(57)【要約】  本発明はルミネセンスダイオードチップに関する。このルミネセンスダイオードチップには、第１の波長の放射を発生させる半導体基体（１）と、その第１の波長の放射から第２の波長の放射を発生させるルミネセンス変換素子（５）と、角度フィルタ素子（４）とが含まれており、この角度フィルタ素子（４）は、主放射方向に対してある特定の角度でその角度フィルタ素子（４）に当射する放射を半導体基体（１）方向に反射して戻している。
2010528479.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の波長（λ１）の放射を発生させる半導体基体（１）と、
前記第１の波長（λ１）の放射から第２の波長（λ２）の放射を発生させるルミネセンス変換素子（５）と、
角度フィルタ素子（４）とが設けられており、
該角度フィルタ素子（４）は、主放射方向（Ｈ）に対して予め設定されている角度範囲で前記角度フィルタ素子（４）に当射する放射を前記半導体基体（１）方向に少なくとも一部、反射して戻す、
ことを特徴とするルミネセンスダイオードチップ（１１）。
【請求項２】
前記角度フィルタ素子（４）は、前記ルミネセンスダイオードチップ（１１）から送出される全放射が角度に依存しない均一な色度分布を有するように、前記第１の波長（λ１）の放射の少なくとも一部を反射して戻す、請求項１記載のルミネセンスダイオードチップ（１１）。
【請求項３】
前記ルミネセンスダイオードチップ（１１）から送出される全放射には、前記第１の波長（λ１）の放射成分および前記第２の波長（λ２）の放射成分が含まれている、請求項２記載のルミネセンスダイオードチップ（１１）。
【請求項４】
前記角度フィルタ素子（４）は、前記第１の波長（λ１）の放射を前記半導体基体（１）方向に反射して戻す、請求項１から３のいずれか１項記載のルミネセンスダイオードチップ（１１）。
【請求項５】
前記角度フィルタ素子（４）は前記半導体基体（１）上に配置されており、前記ルミネセンス変換素子（５）は前記主放射方向（Ｈ）で前記角度フィルタ素子（４）に後置されている、請求項１から４のいずれか１項記載のルミネセンスダイオードチップ（１１）。
【請求項６】
前記角度フィルタ素子（４）は、前記第２の波長（λ２）の放射を前記ルミネセンスダイオードチップ（１１）の出射面方向に反射させる、請求項１から５のいずれか１項記載のルミネセンスダイオードチップ（１１）。
【請求項７】
前記ルミネセンス変換素子（５）は、前記角度フィルタ素子（４）上に取り付けられているルミネセンス変換層である、請求項５または６記載のルミネセンスダイオードチップ（１１）。
【請求項８】
前記ルミネセンス変換素子（５）はルミネセンス変換材料が含まれている注型材料であり、該注型材料には前記角度フィルタ素子（４）および前記半導体基体（１）が埋め込まれている、請求項７記載のルミネセンスダイオードチップ（１１）。
【請求項９】
前記ルミネセンス変換素子（５）は前記半導体基体（１）上に配置されており、前記角度フィルタ素子（４）は前記主放射方向（Ｈ）で前記ルミネセンス変換素子（５）に後置されている、請求項１から４のいずれか１項記載のルミネセンスダイオードチップ（１１）。
【請求項１０】
前記ルミネセンス変換素子（５）は、前記半導体基体（１）上に取り付けられているルミネセンス変換層である、請求項９記載のルミネセンスダイオードチップ（１１）。
【請求項１１】
前記角度フィルタ素子（４）は誘電体フィルタである、請求項１から１０のいずれか１項記載のルミネセンスダイオードチップ（１１）。
【請求項１２】
前記角度フィルタ素子（４）には、屈折率が異なる少なくとも２つの層から成る積層体が含まれている、請求項１から１１のいずれか１項記載のルミネセンスダイオードチップ（１１）。
【請求項１３】
第１の層（４０ｂ）には酸化ケイ素が含まれており、第２の層（４０ａ）には窒化ケイ素が含まれている、請求項１２記載のルミネセンスダイオードチップ（１１）。
【請求項１４】
前記角度フィルタ素子（４）はブラッグミラーである、請求項１１から１３のいずれか１項記載のルミネセンスダイオードチップ（１１）。
【請求項１５】
前記角度フィルタ素子（４）には構造要素が設けられている、請求項１から１１のいずれか１項記載のルミネセンスダイオードチップ（１１）。
