JP2017504220A - オプトエレクトロニクス部品、オプトエレクトロニクス装置、光学要素の製造方法、およびオプトエレクトロニクス部品の製造方法 - Google Patents
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Abstract
本発明は、放射放出面を有するオプトエレクトロニクス半導体チップを備えているオプトエレクトロニクス部品に関する。放射放出面の上に光学要素が配置されている。光学要素は、光散乱粒子が埋め込まれている材料を有する。埋め込まれている光散乱粒子の濃度は、放射放出面に対して９０゜に等しくない角度を形成する勾配を有する。
Description
本発明は、特許請求項１に記載されているオプトエレクトロニクス部品と、特許請求項８に記載されているオプトエレクトロニクス装置と、特許請求項１０に記載されている、光学要素の製造方法と、特許請求項１５に記載されている、オプトエレクトロニクス部品の製造方法と、に関する。
電磁放射を横方向に放出するように構成されているオプトエレクトロニクス部品（例えば発光ダイオード部品）は、従来技術から公知である。このようなオプトエレクトロニクス部品を例えば液晶表示装置のバックライト用に使用することが知られている。この場合、複数のオプトエレクトロニクス部品は、それぞれによって放出される放射が横方向に光導波路に入射するように配置される。放射の進路を横方向に変えるために要求される、公知のオプトエレクトロニクス部品の光学要素は、このような公知の装置の厚さを小さくする可能性を制限する。
本発明の目的は、オプトエレクトロニクス部品を提供することである。この目的は、請求項１の特徴を有するオプトエレクトロニクス部品によって達成される。本発明の別の目的は、オプトエレクトロニクス装置を提供することである。この目的は、請求項８の特徴を有するオプトエレクトロニクス装置によって達成される。本発明の別の目的は、光学要素を製造する方法を提供することである。この目的は、請求項１０の特徴を有する方法によって達成される。本発明の別の目的は、オプトエレクトロニクス部品を製造する方法を提供することである。この目的は、請求項１５の特徴を有する方法によって達成される。従属請求項には、さまざまな修正形態が開示されている。
本オプトエレクトロニクス部品は、放射放出面を有するオプトエレクトロニクス半導体チップを備えている。放射放出面の上に光学要素が配置されている。光学要素は、光散乱粒子が埋め込まれている材料を含む。埋め込まれている光散乱粒子の濃度は、放射放出面に対して９０゜に等しくない角度をなす勾配を有する。
このオプトエレクトロニクス部品の光学要素の材料に埋め込まれている光散乱粒子の濃度勾配が傾斜している効果として、このオプトエレクトロニクス部品のオプトエレクトロニクス半導体チップによってその放射放出面において放出された電磁放射の進路が横方向に変わり、これは有利である。したがって、本オプトエレクトロニクス部品は、横方向に本オプトエレクトロニクス部品の隣に配置されておりかつオプトエレクトロニクス半導体チップの放射放出面に平行な向きにある光導波路、に電磁放射を結合するのに適しており、これは有利である。この場合、オプトエレクトロニクス半導体チップによって放出された電磁放射の進路が横方向に変わることにより、オプトエレクトロニクス半導体チップの放射放出面を光導波路の方に向ける必要がない。これにより、オプトエレクトロニクス部品のオプトエレクトロニクス半導体チップをキャリア上に平たく配置することが可能となり、これにより、オプトエレクトロニクス部品のオプトエレクトロニクス半導体チップを良好に熱結合することができる。したがってさらに、オプトエレクトロニクス部品を例えば表面実装可能なＳＭＤ部品として構成することができ、これによりオプトエレクトロニクス部品を簡単かつ低コストで実装することができる。
本オプトエレクトロニクス部品の一実施形態においては、角度は３５゜〜５５゜の範囲内である。角度は４０゜〜５０゜の範囲内であることが好ましい。例えば、角度を約４５゜とすることができる。これによって有利に達成される効果として、本オプトエレクトロニクス部品のオプトエレクトロニクス半導体チップの放射放出面において、放射放出面に垂直な方向に放出された電磁放射の進路が、光学要素によってほぼ直角に変わる。
本オプトエレクトロニクス部品の一実施形態においては、材料は、シリコーン、ポリカーボネート、またはガラスを含む。したがって材料は、埋め込まれている光散乱粒子を担持する、光学的に本質的に透明なマトリックスを形成しており、これは有利である。
本オプトエレクトロニクス部品の一実施形態においては、光散乱粒子は、２００ｎｍ〜５０μｍの範囲内の平均サイズを有する。したがって、光散乱粒子によって、オプトエレクトロニクス半導体チップによって放出される電磁放射が効果的な散乱し、これは有利である。
