JP2017507492A - オプトエレクトロニクス部品 - Google Patents

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Abstract

光線（３０，４０，４２，５０，５１，６０）を出射するための出射面（１１）を有するオプトエレクトロニクス半導体チップ（１０）及び透明ポッティング材料（１１０）が配置されたキャビティ（１００）を有するハウジング（２０）を備えるオプトエレクトロニクス部品（１）。キャビティ（１００）は、少なくとも１つの側壁（１０１）を有し、この側壁は、側壁（１０１）に入射する光線（５０，５１）を少なくとも部分的に反射し、動作期間の増加につれて側壁の反射性が低下する。変換粒子（１２０）がポッティング材料（１１０）に埋め込まれ、変換粒子（１２０）に入射する第１の波長の光線（３０，５３）を第２の波長の光線（３１）に変換する。さらに、散乱粒子（１３０，１４０）がポッティング材料（１１０）に埋め込まれ、散乱粒子（１３０，１４０）に入射する光線（４０，４２）を散乱し、また、動作期間の増加につれて散乱粒子の散乱能が向上する。

Description

本発明は、オプトエレクトロニクス部品に関する。
先行技術には、白色のまたは様々な色の光を出射す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）が開示されている。さらに、そのような部品が、電磁放射を発生するためのオプトエレクトロニクス半導体チップを具備することが知られている。この場合、一例を挙げると、青色スペクトル域等の特定の波長域の放射を出射する発光ダイオードチップが使用され得る。
通常、オプトエレクトロニクス半導体チップは、ハウジング（例えば、プラスチックハウジング）のキャビティ内に配置されている。キャビティの側壁は、オプトエレクトロニクス半導体チップによって出射された電磁放射を反射するように、ひいては指向性放射を画定された立体角範囲（solid angle range）内に維持するように構成され得る。
広帯域の発光スペクトル（例えば、白色光スペクトル）を発生するために、オプトエレクトロニクス部品は通常、変換素子を備える。変換素子は、オプトエレクトロニクス半導体チップによって出射された第１の波長域の放射を第２の波長域の放射に変換するように構成されている。この目的のために、概して、ハウジングのキャビティ内に配置され、かつ、例えばポリマー（例：シリコーンまたはエポキシ樹脂）を含み得る透明ポッティング材料に変換粒子が埋め込まれている。
変換粒子は通常、発光染料を含む。この場合、波長変換は、第１の波長域の電磁放射を吸収し、次いで、第２の、通常はより高い波長域の放射を出射することによって実現される。また、様々な波長域で吸収および／または出射する複数の様々な変換粒子が使用され得る。
したがって、オプトエレクトロニクス部品によって出射される放射の全スペクトルは、オプトエレクトロニクス半導体チップ自体の発光スペクトルによって、また、使用される変換粒子の実施形態および数によって決定される。観察者によって知覚される色印象に従って、適した色空間における色位置（color locus）が、出射されたスペクトルに割り当てられ得る。
オプトエレクトロニクス部品の構造に使用された材料の経年変化プロセスによって、オプトエレクトロニクス部品の寿命の間にオプトエレクトロニクス部品の発光特性が変性し得る。通常、所定の動作電流で出射される光度は、オプトエレクトロニクス部品が次第に経年変化するにつれて低下する。この場合、オプトエレクトロニクス部品の寿命は、出射される光度が、平均して、例えば当初の光度の５０％まで下落する間の動作期間と定義され得る。
さらに、オプトエレクトロニクス部品の経年変化によって、出射される電磁スペクトルが変化し、ひいては色位置が変化することも多い。そのような色位置シフトは、例えば、液晶スクリーンの背面照明のように色の安定した発光が求められる用途においては、特に望ましくない。従来、色位置シフトは、主に、動作期間中の光学特性の変化ができるだけ少ない材料（例えば、適切なシリコーン）を使用することによって減殺されていた。これら材料の加工は比較的複雑なことが多く、それにより、製造コストがかさみ得、小型設計での生産可能性が制限され得る。
特に、出射される電磁放射の色位置がオプトエレクトロニクス部品の寿命を通してできるだけ一定のままであるオプトエレクトロニクス部品であって、特に最小であり得る設計が可能であり、かつ／または、特に製造の費用効率が非常に高い、改良されたオプトエレクトロニクス部品を提供することが本発明の目的である。
この目的は、請求項１に係るオプトエレクトロニクス部品によって達成される。さらなる有利な形態が従属請求項において特定される。