【請求項１６】
前記構造要素は、円錐状、角錐状、角柱状にまたは逆複合放物面集光器ＣＰＣ（Inverse Compound Parabolic Concentrator）同様に構成されている、請求項１５記載のルミネセンスダイオードチップ（１１）。
【請求項１７】
前記半導体基体（１）方向に反射して戻されている放射の波長は、前記角度フィルタ素子（４）の阻止帯域の長波側縁にある、請求項１から１６のいずれか１項記載のルミネセンスダイオードチップ（１１）。
【請求項１８】
前記半導体基体（１）方向に反射して戻されている放射の波長は、前記角度フィルタ素子（４）の阻止帯域内にある、請求項１から１６のいずれか１項記載のルミネセンスダイオードチップ（１１）。
【請求項１９】
前記半導体基体（１）は薄膜半導体基体である、請求項１から１８のいずれか１項記載のルミネセンスダイオードチップ（１１）。
【請求項２０】
前記半導体基体（１）において、前記角度フィルタ素子（４）とは反対側の面上に反射層が配置されている、請求項１から１９のいずれか１項記載のルミネセンスダイオードチップ（１１）。
【請求項２１】
請求項１から２０のいずれか１項記載のルミネセンスダイオードチップ（１１）が設けられているルミネセンスダイオードコンポーネントにおいて、
前記ルミネセンスダイオードチップ（１１）がケーシング内に配置されていることを特徴とする、ルミネセンスダイオードコンポーネント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はルミネセンスダイオードチップに関する。
【背景技術】
【０００２】
本明細書は、ドイツ連邦共和国特許明細書１０２００７０２５０９２．６の優先権を主張する。したがってこれらの明細書の開示内容は参照により含まれるものとする。
【０００３】
例えば青色光を発生し適切な変換材料によってその青色光の一部を黄色光に変換するＬＥＤを用いると、元の青色光の変換された黄色光との発生する混色によって白色光を発生させることができる。ここで生じる問題が、ドイツ連邦共和国公開公報ＤＥ１９９１８３７０Ａ１に記載されている。ここでは、ＬＥＤを取り囲み変換材料が含まれている樹脂充填部内部の光放射の光路長がそれぞれ異なることに起因して、コンポーネントの周縁領域においては全放射のうち黄色成分が支配的であるかもしれず、一方ではそれとは反対に中央においては青色成分が支配的になってしまう点である。このドイツ連邦共和国公開公報ＤＥ１９９１８３７０Ａ１によればこの問題は、樹脂充填部の相応の形態でつまり樹脂充填部の凸形表面を通して、全方向に放出される光放射の光路長が均一にもたらされることによって解決されている。
【０００４】
本発明の課題は、色度分布が均一なルミネセンスダイオードチップを提供することである。
【０００５】
前記課題は、請求項１記載のルミネセンスダイオードチップによって解決される。
【０００６】
ルミネセンスダイオードチップのさらに別の有利な実施形態は従属請求項に記載される。
【０００７】
本発明によるルミネセンスダイオードチップには、第１の波長の放射を発生させる半導体基体と、その第１の波長の放射から第２の波長の放射を発生させるルミネセンス変換素子と、角度フィルタ素子とが設けられており、この角度フィルタ素子は、主放射方向に対して予め設定されている角度範囲でその角度フィルタ素子に当射する放射を半導体基体方向に少なくとも一部、反射して戻している。
【０００８】
有利には、ルミネセンスダイオードチップを用いて混色の全放射、例えば白色光を発生させることができ、この全放射は第１の波長の放射と第２の波長の放射から成る適切な割合で、観察者が混色の全放射によって与えられる色印象を、第１の波長の放射によって与えられる色印象と第２の波長の放射によって与えられる色印象とから区別することができるように構成される。
【０００９】
