(57)【要約】【課題】電気出力の増加によって放熱の問題を生じさせることなく光放射の点において改善された光放射装置を提供する。【解決手段】光を放射する少なくとも２つの半導体チップ（１２，１４，１６）と１つの基板（６６）とからなり、少なくとも１つの第１の半導体チップ（１２）が前記基板（６６）上に設置され、その第１の半導体チップ（１２）上に少なくとも１つの別の半導体チップ（１４）が設置されている光放射装置において、上下に積み重ねられた各半導体チップ（１２，１４；１４，１６）を互いにずれるように回転させて、いずれも下側の半導体チップが実質的に三角形状の露出した放射面を備えるようにする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を放射する少なくとも２つの半導体チップ（１２，１４，１６）と１つの基板（６６）とからなり、少なくとも１つの第１の半導体チップ（１２）が前記基板（６６）上に設置され、その第１の半導体チップ（１２）上に少なくとも１つの別の半導体チップ（１４）が設置されている光放射装置であって、
上下に積み重ねられた各半導体チップ（１２，１４；１４，１６）を互いにずれるように回転させ、従っていずれも下側の半導体チップが実質的に三角形状の露出した放射面を備えることを特徴とする光放射装置。
【請求項２】
前記別の半導体チップ（１２，１４；１４，１６）の面積が基板（６６）から離間するに従って縮小することを特徴とする請求項１記載の光放射装置。
【請求項３】
相対的に上側の前記別の半導体チップ（１４）が相対的に下側あるいはさらに下に位置している半導体チップ（１２）の上向きの面を露出させ、少なくともその下側あるいはさらに下の半導体チップ（１２）の露出した面と上側の半導体チップ（１６）の面の少なくとも一部が光を放射し、前記下側の半導体チップ（１２）が前記基板（６６）上に装着されていることを特徴とする請求項１または２記載の光放射装置。
【請求項４】
側方の光放射面（５０，５２，５６，５８）が互い違いとなったチップの側部上に延在していることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の光放射装置。
【請求項５】
前記別の半導体チップ（１４）の側方の光放射面（５０，５２）が下側あるいはさらに下の半導体チップ（１２）の側方の光放射面（５６，５８）に対して半導体チップ（１４）の中央に向かってずれるように延在することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の光放射装置。
【請求項６】
半導体チップ（１２，１４，１６０が互いに実質的にピラミッド構造を成すように構成されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の光放射装置。
【請求項７】
半導体チップ（１２，１４，１６）が放射された光線に対して少なくとも部分的に透過性であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の光放射装置。
【請求項８】
光放射装置が下側の半導体チップ（１２）の下方に設置された反射器を備えており、下側、中間、および上側の半導体チップ（１６）の間には反射器を備えていないことを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の光放射装置。
【請求項９】
光放射装置が複数の半導体チップ（１２，１４，１６）を備えていて最下部の半導体チップ（１２）の下方に反射器が設置され、それが特に半導体チップの側方に突出して延在していることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の光放射装置。
【請求項１０】
半導体チップ（１２，１４，１６）の熱伝導性と略同じ大きさの熱伝導性を有する無反射の接着剤層を介して半導体チップ（１２，１４，１６）が互いに結合され、ここで接着剤層の厚みが特に１００μｍ未満、より好適には５０μｍ未満となることを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載の光放射装置。
【請求項１１】
それぞれ異なったスペクトル波長の光を放射する複数の半導体チップ（１２，１４，１６）が上下に配置されていることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれかに記載の光放射装置。
