(57)【要約】  本発明は、第一基板（２）と、この第一基板（２）上に配設された少なくとも一つの発光ダイオードチップ（３）とを備える発光ダイオード装置（１）を提示する。第一基板（２）は、少なくとも一つの第一基板区域（２１）及び一つの第二基板区域（２２）を有し、発光ダイオードチップ（３）は第一基板区域（２１）上にのみ戴置されている。更に第一、第二基板区域（２１，２２）は、それぞれ熱伝導性を有し、第一基板区域（２１）の熱伝導性は、第二基板区域（２２）の熱伝導性の少なくとも１．５倍である。第一基板区域（２１）は、横方向で第二基板区域（２２）によって囲まれている。本発明は、更に、発光ダイオード（３）と、第一基板（２）と、その上に該第一基板（２）が配設された第二基板（４）とを備える発光ダイオード装置（１）を提示する。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一基板（２）と、該第一基板（２）上に配設された少なくとも一つの発光ダイオードチップ（３）とを備える発光ダイオード装置（１）であって、
前記第一基板（２）は、少なくとも一つの第一基板区域（２１）及び一つの第二基板区域（２２）を有し、
前記発光ダイオードチップ（３）は、前記第一基板（２）の第一基板区域（２１）上にのみ戴置されており、
前記第一基板区域（２１）及び前記第二基板区域（２２）はそれぞれ熱伝導性を有し、
前記第一基板区域（２１）の熱伝導率は、前記第二基板区域（２２）の熱伝導率の少なくとも１．５倍であり、
前記第一基板（２）の第一基板区域（２１）は、横方向で前記第一基板（２）の第二基板区域（２２）によって囲まれている、
ことを特徴とする発光ダイオード装置（１）。
【請求項２】
前記第一基板区域（２１）の熱伝導率が、前記第二基板区域（２２）の熱伝導率の少なくとも５倍であることを特徴とする、請求項１に記載の発光ダイオード装置。
【請求項３】
前記発光ダイオード装置が、すべて前記第一基板区域（２１）上に配設された複数の発光ダイオードチップ（３）を備えることを特徴とする、請求項１または２に記載の発光ダイオード装置。
【請求項４】
少なくとも一つの第一基板区域（４１）及び一つの第二基板区域（４２）を有する第二基板（４）を備えた、請求項１乃至３のいずれかに記載の発光ダイオード装置であって、
前記第二基板（４）の前記第一基板区域（４１）及び前記第二基板区域（４２）は、それぞれ熱伝導性を有し、
前記第二基板（４）の前記第一基板区域（４１）の熱伝導率は、前記第二基板（４）の前記第二基板区域（４２）の熱伝導率の少なくとも１．５倍であり、
前記第一基板（２）は前記第二基板（４）上に配設されており、
前記第一基板区域（２１，４１）が互いに重なって配設されている、
ことを特徴とする発光ダイオード装置。
【請求項５】
その上に少なくとも一つの発光ダイオードチップ（３）が配設された第一基板（２）と、その上に該第一基板（２）が配設された第二基板（４）とを備えた発光ダイオード装置であって、
前記第一基板（２）及び前記第二基板（４）は、それぞれ少なくとも一つの第一基板区域（２１，４１）及び一つの第二基板区域（２２、４２）を有し、
前記発光ダイオードチップ（３）は、前記第一基板（２）の第一基板区域（２１）上にのみ戴置されており、
前記第一基板区域（２１，４１）及び前記第二基板区域（２２，４２）は、それぞれ熱伝導性を有し、
前記第一基板（２）の第一基板区域（２１）は、前記第一基板（２）の第二基板区域（２２）よりも高い熱伝導率を有し、
前記第二基板（４）の第一基板区域（４１）は、前記第二基板（４）の第二基板区域（４２）よりも高い熱伝導率を有し、
前記第一基板区域（２１，４１）は、互いに重なって配設されており、
前記第一基板（２）の第一基板区域（２１）は、横方向で前記第一基板（２）の第二基板区域（２２）によって囲まれており、
前記第二基板（２）の第一基板区域（２１）は、横方向で前記第二基板（２）の第二基板区域（２２）によって囲まれている、
ことを特徴とする発光ダイオード装置（１）。
【請求項６】
前記第二基板（２）は、その上に前記発光ダイオードチップ（３）が配設された第一表面（２３）と、該第一表面（２３）と反対側にある第二表面（２４）とを有し、前記第一基板（２）の第一基板区域（２１）は、該第一表面（２３）から該第二表面（２４）まで延在していることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれかに記載の発光ダイオード装置。
【請求項７】
前記第一基板（２）の第一基板区域（２１）は、その上に前記発光ダイオードチップ（３）が配設された第一基板の第一表面（２３）から、該第一表面（２３）の反対側にある該第一基板（２）の第二表面（２４）まで延在している熱的ビア（５）を有していることを特徴とする、請求項１乃至６のいずれかに記載の発光ダイオード装置。
