(57)【要約】  照明装置（１）を開示する。この照明装置はオプトエレクトロニクスデバイス（２０）を含む。このオプトエレクトロニクスデバイスはケーシング体（２０３）および少なくとも１つの、ビーム生成用に設けられた半導体チップ（３）を有している。さらに照明装置は別個に設けられた光学部材（２）を含む。この別個にされた光学部材は、前記オプトエレクトロニクスデバイスに固定されるように設けられており、光軸を有している。ここでこの光学部材は、ビーム出射面（４）を有しており、このビーム出射面は凹状に湾曲された部分領域（５）と、この凹状に湾曲された部分領域を光軸に対して間隔をあけて少なくとも部分的に取り囲む、凸状に湾曲された部分領域（７）とを有している。ここで光軸（６）は、凹状に湾曲された部分領域を通って延在する。
2008532300.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明装置（１）であって、
該照明装置はオプトエレクトロニクスデバイス（２０）と別個の光学部材（２）とを含んでおり、
該オプトエレクトロニクスデバイスはケーシング体（２０３）と少なくとも１つの、ビーム生成用に設けられた半導体チップ（３）を有しており、
前記光学部材は前記オプトエレクトロニクスデバイスに固定されるように設けられており、光軸を有しており、
・前記光学部材はビーム出射面（４）を有しており、
・当該ビーム出射面は、凹状に湾曲された部分領域（５）と、当該凹状に湾曲された部分領域を光軸と間隔をあけて少なくとも部分的に取り囲んでいる、凸状に湾曲された部分領域（７）を有しており、
前記光軸（６）は前記凹状に湾曲された部分領域を通って延在する、
ことを特徴とする照明装置。
【請求項２】
前記半導体チップ（３）は薄膜半導体チップとして構成されている、請求項１記載の照明装置。
【請求項３】
照明装置（１）であって、
該照明装置はビーム生成用に設けられた半導体チップ（３）と光学部材（２）とを含んでおり、当該光学部材は光軸（６）を有しており、
・前記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、
・前記光学部材はビーム出射面（４）を有しており、
・前記ビーム出射面は、凹状に湾曲された部分領域（５）と、当該凹状に湾曲された部分領域を光軸と間隔をあけて少なくとも部分的に取り囲んでいる、凸状に湾曲された部分領域（７）を有しており、
前記光軸は前記凹状に湾曲された部分領域を通って延在する、
ことを特徴とする照明装置。
【請求項４】
前記照明装置（１）はオプトエレクトロニクスデバイス（２０）を含んでおり、当該オプトエレクトロニクスデバイスはケーシング体（２０３）および半導体チップ（３）を有しており、
前記光学部材（２）は別個の光学部材として構成されており、当該光学部材はオプトエレクトロニクスデバイスに固定されるように設けられている、請求項３記載の照明装置。
【請求項５】
前記オプトエレクトロニクスデバイス（２０）に固定された光学部材（２）の光軸（６）は前記半導体チップ（３）を通って延在している、請求項１から４までの少なくとも１項記載の照明装置。
【請求項６】
前記光学部材（２）は光軸（６）に対して回転対称に構成されている、請求項１から５までの少なくとも１項記載の照明装置。
【請求項７】
前記凸状に湾曲された部分領域（７）は、前記凹状に湾曲された部分領域（５）の曲率よりも低い曲率を有している、請求項１から６までの少なくとも1項記載の照明装置。
【請求項８】
前記凸状に湾曲された部分領域（７）は、前記凹状に湾曲された部分領域（５）の面積よりも大きい面積を有している、請求項１から７までの少なくとも１項記載の照明装置。
【請求項９】
前記凸状に湾曲された部分領域（７）は第１の領域（７１）と第２の領域（７２）を有しており、
当該第１の領域の曲率は当該第２の領域の曲率よりも低い、請求項１から８までの少なくとも１項記載の照明装置。
【請求項１０】
前記ケーシング体（２０３）は事前に製造されており、半導体チップ（３）は後からケーシング体に配置される、請求項１から９までの少なくとも１項記載の照明装置。
【請求項１１】
前記オプトエレクトロニクスデバイス（２０）は、殊にケーシング体（２０３）とともに変形されたリードフレームを有している、請求項１から１０までの少なくとも１項記載の照明装置。
【請求項１２】
前記オプトエレクトロニクスデバイス（２０）、殊にリードフレームは、第１の電気的接続部分（２０５）と第２の電気的接続部分（２０６）と熱的接続部分（２１５）を有している、請求項１から１１までの少なくとも１項記載の照明装置。
【請求項１３】
前記オプトエレクトロニクスデバイス（２０）は表面実装可能なデバイスとして構成されている、請求項１から１２までの少なくとも１項記載の照明装置。
【請求項１４】
前記半導体チップ（３）は担体（３０１）上に配置された半導体ボディ（３０２）を含んでおり、当該半導体ボディは半導体層列を有している、請求項１から１３までの少なくとも１項記載の照明装置。
【請求項１５】
前記担体（３０１）は、半導体層列に対する成長基板から析出されている、請求項１４記載の照明装置。
【請求項１６】
前記半導体ボディ（３０２）上に、殊に半導体ボディと前記担体（３０１）の間にミラー層（３０６）が配置されている、請求項１４または１５記載の照明装置。
【請求項１７】
前記ミラー層（３０６）は金属を含んでいる、請求項１４から１６までの少なくとも１項記載の照明装置。
【請求項１８】
前記光学部材（２）は少なくとも１つの固定部材（９）を有しており、当該固定部材は光学部材をオプトエレクトロニクスデバイス（２０）に固定するように設けられている、請求項１から１７までの少なくとも１項記載の照明装置。
【請求項１９】
前記オプトエレクトロニクスデバイス（２０）、殊にケーシング体は少なくとも１つの固定装置（２０１）を有しており、前記固定部材（９）は、光学部材（２）を固定させるためにオプトエレクトロニクスデバイス（２０）の固定装置にかみ合う、請求項１８記載の照明装置。
【請求項２０】
前記光学部材（２）は、プレスばめ、加熱プレスばめ、型押し、加熱型押し、熱によるリベット締めまたは接着を用いて前記オプトエレクトロニクスデバイス（２０）に固定されるように設けられている、請求項１から１９までの少なくとも１項記載の照明装置。
【請求項２１】
前記光学部材（２）は少なくとも１つのガイド部材（１０）を有しており、当該ガイド部材は前記固定部材と比較して、固定部材の側で光学部材（２）に接している縁部（１３）により近く配置されている、請求項１８から２０までの少なくとも１項記載の照明装置。
【請求項２２】
前記ガイド部材（１０）は、前記縁部（１３）に反する側で傾斜して構成されている、請求項２１記載の照明装置。
【請求項２３】
前記光学部材（２）は複数の固定部材（９）およびガイド部材（１０）を有しており、ガイド部材の数は固定部材の数よりも大きい、請求項１８から２１記載の照明装置。
【請求項２４】
前記オプトエレクトロニクスデバイス（２０）に固定されている光学部材（２）と半導体チップ（３）の間に中間層（１４）が配置されている、請求項１から２３までの少なくとも１項記載の照明装置。
【請求項２５】
前記中間層（１４）は可塑的に変形可能である、請求項２４記載の照明装置。
【請求項２６】
前記中間層（１４）はシリコーン、殊にシリコーンゲルを含んでいる、請求項２４または２５記載の照明装置。
【請求項２７】
前記オプトエレクトロニクスデバイス（２０）に固定されている光学部材（２）とオプトエレクトロニクスデバイスの間、殊に光学部材（２）の方を向いているケーシング体面と、ビーム入射面との間に中間空間（１５）が配置されている、請求項１から２６までの少なくとも１項記載の照明装置。
【請求項２８】
前記中間空間（１５）は、中間層（１４）の伸張時に当該中間層を収容するためのすき間として構成されている、請求項２７記載の照明装置。
【請求項２９】
前記半導体チップ（３）は被覆部（２１０）内に埋設されている、請求項１から２８までの少なくとも１項記載の照明装置。
【請求項３０】
前記中間層（１４）は前記被覆部（２１０）および光学部材（２）に接している、請求項２４および２９記載の照明装置。
【請求項３１】
前記中間層（１４）は屈折率整合層として構成されている、請求項２４から３０までの少なくとも１項記載の照明装置。
【請求項３２】
前記照明装置（１）は、表示装置、例えばＬＣＤの後方照明用に設けられている、請求項１から３１までの少なくとも１項記載の照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ビーム生成のために設けられた半導体チップを伴う照明装置に関する。
【０００２】
このような照明装置はしばしば平面を照明するのに使用される。従来の半導体チップはしばしば比較的狭い角度の放射特性を有している。従って半導体チップによって形成されるビームの大部分は比較的狭い空間角度領域内に放射される。この種の半導体チップによる大面積照明は、半導体チップの狭角の放射特性の故に困難である。放射特性を拡げるために、光学部材が使用される。
【０００３】
