JP2010523007A - 電磁放射を放出するオプトエレクトロニクス素子およびオプトエレクトロニクス素子の製造方法 - Google Patents

電磁放射を放出するオプトエレクトロニクス素子およびオプトエレクトロニクス素子の製造方法 Download PDF

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Abstract

有効放射を放出するオプトエレクトロニクス素子を提供する。このオプトエレクトロニクス素子は、ケーシング空洞が設けられたケーシング基体を有するケーシングと、該ケーシング空洞内に配置された発光ダイオードチップとを有する。ケーシング基体の少なくとも１つの基体材料に、反射率を低減するために所期のように、放射吸収性の粒子が混合される。オプトエレクトロニクス素子の１つの実施形態では、ケーシングは付加的または択一的に、有効放射に対して透過性のケーシング材料を含み、該ケーシング材料には、反射率を低減するために所期のように放射吸収性の粒子が設けられている。さらに本発明はオプトエレクトロニクス素子の製造方法に関する。

Description

本願は、独国特許出願第１０２００７０１５４７４．９号の優先権を主張するものであり、該独国特許出願の開示内容は引用によって本願の開示内容に含まれるものとする。
本発明の対象は、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素子、ならびに、この形式のオプトエレクトロニクス素子の製造方法である。
ＵＳ５０４０８６８に、発光オプトエレクトロニクス素子が開示されている。この素子は、導体フレームの２つの電気的な導体路を取り囲むジャケットと、電磁放射を放出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る切欠とを有するケーシング基体を備えている。この切欠きには放射透過性の注型材料が注入され、それによって発光ダイオードチップからの電磁放射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。ここで開示されている実施形態では、ケーシング基体のジャケットは高反射性のプラスチックから形成されている。
本発明の課題は、冒頭に述べた形式のオプトエレクトロニクス素子において、特殊な用途において従来の素子に対して利点を有する択一的な構成のオプトエレクトロニクス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素子の製造方法も課題の１つである。
前記課題は、独立請求項に記載のオプトエレクトロニクス素子またはその製造方法により解決される。従属請求項に、オプトエレクトロニクス素子およびオプトエレクトロニクス素子の製造方法の有利な実施形態と有利な発展形態とが記載されている。
有効放射を放出するオプトエレクトロニクス素子を提供する。このオプトエレクトロニクス素子は、ケーシング空洞が設けられたケーシング基体を有するケーシングと、該ケーシング空洞内に配置された発光ダイオードチップとを有する。ケーシング基体の少なくとも１つの基体材料に、反射率を低減するために所期のように、放射吸収性の粒子が混入される。
幾つかの用途では、オプトエレクトロニクス素子のケーシングで生じる外部光の反射は妨害となることがある。このような反射の強度は、放射吸収性の粒子を基体材料に混合することによって格段に低減することができる。放射吸収性の粒子を基体材料中に導入することにより、特に良好な吸収作用を実現することができる。
たとえば基本的に、外側面にのみたとえば黒色の塗装層等の放射吸収層が設けられた放射透過性および／または高反射性の基体材料より良好な作用を実現することができる。とりわけ、基体表面に設けられるこのような放射吸収性の層を省略することができる。また択一的に、基体において付加的に素子の外側面の少なくとも一部分に放射吸収性の層を設けることもできる。
素子の別の実施形態では、ケーシングは付加的または択一的に、有効放射に対して透過性のケーシング材料を含み、該ケーシング材料には、反射率を低減するために所期のように放射吸収性の粒子が混入されている。ケーシング材料にも基体材料にも放射吸収性の粒子が混入される場合、これらの材料において、同じ放射吸収性の粒子を使用することも、相互に異なる放射吸収性の粒子を使用することもできる。
本願では、前述した"放射吸収性の粒子"とは、発光ダイオードチップから放出された第１の波長領域の放射に対して吸収性であり該放射によって励起されて該第１の波長領域と異なる第２の波長領域の電磁放射を放出する蛍光体を含まない。すなわち放射吸収性の粒子は、素子の有効電磁放射を吸収すると光放射を再放出しない粒子である。それに対して、この放射吸収性の粒子は、有効放射を吸収するだけでなくその一部を散乱させる粒子とすることができる。
