JP2012513667A - オプトエレクトロニクス投影装置 - Google Patents
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Abstract
本発明は、動作時に、所定のイメージ（１０）を生成するオプトエレクトロニクス投影装置に関する。この投影装置は、電磁放射を発生させるのに適している活性層（１０１）と放射放出面（１０２）とを有する半導体ボディ（１）、を備えている。半導体ボディ（１）は、本投影装置のイメージ生成要素である。半導体ボディ（１）との電気接続を形成するため、第１のコンタクト層（２）および第２のコンタクト層（３）が、放射放出面（１０２）とは反対側の半導体ボディ（１）の裏面（１０３）に配置されており、かつ分離層（４）によって互いに電気的に絶縁されている。
【選択図】図３
【選択図】図３
Description
本特許出願は、独国特許出願第１０２００８０６２９３３．２号の優先権を主張し、この文書の開示内容は参照によって本出願に組み込まれている。
本発明は、半導体ボディを備えているオプトエレクトロニクス投影装置であって、半導体ボディが本投影装置のイメージ生成要素（imaging element）である、オプトエレクトロニクス投影装置、に関する。
例えば、特許文献１には、シリコン基板上に配置されたＳｉＮベースのＬＥＤのアレイを備えている装置であって、ＬＥＤが、ｎ行ｍ列からなる２次元の規則的な行列に配置されており、かつ互いに相互接続されている、装置、が開示されている。ＬＥＤそれぞれは、表側および裏側にコンタクト接続部を有し、ＬＥＤそれぞれの表側が放射出口面として具体化されている。この結果として、ＬＥＤの放射出口面における遮蔽効果（shading effects）につながり、ＬＥＤの放出特性が一様ではなく、これは不利である。
さらには、特許文献２にもＬＥＤのアレイが記載されている。ＩｎＧａＮウェハから、規則的に配置された円柱状のＬＥＤを形成する。これらのＬＥＤも、表側および裏側から電気コンタクトを介して接続されており、したがって遮蔽効果が生じ、対応して放出特性が一様ではなく、これは不利である。
本発明の目的は、特に省スペースであると同時に、使い方に関して柔軟性の高い光学投影装置を開示することである。
この目的は、特に、請求項１の特徴を備えたオプトエレクトロニクス投影装置によって達成される。従属請求項は、本投影装置の有利な実施形態および好ましい発展形態に関する。
本発明は、動作時に、所定のイメージを生成するオプトエレクトロニクス投影装置を提供する。この投影装置は、電磁放射を発生させるのに適している活性層と放射出口面とを有する半導体ボディ、を備えている。半導体ボディは、本投影装置のイメージ生成要素である。半導体ボディとの電気接続を形成するため、第１のコンタクト層および第２のコンタクト層が、半導体ボディの裏面に配置されており、かつ、分離層によって互いに電気的に絶縁されており、裏面は、放射出口面とは反対側に位置している。
第１のコンタクトおよび第２のコンタクトが半導体ボディの裏面に配置されているため、コンタクト層が半導体ボディの放射出口面に配置されている結果として生じうる遮蔽効果が防止され、これは有利である。結果として、半導体ボディ全体としての放射効率および放射の一様性が改善される。
半導体ボディは、本投影装置のイメージ生成要素である。具体的には、動作時に本投影装置によって生成されるイメージは、さらなる要素、例えば、ステンシル、トランスパレンシー（transparency）、光変調器（例えば、ＬＣＤパネル、マイクロミラーアレイ）によって生成されるのではなく、半導体ボディ自体がイメージ生成要素である。特に、省スペースであると同時に、使い方に関する柔軟性の高さを特徴とするオプトエレクトロニクス投影装置が可能となり、これは有利である。したがって、特に、小型の投影装置が実現する。
半導体ボディは、例えば、発光ダイオードチップまたはレーザダイオードチップである。半導体ボディは、薄膜半導体ボディであることが好ましい。薄膜半導体ボディとは、本出願においては、半導体ボディを備えている半導体積層体を上に（例えばエピタキシャルに）成長させた成長基板が製造中に除去されている半導体ボディを意味する。
半導体ボディの活性層は、放射を発生させるためのｐｎ接合、ダブルヘテロ構造、単一量子井戸（ＳＱＷ）構造、または多重量子井戸（ＭＱＷ）構造を有することが好ましい。この場合、量子井戸構造という表現は、量子化の次元に関して何らかの指定を行うものではない。したがって、量子井戸構造には、特に、量子井戸、量子細線、および量子ドットと、これらの構造の任意の組合せが含まれる。
半導体ボディは放射出口面を有し、半導体ボディにおいて発生した放射はこの放射出口面を通じて半導体ボディから出ていくことができる。この場合、放射出口面は、半導体ボディの主面によって形成されていることが好ましい。特に、放射出口面は、半導体ボディの主面のうち、半導体ボディの実装面とは反対側に位置する主面によって形成されている。半導体ボディの側面領域からは、光がまったく、またはほとんど放出されないことが好ましい。
本オプトエレクトロニクス投影装置は、動作時に、所定のイメージを生成することが好ましい。特に、本投影装置は、その動作時、所定の、したがって事前に定義されたイメージを生成する。このイメージを、例えば投影領域上に結像することができる。
半導体ボディは、電磁放射を放射出口面から放出するように設けられている。第１の電気コンタクト層および第２の電気コンタクト層は、放射出口面とは反対側に位置する裏面に配置されている。第１の電気コンタクト層および第２の電気コンタクト層は、分離層によって互いに電気的に絶縁されている。
第１の電気コンタクト層もしくは第２の電気コンタクト層またはその両方は、必ずしもその全体が裏面に配置されている必要はない。むしろ、第１のコンタクト層の部分領域は、裏面から、活性層における孔（perforation）の中を、放射出口面に向かう方向に延在している。第１のコンタクト層と第２のコンタクト層との間には分離層が配置されており、第１のコンタクト層と第２のコンタクト層は、半導体ボディの平面視において横方向に重なっていることが好ましい。
