(57)【要約】  光学装置（４）を有する照明装置であって、前記光学装置は、ビーム出射面（４１）と、ビームを形成するための光電構成素子（２）とを備え、反射器状に成形されたエレメントが形成される照明装置が開示される。この反射器状に成形されたエレメント（３）は、その形状と配置の点で、構成素子（２）で形成されたビーム（７０）をビーム出射面（４１）によって偏向し、当該ビーム（７０）に対して所期のように吸光性に構成されている。有利にはこの照明装置は、液晶表示器（ＬＣＤ）のような表示装置の均質なバックグラウンド照明のために設けられる。
2009545864.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学装置（４）を有する照明装置であって、前記光学装置は、ビーム出射面（４１）と、ビームを形成するための光電構成素子（２）とを備え、
反射器状に成形されたエレメント（３）が設けられており、
該エレメントの形状と配置は、光電構成素子で形成されたビームがビーム出射面により偏向されるように構成されており、
前記反射器状に成形されたエレメントは、光電構成素子で形成されたビームに対して、所期のように吸光性であるように構成されている、ことを特徴とする照明装置。
【請求項２】
請求項１記載の照明装置であって、
前記ビーム出射面（４１）は、凹面状に湾曲した部分領域（４２）と、該凹面状に湾曲した部分領域を少なくとも部分的に取り囲む凸面状に湾曲した部分領域（４２）とを有する照明装置。
【請求項３】
請求項２記載の照明装置であって、
光学装置（４）は光軸（４０）を有し、
該光軸（４０）は、前記ビーム出射面（４１）の凹面状に湾曲した部分領域（４２）を通って延在する照明装置。
【請求項４】
請求項３記載の照明装置であって、
前記ビーム出射面（４１）は、前記光軸（４０）に対して回転対称に構成されている照明装置。
【請求項５】
請求項１から４までのいずれか一項記載の照明装置であって、
前記光学装置（４）は前記光電構成素子（２）に固定されている照明装置。
【請求項６】
請求項１から５までのいずれか一項記載の照明装置であって、
前記光電構成素子（２）は、ビーム形成のための半導体チップ（５）を少なくとも１つ有する照明装置。
【請求項７】
請求項６記載の照明装置であって、
前記半導体チップ（５）は、薄膜半導体チップとして構成されている照明装置。
【請求項８】
請求項７記載の照明装置であって、
前記半導体チップ（５）の表面は、主ビーム出射面（５２）、側面、すなわち副ビーム出射面（５３）を形成する照明装置。
【請求項９】
請求項４を引用する請求項６から８までのいずれか一項記載の照明装置であって、
前記光軸（４０）は前記半導体チップ（５）を通って延在する照明装置。
【請求項１０】
請求項６から９までのいずれか一項記載の照明装置であって、
ビーム出射面（４１）と半導体チップ（５）との間の最小間隔は、５ ｍｍ以下である照明装置。
【請求項１１】
請求項６から１０までのいずれか一項記載の照明装置であって、
前記光学装置（４）は、照明装置に設定された照射特性を整形するように構成されており、
前記半導体チップ（５）から出力結合されたビームが、照明装置内での反射後にビーム出射面（４１）に当たることが少なくとも部分的に抑圧される照明装置。
【請求項１２】
ビーム形成のために設けられた少なくとも１つの半導体チップ（５）を備える光電構成素子を有する照明装置であって、
前記半導体チップ（５）は薄膜半導体チップとして構成されており、主ビーム出射面として構成された表面（５２）と、副ビーム出射面を形成する側面（５３）とを有し、
反射器状に成形されたエレメント（３）が設けられており、
該エレメントの形状と配置は、副ビーム出射面から出射するビームの少なくとも一部を偏向するように構成されており、
前記反射器状に成形されたエレメントは、半導体チップから放射されるビームに対して、所期のように吸光性であるように構成されている照明装置。
【請求項１３】
請求項１から１２までのいずれか一項記載の照明装置であって、
前記反射器状に成形されたエレメント（３）は少なくとも部分的に、前記光電構成素子（２）で形成されたビームを吸光する材料または吸光性の材料合成物から作製され、
または少なくとも部分的に、前記光電構成素子で形成されたビームを吸光する材料または吸光性の材料合成物が設けられている照明装置。
【請求項１４】
請求項１から１３までのいずれか一項記載の照明装置であって、
前記反射器状に成形されたエレメント（３）は少なくとも部分的に、黒い材料または黒い材料合成物から作製され、
または少なくとも部分的に、黒い材料または黒い材料合成物が設けられている照明装置。
【請求項１５】
請求項１から１４までのいずれか一項記載の照明装置であって、
吸光性の構成された、反射器状に成形されたエレメント（３）の反射率は、前記光電構成素子で形成されたビームに対して３０％以下である照明装置。
【請求項１６】
請求項７から１５までのいずれか一項記載の照明装置であって、
前記半導体チップ（５）は、半導体ボディ（５４）と支持体を有し、
前記半導体ボディは、ビーム形成のために設けられたアクティブな領域（５１）を備える半導体層列を有し、
前記半導体ボディは支持体の上に配置されており、
該支持体は半導体層列の成長基板とは別である照明装置。
【請求項１７】
請求項１６記載の照明装置であって、
半導体ボディ（５４）と支持体（５５）との間にはミラー層（５６）が配置されている照明装置。
【請求項１８】
請求項１７記載の照明装置であって、
前記ミラー層（５６）は金属を含有するか、または金属製である照明装置。
【請求項１９】
請求項１から１８までのいずれか一項記載の照明装置であって、
前記光電構成素子（２）は、反射器状に成形されたエレメント３を含む照明装置。
【請求項２０】
請求項６から１９までのいずれか一項記載の照明装置であって、
前記光電構成素子は、ハウジング体（２０）と外部電気接続導体（２０５）とを有し、
前記ハウジング体は反射器状に成形されたエレメント（３）を含み、半導体チップは前記接続導体に固定されている照明装置。
【請求項２１】
請求項２０記載の照明装置であって、
前記反射器状に成形されたエレメント（３）は、前記ケーシング体（２０）の空洞部（２４０）の壁（２４５）によって形成されている照明装置。
【請求項２２】
請求項２１記載の照明装置であって、
前記半導体チップ（５）は、前記ケーシング体（２０）の空洞部（２４０）に配置されている照明装置。
【請求項２３】
請求項２０から２２までのいずれか一項記載の照明装置であって、
前記ハウジング体（２０）はセラミックを含む照明装置。
【請求項２４】
請求項２３記載の照明装置であって、
前記ハウジング体（２０）は黒いセラミックから作製されるか、またはハウジング体は黒化されている照明装置。
【請求項２５】
請求項２０から２２までのいずれか一項記載の照明装置であって、
前記ハウジング体（２０）はセラミック材料を含む照明装置。
【請求項２６】
請求項２５記載の照明装置であって、
前記ハウジング体（２０）は黒いセラミックから作製されるか、またはハウジング体は黒化されている照明装置。
【請求項２７】
請求項１から２６までのいずれか一項記載の照明装置であって、
ＬＣＤである表示装置のバックグラウンド照明のために設けられている照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ビーム源として光電構成素子を備えた照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
本願は、ドイツ連邦共和国特許出願第１０ ２００６ ０３５ ６３５．７号の優先権を主張するものであり、その開示内容は参照により本願に取り入れられる。
【０００３】
表示装置のバックグランド照明のために設けられたＬＥＤのような照明装置では、表示装置の照明が十分に均質に行われないという問題がしばしばある。例えば部分領域がとくに強く照明されると、表示装置の観察が妨げられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】ドイツ連邦共和国特許出願第１０ ２００６ ０３５ ６３５．７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、照射されるビームを簡単かつ確実に所定の照射特性にしたがい整形することのできる照明装置を提供することである。この課題は、本発明により請求項１記載の特徴を備えた照明装置によって解決される。本発明の有利な実施形態および発展形態は従属請求項に記載されている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の実施形態で本発明の照明装置は、ビーム出射面を備える光学装置と、ビームを形成するための光電構成素子を有する。ここでは反射器状に成形されたエレメントが設けられており、その形状と配置は、構成素子で形成されたビームがビーム出射面により偏向されるように構成されており、このエレメントは光電構成素子で形成されたビームに対して、所期のように吸光性であるように構成されている。
