JP6177433B2 - 変換要素を備えたオプトエレクトロニクス部品の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、変換要素を備えたオプトエレクトロニクス部品、および、変換要素を備えたオプトエレクトロニクス部品の製造方法に関する。

発光ダイオード（ＬＥＤ）等のオプトエレクトロニクス部品は、変換材料を含む変換薄膜等の変換要素を備える場合が多い。変換材料は、放射源が出射した放射を、異なる波長の（例えば、より長波長の）放射に変換する。この場合、出射された放射に沿って熱が発生する。従来の変換要素では、変換材料によって発生する熱の放熱性が不十分である。これにより、変換要素内に熱が蓄積するため、ＬＥＤの光度の低下、色軌跡（color locus）の変化、および、初期故障につながる。特に、エネルギー効率が高く（最大１５０ｌｍ／Ｗ）、得ようとする発光効率が高いＬＥＤの場合、従来の変換要素では、熱は十分効率的に放熱されることができない。特に、標準的な光源としてのＬＥＤの使用を推進するために、エネルギー効率が高いＬＥＤが重要である。有機−無機ハイブリッド材料から形成される変換要素を製造するアプローチがある。有機−無機ハイブリッド材料から形成された変換要素は、シリコーン等から構成された変換要素に比して熱伝導率が高いことが特徴であり得るが、有機ラジカルがＬＥＤ内で曝される放射および温度の影響を受けるため、クラッキング、不透明化、および、黄化等の好ましくない経年変化を非常に急速に示す。さらに、変換材料が埋め込まれた従来使用されている材料は、当該変換材料とは異なる屈折率であることが多く、その結果、散乱および反射によって放射損失が生じ、部品の効率が低下する。従来の変換要素内のシリカ成分および重合性基が理由で、屈折率η_Ｄを２０℃で１．５よりも大きく高めることは、困難を伴わなければ実現できないか、または、実現不可能である。対照的に、頻繁に使用されるＬｕＡＧおよびＹＡＧ等の変換材料の屈折率η_Ｄは２０℃で約１．７である。

したがって、従来技術に比して性質が向上した変換要素を備え、また、高い費用効果で製造されることができ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少なくとも一実施形態の目的である。

かかる目的は、請求項１の特徴を含むオプトエレクトロニクス部品、および、請求項７の特徴を含むオプトエレクトロニクス部品の製造方法によって達成される。

本発明の有利な実施形態および発展形態が各従属請求項において特定される。

オプトエレクトロニクス部品を特定する。本オプトエレクトロニクス部品は、作動中に一次電磁放射を出射する活性層を有する積層体を備える。さらに、本オプトエレクトロニクス部品は、一次電磁放射のビーム経路内に配置された少なくとも１つの変換要素を備える。上記少なくとも１つの変換要素は、変換粒子およびバインダ材料を含み、変換粒子は、バインダ材料内に分散されている。変換粒子は、一次電磁放射を二次電磁放射に少なくとも部分的に変換する。バインダ材料は、下記一般式ＩもしくはＩＩの塩、下記一般式ＩもしくはＩＩの様々な塩の混合物、または、下記一般式ＩおよびＩＩの様々な塩の混合物から製造される。
一般式Ｉ：ＡＨａｌ_３・ｙＨ_２Ｏ
一般式ＩＩ：Ａ^＊Ｈａｌ^＊ _４・ｙ^＊Ｈ_２Ｏ
（上記一般式ＩおよびＩＩの塩において、
− ＡはＡｌ^３＋またはＢ^３＋であり、
− Ａ^＊はＴｉ^４＋、Ｚｒ^４＋、Ｚｎ^４＋、または、Ｓｉ^４＋であり、
− ＨａｌはＦ、Ｃｌ、Ｂｒ、または、Ｉであり、
− Ｈａｌ^＊はＦ、Ｃｌ、Ｂｒ、または、Ｉであり、
− ｙは０、１、２、３、４、５、または、６であり、
− ｙ^＊は０、１、２、３、４、５、または、６である。）

変換粒子とバインダ材料とを含む変換要素によって、かかる変換要素中の変換粒子によって発生する熱は、非常に良好に放熱されることができる。その結果、わずかなまたは無視できるほどの熱が上記変換要素内に蓄積されるのみであり、本オプトエレクトロニクス部品の長い作動時間に亘って一定の光度および一定の色軌跡が保証されることができる。その結果、本オプトエレクトロニクス部品の初期故障は防止されることができ、オプトエレクトロニクス部品の長寿命化が可能である。上記のように製造されるバインダ材料の屈折率は、当該バインダ材料の組成の種類によって、変換粒子の屈折率にほとんど一致するか、または、完全に一致しさえする。その結果、変換要素内での一次および／または二次放射の散乱損失および／または屈折損失を回避することができるか、または、大幅に回避することができる。

