(57)【要約】  オプトエレクトロニクスデバイス（１）は担体（２）と、少なくとも１つの半導体チップ（３）とを有している。半導体チップ（３）は担体（２）上に配置されており、一次ビーム（６）を放射するように構成されている。半導体チップ（３）は、少なくとも部分的に、少なくとも部分的に透明な媒体（７）を包囲している。この媒体（７）は、担体（２）上方の高さ（８）と、担体（２）に沿った幅（９）を有している。媒体（７）内に粒子（１０、１１）が入れられている。この粒子は一次ビームと相互作用する。媒体（７）の高さ（８）と幅（９）の比は１よりも大きい。
2013527605.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
オプトエレクトロニクスデバイス（１）であって、
・担体（２）と、
・少なくとも１つの半導体チップ（３）と、
・少なくとも部分的に透明な媒体（７）と、
・当該媒体（７）内に入れられている粒子（１０、１１）とを有しており、
前記半導体チップ（３）は、前記担体（２）上に配置されており、一次ビーム（６）を放射し、
前記媒体（７）は、前記半導体チップ（３）を少なくとも部分的に包囲しており、前記担体（２）上方の高さ（８）と前記担体（２）に沿った幅（９）を有しており、
前記粒子（１０、１１）は、前記一次ビーム（６）と相互作用し、
前記媒体（７）の前記高さ（８）と前記幅（９）の比は１よりも大きい、
ことを特徴とするオプトエレクトロニクスデバイス。
【請求項２】
前記粒子（１０、１１）は均一に、前記媒体（７）内に分散されている、請求項１記載のオプトエレクトロニクスデバイス。
【請求項３】
前記粒子（１０、１１）は発光剤粒子（１０）を有しており、当該発光剤粒子は、前記一次ビーム（６）を吸収して、二次ビーム（１４）の第１の成分（１４ａ）を放出するように配置されている、請求項１または２記載のオプトエレクトロニクスデバイス。
【請求項４】
殊に蛍光材料、殊にランタンがドーピングされた酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３−Ｌａ２Ｏ３）、イットリウムアルミニウムガーネット（Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２）、酸化ジスプロシウム（Ｄｙ２Ｏ３）、酸化窒化アルミニウム（Ａｌ２３Ｏ２７Ｎ５）または窒化アルミニウム（ＡｌＮ）から成る前記発光剤粒子（１０）が、５〜１５重量％の濃度で存在している、請求項３記載のオプトエレクトロニクスデバイス。
【請求項５】
前記粒子（１０、１１）は散乱粒子（１１）を含んでおり、当該散乱粒子は、前記一次ビームを散乱させるように配置されており、二次ビーム（１４）のために第２の成分（１４ｂ）を与える、請求項１から４までのいずれか１項記載のオプトエレクトロニクスデバイス。
【請求項６】
前記散乱粒子（１１）は、殊にバリウム硫化物、バリウム亜硫酸塩、バリウム硫酸塩またはチタン二酸化物を２〜１０重量％の濃度で有している、請求項５記載のオプトエレクトロニクスデバイス。
【請求項７】
前記媒体（７）の高さ（８）は、前記担体（２）に沿った半導体チップ（３）のチップ幅（１３）の約１〜約３倍である、請求項１から６までのいずれか１項記載のオプトエレクトロニクスデバイス。
【請求項８】
反射層（１２）が少なくとも部分的に前記媒体（７）の面に設けられており、前記媒体（７）の面は、前記半導体チップ（３）の方を向いている、請求項１から７までのいずれか１項記載のオプトエレクトロニクスデバイス。
【請求項９】
部分反射層（１５）が、少なくとも部分的に、前記半導体チップ（３）とは反対側の、前記媒体（７）の面に設けられている、請求項１から８までのいずれか１項記載のオプトエレクトロニクスデバイス。
【請求項１０】
前記部分反射層（１５）は、前記半導体チップ（３）とは反対側の、前記媒体（７）の面に、前記媒体（７）と直接的に接触して配置されている、請求項９記載のオプトエレクトロニクスデバイス。
【請求項１１】
前記部分反射層（１５）と前記媒体（７）との間にエアギャップ（１６）が設けられており、
当該部分反射層は、前記媒体（７）の、前記半導体チップ（３）とは反対側の面に設けられている、請求項９記載のオプトエレクトロニクスデバイス。
【請求項１２】
前記反射層（１２）および／または前記部分反射層（１５）はチタン二酸化物粒子を含有しているシリコーンを含んでおり、
前記反射層（１２）は前記媒体（７）の、前記半導体チップ（３）の方を向いている面に設けられており、前記部分反射層（１５）は前記媒体（７）の、前記半導体チップ（３）とは反対側の面に設けられている、請求項８から１１記載のオプトエレクトロニクスデバイス。
【請求項１３】
請求項１から１２までのいずれか１項に記載されている少なくとも１つのオプトエレクトロニクスデバイス（１）を備え、前記オプトエレクトロニクスデバイス（１）は導光体（１７）に光学的に結合されている、照明装置（１００）。
【請求項１４】
前記オプトエレクトロニクスデバイス（１）と、前記導光体（１７）との間にエアギャップ（１６）が設けられている、請求項１３記載の照明装置。
【請求項１５】
オプトエレクトロニクスデバイス（１）を製造する方法であって、
・半導体チップ（３）を担体（２）上に準備するステップと；