【０００７】
照明装置の動作時には、ビーム出射面を通ってビームの大部分が出射する。このビームは光電構成素子で形成され、照明装置内での反射なしで、とりわけ反射器状に成形されたエレメントでの反射なしで光学装置に入射する。これに対して反射器状に成形されたエレメントでの反射後にビーム出射面を通って出射することとなるビームは大部分が吸光される。なぜなら反射器状に成形されたエレメントは、光電構成素子で形成されたビームに対して所期のように吸光性に構成されているからである。これにより有利には、照明装置での１回または複数回の反射後に、コントロールするのが困難な角度の下でビーム出射面から出射するビーム成分を低減することができる。このようにして、ビーム出射面から出射するビーム全体を所定の照射特性にしたがい整形することが簡単に達成される。
【０００８】
有利には光学装置は、光電構成素子とは別個のコンポーネントとして構成されている。
【０００９】
有利な構成で光電構成素子は、ビーム形成に適する半導体チップを少なくとも１つ有する。この半導体チップは、光学装置に向いた表面と、側面を有する。半導体チップで形成されたビームはこれらの面を通って出射することができる。
【００１０】
有利には反射器状に成形されたエレメントは次のように構成され、半導体チップに対して配置されている。すなわち半導体チップの側面から出射するビームは大部分が反射器状に成形されたエレメントに当たり、これにより所期のように吸光されるように構成され、配置されている。これにより、半導体チップから出力結合されたビームが直接ではなく、照明装置内での１回または複数回の反射後に初めてビーム出射面に当たることが回避される。光学装置は、もっぱら半導体チップの表面を通って出射するビームを使用する。
【００１１】
表面から出射するこのビームは、ビーム出射面に当たる前には反射されず、光学装置により簡単に所定の照射特性にしたがい整形することができる。
【００１２】
光学装置のビーム出射面から出射する全体ビーム出力は、光電構成素子により形成されるビーム出力のうち、所期のように吸光性に構成され、反射器状に成形されたエレメントにより吸光される分だけ低減する。このことはとりわけ、半導体チップの側面から出射するビームに当てはまる。しかしこのビーム成分は、吸光されずに光学装置に偏向されてしまうと、所定の照射特性に従い整形するのが非常に困難である。このことはとりわけ、光学装置が、通常は小さな面積の表面から出射するビームを整形するように構成され、適切に配置されている場合に当てはまる。この種の光学装置にとって、反射して出射するビームは不所望の散乱ビーム成分となる。この散乱ビーム成分は、反射器状に成形されたエレメントを所期のように吸光性に構成することによって緩和することができる。照明装置から出射する、有利には可視スペクトル領域にあるビームはこれにより簡単に、照明装置に設定された照射特性にしたがい整形することができる。
【００１３】
別の有利な構成によれば、半導体チップは薄膜半導体チップとして構成されており、半導体チップの光学装置に向いた側の表面は主ビーム出射面として構成されており、側面は副ビーム出射面を形成する。ここで主ビーム出射面から出射するビーム出力は、副ビーム出射面から出射するビーム出力よりも大きい。有利には、副ビーム出射面から出射するビーム出力の和は、主ビーム出射面から出射するビーム出力よりも小さい。
【００１４】
第２の実施形態で本発明の照明装置は、ビーム形成のために設けられた少なくとも１つの半導体チップを備える光電構成素子を有する。この半導体チップは薄膜半導体チップとして構成されており、主ビーム出射面として構成された表面と、副ビーム出射面を形成する側面を有する。ここでは反射器状に成形されたエレメントが設けられており、その形状と配置は、副ビーム出射面から出射するビームの少なくとも一部を偏向するように構成されており、このエレメントは半導体チップから放射されるビームに対して、所期のように吸光性であるように構成されている。
【００１５】
このように構成された照明装置は、薄膜半導体チップにより形成されたビームを使用する。このビームは有利には主ビーム出射面から出射する。これに対して、側面から出射するビームは、所期のように吸光性に構成され、反射器状に成形されたエレメントによってもっぱら吸光される。
【００１６】
これにより、後続の別個の光学系から出射するビームは正確に規定された面、すなわち薄膜半導体チップの主ビーム出射面から放射され、所定の照射特性にしたがい簡単に整形することができる。
【００１７】
有利な構成で照明装置は、ビーム出射面を備える光学装置を有する。このビーム出射面を通って薄膜半導体チップにより形成されたビームは照明装置から出射することができる。
【００１８】
薄膜半導体チップは、支持体と、半導体層列を備える半導体ボディとを有する。この半導体ボディは支持体の上に配置されている。従来の半導体チップとは異なり、薄膜半導体チップでは支持体が、半導体層列が例えばエピタキシャルに析出される成長基板とは異なっている。成長基板は領域的にまたは完全に除去するか、または薄くすることができる。これは、例えば機械的または化学的に行うことができる。支持体は、半導体ボディの機械的安定化のために用いられる。このために成長基板はもはや必要ない。
【００１９】
有利には支持体は、成長基板とは異なり、結晶純度に関して厳しい要求を満たす必要がなく、他の基準、例えば機械的安定性、光学的、熱的または電気的特性を鑑みて選択することができる。
【００２０】
有利な実施形態では、半導体ボディにミラー層が配置される。このミラー層は有利には、支持体と半導体ボディとの間に配置される。このミラー層はさらに有利には、金属または金属合金を含有するか、または金属で構成されている。例えばミラー層はＡｕ、Ａｌ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｒｈ、またはＰｔを含有するか、これらの金属材料の少なくとも１つを備える合金を含有する。例えばＡｕは、赤色および赤外線スペクトル領域での高い反射性を特徴とし、ＡｇまたはＡｌは、青色または紫外線スペクトル領域で高い反射性を示す。
【００２１】
アクティブ領域で形成され、支持体の方向に伝播するビームはミラー層で反射され、支持体とは反対の側で主ビーム出射面を形成する半導体チップの表面から放射される。これにより有利には、主ビーム出射面を通って出力結合されるビーム成分が増大する。さらにミラー層は、支持体材料によるビームの吸光を防止することができる。このことは、支持体材料選択の際の自由度をさらに向上させる。
【００２２】
薄膜半導体チップでは、側方の副ビーム出射面から出射するビーム出力が低減され、主ビーム出射面から出射するビーム出力が増大する。照明装置は、有利には半導体チップの表面から出射するビームだけを使用し、側面から出射したビームは所期のように吸光性に構成され、反射器状に成形されたエレメントによりほとんどが吸光されるから、ビーム源としての薄膜半導体チップにより照明装置から照射されるビーム出力が増大する。したがい薄膜半導体チップはビーム源としてとくに適する。
【００２３】
反射器状に成形されたエレメントとして、照明装置または光電構成素子に組み込まれたエレメントが考えられる。光電構成素子またはその半導体チップ、および／または光学装置に対するこのエレメントの形状および配置は、光電構成素子から放射され、このエレメントに当たるビームを少なくとも部分的に直接または間接的にビーム出射面によって偏向するのに適するよう構成される。この反射器状に成形されたエレメントの形状は、所期のような吸光性の構成を省略する場合、光電構成素子で形成されたビームの少なくとも一部がこのエレメントによってビーム出射面を通るように偏向され、とりわけ複数回偏向されるならば、さらに自由に選択することができる。例えば反射器状に成形されたエレメントは、平坦面または湾曲面を有することができる。
【００２４】