ケーシング材料にも基体材料にも放射吸収性の粒子が含まれる場合、１つの実施形態では、基体材料中の放射吸収性の粒子の濃度の方が、放射透過性のケーシング材料中の放射吸収性の粒子の濃度より高い。１つの実施形態ではこの濃度は少なくとも２倍の高さであり、別の実施形態では、基体材料中の濃度はケーシング材料中の濃度の５倍の高さである。
別の実施形態では、少なくとも１つの別の発光ダイオードチップまたは少なくとも２つの別の発光ダイオードチップがケーシング空洞内に配置されている。ケーシング空洞内に配置されるこの発光ダイオードチップは、すべてが実質的に同じ波長スペクトルの電磁放射を放出する同種類のチップとすることができる。択一的に、前記発光ダイオードチップのうち少なくとも１つは異なる種類であり、動作時に、他の発光ダイオードチップの放出スペクトルと異なる波長スペクトルの電磁放射を放出する。すべての発光ダイオードチップが、相互に異なる発光スペクトルを有することもできる。素子の１つの実施形態では、すべての発光ダイオードチップが動作時に、少なくとも部分的に人間の眼に可視である電磁放射を放出する。
別の実施形態による素子では、ケーシング空洞内に有効放射を散乱させるための散乱粒子が配置される。付加的または択一的に、有効放射を散乱させるための散乱粒子は、該有効放射に対して透過性のケーシング材料中に含まれる。散乱粒子は当専門分野ではディフューザ粒子とも称される。このような散乱粒子によって、オプトエレクトロニクス素子の放射特性を均質にすることができる。とりわけ散乱粒子によって、オプトエレクトロニクス素子の有効放出面が、散乱粒子を有さない場合の素子と比較して大きくなるという効果を実現することができる。
散乱粒子と放射吸収性の粒子とを組み合わせることにより、外部からの外部放射に対する反射率を低減し、かつ、幾つかの用途に有利な有効放射の放射特性を実現することもできる。このような組み合わせで、散乱粒子と放射放出性の粒子とが共働する。
基体材料の放射吸収性の粒子は、オプトエレクトロニクス素子の別の実施形態では、有効放射の波長スペクトルの一部またはすべてに対して吸収性である。１つの実施形態では、有効ビームの波長スペクトルは人間の眼に可視のスペクトル領域を含んでいる。付加的または択一的に、基体材料の放射吸収性の粒子は、１つまたは複数の発光ダイオードチップから動作中に放出された放射の波長スペクトルの一部またはすべてに対して吸収性である。
別の実施形態では、ケーシング材料の放射吸収性の材料も、有効放射および／または発光ダイオードチップの波長スペクトルの一部またはすべての領域に対して吸収性である。
素子の１つの実施形態では、基体材料および／またはケーシング材料の放射吸収性の粒子の吸収係数のばらつきは、有効放射のスペクトル全体において１０％未満である。とりわけ、重要な波長領域における放射吸収性の粒子の吸収性の波長依存性は無視できる大きさである。
オプトエレクトロニクス素子の別の実施形態では、ケーシング材料および／または基体材料の放射吸収性の粒子はカーボンブラックを有する。このカーボンブラックは一般的には、燃焼過程で発生する副生成物として知られている。さらにこのカーボンブラックは、工業的に生産され、着色材として使用されたり、特に強化用の充填材として自動車のタイヤにも使用される。カーボンブラックの吸収特性の波長依存性は通常は比較的高く、このことはとりわけ可視光に当てはまる。しかし、特定の形態のカーボンブラックの吸収特性の波長依存性は、可視波長領域において非常に小さいことが突き止められた。
工業用のカーボンブラックは、種々の定義された技術的特性で製造される。カーボンブラックは、複数の１次粒子から構成される集合体の形態で得られる。放射吸収性の粒子として使用する場合には、とりわけ、１次粒子の粒径が特に小さなカーボンブラックが適している。さらに、集合体構造がコンパクトである工業用カーボンブラックを使用するのが有利である。この種のカーボンブラックは専門家の間では、英語で「low structure carbon black（ＬＳＣＢ）（低構造カーボンブラック）」とも称される。オプトエレクトロニクス素子の１つの実施形態では、この集合体の平均寸法は１μｍ以下である。