変換粒子が一次電磁放射を二次電磁放射に少なくとも部分的に変換することは、一次電磁放射が変換粒子によって少なくとも部分的に吸収され、一次放射の波長域とは少なくとも部分的に異なる波長域の二次放射として出射されることを意味することができる。この場合、吸収された一次放射の一部は、変換粒子によって熱として放出される。一次電磁放射および二次電磁放射は、赤外線から紫外線の波長域内の、特に可視波長域内の１つ以上の波長および／または波長域を含むことができる。この場合、一次放射のスペクトルおよび／または二次放射のスペクトルは狭帯域であることができる（すなわち、一次放射および／または二次放射の波長域は、単色またはほぼ単色であることができる）。代替として、一次放射のスペクトルおよび／または二次放射のスペクトルは広帯域であることもでき、すなわち、一次放射および／または二次放射の波長域は、混色であることができ、混色の波長域は、連続スペクトル、または、異なる波長域の複数の離散スペクトル要素を有することができる。一例を挙げると、一次電磁放射の波長域は、紫外線から緑色の波長域であることができ、二次電磁放射の波長域は、青色から赤外線の波長域であることができる。特に好ましくは、一次放射を二次放射と重ね合わせると、白色の発光印象（luminous impression）を与えることができる。この目的のために、好ましくは、一次放射は青色の発光印象を与えることができ、二次放射は黄色の発光印象を与えることができ、黄色の発光印象は、二次放射の黄色波長域のスペクトル成分、ならびに／または、緑色および赤色の波長域のスペクトル成分によって生じることができる。

変換粒子が一次電磁放射を二次電磁放射に少なくとも部分的に変換することはまた、一次電磁放射が変換粒子によってほぼ完全に吸収され、二次電磁放射および熱として発せられることを意味する。したがって、かかる実施形態に係わる本オプトエレクトロニクス部品の出射された放射は、ほぼ完全に二次電磁放射に相当する。ほぼ完全な変換とは、９０％超、特に９５％超の変換を意味するものと理解されたい。

本明細書において、「積層体」とは、２層以上の層を備えた積層体であって、例えば、ｐ型ドープ半導体層およびｎ型ドープ半導体層が互いに重ねられ、かつ、一次電磁放射を出射する少なくとも１層の活性層を含む、積層体を意味するものと理解されたい。

かかる積層体は、エピタキシャル積層体、または、エピタキシャル積層体を有する放射出射型半導体チップ、すなわちエピタキシャル成長させた半導体積層体として具現化されることができる。この場合、上記積層体は、ＩｎＧａＡｌＮ等をベースとして具現化されることができる。ＩｎＧａＡｌＮをベースとする半導体チップおよび半導体積層体は、エピタキシャル成長させた半導体積層体がＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体材料系のＩｎ_ｘＡｌ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ≦１）から形成された材料を含む少なくとも１層の個別層を含む様々な個別層から構成された積層体を備えている、半導体チップおよび半導体積層体である。ＩｎＧａＡｌＮをベースとする少なくとも１層の活性層を備えた半導体積層体は、例えば、紫外線から緑色の波長域の電磁放射を出射することができる。

代替または追加として、本半導体積層体または本半導体チップは、ＩｎＧａＡｌＰをベースとすることもできる。すなわち、本半導体積層体は様々な個別層を備えることができ、これら個別層の少なくとも１層は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体材料系のＩｎ_ｘＡｌ_ｙＧａ_{１−ｚ−ｙ}Ｐ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ≦１）から形成された材料を含む。ＩｎＧａＡｌＰをベースとする少なくとも１層の活性層を備えた半導体積層体または半導体チップは、例えば好ましくは、緑色から赤色の波長域の１つ以上のスペクトル成分を有する電磁放射を出射することができる。

代替または追加として、本半導体積層体または本半導体チップは、他のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体材料系（例えば、ＡｌＧａＡｓをベースとする材料）またはＩＩ−ＶＩ族化合物半導体材料系を含むこともできる。特に、ＡｌＧａＡｓをベースとする材料を含む活性層は、赤色から赤外線の波長域の１つ以上のスペクトル成分を有する電磁放射を出射することに適することができる。

活性層に沿って、活性半導体積層体は、ｐ型ドープまたはｎ型ドープの電荷キャリア輸送層（すなわち、電子または正孔輸送層）；アンドープのまたはｐ型あるいはｎ型ドープの閉じ込め層、クラッディング層、または、導波層；障壁層；平坦化層；干渉層；保護層；および／または電極；ならびにこれらの組合せ等のさらなる機能層および機能領域を備えることができる。さらに、１層以上のミラー層が、例えば半導体積層体の成長基板とは反対側の面上に設けられることができる。活性領域またはさらなる機能層および機能領域に関する上記のような構造は、特に構成、機能、および構造について、当業者に知られており、したがって本明細書中では詳細に説明しない。

本オプトエレクトロニクス部品は、ルミネセンスダイオード、フォトダイオード−トランジスタアレイ／フォトダイオード−トランジスタモジュール、および、光カプラ含むことができる。代替として、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）をオプトエレクトロニクス部品として選択することもできる。特に、本オプトエレクトロニクス部品を、最大１５０ｌｍ／Ｗの効率のＬＥＤとすることができる。

一実施形態によれば、本変換要素の熱伝導率は、１Ｗ／ｍＫ〜４．０Ｗ／ｍＫ、１．０Ｗ／ｍＫ〜３．０Ｗ／ｍＫ、または、１．０Ｗ／ｍＫ〜２．０Ｗ／ｍＫである。変換要素内の変換粒子によって生じる熱は、上記範囲内において非常に良好に放熱されることができる。変換要素の熱伝導率が大きいほど、放熱は良好である。

一実施形態では、本変換要素は、一般式ＩもしくはＩＩの塩の溶液、一般式ＩもしくはＩＩの様々な塩の混合物の溶液、または、一般式ＩおよびＩＩの様々な塩の混合物の溶液と変換粒子とを混合し、次いで温度Ｔ１まで温度上昇させることによって塩を融解することにより製造される。塩の融解の結果、塩の分子は自由に移動することができ、分散されることができる。液体が変換粒子を包み、存在する細孔を充填する。したがって、後のバインダ材料（すなわち、融解した塩または融解した塩の混合物）の最初の緻密化（densification）が既に行われ、その結果、本製造方法による変換要素には細孔またはクラックが全くないかまたはほとんどない。