半導体ボディの放射出口面には、例えばボンディングパッドなどの電気接続部が存在しておらず、これは有利である。このようにすることで、動作時に活性層によって放出される放射の一部が電気接続部によって遮られたり吸収されたりする危険性が最小となっている。
さらには、放射出口面の上に配置されるこのような接続部の形成に関連する複雑な方法ステップ、もしくは、電気接続部の下の半導体ボディの領域内に電流が注入されることを制約あるいは阻止する方策、またはその両方を省くことが可能であり、これは有利である。一例として、半導体ボディの表側の表面の研磨、もしくは、電流拡散のための金属ウェブ（厚さは大きいが横方向範囲は小さい）の形成、またはその両方が、絶対的には必要なく、これは好ましい。さらには、例えば、接続部の下の電気絶縁層、ショットキーバリア、イオン注入領域などを形成するステップを省くことが可能であり、これは有利である。
本オプトエレクトロニクス投影装置の好ましい一構造形態においては、第２のコンタクト層がピクセルの形に構造化されており、本投影装置の動作時、ピクセルが投影される結果として、所定のイメージの少なくとも一部が生じる。
ピクセルが投影される結果として、所定のイメージ全体が生じることが好ましい。第２のコンタクト層を、ピクセルに対応して部分的に損傷させることができ、損傷した領域は、もはや電流をまったく、またはほとんど伝えない。第２のコンタクト層のうち損傷した領域は、活性層にまったく、またはほとんど電流を注入しない。このようにすることで、活性層のうち選択された領域のみが発光する。活性層のうち光を発生させるこれらの選択された領域は、所定のイメージを形成するように機能する。この場合、第２のコンタクト層の構造化は、部分的な除去、第２のコンタクト層への部分的なイオン注入またはドーパントの拡散によって行うことができる。
本投影装置の好ましい一構造形態においては、ピクセルは２次元のセグメントディスプレイとして配置されている。ピクセルは、２次元の７セグメントディスプレイとして配置されていることが好ましい。
特に、このようにすることで、半導体ボディの放射出口面のうち、縦方向下方に第２のコンタクト層によるピクセルが配置されている領域のみが、放射の放出に寄与する。この場合、活性層のうち、第２のコンタクト層（特に、第２のコンタクト層のピクセル）の縦方向上方に配置されている選択された領域のみが発光する。
さらなる好ましい構造形態においては、ピクセルは、ｎ行ｍ列からなる２次元の規則的な行列に配置されている。
本投影装置のさらなる好ましい構造形態においては、第２のコンタクト層は、絵文字、文字、またはレタリングの形の少なくとも１つの構造を有する。第２のコンタクト層は、それぞれが絵文字、文字、またはレタリングの形の複数の構造を有することが好ましい。
特に、この場合、第２のコンタクト層の構造それぞれは、すでに完全な絵文字または文字である。このようにすることで、複数の文字、文字列、あるいはレタリングを投影することが可能となり、これは有利である。
好ましい一構造形態においては、半導体ボディは、パターンを形成するように構造化されており、本投影装置の動作時、パターンが投影される結果として、所定のイメージの少なくとも一部が生じる。
パターンが投影される結果として、所定のイメージ全体が生じることが特に好ましい。
この場合、パターンを形成するための半導体ボディの構造化は、例えばエッチング法によって行うことができ、形成するパターンをリソグラフィ法によって画成する。この目的のため、一例として、半導体ボディを部分的に完全に除去することができる。しかしながら、半導体ボディの特定の要素のみ（例えば導電層など）を除去することも可能である。このように半導体ボディ１を形成する、特に、半導体ボディ１を構造化することにより、全体として、動作時、イメージとして表現するパターンが、半導体ボディの放射出口面のうち光を放出する領域を通じて生じる。
一例として、本オプトエレクトロニクス投影装置によってイメージとして光る星を表現する場合、星の形の領域を残して半導体ボディを完全に除去することができる。半導体ボディの動作時、星の形の領域が発光する。この場合、半導体ボディがイメージ生成要素であり、パターンは星の領域によって形成されている。この場合、特に、パターンを形成するように構造化された有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）を採用することができる。
この構造形態においては、光の生成が、半導体ボディの選択的発光領域（selectively luminous regions）に集中しており、これは有利である。
好ましい一構造形態においては、半導体ボディの除去された領域に反射性材料が配置されている。適切な反射性材料の例としては、金属（例：Ａｇ）や、屈折率の低い材料（例：ＳｉＯ２）が挙げられる。結果として、半導体ボディの選択的発光領域から、半導体ボディの隣接する選択的発光領域それぞれの方向に放出された放射を、反射性材料において放射出口面の方向に反射することができ、放射出口面において取り出すことができる。このようにすることで、特に、本投影装置の効率が向上し、これは有利である。
さらには、半導体ボディの個々の選択的発光領域の間の光学的クロストークを防止することができ、これは有利である。光学的クロストークとは、特に、半導体ボディの選択的発光領域からの放射が、オフに切り替えられている隣接する選択的発光領域の中に入ることを意味するもの理解されたい。光学的クロストークの結果として、投影装置のコントラストが低下する。したがって、反射性材料は、投影装置のコントラストと、投影装置の効率とを向上させ、これは有利である。
好ましい一構造形態においては、第１のコンタクト層は、第２のコンタクト層の面のうち半導体ボディとは反対側の面に配置されている。特に好ましくは、第２のコンタクト層が複数の開口を有し、第１のコンタクト層はこれらの開口の中を半導体ボディの方に延在している。
特に、この場合、第１のコンタクト層と第２のコンタクト層との間に電気絶縁性の分離層が配置されている。電気絶縁性の分離層は、第２のコンタクト層における開口の領域に開口を有することが好ましく、第１のコンタクト層は開口の中に延在している。特に、第１のコンタクト層は、第２のコンタクト層から電気的に絶縁された状態で配置されている。したがって、第１のコンタクト層は、第２のコンタクト層から電気的に絶縁された状態で、第２のコンタクト層における開口の中を半導体ボディの方に延在している。この構造は、電気絶縁性の分離層によって達成されることが好ましい。
