KR101454932B1 - 광학 부재, 그 제조 방법 및 광학 부재를 포함하는 복합부품 - Google Patents

광학 부재, 그 제조 방법 및 광학 부재를 포함하는 복합부품 Download PDF

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Abstract

광전자 소자를 위해 적합하며, 캐리어부(1) 및 빔 형성부(12)를 포함하는 광학 부재(14)가 제공되는데, 상기 빔 형성부는 상기 캐리어부에 맞추어 성형되거나, 그 반대로 성형된다. 또한, 그에 상응하는 제조 방법 및 상기 광학 부재를 포함하는 복합 부품도 제공된다.
광학 부재, 광전자 소자, 캐리어부, 빔 형성부, 맞춤 성형

Description

광학 부재, 그 제조 방법 및 광학 부재를 포함하는 복합 부품{OPTICAL ELEMENT, PRODUCTION METHOD THEREFOR, AND COMPOSITE COMPONENT PROVIDED WITH AN OPTICAL ELEMENT}
본 발명은 광학 부재, 그 제조 방법 및 광학 부재를 포함하는 복합 부품에 관한 것이다.
본 발명의 과제는, 양호한 빔 형성 기능을 가지면서 기계적으로 안정된 광학 부재를 제공하는 것으로, 상세하게는 소형화된 광학 부재를 제공하는 것이다. 또한, 상기와 같은 광학 부재를 제조하는 방법 및 상기 광학 부재를 포함하는 복합 부품을 제공하는 것이기도 하다.
상기 과제는 특허 청구 범위 1항 또는 특허 청구 범위 3항의 특징들을 포함하는 광학 부재, 특허 청구 범위 32항에 따른 광학 부재의 제조 방법 및 특허 청구 범위 39항에 따른 복합 부품을 통해 해결된다. 바람직한 실시예들 및 형성예들은 종속 청구항들에 제공된다.
적어도 하나의 실시예에 따르면, 광학 부재는 광전자 소자를 위해 적합하다. 특히, 광학 부재는 광전자 소자에 고정될 수 있도록 형성되는 것이 바람직하다. 일반적으로, 광전자 소자는 비교적 규격이 작아서, 광전자 소자에 고정되어야 할 광학 부재는 상기 소자에 맞추어서, 더욱 바람직하게는 소형화되어 제작될 수 있다. 바람직하게는, 광전자 소자는 광전자 반도체 칩을 포함하며, 더욱 바람직하게는, 상기 광전자 반도체 칩은 광 생성 및/또는 광 수신을 위해 형성된다.
다른, 적어도 하나의 실시예에 따르면, 광학 부재는 광전자 소자에 고정될 수 있거나, 상기 광전자 소자에 고정되어 있다.
또 다른, 적어도 하나의 실시예에 따르면, 광학 부재는 캐리어부(carrier part) 및/또는 빔 형성부(beam forming part)를 포함한다.
빔 형성부는 광학 부재의 소기의 빔 형성 특성에 맞춰지는 것이 적합하다. 특히, 상기 빔 형성부를 이용하여, 광전자 소자 및 광학 부재를 포함하는 복합 부품의 출사 특성은 예정된 출사 특성에 따라 형성될 수 있다.
바람직하게는, 빔 형성부는 캐리어부에 의해 기계적으로 안정화되고 및/또는 캐리어부는 광학 부재가 상기 캐리어부를 이용하여 광전자 소자에 고정될 수 있도록 형성된다. 특히, 바람직하게는, 광학 부재는 캐리어부를 이용하여 광전자 소자에 고정될 수 있거나 고정된다. 바람직하게는, 캐리어부는 빔 형성과 같은 광학 특성을 위해 기능하지 않으며, 기계적 특성들에 최적화(optimalizing)된다.
적어도 하나의 실시예에 따르면, 빔 형성부는 캐리어부에 맞추어 성형되거나, 캐리어부가 빔 형성부에 맞추어 성형된다. 따라서 바람직하게는, 캐리어부와 빔 형성부는 차례로 형성된다. 상기 부분들은 서로 다른 기능들에 최적화되어 간단히 형성될 수 있다. 바람직하게는, 캐리어부는 기계적인 안정성, 특히 온도 안정성 및/또는 강도에 최적화된다. 바람직하게는, 빔 형성부는, 특히, 가령 자외선 또는 청색 광과 같이, 단파장의 고 에너지 광에 대한 광 안정성 및/또는 광 형성 특성들을 고려하여 형성된다. 광 안정적인 빔 형성부는 - 표준 주기(period) 동안 고 에너지의 광이 조사되는 때조차도- 광학적 특성들을 실질적으로 변화시키지 않는 것이 바람직하다. 따라서, 빔 형성부에서 광에 의한 흐림 또는 변형은 감소될 수 있다.
