KR20130071496A - 변환 소자 - Google Patents

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KR20130071496A
KR20130071496A KR1020137012039A KR20137012039A KR20130071496A KR 20130071496 A KR20130071496 A KR 20130071496A KR 1020137012039 A KR1020137012039 A KR 1020137012039A KR 20137012039 A KR20137012039 A KR 20137012039A KR 20130071496 A KR20130071496 A KR 20130071496A
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미카엘 알슈테트
우테 리이폴트
카르스텐 슈우
칸 팜-기아
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오스람 옵토 세미컨덕터스 게엠베하
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Abstract

본 발명은 변환 부재(1) 및 반사 코팅(2)을 구비하고, 방사선을 방출하는 반도체 칩의 방사선 디-커플링 표면 하류쪽에 배치될 변환 소자와 관련이 있으며, 이 경우
- 상기 변환 부재(1)는 제 1 주(主) 표면(11), 상기 제 1 주 표면(11)에 마주 놓인 제 2 주 표면(12) 그리고 적어도 하나의 측면(13)을 구비하고, 이때 상기 측면(13)은 상기 두 개의 주 표면(11, 12)을 서로 연결하며, 그리고 상기 변환 부재(1)는 한 가지 파장 범위의 전자기 방사선을 흡수하기에 적합한 그리고 상기 흡수된 전자기 방사선보다 큰 파장을 갖는 다른 파장 범위에서 상기 흡수된 전자기 방사선을 재-방출하기에 적합한 적어도 한 가지 루미네선스 변환 물질(luminescence conversion material)을 함유하며; 그리고
- 상기 반사 코팅(2)은 상기 변환 부재(1)로부터 배출되는 전자기 방사선을 반사하도록 그리고 이 전자기 방사선을 적어도 부분적으로 상기 변환 부재(1) 내부로 역으로 반사하도록 설계되었으며, 이때 상기 반사 코팅(2)은 상기 적어도 하나의 측면(13)에서 상기 변환 부재(1)를 적어도 국부적으로 덮고, 상기 변환 부재(1)의 두 개의 주 표면(11, 12)에는 적어도 국부적으로 반사 코팅(2)이 없다.

Description

변환 소자 {CONVERSION COMPONENT}
본 발명은 변환 소자 그리고 이와 같은 변환 소자를 구비한 반도체 컴포넌트에 관한 것이다.
본 발명의 해결 과제는, 변환 특성들이 개선된 변환 소자를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 변환 소자의 적어도 한 가지 실시 예에 따르면, 변환 소자는 방사선을 방출하는 반도체 칩의 방사선 디-커플링 표면 하류쪽에 배치되기에 적합하다. 예컨대 상기 변환 소자는 반도체 컴포넌트의 내부에 설치될 수 있다. 예를 들어 이와 같은 반도체 컴포넌트는 방사선을 방출하는 반도체 칩을 포함한다. 상기 변환 소자는 자신의 주(主) 송출 방향에서 볼 때 상기 방사선 디-커플링 표면에서 상기 방사선 방출 반도체 칩 하류쪽에 배치될 수 있다. 바람직하게 상기 변환 소자는 반도체 칩에 의해서 방출되는 한 가지 파장 범위의 전자기 방사선을 다른 파장 범위의 전자기 방사선으로 변환시킨다.
본 발명에 따른 변환 소자의 적어도 한 가지 실시 예에 따르면, 변환 소자는 변환 부재를 포함하며, 상기 변환 부재는 제 1 주 표면, 상기 제 1 주 표면에 마주 놓인 제 2 주 표면 그리고 적어도 하나의 측면을 구비한다. 상기 측면은 상기 두 개의 주 표면을 서로 연결한다. 예를 들어 상기 측면은 상기 변환 부재의 주 연장 방향에 대하여 수직으로 뻗고, 그로 인해 또한 상기 두 개의 주 표면에 대하여 가로로 뻗을 수도 있다. 더 상세하게 말하자면, 상기 측면이 변환 소자를 측방에서 제한한다.
예컨대 상기 제 1 주 표면은, 고정된 상태에서는 방사선을 방출하는 반도체 칩의 방사선 디-커플링 표면 쪽을 향하고 있는 상기 변환 부재의 외부 면의 부분이다. 예컨대 상기 변환 부재의 제 1 주 표면은 방사선을 방출하는 반도체 칩의 방사선 디-커플링 표면상에 또는 방사선 디-커플링 표면에 변환 소자를 고정하기 위해서 이용될 수 있는 고정 표면이다.
본 발명에 따른 변환 소자의 적어도 한 가지 실시 예에 따르면, 변환 부재는 한 가지 파장 범위의 전자기 방사선을 흡수하기에 적합한 그리고 상기 흡수된 전자기 방사선보다 큰 파장을 갖는 다른 파장 범위에서 상기 흡수된 전자기 방사선을 재-방출하기에 적합한 적어도 한 가지 루미네선스 변환 물질(luminescence conversion material)을 함유한다. 예를 들어 상기 루미네선스 변환 물질은 변환 부재의 제 1 주 표면을 통해 변환 부재 내부로 유입되는 청색의 광을 부분적으로 황색의 광으로 변환시키며, 상기 황색의 광은 추후에 상기 청색의 광과 함께 혼합되어 백색의 광을 형성할 수 있다.
본 발명에 따른 변환 소자의 적어도 한 가지 실시 예에 따르면, 변환 소자는 변환 부재로부터 배출되는 전자기 방사선을 반사하도록 설계된 그리고 이 전자기 방사선을 적어도 부분적으로 상기 변환 부재 내부로 역으로 반사하도록 설계된 반사 코팅을 포함한다. 이와 같은 관계에서 "반사하도록"이라는 표현은, 상기 코팅이 변환 부재로부터 배출되어 자신에게 입사되는 전자기 방사선을 적어도 70 %까지, 바람직하게는 80 % 이상까지 반사한다는 것을 의미한다.
