JP2018503983A - 放射変換要素を有するオプトエレクトロニクス装置および放射変換要素の製造方法 - Google Patents

放射変換要素を有するオプトエレクトロニクス装置および放射変換要素の製造方法 Download PDF

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Abstract

本発明は、放射を発生させるために設けられた活性領域を有する半導体チップ(2)を有するオプトエレクトロニクス装置(1)であって、放射変換要素(3)は出射方向(21)において半導体チップの下流側に配置され;放射変換要素は対称軸(40)をそれぞれが有する複数の変換要素(4)を有し;対称軸の空間的配向は好ましい方向(45)を有し;放射変換要素(3)によって出射された放射は好ましい偏光(48)を有し;オプトエレクトロニクス装置は出射方向において放射変換要素の下流側に配置された反射性偏光要素(5)を有する、オプトエレクトロニクス装置に関する。反射性偏光要素は、好ましい偏光を有する放射を大部分通過させ、好ましい偏光に直交して偏光された放射を大部分反射する。本発明はさらに、放射変換要素(3)の製造方法に関する。【選択図】図1B

Description

本発明は、放射変換要素を有するオプトエレクトロニクス装置および放射変換要素の製造方法に関する。
液晶ディスプレイ(liquid crystal display;略してLCD)は、モニタまたはプロジェクタ等に特に動画を表示するために使用されることが多い。このような液晶ディスプレイは、放射源である発光ダイオードを用いて背面から照明され得る。しかしながら、放射源の相対的に大部分の放射は典型的に、画像生成用LCDで使用される偏光子が原因で失われる。この損失を補償するために、対応して増大した放射源の一次光束が提供される結果、エネルギー消費が増大する。
本発明の目的は、LCDの背面照明の効率を高めることである。
本発明の目的は特に、それぞれが独立請求項に係るオプトエレクトロニクス装置および方法によって達成される。さらなる発展形態および実施形態が従属請求項の主題である。
本オプトエレクトロニクス装置の少なくとも一実施形態によれば、オプトエレクトロニクス装置は、放射を発生させるために設けられた活性領域を有する少なくとも1つの半導体チップを備える。放射は具体的には、紫外スペクトル領域、可視スペクトル領域(特に、青色スペクトル領域もしくは赤色スペクトル領域)、または近赤外スペクトル領域のものである。半導体チップは例えば、ハウジング内に配置されるか、またはハウジングを設けずに回路基板等の接続キャリアに固定されている。
本オプトエレクトロニクス装置の少なくとも一実施形態によれば、オプトエレクトロニクス装置は、放射変換要素を備える。放射変換要素は特に、出射方向において半導体チップの下流側に配置されている。出射方向は特に、活性領域が伸長する主平面に直交している。放射変換要素は、少なくとも1つの半導体チップによって発生した、青色スペクトル領域または赤色スペクトル領域の一次放射を完全にまたは少なくとも部分的に二次放射に変換するために設けられている。二次放射は例えば、赤色、緑色、黄色、および/または青色のスペクトル領域でありうる。二次放射は特に、可視スペクトルの少なくとも2つの異なるスペクトル領域(例えば、赤色スペクトル領域および緑色スペクトル領域)の放射成分を含みうる。
例えば、放射変換要素は、半導体チップに隣接している。例えば、放射変換要素は、半導体チップの包囲部(enclosure)である。
代替として、放射変換要素は例えば、オプトエレクトロニクス装置の、事前に作製される要素である。事前に作製される放射変換要素は例えば、事前に作製されるフィルムまたはプレートのような自立型の要素である。
本オプトエレクトロニクス装置の少なくとも一実施形態によれば、放射変換要素は、多数の変換体を備える。「変換体」という用語は概して、蛍光体粒子または蛍光体分子等の放射変換に適した物体に関する。変換体は、無機材料および/または有機材料を含みうる。変換体は特に、それぞれ、対称軸を備えうる。
例えばペリレン、フルオレセイン、クマリン、ローダミン、スチルベン、ポルフィリン、フタロシアニン、またはピレン等の有機材料が適している。