好ましい一構造形態においては、第１のコンタクト層の部分領域は、裏面から、活性層における孔の中に、放射出口面に向かう方向に延在している。
特に好ましくは、分離層および第２のコンタクト層における開口の中に延在する、第１のコンタクト層の部分領域は、裏面から、活性層における孔の中を放射出口面に向かう方向に延びている。この場合、第１のコンタクト層は、半導体ボディから電気的に絶縁された状態で、半導体ボディにおいて活性層の孔の中に延在していることが好ましい。
さらなる構造形態においては、第１のコンタクト層は、放射出口面に面している活性層の側において半導体ボディとの電気接続を形成するのに適している少なくとも１つの電気接続領域を有する。具体的には、第１のコンタクト層は、裏面から活性層における孔の中を放射出口面に向かう方向に延在している部分領域によって、放射出口面に面している活性層の側において半導体ボディとの電気接続を形成するのに適している。
特に、接続領域は、半導体ボディの裏面に配置されている。結果として、活性層によって放出される放射が接続領域において遮られたり吸収されたりすることを回避することができ、これは有利である。
本投影装置の好ましい一構造形態においては、第１のコンタクト層は、特定の構造の形に構造化されており、かつ複数の電気接続領域を有し、構造それぞれが接続領域に導電接続されている。
したがって、特に、第１のコンタクト層の構造を個別に電気的に駆動することが可能である。第１のコンタクト層の個々の構造を適切に電気的に駆動することにより、特に同一の半導体ボディによって複数の異なるイメージを生成することができ、これは有利である。半導体ボディへの対応する通電によって、第１のコンタクト層の複数の構造に互いに独立して通電することができる。このようにすることで、単一の半導体ボディを使用して、複数の異なる事前定義可能なイメージを互いに独立して生成することができる。
本投影装置のさらなる好ましい構造形態においては、第２のコンタクト層は、ピクセルの形に構造化されており、かつ複数の電気接続パッドを有し、ピクセルそれぞれが接続パッドに導電接続されている。
したがって、個々のピクセルを互いに個別に電気的に駆動することができる。このようにすることで、第２のコンタクト層のピクセルに独立して通電することが可能となり、この結果として、複数の異なる事前定義可能なイメージを互いに独立して生成することができる。
特に好ましくは、第１のコンタクト層が特定の構造の形に構造化されており、第２のコンタクト層がピクセルの形に構造化されており、この場合、第１のコンタクト層の構造と第２のコンタクト層のピクセルは、互いに個別に電気的に駆動できることが好ましい。したがって、第１のコンタクト層の領域と第２のコンタクト層の領域に独立して通電することが可能であり、この結果として、単一の半導体ボディを使用して、複数の異なる事前定義可能なイメージを互いに独立して生成することができる。柔軟性の高いオプトエレクトロニクス投影装置が可能となり、これは有利である。
本オプトエレクトロニクス投影装置の好ましい一構造形態においては、半導体ボディの放射出口面上に部分的に放射取り出し構造が配置されている。
特に、放射取り出し構造は、半導体ボディの放射出口面のうち、縦方向下方に第２のコンタクト層の各ピクセルが配置されている領域にのみ配置されている。これによって、第２のコンタクト層の縦方向上方、特に、第２のコンタクト層のピクセルの上方に配置されている、半導体ボディの選択された領域において、半導体ボディによって放出される放射の取り出しが改善される。放射出口面のこの選択された領域は、半導体ボディのうち所定のイメージを形成するように機能する領域に対応する。
放射取り出し構造を有する放射出口面の領域において、半導体ボディによって放出される放射の取り出しが改善され、これは有利であり、この結果として、半導体ボディの効率が高まり、これは有利である。
半導体ボディの界面においては、半導体ボディの材料と周囲の材料とで屈折率が異なる。この結果として、光は半導体ボディから周囲に出て行くときに屈折する。界面に光線が入射する角度によっては、全反射が起こりうる。半導体ボディの表面は平行であるため、反射した光線は反対側の界面に同じ角度で入射し、したがって、そこでも全反射が起こる。したがって、この光線は光の放出に寄与することができない。放射出口面上に放射取り出し構造が配置されていることによって、光線が表面に入射する角度が変化する。
放射取り出し構造は、主として、表面の構造化を意味するものと理解されたい。特に、例えば放射出口面の高さプロファイル（例えばマイクロプリズム構造）、あるいは放射出口面の粗さを大きくすることによって、光の取り出しを改善することが可能である。放射出口面の粗面化を行うと、結果として不規則な表面が形成され、光の取り出しが改善される。
本オプトエレクトロニクス投影装置の好ましい一構造形態においては、半導体ボディの下流、放射出口面上に波長変換要素が配置されている。特に、半導体ボディの放射出口面を通じて出ていく光の少なくとも一部は、この波長変換要素を通過し、これによって、半導体ボディによって放出される１つの波長の放射の少なくとも一部分が、別の波長の放射に変換される。結果として、多色光を放出する投影装置を製造することが可能であり、これは有利である。
特に有利には、半導体ボディは、複数の隣接する選択的発光領域を有し、放射出口面上に波長変換要素が規則的に配置されている。特に、この規則的な配置は、第１の選択的発光領域それぞれの上の、緑色を放出する変換要素と、第２の選択的発光領域それぞれの上の、赤色を放出する変換要素とを備えており、第３の選択的発光領域それぞれは変換要素を備えていないことが好ましい。緑色を放出する変換要素または赤色を放出する変換要素は、特に、半導体ボディによって放出される放射を、それぞれ、緑色の波長範囲または赤色の波長範囲の放射に変換する変換要素を意味するものと理解されたい。
したがって、投影装置においてフルカラーイメージを投影できるフルカラー半導体ボディを製造することができ、これは有利である。
