JP2011522405A - オプトエレクトロニックモジュールおよびオプトエレクトロニック装置 - Google Patents

Abstract

ここに記載されているのは、オプトエレクトロニックモジュール（１）であり、ここでは複数の発光ダイオードチップ（２）が支持体（３）に配置されている。発光ダイオードチップ（２）の上には、光学素子（５）を位置決めするために透明な取付突出部（４）が載置されている。このために取付突出部（４）の上側には構造化部（６３）が形成されており、この構造化部に上記の光学素子（５）の相補的な構造化部をはめ込むことができる。ここにはさらにオプトエレクトロニック装置（８）が記載されており、これは取付突出部（４）および光学素子（５）を有する。このような装置は、例えば自動車のヘッドライトの構成部材である。

Description

例えば自動車ヘッドライトのようなプロジェクション装置に対しては、輝度が高くかつ良好に定められた放射特性を有する光源が必要である。複数の発光ダイオードからなる結合体を使用することによって高い輝度を形成することができる。光学素子を用いれば光を集光して所望の空間領域に導くことができる。所望の放射特性を得るために必要であるのは、上記の発光ダイオードに対して上記の光学素子を正確に位置決めして取り付けることである。

刊行物DE 102004036157 A1およびDE 102005020908 A1には光学素子を有するオプトエレクトロニック構成素子が記載されている。

本願発明において解決すべき課題は、光学素子を可能な限り簡単に位置決めできるようするオプトエレクトロニックモジュールを提供することである。

本願発明では少なくとも１つの発光ダイオードチップを有するオプトエレクトロニックモジュールを提供する。ここで上記の発光ダイオードチップは支持体に配置されている。

有利な１実施形態では、複数の発光ダイオードチップが上記の支持体に配置されている。したがって以下では複数の発光ダイオードを有するオプトエレクトロニックモジュールを説明する。しかしながら１つの発光ダイオードチップしか有しないオプトエレクトロニックモジュールも含まれるべきである。

例えば、上記の発光ダイオードチップは表面取り付け可能な構成素子として実施され、これはプリント基板に配置される。

上記の支持体には発光ダイオードチップに対して相対的な所望の位置に取付突出部が固定される。有利には上記の取付突出部により、発光ダイオードチップが少なくとも部分的に覆われる。

１実施形態では上記の取付突出部は少なくとも、可視光のスペクトル領域の電磁放射に対するビーム透過領域が透明である。ここではビーム透過領域は、取付突出部の領域であり、この領域を通し、発光ダイオードチップにおいて形成された光の大部分が放射される。大部分とは放射される光の例えば少なくとも８０％のことであり、有利には少なくとも９０％のことである。例えば、取付突出部は、ガラスのような材料を含んでいるか、ビーム透過性、殊に透明のセラミック、窒化アルミニウムまたは酸化アルミニウムのような材料を含んでいるか、またはビーム透過性の、殊に透明のプラスチックのような材料を含んでいる。取付突出部は、これらのような材料から構成することも可能である。

別の１実施形態では取付突出部は、光を送出するための開口部を有しており、この開口部は有利には上記のビーム透過領域に配置される。この場合、取付突出部は、ビームを透過させない、例えば金属製の材料から構成することも可能である。

取付突出部は有利には、熱伝導率の高い材料を含んでいる。これによって発光ダイオードチップを良好に冷却することができる。

取付突出部は、上側に構造化部を有しており、この構造化部によって発光ダイオードチップの放射領域に有利にも光学素子を位置決めすることができる。

このために光学素子の下側は、少なくとも部分的に取付突出部の上記の構造化部と相補的に構成された構造化部を有する。光学素子は、取り付けのために上記の取付突出部に載置されて、光学素子の構造化部が、取付突出部の相補的な構造化部にはめ込まれるようにする。これによって光学素子は、取付突出部に対して正確に位置決めされる。取付突出部そのものは発光ダイオードチップに対して正確に位置決めされるため、光学素子も発光ダイオードチップに対して正確に位置決めされる。

