JP2015521791A - オプトエレクトロニクス半導体素子 - Google Patents
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Abstract
Description
1.一次ビームを放射する光源と、ケーシングと、電気的な端子とを備えたオプトエレクトロニクス半導体素子であって、
前記オプトエレクトロニクス半導体素子には、マトリックス並びに少なくとも2つの蛍光体に基づいた変換素子が前置接続されており、
前記マトリックスは、金属リン酸塩を含み、有利には金属リン酸塩からなり、
前記蛍光体は一次ビームを部分的に若しくは完全に変換する、オプトエレクトロニクス半導体素子において、
少なくとも1つの第1の蛍光体粉末が、金属リン酸塩に基づく第1の無機マトリックス内に埋め込まれて固定されており、
少なくとも1つの第2の蛍光体粉末が、金属リン酸塩に基づく第2のマトリックス内に埋め込まれて固定されていることを特徴とする、オプトエレクトロニクス半導体素子。
2.前記第2のマトリックスは、前記第1のマトリックスの上方または隣に配置されている、請求項1記載のオプトエレクトロニクス半導体素子。
3.前記金属リン酸塩は、実質的にアルカリ不含であり、ハロゲン不含である、請求項1記載のオプトエレクトロニクス半導体素子。
4.前記金属リン酸塩は、可視領域において実質的に透過性である、請求項1記載のオプトエレクトロニクス半導体素子。
5.前記金属リン酸塩は、最大で1Mol%のアルカリ酸化物とハロゲン含有成分を含んでいる、請求項3記載のオプトエレクトロニクス半導体素子。
6.前記金属リン酸塩は、主要成分としてリン酸塩を含んでいる、請求項1記載のオプトエレクトロニクス半導体素子。
7.前記金属リン酸塩は、アルミニウムリン酸塩であるか、主としてアルミニウムリン酸塩を含んでいる、請求項6記載のオプトエレクトロニクス半導体素子。
8.少なくとも2つの金属リン酸塩が含まれており、アルミニウムリン酸塩が50wt%よりも多く主成分である、請求項7記載のオプトエレクトロニクス半導体素子。
9.前記金属リン酸塩は、5乃至90Mol%のP2O5を含み、特に10乃至90Mol%のAl2O3を含む、請求項3記載のオプトエレクトロニクス半導体素子。
10.前記金属リン酸塩は、50乃至90Mol%のP2O5を含み、特に10乃至50Mol%のAl2O3を含む、請求項3記載のオプトエレクトロニクス半導体素子。
11.前記金属リン酸塩に、無機成分が添加されており、該無機成分は、屈折率を高め、および/または、充填物質として使用され、および/または、光学フィルタとして作用し、および/または、散乱し、および/または、熱放出を高め、および/または、熱膨張係数を基板に適合化する、請求項1記載のオプトエレクトロニクス半導体素子。
12.蛍光体を被着された第1のマトリックス層と、蛍光体を被着されたさらなる複数のマトリックス層とが、互いに混合することなく直接上下方向で連続しており、前記複数のマトリックス層は、有利には、半導体素子と接続されているかまたは半導体素子から離間されている、請求項2記載のオプトエレクトロニクス半導体素子。
13.少なくとも1つの層のマトリックスは、他の変換層とは異なる金属リン酸塩から作成されている、請求項3記載のオプトエレクトロニクス半導体素子。
14.前記金属リン酸塩マトリックスは、埋め込まれている各蛍光体に適合化されている、請求項13記載のオプトエレクトロニクス半導体素子。
15.少なくとも1つの金属リン酸塩は、付随する蛍光体粉末と組み合わせて最大で400℃の硬化温度を、有利には最大で350℃の硬化温度を有している、請求項1から14いずれか1項記載のオプトエレクトロニクス半導体素子。
16.少なくとも1つの金属リン酸塩は、蛍光体粉末と組み合わせて最大で300℃の硬化温度を、有利には最大で220℃の硬化温度を有している、請求項15記載のオプトエレクトロニクス半導体素子。
17.少なくとも1つの金属リン酸塩は、溶液として1乃至7のpH値を有している、請求項1から16いずれか1項記載のオプトエレクトロニクス半導体素子。
