(57)【要約】【課題】本発明の課題は、所望の空間的方向、所望の偏光方向または所望の波長で、比較的高い輝度を実現する放射放出素子を提供することである。【解決手段】本発明による放射放出素子は、  半導体材料をベースとし、電磁放射を生成するための活性層列を有する層スタックと、放射方向で見て該活性層列に後置されているフィルタエレメントとを有し、該フィルタエレメントは、第１の放射成分を放出し、第２の放射成分を層スタック内へ反射するためのエレメントであり、該第２の放射成分は該フィルタエレメントでの反射後、偏向プロセスまたは吸収放出プロセスを施され、偏向または放出された放射は、該フィルタエレメントに再び入射されるように構成されている。【選択図】図１
2008047906.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射放出素子（１０）において、
半導体材料をベースとし、電磁放射を生成するための活性層列（４）を有する層スタック（１）と、
放射方向（Ａ）で見て該活性層列（４）に後置されているフィルタエレメント（２）
とを有し、
該フィルタエレメント（２）は、第１の放射成分を放出し、第２の放射成分を該層スタック（１）内へ反射するためのフィルタエレメントであり、
該第２の放射成分は該フィルタエレメント（２）での反射後、偏向プロセスまたは吸収放出プロセスを施され、
偏向または放出された放射は、該フィルタエレメント（２）に再び入射されるように構成されていることを特徴とする、放射放出素子。
【請求項２】
前記第１の放射成分は、前記フィルタエレメント（２）への入射時に第１の空間的角度領域にある光ビームから成り、
前記第２の放射成分は、該フィルタエレメント（２）への入射時に、該第１の空間的角度領域と異なる第２の角度領域にある光ビームから成る、請求項１記載の放射放出素子。
【請求項３】
前記フィルタエレメント（２）は空間角度フィルタである、請求項２記載の放射放出素子。
【請求項４】
前記フィルタエレメント（２）は、放射透過性の材料を含む少なくとも１つの平坦な層を有する、請求項３記載の放射放出素子。
【請求項５】
前記少なくとも１つの平坦な層は、前記層スタック（１）の半導体材料の屈折率より小さい屈折率を有する材料を含む、請求項４記載の放射放出素子。
【請求項６】
前記少なくとも１つの層は、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコン、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化タンタル、ガラス材料またはＴＣＯを含む、請求項４または５記載の放射放出素子。
【請求項７】
前記フィルタエレメント（２）は誘電体バンドパスフィルタである、請求項１から３までのいずれか１項記載の放射放出素子。
【請求項８】
前記誘電体バンドパスフィルタは、異なる屈折率を有する少なくとも２つの誘電体層を有する、請求項７記載の放射放出素子。
【請求項９】
前記誘電体バンドパスフィルタは、窒化チタンを含む第１の層と、酸化シリコンまたは酸化チタンを含む第２の層とを有する、請求項７または８記載の放射放出素子。
【請求項１０】
前記フィルタエレメント（２）は構造エレメント（２ａ）を有する、請求項１から５までのいずれか１項記載の放射放出素子。
【請求項１１】
前記構造エレメント（２ａ）は放射方向（Ａ）に狭幅になっていく、請求項１０記載の放射放出素子。
【請求項１２】
前記構造エレメント（２ａ）は放射方向（Ａ）に広幅になっていく、請求項１０記載の放射放出素子。
【請求項１３】
前記構造エレメント（２ａ）は、円錐状または角錐状または角柱状に形成されている、請求項１０から１２までのいずれか１項記載の放射放出素子。
【請求項１４】
前記構造エレメント（２ａ）は、２次元格子に相応して構成されている、請求項１０から１３までのいずれか１項記載の放射放出素子。
【請求項１５】
前記構造エレメント（２ａ）は、前記層スタック（１）の構造化によって形成されている、請求項１０から１４までのいずれか１項記載の放射放出素子。
【請求項１６】
前記層スタック（１）と異なる層（２II）が前記構造エレメント（２ａ）を有する、請求項１０から１４までのいずれか１項記載の放射放出素子。
【請求項１７】
前記構造エレメント（２ａ）を有する層（２II）は放射透過性の材料を含む、請求項１６記載の放射放出素子。
【請求項１８】
前記構造エレメント（２ａ）を有する層（２II）は、
酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコン、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化タンタル、ガラス、ＴＣＯ、ＰＭＭＡ、フォトレジスト、エポキシ樹脂、シリコーンのうち少なくとも１つを含む、請求項１６または１７記載の放射放出素子。
【請求項１９】
前記フィルタエレメント（２）はフォトニック結晶である、請求項１から３までのいずれか１項記載の放射放出素子。
【請求項２０】
前記フィルタエレメント（２）は偏光フィルタである、請求項１記載の放射放出素子。
【請求項２１】
前記第１の放射成分は前記フィルタエレメント（２）への入射後、第１の偏光方向で直線偏光された光ビームを有し、
前記第２の放射成分は該フィルタエレメント（２）への入射後、該第１の偏光方向に対して垂直に直線偏光された光ビームを有する、請求項２０記載の放射放出素子。
【請求項２２】
前記フィルタエレメント（２）は少なくとも１つの複屈折性材料を含む、請求項２０または２１記載の放射放出素子。
【請求項２３】
前記フィルタエレメント（２）は、第１の屈折率ｎ１および第２の屈折率ｎを有する少なくとも１つの第１の複屈折性層（２ａ）と、第３の屈折率ｎ２および該第２の屈折率ｎを有する少なくとも１つの第２の複屈折性層（２ｂ）とを備えている、請求項２２記載の放射放出素子。
【請求項２４】
前記第２の複屈折性層（２ｂ）は放射方向（Ａ）で見て、前記第１の複屈折層（２ａ）に後置されている、請求項２３記載の放射放出素子。
【請求項２５】
前記第１の複屈折層（２ａ）および第２の複屈折層（２ｂ）はλ／４の光学的厚さを有する、請求項２３または２４記載の放射放出素子。
【請求項２６】
前記フィルタエレメント（２）は金属格子を有する、請求項２０または２１記載の放射放出素子。
【請求項２７】
前記金属格子は、前記層スタック（１）のエッジに対して平行に延在する金属ストライプ（２００ａ）を有する、請求項２６記載の放射放出素子。
【請求項２８】
前記層スタック（１）は構造化され、前記金属ストライプ（２００ａ）が該層スタック（１）の上昇部（１４）を延在するように構成されている、請求項２７記載の放射放出素子。
【請求項２９】
前記フィルタエレメント（２）はフォトニック結晶である、請求項２０または２１記載の放射放出素子。
【請求項３０】
前記活性層列（４）の前記フィルタエレメント（２）に対向する側に反射層（５）が配置されている、請求項１から２９までのいずれか１項記載の放射放出素子。
【請求項３１】
前記反射層（５）は金属を含む、請求項３０記載の放射放出素子。
【請求項３２】
前記反射層（５）は担体基板（６）上に配置されている、請求項３０または３１記載の放射放出素子。
【請求項３３】
前記層スタック（１）は薄膜半導体ボディである、請求項１から３２までのいずれか１項記載の放射放出素子。
