JP2009510741A - オプトエレクトロニクス構成素子を製造する方法及び電磁ビームを放出するオプトエレクトロニクス構成素子 - Google Patents

Abstract

本発明は、ケーシングと、該ケーシング内に配設され有効ビームを放射する発光ダイオードチップ（１）とを有するオプトエレクトロニクス構成素子に関する。前記ケーシングは有効ビームに対して透過的な材料（５）を有しており、この材料（５）には放射される有効ビームの所定の放射強度または光度の設定のためにビーム吸収性粒子（６）が所期の割合で混合される。このビーム吸収性粒子（６）により放射強度又は光度が所定の値だけ低減され、構成素子に対する所定の放射強度または光度が設定される。本発明ではこの種のオプトエレクトロニクス構成素子の製造方法も提案されている。

Description

本願は、ドイツ連邦共和国特許出願第102006004397.9.号および102005047062.9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含まれるものとする。

本発明は、請求項１の上位概念に記載されたオプトエレクトロニクス構成素子並びにこの形式のオプトエレクトロニクス構成素子を製造する方法に関する。

背景技術
光を放射するオプトエレクトロニクス構成素子は例えば米国特許出願US5,040,868号明細書から公知である。この構成素子は、導体フレームの２つの電気的な導体路を取り囲むケーシング基体と切欠きを有しており、この切欠きには電磁ビームを放射する発光ダイオードチップが導電的かつ機械的に取付けられている。この切欠きはビーム透過性の注型材料で成形されており、それによって発光ダイオードチップからの電磁ビームの出力結合を改善すると共に発光ダイオードチップを外的影響から保護している。

この種の構成素子に利用される発光ダイオードチップは、その製造過程においては所定の製造許容誤差の変動下におかれ、これは同タイプの基準半導体チップの作動中の輝度における変動に頻繁に結び付く。異なるエピタキシャルプロセス経過で製造されたウエハも、１つのプロセス経過において同時に製造された種々のウエハも、この種の製造許容誤差のもとにあり、これには特にエピタキシャルプロセスとドーピングプロセスのもとでの変動が含まれている。

ここで本発明の課題は、技術的にも容易な形式で製造が可能でかつ所定の放射強度または光度も伴う冒頭に述べたような形式のオプトエレクトロニクス構成素子を提供することである。さらにそのようなオプトエレクトロニクス構成素子の製造方法も課題の１つである。

この課題は、独立請求項の特徴部分に記載されているオプトエレクトロニクス構成素子若しくはその製造方法により解決される。この構成素子の有利な実施形態と発展形態は従属請求項にも記載されている。

ここではケーシングと、該ケーシング内に配設され電磁的有効ビームを放射する発光ダイオードチップとを供えたオプトエレクトロニクス構成素子が提案されている。このケーシングは有効ビームに対して透過的なケーシング材料を有している。このケーシング材料には、放射される有効ビームの所定の放射強度または光度を設定すべくビーム吸収性粒子が所期のように混合される。

有効ビームの波長スペクトルは有利には人間の肉眼にとって可視のスペクトル領域を含んでいる。相応にビーム吸収性の粒子によって有利にはオプトエレクトロニクス構成素子から放射される有効光の光度が設定される。

前述した"ビーム吸収性の粒子"とは、本願との関係においては次のような非発光物質と理解されたい。すなわち発光ダイオードチップから放射された第１の波長領域のビームを吸収し、このビームによって第１の波長領域とは異なる第２の波長領域の電磁ビームを放射すべく励起される、非発光物質である。換言すればこのビーム吸収性の粒子は、構成素子の電磁的な有効ビームを吸収した時には光ビームを再放射しない。それに対してこのビーム吸収性の粒子は有効ビームを吸収するだけでなくその一部は散乱させる。

またこのビーム吸収性の粒子によれば、オプトエレクトロニクス構成素子の作動中に放射される放射強度ないし光度が技術的に簡単な形式で所期のように低減される。それに伴うオプトエレクトロニクス構成素子の効率の低下は、使用する発光ダイオードチップ毎にばらつきのある放射強度ないし光度に依存することなく構成素子の放射強度ないし光度を正確に設定する上でも許容範囲内である。

さらに発光ダイオードチップの準備されるオプトエレクトロニクス構成素子の製造のための方法が提案される。この発光ダイオードチップからその作動中に放射される放射強度ないし光度が測定される。有効ビームに対して透過的でビーム吸収性の粒子が混合される準備材料の場合には、当該構成素子の達成すべき放射強度または光度を設定するために、ビーム吸収性の粒子の濃度が測定される放射強度または光度に依存して所期のように選択される。さらなる方法ステップにおいては、有効ビームに対して透過的な材料が発光ダイオードチップからその作動中に放射される電磁ビームのビームパス内に配設される。

この材料は有利には硬化可能な材料であり、その材料内には未硬化状態においてビーム吸収性の粒子が混合される。達成すべき輝度の設定、すなわち構成素子の放射強度ないし光度の設定は、前述した方法をと共に発光ダイオードチップから放射される放射強度又は光度の測定と、測定結果に依存したビーム吸収性粒子濃度の選択を必要とする。このことは技術的に容易な形式での実施を可能にしかつ非常に正確な輝度設定を可能にしている。