角度フィルタ素子が使用されない場合には、予め設定されている角度範囲は、例えば観察者にとってある特定の放射成分を識別できる角度範囲を示すことになる。また、予め設定されている角度範囲が、角度フィルタ素子を設けていないために観察者にとってある特定の放射成分が不十分に標示されて識別されてしまう角度範囲として選択されることも択一的に考えられてしまう。ルミネセンスダイオードチップから放射される全放射には、例えば第１の波長および第２の波長の放射成分が含まれている。有利には、第１の波長および第２の波長は互いに補色する２つの異なる色に相当する。冒頭に述べた実施例を用いて説明したように、予め設定されている角度範囲は、観察者が角度フィルタ素子を用いないために全放射における相対的に高い青色成分および相対的にわずかな黄色成分に起因していっそう寒色の白色光を知覚してしまう角度範囲をここでは示している。有利には、主放射方向に対して予め設定されている角度範囲は左右対称に配置されている。
【００１０】
１つの有利な形態によれば、ルミネセンスダイオードチップから送出される全放射が角度に依存しない均一な色度分布を有するように、第１の波長の放射の少なくとも一部を反射して戻す角度フィルタ素子が使用される。このことによって、この角度フィルタ素子での反射によりルミネセンスダイオードチップから出射する第１の波長の放射を和らげることがとりわけ実現可能である。
【００１１】
さらに別の有利な形態によれば、角度フィルタ素子を用いて第１の波長の放射を半導体基体方向に反射して戻すことができる。利点としては、反射して戻された放射が半導体基体において吸光され、再び放出される点である。このことは、″フォトンリサイクリング″と呼ばれる。反射して戻された放射が異なった角度で角度フィルタ素子に当射すると、この反射して戻された放射はつまり失われるのではなく、半導体基体からの再度の放出によって出射可能となる。この場合有利には、第１の波長の放射と第２の波長の放射の間の割合のバランスのとれた角度であり、これによってコンポーネントから送出された全放射は望まれる色度分布を有するのである。角度フィルタ素子を用いると、ルミネセンスダイオードチップの放射プロフィールは、放射強度が予め設定されている角度範囲において弱められ別の角度において増大されているように優先的に変更される。
【００１２】
角度フィルタ素子の可能な配置構成は、この角度フィルタ素子を半導体基体上にその半導体基体と直接接続して、または間隔をおいて配置する点にある。この角度フィルタ素子上には、さらにルミネセンス変換素子を配置することができる。有利には、このルミネセンス変換素子は主放射方向で角度フィルタ素子に後置されている。
【００１３】
利点としては、このような配置の角度フィルタ素子が、裏面で当射する第１の波長の放射も表面で当射する第２の波長の放射も反射させるということに適している点である。それ故にこの角度フィルタ素子は、ルミネセンス変換素子内で形成され等方的に全方向に放射される第２の波長の放射をルミネセンスダイオードチップの出射面方向に反射させることができる。このことによって、ルミネセンスダイオードチップの効率を高めることができる。
【００１４】
１つの有利な実施形態によれば、ルミネセンス変換素子は、角度フィルタ素子上に取り付けられているルミネセンス変換層である。このルミネセンス変換層の厚さが一定で半導体基体から全方向に放射する場合には、角度依存の光路長に基づく角度フィルタ素子を用いずとも半導体基体の表面に対して垂直の方向に第１の波長の放射の成分を高めることができる。有利には、この角度フィルタ素子の光学的作用をルミネセンス変換素子の形状に適合させることができ、これによってルミネセンス変換素子を原則的にさまざまな形状に成形することができる。
【００１５】
さらに別の有利な実施形態では、ルミネセンス変換素子は少なくとも１つのルミネセンス変換材料が含まれている注型材料であり、この注型材料には角度フィルタ素子および半導体基体が埋め込まれている。有利には、この注型材料内のルミネセンス変換材料が均質に分布させている。
【００１６】
ルミネセンス変換材料は、半導体基体から放出される第１の波長の放射の少なくとも一部をより長い波長の放射、例えば第２の波長の放射へ波長変換するために設けられている。例えばイットリウム・アルミニウム・ガーネット：セリウムＹＡＧ：Ｃｅのような相応のルミネセンス変換材料は、国際公開パンフレットＷＯ９８／１２７５７明細書から公知であり、その内容は、本願で殊に発光材料に関して参照されている。ルミネセンス変換素子は有利にはプラスチック層、有利にはケイ素層であり、このプラスチック層には少なくとも１つのルミネセンス変換材料が基質状に埋め込まれている。このルミネセンス変換素子は、有利にはスクリーン印刷法を用いて半導体基体の放射出口面上に層の形態で取り付けられている。