【請求項１２】
半導体チップ（１２，１４，１６）が少なくとも部分的に互いに直列に電気的に接続されていることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれかに記載の光放射装置。
【請求項１３】
半導体チップ（１２，１４，１６）が少なくとも部分的に互いに並列に電気的に接続されていることを特徴とする請求項１ないし１２のいずれかに記載の光放射装置。
【請求項１４】
半導体チップ（１２，１４，１６）はその上面の露出面の領域に少なくとも１つの接続部を備えていることを特徴とする請求項１ないし１３のいずれかに記載の光放射装置。
【請求項１５】
基板（６６）は電気的に絶縁されていて、反射層を備えていることを特徴とする請求項１ないし１４のいずれかに記載の光放射装置。
【請求項１６】
最下部の半導体チップ（１２）が電気的に少なくとも半導性の基板（６６）上に設置され、前記最下部の半導体チップ（１２）の接続面が前記基板によって形成されていることを特徴とする請求項１ないし１３のいずれかに記載の光放射装置。
【請求項１７】
上側の半導体チップ（１６）が下側あるいはさらに下の半導体チップ（１２）に比べて小さく、特にその大きさの相違が各半導体チップ（１２，１４，１６）の厚みの約２倍に相当することを特徴とする請求項１ないし１６のいずれかに記載の光放射装置。
【請求項１８】
上下に積み重ねられた半導体チップ（１２，１４，１６）が特に４５°の角度をもって互いにずれるように回転させられることを特徴とする請求項１ないし１７のいずれかに記載の光放射装置。
【請求項１９】
基板が実質的に下側の半導体チップ（１２）の寸法に相当する寸法を有する隆起部を備えていて、その上に前記下側の半導体チップ（１２）が装着されることを特徴とする請求項１ないし１８のいずれかに記載の光放射装置。
【請求項２０】
積み重ねて装着された半導体チップ（１２，１４，１６）を包囲していてその方向性が既知の方式で斜めあるいはパラボラ状になっていて前記半導体チップ（１２，１４，１６）の側方の光放射を前方に反射する追加的反射器、特に環状反射器（８０）を備えていることを特徴とする請求項１ないし１９のいずれかに記載の光放射装置。
【請求項２１】
半導体チップ（１２，１４，１６）の手前に集光レンズが設置され、特にそれが反射器（８０）上に支承されていることを特徴とする請求項１ないし２０のいずれかに記載の光放射装置。
【請求項２２】
半導体チップ（１２，１４，１６）と集光レンズの下面との間の空間に透明あるいは半透明の液体状あるいはゲル状の光透過材料、特にシリコンゲルが充填されていることを特徴とする請求項２０記載の光放射装置。
【請求項２３】
前記電気的な接続面（２６，２８，３０）がプリント回路基板の露出面（２０，２２，２４）に隣接していて結合線を介してそれらと結合されていることを特徴とする請求項１ないし２２のいずれかに記載の光放射装置。
【請求項２４】
プリント回路基板が少なくとも部分的に半導体チップ（１２，１４，１６）を包囲するように側方に延在しており、特に導電トラックが環状反射器（８０）の下側を延在していることを特徴とする請求項１ないし２３のいずれかに記載の光放射装置。
【請求項２５】
請求項１ないし２４のいずれかに記載の光放射装置を少なくとも１つ備えている、特に光重合性歯科材料を硬化させるためのものである光硬化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、請求項１前段に記載の光放射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオードの放出強度を高めるために多くの試みが為されている。そのため、より高い光効率を達成するために多数の極めて小さい発光ダイオード半導体チップを互いに緊密に隣接させて配置することが提案されている。その際の問題は勿論放熱であり、それは緊密に隣接した半導体チップの構成によってそれらがその出力に応じて極めて高温になるためである。
【０００３】
従って光放射を可能な限り熱線から分離し、熱線の重点を後方に放射させ、それに対して光放射を前方に向けることが試みられている。
【０００４】
前記のような考え方からいわゆるフリップチップ技術が生まれており、それにおいては例えばサファイア等からなる光透過性の基板上に1つあるいは複数の半導体チップが装着される。
【０００５】