본 발명에 따른 변환 소자의 적어도 한 가지 실시 예에 따르면, 반사 코팅은 적어도 하나의 측면에서 상기 변환 부재를 적어도 국부적으로 덮는다. 이때 "적어도 국부적으로"라는 표현은, 상기 반사 코팅이 변환 부재의 측면을 단지 사전에 결정 가능한 장소에서만 완전히 덮고, 다른 장소에서는 다만 소정의 높이까지만 덮고/덮거나 전혀 덮지 않는다는 것을 의미할 수 있다. 다른 말로 설명하자면, 상기 변환 부재는 다수의 장소에서 부분적으로 상기 반사 코팅으로부터 외부로 돌출할 수 있고, 다른 장소에서는 상기 반사 코팅에 의해서 완전히 덮일 수 있다. 또한, 상기 반사 코팅은 적어도 하나의 측면을 완전히 덮을 수 있다. 예를 들어 상기 변환 부재가 덮인 장소에서는, 상기 측면이 반사 코팅과 직접적으로 접촉한다. 다른 말로 설명하자면, 바람직하게 상기 반사 코팅과 상기 변환 부재의 측면 사이에서는 간극(gap)도 형성되지 않고, 중단부도 형성되지 않는다. 이 경우에는 특히 상기 반사 코팅이 변환 부재의 측면과 동일한 높이에서 끝날 수 있다.
본 발명에 따른 변환 소자의 적어도 한 가지 실시 예에 따르면, 변환 부재의 두 개의 주 표면에는 적어도 국부적으로 반사 코팅이 없다. 이와 같은 관계에서 "없다"라는 표현은, 제 1 및/또는 제 2 주 표면이 각각 적어도 하나의 표면 영역을 구비하며, 상기 표면 영역이 반사 코팅에 의해 덮여 있지 않고, 상기 반사 코팅이 수직 방향으로 볼 때 상기 표면 영역들 하류쪽에 배치되어 있지 않다는 것을 의미한다. 이때 "수직 방향"이라는 표현은, 변환 부재의 주 연장 방향에 대하여 수직인 방향이다. 상기 표면 영역들을 통해서, 예를 들어 상기 제 1 및 제 2 주 표면의 전체 표면을 통해서는 전자기 방사선이 아무런 방해를 받지 않고 변환 부재 내부로 커플링 또는 디-커플링 될 수 있다.
방사선을 방출하는 반도체 칩의 방사선 디-커플링 표면 하류쪽에 배치되기에 적합한 본 발명에 따른 변환 소자의 적어도 한 가지 실시 예에 따르면, 변환 소자는 적어도 하나의 변환 부재를 구비하며, 상기 변환 부재는 제 1 주 표면, 상기 제 1 주 표면에 마주 놓인 제 2 주 표면 그리고 적어도 하나의 측면을 구비한다. 상기 측면은 상기 두 개의 주 표면을 서로 연결한다. 또한, 상기 변환 부재는 한 가지 파장 범위의 전자기 방사선을 흡수하기에 적합한 그리고 상기 흡수된 전자기 방사선을 다른 파장 범위에서 방출하기에 적합한 적어도 한 가지 루미네선스 변환 물질을 함유한다. 또한, 상기 변환 소자는 변환 부재로부터 배출되는 전자기 방사선을 반사하도록 설계된 그리고 이 전자기 방사선을 적어도 부분적으로 상기 변환 부재 내부로 역으로 반사하도록 설계된 반사 코팅을 포함한다. 상기 반사 코팅은 적어도 하나의 측면에서 상기 변환 부재를 적어도 국부적으로 완전히 덮으며, 이 경우 상기 변환 부재의 두 개의 주 표면에는 적어도 국부적으로 반사 코팅이 없다.
상기와 같은 의미에서 "하류쪽에 배치되기에"라는 표현은 특히 변환 소자가 자체 지지 방식으로 형성되었고, 사전에 미리 제조되었다는 것을 의미한다. 다른 말로 설명하자면, 상기 변환 소자는 앞에 배치되어야만 하는 반도체 칩과 무관하게 제조된 독립적인 컴포넌트이다. 특히 상기 변환 소자의 반사 코팅은 존재할 가능성이 있는 반도체 칩의 반사 코팅과 무관하게 형성된다.
본 출원서에 기재된 변환 소자는 다른 무엇보다도, 변환 부재로부터 배출되는 전체 방사선을 이용 가능하게 해야만 하는 경우에는, 변환 부재 내부에서 적어도 부분적으로 변환된 전자기 방사선의 배출 작용이 상기 변환 부재의 한 주 표면을 통해서 이루어지는 대신에 상기 변환 부재의 측면을 통해 이루어짐으로써, 상기 변환 부재로부터 배출되는 전자기 방사선의 바람직하지 않은 색 장소 불균일성 및/또는 색 장소 이동이 야기될 수 있다는 인식을 토대로 하고 있다. 실제로 상기와 같은 색 장소 불균일성의 원인은, 측면으로부터 배출되는 전자기 방사선이 변환 부재로부터 디-커플링 될 때까지 상기 변환 부재의 주 표면을 통해서 디-커플링 되는 전자기 방사선보다 더 적은 거리를 상기 변환 부재 내부에서 통과하기 때문일 수 있다. 다른 말로 설명하자면, 측면으로부터 배출되는 바람직하지 않은 전자기 방사선은 주 표면을 통해서 디-커플링 되는 바람직한 전자기 방사선과는 다른 색 변환도(conversion degree) 그리고 그로 인해 다른 색 장소를 가질 수 있다. 이 경우에 예를 들어 변환 부재의 측방에 배치된 반사성 광학 수단을 통하여 상기 주 표면으로부터 배출되는 전자기 방사선 이외에 상기 변환 부재의 측면으로부터 배출되는 전자기 방사선도 이용 가능하게 되면, 상기 반사성 광학 수단에 의해서는 상기 변환 부재의 측면을 통해서 배출되는 전자기 방사선과 변환 부재의 주 표면을 통해서 배출되는 전자기 방사선이 서로 혼합될 수 있으며, 이로 인해 상기 변환 부재로부터 전체적으로 배출되는 전자기 방사선의 색 장소가 이동될 수 있다.