・粒子（１０、１１）を、透明なマトリクス材料、殊に透明なシリコーンから成る媒体（７）に入れるステップと、
・前記媒体（７）を型に注ぐステップと、
・前記媒体（７）を熱で硬化させるステップと、
・前記媒体（７）を前記半導体チップ（３）上に被着させるステップとを有しており、これによって前記担体（２）上方の前記媒体（７）の高さ（８）と、前記担体（２）に沿った前記媒体（７）の幅（９）の比は１よりも大きい、
ことを特徴とする、オプトエレクトロニクスデバイスを製造する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁ビームを放射する半導体チップを備えたオプトエレクトロニクスデバイス並びに少なくとも１つのこの種のオプトエレクトロニクスデバイスを有する照明装置に関する。さらに、オプトエレクトロニクスデバイスを製造する方法を提示する。
【０００２】
従来技術から、オプトエレクトロニクスデバイスおよびオプトエレクトロニクスデバイスを有する照明装置が知られている。文献ＷＯ２００９／１３５６２０Ａ１号は、電磁ビームを放射する照明手段を備えた照明装置を開示している。照明手段の１つの形態は、オプトエレクトロニクスデバイスである。粒子との相互作用によって、電磁ビームの一部が偏向され、一部が自身の波長から変化する。電磁ビームのこの偏向は、粒子密度の勾配によって実現される。しかし、粒子密度の勾配の調節は製造時に非常に手間がかかり、再現困難であり、かつコストがかかる。
【０００３】
オプトエレクトロニクスデバイスは光学的に活性なエピタキシー層を有している。このエピタキシー層は、例えば文献ＤＥ１０２００５００３４６０Ａ１号に開示されているように、担体上に被着されている。
【０００４】
本発明の課題は、媒体内に粒子を有しており、電磁ビームが有利な方向、すなわち担体に対して水平に偏向されるオプトエレクトロニクスデバイスおよび少なくとも１つのこの種のオプトエレクトロニクスデバイスを備えた照明装置を提供することである。さらに均一な光分布が照明装置内で、コストのかかる取り出し構造を用いずに可能であるべきである。
【０００５】
上述の課題は、
・請求項１に記載されているオプトエレクトロニクスデバイス
・請求項１５に記載されているオプトエレクトロニクスデバイスの製造方法ないしは
・請求項１３に記載されている照明装置によって解決される。
【０００６】
オプトエレクトロニクスデバイスないしは照明装置の発展形態および有利な形態は、従属請求項に記載されている。
【０００７】
実施例
種々の実施形態は、担体と少なくとも１つの半導体チップとを備えたオプトエレクトロニクスデバイスを有している。この半導体チップは担体上に配置されており、一次ビームを放射する。さらにこのデバイスは、半導体チップを少なくとも部分的に包囲しており、かつ少なくとも部分的に透明な担体を有している。この媒体は、担体上方の高さと、媒体に沿った幅を有している。この媒体内には、一次ビームと相互作用する粒子が入れられている。この媒体は、１を超える、高さ対幅の比（アスペクト比）を有している。これによって、電磁ビームが有利な方向、すなわち担体に対して水平に偏向されることが保証される。
【０００８】
半導体チップは通常はアクティブゾーンを有している。このアクティブゾーンは、一次ビームを放射する。アクティブゾーンは、ｐｎ移行部、ダブルヘテロ構造、多重量子井戸構造（ＭＱＷ）または単一量子井戸構造（ＳＱＷ）であり得る。量子井戸構造は、量子箱（三次元）、量子細線（二次元）、量子点（一次元）を意味している。
【０００９】
媒体は例えばシリコーン、エポキシ化合物、ガラスまたはセラミックを含み得る。媒体はできるだけ、光耐性を有し、かつ一次ビームに対して少なくとも部分的に透過性であるべきである。
【００１０】
オプトエレクトロニクスデバイスは電磁ビームを有利な方向、すなわち担体に対して水平に偏向すべきである。さらに、照明装置内の均一な光分布が、コストのかかる取り出し構造を用いずに可能であるべきである。これは、粒子を有する媒体が、１を上回るアスペクト比を有していることによって実現される。電磁ビームのこの水平な偏向は、例えば、光導体内への電磁ビームの入力時に、特に有利である。
【００１１】
本発明の基本となるアイディアは、散乱媒体を配置することである。この媒体は、容易かつ効果的に、ＬＥＤチップの正面放射光を横向きに変える。これによって、平らな光導体内での使用が容易になる、ないしは初めて可能になる。最適な効率および側面放射のために、粒子の濃度とアスペクト比が相互に調整されなければならない。
【００１２】
オプトエレクトロニクスデバイスの有利な実施形態では、粒子は均一に媒体内に分散される。これは有利である。なぜなら、均一な分散は特に容易に形成可能であり、電磁ビームの均一な放出を実現するからである。
【００１３】
オプトエレクトロニクスデバイスの有利な実施形態では、粒子は、発光剤粒子を有している。これは、一次ビームを吸収するためおよび二次ビームの第１の部分を放射するために構成されている。発光剤粒子は、蛍光材料から成る。蛍光材料として、有利な実施例では、５〜１５重量％の濃度のイットリウム−アルミニウム−ガーネットが使用され、これは青色の一次光を黄色光に変換する。媒体内のイットリウム−アルミニウム−ガーネットの濃度が５重量％の場合には、青白い二次ビームが生じる。１５重量％の、より高い重量の場合には、黄みがかった白色の二次ビームが生じる。