【請求項３４】
前記活性層列（４）と反射層（５）との間に散乱層（１１）が配置されている、請求項３０から３３までのいずれか１項記載の放射放出素子。
【請求項３５】
放射方向（Ａ）で見て前記層スタック（１）に光学的エレメント（７）が後置されており、
前記フィルタエレメント（２）は該光学的エレメント（７）の放射透過面（９）に配置されている、請求項１から３４までのいずれか１項記載の放射放出素子。
【請求項３６】
前記光学的エレメント（７）は反射器および／または集光器である、請求項３５記載の放射放出素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射放出素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
多くのアプリケーションでは、ＬＥＤの光は、後置された光学系に入力結合しなければならない。このような光学系は大抵、所定の開口数（ＮＡ）、すなわちシステムの軸に対して相対的な最大入射角度を有する。前記軸に対して、より大きい角度で入射した光は、このような光学系では使用することはできず、最も不都合なケースでは散乱光およびアーティファクトを引き起こす。
【０００３】
さらに、たとえばＬＥＤによるＬＣＤ後方照明、またはＬＥＤを光源としてプロジェクタで使用するアプリケーション等のアプリケーションでは、偏光光が必要とされることが多い。しかし、ＬＥＤの発光は自然放出を基礎としているので、無偏光状態である。
【０００４】
一般的には、ＬＥＤの効率の有意な損失を我慢する必要なく、通常の光学的特性を上回る光学的特性を有するＬＥＤを実現することが望まれる。
【非特許文献１】Appl. Phys. Lett. 63 (16), 18. Oktober 1993, 2174-2176（I. Schnitzer等著）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、所望の空間的方向、所望の偏光方向または所望の波長で、比較的高い輝度を実現する放射放出素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明による放射放出素子は、
半導体材料をベースとし、電磁放射を生成するための活性層列を有する層スタックと、
放射方向で見て該活性層列に後置されているフィルタエレメント、
とを有し、
該フィルタエレメントは、第１の放射成分を放出し、第２の放射成分を層スタック内へ反射するためのエレメントであり、
該第２の放射成分は該フィルタエレメントでの反射後、偏向プロセスまたは吸収放出プロセスを施され、
偏向または放出された放射は、該フィルタエレメントに再び入射されるように構成されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
前記偏向プロセスは、とりわけ反射プロセスである。たとえば、層スタックのフィルタエレメントに対向する側に反射層が配置され、入射された放射が該反射層によって、有利には入射角度と異なる出射角度で層スタックの方向に戻り反射される構成が考えられる。角度分布を変化するためには、たとえば散乱層を使用して、入射された放射を拡散反射することができる。
【０００８】
ここに記載されている素子はすべて、一種のライトボックスとして構成されている。このようなライトボックスでは、光ビームは理想的には、適切な角度および／または適切な偏光方向で出力結合面に入射され、該ライトボックスから出力結合されるまであちこちに伝搬する。さらに、光ビームを活性層列に吸収し、出力結合に適した方向、偏光または波長で放出することもできる（「フォトンリサイクリング」）。このようにして輝度を上昇することができる。つまり、最初の入射時に出力結合されなかった光ビームは失われることなく、１回より多くの入射プロセスの終了後に出力結合される。
【０００９】
ここではフィルタエレメントは、空間角度フィルタ、偏光フィルタまたは色フィルタとすることができる。すなわち、方向選択的、偏光選択的または波長選択的に作用するフィルタエレメントとすることができる。
【００１０】
有利には第１の放射成分は、第１の空間角度領域内で出力結合面に入射された光ビームから成るのに対し、第２の放射成分は、第１の空間角度領域と異なる第２の空間角度領域内で入射された光ビームから成る。この第２の空間角度領域は、有利には第１の空間角度領域に対して相補的である。さらに、第１の放射成分は第１の偏光方向の直線偏光状態の光ビームを有することができ、第２の放射成分は、第１の偏光方向に対して垂直な第２の偏光方向で直線偏光された光ビームを有することができる。最後に、第１の放射成分は、第２の放射成分の光ビームの波長領域と実質的に重ならない波長領域内にある波長を有する光ビームを有することができる。
【００１１】
有利な変形形態では、フィルタエレメントは空間角度フィルタである。この空間角度フィルタはたとえば、誘電体バンドパスフィルタまたはフォトニック結晶とするか、または異なって成形され放射角度を制限する構造エレメントを有することができる。
【００１２】
とりわけフィルタエレメントは、層スタックの半導体材料の屈折率より小さい屈折率を有する材料を含む平坦な層を有することができる。
【００１３】
有利な実施形態ではフィルタエレメントは、放射透過性の材料を含む少なくとも１つの平坦な層を有する。有利には、フィルタエレメントに使用する材料ないしは前記少なくとも１つの層に使用される材料は、以下のものが考えられる：酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコン、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化タンタル、ガラス材料またはＴＣＯ（Transparent Conductive Oxide）。ＴＣＯは透明導電性材料であり、通常は、たとえば酸化亜鉛、酸化錫、酸化カドミウム、酸化チタン、酸化インジウムまたはインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）等である金属酸化物である。たとえばＺｎＯ、ＳｎＯ２またはＩｎ２Ｏ３等である第２級金属酸素化合物の他に、第３級金属酸素化合物もＴＣＯの群に属し、たとえばＺｎ２ＳｎＯ４、ＣｄＳｎＯ３、ＺｎＳｎＯ３、ＭｇＩｎ２Ｏ４、ＧａＩｎＯ３、Ｚｎ２Ｉｎ２Ｏ５またはＩｎ４Ｓｎ３Ｏ１２、または異なる透明導電酸化物の混合物も属する。さらに、ＴＣＯは必ずしも化学量論的な組成に相応することはなく、ｐ型ドーピングまたはｎ型ドーピングとすることもできる。
【００１４】
有利にはフィルタエレメントに、制御による堆積に適した材料を使用する。これによってたとえば、フィルタエレメントの光学的作用を阻害してしまう凹凸が十分に阻止される。
【００１５】
フィルタエレメントが誘電体バンドパスフィルタとして構成される場合、有利な構成ではフィルタエレメントは、異なる屈折率を有する少なくとも２つの誘電体層を有する。とりわけこのようなバンドパスフィルタは、窒化チタンを含む第１の層と、酸化シリコンまたは酸化チタンを含む第２の層とを有することができる。
【００１６】
