(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光ダイオードモジュール（１）であって、
−  キャリア上面（２０）を有するキャリア（２）と、
−  前記キャリア上面（２０）に実装されており、かつ一次放射を生成するように構成されている複数のオプトエレクトロニクス半導体チップ（３）と、
−  放射透過性の第１の充填材（４１）と、
−  放射不透過性の第２の充填材（４２）と、
を有し、
−  前記半導体チップ（３）が、部分的に、互いに第１の距離（Ｄ１）を示し、部分的に、互いに第２のより大きい距離（Ｄ２）を示し、
−  互いに前記第１の距離（Ｄ１）に配置されている前記隣り合う半導体チップ（３）の間に、これらの隣り合う半導体チップ（３）を互いに光学的に結合するために前記第１の充填材（４１）が配置されており、
−  互いに前記第２の距離（Ｄ２）に配置されている前記隣り合う半導体チップ（３）の間に、これらの隣り合う半導体チップ（３）を互いに光学的に絶縁するために前記第２の充填材（４２）が配置されており、
−  前記キャリア（２）に少なくとも１本の溝（７）が形成されており、
−  前記溝（７）が、少なくとも、互いに第２のより大きい距離（Ｄ２）に配置されている隣り合う半導体チップ（３）の間に、または、このような隣り合う半導体チップ（３）の間のみに、形成されており、
− 前記半導体チップ（３）が、前記キャリア上面（２０）の上の少なくとも１つの金属化領域（８）の上に実装されており、前記金属化領域（８）の厚さが５μｍ〜７５μｍの範囲内（両端値を含む）であり、前記金属化領域（８）の側方境界面（８０）が粗面化されており、かつシャープエッジ状である、
発光ダイオードモジュール（１）。
【請求項２】
−  前記一次放射の少なくとも一部分を二次放射に変換するための少なくとも１つの変換媒体（６）と、
−  少なくとも１つの前記半導体チップ（３）の上に前記変換媒体（６）を貼り付けるための少なくとも１種類の接着剤（５）と、
をさらに備えており、
−  前記接着剤（５）が前記放射透過性の第１の充填材（４１）を形成しており、
−  前記半導体チップ（３）が共通平面内に配置されており、
−  前記半導体チップ（３）が少なくとも２つの行または正確に２つの行に配置されており、各行が少なくとも３つの前記半導体チップ（３）を有し、
−  前記第１の充填材（４１）それぞれが、１つの行の中の前記半導体チップ（３）の間に配置されており、
−  前記第２の充填材（４２）が少なくとも２つの隣り合う行の間に配置されている、
請求項１に記載の発光ダイオードモジュール（１）。
【請求項３】
正確に１つの一体構造の変換媒体（６）が少なくとも１つの前記行に割り当てられており、この変換媒体（６）が、その行のすべての前記半導体チップ（３）にわたり延在している、
請求項２に記載の発光ダイオードモジュール（１）。
【請求項４】
前記溝（７）の幅（Ｂ）が前記溝（７）の深さよりも小さく、前記キャリア上面（２０）における前記幅（Ｂ）が少なくとも３０μｍかつ最大で１５０μｍである、
請求項１から請求項３のいずれかに記載の発光ダイオードモジュール（１）。
【請求項５】
前記少なくとも１本の溝（７）が、前記キャリア上面（２０）の平面視において見たとき、前記隣り合う半導体チップ（３）の間の内側領域（７１）を超えて延びており、前記溝が、前記内側領域（７１）を超えて延びる外側領域（７２）において、扇状に分岐している、
請求項１から請求項４のいずれかに記載の発光ダイオードモジュール（１）。
【請求項６】
前記外側領域（７２）における前記少なくとも１本の溝（７）の体積が、前記隣り合う半導体チップ（３）の１つの上に配置されている前記接着剤（５）の体積の少なくとも２０％である、
請求項２に記載の発光ダイオードモジュール（１）。
【請求項７】
前記接着剤（５）の材料に対する前記溝（７）の毛管作用が、前記溝（７）が間に形成されている前記隣り合う半導体チップ（３）の毛管作用よりも大きい、
請求項２に記載の発光ダイオードモジュール（１）。
【請求項８】
前記少なくとも１本の溝（７）が間に形成されている前記隣り合う半導体チップ（３）の間の距離（Ｄ１，Ｄ２）が、前記溝の幅（Ｂ）よりも小さい、
請求項１から請求項７のいずれかに記載の発光ダイオードモジュール（１）。
【請求項９】
少なくとも１枚の挿入プレート（９）をさらに備えており、前記挿入プレート（９）が放射不透過性であり、前記第２の充填材（４２）の少なくとも一部分を形成している、
請求項２に記載の発光ダイオードモジュール（１）。
【請求項１０】
少なくとも１枚の挿入プレート（９）をさらに備えており、前記挿入プレート（９）が放射不透過性であり、前記第２の充填材（４２）の少なくとも一部分を形成しており、
前記半導体チップ（３）の間の少なくとも内側領域（７１）において、前記挿入プレート（９）が、最大で２００μｍの厚さを有し、前記キャリア上面（２０）から離れる方向に、前記変換媒体（６）を超えて延在しておらず、前記挿入プレート（９）が、セラミック材料またはプラスチック材料から作製されている、
請求項２に記載の発光ダイオードモジュール（１）。
【請求項１１】
前記第１の距離（Ｄ１）が２０μｍ〜２００μｍの範囲内（両端値を含む）であり、前記第２の距離（Ｄ２）が２００μｍ〜４００μｍの範囲内（両端値を含む）であり、前記第１の充填材（４１）が、前記キャリア上面（２０）から離れる方向に、前記半導体チップ（３）の主放射面（３０）を超えて延在しており、互いに前記第２の距離（Ｄ２）に配置されている隣り合う半導体チップ（３）の間の前記内側領域（７１）の一部分のみが前記第１の充填材（４１）の材料によって満たされており、この内側領域（７１）において、前記キャリア上面（２０）から離れる方向に、前記第１の充填材（４１）の上に前記第２の充填材（４２）が配置されている、
請求項１から請求項１０のいずれかに記載の発光ダイオードモジュール（１）。
