JP2014521227A - 改善された光学系を備えているオプトエレクトロニクスモジュール - Google Patents

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Abstract

本発明は、オプトエレクトロニクスモジュール（１１２）、特にオプトエレクトロニクス・チップ・オン・ボード・モジュール（１１４）に関する。オプトエレクトロニクスモジュール（１１２）は、支持体（１１６）を含み、支持体（１１４）は面状に形成されている。オプトエレクトロニクスモジュール（１１２）は更に、支持体（１１６）上に配置されている複数のオプトエレクトロニクスコンポーネント（１１８）を含む。オプトエレクトロニクスモジュール（１１０）は、更に、支持体（１１４）上に被着されている少なくとも一つの光学系（１２０）、特に複数のマイクロ光学素子を備えているマイクロ光学系を含む。光学系（１２０）は、オプトエレクトロニクスコンポーネント（１１６）に隣接している少なくとも一つの一次光学系（１２４）及び少なくとも一つの二次光学系（１３８）を有する。

Description

本発明は、オプトエレクトロニクスモジュール、オプトエレクトロニクス装置、オプトエレクトロニクスモジュールの製造方法並びにオプトエレクトロニクスモジュールの使用に関する。その種のオプトエレクトロニクスモジュール、オプトエレクトロニクス装置、方法及び使用を、種々のやり方で、自然科学、化学技術、医療及び実生活において使用することができる。重要な使用分野は、プロセス技術、例えば材料及び／又は物体の乾燥及び／又は硬化を目的としたプロセス技術の分野における使用、しかしながらまた、ワークピースの光化学的な変性を目的としたプロセス技術の分野における使用である。しかしながら、本発明はそれらの分野に限定されるものではない。択一的又は付加的に、以下において説明するようなオプトエレクトロニクスモジュール及びオプトエレクトロニクス装置を、例えば照明の分野、例えば交通技術及び／又はホームオートメーションにおいても使用することができる。
本発明は、特に、完全に又は部分的にいわゆるチップ・オン・ボード・モジュールとして構成されているオプトエレクトロニクスモジュールに関する。その種のチップ・オン・ボード・モジュールは、完全に又は部分的に、いわゆるチップ・オン・ボード技術（ＣｏＢ）によって製造することができるモジュールである。チップ・オン・ボード技術では、ハウジングされていない一つ又は複数の半導体素子（半導体チップ）を、支持体、例えば回路基板又は他の種類の回路支持体の上に直接的に実装することができる。即ち一般的に、チップ・オン・ボード・モジュールの概念は、少なくとも一つの支持体並びに、少なくとも一つの、支持体上に実装されているハウジングされていない（剥き出しの）半導体素子を含んでいる電子的なデバイスに関する。その種のチップ・オン・ボード・モジュールは例えば発光体、高出力ランプ（例えば高出力ＵＶ−ＬＥＤランプ）、光起電性モジュール、センサとして、又は他の方式で使用される。特に、本願において提案されるオプトエレクトロニクスモジュールは、複数のオプトエレクトロニクスコンポーネントを備えているチップ・オン・ボード・モジュールである。ここで使用されるオプトエレクトロニクスコンポーネントは、本発明の枠内において、チップ・オン・ボード・モジュールにおいて平坦な支持体、特に金属基板、セラミック基板又はシリコン基板、メタルコア回路基板又はＦＲ４回路基板、ガラス基板、プラスチック基板、金属マトリクス結合体材料若しくは同様の支持体上に配置されている、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）及び／又はフォトダイオード、特にチップ又は他の素子の形態のダイオードである。もっとも、オプトエレクトロニクスコンポーネントはダイオードに限定されるものではない。それらのチップ・オン・ボード・モジュールは機械的な損傷及び腐食から保護されなければならない。このために可能な限り小型で簡単な解決手段が求められる。
チップ・オン・ボード・モジュールにおけるハウジングの形態の保護は通常の場合コストが掛かり、また技術的に煩雑なので、従来技術からは、その種のチップ・オン・ボード・モジュールを保護するための実際の択一形態として、プラスチックベースの注型材料を用いた全てのコンポーネント又は複数のコンポーネントを平坦に注型することが公知である。別の機能的なコンポーネント、例えば導体路及びコンタクト素子と共に、チップ・オン・ボード・モジュールにおけるオプトエレクトロニクスコンポーネントを、平坦な支持体と共にコーティングによって機械的な損傷及び腐食から保護することができる。
更に、多くの用途によってオプトエレクトロニクスモジュールの方向特性は決定的な役割を担う。方向特性は一般的に、オプトエレクトロニクスコンポーネントに関して、受信又は送信する波の強さの角度依存性を表し、これは大抵の場合、主方向における感度及び／又は強度、即ちオプトエレクトロニクスコンポーネントの光学軸に沿った感度及び／又は強度に関係している。特に、一つ又は複数の発光ダイオードをオプトエレクトロニクスコンポーネントとして含んでいるオプトエレクトロニクスモジュールでは、通常の場合、オプトエレクトロニクスモジュールの照射強度及び／又は放射特性が決定的な役割を担う。方向特性の特殊形としての放射特性は、この場合、放出される電磁波、特に赤外線光、紫外線光又は可視光の形態の電磁波の電磁界及び／又は強度の角度依存性を表す。チップ・オン・ボード・モジュールは、発光ダイオードを高いパッケージング密度で支持体上に設けることができ、それにより照射強度が高まるという利点を提供する。それにもかかわらず、多くの場合には、オプトエレクトロニクスモジュールの放射特性を制御するために付加的な光学系が使用される。例えば、発光オプトエレクトロニクスモジュール並びに感光性オプトエレクトロニクスモジュールのためのそのような光学系として、一つ又は複数のレンズシステム、例えばいわゆるマイクロレンズシステムが考えられる。レンズシステムは一つ又は複数の放射成形素子を含むことができ、その横方向の寸法はサブミリメートルの範囲からデシメートルの範囲にまで及ぶことができる。マイクロレンズシステムでは、例えば光学的に機能する領域内に、サブミリメートルの範囲の構造を設けることができる。
オプトエレクトロニクスコンポーネント間に必要とされる距離が短いことに基づき、特に、チップ・オン・ボード・モジュールにおいて使用される典型的なピッチ（隣接するオプトエレクトロニクスコンポーネント間の中心間の距離）が短いことに基づき、個々のオプトエレクトロニクスコンポーネント、例えば発光ダイオードアレイの個々の発光ダイオードの上方において、例えば相応の注型材料によって放射成形マイクロレンズを実現することができる方法は極僅かしか公知でない。
つまり例えば、本明細書の出願人の会社から出願された、未公開のDE 10 2010 044 470には、一つ又は複数のオプトエレクトロニクスコンポーネントが実装されている面状の支持体を含んでいるオプトエレクトロニクス・チップ・オン・ボード・モジュールをコーティングするための方法が記載されている。この方法では、ＵＶ耐性及び温度耐性のある、一つ又は複数のシリコーンから成る透明なコーティングが使用される。この方法では、コーティングすべき支持体が第１の温度に予熱される。更に、支持体のコーティングすべき面又は部分面を包囲するダムが設けられる。このダムは、第１の温度において硬化する、熱硬化性の第１の高反応性シリコーンから完全に又は部分的に形成されている。この第１のシリコーンが予熱された支持体に被着される。更に、支持体上のダムによって包囲されている面又は部分面には液体の第２のシリコーンが注がれ、更にその第２のシリコーンが硬化される。特に第１のシリコーンによって、迅速に硬化するレンズも支持体の個々のコンポーネント上に被着させることができる。そのようにして、マイクロレンズシステムも成形することができる。
更に、同様に本明細書の出願人の会社から出願された、未公開のDE 10 2010 044 471からは、オプトエレクトロニクス・チップ・オン・ボード・モジュールのコーティング方法が公知である。ここでもまた、オプトエレクトロニクス・チップ・オン・ボード・モジュールは面状の支持体を含んでおり、この支持体には一つ又は複数のオプトエレクトロニクスコンポーネントが実装されており、また支持体は、ＵＶ耐性及び温度耐性のある、シリコーンから成る透明なコーティングを有している。この方法は、支持体の外寸に対応するか、又はそれを上回る外寸を有している、上方に向かって開かれた型に液体のシリコーンを注ぎ込む方法ステップを備えている。更に、支持体がその型に挿入され、一つ又は複数のオプトエレクトロニクスコンポーネントが完全にシリコーンに浸漬される。更なる方法ステップにおいて、シリコーンが硬化され、またオプトエレクトロニクスコンポーネント及び支持体と架橋される。更に、支持体が硬化されたシリコーンから成るコーティングと共に型から取り出される。
更にUS 7,819,550 B2からは、各ＬＥＤからの発散性の光を収集するためのレンズアレイを含んでいるＬＥＤアレイが公知である。レンズはそれぞれ一つの平坦なセクションと二つの湾曲したセクションとを含んでいる。発光ダイオードの上方ではレンズは湾曲していない。
US 2007/0045761 A1からは白色光ＬＥＤの製造方法が公知である。この方法では、青色光を放出するＬＥＤが使用され、また光を変換する蛍光体も使用される。特に、大気中でシールされている注型プロセスを用いて形成される発光ダイオードの上方に光学系を成形することも開示されている。
更にUS 2010/0065983 A1からは、圧縮注型方法を用いて発光ダイオードを封入するための方法が公知である。この方法では、注型プロセス中の封止のためにテープが使用される。
更には、基本的には、光学コンポーネントとして反射器を使用することも公知である。ＬＥＤアレイに対して、マイクロ反射器を使用することが例えばUS 7,638,808から公知である。そこでは、空所を有している基板が使用されており、その空所にＬＥＤが設けられる。それら個々の空所の側壁が反射器として使用され、また反射器を適宜構成することができる。同様に、空所を密閉する付加的な放射成形性の注型材料使用することも開示されている。
上述の方法によって公知のオプトエレクトロニクスモジュールが改善されるにもかかわらず、従前通り、改善された方向特性を備えているオプトエレクトロニクスモジュールが必要とされ、特に、特定の用途のための高い照射強度を有しているオプトエレクトロニクスモジュールが必要とされる。特に、調整可能な距離を置いて、高い照射強度を有することができる照明プロフィールを備えており、それと同時に高い均一性の要求を満たし、且つ、縁部領域では十分に急峻な降下を観測することができる、相互に並んで整列された効率的な光源が必要とされる。特に、リソグラフィ用途での印刷工業のプロセスでは、印刷用インキ及びインクの一様で品質価値の高い乾燥像を達成するために、その種のオプトエレクトロニクスモジュール、特に発光ダイオードモジュールが必要になる。高い照射強度、例えば通常の場合は１００ｍＷ／ｃｍ2を上回る照射強度、典型的には１〜２０ｍＷ／ｃｍ2から１００ｍＷ／ｃｍ2までの照射強度は、通常の場合、可能な限り小型でエネルギ効率の良い光源において高いプロセス速度を達成するために必要とされる。
従って本発明の課題は、公知の方法の欠点を少なくとも十分に回避し、また上述の要求を少なくとも十分に満たす、オプトエレクトロニクスモジュールを提供することである。特に、発光モジュールとしての構成において、高い効率及び照射強度を有しており、整列可能な光源として使用することができ、また、高い均一性を有しており、有利には縁部領域において十分に急峻な降下を示す、オプトエレクトロニクスモジュールが提供されるべきである。
この課題は、独立請求項の特徴部分に記載の構成を備えている、オプトエレクトロニクスモジュール、オプトエレクトロニクス装置、方法及び使用によって解決される。個別に、又は組み合わせて実現することができる本発明の有利な発展形態は縦続請求項に記載されている。
本発明の第一の態様においては、オプトエレクトロニクスモジュールが提案される。オプトエレクトロニクスモジュールとは一般的に、ユニットとして取り扱うことができ、また少なくとも一つのオプトエレクトロニクスコンポーネント、即ち例えば発光電子コンポーネント及び／又は光感応性電子コンポーネントを有しているデバイスであると解される。オプトエレクトロニクスモジュールを、特に上記の定義に応じたオプトエレクトロニクス・チップ・オン・ボード・モジュールとして構成することができる。