本発明に係るオプトエレクトロニクス部品は、光線を出射するための出射面を有するオプトエレクトロニクス半導体チップおよび透明ポッティング材料が配置されたキャビティを有するハウジングを備える。この場合、キャビティは、少なくとも１つの側壁を備え、この側壁は当該側壁に入射する光線を少なくとも部分的に反射し、側壁の反射性は動作期間の増加につれて低下する。変換粒子がポッティング材料に埋め込まれており、この変換粒子は、この変換粒子に入射する第１の波長光線を第２の波長の光線に変換する。さらに、散乱粒子がポッティング材料に埋め込まれており、この散乱粒子は、この散乱粒子に入射する光線を散乱し、また、この散乱粒子の散乱能は動作期間の増加につれて向上する。
少なくとも部分的に反射性の側壁を有するキャビティ内にオプトエレクトロニクス半導体チップを配置することによって、オプトエレクトロニクス半導体チップによって出射される電磁放射は、画定された立体角範囲内に指向的に出射可能である。透明ポッティング材料に変換粒子を追加的に埋め込むことによって、有利なことに、出射される放射の色位置を、狙い通りに（in a targeted manner）オプトエレクトロニクス部品の使用目的に適合することができる。
有利なことに、動作期間の増加につれて散乱能も同様に向上する散乱粒子を加えることによって、動作期間の増加につれてキャビティの側壁の反射性が低下することが理由でポッティング材料の中での平均光路長が短縮される影響を減殺することができる。その結果、出射される第１の波長の光子が変換粒子によって第２の波長の光子に変換される確率が部品の動作期間中に大きく変化することを防止し得る。
また、オプトエレクトロニクス部品によって出射される放射の色位置の、動作期間の増加につれて生じる変動もより小さいという利点がある。散乱粒子が独立した粒子としてポッティング材料に導入されているため、有利なことに、散乱粒子の濃度によって、散乱能の向上度合は、側壁の反射性の低下度合に適合され得る。
本発明の一実施形態では、変換粒子は、相対的に短波長の入射光線を相対的に長波長の光線に変換するように構成されている。その結果、可視光スペクトル域における広帯域スペクトルの光、特に白色光を発生するために、有利なことに、青色スペクトル域の光を主に出射するオプトエレクトロニクス半導体チップを使用することができる。このオプトエレクトロニクス半導体チップは、より長波長の発光波長を有するオプトエレクトロニクス半導体チップに比して高効率である。
本発明のさらなる実施形態では、散乱粒子は、散乱能の経時的向上が散乱粒子に対する短波電磁放射（特に、ＵＶ放射）および／または熱および／または水分によって現れる影響に依存するように構成されている。その結果、有利なことに、散乱能の向上度合は、側壁の反射性の低下度合に特に容易に適合可能である。側壁の反射性の低下も同様に、主に短波放射および／または熱および／または水分の影響によって引き起こされ得るからである。それにより、ポッティング材料の中での光子の平均経路長の減少によって引き起こされる色位置シフトを、有利に長い期間に亘って補償することができる。
本発明のさらなる実施形態では、散乱粒子は、散乱能を向上させる空洞を動作期間の増加につれて生じるように構成されている。その結果、動作期間の増加につれて散乱能が向上する散乱粒子を、有利に容易な方法で実現することができる。
本発明のさらなる実施形態では、散乱粒子は、シリコーン、好ましくはフェニルシリコーンを含む。これら材料が、短波電磁放射および／または熱および／または水分の影響下で空洞、特に微小クラックを形成することにより、有利なことに、散乱能の向上度合が側壁の反射性の低下度合の経時的プロフィール（temporal profile）に適合される散乱粒子を実現することができる。
本発明のさらなる実施形態では、ポッティング材料は、シリコーン、特にメチルシリコーンを含む。その結果、有利なことに、変換粒子および散乱粒子は、他の材料に比して、透明度が長期動作期間に亘って（例えば１０，０００〜１００，０００時間を超えて）維持される材料に埋め込まれ得る。さらに、有利なことに、シリコーンの高い熱安定性およびＵＶ安定性によって、オプトエレクトロニクス部品の高い動作温度、ひいては高強度の光の出射が可能になる。
本発明のさらなる実施形態では、散乱粒子およびポッティング材料の両方がシリコーンを含み、散乱粒子のシリコーンの屈折率がポッティング材料のシリコーンの屈折率よりも高い。その結果、有利なことに、散乱粒子およびポッティング材料からなるポッティング部であって、このポッティング部の散乱能は、散乱粒子のシリコーンの経年変化の結果として、動作期間の増加につれて微小クラックが形成されることによって向上するポッティング部を実現することができる。ポッティング材料の中の散乱粒子の濃度を適合することによって、散乱能が側壁の反射性の低下度合に合わせてさらに調整され得る。
本発明のさらなる実施形態では、散乱粒子は、ポリマーを含む。このポリマーには、好ましくはＰＭＭＡ等の透明ポリマーが含まれる。その結果、例えば、放射および／または熱および／または水分の影響下で微小クラックが形成されるか、または、ポリマーに組み込まれた粒子が白亜化することによって散乱能が動作期間の増加につれて向上する散乱粒子を容易に実現することができる。
本発明のさらなる実施形態では、散乱粒子は、多成分構成（multi-component design）であり、触媒および透明封止部を備える。この場合、封止部は、少なくとも部分的に触媒を包囲し、触媒は、短波電磁放射（特に、ＵＶ放射）および／または熱および／または水分の影響下での封止部の分解を支援するように構成されている。