サファイアと逆側のチップの面上には例えば銀製の反射層が延在しており、その際接続および放熱の両方が適宜な方式でチップと接触しているいわゆるバンプと呼ばれる極めて太い支柱を介して実施される。
【０００６】
この解決方式によれば可能な限り多くの熱が後方に放出され、一方光は、銀製の反射層によってより強力に、サファイア基板を介して前方に光放射装置から放出される。
【０００７】
また、光放射装置の光効率を高めることが久しい以前から試みられている。そのため大抵、放射光を収束させ損失光および分散光を削減する集光レンズおよび反射板が使用される。
【０００８】
近年、例えば未公開の独国特許出願第１０２００６０１５３７７号明細書において、緊密に配置されたプリント回路基板を介して接続された複数のＬＥＤチップを有する半導体放射源であって、反射器と集光レンズの組み合わせによって可能な限り高い光効率を確保するが、それにもかかわらず発生した熱を良好に放出するようにしたものが提案されている。
【０００９】
この種の半導体放射源は、可能な限り高い光効率を保持する必要がある場合には基本的に好適である。しかしながら、排熱を増大させることなく光効率をさらに高めることが望まれる。
【００１０】
【特許文献１】独国特許出願第１０２００６０１５３７７号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
従って本発明の目的は電気出力の増加によって放熱の問題を生じさせることなく光放射の点において改善された、請求項１前段に記載の光放射装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記の課題は本発明に従って請求項１によって解決される。従属請求項によって好適な追加構成が示されている。
【００１３】
本発明によれば、例えば４５°の角度で互いにずらしたＬＥＤチップの積重ね構成によって中央に集中した光放射を生成し得ることが好適である。この中央の輝点の焦点化は光放射を平面的に分配するよりもはるかに容易であり、従って光効率を全体として顕著に改善することができる。
【００１４】
このことによって例えば歯科技術において光放射装置の適用分野が拡大され、それにおいて適宜に構成された光硬化装置によって重合性の歯科補綴材の未だ完全に硬化していない特定の部分に的を絞って迅速に重合化させる。
【００１５】
意外なことに、チップを積み重ねて装着することによって光放射が顕著に高められ、その際チップ自体が光透過性であるという事実が利用される。この透過性は使用される材料が同じである場合に極めて良好になり、それはその場合同じ格子定数が存在するためである。本発明によれば、チップ積重ね体の半導体チップ間に、極めて薄くかつ光透過性でありまた良好な熱伝導性を有していてチップの熱を有効に放散させる接着層が形成される。
【００１６】
本発明によれば、さらに半導体チップにおいて光放射の大きな部分が典型的に側方の光放出面から行われるという事実も利用可能である。これは斜め前方への光放射が影響を受けないように構成される。このことは例えば、半導体チップの積重ね体が実質的にピラミッド型の構造を有することによって達成される。上方の半導体チップ程それぞれその下の半導体チップに比べて後退し、すなわち光軸に向かって内側にずれている。それに伴って上方の半導体チップの寸法がそれぞれ下の半導体チップに比べて縮小し、その縮小は両方向でなされることが好適である。
【００１７】
既知の方式によって半導体チップを方形とし、実質的に薄い板片として構成することができる。多様な寸法を有する半導体チップは容易に入手可能であり、従って市販の部品に基づいてそれらを本発明に従って好適な方式で組み合わせることが可能である。
【００１８】
ここで、半導体チップが典型的にランバート放射特性を有しており、それによって、それぞれ垂直方向、すなわち光放射の方向においていくらか離間している複数のその種の放射特性のものを重ね合わせた場合に光軸の領域内における光放射を相対的に拡大し得るという事実を利用することができる。
【００１９】
従って本発明によって直接照射された光の比率を反射光の比率に対して著しく高め、従って反射損失等の比重が小さくなるようにすることが可能になる。
【００２０】
本発明の好適な実施形態において下方の半導体チップの少なくとも１つの上方を向いた面がその上にある半導体チップによって遮蔽されず露出した状態となる。その面は一方で光放射の機能を成し、他方でそれによってボンディングのための接続面を形成する可能性が達成され、従って半導体チップ毎に少なくとも２つの給電用の接続面が使用可能となる。