【請求項１２】
前記第２の充填材（４２）が、前記キャリア上面（２０）から離れる方向に、前記半導体チップ（３）を超えて延在しており、前記第２の充填材（４２）が、マトリックス材料として、透明な放射透過性のシリコーンまたはシリコーン／エポキシハイブリッド材料を含んでおり、反射性の粒子もしくは吸収性の粒子またはその両方が前記マトリックス材料に埋め込まれている、
請求項１から請求項１１のいずれかに記載の発光ダイオードモジュール（１）。
【請求項１３】
前記半導体チップ（３）、または、１つのグループ内で前記半導体チップ（３）が互いに光学的に結合されている、半導体チップ（３）の個々のグループを、互いに独立して電気的に駆動することができる、
請求項１から請求項１２のいずれかに記載の発光ダイオードモジュール（１）。
【請求項１４】
請求項１から請求項１３のいずれかに記載の１つまたは複数の発光ダイオードモジュール（１）を有する、自動車のヘッドライト。
【請求項１５】
発光ダイオードモジュール（１）であって、
− キャリア上面（２０）を有するキャリア（２）と、
− 前記キャリア上面（２０）に実装されており、かつ一次放射を生成するように構成されている複数のオプトエレクトロニクス半導体チップ（３）と、
− 放射透過性の第１の充填材（４１）と、
− 放射不透過性の第２の充填材（４２）と、
を有し、
− 前記半導体チップ（３）が、部分的に、互いに第１の距離（Ｄ１）を示し、部分的に、互いに第２のより大きい距離（Ｄ２）を示し、
− 互いに前記第１の距離（Ｄ１）に配置されている前記隣り合う半導体チップ（３）の間に、これらの隣り合う半導体チップ（３）を互いに光学的に結合するために前記第１の充填材（４１）が配置されており、
− 互いに前記第２の距離（Ｄ２）に配置されている前記隣り合う半導体チップ（３）の間に、これらの隣り合う半導体チップ（３）を互いに光学的に絶縁するために前記第２の充填材（４２）が配置されており、
− 前記キャリア（２）に少なくとも１本の溝（７）が形成されており、
− 前記溝（７）が、少なくとも、互いに第２のより大きい距離（Ｄ２）に配置されている隣り合う半導体チップ（３）の間に、または、このような隣り合う半導体チップ（３）の間のみに、形成されており、
− 前記少なくとも１本の溝（７）が、前記キャリア上面（２０）の平面視において見たとき、前記隣り合う半導体チップ（３）の間の内側領域（７１）を超えて延びており、前記溝（７）が、前記内側領域（７１）を超えて延びる外側領域（７２）において、扇状に分岐している、
発光ダイオードモジュール（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発光ダイオードモジュールを提供する。さらに、このような発光ダイオードモジュールを有する、自動車のヘッドライトを提供する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００２】
本発明の目的は、隣り合う半導体チップの間の光学的結合または光学的絶縁を意図的に調整できる発光ダイオードモジュールを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００３】
この目的は、特に、請求項１の特徴を有する発光ダイオードモジュールによって達成される。さらなる好ましい発展形態は、従属請求項の主題である。
【０００４】
少なくとも一実施形態によると、本発光ダイオードモジュールは、キャリア上面を有するキャリアを備えている。このキャリアは、発光ダイオードモジュールを動作させるための電気導体トラックおよび電気接点を含んでいることが好ましい。キャリアは、発光ダイオードモジュールを機械的に支持し、かつ機械的に安定化させる構成要素であることが好ましい。キャリアは、例えば、プリント基板、金属コア基板、またはセラミック基板を備えている。
【０００５】
少なくとも一実施形態によると、本発光ダイオードモジュールは、複数のオプトエレクトロニクス半導体チップを含んでいる。これらの半導体チップは、本発光ダイオードモジュールの動作時に一次放射を生成するように構成されている。この一次放射は、ピーク波長に関して、例えば４００ｎｍ〜４８０ｎｍの範囲内（両端値を含む）のスペクトル領域における青色光または紫外放射を含んでいることが好ましい。半導体チップは、発光ダイオードチップであることが好ましい。
【０００６】
少なくとも一実施形態によると、半導体チップは、キャリアの上面に間接的または直接的に実装されている。半導体チップは、例えば、キャリア上面に接着接合されている、またはキャリア上面にはんだ付けされている。半導体チップは、キャリア上面に規則的なパターンとして行列状に配置することができる。
【０００７】
少なくとも一実施形態によると、本発光ダイオードモジュールは、放射透過性の第１の充填材を備えている。放射透過性とは、可視光もしくは一次放射またはその両方が、大きな吸収損失が生じたり大きく散乱することなく第１の充填材を通過できることを意味する。
【０００８】
少なくとも一実施形態によると、本発光ダイオードモジュールは、放射不透過性の第２の充填材を備えている。放射不透過性とは、第２の充填材が、特に、キャリア上面に平行な方向における、可視光もしくは一次放射またはその両方に対する透過率として、最大で１０％または最大で５％または最大で１％を有することを意味する。第２の充填材は、特に一次放射に対して反射性または吸収性とすることができる。第２の充填材は、複数のコンポーネント、例えばさまざまな注型コンパウンド（casting compound）から、または注型コンパウンドおよび既製コンポーネントから構成することができる。
【０００９】