図1は、オプトエレクトロニクス半導体素子19の断面図を示している。ここでのコア部品は、紫外線UVを発する一次チップ20であり、このチップ20は、リードフレーム部材として構成されている電気端子21,22に接続されている。これらの部材の一つは、ボンディングワイヤ23を介してチップに接続されている。このチップ20は、広幅の第1の電気端子21上に直接載置されており、さらに前記端子は、ガラス(有利には石英ガラス、硬質ガラス、軟質ガラスまたはガラスはんだ)又はセラミックからなる矩形状の基体ないし基板25の表面に配置されている、前記基体上には、環状の装着部材26が載置されており、該装着部材の内側では凹部が開口している。前記装着部材の傾斜した内壁27は、反射体として形成されている。前記装着部材は、端子によって形成されているリードフレームと基体とに接着剤30によって接合されている。この装着部材26も、ガラスから形成されていてもよい。
以下では、これらの層の製造について、さらに具体的な実施例を用いて詳細に説明する。
金属リン酸塩の水溶液、例えばリン酸モノアルミニウムAl(H2PO4)3(例えばBundenheimの50wt%のFFB716水溶液)中に、粉末状の蛍光体、例えばYAG:Ceを懸濁させる。この混合比は、質量に関して約1:1である。この懸濁液を、基板、例えばガラス基板上に、約50μmの厚さの層として塗布する。ついで低い温度(≦150℃)で乾燥を行い、その際、必要に応じて周囲圧力も下げる。この縮合は、酸化性雰囲気中で150℃〜800℃の温度範囲、有利には300℃〜550℃の温度範囲において数秒から1時間にわたって行われる。純粋なリン酸モノアルミニウム溶液は、所定の温度(<100℃)で乾燥後、DTA(示差熱分析)において次のような段階を示す。すなわち、250℃を超えると、三リン酸塩(AlH2P3O10)が発生し、500℃を超えると、メタリン酸アルミニウム(Al(PO3)3)ないしは長鎖状および環状のポリリン酸アルミニウム[Al(PO3)3]nが発生する。蛍光体YAG:Ceとの組み合わせでは、反応が低温方向へシフトする。縮合反応及び生成物は、リン酸モノアルミニウム溶液中でガラス形成添加剤、例えば、亜鉛、マグネシウム、ホウ素含有添加剤によって影響を受ける可能性がある。
チップ表面は、蛍光体粉末、例えばLuAG:Ceでコーティングされている。この粉末層は、その後前記実施例1のような金属リン酸塩水溶液を用いてスプレーコーティングされる。次いで乾燥が、低温(<150℃)で、場合によってはさらに周囲圧力も低下させて行われる。この縮合は、酸化性雰囲気中で200℃〜350℃の温度範囲で数秒から1時間に亘って行われる。既に縮合されている第1の層は、ここにおいて、第2の蛍光体粉末、例えば窒化物をコーティングされる。この粉末層は、金属リン酸塩の水溶液、例えばモノリン酸アルミニウムAl(H2PO4)3(これはさらに付加的に他のリン酸塩、例えばMgおよび/またはZnを含む)溶液を用いてスプレーコーティングされる。続いて乾燥が、低温(≦150℃)で、場合によっては周囲圧力も低下させて行われる。縮合は、酸化性の雰囲気中で200℃〜350℃の温度範囲において数秒から1時間に亘って行われる。
円形でかつ平面状の高反射性基板(光学分野において典型的に使用されるアルミニウムなど)に、ガーネット蛍光体粉末と例えば前記実施例1に記載のようなリン酸モノアルミニウム溶液とからなる懸濁液がウェブのように塗布され、その後で前記実施例2のように乾燥され、縮合される。コーティングの前に前記基板は、より良好な湿潤のために紫外線UVが照射されてもよい。引き続き前記ウェブの狭幅側に、さらなる懸濁液がウェブのように塗布されてもよい。この懸濁液も、金属リン酸塩の水溶液、例えばモノリン酸アルミニウムAl(H2PO4)3水溶液からなり、これは付加的に他のリン酸塩、例えばMgおよび/またはZnを含み、さらに他の蛍光体粉末、例えば窒化物を含む。この層も、前記実施例2のように乾燥され、縮合される。このようにして、例えば、レーザー用途のためのカラーホイールも作成することができる。これについては、同時期に出願された独国特許出願番号10 201220195.0号に詳細が記載されている。