【００１４】
オプトエレクトロニクスデバイスの有利な実施形態では、粒子は散乱粒子を有している。これは、一次ビームを散乱させるように配置されており、ここでは第２の成分が二次ビームに寄与する。電磁ビームと散乱粒子との相互作用時には、電磁ビームの波長は変化しない。用語「散乱粒子」および「反射粒子」は、本願では同義語として使用されている。
【００１５】
有利な実施形態では、散乱粒子はバリウム硫化物および／またはバリウム亜硫酸塩および／またはバリウム硫酸塩および／またはチタン二酸化物を有している。チタン二酸化物−散乱粒子の平均サイズは、約３００ｎｍである。散乱粒子の濃度は２〜１０重量％である。５重量％よりも高い濃度の場合には、二次ビームの垂直に放射される成分の強度は０に近い。
【００１６】
二次ビームが形成される場合には、散乱粒子を有する媒体は、青色光と黄色光との良好な混合および一次ビームの適切な偏向に寄与する。
【００１７】
有利な実施形態では、媒体の高さは、担体に沿った半導体チップのチップ幅の１〜３倍である。これは有利である。なぜなら、上記の寸法の場合には、多くの二次ビームをオプトエレクトロニクスデバイスの側方から取り出すことができるからである。
【００１８】
有利な実施形態では、反射層が設けられている。この反射層は少なくとも部分的に、媒体の、半導体チップの方を向いている面に延在している。これは有利である。なぜならこれによって、散乱粒子によって反射され、発光剤粒子から放射される二次ビームが担体での吸収によって失われることが阻止されるからである。
【００１９】
有利な実施形態では、部分反射層が設けられている。この部分反射層は少なくとも部分的に、媒体の、半導体チップとは反対側の面に配置されている。この部分反射層は電磁ビームの一部を反射して、媒体内に戻す。ここでこの部分反射層は、波長を選択的に反射しない。この層は、二次ビームの一部が、媒体の、半導体チップとは反対側の面から出ていくことを阻止する。この層によって媒体内に反射して戻される二次ビームの割合は、この層内のチタン二酸化物−反射粒子の含有量を介して調節される。
【００２０】
有利な実施形態では、部分反射層は、媒体の、半導体チップとは反対側の面で、この媒体と直接的に接触して配置されている。これは有利である。なぜなら製造が容易だからである。
【００２１】
有利な実施形態では、媒体の、半導体チップの方を向いている面の反射層および／または、媒体の、半導体チップとは反対側の面の部分反射層はシリコーンを有している。これはチタン二酸化物粒子を有している。
【００２２】
有利な実施形態では、オプトエレクトロニクスデバイスは導光体に光学的に結合されている。
【００２３】
有利な実施形態では、オプトエレクトロニクスデバイスと導光体との間に、エアギャップが設けられている。このエアギャップは、導光体の導波モードへのより良好な入力を生じさせる。
【００２４】
オプトエレクトロニクスデバイスを製造する方法の実施形態では、半導体チップは担体上に準備される。粒子が、透明なマトリクス材料、殊に透明なシリコーンから成る媒体内に入れられる。次に、媒体が型に注入される。その後、媒体が熱によって硬化される。その後、媒体は半導体チップ上に次のように被着される。すなわち、アスペクト比が１よりも大きくなるように被着される。
【００２５】
オプトエレクトロニクスデバイスを製造する択一的な方法が以下のように提示される。媒体は粒子と結合されて、圧縮成形（compression molding）によって同時に半導体チップ上に被着される。ここで型が提供され、これが圧力下で噴射される。次に、媒体が硬化される。
【００２６】
この択一的な方法によって製造されたオプトエレクトロニクスデバイスは、次に、導光体に光学的に結合される。
【００２７】
上記の方法に従って製造されたオプトエレクトロニクスデバイスは、低コストで製造され、高い光学効率が得られる。このオプトエレクトロニクスデバイスを適切にラテラル方向に配置することによって容易に、平面光源が形成される。オプトエレクトロニクスデバイスの数も制限される場合には、均一な光密度が得られる。効率的な、縁のないかつ自己冷却式の平面光源が得られる。この平面光源は非常に薄く製造され、かつ柔軟である。
【００２８】
本発明による解決方法の種々の実施例を以下で図面に基づいて詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】オプトエレクトロニクスデバイスの１つの実施例の断面図
【図２】オプトエレクトロニクスデバイスの１つの実施例の断面図
【図３】種々異なるアスペクト比に対する、オプトエレクトロニクスデバイスの放射特性
【図４】角度の関数としての、オプトエレクトロニクスデバイスの放射特性図
【図５】オプトエレクトロニクスデバイスの１つの実施例の断面図
【図６ａ】オプトエレクトロニクスデバイスの１つの実施例の断面図
【図６ｂ】オプトエレクトロニクスデバイスの１つの実施例の断面図
【図７】オプトエレクトロニクスデバイスを２つ備えている照明装置の１つの実施例の断面図
【図７ａ】図７に示されている２つのオプトエレクトロニクスデバイスのうちの１つ
【図７ｂ】図７ａに示されているオプトエレクトロニクスデバイスを中心とした輝度分布のシミュレーション
【図８】オプトエレクトロニクスデバイスを２つ備えている照明装置の１つの実施例の断面図