複数の異なる変換要素の構造化は、例えば、光半導体材料（例：ＩＩ−ＶＩ族半導体材料）をエッチングすることによって、あるいは、あらかじめ堆積させたセラミック変換材料をリソグラフィによって部分的にリフトオフする（いわゆるリフトオフ法）ことによって、行うことができる。変換層に対してレーザ照射によるアブレーションを行うことも可能である。
本オプトエレクトロニクス投影装置の好ましい一構造形態においては、半導体ボディの下流、放射出口面上に光学要素が配置されている。具体的には、半導体ボディによって発生して半導体ボディの放射出口面を通じて出て行く光の少なくとも一部分が光学要素を通過し、これにより光学的な影響を受ける。
この光学要素は、活性層によって放出される放射を投影領域上に導くことを目的として、半導体ボディのビーム経路上に配置されている導光要素であることが好ましい。半導体ボディによって放出された光を投影領域上に投影することを目的とする光学要素は、例えば、１枚または複数枚のレンズ、特にレンズ系からによって構成することができる。この場合、これらのレンズまたはレンズ系のそれぞれが、１つまたは２つの曲面領域を有することができる。レンズまたはレンズ系は、半導体ボディに直接固定することができる。あるいは、レンズまたはレンズ系を、半導体ボディから特定の距離に配置することができる。この場合、特定の距離は、例えば半導体ボディを組み立てる外枠によって確保することができる。
レンズまたはレンズ系は、本投影装置の所望の用途に応じて、半導体ボディによって放出される放射の縮尺比一定のイメージが、半導体ボディの放射出口面に対して垂直、平行、または斜めに位置する平面的または湾曲した投影領域上に結像されるような形状とすることができる。
本オプトエレクトロニクス投影装置の一実施形態によると、本投影装置は、半導体ボディを囲むポッティング体（potting body）の外側領域によって形成されている光学要素、を備えている。特に、半導体ボディはポッティング材料によって囲まれており、このポッティング材料は、例えば、シリコーン、エポキシ樹脂、またはシリコーンおよびエポキシ樹脂からなるハイブリッド材料とすることができる。この場合、ポッティング材料は、半導体ボディを確実に固定するように少なくとも一部分を包囲していることができる。この場合、ポッティング体は、投影レンズ状に成形された外側領域を有する。
投影装置の光学要素としてポッティング体を形成することによって、本投影装置は２つの要素を有するのみでよく、これは有利である。半導体ボディがイメージ生成要素として使用される。半導体ボディのポッティングが投影光学ユニットとして使用される。ポッティング体がレンズ形状であるため、ポッティング体と周囲の材料（例えば空気）との間の界面における反射に起因する損失がさらに減少する。特に、ポッティング体の外側領域の成形によって、光の取り出し量が増大し、これは有利である。
本投影装置の好ましい一構造形態においては、第１のコンタクト層もしくは第２のコンタクト層またはその両方は、電磁放射のうち活性層から裏面に向かう方向に放出された部分を、放射出口面の方向に反射する。
一例として、第２のコンタクト層がピクセルの形に構造化されており、かつ反射性に具体化されているならば、半導体ボディによって放出された光は、第２のコンタクト層が位置している領域において、隣接する領域よりも明るく見える。このようにすることで、イメージにおけるピクセルが周囲の領域よりも明るく表現されることにより、イメージを生成することが可能である。
好ましい一構造形態においては、本投影装置は、電子装置、特に、携帯電話、携帯情報端末（ＰＤＡ）、ノート型コンピュータ、デスクトップコンピュータ、時計、または目覚し時計の一部である。
この電子装置は、携帯型の装置であることが好ましい。携帯型の装置は、特に省スペースに具体化されていることを特徴とする。特に、このような装置は、最小限の大きさを有する。
特に好ましくは、電子装置は投影領域を有する。投影領域は、特に、電子装置の中に形成されている。本投影装置の動作時に生成されるイメージを、電子装置の中の投影領域上に背面投影（back projection）によって結像することができる。
あるいは、投影領域が電子装置の外側に位置していることもできる。この場合、投影領域は、例えば、テーブル、壁、または電子装置のハウジング部とすることができる。
本オプトエレクトロニクス投影装置のさらなる特徴、利点、好ましい構造形態、および有用性は、以下に図１〜図３を参照しながら説明する例示的な実施形態から明らかになるであろう。
同一の構成要素、または機能が同じである構成要素には、それぞれ同じ参照数字を付してある。図示した構成要素と、構成要素の互いの大きさの関係は、必ずしも正しい縮尺ではないことを理解されたい。
図１Ａ〜図１Ｆは、それぞれ、半導体ボディ１を有する投影装置の概略的な断面図を示している。半導体ボディ１は、例えば、発光ダイオードチップまたはレーザダイオードチップである。半導体ボディ１は、薄膜設計に具体化されていることが好ましく、半導体ボディ１を形成しているエピタキシャル成長層を備えている。
本半導体部品の層は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体材料をベースとしていることが好ましい。ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体材料は、第ＩＩＩ族の少なくとも１種類の元素（例えば、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）と、第Ｖ族の１種類の元素（例えば、Ｎ、Ｐ、Ａｓ）とを備えている。特に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体材料という用語は、第ＩＩＩ族の少なくとも１種類の元素と第Ｖ族の少なくとも１種類の元素とを含んでいる、二元化合物、三元化合物、および四元化合物の群を包含している（特に、窒化物化合物半導体、リン化物化合物半導体）。さらに、このような二元化合物、三元化合物、または四元化合物は、例えば１種類または複数種類のドーパントおよび追加の構成成分を備えていることができる。
半導体ボディ１は、電磁放射を発生させるのに適している活性層１０１を有する。活性層１０１は、放射を発生させるためのｐｎ接合、ダブルへテロ構造、単一量子井戸構造、または多重量子井戸構造を備えていることが好ましい。半導体ボディ１の活性層１０１は、紫外波長範囲または赤外波長範囲の放射、特に好ましくは可視波長範囲の放射を放出することが好ましい。この目的のため、半導体ボディ１の活性層１０１は、例えば、ＩｎＧａＡｌＰまたはＩｎＧａＮを備えていることができる。