オプトエレクトロニクス素子の別の実施形態では、ケーシング材料および／または基体材料の放射吸収性の粒子は電気絶縁性である。このことにより、導電性粒子によって短絡が発生する危険性を生じさせることなく、有効放射に対して透過的なケーシング材料を発光ダイオードチップに直接接することが可能となる。また択一的に、導電性の粒子を使用することも可能である。ケーシング材料中の導電性粒子の濃度が十分に低い場合、短絡形成の危険性も少なくとも十分に回避することができる。その際の最大濃度は、集合体のサイズに依存する。通常のカーボンブラック粒子に比べて僅かな集合体サイズを有する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。
一般的に、ケーシング材料および／または基体材料の放射吸収性の粒子の平均粒子径は、有利には１００ｎｍ以下である（粒子平均）。このような小さい粒子は、ケーシング材料中に特に良好に拡散することができる。オプトエレクトロニクス素子の１つの実施形態では、カーボンブラックの場合には、集合体の１次粒子の平均粒子径はこのように小さくされる。
有効放射に対して透過性のケーシング材料および／または基体材料は、別の実施形態では、注型材料またはプレス材料を含む。このような材料を用いれば、十分に定義された形状および実寸のケーシング部品を製造することができる。注型材料は注型法によって、または例えば射出成形法で成形することができる。プレス材料は、射出成形法で加工することができる。
有利な実施形態によれば、有効放射に対して透過性のケーシング材料は、エポキシ樹脂、アクリラート、シリコーン、熱可塑性プラスチックから成る群から選択された少なくとも１つの材料を含むか、またはこれらの材料のうち少なくとも１つの材料とのハイブリッド材料を含む。基本的に、異なる種類のハイブリッド材料を使用することもできる。すなわち、エポキシ樹脂、アクリレート、シリコーンおよび熱可塑性プラスチックの材料のどれも含まないハイブリッド材料を使用することもできる。
さらに別の有利な実施形態では、発光ダイオードチップの周囲は、有効放射に対して透過性のケーシング材料によって封止されるか、または成形される。特に、このケーシング材料を発光ダイオードチップに直接接することができる。
オプトエレクトロニクス素子の１つの実施形態では、ケーシング空洞に少なくとも部分的に、有効放射に対して透過性のケーシング材料が充填されている。ケーシング空洞には有利には、有効放射に対して透過的な材料を注型法によって充填する。
前記オプトエレクトロニクス素子のさらに別の有利な実施形態では、当該素子は、外側面を有するケーシングボディを備えている。有効放射に対して透過性のケーシング材料は、少なくともこのケーシングボディの外側面に被着される。
有利には前記ケーシングボディの外側面に設けられるケーシング材料は、薄膜の形態であってもよい。この薄膜は例えばラミネーションによって、または接着剤を用いてケーシングボディの外側面に固定される。有利には、この薄膜は一定の厚さを有する。有利には前記薄膜は、フレキシブルに形成されている。択一的に、前記薄膜の厚みにばらつきがあってもよい。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、付加的または択一的に、薄膜を、放射吸収性粒子が混入されたケーシング材料として利用することも可能である。
本発明では、有効放射を放出するオプトエレクトロニクス素子の製造方法を提供する。この製造方法では、ケーシング空洞を有し基体材料を含むケーシング基体を準備するかまたは製造する。この基体材料には所期のように、放射吸収性の粒子が混入される。さらに、発光ダイオードチップを準備する。この発光ダイオードチップはケーシング空洞内に取り付けられる。
本製造方法の１つの実施形態では付加的に、有効放射に対して透過性の次のような材料、すなわち、放射吸収性の粒子が所期のように混入された材料を準備する。次に、有効放射に対して透過性の材料を、前記発光ダイオードチップによって動作時に放出される電磁放射の放射経路に配置する。
別の実施形態では、有効放射に対して透過性の材料の少なくとも一部をケーシング空洞内に配置する。１つの実施形態では、有効放射に対して透過性の材料によって発光ダイオードチップの周囲を封止するか、または成形する。
本製造方法の別の実施形態では、発光ダイオードチップとケーシング基体とを有するオプトエレクトロニクス素子を準備する。有効放射に対して透過性の材料の少なくとも一部を、ケーシングボディの外側面に設ける。
別の実施形態では、ケーシングボディの外側面に設ける前に、有効放射に対して透過性の材料の少なくとも一部を、事前形成された材料層の形態で準備する。付加的または択一的に、ケーシングの外側面に設ける前に、有効放射に対して透過性の材料の少なくとも一部を薄膜の形態で準備する。