透明封止部の分解において、動作期間の増加につれて向上する散乱能は、有利なことに、クラックの形成または封止部に含まれる粒子の白亜化によって実現される。さらに、有利なことに、適した触媒材料を選択することによって、放射および／または熱および／または水分の影響下での散乱能の向上度合をキャビティの側壁の反射性の低下度合に適合させることができ、ポッティング材料の中での平均光路長を一定に維持することができる。
本発明のさらなる実施形態では、触媒は、ＴｉＯ２を含む。光触媒として、ＴｉＯ２は、触媒を包囲する適切な封止材料の、電磁放射（特に、ＵＶ域または可視の青色波長域の電磁放射）の影響下での分解を有利に支援する。その結果、有利なことに、封止部の分解および白亜化による散乱能の向上度合は、側壁の反射性の低下度合に特に精確に適合可能である。
本発明のさらなる実施形態では、封止部は、プラスチック、好ましくはポリマーを含む。その結果、適切な触媒材料によって、放射および／または熱および／または水分の影響下での分解が支援される封止部が、単純かつ費用効果の高い方法で実現可能である。
本発明のさらなる実施形態では、散乱粒子の大きさは、１ｎｍ〜１００μｍである。したがって、有利なことに、散乱粒子は、通常のハウジング大きさの場合に多量にポッティング材料と混合可能でありかつ高い散乱能を有することができる十分な小ささである。
本発明のさらなる実施形態では、オプトエレクトロニクス部品の動作期間が増加するにつれて、ポッティング材料の中での光子の平均経路長が側壁の反射性の低下によって減少する影響が、散乱粒子の散乱能が同時に向上することによって減殺され、かつ、オプトエレクトロニクス部品によって出射される放射の色位置の、オプトエレクトロニクス部品の寿命の間の変化が最大でも５％であるように、ポッティング材料の中の散乱粒子の濃度は選択される。その結果、寿命全体の間の色位置シフトが有利に小さいオプトエレクトロニクス部品を実現することができる。
本発明のさらなる実施形態では、ハウジングは、プラスチック、好ましくはポリフタラミドまたはＰＣＴ（polycyclohexylene dimethylene terephthalate；ポリシクロへキシレンジメチレンテレフタレート）を含む。その結果、有利なことに、容易にかつ高い費用効率で製造されるハウジングを実現することができる。さらに、プラスチック材料（例えば、ポリフタラミド等の熱可塑性プラスチック）が射出成形法またはトランスファー成形法を用いた製造に適しており、この場合、同時に有利に小型設計での製造が可能になる。
本発明の上記性質、特徴、および、利点、ならびにそれらの実現方法は、それぞれが概略図を示す図面に関連して詳細に説明される例示的な実施形態の以下の記述に関連してさらに明らかとなり、またさらに明確に理解される。
第１の動作期間後のオプトエレクトロニクス部品の断面側面図である。 第２の動作期間後のオプトエレクトロニクス部品の断面側面図である。
通常、オプトエレクトロニクス半導体チップ（例えば、発光ダイオードチップ（ＬＥＤチップ））が、光を発生するためにオプトエレクトロニクス部品の中で使用される。これらチップは、環境的影響および機械的影響からの保護を提供するハウジングに埋め込まれている。その結果、オプトエレクトロニクス部品は、高い機械的安定性を有し、特に小型であることによって小型設計が可能である。例えば、蛍光灯のような従来の発光素子に比して、オプトエレクトロニクス部品の利点は、特に、長寿命であること、動作電圧が低いこと、および、電力消費が少ないことである。
これら利点から、液晶スクリーンの背面照明が、そのようなオプトエレクトロニクス部品の適用分野の１つである。低い電力消費および小さい構造サイズによって、そのようなオプトエレクトロニクス部品は、主に、電池式のモバイル機器における使用にも適している。ＬＥＤ素子が背面照明として使用される場合、ＬＥＤ素子の寿命全体を通して色忠実性を有する面出力を確実に得るために、出射光の色位置が一定であることが必要である。
図１は、オプトエレクトロニクス部品１の横方向断面図である。オプトエレクトロニクス部品１は、オプトエレクトロニクス半導体チップ１０が底部に配置されたキャビティ１００を有するハウジング２０からなる。オプトエレクトロニクス部品１は、例えば、発光ダイオードチップ（ＬＥＤチップ）であり得、ハウジング２０は、例えば、プラスチック材料（例えば、ポリフタラミド等の熱可塑性プラスチック）を含み得る。
また、キャビティ１００は、例えば、メチルシリコーン、エポキシ樹脂、または、シリコーン−エポキシハイブリッド材料を含む透明ポッティング材料１１０で充填されている。図示の例示的な実施形態では、このポッティング材料１１０は、オプトエレクトロニクス半導体チップ１０を完全に包囲している。