半導体ボディ１は放射出口面１０２をさらに有し、活性層１０１において発生した電磁放射は、この放射出口面１０２において半導体ボディ１から出る。
半導体ボディ１は、本投影装置のイメージ生成要素である。具体的には、動作時に本投影装置によって生成されるイメージは、さらなる要素（例えば、ステンシル、トランスパレンシー、光変調器）によって生成されるのではなく、半導体ボディ１自体が本投影装置のイメージ生成要素である。このようにすることで、省スペースな投影装置が可能となり、これは有利である。
半導体ボディ１との電気接続を形成するため、半導体ボディ１の放射出口面１０２とは反対側に位置する裏面１０３に、第１のコンタクト層２および第２のコンタクト層３が配置されており、これらのコンタクト層は分離層４によって互いに電気的に絶縁されている。
第２のコンタクト層３は、ピクセル３０１の形に構造化されていることが好ましく、本投影装置の動作時、ピクセル３０１が投影される結果として、所定のイメージ１０の少なくとも一部が生じる。第２のコンタクト層３のピクセル３０１は、一例として、２次元のセグメントディスプレイ、特に、７セグメントディスプレイとして構造化する、またはｎ行ｍ列からなる２次元の規則的な行列に構造化することができる。
あるいは、第２のコンタクト層３は、絵文字、文字、またはレタリングの形の少なくとも１つの構造を有することができる。第２のコンタクト層３は、絵文字、文字、またはレタリングの形の複数の構造を有することが好ましい。
ピクセル３０１の間に配置されている、第２のコンタクト層３の領域３０５は、電気絶縁性に具体化されていることが好ましい。特に、ピクセル３０１は、領域３０５によって互いに電気的に絶縁されている。
ピクセル３０１の外側の、第２のコンタクト層３の領域３０５の導電性は、破壊されている、または少なくとも低減されていることが好ましい。あるいは、ピクセル３０１の外側の領域において、第２のコンタクト層３を除去することができる。この場合、ピクセル３０１の間には、電気絶縁性材料（例えば誘電体材料）が配置されている。
第１のコンタクト層２は、半導体ボディ１とは反対側の第２のコンタクト層３の面に配置されていることが好ましい。第１のコンタクト層２と第２のコンタクト層３の間には、電気絶縁性の分離層４が配置されていることが好ましい。
第２のコンタクト層３および電気絶縁性の分離層４は、複数の開口３０２を有することが好ましく、第１のコンタクト層２はこれらの開口３０２の中を半導体ボディ１の方に延在している。第１のコンタクト層２のうち開口３０２の中に延在する部分領域２０３は、半導体ボディ１の裏面１０３から活性層１０１における孔１０４の中を放射出口面１０２に向かう方向に延びている。したがって、第１のコンタクト層２は、放射出口面１０２に面している活性層１０１の側において半導体ボディ１との電気接続を形成するのに適している。第２のコンタクト層３は、半導体ボディ１との電気接続を裏面１０３から形成するのに適している。
したがって、この例示的な実施形態においては、第１のコンタクト層２は、電気的に絶縁されている開口または孔を介して、半導体ボディ１のエピタキシャル層に点において接続されている。特に、第１のコンタクト層２のうち第２のコンタクト層３における開口３０２および半導体ボディ１の中を延びている部分領域２０３は、第２のコンタクト層３および半導体ボディ１の層から電気的に絶縁された状態で延在している。この構造は、例えば電気絶縁性の分離層４ｂによって達成することができる。
第１のコンタクト層２もしくは第２のコンタクト層３またはその両方は、金属または金属合金を含んでいることができる。電気絶縁性の分離層４は、例えば誘電体層を含んでいることができる。
第１のコンタクト層２は、半導体ボディ１の横方向範囲の実質的に全体にわたり延在している平面的なミラーとして具体化されていることが好ましい。第１のコンタクト層２は、半導体ボディ１のｎ型コンタクトとして具体化されていることが好ましい。
第２のコンタクト層３は、半導体ボディ１の部分領域の上に配置されていることが好ましい。したがって、第２のコンタクト層３は、半導体ボディ１の横方向範囲の全体には延在していない。第２のコンタクト層３は、半導体ボディ１のｐ型コンタクトとして具体化されていることが好ましい。
第１のコンタクト層２もしくは第２のコンタクト層３またはその両方は、活性層１０１によって放出される放射に対して反射性として具体化されていることが好ましい。
第２のコンタクト層３は、反射性に具体化されていることが特に好ましい。これによって、半導体ボディの結像領域における放射の取り出し量が増大し、結果として、この領域における放射の効率が高まり、これは好ましい。
図１Ａ〜図１Ｆの例示的な実施形態においては、第１のコンタクト層２は、半導体ボディ１との電気接続を形成するのに適している電気接続領域を有する（図示していない）。第２のコンタクト層３は、複数の電気接続パッド（図示していない）を有することが好ましく、ピクセル３０１それぞれが接続パッドに導電接続されている。結果として、第２のコンタクト層３のピクセル３０１を、複数の電気接続パッドによって互いに個別に電気的に駆動することができる。
ピクセルを形成するように構造化されている第２のコンタクト層３によって、本投影装置の動作時、投影装置において結像させるイメージが、半導体ボディ１における横方向に選択的な放出によって直接生成される。したがって、第２のコンタクト層３のピクセル３０１を適切に駆動することによって、複数の異なるパターンを生成することができる。特に、対応する駆動によって、異なる発光イメージ（例えば、絵文字、文字、レタリング）を生成し、レンズ系によって投影領域上に結像することができる。
したがって、本投影装置の動作時、特に、互いに独立して生成することのできる複数の所定のイメージを、単一の半導体ボディ１によって表現することができ、これは有利である。フレキシブルに使用することのできる投影装置が可能になり、これは有利である。