ビーム吸収性の粒子は有効ビームの全波長スペクトルに対して吸収的である利点を伴っている。さらに付加的に又は代替的にビーム吸収性粒子は有利には発光ダイオードチップからその作動中に放射されるビームの全波長スペクトルに対して吸収的である。特に有利にはビーム吸収性粒子の吸収係数は有効ビームのスペクトル全体において１０％未満しか変化しない。特に関連する波長領域の粒子は吸収において無視できる程度の波長依存性しか有さない。それにより構成素子の輝度は、有効ビームの放射スペクトルを特に損なうことなく低減可能となる。

前記構成素子のさらに有利な実施形態によれば、有効ビームに対して透過的ケーシング材料は少なくとも１つの発光物質を有する。このケースにおいてもビーム吸収性粒子を用いた輝度の正確な設定が可能であることが確認されている。

特に有利には、ビーム吸収性粒子が煤を有している。この煤は一般的には燃焼過程のもとでの副産物として知られている。さらにこの煤はカーボンブラックとして工業用に生産され、着色材や、特に強化用の充填材として自動車のタイヤにも用いられている。カーボンブラックは通常はその吸収特性において比較的強い波長依存性を有し、このことは特に可視光に対しても当てはまる。しかしながら所定の形態のカーボンブラックがその吸収特性において特に可視光波長領域において非常に僅かな波長依存性しか有していないことも確認されている。

カーボンブラックは様々な所定の技術的特性を伴って生産される。カーボンブラックは多数の一次粒子の集まりからなる一次凝集体構造の形態で存在する。ビーム吸収性粒子としての利用に対しては、一次粒子サイズが特に小さなカーボンブラックが適している。さらに有利にはコンパクトな一次凝集体構造を有する工業用カーボンブラックが利用される。この種のカーボンブラックは特に「低ストラクチャーカーボンブラック（ＬＳＣＢ）」とも称される。この一次凝集体の平均的な広がりは有利には１μｍ以下である。

ビーム吸収性粒子は構成素子の有利な実施形態によれば導電性である。それにより、導電性粒子に基づく短絡の危険性を生じさせることなく、有効ビームに対して透過的なケーシング材料を直接発光ダイオードチップに当接させることが可能となる。つまり導電性の粒子を代替的に使用することも可能である。この導電整流子の濃度がケーシング材料において僅かであるならば、短絡発生のリスクも十分に回避され得る。その際の最大濃度は一次凝集体のサイズに依存する。通常のカーボン粒子に比べて僅かな一次凝集体サイズを有する"ＬＳＣＢ"を用いれば、短絡発生のリスクの確率は同じまま、より高い濃度で用いることが可能となる。

一般にビーム吸収性粒子は１００ｎｍ以下の平均粒子直径を有している（粒子手段）。この種の小型の粒子はケーシング材料内で特に良好に拡散できる。カーボンの場合には二次凝集体の一次粒子は有利にはそのように僅かな平均粒子直径を有している。

有効ビームに対して透過的なケーシング材料は有利には注型材料またはプレス材料を有している。この種の材料を用いればケーシング部分を任意の形態と寸法で製造できる。注型材料は注型プロセスにおいて、または例えば射出成形法において成形が可能である。プレス材料は射出成形法において処理が可能である。

有利な実施形態によれば、有効ビームに対して透過的ケーシング材料は、エポキシ樹脂、アクリラート、シリコーン、熱可塑性樹脂のグループからなる材料の少なくとも１つとこれらの材料の少なくとも１つを有するハイブリッド材料を含んでいる。

さらに別の有利な実施形態によれば、発光ダイオードチップが有効ビームに対して透過的なケーシング材料を用いてカプセル化若しくは再形成される。特にこのケーシング材料は発光ダイオードチップに直接当接させることが可能である。

別の有利な実施形態によれば、当該構成素子がケーシング空胴を伴うケーシング基体を有し、その中に発光ダイオードチップが設けられている。このケーシング空胴は有効ビームに対して透過的なケーシング材料で少なくとも部分的に充填される。ケーシング空胴の充填は有利には有効ビームに対して透過的な材料を用いた注型によって行われる。

前記構成素子のさらに別の有利な実施形態によれば、当該構成素子が外面を備えたケーシング体を有している。有効ビームに対して透過的なケーシング材料は少なくともこのケーシング体の外面に被着される。

有利には前記ケーシング体の外面に被着されるケーシング材料は薄膜の形態であってもよい。この薄膜は例えば積層によってまたは接着剤を用いてケーシング体の外面に固定される。さらに有利にはこの薄膜が一定の厚さを有する。有利には前記薄膜はフレキシブルに構成されている。代替的に前記薄膜の厚みは可変であってもよい。このことは例えば一定の厚さを備えた薄膜が所期のように構造化されることで実施されてもよい。