反射器状に成形されたエレメントは、このエレメントの反射率が光電構成素子で形成されたビームに対して４９％以下である場合、とりわけ３０％以下である場合、有利には１５％以下である場合、とくに有利には５％以下である場合に所期のように吸光性であると見なされる。反射器状に成形されたエレメントの反射率に対してさらに小さい値も有利である。なぜなら反射器状に成形されたエレメントで反射されるビームの成分が減少するからである。ビームは相応の程度に吸光される。典型的には吸光性に構成され、反射器状に成形されたエレメントは、光電構成素子により形成されたビームがこのエレメントを透過しないように構成される。所期のように吸光性に構成され、反射器状に成形されたエレメントの吸光度Ａと反射率Ｒは、式Ａ＝１−Ｒにより相互に結合される。
【００２５】
明確に反射器として構成されていても、残余吸光性を回避できないか、または大きなコストを掛けないと回避できないエレメントは、上記の意味で所期のように吸光性に構成されていると見なすことはできない。このことは指向性のある反射性エレメントにも、拡散反射性エレメントにも関連する。前者は金属エレメントまたは金属表面を有するエレメントであり、後者は例えば白色プラスチック成形品である。後者は典型的には光電構成素子に対するケ―シング体、例えば発光ダイオードに使用される。
【００２６】
有利な構成で反射器状に成形されたエレメントは、完全にまたは少なくとも部分的に、光電構成素子により形成されたビームを吸光する材料または吸光性の材料合成物から作製される。または完全にまたは少なくとも部分的に、光電構成素子により形成されたビームを吸光する材料または吸光性の材料合成物が、例えば被覆、プリント、またはスタンプにより設けられている。
【００２７】
とくに有利な構成では、反射器状に成形されたエレメントは完全にまたは部分的に、黒い材料、暗灰色の材料、または黒化された材料、また黒い材料合成物、暗灰色の材料合成物、または黒化された材料合成物から作製される。択一的にまたは補充的に、反射器状に成形されたエレメントに、黒い材料または暗灰色材料、または黒い材料合成物、または暗灰色の材料合成物を設けることができ、例えば被覆することができる。とりわけこのエレメントは完全にまたは部分的にプラスチックから作製することができる。このプラスチックは、染料、煤状粒子、または煤様粒子によって黒化されている。可視スペクトル領域では、材料または材料合成物がこのスペクトル領域にわたって均等に、十分に強く吸光性に構成されており、黒として知覚される場合には黒として解釈される。黒化された材料とは、灰色または暗灰色として知覚される材料であると理解されたい。
【００２８】
別の有利な構成によれば、光電構成素子はケーシング体を有し、このケーシング体は有利には反射器状に成形されたエレメントを含む。とりわけ光電構成素子は有利には外部接続線路を有し、この外部接続線路上に半導体チップが固定され、電気的に接触接続されている。典型的には半導体チップは、第２の外部接続線路と導電接続されている。
【００２９】
とりわけ電気接続部材は、ケーシング体とともに成形にすることができる。光電構成素子はいわゆるプレモールド・ケーシング体に組み込むことができ、このプレモールド・ケーシング体ではケーシング体が予製作されている。半導体チップはこの構成では、ケーシング体によりすでに成形された電気接続導体に取り付けることができる。外部接続導体は導体フレームによって形成することができる。この外部接続導体により、半導体チップを外部と電気的に接触接続することができ、端子支持体、例えば導体路基板と導電接続することができる。有利には電気接続ははんだによって、とりわけＰｂフリーはんだによって行われる。
【００３０】
有利な構成で、光電構成素子は熱接続部材を有する。この熱接続部材は、光電構成素子の熱的接触接続に用いられる。この熱接続部材は有利には電気接続導体に加えて形成されている。有利にはこの熱接続部材を外部のヒートシンクと伝熱接続することにより、光電構成素子の動作中に形成された熱を、電気接続に依存せずに十分に廃熱することができる。
【００３１】
別の有利な構成では、反射器状に成形されたエレメントは、ケーシング体の空洞部の壁によって形成される。とくに有利には半導体チップは空洞部に配置される。この種の配置構成によって半導体チップを簡単に外部の機械的影響から保護することができる。とりわけ反射器状に成形されたエレメントを吸光性に構成することによって、半導体チップから出力結合され、反射によってのみビーム出射面へ当たることとなるビームの大部分を十分に吸光することができる。ビームが照明装置内で単純反射および多重反射し、この散乱ビームが照明装置から、コントロールするのが困難な角度の下で後で出射することが、これにより有利に緩和される。
【００３２】
別の有利な構成では、ケーシング体はセラミックまたはプラスチックを含有するか、または部分的にまたは完全にセラミックまたはプラスチックから作製される。セラミックは通例、良好な熱伝導性を特徴とする。したがって光電構成素子の動作中に形成された熱を効率的に廃熱することができる。プラスチックベースのケーシング体はとくに安価に作製される。
【００３３】
別の有利な構成で、ケーシング体はとりわけ反射器状に成形されたエレメントであり、完全にまたは部分的に、光電構成素子で形成されたビームを所期のように吸光する材料から作製される。択一的にまたは補充的に、ケーシング体、とりわけ反射器状に成形されたエレメントを形成するケーシング体の空洞部の壁を、完全にまたは部分的に、黒く、または黒化して、または適切に被覆することができる。例えば煤状粒子または煤様粒子または色素を、プラスチックを黒くまたは暗灰色に着色するために使用することができる。
【００３４】
別の有利な構成では、半導体チップが、この半導体チップで形成されたビームに対して透明である保護体に埋め込まれている。この保護体は半導体チップを、とりわけ完全に覆う。半導体チップの電気接触接続部、例えばボンディングワイヤもこの保護体により覆うことができる。この保護体は有利には十分に強固に構成されており、チップおよび場合によりボンディングワイヤを外部の有害な影響、例えば機械的負荷から保護することができる。例えば保護体は、化学反応樹脂、シリコーン樹脂、またはシリコーンを含有することができる。
【００３５】
別の有利な構成では、保護体と光学装置との間に中間層が形成されており、この中間層はとくに有利には光学装置および保護体に直接当接している。有利にはこの中間層は、保護体と光学装置との間の屈折率適合層として用いられる。
有利な構成では光学装置が光軸を有し、この光軸は有利には半導体チップ、とりわけ半導体チップの中心を通り、半導体チップの横方向に延在する横断面の重心を通る。
【００３６】
別の有利な実施形態によれば、光学装置はビーム入射面を有し、このビーム入射面は光電構成素子に向いている。有利にはビーム入射面は、ビームの出力結合に用いられる半導体チップの表面に向いている。半導体チップとビーム入射面との間の最小間隔は有利には３ ｍｍ以下であり、とりわけ有利には１ ｍｍ以下、例えば０．６ ｍｍである。
【００３７】
光学装置のビーム出射面と半導体チップの表面との間の最小間隔は５ ｍｍ以下であり、有利には３ ｍｍ以下、例えば２ ｍｍである。散乱ビームの減少によって、光学装置と半導体チップとの間隔が非常に小さくても光学装置により確実にビーム整形することができる。したがって照明装置をとくにコンパクトに製作することができる。
【００３８】
有利な構成では、ビーム出射面は光軸に対して回転対称に構成されている。このことにより、光軸に対して実質的に回転対称である照射特性が達成される。ビーム整形には用いられず、例えば光学装置を光電構成素子に取り付けるために設けられた光学装置の部分は、光軸に対して回転対称ではないように構成することができる。
【００３９】
有利な構成では、光学装置のビーム出射面は凹面状に湾曲した部分領域と、この凹面状に湾曲した部分領域を少なくとも部分的に包囲する凸面状に湾曲した部分領域とを有する。光軸は有利には凹面状に湾曲した部分領域を通り、とくに有利には同時に半導体チップを、実質的にその中心で、半導体チップの横方向の横断面の重心を通過する。光電構成素子で形成され、光軸と合同ではなく、凹面状に湾曲した部分領域に直接当たるビームは、光軸から離れるように屈折される。
【００４０】
したがって実質的に光軸の方向に、光軸に対して２０°以下の角度で伝播するビームの成分が減少する。これに対して、照明装置を光軸に対して大きな角度で、例えば３０°以上で通過するビームの成分は増大する。照明装置から放射されるビーム出力は、光軸に対する角度の関数として、有利には３０°以上の比較的大きな角度で、例えば６０゜から７０゜の間の角度で最大を示す。
【００４１】