さらに、GaN、InN、AlN、それらの混晶(例:InGaN、AlInGaN)、CuIn、CdSe、CdS、InP、PbS、InAs、ZnSe、ZnSSe、またはZnSSeTe等の無機半導体材料が適している。特に、無機半導体材料によって量子ロッドを形成することができる。特に、サイズの小ささによって少なくとも長手伸長軸に対して横断方向にエネルギー状態が量子化されている体積体(volume bodies)が量子ロッドと考えられる。量子ロッドは特に、球対称ではない。量子ロッドは例えば、量子ロッドの長手伸長軸に対して回転対称である。
少なくとも一実施形態によれば、本変換体は、長手伸長軸を有する細長い変換体である。長手伸長軸は特に、対称軸である。細長い変換体は、長手伸長軸方向の大きさが長手伸長軸を横断する方向、すなわち長手伸長軸に直交する方向における大きさよりも大きい。対称軸は、変換体の広がりが最大になる方向に延びている。
さらに、本放射変換要素は、二次放射のピーク波長の点で互いに異なる変換体を含みうる。例えば、第1の変換体が赤色スペクトル領域で出射し、第2の変換体が緑色スペクトル領域で出射する。
本オプトエレクトロニクス装置の少なくとも一実施形態によれば、変換体の空間的配向は、好ましい方向を有する。例えば、変換体の空間的配向は、それら変換体の対称軸に関する。したがって、対称軸の空間的配向は、好ましい方向を有する。したがって、変換体は、変換体の配向(例えば、変換体の対称軸の配向)に関して不規則に分配されているのではない。具体的には、少なくとも50%、好ましくは少なくとも80%の変換体が、変換体の対称軸の角度が好ましい方向に対して20°以下であるように配向されている。理想的には、全ての変換体が好ましい方向に配向されている。しかしながら、変換体の一部のみを好ましい方向に配向する場合に既に、オプトエレクトロニクス装置の高効率化は実現される。
好ましい方向は、活性領域が伸長する主平面に平行に延びている。
本オプトエレクトロニクス装置の少なくとも一実施形態によれば、複数の変換体を有する放射変換要素によって出射された放射は、好ましい偏光を有する。好ましい偏光は特に、好ましい方向に直交する平面に広がる。したがって、放射変換要素によって出射される二次放射は、少なくとも部分的に偏光されている。
本オプトエレクトロニクス装置の少なくとも一実施形態によれば、オプトエレクトロニクス装置は、出射方向において放射変換要素の下流側に配置された反射性偏光要素を備える。具体的には、半導体チップおよび放射変換要素によって出射される放射は、オプトエレクトロニクス装置から外に出ることができる前に反射性偏光要素を通過しなければならない。反射性偏光要素は、好ましい偏光を有する放射を大部分、すなわちこの放射の少なくとも51%を通過させる。反射性偏光要素は好ましくは、好ましい偏光を有する放射の少なくとも80%を通過させる。この放射成分の透過率が高いほど、吸収損失は全体として小さくなり得る。さらに、反射性偏光要素は、好ましい偏光に直交して偏光された放射を大部分反射する。したがって、好ましい偏光に一致しない偏光を有する放射の大部分は、偏光要素による吸収によって失われずに反射され、オプトエレクトロニクス装置内部で少なくともさらに一度反射されるかまたは散乱した後で再度反射性偏光要素に突き当たり得、少なくとも部分的にオプトエレクトロニクス装置から外に出てもよい。
反射性偏光要素の、上記放射成分の反射性は好ましくは、少なくとも60%であり、特に好ましくは少なくとも80%である。反射性偏光要素は例えば、事前に作製されるフィルムとして形成されている。そのようなフィルムは、3M社のオプティカルシステムズ部門よりDBEF(Dual Brightness Enhancement Film;二重輝度上昇フィルム)の商品名で提供されている。このフィルムは、輝度を高めるためにライトガイドと液晶ディスプレイとの間に配置されるように設けられている。しかしながら、オプトエレクトロニクス装置自体が、偏光されたかまたは少なくとも部分的に偏光された放射を出射する目的にも上記フィルムが使用可能であることが分かった。この偏光されたかまたは少なくとも部分的に偏光された放射は、液晶ディスプレイの背面照明用のライトガイド内に結合されることもでき、またこの放射によって液晶ディスプレイを背面から直接照明することもできる。