この種の光学部材は例えばＵＳ４９０７０４４号に記載されている。半導体チップはそれぞれこの光学部材によって変形される。ＵＳ４９０７０４４号の図４には、この種の光学部材を伴うラジアルＬＥＤが示されており、図８に光学部材を伴った、いわゆるオーバーモールド構造が示されている。これら両方の構造ではまずは半導体チップが接続端子上にコンタクト接続され、次に光学部材によって取り囲まれる。ここでオーバーモールド構造はラジアル構造とは異なり表面実装に適している。半導体チップの全面を光学部材で覆うことによって、このような構造ではビーム出力が高い場合に光学部材に損傷を与えてしまう恐れが高くなる。これは例えばビーム生成時に発生する損失熱が原因である。従ってＵＳ４９０７０４４号に記載された構造部分は、相応する高い廃熱を伴う、高いビーム出力を形成するための高出力アプリケーションの場合には、部分的にしか適していない。
【０００４】
本発明の課題は、改善された照明装置を提供することである。
【０００５】
上述の課題は本発明と相応に、請求項１および４に記載れた特徴部分の構成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。
【０００６】
第１の実施形態では、本発明の照明装置はオプトエレクトロニクスデバイスを含む。このオプトエレクトロニクスデバイスはケーシング体および少なくとも１つの、ビーム生成用に設けられた半導体チップを有している。さらに照明装置は別個にされた光学部材を含む。この別個にされた光学部材は、前記オプトエレクトロニクスデバイスに固定されるように設けられており、光軸を有している。ここでこの光学部材は、ビーム出射面を有しており、このビーム出射面は凹状に湾曲された部分領域と、この凹状に湾曲された部分領域を光軸に対して間隔をあけて少なくとも部分的に取り囲む、凸状に湾曲された部分領域とを有している。ここで光軸は、凹状に湾曲された部分領域を通って延在する。
有利にはオプトエレクトロニクスデバイスは、別個の光学部材に実質的に依存しないで構成可能である。オプトエレクトロニクスデバイスはこの結果、高いビーム出力を形成するための高出力アプリケーションに向けて容易に最適化される。しかも、高い廃熱が原因で光学部材が損傷を受ける恐れが高まることはない。
【０００７】
有利な構成では半導体チップは薄膜半導体チップとして構成されている。薄膜半導体チップとしては本発明の枠内では次のような半導体チップを想定している。すなわちその製造の間に成長基板が薄くされる、殊に完全に剥離されるような半導体チップを想定している。この成長基板上には、薄膜半導体チップの半導体ボディを含む半導体層列が例えばエピタキシャル成長されている。半導体ボディは有利には担体上に配置されている。この担体は半導体ボディを機械的に安定させ、殊に有利には半導体ボディの半導体層列に対する成長基板から析出されている。
【０００８】
薄膜半導体チップの担体は、有利には比較的高い要求の影響を受けない。成長基板は、例えば結晶構造に関してこの要求を満たさなければならない。有利には担体の選択時の自由度は、成長基板の選択時の自由度に比べて高い。例えば担体は熱特性に関して比較的自由に選択可能である。ここでこの熱特性とは例えば、半導体ボディに適合された熱膨張係数または高い熱伝導度である。半導体チップの作動時に半導体チップ内で決定的な熱量が生成される高出力アプリケーションの場合には、高い熱伝導度は特に重要である。半導体チップ内で生成された熱量が充分に半導体チップから排出されない場合には、半導体チップの損傷の危険が高まる。高い熱伝導度を有する、成長基板から析出された担体を使用することによって有利にはこのような危険が低減される。
【０００９】
別の実施形態では、本発明の照明装置は、ビーム生成用に設けられた半導体チップと、別個にされた光学部材を含む。この光学部材は光軸を有しており、ここで半導体チップは薄膜半導体チップとして構成されている。光学部材は、ビーム出射面を有しており、このビーム出射面は凹状に湾曲された部分領域と、この凹状に湾曲された部分領域を光軸に対して間隔をあけて少なくとも部分的に取り囲む、凸状に湾曲された部分領域とを有している。ここで光軸は、凹状に湾曲された部分領域を通って延在する。
【００１０】
光学部材のビーム出射面をこのように形成することによって、照明装置の出射特性を容易に変えることができる。従って、光軸にたいするある角度で照明装置から取り出されるビーム出力が、光学部材のない構成部分の放射特性と比べて高められる。
これには殊に、凸状に湾曲された部分領域が寄与する。この部分領域は、光軸に対する大きい角度のもとで照明装置から取り出されるビーム割合を高める。従ってこのような光学部材を有する照明装置は、比較的大きい、殊に平らな面を均一に照明するのに特に適している。これは光軸に対して側方にずらされた面領域においても特に適している。有利には照明装置は、表示装置、例えばＬＣＤ（液晶ディスプレイ）の後方照明のために設けられる。
【００１１】
有利な構成では照明装置はオプトエレクトロニクスデバイスを含む。このオプトエレクトロニクスデバイスは、ケーシング体および半導体チップを有している。ここでは光学部材は別個の光学部材として構成されており、この光学部材はオプトエレクトロニクスデバイスに固定されるように設けられている。
【００１２】
別の有利な構成では、殊にオプトエレクトロニクスデバイスに固定されている光学部材の光軸は半導体チップを通って延在している。半導体チップは殊に、光軸に関して中心合わせされて配置されている。半導体チップをこのように配置することによって、光学部材を用いた、半導体チップによって形成されるビームの均一な放射形成が容易になる。
【００１３】
別の有利な構成では、光学部材は、光軸に対して回転対称に構成されている。これによって有利には、光軸に対して方位角的に均一でかつ同じ形状の照明装置放射特性が得られる。
【００１４】
別の有利な実施形態では凸状に湾曲された部分領域は、凹状に湾曲された部分領域の曲率よりも低い曲率を有している。光軸に対して比較的大きい間隔での、照明装置によって照明されるべき面領域の均一な照明が容易になる。
【００１５】
さらに、ビーム出射面の凸状に湾曲された部分領域の面積は、凹状に湾曲された部分領域の面積よりも大きい。凹状に湾曲された部分領域の領域において光学部材から出射するビームは、照明されるべき面の、光軸を横断する領域を均一に照明し、凸状に湾曲された部分領域から出射するビームは光軸から間隔があいた領域を均一に照明するように構成されている。光軸から間隔があけられた面の面積はしばしば、光軸を取り囲んでいる領域の面積よりも大きいので、凹状に湾曲された部分領域の面積と比較して大きくされた、凸状に湾曲された部分領域の面積によって、光軸から離れた面領域の均一な照明が容易になる。凸状に湾曲された部分領域と凹状に湾曲された部分領域との間の移行領域は次のように構成されている。すなわち、凸状に湾曲された部分領域と凹状に湾曲された部分領域が移行領域において、殊に唯一の、共通の接線を有するように構成されている。
照明されるべき面上での、場所的なビーム出力分布または強度分布における不均一性はこのようにして低減されるか、または回避される。光学部材のビーム出射面はエッジフリーおよび／または全体として微分可能な面として構成される。
【００１６】
さらに本発明では光学部材は次のように構成可能である。すなわち、２つの、殊に任意の、ビーム出射面の側方で光学部材から出射されるビームが切れ目なしに延在するように構成可能である。すなわちこれらのビームが切断されるまたは交差することがないように構成可能である。このようにして、隣接する領域に比べて高いビーム出力で照明される、照明面上の領域の形成が回避される。殊に、照明されるべき面上の、ビーム出力の場所的な分布は、この面と照明装置との間の間隔に依存しない。
【００１７】
さらに、光学部材は次のように構成されている。すなわち放射形成が場合によっては光学部材内へのビーム案内によって全反射なく行われるように構成されている。従って、光学部材に対する製造許容誤差が高められる。
【００１８】
別の有利な構成では、凸状に湾曲された部分領域は凸レンズに従って構成され、凹状に湾曲された部分領域の凹レンズに従って構成される。
【００１９】
別の有利な構成では凸状に湾曲された部分領域は第１の領域と第２の領域を有し、第１の領域の曲率は第２の領域の曲率よりも低い。有利には第２の領域は、第１の領域よりも、光軸ないしは凹状に湾曲された領域からより離れている。これによって有利には、光軸に対する比較的大きい角度のもとで、より強く湾曲された第２の領域を介して光学部材から放射されるビーム成分ないしビーム出力が高められる。
【００２０】
別の有利な構成では、凸状に湾曲された部分領域の曲率、殊に第２の領域の曲率は、凹状に湾曲された部分領域からの距離が増すとともに増大する。曲率は殊に連続的に増大する。
【００２１】
凸状に湾曲された部分領域の曲率が、凹状に湾曲された部分領域からの距離が増すとともに増大することによって、凸状に湾曲された部分領域からビームが取り出される、光軸に対する角度を高くすることができる。照明されるべき面の、光軸に対して比較的大きい間隔を有している部分面を均一に照明することが容易になる。
【００２２】