【００１７】
さらに、角度フィルタ素子をルミネセンス変換素子に後置して配置することも可能であり、この場合のルミネセンス変換素子は半導体基体上に直接接続して、または間隔をおいて配置されている。有利には、この角度フィルタ素子は主放射方向でルミネセンス変換素子に後置されている。
【００１８】
１つの有利な実施形態によれば、角度フィルタ素子は誘電体フィルタである。利点としては、誘電体材料を含むないしは誘電体フィルタである角度フィルタ素子の反射特性および透過特性が、この角度フィルタ素子の構造および材料の選択によって調整可能である点がある。
【００１９】
有利には、角度フィルタ素子には屈折率が異なる少なくとも２つの層から成る積層体が含まれている。殊に有利には、３つ以上の層の場合に屈折率が交互に生じる。すなわち、第１の層と第３の層は第１の屈折率を有し、一方その第１の層と第３の層の間に配置されている第２の層は第１の屈折率とは異なる第２の屈折率を有している。屈折率が異なる２つの層の間の移行箇所で、放射の一部は反射され、有利には反射されない放射成分に相当する放射の一部は透過される。これによって、吸光による損失はほとんど生じない。
【００２０】
誘電体のフィルタには、ケイ素含有材料が適している。例えば、第１の層には酸化ケイ素を、第２の層には窒化ケイ素を含有することができる。さらに、チタン含有材料を誘電体フィルタのために使用することもできる。例えば、第１の層には酸化ケイ素を、第２の層には酸化チタンを含有することができる。
【００２１】
１つの有利な形態によれば、角度フィルタ素子はブラッグミラーである。この場合、ブラッグミラーが形成されている層には相応の厚さがあることによって、有利には干渉効果が利用される。有利な層厚は第１の波長の１／４と３／４の間の領域内にあり、ここでの波長とは、それぞれの媒質中の波長であると理解することができる。
【００２２】
さらに角度フィルタ素子として、例えば相対的に鋭角に入射して反射率を高め相対的に鈍角に入射して透過率を高めるすべての素子が考えられる。例えばこの角度フィルタ素子は、入射角に依存して当射する光放射を種々の強度で反射させることに適した表面構造を有する素子とすることができる。これらの表面構造は複数の構造要素から形成することができ、これらの構造要素は有利には規則的に角度フィルタ素子の表面上に配置されている。これらの構造要素にとって可能な形態は、円錐状、角錐状または角柱状の充填体または空洞体である。
【００２３】
１つの有利な実施形態によれば、半導体基体方向に反射して戻されている放射の波長は、角度フィルタ素子の阻止帯域の長波側縁にある。これによってこの角度フィルタ素子は、相対的に鋭角に入射してその角度フィルタ素子に当射する光放射を反射させる。なぜなら、これらの光放射が尚阻止帯域内にあるためであり、一方相対的に鈍角に入射する光放射は透過される。
【００２４】
１つの代替的な実施形態によれば、半導体基体方向に反射して戻されている放射の波長は、角度フィルタ素子の阻止帯域内にある。この場合も、鋭角に入射してこの角度フィルタ素子に当射する光放射は反射される一方、相対的に鈍角に入射してこの角度フィルタ素子に当射する放射は透過される。
【００２５】
さらに別の有利な実施形態では、半導体基体は薄膜半導体基体である。この薄膜半導体基体の製造プロセスでは、先ず例えば放射放出活性層が設けられている機能的な半導体層列が成長基板上にエピタキシャル成長させられ、続いて新たな担体が半導体層列において成長基板とは反対側の表面上に取り付けられ、その後に成長基板が分離させられる。殊に窒化化合物半導体のために使用される成長基板、例えば炭化ケイ素ＳｉＣ、サファイアまたは窒化ガリウムＧａＮは比較的高価であるために、この方法は殊に成長基板が再利用可能であるという利点を提供する。サファイア製の成長基板を窒化化合物半導体から成る半導体層列から分離することは、例えば国際公開パンフレットＷＯ９８／１４９８６明細書から公知であるレーザリフトオフ法によって行うことができる。
【００２６】