さらに付加的若しくは代替的に、薄膜をビーム吸収性粒子が混合されるケーシング材料として利用することも可能である。

その外面にカバー材料を備え、該カバー材料に発光ダイオードチップから放射される有効ビームの所定の放射強度または光度を設定すべくビーム吸収性粒子が所期のように混合されている発光ダイオードチップも提案される。このカバー材料は有利には発光ダイオードチップに直接被着される。特に有利にはこのカバー材料が薄膜形態で存在する。この薄膜は例えば積層によってまたは接着剤を用いて発光ダイオードチップの外面に固定される。このことは有利にはウエハ結合体で行われてもよい（つまり複数の発光ダイオードチップが共通の結合体から個別に分離される前）。

以下の明細書において図１〜図１２に基づいて説明される実施例からは、本発明による構成素子及び方法のさらなる利点、有利な実施形態及び改善構成が明らかとなる。ここで、
図１には本発明によるオプトエレクトロニクス構成素子の第１実施例の概略的な断面図が示されており、
図２には本発明によるオプトエレクトロニクス構成素子の第２実施例の概略的な断面図が示されており、
図３には本発明によるオプトエレクトロニクス構成素子の第３実施例の概略的な断面図が示されており、
図４は、異なる発光ダイオードチップを供えた構成素子からの最大発光波長がビーム吸収性粒子の濃度に依存してグラフ状にプロットされた図であり、
図５は、様々な発光ダイオードチップを供えた構成素子からの定格光度がビーム吸収性粒子の濃度に依存してグラフ状にプロットされた図であり、
図６は、異なる発光ダイオードチップを供えた構成素子からの定格光束がビーム吸収性粒子の濃度に依存してグラフ状にプロットされた図であり、
図７は、構成素子の定格輝度がＣＩＥ表色系の生じ得るｘ値に依存して、ビーム吸収性粒子の混ぜられたケーシング材料内の発光物質の種々異なる濃度毎にグラフ状に表された図であり、
図８は、構成素子の定格光束がＣＩＥ表色系の生じ得るｘ値に依存して、ビーム吸収性粒子の混ぜられたケーシング材料内の発光物質の種々異なる濃度毎にグラフ状に表された図であり、
図９はビーム吸収性粒子の混ぜられたケーシング材料内に発光物質を有する構成素子の定格光度がビーム吸収性粒子の濃度に依存してグラフ状に表された図であり、
図１０はビーム吸収性粒子の混ぜられたケーシング材料内に発光物質を有する構成素子の定格光束がビーム吸収性粒子の濃度に依存してグラフ状に表された図であり、
図１１には本発明によるオプトエレクトロニクス構成素子の第４実施例の概略的な断面図が示されており、
図１２には本発明によるオプトエレクトロニクス構成素子の第５実施例の概略的な断面図が示されている。

実施例
実施例および図面において、同じ構成要素または同機能の構成要素にはそれぞれ同じ参照符号を付してある。なお図示されている構成要素ならびにこれらの構成要素相互間の大きさの割合は必ずしも縮尺通りではない。むしろ図面における細部の幾つかは分かり易くするために拡大して強調されている。

図１に示されているオプトエレクトロニクス構成素子においては発光ダイオードチップ１が導電性の結合手段、例えば金属性の蝋付けまたは接着剤を用いて裏側コンタクト１１と共に導体フレームの第１の電気的端子２に固定されている。前記発光ダイオードチップ１は裏側コンタクト１１とは反対側に表側コンタクト１２を有しており、この表側コンタクト１２はボンディングワイヤ１４を用いて導体フレームの第２の電気的端子３と導電的に接続されている。

発光ダイオードチップ１の開放されている表面とボンディングワイヤ１４並びに電気的端子２，３の一部領域は、ケーシング材料５によって直接包み込まれている。このケーシング材料は発光ダイオードチップ１からその作動中に放射される電磁的ビームに対して透過的である。このケーシング材料５は例えば８０ｗｔ％以上のエポキシ樹脂を含む注型材料である。さらにこの注型材料には添加剤、例えばジエチレングリコールモノエーテルおよびテゴプレンTegopren 6875-45およびアエロジル２００を添加することができる。

代替的にまたは付加的に前記ケーシング材料５は例えば少なくとも１つのハイブリッド材料を有する。このハイブリッド材料を用いれば、様々な材料のポジティブな特性を互いに組み合わせることが可能となる。これにより、例えば材料の不利な特性を弱めるかまたは取り除くことができる。例えばポリマーハイブリッド材料が利用され得る。ハイブリッド材料として、例えばシリコーン、変更されたエポキシ樹脂が考慮の対象となり、これは紫外線光が作用したときに慣用のエポキシ樹脂よりも僅かにしか老化せず、他の点では実質的に慣用のエポキシ樹脂のポジティブな物理特性を有している。さらに、少なくともエポキシ樹脂と少なくともシリコーンを互いに混合することも可能である。例えばUS 2002/0192477 A1またはUS 2005/0129957 A1にはこの種の適切なハイブリッド材料に関する例が示されており、それらの開示内容を本願の参考文献とする。

また、シリコーンとアクリラートまたはシリコーンとアクリラートおよびエポキシ樹脂を組み合わせることもできる。もちろんハイブリッド材料を何も用いずに、例えばアクリラート、シリコーンまたは熱可塑性プラスチックをケーシング材料５の構成材料として用いることも可能である。