本オプトエレクトロニクス部品の一実施形態においては、光散乱粒子は、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｈｆ２Ｏ５、またはＳｉＯ２を含む。したがって、光散乱粒子によって、オプトエレクトロニクス半導体チップによって放出される電磁放射が効果的に散乱し、これは有利である。
本オプトエレクトロニクス部品の一実施形態においては、光学要素は、放射放出面に垂直な方向において放射放出面の上に０．１ｍｍ〜１ｍｍの範囲内の厚さを有する。光学要素は、０．３ｍｍ未満の厚さを有することが好ましい。これにより、全体として極めて小さい厚さ（高さ）を有するオプトエレクトロニクス部品を構成することが可能となり、これは有利である。さらには、光学要素の厚さが小さいことによって、オプトエレクトロニクス部品のオプトエレクトロニクス半導体チップによって放出される電磁放射を、小さい厚さの光導波路に結合することが可能となる。
本オプトエレクトロニクス部品の一実施形態においては、光学要素の材料に波長変換粒子が追加的に埋め込まれている。この場合、波長変換粒子は、例えば、有機発光材料または無機発光材料として構成することができる。波長変換粒子は、量子ドットを備えることもできる。光学要素の材料に埋め込まれている波長変換粒子は、オプトエレクトロニクス部品のオプトエレクトロニクス半導体チップによって放出される電磁放射の波長を変換する目的に使用することができる。オプトエレクトロニクス半導体チップは、例えば、青色スペクトル領域の波長を有する電磁放射を放出するように構成することができる。波長変換粒子は、例えば、青色スペクトル領域の波長を有する電磁放射を、白色のスペクトル分布を有する電磁放射に変換するように構成することができる。
本オプトエレクトロニクス装置は、上述したタイプのオプトエレクトロニクス部品と、光導波路とを備えている。この場合、光導波路は、横方向に光学要素の隣に配置されている。このオプトエレクトロニクス装置のオプトエレクトロニクス部品は、電磁放射（例えば可視光）を光導波路に結合することができ、これは有利である。したがって、本オプトエレクトロニクス装置は、例えば、液晶表示装置におけるバックライト（background lighting）に適している。本オプトエレクトロニクス装置は、オプトエレクトロニクス半導体チップの放射放出面に垂直な方向において極めて薄く構成することができ、これは有利である。
本オプトエレクトロニクス装置の一実施形態においては、光導波路は、放射放出面に平行な向きにある。このようにすることで、本オプトエレクトロニクス装置のオプトエレクトロニクス部品の光学要素の中で進路が変わった電磁放射を、光導波路に結合して光導波路によって伝えることができ、これは有利である。
光学要素を製造する方法は、埋め込まれた光散乱粒子を有する材料のブロックを形成するステップであって、埋め込まれた光散乱粒子の濃度が勾配を有する、ステップと、下面を有する光学要素を得る目的でブロックを分割するステップであって、勾配が下面に対して９０゜ではない角度をなす、ステップと、を含む。この方法によって得ることのできる光学要素では、その下面において下面に垂直な方向に光学要素に入射する電磁放射の進路を変えることができる。本方法では、光学要素を簡単かつ低コストで製造することができ、これは有利である。
本方法の一実施形態においては、ブロックを形成する目的で、埋め込まれた光散乱粒子を有する材料の層を形成するステップと、濃度勾配が形成されるように材料内で光散乱粒子を沈めるステップと、層の材料を硬化させてブロックを形成するステップと、を実行する。この方法では、埋め込まれた光散乱粒子を有しかつ光散乱粒子の濃度が勾配を有するブロックを、特に簡単かつ低コストで形成することができ、これは有利である。この場合、勾配を形成する目的に重力が有利に利用される。
本方法の一実施形態においては、ブロックを形成する目的で、材料の第１の層と材料の第２の層とを形成するステップであって、第１の層が、埋め込まれた光散乱粒子の第１の濃度を有し、第２の層が、埋め込まれた光散乱粒子の第２の濃度を有する、ステップと、第１の層と第２の層とを平たく接合してブロックを形成するステップと、を実行する。この方法では、ブロックの材料に埋め込まれる光散乱粒子の濃度勾配の形状を特に正確に制御することができ、これは有利である。第１の層と第２の層を平たく接合するステップは、例えば、接着剤によってこれらの層を接着接合することによって行うことができる。代替方法として、第１の層の材料および第２の層の材料が完全に硬化する前に、第１の層と第２の層とを互いに接合することができる。これにより、個別の接着剤の使用を回避することが可能となる。