【請求項８】
前記第一基板（２）の第一基板区域（２１）が金属ブロック（６）を含んでいることを特徴とする、請求項１乃至７のいずれかに記載の発光ダイオード装置。
【請求項９】
前記第一基板（２）の第一基板区域（２１）がドーピング部（７）を含んでいることを特徴とする、請求項１乃至８のいずれかに記載の発光ダイオード装置。
【請求項１０】
前記第一基板（２）及び／または前記第二基板（４）は、ＥＳＤ保護素子（８）を有し、該ＥＳＤ保護素子（８）は、バリスタまたはシリコン半導体保護ダイオードまたはポリマーＥＳＤ保護素子として実現されていることを特徴とする、請求項１乃至９のいずれかに記載の発光ダイオード装置。
【請求項１１】
前記ＥＳＤ保護素子（８）が前記第一基板（２）または前記第二基板（４）の部分領域によって形成されることを特徴とする、請求項１０に記載の発光ダイオード装置。
【請求項１２】
前記第一基板（２）または前記第二基板（４）上に配設されたＮＴＣサーミスタデバイス（９１）及び／またはＰＴＣサーミスタデバイス（９２）を有することを特徴とする、請求項１乃至１１のいずれかに記載の発光ダイオード装置。
【請求項１３】
前記第一基板（２）の第二基板区域（２２）及び／または前記第二基板（４）の第二基板区域（４２）がセラミック材料及び／または有機材料を含むことを特徴とする、請求項４乃至１２のいずれかに記載の発光ダイオード装置。
【請求項１４】
前記第一基板（２）の第二基板区域（２２）及び／または前記第二基板（４）の第二基板区域（４２）が、電気的絶縁層（１０）を備えた金属材料を含むことを特徴とする、請求項４乃至１２のいずれかに記載の発光ダイオード装置。
【請求項１５】
第三基板を有し、前記第二基板（４）が前記第一基板（２）に向いていない面で該第三基板上に配設されていることを特徴とする、請求項４乃至１４のいずれかに記載の発光ダイオード装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオード装置に関し、この発光ダイオード装置は、少なくとも一つの基板と、該基板上に配設された発光ダイオードチップとを備える。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（ＬＥＤ）を備えたシステムの設計では、光の使用効率、寿命及び熱的管理がますます重要な役割を演じるようになってきている。機能的課題の他に、解決すべき熱機械的並びに形状的問題もある。特に携帯機器に使用する場合、例えばスマートフォンやデジタルカメラに組み込まれたＬＥＤカメラフラッシュに使用する場合、ＬＥＤやディスクリートな保護デバイスはできる限り小さな部品高さを有し、できる限り小さなスペースを占有するようにしなければならない。ハウジング問題の解決でのさらなる重要な条件は、ＬＥＤの光放射ができる限り他のデバイスから制限されないことであり、保護デバイスによる遮蔽がまったく無いことである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の少なくとも幾つかの実施形態の課題は発光ダイオード装置を提示することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
この課題は独立請求項に記載の発明により解決される。本発明の有利な実施形態及び変形実施例は、従属請求項、以下の説明、及び図から明らかになる。
【０００５】
本発明の少なくとも１つの実施形態による発光ダイオード装置は１つの第一基板を有する。例えばこの第一基板は、例えば酸化アルミニウムまたは窒化アルミニウムのようなセラミック材料、例えばポリマーまたはエポキシ樹脂のような有機材料、及び／または例えばアルミニウムまたは銅のような金属材料を含んでよい。
【０００６】
更にこの発光ダイオード装置は、前記の第一基板上に配設された少なくとも一つの発光ダイオードチップを備える。例えばこの発光ダイオードチップは、以下の材料のうち少なくとも１つを含む。燐化ガリウム（ＧａＰ），窒化ガリウム（ＧａＮ），ガリウム砒素燐（ＧａＡｓＰ），アルミニウムガリウムインジウム燐（ＡｌＧａＩｎＰ），アルミニウムガリウム燐（ＡｌＧａＰ），アルミニウムガリウム砒素（ＡｌＧａＡｓ），窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ），窒化アルミニウム（ＡｌＮ），窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ），窒化アルミニウムガリウムインジウム（ＡｌＧａＩｎＮ），セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）。