【００２１】
本発明によれば、下側の面が放熱に適するように形成される。そのため、下側の半導体チップはその上の半導体チップと比べて少なくとも小さくはなく、好適にはそれより大きくなる。上側に位置している半導体チップが部分的にその下に位置している半導体チップを超えて突出している場合、これは空間的に限定された枠内のものとなり、その際その上方の半導体チップの（下側の半導体チップによって）支えられていない面積の合計はその総面積の２０％未満、特に１０％未満となることが好適である。
【００２２】
ここで半導体チップとは、複数の接続面によって結合することができる複数の電気構成要素を統合することができるダイと理解することができる。
【００２３】
最上部の半導体チップの上方に集光レンズを設置すれば極めて好適である。
【００２４】
それによって、放射された光線を任意の適宜な方式で焦点化することができ、その際光導棒等の光導波路内への放射された光の誘導も極めて容易である。
【００２５】
本発明によれば、半導体チップ構成が最下部の半導体チップの下方に設置されている反射層を除いて反射器および反射層を有していないことが好適である。前記の下方の反射層は下方に向かって放射された光線を実質的に完全に反射して上方に作用させ、ここで半導体チップ構成が環状反射器によって包囲されていてそれが反射された光線を追加的に前方に投光して焦点化させる。
【００２６】
本発明によれば、半導体チップがそれぞれ異なった波長領域の光を放射するように積み重ねられた半導体チップを構成することが容易に可能である。そのため、各半導体チップが接続面を備えているという事実を利用することができる。従って電気的な制御は互いに独立して行うことができ、従って色の変更を容易に実施することができる。
【００２７】
本発明により好適なピラミッド形状の半導体チップ構成の形状においては、最下部の半導体チップの光放射とそれに伴った発熱が最も大きなものとなる作用も利用される。その位置で発生した熱は良好に熱を伝導する基板上への直接的な取り付けのため最適に放散させることができ、他方さらに上方の半導体チップにおいて生じる熱量はそのより小さな寸法のため少ないものとなる。
【００２８】
本発明によって半導体チップの小型の構成が可能になるため、プリント回路基板上へのボンディングのための露出面の形成を半導体チップに密接して行うことが好適である。そのため基板が最下部の半導体チップを装着するための隆起部を備えており、それの側面の直近までプリント回路基板がその露出面を備えている。
【００２９】
その点に関連して、プリント回路基板の全高が実質的に基板ソケット隆起部の高さに相当することが好適である。
【００３０】
別の好適な構成形態によれば、相対的に上側の２番目の半導体チップが相対的に下側の１番目の半導体チップの上向きの面を露出させ、少なくともその下側の半導体チップの露出された面と上側の半導体チップの少なくとも１面が光を放射し、その際下側の半導体チップが基板上に装着されている。
【００３１】
本発明の別の好適な構成形態によれば、側方の光放射面が互い違いとなったチップの側部に延在している。
【００３２】
好適な構成形態によれば、上側の半導体チップの側方の光放射面が下側の半導体チップの側方の光放射面に対して半導体チップの中央に向かってずれるように延在している。
【００３３】
別の好適な構成形態によれば、半導体チップが互いに実質的にピラミッド構造を成すように構成されている。
【００３４】
別の好適な構成形態によれば、半導体チップが放射された光線に対して少なくとも部分的に透過性である。
【００３５】
別の好適な構成形態によれば、光放射装置が下側の半導体チップの下方に設置された反射器を備えており、下側、中間、および上側の半導体チップの間には反射器を備えていない。
【００３６】
別の好適な構成形態によれば、光放射装置が複数の半導体チップを備えていて最下部の半導体チップの下方に反射器が設置され、それが特に半導体チップの側方に突出して延在している。
【００３７】
別の好適な構成形態によれば、半導体チップの熱伝導性と略同じ大きさの熱伝導性を有する無反射の接着剤層を介して半導体チップが互いに結合され、ここで特に接着剤層の厚みが１００μｍ未満、より好適には５０μｍ未満となる。
【００３８】
別の好適な構成形態によれば、それぞれ異なったスペクトル波長の光を放射する複数の半導体チップが上下に配置されている。