本方法の一実施形態においては、ブロックを形成する目的で、材料の第１の層と材料の第２の層を共押し出しする（coextruding）ステップであって、第１の層が、埋め込まれた光散乱粒子の第１の濃度を有し、第２の層が、埋め込まれた光散乱粒子の第２の濃度を有し、第１の層と第２の層とが、上下に重なった状態で共押し出しされてブロックが形成される、ステップ、を実行する。この方法でも、ブロックの材料に埋め込まれる光散乱粒子の濃度勾配の形状を正確に制御することができ、これは有利である。ブロックを形成する複数の層を共押し出しすることによって、次いで複数の層を接合するステップが必要なく、これは有利である。
本方法の一実施形態においては、ブロックは、３つ以上の層から形成される。したがって、ブロックの材料に埋め込まれる光散乱粒子の濃度勾配の形状を、特にきめ細かくモデル化することができ、これは有利である。
オプトエレクトロニクス部品を製造する方法は、上述したタイプの方法によって光学要素を製造するステップと、放射放出面を有するオプトエレクトロニクス半導体チップを作製するステップと、放射放出面の上に光学要素を配置するステップと、を含む。本方法では、オプトエレクトロニクス部品を簡単かつ低コストで製造することができ、これは有利である。この方法によって得ることのできるオプトエレクトロニクス部品の光学要素は、オプトエレクトロニクス部品のオプトエレクトロニクス半導体チップによって放出される電磁放射の進路を有利に変えることができる。
本発明の上述した特性、特徴、および利点と、これらを達成する方法は、それぞれ概略的に示した図面を参照しながら以下にさらに詳しく説明する例示的な実施形態に関連して、さらに明確かつ包括的に理解されるであろう。
図１は、オプトエレクトロニクス装置１００の概略的な側面断面図を示している。オプトエレクトロニクス装置１００は、例えば、液晶表示装置（ＬＣＤ）におけるバックライト用に使用することができる。例えば、携帯型の電子機器（例：携帯電話）の液晶表示装置におけるバックライト用に、オプトエレクトロニクス装置１００を使用することができる。
オプトエレクトロニクス装置１００は、オプトエレクトロニクス部品２００を備えている。オプトエレクトロニクス部品２００は、電磁放射（特に可視光）を生成して導く目的に使用される。
オプトエレクトロニクス部品２００は、オプトエレクトロニクス半導体チップ２１０を備えている。オプトエレクトロニクス半導体チップ２１０は、放射放出面２１１を有する。オプトエレクトロニクス半導体チップ２１０は、その放射放出面２１１において電磁放射（例えば可視光）を放出するように構成されている。オプトエレクトロニクス半導体チップ２１０は、例えば、発光ダイオードチップ（ＬＥＤチップ）として構成することができる。
放射放出面２１１とは反対側の、オプトエレクトロニクス半導体チップ２１０の下面の１つの上に、オプトエレクトロニクス半導体チップ２１０のはんだコンタクトパッドを形成することができる。この場合、オプトエレクトロニクス部品２００は、表面実装に適するＳＭＤ部品として構成することができる。オプトエレクトロニクス半導体チップ２１０の下面に配置されるはんだコンタクトパッドは、例えば、電気的接触を形成する目的でリフローはんだ付けによって形成することができる。
オプトエレクトロニクス部品２００は、光学要素３００をさらに備えている。光学要素３００は、本質的に直方体形状に構成されており、上面３０１と、上面３０１とは反対側の下面３０２とを有する。光学要素３００は、第１の側面３０４と、第１の側面３０４とは反対側の第２の側面３０５とをさらに有する。第１の側面３０４および第２の側面３０５それぞれは、光学要素３００の上面３０１および下面３０２に垂直な向きにある。
光学要素３００は、上面３０１と下面３０２との間に、下面３０２に垂直に測定される厚さ３０３を有する。光学要素３００の厚さ３０３は、０．１ｍｍ〜１ｍｍの範囲内であることが好ましい。光学要素３００の厚さ３０３は、０．３ｍｍ未満であることが特に好ましい。
光学要素３００は、オプトエレクトロニクス半導体チップ２１０の放射放出面２１１の上に配置されている。この場合、光学要素３００の下面３０２は、放射放出面２１１の側にあり、好ましくは放射放出面２１１に接触している。光学要素３００の下面３０２の大きさは、オプトエレクトロニクス半導体チップ２１０の放射放出面２１１の大きさとほぼ同じであることが好ましい。オプトエレクトロニクス半導体チップ２１０の放射放出面２１１において放出された電磁放射は、下面３０２を通過して光学要素３００の中に入射することができる。