したがって上記の取付突出部を用いることにより、光学素子の正確かつ技術的に容易な位置決めが可能になる。殊にオプトエレクトロニックモジュールには、ユーザに出荷した後、所望の光学素子を後付けで簡単に装着することもできる。

１変形形態では上記の構造化部を構成して、取付突出部に対する光学素子の位置決めを回転軸の周りの回転を除いて確定するようにする。この場合にこの構造化部は、例えば回転対称性を有する。

別の１変形形態では、上記の取付突出部の構造化部により、光学素子の位置および殊に回転軸に対するその方向が一意に確定する。

オプトエレクトロニックモジュールの１実施形態では光学素子は取付突出部に固定される。

光学素子は、例えば、接着剤によって取付突出部に固定することができる。有利には接着剤は透明であり、光学素子および取付突出部の屈折率に適合させた屈折率を有する。このことは殊に取付突出部がビーム透過領域において光学素子と接続される場合に重要である。

別の１実施形態では光学素子は取付突出部にではなく、例えば支持体に固定される。この場合に取付突出部の機能を位置決め補助として最適に構成することができる。それはもはやこの取付突出部を光学素子を固定するために適していなくてもよいからである。

上記の取付突出部の上側は、さまざまに構造化することが可能である。例えば、取付突出部の上側は隆起部を有する。

この場合に有利にはこれに適合する光学素子は、上記の隆起部とは相補的に構成されたくぼみを有する。光学素子を位置決めするため、上記の隆起部がくぼみにはめ込まれるようにしてこの光学素子を簡単に取付突出部に取り付けることができる。

例えば上記の取付突出部の隆起部はピン状に形成される。

有利には上記の光学素子にスロットが設けられており、このスロットは上記の取付突出部のピンに対して相補的に配置かつ構成されている。光学素子は、上記のピンとスロットとの間でコネクタ接続が行われるように取付突出部に載置することができる。これによって光学素子を発光ダイオードチップに対して横方向に正確に位置決めすることができる。

上記の隆起部は例えば円形または矩形の断面を有する。隆起部はまたウェブ状に実施するかまたは十字形の断面を有することも可能である。

取付突出部の別の１実施形態では、取付突出部の上側に複数のくぼみが入れられる。例えば、これらのくぼみはスロット状に構成される。これに適合する光学素子は下側にピン状の隆起部を有している。取付突出部および光学素子の構造化部は、くぼみおよび隆起部からなる組み合わせから構成することも可能である。

別の１実施形態では上記のくぼみは取付突出部を貫通しかつ開口部を形成する。この開口部は有利には取付突出部のビーム透過領域にあるため、発光ダイオードチップにおいて形成された光はこの開口部を通って放射することが可能である。

別の１実施形態では取付突出部の構造化部は平坦部を有する。平坦部とは、その周囲に対して隆起しているかまたはくぼんでおりかつ取付突出部の上側の大部分を占める平らな面のことである。例えば、上記の平坦部は、取付突出部の面積の３分の１を占める。有利には上記の平坦部は、取付突出部のビーム透過領域に形成される。

この場合に光学素子も同様に、取付突出部の平坦部と相補的に形成されている平坦部を有する。

本発明ではさらにオプトエレクトロニック装置が提供され、このオプトエレクトロニック装置には、取付突出部と光学素子とを有するオプトエレクトロニックモジュールが含まれている。この光学素子は取付突出部の構造化部にはめ込まれて発光ダイオードチップに対して位置決めされる。

有利な１実施形態では、上記の光学素子と取付突出部との間で形状結合的な接触接続が行われる。

例えば、取付突出部の隆起した平坦部と、これに対して相補的に構成された光学素子のくぼんだ平坦部との間で形状結合的な接触接続が行われる。

これとは択一的に光学素子と取付突出部との間で上記の平坦部領域以外で形状結合的な接触接続を行うことが可能である。例えば、この場合に光学素子は上記の平坦領域以外の領域において取付突出部または支持体に固定される。