【図８ａ】図８に示されている２つのオプトエレクトロニクスデバイスのうちの１つ
【図８ｂ】図８ａに示されているオプトエレクトロニクスデバイスを中心とした輝度分布のシミュレーション
【図９】オプトエレクトロニクスデバイスを複数個備えている照明装置の１つの実施例の平面図
【図１０】オプトエレクトロニクスデバイスを２つ備えている照明装置の１つの実施例の断面図
【図１０ａ】図１０に示されている２つのオプトエレクトロニクスデバイスのうちの１つ
【図１０ｂ】図１０ａに示されているオプトエレクトロニクスデバイスを中心とした輝度分布のシミュレーション
【図１１】オプトエレクトロニクスデバイスを２つ備えている照明装置の１つの実施例の断面図
【図１１ａ】図１１に示されている２つのオプトエレクトロニクスデバイスのうちの１つ
【図１１ｂ】図１１ａに示されているオプトエレクトロニクスデバイスを中心とした輝度分布のシミュレーション
【図１２】複数のオプトエレクトロニクスデバイスを備えている照明装置の１つの実施例の断面図
【図１２ａ】図１２に示されている２つのオプトエレクトロニクスデバイスのうちの１つ
【図１２ｂ】図１２ａに示されているオプトエレクトロニクスデバイスを中心とした輝度分布のシミュレーション
【実施例】
【００３０】
同じ部材または同様の機能を有する部材には、図面において、同じ参照番号が付与されている。図面および図面に示されている部材間の大きさの比は、縮尺通りではなく、より分かりやすくするために個々の部材が過度に大きく示されることがある。
【００３１】
図１は、オプトエレクトロニクスデバイス１を示している。担体２上に半導体チップ３が被着されている。電気的な接触接続はコンタクト４およびボンディングワイヤー５を介して行われる。半導体チップ３は一次ビーム６を放射する。半導体チップ３は少なくとも部分的に透明な媒体７によって包囲されている。この媒体７は担体２上の高さ８と、担体２に沿った幅９とを有している（アスペクト比）。媒体７内には、粒子１０、１１が入れられている。これらの粒子は、一次ビーム６と相互作用する。媒体７は、１よりも大きいアスペクト比を有している。粒子１０、１１は均一に媒体７内に分布している。粒子１０、１１は発光剤粒子１０を有している。これは、一次ビーム６を吸収し、二次ビーム１４の第１の成分１４ａを放射するように作られている。
【００３２】
発光剤粒子１０は殊に蛍光材料を有している。これは例えばイットリウム−アルミニウム−ガーネットである。発光剤粒子は５〜１５重量％の濃度で存在している。粒子１０、１１は、散乱粒子１１を有している。これは、一次ビームを散乱させるように配置されており、ここで第２の成分１４ｂを二次ビーム１４のために与える。散乱粒子１１は、電磁ビームとの相互作用時に、電磁ビームの波長を変えない。用語「散乱粒子」と同義であるのは、用語「反射粒子」である。散乱粒子１１はバリウム硫化物および／またはバリウム亜硫酸塩および／またはバリウム硫酸塩および／またはチタン二酸化物を有している。散乱粒子は、２〜１０重量％の濃度で存在している。媒体７の高さ８は、担体２に沿った、半導体チップ３のチップ幅１３の約１〜約３倍である。媒体７の高さ８によって、二次ビームのラテラル方向放射の割合が調整される。例えば、３００μｍのチップ幅１３を有する半導体チップ３の場合には、３００μｍ〜９００μｍの、媒体７の高さ８が有利である。反射層１２が少なくとも部分的に、媒体７の、半導体チップ３の方を向いている面に設けられている。このデバイスの幾何学的形状は次のように設計されている。すなわち、担体上に垂直に延在している媒体７の側面と、担体に対して平行に配置されている媒体の表面が、その面積に関して支配的であるように設計されている。
【００３３】
図２は、オプトエレクトロニクスデバイス１を示している。ここでは媒体の幅９は、ほぼ、半導体チップ３の幅１３に相応する。反射層を、媒体７の、半導体チップ３の方に向いている面に設ける必要性はない。その他の部分は、図１に示されている部分に相応する。
【００３４】
図３は、発光剤粒子１０が充填されている媒体７に対する、種々異なるアスペクト比に対する、計算された放射特性を示している。媒体７はここでシリコーン層であり、発光剤粒子１０はここでは蛍光材料である。放射特性は、０．１〜４．１の間のアスペクト比の種々の値に対して示されている。横軸ｘ上には放射角度が示されており、縦軸ｙ上には二次ビーム１４の強度が示されている。アスペクト比が０．１である場合には、オプトエレクトロニクスデバイスによって放射される強度は、小さい角度の際に最大になる。アスペクト比が１．１以上の場合に放射強度は、角度が小さい場合に、極めて小さい値に下降する。二次ビーム１４の強度は、６０〜９０°の角度範囲において最大値になる。換言すれば、ラテラル方向の放射が極めて有利である。角度分布は、アスペクト比の他に、粒子濃度によっても影響される。
【００３５】
図４は、角度の関数として、オプトエレクトロニクスデバイス１の典型的な放射特性を示している。x軸上には、−１８０°〜＋１８０°の角度が示されている。０°の角度は、媒体７の、半導体チップ３とは反対側の面上の垂線に相応する。約−７０°と約＋７０°の角度の際に、最大強度が位置する。０°の角度の場合には、強度はほぼ消える。
【００３６】