적어도 하나의 실시예에 따르면, 빔 형성부 및 캐리어부는 서로 다른 물질들을 포함한다. 적합하게는, 여기서 캐리어부 내지 빔 형성부의 각각의 기능을 위해 최적화된 물질들이 사용된다. 캐리어부 및 빔 형성부는 서로에게 맞춰서 성형될 수 있으므로, 바람직하게는, 물질들의 선택은 더욱 자유로워진다. 따라서, 예컨대 캐리어부는 광이 투과할 수 없게 하기 위해, 예컨대 광전자 소자로부터 수신되고 및/또는 방출될 광에 대해 비 투과성을 가지는 물질들로 형성될 수 있다.
이러한 방식으로, 광전자 소자를 위한, 소형화된 광학 부재는 기계적으로 안정되면서도 지속적으로 양호하게 빔을 형성하도록 간단히 형성될 수 있다. 또한, 캐리어부는 빔 형성부를 기계적으로 안정화시킬 수 있다. 이러한 점은, 빔 형성부가 휘거나 연장되기에 용이한 가요적인 물질로 형성되는 경우에 더욱 장점이 된다. 이러한 경우, 캐리어부는 변형될 때, 특히 휘거나 연장될 때 빔 형성부보다 동력 소모가 더 크도록 형성된다.
적어도 하나의 실시예에 따르면, 캐리어부 및 빔 형성부는 상호 간에 기계적으로 안정되게 결합하고 있다. 특히, 상기 부분들 사이에는 기계적으로 밀접한 결합이 형성될 수 있다. 캐리어부와 빔 형성부의 상호간 고정을 위해, 가령 접착제와 같은 추가적인 본딩제(bonding agent)는 생략될 수 있다. 오히려, 빔 형성부와 캐리어부는 상호간 맞춰져서 성형되되, 맞춤 성형되는 동안 기계적으로 안정적인 결합이 형성되도록 성형될 수 있다.
적어도 하나의 실시예에 따르면, 빔 형성부 및 캐리어부는 서로 다른 기본 물질들, 특히 서로 다른 기본 몰딩 컴파운드들(molding compound)로 형성된다. 경우에 따라서, 상기 기본 물질들은 미량의 동일한 추가 성분을 포함할 수 있다. 그러나, 바람직하게는, 기본 물질들은 서로 다른 주 구성 요소들을 포함하고, 상기 주 구성 요소들은 캐리어부 내지 빔 형성부의 서로 다른 물리적 특성들을 결정한다.
적어도 하나의 실시예에 따르면, 캐리어부 및 빔 형성부는 서로 다른 플라스틱들을 포함한다. 예컨대 유리를 포함하는 광학 부재에 비해, 플라스틱들은 비교적 비용 경제적이고, 간단히 가공될 수 있다.
적어도 하나의 실시예에 따르면, 캐리어부는 열가소성 물질 또는 열경화성 물질을 포함한다. 바람직하게는, 상기와 같은 물질들은 높은 기계적 안정성을 가지는 특징이 있다. 그러나 일반적으로, 온도 안정적인 캐리어부를 위해 사용될 수 있는 열가소성 물질 내지 열경화성 물질은, 특히 적외선부터 가시광선을 지나 자외선에 이르는 스펙트럼 영역까지, 비 투광성을 가지므로, 상기 물질들은 실질적으로 빔 형성을 위해 부적합하다. 온도 안정적인 물질로는, 250℃ 이상의 온도에서, 바람직하게는 10초 이상의 주기 동안, 약 20초까지의 주기 동안, 실질적으로 형태 안정성을 가지는 물질을 가정해볼 수도 있다. 바람직하게는, 상기 물질은 100초 이상의 주기, 특히 120초까지의 주기에서 250℃ 까지 또는 260℃까지 진행되는 온도 램프(temperature ramp)에 대해 실질적으로 형태 안정적이다. 더욱 바람직하게는, 상기 물질은 100 초 이상의 주기 동안, 약 120초까지의 주기 동안 250℃ 이상의 온도에서 실질적으로 형태 안정적이다.