上記の形状結合的な接触接続により、取付突出部と光学素子との間も境界面における光の反射をできるかぎり少なく維持すべきである。１実施形態では取付突出部は、形状結合的な接触接続の領域において光学素子にも固定して接続される。例えばこのために透明な接着剤を使用することができる。

別の１実施形態では上下に配置される取付突出部の領域と、光学素子の領域との間に中間空間、例えばエアギャップが設けられる。

例えばこのようなギャップは、取付突出部のビーム透過領域に設けることが可能である。この場合に光学素子は有利には、このビーム透過領域の外側にある取付突出部の領域に固定される。こうすることの利点は、構成素子を接続するために、放射される光に対して透明でない材料も使用することができることである。

取付突出部の上記の構造化部は、例えば、エッチング、サンドブラスタまたはフライス盤加工で入れられる。

有利な１実施形態では、取付突出部を支持体に固定する前に上記の構造化部を設ける。こうすることの利点は、オプトエレクトロニックモジュールを損傷してしまう危険性なしに加工を行うことができることである。その後、取付突出部を支持体に固定して、この取付突出部が発光ダイオードチップに対して適当に位置決めされるようにする。

有利には取付突出部の下側に、発光ダイオードチップを収容するための凹部を構成する。

この凹部も同様にエッチング、サンドブラスタまたはフライス盤加工によって設けることができる。

この実施形態の利点は、別の接続素子、例えばスペーサを必要とせずに取付突出部を発光ダイオードチップに直接取り付けられることである。

上記のオプトエレクトロニックモジュールは、例えば投光器、例えば自動車のヘッドライトまたはプロジェクションシステムまたはディスプレイシステムにおける光源として使用可能である。

以下では本発明のオプトエレクトロニックモジュールおよびその有利な実施形態を概略でありかつ縮尺通りでない図面によって説明する。

支持体に載置された取付突出部の斜視図である。 取付突出部を有するオプトエレクトロニックモジュールの概略断面図である。 取付突出部を有するオプトエレクトロニックモジュールの斜視図である 光学素子が載置された取付突出部を有するオプトエレクトロニックモジュールの概略断面図である。 取付突出部および載置された光学素子を有するオプトエレクトロニックモジュールの概略断面図である。 取付突出部および載置された光学素子を有するオプトエレクトロニックモジュールの別の実施例の概略断面図である。 構造化部を有する取付突出部の概略平面図である。 別の構造化部を有する取付突出部の概略平面図である。 さらに別の構造化部を有する取付突出部の概略平面図である。 さらに別の構造化部を有する取付突出部の概略平面図である。

図１には支持体３が示されており、この支持体には複数の発光ダイオードチップ２が配置されている。発光ダイオードチップ２は、導体路３１によって電気的に接触接続可能である。支持体３は、例えばセラミックからなるかまたは別の任意の適当な材料からなる。

支持体３には透明な取付突出部４が載置されている。この取付突出部は下側に凹部４１を有しており、この凹部に発光ダイオードチップ２を収容することができる。取付突出部４は、対向する２つの側面が外側に向かって開いているため、周囲との換気を行うことが可能である。しかしながら取付突出部４を構成して、発光ダイオードチップ２を完全に包み込んで換気ができないようにすることも可能である。こうすることの利点は、発光ダイオードチップ２が外部の影響から一層良好に保護されることである。取付突出部４は、例えば支持体３に接着される。

図２Ａは、取付突出部４が載置されたオプトエレクトロニックモジュールを概略断面図で示している。この実施例では取付突出部４は発光ダイオードチップ２を完全に覆っている。これによって発光ダイオードチップ２は機械的な損傷から保護される。

図２Ｂには取付突出部４を有するオプトエレクトロニックモジュール１が概略斜視図で示されており、この取付突出部は支持体３に固定されている。オプトエレクトロニックモジュール４は、平坦部６３を備えた円形状の隆起部６１を有しており、相応のくぼみを有する光学素子をこの隆起部に取り付けることができる。この実施例では発光ダイオードチップ２は、取付突出部４および支持体３によって完全に包囲されており、これによって外部の影響から保護されている。