オプトエレクトロニクスモジュールは、面状に形成されている支持体を含んでいる。本発明の枠内において、支持体とは一般的に、一つ又は複数の電子コンポーネント、特に一つ又は複数のオプトエレクトロニクスコンポーネントを載置するために形成されている構成素子であると解される。特に支持体を、従来技術に関連させて上記において説明したように形成することができ、また、上記において述べたような一つ又は複数の回路支持体を含むことができる。面状の構成とは、オプトエレクトロニクスコンポーネント、特にハウジングされていないチップを取り付けることができる表面、例えば、一つ又は複数のオプトエレクトロニクスコンポーネント、特にハウジングを備えていない一つ又は複数のオプトエレクトロニクスチップを被着させることができる平坦な表面又は僅かに湾曲した表面が設けられている構成であると解される。例えば、面状に形成されている支持体を完全に又は部分的に平坦に構成することができ、例えば回路基板として構成することができる。
更に、オプトエレクトロニクスモジュールは、支持体上に配置されている複数のオプトエレクトロニクスコンポーネントを含んでいる。それらのオプトエレクトロニクスコンポーネントを特にチップ・オン・ボード技術で支持体上に配置することができる。オプトエレクトロニクスコンポーネントとは、上述のように、少なくとも一つのオプトエレクトロニクス機能、例えば発光機能及び／又は感光機能を実現する構成素子であると解される。特に、発光ダイオード及びフォトダイオードから成るグループからオプトエレクトロニクスコンポーネントを選択することができる。オプトエレクトロニクスコンポーネントは特に、ハウジングされていない一つ又は複数のチップを含むことができる。従って、複数のオプトエレクトロニクスコンポーネントは特にオプトエレクトロニクスコンポーネントの一つのアレイ、即ち、複数のオプトエレクトロニクスコンポーネントが一つ又は複数の行列で支持体上に被着されている配置構成を含むことができる。アレイは例えば、少なくとも一つの行及び／又は少なくとも一つの列又は複数の行列を備えている矩形のマトリクスを含むことができる。ここで行及び／又は列とは、少なくとも二つ、有利には少なくとも三つ、四つ又はそれ以上の個数のオプトエレクトロニクスコンポーネントの線形の配置構成であると解される。即ち有利には、複数のオプトエレクトロニクスコンポーネントは、複数の発光ダイオード及び／又は複数のフォトダイオードから成る矩形のマトリクスを有することができる。しかしながら基本的には別の構成、例えば、複数のオプトエレクトロニクスコンポーネントが不規則に支持体上に配置されている、及び／又は、非矩形のマトリクス状に支持体上に配置されている構成も可能である。
オプトエレクトロニクスモジュールは更に、支持体上に取り付けられている少なくとも一つの光学系を有している。光学系は一つ又は複数の光学素子を含むことができる。特に光学素子として、複数のマイクロ光学素子を備えているマイクロ光学系であると考えられる。光学素子は一般的に、サブミリメートルの範囲からデシメートルの範囲までの横方向の寸法を有することができる。数個の光学素子から多数のその種の光学素子を有することができる光学系全体は横方向の寸法、即ち例えば、支持体の平面において、サブミリメートルの範囲から、１メートルから数メートルの範囲までの直径若しくは等価直径を有することができる。光学系は、オプトエレクトロニクスコンポーネントに隣接する少なくとも一つの一次光学系及び少なくとも一つの二次光学系を有している。
本発明の枠内において、光学系とは、光線に対する収集作用及び／又は視準作用及び／又は散乱作用を有している素子であると解される。光学系の少なくとも一つのその種の素子は光学素子とも称される。例えば、光学系は少なくとも一つのレンズ、例えば少なくとも一つのマイクロレンズを含むことができる。上述のように、レンズは一般的に、サブミリメートルの範囲からデシメートルの範囲の横方向の寸法を有することができる。少なくとも一つのレンズは、例えば、集光作用及び／又は散乱作用を備えている、少なくとも一つの反射器、例えばミラー及び／又は少なくとも一つの集光レンズ及び／又は少なくとも一つの散乱レンズを有することができる。
従って、一次光学系とは、光路上で少なくとも一つのオプトエレクトロニクスコンポーネントに直接的に接している光学系であると解される、つまり、オプトエレクトロニクスコンポーネントから放出される光は直接的に一次光学系に入射するか、又は、オプトエレクトロニクスコンポーネントに入射する光は、そのオプトエレクトロニクスコンポーネントに入射する直前に一次光学系を通過する。一次光学系は一つ又は複数の一次光学素子を含むことができる。例えば一次光学系は一つ又は複数のレンズ、特にマイクロレンズを有することができ、そのレンズは少なくとも一つのオプトエレクトロニクスコンポーネント上に直接的に載置されるか、又は、そのレンズにはオプトエレクトロニクスコンポーネントが完全に又は部分的に埋設されている。択一的又は付加的に、一次光学系は一つ又は複数の反射器を有することができ、その反射器においてオプトエレクトロニクスコンポーネントから放出された光が反射され、その際に光が収束されるか又は散乱される、若しくは、その反射器においてオプトエレクトロニクスコンポーネントに入射した光が収束又は散乱される。つまり一次光学系という概念は、一次光学素子とオプトエレクトロニクスコンポーネントとの間に別の光学コンポーネントが配置されていない、光路上でオプトエレクトロニクスコンポーネントに隣接している少なくとも一つの放射成形素子を表し、またこの一次光学系という概念は、別の光学系、特に二次光学系が設けられているか否かに依存せずに使用される。
相応に、二次光学系とは、二次光学系と少なくとも一つのオプトエレクトロニクスコンポーネントとの間の光路において光が少なくとも一つの別の光学系、即ち少なくとも一つの別の光学素子を通過する必要があるように、オプトエレクトロニクス・チップ・オン・ボード・モジュールに配置されている光学系であると解される。
つまり、例えば、オプトエレクトロニクスコンポーネントから放出された光は二次光学系を通過する前に、先ず一次光学系を通過すると考えられる。択一的に、オプトエレクトロニクスコンポーネントに入射した光が先ず二次光学系を通過し、続いてその光が最終的にオプトエレクトロニクスコンポーネントに入射する前に一次光学素子を通過することも考えられる。二次光学系は一つ又は複数の二次光学素子、例えば一つ又は複数の反射器、及び／又は、一つ又は複数のレンズを含むことができる。
少なくとも一つの一次光学系は、例えば少なくとも一つのレンズ、特に複数のレンズ、とりわけ複数のマイクロレンズを有することができる。例えば、オプトエレクトロニクス・チップ・オン・ボード・モジュールは、マトリクス及び／又はアレイ状に配置されている、例えば発光ダイオードアレイ及び／又はフォトダイオードアレイとして配置されている、複数のオプトエレクトロニクスコンポーネントを有することができる。それらの複数のオプトエレクトロニクスコンポーネントには一次光学系の複数の素子を対応付けることができ、その対応付けは例えば、各オプトエレクトロニクスコンポーネントに、又は複数のオプトエレクトロニクスコンポーネントから成る一つのグループに、一次光学系のちょうど一つのコンポーネント及び／又は一次光学系の複数のコンポーネントから成る所定のグループが対応付けられているように行われる。つまり例えば、各オプトエレクトロニクスコンポーネントの上にちょうど一つのレンズを載置することができるか、又は、複数のオプトエレクトロニクスコンポーネントから成る一つのグループに、そのグループに対する共通の一つのレンズを載置することができるか、又は、一つのオプトエレクトロニクスコンポーネントに複数のレンズから成る一つのグループを対応付けることができる。それらの例を下記において更に詳細に説明する。
少なくとも一つの二次光学系は、例えば少なくとも一つの反射器及び／又は少なくとも一つのレンズを有することができる。例えば、二次光学系の素子のオプトエレクトロニクスコンポーネントへの対応付けも行なうことができ、例えばその対応付けも、オプトエレクトロニクスコンポーネントのアレイの各素子又は複数の素子から成る一つのグループに、二次光学系の一つ又は複数の素子がそれぞれ対応付けられているように行われる。例えば、二次光学系は少なくとも一つのレンズ及び／又は少なくとも一つの反射器、例えばマトリクス及び／又はアレイ状に配置することができる複数の凹面鏡を含むことができる。各凹面鏡には、例えば一つのオプトエレクトロニクスコンポーネント及び／又は複数のオプトエレクトロニクスコンポーネントから成る一つのグループを対応付けることができ、例えばこの対応付けは、オプトエレクトロニクスコンポーネントが完全に又は部分的に凹面鏡内に配置されていることによって行われる。それらの例を下記において更に詳細に説明する。
一つの有利な実施の形態においては、一次光学系は以下のものから成るグループから選択されている。即ち、レンズシステム、特にマイクロレンズシステム、また特に有利にはレンズアレイ；反射器システム、特にマイクロ反射器システム、また特に有利には反射性の表面を備えている複数の凹部を有する反射器システム。それらの凹部にはそれぞれ一つ又は複数のオプトエレクトロニクスコンポーネントが設けられている。本発明の枠内では、全般的に、光学的に作用する一つ又は複数の領域、例えば光回折性の領域、光散乱性の領域、光視準性の領域、光収束性の領域又は光拡散性の領域を有しており、それらの領域の横方向の寸法がサブミリメートルの範囲にある素子に対して「マイクロ」という表現が用いられる。しかしながらそれらの素子の横方向の全体としての寸法がサブミリメートルの範囲からメートルの範囲にあることも考えられる。
二次光学系は特に一つ又は複数の二次光学素子を含むことができ、それらの二次光学素子を反射器及びレンズから成るグループから選択することができる。上述したように、複数の二次光学素子が設けられている場合には、それらの二次光学素子を特にアレイ状に配置することができる。本発明の枠内では、アレイという概念とマトリクスという概念は少なくとも十分に同義で用いられている。少なくとも一つの二次光学素子を一つのオプトエレクトロニクスコンポーネント又は複数のオプトエレクトロニクスコンポーネントから成る一つのグループに対応付けることができる。
一つの光学素子の一つのオプトエレクトロニクスコンポーネントへの対応付け、又はその逆の対応付けは、本発明の枠内では、全般的に、オプトエレクトロニクスコンポーネントから放出された光が対応付けられている光学素子を通過するか、又は、オプトエレクトロニクスコンポーネントに入射する光がその入射前に光学素子を通過するように構成されている立体的な配置であると解される。この対応付けを特に、光学素子が対応付けられているオプトエレクトロニクスコンポーネントの上方又は下方に配置されているように立体的に構成することができる。
考えられる一つの構成においては、二次光学系が一つの二次光学素子を含むことができ、その二次光学素子には複数のオプトエレクトロニクスコンポーネントが対応付けられており、特に複数のオプトエレクトロニクスコンポーネント及び対応付けられている複数の一次光学コンポーネントが対応付けられている。つまり例えば、二次光学系の一つの反射器及び／又は一つのレンズに複数のオプトエレクトロニクスコンポーネントを対応付けることができる。オプトエレクトロニクスモジュールは複数のその種の二次光学素子を含むことができ、それらの二次光学素子にはそれぞれ複数のオプトエレクトロニクスコンポーネントが対応付けられている。それらの二次光学素子を例えばアレイ状に配置することができる。
少なくとも一つの二次光学素子は特に、反射性の表面を備えている凹部を有している反射器を含むことができ、その場合、二次光学素子に対応付けられている少なくとも一つのオプトエレクトロニクスコンポーネントは完全に又は部分的にその凹部内に設けられている。オプトエレクトロニクスコンポーネントに付加的に、それらのオプトエレクトロニクスコンポーネントに対応付けられている少なくとも一つの一次光学素子も完全に又は部分的に凹部内に設けることができる。例えば、各オプトエレクトロニクスコンポーネントは一次光学素子として一つ又は複数のレンズを含むことができ、その場合、複数のオプトエレクトロニクスコンポーネント及び対応付けられている一次光学素子から成るグループは例えば二次光学素子の凹部内に設けられている。その種の複数の二次光学素子を、例えばその種の複数の凹部のアレイの形態で、オプトエレクトロニクスモジュールに設けることができる。