또한, 상기와 같은 변환 부재를 구비하는 반도체 소자에서는 디-커플링 손실이 발생할 수도 있는데, 그 이유는 측면을 통해 변환 부재로부터 배출되는 전자기 방사선이 예를 들어 상기 변환 부재의 측방에 배치된 하우징 바디에 입사되고, 상기 하우징 바디에 의해서 흡수될 수 있기 때문이다. 적어도 한 가지 실시 예에 따르면, 본 출원서에 기재된 변환 소자의 기능 방식은 다음과 같다:
변환 부재 내부로 커플링 되는 방사선의 적어도 한 부분은 상기 변환 부재 내부에서 상기 변환 부재 내에 함유된 루미네선스 변환 물질에 의해 방향과 무관하게 방사선 변환된 후에 상기 변환 부재에 의해서 재-방출된다. 이때 "방향과 무관하게"라는 표현은, 변환 부재 내에서 변환된 전자기 방사선이 상기 변환 부재 내부에서는 루미네선스 변환 물질에 의해 선호 방향으로 재-방출되지 않는다는 것을 의미한다.
전자기 방사선이 변환 부재 내부에서 변환된 후에는, 상기 변환된 방사선의 한 부분이 변환 부재의 측면 방향으로 재-방출되고, 그 다음에 상기 변환 부재의 측면을 통해서 상기 변환 부재로부터 외부로 배출된다. 그 다음에 이어서 상기 방사선 비율은 변환 부재로부터 배출되는 전자기 방사선을 반사하도록 설계된 그리고 이 전자기 방사선을 적어도 부분적으로 상기 변환 부재 내부로 역으로 반사하도록 설계된 반사 코팅에 적어도 부분적으로 입사된다. 상기 변환 부재 내부로 역-반사되는 방사선의 한 부분은 제 1 주 표면으로부터 멀어지는 방향으로 안내되고, 그 다음에 상기 변환 부재로부터 제 2 주 표면을 통해서 그리고 그로 인해 변환 소자로부터 디-커플링 된다. 상기 변환 부재 내부로 역으로 반사되는 방사선의 적어도 한 부분이 예를 들어 제 1 주 표면의 방향으로 역으로 반사되면, 반사 프로세스가 여러 번 반복될 수 있다. 상응하는 방사선 비율이 변환 부재로부터 그리고 그와 더불어 변환 소자로부터 디-커플링 될 때까지 상기 반사 프로세스가 반복되는 것을 생각할 수 있다. 다른 말로 설명하자면, 변환 부재로부터 디-커플링 되는 전자기 방사선은 직접적인 방사선 비율, 더 상세하게 말하자면 반사 코팅에서 이루어지는 선행 반사 없이 변환 부재로부터 디-커플링 되는 방사선 비율 및 반사 코팅에서 이루어지는 적어도 한 번의 (역-)반사에 의해 변환 부재 내부로 역으로 반사되는 방사선 비율로 구성되고, 상기 변환 부재의 제 2 주 표면에 의해서 변환 소자로부터 디-커플링 된다.
본 출원서에 기재된 반사 코팅에 의해서는 바람직하게 다른 무엇보다도 색 장소가 변환 부재의 제 2 주 표면을 따라서 균일하게 된다. 예를 들어 본 출원서에 기재된 변환 소자에 의해서는, 예를 들어 변환 소자의 측방에 배치되어 변환 부재의 측면으로부터 배출되는 전자기 방사선을 제 2 주 표면의 방향으로 반사시키는 비용 소비적인 반사성 광학 수단들이 생략된 반도체 소자가 구현될 수 있다. 이와 같은 반도체 소자들은 구조적으로 특히 콤팩트하게 그리고 단순하게 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 변환 소자의 적어도 한 가지 실시 예에 따르면, 반사 코팅은 측방에서 변환 부재 위로 돌출하지 않는다. 상기 반사 코팅은 수직 방향으로 변환 부재의 제 1 주 표면과 동일한 높이에서 끝날뿐만 아니라 제 2 주 표면과도 동일한 높이에서 끝나는 것을 생각할 수 있다. 이 경우에는 반사 코팅이 변환 부재의 측면을 예컨대 완전히 둘러쌈으로써, 상기 반사 코팅에 의해서 변환 부재 내부로 역으로 반사되는 방사선 비율은 최대가 된다. 전자기 방사선은 단지 이와 같은 용도로 제공된 장소에서만, 다시 말해 오로지 제 1 주 표면을 통해서만 변환 부재 내부로 커플링 되고, 상기 변환 부재를 관통하여 재차 제 2 주 표면을 통해서만 상기 변환 부재를 벗어난다. 그렇기 때문에 반사 코팅은 전자기 방사선의 특히 효율적인 변환에 기여하게 된다.
본 발명에 따른 변환 소자의 적어도 한 가지 실시 예에 따르면, 변환 부재는 세라믹 물질로 형성되었다. 이 목적을 위하여 루미네선스 변환 물질이 매트릭스 물질 내부에, 예를 들면 유리 세라믹 또는 세라믹 내부에 매립될 수 있다. 이 경우에 예컨대 변환 부재는 소형 플레이트의 형태로 구현되었다. 그와 마찬가지로 변환 부재가 완전히 세라믹 루미네선스 변환 물질로 이루어지는 것도 가능하다. 이 경우에 변환 부재는 상기와 같은 세라믹 루미네선스 변환 물질로 이루어진 소형 플레이트일 수 있다.
본 발명에 따른 변환 소자의 적어도 한 가지 실시 예에 따르면, 반사 코팅은 세라믹 물질, 유리 함유 물질, 유기 물질, 플라스틱 물질, 반도체 물질의 물질들 중 적어도 한가지 물질로 형성된 기본 물질을 갖는다.