図面に詳解された実施例に基づいて記載した以下の説明から、本発明のオプトエレクトロニクス素子および製造方法の別の利点、有利な実施形態および発展形態が考えられる。
第１実施例のオプトエレクトロニクス素子の概略的な断面図である。 第２実施例のオプトエレクトロニクス素子の概略的な断面図である。 第３実施例のオプトエレクトロニクス素子の概略的な断面図である。 異なるオプトエレクトロニクス素子の相対的な放射強度が、放射透過性のケーシング材料中の放射吸収性の粒子の濃度に依存してプロットされたグラフである。 第４実施例のオプトエレクトロニクス素子の概略的な平面図である。
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。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サイズ比は、必ずしもスケール通りではない。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、過度に大きく示されている。
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、導電性の結合手段によって、例えば金属はんだまたは接着剤を用いて、導体フレームの第１の電気的端子２に設けられた裏面コンタクト１１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とは、ケーシング材料５によって直接包囲されている。このケーシング材料は、発光ダイオードチップ１からその動作中に放出される電磁放射に対して透過性である。このケーシング材料５は例えば７０質量％以上の注型用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メチル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。
択一的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、たと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る。ハイブリッド材料として、たとえばシリコーン変性エポキシ樹脂が考慮の対象となる。紫外光の作用を受けた場合のこのようなエポキシ樹脂の経時変化は従来のエポキシ樹脂より小さく、しかもこのようなエポキシ樹脂は、その他の点では実質的に、従来のエポキシ樹脂のポジティブな物理的特性を有する。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。たとえばＵＳ２００２／０１９２４７７Ａ１またはＵＳ２００５／０１２９９５７Ａ１にこのような適切なハイブリッド材料の例が挙げられている。その点に関するこれらの文献の開示内容を、引用によって本願の開示内容に含まれるものとする。
また、シリコーンとアクリラートとを組み合わせるか、またはシリコーンとアクリラートおよびエポキシ樹脂と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の構成成分として用いることも可能である。
注型材料５にたとえば放射吸収性の粒子６１が混合される。
図１に示されているオプトエレクトロニクス素子の実施例は、切欠き９を有するケーシング基体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。切欠き９には、当該オプトエレクトロニクス素子から放出される有効放射に対して透過性のケーシング材料５が充填される。
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１の取付け前に実施可能である。基体材料はたとえばポリフタルアミド（ＰＰＡ）を含む。１つの実施形態では、ポリフタルアミドにガラス繊維および／または鉱物物質を充填することができる。基体材料には放射吸収性の粒子６２が混入されている。
放射透過性のケーシング材料５および／または基体８の基体材料の放射吸収性の粒子６１，６２はたとえば、所定の技術的特徴を有する工業用に製造されたカーボンブラックである。このカーボンブラック粒子は複数の１次粒子から構成され、これら複数の１次粒子は集合体構造を構成する。このような集合体構造は有利には、可能な限りコンパクトにされる。
カーボンブラック粒子の１次粒子の平均直径は１００ｎｍ以下である。例えば、この平均直径は５０〜６０ｎｍである。この平均直径とは、測定された直径の粒子平均を指す。このような集合体は、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集合体構造を有しているいわゆる「低構造カーボンブラック（ＬＳＣＢ）」のことである。