少なくとも一つの反射器に択一的又は付加的に、少なくとも一つの二次光学素子はレンズを含むことができる。二次光学素子に一つのオプトエレクトロニクスコンポーネント又は複数のオプトエレクトロニクスコンポーネントが対応付けられている場合には、例えばレンズは対応付けられているオプトエレクトロニクスコンポーネントを覆うことができる。更に、オプトエレクトロニクスコンポーネントに対応付けられている少なくとも一つの一次光学素子をレンズによって覆うことができる。その種の複数の二次光学素子もまた、例えばその種の複数のレンズのアレイの形態で、オプトエレクトロニクスモジュールに設けることができる。
オプトエレクトロニクスモジュールを特に、オプトエレクトロニクスコンポーネントが一次元又は二次元のアレイ状に配置されているように構成することができる。相応に、一次光学系の光学素子及び／又は二次光学系の光学素子も一次元又は二次元のアレイ状に配置することができる。このアレイは例えば一次元又は二次元で、オプトエレクトロニクスコンポーネントのアレイと同一のピッチを有することができる。ここでピッチとは、一次元において、アレイの隣接するセルの中心点間の距離、例えば隣接するオプトエレクトロニクスコンポーネントの中心点間の距離であると解される。一次元又は二次元における同一のピッチに択一的又は付加的に、一次光学系及び／又は二次光学系の光学素子のアレイのピッチも一次元又は二次元で、例えばオプトエレクトロニクスコンポーネントのアレイのピッチの整数倍又は約数倍であることが考えられる。他の構成も可能である。
一次光学系は特に複数の一次光学素子を有することができ、各オプトエレクトロニクスコンポーネント又はアレイの複数のオプトエレクトロニクスコンポーネントから成る一つのグループを一つの一次光学素子又は複数の一次光学素子から成る一つのグループに対応付けることができる。特に、各オプトエレクトロニクスコンポーネントに一つの一次光学素子を対応付けることができる。オプトエレクトロニクスコンポーネント及び一次光学素子は特にそれぞれ一つの光学軸を有することができ、その場合、光学軸が一致するように、又は、光学軸が相互に平行にずらされるように、又は、光学軸が相互に傾斜しているように、それらの光学軸を配向させることができる。光学軸の配向を特にアレイ内で変化させることができるので、それにより、例えば一つのアレイ内ではオプトエレクトロニクスコンポーネントと対応付けられている一次光学素子とから成る複数のペアが存在しており、その場合、少なくとも一つの第１のペアにおいては光学軸の第１の配向が存在しており、また少なくとも一つの第２のペアにおいては、第１の配向とは異なる第２の配向が存在している。
複数の一次光学素子が一つのアレイ内に配置されている場合には、特にそのアレイ内の一次光学素子の方向特性を一定にすることができるか、又は変化させることができる。方向特性とは、本発明の枠内において全般的に、受信又は送信する電磁波、特に可視スペクトル領域及び／又は赤外線スペクトル領域及び／又は紫外線スペクトル領域にある光の角度依存性であると解される。この角度依存性を例えば電磁波の電磁界に関連付けることができる。択一的又は付加的に、角度依存性を例えば、強度及び／又はエネルギ密度及び／又は電磁波の強さを特徴付ける他の物理量にも関連付けることができる。方向特性を例えば、オプトエレクトロニクスコンポーネントの光学軸に対して、例えばオプトエレクトロニクスコンポーネントの感応性及び／又は放射性の活性面の中心を垂直方向において貫通する軸に対して、例えば平行である主方向における強度に関連付けて表すことができる。特に、オプトエレクトロニクスモジュールが発光コンポーネント、例えば発光ダイオードの形態の一つ又は複数のオプトエレクトロニクスコンポーネントを含んでいる場合には、方向特性は放射特性を含むと考えられる。放射特性を例えば相応のセンサを用いて測定することができ、このセンサは可変の角度で、光学素子及び／又はオプトエレクトロニクスコンポーネントの手前において所定の距離を置いて配置されており、このセンサでは、種々の角度での放射の強度の連続的又は断続的な測定、例えば強度の測定が実施される。そのようにして、例えば測定の相応の極座標図を用いて方向特性を検出することができる。その種の測定方法は照明技術の分野の当業者には公知である。基本的に、本発明に使用される方法の正確な構成は重要ではない。何故ならば、単に、複数のマイクロレンズの方向特性の比較が行われるに過ぎないからである。
光学素子、例えばレンズ、特にマイクロレンズの方向特性とは、特に、光学素子に対応付けられているオプトエレクトロニクスコンポーネント、例えば発光ダイオードと相互作用する光学素子の方向特性であると解される。特に、各光学素子を上述のように複数のオプトエレクトロニクスコンポーネントの一つ又は複数のオプトエレクトロニクスコンポーネントに対応付けることができるので、例えば、各オプトエレクトロニクスコンポーネントの上方には一次光学系のちょうど一つのレンズが配置されている。従ってその場合には、一次光学素子の方向特性とは、オプトエレクトロニクスコンポーネント並びに対応付けられている一次光学素子から成るグループの方向特性と解される。
複数の一次光学素子の方向特性を、開口角に関して、例えば放射角に関して異ならせることができる。例えば、放射角とは最大光強度の半分の光強度を有している側方の点が形成する角度であると解される。しかしながら、方向特性の他の特性も方向特性の比較に使用することができる。
特に、一次光学素子のアレイは、方向特性が相互に異なっている少なくとも二つの一次光学素子を有することができる。方向特性が相互に異なっている少なくとも二つの一次光学素子を例えば、アレイの内部、例えば一次光学系のレンズアレイの内部、及び、アレイの縁部、例えばレンズアレイの縁部に配置することができる。つまり例えば一次光学系は、レンズ、例えばマイクロレンズの一次元又は二次元のマトリクスの形態のレンズアレイ、また特にマイクロレンズアレイを含むことができる。例えば、レンズアレイの縁部に配置されているレンズは、レンズアレイの内部に配置されているレンズの方向特性とは異なる方向特性を有することができる。例えば、この縁部を線形のマトリクスではそれぞれ最も外側のレンズから構成することができる。二次元のマトリクスでは、縁部は、レンズアレイの縁部に配置されている複数のレンズから成る直線又はフレームを含むことができる。それらの縁部の方向特性を、レンズアレイの内部、即ち縁部から離れた個所に配置されている少なくとも一つのレンズの方向特性とは異ならせることができる。その場合、複数のレンズから成る少なくとも二つのグループが設けられているようにレンズアレイのレンズを構成することができ、少なくとも一つの第１のグループのレンズは第１の方向特性を有し、また少なくとも一つの第２のグループのレンズは、第１の方向特性とは異なっている、少なくとも一つの第２の方向特性を有している。レンズシステムの方向特性を段階的に変化させることができるので、例えば方向特性はレンズシステムの内部からレンズシステムの縁部に向かって連続的に又は断続的に変化する。変化の二つ以上の段階を設けることができる。
一次光学系が複数の反射器、例えば複数のマイクロ反射器を有している場合には、方向特性の類似する構成が実現される。レンズに関連させて上記において説明した事項は反射器にも同様に該当するので、一次光学系も、例えば放射特性が異なる少なくとも二つの反射器を有することができる。
複数のオプトエレクトロニクスコンポーネント、特に複数のオプトエレクトロニクスコンポーネントから成るアレイが支持体の縁部から１０ｍｍ未満、特に５ｍｍ未満、また特に有利には３ｍｍ未満の距離を置いて設けられているように、オプトエレクトロニクスモジュールを構成することができる。相応のことが、光学系の光学素子、例えば一次光学系の光学素子及び／又は二次光学素子の少なくとも一つの光学素子にも該当する。それらの光学素子も有利には支持体の縁部から１０ｍｍ未満、特に５ｍｍ未満、また特に有利には３ｍｍ未満の距離を置いて設けることができる。そのようにして距離を置いて設けることによって、例えば、複数のオプトエレクトロニクスモジュールを例えば一次元又は二次元で相互に並べて配置して一つのオプトエレクトロニクス装置にすることができ、それによってオプトエレクトロニクスモジュール間の移行部では、隣接するモジュールのオプトエレクトロニクスコンポーネント間に隙間が生じないか、又は僅かな隙間しか生じない。
本発明の一つの別の態様においては、相応にオプトエレクトロニクス装置が提案される。オプトエレクトロニクス装置は、一つ又は二つの空間方向において相互に並べて整列されている、本発明によるオプトエレクトロニクスモジュールを複数含んでいる。例えば、そのような整列を一つの平面内で行うことができるので、例えばオプトエレクトロニクスモジュールの支持体は一つの平面内に配置されており、例えば同一の放射方向への光の放射を行うことができる。オプトエレクトロニクス装置を例えば完全に又は部分的に光源として構成することができる。他の構成も可能である。相互に並んで整列されているオプトエレクトロニクスモジュールの他に、オプトエレクトロニクス装置は更に、一つ又は複数の付加的なコンポーネント、例えば制御部及び／又はハウジングを含むことができ、その場合、ハウジングはオプトエレクトロニクスモジュールを完全に又は部分的に包囲している。
本発明の一つの別の態様においては、本発明によるオプトエレクトロニクスモジュールの製造方法が提案される。オプトエレクトロニクスモジュールの考えられる複数の構成に関しては、上記の説明、又は下記において更に詳細に説明する実施例を参照されたい。本方法では、特に注型方法を使用して、光学系の少なくとも一つの可塑性の出発材料がオプトエレクトロニクスコンポーネントと接触され、変形されて硬化するように、光学系が少なくとも部分的に製造される。そのようにして、特に少なくとも一つの一次光学系及び／又は少なくとも一つの二次光学系を、少なくとも一つの可塑性の出発材料を用いて完全に又は部分的に製造することができる。例えばそのようにして、一次光学系のレンズアレイ、及び／又は、二次光学系の一つ又は複数のレンズ、例えばレンズアレイを可塑性の出発材料を用いて製造することができる。例えば、特に、光学系、例えば一次光学系及び／又は二次光学系を形成する少なくとも一つの型を用いる、非加圧式又は加圧式の一つ又は複数の注型方法を使用することができる。基本的には可塑性の出発材料として、特に一つ又は複数のプラスチックを使用することができ、このプラスチックは例えば透明であって、また硬化させることができる。一例としてエポキシド及び／又はシリコーンが挙げられる。しかしながら基本的には他の材料も使用することができる。
オプトエレクトロニクスモジュールを製造するために提案される本方法では、基本的に、オプトエレクトロニクスモジュール又はその一部、例えば光学系又はその一部を製造するために、公知の方法を使用することができる。例えば、一次光学系及び／又は二次光学系を製造するために、上記において挙げた従来技術から公知の方法を使用することができる。特に、本発明によるオプトエレクトロニクスモジュール又はその一部、例えば一次光学系及び／又は二次光学系を製造するために、DE 10 2010 044 470及び／又はDE 10 2010 044 471に記載されている方法を使用することができる。従って本発明の枠内では、それらの製造方法の全範囲を参照する。
特に、先ず支持体が第１の温度に予熱される方法を使用することができる。続いて、予熱された支持体上に、熱硬化された高反応性の第１のシリコーンから成るダムを被着することができ、そのダムは第１の温度において硬化される。ダムは支持体のコーティングすべき面又は部分面を完全に又は部分的に包囲する。続いて、ダムによって包囲されている支持体の面又は部分面を液体の第２のシリコーンでもって完全に又は部分的に充填することができ、また第２のシリコーンを硬化することができる。第１のシリコーン及び／又は第２のシリコーンを用いて、光学系、例えば一次光学系及び／又は二次光学系のレンズシステムのレンズの一つの部分、複数の部分又は全ての部分を製造することができる。更なる構成に関してはDE 10 2010 044 470を参照されたい。