一実施形態では、上記温度Ｔ１は、使用される塩の融点よりも高い。Ｔ１を２５０℃〜４００℃の間とすることができる。

一実施形態では、Ｈ_２ＯならびにＨＨａｌ、ＨＨａｌ^＊、Ｈａｌ_２、および／または、Ｈａｌ^＊ _２がバインダ材料の製造中に生じ、バインダ材料内に少量のみ存在する。少量とは、例えば、質量分析によるバインダ材料または変換要素の分析中にハロゲン元素（Ｈａｌ，Ｈａｌ^＊）が依然として検出可能である量を意味する。したがって、完成部品からでさえ、当該完成部品が本明細書に記載の方法によって製造されたことを確認することができる。バインダ材料内のかかる少量のＨ_２ＯならびにＨＨａｌ、ＨＨａｌ^＊、Ｈａｌ_２、および／または、Ｈａｌ^＊ _２は、本オプトエレクトロニクス部品に不利な効果を与えない。

一実施形態では、本バインダ材料は、Ａｌ^３＋、Ｂ^３＋、Ｔｉ^４＋、Ｚｒ^４＋、Ｚｎ^４＋、および／または、Ｓｉ^４＋の酸化物を含む。

本オプトエレクトロニクス部品の一実施形態では、変換粒子の粒子径は、１μｍ〜５０μｍである。好ましくは、変換粒子の粒子径は、５μｍ〜１５μｍ、特に好ましくは１０μｍである。特に、１０μｍからの粒子サイズの場合、変換要素の熱伝導率が特に高く、オプトエレクトロニクス部品の寿命は大幅に長くなる。

本変換粒子は、希土類金属をドープしたガーネット、希土類金属をドープしたアルカリ土類硫化物、希土類金属をドープしたチオガレート、希土類金属をドープしたアルミネート、希土類金属をドープしたオルトシリケート等のシリケート、希土類金属をドープしたクロロシリケート、希土類金属をドープしたアルカリ土類金属窒化ケイ素、希土類金属をドープした酸窒化物、希土類金属をドープした酸窒化アルミニウム、希土類金属をドープした窒化ケイ素、サイアロン等の蛍光体の１つから形成されることができる。

特に、イットリウムアルミニウム酸化物（ＹＡＧ）、ルテチウムアルミニウム酸化物（ＬｕＡＧ）、および、テルビウムアルミニウム酸化物（ＴＡＧ）等のガーネットを蛍光体として使用することができる。

上記蛍光体には、セリウム、ユーロピウム、テルビウム、プラセオジム、サマリウム、マンガン等の賦活剤の１つがドープされる。

一実施形態によれば、本変換要素は、様々な蛍光体の変換粒子を含む。

一実施形態によれば、本バインダ材料は、積層体の活性層が出射した一次放射の透過性を有する。本明細書において、「透過性」とは、材料、層、要素が可視の電磁スペクトルの全部または一部を少なくとも部分的に伝導することを意味するものと理解されたい。積層体が出射した一次放射は、一例として、電磁スペクトルの可視域内にあることができる。

さらなる実施形態では、本変換要素および／または本バインダ材料は、変換粒子によって出射された二次放射を透過する。

好ましくは、本バインダ材料の透過性は、９５％超である。特に好ましくは、本バインダ材料の出射された一次放射および／または出射された二次放射の透過性は、９８％超である。

一実施形態では、本バインダ材料は、一般式ＩもしくはＩＩの塩、一般式ＩもしくはＩＩの様々な塩の混合物、または、一般式ＩおよびＩＩの様々な塩の混合物から製造され、製造中にさらなる塩は使用されない。

一実施形態では、本バインダ材料は、一般式ＩもしくはＩＩの塩のみ、一般式ＩもしくはＩＩの様々な塩の混合物のみ、または、一般式ＩおよびＩＩの様々な塩の混合物のみから製造される。

一実施形態では、本変換要素は、変換粒子およびバインダ材料からなり、バインダ材料は、一般式ＩもしくはＩＩの塩のみ、一般式ＩもしくはＩＩの様々な塩の混合物のみ、または、一般式ＩおよびＩＩの様々な塩の混合物のみから製造される。

さらなる実施形態によれば、本変換粒子は、バインダ材料に対して１重量％〜７０重量％含まれている。２０重量％〜５０重量％が好ましく、３０重量％〜４０重量％が特に好ましい。

一実施形態では、本バインダ材料は、一般式Ｉの塩、または、一般式ＩおよびＩＩの様々な塩の混合物から製造される（但し、ＡはＡｌ^３＋であり、Ａ^＊はＴｉ^４＋、Ｚｒ^４＋、または、Ｚｎ^４＋である）。

一実施形態によれば、本バインダ材料は、一般式Ｉの少なくとも１つの化合物の５０モル％〜９５モル％、好ましくは７０モル％〜９５モル％、特に好ましくは８０モル％〜９５モル％製造される。一般式ＩおよびＩＩの化合物の総量に対する一般式ＩＩの化合物の割合（モル％）を変更することによって、変換キャリア層の屈折率を変更することができ、したがって最適化することができる。好ましくは、バインダ材料の屈折率は、変換粒子の屈折率に適合され、変換粒子の屈折率に一致する。これにより、散乱および反射による一次放射および／または二次放射の損失を低減することができ、その結果、オプトエレクトロニクス部品の効率を向上させることができる。