적어도 하나의 실시예에 따르면, 빔 형성부는 실리콘, 하이브리드 물질(hybrid material), 특히 실리콘-하이브리드 물질을 포함한다. 상기와 같은 물질들은 빔 형성을 위해 매우 적합하며, 특히 광학적 특성의 관점에서 가령 자외선 또는 청색 광과 같은 단파장의 광의 지속적인 작용에 대해 내구성을 가진다. 그러나, 빔 형성을 위해 상기와 같은 물질들을 포함하는 부분들은 비교적 휘어지기 쉽고, 가요적이어서, 광전자 소자에 광학 부재를 고정하기 특히 위치 안정적으로 고정하기에는 제한적으로만 적합하다. 하이브리드-물질들, 즉 서로 다른 성분들을 포함하는 물질들의 경우, 그 성분의 선택에 따라 기계적인 특성들은 제한적으로 영향받을 수 있다.
가령, 예컨대 에폭시 수지와 같은 반응성 수지 및 실리콘을 포함하는 실리콘-하이브리드 물질들은 비-하이브리드 실리콘을 포함하는 몰드부에 비해 일반적으로 더 높은 부착력을 가진다. 실리콘-하이브리드 물질은 부착이 더 잘되므로, 예컨대 캐리어부와 같은 다른 부재에 기계적으로 매우 안정되게 연결되며 간단히 맞춤 성형될 수 있다. 특히, 하이브리드의 화학적 부착 특성들은 예컨대 에폭시 수지와 같은 에폭시 물질의 화학적 부착 특성들과 유사할 수 있다. 그러나, 실리콘 물질은 하이브리드 물질 및 실리콘-하이브리드 물질에 비해 일반적으로 더욱 비용 경제적이다.
캐리어부와 빔 형성부를 포함하는 광학 부재의 제조 방법에 대한 적어도 하나의 실시예에서, 우선 캐리어부 또는 빔 형성부를 위한 성형체(formed body)가 형성되거나 및/또는 제조된다. 바람직하게는, 성형체는 캐스팅(casting), 특히 사출 성형을 이용하여 제조된다. 이를 위해, 상기 성형체를 위한 몰딩 컴파운드는 적합한 몰드, 특히 사출 성형 몰드에 채워지고 특히 주입될 수 있다. 바람직하게는, 플라스틱-몰딩 컴파운드가 사용된다. 또한, 바람직하게는, 상기 몰딩 컴파운드는 그 다음 단계에서 부분적으로 또는 완전히 경화되거나, 다른 방식으로 굳어져서, 성형체가 제조된다.
빔 형성부 내지 캐리어부를 위한 다른 성형체는 상기 먼저 제조된 성형체에 맞추어 성형된다. 바람직하게는, 상기 다른 성형체를 위한 몰딩 컴파운드는 상기 먼저 제조된 성형체에 부어지고, 특히 분사된다. 이를 위해, 먼저 사용된 몰딩 컴파운드와는 다른 몰딩 컴파운드, 특히 플라스틱-몰딩 컴파운드가 매우 적합하다.
그 이후, 광학 부재는 다수 부품-캐스팅 방법을 이용하여 제조된다. 상기 방법에서는, 경우에 따라서 서로 다른 몰딩 컴파운드들이 복합-성형체를 위해 가공되되, 시간적으로 서로 분리되어 가공된다. 따라서, 서로 다른 몰딩 컴파운드들이 상호간 맞추어져 성형되는 것이 용이해진다. 바람직하게는, 상기 다수 부품-캐스팅 방법은 두 개의 부품을 형성하는 2 부품-사출 성형 방법(2K-사출 성형)이다.
상기와 같은 캐스팅 방법, 특히 사출 성형 방법은 소형화된 광학 부재들을 대량으로 산업적으로 제조하기 위해 매우 적합하다. 상기 광학 부재들의 캐리어부들 및 빔 형성부들은 서로 다른 기능들에 각각 최적화된다.