본 발명에 따른 변환 소자의 적어도 한 가지 실시 예에 따르면, 기본 물질 내부에는 방사선을 반사하는 입자가 삽입되어 있으며, 이 경우 상기 방사선을 반사하는 입자의 광학 굴절률은 상기 기본 물질의 광학 굴절률보다 더 크다. 예를 들어 상기 방사선을 반사하는 입자의 광학 굴절률은 적어도 1.8이다. 이와 같은 방사선 반사 입자의 굴절률 범위는 반사 코팅의 방사선 반사 특성들과 관련해서 특히 바람직한 것으로 입증되었다.
본 발명에 따른 변환 소자의 적어도 한 가지 실시 예에 따르면, 방사선을 반사하는 입자는 TiO2, ZrO2, ZnO, Al2O3, BaSO4, MgO, Ta2O5, HfO2, Gd2O3, Nb2O3, Y2O3의 물질들 중에 적어도 한 가지 물질로 형성되거나 또는 상기 물질들 중에 적어도 한 가지 물질을 함유한다. 이와 같은 입자는 상기 입자에 입사되는 전자기 방사선을 반사하기에 매우 특히 적합한 것으로 입증되었다.
본 발명에 따른 변환 소자의 적어도 한 가지 실시 예에 따르면, 기본 물질 내부에서 방사선을 반사하는 입자의 농도는 적어도 10 용적-%이다. 예를 들어 상기 방사선 반사 입자는 기본 물질 내부에 균일하게 분포되어 있다. 반사 코팅이 예컨대 외부 관찰자에게는 상기 반사 코팅의 반사 특성들로 인해 백색으로 보이게 되는데, 그 이유는 상기 반사 코팅에 의해서는 바람직하게 환경 광의 입사되는 전체 컬러 스펙트럼이 반사되기 때문이다. 하지만, 반사 코팅은 또한 외부 관찰자에게 다른 색으로 보일 수도 있다. 상기 반사 코팅은 적어도 50 ㎛ 내지 최대 300 ㎛의 두께를 갖는다. 이 경우에 "두께"라는 표현은, 반사 코팅이 예를 들어 변환 부재의 측면에 대하여 수직인 방향으로 팽창될 때의 최대 팽창 크기를 의미한다.
본 발명에 따른 변환 소자의 적어도 한 가지 실시 예에 따르면, 반사 코팅은 금속성 물질로 형성되었다. 상기 금속성 물질로서는 예를 들어 Ag 및/또는 Al이 사용된다. 이와 같은 반사 코팅은 바람직하게 상기 반사 코팅에 입사되는, 다시 말해 변환 부재로부터 배출되는 전자기 방사선을 투과시키지 못한다. 이 경우에 상기 반사 코팅은 적어도 100 nm 내지 최대 1 ㎛의 두께를 갖는다.
본 발명에 따른 변환 소자의 적어도 한 가지 실시 예에 따르면, 반사 코팅은 적어도 하나의 광자 결정(photonic crystal)으로 형성되었으며, 이 경우 상기 광자 결정은 적어도 하나의 1차원-, 2차원- 및/또는 3차원 광자 밴드 갭 구조물(photonic band gap structure)로 형성되었다. 이 경우에 "1차원"이라는 표현은, 광자 결정이 하나의 층의 형태로 형성된 것을 의미할 수 있다(1D-층 구조물(1D-layer structure)로도 명명됨). "2차원"이라는 표현은, 광자 결정이 튜브 또는 소형 막대의 형태로 형성될 수 있다는 것을 의미할 수 있다(2D-막대 구조물(2D-rod structure)로도 명명됨). 그에 상응하게 "3차원"이라는 표현은, 광자 결정이 구(球) 형태의 구조물로 형성된 것을 의미할 수 있다(3D-구(球) 구조물(3D-sphere structure)로도 명명됨). 예컨대 광자 결정은 예를 들어 각각의 자체 광학 반사 계수와 관련해서 서로 상이한 적어도 두 가지 물질로 형성되었다. 이 경우에 상기 적어도 두 가지 상이한 물질은 사전에 결정될 수 있는 (선호)-방향을 따라 주기적으로 교대하면서 그리고 연속으로 배치될 수 있다. 광자 결정의 밴드 갭 위치는 상이한 물질들에 의해서 형성 된 상기 광자 결정의 격자 상수에 의존할 수 있으며, 이 경우 상기 광자 결정의 밴드 갭의 크기는 상기 주기적으로 배치된 두 가지 상이한 물질의 반사 계수의 비율에 의해서 결정될 수 있다. 다른 말로 설명하자면, 광자 결정 및 그 내부에서 사용되는 상이한 물질들에 의해 반사 능력이 적응될 수 있다.
본 발명에 따른 변환 소자의 적어도 한 가지 실시 예에 따르면, 광자 결정은 공극을 가지며, 이 경우 상기 광자 결정은 세라믹 물질 및/또는 유리 함유 물질로 형성되었다. 예를 들어 이와 같은 광자 결정은 적어도 하나의 3차원 광자 밴드 갭 구조물에 의해서 형성되었다. 공극들은 예를 들어 세라믹 및/또는 유리 함유 물질에 의해서 완전히 둘러싸여 있고, 예컨대 공기로 채워져 있다. 예를 들어 상기 세라믹 물질은 SiO2, TiO2와 같은 물질들 중에 적어도 한 가지 물질로 형성되었거나 또는 SiO2와 TiO2로 이루어진 혼합물로 형성되었다.