少なくとも一実施形態によると、半導体チップは、部分的に、互いに第１の距離に配置されている。さらに、半導体チップは、部分的に、互いに第２の距離に配置されている。この場合、第２の距離は第１の距離より大きい。言い換えれば、キャリア上面の半導体チップの配置領域内に、隣り合う半導体チップの間に少なくとも２つの異なる距離が存在する。配置領域内において隣り合う半導体チップの間に正確に２つの異なる距離が存在することが可能である。
【００１０】
少なくとも一実施形態によると、放射透過性の第１の充填材は、互いに第１の距離に配置されている隣り合う半導体チップの間に形成されている。第１の充填材は、これらの隣り合う半導体チップを光学的に結合するように構成されている。言い換えれば、第１の充填材が間に配置されているこれら半導体チップの間の光学的結合は、第１の充填材が存在しない状態におけるよりも高いことが好ましい。この場合、第１の充填材が存在しない場合よりも多くの放射が、これら隣り合う半導体チップの一方から他方の半導体チップに通過することができる。
【００１１】
少なくとも一実施形態によると、第２の充填材は、互いに第２の距離に配置されている隣り合う半導体チップの間に配置されている。第２の充填材は、これら隣り合う半導体チップを互いに光学的に絶縁するように構成されている。言い換えれば、動作時に生成される放射は、これら隣り合う半導体チップの１つから、特に直接的な経路に沿って、別の隣り合う半導体チップにまったく通過できない、または無視し得る割合のみが通過できる。
【００１２】
少なくとも一実施形態によると、第２の充填材が、互いに第１の距離に配置されている隣り合う半導体チップの間に配置されており、第１の充填材が、互いに第２の距離に配置されている隣り合う半導体チップの間に配置されている。
【００１３】
少なくとも一実施形態によると、本発光ダイオードモジュールは、キャリア上面を有するキャリアと、複数のオプトエレクトロニクス半導体チップとを備えており、半導体チップは、キャリア上面に実装されており、一次放射を生成するように構成されている。半導体チップは、部分的に、互いに第１の距離に配置されており、部分的に、互いに、より大きい第２の距離に配置されている。互いに第１の距離に配置されている隣り合う半導体チップの間には、これらの半導体チップを光学的に結合するための放射透過性の第１の充填材が配置されている。互いに第２の距離に配置されている隣り合う半導体チップの間には、これらの半導体チップを光学的に絶縁するための放射不透過性の第２の充填材が配置されている。
【００１４】
これらの充填材によって、特定の半導体チップの間の意図的な光学的結合または意図的な光学的絶縁を達成することができる。このようにすることで、特に空間が節約される、半導体チップの高密度の配置を達成することができる。
【００１５】
互いに密集して隣接して配置されている複数の半導体チップを備えた発光ダイオードモジュールにおいては、半導体チップから横方向に出る光が、別の半導体チップの位置においてモジュールから放出される、または隣接する変換媒体の層を発光させるという問題が生じうる。この問題は、隣り合う半導体チップまたは半導体チップの隣り合うグループの光学的結合につながることがあり、このことは、特に、これらの半導体チップまたはグループを相互に独立して電気的に駆動できる場合、自動車の適応型ヘッドライトにおいて望ましくない。その一方で、半導体チップのより少ないサブグループを一緒に駆動して、これらの半導体チップ全体にわたり最大限に均一な放出を達成することが望ましいこともしばしばある。
【００１６】
このような光学的結合および光学的絶縁を達成するための１つの可能な方法は、放出方向において半導体チップの下流に機械的絞り（mechanical aperture）を挿入することである。しかしながら、この方法では、一般的に比較的大きい機械的構造につながり、絞りを通じて放出される放射の損失が生じる。さらには、光学的絶縁または光学的結合は、複雑な光学システムによって達成することができる。しかしながら、このことは一般的に大きな追加コストにつながる。
【００１７】
さらには、それぞれが光学的絶縁のための自身の枠を含む個々の発光ダイオードチップを使用することが可能である。しかしながら、このような発光ダイオードチップの場合、発光ダイオードチップの隣り合う発光領域の間に比較的大きな最小距離が要求され、自動車用の特にコンパクトな適応型ヘッドライトを構築することは困難である。さらに、このような発光ダイオードチップが使用されるとき、均一な発光を達成するためには、一般的に複雑な光学システムが要求される。
【００１８】
少なくとも一実施形態によると、一次放射を生成するように構成されている半導体チップのすべては、製造公差の範囲内で同じである。例えば、ただ１つのタイプの半導体チップが使用され、これらの半導体チップは、公称的に同じスペクトル領域において同じピーク波長にて放出する。この場合、さらなる半導体チップ、例えば、静電放電からの損傷に対する保護のためのダイオードやセンサーの存在は、必ずしも除外されない。
【００１９】
少なくとも一実施形態によると、本発光ダイオードモジュールは、１つまたは複数の変換媒体を備えている。この少なくとも１つの変換媒体は、一次放射を、部分的または完全に、特に、より長い波長の二次放射に変換するように構成されている。半導体チップのそれぞれに正確に１つの変換媒体を割り当てることが可能である。さらには、異なる二次放射が生成されるように異なる半導体チップに変換媒体を割り当てることが可能である。このようにすることで、半導体チップまたは半導体チップのグループを、相互に異なる放射スペクトルを生成するように構成することができる。
【００２０】
少なくとも一実施形態によると、複数の変換媒体または少なくとも１つの変換媒体は、１つまたは複数の半導体チップに少なくとも１種類の接着剤によって接合されている。接着剤は、シリコーンベースの接着剤を含んでいることが好ましい。接着剤は、言い換えればシリコーンとすることができる。接着剤は、一次放射に対して透明かつ透過性であることが好ましい。
【００２１】
