JP2008083704A - 光学的な素子および該光学的な素子を備えた光電子的な構成素子 - Google Patents

Abstract

【課題】改善されたエージング特性を有し、温度安定性であり、かつ安価に製作可能である光学的な素子を提供する。
【解決手段】プラスチック材料を含有する光学体（２）が設けられており、該光学体（２）が完全に、酸化ケイ素を含有する保護層（３）により包囲されているようにした。
【選択図】図３Ｂ

Description

本発明は、光学的な素子に関する。さらに本発明は、そのような光学的な素子を備えた光電子的な構成素子に関する。

ＤＥ１０２００５０１８３３６には、光学的な素子を備えた光電子的な構成素子が記載されている。
ＤＥ１０２００５０１８３３６

本発明の課題は、改善されたエージング特性を有する光学的な素子を提供することである。本発明の別の課題は、特に温度安定性である光学的な素子を提供することである。本発明のさらに別の課題は、特に安価に製作可能である光学的な素子を提供することである。本発明のさらに別の課題は、そのような光学的な素子を備えた光電子的な構成素子を提供することである。

上記課題を解決した本発明の構成によれば、プラスチック材料を含有する光学体が設けられており、該光学体が完全に、酸化ケイ素を含有する保護層により包囲されているようにした。本発明の有利な構成は従属請求項の対象である。本発明の有利な構成では、保護層が直接光学体に、別の材料が光学体と保護層との間に介在することなく被着されている。本発明の別の有利な構成では、光学体が熱可塑性樹脂材料から成っている。本発明のさらに別の有利な構成では、保護層が二酸化ケイ素から成っている。本発明のさらに別の有利な構成では、保護層が、光学体により光学的に影響を及ぼしたい電磁放射の波長よりも小さな厚さを有している。本発明のさらに別の有利な構成では、保護層が、最高４００ｎｍの厚さを有している。本発明のさらに別の有利な構成では、保護層が、光学体内への湿分の侵入を防止する拡散バリアとして設けられている。本発明のさらに別の有利な構成では、保護層が、光学体内への雰囲気ガスの侵入を防止する拡散バリアとして設けられている。本発明のさらに別の有利な構成では、保護層が光学体の耐熱性を高める。本発明のさらに別の有利な構成では、保護層が、プラズマにより支援されたコーティング法により光学体に被着されている。本発明のさらに別の有利な構成では、光学体が、光学体を通過する電磁放射に、以下に挙げる少なくとも１つの形式で光学的に影響を及ぼす：反射、屈折、回折、透過。

さらに上記課題を解決した本発明の構成によれば、放射発生または放射検出のために設けられている少なくとも１つの光電子的な半導体チップと、前記光学的な素子とが設けられており、該光学的な素子が少なくとも１つの光電子的な半導体チップに以下のように対応配置されている、すなわち、光電子的な半導体チップにより運転中に発生または検出される電磁放射の少なくとも一部が光学的な素子の光学体を通過するように対応配置されているようにした。本発明の有利な構成は従属請求項の対象である。本発明の有利な構成では、光学体が構成素子の運転中少なくとも１２０℃の温度に加熱される。

光学的な素子の少なくとも１つの実施形態では、光学的な素子が光学体を有している。光学的な素子の光学体は、光学的な素子の機能的なコンポーネントを形成する。すなわち、光学体は光学的な素子の光学的な機能担体であり、例えば光学体を通過するまたは光学体に衝突する電磁放射を光学的に操作するために設けられている。光学体の他に、光学的な素子は例えばホルダを有していることができる。ホルダは光学体を機械的に支持し、所定の位置に保持する。

光学的な素子の少なくとも１つの実施形態では、光学体がプラスチック材料を含有しているか、またはプラスチック材料から成っている。プラスチック材料を含有している光学体は、特に簡単かつ安価に製作可能である。例えば、光学体は射出成形法またはトランスファ成形法により製作されていることができる。

少なくとも１つの実施形態では、光学体の表面に少なくとも部分的に保護層が設けられている。特に、光学体の放射通過面を互いに結合する外面に、保護層が設けられている。

有利には、光学体は保護層で被層されている。有利には、光学体のすべての表面に保護層が設けられている。すなわち、光学体は有利には完全に保護層により包囲されている。その結果、光学体の露出しているすべての外面は保護層により完全に覆われている。完全な包囲とはこの関連で、保護層から自由であり、自由に接近可能な領域が光学体の表面に存在しないこととも言える。特に、光学体の放射通過面だけが保護層で覆われているのではなく、例えば放射通過面を互いに結合する面も保護層で覆われている。つまり、光学体全体が保護層により包囲されていることが可能である。その結果、光学体の、保護層により覆われていない面は存在しない。有利には、保護層はその際、直接光学体に被着されている。すなわち、保護層はその際、例えば直接、光学体を成しているプラスチック材料に、別の材料が光学体と保護層との間に配置されていることなく被着されている。