본 발명에 따른 변환 소자의 적어도 한 가지 실시 예에 따르면, 변환 부재로부터 떨어져서 마주한 반사 코팅의 적어도 한 외부 면에는 방사선을 흡수하는 코팅이 적어도 국부적으로 제공되어 있다. 바람직하게는 반사 코팅을 관통하는 잔류 전자기 방사선이 상기 반사 코팅의 외부 면에 제공된 방사선 흡수 코팅에 의해서 흡수될 수 있다. 예컨대 이와 같은 목적을 위하여 상기 방사선 흡수 코팅은 실리콘, 에폭시드 또는 실리콘 혹은 에폭시드로 이루어진 혼합물로 형성되었으며, 상기 실리콘 혹은 에폭시드 내에는 방사선을 흡수하는 물질, 예를 들어 카본 블랙 입자 또는 다른 충전제가 삽입되어 있다. 이때 상기 방사선 흡수 코팅은 외부 관찰자에게 흑색 또는 컬러로 보일 수 있다.
더 나아가 반도체 컴포넌트가 설명된다.
본 발명에 따른 반도체 컴포넌트의 적어도 한 가지 실시 예에 따르면, 반도체 컴포넌트는 본 출원서에 기재된 하나 또는 다수의 실시 예들에서 설명된 바와 같은 적어도 하나의 변환 소자를 포함한다. 다시 말하자면, 본 출원서에 기재된 변환 소자에 대해서 기술된 특징들은 본 출원서에 기재된 반도체 컴포넌트에 대해서도 공지된 것이다.
본 발명에 따른 반도체 컴포넌트의 적어도 한 가지 실시 예에 따르면, 반도체 컴포넌트는 방사선 디-커플링 표면을 갖는 적어도 하나의 방사선 방출 반도체 칩을 포함하며, 상기 방사선 디-커플링 표면을 통해서는 상기 반도체 칩 내에서 발생하는 전자기 방사선의 적어도 한 부분이 반도체 칩을 벗어난다. 방사선을 방출하는 반도체 칩으로서는 예를 들어 루미네선스 다이오드 칩이 사용될 수 있다. 루미네선스 다이오드 칩으로서는 전자기 방사선 스펙트럼의 가시 광선 또는 자외선 범위 안에 있는 광의 범위에서 방사선을 방출하는 발광- 또는 레이저 다이오드 칩이 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 반도체 컴포넌트의 적어도 한 가지 실시 예에 따르면, 반도체 칩에 의해서 방출되는 전자기 방사선을 변환시키기 위한 변환 소자는 자신의 주 송출 방향에서 볼 때 방사선 디-커플링 표면에서 상기 반도체 칩 하류쪽에 배치되어 있다. 예를 들어 상기 방사선 디-커플링 표면과 상기 변환 소자의 변환 부재의 제 1 주 표면은 서로 마주 놓여 있다. 예를 들어 상기 변환 소자의 제 1 주 표면은 방사선을 방출하는 반도체 칩의 방사선 디-커플링 표면에 직접 제공되어 있고, 예를 들어 방사선 디-커플링 표면에 제 1 주 표면이 접착되어 있다.
본 발명에 따른 반도체 컴포넌트의 적어도 한 가지 실시 예에 따르면, 반도체 칩의 적어도 하나의 측면 및/또는 상기 반도체 칩으로부터 떨어져서 마주한 반사 코팅의 적어도 하나의 외부 면은 추가 반사 코팅에 의해서 덮여 있다. 이때 상기 추가 반사 코팅은 반사 코팅과 동일하거나 또는 상이한 물질로 형성될 수 있다. 반도체 칩의 적어도 하나의 측면이 반사 코팅에 의해서 덮이면, 바람직하게 반도체 칩으로부터 그리고 상기 반도체 칩의 측면으로부터 배출되는 전자기 방사선도 변환 소자의 방향으로 반사되고 그와 더불어 가이드 될 수 있다. 따라서, 바람직하게는 방사선을 방출하는 반도체 칩 내부에서 최초에 발생 되는 전자기 방사선의 가급적 큰 비율이 변환 소자의 변환 부재 내부로 커플링 되고, 그 다음에 이어서 반도체 컴포넌트로부터 디-커플링 된다.
본 발명에 따른 반도체 컴포넌트의 적어도 한 가지 실시 예에 따르면, 반사 코팅과 추가의 반사 코팅은 서로 직접적으로 인접한다. 다시 말해서, 상기 반사 코팅과 상기 추가의 반사 코팅 사이에는 바람직하게 간극도 형성되어 있지 않고 중단부도 형성되어 있지 않다. 상기 반사 코팅뿐만 아니라 상기 추가의 반사 코팅도 예를 들어 스프레잉, 디스펜싱(dispensing), 전기 영동(electrophoresis) 또는 프린팅에 의해서 변환 부재 및 반도체 칩의 개별 측면에 제공될 수 있다.
본 발명에 따른 반도체 컴포넌트의 적어도 한 가지 실시 예에 따르면, 반도체 컴포넌트는 가로 방향으로 나란히 배치된 적어도 두 개의 방사선 방출 반도체 칩을 포함하며, 이 경우 반도체 칩에 의해서 방출되는 전자기 방사선을 변환하기 위하여 상기 반도체 칩의 주 송출 방향으로 방사선 디-커플링 표면에서 각각의 반도체 칩 하류쪽에는 변환 소자가 배치되어 있다. 예를 들어 각각의 반도체 칩에는 정확하게 하나의 변환 부재가 할당되어 있다. 이때에는 각각의 반도체 칩에 하나의 변환 부재가 명백하게 할당될 수 있다. 예컨대 반도체 칩들은 하나의 공통 캐리어 표면에 제공되어 있다. 상기와 같은 관계에서 "가로 방향"이란, 캐리어의 주 연장 방향에 대하여 가로인 방향을 의미할 수 있다. 이 경우에는 예를 들어 각각의 이웃하는 반도체 칩들 사이에 중간 공간들이 형성되어 있다. 다른 말로 설명하자면, 이 경우 반도체 칩들은 상호 간격을 두고 떨어져서 배치되어 있다. 반도체 소자에 대한 평면도로 볼 때에 상기 중간 공간들은 각각 서로 인접하는 두 개 반도체 칩의 측면 및 상기 반도체 칩 쪽을 향하고 있는 캐리어 표면에 의해서 제한되었다. 이때 변환 부재의 각각의 측면이 반사 코팅에 의해서 덮이면, 각각 측방으로부터 배출되는, 다시 말해 상기 변환 부재의 측면 위로 배출되는 전자기 방사선이 각각 이웃하는 변환 부재 및/또는 반도체 칩에 입사되어, 상기 변환 부재 및/또는 상기 반도체 칩의 물리적인 특성과 관련해서 상기 변환 부재 및/또는 상기 반도체 칩에 영향을 미치고/미치거나 손상을 야기하는 상황이 바람직하게 피해질 수 있게 된다. 다른 말로 설명하자면, 본 출원서에 기재된 변환 소자에 의해서는 예를 들어 이웃하여 배치된 변환 부재들 및/또는 반도체 칩들이 상호 영향을 주고 받는 상황(크로스토크(cross talk)로도 명명됨)을 피할 수 있게 된다. 그렇기 때문에 이와 같은 반도체 컴포넌트는 특히 프로젝터를 위해서, 그림 및 텔레비전 모니터를 위한 배경 조명으로서 그리고 차량의 헤드 라이트를 위해서도 적합할 수 있다.