１次粒子及び集合体の粒子サイズは様々な手法で検出することができる。これらのサイズは、たとえば透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）によって検出することができる。この集合体サイズは、たとえば散乱光強度測定によって求めることも可能である。１次粒子サイズの検出には、例えば微分型電気移動度測定装置（ＤＭＡ）も適しており、この装置は通常は、ナノスケールのエアロゾルの電気移動度直径を検出するために使用される装置である。関連する粒子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集合体構造とは異なってコンパクトな集合体構造は、該集合体構造が混入される材料の電気伝導度に与える影響が小さ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、ＬＳＣＢ粒子はいわゆる「高構造カーボンブラック（ＨＳＣＢ）」より４倍高い体積濃度になるまで、非導通状態から導通状態へのマトリクス材料の移行を引き起こさないという検査データが存在する。ＬＳＣＢ粒子の場合には例えば約４０ｖｏｌ％の体積濃度になると、マトリクス材料のこのような移行が開始し、それに対してＨＳＣＢ粒子の場合には既に１０ｖｏｌ％の体積濃度でも、この移行が開始される。塩分が存在する場合には、この移行はさらに低い濃度の方へずれる。
しばしばカーボンブラック集合体から凝塊が形成されることが多く、そのサイズは、数μｍまたは数十μｍのオーダに及ぶことがある。このような凝塊は、可能な限り回避しなければならない。未硬化状態の注型材料にカーボンブラック粒子が混入される際には、非常に高速で作動される回転混合器によって均質に混入処理される。このような混入処理法では高い剪断力が発生し、凝塊形成された場合にはこの剪断力によって、凝塊の少なくとも大部分が破壊される。
放射吸収性の粒子６１はたとえば、０．０６質量％も含めて０．０１質量％を上回る濃度でケーシング材料５に混合される。とりわけこの濃度は、０．０４質量％以下である。
基体８の基体材料中の放射吸収性の粒子６２の濃度は、たとえばケーシング材料５中の放射吸収性の粒子６１の濃度より高い。基体材料中の濃度は、たとえば０．１質量％〜２０質量％であり、有利には０．２質量％〜１０質量％の間である。
カーボンブラック粒子の他に付加的または択一的に、ケーシング材料５および／または基体の放射吸収性の粒子はたとえばグラファイト粒子を含むこともできる。
ケーシング材料５中には、付加的に散乱粒子１６も混入される。散乱粒子１６の濃度はたとえば最大１０質量％である。有利にはこの濃度は、０．１質量％〜５質量％の値であり、とりわけ０．７５質量％〜４質量％の間である。たとえば、散乱粒子の濃度は約１．２５質量％または３質量％である。
散乱粒子はたとえばＣａＦ粒子および／またはＴｉＯ２粒子を含むか、またはＣａＦ粒子および／またはＴｉＯ２粒子から成る。もちろん、これらだけが散乱粒子に使用できる粒子というわけではない。オプトエレクトロニクス分野ないしは光学分野に従事する者であれば、サイズおよび材料組成がとりわけ散乱される放射の波長に依存する好適な散乱粒子を問題なく見つけることができる。適切なディフューザ粒子の選択はとりわけ、発光ダイオードチップ１から放出される電磁放射または発光ダイオードチップ１によって受け取られる電磁放射の波長に依存して行われる。
散乱粒子１６をこのように使用することの利点は、発光ダイオードチップから放出された放射にのみ該散乱粒子１６が作用するだけでなく、外部から入射した外部放射にも作用することである。したがって、散乱粒子１６を含まない透明な注型材料とは異なり、外部放射は鏡面反射されずに拡散反射される。したがって放射吸収性の粒子によってだけでなく、付加的または択一的に散乱粒子１６によっても、オプトエレクトロニクス素子のコントラストを改善することができる。
ケーシングの反射率が低減されることにより、たとえばオプトエレクトロニクス素子において発生する太陽光の、妨害となる反射を低減することができる。
発光ダイオードチップはたとえば、窒化物化合物半導体材料をベースとする半導体層列７を有している。窒化物化合物半導体材料は、例えばＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ系（ただし０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１且つｘ＋ｙ≦１）の材料のような窒素を含有する化合物半導体材料である。ここでは、窒化物化合物半導体材料をベースとする放射放出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の材料を有する少なくとも１つの個別層を含んでいる発光ダイオードチップが挙げられる。