【０００７】
もう１つの実施形態によれば、本発明による発光ダイオードチップは、少なくとも２つの接続面を有する。好ましくはこれらの接続面ははんだ付け可能である。例えばこれらの接続面は、以下の金属の組み合わせのうちの一つを有する合金または層配列を含むか、またはそうした合金または層配列から成る。Ｃｕ／Ｎｉ／Ａｕ，Ｃｒ／Ｎｉ／Ａｕ，Ｃｒ／Ｃｕ／Ｎｉ／Ａｕ，Ｃｕ／Ｎｉ／Ｓｎ，Ｃｒ／Ｎｉ／Ｓｎ，Ｃｒ／Ｃｕ／Ｎｉ／Ｓｎ。
【０００８】
もう１つの実施形態によれば、前記の第一基板は、少なくとも一つの第一基板区域及び一つの第二基板区域を備える。好ましくは第一基板区域と第二基板区域とは互いに隣接している。例えば第一基板の第一基板区域は、横方向で第一基板の第二基板区域によって囲まれていてもよい。これは特に、第一基板区域が横方向で完全に第二基板区域によって囲まれていることを意味し得る。ここで横方向とは、発光ダイオードチップの第一基板上での配設方向に垂直な方向を意味してよい。具体的にはここで第一基板区域は、特に第二基板区域を貫通して、発光ダイオードに向いた側と発光ダイオードに向いていない側で、この第一基板の表面または表面の一部を形成していてよい。第一及び第二基板区域は、例えば第一基板の基体を形成していてよい。第一基板は更に、例えば導電路、接続面またはその他の電気的接続素子のような、発光ダイオードチップの電気的接続のための接続素子を有していてよい。第一、第二基板区域は、それぞれ熱伝導性を有し、第一、第二基板区域の熱伝導率は好ましくは互いに異なっている。
【０００９】
特に好ましくは、発光ダイオードチップは第一基板の第一基板区域上にのみ戴置されている。これは具体的には、第一基板の上面図で発光ダイオードチップから見て、発光ダイオードチップが第一基板区域上のみに配設されていることを意味し得る。以下では、「戴置されている」は、発光ダイオードチップが第一基板区域上に直に配設されているかまたは間接的に配設されていることを意味し得る。従って、第一基板区域とその上に載っている発光ダイオードチップとの間には、発光ダイオードチップを第一基板区域に取り付けるための一つ以上の接続部材及び／または一つ以上の接続層が配設されていてよい。
【００１０】
好ましい一実施形態によれば、第一基板の第一基板区域は、第一基板の第二基板区域よりも高い熱伝導率を備える。
【００１１】
好ましい一実施形態によれば、第一基板区域の熱伝導率は、第二基板区域の熱伝導率の少なくとも１．５倍である。第一基板区域上には発光ダイオードチップが配設され、またこの第一基板区域は第二基板区域に比べて高い熱伝導率をもっており、この第一基板区域によって、発光ダイオードチップの熱を極めて良好に排出でき、例えば、第一基板区域が好ましくは良好に熱的に接続されている、発光ダイオード装置のハウジングの方に排出できる。
【００１２】
とりわけ好ましい一実施形態によれば、発光ダイオード装置は、第一基板と、該第一基板上に配設された少なくとも一つの発光ダイオードチップとを備える。第一基板は、少なくとも一つの第一基板区域及び一つの第二基板区域を有し、発光ダイオードチップは、第一基板の第一基板区域上にのみ戴置されており、第一基板の第一基板区域は、横方向で第一基板の第二基板区域によって囲まれている。第一、第二基板区域は、それぞれ熱伝導性を有し、第一基板区域の熱伝導率は、第二基板区域の熱伝導率の少なくとも１．５倍である。
【００１３】
もう一つのとりわけ好ましい実施形態によれば、第一基板区域の熱伝導率は、第二基板区域の熱伝導率の少なくとも５倍である。これにより、発光ダイオードチップから極めて多くの熱を排出することができる。例えば、第二基板区域は、酸化アルミニウム含み、約２５Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有し、第一基板区域は、ガラスまたはセラミックの充填材とともに銀を含み、約１５０Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有し得る。
【００１４】
もう一つの実施形態によれば、発光ダイオードチップは、第二基板を備え、この第二基板上に第一基板が配設されている。第二基板は、少なくとも一つの第一基板区域及び一つの第二基板区域を備える。第二基板の第一基板区域と第二基板の第二基板区域は、それぞれ熱伝導性を有し、第二基板の第一、第二基板区域の熱伝導率は、好ましくは互いに異なっている。好ましくは、第二基板の第一基板区域は、第二基板の第二基板区域よりも高い熱伝導率を有する。第二基板の第一基板区域は、横方向で第二基板の第二基板区域によって囲まれている。
【００１５】
