JP4922189B2 - 光学素子及び放射線を発する素子の製造方法及び光学素子ならびに放射線を発する素子 - Google Patents

Description

本発明は、成形プロセス（モールディングプロセス）を用いて光学素子及び放射線を発する素子を製造する方法及び光学素子ならびに放射線を発する素子に関する。

GB 1 423 013には、半導体チップがトランスファー成形プロセスを使用して透明樹脂中に埋め込まれている発光ダイオードは記載されている。特に、この文献ではチップをシリコーン樹脂で取り囲む方法について言及されている。

US 4,198,131には、コンタクトレンズ用のシリコーン樹脂から光学素子の製造が記載されている。この文献には、シリコーン樹脂の使用による装着快適性の向上が強調されている。

EP 1 424 363 A1には、発光ダイオードとの関係で１パスカル秒以下の粘度を有する多様なシリコーン樹脂の使用が記載されている。

WO 01/50540 A1には表面実装可能な発光ダイオード源が記載されていて、この場合、放射線を発する半導体チップはリードフレーム（Lead-Frame）上にトランスファー成形プロセスによりプラスチックで封入成形（umspritzen）されている。この場合、プラスチック材料は、発光ダイオード光源のハウジングを形成している。

光学素子は、材料が放射線を発する電子素子、例えば紫外性又は青色スペクトル領域で発光する発光ダイオード（ＬＥＤ）の光路中に存在する場合に、材料劣化を示すことが多い。高エネルギーの紫外線又は青色放射線の影響によって引き起こされる材料劣化により、光学素子が限られた寿命を有することになり、その際、この寿命は、光学素子を通して伝達される放射線の強度が当初の値の半分に低下する時間により表される。この材料劣化は、放射線を発する電子素子の光路中に存在する、光学素子の領域が、例えば変色することにより、特に黄変又は褐色化することにより、ならびに脆化及び亀裂形成することにより示すことができる。温度上昇及び／又は付加的な水分の作用によって、前記の材料劣化は更に促進することができる。ＬＥＤ半導体材料の放射効率を向上させる意味において、このＬＥＤ半導体材料の技術的に進展する更なる発展によって、この場合に光学素子の寿命は更に軽視されている。

今までには、放射線を発する素子もしくは光学素子の製造の際に、透明な熱可塑性樹脂、樹脂又はガラスが使用されていた。

熱可塑性樹脂は、低コストでかつ簡単な加工により優れている。もちろん、この熱可塑性樹脂は短波長放射線に対して低い耐放射線性を示し、かつ制限された運転温度を有する。

熱硬化性樹脂は、それに対して比較的高い耐熱性及び良好な成形特性ならびに寸法精度により優れている。この熱硬化性樹脂は、同様に短波長放射線に対して低い耐放射線性を示す。この加工プロセスは高価であり、かつ比較的高い材料コストがかかる。

ガラスは、良好な耐老化性及び良好な耐熱性により優れているが、材料及び加工プロセスについて高い費用が生じる。

シリコーン樹脂の使用は、今までには限定的にのみ可能であった。シリコーン樹脂は、耐放射線性ならびに老化安定性であるが、もちろんシリコーン樹脂用の成形プロセス（射出成形プロセスもしくはモールディング）は比較的時間がかかりかつコストもかかる。今まで公知の方法により製造された素子は、実際に利用するためには低すぎる形状安定性を示す。

本発明の根底をなす課題は、シリコーン樹脂ならびに成形プロセスを使用しながら改善が生じるような、光学素子ならびに放射線を発する素子及びそれらの製造方法を提供することであった。

更に、本発明の根底をなす課題は、成形プロセスにおいてエポキシ樹脂を使用する、光学素子ならびに放射線を発する素子及びそれらの製造方法を提供することであった。

更に、本発明の根底をなす課題は、適当な他の材料と混合したシリコーン樹脂からなるハイブリッド材料を使用する、光学素子ならびに放射線を発する素子及びそれらの製造方法を提供することであった。

本発明は、更に、本発明による方法により製造される光学素子及び放射線を発する素子に関する。

前記課題は、独立形式請求項による本発明により解決される。前記方法及び素子の有利な実施形態及び実施態様は従属形式請求項に記載されている。

射出成形法（Injection Molding）を使用する光学素子ならびに放射線を発する素子を製造するための本発明による方法は、特に成形材料として、室温で測定して４．５〜２０パスカル秒（Ｐａ ｓ）の範囲内の粘度を有するシリコーン樹脂を使用するという特徴を有する。この場合、室温で１０Ｐａ ｓの粘度を有するのが有利である。

射出成形法の適用は、室温で液状のシリコーン樹脂を成形材料として使用する場合に特に有利である。

有利に、放射線に対して光学素子ならびに放射線を発する素子の適当な透明性を保証するために、透明なシリコーン樹脂、例えばDow-Corningにより市販されているシリコーンを使用するのが有利である。

特に、短い機械サイクル時間により、老化安定性の素子のための有効でかつ低コストの製造方法が可能となるように、使用されるシリコーン樹脂は成形プロセスに適合されている。

この場合、比較的高い粘度によりいわゆるフラッシュの形成は低減される場合が有利である。フラッシュとは、成形材料が有利には存在しないように保たなければならない領域が、例えばクリーププロセスにより成形材料により利用されるという当業者には不所望な効果であると解釈される。

この方法の実施態様の場合に、射出成形法（Injection Molding）のために１００〜２２０℃、有利に１３０〜１８０℃のプロセス温度が適用される。有利な実施態様の場合にはプロセス温度は１５０℃である。

この方法の有利な実施態様の場合に、１０００ｂａｒまでの、有利に５０〜１００ｂａｒの射出圧力が適用される。

更に、この方法にとって成形材料が離型又は分離のための添加物を含有する場合が有利である。このために特に、ワックス系の材料又は長鎖カルボン酸との金属セッケンが有利である。離型又は分離のためのこのような添加物は、シリコーン樹脂との関連だけでなく、他の材料、特に例えばエポキシド又はハイブリッド材料を有する硬化する成形材料との関連で使用することができる。

この方法の他の実施態様の場合に、使用される成形材料は変換材料を有する。成形材料中に分散された変換材料は、一般式Ａ₃Ｂ₅Ｘ₁₂：Ｍを有する蛍光体を含有する無機蛍光体顔料粉末であることができる。特に、蛍光体顔料として、セリウムがドープされたガーネットのグループからなる粒子を使用することができ、この場合、特にセリウムがドープされたイットリウムアルミニウムガーネット（Ｙ₃Ａｌ₅Ｏ₁₂：Ｃｅ、ＹＡＧ：Ｃｅ）、セリウムがドープされたテルビウムアルミニウムガーネット（ＴＡＧ：Ｃｅ）、セリウムがドープされたテルビウム−イットリウムアルミニウムガーネット（ＴｂＹＡＧ：Ｃｅ）、セリウムがドープされたガドリニウム−イットリウムアルミニウムガーネット（ＧｄＹＡＧ：Ｃｅ）及びセリウムがドープされたガドリニウム−テルビウム−イットリウムアルミニウムガーネット（ＧｄＴｂＹＡＧ：Ｃｅ）である。更に有利な蛍光体は、短波長領域で相応して励起可能な金属中心を有する、硫化物系及びオキシ硫化物系、アルミン酸塩及びホウ酸塩の母体格子である。有機金属蛍光体系も使用可能である。蛍光体顔料は、この場合、複数の異なる蛍光体を含有することができ、かつ変換材料は複数の異なる蛍光体顔料を含有することができる。さらに、この変換材料は可溶性の及び難溶性の有機着色剤及び蛍光体混合物を含有することができる。

変換材料と成形材料との付着性を改善するために、予備乾燥された変換材料に定着剤が、有利に液状の形で混合されている場合が有利である。無機蛍光体顔料を使用する際に、前記定着剤は３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン及び／又はトリアルコキシシラン系の他の誘導体を有する場合が特に有利である。定着剤の使用は、この場合にシリコーン樹脂との関連で使用が制限されることはない。特に、このような定着剤は、変換材料と、例えばエポキシド又はハイブリッド材料を有する硬化可能な成形材料との付着性を改善するためにも使用することができる。

更に、蛍光体表面を変性するために、カルボン酸基、カルボン酸エステル基、エーテル基及び／又はアルコール基を有する単官能性及び／又は多官能性の極性の薬剤を使用することが有利である。この場合、ジエチレングリコールモノメチルエーテルを使用するのが特に有利である。このような変性により、高エネルギーの蛍光体表面の濡れ性を高めることができ、それにより加工時の成形材料との相容性及び分散性を改善することができる。

本発明方法の更に有利な実施態様は、前記成形材料に、屈折率を高める充填剤が混合される場合に生じる。充填剤は、特にガラス粒子、ＴｉＯ₂、ＺｒＯ₂、αＡｌ₂Ｏ₃又は他の金属酸化物を含有することができる。更に、高屈折率の非酸化物の材料を有する充填剤、例えば窒化ガリウムを混合することができる。

この方法の他の実施態様の場合に、成形プロセス（モールディングプロセス）のサイクル時間は、３０秒〜２分である。この場合、前記サイクル時間は射出時間と成形金型中での成形材料の硬化時間とを含む。特に、射出時間は２５秒まで、有利に２５秒未満の範囲内であることがでるため、高すぎるトランスファー速度又は高すぎる粘度の場合に生じるいわゆるワイヤ流れ（Wire Sweep）は避けられる。