別の有利な構成では、ケーシング体が事前に製造されており、半導体チップは後から、すなわちケーシング体の事前製造後にケーシング体に配置されるか、またはケーシング体内に配置される。ケーシング体は殊に、半導体チップをケーシング体内に配置する前に、製造されている。有利には、例えば冒頭に記載したラジアルＬＥＤまたはオーバーモールド構造の場合のような、ビーム透過性の光学部材による半導体チップの変形に対して、半導体チップに損害が与えられる危険または半導体チップの接触接続（例えば敏感なボンディングワイヤの接触接続）の危険が、ケーシング体を事前に形成する場合に低減される。別の有利な構成ではオプトエレクトロニクスデバイスは、殊にケーシング体とともに変形されたリードフレームを有している。リードフレームは例えば射出成形、トランスファ成形または押出成形を用いて、ケーシング体とともに変形される。ケーシング体はプラスチックを含んでいてよい。従ってオプトエレクトロニスク構成部分は、ケーシング体およびリードフレームを含む、事前に形成されたケーシングを有している。殊にケーシングはいわゆるプレモールドケーシング構造として構成される。このような構造では、半導体チップはケーシングの製造後に、リードフレーム上に取り付けられる。
【００２３】
別の有利な構成ではオプトエレクトロニクスデバイス、殊にリードフレームは、第１の電気的接続部分、第２の電気的接続部分および、殊にこれらの電気的接続部分とは別個に構成された、熱的接続部分を有している。電気的接続部分を介して、半導体チップは電気的に接触接続される。熱的接続部分によって、外部の熱伝導装置（例えばヒートシンク）との良好な熱結合が可能になる。ここでこれは電気的接続部分によるオプトエレクトロニクスデバイスの電気的な接触接続に依存しない。電気的な接触接続は例えば、プリント回路基盤の導体路と導電性接続され、殊にはんだ付けされる。熱的接続部分は例えば、有利には電気的に導体路と絶縁されて、外部の熱伝導装置と、例えばはんだ付けを介して伝熱的に結合されている。
【００２４】
別の有利な発展形態では電気的接続部分および熱的接続部分は、ケーシング体の表面の種々の側面の側でそれぞれ少なくとも部分的に、ケーシング体を完全に覆っているカバー面の表面の一部である。殊に電気的接続部分および熱的接続部分は種々の側面の側でケーシング体から出る、または種々の側面でケーシング体の表面の一部を構成する。有利には電気的接続部分も、ケーシング体の表面の種々の側面の側で、それぞれ少なくとも部分的に、ケーシング体を完全に覆っているカバー面の表面の一部を構成する。従って電気的接続部分ないし熱的接続部分を用いた、別個にされた電気的接続性と熱的接続性が容易に実現される。
【００２５】
別の有利な構成ではオプトエレクトロニクスデバイスは表面実装可能な構成部分（SMD:Surface Mountable Device）として構成されている。表面実装構成部分は、殊にプリント回路基盤上への実装時に特に容易に取り扱うことができることを特徴とする。これは例えば容易な「ピック・アンド・プレース」プロセスを用いてプリント回路基盤上に位置決めされ、続いて、電気的および／または熱的に接続される。さらにこの照明装置は、オプトエレクトロニクスデバイスに取り付けられた光学部材とともに、表面実装可能に構成される。装置の実装時には、例えば高いはんだ付け温度によって光学部材が損傷を受ける危険性は有利にはそれ程高くならない。
【００２６】
別の有利な構成では半導体ボディ上に、殊に半導体ボディと担体との間にミラー層が配置されている。半導体ボディ内で形成されたビームはこのミラー層によって反射され、これによってミラー層に対向している面上で、半導体ボディから出射するビーム出力が有利には高められる。さらに、ミラー層は、ミラー層の、半導体ボディに対向する面上に配置された構造体内にビームが吸収されてしまうのを防止する。この構造体は例えば吸収性の担体である。従って担体選択時の自由度が格段に高められる。
【００２７】
有利には、ミラー層は金属を含む、ないしミラー層は実質的に金属に構成される。殊に有利にはミラー層がＡｕ、Ａｌ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｔｉまたはこれらの材料のうちの少なくとも１つを有する合金を含有する。Ａｕは例えば赤スペクトル領域における高い反射率を特徴とし、ＡｇまたはＡｌは青または紫外スペクトル領域においても高い反射率を示す。
【００２８】
別の有利な構成では光学部材は少なくとも１つの固定部材を有する。この固定部材は、オプトエレクトロニクスデバイスに光学部材を固定するように設けられる。固定部材は事前に製造された光学部材に取り付けられ、例えば接着される。さらに固定部材を光学部材の製造時に、光学部材とともに構成することが可能である。後者の場合には光学部材と固定部材は一体的に構成される。光学部材は例えば鋳造される。このためには例えば特に、射出成形方法、トランスファ成形方法または押出成形方法が適している。
【００２９】
さらに次のことに留意されたい。すなわち、上述した、有利には、光軸に対して回転対称な光学部材構造は実質的に、光学的機能面、すなわち放射形成ないし放射ガイドのために設けられた光学部材の部材に関するということに留意されたい。主に放射形成に用いられるのではない部材（例えば固定部材）は、光軸に対して回転対称に構成されなければならないということはない。
【００３０】
有利には光学部材は、オプトエレクトロニクスデバイス上に取り付け可能なものとして構成されている。ピン状の固定部材がこのために特に適している。
【００３１】
有利には光学部材は反応性樹脂、例えばエポキシ樹脂またはアクリル樹脂またはシリコーン樹脂またはシリコーン等を含む。光学部材はさらに熱可塑性材料を含んでいてもよい。さらに光学部材は有利には剛体として構成される。ここでこの剛体は殊に、付加的な措置（例えば加熱または著しい力作用）のもとでのみ可塑的に変形可能である。
【００３２】
別の有利な構成では固定部材は、光学部材のビーム入射面の側に配置されている。
別の有利な構成ではオプトエレクトロニクスデバイス、殊にケーシング体は少なくとも１つの固定装置を有している。光学部材をオプトエレクトロニクスデバイスに固定することは、固定部材と固定装置が協働することで行われる。固定装置はこのために有利には、固定部材に対して対を成す部品として構成されている。有利には、光学部材をオプトエレクトロニクスデバイスに固定する固定部材は、固定装置に噛み合う。
【００３３】
本発明の別の有利な構成では、光学部材は、プレスばめ、加熱プレスばめ、型押し、加熱型押し、熱によるリベット締めまたは接着を用いてオプトエレクトロニクスデバイスに固定される。
【００３４】
プレスばめの場合には光学部材は、光学部材の固定部材およびオプトエレクトロニクスデバイスの固定装置によって相互に加えられる圧力を用いてデバイスに固定される。有利には、この圧力は実質的には、固定部材ないし固定装置の表面垂線に沿って作用する。
【００３５】
加熱プレスばめの場合には固定部材は次のように加熱される。すなわち、固定部材が流動性にならず、殊に付加的な力作用なく形状安定しているが、可塑的に変形可能であるように加熱される。加熱された固定部材は力が加えられて、固定装置に沿って変形する。固定部材の冷却後に、光学部材は機械的に固定的にオプトエレクトロニクスデバイスに固定される。
【００３６】
型押しの場合には固定部材および／または固定装置には、場合によってはプレスばめ圧力に対して付加的に、機械的に行われる変形が施される。
このために固定部材および／または固定装置は、例えば変形工具（例えば針）によって次のように変形される。すなわち、光学部材が機械的に固定的にオプトエレクトロニクスデバイスに固定されるように変形される。この変形は殊に点ごとにまたは領域的に行われる。加熱型押しの場合には変形工具が付加的に加熱され、これによって、固定部材は接触接続領域において、工具によって可塑性に変形可能である、および／または流動性になる。エネルギーコストは加熱型押しの場合には、型押しと比べて低減される。
【００３７】
接着の場合には固定は接着結合部を用いて行われる。この接着結合部は例えば接着仲介材料を介して固定部材と固定装置の間に形成されている。
【００３８】
熱によるリベット締めの場合には、固定部材は有利には部分領域において次のように加熱される。すなわち、固定部材が流動性になり、オプトエレクトロニクスデバイス、殊にケーシング体および／またはケーシング体の固定部材に向かって流れるように加熱され、冷却時に硬化される。ここで機械的に固定的な固定が形成される。
【００３９】
別の有利な構成では光学部材は少なくとも１つのガイド部材を有している。このガイド部材によって、オプトエレクトロニクスデバイスへの光学部材の取り付けが容易になる。
有利には、ガイド部材は次のように構成されている。すなわち、固定装置に関して僅かにアライメントがずれて配置されている場合にこのガイド部材によって固定部材が固定装置の方に案内されるように構成されている。
【００４０】
有利には、このようなガイドは光学部材の自重を用いて、または取り付け工具によって加えられる圧力によって実現される。光学部材は殊にガイド部材による案内のもとでオプトエレクトロニクスデバイス上に「滑り落ちる（aufrutschen)」される。ここでガイド部材は有利には次のように構成されている。すなわち、固定部材が固定装置に噛み合うように、または固定装置内に「滑りこむ（einrutscht)」ように構成されている。さらにガイド部材は固定装置に対する固定部材の供給時に、および／または光学部材の接続取り付け後に、有利にはケーシング体と直接的に、殊に機械的に接触接続する。
【００４１】
有利にはガイド部材は、固定部材と比べて、固定部材の側で光学部材に接している縁部に、より近く配置される。光学部材をオプトエレクトロニクスデバイスに固定した後、ガイド部材と固定部材の間には有利にはケーシング体の少なくとも一部が配置される。
【００４２】