もう一つの実施形態によれば、第一、第二基板の第一基板区域は、互いに重なって配設されている。これは具体的には、第一基板の第一基板区域が第二基板の第一基板区域上に配置されるように、第一基板が第二基板上に配設されていることを意味し得る。このような構成により、発光ダイオードチップからの極めて良好な熱除去を達成することができる。
【００１６】
もう一つの好ましい実施形態によれば、発光ダイオード装置は、その上に少なくとも一つの発光ダイオードチップが配設された第一基板と、その上に該第一基板が配設された第二基板とを備える。第一、第二基板は、それぞれに第一、第二基板区域を有し、発光ダイオードチップは、好ましくは第一基板の第一基板区域上にのみ戴置されている。第一、第二基板区域はそれぞれ熱伝導性を有する。好ましくは、第一基板の第一基板区域は、第一基板の第二基板区域よりも高い熱伝導率を有し、第二基板の第一基板区域は、第二基板の第二基板区域よりも高い熱伝導率を有する。更に、好ましくはこれらの第一基板区域は互いに重なって配設されており、第一基板の第一基板区域は、第一基板の第二基板区域によって横方向で囲まれており、第二基板の第一基板区域は、第二基板の第二基板区域によって横方向で囲まれている。
【００１７】
もう一つの実施形態によれば、第二基板の第一基板区域の熱伝導率は、第二基板の第二基板区域の熱伝導率の少なくとも１．５倍である。もう一つの好ましい実施形態によれば、第二基板の第一基板区域の熱伝導率は、第二基板の第二基板区域の熱伝導率の少なくとも５倍である。
【００１８】
もう一つの実施形態によれば、第一基板及び／または第二基板の第二基板区域は、例えば酸化アルミニウムまたは窒化アルミニウムのようなセラミック材料、または例えばポリマーまたはエポキシ樹脂のような有機材料、または例えばアルミニウムまたは銅のような金属材料を含む。更に、第一基板及び／または第二基板の第二基板区域は、上に挙げた材料のうちの一つから成っていてよい。ここで第一基板の第二基板区域と第二基板の第二基板区域は、同じ材料または異なる材料を含んでいてよく、あるいは同じ材料または異なる材料から成っていてよい。
【００１９】
もう一つの実施形態によれば、第一基板及び／または第二基板は、金属材料を備え、該金属材料には電気的絶縁層が設けられている。この電気的絶縁層により、例えば第一基板と第二基板との間、またはこれらの基板のうち一つとその上に配設されたデバイスとの間で電気的絶縁を達成することができる。好ましくはこの電気的絶縁層は、以下の材料のうちの一つを含み、または以下の材料のうちの一つから成る。酸化チタン，酸化アルミニウム，窒化アルミニウム，酸化珪素，窒化珪素。
【００２０】
もう一つの実施形態によれば、第一基板は、その上に発光ダイオードチップが配設された第一表面と、該第一表面と反対側にある第二表面とを備える。好ましくは第一基板の第一基板区域は、第一表面から第二表面まで延在している。これにより発光ダイオードチップからの極めて効率の良い熱除去を達成することができる。
【００２１】
もう一つの実施形態によれば、第二基板は、その上に第一基板が配設された第一表面と、この第二基板の該第一表面と反対側にある第二表面とを備える。好ましくは第二基板の第一基板区域は、第二基板の第一表面から第二表面まで延在している。
【００２２】
もう一つの実施形態によれば、第一基板の第一基板区域は、熱的ビア（複数）、つまり熱伝導貫通接続部を備え、これらの熱的ビアは、その上に発光ダイオードチップが配設されている第一基板の第一表面から、この第一基板の該第一表面と反対側にある第二表面まで延在している。ここでビア（Via）は「垂直方向相互接続手段（vertical interconnect access）」を表す。これらの熱的ビアは、例えば金属ビア、つまり金属で充填されたビアであってよい。例えばこれらの熱的ビアは、銅，銀，または銀ーパラジウムを含み、またはこれらから成る。
【００２３】
もう一つの実施形態によれば、第二基板の第一基板区域は熱的ビア（複数）を有する。ここで熱的ビアは、上記で第一基板の熱的ビアに関して記載したように実装されていてよい。
【００２４】
もう一つの実施形態によれば、第一基板の第一基板区域は、金属ブロックを含み、または金属ブロックから成る。この金属ブロックは好ましくは、例えば銀のような高い熱伝導率をもつ金属を含むか、またはこのような金属から成る。
【００２５】
もう一つの実施形態によれば、第二基板の第一基板区域は金属ブロックを備え、または金属ブロックから成り、この金属ブロックは例えば銀のような高い熱伝導率をもつ金属を含むか、またはこのような金属から成る。
【００２６】
もう１つの実施形態によれば、第一基板の第一基板区域はドーピング部（複数）を含む。これらのドーピング部は、例えば金属粒子として実現されていてよく、これらの金属粒子は、例えばセラミック材料に埋め込まれていてもよい。または、例えば半導体材料、例えばシリコンまたはガリウム砒素のような半導体材料中の金属ドーピング部として、実現されていてよい。