有利には、誘電体バンドパスフィルタとして構成されたフィルタエレメントは次のように構成されている。すなわち、フィルタエレメントの表面法線との間に小さい角度を形成するビーム、有利には０°〜約４０°の角度を形成するビームの放射分布が、該フィルタエレメントの濾波帯域内にあるように構成される。このような構成により、光ビームが高い確率で放出されるようになる。光ビームが反射される確率は、該光ビームと表面法線との間に形成される角度が大きいほど高くなる。
【００１７】
本発明による誘電体バンドパスフィルタは、たとえばレンズコーティングのように、高精度かつ良好でなくてよく、ひいては高価でなくてもよい。誘電体フィルタは、薄いガラス薄片またはプラスチック薄片上に取り付け、いずれにせよ設けられている構成形状に組み込むことができる。択一的に、誘電体フィルタを層スタックに直接被着することができる。
【００１８】
誘電体バンドパスフィルタの利点は、光が大きい角度では出射されなくなることである。したがってたとえば、輝度損失および効率損失なしで、ＬＥＤから比較的大きな距離にある簡単な集光レンズによって、さらなる集束を実現できる一方で、そのためには拡散放射源は、実現するのが比較的困難な光学系を必要とする。
【００１９】
フィルタエレメントの別の構成では、該フィルタエレメントは構造エレメントを有する。この構造エレメントは有利には、放射の空間角度に依存するフィルタリングを可能にするように成形される。たとえば構造エレメントは、放射方向に狭幅になっていくように形成される。構造エレメントは、円錐状の形状、角錐状の形状または角柱状の形状を有するか、または逆ＣＰＣ（逆複合放物面集光器（Inverse Compound Parabolic Concentrator））と同様に構成することができる。このような構造はたとえば、一方向にのみ指向性の放射特性を実現するための細長い「尾根状（bergrueckenartig）」のエレメントから成る。一般的には構造エレメントは、すべての空間的方向において指向性を実現するために任意の基底面形状を有し、上方に向かって鋭く伸びるエレメントとすることができる。
【００２０】
別の変形形態では、構造エレメントは放射方向に広幅になっていくように形成される。このような変形形態では、上方向に向かって広がる（「テーパ」）細長いかまたは円形の構造エレメントの配置は可能な限り密接しているのが特に適している。有利な実施形態では、底角はとりわけ４０°を上回り、有利には６０°を上回り、特に有利には７０°を上回る。上方の広がりと下方の広がりとの比が指向性を決定し、有利な実施形態ではとりわけ２を上回り、有利には４を上回り、特に有利には６を上回る。テーパ形の構造エレメントは、層スタックの半導体材料にエッチング形成するか、または別の材料から成る別個の層に形成することができる。この別の材料は有利には、前記半導体材料に等しい大きさの屈折率を有する材料である。テーパ形の構造エレメント間の表面は鏡面加工することができ、該構造エレメントの側壁も鏡面加工することができる。
【００２１】
したがって、１つの変形形態では構造エレメントは、層スタック上に生成される。このことはたとえば層スタックの構造化によって実施され、構造エレメントも半導体材料から形成されるか、または、層スタック上に設けられた層の構造化ないしは構造エレメントの構造化による被着によって実施され、構造エレメントが半導体材料と異なる材料を含むように実施される。この半導体材料と異なる材料は、たとえば酸化窒化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、酸化チタンまたは酸化タンタル等である。
【００２２】
別の変形形態では、事前製造された構造エレメントを有する別個のフィルタエレメントが設けられる。とりわけフィルタエレメントは、構造エレメントを有するフィルムとすることができる。このようなフィルムは、周知の輝度強化フィルム（ＢＥＦ）とすることができ、この輝度強化フィルムはたとえば、線状に配置された角柱構造体を有する。下側からフィルムに入力結合された光は、部分的に放出し、部分的に反射することができる。この放出された放射成分はＢＥＦの作用に起因して、ある空間的方向ではＢＥＦなしの場合より狭い広がり角度に制限される。ＢＥＰの交差された対を使用することにより、２つの空間的方向でも上記の作用が実現される。このようなフィルム材料の吸収は比較的小さいので、放出されなかった放射はエネルギー保存の法則によれば反射され、フィルム（ないしは交差された対）は全体的に、法線周辺の狭い角度でビームを放出し放射の残りを反射する１つのフィルタを成す。たとえばこのようにして、素子から放出される放射を、フィルタエレメントの表面法線に対して約±２５°の角度に制限することができる。
【００２３】
層スタックと構造エレメントを有するフィルタエレメントとの間には、放射透過性層を配置することができる。この層はとりわけ、ガラス、スピンオンガラス、エポキシ樹脂、シリコーン、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、透明有機材料、フォトレジスト、酸化シリコンまたは酸化窒化シリコンを含む。ここで、構造エレメントに特に適しているのは、たとえば酸化窒化シリコン、窒化シリコン、酸化シリコン、酸化アルミニウム、酸化チタンまたは酸化タンタル等の材料である。
【００２４】
さらに、層スタックとフィルタエレメントとの間に、空気充填されたスペースを設けることができる。この場合、構造エレメントに使用される材料は、有利には以下の材料である：ガラス、スピンオンガラス、エポキシ樹脂、シリコーン、ＰＭＭＡ、透明有機材料、フォトレジスタ、酸化窒化シリコン、窒化シリコン、酸化シリコン、酸化アルミニウム、酸化チタンまたは酸化タンタル。
【００２５】
構造エレメントの大きさは、大きく異なることができる。構造エレメントは、約１００ｎｍの大きさをとることができ、有利には１μｍを上回る大きさをとることができ、また、チップサイズ全体にわたって延在することもできる。
【００２６】
有利には構造エレメントは、層スタックの表面上に規則的に配置される。さらに、構造エレメントは特に有利には、２次元格子に相応して配置される。
【００２７】
有利な実施形態では、フィルタエレメントはフォトニック結晶を有する。このフォトニック結晶は、空間角度フィルタまたは偏光フィルタとして使用することができる。
【００２８】
本発明の別の有利な変形形態では、フィルタエレメントは偏光フィルタである。偏光フィルタとして構成されたフィルタエレメントの作用は有利には、第１の放射成分が第１の偏光方向で直線偏光された光ビームを有し、第２の放射成分が、該第１の偏光方向に対して垂直な第２の偏光方向で直線偏光された光ビームを有するように選択される。
【００２９】
すなわち偏光フィルタは、第１の偏光方向を有する光を透過し、別のすべての光はチップ内に戻り反射される。ここで、別のすべての光は少なくとも部分的に活性層列に吸収され、内部量子効率に相応して、新たな偏光方向で再放出される。活性層列における放射の吸収および再放出は、「フォトンリサイクリング」とも称される。吸収されなかった光は、担体基板との境界面において反射するか、または担体基板が透明である場合には、基板裏面で反射することができる。ここで特に有利なのは、金属ミラーが組み込まれた薄膜ＬＥＤである。ここで反射された光は活性層列を再び透過し、吸収されるか、または反射性の偏光フィルタに再び入射される。１００％の内部量子効率の場合、このような構成では光は、所望の偏光方向でチップないしは放射放出素子から出射するまで、ＬＥＤにおいて反射、吸収および再放出される。