ケーシング材料、すなわち注型材料５にはビーム吸収性粒子６が混合される。例えばここでは技術的に所定の特性を備えた工業用に製造されるカーボンブラックが挙げられる。このカーボン粒子は共通の一次凝集体構造を形成する多数の一次粒子から合成される。この一次凝集体構造は有利には可及的にコンパクトである。この一次粒子は、１００ｎｍ以下の平均直径を有している。例えばこの平均直径は５０〜６０ｎｍである。この平均直径とは、測定された直径の微粒子と理解されたい。この一次凝集体は、１μｍ以下の平均直径を有している。適切な工業用カーボンブラックとしては例えばデグサ（株）社で製造されている市販の"Ｐｒｉｎｔｅｘ ２５（登録商標）"が挙げられる。これはコンパクトな一次凝集体構造を有しているいわゆる「低ストラクチャーカーボンブラック（ＬＳＣＢ）」のことである。

一次粒子及び一次凝集体の粒子サイズは様々な手法で定めることが可能である。これらの両方のサイズは例えば透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いて定めることが可能であり、このことは非常に有利となる。この一次凝集体サイズは、たとえば散乱光の強度測定によって求めることも可能である。一次粒子サイズの規定に対しては例えば微分型電気移動度測定装置（ＤＭＡ）が適しており、この装置は通常は空気中に浮遊する微粒子（エアロゾル）やナノ粒子の粒径を計測する装置である。関連する粒子直径を求めるためのこの種の測定手法並びにその他の可能な測定手法は当業者にとっては公知である。

例えば長く延在する一次凝集体構造とは異なってコンパクトな凝集体構造はそれが混合される材料の導電性に僅かな影響しか与えないという利点を有する。ここで次のような検査データが存在する。すなわち"低ストラクチャーカーボンブラック（ＬＳＣＢ；low structure carbon black）"粒子がいわゆる"高ストラクチャーカーボンブラック（ＨＳＣＢ；High structure carbon black）"よりも４倍高い体積濃度で初めて非導通状態から導通状態へ移行を開始するというデータである。すなわちＬＳＣＢ粒子の場合にはこの移行（非導通状態から導通状態への）が例えば約４０ｖｏｌ％の体積濃度から開始され、それに対してＨＳＣＢ粒子の場合には既に１０ｖｏｌ％の体積濃度で開始され得るということである。この移行は塩分が含有されている場合にはさらに低い濃度の方へずれる。

頻繁にカーボン一次凝集体からは二次凝集体が形成され、これは数μｍ〜数十μｍのオーダーのサイズを有し得る。この種の二次凝集体は可及的に避けられるべきである。未硬化状態の注型材料へのカーボン粒子の混合の際にはこれらが回転混合を用いて（これは非常に高速で作動される）均質に処理される。このような処理プロセスのもとでは高い剪断力が発生し、これは場合によっては二次凝集体の大半を破断せしめかねない。

ビーム吸収性粒子６は例えば０.０１ｗｔ％の最大濃度で注型材料内に混合され、このことは約０.０３ｖｏｌ％の体積濃度に相応する。

図２に示されている構成素子の実施例は前述の図１に基づいて説明してきた実施例と次の点で異なっている。すなわち発光ダイオードチップ１、ボンディングワイヤ１４並びに電気的端子２，３の一部領域が吸収性粒子６の混合されていないビーム透過性の内部ケーシング材料１５によって取り囲まれている点である。この内部ケーシング材料１５は例えば発光ダイオード技術において慣用的に使用されるエポキシ樹脂、シリコーン樹脂またはアクリル樹脂から成り、あるいは例えば無機ガラスといった他の放射透過性材料から成る。

この内部ケーシング材料１５にビーム吸収性粒子６の混合されるケーシング材料５が被着される。このケーシング材料５は、例えば内部ケーシング材料１５の表面全体を覆う層ないし薄膜４の形態で存在している。同様に、層４がこの表面の部分領域のみを覆うようにすることも可能である。このケーシング材料５とビーム吸収性粒子は、前述の図１に示されている実施例に関連して説明してきたように処理されてもよい。

図２に示されている実施例に対しては代替的に、発光ダイオードチップ１を直接カプセル状に包み込むケーシング部分にビーム吸収性粒子６を混合させ、それにビーム吸収性粒子６の混合されていない透過性ケーシング材料を被着させることも可能である。この種の代替的な構成は例えば以下の明細書で図１２に基づいて説明する実施例においても可能である。

図３に示されているオプトエレクトロニクス構成素子の実施例は切欠き９を備えたケーシング基体８を有している。発光ダイオードチップ１はこの切欠き内で導体フレームの第１の電気的端子２に被着されている。前述の図１及び図２に基づいて説明した実施例のように、発光ダイオードチップ１の裏側コンタクト１１は導体フレームの第１の電気的端子２に導電的に接続され、発光ダイオードチップ１の表側コンタクト１２は導体フレームの第２の電気的端子３に導電的に接続される。

ケーシング基体８は例えば射出成形によって形成されており、この過程は発光ダイオードチップの取付け前に実施可能である。このケーシング基体は例えば光透過性のプラスチックからなる。切欠き９はその形態に関連して発光ダイオードチップ１からその作動中に放射される電磁ビームに対する反射器として構成される。