殊にガイド部材をケーシング体の外に配置することが可能であり、ガイド部材は例えば垂直方向に、ケーシング体の側面に沿って延在する。有利には、ガイド部材はこの側面と直接的に接触接続している。
【００４３】
別の有利な構成ではガイド部材は、殊に固定部材の側で光学部材に接している縁部に反している側で、ファセット状に構成されている、ないしは傾斜して構成されている。このような傾斜によって、オプトエレクトロニクスデバイスのケーシング体上への光学部材の「滑り落ち」ないしは固定装置内への固定部材の「滑りこみ」が容易になる。
【００４４】
別の有利な構成では光学部材は多数の固定部材および／またはガイド部材を有する。固定の機械的な安定性および半導体チップに対する、取り付けられた光学部材の位置安定性は、多数の固定部材の故に高められる。多数のガイド部材によって、光学部材をオプトエレクトロニクスデバイスに固定することが容易になる。さらにガイド部材も、機械的安定性ないし光学部材の位置安定性に寄与することができる。殊に、ガイド部材を介して、照明装置に作用する剪断力が原因で光学部材が損傷を受ける恐れが低減される。
【００４５】
別の有利な構成では、オプトエレクトロニクスデバイスに固定された光学部材と半導体チップとの間に中間層が配置される。
【００４６】
別の有利な構成ではこの中間層は可塑的に変形可能である。中間層用の可塑性に変形可能な材料は、光学部材をオプトエレクトロニクスデバイスに取り付ける前に、オプトエレクトロニクスデバイス上に供給されている。オプトエレクトロニクスデバイスへの光学部材の取り付け時には、光学部材によって圧力が変形可能材料に次のように加えられる。すなわち、材料が光学部材の固定時にラテラル方向に広がり、中間層が形成されるように加えられる。中間層は殊に直接的に光学部材に接し、例えばビーム入射面の側で接する。さらに、中間層用の材料は力が作用していない場合には、有利には形状安定している。力作用前の材料のコントロールされていない液化はこのようにして回避される。
【００４７】
別の有利な構成では、オプトエレクトロニクスデバイスに固定された光学部材とオプトエレクトロニクスデバイスの間に、殊に、光学部材の方を向いているケーシング体面とビーム入射面との間に中間空間が構成される。
【００４８】
別の有利な構成では、中間層はシリコーン、殊にシリコーンゲルを含む。シリコーンは中間層用の材料として特に適している。
【００４９】
有利には中間空間は、中間層の伸張時に中間層を収容するすき間として設けられている。例えば加熱によって中間層が伸張すると、中間層はこのすき間内に伸びる。ここで光学部材またはオプトエレクトロニクスデバイスの機械的負荷が格段に高まることはない。冷却時には光学部材はすき間から退却する。有利には、中空空間は光学部材と、光学部材に対して最小の間隔を有しているケーシング体の領域との間に構成されている。
【００５０】
殊にビーム入射面は全面で、ケーシング体と間隔が空けられている。これは、固定部材を適切に構成することによって実現される。
【００５１】
別の有利な構成では半導体チップは、殊に、半導体チップによって生成されたビームに対して透過性である被覆部内に埋め込まれている。このカバー部は例えば反応性樹脂、例えばアクリル樹脂またはエポキシ樹脂、シリコーン樹脂またはシリコーンを含む。有利には被覆部は、殊に中間層と比較して剛性に形成されており、これによってチップまたはチップ接触接続部に損傷が与えられる恐れが高まることがなくなる。ここでチップ接触接続は例えば、有利には同じように被覆部内に埋め込まれているボンディングワイヤによって行われる。
【００５２】
別の有利な構成では中間層は屈折率整合層として構成される。各境界面での、半導体チップによって形成されたビームの相応に高い反射損失を生じさせるであろう過度の屈性率跳躍がこのようにして回避される。
特に有利には中間層は、半導体チップによって形成されたビームが被覆部からの出射と光学部材への入射との間に受ける屈折率跳躍を低減させる。特に有利には中間層は、中間層の代わりに、空気によって満たされた自由空間に対する屈折率跳躍を低減させる。中間層は有利には、オプトエレクトロニクスデバイスとの光学部材の光学的結合を改善する。
【００５３】
中間層はさらに接着仲介可能なように構成される。これによって有利には、オプトエレクトロニクスデバイスとの光学部材の機械的な結合が改善される。
【００５４】
さらなる有利な構成では、中間層は被覆部および光学部材に接している。
有利には中間層は、半導体チップによって形成されたビームが光学部材内に結合する光学部材の領域を覆う。
【００５５】
被覆部は有利には、殊に完全に、被覆部のビーム出射領域において中間層によって覆われている。
【００５６】
本発明の別の特徴、有利な構成および有効性は図面と関連させた以下の実施例の説明から明らかになる。
【００５７】
図面
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を示し、
図２は照明装置に特に適している半導体チップの概略的な断面図を示し、
図３は本発明による照明装置の放射特性の例を示し、
図４は、図４Ａ〜４Ｆにおいて、本発明による照明装置に特に適している光学部材の種々異なる概略図を示し、
図５は本発明の照明装置に特に適している別の光学部材の概略的な平面図を示し、
図６は照明装置の第２の実施例の概略的な断面図を示し、
図７は、図７Ａ〜図７Ｂにおいて、照明装置に特に適しているオプトエレクトロニクスデバイスの種々の概略図を示し、
図８は、図８Ａ〜８Ｄにおいて、図７で示されたオプトエレクトロニクスデバイスの種々異なる概略図と、本発明による照明装置の第３の実施例の種々異なる概略図を示している。
【００５８】
同一、同種の素子また同様に作用する素子には図面において同一の参照番号が付されている。
【００５９】
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を示している。
【００６０】
照明装置１は光学部材２と、ビーム生成のために設けられた半導体チップ３を含む。
【００６１】
光学部材２のビーム出射面４は凹状に湾曲された部分領域５と、光軸に対して間隔をあけて当該凹状に湾曲された部分領域を取り囲んでいる凸状に湾曲された部分領域７を有している。ここで光学部材の光軸６はこの凹状に湾曲された部分領域を通って延在している。凸状および凹状の部分領域は殊に、凸レンズまたは凹レンズに相応して構成可能である。
【００６２】
光軸６上に配置された半導体チップ３のアクティブゾーン３０３において放出されたビームは、有利には平らに構成されているビーム入射領域８を介して光学部材２内に入射する。半導体チップによって形成されたビーム、殊に可視ビームは、図１においては、個々の光放射を記号であらわしている、矢印によって示された線によって明示されている。
【００６３】
光学部材２は、面９（例えば拡散薄膜）の均一な照明のために、または表示装置（ＬＣＤ等）用に構成されている。光軸は有利には面９を通って延在する。特に有利には面９は実質的に光軸６に対して垂直に延在している。
【００６４】
光学部材は面９を均一に照明するために構成されている。凸状および凹状に湾曲された部分領域の曲率を適切に設計することを介して、半導体チップによって形成されたビームはビーム出射側で次のように分配される。すなわち、面９が照明装置によって一様にかつ均一に照明されるように分配される。この面の種々異なる、同じ大きさの領域上に有利にはそれぞれ実質的に等しいビーム出力が入射する。凹状部分領域５を介して出射するビームは、分散凹レンズでのように分散される。殊に光軸に対して９０°異なる角度で、ビーム出射面上に入射するビームは、光学部材内への入射時に光軸から離れて屈折される。凹状部分領域から出射するビームは、面９の、光軸６を取り囲む領域を均一に照明するのに用いられる。
【００６５】
光軸６を中心に方位的に取り囲んでいる、照明装置の同じ形状の放射特性のために、光学部材は有利には光軸６に対して回転対称に構成されている。
【００６６】
有利には光軸と間隔があけられた、面９の領域は、凸状に湾曲された部分領域７を介して、光軸６に対して９０°異なる角度で、光学部材２から出射するビームによって照明される。凹状部分領域および凸状部分領域の間の移行領域は有利には滑らかであり、殊にエッジがないように構成されている。殊にビーム出射面は有利には全面的に区分可能に構成される。このようにして面９の均一な照明が容易になる。
【００６７】
ビーム出射面の凸状に湾曲された部分領域は有利には、凹状に湾曲された部分領域よりも大きい面積を有している。この結果、凹状に湾曲された部分領域と比較して、より高い割合のビームが凸状に湾曲された部分領域を介して光学部材から出射する。
【００６８】
さらに凸状に湾曲された部分領域は有利には、第１の曲率の第１の領域７１と第２の曲率の第２の領域７２を有する。この第１の曲率はここでは有利には第２の曲率よりも低い。
【００６９】
第２の領域７２内より大きい曲率に基づいて、第２の領域に置いて光学部材２から出射するビームは有利には、第１の領域７１においてまたは凹状部分領域５において光学部材から出射するビームよりも、光軸６に対してより大きい角度を有している。面９の、比較的光軸から離れた領域の均一な照明はこのようにして容易にされる。
【００７０】
有利にはビームは光学部材から単に、光軸に対して９０°よりも小さい角度で光学部材から出射する。照明装置は殊に、光軸に対して側方にまたは光軸に対して横向きにおよび光軸の方向において前方に放射する。照明装置１は有利には次のように構成されている。すなわちビーム出力の大部分が光軸に対するある角度で、殊に凸状に湾曲された部分領域を介して、光学部材から出射するように構成されている。