방법의 적어도 하나의 실시예에 따르면, 두 개의 성형체들은 하나의 공통 몰드, 특히, 예컨대 사출 성형 몰드와 같은 캐스팅 몰드에서 제조된다. 먼저, 이를 위해 상응하는 몰드가 일 성형체를 위한 일 몰딩 컴파운드로 부분적으로 채워질 수 있다. 이어서, 다른 성형체를 위한 다른 몰딩 컴파운드가 먼저 충전된 상기 몰딩 컴파운드에 맞추어 성형되면서 공통의 몰드에 채워질 수 있다. 바람직하게는, 먼저 충전된 상기 몰딩 컴파운드는 상기 다른 몰딩 컴파운드가 채워지기 전에 부분적으로 또는 완전히 경화됨으로써, 상기 다른 몰딩 컴파운드는 먼저 충전된 상기 몰딩 컴파운드를 이용하여 형성되거나 형성되어야 할 성형체에 더욱 용이하게 맞춤 성형된다.
다른, 방법의 적어도 하나의 실시예에 따르면, 상기 다른 성형체의 맞춤 성형을 위해, 상기 먼저 제조된 성형체는 그에 상응하는 몰드에서 탈형되며, 상기 다른 성형체를 위한 다른 몰드, 특히 예컨대 사출 성형 몰드와 같은 캐스팅 몰드로 이송된다. 이를 위해, 상기 먼저 제조된 성형체는, 바람직하게는 제1 몰드내에서, 먼저 부분적으로 또는 완전히 경화되는 것이 적합하고, 따라서, 상기 이송 시에 이러한 성형체의 변형 위험은 감소된다.
상기 다른 성형체는 상기 먼저 제조된 성형체 위에 형성될 수 있는데, 특히 상기 먼저 제조된 성형체 위에 부어지고 및/또는 분사될 수 있다.
또 다른, 방법의 적어도 하나의 실시예에 따르면, 빔 형성부는 캐리어부에 맞추어 성형되며, 그 반대로 성형되지 않는다. 따라서, 빔 형성부와 캐리어부 사이의 기계적으로 안정된 결합이 용이하게 형성되는데, 그 이유는, 바람직하게 완전히 경화된 캐리어부가 기계적으로 안정된 기계적 결합을 촉진하는 강도를 가질 수 있기 때문이다.
방법의 적어도 하나의 실시예에 따르면, 바람직하게는 완전히 경화된 캐리어부에 맞추어 성형된, 빔 형성부를 위한 몰딩 컴파운드는 상기 맞춤 성형 이후 부분적으로 또는 완전히 경화되는데, 이 때 상기 몰딩 컴파운드는 경화 시 캐리어부 위에 수축(shrink)됨으로써, 상기 경화 이후, 캐리어부와 빔 형성부 사이의 기계적으로 안정된 결합이 형성된다. 특히, 상기 경화 이후, 빔 형성부는 장력(tension)의 영향을 받을 수 있다. 따라서, 빔 형성부가 기계적으로 하중을 받을 때, 변형에 대한 상기 빔 형성부의 기계적 안정성은 증가된다.
상기 다른 성형체가 상기 먼저 형성된 성형체에 맞추어 성형되고, 경우에 따라서, 다음 단계에서 부분적으로 또는 완전히 경화된 이후, 광학 부재는 탈형될 수 있다.
기재된 방법은 광전자 부품을 위한 광학 부재를 제조하기에 매우 적합한데, 그 이유는 상기 방법을 이용하면, 특별히 광전자 부품에 맞춰진 광학 부재가 작은 크기로 대량으로 양호하게 제조될 수 있기 때문이다. 광학 부재 내지 광전자 소자를 위해, 위에 및 이하에서 기재되는 특징들은 상기 방법에 적용될 수 있고, 그 반대로도 적용될 수 있다.
다른, 적어도 하나의 실시예에 따르면, 광학 부재는 단일 또는 다수의 결합 부재를 포함하고, 상기 결합 부재는 캐리어부 내에서 또는 그에 인접하여 형성되는데, 이 때 빔 형성부는 결합 부재 내지 결합 부재들을 적어도 부분적으로 변형시켜서, 결합 부재 내지 결합 부재들 안으로 삽입되면서 형성되거나 및/또는 결합 부재 내지 결합 부재들을 관통하여 형성된다.
바람직하게는, 결합 부재 내지 결합 부재들은 융기부, 함몰부 또는 홈으로 형성된다.