【００３０】
本発明の１つの実施形態では、フィルタエレメントは少なくとも１つの複屈折性の材料を含む。これは、光学的に異方性であるという特徴を有する。すなわち、光学的特性がすべての空間的方向において等しいわけではないという特徴を有する。したがってフィルタエレメントは、異なる偏光方向および異なる空間方向で、異なる屈折率を有する。このことにより光ビームが、異なる空間的方向および異なる偏光方向の２つの部分ビームに分割される。両部分ビームの分離により、第１の放射成分と第２の放射成分が得られる。
【００３１】
本発明の別の実施形態ではフィルタエレメントは、第１の屈折率ｎ１および第２の屈折率ｎを有する少なくとも１つの第１の複屈折性層と、第３の屈折率ｎ２および第２の屈折率ｎを有する少なくとも１つの第２の複屈折性層とを備えている。有利には、第２の層は放射方向で見て、第１の層に後置されている。このようにして、一方の部分ビームでは両層の透過時の屈折率が変化するのに対し、他方の部分ビームでは屈折率は一定に維持される。ｎ１およびｎ２を適切に選択することにより、部分ビームは反射されるようになる。
【００３２】
有利な変形形態では、第１の層および第２の層はλ／４の光学的厚さを有する。このような構成ではたとえば、放射方向において破壊的干渉によって一方の部分ビームの放出が低減されるのに対し、第１の層と第２の層との間の移行部に屈折率の急激な上昇が生じない他方の部分ビームは、フィルタエレメントをほぼ減衰なしで透過する。
【００３３】
このような複屈折性層はたとえば、層にひずみを与えることによって製造される。とりわけこのような層は、所定の方向に引っ張ることができる。有利には、前記層はプラスチック材料を含む。特に有利には、フィルタエレメントはプラスチックフィルムであり、このプラスチックフィルムは、偏光方向ごとかつ空間的方向ごとに交代する屈折率を有する複屈折性層の列を含む。
【００３４】
さらに、本発明によるフィルタエレメントにおいて偏光に依存するフィルタリングは、該フィルタエレメントが金属格子を有することによって実現することができる。有利には金属格子は、層スタックのエッジに対して平行に延在する金属ストライプから成る。前記金属ストライプに対して平行な偏光方向を有する光ビームは反射されるのに対し、該金属ストライプに対して垂直な偏光方向を有する光ビームは放出される。
【００３５】
その際には層スタックは、前記金属ストライプが該層スタックの上昇部を延在するように構造化することができる。このような上昇部は、放射出力結合を上昇するための散乱中心として考えられる。
【００３６】
金属ストライプは、有利には相互に、活性層列で生成された放射の波長より小さい間隔をおいて配置される。金属ストライプの幅は、この間隔の一部分を成さなければならない。このように小さい構造は、たとえばリソグラフィ技術またはインプリント法によって形成される。
【００３７】
ここに挙げられたすべての実施形態において、反射層を設けることができる。とりわけこの反射層は、活性層列のフィルタエレメントに対向する側に配置される。たとえば反射層は、担体基板上に設けられる。典型的には、反射層は金属を含む。
【００３８】
さらに、ここに挙げられたすべての実施形態において、散乱層を設けることができる。この散乱層はたとえば、活性層列と反射層との間に配置されるか、または活性層列とフィルタエレメントとの間に配置される。散乱層として、粗面加工された半導体表面、規則的に構造化されておりたとえばフォトニック結晶構造体を有する半導体表面、または幾何学的構造体を有する層、すなわち波長を上回る大きさを有する構造体（たとえばマイクロプリズム）を有する層を使用することができる。
【００３９】
さらに、フィルタエレメントのここに記載されたすべての変形形態において、放射方向で見て層スタックに光学的エレメントを後置することができる。このような構成では、フィルタエレメントは有利には、光学的エレメントの放射透過面に配置される。すなわち、フィルタエレメントは放射方向で見て、光学的エレメントの前方または後方に設けることができる。とりわけ光学的エレメントは反射器および／または集光器であり、たとえばＣＰＣ（Compound Parabolic Concentrator）、ＣＨＣ（Compound Hyperbolic Concentrator）またはＣＥＣ（Compound Elliptic Concentrator）である。
【００４０】
有利な構成では、層スタックからの光は光学的エレメントに入力結合され、たとえば集光器に入力結合される。前記集光器は、光が可能な限り無損失で導光されるように構成される。集光器の出力側に、所望の機能を有するフィルタエレメントが取り付けられる。たとえば指向性を上昇するためにＢＥＦを使用することができるが、場合によっては集光器自体を、所望の指向性を有しひいてはフィルタエレメントとして機能するように構成することもできる。
【００４１】
それに対して偏光光を生成したい場合には、集光器の出力側に偏光フィルタを取り付けることができる。さらに、たとえば光学的な格子、ギャップまたはホログラフィ素子を使用することもできる。フィルタエレメントは、未放出の光を十分に無損失で集光器内に戻り結合するように構成しなければならない。集光器もまた、戻り結合された光を可能な限り無損失でＬＥＤないしは層スタックに戻し、この光は活性層列を透過して裏側の反射層で反射した後に、ここでは集光器である光学的エレメントに再び入力結合される。
【００４２】
集光系が偏光フィルタに前置されている場合、この集光系は偏光フィルタ対して有利である。というのも集光系は、出力側において放射を、偏光フィルタが特に有効である角度領域に集中させるからである。
【００４３】
前記光学的エレメントの代わりに、たとえばフィルタフィルムであるフィルタエレメントを、ＬＥＤないしは層スタックの可能な限り近傍に配置し、未放出光が十分に完全にＬＥＤないしは層スタックに戻り反射されるようにすることもできる。
【００４４】
有利な変形形態では光学的エレメントは、ＬＥＤチップを包囲し出力結合端部でフィルタエレメントによって封止されている反射器である。
【００４５】
とりわけ、層スタックはここでは薄膜技術で製造されており、有利には、以下の特徴的構成のうち少なくとも１つの構成を特徴とする：
−放射を発生するエピタキシャル層列において担体エレメントの方に向いた側に位置する第１の主表面に反射層が被着または形成されており、この反射層はエピタキシャル層列において発生した電磁放射の少なくとも一部分をこのエピタキシャル層列に戻り反射する。
【００４６】
−エピタキシャル層列は、２０μｍ以下の領域たとえば１０μｍの領域にある厚さを有している。
【００４７】
−エピタキシャル層列には、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混合構造によりエピタキシャル層列内に近似的に光のエルゴード分布を生じさせる。つまりこの分布は、可能な限りエルゴード的に確率論的な散乱特性を有している。
【００４８】
薄膜発光ダイオードチップの基本的原理については、たとえばI. Schnitzer等によるAppl. Phys. Lett. 63 (16), 18. Oktober 1993, 2174-2176に記載されている。この点に関して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。