【００３９】
別の好適な構成形態によれば、半導体チップ群の少なくとも一部が互いに直列に電気的に接続されている。
【００４０】
別の好適な構成形態によれば、半導体チップ群の少なくとも一部が互いに並列に電気的に接続されている。
【００４１】
別の好適な構成形態によれば、半導体チップはその上面の露出面の領域に少なくとも１つの接続部を備えている。
【００４２】
別の好適な構成形態によれば、基板は電気的に絶縁されていて、反射層を備えている。
【００４３】
別の好適な構成形態によれば、最下部の半導体チップが電気的に少なくとも半導電性の基板上に設置され、その最下部の半導体チップの接続面が前記基板によって形成されている。
【００４４】
別の好適な構成形態によれば、上側の半導体チップが下側の半導体チップに比べて小さく、特にその大きさの相違が各半導体チップの厚みの約２倍に相当する。
【００４５】
別の好適な構成形態によれば、基板が隆起部を備えていてその寸法が実質的に下側の半導体チップの寸法に相当するとともにその上に前記下側の半導体チップが装着される。
【００４６】
別の好適な構成形態によれば、積み重ねて装着された半導体チップを包囲していてその方向性が既知の方式で斜めあるいはパラボラ状になっていて前記半導体チップの側方の光放射を前方に反射する追加的反射器、特に環状反射器を備えている。
【００４７】
別の好適な構成形態によれば、半導体チップの手前に集光レンズが設置され、特にそれが反射器上に支承されている。
【００４８】
別の好適な構成形態によれば、半導体チップと集光レンズの下面との間の空間に透明あるいは半透明の液体状あるいはゲル状の光透過材料、特にシリコンゲルが充填されている。
【００４９】
別の好適な構成形態によれば、前記電気的な接続面がプリント回路基板の露出面に隣接していて、結合線を介してその面と結合されている。
【００５０】
別の好適な構成形態によれば、プリント回路基板が少なくとも部分的に半導体チップを側方で包囲するように延在しており、特に導電トラックが環状反射器の下側を延在している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５１】
本発明のその他の詳細、特徴、ならびに種々の利点は、添付図面を参照しながらいか詳細に記述する２つの実施例の説明によって明らかにされる。
【００５２】
図１には本発明に係る光放射装置１０の一実施例が示されている。この光放射装置１０は、複数の半導体チップ、すなわち下側の半導体チップ１２と中間の半導体チップ１４と上側の半導体チップ１６を備えている。ここで第１の半導体チップとも呼称される下側の半導体チップ１２は、例えば図３に示されているような基板上に装着されている。
【００５３】
基板は任意の好適な方式で積み重ねることができる。基板は熱伝導性であるとともに金属製であれば極めて好適である。しかしながら、出力がより小さい解決方式においては樹脂成形材料を基板として使用することも可能であり、それが半導体チップの立体的構成を固定するものとなる。
【００５４】
図示された実施例において第１のあるいは下側の半導体チップ１２が実質的に正方形の形状を有する板片として形成されている。この種の半導体チップあるいはＬＥＤチップは市販で容易に入手可能である。
【００５５】
図示された実施例において下側の半導体チップ１２および中間の半導体チップ１４は約８：１の辺の長さ対厚みの比率を有している。それらは同じ大きさで上下に積み重ねられているが、互いにずれるように回転させてある。この回転ずれは約４５°の角度で実施されているが、３０°あるいは６０°の回転角度も勿論可能である。
【００５６】
前記の回転によって中間の半導体チップ１４が４つの三角形の面を露出された状態で残し、ここで面２０，２２および２４が図１に示されている。そこに残された面は、それぞれ極めて外側に円形に形成されているとともにボンディングのために設定されたものである接続面２６，２８および３０を形成するために充分である。
【００５７】
図示された実施例において、チップ毎に４つの接続面が設けられており、そのチップはそれぞれ互いに独立して制御可能で光を放射する合計３つの構造部を備えており、従って任意の制御が可能となる。
【００５８】
他方、２つの構造部のみを設け、それらを電気的に分離可能にしまたそれぞれ一対の接続面によって結合することも可能である。
【００５９】
図示された実施例において上側の半導体チップ１６は中間および下側の半導体チップ１４および１２よりも小さいものとなっている。