一実施形態では、本バインダ材料は、ＡｌＣｌ_３・６Ｈ_２Ｏから製造される。本バインダ材料は、ＡｌＣｌ_３・６Ｈ_２Ｏのみから製造されることができる。バインダ材料がＡｌＣｌ_３・６Ｈ_２Ｏのみから製造される一実施形態では、バインダ材料は、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｈ_２Ｏ、ＨＣｌ、および／または、Ｃｌ_２からなる。

一実施形態では、本変換要素は、ＬｕＡＧ変換粒子またはＹＡＧ変換粒子と、ＡｌＣｌ_３・６Ｈ_２Ｏのみから製造されたバインダ材料とからなる。かかる例示的実施形態では、本バインダ材料の屈折率η_Ｄは、２０℃で約１．７である。その結果、上記例示的実施形態では、バインダ材料の屈折率は、変換粒子の屈折率（ＬｕＡＧおよびＹＡＧに関しては同様に、２０℃で約１．７）に適合される。上記のような変換要素では、散乱または反射による一次放射および／または二次放射の損失は全く発生しないか、または、ほとんど発生しない。また、上記材料を含む変換要素が、オプトエレクトロニクス部品内で曝され得る温度負荷および水分負荷によって、および、主として、オプトエレクトロニクス部品内で曝される放射線負荷によってほとんどまたは全く黄化および不透明化せず、機械的性質の点でほとんどまたは全く変化しないことがわかった。また、これにより、発光効率が低下しないかまたはわずかにしか低下しないこと、および、オプトエレクトロニクス部品の出射特性が変化しないかまたはわずかにしか変化しないことが確実になる。本変換要素の機械強度はまた、上記負荷にもかかわらず、少なくとも大部分において維持されることができる。変換粒子によって生じる熱は、本変換要素の熱伝導率が非常に良好であるため、本変換要素では非常に良好に放熱されることができる。その結果、変換要素内に熱は事実上蓄積されず、本オプトエレクトロニクス部品の長い作動時間に亘って一定の光度および一定の色軌跡が保証されることができる。

一実施形態によれば、上記変換粒子は、化学結合によってバインダ材料に結合している。化学結合とは、共有結合およびイオン結合を意味するものと理解することができる。しかしながら、化学結合は、クラックおよび細孔が存在しないか、または、クラックおよび細孔がほとんど存在しない変換要素のための必要条件ではない。本変換要素には既に、製造方法によって細孔およびクラックが全く存在しないからである。しかしながら、変換粒子のバインダ材料への化学結合はさらに、クラックおよび細孔をほとんど生じない変換要素の製造をサポートすることができる。細孔およびクラックの存在しない変換要素によって確実に、変換要素全体に亘る一定のおよび効率的な放熱を行うことができ、かつ、一次電磁放射および／または二次電磁放射の一定のおよび効率的な出射特性を得ることができる。

本オプトエレクトロニクス部品の一実施形態によれば、本変換要素には、細孔およびクラックが存在しないかまたはほとんど存在しない。これは、走査電子顕微鏡によって記録された顕微鏡写真を用いて検知されることができる。本製造方法によって、細孔およびクラックが存在しないかまたはほとんど存在しない１００μｍ〜２００μｍまでの厚さの変換要素を製造することができる。

一実施形態では、本変換要素は、薄膜として具現化される。

一実施形態では、上記薄膜の厚さは、１μｍ〜２００μｍ、好ましくは５０μｍ〜１５０μｍ、特に好ましくは７５μｍ〜１００μｍである。

本オプトエレクトロニクス部品は、ハウジングを備えることができる。切欠き部が、ハウジングの中心に存在することができる。積層体を切欠き部内に設けることができる。上記積層体を被覆するポッティングを切欠き部内に充填することもできる。しかしながら、切欠き部は、空隙からなることもできる。

一実施形態によれば、本変換要素は、積層体の上方に配置された薄膜として具現化される。

本薄膜全体の層厚さを均一にすることもできる。これにより、本薄膜の全領域に亘って、一定の色軌跡を得ることができる。

一実施形態では、本薄膜を積層体上に直接設けることができる。本薄膜は、積層体の表面全体を被覆することもできる。

一実施形態では、本薄膜は、ハウジングの切欠き部の上方に配置されている。変換要素のかかる実施形態では、変換要素と積層体との間の接触は、直接的な接触ではなく、かつ／または、確実に固定された接触でもない。すなわち、変換要素と積層体との間に間隔があることができる。換言すれば、変換要素は積層体の下流に配置され、一次放射によって照射される。この場合、ポッティングまたは空隙が変換要素と積層体との間に形成されることができる。

一実施形態によれば、本オプトエレクトロニクス部品は、１層以上のさらなる活性層を有する少なくとも１つの第２の積層体を備えている。

一実施形態によれば、第１の、第２の、および、任意のさらなる積層体が相互に並置されている。これら積層体は、間隙を有するように配置されることもでき、相互に直接的に並置されることもできる。

１つの薄膜を、第１の、第２の、および、任意のさらなる積層体上に直接設けることもできる。これにより、各積層体のために薄膜を製造して設ける必要がないため、本オプトエレクトロニクス部品の製造方法は最適化される。