ワイヤ流れとは、当業者には成形プロセス、例えば射出成形法、トランスファー成形法又は圧縮成形法において、特に電子素子の電気的接続部、例えば放射線を発する電子素子の電気的接続を行うボンディングワイヤに関する成形材料の不所望な効果であると解釈される。例えば高い射出圧力又は高い圧縮速度、及び成形材料の高い粘度により引き起こされる成形材料の高いトランスファー速度は、ボンディングワイヤの不利な変形、さらにはボンディングワイヤを介した電気配線の破断による電子素子の接続解除を引き起こしかねない。

光学素子の実施態様の場合には、この光学素子は前記の方法の一つにより製造される。

放射線を発する素子を製造するための本発明による他の方法は、トランスファー成形法（Transfer Molding）において、１５０℃で測定して４〜３５Ｐａ ｓの粘度を有するエポキシ樹脂、又は３０〜８０％のエポキシ樹脂の添加量を有する、室温で０．９〜１２Ｐａ ｓの粘度を有するシリコーン樹脂（ハイブリッド材料）を使用することを特徴とする。

この場合、トランスファー成形法の際に固形の材料、特にタブレット状の材料を使用する場合に有利である。

この方法の実施態様の場合に、トランスファー成形法により予め製造される素子、例えば電子素子は、少なくとも部分領域において成形材料が設けられ及び／又は成形材料で封入成形されている。

この方法の実施態様の場合に、エポキシ系の透明な成形材料（モールドコンパウンド）、有利にトリス（２，３−エポキシプロピル）−１，３，５−トリグリシジル−イソシアヌラート１０〜２０％、テトラヒドロフタル酸無水物２０〜３５％、ビスフェノール−Ａ−エポキシ樹脂４５〜６０％及び石英ガラス２〜３％を有する組成を有するエポキシ樹脂（例えば商品名Nitto NT 300H-10025で市販）が使用される。

有利な実施態様の場合に、エポキシ樹脂は、１５０℃で測定して１０Ｐａ ｓの粘度を有する。それにより、成形材料の加工性が良好となり、同時に、特に１５０℃で測定して５０Ｐａ ｓの粘度から特にワイヤ流れが生じることによる封入成形されるべき電子素子の損傷も低下する。

有利な実施態様の場合に、ハイブリッド材料はエポキシ樹脂の５０％の添加量を有するシリコーン樹脂を有する。

この方法の実施態様の場合に、トランスファー成形法（Transfer Molding）の際のプロセス温度は１００〜２２０℃、有利に１３０〜１８０℃である。その際、プロセス温度は１５０℃である場合が特に有利である。

この方法の他の実施態様の場合に、トランスファー成形法において５０〜１００ｂａｒの射出圧力が適用される。

放射線を発する半導体素子の製造方法の他の実施態様の場合には、使用された成形材料は離型又は分離のための添加物、特にワックス系の材料又は長鎖カルボン酸との金属セッケンを含有する。

放射線を発する半導体素子の製造方法の他の実施態様の場合に、使用される成形材料は変換材料を有する。成形材料中に分散された変換材料は、一般式Ａ₃Ｂ₅Ｘ₁₂：Ｍを有する蛍光体を含有する無機蛍光体顔料粉末であることができる。特に、蛍光体顔料として、セリウムがドープされたガーネットのグループからなる粒子を使用することができ、この場合、特にセリウムがドープされたイットリウムアルミニウムガーネット（Ｙ₃Ａｌ₅Ｏ₁₂：Ｃｅ、ＹＡＧ：Ｃｅ）、セリウムがドープされたテルビウムアルミニウムガーネット（ＴＡＧ：Ｃｅ）、セリウムがドープされたテルビウム−イットリウムアルミニウムガーネット（ＴｂＹＡＧ：Ｃｅ）、セリウムがドープされたガドリニウム−イットリウムアルミニウムガーネット（ＧｄＹＡＧ：Ｃｅ）及びセリウムがドープされたガドリニウム−テルビウム−イットリウムアルミニウムガーネット（ＧｄＴｂＹＡＧ：Ｃｅ）である。更に可能な蛍光体は、短波長領域で相応して励起可能な金属中心を有する、硫化物系及びオキシ硫化物系、アルミン酸塩及びホウ酸塩の母体格子である。有機金属蛍光体系も使用可能である。蛍光体顔料は、この場合、複数の異なる蛍光体を含有することができ、かつ変換材料は複数の異なる蛍光体顔料を含有することができる。さらに、この変換材料は可溶性の及び難溶性の有機着色剤及び蛍光体混合物を含有することができる。

変換材料とプラスチック成形材料との付着性を改善するために、有利に予備乾燥された変換材料に定着剤が、有利に液状の形で混合されている場合が有利である。無機蛍光体顔料を使用する際に、定着剤として３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン又はトリアルコキシシラン系の他の誘導体を使用するのが特に有利である。

更に、蛍光体表面を変性するために、カルボン酸基、カルボン酸エステル基、エーテル基及び／又はアルコール基を有する単官能性及び／又は多官能性の極性の薬剤を使用することが有利である。この場合、ジエチレングリコールモノメチルエーテルを使用するのが特に有利である。このような添加物の使用により、高エネルギーの蛍光体表面の濡れ性を改善することができ、それにより加工時の成形材料との相容性及び分散性を改善することができる。

本発明方法の更に有利な実施態様は、前記成形材料に、屈折率を高める充填剤が混合される場合に生じる。充填剤は、特にガラス粒子、ＴｉＯ₂、ＺｒＯ₂、αＡｌ₂Ｏ₃又は他の金属酸化物を含有することができる。更に、高屈折率を有する非酸化物の材料を有する充填剤、例えば窒化ガリウムを混合することができる。

この方法の他の実施態様の場合に、このトランスファー成形法は２〜８分のサイクル時間を有し、特に、前記方法が５分のサイクル時間を有する場合が有利であり、更に特に、前記方法が３分までの、殊に３分未満のサイクル時間を有する場合が有利である、それというのも長いサイクル時間は一般にこの方法の経済性を低下させるためである。この場合、前記サイクル時間は圧入時間と成形金型中での成形材料の硬化時間とを含む。特に、圧入時間は２５秒まで、有利に２５秒未満の範囲であることができる。

トランスファー成形法において３〜５分の硬化時間を適用する場合が有利である、それというのも成形する金型中での短い滞留時間もしくは硬化時間を有する自動化された加工プロセスに前記成形材料を適合させることは経済的方法を可能にするためである。

短い硬化時間及び短いプロセス時間は、製造方法のために有利であり、それにより生産量、つまり製造量は少なすぎることはないため、素子の製造コストは経済性の範囲内に留まる。

放射線を発する素子の実施態様の場合には、この放射線を発する素子は本発明による方法の一つにより製造される。

放射線を発する素子の実施態様の場合に、本発明による方法の一つにより製造された光学素子を有する放射線を発する素子が製造される。

放射線を発する素子の実施態様の場合に、本発明により製造された光学素子はオプトエレクトロニック半導体素子の後方に配置されている。

この場合、「後方に配置されている」とは、ここで及びこれ以降、前記光学素子が放射線を発する半導体素子の光路中に存在していることを意味する。

放射線を発する半導体素子の実施態様の場合に、予め成形されたハウジング（プレモールドパッケージ）は、本発明による方法の一つによる半導体チップの封入成形部を有する。

放射線を発する半導体素子の他の実施態様の場合に、予め成形されたハウジングは、本発明による方法により予め成形されたハウジング内部で半導体チップの封入成形部を有し、ならびに半導体チップの後方に配置された光学素子を有する。

放射線を発する半導体素子の実施態様の場合に、半導体チップは基体（ベースパッケージ）上で本発明による方法によりシリコーン樹脂混合物で封入成形されている。

放射線を発する半導体素子の他の実施態様の場合に、光学素子は放射方向で見て封入成形された半導体チップの後方に配置されていて、その際、前記光学素子は本発明による方法により製造されている。

放射線を発する半導体素子の他の実施態様の場合に、半導体素子の封入成形部のシリコーン混合物は、後方に配置された光学素子のシリコーン混合物よりも低い形状安定性を有する。この実施態様は、特に高出力構造型（Leistungsbauformen）のために有利である。

他の実施例の場合に、本発明は、光学素子を、ハイブリッド材料を有する材料から製造し、その際、前記ハイブリッド材料は
− 第１の成分として、シロキサン基を含有する少なくとも１種の化合物を有し、かつ
− 第２の成分として、官能基がエポキシ基、イミド基及びアクリラート基から選択される化合物を有する、
光学素子の製造方法を有する。

光学素子を製造するためにハイブリッド材料を使用することは、シロキサン基含有化合物、例えばシリコーンの光学素子のために有利な特性と、エポキシ基、イミド基及びアクリラート基を有する化合物、特に熱可塑性樹脂、例えばエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂及びアクリル樹脂の光学素子のために有利な特性とを兼ね備えることを可能にする。シロキサン基含有化合物の有利な特性は、例えば耐熱性及び老化安定性である。光学的に透明なポリマーを示すエポキシ基、イミド基及びアクリラート基を有する化合物の有利な特性は、例えば短い硬化時間及び例えば銅、銀又はケイ素を有する表面との前記材料との良好な付着である。更に、ハイブリッド材料は、完全に硬化された状態で高い硬度を有するシリコーンと比較して、有利な特性、例えば高い硬度及び高い弾性及び特に低い脆性及びもろさを有することができる。特に、ハイブリッド材料は良好な光学特性、特に、少なくとも１つの波長領域の電磁放射線に対する高い透明性を有し、従って、光学素子の製造のために使用することができる。