【００６０】
その辺の長さ：厚みの比率は同様に約８：１となり、すなわち他の両方のチップ１２および１４よりも薄くなる。
【００６１】
これは中間の半導体チップ１４に比べて再び４５°ずれるように回転させており、従って下側の半導体チップ１２と平行に角部を有している。この構成によって、それぞれ三角形の形状を有するとともに適宜な接続面４０，４２，４４および４６を介した接触の機能を成すものである、さらなる露出面３２，３４，３６および３８が形成されている。
【００６２】
上側の半導体チップ１６は中間の半導体チップ１４の大部分、例えばその面積の７０％を遮蔽する程の大きさとなっている。
【００６３】
中間の半導体チップ１４は、まずその側方の放射面から光を放射し図１にはそのうちの放射面５０および５２が示されており、他方でその下面からも放射するが、大部分はその上面から放射する。
【００６４】
上側の半導体チップ１６の下側に放射された光はそれを透過してその上側の半導体チップ１６の上面５４から放射される光を増強する。ここで、上側の半導体チップ１６の厚みがその他の半導体チップ１２および１４のものよりも小さくそれによってチップ１６を透過する際の減衰もより少ないものとなるという事実を利用することができる。
【００６５】
同様な光放射および透過特性が中間の半導体チップ１４と下側の半導体チップ１２との積重ねにおいても示される。それに従って下側の半導体チップ１２の上面から放射された光は、面２０ないし２４の領域から放射されたものでない限り、中間の半導体チップ１４と上側の半導体チップ１６の両方を透過する。
【００６６】
ここでも、側方の放射面からの追加的な光放射が生じ、そのうち図１には放射面５６および５８が示されている。
【００６７】
好適には球状の放射特性を有する半導体チップが使用される。半導体チップ１２，１４および１６から形成された光放射装置の放射特性は、光軸６０からの角度偏位で見て、実質的に放射された光の数学的加算となる。この理想化した放射特性は棒体に近似した特徴を有しているが、実用上においては上側の半導体チップによる下側の半導体チップからの光放射の光線吸収によって減衰されたものとなる。しかしながらその減衰は材料の同一化によって極めて小さくなり、それは特に格子定数が一致することによる。
【００６８】
図２には変更された光放射装置１０の実施例を説明するためのものである。ここで他の図面と同一の構成要素は同一の参照符号によって示されている。図２の実施例形態によれば、全ての発光チップ１２，１４および１６が互いにピラミッド形状に構成されている。半導体チップ１２が最大のものであって基板上に熱伝導式に装着されている。その上に中間の半導体チップ１４が装着され、それが半導体チップ１２よりも小さいものとなっている。
【００６９】
寸法の相違によって周回状の露出縁部６２が形成されており、その幅が実質的に半導体チップ１４の厚みに相当する。ここでも下側の半導体チップ１２の接続面２６，２８，３０および３１が各角部に設けられていて、また中間の半導体チップ１４の接続面４０ないし４６と上側の半導体チップ１６の接続面が同様に設けられている。
【００７０】
上側の半導体チップ１６が中間の半導体チップ１４よりもさらに小さくまたその上に装着されているためそこにも周回状の縁部６４が形成され、その幅が半導体チップ１６の厚みに相当するものとなっている。
【００７１】
この配置および構成により、全体として４５°のピラミッド角度を有するピラミッド階段が形成されている。
【００７２】
チップ１２ないし１４はそれぞれ熱接合によって互いに着合されている。これは例えば極めて薄い接着剤層によって実施することができ、それが熱伝導をさらに改善する。
【００７３】
図３には同様な光放射装置１０が組み立てられた状態の断面で示されている。光放射装置１０は基板６６上に設置されており、これは例えば銅製でありソケット隆起部６８を備えている。このソケット隆起部６８は下側の半導体チップ１２よりも大きな寸法を有している。それに露出面７２を有するプリント回路基板７０が接しており、それが多様な接触面の接合のために機能する。
【００７４】
例えば接続面２８が図示されていない接続線を介して露出面７２と結合されることが可能である。
【００７５】
追加的反射器として環状反射器８０がプリント回路基板上に支承されており、それが光放射装置を環状に包囲している。この環状反射器８０は既知の方式で斜め内側に向いた内面を備えており、それが側方の放射面、例えば放射面５６から放射された光を前方、すなわち光軸６０の方向に反射する。