융기부는 변형에 매우 적합하다. 융기부의 변형에 의해, 빔 형성부와 캐리어부의 접촉면(contact surface)이 확대됨으로써, 기계적 결합의 안정성이 촉진된다. 함몰부는 삽입식 형성에 매우 적합하다. 이를 통해, 마찬가지로, 빔 형성부와 캐리어부 사이의 접촉면이 확대된다. 홈은 관통식 형성에 매우 적합하다. 더욱 바람직하게는, 상기 홈을 관통하여 형성되는, 빔 형성부의 물질은 상기 홈과 캐리어부를 특히 완전히 관통하여 연장되고, 바람직하게는, 상기 물질은 홈의 두 개의 측면에서 측 방향 범위(lateral extent)를 포함하고, 상기 범위는 상기 홈의 범위보다 크다. 이를 통해, 캐리어부와 빔 형성부 사이의 리벳(rivet) 방식의 기계적으로 매우 안정된 결합은, 특히, 캐리어부에서 상기 빔 형성부의 빔 형성 기능을 가진 표면과 반대 방향에 있는 측면에 형성될 수 있다. 경우에 따라서, 융기부, 함몰부 및/또는 홈은 언더 컷(undercut) 되어 있을 수 있다. 따라서, 상기 결합의 안정성은 가능한 한 증가될 수 있다.
다른, 적어도 하나의 실시예에 따르면, 캐리어부는 프레임(frame) 형태로 형성된다. 바람직하게는, 광 투과를 위한 구경(aperture)이 캐리어부 내에서 중앙에 배치된다. 캐리어 프레임은 상기 구경에서 홈을 형성한다. 따라서, 캐리어부를 위해 광이 투과하지 않는 물질을 사용하는 것은, 빔 형성부에서의 빔 형성 또는 광전자 소자를 위한 광의 진입이나 방출이 저하되지 않으면서도 용이하게 될 수 있다. 빔 형성부는 캐리어 프레임의 구경을 덮는 것이 바람직하고, 특히 측 방향에서 완전히 덮는 것이 바람직하다.
특히, 빔 형성부는 상기 구경 위에 덮여 있을 수 있다. 이를 통해, 캐리어부를 통과하는 광 투과 및 광학 부재에서 큰 면적의 효율적인 빔 형성이 간단히 달성된다.
다른 바람직한 형성예에서, 빔 형성부는 렌즈 형태로 형성된다.
또 다른 실시예에 따르면, 빔 형성부의 표면은 오목하게 만곡된 부분 영역과 볼록하게 만곡된 부분 영역을 포함한다. 바람직하게는, 볼록하게 만곡된 부분 영역은 오목하게 만곡된 부분 영역을 측 방향에서 둘러싼다. 더욱 바람직하게는, 볼록하게 만곡된 부분 영역은 오목하게 만곡된 부분 영역을 측 방향에서, 특히 완전히 에워싼다. 광학 부재는, 특히 굴절을 이용하여, 상기 만곡된 부분 영역들을 포함하는 빔 형성부의 표면에서만 실질적으로 빔 형성이 이루어지도록, 형성되어 있을 수 있다. 따라서, 빔 형성이 매우 양호하게 이루어질 수 있다. 더욱 바람직하게는, 상기 만곡된 부분 영역들을 포함하는 표면은, 빔 형성부에서 상기 광전자 소자와 반대 방향에 있는 측면에 형성된다. 또한, 상기 광전자 소자에 고정된 광학 부재의 광학 축은 오목하게 만곡된 부분 영역 및/또는 광전자 소자의 광전자 반도체 칩을 관통하여 형성되는 것이 바람직하다. 특히, 상기 광학 축은, 광전자 반도체 칩에서 상기 빔 형성부를 향한 표면에 대해 실질적으로 수직으로 형성될 수 있다. 바람직하게는, 만곡된 부분 영역들을 포함하는 표면은 상기 광학 축에 대해 회전 대칭적으로 형성된다.