このような放射特性を備える照明装置は、照明装置の光軸に対して実質的に垂直に伸長する面を照明するのに、とりわけＬＣＤ（液晶ディスプレイ）のような表示装置のバックライド照明に適する。典型的には照明すべき面は半導体チップの面積よりも格段に大きい。光軸に対して大きな角度で、有利には６０°以上の角度で放射されるビーム出力が最大である照射特性が有利である。なぜなら光軸に対して比較的大きな間隔にある照明すべき面の領域を、この面が照明装置から小さな間隔であっても照明することができるからである。
したがってＬＣＤのバックライト照明ユニットを、有利には小さな構造深さでとくにコンパクトに製作することができる。
【００４２】
有利には、凹面状に湾曲した部分領域は第１のサブ領域と第２のサブ領域を有し、第１のサブ領域の湾曲度は第２のサブ領域の湾曲度よりも小さい。ここで第２のサブ領域は、光軸に対して第１のサブ領域よりも大きな間隔で配置することができる。有利には、凸面状に湾曲した部分領域の湾曲度、とりわけ第２のサブ領域の湾曲度は、凹面状に湾曲した部分領域からの間隔が増大するにつれ増加する。しかし間隔と共に連続的に増大する湾曲度は有利ではあるが、必須ではない。湾曲度の増大は、光軸に対して大きな角度の下で出射するビームの成分が増大するように作用することができる。このようにして、光軸に対して比較的大きな間隔にある、照明すべき面の部分領域を均等に照明することが促進される。
【００４３】
半導体チップの表面から出射し、ビーム出射面に直接当たるビームは、このビーム出射面によりとくに効率的に、光軸に対して３０°以上の大きな角度で屈折される。これに対して散乱ビームはほとんどが光軸の方向に偏向されることとなり、これにより照明すべき面が、光軸との交点を中心とする領域でより強力に照明されるようになる。反射器状に成形されたエレメントを所期のように吸光性に構成することによって、この散乱ビーム成分を低減することができる。このようにして照明すべき面を、散乱ビームなしに大面積で、かつ均質に照明することができる。とりわけ、面と光軸との交点を中心に島状に伸長する、強く照明される領域の形成が有利に緩和される。
【００４４】
照明装置の外からビーム出射面に当たり、光学装置を通過するビームは、これが構成素子内で反射され、光学装置のビーム出射面を通って再び出射されると、散乱ビーム成分の原因となるビームのこの再出射する成分はファントム光とも称され、照明装置が例えばＬＣＤまたは液晶テレビのような表示装置のバックライトのために使用される場合には、表示装置のコントラスト比を減少することがある。反射器状に成形されたエレメント、とりわけケーシング体を所期のように吸光性に構成することにより、このファントム光の影響を十分に抑圧することができる。このことにより表示装置のコントラスト比を有利に上昇させることができる。
【００４５】
有利な構成で、光学装置は光電構成素子に固定されている。このために光学装置は例えばアタッチメント光学系として、とりわけ上部折り返し光学系、装着光学系、またはクリップオン光学系として構成することができる。択一的にまたは付加的に、光学装置を光電構成素子に接着することができる。
【００４６】
ここで装着光学系とは、光電構成素子の適切な取り付け装置、例えばケーシング体の切欠部に差し込むことのできる固定エレメントを有する光学装置であると理解されたい。補充的に固定エレメントを、光学装置を光電構成素子に取り付けた後、熱かしめすることができる。これにより光学装置はとくに安定し、持続的に光電構成素子に固定される。
【００４７】
クリップオン光学系では、光学装置が固定エレメントを有し、この固定エレメントは光電構成素子の適切な取り付け装置に係止する。
【００４８】
上部折り返し光学系は、噛み合いなしでおよび／または係止接続なしで、光電構成素子固定することができる。光電構成素子を固定するための特別のエレメントは、上部折り返し光学系では必要ない。補充的に上部折り返し光学系を光電構成素子に接着することができる。
【００４９】
有利には照明装置と光電構成素子は、実質的にディフューザおよび／または発光変換物質なしで構成される。なぜなら、光電構成素子で形成されたビームがディフューザで散乱されることも、ビームの吸光を発光変換物質により後で再発光することも、光電構成素子の放射がますます無指向性になることを助長するからである。とりわけ保護体および場合により中間層は、有利には透明に構成されている。このことにより光電構成素子により形成され、使用されるビームを、光学装置により所定の放射特性にしたがい簡単に整形することができる。
【００５０】
別の有利な構成では、光電構成素子は表面実装構成素子（ｓｕｒｆａｃｅ ｍｏｕｎｔａｂｌｅ ｄｅｖｉｃｅ， ＳＭＤ）として構成されている。
【００５１】
とくに有利には、光電構成素子と、この光電構成素子に固定された光学装置を備える照明装置は、結合構成部材として構成される。結合構成部材として照明装置は、一体的に簡単に例えば導体路基板に取り付けることができる。有利には結合構成部材は表面実装構成素子として構成されている。
本発明の別の特徴、有利な実施形態および有効性を以下の実施例の説明において図面と関連させて説明する。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】図１は、本発明による照明装置の第１の実施例の概略的な断面図である。
【図２】図２は、本発明による照明装置の第２の実施例の概略的な断面図である。
【図３】図３は、本発明による照明装置でのビーム経過の例を概略的に示す図である。
【図４】図４は、本発明の照明装置にとくに適する半導体チップの概略的な断面図である。
【図５Ａ】図５Ａは、本発明の照明装置の概略的斜視図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、図５Ａの照明装置の斜視図における概略的断面図である。
【図６Ａ】図６Ａは、所期のようには吸光性に構成されていない、反射器状に成形されたエレメントを備える照明装置の放射特性（相対強度Ｉを光軸に対する角度θの関数として示す）に対する例としての線図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、所期のように吸光性に構成され、反射器状に成形されたエレメントを備える本発明の照明装置の放射特性（相対強度Ｉを光軸に対する角度θの関数として示す）に対する例としての線図である。
【図７Ａ】図７Ａは、所期のようには吸光性に構成されていない、反射器状に成形されたエレメントを備える照明装置について、相対照明強度Ｂを光軸に対する距離ｄの関数として示す例としての線図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、所期のように吸光性に構成され、反射器状に成形されたエレメントを備える本発明の照明装置について、相対照明強度Ｂを光軸に対する距離ｄの関数として示す例としての線図である。
【発明を実施するための形態】
【００５３】
同一、同種のエレメントまた同様に作用するエレメントには図面において同一の参照番号が付されている。
【００５４】
図１と図２には、本発明の照明装置１の２つの実施例が示されている。照明装置はそれぞれ１つの光学装置４、光電構成素子２、および所期のように吸光性に構成され、反射器状に成形されたエレメント３を有する。光電構成素子２により形成されたビームは、光学装置のビーム出射面４１を通って照明装置から出射する。
【００５５】
さらに光電構成素子は、ビーム形成のために設けられた半導体チップ５を含み、この半導体チップは有利には薄膜半導体チップとして構成されている。薄膜半導体チップの典型的な構造を、図４と関連して詳細に説明する。
【００５６】
光電構成素子２は、反射器状に成形されたエレメント３を有する。光電構成素子２はとりわけケーシング体２０を含む。反射器状に成形されたエレメント３は、ケーシング体の空洞部２４０の壁２４５によって形成される。半導体チップ５は、ケーシング体２０の空洞部２４０に配置されている。
【００５７】
ケーシング体２０はセラミックを含有するか、または完全なセラミック製であるか、または部分的にセラミックから作製することができる。セラミックは典型的に、良好な熱伝導性を特徴とする。したがって光電構成素子の動作中に形成された熱をケーシング体を介して効率的に廃熱することができる。択一的にプラスチック製のケーシング体を、例えば射出成形法、射出プレス成型法、またはプレス鋳造法で作製することができる。プラスチック製のケーシング体はとりわけ安価に作製することができる。とりわけ、発光ダイオードの製作時と同じ鋳型を使用することができる。発光ダイオードではケ―シング体ができるだけ強く反射性に構成されている。これは、発光ダイオードから放射されるビーム出力を最大にするためである。コストを掛けて新たな鋳型を作製することを、省略することができる。