少なくとも一実施形態によると、接着剤または接着剤の材料は、放射透過性の第１の充填材を部分的に、または完全に形成している。特に、接着剤と第１の充填材は一体構造である。この場合、接着剤は、第１の充填材とともに、複数の隣り合う半導体チップにわたり連続的に延在することができる。
【００２２】
少なくとも一実施形態によると、半導体チップは共通の平面に配置されている。この共通平面は、キャリア上面に平行な向きにあることが好ましい。言い換えれば、半導体チップのすべてと交差しており、特にキャリア上面に平行な平面が存在する。この点において、半導体チップの主放射面は、この平面に平行な向きにあることが好ましい。このことは、特に、半導体チップのエピタキシャルに形成される半導体積層体の成長方向それぞれが、この共通平面に垂直な向きにあることを意味する。
【００２３】
少なくとも一実施形態によると、半導体チップは、１つまたは複数の行に配置されている。行は、例えば、正確に２つの半導体チップ、正確に３つの半導体チップ、正確に４つの半導体チップ、正確に５つの半導体チップ、または６つ以上の半導体チップを備えている。１つの行の中には、半導体チップを直線状に配置することができる。さらに、１つの行の中の半導体チップは、互いに一定の距離にあることが好ましい。１つの行の中では、隣り合う半導体チップは、特に、それぞれ互いに第１の距離に位置することができる。
【００２４】
少なくとも一実施形態によると、本発光ダイオードモジュールは、複数の行を備えている。例えば、本発光ダイオードモジュールは、正確に２つの行、正確に３つの行、または４つ以上の行を備えている。隣り合う行を互いに第２の距離に配置することが可能である。
【００２５】
少なくとも一実施形態によると、放射透過性の第１の充填材は、それぞれ、１つの行の中の隣り合う半導体チップの間に配置されている。したがって、１つの行の中で、それぞれ隣り合う半導体チップを互いに光学的に結合することが可能である。このようにすることで、１つの行全体にわたり、特に均一な発光を達成することができる。均一な発光とは、キャリア上面に垂直な断面において見たとき、間隔、特に半値幅（Full Distance at Half Maximum）（略してＦＤＨＭ）が、隣り合う最大輝度の間の間隔の最大で５０％または最大で２５％であることを意味する。
【００２６】
少なくとも一実施形態によると、第２の充填材は、それぞれ、少なくとも２つの隣り合う行の間、またはすべての隣り合う行の間に配置されている。言い換えれば、少なくともいくつかの隣り合う行を互いに光学的に絶縁することが可能である。したがって、例えば、２つの隣り合う行を互いに光学的に絶縁し、別の２つの隣り合う行を第１の充填材によって互いに光学的に結合することが可能である。互いに光学的に結合される行は、互いに第１の距離に配置することができる。
【００２７】
少なくとも一実施形態によると、少なくとも１つの行、またはすべての行のそれぞれに、正確に１つの一体構造の変換媒体が割り当てられている。１つの行に割り当てられている変換媒体は、その行のすべての半導体チップにわたり延在していることが好ましい。さらに、この変換媒体は、その行には属していない半導体チップの上には延在していないことが好ましい。この場合、変換媒体は、平面視において見たとき、その行の中の隣り合う半導体チップの間の領域を覆っていることが好ましい。
【００２８】
少なくとも一実施形態によると、キャリアに１本または複数の溝が形成されている。少なくとも１本の溝は、少なくとも２つの隣り合う半導体チップの間に延びている。
【００２９】
少なくとも一実施形態によると、溝は、少なくとも、より大きな第２の距離に互いに配置されている隣り合う半導体チップの間に、またはこのような隣り合う半導体チップの間のみに、形成されている。同様に、互いに第１の距離に配置されている隣り合う半導体チップの間にも、またはこのような隣り合う半導体チップの間のみに、溝が配置されていることも可能である。溝それぞれは、キャリア上面の平面視において見たとき、隣り合う半導体チップの間に位置していない領域まで延びていることもできる。
【００３０】
少なくとも一実施形態によると、少なくとも１本の溝は、キャリア上面の平面視において見たとき、内側領域を超えて延びている。内側領域とは、平面視において見たとき、隣り合う半導体チップの間に位置する領域である。内側領域を超えて延びる溝の領域を、外側領域と称する。外側領域においては、溝は、例えば扇状に、または網目状に分岐している。これに代えて、またはこれに加えて、溝が、内側領域よりも外側領域において小さい平均幅を有することが可能である。
【００３１】
少なくとも一実施形態によると、外側領域における溝の体積は、この溝に隣接する半導体チップの主放射面の上に配置されている接着剤の体積の少なくとも５％または２０％または５０％または１００％の大きさである。言い換えれば、外側領域における溝の体積は、１つの半導体チップの上の接着剤の体積と同じオーダーの大きさであることが好ましい。これに代えて、またはこれに加えて、外側領域における溝の体積は、隣接する半導体チップの上の接着剤の体積の最大で５００％または最大で１５０％または最大で１００％または最大で７０％である。
【００３２】
少なくとも一実施形態によると、外側領域における溝は、キャリア上面の平面視において見たとき、半導体チップの少なくとも１つの辺の長さに一致する縁の長さ、または辺の長さの少なくとも２倍、５倍、１０倍、または３０倍に一致する縁の長さを有する。言い換えれば、溝の縁の長さは、半導体チップの辺の長さと比較して大きい。溝の縁に沿ってメニスカスが形成されるため、溝によって受け入れられる接着剤の割合の相当な割合が、溝の縁の長さまで辿る。
【００３３】
少なくとも一実施形態によると、半導体チップに隣接する、ひとまとまりとみなされるすべての溝、またはこれらの溝の外側領域のみは、半導体チップに塗布される接着剤の合計体積から、主放射面と変換媒体との間に残る接着剤の体積を差し引いた値と少なくとも同じである合計体積を有する。したがって、少なくとも１本の溝は、変換媒体を押し付けるときに主放射面から流れ落ちる接着剤の全量を受け入れるように構成されている。