図５は、部分反射層１５を備えたオプトエレクトロニクスデバイスを示している。これは少なくとも部分的に、媒体７の、半導体チップ３とは反対側の面に設けられている。部分反射層１５は、媒体７の、半導体チップ３とは反対側の面で、媒体７と直接的に接触して配置されている。部分反射層１５はシリコーンであってよい。これはチタン二酸化物粒子によって充填されている。部分反射層１５は、全体的な可視スペクトル領域からの二次ビームを反射する。殊に、波長に依存した反射は生じない。換言すれば、波長に関して二次ビームはフィルタリングされない。部分反射層１５は、正面放射と側面放射との間のバランスを調整するために用いられる。チタン二酸化物の濃度に依存して、二次ビーム１４の第１の成分１４ａおよび第２の成分１４ｂはより強くまたはより弱く反射される。境界例においては、垂直な（すなわち、半導体チップ３に対向している媒体７の面上で垂線状の）二次ビームの放射が完全に阻止される。換言すれば、照明放射は、側面放射が有利になるように抑圧される。部分反射性白色層１５によって、発光剤粒子によって生起される、不所望な、黄色の色印象が回避される。残りの部分は、図１に示された部分に相応する。
【００３７】
図６ａは、オプトエレクトロニクスデバイス１内の２つの半導体チップ３ａおよび３ｂを示している。同じように、媒体７の高さ８は、チップ幅１３の１〜３倍である。この媒体は、この実施例では発光剤粒子１０も散乱粒子１１も含んでいる。散乱粒子１１は、一次ビーム６ａおよび６ｂを、二次ビームの第１の成分１４ａと混ぜる。一次ビーム６ａは、第１の波長の、第１の半導体チップ３ａによって放射された電磁ビームである。一次ビーム６ｂは、第２の波長の、第２の半導体チップ３ｂによって放射された電磁ビームである。二次ビームの第１の成分１４ａは、発光剤粒子１０によって変換された光である。さらに、散乱粒子１１は、所望の、すなわち側方の放射特性のために用いられる。残りの部分は、図１に示された部分に相応する。
【００３８】
図６ｂは、既に図６ａに示された、オプトエレクトロニクスデバイス１内の２つの半導体チップ３ａおよび３ｂを示している。図６ａとは異なり、媒体７内には散乱粒子１１のみが入れられている。発光剤粒子１０を用いずに波長変換は行われない。すなわち媒体７内では、一次ビーム６の色混合および側方偏光のみが行われる。所望のスペクトルは、一次ビームの第１の成分６ａおよび一次ビームの第２の成分６ｂの種々の波長によって実現される。残りの部分は、図１に示されている部分に相応する。
【００３９】
図示されていない実施例では、少なくとも３つの半導体チップを有しているオプトエレクトロニクスデバイスが設けられている。これらの半導体チップは、赤色、緑色および青色のスペクトル領域において発光する。発光剤粒子１０による波長変換は、不必要である。図６ｂの実施例に既に示されているように、散乱粒子１１による光混合および放射特性の調整のみが行われなければならない。残りの部分は、図６ｂに示されている部分に相応する。
【００４０】
図７は、照明装置の参考資料である。図７は、chip level conversionを有している白色ＬＥＤを示している。このＬＥＤは、導光体１７内に埋設されている。白色ＬＥＤは、一次ビーム６を放射する半導体チップ３と、この半導体チップ３上に載置されている薄い媒体７を有している。この薄い媒体７は、約３０μｍの典型的な厚さを有している。換言すれば、媒体７の高さ８は、半導体チップ３のチップ幅１３に対しわずかである。担体２上に垂直に延在している媒体７の側面は、担体２に対して平行に配置されている媒体７の表面に比べて小さい。この薄い媒体７は、波長変換のために発光剤粒子１０を含んでいる。効率を上げるために、反射層１２が設けられている。この反射層は半導体チップ１３を包囲している。白色ＬＥＤは近似的にランベルト放射プロファイルを有している。媒体７は薄いので、大部分が前方へ向けられている放射が生じる。これは次の結果を有する。すなわち、非常にわずかな電磁ビームが導光体内に入力され、光の大部分は直接的に正面でおよび点状に、半導体チップ３を介して出力される、という結果を有する。導光体１７内のオプトエレクトロニクスデバイスの直列配置において、極めて不均一な輝度分布が結果として生じる。これらの欠点は、図８、１１および１２に示された実施例において最も顕著に、克服される。図７ｂに示されている輝度分布に対する零点２０は、その時々のオプトエレクトロニクスデバイス１の中央に位置している。
【００４１】
図７ａは、図７に示された２つのオプトエレクトロニクスデバイス１のうちの１つを示している。２つのデバイス１は同じものである。従って、両方のデバイス１に同じ輝度分布が当てはまる。輝度分布の零点２０は０ｍｍであり、オプトエレクトロニクスデバイス１上に中心に位置している。位置を示すために、零点２０の位置を備えた水平軸２１が示されている。
【００４２】
図７ｂは、図７ａに示されたオプトエレクトロニクスデバイス１に対する輝度分布のシミュレーションを示している。零点２０で輝度が最大であり、０．０４５を超えている（任意単位で）。零点２０の両側では（＋２ｍｍ〜−２ｍｍ）、輝度は２ｍｍの範囲内で、０．００５に降下する（任意単位で）。ランベルトビームプロファイルが示されている。従って図７に既に示されているように、図７ａに示されたオプトエレクトロニクスデバイスは、導光体１７内への光の側方入力にはほぼ適していない。
【００４３】