본 출원서에 기재된 변환 소자 그리고 본 출원서에 기재된 반도체 컴포넌트는 실시 예들 및 해당 도면들을 참조하여 아래에서 상세하게 설명된다:
도 1a 내지 도 1d는 본 출원서에 기재된 변환 소자의 실시 예들을 개략적인 도면들로 보여주고 있으며; 그리고
도 2a 및 도 2b는 본 출원서에 기재된 반도체 컴포넌트의 실시 예들을 보여주고 있다.
각각의 실시 예들 및 도면들에서 동일하거나 동일한 작용을 하는 구성 부품들에는 각각 동일한 도면 부호들이 제공되었다. 도면에 도시된 부재들은 척도에 맞는 것으로 간주 될 수 없으며, 오히려 개별 부재들은 도면에 대한 이해를 돕기 위하여 과도하게 크게 도시될 수 있다.
도 1a에는 변환 부재(1)를 구비한 본 출원서에 기재된 변환 소자(10)가 개략적인 단면도로 도시되어 있다. 상기 변환 부재(1)는 제 1 주 표면(11), 상기 제 1 주 표면(11)에 마주 놓인 제 2 주 표면(12) 그리고 측면(13)을 구비하며, 이 경우 상기 주 표면(11 및 12)은 가로 방향(L)으로 평행하게 뻗는다. 상기 측면(13)은 상기 두 개의 주 표면(11 및 12)을 서로 연결하며, 이 경우 상기 측면(13)은 가로 방향(L)에 대하여 수직으로, 그리고 또한 상기 두 개의 주 표면(11 및 12)에 대해서도 수직으로 뻗는다. 상기 변환 부재(1)는 적어도 한 가지 루미네선스 변환 물질을 함유할 수 있다. 상기 루미네선스 변환 물질은 상기 변환 부재(1) 내부로 커플링 된 한 가지 파장 범위의 전자기 방사선을 적어도 부분적으로 흡수하고, 상기 흡수된 전자기 방사선을 다른 파장 범위에서 방향과 무관하게 재-방출한다. 다시 말하자면, 상기 루미네선스 변환 물질은 변환된 전자기 방사선을 선호 방향 없이 상기 두 개 주 표면(11 및 12)의 방향으로뿐만 아니라 상기 측면(13)의 방향으로도 재-방출한다. 예컨대 상기 변환 부재(1)는 세라믹 물질로 형성되었고, 상기 세라믹 물질 안에는 루미네선스 변환 물질이 삽입되어 있다. 이 목적을 위하여 상기 루미네선스 변환 물질이 매트릭스 물질 안에, 예를 들어 유리 세라믹 또는 세라믹 안에 매립될 수 있다. 또한, 상기 변환 부재가 완전히 세라믹 루미네선스 변환 물질로 이루어질 수도 있다. 세라믹 루미네선스 변환 물질로서는 특히 YAG:Ce가 사용될 수 있다.
반사 코팅(2)은 상기 측면(13)을 완전히 덮고, 상기 변환 부재(1)로부터 상기 측면(13)을 통해서 배출되는 전자기 방사선을 역으로 상기 변환 부재(1) 내부로 반사시킨다. 예를 들어 상기 반사 코팅(2)은 유기 또는 유리 함유 기본 물질(22)로 형성되었으며, 상기 기본 물질 안에는 방사선을 반사하는 입자(23)가 삽입되어 있다. 상기 방사선 반사 입자(23)는 상기 기본 물질의 광학 굴절률(222)보다 큰 광학 굴절률(232)을 갖는다. 예컨대 상기 방사선 반사 입자(23)는 TiO2, ZrO2, ZnO, Al2O3, BaSO4, MgO, Ta2O5, HfO2, Gd2O3, Nb2O3, Y2O3의 물질들 중에 적어도 한 가지 물질로 형성되거나 또는 상기 물질들 중에 적어도 한 가지 물질을 함유한다. 예를 들어 상기 방사선 반사 입자는 Q0으로 측정한 경우에 적어도 100 nm 내지 최대 300 nm, 예를 들어 200 nm의 d50-값을 갖는다. 이와 같은 방사선 반사 입자(23)의 크기 범위는 특별히 500 nm의 파장에서 전자기 방사선을 특히 효율적으로 반사하기에 적합한 것으로 입증되었다. 또한, 상기 방사선 반사 입자(23)는 기본 물질(22) 내에서 적어도 20 중량-%의 농도를 갖는다. 바람직하게 상기 반사 코팅(2)의 반사 능력은 상기 방사선 반사 입자(23)의 농도에 의존하여 개별적으로 설정될 수 있다. 본 경우에 상기 반사 코팅(2)은 반사 특성들로 인해 외부 관찰자에게 백색으로 보이는데, 그 이유는 상기 반사 코팅(2)에 의해서 바람직하게는 컬러 스펙트럼의 전체 입사 부분이 반사되기 때문이다.