オプトエレクトロニクス半導体チップ１０は、半導体チップ１０の上面に配置された出射面１１を備える。この出射面１１は、電磁放射を出射するように構成されている。電磁放射には、好ましくは、可視の青色スペクトル域の放射が含まれる。オプトエレクトロニクス半導体チップ（例えば、ＬＥＤチップ）が概して比較的狭帯域のスペクトル域で出射するため、変換粒子１２０が追加的にポッティング材料１１０に組み込まれている。この変換粒子は、入射光線３０の色を変換後の第２の色の（例えば、黄色光学波長域であり得る）光線３１に変換する。この目的のために、変換粒子１２０は、入射光を吸収しかつ色をシフトさせて（in a color-shifted fashion）再出射する発光染料を含み得る。
図示の例示的な実施形態では、オプトエレクトロニクス部品１によって出射された光は、主に、２種類のスペクトル成分で構成されている。これら２種類のスペクトル成分には、第１に、オプトエレクトロニクス半導体チップ１０によって直接出射された光線６０のスペクトル分布が含まれる。第２の成分は、変換粒子１２０の発光スペクトルによって決定される。有利なことに、変換において、入射光線３０の、相対的に短波長から相対的に長波長へのストークスシフトが起こる。しかしながら、他の変換過程、および、相対的に長波長から相対的に短波長の変換過程（例えば、二光子過程）もまた可能である。
変換粒子１２０の種類および組成ならびにポッティング材料１１０の中の変換粒子の密度によって、オプトエレクトロニクス部品１によって出射される光の光学スペクトルまたは色位置に影響を与えることができる。この関連で、例えば、相対的に広帯域スペクトル域の光、特に白色光を出射するように構成されたオプトエレクトロニクス部品を実現することができる。あり得る用途に対してさらに精確に適合させるために、例えば、複数の様々な種類の変換粒子を様々な濃度で導入することもできる。
キャビティ１００の横方向の境界は、側壁１０１によって定められており、これら側壁１０１は、例えば、キャビティ１００がキャビティの底部１０５の方向にテーパ状になるように傾斜させて具現化され得る。しかしながら、垂直なまたは湾曲した側壁等の他の実施形態を考えることもできる。側壁１０１は、入射光を反射または散乱するように構成されている。図示の例示的な実施形態では、傾斜させて具現化した側壁１０１と共に、オプトエレクトロニクス半導体チップ１０によって出射された光を出射方向２に集中する反射体が形成されている。この場合、概して、側壁１０１はランバート発光体（Lambertian emitters）として機能し、入射光線５０を拡散的に反射する。
反射された後、側壁への入射光線５０は、反射光線５２としてオプトエレクトロニクス部品から出射され得る。しかしながら、出射前に、一方の側壁１０１に入射する第２の光線５１の場合のように、変換粒子１２０の１つによる第２の反射光線５３の変換が行われ得る。
概して、オプトエレクトロニクス部品１の動作期間の増加につれて、経年変化の結果として、出射光の特性は変化する。この場合、動作期間は、オプトエレクトロニクス部品１が製造以降の特定の時点において全体として動作していた期間である。動作期間の増加につれて、例えば、所定の動作電流での出射光の強度が低下し得るため、寿命は、動作期間であって、その動作期間後は、出射光の強度が考慮対象の全オプトエレクトロニクス部品のうちの特定の割合に関して予め定義した値を下回る動作期間と定義され得る。この点に関し、例えば、慣習的な定義では、母集団の全オプトエレクトロニクス部品の５０％における寿命の終了後、出射光の強度が初期の強度の５０％未満または７０％未満まで下落していること（それぞれ、Ｌ５０Ｂ５０およびＬ７０Ｂ５０）と規定される。
主に、ハウジング材料は、特定の状況下ではプロセス工学および／またはコストに関する技術的な理由から、例えば、シリコーン等の経年変化に耐性のある材料が使用されていない場合があるため、経年変化の影響を受ける。これは、射出成形法またはトランスファー成形法を用いて製造される小型設計の場合に特に当てはまる。
経年変化の原因は、例えば、短波電磁放射または熱または水分の影響であり得る。特に、ＵＶ放射、および、オプトエレクトロニクス半導体チップ１０の動作中に発生する熱損失によって経年変化が引き起こされる。
したがって、オプトエレクトロニクス部品１の寿命は、特定の技術的な成形方法に大きく依存し、また、特に、オプトエレクトロニクス半導体チップ１０から放熱可能であることまたはオプトエレクトロニクス部品を水分から保護可能であることによって決定される。典型的な寿命は、１０，０００時間〜１００，０００時間の範囲内であり、相対的に小型の設計のものの寿命が例えば１５，０００時間である場合がより多く、相対的に大型の設計のものの寿命が例えば３５，０００時間である場合がより多い。
ポリマーで構成されたハウジングの場合、主に、可視の青色放射および紫外線放射の影響によってポリマーマトリックスの変性が引き起こされ得る。その結果、特に、側壁１０１の反射性も低下する。これは一般に、光の全波長域で同程度には起こらないため、側壁１０１に変色が生じる。一例を挙げると、側壁１０１は、青色スペクトル域の反射性が低下した場合、黄色味を帯びてまたは茶色身を帯びて見え得る。