【００２７】
もう一つの実施形態によれば、第二基板の第一基板区域はドーピング部（複数）を備える。第二基板の第一基板区域のこれらのドーピング部は、例えば上記で第一基板の第一基板区域のドーピング部に関して記載したドーピング部のように実現されていてよい。
【００２８】
熱的ビア（複数）、金属ブロック、ドーピング部（複数）それぞれによって、第一及び／または第二基板の第一基板区域の熱伝導率を著しく高めることができ、有利である。
【００２９】
もう一つの実施形態によれば、第一基板はＥＳＤ保護素子を備える。以下では「ＥＳＤ」は、「静電気放電（electrostatic discharge）」を表す。このＥＳＤ保護素子は、好ましくは発光ダイオードチップを過電圧、特に静電気放電から保護するために用いられる。一般的に発光ダイオードチップは、静電気放電に対して非常に弱く、１００ボルトを越えるような電圧値では特に弱く、このため保護素子によって保護されなければならない。このＥＳＤ保護素子は、例えば第一基板上に配設されていてよい。
【００３０】
もう一つの実施形態によれば、ＥＳＤ保護素子はバリスタとして実装されている。このバリスタは、例えばマルチレイヤーバリスタ（ＭＬＶ）とも呼ばれる多層バリスタとして実施されていてよい。
【００３１】
この多層バリスタは、好ましくはバリスタセラミックを備え、このバリスタセラミックは、例えばＺｎＯ−Ｐｒ、またはＺｎＯ−Ｂｉ−Ｓｂ、またはＳｒＴｉＯ３、またはＳｉＣから成る系を含んでよく、またはこのような系から成っていてよい。更に、ＥＳＤ保護素子は、サプレッサダイオード、特にシリコン半導体保護ダイオードとして、またはポリマーＥＳＤ保護素子、つまり例えば半導体材料がポリマーに埋め込まれたポリマーベースのＥＤＳ保護素子として実現されていてよい。
【００３２】
もう一つの実施形態によれば、第二基板はＥＳＤ保護素子を備える。このＥＳＤ保護素子は、例えば第二基板上に配設されていてよい。ここでこのＥＳＤ保護素子は、具体的には、第一基板に関して記載したＥＳＤ保護素子のように実現されていてよい。
【００３３】
もう一つの実施形態によれば、ＥＳＤ保護素子は、第一基板及び／または第二基板の部分領域によって形成される。とりわけ好ましくは、このＥＳＤ保護素子は、第一基板及び／または第二基板に一体化された保護パターンであってよい。換言すれば、この場合このＥＳＤ保護素子は、ディスクリートなデバイスとして、例えばディスクリートなＥＳＤ保護ダイオードの形態で、基板上に取り付けられていない。ここではこのＥＳＤ保護素子は、一つの材料、例えばセラミックバリスタ材料を含んでいてよく、第一基板及び／または第二基板もこのセラミックバリスタ材料を含んでいてよい。代替としてこのＥＳＤ保護素子は、第一基板及び／または第二基板の材料またはこれらの材料とは異なる材料を含んでいてよい。例えばこのＥＳＤ保護素子は、半導体材料、例えばセラミックバリスタ材料を含んでいてよく、このセラミックバリスタ材料は、例えば酸化アルミニウム，窒化アルミニウムまたは有機材料を含む第一基板及び／または第二基板に埋め込まれていてよい。
【００３４】
例えば第一基板または第二基板の部分領域によって形成されたＥＳＤ保護素子は、バリスタセラミックと複数の重なった内部電極とを含んでいてよい。代替として、このＥＳＤ保護素子は、これらの基板に一体化された半導体ダイオードによって形成されることも可能である。
【００３５】
ＥＳＤ保護素子が発光ダイオード装置の第一基板及び／または第二基板の部分領域によって形成されることにより、ここに記載する発光ダイオード装置のとりわけコンパクトな構造を達成することができ、有利である。
【００３６】
もう一つの実施形態によれば、発光ダイオード装置は、サーミスタデバイスを備えてよく、このサーミスタデバイスは、第一基板または第二基板に配設されていてよい。例えばこのサーミスタデバイスは、極薄の保護素子として形成されていてよい。これは具体的には、この電気デバイスが１５０μｍ以下の部品高さをもち得ることを意味し得る。更に、このサーミスタデバイスは、第一基板及び／または第二基板に埋め込まれていてよく、例えば第一基板及び／または第二基板の第二基板区域に埋め込まれていてよい。
【００３７】
もう一つの実施形態によれば、上記のサーミスタデバイスは、ＮＴＣサーミスタデバイスとして構成されている。ここで「ＮＴＣ」は「負温度係数（negative temperature coefficient）」を表す。ＮＴＣサーミスタデバイスは、低温よりも高温で良好に電流が導通されることを特徴とする。従ってＮＴＣサーミスタデバイスは、高温導電体（Heisleiter）とも呼ばれることがある。