【００３４】
少なくとも一実施形態によると、半導体チップに隣接する、ひとまとまりとみなされるすべての溝は、半導体チップの辺長と、第１の距離または第２の距離と、キャリア上面に垂直な方向における半導体チップの厚さと、係数との積に等しい体積と少なくとも同じ大きさである合計体積を有する。係数は、０．５または０．６５または０．７５である。
【００３５】
少なくとも一実施形態によると、接着剤の材料に対する溝の毛管作用は、間に溝が形成されている隣り合う半導体チップの毛管作用よりも大きい。溝の毛管作用は、隣り合う半導体チップの間の空間の毛管作用の、例えば少なくとも１．５倍または少なくとも２倍の大きさである。言い換えれば、溝は、隣り合う半導体チップの主放射面から流れ落ちる接着剤の材料が、隣り合う半導体チップの間に残らずに、より大きな毛管作用によって溝の中に引き込まれるように、幅、材料、および表面形状に関して形成されている。
【００３６】
少なくとも一実施形態によると、少なくとも１本の溝が間に配置されている隣り合う半導体チップの間の距離は、対応する溝の最大幅または平均幅よりも小さい。この場合、特に、溝の表面形状および表面の材料によって、溝のより大きな毛管作用が達成される。
【００３７】
少なくとも一実施形態によると、本発光ダイオードモジュールは、１枚または複数の挿入プレートを備えている。この少なくとも１枚の挿入プレートは、一次放射もしくは二次放射またはその両方に対して放射不透過性であることが好ましい。
【００３８】
少なくとも一実施形態によると、挿入プレートは、部分的または完全に第２の充填材を構成している。言い換えれば、挿入プレートは、少なくとも一部分が、隣り合う半導体チップの間に配置されている。挿入プレートは、キャリア上面の平面視において見たとき、例えば隣り合う行の間の内側領域の中に延在している。
【００３９】
少なくとも一実施形態によると、挿入プレートは、少なくとも内側領域において、最大で２００μｍまたは最大で１５０μｍの厚さを有する。挿入プレートは、キャリア上面から離れる方向に、変換媒体または接着剤または主放射面を超えて延在しないことが好ましい。挿入プレートは、セラミック材料またはプラスチック材料から形成されている、またはこのような材料からなることが好ましい。
【００４０】
少なくとも一実施形態によると、第１の距離は、少なくとも２０μｍまたは少なくとも４０μｍまたは少なくとも６０μｍである。これに代えて、またはこれに加えて、第１の距離は、最大で２５０μｍまたは最大で２００μｍまたは最大で１５０μｍである。さらには、これに代えて、またはこれに加えて、第２の距離は、少なくとも２００μｍまたは少なくとも２５０μｍである、および／または、最大で４００μｍまたは最大で３００μｍである。
【００４１】
少なくとも一実施形態によると、第１の充填材は、キャリア上面から離れる方向に、半導体チップの主放射面を超えて延在している。さらに、第１の充填材は、キャリア上面とは反対側の接着剤の上面を超えて延在することができる。第１の充填材は、変換媒体を超えて延在しないことが好ましい。
【００４２】
少なくとも一実施形態によると、互いに第２の距離に配置されている隣り合う半導体チップの間の内側領域は、一部分が、第１の充填材の材料によって満たされている。この内側領域においては、キャリア上面から離れる方向に、第１の充填材に続いて第２の充填材が配置されることが好ましい。この内側領域においては、第１の充填材と第２の充填材が互いに直接接触していることができる。
【００４３】
少なくとも一実施形態によると、半導体チップは、キャリア上面の上の、キャリアの少なくとも１つの金属化領域の上に実装されている（例えばはんだ付けされている）。金属化領域の厚さは、例えば、少なくとも５μｍまたは少なくとも１０μｍ、および／または、最大で７５μｍまたは最大で５０μｍである。
【００４４】
少なくとも一実施形態によると、金属化領域は、側方境界面を有する。金属化領域の少なくとも１つの側方境界面（キャリア上面に対してほぼ垂直な向きにあることができる）は、シャープエッジ状である（sharp-edged）ことが好ましく、粗面化することができる。側方境界面と、キャリア上面とは反対側の金属化領域の上面との間の角度は、鋭角であることが好ましい。シャープエッジ状とは、断面において見たとき、側方境界面に鋭利な凹凸が設けられていることを意味する。
【００４５】
少なくとも一実施形態によると、第２の充填材は、キャリア上面から離れる方向に、半導体チップ、接着剤、変換媒体のうちの少なくとも１つを超えて延在している。キャリア上面とは反対側の第２の充填材の上面は、平面形状、凹面形状、または凸面形状とすることができる。変換媒体は、平面視において見たとき、第１の充填材によって覆われていないのと同様に、第２の充填材によっても覆われていないことが好ましい。
【００４６】
少なくとも一実施形態によると、第２の充填材は、マトリックス材料を含んでいる。マトリックス材料は、透明かつ放射透過性であることが好ましい。マトリックス材料は、シリコーン、またはシリコーン／エポキシハイブリッド材料とすることができる。このマトリックス材料に粒子が埋め込まれることが好ましい。粒子は、一次放射もしくは二次放射またはその両方に対して反射作用または吸収作用のうちの少なくとも一方を有することができる。例えば、粒子は、すす粒子、二酸化チタン粒子、または金属薄片とすることができる。隣り合う半導体チップの間に第２の充填材による電気接続が形成されないことが好ましい。
【００４７】