択一的に半導体層列７は、たとえばリン化物化合物半導体材料または砒化物化合物半導体材料をベースとする。これには、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＰ系の材料や、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＡｓ系の材料が含まれる。ただし、０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１およびｘ＋ｙ≦１である。
半導体層列７は、たとえば従来の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）を有することができる。係る構造は当業者に公知であるため、ここでは詳説しない。
図２および３に示されたオプトエレクトロニクス素子の実施例が、上記で図１に基づいて説明された実施例と異なる点は、ケーシング基体８の切欠９にそれぞれ、放射吸収性の粒子を含有しない充填材料１５が充填されていることである。この切欠き９には例えば、当該切欠き９内に取り付けられた発光ダイオードチップ１がケーシング材料１５によって封入されるように充填材料１５が充填される。
この充填材料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るか、または、たとえば無機ガラスといった他の適切な放射透過性材料から成る。この充填材料１５はたとえば散乱粒子１６を含む。ここで図２を参照されたい。
この充填材料１５に、放射吸収性粒子６１が混入されたケーシング材料５が被着される。このケーシング材料５と放射吸収性粒子は、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。ケーシング基体８および該ケーシング基体８に含まれる放射吸収性の粒子６２にも同様のことが当てはまる。ケーシング基体８はたとえば、電気的端子の発光ダイオードチップ１と反対側でも放射吸収性粒子６１を含まないようにすることができる。図２および３を参照されたい。
図２または図３に示されている実施例に対して択一的に、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放射吸収性粒子６１を混入させ、このケーシング部分に、放射吸収性粒子６を含まない透過性の充填材料を被着させることも可能である。
図２及び図３に示されているオプトエレクトロニクス素子の場合、ケーシング基体８とケーシング材料１５とがケーシングボディを構成する。このケーシングボディの外側面に、別のケーシング材料５を設けることができる。
図２に示されているオプトエレクトロニクス素子の場合、放射吸収性粒子６を含んだケーシング材料５が、層状にケーシングボディ８，１５の外側面に設けられている。オプトエレクトロニクス素子の製造の際にはケーシング材料５は、ケーシングボディ８，１５の外側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、例えば接着によって行われるか又はラミネーションによって行われる。とりわけ、前記層状のケーシング材料５を、非平坦なケーシングボディの外側面に被着し得るフレキシブル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フレキシビリティを解消させることも可能である。
非平坦な外側面を有しているケーシングボディ８，１５は、例えば図３に示されている。そのような非平坦な外側面には、例えば放射吸収性粒子６を含む薄膜状に準備されたケーシング材料５を被着することができる。但しこの手段は図３には示していない。図示の実施例では、切欠９に部分的にのみケーシング材料１５が充填されている。ケーシング材料１５の外側面は凹状に湾曲しており、それによって舟形状またはバスタブ状の凹入部を形成している。この凹入部には、放射吸収性粒子を含んだケーシング材料５が充填される。この凹入部には、例えばケーシング材料５を未硬化の材料の形態で準備し、該充填材料１５の外側面によって形成された該凹入部にこの材料を注入し、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充填してもよい。