側壁１０１の反射性の低下の結果、ポッティング材料１１０の中で、オプトエレクトロニクス半導体チップ１０によって出射される光線が進む平均経路長も同様に減少する。特に、側壁１０１での反射後、ポッティング材料１１０を通ってさらに伝搬し、場合によってはより長波長の光線に変換される光線はさらに少ない。
その結果、オプトエレクトロニクス部品１によって出射される光の色位置はシフトする。ポッティング材料１１０の中での経路長がより短い場合、オプトエレクトロニクス半導体チップ１０によって出射される光線３０，４０，４２，５０，５１，６０の１つが変換粒子１２０の１つに突き当たる可能性も同様に減少するからである。変換粒子１２０が黄色スペクトル域の光放射を出射する場合、出射される光のスペクトルは、全体として、例えば青色波長にシフトする（ブルーシフト）。概して、この効果は、反射後にハウジングから直接出射されるわずかな部分の光線によって引き起こされる色位置シフトよりも顕著である。
一例を挙げると、白色光を出射するオプトエレクトロニクス部品の場合、ＣＩＥｘｙ色度図における色位置は、座標の組（Ｃｘ，Ｃｙ）＝（０．３０；０．２９）によって決定され得る。部品の寿命の間の典型的な色位置の絶対的シフトによって、色度座標ＣｘおよびＣｙの両方または一方が０．０３〜０．０５変化する。
オプトエレクトロニクス部品１によって出射される光の強度の低下は、オプトエレクトロニクス半導体チップ１０の放射電力を増加することによって容易に補償され得る。従来、主に、例えばシリコーンのような経年変化に耐性のあるハウジング材料を使用することによって、経年変化による色位置シフトを減殺することができた。このような材料には、コストが高いことに加えて、他の慣用のポリマーに比して、通常は射出成形法またはトランスファー成形法によって製造される小型設計に適していないという欠点がある。
本発明によれば、経年変化による色位置シフトはまた、ポッティング材料１１０に、動作期間の間に散乱能が向上する追加的な散乱粒子を埋め込むことによっても減殺され得る。そのような散乱粒子は、例えば、単一成分散乱粒子１３０および／または多成分散乱粒子１４０として埋め込まれ得、両方の異なる散乱粒子を図１および図２に例示する。オプトエレクトロニクス部品１の寿命の初期には、単一成分散乱粒子１３０および／または多成分散乱粒子１４０が、例えば、透明である結果、入射光線４０，４２は、入射面および出射面での屈折は別にして、ほとんど方向を変えることなくそれら散乱粒子を通過し得る。この状況は、図１の例示に対応する。
図２は、同じオプトエレクトロニクス部品１の、寿命期間内の後の時点における図である。経年変化した側壁１０２の反射性が低下している結果、側壁１０２に入射する光線５０，５１は、もはや反射されず、むしろ吸収される。単一成分散乱粒子１３０および／または多成分散乱粒子１４０を有しない場合、変換粒子１２０に突き当たる光は減少し得、発光スペクトル全体における変換される放射の割合は低下し得、オプトエレクトロニクス部品１によって出射される光の色位置はシフトし得る。
これは、経年変化した単一成分散乱粒子１３１および／または多成分散乱粒子１４１の向上した散乱能によって防止される。一例を挙げると、経年変化した単一成分散乱粒子１３１の１つに入射する光線４０はもはや透過せず、むしろポッティング材料１１０の中で横方向に散乱される。同様に、経年変化した多成分散乱粒子１４１の経年変化した封止部１４６の散乱能も向上する。
ポッティング材料１１０の中での経路長が関連して増加する結果、上述のように散乱された光線４１が変換粒子１２０の１つに突き当たる可能性、および、変換された光線３１が出射される可能性が同様に高まる。より早期の時点では、光線４０は、図１に示したように、経年変化の進んでいない単一成分散乱粒子１３０によって、後に変換されることなく、透過され得た。
概して、オプトエレクトロニクス部品１の寿命の間の側壁１０１の反射性の低下は、現れた放射、熱、および／または、水分の影響に依存する。したがって、散乱能の向上が同様にこれらパラメータに依存するように、単一成分散乱粒子１３０および／または多成分散乱粒子１４０が構成される場合に有利である。
これは、例えば、初めは透明な単一成分散乱粒子１３０および／または多成分散乱粒子１４０が、動作期間の増加につれて空洞を形成するおかげで実現され得る。この場合、そのような空洞の寸法は、例えば、ナノメートル範囲であり得る。そのような微孔性粒子は、同じ材料の固体粒子に比して表面積が大きいため、散乱能が向上している。熱および／または水分、主に、青色光または紫外線光の影響下で微小な空洞を形成する適切な材料は、例えば、ＰＶＣ、ＰＰ、ＰＥまたはＰＭＭＡのようなポリマー、および、特定のシリコーン（例えばフェニルシリコーン）であり得る。
単一成分散乱粒子１３０および／または多成分散乱粒子１４０がシリコーンを含み、かつ、ポッティング材料１１０が同様にシリコーンを含む場合、好ましくは、散乱粒子１３０，１４０とポッティング材料１１０とに異なるシリコーンが使用される。散乱粒子１３０，１４０は、例えば、相対的に高い屈折率のシリコーン（例えば、フェニルシリコーン）を含み得る。これら材料は、プロセス中に、比較的急速に経年変化し、微小な空洞を形成する。この場合、好ましくは、ポッティング材料１１０は、相対的に低い屈折率のシリコーン（例えば、メチルシリコーン）であって、より経年変化に耐性があり、シリコーンの透明性をより長期間維持するシリコーンを含む。しかしながら、シリコーン粒子を、当業者に知られている他の適したポッティング材料に埋め込んでもよい。