변환 부재(1)의 두 개의 주 표면(11 및 12)에는 완전히 반사 코팅(2)이 없으며, 이 경우 상기 반사 코팅(2)은 측방에서 상기 변환 부재(1) 위로 돌출하지 않는다. 특히 상기 반사 코팅(2)의 두께(D2)는 적어도 상기 변환 부재(1)의 두께(D1)에 달할 수 있다.
도 1b는 본 출원서에 기재된 변환 소자(10)의 한 가지 추가 실시 예를 개략적인 측면도로 보여주고 있다.
도 1a에 도시되어 있는 변환 소자(10)와 달리, 반사 코팅(2)은 광자 결정(24)으로 형성되었으며, 이 경우 상기 광자 결정(24)은 3차원 광자 밴드 갭 구조물로 형성되었다. 상기 광자 결정(24)은 공기로 채워진 공극(241)을 포함한다. 이때 상기 광자 결정(24)은 세라믹 물질, 예를 들어 TiO2 및/또는 SiO2로 형성되었다. 본 출원서에 기재된 반사 코팅(2)은 특히 높은 반사율을 갖는다. 상기 광자 결정(24)이 예컨대 TiO2로 형성되면, 상기 반사 코팅(2)에 입사되는 전자기 방사선의 모든 세 가지 공간 방향에서 완전한 반사에 도달할 수 있다. 특히 상기 공극(241)은 적어도 200 nm 내지 최대 300 nm, 예를 들어 250 nm의 직경, 다시 말해 하나의 공극(241) 내부에 있는 두 개 점의 최대 간격을 가질 수 있다. 이와 같은 공극(241)의 크기는 예를 들어 500 nm의 파장에서 전자기 방사선을 특히 효율적으로 반사할 목적으로 이용될 수 있다.
도 1c에는 본 출원서에 기재된 변환 소자(10)의 한 가지 추가 실시 예가 개략적인 측면도로 도시되어 있으며, 이 경우에는 도 1a 및 도 1b에 도시되어 있는 변환 소자(10)와 달리 변환 부재(1)로부터 떨어져서 마주한 반사 코팅(2)의 한 외부 면(41)에 방사선을 흡수하는 코팅(4)이 전체 표면에 걸쳐서 추가로 제공되어 있다. 예를 들어 상기 방사선 흡수 코팅(4)은 매트릭스 물질로 형성되었고, 상기 매트릭스 물질 안에는 방사선 흡수 입자 또는 섬유가 삽입되어 있다. 예를 들어 상기 방사선 흡수 입자로서는 카본 블랙 입자가 사용되거나 또는 Fe3O4로 형성된 입자가 사용된다. 상기 방사선 흡수 코팅(4)은 외부 관찰자에게 흑색으로 보일 수 있다. 바람직하게는 상기 반사 코팅(2)을 관통하는 전자기 방사선이 상기 방사선 흡수 코팅(4)에 의해서 흡수될 수 있다. 또한, 이와 같은 흡수 작용에 의해서는 바람직하지 않은 잔류 방사선이 측면(13)을 통해 변환 부재(1)를 벗어나는 상황도 피해질 수 있다.
도 1d에는 본 출원서에 기재된 그리고 예를 들어 도 1a 내지 도 1c에서 설명된 실시 예들 중에 적어도 한 가지 실시 예에 따른 변환 소자(10)가 개략적인 평면도로 도시되어 있다. 본 도면에서는 변환 부재(1)의 제 2 주 표면(12) 그리고 반사 코팅(2)을 확인할 수 있다. 상기 반사 코팅(2)은 완전히 모든 여섯 개 측면(13)에 걸쳐서 제공되어 있다. 또한, 상기 변환 부재(1)는 하나의 영역(B1) 안에 리세스(A1)를 구비한다. 상기 리세스(A1)에 의해서는, 변환 소자(10)가 방사선 방출 반도체 칩의 방사선 디-커플링 표면에 제공된 경우를 위해서 상기 반도체 칩의 본딩 와이어 연결 영역이 노출될 수 있다.
도 2a 및 도 2b는 본 출원서에 기재된 반도체 컴포넌트(100)의 실시 예들을 개략적인 측면도로 보여주고 있다.
도 2a에는 방사선 디-커플링 표면(21)을 갖는 방사선 방출 반도체 칩(20)이 도시되어 있으며, 이 경우에는 상기 반도체 칩(20) 내에서 발생하는 전자기 방사선의 적어도 한 부분이 상기 방사선 디-커플링 표면(21)을 통해서 반도체 칩(20)을 벗어난다. 상기 방사선 디-커플링 표면(21)과 변환 부재(1)의 제 1 주 표면(11) 사이에는 접착 층(30)이 배치되어 있다. 상기 접착 층(30)이 상기 방사선 디-커플링 표면(21) 및 상기 제 1 주 표면(11)을 통해 상기 변환 부재(1)와 직접적으로 접촉할 뿐만 아니라 상기 반도체 칩(20)과도 직접적으로 접촉함으로써, 결과적으로 한 편으로 상기 접착 층(30)과 다른 한 편으로 상기 변환 부재(1) 그리고 상기 반도체 칩(20) 사이에서는 간극도 형성되지 않게 되고 중단부도 형성되지 않게 된다. 상기 접착 층(30)은 상기 반도체 칩(20)과 상기 변환 소자(10) 간에 기계적으로 단단한 결합을 가능하게 한다. 예를 들어 상기 접착 층(30)은 실리콘으로 형성되었다. 바람직하게 상기 접착 층(30)은 반도체 칩(20)에 의해서 방출되는 전자기 방사선을 투과시킬 수 있다. 이때 모든 측면(26)에는 반사 코팅(2)이 없다.