図１Ｂは、さらなる投影装置の概略的な断面図を示している。図１Ａに示した例示的な実施形態に加えて、半導体ボディ１の放射出口面１０２上に放射取り出し構造１１が形成されている。特に、放射取り出し構造１１は、放射出口面１０２上に部分的に配置されている。
特に、放射取り出し構造１１は、半導体ボディ１の放射出口面１０２のうち、縦方向下方に第２のコンタクト層３のピクセル３０１が配置されている領域にのみ配置されている。この場合、第２のコンタクト層３（特に、第２のコンタクト層３のピクセル３０１）の縦方向上方に配置されている、半導体ボディの選択された領域において、半導体ボディ１によって放出される放射の取り出しが改善される。放射出口面１０２のこの選択された領域は、半導体ボディ１のうち所定のイメージ１０を形成するように機能する領域に対応する。
放射取り出し構造１１を有する放射出口面１０２の領域において、半導体ボディ１によって放出される放射の取り出しが改善され、これは有利であり、この結果として、半導体ボディ１の効率が高まり、これは有利である。
半導体ボディ１の界面においては、半導体ボディの材料と周囲の材料とで屈折率が異なる。この結果として、光は半導体ボディ１から周囲に出ていくときに屈折する。界面に光線が入射する角度によっては、全反射が起こりうる。半導体ボディ１の表面は平行であるため、反射した光線は反対側の界面に同じ角度で入射し、したがって、そこでも全反射が起こる。したがって、結果として、この光線は光の放出に寄与することができない。放射出口面１０２上に放射取り出し構造１１が配置されているため、光線が表面に入射する角度が変化する。
放射取り出し構造１１は、主として、表面の構造化を意味するものと理解されたい。特に、例えば放射出口面１０２の高さプロファイル（例えばマイクロプリズム構造）、あるいは放射出口面１０２の粗さを大きくすることによって、光の取り出しを改善することが可能である。放射出口面１０２の粗面化を行うと、結果として不規則な表面が形成され、光の取り出しが改善される。
残りの要素については、図１Ｂの例示的な実施形態は、図１Ａの例示的な実施形態と同じである。
図１Ｃは、さらなる投影装置の概略的な断面図を示している。図１Ａの例示的な実施形態とは異なり、半導体ボディ１は、パターンを形成するように構造化されており、本投影装置の動作時、パターンが投影される結果として、所定のイメージ１０の少なくとも一部が生じる。
半導体ボディ１のパターンが投影される結果として、所定のイメージ１０全体が生じることが好ましい。
この場合、パターンを形成するための半導体ボディ１の構造化は、例えばエッチング法によって行うことができ、形成するパターン１０をリソグラフィ法によって画成する。この目的のため、一例として、半導体ボディを部分的に除去することができる。したがって、このように半導体ボディ１を形成する、特に、半導体ボディ１を構造化することにより、動作時、イメージ１０として表現するパターンが、半導体ボディ１の放射出口面１０２のうち光を放出する領域を通じて生じる。
一例として、本オプトエレクトロニクス投影装置によって帯状パターンをイメージとして表現する場合、半導体ボディ１を部分的に、特に、図１Ｃにおいて除去された領域８として示したように、完全に除去することができる。半導体ボディ１の動作時、帯状の領域９が発光する。この場合、半導体ボディ１がイメージ生成要素であり、パターンは帯の領域によって形成されている。
この場合、特に、パターンを形成するように構造化された有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）を採用することができる。
この構造形態においては、光の発生が、半導体ボディ１の選択的発光領域に集中しており、これは有利である。
残りの要素については、図１Ｃの例示的な実施形態は、図１Ａの例示的な実施形態と同じである。
図１Ｄは、さらなる投影装置の概略的な断面図を示している。図１Ｃの例示的な実施形態とは異なり、除去された領域８に反射性材料８１が充填されている。適切な反射性材料８１の例としては、金属（例：Ａｇ）や、屈折率の低い材料（例：ＳｉＯ２）が挙げられる。結果として、個々の帯状領域９から、隣接する各帯状領域９の方向に放出される放射を、反射性材料８１において放射出口面１０２の方向に反射することができ、放射出口面から取り出すことができる。このようにすることで、特に、本投影装置の効率が向上し、これは有利である。
さらには、個々の領域９の間の光学的クロストークを防止することができ、これは有利である。したがって、反射性材料８１は、投影装置のコントラストと、投影装置の効率とを向上させ、これは有利である。
残りの要素については、図１Ｄの例示的な実施形態は、図１Ｃの例示的な実施形態と同じである。
図１Ｅは、さらなる投影装置のさらなる例示的な実施形態を示している。図１Ｃに示した例示的な実施形態とは異なり、図１Ｅに示した例示的な実施形態においては、放射出口面１０２上に放射取り出し構造１１が配置されている。この場合、放射取り出し構造１１は、半導体ボディの放射出口面１０２のうち、縦方向下方に第２のコンタクト層３のピクセル３０１が配置されている領域９に、配置されている。
放射取り出し構造１１によって、半導体ボディ１によって放出される放射の取り出しが改善され、これは有利であり、この結果として、半導体ボディ１の効率が高まり、これは有利である。
残りの要素については、図１Ｅの例示的な実施形態は、図１Ｃの例示的な実施形態と同じである。
図１Ｆは、さらなる投影装置のさらなる例示的な実施形態を示している。図１Ｅに示した例示的な実施形態とは異なり、放射取り出し構造の代わりに、波長変換要素１１１が放射出口面１０２上に配置されている。一例として、緑色を放出する変換要素１１１ａが半導体ボディの第１の領域９の上に配置されており、赤色を放出する変換要素１１１ｂが半導体ボディの第２の領域９の上に配置されており、半導体ボディの第３の領域９における領域１１１ｃには変換要素が配置されていない。結果として、本投影装置においてフルカラーイメージを投影できるフルカラー半導体ボディを製造することができ、これは有利である。
残りの要素については、図１Ｆの例示的な実施形態は、図１Ｅの例示的な実施形態と同じである。
図２Ａ〜図２Ｃは、それぞれ、投影装置の横方向範囲に沿った縦断面図を示している。特に、第１のコンタクト層２および第２のコンタクト層３を詳細に示してある。