ポッティング材料１１０の中の変換率ができるだけ一定に保たれるように、好ましくは、単一成分散乱粒子１３０および／または多成分散乱粒子１４０は、それら散乱粒子の、主に変換粒子１２０によって異なる波長域に変換される入射光の波長の散乱能が向上するように構成されている。散乱率は、主に、入射光の波長と略同一の寸法または入射光の波長より小さい寸法を有する構成の場合に高い。したがって、発光染料が使用され、変換粒子１２０が、例えば青色波長域で吸収する場合、形成されるクラックは、好ましくは約５００ｎｍよりも小さくすべきであり、これは、適した材料選択によって実現され得る。
単一成分散乱粒子１３０および／または多成分散乱粒子１４０に組み込まれた他の材料で構成された極小粒子の白亜化が、散乱粒子１３０，１４０の散乱能の向上をもたらすさらなるメカニズムである。散乱粒子１３０，１４０が製造される材料の、例えば放射および／または熱および／または水分の影響によって引き起こされ得る分解の間、上記極小粒子は、散乱粒子１３０，１４０の外側表面に付着し、それにより、入射光の散乱を増大する。
動作期間の増加につれて散乱能が向上する多成分散乱粒子１４０は、例えば、触媒１４２および透明封止部１４５を備え、封止部１４５は、触媒１４２を部分的にまたは完全に包囲する。触媒１４２は、好ましくは、光触媒として具現化され、光（例えば青色光）の影響下での封止部の分解を支援する。これにより、封止部１４５に含まれる相対的に小さい粒子の、多成分散乱粒子１４０の表面におけるクラックの形成または白亜化が引き起こされ、その結果、散乱能が向上し得る。
この場合、触媒１４２の適切な選択によって、分解プロセスの経時的プロフィールを制御することができ、この経時的プロフィールを側壁１０１の反射性の低下度合に適合することができる。触媒１４２のあり得る材料の構成成分は、例えば、ＴｉＯ２であり得、封止部１４５の構成成分は、ＰＭＭＡ等のポリマーであり得る。有利なことに、封止部１４５の分解および白亜化は、主に、変換粒子１２０によって異なる波長の光に変換される元の波長域の散乱率を主に上昇させる。
出射光の色位置シフトの、最良であり得る補償のために重要なことは、単一成分散乱粒子１３０および／または多成分散乱粒子１４０の濃度および経年変化挙動を、オプトエレクトロニクス部品１の予測される動作状態に適合できることである。オプトエレクトロニクス半導体チップ１０の求められる発光強度および電力消費、結果的に引き起こされるオプトエレクトロニクス部品１の加熱、ならびに、周囲の温度および水分がここでは主に関連している。
散乱粒子１３０，１４０は、好ましくは、ポッティング材料１１０に均一的かつ均質的に導入されている。その結果、オプトエレクトロニクス部品１の可能な限り均質な発光特性が得られる。散乱粒子１３０，１４０の濃度が側壁１０１および散乱粒子１３０，１４０自体の経年変化挙動と適切に調整されると仮定すると、例えば、出射光の色位置のＣＩＥｘｙ色度図における座標の、オプトエレクトロニクス部品１の寿命の間の変化が最大でも０．０１に制限され得る。その結果、この変化は、白色点の（０．３０；０．２９）に対して５％未満の相対的変化であり得る。
多成分散乱粒子１４０はまた、３種類以上の異なる材料を含み得る。これにより、個々の部品の経年変化挙動が異なる場合に、散乱能の向上度合が経時的なおよびスペクトルの特性（側壁１０１の反射性が低下している特性）にさらに精確に適合可能である。
図示の例示的な実施形態のように、単一成分散乱粒子１３０および多成分散乱粒子１４０を同時に混合することによって、色位置シフトを低減することができる。しかしながら、例えば、単一成分散乱粒子のみまたは多成分散乱粒子のみを使用することもできる。この場合、当該散乱粒子のすべてが同一に具現化されていてもよく、異なって具現化された粒子からなっていてもよい。用途に応じて、それぞれ、適切な数および濃度の、様々に具現化された種類の散乱粒子が使用され得る。
動作期間につれて散乱能が向上する散乱粒子１３０，１４０に加えて、ほぼ一定の散乱能を有するさらなる散乱粒子をポッティング材料１１０に埋め込んでもよい。これら散乱粒子は、例えば、酸化チタンもしくは酸化アルミニウム等の金属酸化物、フッ化カルシウム等の金属フッ化物、または、酸化ケイ素を含み得る。
オプトエレクトロニクス部品１で使用される変換粒子１２０および散乱粒子１３０，１４０を埋め込むための適切な方法は、例えば、ポッティング材料１１０がキャビティ１００に導入される前に、まだ液状のポッティング材料１１０と混合することであり得る。または、既に充填されたが、依然として硬化していないポッティング材料１１０の中に変換粒子１２０および／または散乱粒子１３０，１４０を沈降させてもよい。散乱粒子１３０，１４０のように変換粒子１２０も、好ましくは、均一的および均質的な分布でポッティング材料１１０と混合され得る。
