さらなる方法工程では、変換素子２の突出部（Ｗｕｌｓｔ）を取り除く、および／またはまっすぐにされてよい。特に、突出部を除去および／またはまっすぐにした後、さらなる層３、変換素子２および半導体チップ１の側面は同一平面で密封される。

本発明は、実施例をもとにする記載によってそれらに限定されるのではなく、それぞれの特徴ならびに特徴のそれぞれの組み合わせを含んでおり、このことは、たとえそれらの特徴または組み合わせそれ自体が特許請求項または実施例に明確に記載されていなくても、特に特徴の組み合わせのすべてが特許請求項に含まれている。

ドイツ特許出願ＤＥ１０２０１３２２６６３０．８の優先権が主張され、その開示は、引用によって明確に参照される。

Claims (16)

1. ・一次電磁放射線を二次電磁放射線に変換するために適合されている蛍光体（２ｂ）と、
   ・蛍光体（２ｂ）が埋め込まれている、マトリックス材料であるガラス組成物（２ａ）とを含む変換素子（２）であって、
   ・ここで、ガラス組成物（２ａ）が、以下の化学組成ＩまたはＩＩ
   Ｉ：
   ・少なくとも６７モル％および最大で６９モル％の割合の少なくとも１つの酸化テルル、
   ・０モル％から２０モル％までの割合のＲ¹Ｏ、その際、Ｒ¹は、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｍｎおよびそれらの組合せを含む群から選択される、
   ・５モル％から２５モル％までの割合の少なくとも１つのＭ¹ ₂Ｏ、その際、Ｍ¹は、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋおよびそれらの組合せを含む群から選択される、
   ・１モル％から３モル％までの割合の少なくとも１つのＲ² ₂Ｏ₃、その際、Ｒ²は、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｂｉ、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、希土類元素およびそれらの組合せを含む群から選択される、
   ・０モル％から２モル％までの割合のＭ²Ｏ₂、その際、Ｍ²は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆおよびそれらの組合せを含む群から選択される、ならびに
   ・０モル％から６モル％までの割合のＲ³ ₂Ｏ₅、その際、Ｒ³は、Ｎｂおよび／またはＴａである、を有するか、または、
   ＩＩ：
   ・少なくとも６５モル％および最大で９０モル％の割合の少なくとも１つの酸化テルル、
   ・０モル％から２０モル％までの割合のＲ ¹ Ｏ、その際、Ｒ ¹ は、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｍｎおよびそれらの組合せを含む群から選択される、
   ・８モル％から１４モル％までの割合の少なくとも１つのＭ ¹ ₂ Ｏ、その際、Ｍ ¹ は、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋおよびそれらの組合せを含む群から選択される、
   ・１モル％から３モル％までの割合の少なくとも１つのＲ ² ₂ Ｏ ₃ 、その際、Ｒ ² は、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｂｉ、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、希土類元素およびそれらの組合せを含む群から選択される、
   ・０モル％から２モル％までの割合のＭ ² Ｏ ₂ 、その際、Ｍ ² は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆおよびそれらの組合せを含む群から選択される、ならびに
   ・０モル％から６モル％までの割合のＲ ³ ₂ Ｏ ₅ 、その際、Ｒ ³ は、Ｎｂおよび／またはＴａである、を有する、前記変換素子。
2. 請求項１に記載の変換素子（２）であって、
   ・ガラス組成物（２ａ）は、酸化ホウ素、酸化ゲルマニウム、リン酸塩、ハロゲン化物、Ｐ₂Ｏ₅およびＳｉＯ₂を含まない、
   ・ガラス組成物（２ａ）は、３２０℃未満のガラス変形温度および４００℃未満の膨張率測定による軟化温度を有する、
   前記変換素子。
3. 請求項１または２に記載の変換素子（２）であって、Ｒ¹Ｏは、ガラス組成物（２ａ）において１４モル％から１８モル％までの割合を有する、前記変換素子。
4. 請求項１から３までのいずれか１項に記載の変換素子（２）であって、ガラス組成物（２ａ）は、酸化ホウ素、酸化ゲルマニウム、リン酸塩、ハロゲン化物、Ｐ₂Ｏ₅およびＳｉＯ₂を含まない、前記変換素子。
5. 請求項１から４までのいずれか１項に記載の変換素子（２）であって、Ｒ²はＡｌ、Ｌａ、ＹおよびＢｉの群から選択され、Ｒ² ₂Ｏ₃は１．５モル％から２．５モル％までの割合を有する、前記変換素子。
6. 請求項１から５までのいずれか１項に記載の変換素子（２）であって、ガラス組成物（２ａ）は酸化テルル、Ｍ¹ ₂Ｏ、Ｒ² ₂Ｏ₃からなり、Ｒ² ₂Ｏ₃は１．５モル％から２モル％までの割合を有する、前記変換素子。
7. 請求項１から６までのいずれか１項に記載の変換素子（２）であって、ガラス組成物（２ａ）は、３２０℃未満のガラス変形温度および４００℃未満の膨張率測定による軟化温度を有する、前記変換素子。
8. 請求項１から７までのいずれか１項に記載の変換素子（２）であって、ガラス組成物（２ａ）は放射線透過性であり、その結果、３８０ｎｍから８００ｎｍまでの波長領域の入射電磁放射線の少なくとも９０％が透過される、前記変換素子。
9. 請求項１から８までのいずれか１項に記載の変換素子（２）を含むコンポーネント（１０）。
10. 請求項９に記載のコンポーネントであって、該コンポーネントは、少なくとも青色スペクトル領域の一次電磁放射線を発生させるために適合されている半導体チップ（１）を含み、変換素子（２）は、直接半導体チップ（１）上に配置されている、前記コンポーネント。
11. 請求項９または１０に記載のコンポーネントであって、該コンポーネントは、少なくとも青色スペクトル領域の一次電磁放射線を発生させるために適合されている半導体チップ（１）を含み、変換素子（２）は、半導体チップ（１）と空間的に間隔を置いている、前記コンポーネント。
12. 請求項９から１１までのいずれか１項に記載のコンポーネントであって、該コンポーネントは、半導体チップ（１）または基材を含み、半導体チップ（１）は、少なくとも青色スペクトル領域の一次電磁放射線を発生させるために適合されており、変換素子（２）は、さらなる層（３）と半導体チップ（１）または基材を接合し、さらなる層（３）は、セラミック変換素子である、前記コンポーネント。
13. コンポーネント（１０）を製造するための方法であって、以下の方法工程
    ａ）出射面を有する少なくとも１つの半導体チップ（１）を準備するか、または１つの基材を準備する工程、
    ｂ）請求項１から８までのいずれか１項に記載の変換素子（２）を出射面または基材に設ける工程、および
    ｃ）コンポーネントを最大４００℃に加熱して、その結果、出射面または基材と変換素子（２）との間に接合が生じる工程
    を含む前記方法。
14. 請求項１３に記載の方法であって、変換素子（２）を、方法工程ｂ）において粉末としてか、または予備成形体として出射面または基材に設ける、前記方法。
15. 請求項１３または１４に記載の方法であって、変換素子（２）を、層として形成され、少なくとも１つの蛍光体（２ｂ）で被覆されるガラス組成物（２ａ）から製造し、それに続いて蛍光体（２ｂ）がガラス組成物（２ａ）に沈下する、前記方法。
16. 請求項１３から１５までのいずれか１項に記載の方法であって、変換素子（２）を、蛍光体（２ｂ）をガラス組成物（２ａ）に導入し、それに続いて該蛍光体・ガラス組成物混合物を出射面または基材に設けることによって製造する、前記方法。

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