本オプトエレクトロニクス装置の少なくとも一実施形態では、オプトエレクトロニクス装置は、放射を発生させるために設けられた活性領域を備える半導体チップを備え、放射変換要素が出射方向において半導体チップの下流側に配置されている。放射変換要素は、対称軸をそれぞれが有する複数の変換体を備え、対称軸の空間的配向は、好ましい方向を有する。放射変換要素によって出射された放射は、好ましい偏光を有する。オプトエレクトロニクス装置は反射性偏光要素を備え、反射性偏光要素は、出射方向において放射変換要素の下流側に配置されている。反射性偏光要素は、好ましい偏光を有する放射を大部分通過させ、かつ好ましい偏光に直交して偏光された放射を大部分反射する。
したがって、本オプトエレクトロニクス装置は、偏光されていない放射を出射せず、偏光されたまたは少なくとも部分的に偏光された放射を出射する。本明細書において、「部分的に偏光された」とは、ある偏光方向がその偏光方向に直交するさらなる偏光方向よりも、例えば少なくとも10%優勢であり、好ましくは少なくとも50%優勢であることを意味する。これにより、下流側の液晶ディスプレイの入力偏光フィルタ側の偏光フィルタにおいて偏光によって失われる放射成分を減少することができる。したがって、偏光されていない放射を出射するオプトエレクトロニクス装置とは異なり、入力偏光フィルタにおいて失われる放射は、出射される放射の半分とはならない。したがって、液晶ディスプレイの背面照明に使用することができる放射成分を、オプトエレクトロニクス装置の同じ電力消費で増大することができる。同様に、同じ輝度の背面照明を、オプトエレクトロニクス装置の電力消費を減少して実現することができる。換言すれば、液晶ディスプレイの機能にとって必要な放射の偏光が放射入力側の偏光フィルタ(偏光されない放射の半分が必然的に失われる)のみによって実現されるのではなく、むしろ、本オプトエレクトロニクス装置から外に出る放射の大部分、例えば放射の55%以上または65%以上が既に適切な偏光を有するようにオプトエレクトロニクス装置において放射が発生している。具体的には、放射は放射変換要素において、適切な偏光が優勢となるように発生する。したがって、まさにこの配向された変換体を有する放射変換要素によって、従来の放射変換要素を有する構成に比して高い効率が実現される。反射性偏光要素によってさらなる高効率化が可能である。偏光が理由で使用不可能だった放射成分が反射性偏光要素によって少なくとも有意な程度に吸収されずに反射され、後にオプトエレクトロニクス装置から外に出ることができるからである。
本オプトエレクトロニクス装置の少なくとも一実施形態によれば、変換体は、量子ロッドを含み、また、特に変換体の長手方向の大きさの、横断方向の最大の大きさに対する比が1.5:1以上でありかつ40:1以下である。上記のような比の変換体は、少なくとも部分的に偏光された放射の発生のための放射変換要素に特に適していることが分かった。
対照的に、特に有機材料によって形成された変換体の横断方向の大きさは、対称軸方向の大きさに等しいかまたは少なくともほぼ等しいこともありうる。
本オプトエレクトロニクス装置の少なくとも一実施形態によれば、半導体チップは、反射体によって、特に拡散反射性の反射体によって少なくとも所々で取り囲まれている。反射性偏光要素において反射された放射は、拡散反射後に好ましい偏光の少なくとも1つの放射成分を有し得、オプトエレクトロニクス装置から外に出てもよい。反射体は例えば、半導体チップのハウジング本体の壁部によって形成されている。反射体はまた、半導体チップに直接的に隣接する層によって形成されることもできる。さらに、ポリマー充填剤によって異方性散乱を実現することができる。
本オプトエレクトロニクス装置の少なくとも一実施形態によれば、放射変換要素は、変換体が埋め込まれたマトリックス材料を含む。マトリックス材料は特に、ポリマー材料を含む。
本オプトエレクトロニクス装置の少なくとも一実施形態によれば、放射変換要素は、半導体チップに直接的に隣接している。例えば、放射変換要素は、半導体チップの包囲部を成している。具体的には、放射変換要素は、包囲部の形態で本導体チップの側面を被覆していてもよい。
本オプトエレクトロニクス装置の少なくとも一実施形態によれば、拡散体がマトリックス材料に埋め込まれている。拡散体は、好ましい偏光を有しない放射が拡散体において散乱された後にオプトエレクトロニクス装置から外に出ることができる蓋然性を高める。拡散体は好ましくは、異方性散乱をもたらす。