【００７１】
凸状に湾曲された部分領域の曲率は凹状に湾曲された部分領域から離れるとともに、殊に第２の領域７２においてビーム入射面８の方向において、増大する。これによって、光軸に対して大きい角度でのビームの増大された取り出し、ひいては光軸から比較的離れている面９の領域の照明が容易になる。照明装置１は次のように構成されている。すなわち、光学部材から出射するビームが交差しないように構成されている。従って照明されるべき面上での場所的なビーム出力分布は実質的に、照明装置とこの面との間の間隔に依存しない。
【００７２】
放射形成時に光学部材がビームの交差を生じさせる場合には、焦点領域が形成されるだろう。従って、面上の場所的なビーム出力分布は光学部材と面との間の間隔に依存してしまうだろう。光学部材２に対して面９の間隔が変化する場合には、殊に、場所的なビーム出力分布の不均一性、例えば高い強度を有するリングが形成されてしまうだろう。このような不均一性は、ビームの交差によって生起される。しかし図１に示された光学部材の場合には、継ぎ目なしに延在するビームに基づいて、面９上でのビーム出力の場所的な分布は、面と光学部材２との間の間隔に依存しない。さらに放射形成または放射ガイドは光学部材において有利には全反射なく行われる。
【００７３】
有利には光学部材は別個の光学部材として構成されている。この別個の光学部材は、半導体チップを含むオプトエレクトロニクスデバイスに固定されるように設けられている。従ってオプトエレクトロニクスデバイスは光学部材に依存しないで高出力アプリケーション用に最適化され、次に別個の光学部材が設けられる。従って照明装置の個別コンポーネントは相互に依存しないで、その各メイン機能（光学部材の場合には放射形成であり、デバイスの場合にはビーム生成）に関して最適化されて製造される。
【００７４】
半導体チップ３はさらに、有利には薄膜半導体チップとして構成されている。アクティブゾーン３０３を具備した半導体層列を含む、半導体チップ３の半導体ボディ３０２は担体３０１上に配置されている。ここでこの担体は成長基板から析出される。この成長基板上では半導体ボディ、殊に半導体層列が有利にはエピタキシャルに成長されている。従って担体３０１は、成長基板に対する高い要求を満たす必要はなく、例えば熱導出特性に関して最適化されて構成される。従って、製造中に成長基板が剥離される薄膜半導体チップは、半導体チップ内で生じる損失熱が比較的高い、高出力アプリケーションに特に適している。
【００７５】
図２では、照明装置に特に適している半導体チップの実施例が、概略的な断面図に基づいて示されている。半導体チップ３、例えばＬＥＤチップは、担体３０１上に配置された半導体ボディ３０２を有している。ここでこの半導体ボディは、ビーム生成のために設けられているアクティブゾーン３０３を具備した半導体層列を含む。担体に反する半導体ボディ面には第１のコンタクト３０４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３は、半導体ボディに反する担体面上に配置されている第２のコンタクト３０５と電気的に接続可能である。第１のコンタクト３０４は殊に、ボンディングワイヤとの導電性接続のために設けられており、第２のコンタクト３０５は接続導体との導電性接続のために設けられている（これに対しては、図６、７および８が示しているデバイスとの関連を参照されたい）。コンタクトは例えばそれぞれ金属または合金を含む。
【００７６】
有利な実施形態では、半導体ボディ３０２、殊にアクティブゾーン３０３は少なくとも１つのＩＩＩ−Ｖ族半導体材料を含む。これは例えば材料システムＩｎｘＧａｙＡｌ１−ｘ−ｙＰ、ＩｎｘＧａｙＡｌ１−ｘ−ｙＮまたはＩｎｘＧａｙＡｌ１−ｘ−ｙＡＳ（ここでそれぞれ０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１およびｘ＋ｙ≦１である）からの材料である。
ＩＩＩ−Ｖ族半導体材料は、紫外線スペクトル領域（ＩｎｘＧａｙＡｌ１−ｘ−ｙＮ）から可視スペクトル領域（殊に青色から緑色ビームに対してはＩｎｘＧａｙＡｌ１−ｘ−ｙＮ、または殊に黄色から赤色ビームに対してはＩｎｘＧａｙＡｌ１−ｘ−ｙＰ）を介して、赤外スペクトル領域（ＩｎｘＧａｙＡｌ１−ｘ−ｙＡＳ）のビームを生成するのに特に適している。殊に上述した材料システムからのＩＩＩ−Ｖ族半導体材料によって、さらに、ビーム生成時に有利な高い内部量子効率が得られる。
【００７７】
別の有利な構成ではアクティブゾーン３０３はヘテロ構造、殊にダブルヘテロ構造を含む。さらにアクティブゾーンは単一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。このような構造によって、殊に多重量子井戸構造またはダブルヘテロ構造によって、特に高い内部量子効率が得られる。
【００７８】
本明細書において量子井戸構造の概念には、キャリアの閉じこめによってそのエネルギー状態が量子化されるあらゆる構造を含む。殊に、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ない。したがってここには量子箱、量子細線、量子ドットおよびこれらの構造の組み合わせが含まれる。
【００７９】
別の有利な構成では、半導体ボディ３０２と担体３０１との間にミラー層３０６が配置されている。ミラー層は例えば、金属含有ミラー層として、殊に実質的に金属製ミラー層として構成され得る。アクティブゾーン内で生成されたビームは、ミラー層で反射される。これによって、アクティブゾーンから見てミラー層の後に配置されている構造体（例えば担体）内への吸収が防止される。このようにして半導体３の効率が向上される。殊に有利にはミラー層はＡｕ、Ａｌ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｔｉ、またはこれらの材料のうちの少なくとも１つを有する合金を含有する。ＡｌおよびＡｇは紫外スペクトル領域および青い色スペクトル領域において特に高い反射率を有する。Ａｕは黄色、オレンジおよび赤色において、赤外スペクトル領域までの領域においても特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３０６に対向する半導体ボディ３０２の面で出射するビームの割合が高められる。
【００８０】
別の有利な構成では担体３０１とミラー層３０６の間に接続層３０７が配置されている。この接続層によって半導体ボディはミラー層の側で担体上に固定される。接続層３０７は例えばはんだ付けとして構成される。
【００８１】
図２に示された半導体チップ３は薄膜半導体チップとして構成されている。これは次のことを意味している。すなわち、半導体チップの製造中に成長基板が剥離されることを意味する。ここでこの成長基板上には半導体チップのための半導体層列が例えばエピタキシャル成長されている。従って担体３０１は殊に成長基板から析出されており、成長基板に対する高い要求を満たす必要はなく、半導体チップにとって有利な特性（例えば高い熱伝導性）に関して比較的自由に選択可能である。
【００８２】
有利には担体は比較的高い熱伝導性を有する。例えば担体はＧｅを含有する。ＧａＡｓ担体も用途を有している。
【００８３】
アクティブゾーン３０３は有利には第２のコンタクト３０５と導電性担体、導電性接続層および導電性ミラー層並びに半導体層列を介して導電性接続される。
【００８４】
担体が半導体材料を含んでいる場合、担体は有利には、導電性を向上させるために適切にドーピングされる。
【００８５】
薄膜半導体チップを製造するために、例えばはじめに半導体ボディ３０２のための半導体層列が成長基板上に製造される。
次に、成長基板に反する半導体層列面上にミラー層が例えば蒸着、殊にスパッタリングによって被着される。ミラー層の側で、半導体層列と成長基板の接続部分がこの上で接続層３０７を介して担体３０１と接続される。次に成長基板が例えばエッチングまたはレーザ分離を用いて除去されるか、または剥離される。
【００８６】
薄膜半導体チップは、殊にミラー層とともに、有利には高い効率を特徴とする。さらに薄膜半導体チップは、実質的にランバート放射器に相応する余弦状の放射特性を有する。薄膜半導体チップによって、殊に金属含有ミラー層によって、表面放射器として構成された半導体チップを容易に実現することができる。
【００８７】
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、以下の特徴を有する：
・担体部材、例えば担体３０１の方を向いている、アクティブゾーンを含んでいる半導体層列（殊にエピタキシャル層列）の第１のメイン面には、ミラー層が被着されている、または例えばブラッグミラーとして半導体層列内に組み込まれている。これは半導体層列内で生成されたビームの少なくとも一部を、半導体層列内に反射して戻す；
・半導体層列は２０μｍまたはそれ以下の領域の厚さ、殊に１０μｍの領域の厚さを有する；
・半導体層列には、混合構造をもつ少なくとも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、理想的なケースではこの面により半導体層列内にほぼエルゴード的な光分布を生じさせ、つまりこの光分布はできるかぎりエルゴード的な確率分散特性を有している。