本明細書において、１つの層または要素が他の層または要素の「上」または「上方」に設けられているという記載は、上記１つの層または要素が上記他の層または要素上に直接機械的および／または電気的に接触するように配置されていることを意味することができる。さらに、かかる記載はまた、上記１つの層または要素が上記他の層または要素の上または上方に間接的に配置されていることを意味することもできる。この場合、さらなる層および／または要素が、上記１つの層と上記他の層との間、および／または、上記１つの要素と上記他の要素との間に配置されることができる。

一実施形態によれば、接着層が積層体と薄膜との間、または、薄膜とハウジングとの間に配置されている。また、接着層は、薄膜とポッティングとの間に配置されることができる。

本明細書において、１つの層または要素が２つの他の層または要素間に配置されているという記載は、上記１つの層または要素が上記２つの他の層または要素の一方と直接機械的および／または電気的に接触するかまたは間接的に接触し、かつ、上記２つの層または要素の他方と直接機械的および／または電気的に接触するかまたは電気的もしくは間接的に接触するように配置されていることを意味することができる。間接的接触の場合、さらなる層および／または要素が上記１つの層と上記２つの他の層の少なくとも一方との間、および／または、上記１つの要素と上記２つの他の要素の少なくとも一方との間に配置されることができる。

上記接着層は、シリコーンまたは有機−無機ハイブリッド材料からなることもでき、シリコーンまたは有機−無機ハイブリッド材料を含むこともできる。シリコーンおよび／または有機−無機ハイブリッド材料によって、積層体および薄膜の良好な接着結合が可能である。薄膜およびハウジングの、ならびに、薄膜とポッティングとの良好な接着結合もまた可能である。かかる良好な接着結合によって、薄膜が積層体から、または、ハウジングおよびポッティングから早期に剥離することが防止されるため、本オプトエレクトロニクス部品の長寿命化が可能である。

本接着層は、全領域に亘って設けられることも、構造化して設けられることも、点状に設けられることもできる。

一実施形態では、本変換粒子は、バインダ材料内に均一に、または、濃度勾配を有するように分散される。

本オプトエレクトロニクス部品の特定の実施形態を、以下に記載の方法に従って製造することができる。かかる方法において記載される本オプトエレクトロニクス部品の特徴のすべては、本オプトエレクトロニクス部品の上述の例示的実施形態の特徴であることもできる。

変換要素を備えたオプトエレクトロニクス部品の製造方法を特定する。変換要素は、薄膜として具現化される。本方法は、
Ｂ） 一次電磁放射を出射することができる活性層を有する積層体を設けるステップと、
Ｃ） プレートを製造するステップであって、
Ｃ１） 溶媒と、下記一般式ＩもしくはＩＩの塩、下記一般式ＩもしくはＩＩの様々な塩の混合物、または、下記一般式ＩおよびＩＩの様々な塩の混合物と、から作製される溶液を製造するステップと、
Ｃ２） 上記溶液と変換粒子を混合するステップと、
Ｃ３） 平坦な型内に上記混合物を塗布するステップと、
Ｃ４） 上記溶媒を除去するステップと、
Ｃ６） 上記塩または塩の混合物を、温度Ｔ１まで温度上昇させることによって融解するステップと、
Ｃ７） 温度Ｔ２までさらに温度上昇させてバインダ材料および上記プレートを形成するステップと、を含む、プレートを製造するステップと、
Ｄ） 前記プレートを分割して複数の薄膜を形成するステップと、
Ｅ） 薄膜を上記積層体の上方に設けるステップと、を含む。
一般式Ｉ：ＡＨａｌ_３・ｙＨ_２Ｏ
一般式ＩＩ：Ａ^＊Ｈａｌ^＊ _４・ｙ^＊Ｈ_２Ｏ
（但し、
− ＡはＡｌ^３＋またはＢ^３＋であり、
− Ａ^＊はＴｉ^４＋、Ｚｒ^４＋、Ｚｎ^４＋、または、Ｓｉ^４＋であり、
− ＨａｌはＦ、Ｃｌ、Ｂｒ、または、Ｉであり、
− Ｈａｌ^＊はＦ、Ｃｌ、Ｂｒ、または、Ｉであり、
− ｙは０、１、２、３、４、５、または、６であり、
− ｙ^＊は０、１、２、３、４、５、または、６である。）

大きなプレートから分割することによって薄膜を製造する結果、薄膜を高い費用効果でかつ迅速に製造することができる。

一実施形態では、上記混合物は、方法ステップＣ３）においてブレードコーティングまたはスピンコーティングによって塗布される。

一実施形態では、方法ステップＣ３）において、厚さが１００μｍ〜６００μｍ、好ましくは２００μｍ〜６００μｍ、特に好ましくは３５０μｍ〜４５０μｍの、上記混合物のウェット膜が形成される。

一実施形態では、上記溶媒は、エタノール、イソプロパノール、および、アセトニトリルを含む群から選択される。上記溶媒は、好ましくはエタノールである。

上記溶媒は、方法ステップＣ４）において完全に蒸発しなくてもよい。溶媒の残留物を、方法ステップＣ６）において蒸発させる。

一実施形態では、温度Ｔ１は、使用される塩の融点よりも高い。Ｔ１を２５０℃〜４００℃の間とすることができる。

一実施形態では、方法ステップＣ６）またはＣ４）より先に、
Ｃ５） 炉内に上記平坦な型を導入するさらなる方法ステップ、を行う。

方法ステップＣ７）に次いで、
Ｃ８） 上記炉が冷却されて室温になるまで上記炉内で上記プレートを冷却するさらなる方法ステップ、が行われることができる。室温とは、２５℃を意味するものと理解される。