少なくとも一実施形態によると、半導体チップ、または半導体チップの個々のグループを、相互に独立して電気的に駆動および動作させることができる。特に、互いに光学的に結合される半導体チップは、互いに電気的に接続されて１つのグループとなる。例えば、１つの行の中の半導体チップが直列に電気的に接続される。同様に、ある行のｎ番目の半導体チップを、例えば、別の行のｎ番目の半導体チップに並列または直列に電気的に接続して、１つのグループを形成することができる。ここでｎは、それぞれの行における、特定の方向におけるカウントインデックスである。
【００４８】
さらには、上述した実施形態の１つまたは複数に関連して説明した１つまたは複数の発光ダイオードモジュールを有する、自動車のヘッドライトが提供される。したがって、本発光ダイオードモジュールの特徴は、自動車の本ヘッドライトにもあてはまり、逆も同様である。
【００４９】
自動車の本ヘッドライトの発光ダイオードモジュールの下流に、好ましくは絞りの存在しない光学システムを配置することができる。
【００５０】
以下では、本発明の発光ダイオードモジュールについて、図面を参照しながら、例示的な実施形態を用いてさらに詳しく説明する。個々の図面において同じである要素は、同じ参照数字によって示してある。要素間の互いの関係は正しい縮尺では示しておらず、理解を助けるため個々の要素を誇張して大きく示してあることがある。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本明細書に記載されている発光ダイオードモジュールの例示的な実施形態の概略図を示している。
【図２】本明細書に記載されている発光ダイオードモジュールの例示的な実施形態の概略図を示している。
【図３】本明細書に記載されている発光ダイオードモジュールの例示的な実施形態の概略図を示している。
【図４】本明細書に記載されている発光ダイオードモジュールの例示的な実施形態の概略図を示している。
【図５】本明細書に記載されている発光ダイオードモジュールの例示的な実施形態の概略図を示している。
【図６】本明細書に記載されている発光ダイオードモジュールの例示的な実施形態の概略図を示している。
【図７】本明細書に記載されている発光ダイオードモジュールの例示的な実施形態の概略図を示している。
【図８】本明細書に記載されている発光ダイオードモジュールの例示的な実施形態の概略図を示している。
【図９】本明細書に記載されている発光ダイオードモジュールの例示的な実施形態の概略図を示している。
【図１０】本明細書に記載されている発光ダイオードモジュールの例示的な実施形態の概略図を示している。
【図１１】本明細書に記載されている発光ダイオードモジュールの例示的な実施形態の概略図を示している。
【図１２】本明細書に記載されている発光ダイオードモジュールの例示的な実施形態の概略図を示している。
【図１３】本明細書に記載されている発光ダイオードモジュールの例示的な実施形態の概略図を示している。
【図１４】本明細書に記載されている発光ダイオードモジュールの例示的な実施形態の概略図を示している。
【図１５】本明細書に記載されている発光ダイオードモジュールの例示的な実施形態の概略図を示している。
【図１６】本明細書に記載されている発光ダイオードモジュールの例示的な実施形態の概略図を示している。
【図１７】本明細書に記載されている発光ダイオードモジュールの例示的な実施形態の概略図を示している。
【図１８】本明細書に記載されている発光ダイオードモジュールの例示的な実施形態の概略図を示している。
【図１９】本明細書に記載されている発光ダイオードモジュールにおける半導体チップの電気的相互接続の概略図を示している。
【図２０】本明細書に記載されている発光ダイオードモジュールの例示的な実施形態の概略図を示している。
【発明を実施するための形態】
【００５２】
図１は、発光ダイオードモジュール１の例示的な実施形態の概略平面図である。発光ダイオードモジュール１は、キャリア上面２０を有するキャリア２を備えている。キャリア上面２０に、複数のオプトエレクトロニクス半導体チップ３が２つの直線状の行において互いに隣り合って実装されており、これらの半導体チップは発光ダイオードである。１つの行の中の半導体チップ３それぞれは、互いに第１の距離Ｄ１に配置されている。半導体チップ３の行は、第２の距離Ｄ２だけ隔てられている。第２の距離Ｄ２は第１の距離Ｄ１より大きい。
【００５３】
行に沿って、隣り合う半導体チップ３の各対の間に、第１の充填材４１（図１には斜線によって示してある）が配置されている。第１の充填材４１は、放射透過性であり、第１の充填材４１が間に配置されている隣り合う半導体チップ３を光学的に結合するように構成されている。
【００５４】
行の間、半導体チップ３の配置領域の周囲に、第２の充填材４２が配置されている。第２の充填材４２は、放射不透過性であり、２つの行を互いに光学的に絶縁するように構成されている。第２の充填材は、例えば反射性であり、観察者から白色に見える。
【００５５】
第２の充填材４２の周囲にオプションとして枠を配置することができるが、このことは図１には示していない。図を簡潔にするため、図１にはキャリア２の電気導体トラックも示していない。キャリア上面２０は、少なくとも、半導体チップ３が実装されている領域においては、平面状であることが好ましい。図とは異なり、キャリア２の上に３つ以上の行を実装する、またはただ１つの行を実装することも可能であり、行の中には、光学的に絶縁された２つのサブセクションが互いに第２の距離Ｄ２に配置されている一方で、サブセクションの中では第１の距離Ｄ１および光学的結合が使用される。
【００５６】
以下の図２〜図１４においては、図を簡潔にするため、充填材４１，４２を示していない、または一部のみを示してある。しかしながら、図２〜図１４による例示的な実施形態においても、これらの充填材４１，４２が存在する。
【００５７】