【００８８】
薄膜発光ダイオードチップの基本原理は、たとえばＩ．Ｓｃｈｎｉｔｚｅｒおよび他者著の「Ａｐｐｌ．  Ｐｈｙｓ．  Ｌｅｔｔ．  ６３（１６）」（１９９３年１０月１８日、第２１７４〜２１７６頁）に記載されており、この限りにおいて、これをもって、この文献の開示内容は引用により本発明に組み込まれたものとする。
【００８９】
照明装置は当然ながら、薄膜半導体チップだけでは実現されないということに留意されたい。他の半導体チップ、例えば成長基板が剥離されない半導体チップも照明装置に適している。しかし、高い効率および容易に実現可能な表面放出の故に、薄膜半導体チップが特に適している。ここでこの表面放出は有利には増大されて直接的に光学部材の方向に配向されている。
【００９０】
図３には本発明による照明装置の放射特性の例が示されている。縦軸には相対的強度が％で、光軸に対する角度θに依存して示されている。
【００９１】
ここに示された放射特性は図１に示された光学部材２および図２に示された半導体チップ３の場合に放出されたものである。ここで光学部材２はｓ光軸に対して回転対称に構成されており、半導体チップ３はビーム入射面８から０．６ｍｍ離れて配置されている。
【００９２】
照明装置は有利にはビーム出力の大部分を光軸に対して側方で、殊に比較的大きい角度で放出する。有利には、光軸を取り囲んでいる、凹状に湾曲された部分領域において取り出されるビーム出力は、特性の局部的な極小値を、殊に０°〜１０°の角度領域の間で有している。
【００９３】
さらに照明装置は、半導体チップによって生成されたビーム出力の有利には５０％以上、特に有利には６０％以上を光軸に対して８０°〜４０°の間の角度領域内に放出する。
【００９４】
強度の最大値は約７０°付近に位置する。０°付近の領域に相応する凹状部分領域５から出発して、強度は角度の上昇とともに増大する。これは凸状に湾曲された部分領域に相応する。これは例えば累乗関数、殊に放物線に相応して増大し、最大値に達した後に下降する。
【００９５】
図４は、図４Ａ〜４Ｆにおいて、本発明による照明装置に特に適している光学部材２の種々異なる概略図を示している。ここで図４Ａは光学部材のビーム入射面８を下から見た斜視図を示しており、図４Ｂは、光学部材のビーム出射面４を上から見た斜視図を示しており、図４Ｃはビーム入射面の平面図を示しており、図４Ｄは側面図を示しており、図４Ｅは図４Ｃに示された線Ｅ−Ｅに沿った断面図を示しており、図４Ｆは図４Ｃにおける線Ｆ−Ｆに沿った断面図を示している。
実施的に光学部材は、図１に示された光学部材に相応する。実質的に光学部材２の光学的機能領域が示されている図１に示された光学部材とは異なり、図４に示された実施例に相応する光学部材２は複数の固定部材９およびガイド部材１０を有している。さらにこの光学部材は少なくとも１つの配向部材１１、有利には複数の配向部材を有している。
【００９６】
光学部材２は殊に、ケーシング体および照明装置の半導体チップを有している別個のオプトエレクトロニクスデバイスに固定されるように構成されている（これに関しては図６、７および８を参照）。
【００９７】
光学部材２はビーム透過性に構成されており、例えばビーム透過性シリコーンまたはシリコーン樹脂を含んでいる。
【００９８】
光学部材は場合によっては反応性樹脂、例えばアクリル樹脂またはエポキシ樹脂も含むことがある、および／またはシリコーンを含まずに構成されることがある。場合によって光学部材は熱可塑性材料を含んでいてもよく、または熱可塑性材料から成っていてもよい。
【００９９】
光学部材は有利には射出成形、トランスファ成形または押出成形によって製造される。これらの方法によって固定部材９、ガイド部材１０および／または配向部材１１を製造してもよい。殊に上述の部材と光学部材は一体的に構成され得る。
有利には光学部材はアンダーカット部分を有していない。従ってコストのかかる、鋳造工具内へのプッシャーを省くことができる。鋳造工具からの光学部材の離型を容易にするために、固定部材９、ガイド部材１０および／または配向部材１１傾斜させて構成することが可能であり、従っていわゆる離型斜面を有する。
【０１００】
固定部材９、ガイド部材１０および／または配向部材１１は有利には、光学部材のビーム入射面８の側に配置されている。
【０１０１】
ガイド部材１０は有利には次のように構成されている。すなわち、光学部材２をオプトエレクトロニクスデバイスに固定する際に固定部材が、次のような場合に、オプトエレクトロニクスデバイスの相応する固定装置上に滑り落ちるまたは挿入される、ないしは固定部材が固定装置に送り込まれるように構成されている。すなわち、固定部材を、オプトエレクトロニクスデバイスの相応する固定装置に対して相対的に僅かにずれて配置された場合である。このためにガイド部材１０は、ビーム入射面に反する面上に傾斜して配置される。ガイド部材はこのために傾斜部１２を有している。ガイド部材１０は傾斜領域において、有利にはビーム入射面８からの間隔が増大するとともに先細りしている。有利には、ガイド部材１０は片側で、殊にビーム入射面の側で光学部材２に接している縁部１３に反する側で傾斜している。
【０１０２】
固定部材９は、図４に示された実施例では個々のピンとして構成されている。例えば固定部材はプレスばめ用に構成されており、先細りしており、有利には通して、ビーム入射面８からの距離が増大するとともに先細りしている。従って固定部材９の直径は、ビーム入射面８からの間隔が増大するとともに低減する。  ビーム入射面８の側で光学部材２は縁部１３と接している。ガイド部材１０は、固定部材９と比較して、縁部１３のより近くに配置されている。従って光学部材のオプトエレクトロニクスデバイスへの固定は有利には容易になり、照明装置の全体的な安定性がオプトエレクトロニクスデバイスおよびこれに固定された光学部材によって高められる。
【０１０３】
固定部材には有利には複数のガイド部材、例えば２のガイド部材が割り当てられている。これによって、オプトエレクトロニクスデバイスへの光学部材の固定は、光学部材の取り付け時の案内が改善されたことによって、有利には格段に容易になる。固定部材に割り当てられたガイド部材は固定部材に、有利には直接的に隣接して配置される。
【０１０４】
配向部材１１は有利には、オプトエレクトロニクスデバイスでの光学部材の取り付け、殊にデバイス上への光学部材の配向された差し込みを容易にする。光学部材をデバイスへ固定するために使われる取り付け工具内には、配向部材に一致する配向装置が設けられる。この配向装置内に配向部材が、殊に幾何的に安定した、工具内での光学部材の取り外し可能な固定のためにかみ合う。従って、取り付けのための、装備機器の取り付け工具内での光学部材の配向が保証される。有利には配向部材は縁部１３を越えて突出する。これによって殊に工具のための作用点が形成され、取り付けが容易にされる。
【０１０５】
さらに光学部材はビーム入射面８上から見た平面図では有利には実質的に円形に構成されている。さらに光学部材はビーム入射面８上から見た平面図で、有利には図４Ｃに示された対称軸Ｅ−Ｅおよび／またはＤ−Ｄに対して軸対称になるように構成されている、および／またはビーム入射面の中心点に対して点対称になるように構成されている。
【０１０６】
図５は、本発明の照明装置のための光学部材２の別の実施例を、この光学部材のビーム入射面８上から見た概略的な平面図に基づいて示している。
図５内に示された光学部材２は実質的には図４に示されたそれに相応する。図４とは異なって、図５に示された光学部材では別個に設けられている配向部材が省かれている。むしろガイド部材１０は部分的に、配向部材１１としても構成されている。従って有利には、別個の配向部材１１を構成することをしなくてよい。配向部材として構成されたガイド部材１１は有利には縁部１３を越えて突出している。
【０１０７】
図６には、本発明による照明装置の第２の実施例の概略的な側面図が示されている。ここではオプトエレクトロニクスデバイスに固定された光学部材が示されている。
【０１０８】
照明装置１はオプトエレクトロニクスデバイス２０を有している。このオプトエレクトロニクスデバイスは半導体チップ３を含む。例えばこれまでの図に相応して構成されている光学部材２は、固定部材９によってオプトエレクトロニクスデバイスに固定されている。
【０１０９】
光学部材の固定のために、オプトエレクトロニクスデバイス１内に固定装置２０１が構成されている。固定時にはこの固定装置に固定部材９がかみ合う。固定装置２０１は有利には切り欠き部として構成されている。この切り欠き部は、オプトエレクトロニクスデバイスのケーシング体２０３の第１のメイン面２０２から、この第１のメイン面２０２に対向する、ケーシング体の第２のメイン面２０４まで達している。切り欠き部はケーシング体を殊に完全に貫通している。固定装置は例えば既に、ケーシング体の製造時にこの内部にプレ成形されている。例えば固定装置は円柱状に構成されている。固定装置を場合によっては、ケーシング体として、完全には貫通していない切り欠き部として構成することもできる。
【０１１０】
固定部材９はプレスばめによる固定に合うように構成されている。このために固定装置９は有利には、光学部材２のビーム入射面８からの距離が増大するとともに先細りしている。光学部材２はオプトエレクトロニクスデバイスに差し込まれる。ここで固定部材９は固定装置２０１内にかみ合う。固定部材がケーシング体と接触接続すると、光学部材に圧力が加わる。この圧力は光学部材が固定装置内にさらにプレスされるにつれて高まるので、光学部材は最終的にプレスばめによって機械的に安定してケーシング体２０３に固定される。