【００３８】
好ましくはＮＴＣサーミスタデバイスは、熱センサとして機能する。この熱センサは、好ましくは発光ダイオードチップと回路接続されている。例えばこの熱センサは、発光ダイオードチップの制御電流の調整に寄与し、これにより発光ダイオードチップは保護されて駆動されることを可能にする。これにより発光ダイオードチップの寿命を延ばすことができ、有利である。
【００３９】
もう一つの実施形態によれば、上記のサーミスタデバイスは、ＰＴＣサーミスタデバイスとして形成されている。ここで「ＰＴＣ］は「正温度係数（positive temperature coefficient）」を表す。このＰＴＣサーミスタデバイスは、好ましくは発光ダイオードチップと回路接続されている。このＰＴＣサーミスタデバイスでは、高温よりも低温で良好に電流が導通され、従ってＰＴＣサーミスタデバイスは、低温導電体（Kaltleiter）とも呼ばれる。好ましくはこのＰＴＣサーミスタデバイスは、過電流保護素子として機能し、上記の発光ダイオードチップを過大な駆動電流から保護し、それによって発光ダイオードチップの寿命を延ばすことができる。
【００４０】
もう一つの実施形態によれば、本発明による発光ダイオード装置は、第三基板を備える。好ましくは上記の第二基板は、上記の第一基板に向いていない面でこの第三基板上に配設されている。この第三基板も第一基板区域と、該第一基板区域を横方向で囲む第二基板区域とを有していてよく、ここでこの第一基板区域は、好ましくは第二基板区域よりも高い熱伝導率を有する。この第三基板は、上記の第二基板に関して記載された他の特徴を有していてよい。
【００４１】
もう一つの実施形態によれば、本発明による発光ダイオードチップは、少なくとも部分的に保護層によって覆われている。この保護層は、例えばこの発光ダイオード装置のレンズとして機能してよい。好ましくはこの保護層はシリコーンを含み、またはシリコーンから成る。
【００４２】
ここに記載する発光ダイオード装置は、高温でかつ光の使用効率の高い出力で、発光ダイオードチップの寿命に負の影響を及ぼさずに駆動することができ、有利である。
【００４３】
本発明による発光ダイオード装置の更なる有利点及び有利な実施形態は、以下で図１乃至９を参照して記載される実施形態から明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】第一基板と少なくとも一つの発光ダイオードチップを有する一実施例による発光ダイオード装置の概略断面図である。
【図２】第一基板と少なくとも一つの発光ダイオードチップを有する別な実施例による発光ダイオード装置の概略断面図である。
【図３】第一基板と少なくとも一つの発光ダイオードチップを有する更に別な実施例による発光ダイオード装置の概略断面図である。
【図４】少なくとも一つの第一基板及び一つの第二基板と一つの発光ダイオードチップとを有する、もう一つの実施例による発光ダイオード装置の概略断面図である。
【図５】少なくとも一つの第一基板及び一つの第二基板と一つの発光ダイオードチップとを有する、もう一つの実施例による発光ダイオード装置の概略断面図である。
【図６】少なくとも一つの第一基板及び一つの第二基板と一つの発光ダイオードチップとを有する、もう一つの実施例による発光ダイオード装置の概略断面図である。
【図７】もう一つの実施例による第一基板区域の概略図である。
【図８】もう一つの実施例による第一基板区域の概略図である。
【図９】もう一つの実施例による第一基板区域の概略図である。
【００４５】
実施例及び図において、同等の、または同等に機能する構成要素には同じ参照符号が付されている。図示されている要素及びそれら相互の大きさの関係は、基本的に寸法通りとはなっていない。むしろ、例えば層や部品や領域のような個々の要素は、より見易くするため、及び／またはよりよく理解されるように、誇張した厚みや大きさで表されている場合がある。
【００４６】
図１は第一実施例による発光ダイオード装置１の概略断面図である。発光ダイオード装置１は、第一基板区域２１及び第二基板区域２２を有する第一基板２を含む。ここで第一基板区域２１は、第一基板２の第一表面から、第一基板２の該第一表面と反対側にある第二表面まで延在し、横方向で第二基板区域２２によって囲まれている。第一、第二基板区域２１，２２は、電気的絶縁材料、特にセラミック材料を含んでいる。
【００４７】