本オプトエレクトロニクス装置の少なくとも一実施形態によれば、反射性偏光要素は、異方性屈折率を有する複数の層を有する。したがって、反射性偏光要素を、容易にかつ高い信頼性で小型に製造することができる。
本オプトエレクトロニクス装置の少なくとも一実施形態によれば、反射性偏光要素の、半導体チップによって出射された放射の反射率は、放射変換要素によって出射された二次放射の反射率より高い。二次放射が変換体によって部分的に偏光されて発生するため、また、二次放射のスペクトル領域における反射性が低下することによってオプトエレクトロニクス装置内部の吸収損失をさらに減少することができるため、オプトエレクトロニクス装置の高効率化できることが分かった。
本オプトエレクトロニクス装置の少なくとも一実施形態によれば、反射性偏光要素は、放射変換要素に隣接しているか、または放射変換要素から200μm以下離間している。特に、放射変換要素と反射性偏光要素とを、機械的に安定するように互いに固定することができる。特に、反射性偏光要素と放射変換要素との間にはライトガイドが存在しない。
本オプトエレクトロニクス装置の少なくとも一実施形態によれば、反射性偏光要素が伸長する主平面と、活性領域が伸長する主平面とは、互いに平行に伸長している。
本オプトエレクトロニクス装置の少なくとも一実施形態によれば、オプトエレクトロニクス装置は、表面実装型の半導体デバイスである。したがって、本オプトエレクトロニクス装置は、容易に実装することができ、偏光されたまたは少なくとも部分的に偏光された放射を特徴とする半導体デバイスである。代替として、本オプトエレクトロニクス装置の構成を、接続キャリア(例えば、回路基板)の上の1つの半導体チップの構成とすることも、複数の半導体の構成とすることもできる。
本オプトエレクトロニクス装置の少なくとも一実施形態によれば、オプトエレクトロニクス装置は、液晶ディスプレイの背面照明のために提供される。
これにより、特に高いエネルギー効率で背面照明を行なうことができ、この背面照明によって、長寿命化が可能となる。本オプトエレクトロニクス装置は特に、横方向においてライトガイドに結合されるために、または液晶ディスプレイの直接的な背面照明のために提供されることができる。
少なくとも一実施形態に係る放射変換要素の製造方法では、対称軸をそれぞれが有する変換体を含む液状の基材が設けられる。この基材は、型の中に充填される。変換体の対称軸は、好ましい方向に少なくともある程度配向される。基材は、硬化される。
これにより、変換体がマトリックス材料内で配向されて存在する放射変換要素が実現される。本明細書に記載の方法によって、一次放射によって励起された場合に少なくとも部分的に偏光された二次放射を出射する放射変換要素を容易に製造することができる。
本方法の少なくとも一実施形態によれば、変換体は、電界によって配向される。特に、電界は少なくとも、電界を切った後に変換体がそれら変換体の好ましい方向に沿った配向を少なくとも部分的に維持するまでの間、硬化プロセス中も印加される。
本方法の少なくとも一実施形態によれば、型は、少なくとも1つの半導体チップが配置されるキャビティである。キャビティは例えば、特にオプトエレクトロニクス半導体部品のために事前に作製されるハウジングに形成されている。
上記形態とは異なり、型は、例えばプレートまたはフィルムの形態の自立型の変換要素を形成するように設けられていてもよい。この場合、型を、硬化するステップの後で除去することができる。
さらに、液晶ポリマーを使用することができる。そのようなポリマーによって配向プロセスを容易化することができる。
図と併せて説明される以下の例示的実施形態から、さらなる実施形態および発展形態が得られる。
オプトエレクトロニクス装置の例示的実施形態の概略平面図である。 オプトエレクトロニクス装置の例示的実施形態の図1Cと関連する断面図である。 オプトエレクトロニクス装置の例示的実施形態の図1Bと関連する断面図である。 オプトエレクトロニクス装置を有するディスプレイ装置の例示的実施形態である。 放射変換要素の製造方法の例示的実施形態を中間ステップによって概略的に示す平面図である。 放射変換要素の製造方法の例示的実施形態を中間ステップによって概略的に示す平面図である。
同様、同一、または等価の要素が各図で同じ参照番号で示されている。各図、および各図に示される各要素の大きさの関係は、正しい縮尺ではないものと理解されたい。むしろ、個々の要素、特に層の厚さは、より良い例示および/またはより良い理解のために誇張した大きさで例示され得る。