光学的な素子の少なくとも１つの実施形態では、保護層が酸化ケイ素を含有している。このことは、保護層がケイ素の酸化物を含有していることを意味している。有利には、保護層は酸化ケイ素から成る。

光学的な素子の少なくとも１つの実施形態では、光学的な素子が、プラスチック材料を含有する光学体を有しており、この場合、光学体が完全に、酸化ケイ素を含有する保護層により包囲されている。その際、光学体の他に、光学的な素子の別のコンポーネント、例えば光学体のためのホルダが、保護層により完全に包囲されていることが可能である。極端な事例では、光学的な素子全体が保護層により完全に包囲されていることができる。保護層はその際、有利には直接光学体もしくは光学的な素子に被着されている。

光学的な素子の少なくとも１つの実施形態では、光学体が熱可塑性樹脂材料から成っている。有利にはその際、光学的な素子全体が熱可塑性樹脂材料から成っていることができる。光学的な素子はその際、単数または複数の部分から形成されていることができる。例えば、光学体を形成しているまたは光学体に含有されているプラスチックは、以下に挙げる材料のうちの１つ、すなわちＰＭＭＡ、ＰＭＭＩ、ＰＣ、ＣＯＣ、ＣＯＰ、高温ＰＣ（Ｈｏｃｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒ−ＰＣ）である。

光学的な素子の少なくとも１つの実施形態では、光学体を被層している保護層は、二酸化ケイ素から成っている。二酸化ケイ素は、光学体のプラスチックへの良好な付着強度および高い化学的ならびに物理的な耐性に基づいて、保護層のための材料として特によく適している。

光学的な素子の少なくとも１つの実施形態では、保護層が、光学体により光学的に影響を及ぼしたい電磁放射の波長よりも小さな厚さを有している。光学的な素子が例えば光電子的な構成素子内で使用され、所定の波長または所定の波長領域の可視光のビーム成形のために設けられているとき、保護層の厚さは有利にはこの光の波長よりも小さい。

保護層は有利には均等な厚さを有している。その際、厚さは有利には最大１０％の分だけ厚さの平均値から変動する。

光学的な素子の少なくとも１つの実施形態では、保護層の厚さが最大４００ｎｍである。光学的な素子はその際、特に良好に、可視光に光学的に影響を及ぼすために適している。

光学的な素子の少なくとも１つの実施形態では、保護層が、光学体内への湿分の侵入を防止する拡散バリアとして設けられている。すなわち、保護層は、光学体内への湿分の侵入を妨げるまたは完全に阻止するために適している。

光学的な素子の少なくとも１つの実施形態では、保護層が、光学体内への雰囲気ガスの侵入を防止する拡散バリアとして設けられている。すなわち、保護層は、光学体内への雰囲気ガスの侵入を妨げるまたは完全に阻止するために適している。

光学的な素子の少なくとも１つの実施形態では、保護層が光学体の耐熱性を改善する。このことはとりわけ、保護層が光学体内への湿分の侵入を妨げるまたは阻止することにより達成されている。これにより、光学体が１００℃を超える高温時にも安定かつ機械的に堅固に保たれ、その形状を維持することが可能である。

少なくとも１つの実施形態では、保護層が、プラズマにより支援されたコーティング法、例えばプラズマ化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）により光学体に被着されている。プラズマにより支援されたコーティング法は、均等な厚さの膜が光学体に、比較的低いコーティング温度で被着され得る、特に材料に優しい方法である。

光学的な素子の少なくとも１つの実施形態では、光学的な素子の光学体が、光学体を通過する電磁放射に、以下に挙げる少なくとも１つの形式で光学的に影響を及ぼすために適している：反射、屈折、回折、透過。光学的な素子は例えば屈折レンズ、回折レンズ、光導波路または光学的な集光器であり得る。

さらに光電子的な構成素子が提供される。光電子的な構成素子の少なくとも１つの実施形態では、構成素子が、放射発生または放射検出のために設けられている少なくとも１つの光電子的な半導体チップを有している。半導体チップは例えばレーザダイオードチップまたは発光ダイオードチップのようなルミネセンスダイオードチップである。さらに、光電子的な半導体チップは光検出器チップであってもよい。さらに、光電子的な半導体チップは有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）であってもよい。

光電子的な半導体チップには有利には少なくとも１つの光学的な素子、例えば先行の実施形態のいずれか１つとの関連で説明した光学的な素子が、光電子的な半導体チップにより運転中に発生または検出される放射の少なくとも一部が光学的な素子の光学体を通過するように対応配置されている。有利には、通過する電磁放射の少なくとも一部がその際、光学的に影響される。