この方法の他の実施態様の場合には、この光学素子はハイブリッド材料から成形されている。

この方法の他の実施態様の場合には、ハイブリッド材料の第１の成分及び第２の成分はモノマーを有する。重合プロセスの範囲内で前記モノマーを架橋させる場合に、第１の成分及び第２の成分のモノマーはコポリマーを形成する。

この方法の他の実施態様の場合には、ハイブリッド材料の第１の成分及び第２の成分はポリマーを有する。特に、第１の成分はポリシロキサンを有し、第２の成分は、エポキシ樹脂、ポリイミド及びポリアクリラートから選択されるポリマーを有する。硬化プロセスの範囲内で、ポリマー同士を架橋させる場合には、これらのポリマーは、個々のポリマーが互いに架橋されているポリマー混合物を形成する。

この方法の他の実施態様の場合には、ハイブリッド材料の第２の成分は更にシロキサン基を有する。

このハイブリッド材料は、他の実施態様の場合に、シロキサン成分を１０〜９０質量％の範囲内で有する。有利に、前記ハイブリッド材料は、シロキサン成分を４０〜６０質量％の範囲内で、有利に４０質量％又は５０質量％で含有する。

他の実施態様の場合には、このハイブリッド材料は硬化の前で、つまり未架橋で、室温で測定して０．５〜２００Ｐａ ｓの粘度を有する。

この方法の有利な実施態様の場合に、このハイブリッド材料は室温で固体の中間生成物に前硬化される。この場合、未架橋のハイブリッド材料を適当な条件、例えば温度、圧力、電磁放射線、例えば紫外線又は赤外線の波長領域の放射線又はこれらの組合せにさらして、ハイブリッド材料の第１の成分と第２の成分との間で架橋反応を開始させる。架橋の条件の相応する調節、例えば早期の圧力変更又は温度変更もしくは電磁放射線の早期の停止により、前記架橋反応を停止させることができ、第１の成分と第２の成分との部分的な架橋を示すハイブリッド材料は室温で固体の中間生成物を形成する。こうして得られた中間生成物は、それぞれ固体の形で、例えばプレート形又はブロック形で存在することができる。こうして得られた中間生成物を、例えば粉砕又は破砕により細かく砕き、かつこの場合に例えば顆粒の形又は粉末の形に変換する場合が更に有利である。粉末の形の中間生成物は、他の粉末状の材料、例えば充填剤又は波長変換材料を前記中間生成物添加するために特に適している。更に、細かく砕かれた中間生成物を、例えばアグロメレーション、緻密化又は塊状化することにより、有利に圧縮することにより所定の形にすることが有利である。粉末の形で存在する中間生成物を、所定の形に、例えばタブレットの形又はペレットの形に圧縮するのが有利である。それにより、有利に、質量に関する中間生成物の正確な配量及び例えば型の寸法に関する正確な幾何学的適合を行うことができる。従って、この中間生成物は他の方法のために適当な量及びサイズで準備することができる。

更に、このハイブリッド材料は、成形プロセスによって、例えばキャスティング及び引き続く部分的か硬化により、砕片の形、例えばペレットの形又はタブレットの形にすることができる。

更に、この中間生成物の第１の成分及び第２の成分は、前硬化の後に中間生成物にされ、所定の形にした後で更に架橋する、つまり中間生成物を更に完全に硬化させることもできる。その際、この条件は、中間生成物の製造の場合と同じ又は異なることができる。

この方法の他の実施態様の場合には、この光学素子はハイブリッド材料又は中間生成物から成形品として成形されている。この成形品は有利に成形金型のキャビティ内で成形され、この場合、前記キャビティの形に対応する形を有する光学素子が作成される。この場合、特に圧縮成形法、トランスファー成型法又は射出成形法を使用することができる。この成形品は、この場合にそれぞれ光学素子に適した形を有することができる。

特に有利な実施態様の場合には、この成形品は中間生成物からトランスファー成型法で成形される。この場合、中間生成物は固体の形で、例えばタブレットに圧縮された粉末の形で、トランスファー成型機に供給される。その際に、このトランスファー成型法は１００〜２２０℃の温度、有利に１３０〜１８０℃の範囲内の温度で実施され、この場合に前記中間生成物は有利に再び液化する場合が有利である。こうして液化された中間生成物は、この場合にランナーシステムを用いて成形金型のキャビティ中に圧入され、その際、圧力は５０〜１００ｂａｒであることができる。

他の実施態様の場合には、この中間生成物は、１５０℃の温度で１ｍＰａ ｓ〜３０Ｐａ ｓの範囲内の粘度を有する。有利に、この中間生成物は１５０℃で、エポキシ系の成形材料と同等又はより高い粘度を有し、有利に４Ｐａ ｓより高い、特に有利に１０Ｐａ ｓより高い粘度を有する。それにより、この中間生成物は慣用のトランスファー成型機中で加工することができ、その際、特にキャビティのガス抜き又はランナーシステムに関して、ゲートに関して及び離型傾斜に関して成形金型の調整は必要ないか又はわずかな調整が必要なだけである。更に、高い粘度はバリ形成する傾向、つまりいわゆるはみ出しを低下させる。支持体、特にオプトエレクトロニック素子が配置されている支持体に付着又は封入するように光学素子を成形する場合に、厚さ公差及び支持体の非平坦性に関する前記方法の影響は高い粘度によって低下させることができる。

他の実施態様の場合に、ハイブリッド材料又は中間生成物は硬化によって、硬化されたハイブリッド材料に加工される。ハイブリッド材料の硬化は、適当な条件、例えば温度、圧力、電磁放射線又はこれらの組合せで、第１の成分と第２の成分との架橋反応により行われる。中間生成物の硬化は、適当な条件、例えば温度、圧力、電磁放射線又はこれらの組合せで架橋反応を継続することにより行われる。中間生成物の硬化の際の条件は、この場合、ハイブリッド材料から中間生成物を製造する場合と同じでも又は異なってもよい。

有利な実施態様の場合に、ハイブリッド材料又は中間生成物を成形品として硬化されたハイブリッド材料に硬化することは、少なくとも部分的に成形金型のキャビティ中で行う。ハイブリッド材料又は中間生成物を硬化されたハイブリッド材料に完全に硬化することは、同様に、成形金型のキャビティ中で行うか又は成形金型のキャビティの外で行うことができる。この場合、硬化の間の条件は一定に保持するか又は変化させることができる。有利に、完全な硬化は第１の成分と第２の成分とのできる限り十分な架橋を意味する。

有利な実施態様の場合には、ハイブリッド材料又は中間生成物は５分未満の硬化時間を有する。短い硬化時間は、短い装置サイクル時間のために有利であり、これは方法の経済性に有利に作用することができる。

他の有利な実施態様の場合には、硬化されたハイブリッド材料は８０ショアＡ〜８０ショアＤの範囲内の硬度、有利に６０ショアＤよりも高い硬度を有する。エポキシ基、イミド基及びアクリル基を有する化合物は硬化された状態で高い硬度を達成することができ、これは素子の安定性及び加工性のために有利である。従って、純粋なシリコーン樹脂に対して、ハイブリッド材料はより高い硬度及びより低い脆性を有することができる。高い硬度は、成形品の高い剛性との関連で有利であり、例えば成型金型のキャビティ中へハイブリッド材料又は中間生成物を圧入した後の成形金型のランナーシステムの容易な分離に関して有利である。それにより、有利に、ランナーシステムの定義された切断により金型汚染の低減を可能にすることができる。特に、それによりクリーニングコストが低減され、これは方法の経済性に有利に作用することができる。更に、この光学素子は有利に、硬化されたハイブリッド材料の硬度が高い場合に、機械的影響に対して高い強度を有することができる。高い硬度は、この光学素子を、例えばソーイングにより更に機械加工する場合に特に有利である。これに対して、低すぎる硬度により、光学素子はこの場合機械加工の間に応力を生じながら変形し、機械加工の後に前記応力により再び歪むことがあり、これにより光学素子の不利でかつ不所望な形状変化を引き起こしかねない。

特に有利な実施態様の場合に、ハイブリッド材料を有する材料から光学素子を製造する光学素子の製造方法は、次の方法工程：
Ａ） 前硬化によりハイブリッド材料から得られた中間生成物を、液状又はペースト状の状態に変換させる工程、
Ｂ） 方法工程Ａ）からの中間生成物を、成形金型の、所定の形状を有するキャビティ内へ導入する工程、及び
Ｃ） 前記中間生成物を固体のハイブリッド材料に硬化させ、その際、前記キャビティの形に十分に対応する形状を有する光学素子を作成する工程
を有する。ハイブリッド材料から前硬化によりえら得た中間生成物を液状又はペースト状の状態に変換させることは、この場合に、熱を作用させる及び／又は圧力をかけることにより行うことができる。特に、中間生成物を液状又はペースト状の状態に変換させることは、トランスファー成形金型又は射出成形金型のランナーシステム中で行うことができる。このランナーシステムを通して中間生成物は液状又は固体の状態で成形金型のキャビティ内へ導入することができる。この場合、中間生成物は少なくとも部分的に前記キャビティ内の空間に充填され、それにより対応する形状を付与することができる。中間生成物から硬化されたハイブリッド材料に硬化させることにより、硬化されたハイブリッド材料に対して前記キャビティの形に十分に対応する形状を得ることができる。