図３Ａには取付突出部４を有するオプトエレクトロニックモジュール１が示されており、このオプトエレクトロニックモジュールには光学素子５が載置される。取付突出部４は平坦な隆起部６１を有する。これとは相補的に光学素子５に下側には相応するくぼみ６２が形成されている。光学素子５を取付突出部４に固定して接続したい場合、例えば、光学素子５および取付突出部４の平坦領域６２，６３に透明な接着剤を塗布する。平坦領域６３は、取付突出部４のビーム透過領域に配置されているため、有利には透明の接着剤を使用する。

図３Ｂには光学素子５が固定されているオプトエレクトロニックモジュール１が示されている。光学素子５は、隆起部６１が相補的なくぼみ６２にはめ込まれるように取付突出部４に載置されている。平坦部６３の領域では取付突出部４と光学素子５との間で形状結合的な接触接続が行われている。この実施例では光学素子５は、平坦領域６３において、例えば透明の接着剤によって取付突出部４に固定して接続されている。

図４には取付突出部４およびこれに固定された光学素子５を有するオプトエレクトロニックモジュール１が示されている。このオプトエレクトロニックモジュール１は、図３Ｂにしたがって実施されているが、別の光学素子５を有している。この光学素子５の下側は、平坦部６３の領域において光学素子５と取付突出部４との間に中間空間７が設けられるように構造化されている。これにより、平坦部６３の外側にある取付突出部４の領域において光学素子５と取付突出部４との間で形状結合的な接触接続が行われる。例えば、光学素子５は、形状結合的な接触接続の領域において接着剤によって取付突出部４に固定して接続される。

図５Ａ〜５Ｄには取付突出部４を構造化するためのさまざまな選択肢が示されている。斜線をつけた領域はそれぞれ、斜線のついていない領域に対してくぼんでいる。

図５Ａに示した取付突出部４は、平坦部６３を備えた円形の隆起部６１を有する。光学素子は、有利には相補的なくぼみを有しており、例えば図３Ｂおよび図４に示したように取付突出部４に載置される。隆起部６１は平坦部６３に対して垂直な回転軸に関して回転対称に構成されている。このような回転対称性により、光学素子４の位置決めはこの回転軸のまわりの回転を除いて確定する。回転対称の構造化部が殊に有利であるのは、光学素子４も同様に回転対称に構成される場合である。この場合、回転軸のまわりで光学素子４が回転しても、発光ダイオードチップ２を基準とした光学素子４の配向には影響がない。

図５Ｂには、断面が矩形になった隆起部６１を有する取付突出部４が示されている。これにはめ込まれる光学素子は、相補的なくぼみを有する。矩形の隆起部６１は、平坦部６３に垂直な回転軸を中心とした１８０°の回転によって不変であるため、光学素子の位置決めは、この回転軸の周りの１８０°の回転を除いて確定する。

図５Ｃに示した取付突出部４では、くぼみ６２は円形のスロットの形態で形成されている。上記の光学素子は、有利には相補的に配置された複数のピンを有しており、これらはスロット６２に差し込むことが可能である。ここでもスロット状のくぼみ６２の形態のこの構造化部は、回転軸の周りの１８０°回転によって不変である。したがってここでも異なる２種類の適当な光学素子５を取付突出部４に載置することができる。

図５Ｄに示した取付突出部４では円形のスロット６２および縦長のスロット６２が構成されている。この構造化部は、０°よりも大きくかつ３６０°よりも小さな角度の回転によって不変ではない。したがってここでは光学素子５の位置は一意に確定するのである。