図1Aは平面図によって、図1Bおよび図1Cは互いに直交する向きの断面図によってオプトエレクトロニクス装置1の例示的実施形態を例示する。
オプトエレクトロニクス装置1は、放射を発生させるために設けられた半導体チップ2を備える。半導体チップは例えば、AlInGa1−x−yN(0≦x≦1、0≦y≦1、x+y≦1)等の窒化物化合物半導体材料をベースにした活性領域であって、青色スペクトル領域または紫外スペクトル領域の放射を発生させるために設けられた活性領域を含む。半導体チップによって出射された放射は特に、非偏光である。
さらに、オプトエレクトロニクス装置1は、出射方向21において半導体チップ2の下流側に配置された放射変換要素3を備える。したがって、放射変換要素3は、オプトエレクトロニクス装置の一部を成している。したがって、半導体チップ2のオプトエレクトロニクス装置1の動作時に発生する一次放射がオプトエレクトロニクス装置1の放射出射面10から外に出る前に、この放射は、放射変換要素3を通過しなければならない。
放射変換要素3は、複数の変換体4を含む。変換体4は、それぞれ、対称軸40を有する。図示の例示的実施形態では、変換体は、長手伸長軸が対称軸を成す細長い変換体(例えば、無機量子ロッド)である。長手伸長軸に沿った長手方向の大きさ41は、長手伸長方向に直交する横断方向の最大の大きさ42より大きい。
放射変換要素3は、放射変換要素3の変換体4が埋め込まれたマトリックス材料35を含む。マトリックス材料は特に、ポリマー材料および/または無機酸化物を含む。例えば、PET、PE、PS、PMMA、アクリレート、エポキシ樹脂、シリコーン、または少なくとも1種類のエポキシ樹脂もしくはシリコーンを有する有機・無機ポリマー(例えば、AlまたはSiOが連結されたケイ素)がマトリックス材料と考えられうる。
変換体4が一次放射81によって光学的に励起される場合に、変換体は二次放射82を出射する。
個々の変換体4は放射変換要素3の中で、変換体4の対称軸40が好ましい方向45を有するように配向されている。上記好ましい方向は特に、出射方向21に直交し、かつ活性領域20に平行である。図示の例示的実施形態では、対称軸40はすべて、上記好ましい方向に平行である。理想的には、変換体4によって放射変換要素3において発生する二次放射は、完全に偏光されている。ここで、放射変換要素によって出射される放射の好ましい偏光48は、好ましい方向45に直交する平面に広がる。しかしながら、個々の変換体4が、好ましい方向45とは異なる配向の対称軸40を有することもあり、したがって二次放射82は部分的に偏光されている。
例えば、細長い変換体4の長手方向の大きさの、横断方向の最大の大きさに対する比は、1.5:1以上でありかつ40:1以下である。
変換体4は例えば、蛍光体粒子または蛍光体分子でありうる。変換体はさらに、有機材料および/または無機材料を含みうる。特に、本明細書の概説部分に記載された無機材料および有機材料が変換体に適している。
説明した例示的実施形態とは異なり、変換体は、必ずしも細長く形成されなくてもよい。例えば、横断方向の大きさが対称軸方向の大きさに等しいかまたはほぼ等しい有機分子を使用することもできる。
さらに、オプトエレクトロニクス装置1は、反射性偏光要素5を備える。反射性偏光要素5は、出射方向21において放射変換要素3の下流側に配置されている。反射性偏光要素5は、好ましい偏光48を有する放射を大部分通過させ、好ましい偏光に直交して偏光された放射を大部分反射する。図示の例示的実施形態では、反射性偏光要素5は、オプトエレクトロニクス装置1の放射出力面10を成している。
反射性偏光要素5は好ましくは、好ましい偏光48を有する放射の少なくとも80%を通過させる。さらに、反射性偏光要素5は、好ましい偏光48に直交して偏光された放射成分を大部分反射する。したがって、偏光が好ましい偏光48に一致しない放射は、少なくとも大部分が、反射性偏光要素における吸収によって失われずに反射され、それにより放射変換要素3内に戻る。上記放射成分の反射率は好ましくは、少なくとも60%であり、特に好ましくは少なくとも80%である。