更に発光ダイオード装置１は、発光ダイオードチップ３を備え、この発光ダイオードチップ３は、第一基板２上に配設されており、詳細には第一基板区域２１上にのみ戴置されている。この発光ダイオードチップ３は、発光ダイオードチップ３の接続及び／または実装に用いられる接続面（図示せず）を有している。例えば発光ダイオードチップ３は、この接続面で第一基板２上にはんだ付けされている。詳細には第一、第二基板区域２１，２２は、基板２の基体を形成し、基板２は、基板区域２１，２２の他に更に、発光ダイオードチップ３との電気的接続のための接続素子、例えばこの発光ダイオードチップの接続面と電気的に接続している導電路や接続面を備えてよい（図示せず）。発光ダイオードチップ３と第一基板区域２１との間には、例えば一つ以上の接合層が配設されていてもよい。
【００４８】
発光ダイオードチップ３の接続面は金-錫合金を含んでいる。代替としてこの接続面は、例えば銅，ニッケル，金またはこれらの材料のうち少なくとも二つから成る合金または層配列を含んでいてよい。
【００４９】
更に発光ダイオードチップ３は、保護層１１によって囲まれている。この保護層１１はシリコーンを含み、レンズとして機能する。この保護コーティング１１は、例えば波長変換層として実装されていてよい。
【００５０】
第一基板区域２１及び第二基板区域２２は、それぞれ熱伝導性を有し、第一基板区域２１の熱伝導率は、第二基板区域２２の熱伝導率よりも高い。具体的には図示の実施例では、第一基板区域２１の熱伝導率は第二基板区域２２の熱伝導率の１．５倍である。第一基板区域２１は、以下で図７乃至９に関連して例示されて説明されるように、例えばビア、ドーピング部または金属ブロックを備えてよい。
【００５１】
図２にはもう一つの実施例による発光ダイオード装置１の概略断面図が示されている。図１に示された実施例と異なり、第一基板２は、それぞれ横方向で第二基板区域２２によって囲まれた複数の第一基板区域２１を備えている。更にこの発光ダイオード装置１は、複数の発光ダイオードチップ３を備え、一つの発光ダイオードチップ３がそれぞれ一つの第一基板区域２１上に戴置されている。第一基板区域２１はそれぞれ、第一基板２の第一表面から、第一基板２の第一表面と反対側にある第二表面まで延在している。
【００５２】
図３は、もう一つの実施例による発光ダイオード装置１を示す。図２に示された実施例と異なり、第一基板２は、横方向で第二基板区域２２により囲まれた第一基板区域２１を一つだけ備える。複数の発光ダイオードチップ３は、すべてこの第一基板区域２１上に配設されている。
【００５３】
更に発光ダイオード装置１は、ＥＳＤ保護素子８を備え、このＥＳＤ保護素子は、バリスタとして実現されており、第一基板２の部分領域、具体的には第二基板区域２２の部分領域によって形成されている。更にこの発光ダイオード装置１は、サーミスタ素子９を備え、このサーミスタ素子９は、ＮＴＣサーミスタデバイスとして実装されて、熱的センサとして機能する。代替としてこのサーミスタデバイス９は、ＰＴＣサーミスタデバイスとして形成されていてもよい。
【００５４】
図４にはもう一つの実施例による発光ダイオード装置１が示されている。図１に示された実施例と異なり、発光ダイオード装置１は、更に第二基板４を有し、第一基板２は、この第二基板４上に配設されている。この第二基板４は、第一基板区域４１及び第二基板区域４２を備え、第二基板区域４２は、第一基板区域４１を横方向で囲んでいる。第二基板４の第一基板区域４１と第二基板４の第二基板区域４２は、それぞれ熱伝導性を有し、第二基板４の第一基板区域４１は、第二基板４の第二基板区域４２よりも高い熱伝導率を有する。
【００５５】
第二基板４の第一基板区域４１は、例えば図７乃至９に関して説明される第一基板区域のように実現されていてよい。第一基板の第一基板区域２１は、第二基板４の第一基板区域４１上に直に配設されている。これにより、極めて多くの熱を発光ダイオードチップ３から第二基板４の方に排出でき、有利である。
【００５６】
図５は、もう一つの実施例による発光ダイオード装置１を示す。図４に示された実施例と異なり、この発光ダイオード装置１は、複数の第一基板２を有し、これら複数の第一基板２は、第二基板４上、具体的には第二基板４の第一基板区域４１上に配設されている。これらの第一基板２は、それぞれ、第一基板区域２１，第二基板区域２２，及び該第一基板区域２１上に配設された発光ダイオードチップ３を有する。更にこの発光ダイオード装置１は、ＥＳＤ保護デバイス８とサーミスタデバイス９とを備え、これらはそれぞれディスクリートなデバイスとして実装され、第二基板４上に配設されている。代替としてこの発光ダイオード装置１は、複数のＥＳＤ保護デバイス８及びサーミスタデバイス９を備えてよく、これらはそれぞれの第二基板２上に配設されている。
【００５７】