他の実施態様の場合には、光学素子の製造方法は、方法工程Ａ）の前に付加的に実施される次の方法工程：
Ａ１） ハイブリッド材料を、室温で固体の中間生成物に前硬化させる工程、
Ａ２） 固体の中間生成物を粉末状又は顆粒状の状態に粉砕する工程、及び
Ａ３） 粉砕された中間生成物を緻密な形に変換させる工程
を有する。粉砕された、例えば粉末の形又は顆粒の形で存在する中間生成物の変換は、アグロメレーション又は緻密化により、有利に圧縮により行うことができる。緻密な形は、この場合、タブレットの形又はペレットの形であることができる。

この方法の有利な実施態様の場合には、ハイブリッド材料又は中間生成物を成形金型のキャビティ内へ供給する前に、キャビティの内壁に少なくとも部分的にシートが取り付けられる（Folienmolding）。この場合、前記シートは、次の成形プロセスにおいてハイブリッド材料又は中間生成物とキャビティの内壁との間に存在し、それによりキャビティの内壁の濡れ、及びそれによるハイブリッド材料又は中間生成物とキャビティの内壁との結合した付着を低下させることができるように取り付けられる。この場合、熱の作用下で伸長する耐熱性のシートを使用するのが特に有利である。シートの使用は、低い粘度を有するハイブリッド材料又は中間生成物を使用する場合に特に有利である。それにより、成形プロセスの後に行われる成型金型の必要なクリーニングプロセスに関する必要性を低減することができる。この場合、前記シートはキャビティの付形に影響を及ぼさない、例えば前記シートが極めて薄い場合が有利である。シートは４０マイクロメートルよりも厚くない場合が特に有利である。

更に、前記シートはキャビティの内壁の全面に接していて、キャビティの内壁の形状に適合している場合が特に有利である。これは、例えばキャビティの内壁の適当な構造を用いて前記シートをキャビティの内壁に吸引することにより行うことができる。前記内壁の適当な構造は、例えば、多数の開口及び／又は多孔性材料を備えた領域を有することができ、この領域によって前記シートは、内壁の付近に少なくとも負圧を生じさせる真空システムによって吸引することができる。この場合、前記シートは付加的な温度作用下で伸長する場合が有利である。それにより、前記シートをキャビティの内壁の全体の適合させることに有利に影響を及ぼすことができる。

更に、ハイブリッド材料又は中間生成物が前記シートに付着しないか又はわずかにしか付着せず、成形プロセスの後に、少なくとも部分的に硬化されたハイブリッド材料の表面にわずかに影響を及ぼしながら前記のシートが容易に除去される場合が有利である。

更に、このシートの使用により、キャビティ及び／又は成形されるべき領域の密閉を改善することができる。従って、低い粘度を有するハイブリッド材料又は中間生成物を使用する場合にシートを使用するのが有利である、それというのも、例えばハイブリッド材料又は中間生成物が存在しないままにすべき成形金型の領域が濡れることがほとんどなく、それによりバリ形成（はみ出し）がほとんど生じないためである。それにより、有利に後続するクリーニングプロセスを行わなくてもよい。

この方法の他の実施態様の場合には、ハイブリッド材料又は中間生成物に離型剤が添加される。この場合、前記離型剤は製造すべき光学素子の光学特性にあまり影響を与えずかつ付加的に老化安定性である場合が有利である。離型剤の使用は、光学素子の製造の場合に特に有利である、それというのも離型剤を使用する場合に少なくとも部分的に硬化されたハイブリッド材料を成形金型から引き剥がすことが容易になるためである。これは、作成すべき光学素子の特別な特性により、特に作成すべき光学素子が極めて小さな構造を有する場合に、例えば成形金型のキャビティの内壁にシートを取り付けることによるような離型を容易にする他の手段ができない場合に特に有利である。

この方法の実施態様の場合に、ハイブリッド材料又は中間生成物に波長変換材料が添加される。波長変換材料は、光学素子を通過する第１の波長領域の放射線の少なくとも一部を吸収し、第１の波長領域とは異なる第２の波長領域を有する電子放射線を放射することに適している。これに関して、波長変換材料は、特に窒化物及び／又はケイ酸塩を有する無機蛍光体粉末、並びに例えばセリウムがドープされたイットリウムアルミニウムガーネット粉末及びセリウムがドープされたテルビウムアルミニウムガーネット粉末並びにこれらからなる組合せを有することができる。適当な有機及び無機の蛍光体は、例えば文献WO 01/50540 A1及びWO 98/12757 A1に記載されていて、蛍光体に関するその開示内容は参照により採り入れられる。

この方法の実施態様の場合に波長変換材料はハイブリッド材料に添加される。引き続きこのハイブリッド材料を中間生成物に前硬化させ、それにより中間生成物と波長変換材料とからなる混合物が得られ、この混合物は例えばプレートの形で存在する。こうして得られた中間生成物と波長変換材料とからなる混合物は粉砕することができ、この場合に、有利に粉砕により粉末にされ、こうして得られた粉末混合物を緻密な形にすることができ、この場合に有利にタブレットに圧縮される。

この方法の他の実施態様の場合に波長変換材料は中間生成物に添加され、前記中間生成物は例えばまとまった固体として、特にプレート又はブロックとして存在する。これとは別に、前記中間生成物は顆粒として存在することができる。この中間生成物は、添加された波長変換材料と一緒に粉末に粉砕され、こうして得られた粉末混合物は所定の形にされる、有利にタブレットに圧縮される。それにより、有利に中間生成物と波長変換材料との均一な混合を達成することができる。

この方法の他の実施態様の場合には、有利に粉末の形で存在する波長変換材料は粉末の形で存在する中間生成物に添加され、こうして得られた粉末混合物は所定の形にされる、有利にタブレットに圧縮される。

光学素子から発せられる放射線の色度座標及び彩度の正確な調節は、波長変換材料を正確に混合する方法により可能となる。発せられる放射線の均一な色印象は、ハイブリッド材料の短い硬化時間による波長変換材料の堆積を回避することにより可能となる。

この方法の有利な実施態様の場合に、波長変換材料は、光学素子内に入射する放射線の少なくとも一部を他の波長に変換するように選択される。この場合、光学素子内に入射する放射線は紫外線〜緑色放射線の領域内の波長を有し、変換された放射線は、緑色〜赤色の放射線の領域内の波長を有することができる。光学素子内へ入射する放射線の一部だけが他の１つの波長に変換される及び／又は光学素子内へ入射する放射線の少なくとも一部が少なくとも２つの波長に変換される場合には、発せられる放射線の混合色の放射スペクトルを生じさせることができる。波長変換材料の選択は、この場合光学素子内へ入射する放射線の波長及び所望の放射スペクトルに依存して行われる。

この方法の有利な実施態様の場合に、波長変換材料は、光学素子内へ入射する放射線が青色放射線の領域の波長を有し、光学素子から発せられる放射線は、複数の波長領域の混合色を有するため、白色光の印象が生じるように選択される。

この方法の他の実施態様の場合に、ハイブリッド材料又は中間生成物に屈折率を高める材料が添加される。屈折率の向上は、例えば、レンズ又は他の光を屈折する光学素子の製造のために有利である。この場合、屈折率を高める材料は、ハイブリッド材料に化学的に結合することができ、特に化学的に結合したチタン、ジルコニウム及び／又は硫黄を有することができる。更に、屈折率を高める材料は、酸化物の形でハイブリッド材料又は中間生成物に添加することができ、この場合、これは特に金属酸化物、例えばＴｉＯ₂、ＺｒＯ₂、αＡｌ₂Ｏ₃であることができる。更に、屈折率を高める材料としてハイブリッド材料又は中間生成物に粒子、特にガラス粒子を添加することができる。更に、高屈折率の非酸化物の材料を有する材料、例えば窒化ガリウムを添加することができる。

この方法の他の実施態様の場合に、オプトエレクトロニック素子は硬化されたハイブリッド材料もしくは中間生成物を有する光学素子により封入されていて、この場合、前記光学素子と前記オプトエレクトロニック素子とは互いに、前記光学素子が前記オプトエレクトロニック素子を取り囲むように配置されている。この場合、オプトエレクトロニック素子は支持体上に配置されているか又はそうでなくてもよい。

この方法の有利な実施態様の場合に、この光学素子は、前記オプトエレクトロニック素子が光学素子と接触するように少なくとも部分的に前記オプトエレクトロニック素子に付着成形されるように構成される。前記光学素子は、前記オプトエレクトロニック素子を少なくとも部分的に噛み合って取り囲むのが特に有利である。

この方法の他の実施態様の場合に、オプトエレクトロニック素子は光学素子により封入されていて、この場合、前記オプトエレクトロニック素子は支持体上に配置されていて、かつ前記光学素子は前記オプトエレクトロニック素子の上方に配置されることで、前記オプトエレクトロニック素子が前記支持体と前記光学素子に取り囲まれる。従って、前記光学素子はオプトエレクトロニック素子の封入体の一部であることもできる。

この方法の他の実施態様の場合に、支持体上のオプトエレクトロニック素子は、ハイブリッド材料又は中間生成物の硬化の間に少なくとも部分的に前記ハイブリッド材料又は中間生成物により取り囲まれる。この場合、ハイブリッド材料又は中間生成物は少なくとも部分的に又は完全に硬化することができる。