광전자 소자에 있어서, 상기와 같은 형성 방식을 이용하면, 상기 광학 축에 대해 경사져서 진행되는, 상기 소자의 출사-또는 수신 특성은 균일하고 넓은 각도로 간단히 이루어질 수 있다. 예컨대 광학 축에 대해 비교적 큰 각도, 특히 60˚보다 큰 각도일 때, 출사된 복사력(radiant power)은 최대일 수 있다. 이를 통해, 반도체 칩과 간격이 작을 때, 광학 축에 대해 수직으로 형성된 조사되어야 할 면의 균일한 조사가 용이해진다. 또한, 빔 형성부가 상기와 같이 형성됨으로써, 조사되어야 할 면에는 국부적으로 매우 균일한 조사 세기 분포-조사된 면의 면적 ㎡과 관련하여 상기 면에 입사되는 복사력의 와트(watt)-가 달성될 수 있다. 오목하거나 볼록하게 만곡된 부분 영역을 이용하면, 광은 실질적으로 광학 축으로부터 이격되는 방향으로 굴절될 수 있어서, 상기 조사되어야 할 면 위에서 조사된 영역은 확대될 수 있다. 조사되어야 할 면이 소정의 크기를 가진 부분 면일 때, 광학 부재가 고정되어 있는 광전자 소자는, 상기 조사되어야 할 면, 바람직하게는 평편한 상기 면에 근접하여, 복합 부품으로서 간단히 배치될 수 있고, 따라서 이러한 광전자 소자는 콤팩트(compact)한 조사 장치의 형성을 위해 매우 적합하다.
따라서, 광학 부재가 고정되어 있는 광전자 소자는 콤팩트하게 형성될 수 있는 표시 장치, 특히 액정 표시 장치(LCD: liquid crystal display)를 위한 백라이트를 위해 매우 적합하다. 이러한 경우, 광전자 소자는 가시 광의 생성을 위해 형성되는 것이 적합하다.
바람직하게는, 광전자 소자에 실장되는 광학 부재는, 상기 광전자 소자와 광학 부재가 결합되어, 하나의 복합 부품으로서, 납땜 실장을 이용하여 예컨대 도체판 위에 실장될 수 있도록 형성된다. 납땜 시, 예컨대 투과도 또는 빔 형성 특성과 같은 빔 형성부의 광학적 특성들, 캐리어부의 기계적 안정성 및 광전자 부품에서의 고정의 안정성이 약간이나마 저하된다. 광학 부재의 캐리어부 및 빔 형성부를 위해 서로 다른 물질들을 사용함으로써, 복합 부품의 양호한 납땜 가능성은 어떤 실질적인 저하 없이 간단히 달성될 수 있다.
특히, 복합 부품은 무연의(lead-free) 땜납을 사용하는 무연 납땜 실장으로 실장될 수 있다. 바람직하게는, 이를 위해 일반적으로 요구되는 납땜 온도가 250℃ 이상, 특히 260℃ 까지의 온도이고, 납땜 시간은 100초 이상, 특히 120초까지의 시간에서, 광학 부재는 안정성을 가진다. 일반적으로, 예컨대 250℃ 내지 260℃와 같은 최대 납땜 온도는 예컨대 100초와 120초 사이의 시간으로 온도 램프(termparature ramp) 위에 도달되며, 이 때 바람직하게는, 상기 최대 온도는 10초 이상, 특히 20초까지 유지된다.
납땜 실장 시, 캐리어부는 변형에 대해 안정성을 가지고, 빔 형성부는 변형 및 특히 광학적 특성들의 저하에 대해 안정성을 가지는 것이 바람직하다. 이 때, 캐리어부를 위해서는 열가소성 물질 또는 열경화성 물질이 매우 적합하고, 빔 형성부를 위해서는 실리콘 또는 실리콘-하이브리드 물질이 매우 적합하다. 캐리어부 및 빔 형성부를 위해 서로 다른 물질들이 사용되는 광학 부재에 의해, 광학 부재와 광전자 소자를 포함하며 양호한 무연 납땜을 할 수 있는 복합 부품의 형성이 용이하게 된다.
적어도 하나의 실시예에 따르면, 광전자 소자는 표면 실장 가능한 소자로 형성된다. 표면 실장 기술은 광전자 소자의 실장을 용이하게 하고, 다수 개로 조밀하게 패킹된 광전자 소자들이 예컨대 도체판과 같은 캐리어 부재 위에 실장되는 것도 용이하게 한다. 바람직하게는, 광전자 소자는 LED-소자로서 형성된다.
다른, 적어도 하나의 실시예에 따르면, 광학 부재는 광전자 소자 위에, 안착되기 위한 안착형 광학계, 특히 덮어 씌워지기 위한 덮어씌움형 광학계 또는 꽂아지기 위한 핀-다운(pin-down)형 광학계로서 형성된다.
여기서, 핀-다운형 광학계란, 광전자 부품의 실장 장치와 맞물리며, 바람직하게는 적합한 고정 부재들을 포함하는 광학 부재로 이해할 수 있다.