択一的又は付加的に、オプトエレクトロニクスモジュール及び／又はその一部、例えば光学系、また特に一次光学系及び／又は二次光学系を、DE 10 2010 044 471に記載されている方法に従い完全に又は部分的に製造することができる。特に、上方に向かって開かれた型に液体のシリコーンを注ぎ込むことができ、この型は、特に少なくとも一つの型穴において、支持体の外寸に対応するか、又はそれを上回る外寸を有している。更に、支持体を型に挿入することができ、その場合、オプトエレクトロニクスコンポーネントの内の少なくとも一つ、又は有利には全てのオプトエレクトロニクスコンポーネントが完全にシリコーン内に浸漬され、また支持体の表面全体がシリコーンに接触しているか、又は、支持体が少なくとも部分的に面全体でシリコーン内に浸漬される。更には、シリコーンを硬化させ、またオプトエレクトロニクスコンポーネント及び支持体と架橋させることができる。更には、支持体を、硬化されたシリコーンから成るコーティングと共に型から取り出すことができる。この型を用いて、例えば型の少なくとも型穴を用いて、光学系又はその一部、特に一次光学系及び／又は二次光学系が完全に又は部分的にシリコーンから形成されるように型を形成することができる。
一般的に、本発明によるオプトエレクトロニクスモジュールを製造するために、特に、光学系の少なくとも一つの可塑性の出発材料、例えば少なくとも一つのシリコーンがオプトエレクトロニクスコンポーネント、また有利には支持体と接触されて、変形及び硬化されるように光学系又はその一部が製造される方法を使用することができる。この方法の考えられる構成に関しては上記の説明、特に上記の従来技術を参照されたい。
本発明の一つの別の態様においては、露光用途及び／又は放射用途への、本発明によるオプトエレクトロニクスモジュールの使用が提案される。オプトエレクトロニクスモジュールの考えられる構成に関しては、本発明によるオプトエレクトロニクスモジュールの上記の説明、並びに、有利な構成の下記の説明を参照されたい。特に、その用途は、紫外線光及び／又は可視光及び／又は赤外線光を用いる照射のための用途である。この露光用途及び／又は照射用途では、出発材料及び／又は既に成形されたワークピースである、少なくとも一つのワークピースには、オプトエレクトロニクスモジュールから放出された電磁放射が照射される。この電磁放射は例えば、紫外線スペクトル領域及び／又は可視スペクトル領域及び／又は赤外線スペクトル領域にある光を含むことができる。有利には、この照射をワークピース又はその一部の乾燥及び／又は硬化のため、及び／又は、光化学的な変性のために行うことができる。
提案される方法、オプトエレクトロニクス・チップ・オン・ボード・モジュール及びオプトエレクトロニクス装置を多数のやり方で有利に使用することができる。特に、それぞれの使用目的の種々異なる要求に関して高いフレキシビリティが存在することが、本発明による構成の利点として挙げられる。
例えば、そのようにして、高い照射強度を有している照射装置をチップ・オン・ボード技術で実現することができる。ＬＥＤ間で典型的に必要とされる距離（いわゆるピッチ）が短いことから、従来技術からは、特に放射成形マイクロレンズをＬＥＤアレイの個々のＬＥＤの上方において注型材料によって実現することができる方法は極僅かしか公知でない。同様に、オプトエレクトロニクスコンポーネントの手前、例えばＬＥＤ放射器の手前、また選択的に縁部領域におけるアレイ装置において、個々の光学素子、例えば個々のマイクロレンズ及び／又はマイクロ光学系の方向特性、特に放射特性の位置に依存する適合によって所期のような制御を行うことは従来の方法では事実上不可能である。しかしながら本発明によれば、その種の構造を問題無く実現することができる。特に、ＬＥＤアレイのためのマイクロレンズ一次光学系及び／又はマイクロレンズ二次光学系を実現することができ、二次光学系を一次光学系について最適に調整することができる。この一次光学系のアプローチを一つ又は複数の二次光学系と組み合わせることによって、ＬＥＤ放射器の光放出窓を基準とした１０ｍｍ未満の有意な作動距離で照射強度を高めるための新規のコンセプトが得られる。
提案される本方法を用いることにより、特に、個々のレンズ、特にマイクロレンズを、一つ、複数又は全てのオプトエレクトロニクスコンポーネント、特にＬＥＤアレイ構成のＬＥＤの上方に別個に形成することができる。そのようにして、例えば、均一化及び／又は放射の収束を目的として、ＬＥＤアレイ全体の放射特性を所期のように制御することができる。
上述したように、提案される本方法を特に、少なくとも一つの一次光学系及び少なくとも一つの二次光学系を有している、オプトエレクトロニクス・チップ・オン・ボード・モジュール及びシステムを製造するために使用することができる。一次光学系及び／又は二次光学系を、一次光学系及び／又は二次光学系がシリコーン又はコーティング内に形成されることにより、完全に又は部分的に本発明に従い製造することができる。
一次光学系及び二次光学系を備えているシステムは、基本的に他の分野に由来するコンセプトから見て従来技術より公知であり、また本発明により実現及び製造することができる。つまり、例えば既にパッケージングされたＬＥＤ（例えば、ＳＭＤハウジング内のＬＥＤ）に対して二次光学系を使用することは基本的に公知である。更に、複数のＬＥＤが反射器ハウジングに設けられ（組み立てられ）、放射成形のための光学的な特性を有している注型材料でもってハウジングが封止される。例えば、注型材料がレンズに成形される。その種のハウジングの一部は既に市販されている。
しかしながら、ハウジングされた大部分のＬＥＤ製品においては、ハウジングの光学的な機能性には、放射を成形する光学系のヴァリエーション、つまりＬＥＤが挿入される凹部によって実現されている反射器又はレンズしか含まれておらず、またそこではＬＥＤが通常の場合、平坦な基板上に載置される。それらの構成部材に対しては、必要に応じて、別の二次光学系（レンズ又は反射器、若しくは、それら二つが組み合わされたもの）がハウジングされたＬＥＤの上に載置される。ＬＥＤアレイに対して、マイクロ反射器を使用することが上述のUS 7,638,808に記載されている。そこでは、空所を有している基板が使用されており、その空所にＬＥＤが設けられる。それら個々の空所の側壁が反射器として使用され、また反射器を適宜構成することができる。同様に、空所を密閉する付加的な放射成形性の注型材料を使用することも開示されている。従って、アレイ状に配置されている個々のＬＥＤに対して、マイクロ一次レンズとマイクロ一次反射器の組み合わせが使用される。従来の方法では比較的高いコストを掛けることでしか実現できないその種の公知のコンセプトも、本発明により提案される方法でもって簡単且つ確実に実現することができる。
更には、本発明によるコンセプトを一次光学系及び二次光学系でもって実現することができ、このコンセプトでは、例えば複数の発光ダイオードからの光が、対応付けられている各マイクロ一次光学系でもって更に収束される。それらの光学系は例えばＬＥＤアレイ、ＬＥＤアレイの一部、フォトダイオードアレイ又はフォトダイオードアレイの一部に載置されており、それにより、例えば一つの二次光学系が、マイクロ光学系を備えているＬＥＤアレイの複数のＬＥＤを含んでいる。
本発明を特に、例えば産業的なプロセスにおける照射技術及び／又は露光技術の分野に使用することができる。産業的なプロセスでは、多数のＬＥＤ露光用途及びＬＥＤ照射用途が特に紫外線スペクトル領域及び赤外線スペクトル領域において存在している。ここでは、例えばインクの乾燥、例えば接着剤、インク、塗料、ラッカ及び注型材料のＵＶ硬化の分野における照射の用途並びに露光用途における使用等の多数の例を挙げることができる。
特に、本発明を用いることにより、照射用途に関して一般的に該当する要求を良好に実現することができる。通常の場合、基本的な要求は、使用される波長領域において高い照射強度又は各用途に適合された照射強度を実現することができることであり、典型的には、数１０μｍ／ｃｍ2から数１０又は数１００Ｗ／ｃｍ2の照射強度を、典型的には数ｍｍから数ｍ以上の調整可能な距離において実現することができる。それと同時に、典型的には、各プロセスにとって必要とされる所定の光分布も達成されるべきである。光分布は例えば、所定のプロセス窓又は細い線内での均一なフィールド分布であると考えられる。つまり、例えば、印刷産業における実際の用途には、インクジェット、枚葉オフセット、シルクスクリーン、グラビア印刷及びフレキソ印刷の分野が含まれる。枚葉印刷法に関しては、通常の場合、３６０〜４２０ｎｍの範囲の紫外線ＬＥＤ光に対して２０〜２００ｍｍの距離において２〜２０Ｗ／ｃｍ2の高い照射強度が要求される。
通常の場合、各プロセスに対して必要とれる照射強度に対する最低条件は材料にも依存する。ＵＶ硬化（UV-Curing）用途に関して、例えば通常の場合、光開始剤が使用され、その光開始剤は大抵の場合、照射強度が閾値を超過した際に初めて、モノマーを連結させるため（重合化のため）の十分に迅速な反応を実現し、それにより良好な硬化結果が達成される。その場合、例えば、表面硬化時には酸素による抑止も重合化の妨げとなる。
多数のＬＥＤチップを有することができ、また数Ｗから数１０ｋＷまでの光出力を有することができ、更に通常の場合は各露光プロフィールに対する特別な要求を満たさなければならない高出力ＬＥＤ放射器を効率的に実現するための基礎は、最小所要放射面からの可能な限り高い効率的な発光効率である。効率的で小型の放射器は、数ｃｍ2から数１００ｃｍ2までの放射面を有している。このために、典型的には、高いパッケージング密度が必要とされ、このパッケージング密度は例えば１ｍｍ2の面積を有しているＬＥＤチップでは、８０個／ｃｍ2であると考えられるが、しかしながら特に、典型的には４０個／ｃｍ2以下であり、通常の場合は２５個／ｃｍ2までである。この高いパッケージング密度を達成し、また、１〜５０％の範囲にあるＵＶ−ＬＥＤの典型的な効率に基づいて付随的に生じる高い熱負荷を可能な限り低く維持できるようにするために、本発明によるオプトエレクトロニクス・チップ・オン・ボード・モジュール及び、複数のオプトエレクトロニクス・チップ・オン・ボード・モジュールを備えている本発明によるオプトエレクトロニクス装置を良好に使用することができる。例えば、目下のところ、１．３×１．３ｍｍ2の面積を有しているチップの形態のオプトエレクトロニクスコンポーネントを備えているチップ・オン・ボード・モジュールが開発されている。将来的には、数ｍｍ2までのチップ表面積のチップを備えているモジュールが開発されることが期待される。
発光ダイオードから放出される光は通常の場合、ＬＥＤに典型的な放射特性に基づき拡散性である。典型的に、現代のＬＥＤは表面放射器であり、それらの表面放射器は半空間に放射し、通常の場合はランベルト放射器の放射特性を有している。この拡散性の放射特性によって、照射強度と作動距離との強い依存関係が生じる。つまり、照射すべき対象物とオプトエレクトロニクス・チップ・オン・ボード・モジュール、特にＬＥＤ放射器との間の距離においてそのような依存関係が生じる。しかしながら本発明によれば、ＬＥＤアレイ構成におけるＬＥＤから放出され光を効率的に利用することができ、また高い照射強度を大きい作動距離においても実現することができる。特に、一方ではオプトエレクトロニクス・チップ・オン・ボード・モジュール、特にＬＥＤチップからの光の出力を最大にすることができ、他方では所定の作動距離における高い照射強度及び所定のフィールド分布を発生させることができる、適合された光学系を実現することができる。
特に、非常に大きい作動距離、例えば少なくとも２０ｍｍの作動距離に関して、放出された光を強く視準することができる。しかしながら通常の場合、別の光学系を用いない一次光学系の使用には限界がある。何故ならば、ＬＥＤはマイクロ光学系の場合には、点光源とみなすことができないからである。このことは特に、典型的には１〜１０ｍｍの直径を有しているレンズのサイズと、典型的には１ｍｍのエッジ長を有しているＬＥＤのサイズとが同等であることに起因する。従って通常の場合は、光を完全には視準することができず、また更には、視準が強まるにつれて、レンズにおける反射損失によってレンズの効率が低下する。従って最適な解決手段に関して、例えば少なくとも一つの最適な一次光学系の他に、照射強度及び作動距離に対する要求が非常に高い場合には、本発明によれば少なくとも一つの付加的な二次光学系を実現し、それにより光の高い視準又は焦点合わせを達成し、またシステム効率を最大にすることができる。