図８は、オプトエレクトロニクスデバイス１が２つ埋設されている導光体１７から成る装置１００を示している。両半導体チップ３の間隔は約１０ｍｍであり、導光体１７の高さ１８は約２ｍｍであり、媒体７の高さ８は約１．５ｍｍである。半導体チップ３の間の最適な間隔は以下の判断基準に従って定められる。必要な数の半導体チップ３によって、均一な輝度および最適な加熱を備えた平面光源が形成される。コスト的な理由から、必要な光量に対する、できるだけ少数の半導体チップ３が使用されるべきである。全体として最適な熱管理のためには、より少ない個別出力を備えたより多くの半導体チップ３を選択するのが有利である。光形成および熱形成は広げられるべきである。オプトエレクトロニクスデバイスは、図１に示されたオプトエレクトロニクスデバイスに相当する。導光体１７内への埋設は、二次ビーム１４のラテラル方向分布に用いられる。これによって、均一な光分布が得られる。質的に高価値の光印象が得られる。これは殊に、バックライト用途に必要とされる。基準として用いられる図７においては、極めて僅かな二次ビーム１４のみがラテラル方向で、導光体１７内に入力される。二次ビームの大部分は、直接的に正面でかつ点状に出力される。これに対して、図８の実施例では、高い側面放射が行われる。これによって、図７の装置に対して光点の幅が約二倍になる。約２ｍｍの代わりに、４ｍｍの幅が得られる。これによって、同じ導光体厚さの場合に、オプトエレクトロニクスデバイス１の数を基準に対して、四分の一に低減させることができる。さらに、輝度の均一性が著しく改善され、最大強度と背景との間の輝度コントラストが係数３に低減される。図７に示された基準例では、この係数は約２０である。
【００４４】
図８ａは、図８に示された２つのオプトエレクトロニクスデバイス１のうちの１つを示している。２つのデバイス１は同じものである。従って、両方のデバイス１に対して同じ輝度分布が当てはまる。輝度分布の零点２０は０ｍｍにあり、オプトエレクトロニクスデバイス１の中央にある。位置を示すために、零点２０の位置を備えた水平軸２１が示されている。
【００４５】
図８ｂは、図８ａに示されたオプトエレクトロニクスデバイス１に対する、シミュレーションされた輝度分布を示している。零点２０では、輝度は０．００６〜０．００８の間にある。零点２０から約１ｍｍの間隔では、輝度は約０．０１２にある。最大輝度は、もはや半導体チップの中央ではなく、側方から出力される。零点２０から約３ｍｍの間隔では、輝度は約０．００４に下降する。有利に側方で出力された光は、導光体１７内への側方入力に有利である。
【００４６】
図９は、複数のオプトエレクトロニクスデバイス１が埋設されている、導光体１７から成る装置１００を示している。これは、この装置１００が平らな構成であることを示している。この図では、オプトエレクトロニクスデバイス１による相互のシャドウイングが、無視できる程度に小さいことが明確である。
【００４７】
図１０は、既に図８に示されているように、複数のオプトエレクトロニクスデバイス１が埋設されている導光体１７から成る装置１００を示している。図８とは異なり、オプトエレクトロニクスデバイス１の周囲にはエアギャップ１６が設けられている。このエアギャップによって、二次ビーム１４が導光体１７の導波モード内により良好に入力される。二次ビーム１４は、導光体１７の内部または表面での付加的な散乱メカニズムを介して取り出される。これによって、大きい領域において輝度の均一性が改善される。
【００４８】
図１０ａは、図１０に示されている２つのオプトエレクトロニクスデバイス１のうちの１つを示している。２つのデバイス１は同じものである。従って、両方のデバイス１に対して同じ輝度分布が当てはまる。輝度分布の零点２０は０ｍｍであり、オプトエレクトロニクスデバイス１の中央にある。位置を示すために、零点２０の位置を備えた水平軸２１が示されている。
【００４９】
図１０ｂは、図１０ａに示されたオプトエレクトロニクスデバイス１に対するシミュレーションされた輝度分布を示している。零点２０では、輝度は０．０２〜０．０２５の間にある。零点２０から約１ｍｍの間隔では、輝度は約０．００６に下降する。最大輝度は、半導体チップの中央で出力される。零点２０から約２ｍｍ〜約５ｍｍの間隔では、輝度は一定して約０．００４にある。
【００５０】
図１１は、図１０の実施例よりもさらに有利な実施例を示している。二次ビーム１４の点状放射を阻止するために、付加的に、半導体チップ３とは反対側の、媒体７の面には、半透明または部分反射層１５が配置されている。これによって、二次ビーム１４が均一になる。エアギャップ１６は、部分反射層１５を備えた媒体７と、導光体１７との間にある。
【００５１】
図１１ａは、図１１に示されている２つのオプトエレクトロニクスデバイス１のうちの１つを示している。２つのデバイス１は同じものである。従って、両方のデバイス１に対して同じ輝度分布が当てはまる。輝度分布の零点２０は０ｍｍであり、オプトエレクトロニクスデバイス１の中央にある。位置を示すために、零点２０の位置を備えた水平軸２１が示されている。
【００５２】