この方法の他の実施態様の場合に、支持体上のオプトエレクトロニック素子は、成形金型のキャビティ内に取り付けられて、ハイブリッド材料又は中間生成物がキャビティ内へ圧入される際に少なくとも部分的にオプトエレクトロニック素子に付着成形される。この場合、ハイブリッド材料又は中間生成物はオプトエレクトロニック素子と支持体とを完全に又は少なくとも部分的に取り囲むことができる。支持体の適当な寸法形状は、硬化されたハイブリッド材料が低い硬度を有する場合に有利である。特に、それにより光学素子の形状安定性に有利に影響し、特に前記形状安定性を高めることができる。

この方法の他の実施態様の場合には、オプトエレクトロニック素子として放射線を発するオプトエレクトロニック素子が使用される。有利に、これは放射線を発する半導体チップ、例えばルミネッセンスダイオードチップ、例えば発光ダイオードチップ、半導体チップ、薄層発光ダイオードチップ又は有機エレクトロルミネッセンス発光ダイオードチップ（ＯＬＥＤ）である。

薄膜発光ダイオードチップは、特に以下の特徴を有する：
− 放射線を生じるエピタキシャル層列の支持体エレメント側の主面に、反射層が被着又は形成されており、この反射層はエピタキシャル層列内で生じた電磁放射線の少なくとも一部を前記エピタキシャル層列内に戻すよう反射させ；
− 前記エピタキシャル層列は２０μｍ以下の範囲内の、特に１０μｍの範囲内の厚さを有し；及び
− 前記エピタキシャル層列は混合構造を有する少なくとも１つの面を備えた少なくとも１つの半導体層を有し、前記混合構造により理想的な場合にはエピタキシャル層列内でのほぼエルゴード的な光の分布が生じる、つまりこの光の分布は可能な限りエルゴード的な確率論的散乱特性を有する。

薄膜発光ダイオードチップの基本原理は、例えばI. Schnitzer et al.著、Appl. Phys. Lett. 63 (16), 18. Oktober 1993, 2174-2176に記載されていて、この開示内容は引用により本願明細書に採り入れられる。

ＯＬＥＤは、原則として、２つの電極間に配置されているエレクトロルミネッセンス有機層からなる。電位が電極に印加されると、有機層内へ注入される電子とホールとの間の再結合の原理に基づき光の放出が生じる。

この方法の他の実施態様の場合に、オプトエレクトロニック素子として、放射線を受けるオプトエレクトロニック素子、例えばフォトダイオード、フォトトランジスター又はフォトＩＣが使用される。

この方法の他の実施態様の場合に、稼働時に紫外線〜緑色の波長領域からなる波長を有する放射線を発することができる、放射線を発する半導体チップがオプトエレクトロニック素子として使用される。有利に、稼働時に青色の波長領域の放射線を発することができる、放射線を発する半導体チップが使用される。

更に、オプトエレクトロニック素子は支持体上に配置することができ、その際、前記支持体はリードフレーム、プリント配線板、フレキシブル材料ベースの構造体又はセラミックベースの構造体を有する。

更に、ハイブリッド材料又は中間生成物と接触している支持体及び／又はオプトエレクトロニック素子の少なくとも一部は、支持体及び／又はオプトエレクトロニック素子とハイブリッド材料又は中間生成物との間の付着性を改善するために適当な材料で被覆されていることができる。この材料はケイ酸塩を有するのが有利であり、この場合、特に有機ケイ素化合物の火炎熱分解により薄く極めて緻密で固着するケイ酸塩層が支持体上に設けられる。このケイ酸塩層は高い表面エネルギーを有し、それにより、特にハイブリッド材料又は中間生成物と支持体との付着性を高めるために適している。この方法のこの実施態様は、前記光学素子が支持体又はオプトエレクトロニック素子との機械的な固定を有しておらず、支持体及び／又は電子素子と付着しているだけである場合に特に有利である。

更に、支持体及び／又はオプトエレクトロニック素子とハイブリッド材料又は中間生成物との付着は支持体及び／又はオプトエレクトロニック素子のプラズマ前処理により高めることができる。

更に、成形型のキャビティは、１つの成形プロセスにおいて複数の光学素子が製造されるように構成することができる。この場合、複数の光学素子は一塊で製造され、つまり、これらの光学素子は成形プロセスの後に少なくとも部分領域でつながっているように製造される。複数の光学素子を一つのキャビティ内で製造することは、成形プロセスの範囲大でも１つだけのキャビティを排気するだけであるように製造プロセスを簡素化する。このような排気は、光学素子を成形するキャビティの複数又は全ての領域に対して、前記キャビティ中の１つの共通の開口部を介して行うことができる。同様に、充填、つまり例えばキャビティ内への成形材料の圧入は、光学素子を成形する複数又は全ての領域に対して１つの共通のランナーシステムを介して行うことができる。このことは、光学素子が極めて小さなサイズを有する場合に特に有利である、それというのも１つだけの光学素子を成形することができる個別のキャビティも同様にキャビティの排気のために１つの開口部及び１つのランナーシステムを有していなければならないためである。

この方法の他の実施態様の場合には、前記キャビティは、複数の光学素子が互いに一列に並んで配置されるように成形されている。

この方法の他の実施態様の場合に、前記キャビティは、複数の光学素子が平面状に配置される、つまり複数の光学素子が互いに同一平面上に並んで配置されるように成形されている。

この方法の他の実施態様の場合に、１つの共通のキャビティ内で成形されている複数の光学素子は成形プロセスの後に個別化される。この個別化は、この場合、カッティング、ソーイング、スクラビング、破断、グラインディング、レーザーカット又はこれらの組合せにより行うことができる。この場合、複数の光学素子を成形する複数の領域の間のキャビティは、前記の複数の光学素子の間の結合領域を形成する領域を有し、この結合領域中で前記の個別化を行うことができる。このような結合領域は、有利に光学素子よりも薄く構成することができ、例えば分離目標箇所を有することができる。

この方法の他の実施態様の場合に、複数のオプトエレクトロニック素子は１つの共通のキャビティ内に取り付けられる。それにより、１つの共通の成形プロセスで、複数のオプトエレクトロニック素子を、複数の光学素子の成形により取り囲み及び／又は封入することができる。

この方法の他の実施態様の場合に、それぞれのオプトエレクトロニック素子は１つの固有の支持体上に取り付けられていて、複数のオプトエレクトロニック素子を有する複数の支持体は、成形プロセスの前に成形金型のキャビティ中に取り付けられる。

この方法の他の実施態様の場合に、複数のオプトエレクトロニック素子は１つの共通の支持体上に取り付けられていて、複数のオプトエレクトロニック素子を有するこの共通の支持体は、成形プロセスの前に成形金型のキャビティ中に取り付けられる。

本発明の１実施態様の主題は、本発明による方法により得られる光学素子でもある。

他の実施態様の場合に、この光学素子は電磁放射線の光路中に存在する。特に、光学素子の少なくとも一部は電磁放射線の光路中に存在する。電磁放射線は、この場合、放射線を発する素子から発せられることができる。特に、この光学素子は、少なくとも、前記光学素子が前記電磁放射線に対して少なくとも部分的に透明である領域を有している。有利に、この透明度は光学素子中で又は前記光学素子の界面での反射プロセス吸収プロセスによる光学素子を透過する放射線の強度の低下が低減できるように構成されている。

更に、この光学素子は一実施態様において少なくとも１つの第１の表面を有し、前記第１の表面内に電磁放射線が入射され、この第１の表面は入射面といわれる。更に、この光学素子は、少なくとも１つの第２の表面を有し、前記第２の表面から電磁放射線は拡がった後に、前記光学素子の少なくとも一つの領域を通して再び出射され、この第２の表面は出射面といわれる。この場合、光学素子の入射面と出射面とは任意に成形されていてもよく、かつ相互に任意に位置決めされていてもよい。更に、この光学素子内へ入射される電磁放射線及びこの光学素子から出射される電磁放射線は、その特性において、例えば強度、方向、波長、偏光及びコヒーレンス長に関して異なることができる。

この光学素子の他の実施態様の場合に、この光学素子は、特に放射線を回折する光学素子、放射線を屈折する光学素子、リフレクタ、波長変換体、ハウジング、ハウジングの一部、封入体、封入体の一部又はこれらの組合せである。

この光学素子の他の実施態様の場合に、放射線を屈折する光学素子はレンズ、特に球面レンズ、非球面レンズ、円柱レンズ又はフレネルレンズである。

本発明の１実施態様の主題は、本発明による方法により得られる光学素子と、オプトエレクトロニック素子とを有する装置でもある。特に、この光学素子はオプトエレクトロニック素子の上方に配置されていて、前記光学素子の少なくとも一部は、前記オプトエレクトロニック素子の光路中に存在する。この場合、前記光学素子は、前記オプトエレクトロニック素子を少なくとも部分的に取り囲むような形を有している。特に、前記光学素子は、それにより前記オプトエレクトロニック素子を少なくとも部分的に封入することができる。前記オプトエレクトロニック素子は、この場合、支持体上に配置されていることができ、この場合、前記光学素子は支持体の少なくとも一部を取り囲むように成形されていてもよい。