切欠き９には、当該構成素子から放射される有効ビームに対して透過的なケーシング材料５が充填される。このケーシング材料は特に均質に混合されたビーム吸収性粒子６を有している。このケーシング材料５とビーム吸収性粒子は、前述の図１及び図２に示されている実施例に関連して説明してきたように処理され得る。

構成素子から放射される有効ビームは例えば専ら発光ダイオードチップから放射されるビームである。しかしながら代替的にこの電磁ビームは少なくとも１つの発光物質を用いて異なる波長領域のビームに変換することも可能である。例えば前記発光物質をビーム吸収性粒子６と一緒に当該構成素子の有効ビームに対して透過的な材料５内に混合させてもよい。発光ダイオードチップ１から放射される有効ビームのビームパス内の発光物質の濃度が十分に高い場合には、このビームの完全な変換も可能となる。

発光ダイオードチップ１は例えばＵＶ領域の電磁ビームを放射する。このビームは例えば１つまたは複数の発光物質を用いて可視光に変換される。代替的に発光ダイオードチップ１は例えば青色光を放射する。この青色光は発光物質を用いて例えば部分的に黄色光に変換可能である。それにより青色光と黄色光の混合によって所定の選定された混合比のもとで白色光が生成され得る。

これらの発光物質としては基本的にＬＥＤ分野で使用されている公知の全ての発光物質が適する。こうした発光物質の混合の例として、独国特許出願第１００３６９４０号明細書の従来技術に開示されているクロロシリケート、国際公開第２０００／３３３９０号パンフレットの従来技術に開示されているオルトシリケート、硫化物、チオ金属、バナジン酸塩、米国特許出願第６６１６８６２号明細書の従来技術に開示されているアルミン酸塩、酸化物、ハロフォスフェート、独国特許出願第１０１４７０４０号明細書の従来技術に開示されている窒化物、サイオン、サイアロン、米国特許出願第２００４／０６２６９９号明細書の従来技術に開示されているガーネット、ＹＡＧ：Ｃｅなどの希土類およびアルカリ土類が挙げられる。

発光ダイオードチップは半導体層列７を有しており、この層列７は窒化物‐化合物半導体材料をベースにしている。前記窒化物‐化合物半導体材料は例えばＩｎ_xＡｌ_yＧａ_1-x-yＮただし０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，ｘ＋ｙ≦１である系から成る材料のように窒素を含む化合物半導体材料である。窒化物−化合物半導体材料をベースにしたビーム放射性の発光ダイオードチップのグループとしては特に次のような発光ダイオードチップ、すなわち半導体層列７が窒化物−化合物半導体材料系からなる材料を有する少なくとも１つの単独層を含んでいる発光ダイオードチップが挙げられる。

この半導体層は例えば慣用のｐｎ接合、ダブルヘテロ構造、単一量子井戸構造（ＳＱＷ構造）あるいは多重量子井戸構造（ＭＱＷ構造）を有し得る。この種の構造は当業者に周知であるので、ここではこれ以上詳細に説明しない。例えばそのような多重量子井戸構造の例としては、国際公開第０１／３９２８２号パンフレット、米国特許第５８３１２７７号明細書、米国出願第６１７２３８２号明細書及び米国特許第５６８４３０９号明細書に説明があり、これらの刊行物を本願の参考文献とする。

図４から図１０にグラフで示されている測定結果は前述の図３に基づいて説明した構成素子の形態で実施される構成素子に伴うものである。ここではビーム吸収性の粒子としてデグサ社の工業用カーボンブラック"Ｐｒｉｎｔｅｘ ２５（登録商標）"が用いられている。測定に対しては同じケーシング形態が４つ用いられており、しかしながらそれらの中には異なる発光スペクトルを有する異なる発光ダイオードチップ１が設けられている。

図４においては４つのタイプの構成素子ＬＥＤ１，ＬＥＤ２，ＬＥＤ３，ＬＥＤ４毎の最大発光波長がビーム吸収性粒子の濃度（ｃｏｎｃ）に依存して示されている。ここでの波長はｎｍ単位であり、濃度は重量パーセント（ｗｔ％）で表されている。

図４からは構成素子の最大発光がビーム吸収性粒子の０ｗｔ％〜０.０１ｗｔ％の濃度範囲において目立って変化していないことがわかる。第１の構成素子ＬＥＤ１の発光ダイオードチップは約６４０ｎｍの最大発光を有し、これは赤色光に相応している。第２の構成素子ＬＥＤ２に用いられている発光ダイオードチップの最大発光は約５７０ｎｍであり、これは黄緑色光に相応する。第３のオプトエレクトロニクス構成素子ＬＥＤ３からは約５６０ｎｍの最大発光を伴う緑色光が発光されている。第４のオプトエレクトロニクス構成素子ＬＥＤ４からは約４６０ｎｍの最大発光を伴う青色光が発光されている。