도 2b에는 도 2a에 도시되어 있는 실시 예와 달리 반도체 칩(20)의 측면(26)에 걸쳐 완전히 추가의 반사 코팅(5)이 제공되어 있다. 상기 추가의 반사 코팅(5) 및 반사 코팅(2)은 서로 직접적으로 인접한다. 상기 두 개의 코팅(2 및 5)은 각각 동일한 물질로 형성될 수 있거나 또는 각각 상이한 물질로 형성될 수 있다.
본 발명은 실시 예들을 참조한 설명 내용에 의해서 한정되지 않는다. 오히려 본 발명은 각각의 새로운 특징 그리고 특징들의 각각의 조합을 포함하며, 이런 점은, 비록 상기 특징 또는 상기 특징 조합 자체가 특허청구범위 또는 실시 예들에 명시적으로 기재되어 있지 않더라도, 특히 특허청구범위 내 특징들의 각각의 조합을 포함한다.
본 특허 출원은 독일 특허 출원서 제 10 2010 048 162.9호를 우선권으로 주장하며, 상기 우선권 서류의 공개 내용은 인용의 방식으로 본 출원서에 수용된다.

Claims (14)

  1. 방사선을 방출하는 반도체 칩의 방사선 디-커플링 표면 하류쪽에 배치될 변환 소자(10)로서,
    - 변환 부재(1)를 구비하며, 상기 변환 부재(1)는 제 1 주(主) 표면(11), 상기 제 1 주 표면(11)에 마주 놓인 제 2 주 표면(12) 그리고 적어도 하나의 측면(13)을 구비하고, 이때 상기 측면(13)은 상기 두 개의 주 표면(11, 12)을 서로 연결하며, 그리고 상기 변환 부재(1)는 한 가지 파장 범위의 전자기 방사선을 흡수하기에 적합한 그리고 상기 흡수된 전자기 방사선보다 큰 파장을 갖는 다른 파장 범위에서 상기 흡수된 전자기 방사선을 재-방출하기에 적합한 적어도 한 가지 루미네선스 변환 물질(luminescence conversion material)을 함유하며;
    - 반사 코팅(2)을 구비하며, 상기 반사 코팅(2)은 상기 변환 부재(1)로부터 배출되는 전자기 방사선을 반사하도록 그리고 이 전자기 방사선을 적어도 부분적으로 상기 변환 부재(1) 내부로 역으로 반사하도록 설계되었으며, 이때
    - 상기 반사 코팅(2)은 상기 적어도 하나의 측면(13)에서 상기 변환 부재(1)를 적어도 국부적으로 덮으며, 그리고
    - 상기 변환 부재(1)의 두 개의 주 표면(11, 12)에는 적어도 국부적으로 반사 코팅(2)이 없는,
    변환 소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 반사 코팅(2)이 측방에서 상기 변환 부재(1) 위로 돌출하지 않는,
    변환 소자.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 변환 부재(1)가 세라믹 물질로 형성되는,
    변환 소자.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반사 코팅(2)이 세라믹 물질, 유리 함유 물질, 유기 물질, 플라스틱 물질, 반도체 물질의 물질들 중에 적어도 한 가지 물질로 형성된 기본 물질(22)을 구비하는,
    변환 소자.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 기본 물질(22) 내부에는 방사선을 반사하는 입자(23)가 삽입되어 있으며, 이때 상기 방사선 반사 입자(23)의 광학 굴절률(232)은 상기 기본 물질(22)의 광학 굴절률(222)보다 더 큰,
    변환 소자.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 방사선 반사 입자(23)가 TiO2, ZrO2, ZnO, Al2O3, BaSO4, MgO, Ta2O5, HfO2, Gd2O3, Nb2O3, Y2O3의 물질들 중에 적어도 한 가지 물질로 형성되거나 또는 상기 물질들 중에 적어도 한 가지 물질을 함유하는,
    변환 소자.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 기본 물질(22) 내부에서 방사선 반사 입자(23)의 농도가 적어도 10 용적-%인,
    변환 소자.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반사 코팅(2)이 금속성 물질로 형성되는,
    변환 소자.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반사 코팅(2)이 적어도 하나의 광자 결정(photonic crystal)(24)으로 형성되며, 이때 상기 광자 결정(24)은 적어도 하나의 1차원-, 2차원- 및/또는 3차원 광자 밴드 갭 구조물(photonic band gap structure)로 형성되는,
    변환 소자.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 광자 결정(24)이 공극(241)을 가지며, 이때 상기 광자 결정(24)은 세라믹 물질 및/또는 유리 함유 물질로 형성되는,
    변환 소자.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 변환 부재(1)로부터 떨어져서 마주한 상기 반사 코팅(2)의 적어도 한 외부 면(41)에 방사선을 흡수하는 코팅(4)이 적어도 국부적으로 제공되는,
    변환 소자.
  12. 반도체 컴포넌트(100)로서,
    - 제 1 항 내지 제 11 항 중 적어도 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 변환 소자(10)를 구비하며;
    - 방사선 디-커플링 표면(21)을 갖는 적어도 하나의 방사선 방출 반도체 칩(20)을 구비하며, 이때 상기 방사선 디-커플링 표면을 통해서는 상기 반도체 칩 (20) 내에서 발생하는 전자기 방사선의 적어도 한 부분이 상기 반도체 칩(20)을 벗어나며, 이때
    - 상기 반도체 칩(20)에 의해서 방출되는 전자기 방사선을 변환시키기 위한 변환 소자(10)는 자신의 주 송출 방향에서 볼 때 상기 방사선 디-커플링 표면(21)에서 상기 반도체 칩(20) 하류쪽에 배치되어 있는,
    반도체 컴포넌트.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 반도체 칩(20)의 적어도 하나의 측면(26) 및/또는 상기 반도체 칩(20)으로부터 떨어져서 마주한 상기 반사 코팅(2)의 적어도 하나의 외부 면이 추가의 반사 코팅(5)에 의해서 적어도 국부적으로 덮이는,
    반도체 컴포넌트.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 반사 코팅(2)과 상기 추가의 반사 코팅(5)이 서로 직접적으로 인접하는,
    반도체 컴포넌트.
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