反射性偏光要素5は例えば、事前に作製されるフィルムとして形成されており、これは、放射変換要素3に固定される。放射出力面10の平面視において、反射性偏光要素5は、放射変換要素3を完全に被覆している。図示の例示的実施形態では、反射性偏光要素5は、放射変換要素3に隣接している。上記形態とは異なり、これら要素は、例えば最大で200μmの距離だけ互いに離間していてもよい。
図示の例示的実施形態では、反射性偏光要素5は、異方性屈折率を有する複数の層51を備える。その結果、偏光依存性透過率と、透過しなかった放射成分の高反射性とを同時に、容易にかつ高い信頼性で実現することができる。この反射性および/または透過率を波長選択性とすることもでき、例えば、一次放射の反射率および/または透過率を二次放射のものよりも高くすることも、低くすることもできる。
好ましくは、反射性偏光要素5の、活性領域20において偏光されずに発生した一次放射の反射率は、二次放射の反射率よりも高い。それにより、高反射率によって、不適当な偏光を有する放射成分を反射することができる。対照的に、二次放射は、既に部分的に偏光されて発生するため、低反射率によって、オプトエレクトロニクス装置内部での吸収損失を低減することができる。
オプトエレクトロニクス装置1はさらに、一次放射および二次放射を拡散反射するように形成された反射体7を備える。反射体の反射率は好ましくは、少なくとも80%である。反射率が高いほど、オプトエレクトロニクス装置内部での吸収損失を小さくすることができる。図示の例示的実施形態では、反射体7は、ハウジング本体25のキャビティ250の壁部26によって形成されている。半導体チップ2は、キャビティ250に配置されており、横方向において、すなわち活性領域20が伸長する主平面に平行な方向において反射体に取り囲まれている。反射性偏光要素から外に出ることができる適切な偏光を有しない放射は、この偏光要素において反射されることができる。放射の偏光状態は、オプトエレクトロニクス装置1内部での、例えば反射体7における特定の拡散反射ごとに不規則に変化する。そのため、放射の少なくとも一部が、後に反射性偏光要素5に突き当たる際にオプトエレクトロニクス装置1から外に出ることができる。任意選択的に、拡散体75が光取出しの可能性を高めるためにマトリックス材料35に埋め込まれ得る。
オプトエレクトロニクス装置1によって発生し、オプトエレクトロニクス装置1の放射出力面10を通して外に出る放射は、偏光されているかまたは少なくとも部分的に偏光されている。したがって、オプトエレクトロニクス装置1自体が偏光された放射または少なくとも部分的に偏光された放射を提供する。その結果、液晶ディスプレイの背面照明時に、液晶ディスプレイの放射入力側に配置された偏光フィルタでの損失が減少する。さらに、放射変換要素3における二次放射は、配向された変換体を用いた発生メカニズムによって好ましい偏光を既に有するように発生しており、オプトエレクトロニクス装置1は、高効率化されている。
図示の例示的実施形態では、図示のオプトエレクトロニクス装置1は、表面実装型の半導体デバイスである。ハウジング本体25の外側において放射出力面10とは反対側から半導体チップ2に電気的に接触可能にする接続導体は、明確にするために図示されていない。
図示の例示的実施形態では、放射変換要素3は、半導体チップ2に隣接しており、半導体チップ2の包囲部22を形成している。しかしながら、放射変換要素3は、半導体チップ2に固定される、事前に作製される要素であってもよい。さらに、放射変換要素3は、半導体チップ2から離間していることもでき、具体的には放射変換要素3を包囲部に追加的に設けることもできる。
さらに、放射変換要素3は、様々なピーク波長を有する二次放射成分を発生させる変換体4を含みうる。
例えば、第1の変換体が赤色スペクトル領域の放射を発生させ、第2の変換体が緑色スペクトル領域の放射を発生させる。
オプトエレクトロニクス装置1は当然、放射を発生させるために設けられる2つ以上の半導体チップ2を備えていてもよく、これら半導体チップ2のそれぞれを1つのハウジング内に配置することもでき、複数の半導体チップ2を1つのハウジング内に配置することもできる。さらに、代替として、複数の半導体チップ2を1つのハウジング内に配置することも、ハウジングを設けずに回路基板等の接続キャリアに配置することもでき、かつこれら複数の半導体チップ2に電気的に接触することができる。半導体チップ2用のハウジングの種類は、ある程度まで自由に選択可能である。例えば、ハウジング本体25は、半導体チップ2に合わせて成形される材料であって、特に反射体7を形成する材料によっても形成され得る。