光電子的な構成素子の少なくとも１つの実施形態では、光学的な素子の光学体が、光電子的な構成素子の運転中、少なくとも部分的に少なくとも１２０℃の温度に加熱される。そのような加熱は、例えば光電子的な半導体チップの発熱に基づいて、光電子的な構成素子の運転中に発生し得る。光学的な素子は特に保護層に基づいて、この種の温度負荷に持続的に損傷を被ることなく耐えるために適している。

以下に、ここで説明する光学的な素子ならびにここで説明する光電子的な構成素子について、実施例および所属の図面を参照しながらより詳細に説明する。

実施例および図面において、同一であるかまたは同じ機能を有する構成部分には、それぞれ同一の符号を付した。図示の部材は正しい尺度で描写されているというよりは、むしろ個々の部材はよりよい理解ために大きく誇張されて描写されている。

図１は、ここで説明する光学的な素子１の第１の実施例を概略的な斜視図で示している。この光学的な素子は屈折レンズである。光学的な素子１は１つの光学体（Ｏｐｔｉｋｋｏｅｒｐｅｒ）２を有している。光学体２は熱可塑性樹脂材料から成っている。光学体２は屈折レンズを形成する。光学体２にはホルダ４が接続されている。ホルダ４は光学体２と同じ材料から成っており、有利には光学体２と一体的に製作かつ形成されている。ホルダ４はそれぞれ嵌合ピン５を有している。嵌合ピン５により、光学的な素子は、例えばプレスばめにより、機械的に担体に固定され得る。

光学的な素子１の少なくとも光学体２は、保護層３により被層されている。保護層３は光学体２を完全に包囲する。保護層３は二酸化ケイ素から成っており、光学体を湿分および雰囲気ガスから保護するために設けられている。

図２は、ここで説明する光学的な素子１の第２の実施例を概略的な斜視図で示している。光学的な素子１は多数の光学体２を有している。光学体２は、角錐台形の形式で形成されている光学的な集光器を形成している。各光学的な集光器は、レンズとして役立つ湾曲した光出射面で終わっている。光学的な素子１の少なくとも光学体２は、二酸化ケイ素から成る保護層３により被層されている。

光学体２はホルダ４と一体的に形成されている。ホルダ４は、光学的な素子１を担体に固定するための嵌合ピン５を有している。ホルダ４と光学体２とは例えば１回の射出成形法またはトランスファ成形法により一緒に製作されている。

図３Ａは、光学的な素子１の第３の実施例を概略的な斜視図で示している。

図３Ｂは、図３Ａに示した光学的な素子１の光学体２を概略的な断面図で示している。

光学的な素子１はホルダ４を有している。ホルダ４は嵌合ピン５を有している。嵌合ピン５により、光学的な素子１は機械的に担体に固定され得る。光学的な素子１はさらに光学体２を有している。光学体２とホルダ４とは一体的に形成されていてもよいし、光学体２とホルダ４とは互いに別個に製作され、事後的にまとめられてもよい。

図３に示した実施例では、光学的な素子全体、すなわちホルダ４および光学体２が、二酸化ケイ素から成る保護層３により被層されている。

光学体２は少なくとも部分的に、以下に挙げる光学的な基本素子の一形式にしたがって形成されていてもよい：複合放物面集光器（ＣＰＣ−Ｃｏｍｐｏｕｎｄ Ｐａｒａｂｏｌｉｃ Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｏｒ）、複合楕円面集光器（ＣＥＣ−Ｃｏｍｐｏｕｎｄ Ｅｌｌｉｐｔｉｃ Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｏｒ）、複合双曲面集光器（ＣＨＣ−Ｃｏｍｐｏｕｎｄ Ｈｙｐｅｒｂｏｌｉｃ Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｏｒ）。光学体の側面はその場合、少なくとも部分的にこれらの光学的な基本素子の一形式にしたがって形成されている。さらに、光学体は少なくとも部分的に、光源に向かってテーパを成す円錐台または角錐台の形式で成形されていることができる。

図３Ｂの断面図から見て取れるように、保護層３は最高４００ｎｍの均等な厚さＤを有している。有利には、厚さＤはその際少なくとも２０ｎｍである。こうして、保護層がその保護機能を果たすことが保証されている。