Claims (17)
- 一次ビームを放射する光源と、ケーシングと、電気的な端子とを備えたオプトエレクトロニクス半導体素子であって、
前記オプトエレクトロニクス半導体素子には、マトリックスと少なくとも2つの蛍光体とに基づいた変換素子が前置接続されており、
前記マトリックスは、金属リン酸塩を含み、有利には金属リン酸塩からなり、
前記蛍光体は一次ビームを部分的に若しくは完全に変換する、オプトエレクトロニクス半導体素子において、
少なくとも1つの第1の蛍光体粉末が、金属リン酸塩に基づく第1の無機マトリックス内に埋め込まれて固定されており、
少なくとも1つの第2の蛍光体粉末が、金属リン酸塩に基づく第2のマトリックス内に埋め込まれて固定されていることを特徴とする、オプトエレクトロニクス半導体素子。 - 前記第2のマトリックスは、前記第1の無機マトリックスの上方または隣に配置されている、請求項1記載のオプトエレクトロニクス半導体素子。
- 前記金属リン酸塩は、実質的にアルカリ不含であり、ハロゲン不含である、請求項1記載のオプトエレクトロニクス半導体素子。
- 前記金属リン酸塩は、可視スペクトル領域において実質的に透過性である、請求項1記載のオプトエレクトロニクス半導体素子。
- 前記金属リン酸塩は、最大で1Mol%のアルカリ酸化物とハロゲン含有成分を含んでいる、請求項3記載のオプトエレクトロニクス半導体素子。
- 前記金属リン酸塩は、主要成分としてリン酸塩を含んでいる、請求項1記載のオプトエレクトロニクス半導体素子。
- 前記金属リン酸塩は、アルミニウムリン酸塩であるか、主としてアルミニウムリン酸塩を含んでいる、請求項6記載のオプトエレクトロニクス半導体素子。
- 少なくとも2種の金属リン酸塩が含まれており、アルミニウムリン酸塩が50wt%超の主成分である、請求項7記載のオプトエレクトロニクス半導体素子。
- 前記金属リン酸塩は、5乃至90Mol%のP2O5を含み、特に10乃至90Mol%のAl2O3を含む、請求項3記載のオプトエレクトロニクス半導体素子。
- 前記金属リン酸塩は、50乃至90Mol%のP2O5を含み、特に10乃至50Mol%のAl2O3を含む、請求項3記載のオプトエレクトロニクス半導体素子。
- 前記金属リン酸塩に、無機成分が添加されており、該無機成分は、屈折率を高め、および/または、充填物質として使用され、および/または、光学フィルタとして作用し、および/または、散乱し、および/または、熱放散を高め、および/または、熱膨張係数を基板に適合化する、請求項1記載のオプトエレクトロニクス半導体素子。
- 蛍光体がコーティングされた第1のマトリックス層と、蛍光体がコーティングされたさらなる複数のマトリックス層とが、互いに混合することなく直接上下方向で連続しており、前記複数のマトリックス層は、有利には、前記半導体素子と結合されているかまたは前記半導体素子から離間されている、請求項2記載のオプトエレクトロニクス半導体素子。
- 少なくとも1つの層の前記マトリックスは、他の変換層とは異なる金属リン酸塩から作成されている、請求項3記載のオプトエレクトロニクス半導体素子。
- 前記金属リン酸塩マトリックスは、埋め込まれている各蛍光体に適合化されている、請求項13記載のオプトエレクトロニクス半導体素子。
- 少なくとも1つの金属リン酸塩は、付随する前記蛍光体粉末と組み合わせて最大で400℃の硬化温度を、有利には最大で350℃の硬化温度を有している、請求項1から14いずれか1項記載のオプトエレクトロニクス半導体素子。
- 少なくとも1つの金属リン酸塩は、前記蛍光体粉末と組み合わせて最大で300℃の硬化温度を、有利には最大で220℃の硬化温度を有している、請求項15記載のオプトエレクトロニクス半導体素子。
- 少なくとも1つの金属リン酸塩は、溶液として1乃至7のpH値を有している、請求項1から16いずれか1項記載のオプトエレクトロニクス半導体素子。
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