【００７６】
加えてソケット隆起部６８と下側の半導体チップ１２との間に図示されていない反射器が設けられており、それも同様にそこに放射された光を前方に反射する。
【００７７】
ＬＥＤの活性層がランバートの法則に従って理想的な場合は全ての方向に均等に光を放射する放射源を形成するため、本発明によって直接前方には放射されていない光を光導波路へ反射するように構成される。前述した反射器によって、例えば図１に示された三角形の面３２，３４，３６および３８から側方ならびに後方、すなわち基板の方向に放射された光も前方に反射することが可能となる。従ってＬＥＤチップの光効率のさらなる改善が達成される。三角形の面は通常片面上（大抵基板と逆側の面）にのみボンディング用の電気接続面、いわゆるボンディングアイランドを備えているため、基板に向いた面および側面が露出していてその結果障害なく光を放射することができる。この追加的な光線は前述した反射器の補助によって光導波路に供給される。
【００７８】
互いに４５°ずれるように回転させた２つの同じ大きさで上下に積み重なったＬＥＤチップの場合、他方のＬＥＤチップから突出している三角形の面積が例えばチップ総面積の約１７％を成す。この面は後方への光線の放射に対して完全に利用可能であり、前方への光線の放射に対してはボンディングのために必要な電気接続面の分だけ削減されて利用可能となる。すなわち、放射線の極めて大きな部分が突出した三角面を介して放射される。その光線は別のＬＥＤチップを通過する必要がなく従って他のＬＥＤチップによって場合によって相違している格子定数、チップ境界面の屈折、あるいは全反射による減衰の影響を受けない。
【００７９】
図１の上側のＬＥＤチップ１６がその下の両方のチップ１２および１４に比べて小さい寸法を有しているため、このチップ１６の中間のチップ１４に対しての突出は中間のチップ１４が下側のチップ１２が突出している分よりも小さくなるとしても、このチップ１６から横後方に放射された光線は前記の反射器によって強化されるＬＥＤ積重ね体全体の光効率のために寄与する。従来の技術の積み重ねられたＬＥＤによって達成される光効率は本発明に比べて大幅に低くなる。
【００８０】
本発明に係るＬＥＤ積重ね体のさらなる光効率の増強は、ボンディングに際しての接触安全性を損なうことなく、すなわちボンディングに際しての加工条件に従った各ＬＥＤチップの位置決めの最大許容誤差を超えることなく、個々のＬＥＤチップの電気接続面が個々のチップの回転ずれによって形成された三角形の合計面積に比べて可能な限り小さく保持されることによって達成される。本発明によれば、最新の加工装置を使用した極めて正確な位置決めが実施され、そのため利用可能なチップ面積が増大する。
【００８１】
図４には別の実施形態が示されており、それにおいてはＬＥＤチップ１２，１４および１６が互いに３０°ずれるように回転させてある。図４に示された実施形態において、３つのＬＥＤチップ１２，１４，１６は全て同じ面積である。すなわち、ＬＥＤチップ１４およびＬＥＤチップ１６の両方がいずれも同じ面積の三角形の分ＬＥＤチップ１２より突出しているが、チップ１４の角部はＬＥＤチップ１２の角度に対して反時計方向にずれ、ＬＥＤチップ１６の角部はＬＥＤチップ１２の角部に対して時計方向にずれるように回転している。それによって図示された３つのＬＥＤチップ１２，１４，１６が同じ大きさのチップ面積を有するにもかかわらず、ＬＥＤチップのうちの１つ（例えばチップ１４）の突出した三角面が他の両方のＬＥＤチップ（この場合チップ１２および１６）を上回ることが達成される。このことは互いに４５°ずれるように回転させた３つのＬＥＤチップの場合は不可能である。その点に関して図４に示されている実施形態によってＬＥＤ積重ね体の光効率のさらなる増加が達成され、それはＬＥＤチップ１２，１４，１６が突出した三角面を介して、積重ね体の別のＬＥＤチップの突出した三角面によって妨害あるいは“遮蔽される”ことなく自由に後方あるいは前方に放射できるためである。図４に示された実施形態においても、３つの同じ大きさのＬＥＤチップを上下に積み重ね、それにもかかわらず電気接続面を個々のチップの角部にそれぞれ設けることが可能であり、それはＬＥＤ積重ね体内のチップの相互間の回転ずれによって角部の露出が保持され、すなわち別のＬＥＤの積み重ねによって遮蔽されないためである。
【００８２】