【００４９】
薄膜発光ダイオードチップは良好な近似ではランベルト表面放射器であり、したがって投光装置における用途に殊に良好に適している。
【００５０】
すでに述べたように、ここに記載されたすべての実施形態は、ライトボックスの原理を基礎としている。出力結合されなかった光ビームはライトボックス内部を周回し、２回目またはｘ回目の試みで出力結合される。ここで有利なのは、内部吸収が可能な限り小さく、側縁部を介しての出力結合が可能な限り小さく、活性ゾーンの下方では高反射性であるミラーを有するＬＥＤチップである。さらに、ＬＥＤチップにおいて、光ビームに「２回目の試み」のための新たな角度を与える散乱メカニズムが重要である。前記のすべての特性は、とりわけ薄膜ＬＥＤチップによって実現される。しかし別のチップを使用することも考えられ、たとえばＴＳ‐ＬＥＤ（Transparent Substrate LED）を使用することも考えられる。有利には、層スタックは側縁部で鏡面加工される。というのもこうすることによって、側縁部を透過して出射する光の割合が低減されるからである。
【実施例】
【００５１】
図１に示された放射放出素子１０は、半導体チップ８およびフィルタエレメント２を有する。半導体チップ８は、半導体材料ベースの層スタック１と、ここでは詳細に示されていない別のエレメント、たとえば半導体チップ８をコンタクトするためのエレメントとを有する。前記層スタック１は活性層列４を有する。とりわけ、半導体チップ８は薄膜チップである。活性層列４は電磁放射を生成するように設けられており、最も簡略的なケースでは、ｐ型ドーピング層およびｎ型ドーピング層を有する。フィルタエレメント２は、放射方向Ａで見て活性層列４に後置されている。
【００５２】
フィルタエレメント２は層スタック１に直接被着されている。たとえば、フィルタエレメント２は事前製造され、すでに構造エレメント２ａを有する。事前製造されたフィルタエレメント２は、層スタック１に接着することができる。また、フィルタエレメント２を層スタック１に対して離隔して配置し、たとえば層スタック１とフィルタエレメント２との間にエアギャップが形成されるようにすることもできる。
【００５３】
放射方向Ａを基準として軸に近い角度でフィルタエレメント２に入射した第１の放射成分は、該フィルタエレメント２によって放出されるのに対し、平坦な角度で入射した第２の放射成分は、チップ表面３に戻される。放射の大部分は、層スタック１に入力結合される。チップ表面３を構造化し、たとえば粗面加工することにより、放射の一部が後方散乱されるようにすることができる。また、活性層列４は放射を吸収し、内部効率にしたがって放射を放出する。
【００５４】
これらのメカニズムはすべて、放射方向Ａに対して相対的に、後方反射された光ビームの角度の変化を引き起こし、次に放射がフィルタエレメント２に入射した場合、別の放射成分が該フィルタエレメント２を透過することができる。
【００５５】
フィルタエレメント２は有利には、活性層列４によって生成された放射に対して透過性の材料を含み、この材料の屈折率は、活性層列４に使用される材料の屈折率より小さい。たとえば、屈折率は１．５である。
【００５６】
ここに図示された実施例では、ｘ方向およびｙ方向（ｚ方向＝光軸＝放射方向Ａ）の放射プロフィールは、フィルタエレメント２を逆ＣＰＣ（Compound Parabolic Concentrator）のアレイの形態で構成することにより制限することができる。したがって、図１に示されたフィルタエレメント２は空間角度フィルタである。
【００５７】
図２ａおよび２ｂには、本発明によるフィルタエレメントに適した別の構造エレメント２ａが平面図で示されており、図２ｃでは、線ＡＡに沿った断面図で示されている。図２ａには正４角錐形の構造エレメント２ａが示されており、図２ｂには、尾根形または角柱形の細長い構造エレメント２ａが示されている。図２ｃから見て取れるように、構造エレメント２ａは側縁長ｌを有し、この側縁長ｌは最小で数百ｎｍであり、１μｍを上回ることもでき、極限的な例ではチップの側縁長に相応することができる。さらに、構造エレメント２ａのベース角度αはとりわけ、３０°〜６０°の間の値をとり、有利には４０°〜５０°の間の値をとる。
【００５８】
フィルタエレメント２は第１の部分層２Iと第２の部分層２IIとから成り、第２の部分層２IIは構造化されている。有利には、第２の部分層２IIの屈折率ｎ２は第１の部分層２Ｉの屈折率ｎ１以上である。
【００５９】
ここで第１の部分層２Ｉに使用される材料に、以下の材料が考えられる：ガラス／スピンオンガラス、エポキシ樹脂、シリコーン、ＰＭＭＡ、透明有機材料、フォトレジスト、酸化シリコン、酸化窒化シリコン。第２の部分層２IIには、以下の材料を使用することができる：窒化シリコン、酸化窒化シリコン、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化タンタル。
【００６０】
第１の部分層２Ｉが空気から成る場合、第２の部分層２IIには以下の材料が適している：
ガラス／スピンオンガラス、エポキシ樹脂、シリコーン、ＰＭＭＡ、透明有機材料、フォトレジスタ、酸化窒化シリコン、窒化シリコン、酸化シリコン、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化タンタル。
【００６１】
フィルタエレメント２はすでに、事前製造されて層スタック上に取り付けることができる。たとえば、既述のＢＥＦを図２ｃに示された構成で構成し、層スタックに直接取り付けることができる。択一的に、層スタックにまず第１の部分層２Ｉを取り付けた後、未構造化状態の第２の部分層２ＩＩを取り付け、構造エレメント２ａを形成することができる。前記第２の部分層２IIはたとえばＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）を含み、たとえばエンボス加工によって構造化される。
【００６２】
図３に示されたフィルタエレメント２は、テーパ形状の構造エレメント２ａを有する。構造エレメント２ａは上方向になるにつれて広幅になっていく。すなわち、構造エレメント２ａの上方の直径Ｔは下方の直径Ｂより大きい。とりわけ、Ｔ：Ｂの比がフィルタエレメント２の指向性を決定し、有利には＞２であり、特に有利には＞４であり、さらに特に有利には＞６である。ベース角度αに有利な値は＞４０°であり、とりわけ＞６０°であり、特に有利には７０°である。
【００６３】
構造エレメント２ａは層スタック１からエッチング形成される。すなわち、構造エレメント２ａは半導体材料を含む。構造エレメント２ａの側面には反射層５が設けられている。さらに、層スタック５の裏面には反射層５が設けられている。個々の構造エレメント２ａ間にも別の反射層５が設けられている。
【００６４】
構造エレメント２ａは異なる材料から形成することもでき、たとえばガラス／スピンオンガラス、エポキシ樹脂、シリコーン、ＰＭＭＡ、透明有機材料、フォトレジスト、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、酸化チタンまたは酸化タンタルから形成することができる。有利には、高い屈折率を有する材料、すなわち半導体材料の領域内にある屈折率を有する材料が選択される。たとえば、構造エレメント２ａは層スタックの１つの層に配置され、とりわけ散乱層である層に配置される。