図５には４つのタイプの構成素子から発光された光度Ｉ_Vがビーム吸収性粒子の濃度に依存して示されている。この光度Ｉ_Vはそれぞれビーム吸収性粒子を有していない（ｃｏｎｃ＝０ｗｔ％の）構成素子から発光される光度Ｉ_V0に基づいて規格化されている。図６には相応に光束Φ_Vがビーム吸収性粒子の濃度に依存して示されている。

図５及び図６に示されているグラフからは、構成素子タイプＬＥＤ２，ＬＥＤ３，Ｌ３Ｄ４の光度Ｉ_Vも光束Φ_Vもほぼ同じ形態で吸収性粒子の増加と共に減少していることが見て取れる。これらの構成素子に対する測定点はその先端が下側に向いた三角形で象徴的に示されている。それに対して第１の構成素子ＬＥＤ１に対する測定結果は僅かな偏差を示している。このような吸収性粒子の増加に伴う光度Ｉ_Vと光束Φ_Vのおおまかな減衰経過は、それぞれ第２から第４の構成素子ＬＥＤ２，ＬＥＤ３，Ｌ３Ｄ４に相応している。いずれにせよ赤色発光する発光ダイオードを有する第１の構成素子ＬＥＤ１に対する光度Ｉ_V及び光束Φ_Vは総じて低減している。

図５及び図６においては相互に直線で結ばれるこれらの測定点の他にもそれぞれ２つの指数曲線が示されており、これらはそれぞれ構成素子ＬＥＤ１と、構成素子ＬＥＤ２〜ＬＥＤ４に対する測定点に適合化されている。

図７及び図８には第４の構成素子ＬＥＤ４（青色発光する発光ダイオードチップ）に対する光度ＩVと光束ΦVの測定結果が、当該構成素子から発光される色度に依存して示されている。この場合この色度はＣＩＥ表色系のｘ値で表されている。これらの図面には、ビーム吸収性粒子の４つの異なる濃度で実施されたそれぞれ４つの測定グループがプロットされている。構成素子の注型材料内にはさらに黄色の発光物質が混合されており、これは青色光によって励起され得る。ここではＣｅで活性化されるイットリウムアルミニウムガーネット、ＹＡＧ：Ｃｅである。

測定列内部では吸収粒子の濃度が一定であり、それに対して発光物質の濃度は変化している。吸収粒子濃度が０ｗｔ％である測定列においては約０.２３のＣＩＥ_ｘ値が発光物質含有量の増加と共に０.４１まで変化する。増加する発光物質濃度は図７及び図８のグラフ下方にそれぞれ"converter"の付された矢印によって表されている。それらの含有する吸収粒子の濃度が０.００５ｗｔ％、０.０１ｗｔ％、０.１ｗｔ％である他の測定列との比較において明らかなことは、ほぼ同じ発光物質濃度のもとで測定されたＣＩＥ_ｘ値の下方限界値と上方限界値がどちらもそれぞれ、より小さな値方向にシフトしていることである。

０.２〜２.５の間のＣＩＥ_ｘ値のもとで黄色光と青色光からなる混合光は結果として青色に輝く色調を有し、それに対して約０.４〜０.４５の間のＣＩＥ_ｘ値に対しては黄色の色成分が優勢である。０.３〜０.３５の間の範囲においては青色光と黄色光の混合光は総じて白色光となる。注型材料内へ発光物質粒子が混交されている構成素子への吸収粒子の添加の際には、結果として構成素子から発光される光の色印象のずれを避けるために、発光物質粒子の濃度が高められなければならない。

それにより変換材料を伴う構成素子の製造の際には、所定の光度設定のためにまずビーム吸収性粒子の濃度が、発光ダイオードチップの測定された放射強度または光度に依存して所期のように選択される。所望の色度の所期の設定に対しては、発光物質の濃度がビーム吸収性粒子の濃度に依存して所期のように選択される。

図９及び図１０には光度Ｉ_Vと光束Φ_Vが前記吸収性粒子の濃度に依存して示されている。ここでもその対象はそれぞれ一定に維持された濃度で発光物質粒子が注型材料に混合されている第４の構成素子タイプＬＥＤ４である。それらの測定結果が示していることは、発光物質を利用した場合にも構成素子からの放射強度ないし光度が連続的に設定可能なことである。

図１１及び図１２に示されている構成素子は前述の図３に基づいて説明した構成素子に類似したものである。唯一の違いはケーシング基体８の切欠き９がそれぞれビーム吸収性粒子の添加されていないケーシング材料１５で充填されている点である。この切欠き９は例えば当該切欠き９内に設けられたた発光ダイオードチップ１がケーシング材料１５によってカプセル化されるようにケーシング材料１５で充填されていてもよい。

図１１及び図１２に示されている構成素子の場合、ケーシング基体８とケーシング材料１５がケーシング体を形成している。このケーシング体の外面にはさらなるケーシング材料５が被着されている。このさらなるケーシング材料５は発光ダイオードチップ１からその作動中に発光される電磁ビームに対して透過的でかつビーム吸収性粒子６を含んでいる。このケーシング材料５とビーム吸収性粒子６は、基本的には前述の他の実施例と関連して説明してきたように処理されてもよい。