薄膜ＬＥＤの基本原理は、例えばI.Schnitzer et al., Appl. Phys. Lett. 63 (16), 18. Oktober 1993, 2174-2176に記載されており、その開示内容はその記載に限り参照により本願に含まれるものとする。
【００２７】
例えば半導体基体には、窒化化合物半導体をベースとするエピタキシャル層列を設けることができる。この″窒化化合物半導体をベースとする″とは、本願において活性エピタキシャル層列またはすくなくとも１つの活性エピタキシャル層にＩＩＩ−Ｖ族窒化化合物半導体材料（Nitrid-III/V-Verbindungshalbleitermaterial）、有利には窒化アルミニウムガリウムインジウムＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ、ただし０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１およびｘ＋ｙ≦１が含まれているという関係を意味している。この場合、この材料は強いて前述の公式による数学的に精確な組成である必要はない。むしろ、ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ材料の特徴的な物理的特性を実質的に変化させない付加的な構成要素並びに１つまたは複数のドープ材料が含まれていてもよい。ただし、これらの構成要素を部分的にさらに別の材料の微量で代替可能であるとしても、簡単にするために上述の公式には結晶格子（アルミニウムＡｌ、ガリウムＧａ、インジウムＩｎ、窒素Ｎ）の実質的な構成要素しか含んでいない。
【００２８】
さらに別のルミネセンスダイオードチップの実施形態によれば、半導体基体において角度フィルタ素子とは反対側の面上に反射層が配置されている。当射する放射を優先的に半導体基体方向に反射して戻すことによって再びフォトンリサイクリングが可能となる反射層を用いると、ルミネセンスダイオードチップの効率をさらに高めることができる。
【００２９】
本発明によるルミネセンスダイオードコンポーネントには、記載した実施例のうち１つによるルミネセンスダイオードチップが設けられており、このルミネセンスダイオードチップはケーシング内部に配置されている。
【００３０】
さらに別の本発明の特徴、利点および実施形態は、次の図１から図６と共に説明される実施例に記載されている。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１Ａ】本発明の第１の実施形態によるルミネセンスダイオードチップに適した半導体チップの概略図
【図１Ｂ】本発明の第１の実施形態によるルミネセンスダイオードチップの概略図
【図２Ａ】角度フィルタ素子が設けられていない従来の半導体チップの概略図
【図２Ｂ】角度フィルタ素子が設けられていない従来のルミネセンスダイオードチップの概略図
【図３Ａ】有利な第１の形態による角度フィルタ素子の概略図
【図３Ｂ】図３Ａに示した角度フィルタ素子の反射角度スペクトル図
【図４Ａ】有利な第２の形態による角度フィルタ素子の概略図
【図４Ｂ】図４Ａに示した角度フィルタ素子の反射角度スペクトル図
【図５Ａ】有利な第３の形態による角度フィルタ素子の概略図
【図５Ｂ】図５Ａに示した角度フィルタ素子の反射角度スペクトル図
【図５Ｃ】図５Ａに示した角度フィルタ素子の波長依存の反射スペクトル図
【図６】本発明の第２の実施形態によるルミネセンスダイオードチップの概略図
【００３２】
図１Ａに示した半導体チップ１０には、半導体基体１および角度フィルタ素子４が設けられている。この角度フィルタ素子４は、主放射方向Ｈで半導体基体１に後置されている。この主放射方向Ｈは成長方向に平行に延在しており、この成長方向に半導体基体１を形成する（図示せず）層が成長させられている。さらに、この主放射方向Ｈは主延在平面Ｅに対して垂直に延在しており、この主延在平面Ｅは半導体チップ１０の長い方の２つのエッジによって規定される。
【００３３】