特に、少なくとも一つの反射器を備えている反射器光学系の形態、又は少なくとも一つの反射器光学系と少なくとも一つのレンズ光学系とが組み合わされた形態で構成されている、少なくとも二次光学系を実現することができる。この組み合わせにおいて、一次光学系によって照射フィールドには直接的に配向することはできない光を、例えば反射器によって「収集」して、照射フィールドへと偏向させることができる。更には、本発明の一つの実施の形態においては、一次光学系を二次光学系について最適化することができ、またそれとは反対に、二次光学系を一次光学系について最適化することができるので、一次光学系と二次光学系を相互に適合させることが可能である。
本発明によれば、特にＬＥＤから放出される光の方向特性、とりわけ放射特性の制御のために、少なくとも一つの光学系を使用することができる。従って上記のように、本発明によるオプトエレクトロニクス・チップ・オン・ボード・モジュール及び／又は本発明によるシステムは少なくとも一つの光学系を有することができ、その際、一次光学系と二次光学系とが区別される。例えば、一次光学系は透明な注型材料から成るレンズアレイを含むことができ、このレンズアレイを、例えば本発明による方法を用いて、オプトエレクトロニクスコンポーネント、例えばＬＥＤが実装されている支持体上に直接的に被着させることができ、それにより一次光学系を例えばＬＥＤチップに固定的に接続することができる。例えば、ＵＶ−ＬＥＤのための一次光学系及び／又は二次光学系又はそれらの光学系の一部を製造するための出発材料として、ＵＶ耐性のある熱硬化シリコーンを使用することができる。択一的又は付加的に、他の材料の使用、例えば光硬化性のアクリラート、ＰＭＭＡ、ポリカーボネート又は他の材料、若しくはそれらの材料及び／又は他の材料を組み合わせたものを使用することも可能である。
本発明によれば、一次光学系及び／又は二次光学系の光学素子として、光学的に機能する多数の幾何学的配置、例えばレンズ形態及び／又は散乱形態を実現することができる。それらの幾何学的配置を、各用途に必要とされる照射強度プロフィールを形成するための幾何学的配置に適合させることができる。単純に、顕著なアンダーカットを有している形態を注型方法で実現することは通常の場合は困難である。何故ならば、この方法は通常の場合、鋳造方法だからである。しかしながら、例えば以下のものから選択された形態を良好に実現することができ、また本発明に従い使用することができる：対称的又は非対称的な形態の球面状のレンズ光学系、特に円筒状及び／又は回転対称の光学系の形態の球面状のレンズ光学系；対称的又は非対称的な形態の非球面状の光学系、特に円筒状及び／又は回転対称の光学系の形態の非球面状のレンズ光学系、対称的又は非対称的な形態の自由形状光学系、特に円筒状及び／又は回転対称の光学系の形態の自由形状光学系、対称的又は非対称的な形態のフレネル光学系、特に円筒状及び／又は回転対称の光学系の形態のフレネル光学系；対称的又は非対称的な形態の多角形及び／又はカット面の付けられた光学系、特に円筒状及び／又は回転対称の光学系の形態の多角形及び／又はカット面の付けられた光学系；例えば光を散乱させるため、又は統計的に分散されて光を回折させるための粗い構造；構造化された表面を備えている構造。上述の形態及び／又は他の形態の組み合わせも可能である。
一次光学系を実現できることにより複数の機能及び利点が提供される。つまり、特に少なくとも一つのレンズをオプトエレクトロニクスコンポーネントの上に直接的に、例えばＬＥＤの上に直接的に位置決めすることができる。これによってレンズは、従来のレンズとは異なり、出射面のみを有し、入射面は有さない。何故ならば、発光ダイオードから放出される光をレンズの材料に直接的に入射させることができるからである。これによって、ＬＥＤ又はシステムからの光の出力効率が増加する。何故ならば、光は境界面を僅かに通過するだけで良く、またＬＥＤと注型材料との間の屈折率の適合によってＬＥＤ内の内部全反射が低減され、また平坦に注型された場合の全反射に比べても内部全反射が低減されるからである。
更には、レンズの幾何学的配置によって、注型材料と空気との間の境界面における反射損失を最小にすることができる。これによって、例えば、平坦に注型される場合に比べて、更に効率が増加する。シリコーンに関しては、通常の場合、平坦に注型される場合に比べて出力効率を約２倍増加させることができる。
個々の各オプトエレクトロニクスコンポーネント、例えば個々の各ＬＥＤに関して、目標設定に応じた放射成形を、相応の一次光学系及び／又は二次光学系の使用によって実現することができ、それにより、ターゲット照射面への光の直接的な偏向を考慮した、光学系の幾何学的配置、例えばレンズの幾何学的配置の最適化も、出力効率並びに二次光学系の特性への適合に関する最適化も実施することができる。
更に、レンズ面を立体的に見てオプトエレクトロニクスコンポーネント、例えばＬＥＤの非常に近傍に、例えば１ｍｍ未満の距離をおいて配置することができる。これによって、例えば、大きい空間角度領域の光、特に７０°を上回る空間角度領域までの光を利用することができ、これによって効率が増加し、また高い出力密度を実現することができる。
注型材料又はコーティング、特にシリコーン注型材料はオプトエレクトロニクスコンポーネント、特にＬＥＤを更に外部の影響、例えば汚れ、湿気並びに機械的な影響から保護する。
更に、注型材料は通常の場合、空気よりも高い屈折率を有している。つまり注型材料の屈折率は、典型的には、ｎ＞１、例えばｎ＝１．３〜１．６である。従って通常の場合は、典型的にはｎ＝３〜４の屈折率を有しているオプトエレクトロニクスコンポーネント、特にＬＥＤチップの半導体材料と注型材料との間で屈折率が適合されている。これによって、オプトエレクトロニクス・チップ・オン・ボード・モジュールからの光の出力が改善され、また全体の効率に好適に作用する。
一次光学系における一つ又は複数のレンズの使用に択一的又は付加的に、一次光学系は更に一つ又は複数の反射器を有することができる。つまり、一次光学系は例えばマイクロ反射器アレイを有することができ、このマイクロ反射器アレイでは例えば各オプトエレクトロニクスコンポーネント、例えば各ＬＥＤを、反射性の壁によってマイクロ反射器を形成している小さい凹部内に配置することができる。例えば少なくとも一つのマイクロレンズと少なくとも一つのマイクロ反射器とが組み合わされたものを含んでいるアレイ一次光学系も同様に可能である。
同様にして、例えば一つ又は複数の屈折素子、例えば一つ又は複数のレンズ素子、及び／又は、一つ又は複数の反射素子の形態の少なくとも一つの二次光学系も実現することができる。
用途プロセスに応じて、放射される光に対する要求も変化すると考えられる。例えば、基板又は支持体から成る装置が連続工程において使用される場合には、流れ方向を横断する方向では、均一で集中的な照射強度を実現することが重要であり、その一方で、流れ方向においては通常の場合、実質的に提供されるべき線量率が重要である。具体的にはこのことは、例えば線形放射器の場合には、ＬＥＤがある空間方向において相互に非常に近接して、例えば０．０５から５ｍｍの距離を置いて位置決めされることは有利であり、その一方で、その空間方向に直交する空間方向においては、ＬＥＤ間の距離を例えば１ｍｍ以上に拡大し、そのようにして例えば効率的な視準を行う一次光学系及び／又は二次光学系のための空間を得ることがより有利となることを意味している。これに対して、オプトエレクトロニクスコンポーネントの一様な分布、例えばＬＥＤの一様な分布は通常の場合、一つの面を均一に照明すべき面放射器の実現にとって有利となり得る。
一般的に、本発明によれば、一次光学系及び／又は二次光学系に対して同一の幾何学的配置又は異なる幾何学的配置を実現することができ、また、位置に依存して異なる幾何学的配置も実現することができる。例えば、オプトエレクトロニクスコンポーネント、例えばＬＥＤ及び／又はマイクロレンズ間の距離をアレイ内の一つ又は二つの区間方向において実現することができる。従って、オプトエレクトロニクスコンポーネントの分布、及び／又は、一次光学系及び／又は二次光学系の素子の分布、例えばマイクロレンズの分布を、効率的な素子、例えば効率的なＬＥＤ放射器の開発において考慮及び利用することができる。
更に、一次光学系及び／又は二次光学系の構造サイズ、例えば一次光学系及び／又は二次光学系のレンズの構造サイズを可変に適合させることができ、例えば各用途に合わせて適合させることができる。種々の可能性を単独で、又は任意に組み合わせて実現することができる。つまり、オプトエレクトロニクスコンポーネント、例えばＬＥＤと、一次光学系及び／又は二次光学系のコンポーネント、例えばレンズとが同等の構造サイズを有することができる。このことは例えば、各オプトエレクトロニクスコンポーネント、例えば各ＬＥＤが、一次光学系及び／又は二次光学系の対応付けられている素子、例えばレンズを有していることを意味すると考えられる。一次光学系又は二次光学系の素子の最大構造サイズ、例えば各レンズの最大構造サイズは、通常の場合、オプトエレクトロニクスコンポーネント、例えばＬＥＤのピッチによって制限される。
更に、択一的又は付加的に、単一、複数又は全てのオプトエレクトロニクスコンポーネントの構造サイズは、光学系の構造サイズ、例えば一次光学系の構造サイズよりも小さい実施の形態も実現することができる。例えば、ＬＥＤの構造サイズが対応付けられているレンズの構造サイズよりも小さい実施の形態を実現することができる。このことは、例えば、一次光学系及び／又は二次光学系のレンズ及び／又は他のコンポーネントが複数のオプトエレクトロニクスコンポーネント、例えば複数のＬＥＤにわたり延在していることを意味していると考えられる。
更に、択一的又は付加的に、単一、複数又は全てのオプトエレクトロニクスコンポーネントの構造サイズは光学系の構造サイズ、例えば一次光学系及び／又は二次光学系の構造サイズよりも大きい実施の形態も実現することができる。例えば、ＬＥＤの構造サイズがレンズの構造サイズよりも大きい実施の形態を実現することができる。このことは例えば、オプトエレクトロニクスコンポーネント、例えばＬＥＤの手前において、一次光学系及び／又は二次光学系の複数の素子、例えば複数のレンズ又はレンズアレイが設けられていることを意味していると考えられる。
更に、アレイ内にオプトエレクトロニクスコンポーネント及び／又は光学系の構造サイズの比率も一つ又は二つの空間方向において変化させることができる。つまり、二つの空間方向における比率を同一にすることができるか、又は異ならせることができる、若しくは、経過において変化させることができる。
上記においても述べたように、光学系は散乱性の機能、視準性の機能又は焦点合わせの機能を有することができる。つまり例えば、散乱、視準又は焦点合わせを行うように設計されている、一次光学系のレンズ機能を設けることができる。通常、一次光学系が一つだけ使用される場合、その一次光学素子が視準又は焦点合わせを行うように設計されていれば有利である。これに対して二次光学系としての反射器が使用される場合には、例えば、反射器を可能な範囲で最大限に利用することができるようにするために、システム全体の効率及び機能に関して、一次光学系を散乱性に設計することは目的に適っている。
通常の場合、オプトエレクトロニクスコンポーネント、例えばＬＥＤと一次光学系との間の距離は、同様に、光、例えばＬＥＤから放出される光のどの程度の割合が一次光学系によって、特にレンズによって影響受けるか、またその光にどのように作用するかに応じて決定される。この距離を、光が散乱又は視準されるものであるかに応じて決定することができる。アレイ内では、オプトエレクトロニクスコンポーネント、例えばＬＥＤとレンズとの距離を同一にすることができるか、可変にすることができる。所定のレンズサイズでは、レンズの開口数ＮＡとも称される受光角を、オプトエレクトロニクスコンポーネント、例えばＬＥＤまでの距離に依存させることができる。この受光角の外側で放出される光は、レンズ又は隣接するレンズの縁部において散乱されるか、及び／又は、制御されずに屈折されるので、光のその部分は損失と評価することができる。この理由からも、オプトエレクトロニクスコンポーネント、例えばＬＥＤと一次光学系の表面との距離が重要であると考えられる。