【００５８】
反射器状に成形されたエレメント３は、光電構成素子で形成されたビームに対して所期のように吸光性に構成されている。このために、反射器状に成形されたエレメント３および後続のケーシング体２０は完全にまたは部分的に、光電構成素子で形成されたビームを吸光する材料または吸光する材料合成物から作製することができる。有利には反射器状に成形されたエレメントおよびケーシング体は、黒色または暗灰色に構成されている。例えばプラスチック製のケーシング体は、色素、煤状粒子または煤様粒子を使用されるプラスチック材料に添加することによって黒色または暗灰色に構成することができる。
択一的にまたは補充的に、反射器状に成形されたエレメント３およびとりわけケーシング体２０に、光電構成素子で形成されたビームを吸光する材料または吸光する材料合成物を、例えば被覆またはスタンプにより設けることができる。
【００５９】
所期のように吸光性に構成され、反射器状に成形されたエレメントの残留反射率は、光電構成素子で形成されたビームの波長領域で４９％以下、とりわけ３０％以下、有利には１５％以下、とくに有利には５％以下である。
【００６０】
さらに半導体チップ５は第１の電気端子導体２０５に固定されており、この第１の電気端子導体は外部の端子、例えば導体路との導電接続を可能にする。第２の電気端子導体２０６は、例えばボンディングワイヤを介して、電気接続導体とは反対側の半導体チップの表面５２と電気接続することができる。第１の端子導体２０５と第２の端子導体２０６の端部２０７は、はんだ２７０により、とりわけＰｂフリーはんだにより導体路基板２８０に固定することができる。
【００６１】
第１の電気端子導体２０５と第２の電気端子導体２０６はケーシング体２０により成形され、ケーシング体の別々の側から突出している。有利には第１の電気端子導体２０５と第２の電気端子導体２０６は、光電構成素子２に対する導体フレームによって形成されている。
【００６２】
さらに光電構成素子２は、表面実装構成素子として構成されている。照明装置１は、光電構成素子２および光学装置４とともに結合構成部材として構成することができる。
【００６３】
光電構成素子と光学装置を個別に取り付ける場合に対して、表面実装可能な結合構成部材として構成された照明装置は、導体路基板２８０に簡単に取り付けることができる。
【００６４】
ケーシング体の空洞部２４０は保護ペースト２５０を含み、この保護ペーストに半導体チップ５とボンディングワイヤが埋め込まれている。ここでは完全に埋め込むのが有利である。この保護体は、半導体チップ５およびボンディングワイヤを、有害な外部の影響および機械的負荷から保護するために用いられる。有利には保護ペーストは、半導体チップにより形成されたビームに対して光透過性に構成されている。
【００６５】
さらに中間層２６０が、保護ペースト２５０と光学装置４のビーム出射面４６との間に設けられている。この中間層はとくに有利には、保護ペーストおよびビーム出射面に直接当接する。この中間層は、保護体と光学装置との間の屈折率適合のために用いられる。
【００６６】
有利には光電構成素子、中間層、および保護体は実質的にディフューザおよび／または発光変換物質なしで構成されている。このことにより、ますます無指向性に放射されるのが回避され、光電構成素子により形成され、使用されるビームを、光学装置により所定の放射特性にしたがい簡単に整形することができる。
【００６７】
光学装置４の光軸４０は半導体チップ５を通り、実質的には半導体チップの中心を通る。有利には光軸は半導体チップ５の表面に対して垂直、または実質的に垂直である。光学装置は、ビーム整形部分４８と支持体部分４９を有する。支持体部分は、光学装置を光電構成素子に取り付けるために設けられている。
【００６８】
光学装置４のビーム整形部分４８と支持体部分４９は異なる材料から作製することができ、とりわけ相互に接合するように成形することができる。ビーム整形部分と支持体部分とを接合するように成形することによって、指示体部分とビーム整形部分とを接着剤なしで機械的に安定して接合することが容易になる。支持体部分とビーム整形部分に対する材料は、異なる要求の観点で選択することができる。ビーム整形部分では、光電構成素子から放射されたビームに対して透明かつビーム耐性のある光学的特性が有利である。
【００６９】
有利にはビーム整形部分４８は、シリコーンまたはシリコーンハイブリッド材料を含有するか、またはこの種の材料から作製される。これに対して支持体部分４９はビーム整形のためには設けられておらず、したがってビーム非透過性に構成することもできる。支持体部分に対する材料は、機械的安定性または良好な固定特性のような特別の要求に関して選択することができる。熱可塑性物質または熱硬化性樹脂が、支持体部分の製作にとくに適する。
【００７０】
光学装置のビーム出射面４６と半導体チップ５２の表面との間の最小間隔は５ｍｍ以下であり、有利には３ｍｍ以下、とくに有利には１ｍｍ以下、特別有利には約０．６ｍｍである。したがって照明装置をとくにコンパクトに製作することができる。
【００７１】
図１と２に示された実施例で光学装置のビーム整形部分は、図３に関連して説明したのと同じように構成されているが、２つの実施例は支持体部分の構成と光電構成素子での取り付けの点で異なっている。
【００７２】
図１で光学装置４は、装着光学系として構成されている。ここで支持体部分４９は剛性の固定エレメント４９Ａを有することができる。この固定エレメントは、光電構成素子２の適切な取り付け装置に差し込むことができる。有利には取り付け装置は、ケ―シング体にある切欠部または凹部２０１により形成される。補充的に固定エレメントを、光学装置を光電構成素子に取り付けた後、熱かしめすることができる。これにより光学装置は安定し、持続的に光電構成素子に固定される。
【００７３】
図２で光学装置は、上部折り返し光学系として構成されている。支持部材４９はケーシング体２０を側方で、とりわけ完全に周回する。ここで支持部材はケーシング体の最外の側面を包囲することができる。さらに支持部材はケ―シング体から側方に大面積で離間することができる。ここでは完全に離れているのが有利である。
【００７４】
中間層２６０は、光学装置４とケーシング体２０との間の容積を少なくとも部分的に充填する。保護ペースト２５０とビーム入射面４６との間の容積は有利には完全に中間層により充填される。さらに有利には、上部折り返し光学系ではこの中間層がケーシング体を包囲する。中間層は、シリコーン、とりわけシリコーンゲル、またはシリコーンハイブリッド材料を含有するか、またはそれらから作製することができる。中間層は、屈折率適合層の機能を同時に満たすことができ、光学装置４を光電構成素子２に簡単かつ安定して、持続的に固定するのに用いられる。
【００７５】
図１と２に図示された照明装置の実施例は有利には、光軸４０に対して実質的に垂直に延在する面８０を均質に照明するために設けられている。照明すべき面積は半導体チップ５の表面よりも格段に大きいから、均質に照明するためには、光電構成素子２で形成されたビームの大部分がビーム出射面４１を、光軸に対して大きな角度の下で去ることが必要である。有利には放射されるビーム出力は、光軸に対する角度の関数として５０°以上の角度で、とくに有利には６０°以上の角度で、例えば約７０°で最大である。このような照明装置１の光学装置４のビーム整形部分４８に対する形状と、光学装置４の機能について図３に基づき説明する。図示の照明装置の構造は、図１と２の構造に相応する。しかし分かりやすくするために、半導体チップ５によりアクティブ領域５１で形成されたビームを、照明装置の放射特性にしたがい光学装置４によりビーム整形するための原理にとって重要ではない、照明装置の詳細は図示されていない。
【００７６】
ビーム入射面４６は実質的に平坦に構成されている。光電構成素子に形成されたビームは、照明装置に設定された照明強度分布にしたがい、有利にはビーム出射面で整形される。これにより確実なビーム整形が簡単に可能となる。
【００７７】
光学装置のビーム出射面４１は有利には、光学装置４の光軸４０に対して回転対称に構成されている。ビーム整形に用いられない光学装置の部分、例えば図１と２にそれぞれ示された支持体部分４９は、回転対称に構成する必要はない。
【００７８】
さらにビーム出射面４１は、凹状に湾曲した部分領域４２を有する。光学装置４の光軸４０は、この凹状に湾曲した部分領域を通って延在する。
【００７９】
凹状に湾曲した部分領域４２は、凸状に湾曲した部分領域４３により、とりわけ完全に包囲されている。有利には、凸状に湾曲した部分領域の面積は、凹状に湾曲した部分領域の面積よりも大きい。さらに凸状に湾曲した部分領域は、凹状に湾曲した第１のサブ領域４４と、凹状に湾曲した第２のサブ領域４５を有する。