半導体基体１はランベルトの放射特性を有する薄膜半導体基体である。このことは、角度フィルタ素子４が存在しなければ、主放射方向Ｈ（θ＝０°）で最大強度が現れるということを意味している。しかしながら、この角度フィルタ素子４を用いると、半導体チップ１０はランベルトの放射特性と比較して押し潰されている形態の放射特性を有するようになる。それ故に主放射方向Ｈで現れる強度値Ｉ０は、角度θ１ないしは−θ１で現れる強度値Ｉ１よりも小さい。このことは、図１Ｂに示したようなルミネセンスダイオードチップ１１が出射面上に一様な厚さのルミネセンス変換素子５を含んでおり、従来のルミネセンスダイオードチップと比較して主放射方向Ｈで放出される放射を和らげられるという利点を有している（図２Ｂ参照）。このことは結果として、ルミネセンスダイオードチップ１１から放出される全放射が角度範囲［−θ、θ］において均一な色度分布を有するようになり、この場合の角度範囲は有利には−９０°から９０°まで延在している。
【００３４】
図１Ａに示した半導体基体１は、成長基板とは異なる担体２と裏面で接続されている。この担体２は有利には熱伝導性の高い材料、例えば炭化ケイ素ＳｉＣのようなケイ素含有材料を含んでいる。また、担体２の高い導電性は利点とすることができ、これによって半導体チップ１０の裏面の電気的な接続がこの担体２を用いて実現される。
【００３５】
半導体基体１は表面で粗面加工されている。この粗面加工された表面は、半導体基体１の活性ゾーンにおいて発生させられる放射の出射を平坦な表面に比べてより良好に実現している。しかしながら、粗面加工された表面の層は平坦な表面の層より容易にはがれてしまう可能性がある。それ故に、粗面加工された半導体基体１には平坦化処理層３が備わっている。この平坦化処理層３は、有利には半導体基体１において発生させられた放射を通過させる材料を含んでいる。例えばこの平坦化処理層３のために二酸化ケイ素ＳｉＯ２を使用することができる。
【００３６】
角度フィルタ素子４は、有利には屈折率の異なる複数の層を含んでいる誘電体フィルタである。これらの層を平坦化処理層３上に順々に取り付けること、例えばスパッタリングによって取り付けることができる。代替的には別個に予め製造された角度フィルタ素子４を平坦化処理層３上に配置することができる。実現可能な複数の角度フィルタ素子４については、図３Ａ、図４Ａおよび図５Ａを参照しながら説明する。
【００３７】
図１Ｂに示したルミネセンスダイオードチップ１１は、図１Ａに示した半導体チップ１０のように粗面加工されているが、このルミネセンスダイオードチップ１１には付加的にルミネセンス変換素子５が設けられている。このルミネセンス変換素子５は注型材料であり、この注型材料に残りの半導体チップ１０が埋め込まれている。この注型材料には、半導体基体１から放出される第１の波長λ１の放射の少なくとも一部をより長い波長の放射、例えば第２の波長λ２の放射へ波長変換するルミネセンス変換材料が含まれている。矢印によって示されているように、主放射方向Ｈで放出される第１の波長λ１の放射は、ほかの角度で送出される放射と同じ強度である。
【００３８】
図２Ａに示したような角度フィルタ素子が設けられていない従来の半導体チップ１０では、それとは反対に、放射の強度は主放射方向Ｈで最大である。このことから、ルミネセンス変換素子５が設けられた従来のルミネセンスダイオードチップ１１の場合に、第１の波長λ１の放射も同様に主放射方向Ｈで強度の最大を有するようになる。この効果は、主放射方向Ｈのルミネセンス変換素子５を通る光路が最短であることによっていっそう強化される。このことは結果として、主放射方向Ｈで第１の波長λ１のほとんどの放射が第２の波長λ２の放射に変換されないということになる。
【００３９】
図３Ａには角度フィルタ素子４の有利な第１の形態が示されている。この角度フィルタ素子４は、誘電体多層フィルタであり、材料または層厚で互いに異なっている層を複数有している。例えば層４０ａと層４０ｂはλ１／４ｎの値になる層厚とすることができ、この場合のｎは個々の層の材料の屈折率である。層４０および層４０ｂに適した材料として屈折率ｎ１＝１．５の二酸化ケイ素ＳｉＯ２があり、層４０ａに適した材料として屈折率ｎ２＝２．０の窒化ケイ素ＳｉＮがある。この屈折率ｎは角度フィルタ素子４内部で周期的に変わる。この角度フィルタ素子４は、二酸化ケイ素／窒化ケイ素ＳｉＯ２／ＳｉＮブラッグミラーの３つの周期から成る。しかしながら、角度フィルタ素子４は周期の数には制限されず、むしろこれら層の数は所望される反射角度スペクトルの特性次第である。