プレートを徐冷することにより、冷却は均一にかつ負荷を生じずに実施され、かかる冷却ステップにおいて、クラックや細孔は、プレート内にほとんど形成されない。

一実施形態では、方法ステップＣ７）においておよび／または温度Ｔ２の設定後に、Ｈ_２ＯならびにＨＨａｌ、ＨＨａｌ^＊、Ｈａｌ_２、および／または、Ｈａｌ^＊ _２が形成されかつ部分的に蒸発する。その結果、非常に少量のみのＨ_２ＯならびにＨＨａｌ、ＨＨａｌ^＊、Ｈａｌ_２、および／または、Ｈａｌ^＊ _２がプレート内に残る。しかしながら、かかる量は、残留物を、完成したプレート内で質量分析によって検出するには十分な大きさである。したがって、完成した部品からでさえ、Ｈ_２ＯならびにＨＨａｌ、ＨＨａｌ^＊、Ｈａｌ_２、および／または、Ｈａｌ^＊ _２が本明細書に記載の方法によって製造されたことを確認することができる。

例えば、塩化アルミニウム６水和物のみが塩として方法ステップＣ１）において使用される場合、下記の２つの反応の少なくとも一方が方法ステップＣ７）および／または温度Ｔ２の設定後に起こる。

第１の反応は脱水反応であり、第２の反応は酸化還元反応である（Ｏ_２が還元され、Ｃｌ⁻が酸化される）。したがって、かかる実施形態では、変換要素は、Ａｌ_２Ｏ_３、変換粒子、ならびに、微量のＨＣｌ、Ｃｌ_２、および、Ｈ_２Ｏからなる。Ｃｌは、質量分析によって検出されることができる。

ｙおよび／またはｙ^＊が０の場合、換言すれば、結晶水を含まない塩が使用される場合、方法ステップＣ７）においておよび／または温度Ｔ２を設定した後に、大気中の酸素との酸化還元反応が起こり、バインダ材料が形成される。このプロセスにおいて、Ｈ_２ＯならびにＨａｌ_２および／またはＨａｌ^＊ _２が形成される。

結晶水を含む塩が使用される場合、すなわち、ｙが１、２、３、４、５、もしくは、６、および／または、ｙ^＊が１、２、３、４、５、もしくは、６の場合、方法ステップＣ７）においておよび／または温度Ｔ２を設定した後に、Ｈ_２ＯならびにＨＨａｌおよび／またはＨＨａｌ^＊が形成されることを特徴とする脱水反応と、Ｈ_２ＯならびにＨａｌ_２および／またはＨａｌ^＊ _２が形成されることを特徴とする酸化還元反応とが並行して起こる。上記２つの反応の一方のみが起こることもできる。

方法ステップＣ７）より前、すなわち方法ステップＣ６）の間または後の早い段階で、Ｈ_２ＯならびにＨＨａｌ、ＨＨａｌ^＊、Ｈａｌ_２、および／または、Ｈａｌ^＊ _２が形成され得、部分的に蒸発し得る。

一実施形態では、方法ステップＣ６）および／またはＣ７）における上記温度上昇は、一定の加熱速度で行われる。加熱速度は、２℃／分〜１０℃／分の範囲内である。好ましくは、加熱速度は、４℃／分〜１０℃／分の範囲内であり、特に好ましくは、６℃／分である。上記加熱速度によって、塩または塩の混合物の融解を制御する。方法ステップＣ４）においては依然として完全に除去されないこともあり得た溶媒の残留物が、塩基の形成も沸騰遅延もなく蒸発する。

一実施形態では、方法ステップＣ６）の後に、上記混合物を温度Ｔ１で１時間〜３時間置いておく。「上記混合物を一定の温度Ｔ１で１時間〜３時間置いておく」方法ステップＣ６’）が行われる。これにより確実に、塩または塩の混合物を完全に融解することができる。

一実施形態では、方法ステップＣ７）またはＣ６’）の後に、上記混合物を温度Ｔ２で１時間〜３時間置いておく。「上記混合物を一定の温度Ｔ２で１時間〜３時間置いておく」方法ステップＣ７’）が行われる。したがって、これにより確実に、使用された塩を完全にまたはほぼ完全に反応させることができる。換言すれば、使用された塩の脱水反応および／または酸化還元反応は確実に、ほぼ完結する。さらに、負荷を減少させることができる。

一実施形態では、Ｔ２は、４５０℃〜５５０℃である。

一実施形態では、方法ステップＢ）より先に、
Ａ） 切欠き部を有するハウジングを成形するさらなる方法ステップ、を行い、次いで方法ステップＢ）を行った後に、
Ｂ’） 上記ハウジングの上記切欠き部内に上記積層体を導入するさらなる方法ステップ、を行う。

一実施形態では、上記薄膜は方法ステップＥ）において、上記積層体上に直接設けられるかまたは上記積層体上に接着層によって設けられる。

一実施形態では、方法ステップＥ）において、上記薄膜を上記ハウジングの上記切欠き部の上方に設ける。

本発明のさらなる有利な実施形態および発展形態を、図面に関連して以下に記載した例示的実施形態に基づき明らかにする。

オプトエレクトロニクス部品の一実施形態の概略側面図である。 オプトエレクトロニクス部品の一実施形態の概略側面図である。 変換要素の熱伝導率を示す図である。

例示的実施形態および図において、同一の要素または同一の効果の構成要素には、それぞれ、同一の参照符号を付す。図示した要素とそれら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、理解しやすくするために、個々の要素、特に層の厚さは、誇張した大きさで示され得る。