更に、一次光学系及び／又は二次光学系が放射又は放出された光、例えばＬＥＤから半空間へと放射された光の放射路に影響を及ぼすことができる空間角度のサイズも通常は、光学系の効率にとって重要な尺度である。従って大抵の場合、この効率を改善するために、光学的に作用する使用可能な光学系の基底面が最大にされる。本発明により講じることができる措置は、容易に変形可能な円形の基底面及び回転対称の水平方向の断面の代わりに、矩形又は多角形の基底面及び断面を考慮することである。そのような矩形又は多角形の基底面及び断面は、隣接するオプトエレクトロニクスコンポーネント間、例えば隣接するＬＥＤ間で使用できる面を最大限に利用することができる。二つの空間方向において等しいピッチを有しているアレイでは、これは例えば正方形の基底面に相当する。例えば正方形の基底面を最大限に利用することによって、光学的に活性の面を最大にすることができ、このことは効率の上昇、それどころか効率の最大化という形で表すことができる。
一次光学系の表面は平滑であるか、又は表面を粗面化することができるか、若しくは別のやり方で構造化することができ、最後のケースにおいては、例えば表面にフレネル光学系を設けることもできる。例えば、平滑な表面では通常の場合、本来のレンズ効果に影響は及ぼされない。所期のように成形が行われる場合、例えば視準が行われる場合、その表面を用いて多くのケースにおいて最大限の効率を達成することができる。粗面化及び／又はマイクロ構造化された構造を用いることにより、通常の場合は、本来のレンズ効果に付加的な散乱性の効果が追加される。
光学系、例えば一次光学系において複数のレンズが使用される場合には、それらのレンズを種々のやり方で、対応付けられているオプトエレクトロニクスコンポーネントへと配向させることができる。つまり例えば、一次光学系のレンズのレンズ中心点を対応付けられているオプトエレクトロニクスコンポーネント、例えばＬＥＤの中心又はその中心からずれた位置に配向させることができる。例えばマイクロメートルからミリメートル以上の範囲の中心からのずれを、全てのレンズに対して所期のように、同一とすることができるか、又は滑らかにずらすように行うことができる。そのようにずらすことによって、一次光学系によって成形される光円錐を例えば傾斜させることができる。これによって、例えば、ＬＥＤアレイの手前の中心部における照射強度を上昇させるための、いわゆる斜視効果を達成することができ、これは例えば、縁部に設けられているＬＥＤの光円錐がその種の相対的なずれによって中心へと配向されることによって達成することができる。しかしながらまた、ＬＥＤアレイ内での統計的に分散された相対的なずれを、光の均一化のためにも利用することができる。
上述のように、光学系は、少なくとも一つの一次光学系及び少なくとも一つの二次光学系を有している。二次光学系は例えば少なくとも一つの反射器及び／又は少なくとも一つのレンズを含むことができ、それらの素子を個別に配置することができるか、又はアレイ状に配置することができる。つまり、二次光学系は例えば反射器アレイ及び／又はレンズアレイを含むことができる。通常の場合、長い距離においては、一次光学系を単独で使用する際、比較的小さい空間角度領域の光しか照明に寄与しない。二次光学系によって、拡大された空間角度領域の光も利用できるようになり、それによってシステム全体の効率も上昇させることができる。これによって、二つの効果、又はそれら二つの効果の複合効果を達成することができる。つまり、二次光学系によって光の焦点合わせを顕著に改善することができる。このことは、オプトエレクトロニクスコンポーネントの数を維持したまま、例えばＬＥＤの数を維持したまま、最大照射強度を上昇させることができるという利点を有している。最大照射強度が同一レベルに留まる場合、オプトエレクトロニクスコンポーネントの数、例えばＬＥＤの数を低減させることができる。何故ならば、既存の光を二次光学系によってより効率的に利用することができるからである。
一次光学系を例えば、二次光学系としての少なくとも一つの反射器及び／又は少なくとも一つのレンズアレイとも組み合わせることができる。これによって、通常の場合は、一次光学系によって形成されるフィールド分布を更に変形させることができる。つまりこれによって、最大照射強度を上昇させるために改善された焦点合わせを達成することができる。
二次光学系を用途プロセスに応じて、この二次光学系が一つの空間方向又は二つの空間方向において機能するようにも設計することができる。具体的にこのことは、連続工程に線形放射器が使用される場合に、二次光学系を流れ方向に直交するように配置することができ、また、流れ方向において線量率及び最大照射強度を上昇させるために使用することができることを意味している。例えば、一次光学系を面放射器では格子として構成することができるか、又は、線形放射器では相互に平行に延びる線状（反射器）プロフィールとして形成することができる。このことは、二次光学系の構造サイズを同様に可変に適合させられることを意味していると考えられる。この場合、以下の複数の可能性を実現することができる：
ａ．一次光学系及び二次光学系は同等の構造サイズを有している。
ｂ．一次光学系の構造サイズは二次光学系の構造サイズよりも小さい。
ｃ．一次光学系の構造サイズは二次光学系の構造サイズよりも大きい。
放射器の内部では、二つの空間方向における構造サイズの比率を同一にすることができるか、又は異ならせることができるか、若しくは、経過において変化させることができる。
種々のプロセス分野を取り扱うことができるようにするために、サイズがそれぞれ適合された支持体、特に基板を設計することができる。しかしながら費用及び手間を低く抑えるために、通常の場合は、同一の基板、例えば１ｃｍ2以上の範囲の面積を有している基板を相互に並べて整列することが有利である。従って、本発明によるシステム、例えばＬＥＤシステム、また光学的なコンセプトのモジュール式の構造を実現することができる。この実現形態に関してもやはり複数の変形形態が存在する。つまり例えば、二つ以上の本発明によるオプトエレクトロニクス・チップ・オン・ボード・モジュールを一つの空間方向又は二つの空間方向において整列させることができる。一つ、二つ又はそれ以上の数のオプトエレクトロニクス・チップ・オン・ボード・モジュールに対する注型を同時に実現することができる。注型材料を、例えば側方に余剰部が生じることなく、支持体、例えば基板に被着させることができ、それにより支持体の隙間のない整列が実現される。
更には、例えば一つ又は複数のオプトエレクトロニクス・チップ・オン・ボード・モジュール及び／又はその支持体及び／又は一つ又は複数の本発明による装置を、一つ又は複数のヒートシンクに配置することができるか、又は、オプトエレクトロニクス・チップ・オン・ボード・モジュール及び／又は本発明による装置は一つ又は複数のヒートシンクを含むことができる。つまり例えば、複数のＬＥＤを備えている一つ又は複数のチップ・オン・ボード基板をヒートシンク／支持体に設けることができる。注型プロセスにおいては、例えば少なくとも一つのヒートシンクに注型材料を設けることができるので、それにより、例えばその上に設けられている全ての支持体に対して同時に注入成形を行うことができる。モジュールベースとして機能することができる複数のヒートシンクに対して共通して同時に注入成形を行うことも同様に考えられる。
二次光学系のモジュール性を、全般的に、オプトエレクトロニクスコンポーネントのモジュール性、例えばＬＥＤアレイのモジュール性に対応させることができるので、それにより例えば、オプトエレクトロニクスコンポーネントのアレイ、例えばＬＥＤアレイは二次光学系を含んでいる。
一つ又は複数の二次光学系が設けられている場合には、二次光学系をオプトエレクトロニクスコンポーネントのアレイ、例えばＬＥＤアレイよりも大きく、又は小さくすることができ、それにより、例えば二次光学系を、相互に並んで配置されている二つ、三つ又はそれ以上の数のオプトエレクトロニクスコンポーネントのアレイ、例えばＬＥＤアレイの上に位置決めすることができる。反対のケースでは、オプトエレクトロニクスコンポーネントのアレイ毎に、例えばＬＥＤアレイ毎に、例えば二つ、三つ又はそれ以上の数の二次光学系が必要とされると考えられる。
例えば本発明によるシステムにおける、オプトエレクトロニクス・チップ・オン・ボード・モジュール及び／又はその支持体の任意の整列は、オプトエレクトロニクスコンポーネントの距離に関して、ピッチが得られるもの、即ち直接的に接する整列であるか、又は、ピッチが得られないもの、即ち隙間を伴う整列である。
オプトエレクトロニクス・チップ・オン・ボード・モジュール内又はシステム内、例えばＬＥＤ放射器内では、種々に成形された二次光学系を使用することができる。つまり例えば、オプトエレクトロニクス・チップ・オン・ボード・モジュールの縁部、特にＬＥＤ放射器の縁部に、光を放射器の手前の中心部へと反射させる反射器を、上述の「斜視」一次光学系と同様に設けることができる。中央の反射器は同様に放射器の手前の中心部に光を反射させることができる。
更に、位置に依存させて種々の二次光学系、例えば少なくとも一つの反射器、少なくとも一つのレンズ、又は、少なくとも一つの反射器と少なくとも一つのレンズとが組み合わされたものを使用することができる。択一的に、二次光学系を位置に依存させて完全に省略することができる。
総じて、本発明によれば、出射面のみを有している、有利には少なくとも一つの一次光学系を備えているオプトエレクトロニクス・チップ・オン・ボード・モジュールを実現することができる。入射面における反射損失をそのようにして回避することができる。更には、成形を行うことができ、例えば反射損失を低減することができるレンズの光学的な型を使用することができる。個々の各オプトエレクトロニクスコンポーネントに対して、例えば個々の各ＬＥＤに対して、目的プロセスに適合された放射成形を行うことができる。光学系を空間的にオプトエレクトロニクスコンポーネントの近傍に設けることができることによって、例えばレンズをＬＥＤの近傍に設けることができることによって、大きい空間角度領域の光を利用することができる。
更に、オプトエレクトロニクスコンポーネント、例えばＬＥＤは、保護された透明なＵＶ耐性及び温度耐性のある注型材料を含むことができる。そのようにして、特に、長期安定性も改善することができ、また湿気及び他の環境の影響に対する密度が高まっていることに基づき新たな使用分野を開拓することができる。
一つ又は二つの空間方向においてオプトエレクトロニクスコンポーネント間、例えばＬＥＤ間の距離を可変に調整できることによって、使用可能な光出力を更に正確に各要求に適合させることができる。例えば、多数のＬＥＤを狭い空間に配置することができるか、又は、特定の光学系のためのスペースを生み出すために、比較的少ない数のＬＥＤを配置することができる。
一次光学系の素子、例えば一次光学系のレンズの考えられる種々の構造サイズによって、既存の光出力を効率的に利用することができる。つまり一次光学系のレンズ機能を、要求に応じて、散乱、視準又は焦点合わせが行われるように設計することができる。一次光学系の表面を要求に応じて例えば平滑に形成することができるか、粗面化することができるか、又は他のやり方で構造化させることができる。
一次光学系の素子を対応付けられているオプトエレクトロニクスコンポーネントに相対的にずらせることによって、例えば一次光学系のレンズをＬＥＤに相対的にずらせることによって、上述のように、放射円錐を傾斜させる（斜視化させる）ことができる。
一つ又は複数の任意の二次光学系が使用されることによって、オプトエレクトロニクス・チップ・オン・ボード・モジュールの効率及び／又はシステムの効率を著しく高めることができる。特に、そのようにして、散乱性の光の「リサイクル」を実現することができる。これによって、例えば、比較的高い照射強度を達成することができる、及び／又は、オプトエレクトロニクスコンポーネント、特にＬＥＤを節約することができる。
本発明の別の利点は、高いモジュール性を実現できることにある。つまり例えば、複数のオプトエレクトロニクス・チップ・オン・ボード・モジュールを、オプトエレクトロニクスコンポーネントの一つ又は複数の一次元又は二次元のアレイでもってそれぞれ実現することができ、またその際に、それらのアレイを同一に構成することができる。特にオプトエレクトロニクスコンポーネントの同一のアレイを備えている、その種の複数のオプトエレクトロニクス・チップ・オン・ボード・モジュールを一つ又は二つの空間方向において相互に並べて整列させることができる。オプトエレクトロニクスコンポーネントのアレイ、例えばＬＥＤアレイの同一性は簡単で廉価な生産プロセスのために有利である。総じて、そのようにして、種々のプロセス幾何学に対する要求に関する利点を実現することができる。