【００６５】
構造エレメント２ａの下方の直径Ｂは、最小で１００ｎｍとすることができ、また１μｍを上回ることもでき、極限的なケースではチップの側縁長に相応することができる。
【００６６】
図１〜３に示されたようなフィルタエレメントでは、空間角度に依存するフィルタリングは、適切に成形された構造エレメントによって行われるのに対し、図４が示すフィルタリング２付きの素子１０では、空間角度に依存するフィルタリグは干渉効果を利用して行われる。
【００６７】
フィルタエレメント２は少なくとも１つの第１の誘電体層２０ａと少なくとも１つの第２の誘電体層２０ｂとを有する。破線によって示された層２０ｎでは、フィルタエレメント２が複数のｎ個の層を有することが可能であることが表されている。両層２０ａおよび２０ｂは、異なる屈折率を有する材料を含む。有利には、層スタック１の半導体層の屈折率は誘電体層２０ａおよび２０ｂより大きい。とりわけ、第１の誘電体層２０ａは窒化チタンを含み、第２の誘電体層２０ｂは酸化シリコンを含むことができる。図６に、フィルタエレメント２に特有の反射スペクトルが示されており、以下でこの反射スペクトルを詳細に説明する。
【００６８】
フィルタエレメント２は放射放出素子１０の表側に設けられるのに対し、裏面には反射層および／または担体を配置することができる。これは、破線のエレメント１００によって示されている。このようなエレメント１００は次のように設けられる。すなわち、少なくとも部分的にフィルタエレメント２によって後方反射された放射成分から成る入射放射を表側の方向に、有利には別の角度で偏向することにより、光ビームが素子から出力結合されるように設けられる。
【００６９】
図５に放射放出素子１０が示されているが、これが図４に示された素子と異なる主な相違点は、粗面加工された表面３を有する層スタック１を備えていることである。粗面加工された表面３は多数の散乱中心を有し、これらによって角度分布の変化が実現される。有利には、このことによって放射出力結合が向上される。
【００７０】
誘電体バンドパスフィルタとして構成されたフィルタエレメント２は、均一の層厚さを有する層を有さねばならないので、粗面加工された表面３は、フィルタエレメント２の直接的な取り付けには適さない。したがって、層スタック１上には平坦化層１３が配置され、これがフィルタエレメント２に対して平坦な下地を成す。平坦化層１３は有利には放射透過性の材料を含み、たとえば酸化シリコンまたはスピンオンガラスを含む。
【００７１】
有利には、層スタック１からフィルタエレメント２への方向に屈折率が低減していく。
【００７２】
図４および５に関連づけて記載されたフィルタエレメントは、たとえば薄片上にも取り付け、この薄片によって素子のケーシング（図示されていない）に固定することも可能であることに留意されたい。
【００７３】
図６は、角度０°、２０°および４０°の場合の反射スペクトル（曲線I〜III、横軸：波長λ、縦軸：反射率Ｒ）が示された上方のグラフと、活性層列で生成された放射のスペクトル（横軸：波長λ、縦軸：強度Ｉ）を示す下方のグラフとを有する。これらのグラフは、図４に示された素子にも、図５に示された素子にも当てはまる。
【００７４】
両グラフから分かるように、生成された放射のスペクトル分布はフィルタエレメントの反射スペクトルの短波長側の側縁に存在する。それゆえ、フィルタエレメントの表面法線との間に４０°以下の角度を成す光ビームは、フィルタエレメントの通過帯域内にある。この光ビームはフィルタエレメントによって実質的には放出されるのに対し、該フィルタエレメントの表面法線との間に４０°を上回る角度を成す光ビームは実質的に反射される。
【００７５】
図７ａに示された放射放出素子１０は、担体基板６と、該担体基板６上に配置された層スタック１とを有する。素子１０の放射出射面では、層スタック１はフィルタエレメント２によって区切られている。フィルタエレメント２は、この実施例では偏光フィルタである。
【００７６】
フィルタエレメント２は、ある偏光方向を有する光は透過し、別の光はすべて、層スタック１に戻り反射される。この戻り反射された光は部分的に活性層列４に吸収され、内部量子効率に相応して、新たな偏光方向で再放出される。吸収されなかった光は、層スタック１と担体基板６との間に配置された反射層５で反射される。こうするために特に有利なのは、反射層５として金属ミラーが組み込まれた薄膜ＬＥＤである。ここで反射された光は活性層列４を再び透過し、吸収されて場合によっては再放出されるか、または反射性のフィルタエレメント２に再び入射される。
【００７７】
図７ｂには、偏光フィルタとして適切なフィルタエレメント２が斜視図で示されている。フィルタエレメント２は、複数の複屈折性層２０ａおよび２０ｂを有する。層２０ａはｘ方向に第１の屈折率ｎ１を有し、ｙ方向に第２の屈折率ｎを有する。層２０ｂはｘ方向に第３の屈折率ｎ２を有し、ｙ方向に第２の屈折率ｎを有する。したがって、屈折率はｘ方向では、層２０ａおよび２０ｂを越えると交代するが、ｙ方向では一定に維持される。それゆえ、偏向方向がｘ方向に対して平行である光ビームは、異なる層２０ａおよび２０ｂ間の移行部で反射され、層スタックに戻される。とりわけ、層２０ａおよび２０ｂはλ／４の光学的厚さを有する。さらに、ｘ方向に対して平行な偏光方向を有する光ビームは、有利には放出方向に破壊的に干渉し、反射方向には建設的に干渉する。偏光方向がｙ方向に対して平行である光ビームは、光学的に均質な媒体を透過し、このことによってフィルタエレメントを実質的に偏向なしで透過する。したがって放射放出素子１０は、ｙ方向に対して平行な偏光方向を有する放射を放出する。
【００７８】
フィルタエレメントを偏光フィルタとして構成するための別の手段を、以下で図８ａ〜８ｅおよび９ａ〜９ｃを参照して説明する。これらの実施例すべてに共通する点は、偏光フィルタが金属格子として構成されていることである。とりわけ、金属格子は、層スタックのエッジに対して平行に延在する金属ストライプ２００ａから成る。
【００７９】
金属ストライプ２００ａは有利には相互に、放射の波長より小さい間隔をおいて連続して設けられる。金属ストライプ２００ａの幅は前記間隔の一部分である。金属格子には金属または金属化合物が使用され、とりわけＡｕ、Ａｇ、ＡｌまたはＡｕＺｎが使用される。前記金属ストライプ２００ａに対して平行な偏光方向を有する光ビームは反射されるのに対し、該金属ストライプ２００ａに対して垂直な偏光方向を有する光ビームは放出される。
【００８０】
偏光フィルタとしての機能の他に、金属格子は有利にはコンタクト格子としても使用され、層スタックへの電流注入が均質に行われるのを保証することができる。金属格子はこうするために、コンタクトアーム１８によってボンディングパッド１７と接続することができる。コンタクトアーム１８は典型的には、金属ストライプ２００ａより広幅である。有利には、金属格子を電流注入に使用することによって、付加的なコンタクトアームを削減することができるので、有効な放出面積が拡大される。
【００８１】