散乱粒子１３０，１４０の寸法は、原則として、広範囲に亘って自由に選択され得る。この寸法は、好ましくは、約１ｎｍ〜数百マイクロメートルの範囲内、さらに好ましくは１０ｎｍ〜１０μｍの範囲内である。したがって、散乱粒子１３０，１４０は、十分な数が、例えば数百μｍ〜数ミリメートルまでの寸法のキャビティに導入される十分な小ささである。
さらに、相対的に大きな粒子の場合の散乱能は、色位置シフトの有効な補償のためには低すぎる。特に散乱粒子１３０，１４０の寸法が散乱対象の光の波長よりも小さいかまたは同等であるという理由から散乱能が高いため、散乱粒子１３０，１４０の大きさは、好ましくは、主に散乱対象の光成分の波長に適合される。単一成分散乱粒子１３０または多成分散乱粒子１４０の大きさの下限は、各粒子およびオプトエレクトロニクス部品１の選択した製造方法によって与えられる。
図示の例示的な実施形態の場合のように、キャビティ１００を１種類のみのポッティング材料１１０で充填する代わりに、例えば、複数の層の様々な種類のポッティング材料を導入することもできる。この場合、オプトエレクトロニクス半導体チップ１０は、１つ以上のポッティング材料と部分的にのみ直接接触していてもよく、まったく直接接触していなくてもよい。重要なことは、オプトエレクトロニクス半導体チップ１０によって出射される光が１層以上のポッティング材料層を通ってオプトエレクトロニクス部品１から出射され得、かつ、その過程で、組み込まれた変換粒子および散乱粒子を含む層を通過することである。
図示の例示的な実施形態では、オプトエレクトロニクス半導体チップ１０は、単一の出射面１１を備える。しかしながら、複数の出射面を備える実施形態も可能である。オプトエレクトロニクス半導体チップ１０の接触のために、オプトエレクトロニクス半導体チップ１０のコンタクトパッド１３との電気的接触を確立するための接触要素７０がオプトエレクトロニクス部品に配置され得る。接触要素７０は、さらに、図示のようにキャビティ１００のキャビティ底部１０５の上のコンタクトパッド１０６に電気接続され得る。しかしながら、接触要素７０はまた、例えばワイヤの形で、キャビティ１００の外に導かれ得、適切な他の表面または要素に接続され得る。オプトエレクトロニクス半導体チップ１０の下面１２のコンタクトパッドと、ハウジング２０のキャビティの底部１０５におけるコンタクトパッドとの平面接触（planar contacting）が、例えばはんだ付けによって同様に行われ得る。
好ましくは、オプトエレクトロニクス半導体チップ１０自体が、放射を発生するための活性層が埋め込まれた半導体積層体を備える。この活性層は、例えば、ｐｎ接合、ダブルヘテロ構造、または、量子井戸構造を備え得る。紫外線スペクトル域から可視スペクトル域を介して赤外線スペクトル域までの電磁放射を出射するために、半導体積層体は、ＩＩＩ−ＩＶ族半導体材料を含み得る。
薄膜部品の場合、半導体積層体は、製造中に成長基板から少なくとも部分的に剥離される。適切であれば、透明材料を含む基板に半導体積層体が残っている実施形態も可能である。
オプトエレクトロニクス部品１によって出射される光の色位置シフトをポッティング材料１１０の中での散乱を増大することによって回避する可能性によって、ハウジング２０を製造するための材料をより自由に選択することができる。特に、動作期間の増加につれて反射性が低下する材料であって、例えば非常に小型の設計を可能にするか、または、例えば射出成形法またはトランスファー成形法を用いてオプトエレクトロニクス部品１の非常に容易な製造を可能にするか、または、非常に費用効果が高い材料を使用することができる。そのような適切な材料は、例えば、ポリフタラミド、シリコーン、エポキシ材料、または、シリコーン−エポキシハイブリッド材料であり得る。
高い色位置安定性を有する小型のオプトエレクトロニクス部品は、例えば、モバイル電子機器内の液晶ディスプレーの背面照明に使用され得る。そのような素子の典型的なハウジングの寸法は、数百マイクロメートル〜数ミリメートルの範囲内である。
好ましい例示的な実施形態を用いて、本発明を具体的に例示し、詳細に説明したが、本発明は、開示した例によって限定されず、当業者によって、開示した例に基づき、本発明の保護範囲から逸脱することなく他の変形形態が派生し得る。
本特許出願は、独国特許出願第１０２０１４１０２２５８．０号の優先権を主張し、その開示内容は参照によって本明細書に援用される。
１ オプトエレクトロニクス部品
２ 出射方向
１０ オプトエレクトロニクス半導体チップ
１１ 出射面
１２ 下面
１３ オプトエレクトロニクス半導体チップの上のコンタクトパッド
２０ ハウジング
３０ 変換粒子に入射する光線
３１ 変換された光線
４０ 散乱粒子に入射する光線
４１ 散乱された光線
４２ 散乱粒子に入射するさらなる光線
５０ 側壁に入射する光線
５１ 側壁に入射する光線
５２ 反射光線
５３ 変換粒子に入射する反射光線
６０ 直接出射される光線
７０ 接触要素
１００ キャビティ
１０１ 側壁
１０２ 経年変化した側壁
１０５ キャビティの底部