光学要素３００は、光学的に本質的に透明な材料からなるマトリックス３１０を有する。光学要素３００のマトリックス３１０は、例えば、シリコーン、ポリカーボネート、またはガラスを含むことができる。光学要素３００のマトリックス３１０には、光散乱粒子３２０が埋め込まれている。光散乱粒子３２０は、例えば、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｈｆ２Ｏ５、またはＳｉＯ２を含むことができる。光散乱粒子３２０は、平均サイズ３２１を有し、図１の概略図において平均サイズ３２１は大幅に誇張してある。光散乱粒子３２０の平均サイズ３２１は、例えば、２００ｎｍ〜５０μｍの範囲内とすることができる。
光散乱粒子３２０は、光学要素３００のマトリックス３１０の中に均一には分布していない。そうではなく、光学要素３００のマトリックス３１０に埋め込まれている光散乱粒子３２０の濃度は、濃度勾配３３０を有し、マトリックス３１０に埋め込まれている光散乱粒子３２０の濃度は濃度勾配３３０に沿って高くなる。濃度勾配３３０は、光学要素３００の下面３０２に対して角度３３１をなしている。したがって、濃度勾配３３０は、オプトエレクトロニクス半導体チップ２１０の放射放出面２１１に対しても角度３３１に配置されている。角度３３１は、９０゜に等しくない値を有する。したがって、濃度勾配３３０は、光学要素３００の下面３０２およびオプトエレクトロニクス半導体チップ２１０の放射放出面２１１に垂直ではない。角度３３１は、３５゜〜５５゜の範囲内の値を有することが好ましい。角度３３１は、４０゜〜５０゜の範囲内の値を有することが特に好ましい。例えば、角度３３１は４５゜の値を有することができる。
マトリックス３１０に埋め込まれている光散乱粒子３２０の濃度が濃度勾配３３０に沿って高くなるため、マトリックス３１０に埋め込まれている光散乱粒子３２０は、光学要素３００の第１の部分領域（下面３０２および第１の側面３０４の近くに配置されている）において、光学要素３００の第２の部分領域（光学要素３００の上面３０１および第２の側面３０５の近くに配置されている）よりも、低い濃度を有する。光学要素３００の第１の部分領域において、マトリックス３１０に埋め込まれている光散乱粒子３２０の濃度は、例えば０％とすることができる。光学要素３００の第２の部分領域において、光散乱粒子３２０の濃度は、例えば２５％とすることができる。
光学要素３００のマトリックス３１０に埋め込まれている光散乱粒子３２０の濃度は、濃度勾配３３０に沿って連続的に高くなることができる。しかしながら、光散乱粒子３２０の濃度は、濃度勾配３３０に沿って段階的に高くなることもできる。この場合、少数の段階よりも多数の段階が好ましい。
光学要素３００のマトリックス３１０に埋め込まれている光散乱粒子３２０の濃度勾配３３０によって、光学要素３００にその下面３０２において入射する電磁放射の進路が変わる。進路の変化は、電磁放射が光散乱粒子３２０において散乱することによって起こる。この場合、電磁放射の進路は、濃度勾配３３０とは逆方向に変わる。したがって、光学要素３００の下面３０２において、下面３０２に本質的に垂直な方向に光学要素３００に入射した電磁放射は、光学要素３００の中で第１の側面３０４の方向に進路が変わる。したがって、光学要素３００の下面３０２において光学要素３００に入射した放射の大部分は、第１の側面３０４を通じて、第１の側面３０４に本質的に垂直に向いた方向に光学要素３００から出射することができる。光学要素３００にその下面３０２において入射した放射の一部分は、光学要素３００の別の表面において光学要素３００から出射する。
オプトエレクトロニクス装置１００は、オプトエレクトロニクス部品２００に加えて、光導波路１１０を備えている。光導波路１１０は、例えば、平たい光導波路として構成することができる。オプトエレクトロニクス部品２００の光学要素３００の第１の側面３０４から放出される電磁放射が光導波路１１０に入射し、光導波路１１０によって、オプトエレクトロニクス装置１００のオプトエレクトロニクス部品２００のオプトエレクトロニクス半導体チップ２１０の放射放出面２１１に本質的に平行な向きにある導光方向１１１にさらに導かれるように、光導波路１１０はオプトエレクトロニクス部品２００の隣に配置されている。光導波路１１０の中をさらに導かれる電磁放射は、例えば、液晶表示装置のバックライトに使用することができる。光導波路１１０は、導光方向１１１に垂直な方向において、光学要素３００の厚さ３０３にほぼ一致する厚さを有することが好ましい。