【０１１１】
オプトエレクトロニクスデバイス２０に固定された光学部材２のビーム入射面８は有利には、オプトエレクトロニクスデバイス、有利にはケーシング体、殊にケーシング体の第１のメイン面２０２とは間隔を空けて配置されている。このために固定部材９は有利には、ビーム入射面８と間隔が空けられた領域において、殊にメイン面と平行して、固定装置のラテラル方向の広がりと比べてより大きいラテラル方向の広がりを有している。
【０１１２】
光学部材、殊にそのビーム入射面８に対する半導体チップの間隔は１ｍｍまたは１ｍｍよりも狭い。０．６ｍｍの間隔が特に有利であるとして構成されている。
【０１１３】
光学部材をオプトエレクトロニクスデバイスに固定するのに適しているのはプレスばめだけではない、ということに留意されたい。別の上述した方法、加熱プレス、型押し、加熱型押し、熱によるリベット締め、または接着も場合によっては、固定部材および／または固定装置を適切に修正して、使用することが可能である。
【０１１４】
熱によるリベット締めの場合には例えば固定部材は、固定装置内への挿入の後、ケーシング体２０３の第２のメイン面２０４の側でこの第２のメイン面を越えて突出している。固定部材９のこの突出部分において次に固定部材が以下のように加熱される。すなわち、固定部材が少なくともこの部分領域において流動性になるように加熱される。流動性部分は固定装置および／またはケーシング体に向かって形成され（流れ）るので、固定部材の冷却および硬化の後に、光学部材２はオプトエレクトロニクスデバイス２０に機械的に安定して固定される。場合によっては、ケーシング体も、第２のメイン面の側で固定部材に接している領域において加熱される。これによって、ケーシング体と流動性固定部材が溶融される。
【０１１５】
固定装置２０１のラテラル方向の広がりは、熱によるリベット締めの場合には、第２のメイン面の側で有利には固定部材９のそれよりも大きく、特に有利には第１のメイン面２０２の方向へ向かって減少する。固定部材を固定装置内に挿入した後で自由な、固定部材が充填されていない固定装置の体積部分は、固定部材の加熱前に第２のメイン面を越えて突出している材料を収容するために設けられている。このために固定装置は有利には、ケーシング体の第２のメイン面に接している領域において、第１のメインメインの方向に向かって例えばテーパー状に先細りしている断面で構成されている。先細り後には固定装置は実質的に円柱状に、第１のメイン面の方向で延在している。  光学部材２はさらにラテラル方向で、側面２１７を越えてケーシング体から突出している。この突出領域内では、この領域において光学的機能を有していないビーム入射領域８に、ガイド部材および／または配向部材が配置されている（図４に示された光学部材と関連した説明を参照）。
オプトエレクトロニクスデバイス２０は第１の電気的接続導体２０５および第２の電気的接続導体２０６を有している。これは有利には、ケーシング体の異なる側面で、ケーシング体から突出している。これらの接続導体は、半導体チップ３の電気的接触接続に用いられる。半導体チップ３は第１の接続導体２０５と、接続層２０７（例えば導電性の接着剤層またははんだ付け層）を介して導電性に接続されている、および／またはこの上に固定されている。第２の接続導体２０６と半導体チップは有利にはボンディングワイヤ２０８を介して導電性接続されている。
【０１１６】
オプトエレクトロニクスデバイス２０、殊にケーシング体は、２つの接続導体２０５および２０６を含んでいるリードフレームを適切な成形材料（例えばプラスチック材料、殊にエポキシまたはアクリルベースの材料、例えば反応性樹脂）で鋳造することによって（例えば射出成形方法、トランスファ成形方法または押出成形方法によって）によって製造される。次に半導体チップ３が接続導体と接続される。従ってオプトエレクトロニクスデバイスはプレ成形されたケーシング、殊にいわゆるプレモールドパッケージを有することができる。
【０１１７】
有利にはケーシング体２０３は空洞部２０９を有する。この空洞部内には半導体チップ３が配置されている。さらに空洞部２０９内には、被覆コンパウンド２１０が配置されている。この被覆コンパウンド内に半導体チップ３が埋設されている。この被覆部は半導体チップ３およびボンディングワイヤ２０８を有利には、損害を与える外部影響から保護する。例えばこの被覆部は反応性樹脂（例えばアクリル樹脂またはエポキシ樹脂）、シリコーン樹脂またはシリコーンを含む。被覆部は保護を高めるために有利には剛性である。
【０１１８】
オプトエレクトロニクスデバイスはさらに、混合色、殊に白色光を生成するように構成されている。このために、半導体チップによって生成されるビームの一部は例えば、被覆コンパウンド２１０内に配置されたルミネセンス変換材料、殊に粒子状の発光体材料をより長い波長のビームを生成するように励起する。半導体チップによって生成されたビームとルミネセンス変換材料によって再放出されたビームとの混合から、結果として、混色の、殊に白色の光りが生じる。白色光生成のために、半導体チップによって生成された青色スペクトル領域のメインビームと、黄色スペクトル領域のルミネセンス変換材料によって再放射されたビームが特に適している。
【０１１９】
ケーシング体２０３は有利には、良好に反射する材料、例えば白色プラスチックから製造されている。空洞部の壁には、半導体チップによって生成されたビームの、空洞部壁での反射の幅広い散乱のために、反射率を上昇させる材料、例えば金属が積層されている。有利には空洞部の壁での反射を介して、光学部材２にビーム成形のために供給されるビームの割合が、空洞部２０９を有していないケーシング体と比べて高くなる。
【０１２０】
オプトエレクトロニクスデバイスはさらに有利には、表面実装可能（SMD：Surface Mountable Device）に構成されている。表面実装時には例えば、接続導体２０５および２０６は、接続導体のはんだ付け面２１１および２１２の側で、プリント回路基盤（図示されてない）の導体路上にはんだ付けされる。
【０１２１】
光学部材２がオプトエレクトロニクスデバイスの取り付け前にこれに固定される場合、照明装置１全体はオプトエレクトロニクスデバイス２０およびこれに固定された光学部材２による表面実装が可能なように構成される。
光学部材２と半導体チップ３の間には中間層１４が配置されている。中間層は被覆部２１０に、およびビーム入射側で光学部材に接することが可能である。中間層１４はさらに可塑的に形成可能に形成されている。
【０１２２】
有利には中間層の材料は接着仲介性に構成されており、従ってオプトエレクトロニクスデバイスへの光学部材の機械的な結合性が高められる。
【０１２３】
さらに中間層は有利には屈折率整合層として構成される。これは、半導体チップ３によって生成されたビームが光学部材内に結合する前に被る屈折率跳躍を、中間層が無い場合と比べて低減させる。例えば光学部材、中間層および被覆コンパウンドは次のように相互に調整される。すなわち、相互に接する材料の屈折率（例えば中間層に対する被覆部の屈折率または光学部材に対する中間層の屈折率）が相互に１．４：１．６またはそれ以下、例えば１．４：１．４８の比になるように調整される。
従って境界面での反射損失は低減される。
【０１２４】
有利には被覆部、中間層および光学部材はシリコーンを含む。従って屈折率整合は容易に行われる。
【０１２５】
被覆部および光学部材は中間層と比べて有利には硬い。すなわち、非常に高い力が作用するもとでのみ可塑的に変形可能であるように構成されている。
【０１２６】
殊に２つの成分の混合比が約１：１（これに関しては相応するデータページを参照されたい）でシリコーンゲル（例えばWacker Chemie社のSilGel 612 der Firma）を含んでいる中間層は特に適している。シリコーンゲル、殊にSilGel 612は同時に接着仲介作用を有しており、可塑性変形可能であり、かつ屈折率跳躍を低減させる。これは殊に、被覆部および／または光学部材がシリコーンを含んでる場合に当てはまる。
【０１２７】
中間層は被覆部２１０と、ビーム入射面８の光学的にビーム結合に使用されるビーム入射面８の領域を有利には完全に覆う。従って境界面での反射損失は有利には低く保たれる。
【０１２８】
加熱時には中間層は、光学部材とケーシング体２０３の第１のメイン面２０２との間に構成された中間空間１５内に延びる。これによって、温度変動時の照明装置１、殊に被覆部２１０および光学部材の機械的負荷が有利には低く保たれる。
【０１２９】
図７には、照明装置に特に適しているオプトエレクトロニクスデバイスが、図７Ａにおけるオプトエレクトロニクスデバイスを上から見た概略的な斜視平面図と、図７Ｂにおけるデバイスの概略的な斜視断面図に基づいて示されている。
【０１３０】
このようなオプトエレクトロニクスデバイスは例えばＷＯ０２／０８４７４９号により詳細に記載されている。その開示内容はこれによって、明確に参考として本発明に取り入れられる。オプトエレクトロニクスデバイスとしては、タイプ参照番号ＬＷ  Ｗ５ＳＧを有するデバイス（製造者：Osram Opto Semiconductors GmbH）と類似したデバイス、これとともに使用されているデバイスまたは同じ製造者の類似したデバイスが特に適している。
【０１３１】