図２Ａのこの例示的な実施形態においては、第１のコンタクト層２は全域的に具体化されている。特に、第１のコンタクト層２は、半導体ボディ１の横方向範囲の実質的に全体にわたり延在している。
第１のコンタクト層２は、電気接続領域２０１を有する。この接続領域２０１は、放射出口面において半導体ボディ１との電気接続を形成するのに適している。
第２のコンタクト層３は、ピクセル３０１の形に構造化された状態に具体化されている。図２Ａの例示的な実施形態においては、第２のコンタクト層３のピクセル３０１は、２次元の７セグメントディスプレイとして配置されている。７セグメントディスプレイは、特に、０〜９の数字を表現するのに適している。
図２Ａの例示的な実施形態における第２のコンタクト層３は、図１の例示的な実施形態に示したように、第１のコンタクト層２と半導体ボディ１との間に配置されている。
図を明確にする目的で、図２Ａ〜図２Ｃの例示的な実施形態それぞれにおいて、第１のコンタクト層２、第２のコンタクト層３、および半導体ボディ１の配置構造は、特に第２のコンタクト層３が示されるように描いてある。
第２のコンタクト層３は、複数の電気接続パッド３０３を有する。この例示的な実施形態においては、第２のコンタクト層３は、７個の電気接続パッド３０３を有する。第２のコンタクト層３のピクセル３０１それぞれが、接続パッド３０３に導電接続されている。特に、各ピクセル３０１は、ピクセル３０１の下に配置されている導体トラック３０４を介して個別に各電気接続パッド３０３に接続されている。
第１のコンタクト層２の部分領域２０３は、第２のコンタクト層３における開口３０２の中に延在している。特に、第１のコンタクト層２の部分領域２０３は、第２のコンタクト層３から電気的に絶縁された状態で、第２のコンタクト層３における開口３０２の中に延在している。図１に示したように、第１のコンタクト層２の部分領域２０３は、電気的に絶縁された状態で、第２のコンタクト層３における開口の中と活性層１０１における孔の中に延在している。
第１のコンタクト層２および第２のコンタクト層３を互いに電気的に絶縁するため、第１のコンタクト層２と第２のコンタクト層３との間に電気絶縁性の分離層が配置されている（図示していない）。
第１のコンタクト層２は、電気接続を形成する目的で電気接続領域２０１を有する。
あるいは、第１のコンタクト層２がこのような導電性の接続領域２０１を有するのではなく、第１のコンタクト層２を導電性キャリア（図示していない）に直接的に導電接続することが可能である。したがって、このようなキャリアによって、コンタクト層２との接続を裏面１０３から形成することが可能になる。
図２Ｂは、投影装置の例示的な実施形態のさらなる縦断面図を示している。この例示的な実施形態においては、第１のコンタクト層２は、構造２０２の形に、特に、帯状に構造化されている。したがって、第１のコンタクト層２は全面には形成されておらず、互いに電気的に絶縁されている構造２０２を有する。
さらには、第１のコンタクト層２は、複数の電気接続領域２０１を有する。第１のコンタクト層２の構造２０２それぞれは、電気接続領域２０１に導電接続されている。結果として、第１のコンタクト層２の構造２０２それぞれを、電気接続領域２０１を介して互いに個別に電気的に駆動することができる。
第２のコンタクト層３は、ピクセル３０１の形に構造化されており、ピクセル３０１は、ｎ行ｍ列からなる２次元の規則的な行列に配置されている。ピクセル３０１は、特に、第１のコンタクト層２の帯状の構造２０２の上に配置されている。特に、共通のグループに位置しているピクセル３０１は、まとめて各導体トラック３０４を介して導電接続パッド３０３に導電接続されている。特に、ピクセル３０１の行列構造がｎ行を備えている場合、第２のコンタクト層３はｎ個の電気接続パッド３０３を有する。ピクセル３０１が、行単位で第２のコンタクト層の電気接続パッド３０３に個別に導電接続されており、かつ、列単位で第１のコンタクト層２の各電気接続領域２０１に個別に導電接続されていることによって、各ピクセル３０１を個別に電気的に駆動することができる。
一例として、第１のコンタクト層２の１列のみと、第２のコンタクト層３の１行のみとが、電気的に駆動されると、１個のピクセル３０１のみとの電気接続が形成される。これによって、相互接続されたピクセル３０１を半導体ボディ１の裏面において互いに個別に電気的に駆動することが可能になる。半導体ボディ１における個々のピクセル３０１の対応する駆動によって、異なる発光イメージ（例えば、絵文字、文字、レタリング）を生成して、近接する投影領域上にレンズまたはレンズ系によって結像することができる。フレキシブルなイメージを投影することのできる投影装置が可能になり、これは有利である。
図２Ａに関連する例示的な実施形態と同様に、第１のコンタクト層２の部分領域２０３は、第２のコンタクト層３の中と半導体ボディの中とを、電気的に絶縁された状態で、半導体ボディ１の放射出口面の方に延在している。
図２Ｃは、投影装置のさらなる例示的な実施形態を示している。
図２Ｃのこの例示的な実施形態においては、図２Ａに関連する例示的な実施形態と同様に、第１のコンタクト層２が全域的に具体化されている。第２のコンタクト層３は、図２Ａの例示的な実施形態とは異なり、それぞれが絵文字または文字の形の構造３０１ｂを有する。構造３０１ｂそれぞれは、第２のコンタクト層３の電気接続パッド３０３に各導体トラック３０４を介して導電接続されている。結果として、第２のコンタクト層３の構造３０１ｂそれぞれを、個別に電気的に駆動することができる。
半導体ボディ１の裏面に電気接続パッド３０３を配置することによる利点として、結果として、複数の半導体ボディ１を互いに高密度に並べて配置することができ、したがって複数の文字、文字列、またはレタリングを投影することが可能になる。この場合、半導体ボディ１ごとに個別のレンズ系または個別のレンズを使用する、または、すべての半導体ボディ１に対して共通のレンズ系または共通のレンズを使用することが可能である。
図３の例示的な実施形態は、半導体ボディ１、光学要素５、および投影領域７を示す投影装置を描いている。図３の例示的な実施形態における投影装置は、電子装置６（例えば、携帯電話、ノート型コンピュータ、携帯情報端末（ＰＤＡ）、デスクトップコンピュータ、時計、目覚し時計）の一部である。電子装置６は、携帯型の装置であることが好ましい。