光学要素３００のマトリックス３１０には、光散乱粒子３２０に加えて、波長変換粒子を埋め込むこともできる。波長変換粒子は、例えば、有機発光材料または無機発光材料を含むことができる。波長変換粒子は、量子ドットを備えることもできる。波長変換粒子は、オプトエレクトロニクス部品２００のオプトエレクトロニクス半導体チップ２１０によって放出される電磁放射の波長を変換する目的で設けることができる。これを目的として、波長変換粒子は、第１の波長を有する電磁放射を吸収し、第２の（一般にはより長い）波長を有する電磁放射を放出するように構成することができる。光学要素３００のマトリックス３１０に埋め込まれる波長変換粒子は、例えば、オプトエレクトロニクス半導体チップ２１０によって放出される、青色スペクトル領域の波長を有する電磁放射を、白色のスペクトル分布を有する電磁放射に変換する目的で設けることができる。しかしながら、光学要素３００のマトリックス３１０に波長変換粒子を埋め込むステップを省くこともできる。
以下では、オプトエレクトロニクス装置１００のオプトエレクトロニクス部品２００の光学要素３００を製造する方法のバリエーションについて、図２〜図４、図５〜図６、および図７〜図８を参照しながら説明する。すべての図面において、互いに対応する部分・要素には図１と同じ参照数字を付してあり、詳しい説明を繰り返さない。
図２は、層４１０の概略的な側面断面図を示している。層４１０は、上面４０１と、上面４０１とは反対側の下面４０２とを有する。層４１０は、光学要素３００のマトリックス３１０の材料と同じ材料を含む、または光学要素３００のマトリックス３１０の材料を形成することのできる元の材料を含む。層４１０の材料は、完全には硬化していない。
層４１０には、光散乱粒子３２０が埋め込まれている。光散乱粒子は、層４１０の中に本質的に均一に分布させることができる。したがって、層４１０に埋め込まれている光散乱粒子３２０は、本質的に均一な濃度を有することができる。
層４１０の材料は完全には硬化していないため、層４１０に埋め込まれている光散乱粒子３２０は、層４１０の中で重力の影響下で層４１０の下面４０２の方向に沈むことができる。このことは、図３の概略的な側面断面図に示してある。層４１０に埋め込まれている光散乱粒子３２０は時間の経過とともに沈んでいくため、層４１０には、層４１０に埋め込まれている光散乱粒子３２０の濃度の濃度勾配３３０が形成される。濃度勾配３３０は、層４１０の上面４０１から下面４０２まで延びており、層４１０の上面４０１および下面４０２に本質的に垂直な向きにある。
層４１０に埋め込まれている光散乱粒子３２０の濃度勾配３３０が所望の程度に形成された時点で、ただちに層４１０の材料を硬化させることができる。層４１０の材料を硬化させるステップは、例えば、熱処理または紫外線による処理によって行うことができる。
層４１０の材料を硬化させることによって、層４１０の材料内で光散乱粒子３２０がそれ以上沈むことが阻止される。光散乱粒子３２０は層４１０の材料内で固定される。したがって、層４１０の材料を硬化させることによって、層４１０から第１のブロック４００が形成される。層４１０の硬化した材料は、第１のブロック４００のマトリックス３１０を形成する。第１のブロック４００のマトリックス３１０に埋め込まれている光散乱粒子３２０は、マトリックス３１０内で濃度勾配３３０に沿って高くなる濃度を有する。濃度勾配３３０は、層４１０の上面４０１および下面４０２（第１のブロック４００の上面および下面を形成している）に本質的に垂直な向きにある。図４は、第１のブロック４００の概略的な側面断面図を示している。
次の工程ステップにおいては、多数の光学要素３００を得る目的で、第１のブロック４００を分割することができる。第１のブロック４００を分割するステップは、例えば、第１のブロック４００を切断することによって行うことができる。形成される光学要素の下面３０２が濃度勾配３３０に対して９０゜ではない角度をなすように、第１のブロック４００を分割する。したがって光学要素３００は、第１のブロック４００から斜めに分離される（例えば切り取られる）。
図５は、第１の副層５１０、第２の副層５２０、第３の副層５３０、および第４の副層５４０の概略的な側面断面図を示している。これらの副層５１０，５２０，５３０，５４０は、薄板の形に構成する。この場合、副層５１０，５２０，５３０，５４０は、確定した厚さを有する。個々の副層５１０，５２０，５３０，５４０の厚さは、互いに同じである、または互いに異なっていてよい。
副層５１０，５２０，５３０，５４０それぞれは、光学要素３００のマトリックス３１０の材料と同じ材料を含む。副層５１０，５２０，５３０，５４０それぞれに光散乱粒子３２０が埋め込まれている。第１の副層５１０の材料に埋め込まれている光散乱粒子３２０は、第１の濃度を有する。第２の副層５２０の材料に埋め込まれている光散乱粒子３２０は、第２の濃度を有する。第３の副層５３０の材料に埋め込まれている光散乱粒子３２０は、第３の濃度を有する。第４の副層５４０の材料に埋め込まれている光散乱粒子３２０は、第４の濃度を有する。副層５１０，５２０，５３０，５４０の中では、光散乱粒子３２０の濃度はそれぞれ本質的に一定である。しかしながら、光散乱粒子３２０の第２の濃度は、光散乱粒子３２０の第１の濃度よりも高い。第３の濃度は第２の濃度よりも高い。第４の濃度は第３の濃度よりも高い。