【００８０】
半導体チップ５のアクティブ領域５１で形成されたビームは、半導体チップの表面５２と側面５３を通って出射する。表面から出射するビームに対する光学装置４の作用は、例えばビーム６０，６１，６２により示されている。
【００８１】
ビーム出射面４１の凹状に湾曲した部分領域４２に当たるビーム６０に対して光学装置は、凹レンズのように作用する。したがって光軸に４０に対して斜めに、または光軸に対して平行に、しかしゼロとは異なる間隔でビーム出射面４１の凹状に湾曲した領域に当たるビームは、光軸から離れるように屈折される。これにより有利には、照明すべき面８０に光軸の近傍領域で当たるビーム成分が減少する。同様に、凸状に湾曲した第１のサブ領域４４ないしは第２のサブ領域４５に当たるビーム６１と６２も光軸から離れるように屈折される。凸状に湾曲した第２のサブ領域４５は有利には、凸状に湾曲した第１のサブ領域４４よりも強く湾曲している。これにより第２のサブ領域に当たるビーム６２はとくに効率的に光軸に対して大きな角度で屈折することができる。
【００８２】
有利にはビーム出射面４１は角のある移行部なしに構成されている。すなわちビーム出射面全体は任意の点において、とりわけ凹状に湾曲した部分領域４２と凸状に湾曲した部分領域４３との間の移行部４７において微分できる面である。角のある移行部に起因する明るい領域または暗い領域、例えば照明すべき面に現れる強度の高いリング模様をこのようにして有利に回避することができる。加えて、ビーム路は光学装置内を有利には実質的に全反射なしで経過する。
【００８３】
さらに光学装置は有利には、光軸が通過するアクティブ領域５１の領域から発する任意の２つのビームがビーム出射面４１を出射した後には交差しないように構成されている。ビームが交差すると、ビームが局所的に収束する作用が生じ、照明装置に向いた照明すべき面８０に照射強度の不均質性が発生する。これは強度の比較的高いリング模様または円模様となる。光軸に配置された理想点光源の場合には、このような局所的な収束は完全に回避される。
【００８４】
とりわけ光学装置４のビーム出射面４１当たる前にビームが反射されると、このビームはビーム路の交差の原因となる。これは、図３にプロットしたビーム７０により示されており、このビームは半導体チップ５の側面５３を通って出射する。
【００８５】
ビーム７０に対しては、反射器状に成形されたエレメント３が、図１に関連して説明したように半導体チップで形成されたビームに対して所期のように吸光性に構成されておらず、例えば金属被覆のため、照射されたビームに指向性のある反射を生じさせることとなる場合、このビームが反射器状に成形されたエレメントでの反射後にどのように経過することとなるかが示されている。例えばビーム７１はビーム６０と、そしてビーム７２はビーム６１とビーム出射面４１から出射した後に交差する。このことにより、照明すべき面には、ビーム出射面から所定の間隔にある面８０に対して照明強度の比較的高い領域が形成されてしまう。反射器状に成形されたエレメントが所期のように吸光性に構成されていることによって、反射器状に成形されたエレメント３でビームが反射された後にビーム出射面に当たることが緩和される。これにより、正確に所定の領域、すなわちもっぱら半導体チップ５の表面５２から出射したビームだけが光学装置に当たるようになる。この意味で光学装置に当たるビームは、理想的な点光源から照射されるビームに近似する。交差するビーム経過はこのようにして十分に回避することができ、このことは照明すべき面８０のとくに均質な照明を可能にする。
【００８６】
さらに反射に指向性がある場合、反射器状に成形されたエレメントでは、ビーム出射面４１の凹状に湾曲した部分領域４２に偏向されることとなるビーム７１も、凸状に湾曲した部分領域４３に当たることとなるビーム７２も、光軸から離れるようには屈折されないこととなり、照明すべき面８０の、光軸の近傍にある部分領域をもっぱら照明するようになってしまう。この面の中央領域はこれによって比較的強く照明されることとなる。高い反射係数により拡散反射性に構成された、反射器状に成形されたエレメント、例えば白いプラスチックにより表面が形成された、反射器状に成形されたエレメントも、ますます多くの散乱光成分の原因となる。そのため照明すべき面が、光軸との交点の近傍領域で、例えば光軸に対して１０ｍｍ以下の間隔の領域で比較的に強く照明されることとなる。反射器状に成形されたエレメントを所期のように吸光性に構成することにより、照明すべき面、例えばＬＣＤのような表示装置をとくに均質に照明することができるようになる。
【００８７】
表示装置のバックグランド照明のために設けられた照明装置では、ハウジング体が有利には完全に、可視スペクトル領域全体に対して所期のように吸光性に構成されている。ファントムビームによる不均質な照明はこのようにして大きく減少される。
【００８８】
散乱光成分をさらに低減することは一般的に、光電構成素子で形成されたビームを、照明装置に設定された、とりわけ指向照射特性にしたがい整形するのを容易にする。
【００８９】
図４では、光電構成素子に対してとくに適する半導体チップ５の実施例が概略的断面図に示されている。
【００９０】
この半導体チップ５は、支持体５５上に配置された半導体ボディ５４を有する。この半導体ボディは、ビーム形成のために設けられたアクティブ領域５１を備える半導体層列を含む。半導体層列は半導体ボディ５４を形成する。支持体とは反対側の半導体ボディには第１のコンタクト５８が配置されている。このコンタクトを介して半導体チップを、半導体ボディとは反対側の支持体上に配置された第２のコンタクト５９と接続することができる。第１のコンタクト５８はとりわけボンディングワイヤとの導電接続のために、第２のコンタクト５９は端子線路との導電接続のために設けられている。これらのコンタクトは例えばそれぞれ金属または合金を含有することができる。
【００９１】
有利な構成で半導体ボディ５４、とりわけアクティブ領域５１は少なくとも１つのＩＩＩ−Ｖ−半導体材料を含有する。これは例えば材料システム Ｉｎｘ Ｇａｙ Ａｌ１−ｘ−ｙ Ｐ， Ｉｎｘ Ｇａｙ Ａｌ１−ｘ−ｙ Ｎ または Ｉｎｘ Ｇａｙ Ａｌ１−ｘ−ｙ Ａｓからの材料であり、それぞれ０≦ｘ≦１， ０≦ｙ≦１， かつｘ＋ｙ≦１であり、とりわけｘ≠０， ｙ≠０， ｘ≠１および／またはｙ≠１である。有利には半導体層列に作製は、とりわけエピタキシャルな析出プロセスで、例えばＭＢＥまたはＭＯＶＰＥによって成長基板上で行われる。
【００９２】
ＩＩＩ−Ｖ−半導体材料は、紫外線スペクトル領域（Ｉｎｘ Ｇａｙ Ａｌ１−ｘ−ｙ Ｎ）から、可視スペクトル領域（Ｉｎｘ Ｇａｙ Ａｌ１−ｘ−ｙ Ｎ， とりわけ青から緑のビームに対して、または Ｉｎｘ Ｇａｙ Ａｌ１−ｘ−ｙ Ｐ， とりわけ黄から赤のビームに対して）にわたり赤外線スペクトル領域（Ｉｎｘ Ｇａｙ Ａｌ１−ｘ−ｙ Ａｓ）まででビーム形成するのにとくに適する。とりわけ前記材料システムからのＩＩＩ−Ｖ−半導体材料により、ビーム形成の際に有利には高い内部量子効率が達成される。
【００９３】
別の有利な実施形態では、アクティブ領域５１はヘテロ構造、とりわけ二重ヘテロ構造を有する。さらにアクティブゾーンは量子井戸構造または多重量子井戸構造を含むことができる。この種の構造、とりわけ多重量子井戸構造または二重ヘテロ構造によって、とくに高い内部量子効率を達成することができる。
量子井戸構造という用語は本願の枠内では、電荷担体に対して閉じ込め（"ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ"）によってエネルギー状態の量子化が行われるかまたはエネルギー状態の量子化が可能である構造を含む。ことに、量子井戸構造の概念には量子化の次元数に関する規定は含まれない。したがって量子井戸構造には、例えば、量子箱、量子細線、量子点およびこれらの構造のあらゆる組み合わせが含まれるのである。
【００９４】
別の有利な実施形態では、半導体ボディにミラー層５６が配置される。とくに有利にはこのミラー層は、半導体ボディ５４と支持体５５との間に配置される。ミラー層は例えば金属を含有するように構成することができる。またはミラー層は金属ミラー層である。アクティブ領域で形成されたビームはミラー層で反射される。これによりアクティブ領域から見てミラー層に後置された構造、例えば支持体での吸光が防止される。このような構成により、半導体チップ５の効率が向上される。例えばミラー層は、Ａｕ、Ａｌ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｒｈ、またはＰｔを含有するか、これらの金属材料の少なくとも１つを備える合金を含有する。Ａｌ、Ｐｄ、ＲｈおよびＡｇは紫外線および青スペクトル領域で、Ａｕは黄、オレンジおよび赤から赤外線スペクトル領域でとくに高い反射率を有する。さらにミラー層での反射によって、ミラー層５６に対向する側の半導体ボディで出射するビームの割合が増大する。