この装置の他の実施態様の場合には、前記装置は表面実装可能であるような形を有する。

本発明のさらなる利点、有利な実施態様及び実施形態は図１〜８との関連で次に説明する実施例から明らかになる。

図面の簡単な説明：
図１は、本発明による光学素子を備えた放射線を発する半導体素子の概略図を表す。

図２は、本発明による光学素子を備えた放射線を発する半導体素子の他の概略図を表す。

図３ａ及び３ｂは、本発明による放射線を発する半導体素子の他の概略図を表す。

図４ａ及び４ｂは、本発明による放射線を発する半導体素子の他の概略図を表す。

図５は、放射線を発する半導体素子の他の概略図を表す。

図６は、光学素子を備えた装置の他の概略図を表す。

図７ａ〜７ｅは、光学素子を備えた装置の製造方法の他の概略図を表す。

図８は、光学素子を備えた装置の他の概略図を表す。

実施例及び図面において、同じ構成要素又は同機能の構成要素にはそれぞれ同じ参照符号を付してある。図示された要素及び前記要素の相互のサイズ比率は、基本的に縮尺通りであると見なすべきではなく、むしろ個々の要素は図示しやすくするため及び／又は理解しやすくするために、極端に大きな寸法で図示されている。

図１による実施例の場合には、本発明による方法により製造された光学素子１が半導体チップ２上に配置されていて、前記半導体チップ２は支持体３上に取り付けられている。この光学素子１は、いわゆるパラボラ型集光器（Compound parabolic concentrator, CPC）である。

本発明による実施態様は、もちろん光学素子、例えばレンズ、回折レンズ、リフレクタ又は一般的な全ての種類の光学素子をも含む。

本発明による方法における光学素子の製造により、通常の全ての光学素子の製造のためにシリコーン樹脂を使用することができる。本発明による方法は、シリコーン樹脂の老化安定性の利点と明らかに改善された形状安定性とを兼ね備える光学素子を製造する方法を提供する。

放射線を発する半導体素子の図１中に示された実施例は、いわゆるチップ・オン・ボード実装（ＣＯＢ）である。

前記半導体チップ２はこの場合に通常の発光ダイオードチップであるか又は薄層発光ダイオードチップであることができる。この光学素子１は複数の機能を担うことができる。これは放射の成形のために利用できるが、半導体チップの発光スペクトルの変換のためにも利用できる。このために、光学素子１の成形材料にはいわゆる変換材料が添加されている。この変換材料は、例えば短波長光の特定の成分をより長波長の放射線に変換し、それにより多色光源、特に白色光源の印象を生じさせる蛍光体顔料粉末であることができる。

他の光学素子は、楕円型集光器（Compound elliptic concentrator, CEC）又は双曲線型集光器（Compound hyperbolic concentrator, CHC）であることができる。これらの素子は、反射する側壁を備えていてもよい。集光器の光入射面及び光出射面は、この場合に、任意の幾何学形状を有していてもよく、特に楕円系、円形、正方形及び規則的及び不規則な多角形を有していてもよい。

有利に、この集光器は半導体チップの及び前記半導体チップの主放射方向の後方に配置されている、つまり前記集光器は半導体チップの光学的な光路中に存在している。

半導体チップ２は、更にフレームにより取り囲まれていてもよく、前記フレームに接して又は前記フレーム内に前記光学素子１が配置されている。前記フレームは光学素子１を固定し及び／又は前記光学素子１をチップ放射面に対して相対的に位置決めすることができる。

図２は、本発明による放射線を発する半導体素子の他の実施例を示す。半導体素子の場合に、半導体チップ２は支持体３上に配置されている。前記半導体チップ２の後方に本発明による光学素子１２が配置されている。この光学素子１２は、この場合、その作用においてＣＰＣ光学器と同様の光学器である。この光学器は同等の効率を有し、かつ簡素化された製造により優れている。この所望の光学特性は、まっすぐな側面と、湾曲した出射面との組合せにより達成される。図２の実施例は、図１の実施例と同様に、いわゆるチップ・オン・ボードユニットに関する。

図３は、放射線を発する半導体素子の本発明による２つの実施態様の両方の図ａ及びｂの概略図を示す。この両方の図ａ及びｂには、半導体チップ２が予め成形されたハウジング４内に配置されかつ封入成形された領域５により取り囲まれているのが共通している。前記領域５の封入成形は本発明による方法により実施することができる。封入成形された範囲５の上側に光学器８もしくは８１が配置されている。この光学器８もしくは８１は、本発明による方法工程において、封入成形された領域５と一緒に製造するか又は本発明による方法により別個に製造し、その後で封入成形された領域５上に配置することができる。光学器８もしくは８１の可能な例は、フレネルレンズ、球面レンズ、非球面レンズ又は回折光学器である。

図４は、図ａ及びｂで本発明による放射線を発する半導体素子の２つの他の実施態様を示す。この製造の場合、リードフレーム６上に配置されている半導体チップ２は、トランスファー成形法において成形材料で取り囲まれ、成形ハウジング（モールドパッケージ）７が生じる。この技術は既に公知であり、例えばOsram社はこの技術による製品をSmartLED又はFireflyの商品名で販売している。今まで、この製造方法はシリコーン不含の樹脂に対して適用することができた。

本発明による方法は、この分野でのシリコーン樹脂の使用を可能にする。成形ハウジング７上に光学器８２もしくは８３を配置することができる。この光学器８２もしくは８３は、成形ハウジング７と一緒にトランスファー成形法で製造することができるか、又は本発明による方法で別個に製造し、その後で成形ハウジング７上に配置することができる。シリコーン樹脂をエポキシ樹脂と混合してハイブリッド材料にすることは、高い形状安定性及び成形材料とリードフレーム６又は支持体との良好な付着性を可能にする。リードフレーム６の露出端子は、コンタクト部１３を用いてチップ２と電気的に接続されている。他の電気的接続はチップ下面で行われている。

成形ハウジング７も、光学器８２もしくは８３も変換材料又は蛍光体を含有することができる。

このリードフレーム（lead frame）６は、Ｓ字状湾曲部を有していてもよく、それにより表面実装可能な放射線を発する半導体素子が生じる。

図４ａは、回折レンズを備えた実施態様を示し、図４ｂは球面レンズを備えた実施態様を示す。

図５には、本発明による放射線を発する半導体素子の他の実施態様が示されている。この実施例はいわゆる高出力型構造（Leistungsbauform）であり、この場合、半導体チップ２はベースパッケージ９上に配置されている。半導体チップ２は封入成形部１０を備えていて、前記封入成形部１０の後方に光学器１１が配置されている。この高出力型構造の場合に、半導体チップ２の封入成形部１０は高い放射線強度に曝されている。従って、前記封入成形部１０のために老化安定性もしくは耐放射線性の材料を使用することが重要である。従って、前記封入成形部１０は高いシリコーン樹脂割合を有する成形材料からなるのが有利である。シリコーン樹脂は、老化及び放射線安定性に関する要求を満たす。シリコーン樹脂の形状安定性の不足は、この実施態様の場合に、形状安定性の光学器１１を後方に配置することにより補償される。この光学器１１は、従って封入成形部１０を取り囲み、かつ前記封入成形部の形状安定性を保証する。この光学器１１自体がシリコーン樹脂の成分を有している場合には、その老化安定性及び耐放射線性は同様に高められ、光学器１１と封入成形部１０との良好な結合が生じる。

封入成形部１０がシリコーン樹脂から形成され、かつ光学器１１がシリコーン／エポキシ樹脂−ハイブリッド材料から形成されている場合には、この実施態様において前記封入成形部と前記光学器との間の屈折率の差は減少する。

図６による実施例の場合には、光学素子２１は本発明による方法を用いて中間生成物からトランスファー成形法により、リードフレーム６上に配置されているオプトエレクトロニック素子２が取り囲まれるように成形される。光学素子２１により取り囲まれたこのリードフレーム６のＳ字状湾曲部により、前記リードフレーム６と前記光学素子２１との機械的固定が生じる。この装置は表面実装可能な素子を形成する。この中間生成物には、トランスファー成形法で光学素子２１に成形する前に内部離型剤を添加することができ、それにより成形プロセス後に容易な離型が生じる。

この光学素子は、例えば約１．３ｍｍ±０．１ｍｍの長さ、約０．８ｍｍ±０．１ｍｍの幅及び約０．３ｍｍ±０．１ｍｍの高さを有する。これとは別に、光学素子は例えば約１．７ｍｍ±０．１ｍｍの長さ、約０．８ｍｍ±０．１ｍｍの幅及び約０．６５±０．０５ｍｍの高さを有する。この光学素子は、例えば、垂直線３０に対して５〜７度の角度３１，３２を有する、側面２２，２３の傾斜を有していてもよい。この傾斜は、例えばトランスファー成型法の後の離型を容易にすることができる。これとは別に前記角度は０度であってもよい。

オプトエレクトロニック素子とはＬＥＤチップであり、このＬＥＤチップは支持体とは反対側にボンディングワイヤ１３を用いて接続されている。例えば、これは４７０ｎｍで放射極大を有する、ＩｎＧａＮ系のＬＥＤチップである。例えばＹＡＧ：Ｃｅ系の波長変換材料をハイブリッド材料又は中間生成物に添加することにより、冷白色〜暖白色の色印象を達成することができる。特に、前記装置の光学素子から発せられる放射線は例えばＣＩＥ１９３１による色度座標ｘ＝０．３０、ｙ＝０．２８を有する白色の色印象を有することができる。これとは別に、前記装置の光学素子から発せられる放射線は例えばＣＩＥ１９３１による色度座標ｘ＝０．３２、ｙ＝０．３１を有する白色の色印象を有することができる。

これとは別に、ハイブリッド材料又は中間生成物に波長変換材料は添加されない。この場合、光学素子から発せられる放射線は、例えばＬＥＤチップから放射される４７０ｎｍでの青色放射線を有する。更に、この装置は、例えば前記光学素子の支持体とは反対側で１３０〜１７０度の範囲内の放射角を有する。