第２のブロック５００を形成する目的で、副層５１０，５２０，５３０，５４０を、互いに平たく接合することができる。この場合、第２の副層５２０は第１の副層５１０と第３の副層５３０との間に配置される。第３の副層５３０は第２の副層５２０と第４の副層５４０との間に配置される。第１の副層５１０の上面は、第２のブロック５００の上面５０１を形成する。第４の副層５４０の下面は、第２のブロック５００の下面５０２を形成する。
当然ながら、４つの副層５１０，５２０，５３０，５４０より多くの副層から第２のブロック５００を形成することもできる。この場合、個々の副層に埋め込まれる光散乱粒子３２０の濃度は、これらの層が互いに接合されている順に高くなることが好ましい。しかしながら、２つの副層５１０，５２０のみから、または３つの副層５１０，５２０，５３０から、第２のブロック５００を形成することも可能である。
副層５１０，５２０，５３０，５４０を接合して第２のブロック５００を形成するステップは、例えば、副層５１０，５２０，５３０，５４０を積層することによって行うことができる。この場合、個々の副層５１０，５２０，５３０，５４０を、例えば個別の接着剤によって互いに平たく接合することができる。この場合、副層５１０，５２０，５３０，５４０の材料（埋め込まれた光散乱粒子３２０を備えている）は、副層５１０，５２０，５３０，５４０を接合する前にすでに完全に硬化させることができる。
しかしながら、第２のブロック５００を形成する目的で、個別の接着剤を使用することなく副層５１０，５２０，５３０，５４０を互いに接合することもできる。この場合、副層５１０，５２０，５３０，５４０の材料（埋め込まれた光散乱粒子３２０を備えている）は、副層５１０，５２０，５３０，５４０を接合するときにはまだ完全には硬化しておらず、したがって副層５１０，５２０，５３０，５４０を永久的に接合することができる。副層５１０，５２０，５３０，５４０を接合した後、副層５１０，５２０，５３０，５４０の材料（埋め込まれた光散乱粒子３２０を備えている）を、例えば熱処理または紫外線による処理によって硬化させることができる。
図６は、副層５１０，５２０，５３０，５４０から形成された第２のブロック５００の概略的な側面断面図を示している。互いに接合された副層５１０，５２０，５３０，５４０の材料が、第２のブロック５００のマトリックス３１０を形成しており、マトリックス３１０には光散乱粒子３２０が埋め込まれている。第２のブロック５００においては、埋め込まれている光散乱粒子３２０は濃度勾配３３０を有し、濃度勾配３３０は、第２のブロック５００の上面５０１から第２のブロック５００の下面５０２まで延びており、上面５０１および下面５０２に本質的に垂直な向きにある。第２のブロック５００のマトリックス３１０に埋め込まれている光散乱粒子３２０の濃度は、濃度勾配３３０に沿って段階的に高くなる。
次の工程ステップにおいては、図４を参照しながら説明した、第１のブロック４００を分割するステップと同様の方法で、第２のブロック５００を分割することによって、第２のブロック５００から光学要素３００を形成することができる。
図７は、第１の副層６１０、第２の副層６２０、第３の副層６３０、および第４の副層６４０の概略的な側面断面図を示している。これらの副層６１０，６２０，６３０，６４０は、押し出しダイ６５０による共押し出しによって、薄板の形に形成する。副層６１０，６２０，６３０，６４０それぞれは、確定した厚さを有する。副層６１０，６２０，６３０，６４０は、それぞれ同じ厚さを有する、または異なる厚さを有することができる。
副層６１０，６２０，６３０，６４０それぞれは、光学要素３００のマトリックス３１０の材料と同じ材料を含む。副層６１０，６２０，６３０，６４０の材料それぞれに、光散乱粒子３２０が埋め込まれている。各副層６１０，６２０，６３０，６４０の中では、埋め込まれている光散乱粒子３２０の濃度は本質的に一定である。第１の副層６１０においては、埋め込まれている光散乱粒子３２０は第１の濃度を有する。第２の副層６２０においては、埋め込まれている光散乱粒子３２０は第２の濃度を有する。第３の副層６３０においては、埋め込まれている光散乱粒子３２０は第３の濃度を有する。第４の副層６４０においては、埋め込まれている光散乱粒子３２０は第４の濃度を有する。第２の濃度は第１の濃度よりも高い。第３の濃度は第２の濃度よりも高い。第４の濃度は第３の濃度よりも高い。