図３に示されているオプトエレクトロニクス素子では、このケーシング材料５は層状の形態を有してはいるが、一定の厚みは有していない。ケーシング材料５は例えばオプトエレクトロニクス素子の光軸の領域において最大の厚みを有し、オプトエレクトロニクス素子の光軸からの距離が大きくなるほど厚みは小さくなる。このような厚みの変化しているケーシング材料層５によって、オプトエレクトロニクス素子から放出される光強度または放射強度だけでなく、該オプトエレクトロニクス素子の放射特性も所期のように調整できるようになる。ケーシング材料５の厚さのばらつきはもちろん基本的には任意に選択することができ、個別の事例におけるオプトエレクトロニクス素子及び実現すべき放射特性に調整される。
さらに図３に示されている実施例に対して択一的に、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。
全ての実施例において、例えば放射吸収性粒子６１が混合されたケーシング材料を使用することに対して付加的または択一的に、発光ダイオードチップに放射吸収性粒子が混入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。放射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。
図４に示された測定結果は、上記で図１に基づいて説明されたのと同様に構成されたオプトエレクトロニクス素子で得られたものである。異なるオプトエレクトロニクス素子の相対的な放射強度（相対輝度）Ｉｖ／Ｉｖｏを測定した。これらの測定結果は図４では、ケーシング材料５中の放射吸収性粒子の濃度ｃｏｎｃに依存してプロットされており、濃度は質量％で表されている。
ケーシング材料５中に含まれる散乱粒子をそれぞれ実質的に一定して、３つの異なる測定シリーズを実施した。第１の測定シリーズでは、ケーシング材料５中に散乱粒子が含まれない。第２の測定シリーズではケーシング材料５中に約５質量％の散乱粒子が含まれ、第３の測定シリーズではケーシング材料５中に約１０質量％の散乱粒子が含まれる。
放射吸収性粒子の割合が等しい場合、散乱粒子の割合が大きくなるほど放射強度が低減されるのが分かる。また、散乱粒子の割合が変化しない場合に放射吸収性粒子の割合が増加しても、放射強度は低減する。
本発明のオプトエレクトロニクス素子では、放出される放射強度と引き換えに、散乱粒子によってより均質な放射特性を実現し、かつ、放射吸収性の粒子によって外部からの外部放射に対する反射率を格段に低減する。このようなオプトエレクトロニクス素子は、重要なのは絶対的な放射強度だけでなくとりわけ動作時のオプトエレクトロニクス素子の知覚と非動作時のオプトエレクトロニクス素子の知覚とのコントラストも重要であるアプリケーションに有利である。
図５は、３つの発光ダイオードチップ１が切欠９内に配置されたオプトエレクトロニクス素子の平面図である。これに相応して、ケーシングは総じて６つの電気的端子２，３を有する。すなわち、３つの第１の電気的端子２と３つの第２の電気的端子３とを有する。切欠内の散乱粒子によって、発光ダイオードチップ１の複数の放出面が別個のものとして知覚されないようにすることができる。これらの発光ダイオードチップは、同様に構成するか、または相互に異なって構成することができる。
本発明は、実施例に基づく本発明の説明によって、これらの実施例に限定されることはない。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。また、カーボンブラック以外にも基本的に放射吸収性粒子としてオプトエレクトロニクス素子において使用するのに適した材料が数多く存在している。

Claims (20)

  1. ケーシングを備えた、有効放射を放出するオプトエレクトロニクス素子であって、
    前記ケーシングは、基体材料とケーシング空洞とを有するケーシング基体を備え、かつ、前記有効放射に対して透過性のケーシング材料を有し、
    当該オプトエレクトロニクス素子は、前記ケーシング空洞内に配置された発光ダイオードチップを有し、
    前記ケーシング材料にも前記基体材料にも、該ケーシング材料および基体材料の反射率を低減するために所期のように、放射吸収性の粒子が混入されていることを特徴とする、オプトエレクトロニクス素子。
  2. 少なくとも１つの別の発光ダイオードチップが前記ケーシング空洞内に配置されている、請求項１記載のオプトエレクトロニクス素子。
  3. 前記ケーシング空洞内に、前記有効放射を散乱させるための散乱粒子が配置されている、請求項１または２記載のオプトエレクトロニクス素子。