【００９５】
支持体５５とミラー層５６との間には接合層５７を配置することができ、この接合層によって半導体ボディはミラ―層の側から支持体に固定される。接合層５７は例えばハンダ層として構成される。
【００９６】
図４に示された半導体チップは、薄膜半導体チップとして構成される。従来の半導体チップとは異なり、薄膜半導体チップでは支持体が、半導体ボディの半導体層列が例えばエピタキシャルに析出される成長基板ではない。成長基板は機械的におよび／または化学的に、領域的にまたは完全に除去するか、または薄くすることができる。支持体は、半導体ボディの機械的安定化のために用いられる。
【００９７】
有利には支持体は、成長基板とは異なり、結晶純度に関して厳しい要求を満たす必要がなく、他の基準、例えば機械的安定性、熱的または電気的特性を鑑みて選択することができる。
【００９８】
有利には支持体５５は比較的高い熱伝導性を有する。例えば支持体はＧｅを含有する。ＧａＡｓを含有する支持体を使用することもできる。
【００９９】
有利にはアクティブ領域５１は第２のコンタクト５９と、導電性支持体、導電性接続層および導電性ミラー層ならびに半導体ボディの半導体層列と導電接続されている。
【０１００】
支持体が半導体材料を含有する場合、支持体は有利には導電性を高めるために適切にドーピングされる。
【０１０１】
薄膜半導体チップを製作するために、例えばまず半導体ボディ５４の半導体層列が成長基板上に作製される。半導体層列は半導体ボディ５４を形成する。続いて、予め作製された半導体ボディの、成長基板とは反対側にミラー層５６が例えば蒸着またはスパッタリグによって取り付けられる。ミラー層５６の側から半導体層列とその上の成長基板との結合物が、接合層５７を介して支持体５５と結合され、これに続いて成長基板が例えばエッチングまたはレーザカッティングにより除去または分離される。
【０１０２】
薄膜半導体チップ、例えば薄膜発光ダイオードチップはさらに本発明の枠内で以下の特徴を有する：
・支持要素、例えば支持体５５に向いた半導体ボディの第１の主面にはミラー層が取り付けられているか、またはブラッグのミラーとして半導体層列に組み込まれて構成されており、
前記半導体ボディは、アクティブ領域、とりわけエピタキシャル層列を備える半導体層列を含み、
前記ミラー層またはブラッグのミラーは、半導体層列に形成されたビームの少なくとも一部をこの半導体層列に反射して戻し；
・前記半導体層列は、２０μｍ以下の領域とりわけ１０μｍの領域にある厚さを有しており；および／または
・前記半導体層列には、混合構造を有する少なくとも１つの面を備えた少なくとも１つの半導体層が含まれており、
前記混合構造は理想的な場合、前記半導体層列内にほぼエルゴード的な光分布を生じさせ、つまりこの半導体層列は可及的にエルゴード的な確率分散特性を有している。
【０１０３】
薄膜発光ダイオードチップの原理については、例えばＩ． ＳｃｈｎｉｔｚｅｒらによるＡｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． Ｌｅｔｔ． ６３ （１６）， １８． Ｏｋｔｏｂｅｒ １９９３， ２１７４−２１７６に記載されている。この刊行物の開示内容は、引用によって本願の開示内容とする。
【０１０４】
とりわけミラー層を供える薄膜フィルム半導体チップは、有利には高効率を特徴とする。さらに薄膜フィルム半導体チップは、実質的にランバートの放射器に相応する余弦照射特性を有する。とりわけ金属含有ミラー層または金属ミラー層を備える薄膜フィルム半導体チップによって、表面放射器として構成された半導体チップを簡単に実現することができる。
【０１０５】
ミラー層に向いた側の半導体ボディの表面５２は、図示の薄膜チップでは主ビーム出射面として構成されている。側面５３は、副ビーム出射面を形成する。ここで主ビーム出射面から出射するビーム出力は、副ビーム出射面から出射するビーム出力よりも大きい。とりわけ、副ビーム出射面から出射するビーム出力の和は、主ビーム出射面から出射するビーム出力よりも小さい。
【０１０６】
薄膜半導体チップでは、側方の副ビーム出射面から出射するビーム出力が低減されると、これにより主ビーム出射面から出力結合されるビーム出力が増大する。照明装置１は有利には実質的に半導体チップの表面５２から出射するビームだけを使用すべきであり、側面から出射したビームは図３に関連して説明した、所期のように吸光性に構成され、反射器状に成形された素子３によりほとんどが吸光されるから、これにより照明装置１から照射されるビーム出力は有利に増大する。したがい薄膜半導体チップはビーム源としてとくに適する。
【０１０７】
照明装置はもちろん薄膜半導体チップだけによって実現できるわけではないことを述べておく。成長基板が分離されていない半導体チップも照明装置に使用することができる。このような半導体チップは図４に示した構造を有することができる。この場合、支持体５５は成長基板によって形成される。この場合、接合層５７は不要である。ミラー層５６は省略することができる。またはミラー層は、層列からなるブラッグのミラーとして、例えば半導体ボディ５４の半導体層列の一部として構成することができる。
【０１０８】
照明装置の別の実施例が図５Ａと５Ｂに示されている。ここで図５Ａは斜視図であり、図５Ｂは一部断面斜視図である。図１と２に関連して説明したように、照明装置１は光電構成素子２を有し、この光電構成素子では反射器状に成形されたエレメントがハウジング体２０の空洞部２４０の壁２４５により形成されている。このエレメントは、光電構成素子で形成されたビームを所期のように吸光するようにも構成されている。薄膜半導体チップ５はビーム源として用いられる。
【０１０９】
空洞部２４０は、切欠部としてハウジング体２０の第１の主面２０２に形成されている。空洞部２４０の底部２４１は、有利には第１の主面に対して平行に延在している。有利には空洞部の広がりは、第１の主面に対して平行に伸長するレベルにおいて、第１の主面からの間隔が増大すると連続的に減少する。したがって空洞部の底部の直径は、第１の主面のレベルにある空洞部の直径よりも小さい。例えば空洞部は、実質的に円錐台の形状を有し、その直径は第１の主面からの間隔が増大すると減少する。
【０１１０】
光電構成素子には、光電構成素子とは別個の光学系を、例えば挿入または接着により固定することができる。これらは分かりやすくするために図示されていない。
【０１１１】
図１と２の光電構成素子とは異なり、この光電構成素子は熱端子部２１５を有し、この熱端子部に半導体チップ５が配置されている。熱端子部は垂直方向に、空洞部２４０からハウジング体２０の第２の主面２０４へ延在している。熱端子部は半導体チップ５を、この熱端子部上でのチップ取付け面に対して大面積で、第２の主面側から外部放熱装置に熱接続することを容易にする。この外部放熱装置はヒートシンクであり、例えばＣｕ製である。半導体チップの動作時に発生する熱は、このようにして光電構成素子から効率的に廃熱することができる。このことは光電構成素子の効率と寿命を、とりわけ高出力構成素子として駆動するときに有利に上昇させる。光電構成素子は高いビーム出力を形成することができ、しかも同時に、熱端子部によって熱放出が有利に改善されている。この種の光電構成素子は面の照明、例えばＬＣＤである表示装置のバックグラウンド照明にとくに適する。
【０１１２】
熱端子部２１５は第１の接続導体２０５のラッチへ結合、挿入されるか、または第１の接続導体と電気的および／または機械的に、ラテラル方向の外周部で接続される。さらにハウジング体２０の第１の主面２０２は切欠部２１３を有し、この切欠部は空洞部の壁２４５に形成されている。この切欠部は、第２の接続導体２０６を半導体チップ５と、例えばボンディングワイヤ２９０によって電気接続するため設けられている。第２の接続導体２０６は、有利には半導体チップ５のチップ取付けレベルを基準にして、熱端子部２１５の上で上昇されている。熱端子部はさらに、第２の主面２０４の側でハウジング体から突出するか、またはハウジング体と平坦につながっている。熱端子部は、熱伝導性の高い金属、例えば銅ＣｕまたはアルミニウムＡｌを含むか、または、ＣｕＷ合金などの合金を含む。このように構成された端子部とハウジング体を備える導体路フレームはＷＯ０２／０８４７４９に記載されており、その開示内容を本発明の参照として取り入れる。