択一的な実施形態において図５Ａ〜５Ｄに示した斜線の領域は隆起部であり、また斜線のない領域はくぼみである。

本発明は、上記の実施例に基づく説明により、このような実施例に限定されることはなく、あらゆる新たな特徴および特徴の任意の組み合わせを含むものである。このことには、殊に特許請求の範囲における特徴の任意の組み合わせが含まれているのであり、またこのことは上記のような特徴または組み合わせそのものが特許請求の範囲または実施例に明示的に示されていない場合であっても有効である。

本明細書は、ドイツ国特許明細書第102008025921.7号および第102008039147.6号に優先権を主張するものであり、その開示内容は参照によってここに含まれるものとする。

Claims (15)

1. オプトエレクトロニックモジュールにおいて、
   該オプトエレクトロニックモジュールは、
   − 支持体（３）に配置された少なくとも１つの発光ダイオードチップ（２）と、
   − 前記の支持体（３）に固定されておりかつ発光ダイオードチップ（２）を少なくとも部分的に覆う取付突出部（４）とを有しており、
   − 当該の取付突出部（４）は、その上側に構造化部（６）を有しており、当該の構造化部（６）によって光学素子（５）の位置決めが可能になることを特徴とする
   オプトエレクトロニックモジュール。
2. − 前記の取付突出部（４）の下側に発光ダイオードチップ（２）を収容するための凹部（４１）が形成されている、
   請求項１に記載のオプトエレクトロニックモジュール。
3. − 前記の取付突出部（４）により、発光ダイオードチップ（２）が完全に覆われる、
   請求項１または２に記載のオプトエレクトロニックモジュール。
4. − 前記の取付突出部（４）により、発光ダイオードチップ（２）が完全に覆われておりかつ側方が完全に包囲されている、
   請求項１から３までのいずれか１項に記載のオプトエレクトロニックモジュール。
5. − 前記の取付突出部（４）の上側に少なくとも１つの隆起部（６１）、例えばピン状隆起部が形成されている、
   請求項１から４までのいずれか１項に記載のオプトエレクトロニックモジュール。
6. − 前記の取付突出部（４）の上側にくぼみ（６２）、例えばスロット状のくぼみが形成されている、
   請求項１から５までのいずれか１項に記載のオプトエレクトロニックモジュール。
7. − 前記の取付突出部（４）の上側に開口部が形成されている、
   請求項１から６までのいずれか１項に記載のオプトエレクトロニックモジュール。
8. − 前記の構造化部（６１）には平坦部（６３）が含まれている、
   請求項１から７までのいずれか１項に記載のオプトエレクトロニックモジュール。
9. − 前記の平坦部（６３）は取付突出部（４）のビーム透過領域に配置されている、
   請求項８に記載のオプトエレクトロニックモジュール。
10. − 取付突出部（４）と、少なくとも１つの発光ダイオードチップ（２）との間の空間が気体によって、例えば空気によって充たされている、
    請求項１から９までのいずれか１項に記載のオプトエレクトロニックモジュール。
11. オプトエレクトロニック装置において、
    該オプトエレクトロニック装置は、
    − 請求項１から１０までのいずれか１項に記載のオプトエレクトロニックモジュールと、
    − 前記の取付突出部（４）に載置された光学素子（５）とを有しており、
    − 当該の光学素子（５）は、前記の取付突出部（４）の構造化部（６）に少なくとも部分的にはめ込まれる構造化部を有することを特徴とする
    オプトエレクトロニック装置。
12. − 前記の取付突出部（４）と光学素子（５）との間の取付突出部（４）のビーム透過領域に平坦な接触接続部が設けられている、
    請求項１１に記載のオプトエレクトロニック装置。
13. − 前記の取付突出部（４）と光学素子（５）との間のビーム透過領域に中間空間が設けられている、
    請求項１１に記載のオプトエレクトロニック装置。
14. − 前記の光学素子（５）は取付突出部（４）に固定されている、
    請求項１１から１３までのいずれか１項に記載のオプトエレクトロニック装置。
15. − 前記の光学素子（５）は、支持体（３）に固定されている、
    請求項１１から１３までのいずれか１項に記載のオプトエレクトロニック装置。

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