図６にはもう一つの実施例による発光ダイオード装置１が示されている。図５に示された実施例と異なり、第二基板４は、それぞれ横方向で第二基板４の第二基板区域４２によって囲まれた多数の第一基板区域４１を備える。ここで第二基板４の各第一基板区域４１上に、それぞれ一つの第一基板２が配設されている。詳細には第一基板２の第一基板区域２１は、それぞれ第二基板４の第一基板区域４１上に配設されている。これにより個々の発光ダイオードチップ１からの極めて良好な熱除去を達成することができる。
【００５８】
発光ダイオード装置１は更に、それぞれ第二基板４の第二基板区域４２に埋め込まれたＥＳＤ保護デバイス８とサーミスタデバイス９とを備えており、これにより発光ダイオード装置１の部品高さを減らすことができて有利である。第二基板４の第一、第二基板区域４１，４２は、それぞれ金属を含む。この第二基板４は更に、二つの電気的絶縁層１０を備え、これらの二つの電気的絶縁層１０は、第二基板４の二つの反対側にある面に配設されている。ここで第一基板２に向いた電気的絶縁層１０は、第一，第二基板２，４間の電気的絶縁部として機能する。第一基板２に向いていない層１０は、第二基板４と第三基板（図示せず）との間の電気的絶縁として用いられてよく、この第三基板の上に第二基板４が配設されてよい。電気的絶縁層１０は酸化アルミニウムを含む。代替として電気的絶縁層１０は、以下の材料のうち少なくとも一つを含んでいてもよい。窒化アルミニウム，酸化チタン，酸化シリコン，窒化シリコン。
【００５９】
図７には第一基板２の第一基板区域２１、あるいは第二基板４の第一基板区域４１の概略図が示されている。第一基板区域２１，４１は、複数の金属ビア５を備え、これらの金属ビア５は、基本的に互いに平行に、第一基板区域２１，４１の第一面から、反対側にある第一基板区域２１，４１の第二面まで延在し、銀で充填されている。代替としてビア５は、一つ以上の他の金属で充填されていてよく、これらの金属は好ましくは高い熱伝導率を有する。これらのビア５は例えばセラミック、ポリマーまたはエポキシ樹脂で囲まれている。
【００６０】
図８にはもう一つの実施例による第一基板区域２１，４１の概略図が示されている。第一基板区域２１，４１は、横方向でセラミック材料により囲まれた、銀を含む金属ブロック６を備える。代替としてこの金属ブロック６は、銀から成っていてもよく、または好ましくは高い熱伝導率をもつ他の金属を含んでいてもよく、またはこのような金属から成っていてもよい。更に、この金属ブロック６は横方向で、一つ以上の複数の他の材料により囲まれていてよく、これらの材料は、好ましくは金属ブロック６の材料とは異なっている、たとえばポリマーやエポキシ樹脂のような材料である。
【００６１】
図９はもうひとつの実施例による第一基板区域２１，４１を示す。第一基板区域２１，４１は、ドーピング部（複数）７を含む。これらのドーピング部７は、セラミック材料に埋め込まれた多数の金属粒子として実施されている。代替としてこれらのドーピング部７は、例えばＳｉやＧａＡｓのような半導体材料中の金属ドーピング部（複数）であってもよい。
【００６２】
図７，８，９に示された第一基板区域２１，４１の実施例により、第一基板区域２１，４１の熱伝導性率を著しく高めることができる。これにより発光ダイオードチップ１からのより良好な熱除去を達成することができ、有利である。
【００６３】
図示された実施例において記載された特徴は、他の実施例により互いに組み合わされてもよいが、このような組み合わせは図示されていない。更に、図示された発光ダイオード装置は、更に他の、あるいは代替的な特徴を、上記の一般的説明部分で説明した実施形態に従って備えてよい。
【００６４】
本発明は、実施例を参照した説明によってこれらの実施例に限定されているのではなく、すべての新規な特徴及び特徴のすべての組み合わせを包含する。これは具体的には請求項（複数）中の特徴のすべての組み合わせを含み、この特徴ないしこの組み合わせ自体が請求項（複数）ないし実施例中に明示されていない場合も含む。
【符号の説明】
【００６５】
１    発光ダイオード装置
２    第一基板
２１    第一基板の第一基板区域
２２    第一基板の第二基板区域
２３    第一基板の第一表面
２４    第一基板の第二表面
３    発光ダイオードチップ
４    第二基板
４１    第二基板の第一基板区域
４２    第二基板の第二基板区域
５    ビア
６    金属ブロック
７    ドーピング部
８    ＥＳＤ保護素子
９    サーミスタデバイス
１０    電気的絶縁層
１１    保護層
【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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【国際調査報告】
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