図１１ｂは、図１１ａに示されたオプトエレクトロニクスデバイス１に対する、シミュレーションされた輝度分布を示している。これは、半透明層１５が約９５％の反射を有している場合のものである。零点２０では、輝度は約０．００２にある。零点２０から約１ｍｍの間隔では、輝度は約０．００７に増大している。零点２０から１ｍｍ〜５ｍｍの間隔では、輝度は緩慢に約０．００４５に下降する。すなわち、最大輝度は、零点２０を介した中央方向で得られるのではなく、零点２０より側方で得られる。従って導光体１７内への電磁ビームの側方結合には、図１１ａに示されているデバイスが良好に適している。半透明層１５の反射度合いを適切に選択することによって、輝度の均一性がさらに最適化される。
【００５３】
図１１の実施例に対して択一的に、部分反射層１５を、導光体１７内の陥入部の内側に取り付けることができる。これは図１２に示されている。図１１に示されている実施例に対して、図１２に示されている実施例によって、輝度の均一性がさらに改善される。エアギャップ１６は媒体７と、部分反射層１５が固定されている導光体１７との間に位置している。
【００５４】
図１２ａは、図１２に示されている２つのオプトエレクトロニクスデバイス１のうちの１つを示している。２つのデバイス１は同じものである。従って、両方のデバイス１に対して同じ輝度分布が当てはまる。輝度分布の零点２０は０ｍｍであり、オプトエレクトロニクスデバイス１の中央にある。位置を示すために、零点２０の位置を備えた水平軸２１が示されている。
【００５５】
図１２ｂは、図１２ａに示されたオプトエレクトロニクスデバイス１に対する、シミュレーションされた輝度分布を示している。これは、半透明層１５が約６０％の反射率を有している場合のものである。零点２０では、輝度は約０．００５５にある。零点２０から約１ｍｍの間隔では、輝度は約０．００６に僅かに増大している。零点２０から１．５ｍｍ〜５ｍｍの間隔では、輝度は緩慢に約０．００４５に下降する。すなわち、最大輝度は、零点２０上の中央方向にではなく、零点２０より側方で得られる。しかし、５ｍｍから零点２０の両側までの領域において輝度は近似的に均一に分布している。従って導光体１７内への電磁ビームの側方結合には、図１２ａに示されているデバイスが特に良好に適している。示されているように、半透明層１５の反射度を適切に選択することによって、輝度の均一性が最適化される。
【００５６】
オプトエレクトロニクスデバイスを、基となる考えを分かりやすく示すために、幾つかの実施例に即して説明した。これらの実施例はここで、特定の特徴の組み合わせに限定されない。幾つかの特徴および構成が、特定の実施例または個々の実施例に関連してのみ記載されていたとしても、これらをそれぞれ、別の実施例の別の特徴と組み合わせることができる。同じように、実施例において、一般的な技術的な教示が実現される範囲において、個別に示された特徴または特別な構成を省くまたは付加することができる。
【符号の説明】
【００５７】
１  オプトエレクトロニクスデバイス、  ２  担体、  ３  半導体チップ、  ４  コンタクト、  ５  ボンディングワイヤー、  ６  一次ビーム、  ６ａ  一次ビームの第１の成分、  ６ｂ  一次ビームの第２の成分、  ７  媒体、  ８  媒体の高さ、  ９  媒体の幅、  １０  発光剤粒子、  １１  散乱粒子、  １２  反射層、  １３  チップ幅、  １４  二次ビーム、  １４ａ  二次ビームの第１の成分、  １４ｂ  二次ビームの第２の成分、  １５  部分反射層、  １６  エアギャップ、  １７  導光体、  １８  導光体の高さ、  ２０  零点、  ２１  シミュレーションの水平軸、単位：ｍｍ、  １００  複数のオプトエレクトロニクスデバイスが埋設された導光体から成る装置
【図１】
2013527605.tif 000003
【図２】
2013527605.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図７】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図８】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１０ａ】
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【図１０ｂ】
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【図１１】
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【図１１ａ】
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【図１１ｂ】
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【図１２】
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【図１２ａ】
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【図１２ｂ】
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【手続補正書】
【提出日】平成25年1月21日(2013.1.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
オプトエレクトロニクスデバイス（１）であって、
・担体（２）と、