１０６ キャビティの底部のコンタクトパッド
１１０ ポッティング材料
１２０ 変換粒子
１３０ 単一成分散乱粒子
１３１ 経年変化した単一成分散乱粒子
１４０ 多成分散乱粒子
１４１ 経年変化した多成分散乱粒子
１４２ 触媒
１４５ 封止部
１４６ 経年変化した封止部

Claims (14)

  1. 光線（３０，４０，４２，５０，５１，６０）を出射するための出射面（１１）を有するオプトエレクトロニクス半導体チップ（１０）および透明ポッティング材料（１１０）が配置されたキャビティ（１００）を有するハウジング（２０）を備え、
    前記キャビティ（１００）は、少なくとも１つの側壁（１０１）を備え、前記側壁（１０１）は前記側壁（１０１）に入射する光線（５０，５１）を少なくとも部分的に反射し、また、前記側壁（１０１）の反射性は動作期間の増加につれて低下し、
    変換粒子（１２０）が前記ポッティング材料（１１０）に埋め込まれており、前記変換粒子は、前記変換粒子（１２０）に入射する第１の波長の光線（３０，５３）を第２の波長の光線（３１）に変換し、
    散乱粒子（１３０，１４０）が前記ポッティング材料（１１０）に埋め込まれており、前記散乱粒子は、前記散乱粒子（１３０，１４０）に入射する光線（４０，４２）を散乱し、また、前記散乱粒子の散乱能は前記動作期間の増加につれて向上する、
    オプトエレクトロニクス部品（１）。
  2. 前記変換粒子（１２０）は、相対的に短波長の入射光線（３０，５３）を相対的に長波長の光線（３１）に変換するように構成されている、請求項１に記載のオプトエレクトロニクス部品（１）。
  3. 前記散乱粒子（１３０，１４０）は、前記散乱能の経時的向上が前記散乱粒子（１３０，１４０）に対する短波電磁放射（特にＵＶ放射）および／または熱および／または水分によって現れる影響に依存するように構成されている、請求項１または２に記載のオプトエレクトロニクス部品（１）。
  4. 前記散乱粒子（１３０，１４０）は、前記動作期間が増加するにつれて、前記散乱能を向上させる空洞、特に微小クラックを生じるように構成されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載のオプトエレクトロニクス部品（１）。
  5. 前記散乱粒子（１３０，１４０）は、シリコーン、好ましくはフェニルシリコーンを含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載のオプトエレクトロニクス部品（１）。
  6. 前記ポッティング材料（１１０）は、シリコーン、好ましくはメチルシリコーンを含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載のオプトエレクトロニクス部品（１）。
  7. 前記ポッティング材料（１１０）は、シリコーン、好ましくはメチルシリコーンを含み、前記シリコーンの屈折率は、前記散乱粒子（１３０，１４０）の前記シリコーンの屈折率よりも低い、請求項５に記載のオプトエレクトロニクス部品（１）。
  8. 前記散乱粒子（１３０，１４０）は、ポリマー、好ましくはＰＭＭＡを含む、請求項１〜７のいずれか一項に記載のオプトエレクトロニクス部品（１）。
  9. 前記散乱粒子（１４０）は、多成分構成であり、かつ、
    触媒（１４２）および透明封止部（１４５）を含み、
    前記封止部（１４５）は、前記触媒（１４２）を少なくとも部分的に包囲し、
    前記触媒（１４２）は、短波電磁放射、特にＵＶ放射、および／または熱および／または水分の影響下での前記封止部（１４５）の分解を支援するように構成されている、請求項１〜８のいずれか一項に記載のオプトエレクトロニクス部品（１）。
  10. 前記触媒（１４２）は、ＴｉＯ２を含む、請求項９に記載のオプトエレクトロニクス部品（１）。
  11. 前記封止部（１４５）は、ポリマーを含む、請求項９または１０に記載のオプトエレクトロニクス部品（１）。
  12. 前記散乱粒子（１３０，１４０）の大きさは、１ｎｍ〜１００μｍである、請求項１〜１１のいずれか一項に記載のオプトエレクトロニクス部品（１）。
  13. 前記ポッティング材料（１１０）の中の前記散乱粒子（１３０，１４０）の濃度は、前記オプトエレクトロニクス部品（１）の前記動作期間の増加につれて、前記側壁（１０１）の前記反射性の前記低下による前記ポッティング材料（１１０）の中での光子の平均経路長の変化の影響が、前記散乱粒子（１３０，１４０）の前記散乱能が同時に向上することによって減殺されるように選択され、
    前記オプトエレクトロニクス部品（１）によって出射される放射の色位置の、前記オプトエレクトロニクス部品（１）の寿命の間の変化が最大でも５％である、請求項１〜１２のいずれか一項に記載のオプトエレクトロニクス部品（１）。
  14. 前記ハウジング（２０）は、プラスチック、好ましくはポリフタラミドまたはＰＣＴを含む、請求項１〜１３のいずれか一項に記載のオプトエレクトロニクス部品（１）。
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