図７ａ〜７ｄによる実施例の場合に、本発明による方法において、光学素子はオプトエレクトロニック素子を備えた支持体の上方に配置される。

この場合に図７ａは支持体６を示し、前記支持体６上に複数のオプトエレクトロニック素子２が方向１００に沿ってセル状に互いに並んで配置されている。前記支持体６は、たとえばリードフレームである。オプトエレクトロニック素子２は、リードフレーム６上に例えば０．６ｍｍの間隔１０１で規則的に間隔を置いて取り付けられているＬＥＤチップである。この発光ダイオードは、例えば並び方向１００で、約０．４ｍｍ未満の片の長さ１０２を有する。一つの支持体上に配置されたＬＥＤチップの数は、使用される成形金型に依存することができ、例えば２６であることができる（図示されていない）。リードフレームは例えば並び方向１００に対して垂直方向で約２．３ｍｍの幅を有する。

図７ｂによる次の方法工程において、発光ダイオード２を備えたリードフレーム６はトランスファー成形金型のキャビティ４０内に取り付けられる。このトランスファー成形金型は、この場合、例えば少なくとも２つの部分４１、４２を有し、これらの部分がキャビティ４０を取り囲む。このキャビティは成形されるべき光学素子の形状を有し、特にＬＥＤチップ２の上方で、キャビティの支持体６とは反対側に配置されている領域４３も有する。この領域４３は例えば縦方向に切断された円柱の形に成形されていて、かつ例えば約０．２２５ｍｍの半径を有する。ランナーシステム４５を介して、液化された中間生成物をキャビティ４０内へ導入する。この中間生成物は、キャビティ４０内で少なくとも部分的に硬化し、有利に前記中間生成物は硬化したハイブリッド材料に完全に硬化し、その際に光学素子が形成される。前記中間生成物は内部離型剤を含有する。この内部離型剤により、硬化後にトランスファー成形金型の部分４１，４２からの光学素子の容易な離型が達成される。

トランスファー成形金型の部分４１，４２の間の結合面４４でのトランスファー成形金型の開放により、図７ｃによるＬＥＤチップ２を備えたリードフレームを取り囲んでいる光学素子２１からなる装置は、ハイブリッド材料又は中間生成物の硬化後に取り出される。前記装置は、この場合、ＬＥＤチップ２が存在しない領域５１及びそれぞれＬＥＤチップが存在する領域５４とを有する。光学素子２１は、この場合に、前記装置の領域５４内で、ＬＥＤ２の上方で、支持体とは反対側に縦方向に切断された円柱の形の領域５０を有する。領域５１中で領域５４の個別化を行うことができる。この個別化により、それぞれの領域５４には側面５２が生じる。例えば、個別化は領域５１中で切断幅０．２ｍｍでのソーイングにより行うことができる。

この個別化により、個別化された領域５４から図７ｄ及び７ｅによる、光学素子２１で取り囲まれたリードフレーム６上のＬＥＤチップ２を有する装置が得られる。この場合、図７ｄは前記装置を前面から見た図であり、図７ｅは前記装置を側面から見た図である。前記装置は、例えば約０．４ｍｍ×２．３ｍｍの底面を有し、約０．５〜０．７ｍｍの高さを有する。この光学素子は個別化により生じる側面５２と、縦方向に切断された円柱の形の湾曲した領域５０とを有する。湾曲された領域５０により、例えばＬＥＤチップ２から生じる放射線の改善された外方放射又は焦点合わせを達成することができる。

図８による実施例の場合には、ＬＥＤチップ２を備えた支持体６０に光学素子２１が付着成形されている。前記支持体２はプリント配線板（Printed Circuit Board, pcb）である。前記光学素子は、トランスファー成形法により容易に離型するためのシートを使用（Foil Molding）しながら支持体６０及びＬＥＤチップに付着成形する。この光学素子の付着成形は、複数のＬＥＤチップを有するプリント配線板に行うことができる。光学素子２１とプリント配線板６０の表面６１との接着を改善するために、前記表面をトランスファー成形法の前に火炎ケイ酸塩被覆（Flammsilikatisierung）により前処理することができる。光学素子を付着成形した後にこの装置を、１つのＬＥＤチップを備えたプリント配線板に付着成形された光学素子を有する複数の装置に個別化する。前記光学素子は、個別化の後に、例えば長さ１．１ｍｍ〜１．３ｍｍ、幅０．５５ｍｍ〜０．６５ｍｍ及び高さ０．３ｍｍ〜０．７ｍｍを有する。

例えば、このＬＥＤチップは、４７０ｎｍで放射極大を有する、ＩｎＧａＮ系のＬＥＤチップである。ハイブリッド材料又は中間生成物に波長変換材料、例えばＹＡＧ：Ｃｅ系の波長変換材料を混合することにより、装置の光学素子から発せられる放射線は、例えば２００ｍｃｄの発光強度でＣＩＥ１９３１による色度座標ｘ＝０．３０、ｙ＝０．２８を有する白色の色印象を有することができる。この場合、ＬＥＤチップは、放射線発光が表面６１に対して平行に行われるように選択することができる。

図９による実施例の場合に、光学素子に対するいくつかの材料の老化安定性の測定を示す。このために、波長４０５ｎｍ、ビーム直径２０マイクロメーター及び出力２５ｍＷのレーザー線の光強度を、厚さ１ｍｍの光学素子を透過した後で、光検出器を用いて測定した。グラフの横軸には時間が分単位でプロットされ、縦軸には測定した透過された光強度が光検出器の単位でプロットされている。測定９１，９２のために市販のエポキシ樹脂を備えた光学素子を使用し、測定９３，９４，９５のために本発明によるハイブリッド材料から製造された光学素子を使用した。レーザーの放射作用により恒常的な老化が、例えば光学素子の黄変の形で行われ、これはよりわずかに透過される光強度に表れる。完全に透明な光学素子は、３００マイクロアンペアの光強度と見なし、完全な黄変は５０マイクロアンペア未満の光強度と見なした。測定９３，９４，９５による光学素子は、測定９１，９２による光学素子よりも、放射線により誘導される老化に関して約２桁大きい耐老化性を示す。

本発明による光学素子を備えた放射線を発する半導体素子の概略図。 本発明による光学素子を備えた放射線を発する半導体素子の概略図。 ａ及びｂは本発明による放射線を発する半導体素子の概略図。 ａ及びｂは本発明による放射線を発する半導体素子の概略図。 放射線を発する半導体素子の概略図。 光学素子を備えた装置の概略図。 ａ〜ｅは光学素子を備えた装置の製造方法の概略図。 光学素子を備えた装置の概略図。 光学素子の時間に関する測定された光強度をグラフで示す図。

Claims (55)