図１に係わるオプトエレクトロニクス部品１は、リードフレーム６を有するキャリア５を示す。積層体２がキャリア５上に配置され、ボンディングワイヤ７を介してリードフレーム２に電気接続されている。薄膜の形態の変換要素３が積層体２の上方に設けられている。変換要素３は、ＬｕＡＧから構成された変換粒子およびバインダ材料を含み、かかる変換粒子は、バインダ材料内に均一に分散している。バインダ材料は、ＡｌＣｌ_３・Ｈ_２Ｏから製造されている。薄膜は、積層体２内の、図１では個別に図示していない活性層が出射した一次電磁放射のビーム経路内に配置されている。バインダ材料および変換粒子の屈折率η_Ｄはいずれも、２０℃で約１．７である。したがって、本変換要素においては、散乱または反射による一次放射および／または二次放射の損失が全く生じないかまたはほとんど生じない。さらに、本変換要素は、温度負荷、水分負荷、放射線負荷に対して安定している。変換要素の不透明化および黄化は、全く生じないかまたはわずかに生じるのみである。これにより、発光効率が低下しないかまたはわずかにしか低下しないこと、および、本オプトエレクトロニクス部品の出射特性が変化しないかまたはわずかにしか変化しないことが確実になる。上記変換要素の機械強度はまた、上記負荷にもかかわらず、少なくとも大部分において維持されることができる。

また、接着層（不図示）を積層体２と変換要素３との間に設けることができる。この接着層は、シリコーン等を含むことができる。

好ましくは、オプトエレクトロニクス部品１は、ＬＥＤであり、透明半導体積層体２および変換要素３を介して上部方向に放射が取り出される。

図２に係わるオプトエレクトロニクス部品１は、リードフレーム６およびハウジング８を有するキャリア５を示す。ハウジング８は中心に切欠き部を有し、積層体２が上記切欠き部内に配置されている。かかる積層体は、リードフレーム６に電気接続している。上記切欠き部は、ポッティング４によって充填されている。ポッティング４は、エポキシ樹脂等を含む。

変換要素３がハウジング８の切欠き部およびハウジング８の上方に配置されている。変換要素３は、薄膜として具現化され、積層体２内の、図２では個別に図示していない活性層が出射した一次電磁放射のビーム経路内に配置されている。

変換要素３は、変換粒子およびバインダ材料を含み、この変換粒子は、バインダ材料内に例えば均一に分散している。バインダ材料は、ＡｌＣｌ_３・６Ｈ_２ＯおよびＴｉＣｌ_４から製造されている。

また、接着層（不図示）をハウジングと変換要素３との間、および、ポッティング４と変換要素３との間に設けることができる。かかる接着層は、シリコーン等を含むことができる。

好ましくは、オプトエレクトロニクス部品１はＬＥＤであり、透明半導体積層体２、透明ポッティング４、および、変換要素３を介して上部方向に放射が取り出される。

図３は、厚さが８５μｍ〜１００μｍであり、面積が１０ｍｍ×１０ｍｍの薄膜の形態の変換要素の熱伝導率を示す。Ｗ／ｍＫ単位の熱伝導率をｙ軸上にプロットし、℃単位の温度Ｔをｘ軸上にプロットしている。

図３に係わる変換要素を、
Ｃ１） エタノール中のＡｌＣｌ_３・６Ｈ_２Ｏが１モル濃度の溶液を製造するステップと、
Ｃ２） 上記溶液とＬｕＡＧ変換粒子とを混合するステップと、
Ｃ３） 上記混合物をブレードコーティング／スピンコーティングによって平坦な型内に塗布し、厚さが約４００μｍの膜を形成するステップと、
Ｃ４） 上記エタノールを除去するステップと、
Ｃ５） 上記平坦な型を炉内に導入するステップと、
Ｃ６） ６℃／分の加熱速度で３５０℃の温度Ｔ１まで温度上昇させることによって上記塩ＡｌＣｌ_３・６Ｈ_２Ｏを融解するステップと、
Ｃ６’） 上記混合物を３５０℃の一定の温度Ｔ１で１．５時間置いておくステップと、
Ｃ７） ６℃／分の加熱速度で５５０℃の温度Ｔ２までさらに温度上昇させてバインダ材料およびプレートを形成するステップであって、Ｈ_２ＯならびにＨＣｌおよび／またはＣｌ_２が形成されかつほぼ完全に蒸発する、ステップと、
Ｃ７’） 上記混合物を５５０℃の温度Ｔ２で１．５時間置いておくステップと、
Ｃ８） 上記炉が冷却されて室温になるまで上記炉内で上記プレートを冷却するステップと、
Ｄ） 上記プレートを分割して複数の薄膜を形成するステップと、によって製造した。ＡｌＣｌ_３・６Ｈ_２ＯとＬｕＡＧ変換粒子との比は、薄膜内のＬｕＡＧ変換粒子とバインダ材料との重量比が約１：１であるように選択される。バインダ材料内の塩素の存在が質量分析によって検出されることができ、それにより、完成した薄膜において当該薄膜の製造した本製造方法を導き出すことができる。