【０１１３】
もちろん図５Ａおよび５Ｂと関連して説明した光電構成素子を、図１と２の照明装置に光電構成素子として使用することもできる。
【０１１４】
図６Ａと６Ｂには、本発明の照明装置の照射特性が、反射器状に成形されたエレメントが所期のように吸光性に構成されていない照明装置に対してどれだけ有利に改善されているかが示されている。この線図は、可視スペクトル領域で放射された強度Ｉ（任意の単位）を、第１の照明装置に対する光軸の角度θの関数として示し（図６Ａ）、さらに放射された強度Ｉ（任意の単位）を第２の照明装置に対する光軸の角度θの関数として示す（図６Ｂ）。
【０１１５】
第２の照明装置は、図１と２に関連して説明したように構成されている。第１の照明装置は第２の照明装置と同じ構造に公正さｅｒテイル。しかし反射器状に成形されたエレメント所期のように吸光性には構成されていない。
【０１１６】
第１の照明装置のハウジング体２０は、高反射性のプラスチックから作製されており、ＴｉＯ２粒子をプラスチック材料に添加することにより、ハウジング体の表面、ひいては反射器状に成形されたエレメントに対して、約８５％の反射率が達成される。これに対して第２の照明装置では、ハウジング体、したがって反射器状に成形されたエレメントは次のようにして所期のように吸光性に構成されている。すなわちハウジング体が作製されるプラスチック材料が煤状粒子の添加によって黒く着色され、これによりハウジング体の反射率が可視スペクトル領域では約５％であることによって吸光性に構成されている。
【０１１７】
曲線４００は、第１の照明装置から照射された光出力の強度経過を光軸に対する角度に依存して示す。ここで強度は１に正規化されており、したがって相対的強度としてプロットされている。
【０１１８】
相応に曲線４５０は、第２の照明装置の照射特性を示す。ここでも強度曲線は正規化されている。
【０１１９】
曲線４００と曲線４５０は両者とも、光軸に対して約６７°の角度で、強度の全体的最大値４１０ないし４６０を有する。したがって前記の光学装置では、光電構成素子で形成されたビームが光軸に沿ってはほとんど照射されない。
【０１２０】
第１の照明装置と第２の照明装置とは、反射器状に成形されたエレメントの構成の点でだけ異なっているから、それぞれの主ビーム出力結合面５２を通って出射し、ビーム出射面に直接当たるビームは、両方の照明装置において実質的に同じようにビーム整形される。したがって第１の照明装置と第２の照明装置における照射特性の相違は、半導体チップをそれぞれ側面５３から去ったビームによってもっぱら生じる。
【０１２１】
第１の照明装置では反射器状に成形されたエレメント３が、ビームを形成する半導体チップに対するその相対的な形状と配置によって、この反射器状に成形されたエレメントに当たるビームの少なくとも一部をビーム出射面４１に偏向する。約８５％と反射率が比較的高いから、側面５３から出射するビームの大部分が光学装置４のビーム出射面４１に偏向される。
【０１２２】
これに対して第２の照明装置では、反射器状に成形されたエレメントが半導体チップで形成されたビームに対して所期のように吸光性に構成されている。これにより反射器状に成形されたエレメントは反射率が約５％と低いので、側面５３の１つから出射したビームのうち、非常にわずかな部分しかビーム出射面に偏向しない。
【０１２３】
光軸に対する角度の大きな領域、例えば４５°から９０°の領域では、両曲線４００，４５０とも非常に類似する経過を示す。照明装置からこの角度領域で送出されるビームはもっぱら、それぞれの半導体チップの主ビーム出力結合面から出力結合されたビームの成分である。
【０１２４】
光軸に対して０°から４５°と比較的小さな角度では、第１の照明装置から放射されたビームの相対強度４２０が、とりわけ０°から３０°の角度で、第２の照明装置からの相応する領域で放射されたビームの相対強度４３０よりも有意に高い。このことは図３に関連して説明したように、反射器状に成形されたエレメントによりビーム出射面に偏向され、そこから光軸４０に対して６０°よりも格段に小さな角度、例えば４０°以下で出射した散乱ビームに起因するものである。
【０１２５】
したがって、光軸に対して６０°以上の角度で最大を有し、同時に光軸に対して小さな角度ではビーム出力が付加的に縮小される照射特性が、反射器状に成形されたエレメントを所期のように吸光性に構成することによって達成される。
【０１２６】
図７Ａと７Ｂに示された照明強度分布の測定は、図６Ａおよび６Ｂに示された測定と同じ構成部材において実行された。図７Ａと７Ｂは、それぞれ第１の照明装置と第２の照明装置に対する照明強度分布を示す。第１の照明装置に対する曲線５００と第２の照明装置に対する曲線５５０は両者とも、次のような直線に沿った照明強度Ｂを示す。すなわちこの直線は、光学装置４のビーム出射面４１の側から間隔２５ｍｍをおいて、半導体チップ５の表面上を光軸４０に対して垂直に延在する直線である。ｘ軸には、この直線と光軸との交点からの距離ｄがｍｍ尺度でプロットされている。照明強度は２つの曲線５００と５５０についてそれぞれ最大値に正規化されており、任意の単位での相対尺度でプロットされている。２つの曲線は光軸との交点においてこの最大値となる。
【０１２７】
光学装置のビーム出射面は光軸に対して回転対称に構成されており、光軸は半導体チップの中心を実質的に延在するから、両方の照明強度分布５００と５５０はｙ軸に対して実質的に対称である。
【０１２８】
｜ｄ｜≦１０ ｍｍであるｙ軸に近傍の領域では、第２の照明装置における照明強度の経過５５０は、第１の照明装置における経過５１０から顕著に異なっている。曲線５００ではｄ＝１０ｍｍで、照明強度が最大値に対して約５％降下しているが、相応の降下は第２の曲線５５０ではわずか約１％である。
【０１２９】
第１の照明装置では、側面から出射するビームが、反射器状に成形された反射率の高いエレメントによりビーム出射面４１に偏向される。このビーム成分をビ―ム出射面に向けるための角度をコントロールすることは困難であり、したがって光学装置４が、照明装置に設定された照射特性にしたがってこのビーム成分を整形するのは困難である。偏向は光軸に対して比較的小さな角度でもっぱら行われる。このことは領域５１０での過度の照明強度につながる。これに対して第２の照明装置では、反射器状に成形されたエレメントが所期のように吸光性に構成されており、これにより半導体チップの側面５３から出射したビームはほとんどが吸光される。光学装置により使用される全体ビーム出力はこれによって改善され、所定の照明強度分布に従って整形される。矢印５６１により示されるようにこのことにより、領域５６０では照明強度が所望のように低下し、光軸に対する間隔の増大とともに照明強度は緩慢に下降するようになる。例えば相対的照明強度の降下はｄ＝３０ｍｍのとき、曲線５００では約０．３２であるのに対し、曲線５５０では０．２２しかない。
【０１３０】
分布幅に対して使用可能な特性量は、半値全幅である。この半値全幅は、分布の最大を中心にして、最大関数値の５０％以上が分布する領域がどのように広がっているかを表わす。図７Ｂには、この幅が水平矢印５７０により示されている。曲線５５０の半値全幅は約８４ｍｍであり、これに対して曲線５００のそれは約７６ｍｍであり、曲線５００では有利に拡大されている。
【０１３１】
図７に示された測定から照明強度分布が、所期のように吸光性に構成され、反射器状に成形されたエレメントによって有意に拡大されることが分かる。したがって、半導体チップ５の表面５３よりも格段に大きな面を均質に照明することができる。したがって前記第２の照明装置は、ＬＣＤのような表示装置のバックグラウンド照明にとくに適する。照明装置からの照明すべき面の間隔が小さくても大面積を照明することができるので、バックグラウンド照明ユニットの構造深さを有利には小さく維持することができる。
【０１３２】
とりわけこのような照明装置は、一般照明、効果照明、ネオンサインの照明、または読書灯に使用することができる。
【０１３３】
本発明は実施例に基づいた説明に制限されるものではない。むしろ本発明は、とりわけ請求項に記載の特徴の各組合せを含むすべての新たな特徴とすべての組合せとを含む。このことは、このような特徴または組合せ自体が請求項または実施例に明示的に記載されていない場合も同様である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【国際調査報告】
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