図２の断面図による例示的な実施形態においては、キャリア上面２０の上の金属化領域８の上に半導体チップ３がそれぞれ実装されている。キャリア２とは反対側の半導体チップ３の主放射面３０それぞれには、変換媒体６が配置されている。変換媒体６は、主放射面３０に接着剤５によって貼り付けられている。動作時に半導体チップ３において生成される放射の一部が、変換媒体６によって異なる波長の放射に変換される。
【００５８】
変換媒体６は、半導体チップ３とは個別に作製される事前製造媒体（premanufactured body）を備えていることが好ましい。特に、変換媒体６は、機械的に自己を支持し、ピックアンドプレイス機械を使用して扱うことができる。変換媒体６は、固体として半導体チップ３に貼り付けられることが好ましい。変換媒体６を貼り付けるとき、接着剤５は液体コンシステンシー（liquid consistency）を有する。変換媒体６を貼り付けた後、接着剤５が硬化する。
【００５９】
図２は、隣り合う半導体チップ３の間にキャリア２に溝７が形成されていることを示している。溝７の幅Ｂは、半導体チップ３の間の距離よりも小さい。図２による半導体チップ３の間のこの距離は、第１の距離または第２の距離とすることができる。金属化領域８は、溝７には達していない。
【００６０】
溝７の幅Ｂは、溝７の深さより小さいことが好ましい。例えば、キャリア上面２０における幅Ｂは、少なくとも３０μｍまたは少なくとも５０μｍまたは少なくとも８０μｍである。これに代えて、またはこれに加えて、幅Ｂは、最大で２００μｍまたは最大で１５０μｍまたは最大で１２０μｍである。図とは異なり、溝７は、断面において見たとき、長方形ではなくＶ字形状またはＵ字形状とすることもできる。溝７は、例えば、エッチングによって、スクライビングによって、またはレーザアブレーションによって、形成することができる。図２に関連して記載した溝７の特性は、他の例示的な実施形態すべてにも適用することができる。
【００６１】
図３は、金属化領域８が、図２とは異なり横方向に半導体チップ３を超えて延在していないことを示している。図３による例示的な実施形態においても、溝７は半導体チップ３の間の距離より狭い。
【００６２】
図４によると、溝７の幅Ｂは、半導体チップ３の間の距離よりも大きい。金属化領域８（多層構造とすることもできる）は溝７まで延在している。
【００６３】
図５によると、金属化領域８および半導体チップ３の両方が部分的に溝７を覆っている。金属化領域８は、キャリア上面２０に平行な方向において、半導体チップ３と端部が揃っていることができる。
【００６４】
溝７は、変換媒体６を貼り付けるときに主放射面３０から流れ落ちる余分な接着剤材料５を、比較的強い毛管作用の結果として受け入れるように構成されている。これにより、余分な接着剤材料が、半導体チップ３の間、特に、第２の距離Ｄ２によって定義される半導体チップ３の間の中間領域に、余分な量の形で蓄積することを防止することが可能になる。余分な接着剤材料が毛管作用によって完全に、またはほぼ完全に溝７に流れ込むことが可能である。
【００６５】
図６は、発光ダイオードモジュール１の平面図を示している。平面視において見たとき、溝７は、半導体チップ３の間に位置している内側領域７１を超えて延びている。言い換えれば、溝７それぞれは、平面視において見たとき、内側領域７１に加えて２つの外側領域７２を有する。溝７の体積（溝７の外側領域７２それぞれにおける体積、または溝７の２つの外側領域７２を合わせたときの体積）は、隣接する半導体チップ３の主放射面の上の接着剤５の体積と同じオーダーの大きさであることが好ましい。
【００６６】
図７によると、外側領域７２は、内側領域７１から扇の形に広がっている複数の部分溝として形成されている。外側領域７２におけるこれらの部分溝は、より小さい平均幅を有し、したがって、特に接着剤の材料に対する増大した毛管作用を有する。
【００６７】
図８による例示的な実施形態においては、溝は、格子状、網目状、または枠状である。図８の図とは異なり、半導体チップ３の行の縦方向にも溝７が半導体チップ３を超えて延びることが可能である。行の縦方向に垂直な方向には、溝７は、図６に示した構造に類似する構造を有する。
【００６８】
図９による例示的な実施形態においては（図９Ａの概略断面図、図９Ｂの部分図、図９Ｃの平面図を参照）、金属化領域８が側方境界面８０を有する。側方境界面８０は、キャリア上面２０にほぼ垂直な向きにある。
【００６９】
側方境界面８０は粗面化されており、シャープエッジ状の尖りを有する。これにより、接着剤５の材料に対する境界面８０における毛管作用および濡れ性が増大する。キャリア上面２０とは反対側の金属化領域８の上面と、境界面８０との間の角度は、鋭角である（図９Ｂを参照）。
【００７０】
金属化領域８は、行の縦方向よりも行の縦方向に垂直な方向に、より長く半導体チップ３を超えて延在することができる（図９Ｃを参照）。図９Ｃにおいて、半導体チップ３の行の縦方向は、左から右に延びている。金属化領域８の厚さは、例えば数十マイクロメートルのオーダーである。
【００７１】
図９による例示的な実施形態においては、オプションとして、粗面化された境界面８０に加えて、溝７も形成されている。溝７の側壁も粗面化することができる。溝７が存在しない場合、境界面８０の領域は、接着剤５の余分な材料を十分に収容する大きさであることが好ましい。
【００７２】
図１０によると、発光ダイオードモジュール１は、挿入プレート９を備えている。挿入プレート９は、半導体チップ３の間の内側領域７１の中に延在している。図１０によると、キャリア上面２０に垂直な方向における、挿入プレート９の厚さは、半導体チップ３の厚さより小さい。
【００７３】
挿入プレート９は、放射不透過性の第２の充填材４２の一部を構成している。挿入プレート９は、例えば、白色の反射性セラミックから形成されている。図とは異なり、挿入プレート９を、金属化領域８に接触させ、金属化領域８の上に載せることが可能である。挿入プレート９が中に埋め込まれていることが好ましい、第２の充填材４２のさらなるコンポーネントは、図１０には示していない。
【００７４】