本発明により実現可能な個々の利点又はそれらの利点の組み合わせによって、オプトエレクトロニクス・チップ・オン・ボード・モジュール及び／又はシステム、例えば放射器の直接的な効率の上昇を達成することができる。これによって、例えば非常に高い照射強度を達成しつつ、それと同時に、均一な照射強度分布を長い距離においても達成することができる。列記した利点を対にして、又は、任意のグループで、任意に組み合わせることもできる。それによって実現すべき可能性のスペクトルは高く、またこれによって多数の要求を満たすことができる。
以下では、一般的な本発明の思想を制限することなく、概略的な図面を参照しながら複数の実施例に基づき本発明を説明する。明細書において詳細には説明しない本発明の全ての詳細に関しては、明示的に図面が参照される。
一次光学系が示されているが、二次光学系は示されていない、本発明によるオプトエレクトロニクスモジュールの一つの実施例を示す。 一次光学系が示されているが、二次光学系は示されていない、本発明によるオプトエレクトロニクスモジュールの別の実施例を示す。 ここでもまた二次光学系は示されていない、それぞれに複数のオプトエレクトロニクスコンポーネントが対応付けられている一次光学素子を含む一次光学系を備えているオプトエレクトロニクスモジュールの実施例の一つの変形形態を示す。 ここでもまた二次光学系は示されていない、それぞれに複数のオプトエレクトロニクスコンポーネントが対応付けられている一次光学素子を含む一次光学系を備えているオプトエレクトロニクスモジュールの実施例の別の変形形態を示す。 ここでもまた二次光学素子は示されていない、オプトエレクトロニクスコンポーネント毎に複数の一次光学素子を有しているオプトエレクトロニクスモジュールの実施例の別の変形形態を示す。 一次光学素子に対応付けられているオプトエレクトロニクスコンポーネントの一つの配向を示す。 一次光学素子に対応付けられているオプトエレクトロニクスコンポーネントの別の配向を示す。 レンズ状の一次光学素子と、二次光学素子としての反射器とを備えている、オプトエレクトロニクスモジュールの一つの考えられる実施例を示す。 レンズ状の一次光学素子と、レンズ状の二次光学素子とを備えている、オプトエレクトロニクスモジュールの一つの実施例を示す。 図５による配置構成の概略的な放射路の一つの実施例を示す。 レンズ状の一次光学素子と、反射器及びレンズ素子の形態の複数の二次光学素子とを備えている、オプトエレクトロニクスモジュールの一つの実施例を示す。 本発明によるオプトエレクトロニクスモジュールの光学素子の表面構造の一つの構成を示す。 本発明によるオプトエレクトロニクスモジュールの光学素子の表面構造の別の構成を示す。 本発明によるオプトエレクトロニクスモジュールの光学素子の表面構造の更に別の構成を示す。
以下説明する図面において、同一又は同種の各素子又は対応する部分には同一の参照番号を付しているので、それらの素子の相応の反復的な説明は省略する。
本発明を、特に、また別の考えられる構成を制限することなく、チップ・オン・ボードＬＥＤモジュールに基づき、即ち発光体に基づき、オプトエレクトロニクスモジュールを例として、また特にチップ・オン・ボード・モジュールを例として説明する。本発明の枠内では、オプトエレクトロニクスコンポーネントとしてのＬＥＤモジュールの代わりに、フォトダイオードも太陽電池又は他のコンポーネントに使用することができる。
図１には、オプトエレクトロニクスモジュールの第１の実施例が側面からの概略的な断面図で示されている。更に、図示されている複数のオプトエレクトロニクスモジュール１１０を横方向において相互に並べて整列させることができ（これは、図１Ａにおいて示されていない）、それによりオプトエレクトロニクス装置１１２が得られる。
オプトエレクトロニクスモジュール１１０は支持体１１４を有しており、この支持体１１４は面状に、特に平坦に形成されている。例えば、この支持体１１４は回路基板を含むことができる。この支持体上には、有利にはチップ・オン・ボード技術でオプトエレクトロニクスコンポーネント１１６、例えば発光ダイオード及び／又はフォトダイオードが被着されている。それらのオプトエレクトロニクスコンポーネントは有利にはアレイ１１８状に配置されており、例えば、一次元又は二次元の配置構成で配置されている。
更に、図１Ａに示されている実施例によるオプトエレクトロニクスモジュール１１０は、複数の光学素子１２２を備えている光学系１２０を有している。光学系１２０は、複数の一次光学素子１２６を備えている一次光学系１２４を含んでおり、それらの一次光学素子１２６は図示されている実施例においてはレンズ１２８として、例えばマイクロレンズとして形成されている。更に、光学系１２０は少なくとも一つの二次光学系を含んでいるが、この二次光学系は図１Ａにおいては図示していない。この二次光学系の構成に関しては、例えば図５から図８における実施例を参照されたい。
一次光学素子１２６は例えば、注型方法により注型体として支持体１１４上被着されている。この方法の考えられる構成に関しては上記の説明を参照されたい。有利には、一次光学素子１２６はアレイ１３０の形態で構成されている。
ここで図１Ａには、各オプトエレクトロニクスコンポーネント１１６に一つの一次光学素子１２６が対応付けられている実施例が示されている。オプトエレクトロニクスコンポーネント１１６及び一次光学系１２４は同等の構造サイズを有しており、またアレイ１１８，１３０は有利には同一のピッチを有している。つまり、それらの素子の中心点間の距離は等しい。
図１Ｂには、図１Ａによる実施例の一つの変形形態が示されている。ここでもまた、オプトエレクトロニクス装置１１２の構成部材であると考えられるオプトエレクトロニクスモジュール１１０が示されている。オプトエレクトロニクスモジュール１１０は複数のオプトエレクトロニクスコンポーネント１１６を含んでおり、それらのオプトエレクトロニクスコンポーネント１１６をやはりアレイ１１８状に配置することができる。更に、オプトエレクトロニクスモジュール１１０はここでもまた、一次光学系１２４及び複数の一次光学素子１２６を備えている光学系１２０を含んでいる。しかしながら、図１Ａによる実施例とは異なり、この一次光学素子１２６では、各オプトエレクトロニクスコンポーネント１１６にレンズ１２８だけが対応付けられているのではなく、一次光学素子１２６が複数の反射器１３２を含んでいる。図示されている実施例においては、反射器１３２が反射性の側壁を備えている凹部の形態で構成されている。凹部を例えば支持体１１４に形成することができる、及び／又は、支持体１１４に被着されている少なくとも一つのコーティングに形成することができる。例示的に、図１Ｂにおいても各オプトエレクトロニクスコンポーネント１１６に一つの反射器１３２が対応付けられている。従って、レンズ１２８と同様に、反射器１３２もアレイ１３０の形態で配置することができる。ここでもまた、一次光学系１２４の構造サイズは、図１Ａと同様に、オプトエレクトロニクスコンポーネント１１６のサイズと同等であって良い。
図１Ａによる実施例においては、一次光学素子１２６の構造サイズ、従ってアレイ１３０のピッチは少なくとも近似的に、オプトエレクトロニクスコンポーネント１１６の構造サイズ又はアレイ１１８のピッチに対応しているが、図２Ａ及び図２Ｂには、オプトエレクトロニクスコンポーネント１１６の構造サイズが各一次光学素子１２６の構造サイズよりも小さい実施例が示されている。図２Ａ及び図２Ｂに図示されているこの実施例は、その他の点では図１Ａ及び図１Ｂに図示されている実施例に対応している。図２Ａにおいては、オプトエレクトロニクスコンポーネント１１６のアレイ１１８が一定のピッチを有している実施例が示されており、図２Ａに示されている図面の平面において、三つのオプトエレクトロニクス素子１１８につき、レンズ１２８の形態の一つの一次光学素子１２６が対応付けられている。従って、一次光学素子１２６のアレイ１３０のピッチは、オプトエレクトロニクスコンポーネント１１６のアレイ１１８のピッチの１／３である。つまり図２Ａにおける実施例は、ピッチが維持される実施例と称することもできる。これに対して図２Ｂには、この実施例の一つの変形形態が示されており、この変形形態では、オプトエレクトロニクスモジュール１１０の中心において、オプトエレクトロニクスコンポーネント１１６間に比較的大きい間隔が生じているので、この変形形態をピッチが変化する実施の形態とみなすことができる。
図３には、図１Ａによる実施例の一つの別の変形形態が示されている。この実施例においては、各オプトエレクトロニクスコンポーネント１１６に、レンズ１２８の形態の複数の一次光学素子１２６が対応付けられている。従って、オプトエレクトロニクスコンポーネント１１６、例えば発光ダイオードの構造サイズは、一次光学素子１２６のアレイ１３０のレンズ１２８の構造サイズよりも大きい。
図４Ａ及び図４Ｂには、オプトエレクトロニクスモジュール１１０又はオプトエレクトロニクス装置１１２の別の実施例の一部が示されている。図４Ａ及び図４Ｂにおける実施例には、オプトエレクトロニクスコンポーネント１１６の、対応付けられている一次光学素子１２６に相対的な配向の種々の可能性が示されている。
つまり例えば、各オプトエレクトロニクスコンポーネント１１６には一つの光学軸１３４を対応付けることができ、また各一次光学素子１２６には一つの光学軸１３６を対応付けることができる。図４Ａには、光学軸１３４，１３６が一致している実施例が示されている。図４Ｂには、光学軸１３４及び１３６が相互にずらされている実施例が示されている。ここでは、図４Ｂに示されているように、平行にずらされている。しかしながら択一的又は付加的に、光学軸１３４，１３６を相互に傾斜しているように構成することもできる。光学軸１３４，１３６相互の相対的な配向を、アレイ１１８又は１３０に沿って変化するように構成することもできる。光学軸１３４，１３６の配向の種々の構成によって、一次光学系１２４の方向特性をアレイ１３０上の場所に依存させることができる。
図５には、本発明によるオプトエレクトロニクスモジュール１１０の第１の考えられる実施例が示されている。図示されている実施例において、このオプトエレクトロニクスモジュール１１０は差し当たり、複数のオプトエレクトロニクスコンポーネント１１６及び一つの一次光学系１２４を備えている、図１Ａによる構造に類似する構造を有している。その種の複数のオプトエレクトロニクスモジュール１１０をここでもまた相互に並べて整列させ、一つのオプトエレクトロニクス装置１１２にすることができる。この構造の説明に関しては、差し当たり、図１Ａによる実施例の説明を参照されたい。ここでもまた、一次光学系１２４はレンズ１２８のアレイ１３０の形態の複数の一次光学素子１２６を有している。択一的又は付加的に、例えば図１Ｂによる実施例と同様に、反射器１３２の形態の一次光学素子１２６が設けられても良い。しかしながら一次光学素子１２４に付加的に、図示されている実施例において光学系１２０は二次光学系１３８を有している。この二次光学系１３８は図示されている実施例において、反射器１３２の形態の二次光学素子１４０を含んでいる。
二次光学系の構成の択一的又は付加的に実現可能な可能性として、図６には、オプトエレクトロニクスモジュール１１０又はオプトエレクトロニクス装置１１２の一部の実施例が示されており、この実施例は差し当たり一次光学系１２４に関しては、図５に示した実施例又は図１Ａに示した実施例と同様に構成することができる。ここでもまた、二次光学素子１４０を備えている二次光学系１３８が設けられているが、しかしながら、図５に示した構成とは異なり、二次光学素子１４０は図示されている実施例において平凸レンズ１２８として構成されている。図６においては、レンズ１２８の形態のこの二次光学素子１４０が湾曲した線で示唆されており、この湾曲した線は基準線で終端している。この基準線は、光の屈折が生じると考えられる境界面を表している。二次光学素子１４０のレンズ１２８の材料をこの線の上に設けることができる。二次光学素子１４０と、一次光学素子１２６を備えている一次光学系１２４との間に、例えば一次光学系１２４及び二次光学系１２８の屈折率とは異なる屈折率を有している、例えば空気、液体、気体、固体、ゲルの中から選択された少なくとも一つの中間材料を配置することができるか、又は上述の材料を組み合わせたもの及び／又は他の材料と組み合わせたものを配置することができる。しかしながら、二次光学系１３８が例えば一次光学系１２４の上に直接的に載置されている別の構成も考えられる。二次光学系１３８の少なくとも一つのレンズ１２８は複数のレンズ１２８を含むこともでき、例えばそれらのレンズ１２８をやはりアレイ状に配置することができる。