図１１に示されている構成素子の場合、ビーム吸収性粒子６を含んだケーシング材料５が、層状にケーシング体８，１５の外面に被着されている。構成素子の製造の際にはケーシング材料５は、ケーシング体８，１５の外面に被着される前に、例えば一定の厚みで予め製造された層の形態で準備されてもよい。この被着は例えば接着剤を用いて行われるか又は積層化によって行われる。また前記層状のケーシング材料５を、非平面的なケーシング体外面に被着し得る柔軟な薄膜として準備することも可能である。その薄膜は被着の後で、例えば硬化処理によってその柔軟性を解消させることも可能である。

非平面的な、すなわちフラットでない外面を有しているケーシング体８，１５は、例えば図１２に示されている。そのようなフラットでない外面には例えばビーム吸収性粒子６を伴って薄膜状に準備されたケーシング材料５が被着可能である。但しこの手段は図１２には示していない。図示の実施例においては切欠き９が部分的にケーシング材料１５で充填されている。ケーシング材料１５の外面は凹面状に湾曲しており、それによって舟形状またはバスタブ状のくぼみを形成している。このくぼみにはビーム吸収性粒子を含んだケーシング材料５が充填される。このくぼみの充填は例えばケーシング材料５を未硬化状態で準備し、ケーシング材料１５の外面によって形成されたくぼみへこの材料を注型し、それに続けて当該ケーシング材料５を硬化することによって行われてもよい。

図１２に示されている構成素子ではこのケーシング材料５は層状形態を有してはいるが、但し一定の厚みは有していない。ケーシング材料５は例えば構成素子の光軸領域において最大の厚みを有し、構成素子光軸からの距離が離れれば離れるほど厚みは小さくなっている。このような厚みの変化しているケーシング材料層５によれば、構成素子から放射される光度または放射強度だけでなく、構成素子の放射特性ないしビーム特性も所期のように設定できるようになる。ケーシング材料５の厚みの変化はもちろん基本的には任意であり、個々の具体的なケースにおける構成素子及び達成すべき放射特性に調整される。

さらに図１２に示されている実施例に対して代替的に、ケーシング材料層５の外側領域の厚みが中心領域よりも大きくなるようにすることも可能である。

さらに図１１及び図１２に基づいて説明した実施例においては、オプトエレクトロニクス構成素子をケーシング基体８から開放することも可能である。このことは例えば前述の図１及び図２に基づいて説明した構成素子におけるようなケーシングの構成を用いて実現することも可能である。

全ての実施例においては、例えばビーム吸収性粒子６の混合されるケーシング材料の利用に対して付加的若しくは代替的に、発光ダイオードチップにビーム吸収性粒子の混合された薄膜を設けることも可能である。この薄膜は例えばエポキシ樹脂を有するハイブリッド材料またはシリコーンを有している。ビーム吸収性粒子は既に前述した説明のように準備されてもよい。

なお本発明は上述のいくつかの実施例に基づいて説明をしてきたがこのことは本発明がこれらの実施例に限定されることを意味するものではない。それどころか本発明はあらゆる新規の特徴並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組み合わせも含まれる。このことはたとえそのような特徴又はそれらの組み合わせ自体が特許請求の範囲や実施例に明示的に記載されていなくても当てはまる。またカーボン以外にも基本的にビーム吸収性粒子としての利用に適したさらなる多くの材料が存在している。材料の適正は、構成素子から放射される有効ビームの放射スペクトルに依存し得る。

本発明によるオプトエレクトロニクス構成素子の第１実施例の概略的な断面図 本発明によるオプトエレクトロニクス構成素子の第２実施例の概略的な断面図 本発明によるオプトエレクトロニクス構成素子の第３実施例の概略的な断面図 異なる発光ダイオードチップを供えた構成素子からの最大発光波長がビーム吸収性粒子の濃度に依存してグラフ状にプロットされた図 様々な発光ダイオードチップを供えた構成素子からの定格光度がビーム吸収性粒子の濃度に依存してグラフ状にプロットされた図 異なる発光ダイオードチップを供えた構成素子からの定格光束がビーム吸収性粒子の濃度に依存してグラフ状にプロットされた図 構成素子の定格輝度がＣＩＥ表色系の生じ得るｘ値に依存して、ビーム吸収性粒子の混ぜられたケーシング材料内の発光物質の種々異なる濃度毎にグラフ状に表された図 構成素子の定格光束がＣＩＥ表色系の生じ得るｘ値に依存して、ビーム吸収性粒子の混ぜられたケーシング材料内の発光物質の種々異なる濃度毎にグラフ状に表された図 ビーム吸収性粒子の混ぜられたケーシング材料内に発光物質を有する構成素子の定格光度がビーム吸収性粒子の濃度に依存してグラフ状に表された図 ビーム吸収性粒子の混ぜられたケーシング材料内に発光物質を有する構成素子の定格光束がビーム吸収性粒子の濃度に依存してグラフ状に表された図 本発明によるオプトエレクトロニクス構成素子の第４実施例の概略的な断面図 本発明によるオプトエレクトロニクス構成素子の第５実施例の概略的な断面図

Claims (21)