投影領域７は、電子装置６の一部とすることができ、例えば装置のハウジング部によって形成することができ、あるいは装置６の外側に位置していることができ、例えばテーブルや壁によって形成することができる。電子装置に組み込まれた投影装置は、近接する領域上に特定のイメージ（例えば、絵文字、文字、レタリング）として光を投影することができ、これは有利である。
半導体ボディ１によって放出された光を投影領域７上に投影することを目的とするレンズ系またはレンズ５は、１枚または複数枚のレンズによって構成することができ、それぞれが１つまたは２つの曲面領域を有することが好ましい。この場合、レンズ系またはレンズ５は、半導体ボディ１に直接固定することができ、または、外枠によって半導体ボディ１から特定の距離に保持することができる。この場合、レンズ系またはレンズ５は、所望の用途に応じて、放出される光のパターンの縮尺比一定のイメージが、半導体ボディ１の光出口面に対して垂直、平行、または斜めに位置する平面的または湾曲した領域上に結像されるような形状とすることができる。投影領域７は、電子装置６の中に位置する（背面投影による）、または電子装置６の外側に位置していることができる。このようにすることで、複数の異なるイメージを投影することができる、フレキシブルに使用できる小型の投影装置が可能になり、これは有利である。
ここまで、本発明について例示的な実施形態に基づいて説明してきたが、本発明はこれらの実施形態に限定されない。本発明は、任意の新規の特徴および特徴の任意の組合せを包含しており、特に、請求項における特徴の任意の組合せを含んでいる。これらの特徴または特徴の組合せは、それ自体が請求項あるいは例示的な実施形態に明示的に記載されていない場合であっても、本発明に含まれる。
Claims (15)
- 動作時に、所定のイメージ（１０）を生成するオプトエレクトロニクス投影装置であって、
電磁放射を発生させるのに適している活性層（１０１）と放射出口面（１０２）とを有する半導体ボディ（１）、を備えており、前記半導体ボディ（１）が前記投影装置のイメージ生成要素であり、
前記半導体ボディ（１）との電気接続を形成するため、第１のコンタクト層（２）および第２のコンタクト層（３）が、前記半導体ボディ（１）の裏面（１０３）に配置されており、かつ分離層（４）によって互いに電気的に絶縁されており、前記裏面（１０３）が前記放射出口面（１０２）とは反対側に位置している、
オプトエレクトロニクス投影装置。 - 前記第２のコンタクト層（３）がピクセル（３０１）の形に構造化されており、前記投影装置の動作時、前記ピクセル（３０１）が投影される結果として、前記所定のイメージ（１０）の少なくとも一部が生じる、
請求項１に記載のオプトエレクトロニクス投影装置。 - 前記ピクセル（３０１）が２次元のセグメントディスプレイとして配置されている、
請求項２に記載のオプトエレクトロニクス投影装置。 - 前記ピクセル（３０１）が、ｎ行およびｍ列からなる２次元の規則的な行列に配置されている、
請求項２に記載のオプトエレクトロニクス投影装置。 - 前記第２のコンタクト層（３）が、絵文字、文字、またはレタリングの形の少なくとも１つの構造（３０１ｂ）を有する、
請求項１に記載のオプトエレクトロニクス投影装置。 - 前記半導体ボディ（１）が、パターンを形成するように構造化されており、前記投影装置の動作時、前記パターンが投影される結果として、前記所定のイメージ（１０）の少なくとも一部が生じる、
請求項１から請求項５のいずれかに記載のオプトエレクトロニクス投影装置。 - 前記第１のコンタクト層（２）が、前記半導体ボディ（１）とは反対側である前記第２のコンタクト層（３）の面、に配置されており、前記第２のコンタクト層（３）が複数の開口（３０２）を有し、前記第１のコンタクト層（２）が前記開口（３０２）の中を前記半導体ボディ（１）の方に延在している、
請求項１から請求項６のいずれかに記載のオプトエレクトロニクス投影装置。 - 前記第１のコンタクト層（２）の部分領域（２０３）が、前記裏面（１０３）から、前記活性層（１０１）における孔（１０４）の中を、前記放射出口面（１０２）に向かう方向に延在している、
請求項１から請求項７のいずれかに記載のオプトエレクトロニクス投影装置。 - 前記第１のコンタクト層（２）が、前記放射出口面（１０２）に面している前記活性層（１０１）の側において前記半導体ボディ（１）との電気接続を形成するのに適している少なくとも１つの電気接続領域（２０１）、を有する、
請求項１から請求項８のいずれかに記載のオプトエレクトロニクス投影装置。 - 前記第１のコンタクト層（２）が、構造（２０２）の形に構造化されており、かつ複数の電気接続領域（２０１）を有し、構造（２０２）それぞれが接続領域（２０１）に導電接続されている、
請求項１から請求項９のいずれかに記載のオプトエレクトロニクス投影装置。 - 前記第２のコンタクト層（３）が、ピクセル（３０１）の形に構造化されており、かつ複数の電気接続パッド（３０３）を有し、ピクセル（３０１）それぞれが接続パッド（３０３）に導電接続されている、
請求項１から請求項１０のいずれかに記載のオプトエレクトロニクス投影装置。 - 前記放射出口面（１０２）上に部分的に放射取り出し構造（１１）が配置されている、
請求項１から請求項１１のいずれかに記載のオプトエレクトロニクス投影装置。 - 前記半導体ボディ（１）の下流、前記放射出口面（１０２）上に光学要素（５）が配置されている、
請求項１から請求項１２のいずれかに記載のオプトエレクトロニクス投影装置。 - 前記第１のコンタクト層（２）もしくは前記第２のコンタクト層（３）またはその両方が、前記電磁放射の一部を前記放射出口面（１０２）の方向に反射し、前記一部が、前記活性層（１０１）から前記裏面（１０３）に向かう方向に放出された部分である、
請求項１から請求項１３のいずれかに記載のオプトエレクトロニクス投影装置。 - 前記投影装置が電子装置（６）、特に、携帯電話、携帯情報端末（ＰＤＡ）、ノート型コンピュータ、デスクトップコンピュータ、時計、または目覚し時計、の一部である、
請求項１から請求項１４のいずれかに記載のオプトエレクトロニクス投影装置。
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