1. ・ シリコーン樹脂を４．５〜２０Ｐａｓの粘度を有する成形材料として使用し、
   ・ 前記光学素子が成形金型のキャビティ中で成形され、且つ、
   ・ 前記光学素子が、離型を容易にするためのシートを使用しながら支持体およびＬＥＤチップに付着成形される、
   射出成形プロセスを用いる光学素子の製造方法。
2. １３０〜１８０℃のプロセス温度を使用することを特徴とする、請求項１記載の光学素子の製造方法。
3. ５０〜１００ｂａｒの射出圧力を使用することを特徴とする、請求項１又は２記載の光学素子の製造方法。
4. 成形材料は離型又は分離のための添加物、特にワックス系の材料又は長鎖カルボン酸との金属セッケンを含有することを特徴とする、請求項１から３までのいずれか１項記載の光学素子の製造方法。
5. 成形材料は少なくとも１種の変換材料を含有し、前記変換材料は有機又は無機の蛍光体又はこれらの混合物を含有することを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項記載の光学素子の製造方法。
6. 成形材料は少なくとも１種の変換材料を含有し、前記変換材料はＹＡＧ：Ｃｅ、ＴＡＧ：Ｃｅ、ＴｂＹＡＧ：Ｃｅ、ＧｄＹＡＧ：Ｃｅ又はＧｄＴｂＹＡＧ：Ｃｅ又はこれらから形成された混合物を含有することを特徴とする、請求項１から５までのいずれか１項記載の光学素子の製造方法。
7. 成形材料には屈折率を高める充填剤が添加され、前記充填剤はガラス球、ＴｉＯ₂、ＺｒＯ₂、αＡｌ₂Ｏ₃、他の金属酸化物及び／又は窒化ガリウムを含めた非酸化物を含有することを特徴とする、請求項１から６までのいずれか１項記載の光学素子の製造方法。
8. 方法において、サイクル時間が３０秒〜２分であることを特徴とする、請求項１から７までのいずれか１項記載の光学素子の製造方法。
9. ・ トランスファー成形プロセスで、４〜３５Ｐａｓの粘度を有するエポキシ樹脂又は３０〜８０％のエポキシ樹脂の混合率を有しかつ０．９〜１２Ｐａｓの粘度を有するシリコーン樹脂を使用し、
   ・ 光学素子が成形金型のキャビティ内で成形され、且つ、
   ・ 前記光学素子が、離型を容易にするためのシートを使用しながら支持体およびＬＥＤチップに付着成形される、
   放射線を発する半導体素子の製造方法。
10. プロセス温度が１３０〜１８０℃であることを特徴とする、請求項９記載の放射線を発する半導体素子の製造方法。
11. 方法において成形圧力が５０〜１００ｂａｒであることを特徴とする、請求項９又は１０記載の放射線を発する半導体素子の製造方法。
12. 成形材料には、ワックス系の材料および長鎖カルボン酸を有する金属セッケンから選択される離型又は分離のための添加物が添加されていることを特徴とする、請求項９から１１までのいずれか１項記載の放射線を発する半導体素子の製造方法。
13. 成形材料は少なくとも１種の変換材料を含有し、前記変換材料は有機又は無機の蛍光体又はこれらの混合物を含有することを特徴とする、請求項９から１２までのいずれか１項記載の放射線を発する半導体素子の製造方法。
14. 成形材料は少なくとも１種の蛍光体を含有し、前記蛍光体はＹＡＧ：Ｃｅ、ＴＡＧ：Ｃｅ、ＴｂＹＡＧ：Ｃｅ、ＧｄＹＡＧ：Ｃｅ、ＧｄＴｂＹＡＧ：Ｃｅ又はこれらから形成された混合物を含有することを特徴とする、請求項９から１３までのいずれか１項記載の放射線を発する半導体素子の製造方法。
15. 成形材料には屈折率を高める充填剤が添加され、前記充填剤はガラス球、ＴｉＯ₂、ＺｒＯ₂、αＡｌ₂Ｏ₃、他の金属酸化物及び／又は窒化ガリウムを含めた非酸化物を含有することを特徴とする、請求項９から１４までのいずれか１項記載の放射線を発する半導体素子の製造方法。
16. 方法において、サイクル時間は２分〜８分であることを特徴とする、請求項９から１５までのいずれか１項記載の放射線を発する半導体素子の製造方法。
17. 硬化時間は３分〜５分であることを特徴とする、請求項９から１５までのいずれか１項記載の放射線を発する半導体素子の製造方法。
18. プレモールドＬＥＤパッケージ中で、半導体チップの封入成形が行われていることを特徴とする、請求項９から１７までのいずれか１項記載の、放射線を発する半導体素子の製造方法。
19. 封入成形部の後方に光学素子が配置されていることを特徴とする、請求項１８記載の放射線を発する半導体素子の製造方法。
20. ベースパッケージ上の半導体チップが、シリコーン樹脂混合物で封入成形されていることを特徴とする、請求項１９記載の放射線を発する半導体素子の製造方法。
21. 前記光学素子を、ハイブリッド材料を有する材料から製造し、前記ハイブリッド材料は
    ・ 第１の成分として、シロキサン基を含有する少なくとも１種の化合物を有し、
    ・ 第２の成分として、官能基がエポキシ基、イミド基及びアクリラート基から選択される化合物を有し、且つ、
    ・ 中間生成物に前硬化されていて、前記中間生成物は室温で固体であり、且つ、
    ・ 前記光学素子は前記ハイブリッド材料又は前記中間生成物から成形品として成形され、
    ・ 前記成形品は、圧縮成形、トランスファー成形及び射出成形から選択される方法で成形され、
    ・ 前記成形品は成形金型のキャビティ中で成形され、且つ、
    ・ キャビティの表面に少なくとも部分的にシートを取り付ける、
    光学素子の製造方法。
22. 素子がハイブリッド材料から成形されている、請求項２１記載の方法。
23. 第１の成分及び第２の成分としてモノマーを有するハイブリッド材料を使用し、前記モノマーはコポリマーに加工される、請求項２１又は２２記載の方法。
24. 第１の成分及び第２の成分としてポリマーを有するハイブリッド材料を使用し、かつこれはポリマー混合物に加工される、請求項２１又は２２記載の方法。
25. 第２の成分が更にシロキサン基を有する、請求項２１から２４までのいずれか１項記載の方法。
26. ハイブリッド材料は１０〜９０質量％のシロキサン成分を有する、請求項２１から２５までのいずれか１項記載の方法。
27. ハイブリッド材料は４０〜６０質量％のシロキサン成分を有する、請求項２６記載の方法。
28. ハイブリッド材料は、室温で０．５〜２００Ｐａ ｓの範囲内の粘度を有する、請求項２１から２７までのいずれか１項記載の方法。
29. 中間生成物は粉砕される、請求項２１から２８までのいずれか１項記載の方法。
30. 粉砕された中間生成物は所定の形にされる、請求項２９記載の方法。
31. 中間生成物はトランスファー成形で加工される、請求項２１から３０までのいずれか１項記載の方法。
32. 中間生成物は１５０℃で１ｍＰａ ｓ〜３０Ｐａ ｓの範囲内の粘度を有する、請求項２１から３１までのいずれか１項記載の方法。
33. ハイブリッド材料又は中間生成物は硬化により硬化されたハイブリッド材料に加工される、請求項２１から３２までのいずれか１項記載の方法。
34. ハイブリッド材料は５分未満の硬化時間を有する、請求項３３記載の方法。
35. 硬化されたハイブリッド材料は６０ショアＤよりも高い硬度を有する、請求項３３又は３４記載の方法。
36. 前記光学素子はハイブリッド材料を有する材料から製造され、前記ハイブリッド材料は
    ・ 第１の成分として、シロキサン基を含有する少なくとも１種の化合物を有し、
    ・ 第２の成分として、官能基がエポキシ基、イミド基及びアクリラート基から選択される化合物を有し、
    前記方法は次の方法工程：
    Ａ） 前硬化によりハイブリッド材料から得られた中間生成物を、液状又はペースト状の状態に変換させる工程、
    Ｂ） 方法工程Ａ）からの中間生成物を、成形金型の、成形される光学素子の形状を有するキャビティ内へ導入し、且つ、
    成形プロセスの前に成形金型のキャビティの表面に少なくとも部分的にシートを取り付ける工程、および
    Ｃ） 前記中間生成物を固体のハイブリッド材料に硬化させ、その際、前記キャビティの形に十分に対応する形状を有する光学素子を作成する工程
    を有する、光学素子の製造方法。
37. 方法工程Ａ）の前に付加的に実施される次の方法工程：
    Ａ１） ハイブリッド材料を、室温で固体の中間生成物に前硬化させる工程、
    Ａ２） 固体の中間生成物を粉末状又は顆粒状の状態に粉砕する工程、及び
    Ａ３） 粉砕された中間生成物を緻密な形に変換する工程
    を有する、請求項３６記載の方法。
38. シートが、ハイブリッド材料又は中間生成物によるキャビティの表面の濡れを抑制する、請求項３６又は３７記載の方法。
39. ハイブリッド材料又は中間生成物に内部離型剤を添加する、請求項３６から３８までのいずれか１項記載の方法。
40. ハイブリッド材料又は中間生成物に波長変換材料を添加し、前記波長変換材料はＹＡＧ：Ｃｅ、ＴＡＧ：Ｃｅ、ＴｂＹＡＧ：Ｃｅ、ＧｄＹＡＧ：Ｃｅ、ＧｄＴｂＹＡＧ：Ｃｅ、窒化物又はケイ酸塩又はこれらから形成された混合物を有する、請求項３６から３９までのいずれか１項記載の方法。
41. ハイブリッド材料又は中間生成物に屈折率を高める材料を添加し、前記材料はハイブリッド材料と化学的に結合し、酸化物、粒子又はこれらの組合せとして存在する、請求項３６から４０までのいずれか１項記載の方法。
42. 屈折率を高める材料は、ハイブリッド材料又は中間生成物と化学的に結合したチタン、ジルコニウム及び／又は硫黄を有する、請求項４１記載の方法。
43. 屈折率を高める材料に酸化物が添加され、前記酸化物はＴｉＯ₂、ＺｒＯ₂及びαＡｌ₂Ｏ₃を有するグループから選択される、及び／又は非酸化物が添加され、前記非酸化物は窒化ガリウムを有する、請求項４１記載の方法。
44. 屈折率を高める材料にガラス球が添加される、請求項４３記載の方法。
45. 光学素子が、支持体上の少なくとも１つのオプトエレクトロニック素子を封入する、請求項３６から４４までのいずれか１項記載の方法。
46. ハイブリッド材料又は中間生成物の硬化の間に支持体上のオプトエレクトロニック素子は少なくとも部分的に取り囲まれる、請求項３６から４５までのいずれか１項記載の方法。
47. 支持体上のオプトエレクトロニック素子は成形金型のキャビティ内に配置される、請求項４６記載の方法。
48. オプトエレクトロニック素子として放射線を発する半導体チップを使用する、請求項４５から４７までのいずれか１項記載の方法。
49. 放射線を発する半導体チップを使用し、前記半導体チップは稼働時に放射線を発することができ、前記放射線は紫外線〜緑色の波長領域の波長を有する、請求項４８記載の方法。
50. リードフレーム、プリント配線板、フレキシブル材料ベースの構造体又はセラミックベースの構造体を有する支持体を使用する、請求項４５から４９までのいずれか１項記載の方法。
51. 成形プロセスの前に、支持体及び／又はオプトエレクトロニック素子の少なくとも一部は、ハイブリッド材料又は中間生成物に対する付着を高めるのに適している材料で被覆される、請求項４５から５０までのいずれか１項記載の方法。
52. 前記材料がケイ酸塩を有する、請求項５１記載の方法。
53. 被覆を火炎ケイ酸塩被覆で行う、請求項５１又は５２記載の方法。
54. 複数の光学素子を製造し、引き続き複数の光学素子を個別化する、請求項３６から５３までのいずれか１項記載の方法。
55. 個別化をカッティング、ソーイング、スクラビング、破断及び／又はグラインディングにより行う、請求項５４記載の方法。

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