上述のように製造された変換要素の２５℃〜１２５℃での熱伝導率が約１．５Ｗ／ｍＫ〜約１．７５Ｗ／ｍＫの間であることが図３から明らかである。かかる熱伝導率に比して、シリコーンのみから構成された従来の変換要素の上記温度範囲における熱伝導率は、約０．１Ｗ／ｍＫ〜０．１５Ｗ／ｍＫである。このように、本発明に係わる変換要素の熱伝導率は、従来の変換要素に比して相当に向上している。変換粒子によって発生する熱は、本変換要素において非常に良好に放熱されることができる。その結果、わずかなまたは無視できるほどの熱のみが本変換要素内に蓄積し、オプトエレクトロニクス部品の長い作動時間に亘って一定の光度および一定の色軌跡が保証されることができる。したがって、本オプトエレクトロニクス部品の初期故障は防止されることができ、本オプトエレクトロニクス部品の長寿命化が可能である。ＬｕＡＧ変換粒子の代わりにＹＡＧ変換粒子を使用する場合も、略同一の有用性が得られる。

本発明は、例示的実施形態に基づく記載によって限定されない。むしろ、任意の新規な特徴、および、特に請求項中の特徴の任意の組合せを含む特徴の任意の組合せが、それら特徴および特徴の組合せ自体が、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、本発明は、上記特徴および上記組合せを含む。

本特許出願は、独国特許出願第１０２０１３１０６５７５．９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。

Claims (10)

1. 薄膜の形態の変換要素（３）を備えるオプトエレクトロニクス部品（１）の製造方法であって、
   Ｂ） 一次電磁放射を出射することができる活性層を有する積層体（２）を設けるステップと、
   Ｃ） プレートを製造するステップであって、
   Ｃ１） 溶媒と、下記一般式ＩもしくはＩＩの塩、下記一般式ＩもしくはＩＩの様々な塩の混合物、または、下記一般式ＩおよびＩＩの様々な塩の混合物と、から作製される溶液を製造するステップと、
   Ｃ２） 前記溶液と変換粒子を混合するステップと、
   Ｃ３） この混合物を平坦な型内に塗布するステップと、
   Ｃ４） 前記溶媒を除去するステップと、
   Ｃ６） 温度Ｔ１まで温度上昇させることによって前記塩または前記塩の混合物を融解するステップと、
   Ｃ７） 温度Ｔ２までさらに温度上昇させてバインダ材料および前記プレートを形成するステップと、を含む、プレートを製造するステップと、
   Ｄ） 前記プレートを分割して複数の薄膜を形成するステップと、
   Ｅ） 薄膜（３）を前記積層体（２）の上方に設けるステップと、を含む、方法。
   一般式Ｉ：ＡＨａｌ_３・ｙＨ_２Ｏ
   一般式ＩＩ：Ａ^＊Ｈａｌ^＊ _４・ｙ^＊Ｈ_２Ｏ
   （但し、
   − ＡはＡｌ^３＋またはＢ^３＋であり、
   − Ａ^＊はＴｉ^４＋、Ｚｒ^４＋、Ｚｎ^４＋、または、Ｓｉ^４＋であり、
   − ＨａｌはＦ、Ｃｌ、Ｂｒ、または、Ｉであり、
   − Ｈａｌ^＊はＦ、Ｃｌ、Ｂｒ、または、Ｉであり、
   − ｙは０、１、２、３、４、５、または、６であり、
   − ｙ^＊は０、１、２、３、４、５、または、６である。）
2. 前記溶媒は、エタノール、イソプロパノール、および、アセトニトリルを含む群から選択される、請求項１に記載の方法。
3. 方法ステップＣ６）より先に、
   Ｃ５） 前記平坦な型を炉内に導入するさらなる方法ステップ、を行い、
   方法ステップＣ７）後、
   Ｃ８） 前記炉が冷却されて室温になるまで前記炉内の前記プレートを冷却するさらなる方法ステップ、を行う、請求項１または２に記載の方法。
4. 方法ステップＣ７）においておよび／または前記温度Ｔ２の設定後に、Ｈ_２ＯならびにＨＨａｌ、ＨＨａｌ^＊、Ｈａｌ_２、および／または、Ｈａｌ^＊ _２が形成されかつ部分的に蒸発する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
5. 方法ステップＣ６）およびＣ７）における前記温度上昇は、一定の加熱速度で行われる、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
6. 方法ステップＣ６）後、方法ステップＣ６’）において、前記混合物を前記温度Ｔ１で１時間〜３時間置いておく、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
7. 方法ステップＢ）より先に、
   Ａ） 切欠き部を有するハウジング（８）を成形するさらなる方法ステップ、を行い、
   方法ステップＢ）後、
   Ｂ’） 前記積層体（２）を前記ハウジングの前記切欠き部内に導入するさらなる方法ステップ、を行う、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記薄膜は方法ステップＥ）において、前記積層体（２）上に直接設けられるかまたは前記積層体（２）上に接着層によって設けられる、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
9. 前記薄膜は方法ステップＥ）において、前記ハウジング（８）の前記切欠き部の上方に設けられる、請求項７記載の方法。
10. ＡはＡｌ^３＋であり、
    Ａ^＊はＴｉ^４＋であり、
    ＨａｌはＣｌであり、
    Ｈａｌ^＊はＣｌであり、
    ｙは０、１、２、３、４、５、または、６であり、
    ｙ^＊は０、１、２、３、４、５、または、６である、
    請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。

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