さらに、オプトエレクトロニクス装置1は、光学要素6を備える。光学要素6は、放射変換要素3によって出射された放射を偏向するために、および、反射性偏光要素を通過して外に出る放射を、偏光を維持して偏向するために設けられている。この目的のために、光学要素は例示的に、複数の長手方向プリズム61を備えており、長手方向610は、好ましい方向45に平行である。具体的には、プリズムによって、放射を使用可能な角度範囲内にコリメートすることができる。例えば光学要素6を、反射性偏光要素5の上に配置されるフィルムとして形成することができる。このフィルムは特に、いわゆる輝度上昇フィルム(brightness enhancement film;BEF)として形成されうる。光学要素6および反射性偏光要素5を、フィルムにおいて一体的に形成することもできる。さらに、光学要素は、省略されうる。
本明細書に記載のオプトエレクトロニクス装置1を有するディスプレイ装置9の例示的な一実施形態を図1Dに概略的に示す。ディスプレイ装置9は、オプトエレクトロニクス装置1によって出射された放射が横方向において結合されるライトガイド91を備える。オプトエレクトロニクス装置1は、回路基板等の接続キャリア95に配置されている。半導体チップ2において発生し、出射方向21に出射された放射は、ライトガイド91内に結合される前に反射性偏光要素5を通過する。したがって、ライトガイド91内に結合された放射は、偏光されているかまたは少なくとも部分的に偏光されている。有利なことに、ライトガイド91は、偏光を維持するように形成されている。ライトガイド91の主面910から外に出る放射は、液晶ディスプレイ92を照らす。液晶ディスプレイの入力偏光フィルタ920における吸収損失は、オプトエレクトロニクス装置1の少なくとも部分的に偏光された出射によって最小化されている。具体的には、例えば、不適当な偏光によって背面照明に使用不可能な放射成分は、使用可能な放射の増大に有利にオプトエレクトロニクス装置1において放射を発生させるときに既に低減されている。
図示の例示的実施形態とは異なり、オプトエレクトロニクス装置1は、ディスプレイ装置の直接的な背面照明のために設けられていてもよい。
放射変換要素の製造方法が、2つの中間ステップによって図2Aおよび図2Bの概略図で示される。図1A〜図1Cと併せて説明された放射変換要素について例示的に説明する。
対称軸をそれぞれが有する細長い変換体4が散在した液状の基材30が、放射変換要素を形成するために設けられる。基材は例えば、成形法、射出成形法、またはトランスファー成形法によって型32に充填される。図示の例示的実施形態では、ハウジング本体25のキャビティ250が型として使用されている。図2Aに示されるように、対称軸40は最初、不規則に配向されており、好ましい方向を向いていない。
次いで、変換体の対称軸は、図2Bに示されるように、好ましい方向45に少なくともある程度配向される。これは例えば、電界を印加することによって実現されうる。その後、基材30が硬化されるが、ここで電界は、少なくとも基材が十分に凝固することによって変換体4の配向が電界を切った後にも維持されるまでの間、適宜印加される。
したがって、一次放射によって励起される場合に少なくとも部分的に偏光された二次放射を出射する放射変換要素3を容易に生成することができる。
説明した例示的実施形態とは異なり、例えばプレートの形態の自立型の変換要素を本方法で形成することができる。その目的のために、硬化するステップ後に型を除去することができる。
本特許出願は、独国特許出願第102015101216.2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。
本発明は、上記例示的実施形態の説明によってこれら実施形態に限定されない。むしろ、本発明は、新規な特徴および特徴の組合せ(特に請求項中の特徴の任意の組合せを含む)のそれぞれを、当該特徴または特徴の当該組合せ自体が請求項または例示的実施形態に明示的に特定されていないとしても包含するものである。

Claims (16)

  1. 放射を発生させるために設けられた活性領域を備える半導体チップ(2)を有するオプトエレクトロニクス装置(1)であって、