それぞれ素子の平面図が示されている図８ａ，８ｃおよび８ｄから分かるように、ボンディングパッド１７は素子の放出面の中心に配置することができる。コンタクトアーム１８はボンディングパッド１７から外側の方向に、素子のエッジまで続いており、非中心的な領域に電流を供給する。択一的に、ボンディングパッド１７は図８ｂに示されているように、チップのコーナに配置することもできる。このような構成の利点は、チップ中心で放射を放出できることである。
【００８２】
図８ｅは、図８ａおよび８ｄに示された素子の断面を示す。素子１０は薄膜技術で製造されている。すなわち、層スタック１は成長基板から剥離されている。この成長基板の代わりに、層スタック１は担体基板６上に配置されており、該層スタック１の裏面には反射層５が設けられている。フィルタエレメント２によって戻り反射された放射成分は、反射層５によって出力結合面の方向に偏向することができる。入射した光ビームに新たな偏光方向を与え、出力結合確率を上昇するために、反射層５はたとえば凹凸を有することができる。択一的に、層スタック１の裏面を粗面加工することができる。その際には、この凹凸を層スタック１と反射層５との間の平坦化層（図示されていない）によって補償することができる。この平坦化層は有利には、放射透過性の材料を含み、たとえばＴＣＯを含む。
【００８３】
図９ａに別の変形形態が示されている。層スタック１は表側で構造化されており、素子１０は、図８ｅに示された素子とは対照的に裏面に内部散乱メカニズムを有するのではなく、表側に内部散乱メカニズムを有する。構造化部は金属格子に相応して形成され、該金属格子の金属ストライプ２００ａは上昇部１４を延在する。この変形形態では、平坦化層を省略することができる。また、反射層５を平坦に形成することにより、比較的良好な反射作用を実現することもできる。
【００８４】
図９ｂに、図９ａに示された素子のシミュレートされた放出スペクトル（曲線ＩＴＳ、ＩＴＰを参照）と、表面が構造化されておらず金属ストライプ２００ａが上昇部を延在しない素子のシミュレートされた放出スペクトル（曲線IIＴＳ、IIＴＰを参照）とが示されている。
【００８５】
「ＴＳ」は、金属ストライプ２００ａに対して垂直な偏光方向を表す。「ＴＰ」は、金属ストライプ２００ａに対して平行な偏光方向を表す。
【００８６】
縦軸は放出度Ｔを示す。横軸は、フィルタエレメントの表面法線と入射された光ビームとの間の角度Ｗを示す。図９ｂのグラフから分かるように、平行偏光状態の放射の場合には、表面が構造化されているかまたは構造化されていないかで相違点は無い。どちらの場合にも、放射は高い確率で反射される。しかし垂直偏光状態の放射の場合、表面に構造化部分が設けられる場合の方が、放出度Ｔは決定的に上昇する。
【００８７】
図９ｃに、金属ストライプ２００ａが表面上に設けられた上昇部１４が拡大されて示されている。金属ストライプ２００は、上昇部１４と同様に幅ｄを有する。金属ストライプ２００ａ間の間隔も上昇部１４間の間隔も、ａ〜ｄによって示されている。金属ストライプ２００ａの高さはｈによって示されており、上昇部１４の高さはｅｔｃｈ＿ｈによって示されている。
【００８８】
放出スペクトルをシミュレートするため、以下の値を使用した：
ａ＝１６０ｎｍ、ｈ＝８０ｎｍおよびｅｔｃｈ＿ｈ＝１８０ｎｍ。
【００８９】
ここに記載された変形形態にしたがって金属格子を形成するためには、２つの異なる手法が考えられる：
金属格子を、層スタック上に配置されたマスクを使用して、構造化によって被着する手法。またはその次に、一貫した金属層を構造化することによって生成する手法。たとえば構造化は、リソグラフィ法（電子ビームリソグラフィまたはナノインプリントリソグラフィ）によって行われる。金属格子はとりわけ、スパッタリング法または蒸着法によって形成される。
【００９０】
ここに記載されたすべてのフィルタエレメントにおいて、フィルタエレメントの厚さが素子の横方向の寸法より小さいか、またはフィルタエレメントの側縁部が鏡面加工されていることにより、生成された放射を効率的に利用できることが当てはまる。
【００９１】
図１０〜１５は、反射層５、散乱層１１およびフィルタエレメント２の種々の実施可能な構成を示す。もちろん、フィルタエレメント２はここでは、上記の変形形態のうち１つの変形形態にしたがって空間角度フィルタまたは偏光フィルタとして構成することができる。
【００９２】
図１０に示された放射放出素子１０は担体基板６を有し、この担体基板６には放射方向Ａで見て、反射層５、第１の散乱層１１、ドーピング層１２、活性層列４、別のドーピング層１２、第２の散乱層１１およびフィルタエレメント２が後置されている。前記ドーピング層１２および別のドーピング層１２は、たとえば閉じ込め層である。有利には、第１の散乱層１１、ドーピング層１２、活性層列４、別のドーピング層１２および第２の散乱層１１は層スタック１に属しており、半導体材料を含む。
【００９３】
図１１に示された放射放出素子１０は、反射層５までは図１０に示された放射放出素子１０に相応する層を有する。担体基板６はこの実施例では、該担体基板より上方に位置する層と格段に異なる屈折率を有する。とりわけ前記屈折率は、上方に位置する層より小さく、入射された放射が全反射される。それゆえ、反射層を省略することができる。
【００９４】
図１２に示された放射放出素子１０の構成は、大部分は図１０の放射放出素子に相応する。ここで異なるのは担体基板６であり、担体基板６は透明であり、たとえばサファイアを含む。担体基板６の層スタック１と反対側の面に、反射層５が配置されている。したがって、担体基板６を通って放出された放射は反射層５によって、層スタック１に戻り反射される。
【００９５】
図１３に、フリップチップ構成を有する放射放出素子１０が示されている。層スタック１の担体基板６と反対側の面に、反射層５が配置されている。さらに、担体基板６の層スタック１と反対側の面に散乱層１１およびフィルタエレメント２が配置されている。担体基板６はここで有利には、活性層列４によって生成された放射に対して透過性である。たとえば、担体基板６はサファイアを含む。このような構成で有利なのは、成長基板であると同時に担体基板６でもある基板を、層スタック１から剥離しなくてもよいことである。それにもかかわらず、動作中に発生する熱はフリップチップ構成に起因して、該熱が発生した場所で、すなわち活性層列４の近傍で取り出すことができる。反射層５によって、良好な排熱が実現される。
【００９６】
図１４に示された放射放出素子１０は担体基板６を有し、この担体基板６には放射方向Ａで見て、反射層５、第１の散乱層１１、ドーピング層、電磁放射を生成するための活性層列４、別のドーピング層１２、第２の散乱層１１、平坦化層１３およびフィルタエレメント２が後置されている。前記ドーピング層および別のドーピング層１２は、たとえば閉じ込め層である。散乱層１１は任意の構成部分である。このことは平坦化層１３にも当てはまる。平坦化層１３はとりわけ、該平坦化層１３の下方に位置する層が平坦である場合に省略することができる。
【００９７】
図１５に示されたフィルタエレメント２は別個の外部エレメントとして、半導体チップ８ないしは層スタック１の上に設けられる。放射方向Ａで見てフィルタエレメント２の前に光学的エレメントを配置することが考えられる（図１７〜２０参照）。
【００９８】
図１０〜１５と関連づけて示された散乱層１１は必須の構成部分ではなく、任意の構成部分であることを述べておく。
【００９９】