・少なくとも１つの半導体チップ（３）と、
・少なくとも部分的に透明な媒体（７）と、
・当該媒体（７）内に入れられている粒子（１０、１１）とを有しており、
前記半導体チップ（３）は、前記担体（２）上に配置されており、一次ビーム（６）を放射し、
前記媒体（７）は、前記半導体チップ（３）を少なくとも部分的に包囲しており、前記担体（２）上方の高さ（８）と前記担体（２）に沿った幅（９）を有しており、
前記粒子（１０、１１）は、前記一次ビーム（６）と相互作用し、
前記媒体（７）の前記高さ（８）と前記幅（９）の比は１よりも大きく、
部分反射層（１５）が、少なくとも部分的に、前記媒体（７）の、前記半導体チップ（３）とは反対側の面に設けられている、
ことを特徴とするオプトエレクトロニクスデバイス。
【請求項２】
前記粒子（１０、１１）は均一に、前記媒体（７）内に分散されている、請求項１記載のオプトエレクトロニクスデバイス。
【請求項３】
前記粒子（１０、１１）は発光剤粒子（１０）を有しており、当該発光剤粒子は、前記一次ビーム（６）を吸収して、二次ビーム（１４）の第１の成分（１４ａ）を放出するように配置されている、請求項１または２記載のオプトエレクトロニクスデバイス。
【請求項４】
殊に蛍光材料、殊にランタンがドーピングされた酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３−Ｌａ２Ｏ３）、イットリウムアルミニウムガーネット（Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２）、酸化ジスプロシウム（Ｄｙ２Ｏ３）、酸化窒化アルミニウム（Ａｌ２３Ｏ２７Ｎ５）または窒化アルミニウム（ＡｌＮ）から成る前記発光剤粒子（１０）が、５〜１５重量％の濃度で存在している、請求項３記載のオプトエレクトロニクスデバイス。
【請求項５】
前記粒子（１０、１１）は散乱粒子（１１）を含んでおり、当該散乱粒子は、前記一次ビームを散乱させるように配置されており、二次ビーム（１４）のために第２の成分（１４ｂ）を与える、請求項１から４までのいずれか１項記載のオプトエレクトロニクスデバイス。
【請求項６】
前記散乱粒子（１１）は、殊にバリウム硫化物、バリウム亜硫酸塩、バリウム硫酸塩またはチタン二酸化物を２〜１０重量％の濃度で有している、請求項５記載のオプトエレクトロニクスデバイス。
【請求項７】
前記媒体（７）の高さ（８）は、前記担体（２）に沿った半導体チップ（３）のチップ幅（１３）の約１〜約３倍である、請求項１から６までのいずれか１項記載のオプトエレクトロニクスデバイス。
【請求項８】
反射層（１２）が少なくとも部分的に前記媒体（７）の面に設けられており、前記媒体（７）の面は、前記半導体チップ（３）の方を向いている、請求項１から７までのいずれか１項記載のオプトエレクトロニクスデバイス。
【請求項９】
前記反射層（１２）は、チタン二酸化物粒子を含有しているシリコーンを含んでいる、
請求項８記載のオプトエレクトロニクスデバイス。
【請求項１０】
前記部分反射層（１５）は、前記半導体チップ（３）とは反対側の、前記媒体（７）の面に、前記媒体（７）と直接的に接触して配置されている、請求項１から９までのいずれか１項記載のオプトエレクトロニクスデバイス。
【請求項１１】
前記部分反射層（１５）と前記媒体（７）との間にエアギャップ（１６）が設けられており、
当該部分反射層は、前記媒体（７）の、前記半導体チップ（３）とは反対側の面に設けられている、請求項１から１０までのいずれか１項記載のオプトエレクトロニクスデバイス。
【請求項１２】
前記部分反射層（１５）はチタン二酸化物粒子を含有しているシリコーンを含んでいる、請求項１から１１までのいずれか１項記載のオプトエレクトロニクスデバイス。
【請求項１３】
請求項１から１２までのいずれか１項に記載されている少なくとも１つのオプトエレクトロニクスデバイス（１）を備え、前記オプトエレクトロニクスデバイス（１）は導光体（１７）に光学的に結合されている、照明装置（１００）。
【請求項１４】
前記オプトエレクトロニクスデバイス（１）と、前記導光体（１７）との間にエアギャップ（１６）が設けられている、請求項１３記載の照明装置。
【請求項１５】
オプトエレクトロニクスデバイス（１）を製造する方法であって、
・半導体チップ（３）を担体（２）上に準備するステップと；
・粒子（１０、１１）を、透明なマトリクス材料、殊に透明なシリコーンから成る媒体（７）に入れるステップと；
・前記媒体（７）を型に注ぐステップと；
・前記媒体（７）を熱で硬化させるステップと；
・前記媒体（７）を前記半導体チップ（３）上に被着させるステップとを有しており、これによって前記担体（２）上方の前記媒体（７）の高さ（８）と、前記担体（２）に沿った前記媒体（７）の幅（９）の比は１よりも大きく；
・部分反射層（１５）を、少なくとも部分的に、前記媒体（７）の、前記半導体チップ（３）とは反対側の面に被着するステップを有している、
ことを特徴とする、オプトエレクトロニクスデバイスを製造する方法。
【国際調査報告】
2013527605.tif 000026
2013527605.tif 000027
2013527605.tif 000028
2013527605.tif 000029
2013527605.tif 000030
2013527605.tif 000031