1. 有効ビームを放射し、ケーシングと該ケーシング内に配設された発光ダイオードチップとを供えたオプトエレクトロニクス構成素子において、
   前記ケーシングが有効ビームに対して透過的なケーシング材料を有しており、該ケーシング材料に、放射される有効ビームの所定の放射強度または光度を設定すべくビーム吸収性の粒子が所期のように混合されていることを特徴とするオプトエレクトロニクス構成素子。
2. 前記ビーム吸収性粒子は有効ビームの全波長スペクトルに対して吸収的である、請求項１記載のオプトエレクトロニクス構成素子。
3. 前記ビーム吸収性粒子は発光ダイオードチップからその作動中に放射されるビームの全波長スペクトルに対して吸収的である、請求項１記載のオプトエレクトロニクス構成素子。
4. 有効ビームに対して透過的なケーシング材料は注型材料またはプレス材料を含んでいる、請求項１か３いずれか１項記載のオプトエレクトロニクス構成素子。
5. 有効ビームに対して透過的ケーシング材料は、エポキシ樹脂、アクリラート、シリコーン、熱可塑性樹脂のグループからなる材料の少なくとも１つとこれらの材料の少なくとも１つを有するハイブリッド材料を含んでいる、請求項１から４いずれか１項記載のオプトエレクトロニクス構成素子。
6. 発光ダイオードチップが有効ビームに対して透過的なケーシング材料を用いてカプセル化または成形されている、請求項１か５いずれか１項記載のオプトエレクトロニクス構成素子。
7. 有効ビームに対して透過的なケーシング材料は少なくとも１つの発光物質を有している、請求項１から６いずれか１項記載のオプトエレクトロニクス構成素子。
8. 前記ビーム吸収性粒子はカーボンを有している、請求項１から７いずれか１項記載のオプトエレクトロニクス素子。
9. 前記カーボンはコンパクトな一次凝集体構造を有する工業用カーボンブラック、すなわち低ストラクチャーカーボンブラック（ＬＳＣＢ）である、請求項８記載のオプトエレクトロニクス構成素子。
10. 前記ビーム吸収性粒子は、１００ｎｍ以下の平均粒子直径を有している、請求項１から９いずれか１項記載のオプトエレクトロニクス素子。
11. 前記ビーム吸収性粒子の吸収係数は有効ビームのスペクトル全体において１０％未満だけ変化する、請求項１から１０いずれか１項記載のオプトエレクトロニクス構成素子。
12. 前記構成素子はケーシング空胴を備えたケーシング基体を有しており、該ケーシング空胴内には発光ダイオードチップが設けられており、さらに前記ケーシング空胴は有効ビームに対して透過的なケーシング材料で少なくとも部分的に充填されている、請求項１から１１いずれか１項記載のオプトエレクトロニクス構成素子。
13. 前記構成素子は有効ビームに対して透過的なケーシング材料がその外面に被着されているケーシング体を有している、請求項１か１２いずれか１項記載のオプトエレクトロニクス構成素子。
14. 有効ビームに対して透過的なケーシング材料は薄膜の形態で前記ケーシング体の外面に被着されている、請求項１３記載のオプトエレクトロニクス構成素子。
15. 有効ビームを放射するオプトエレクトロニクス構成素子を製造するための方法において、
    発光ダイオードチップを準備するステップと、
    発光ダイオードチップから放射される放射強度または光度を測定するステップと、
    有効ビームに対して透過的でビーム吸収性粒子６の混合される材料を準備するステップと、
    材料中のビーム吸収性粒子の濃度を、発光ダイオードチップの測定された放射強度または光度に依存して、当該構成素子の達成すべき放射強度または光度を設定すべく所期のように選択するステップと、
    有効ビームに対して透過的な材料を発光ダイオードチップからその作動中に放射される電磁ビームのビームパス内に配設するステップとを有していることを特徴とする方法。
16. 前記発光ダイオードチップは有効ビームに対して透過的なケーシング材料を用いてカプセル化若しくは成形される、請求項１５記載の方法。
17. 有効ビームに対して透過的な材料が準備され、該透過的材料はビーム吸収性粒子の他に少なくとも１つの発光物質を有しており、前記材料中の発光物質の濃度は、ビーム吸収性粒子の選択された濃度に依存して、当該構成素子から放射すべき有効ビームの達成すべき色度を設定すべく所期のように選択される、請求項１５または１６記載の方法。
18. さらにケーシング空胴を備えたケーシング基体を準備するステップと、前記ケーシング空胴内に発光ダイオードチップを設けるステップと、前記ケーシング空胴に有効ビームに対して透過的な材料を少なくとも部分的に注型するステップとを有している、請求項１５から１７いずれか１項記載の方法。
19. 発光ダイオードチップを含み、さらに外面を備えたケーシング体を有している構成素子を準備し、前記ケーシング体の外面に有効ビームに対して透過的な材料を被着させる、請求項１５から１７いずれか１項記載の方法。
20. 有効ビームに対して透過的な材料を、予め製造された材料層の形態で前記外面への被着前に準備する、請求項１９記載の方法。
21. 有効ビームに対して透過的な材料を、薄膜の形態で前記外面への被着前に準備する、請求項１９または２０記載の方法。

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