【００４０】
図３Ａに示した角度フィルタ素子４は、半導体基体によって発生させられる放射の波長λδより短い設計波長λＤに合わせて調整されている。つまり、この設計波長λＤは角度フィルタ素子４の通過帯域内にある。さらに、角度フィルタ素子４が波長λ１に対して離調させられている、または言い換えると波長λδは角度フィルタ素子４の阻止帯域の長波側縁にある。これによって角度フィルタ素子４は、相対的に鋭角に入射してこの角度フィルタ素子４に当射する光放射を反射させる一方、相対的に鈍角に入射してこの角度フィルタ素子４に当射する光放射は透過させられる。例えば、波長λ１は約４６０ｎｍの値となる一方、設計波長λＤは約４００ｎｍの値となる。
【００４１】
図３Ｂによる図面には、図３Ａに示した角度フィルタ素子４の反射角度スペクトルが示されている。破線の曲線Ｉには、全角度θつまり−９０°≦θ≦９０°に対する強度反射率が図解で示されている。実線の曲線ＩＩには、同じ角度範囲に対する強度透過率が図解で示されている。図３Ｂから明らかなように、主放射方向つまり角度θ＝０°の場合の透過性は著しく弱められ、ないしは反射性が著しく高められている。この特性は、約３０°≦θ≦６０°ないしは−６０°≦θ≦−３０°の角度範囲で逆転している。
【００４２】
相対的に鋭角に入射して角度フィルタ素子４に当射する光放射、つまり主放射方向と−３０°≦θ≦−３０°の角度を成す光放射が約４０％反射させられる一方、相対的に鈍角に入射して角度フィルタ素子４に当射する光放射、つまり主放射方向と３０°≦θ≦６０°ないしは−６０°≦θ≦−３０°の角度を成す光放射は８０〜１００％透過させられる。
【００４３】
この実施例では、予め設定されている角度範囲［−３０°、３０°］に適用される。
【００４４】
さらに別の角度フィルタ素子４の実施例は図４Ａに示されている。この角度フィルタ素子４も誘電体多層フィルタである。角度フィルタ素子４の各層は、第１の屈折率ｎ１と第２の屈折率ｎ２が周期的に繰り返されるように設けられている。全体で、角度フィルタ素子４には両方の層４０の間に５つのこのような周期が含まれている。有利には、層４０および層４０ｂは同じ屈折率ｎ１を備えた材料を含む一方、層４０ａは屈折率ｎ２を備えた材料を含んでいる。殊にｎ２＞ｎ１が適用される。例えば屈折率ｎ１＝１．５、そして屈折率ｎ２＝２．０とすることができる。層４０および層４０ｂに適した材料として二酸化ケイ素ＳｉＯ２があり、層４０ａに適した材料として窒化ケイ素ＳｉＮがある。
【００４５】
層厚は、殊に層４０ａに対してはλ１／４ｎ２、層４０ｂに対してはλ１／４ｎ１の値となる。これによって有利には、主放射方向Ｈで角度フィルタ素子４に当射する光放射と層４０ａと層４０ｂの間の移行箇所で反射させられる光放射とを構造的に干渉させることができる。なぜならば、反射させられた２つの光放射の間の光路差は△φ＝０であるためである。この場合の第１の光放射は第１の移行箇所である層４０ｂ／層４０ａで反射させられ、第２の光放射は後置されている第２の移行箇所である層４０ａ／層４０ｂで反射させられる。このことは、第１の移行箇所で光学的に密な媒質での反射に基づいてπからの位相の跳躍が現れ、この位相の跳躍は層４０ａをとおる第２の光放射の相対的に長い光路に基づき同様にπの値である位相の変位に相当することによって与えられている。
【００４６】
角度フィルタ素子４は波長λ１に合わせて調整されている。このことは、この波長λ１が図３Ａに示した角度フィルタ素子の場合のように阻止帯域の側面にあるのではなく、阻止帯域内にあるということを意味している。図４Ｂに示したように、角度フィルタ素子４には相対的に鋭角に入射することに対しては高い反射能力（破線曲線Ｉ参照のこと）があり、相対的に鈍角に入射することに対してはわずかな反射能力（実線曲線ＩＩ参照のこと）しか持っていない。
【００４７】