    − 放射変換要素(3)が出射方向(21)において前記半導体チップの下流側に配置されており;
    − 前記放射変換要素は、対称軸(40)をそれぞれが有する複数の変換体(4)を含み;
    − 前記対称軸の空間的配向が好ましい方向(45)を含み;
    − 前記変換体によって出射された放射が好ましい偏光(48)を含み;
    − 前記オプトエレクトロニクス装置は、反射性偏光要素(5)を備え、前記反射性偏光要素(5)は、前記出射方向において前記放射変換要素の下流側に配置されており、前記反射性偏光要素は、前記好ましい偏光を有する放射を大部分通過させ、かつ前記好ましい偏光に直交して偏光された放射を大部分反射する、
    オプトエレクトロニクス装置(1)。
  2. 前記変換体の前記好ましい方向と、前記好ましい偏光とは、前記出射方向に直交する平面において互いに直交している、
    請求項1に記載のオプトエレクトロニクス装置。
  3. 前記変換体は、量子ロッドを含み、長手伸長軸に直交する横断方向の最大の大きさ(42)を有し、前記長手伸長軸に沿った長手方向の大きさ(41)の、前記横断方向の最大の大きさに対する比が1.5:1以上であり、かつ、40:1以下である、
    請求項1または2に記載のオプトエレクトロニクス装置。
  4. 前記半導体チップは、拡散反射性反射体(7)によって少なくとも所々で取り囲まれている、
    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装置。
  5. 前記放射変換要素は、前記変換体が埋め込まれたマトリックス材料(35)を備える、
    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装置。
  6. 前記放射変換要素は、少なくとも所々で前記半導体チップに直接的に隣接している、
    請求項5に記載のオプトエレクトロニクス装置。
  7. 拡散体(75)は、前記マトリックス材料に埋め込まれている、
    請求項5または6に記載のオプトエレクトロニクス装置。
  8. 前記反射性偏光要素は、異方性屈折率を有する複数の層(51)を有する、
    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装置。
  9. 前記反射性偏光要素の、前記半導体チップによって出射された一次放射の反射率は、前記放射変換要素によって出射された二次放射の反射率より高い、
    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装置。
  10. 前記反射性偏光要素は、前記放射変換要素に隣接している、または、前記放射変換要素から200μm以下離間している、
    請求項1〜9のいずれか一項に記載のオプトエレクトロニクス装置。
  11. 前記反射性偏光要素が伸長する主平面と、前記活性領域が伸長する主平面とは、互いに平行である、
    請求項1〜10のいずれか一項に記載のオプトエレクトロニクス装置。
  12. 前記オプトエレクトロニクス装置は、表面実装型半導体デバイスである、
    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装置。
  13. 前記オプトエレクトロニクス装置は、液晶ディスプレイ(92)の背面照明のために設けられている、
    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装置。
  14. a) 対称軸(40)をそれぞれが有する変換体(4)を備える液状の基材(30)を設けるステップと;
    b) 前記基材を型に充填するステップと;
    c) 前記変換体の前記対称軸を好ましい方向に少なくともある程度配向するステップと;
    d) 前記基材を硬化するステップと、を含む、
    放射変換要素の製造方法。
  15. 前記変換体は、電界によって配向される、
    請求項14に記載の放射変換要素の製造方法。
  16. 前記型は、少なくとも1つの半導体チップ(2)が配置されるキャビティ(250)である、
    請求項14または15に記載の放射変換要素の製造方法。
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