オプトエレクトロニクスデバイス２０は第１の電気的接続導体２０５と第２の電気的接続導体２０６を含む。これらの接続導体は、オプトエレクトロニクスデバイス２０のケーシング体２０３の異なる側面から突出してよく、例えば振動性に構成される。
【０１３２】
ケーシング体２０３は空洞部２０９を有しており、この空洞部内に半導体チップ３が配置されている。半導体チップは被覆部２１０内に埋設されている。半導体チップ３は接続導体２０５と例えばはんだ接続部によって導電性に接続されている。
第２の接続導体２０６への導電性接続はボンディングワイヤ２０８を介して形成される。第２の接続導体２０６へのボンディングワイヤの接続は、有利には、空洞部２０９の壁部２１４の突出部２１３の領域において行われる。
【０１３３】
半導体チップ３は、チップ担体として機能する熱的接続部分２１５上に配置されている。熱的な接続部分は垂直な方向において有利には、空洞部から、ケーシング体２０３の第２のメイン面２０４まで延在し、殊に熱的接続部分上のチップ取り付け面に対して、第２のメイン面の側での半導体チップ３と外部の熱伝導装置（例えばCuから成るヒートシンク）との大きな面積での、熱的結合を容易にする。従って有利にはケーシング体の熱的負荷は、殊に、薄膜半導体チップ等の高出力半導体チップ（図２に関連して説明された半導体チップを参照）を有する高出力デバイスとしてデバイスが作動している場合に低減される。オプトエレクトロニクスデバイスは高いビーム出力を生成するように構成されると同時に、熱的接続部分によって有利には改善された熱導出が得られる。この種のオプトエレクトロニクスデバイスは、面の照明、表示装置（例えばＬＣＤ）の後方照明に特に適している。熱的接続部分は例えば、第１の接続導体２０５のカバープレート（Lasche）内に結合されるかまたは別の方法では、第１の接続導体と、殊に導電性および／または機械的にラテラル方向に包囲側で接続される。ボンディングワイヤ２０８との接触接続部用に設けられている第２の接続導体２０６は有利には、半導体チップ３のチップ取り付け面に関して熱的接続部分２１５まで高くされる。従ってビームの反射に用いられる空洞部の壁の面は有利には大きい。さらに熱的接続部分自体を反射性に構成することができ、この場合には有利には空洞部の底部および／または壁部の一部を構成する。熱的接続部分はさらに、第２のメイン面側でケーシング体から突出している、または実質的に平坦にケーシング体と終端を成している。例えば熱的接続部分は高い熱伝導性を有する金属を含んでいる。これは例えばＣｕまたはＡｌまたはＣｕＷ合金等の合金である。
【０１３４】
接続導体２０５および２０６および熱的接続部分２１５を有するリードフレームは、この種のオプトエレクトロニクスデバイスの製造時に適切な鋳造方法（例えば射出成形方法）において、ケーシング体の材料によって変形される。半導体チップは、ケーシング体の製造後にプレモールドケーシングに接して配置される、ないしはプレモールドケーシング内に配置される。熱的接続部分２１５は有利には、１つまたは複数の突出部または湾曲部２１６とともに構成されている。これによって、ケーシング体と熱的接続部分との機械的結合が改善され、ひいてはオプトエレクトロニクスデバイスの総安定性が高められる。
【０１３５】
ケーシング体の第１のメイン面２０２の側に固定装置２０１が形成されている。この固定装置は光学部材を固定するために設けられている。ここで光学部材は例えば上述した実施例に相応に構成される。光学部材をケーシング体２０３に固定するために、例えば４つの固定装置２０１が設けられる。これらの固定装置は、デバイスに光学部材を機械的に安定して固定することを容易にする。有利には固定装置２０１は、ケーシング体２０３の第１のメイン面２０２の角領域内に配置される。
【０１３６】
図８は、図８Ａ〜８Ｄにおいて、オプトエレクトロニクスデバイスの種々異なる概略図と、本発明による照明装置の実施例の種々異なる概略図を示している。図８Ａはオプトエレクトロニクスデバイスの側面図を示しており、図８Ｂはオプトエレクトロニクスデバイス２０を上から見た平面図を示しており、図８Ｃはオプトエレクトロニクスデバイスを上から見た斜視図を示しており、図８Ｄは照明装置１の側面図を示しており、ここではオプトエレクトロニクスデバイスに光学部材２が固定されている。図８に示されたオプトエレクトロニクスデバイス２０は例えば図７と関連して説明されたデバイスとに相応して構成されている。
【０１３７】
これとは異なり図８では、空洞部２０９内に配置された被覆コンパウンド２１０上に、中間層用の材料１４が、例えば滴状または半球状に配置されている。ここでこの被覆コンパウンドは有利には半導体チップおよびボンディングワイヤ２０８を剛性に保護する材料を含んでいる。中間層用のこの材料の直径Ｂは有利には、空洞部２０９の直径Ａよりも小さい。中間層１４の材料はここで有利には可塑的に変形可能なように構成されている。
例えばこの材料は上述したタイプ等のシリコーンゲルを含む。中間層の材料は液相でオプトエレクトロニクスデバイス上、殊に被覆コンパウンド２１０上に被着され、例えば滴下される。有利にはこれは以降で、固相であるがまだ可塑性に変形可能な相に移行する。このためにオプトエレクトロニクスデバイスは加熱され、例えば１４０度の温度に加熱され、被着された中間相材料は被着直後に温度誘導されて少なくとも部分的に、形状安定性かつ変形可能に架橋される。
【０１３８】
中間層１１用の材料は有利には、ケーシング体２０３の第１のメイン面２０２を越えて突出する。例えば図４に示された光学部材２が第１のメイン面２０２の面からオプトエレクトロニクスデバイス２０に差し込まれ、続行して加圧されると、ビーム入射面８は中間層１４の材料と接触接続する。加えられた圧力は材料をラテラル方向に分配し、殊にケーシング体の第１のメイン面に対して平行な方向へ分配する。これによって中間層１４が形成され、これは被覆部２１０および光学部材と直接的に機械的に接触接続する。
有利には空洞部２０９はラテラル方向で完全に中間層によって覆われている。光学部材への半導体チップ光学的結合は、中間層１４のこのような大きいラテラル方向の延びによって改善される。
【０１３９】
ガイド部材１０はラテラル方向で、ケーシング体の側面２１７の横に配置されており。有利にはガイド部材はケーシング体と摩擦接続的に接続している。これによって、オプトエレクトロニクスデバイスに固定された光学部材の機械的安定性および照明装置１の総安定性が高められる。本願は、２００５年２月２８日付のドイツ連邦共和国特許出願ＤＥ１０２００５００９０６７．２および２００５年５月４日付のＤＥ１０２００５０２０９０８．４の優先権を主張するものである。これらの特許出願の明細書の開示内容はすべて、引用によって明示的に本願の開示内容に含まれるものとする。
【０１４０】
なお、本発明は実施例に基づいたこれまでの説明によって限定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み合わせを含むすべての新たな特徴とすべての組み合わせとを含む。このことは、このような特徴または組み合わ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。
【図面の簡単な説明】
【０１４１】
【図１】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
【図２】照明装置に特に適している半導体チップの概略的な断面図
【図３】本発明による照明装置の放射特性の例
【図４】本発明による照明装置に特に適している光学部材の種々異なる概略図
【図５】本発明の照明装置に特に適している別の光学部材の概略的な平面図
【図６】照明装置の第２の実施例の概略的な断面図
【図７】照明装置に特に適しているオプトエレクトロニクスデバイスの種々の概略図
【図８】図７で示されたオプトエレクトロニクスデバイスの種々異なる概略図と、本発明による照明装置の第３の実施例の種々異なる概略図
【図１】
2008532300.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
2008532300.tif 000007
【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図４Ｆ】
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【図５】
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【図６】
2008532300.tif 000013
【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
2008532300.tif 000015
【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
2008532300.tif 000017
【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
2008532300.tif 000019
【国際調査報告】
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2008532300.tif 000021
2008532300.tif 000022
2008532300.tif 000023
2008532300.tif 000024
2008532300.tif 000025