図１６に、薄膜半導体チップ８とフィルタエレメントとして機能する光学的エレメント７とを有する放射放出素子１０が示されている。光学的エレメント７はこの場合、鏡面加工された集光器であり、これはチップ近傍に配置される。損失を小さく抑えるため、光学的エレメント７の放射入射面とチップ表面との間の間隔は、チップエッジ長の１０％より小さくなければならず、光学的エレメント７の受光角は可能な限り±９０°に近くなければならない。また、薄膜半導体チップ８の側面を鏡面加工するのも有利である。
【０１００】
図１７に示された放射放出素子１０は、薄膜半導体チップ８と、輝度を上昇するための光学的エレメント７とを有する。光学的エレメント７はチップ近傍に配置され、有利には鏡面加工された集光器として形成される。さらに、放射放出素子１０はフィルタエレメント２を有する。このフィルタエレメント２はとりわけ、光を方向決定するフィルムであり、たとえばＢＥＦである。フィルタエレメント２は光学的エレメント７の放射透過面９に設けられる。この実施例では、フィルタエレメント２は光学的エレメント７の薄膜半導体チップ８と反対側の面に配置される。
【０１０１】
図１８に示されている放射放出素子１０は薄膜半導体チップ８およびフィルタエレメント２を有し、該薄膜半導体チップ８はチップ近傍に光学的エレメント７を有し、該光学的エレメント７はとりわけ、鏡面加工された集光器である。前記フィルタエレメント２は、偏光光を生成するための偏光フィルタとして構成されている。このような構成で有利なのは、作用が方向に依存する偏光フィルタを集光器によってより効率的に利用できることである。というのも、集光器は光ビームを、すでに適切に方向決定するからである。
【０１０２】
図１９に示された放射放出素子１０は、図１７および１８に相応する構成を有し、反射器として形成された別の光学的エレメント７ｂも有する。前記別の光学的エレメント７ｂは、集光器として形成された光学的エレメント７ａの入力結合面の下方に配置されている。
【０１０３】
図２０に示された放射放出素子１０は図１７〜２０に相応する構成を有し、光学的エレメント７は集光器ではなく反射器として形成されており、該反射器の放射透過面９にフィルタエレメント２が設けられている。フィルタエレメント２は、放出されなかった放出成分に対して反射性である。たとえばフィルタエレメント２は、光を方向決定するフィルムであるかまたは偏光フィルムである。
【０１０４】
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。むしろ本発明はあらゆる新規の特徴ならびにそれらの特徴のあらゆる組み合わせを含むものであり、これには殊に特許請求の範囲に記載した特徴のあらゆる組み合わせが含まれる。このことはこのような特徴またはこのような組み合わせ自体が特許請求の範囲あるいは実施例に明示的には記載されていない場合であっても当てはまる。
【０１０５】
本願は、ドイツ連邦共和国特許出願第１０２００６０３７７３６．２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。
【図面の簡単な説明】
【０１０６】
【図１】本発明による放射放出素子の第１実施例の概略的な断面図である。
【図２】ａ，ｂは本発明によるフィルタエレメントの実施例の平面図である。ｃは図２ａおよび２ｂに示されたフィルタエレメントの実施例の断面図である。
【図３】本発明による放射放出素子の第２実施例の概略的な断面図である。
【図４】本発明による放射放出素子の第３実施例の概略的な断面図である。
【図５】本発明による放射放出素子の第４実施例の概略的な断面図である。
【図６】本発明による空間角度フィルタの反射スペクトルを示す第１のグラフと、生成された放射のスペクトル分布を示す第２のグラフを示す。
【図７ａ】本発明による放射放出素子の第５の実施例の概略的な断面図である。
【図７ｂ】図７ａに示されたフィルタエレメントの斜視図である。
【図８ａ】フィルタエレメントの種々の実施例の平面図である。
【図８ｂ】フィルタエレメントの種々の実施例の平面図である。
【図８ｃ】フィルタエレメントの種々の実施例の平面図である。
【図８ｄ】フィルタエレメントの種々の実施例の平面図である。
【図８ｅ】図８ａまたは図８ｄに示されたフィルタエレメントを有する本発明の放射放出素子の第６実施例の断面図である。
【図９ａ】本発明による放射放出素子の第７実施例の概略的な断面図である。
【図９ｂ】とりわけ図９ａに示された素子の放出スペクトルを示すグラフである。
【図９ｃ】図９ａに示されたフィルタエレメントの一部を示す。
【図１０】本発明による放射放出素子の第８実施例の概略的な断面図である。
【図１１】本発明による放射放出素子の第９実施例の概略的な断面図である。
【図１２】本発明による放射放出素子の第１０実施例の概略的な断面図である。
【図１３】本発明による放射放出素子の第１１実施例の概略的な断面図である。
【図１４】本発明による放射放出素子の第１２実施例の概略的な断面図である。
【図１５】本発明による放射放出素子の第１３実施例の概略的な断面図である。
【図１６】本発明による放射放出素子の第１４実施例の概略的な断面図である。
【図１７】本発明による放射放出素子の第１５実施例の概略的な断面図である。
【図１８】本発明による放射放出素子の第１６実施例の概略的な断面図である。
【図１９】本発明による放射放出素子の第１７実施例の概略的な断面図である。
【図２０】本発明による放射放出素子の第１８実施例の概略的な断面図である。
【符号の説明】
【０１０７】
１      層スタック
２      フィルタエレメント
４      活性層列
５      層スタック
６      担体基板
８      半導体チップ
【図１】
2008047906.tif 000003
【図２】
2008047906.tif 000004
【図３】
2008047906.tif 000005
【図４】
2008047906.tif 000006
【図５】
2008047906.tif 000007
【図６】
2008047906.tif 000008
【図７ａ】
2008047906.tif 000009
【図７ｂ】
2008047906.tif 000010
【図８ａ】
2008047906.tif 000011
【図８ｂ】
2008047906.tif 000012
【図８ｃ】
2008047906.tif 000013
【図８ｄ】
2008047906.tif 000014
【図８ｅ】
2008047906.tif 000015
【図９ａ】
2008047906.tif 000016
【図９ｂ】
2008047906.tif 000017
【図９ｃ】
2008047906.tif 000018
【図１０】
2008047906.tif 000019
【図１１】
2008047906.tif 000020
【図１２】
2008047906.tif 000021
【図１３】
2008047906.tif 000022
【図１４】
2008047906.tif 000023
【図１５】
2008047906.tif 000024
【図１６】
2008047906.tif 000025
【図１７】
2008047906.tif 000026
【図１８】
2008047906.tif 000027
【図１９】
2008047906.tif 000028
【図２０】
2008047906.tif 000029