さらに、個々のＬＥＤチップが例えば互いに３０°ずれるように回転させてあるが個々のチップがそれぞれ異なった大きさを有している実施形態も勿論可能である。それによって個々のＬＥＤチップの場合によって後方に放射するよう作用する三角面が縮小するが、例えば異なったチップの大きさによってＬＥＤ積重ね体のその他のチップに対する個々のチップの放射光出力の調節を達成することができる。この方式によって発生した、すなわち放散すべき熱出力も削減することができる。
【００８３】
図５には、４つのＬＥＤチップが積み重ねられた別の実施形態が示されている。個々のチップはそれぞれ２２．５°ずれるように回転させてある。従って例えば４つの異なった波長の混合、あるいは４つの異なった波長の中からの個別の波長の生成ならびに任意の組み合わせが可能となる。それぞれ２２．５°のチップの回転によって、ここでも１つのチップの突出した三角面がその他の３つのチップによって遮蔽されないことが達成される。図４に示されたＬＥＤ積重ね体の個々のチップの回転ずれ角度を除いて、図４の実施例に関して挙げられた利点および原理は図５の実施例にも該当する。
【００８４】
図６および図７にも本発明に係るＬＥＤチップのそれぞれ別の実施例が示されている。
【００８５】
図６には、図１と同様に下側の両方のＬＥＤチップ１２および１４がいずれも同じ大きさで互いに４５°ずれるように回転させてあるＬＥＤ積重ね体が示されている。しかしながら、この実施例においては上側のＬＥＤチップ１６はチップ１４より突出していないがそれに対して４５°ずれるように回転させてある。従って上側のチップ１６の辺の長さはチップ１２あるいは１４の辺の長さの０．７０７倍となる。それによってＬＥＤチップ１６のチップ面積はＬＥＤチップ１２あるいは１４の大きさの約５０％となる。
【００８６】
図７には、互いに４５°ずれるように回転させた４個のＬＥＤチップからなるＬＥＤ積重ね体が示されている。チップ１２上に固定されたＬＥＤチップ１４は、それより突出していない。従ってチップ１４の面積はチップ１２の面積の半分程度となる。チップ１６はチップ１４と同じチップ寸法を有しており、従ってその角部がチップ１４より突出している。一方チップ１７はチップ１６より突出しておらず、従ってチップ１４あるいは１６に比べてさらに０．５倍に縮小されたチップ面積を有している。一番下のチップ１２と比べると、一番上のチップ１７はチップ１２の面積の約２５％の面積を有している。
【００８７】
図８には、図１のＬＥＤ積重ね体の横断面図によって光線の軌跡が示されている。光線はチップ１４の活性層９０から放射されている。後方に放射された光線９２は基板６６上で、側方に放射された光線９４は反射器８０上で反射されていずれも前方に誘導されている。
【００８８】
図６および図７に示された実施形態よって積重ね体のＬＥＤチップの配置および寸法を必要に応じて広い範囲で調節し得ることが明らかである。必要なスペクトル色、放射出力等の必要性に応じた、その他のＬＥＤチップの寸法ならびにその回転ずれ角度の組み合わせも可能である。
【００８９】
図９には、共通の基板６６上における２つのＬＥＤチップ１２の構成例が示されており、この配置は全ての実施形態において可能である。
【００９０】
図中には、低コストであるためいずれも正方形のＬＥＤチップが示されている。しかしながら、その他の任意のチップ形状が可能であることが理解される。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】本発明に係る半導体放射源の一実施例を示した立体図である。
【図２】本発明に係る半導体放射源の別の実施例を示した立体図である。
【図３】図２の実施例の半導体放射源の一部を切断して示した立体図であり、組み立てられた状態の実施例が示されている。
【図４】本発明の別の実施例を示した概略平面図である。
【図５】本発明のさらに別の実施例を示した概略平面図である。
【図６】本発明のさらに別の実施例を示した概略平面図である。
【図７】本発明のさらに別の実施例を示した概略平面図である。
【図８】図１の実施例の光の放射方向を概略的に示した断面図である。
【図９】基板上に設置された状態の光放射装置の一実施例を示した概略図である。
【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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