共押し出し時、副層６１０，６２０，６３０，６４０を平たく接合して第３のブロック６００を形成する。この場合、第１の副層６１０の上面は、第３のブロック６００の上面６０１を形成する。第４の副層６４０の下面は、第３のブロック６００の下面６０２を形成する。第２の副層６２０は第１の副層６１０と第３の副層６３０との間に配置される。第３の副層６３０は第２の副層６２０と第４の副層６４０との間に配置される。当然ながら、４つの副層６１０，６２０，６３０，６４０より少ない副層から、または４つの副層６１０，６２０，６３０，６４０より多くの副層から、第３のブロック６００を形成することもできる。
図８は、副層６１０，６２０，６３０，６４０を共押し出しすることによって形成された第３のブロック６００の概略的な側面断面図を示している。副層６１０，６２０，６３０，６４０の材料が、第３のブロック６００のマトリックス３１０を形成している。第３のブロック６００のマトリックス３１０には、光散乱粒子３２０が埋め込まれている。マトリックス３１０に埋め込まれている光散乱粒子３２０の濃度は、濃度勾配３３０を有する。濃度勾配３３０は、第３のブロック６００の上面６０１から下面６０２まで延びており、第３のブロック６００の上面６０１および下面６０２に本質的に垂直な向きにある。第３のブロック６００のマトリックス３１０に埋め込まれている光散乱粒子の濃度は、濃度勾配３３０に沿って段階的に高くなる。
第３のブロック６００を分割することによって、第３のブロック６００から光学要素３００を形成することができる。これを目的として、図４を参照しながら第１のブロック４００について説明した方法と同じ方法で、第３のブロック６００を分割する。
要約すれば、光学要素３００を製造する目的で、最初に、光散乱粒子３２０が埋め込まれているマトリックス材料３１０においてブロック４００，５００，６００を形成し、埋め込まれている光散乱粒子３２０の濃度は濃度勾配３３０を有する。次いで、下面３０２を有する少なくとも１つの光学要素３００を得る目的で、ブロック４００，５００，６００を分割する。この場合、光学要素の下面３０２が濃度勾配３３０に対して９０゜ではない角度をなすように、ブロック４００，５００，６００を分割する。
ここまで、本発明について、好ましい例示的な実施形態に関連して図示および詳しく説明してきた。しかしながら、本発明は、開示した例に限定されない。当業者には、本発明の保護範囲から逸脱することなく、これらの実施形態から別の変形形態を導くことができるであろう。
［関連出願］
本特許出願は、独国特許出願第１０２０１３２２２７０２．７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明細書に組み込まれている。
本特許出願は、独国特許出願第１０２０１３２２２７０２．７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明細書に組み込まれている。
１００ オプトエレクトロニクス装置
１１０ 光導波路
１１１ 導光方向
２００ オプトエレクトロニクス部品
２１０ オプトエレクトロニクス半導体チップ
２１１ 放射放出面
３００ 光学要素
３０１ 上面
３０２ 下面
３０３ 厚さ
３０４ 第１の側面
３０５ 第２の側面
３１０ マトリックス
３２０ 光散乱粒子
３２１ 平均サイズ
３３０ 濃度勾配
３３１ 角度
４００ 第１のブロック
４０１ 上面
４０２ 下面
４１０ 層
５００ 第２のブロック
５０１ 上面
５０２ 下面
５１０ 第１の副層
５２０ 第２の副層
５３０ 第３の副層
５４０ 第４の副層
６００ 第３のブロック
６０１ 上面
６０２ 下面
６１０ 第１の副層
６２０ 第２の副層
６３０ 第３の副層
６４０ 第４の副層
６５０ 押し出しダイ
１１０ 光導波路
１１１ 導光方向
２００ オプトエレクトロニクス部品
２１０ オプトエレクトロニクス半導体チップ
２１１ 放射放出面
３００ 光学要素
３０１ 上面
３０２ 下面
３０３ 厚さ
３０４ 第１の側面
３０５ 第２の側面
３１０ マトリックス
３２０ 光散乱粒子
３２１ 平均サイズ
３３０ 濃度勾配
３３１ 角度
４００ 第１のブロック
４０１ 上面
４０２ 下面
４１０ 層
５００ 第２のブロック
５０１ 上面
５０２ 下面
５１０ 第１の副層
５２０ 第２の副層
５３０ 第３の副層
５４０ 第４の副層
６００ 第３のブロック
６０１ 上面
６０２ 下面
６１０ 第１の副層
６２０ 第２の副層
６３０ 第３の副層
６４０ 第４の副層
６５０ 押し出しダイ
Claims (15)
- オプトエレクトロニクス部品（２００）であって、
放射放出面（２１１）を有するオプトエレクトロニクス半導体チップ（２１０）、
を有し、
前記放射放出面（２１１）の上に光学要素（３００）が配置されており、
前記光学要素（３００）が、光散乱粒子（３２０）が埋め込まれている材料（３１０）を含み、
前記埋め込まれている光散乱粒子（３２０）の濃度が、前記放射放出面（２１１）に対して９０゜に等しくない角度（３３１）をなす勾配（３３０）、を有する、