図４は、ここで説明する光電子的な構成素子の一実施例を概略的な斜視図で示している。光電子的な構成素子は接続担体６を有している。接続担体６は例えばメタルコア基板（Ｍｅｔａｌｌｋｅｒｎｐｌａｔｉｎｅ）である。接続担体６にはコンタクト箇所８が形成されており、コンタクト箇所８により、光電子的な構成素子は外部から電気的にコンタクト形成され得る。このために差込接続部７が設けられている。さらに、光電子的な構成素子はセラミックス製の担体９を有しており、担体９には、複数の発光ダイオードチップ１０が配置されている。発光ダイオードチップ１０にはビーム方向で光学的な素子１、例えば図１、図２、図３Ａおよび図３Ｂとの関連で説明したような光学的な素子１が後置されている。光学的な素子１は完全に、二酸化ケイ素から成る保護層３により包囲されている。

発光ダイオードチップ１０の運転中に発せられる熱により、光学的な素子１は少なくとも部分的に、有利には完全に少なくとも１２０℃の温度に加熱される。保護層３に基づいて、光学体２は、加熱にもかかわらず、保護層３がないときに生じるような光学体２の軟化および／または変形が生じることがないような温度安定性である。

本発明は実施例の説明により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特徴のあらゆる組み合わせ、特に特許請求の範囲に記載された特徴のあらゆる組み合わせを、仮にこれらの特徴またはこれらの組み合わせ自体が特許請求の範囲または実施例に明示されていないとしても包含している。

この特許出願はＤＥ１０２００６０４５７０４．８の優先権を主張するものであり、その開示内容はこの記載をもって本明細書に引用したものとする。

ここで説明する光学的な素子の第１の実施例の概略斜視図である。 ここで説明する光学的な素子の第２の実施例の概略斜視図である。 光学的な素子の第３の実施例の概略的な斜視図である。 図３Ａに示した光学的な素子の光学体の概略断面図である。 ここで説明する光電子的な構成素子の一実施例の概略斜視図である。

符号の説明

１ 光学的な素子
２ 光学体
３ 保護層
４ ホルダ
５ 嵌合ピン
６ 接続担体
７ 差込接続部
８ コンタクト箇所
９ 担体
１０ 発光ダイオードチップ
Ｄ 厚さ

Claims (13)

1. 光学的な素子（１）において、
   プラスチック材料を含有する光学体（２）が設けられており、
   該光学体（２）が完全に、酸化ケイ素を含有する保護層（３）により包囲されている
   ことを特徴とする光学的な素子。
2. 保護層（３）が直接光学体（２）に、別の材料が光学体（２）と保護層（３）との間に介在することなく被着されている、請求項１記載の光学的な素子。
3. 光学体（２）が熱可塑性樹脂材料から成っている、請求項１または２記載の光学的な素子。
4. 保護層（３）が二酸化ケイ素から成っている、請求項１から３までのいずれか１項記載の光学的な素子。
5. 保護層（３）が、光学体（２）により光学的に影響を及ぼしたい電磁放射の波長よりも小さな厚さ（Ｄ）を有している、請求項１から４までのいずれか１項記載の光学的な素子。
6. 保護層（３）が、最高４００ｎｍの厚さ（Ｄ）を有している、請求項１から５までのいずれか１項記載の光学的な素子。
7. 保護層（３）が、光学体（２）内への湿分の侵入を防止する拡散バリアとして設けられている、請求項１から６までのいずれか１項記載の光学的な素子。
8. 保護層（３）が、光学体（２）内への雰囲気ガスの侵入を防止する拡散バリアとして設けられている、請求項１から７までのいずれか１項記載の光学的な素子。
9. 保護層（３）が光学体（２）の耐熱性を高める、請求項１から８までのいずれか１項記載の光学的な素子。
10. 保護層（３）が、プラズマにより支援されたコーティング法により光学体（２）に被着されている、請求項１から９までのいずれか１項記載の光学的な素子。
11. 光学体（２）が、光学体（２）を通過する電磁放射に、以下に挙げる少なくとも１つの形式で光学的に影響を及ぼす：反射、屈折、回折、透過、請求項１から１０までのいずれか１項記載の光学的な素子。
12. 光電子的な構成素子において、
    放射発生または放射検出のために設けられている少なくとも１つの光電子的な半導体チップ（１０）と、
    請求項１から１１までのいずれか１項記載の光学的な素子（１）とが設けられており、
    該光学的な素子（１）が少なくとも１つの光電子的な半導体チップ（１０）に以下のように対応配置されている、すなわち、光電子的な半導体チップ（１０）により運転中に発生または検出される電磁放射の少なくとも一部が光学的な素子（１）の光学体（２）を通過するように対応配置されている
    ことを特徴とする、光学的な素子を備えた光電子的な構成素子。
13. 光学体（２）が構成素子の運転中少なくとも１２０℃の温度に加熱される、請求項１２記載の光電子的な構成素子。

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