  4. 前記有効放射を散乱させるための散乱粒子は、該有効放射に対して透過性の前記ケーシング材料に含まれる、請求項１から３までのいずれか１項記載のオプトエレクトロニクス素子。
  5. 前記ケーシング材料および／または前記基体材料の前記放射吸収性の粒子は、前記有効放射の波長スペクトル全体および／または該波長スペクトルの少なくとも一部に対して吸収性である、請求項１から４までのいずれか１項記載のオプトエレクトロニクス素子。
  6. 前記ケーシング材料および／または前記基体材料の前記放射吸収性の粒子は、前記発光ダイオードチップによって動作時に放出される波長スペクトル全体および／または該波長スペクトルの少なくとも一部に対して吸収性である、請求項１から５までのいずれか１項記載のオプトエレクトロニクス素子。
  7. 前記有効放射に対して透過性の前記ケーシング材料および／または前記基体材料は、注型材料またはプレス材料を含んでいる、請求項１から６までのいずれか１項記載のオプトエレクトロニクス素子。
  8. 前記有効放射に対して透過性の前記ケーシング材料は、エポキシ樹脂、アクリラート、シリコーンおよび熱可塑性プラスチックから成る群から選択された少なくとも１つの材料を含むか、または、該群から選択された少なくとも１つの材料を含むハイブリッド材料を含んでいる、請求項１から７までのいずれか１項記載のオプトエレクトロニクス素子。
  9. 前記ケーシング材料および／または前記基体材料の前記放射吸収性の粒子は、カーボンブラックおよびグラファイトから成る群から選択された少なくとも１つの要素を含む、請求項１から８までのいずれか１項記載のオプトエレクトロニクス素子。
  10. 前記カーボンブラックは、コンパクトな集合体構造を有する工業用カーボンブラック（ＬＳＣＢ，low structure carbon black）である、請求項７記載のオプトエレクトロニクス構成素子。
  11. 前記ケーシング材料および／または前記基体材料の前記放射吸収性の粒子は、１００ｎｍ以下の平均粒子径を有している、請求項１から１０までのいずれか１項記載のオプトエレクトロニクス素子。
  12. 前記有効放射のスペクトル全体における前記ケーシング材料および／または前記基体材料の前記放射吸収性の粒子の吸収係数のばらつきは１０％未満である、請求項１から１１までのいずれか１項記載のオプトエレクトロニクス素子。
  13. 前記ケーシング空洞には少なくとも部分的に、前記有効放射に対して透過性の前記ケーシング材料が充填されている、請求項１から１２までのいずれか１項記載のオプトエレクトロニクス素子。
  14. 前記発光ダイオードチップの周囲は、前記有効放射に対して透過性のケーシング材料を用いて封止または成形されている、請求項１から１３までのいずれか１項記載のオプトエレクトロニクス構成素子。
  15. 前記有効放射に対して透過性の前記ケーシング材料は、少なくとも部分的に、前記ケーシングボディの外側面に設けられている、請求項１から１４までのいずれか１項記載のオプトエレクトロニクス構成素子。
  16. 有効放射を放射するオプトエレクトロニクス素子の製造方法において、
    ・ケーシング空洞を有し、所期のように放射吸収性の粒子が混入された基体材料を含むケーシング基体を形成するかまたは準備するステップと、
    ・少なくとも１つの発光ダイオードチップを準備するステップと、
    ・前記有効放射に対して透過性である材料であって、所期のように放射吸収性の粒子が混入された材料を準備するステップと、
    ・前記発光ダイオードチップを前記ケーシング空洞内に取り付けるステップと、
    ・前記有効放射に対して透過性の前記材料を、前記発光ダイオードチップによって動作時に放出される電磁放射の放射経路に配置するステップ
    とを有することを特徴とする、製造方法。
  17. 前記有効放射に対して透過性の材料の少なくとも一部をケーシング空洞内に配置する、請求項１６記載の製造方法。
  18. 前記発光ダイオードチップの周囲を、前記有効放射に対して透過性の材料によって封止または成形する、請求項１７記載の製造方法。
  19. 前記発光ダイオードチップおよび前記ケーシング基体を含む素子を準備し、
    前記有効放射に対して透過性の材料の少なくとも一部を、前記ケーシングの外側面に設ける、請求項１６から１８までのいずれか１項記載の製造方法。
  20. 前記有効放射に対して透過性の材料の少なくとも一部を、予め製造された材料層の形態で前記外側面への被着前に準備する、請求項１９記載の製造方法。
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