オプトエレクトロニクス部品（２００）。 - 前記角度（３３１）が３５゜〜５５゜の範囲内、好ましくは４０゜〜５０゜の範囲内である、
請求項１に記載のオプトエレクトロニクス部品（２００）。 - 前記材料（３１０）が、シリコーン、ポリカーボネート、またはガラスを含む、
請求項１および請求項２のいずれかに記載のオプトエレクトロニクス部品（２００）。 - 前記光散乱粒子（３２０）が、２００ｎｍ〜５０μｍの範囲内の平均サイズ（３２１）を有する、
請求項１から請求項３のいずれかに記載のオプトエレクトロニクス部品（２００）。 - 前記光散乱粒子（３２０）が、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｈｆ２Ｏ５、またはＳｉＯ２を含む、
請求項１から請求項４のいずれかに記載のオプトエレクトロニクス部品（２００）。 - 前記光学要素（３００）が、前記放射放出面（２１１）に垂直な方向において前記放射放出面（２１１）の上に０．１ｍｍ〜１ｍｍの範囲内の厚さ（３０３）、好ましくは０．３ｍｍ未満の厚さ（３０３）、を有する、
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部品（２００）。 - 前記材料（３１０）に波長変換粒子が埋め込まれている、
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部品（２００）。 - オプトエレクトロニクス装置（１００）であって、
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部品（２００）と、
光導波路（１１０）と、
を有し、
前記光導波路（１１０）が、横方向に前記光学要素（３００）の隣に配置されている、
オプトエレクトロニクス装置（１００）。 - 前記光導波路（１１０）が、前記放射放出面（２１１）に平行な向きにある、
請求項８に記載のオプトエレクトロニクス装置（１００）。 - 光学要素（３００）を製造する方法であって、
− 埋め込まれた光散乱粒子（３２０）を有する材料（３１０）のブロック（４００，５００，６００）を形成するステップであって、前記埋め込まれた光散乱粒子（３２０）の濃度が勾配（３３０）を有する、ステップと、
− 下面（３０２）を有する光学要素（３００）を得る目的で前記ブロック（４００，５００，６００）を分割するステップであって、前記勾配（３３０）が前記下面（３０２）に対して９０゜ではない角度（３３１）をなす、ステップと、
を有する、方法。 - 前記ブロック（４００）を形成する目的で、
− 埋め込まれた光散乱粒子（３２０）を有する材料（３１０）の層（４１０）を形成するステップと、
− 前記濃度勾配（３３０）が形成されるように前記材料（３１０）内で前記光散乱粒子（３２０）を沈めるステップと、
− 前記層（４１０）の前記材料（３１０）を硬化させて前記ブロック（４００）を形成するステップと、
が実行される、
請求項１０に記載の方法。 - 前記ブロック（５００）を形成する目的で、
− 前記材料（３１０）の第１の層（５１０）と前記材料（３１０）の第２の層（５２０）とを形成するステップであって、前記第１の層（５１０）が、第１の濃度の埋め込まれた光散乱粒子（３２０）を有し、前記第２の層（５２０）が、第２の濃度の埋め込まれた光散乱粒子（３２０）を有する、ステップと、
− 前記第１の層（５１０）と前記第２の層（５２０）とを平たく接合して前記ブロックを形成するステップと、
が実行される、
請求項１０に記載の方法。 - 前記ブロック（６００）を形成する目的で、
− 前記材料（３１０）の第１の層（６１０）と前記材料（３１０）の第２の層（６２０）を共押し出しするステップであって、前記第１の層（６１０）が、第１の濃度の埋め込まれた光散乱粒子（３２０）を有し、前記第２の層（６２０）が、第２の濃度の埋め込まれた光散乱粒子（３２０）を有し、前記第１の層（６１０）と前記第２の層（６２０）とが、上下に重なった状態で共押し出しされて前記ブロックが形成される、ステップ、
が実行される、
請求項１０に記載の方法。 - 前記ブロック（５００，６００）が、３つ以上の層（５１０，５２０，５３０，５４０，６１０，６２０，６３０，６４０）から形成される、
請求項１２および請求項１３のいずれかに記載の方法。 - オプトエレクトロニクス部品（２００）を製造する方法であって、
− 請求項１０から請求項１４のいずれかに記載の方法によって光学要素（３００）を設けるステップと、
− 放射放出面（２１１）を有するオプトエレクトロニクス半導体チップ（２１０）を設けるステップと、
− 前記放射放出面（２１１）の上に前記光学要素（３００）を配置するステップと、
を有する、方法。
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