キャリア上面２０に平行な方向における、挿入プレート９と半導体チップ３との間の距離は、それぞれ、好ましくは数マイクロメートルのオーダー、例えば少なくとも１μｍまたは少なくとも２μｍまたは少なくとも５μｍ、および／または、好ましくは最大で５０μｍまたは最大で３０μｍまたは最大で１５μｍである。
【００７５】
図１１は、半導体チップ３の配置領域の外側、かつ内側領域７１の外側において、挿入プレート９が、周縁壁（raised peripheral rim）を有することを示している。この周縁壁は、キャリア上面２０から離れる方向に、変換媒体６を超えて延在することができる。特に、内側領域７１において、挿入プレート９は、キャリア上面２０から離れる方向において接着剤４の高さまで延在している。
【００７６】
図１２による概略平面図においては、挿入プレート９それぞれが、半導体チップ３のそれぞれを囲んでいる。図１３による例示的な実施形態においては、挿入プレート９は、半導体チップ３の周囲を完全に囲む枠を形成している、または、図に示したものとは異なり、それぞれが半導体チップ３の行の周囲を囲む枠を形成している。
【００７７】
光学的に結合されており、互いにより小さい第１の距離Ｄ１に配置されている隣り合う半導体チップの間の内側領域７１には、挿入プレートが配置されていないことが好ましい。
【００７８】
図１４による発光ダイオードモジュール１の例示的な実施形態の平面図においては、半導体チップ３が２つの行に配置されている。１つの行の半導体チップ３それぞれは、一体構造の変換媒体６によってまとめて覆われている。
【００７９】
図１５〜図１８には、それぞれ充填材４１，４２を断面図としてさらに詳しく示してある。これらの図面に関連して示した充填材は、他のすべての例示的な実施形態においても同様に使用することができる。
【００８０】
図１５は、距離Ｄ１に配置されている半導体チップ３の間の第１の充填材４１を示している。この第１の充填材４１は、接着剤５と一体に形成されており、同じ材料から作製されている。第１の充填材４１は、キャリア上面２０から離れる方向に、変換媒体６の高さまで延在している。第１の充填材４１は、内側領域７１において凹面状に成形されている。
【００８１】
図１６においては、より大きな距離Ｄ２に配置されている半導体チップ３の間の内側領域７１は、一部分が第１の充填材４１によって満たされている。第１の充填材４１の最小高さは、キャリア上面２０から離れる方向において、最大で半導体チップ３の高さの半分まで達していることが好ましい。第１の充填材４１の上には、凹面状に成形された第２の充填材４２が直接配置されている。
【００８２】
図１７によると、第２の充填材４２は、複数コンポーネント形式である。例えば、第１のコンポーネント４２ａは反射性であり、第２のコンポーネント４２ｂは吸収性、特に黒色である。図１７によると、第２の充填材は凸面状であり、キャリア上面２０とは反対側の変換媒体６の面を超えて延在している。
【００８３】
図１８による例示的な実施形態においては、第２の充填材４２は、内側領域７１において凹面状である。図１８とは異なり、第２の充填材４２が平坦な上面（この場合にはキャリア上面２０に実質的に平行な向きにある）、または凸面状の上面を有することもできる。このことは、第１の充填材についてもそれぞれあてはまる。
【００８４】
図１９は、発光ダイオードモジュール１の例示的な実施形態における半導体チップ３のさまざまな相互接続オプションを示している。半導体チップ３、接点８２、および電気導体トラック８３は、それぞれ概略的にのみ示してある。図１９Ａ〜図１９Ｄおよび図１９Ｆによると、半導体チップ３はそれぞれ個々に電気的に駆動可能である。図１９Ｅによると、１つの行の中の半導体チップ３は、直列に電気的に接続されている。図１９Ｆはマトリクス回路を示しており、列における接点８２ｒと行における接点８２ｌは、大幅に単純化して示してある。
【００８５】
図２０は、発光ダイオードモジュール１２０の２つの例示的な実施形態からの、半導体チップ３の行に沿った方向ｘにおける、最大輝度Ｌ０に正規化された輝度Ｌを示している（キャリア上面２０に垂直な断面において見たとき）。この場合、行全体にわたり発光パターンが均一であり、このことは他のすべての例示的な実施形態においても好ましい。均一とは、例えば、２つの隣り合う半導体チップ３の間の輝度ＬのＦＤＨＭ間隔が、隣り合う最大輝度の間の間隔Ｖの２倍、または間隔Ｖの１／４、または間隔Ｖの１／８を超えないことを意味する。同様に、ＦＤＨＭ間隔は、図２０の左半分に示したように、０に等しくてもよい。２つの隣り合う最大輝度の間の最小輝度Ｌは、最大値における輝度Ｌの少なくとも２０％または少なくとも４０％または少なくとも５０％または少なくとも６０％であることが可能である。
【００８６】
ここまで、本発明について例示的な実施形態を参照しながら説明してきたが、本発明はこれらの例示的な実施形態に限定されない。本発明は、任意の新規の特徴および特徴の任意の組合せを包含しており、特に、請求項における特徴の任意の組合せを含んでいる。これらの特徴または特徴の組合せは、それ自体が請求項あるいは例示的な実施形態に明示的に記載されていない場合であっても、本発明に含まれる。
【００８７】
関連出願
本特許出願は、独国特許出願第１０２０１２１０５６７７．３号の優先権を主張し、この文書の開示内容は参照によって本明細書に含まれる。
【図１】
0005882534.tif 000002
【図２】
0005882534.tif 000003
【図３】
0005882534.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
0005882534.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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