オプトエレクトロニクスコンポーネント１１６、例えば発光ダイオードから放出される光は、上記において定義したように、先ず一次光学系１２４の一次光学素子１２６を通過し、続いてその光は二次光学素子１４０を通過する。そのようにして、例えば二次光学系１３８は利用可能な空間角度領域を拡大することができる。このことは、図７に概略的に示唆した放射路を例にして説明する。この実施例は、図５に示した実施例に対応するので、個々のコンポーネントの説明に関しては図５の説明を参照されたい。図７においては、オプトエレクトロニクスコンポーネント１１６から放出される光の放射路が示されている。この放射、ここでは縁部に設けられているオプトエレクトロニクスコンポーネントを例として示されている放射は、先ず一次光学素子１２６を通過し、続いて二次光学系１３８の反射器１３２の反射性の表面において反射され、オプトエレクトロニクスモジュール１１０の放射方向１４２に収束される。
同様にして、図８には例示的な放射路が示唆されている実施例が示されている。この実施例においてもまた、支持体１１４上において一つ又は複数のアレイ１１８状に被着されているオプトエレクトロニクスコンポーネント１１６が示されている。図示されている実施例においては、例示的に二つのアレイ１１８が設けられている。しかしながら他の構成も基本的には可能である。例えば図５及び図７に示した実施の形態と同様に、差し当たり各オプトエレクトロニクスコンポーネント１１６には、レンズの形態の一つの一次光学素子１２６が対応付けられている。更に、図示されている実施例においては、複数の二次光学素子１４０を含んでいる二次光学系１３８が設けられている。つまり、反射器１３２の形態の一つの二次光学素子１４０がアレイ毎に設けられている。更にレンズ１２８の形態の一つの別の二次光学素子１４０がアレイ１１８毎に設けられている。図示されている二つのアレイ１１８の内の左側のアレイにおいては、更に例示的に放射路が示されている。オプトエレクトロニクスコンポーネント１１６から放出される光放射は先ず一次光学素子１２６において先ず屈折される。続いて、この光放射は一つ又は二つの二次光学素子１４０を通過し、例えばこの放射は先ず反射器１３２において反射され、続いてレンズ１２８において屈折されることにより二次光学素子１４０を通過するか、又は、この光放射が直接的に二次光学系１３８のレンズ１２８において屈折されることにより二次光学素子１４０を通過する。各ケースにおいては、アレイ１１８の各々に対して、オプトエレクトロニクスモジュール１１０の放射方向１４２における収束を達成することができる。
複数の一次光学素子１２６及び／又は複数の二次光学素子１４０が設けられている場合には、それらの素子１２６又は１４０は同種の素子で良いが、異なる種類の素子であっても良い。特に、それらの素子１２６，１４０は表面構造を有することができる。その種の表面構造を、例えば、相応の注型方法によって製造することができ、例えば、その表面構造を注型方法で形成する少なくとも一つの型が使用されることによって製造することができる。例えば、このことは上記において説明したように、シリコーン注型方法の範囲において実現することができる。図９，１０及び１１においては、表面構造の種々の実施例が示されている。ここでもまた、例示的に、一次光学素子１２６を備えているオプトエレクトロニクスモジュール１１０のみが示されており、その種のオプトエレクトロニクスモジュール１１０の構成に関しては図１Ａを例とした上記の説明を参照されたい。しかしながら本発明のその他の実施例も、基本的には、一次光学系１２４及び／又は二次光学系１３８に相応の表面構造を設けることができる。
図９においては、同種のレンズ１２８が一次光学素子１２６として設けられている実施例が示されている。それらのレンズ１２８を例えば球面状に形成することができ、また例えば滑らかな表面を有することができる。
図１０には、例示的に、ここでもレンズ１２８の形態の一次光学素子１２６が設けられている実施例が示されている。しかしながらこの実施例では、レンズ１２８が必ずしも球面状の表面を有している必要はなく、例えば種々の湾曲した領域を備えている非球面状の表面を有していても良いことが示されている。つまり、一次光学素子１２６及び／又は二次光学素子１４０は、種々の湾曲した領域を備えているレンズ１２８を有することもでき、例えば凸状に湾曲した一つ又は複数の領域と凹状に湾曲した一つ又は複数の領域とを組み合わせたものを使用することもできる。一次光学系１２４又は二次光学系１３８の全てのレンズ１２８を同じように湾曲させて構成することができるか、又は図１０に例示的に示唆されているように、種々のやり方で、例えば、異なるように湾曲している表面を有している少なくとも二つのレンズ１２８を設けることができる。
図１１には、例示的に図１０による実施例の変形形態として、相応に構成された表面湾曲部に付加的に、表面テクスチャ構造又は表面構造化部を設けることができる。例えば、一次光学系１２４及び／又は二次光学系１３８のレンズ１２８の表面を粗面化させることができる。この粗面化により例えば散乱作用を得ることができる、及び／又は、放射における均一性の補償調整を支援することができる。
図９，１０及び１１に示されている実施例を二次光学系１３８にも同様に適用することができる。つまり例えば、二次光学系１３８が、相応の滑らかな表面、湾曲した表面、又は構造化部が設けられている表面を備えるように形成することができる。
１１０ オプトエレクトロニクスモジュール、 １１２ オプトエレクトロニクス装置、 １１４ 支持体、 １１６ オプトエレクトロニクスコンポーネント、 １１８ オプトエレクトロニクスコンポーネントのアレイ、 １２０ 光学系、 １２２ 光学素子、 １２４ 一次光学系、 １２６ 一次光学素子、 １２８ レンズ、 １３０ 一次光学素子のアレイ、 １３２ 反射器、 １３４ オプトエレクトロニクスコンポーネントの光学軸、 １３６ 一次光学素子の光学軸、 １３８ 二次光学系、 １４０ 二次光学素子、 １４２ 放射方向

Claims (18)

  1. オプトエレクトロニクスモジュール（１１０）、特にオプトエレクトロニクス・チップ・オン・ボード・モジュールにおいて、
    前記オプトエレクトロニクスモジュール（１１０）は、支持体（１１４）と、該支持体（１１４）上に配置されている複数のオプトエレクトロニクスコンポーネント（１１６）と、前記支持体（１１４）上に被着されている少なくとも一つの光学系（１２０）、特に複数のマイクロ光学素子を備えているマイクロ光学系とを含み、
    前記支持体（１１４）は面状に形成されており、
    前記光学系（１２０）は、前記オプトエレクトロニクスコンポーネント（１１６）に隣接している少なくとも一つの一次光学系（１２４）及び少なくとも一つの二次光学系（１３８）を有することを特徴とする、オプトエレクトロニクスモジュール（１１０）。
  2. 前記一次光学系（１２４）は、レンズシステム、特にマイクロレンズシステム、また特に有利にはレンズアレイ；反射器システム、特にマイクロ反射器システム、また特に有利には反射性の表面を備えている複数の凹部を有する反射器システムから成るグループから選択されており、
    前記凹部にはそれぞれ一つ又は複数のオプトエレクトロニクスコンポーネント（１１６）が配置されている、請求項１に記載のオプトエレクトロニクスモジュール（１１０）。
  3. 前記二次光学系（１３８）は、反射器（１３２）及びレンズ（１２８）から成るグループから選択された、一つ又は複数の二次光学素子（１４０）を含む、請求項１又は２に記載のオプトエレクトロニクスモジュール（１１０）。
  4. 前記二次光学系（１３８）は、複数のオプトエレクトロニクスコンポーネント（１１６）、特に複数のオプトエレクトロニクスコンポーネント（１１６）及び対応付けられている一次光学素子（１２６）に対応付けられている二次光学素子（１４０）を含む、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のオプトエレクトロニクスモジュール（１１０）。
  5. 前記二次光学素子（１４０）は、反射性の表面を備えている凹部を有する反射器（１３２）を含み、
    前記二次光学素子（１４０）に対応付けられている前記オプトエレクトロニクスコンポーネント（１１６）は前記凹部に配置されている、請求項４に記載のオプトエレクトロニクスモジュール（１１０）。
  6. 更に、前記オプトエレクトロニクスコンポーネント（１１６）に対応付けられている少なくとも一つの一次光学素子（１２６）が前記凹部に配置されている、請求項５に記載のオプトエレクトロニクスモジュール（１１０）。
  7. 前記二次光学素子（１４０）はレンズ（１２８）を含み、
    前記レンズ（１２８）は、前記二次光学素子（１４０）に対応付けられている前記オプトエレクトロニクスコンポーネント（１１６）を覆う、請求項４乃至６のいずれか一項に記載のオプトエレクトロニクスモジュール（１１０）。
  8. 更に、前記オプトエレクトロニクスコンポーネント（１１６）に対応付けられている少なくとも一つの一次光学素子（１２６）が前記レンズ（１２８）によって覆われる、請求項７に記載のオプトエレクトロニクスモジュール（１１０）。
  9. 前記オプトエレクトロニクスコンポーネント（１１６）は一次元又は二次元のアレイ（１１８）状に配置されている、請求項１乃至８のいずれか一項に記載のオプトエレクトロニクスモジュール（１１０）。
  10. 前記一次光学系（１２４）は複数の一次光学素子（１２６）を有し、
    各オプトエレクトロニクスコンポーネント（１１６）、又は、前記アレイ（１１８）の複数のオプトエレクトロニクスコンポーネント（１１６）から成る一つのグループは、一つの一次光学素子（１２６）、又は、複数の一次光学素子（１２６）から成る一つのグループに対応付けられている、請求項９に記載のオプトエレクトロニクスモジュール（１１０）。
  11. 各オプトエレクトロニクスコンポーネント（１１６）に一つの一次光学素子（１２６）が対応付けられている、請求項９又は１０に記載のオプトエレクトロニクスモジュール（１１０）。
  12. 前記オプトエレクトロニクスコンポーネント（１１６）及び前記一次光学素子（１２６）はそれぞれ一つの光学軸（１３４，１３６）を有し、
    前記光学軸（１３４，１３６）が一致するように、又は、前記光学軸（１３４，１３６）が相互に平行にずらされているように、又は、前記光学軸（１３４，１３６）が相互に傾斜しているように、前記光学軸（１３４，１３６）は相互に配向されている、請求項１１に記載のオプトエレクトロニクスモジュール（１１０）。
  13. 前記光学軸（１３４，１３６）の配向は前記アレイ（１１８）内で変化する、請求項１２に記載のオプトエレクトロニクスモジュール（１１０）。
  14. 前記一次光学素子の方向特性が前記アレイ（１１８）内で変化する、請求項１１乃至１３のいずれか一項に記載のオプトエレクトロニクスモジュール（１１０）。
  15. 前記オプトエレクトロニクスコンポーネント（１１６）、特に前記オプトエレクトロニクスコンポーネント（１１６）のアレイ（１１８）は、前記支持体（１１４）の縁部から１０ｍｍ未満、特に５ｍｍ未満、また特に有利には３ｍｍ未満の距離を置いて設けられている、請求項１乃至１４のいずれか一項に記載のオプトエレクトロニクスモジュール（１１０）。
  16. 請求項１乃至１５のいずれか一項に記載のオプトエレクトロニクスモジュール（１１０）を複数含み、該オプトエレクトロニクスモジュール（１１０）が一つ又は二つの空間方向において相互に並んで整列されていることを特徴とする、オプトエレクトロニクス装置。
  17. オプトエレクトロニクスモジュール（１１０）に関する請求項１乃至１５のいずれか一項に記載のオプトエレクトロニクスモジュール（１１０）の製造方法において、
    特に注型法を使用して、前記光学系（１２０）の少なくとも一つの可塑性の出発材料を前記オプトエレクトロニクスコンポーネント（１１６）と接触させ、変形させ、硬化させるように、前記光学系（１２０）を少なくとも部分的に製造する、オプトエレクトロニクスモジュール（１１０）の製造方法。
  18. 少なくとも一つのワークピースに、オプトエレクトロニクスモジュール（１１０）から放出される電磁放射が照射される露光用途及び／又は照射用途のための、オプトエレクトロニクスモジュール（１１０）に関する請求項１乃至１５のいずれか一項に記載のオプトエレクトロニクスモジュール（１１０）の使用。
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