図５Ａに示した角度フィルタ素子４は離調させられている共振器であり、殊に図１Ｂのように構成されたルミネセンスダイオードチップ１１に適している。このルミネセンスダイオードチップ１１においてルミネセンス変換素子５が角度フィルタ素子４に後置されている。なぜなら、この角度フィルタ素子４は、ここで有利には青色スペクトル領域にある第１の波長λ１の放射に対してだけでなく、ここで有利には黄色スペクトル領域にある第２の波長λ２の放射に対しても高い反射率を有しているためである。図５Ｃに示したグラフから明らかなように、このグラフには強度反射率（破線曲線Ｉ参照のこと）ないしは強度透過率（実線曲線ＩＩ参照のこと）が波長［ｎｍ］に対して示されており、この破線曲線Ｉは青色スペクトル領域においてピークＡを、黄色スペクトル領域においてピークＢを有している。したがって有利には、角度フィルタ素子４を用いてルミネセンスダイオードチップの出射面の方向に、ルミネセンス変換素子５（図１Ｂ参照のこと）からこの角度フィルタ素子４の方向に放出される放射を反射させることができる。
【００４８】
角度フィルタ素子４には図５Ａに示したような層列が設けられており、この層列には同一の第１の屈折率ｎ１を有する層４０および層４０ｂと第２の屈折率ｎ２を有する層４０ａが含まれており、この第２の屈折率ｎ２は第１の屈折率ｎ１よりも大きい。殊に、層４０および層４０ｂは屈折率ｎ１＝１．５を有する二酸化ケイ素ＳｉＯ２を含む一方、層４０ａは屈折率ｎ２＝２．０を有する二酸化チタンＴｉＯ２を含んでいる。層４０ａに適した層厚はλ１／４ｎ２であり、層４０ｂに適した層厚は５λ１／８ｎ１である。
【００４９】
図５Ａによる角度フィルタ素子４の反射角度スペクトルは図５Ｂに示されている。先述の実施例のように、この場合も相対的に鋭角に入射する強度反射率（破線曲線Ｉ参照のこと）は相対的に鈍角に入射する強度反射率よりも高い。このことから強度透過スペクトル（実線曲線ＩＩ参照のこと）および強度透過スペクトルに付随して生じる放射特性が結果として生じる。この放射特性はランベルトの放射特性と比較して相対的に鋭角に入射する領域で押し潰されている。
【００５０】
図６には、ルミネセンスダイオードチップ１１のさらに別の実施例が示されている。この場合、角度フィルタ素子４は主放射方向Ｈにおいてルミネセンス変換素子５に後置されている。したがって、先にルミネセンス変換素子５内でフォトンリサイクリングを行うことができる。これは、角度フィルタ素子４から半導体基体１方向に反射して戻された放射を、この反射して戻された放射が半導体基体１に達する前に、ルミネセンス変換素子５内で吸光し、再放出することができるためである。典型的には、ルミネセンス変換素子５内で吸光された放射はより長い波長λ２で再放出される。角度フィルタ素子４が波長λ１の放射に対してしか反射能力の高まりを示さない場合には、図６によるルミネセンスダイオードチップ１１では図１Ｂに示したルミネセンスダイオードチップ１１と比較して全放射のうち放射λ２の割合が高められる。
【００５１】
本発明は実施例に基づく明細書によって限定されていない。むしろ本発明はそれぞれの新たな特徴ならびにそれぞれの新たな特徴の組合せを含んでいる。このことは、この特徴または組合せ自体が請求項または実施例において明示的には記載されていなくとも、殊に請求項におけるそれぞれの特徴の組合せを含んでいる。
【００５２】
また有利には、構造要素は、円錐状、角錐状、角柱状にまたは逆複合放物面集光器ＣＰＣ（Inverse Compound Parabolic Concentrator）同様に構成されている。
【図１Ａ】
2010528479.tif 000003
【図１Ｂ】
2010528479.tif 000004
【図２Ａ】
2010528479.tif 000005
【図２Ｂ】
2010528479.tif 000006
【図３Ａ】
2010528479.tif 000007
【図３Ｂ】
2010528479.tif 000008
【図４Ａ】
2010528479.tif 000009
【図４Ｂ】
2010528479.tif 000010
【図５Ａ】
2010528479.tif 000011
【図５Ｂ】
2010528479.tif 000012
【図５Ｃ】
2010528479.tif 000013
【図６】
2010528479.tif 000014
【国際調査報告】
2010528479.tif 000015
2010528479.tif 000016
2010528479.tif 000017
2010528479.tif 000018
2010528479.tif 000019
2010528479.tif 000020