덮어씌움형 광학계는 맞물림 없이 및/또는 캐치 결합(catch-binding) 없이 광전자 소자에 고정될 수 있다. 특히, 덮어씌움형 광학계의 경우, 가령 광전자 소자 내에서 실장 장치를 형성하는 것과 같은, 고정을 위한 특정한 요소들은 필요하지 않다.
또 다른, 적어도 하나의 실시예에 따르면, 광전자 소자는 광 투과면을 포함한 하우징 몸체(housing body)를 포함하고, 이때 바람직하게는, 광학 부재는 상기 하우징 몸체에 고정될 수 있거나 고정된다. 바람직하게는, 광학 부재는 캐리어부를 이용하여 하우징 몸체에 고정된다.
하우징 몸체는 소자의 반도체 칩을 외부의 유해한 영향 및 기계적 하중으로부터 보호하는 것이 바람직하다. 예컨대, 반도체 칩은 하우징 몸체의 캐비티 내에 배치될 수 있고, 경우에 따라서 소자의 전기적 연결선들과 전기적으로 도전성을 가지면서 결합될 수 있다. 바람직하게는, 하우징 몸체는 미리 성형된(pre-molded) 하우징 몸체로 형성되고, 반도체 칩은 상기 하우징 몸체 위에 실장되며, 상기 연결선들과 전기적으로 도전성을 가지며 결합된다. 또한 바람직하게는, 반도체 칩은 상기 캐비티 내에 배치된 커버에 매립된다. 상기 커버는 예컨대 실리콘 또는 실리콘-하이브리드 물질을 포함한다. 상기 커버는 가령 습기와 같은 외부의 유해한 영향들로부터 반도체 칩을 보호하는 것이 유리하다.
또 다른, 적어도 하나의 실시예에 따르면, 캐리어부 및 하우징 몸체는 열 팽창 계수를 고려하여 상호 간에 맞춰진 물질들을 포함한다. 이를 위해, 캐리어부 및 하우징 몸체의 열 팽창 계수들은 바람직하게는 10% 이하, 더욱 바람직하게는 5% 이하만큼 차이가 있다. 가령 납땜할 때와 같이 온도가 높을 때, 하우징 몸체에서 광학 부재의 고정에 대한 안정성이 감소될 위험은, 열 팽창 계수들을 맞춰줌으로써 현저히 감소된다. 상기와 같이 팽창 계수들을 상호 맞춰줌으로써, 온도 변화시, 광학 부재와 광전자 소자 사이의 기계적인 응력은 감소되거나 가능한한 방지된다. 따라서, 복합 부품의 전체적 안정성이 증가된다. 바람직하게는, 캐리어부 및 하우징 몸체는 동일한 물질, 특히 동일한 기본 몰딩 컴파운드나 그에 상응하는 것 또는 동일한 물질 화합물을 포함한다.
또 다른 일 실시예에 따르면, 캐리어부 내에 또는 그에 인접하여, 단일 또는 다수의 고정 부재가 형성되고, 이 때 광전자 소자, 특히 하우징 몸체는 상기 고정 부재에 대응되는 실장 장치들을 단일 또는 다수 개로 포함하고, 광학 부재를 광전자 소자에 고정시키기 위한 고정 부재들은 상기 실장 장치와 맞물린다. 바람직하게는, 고정 부재들은 캐리어부에 형성된다. 특히, 캐리어부는 일체형의 몰드부로 형성될 수 있다. 예컨대, 광전자 소자의 실장 장치들은 하우징 몸체내에서 리세스들(recesses) 또는 홈들로 형성될 수 있다. 가령 광학 부재의 핀(pin)형 고정 부재들은 상기 리세스들 또는 홈들에 맞물릴 수 있다. 소자 위에 꽂아지는 광학 부재는, 예컨대 접착 결합, 프레스-핏(press-fit), 열 프레스 핏(heat press-fit), 열 리벳(heat rivet), 프레스 핏 스템(press-fit stem), 또는 열 프레스 핏 스템(heat press-fit stem)을 이용하여 상기 고정 부재들에 의해 광전자 부품에 고정될 수 있다. 그러나, 일반적으로, 상기와 같은 고정을 위해, 소자에 별도로 형성되는 실장 장치들이 필요하다.
또 다른, 적어도 하나의 실시예에 따르면, 캐리어부는 하우징 몸체를 덮는다. 특히, 광학 부재는 하우징 몸체를 덮으며 씌워질 수 있거나, 상기 몸체 위에 씌워질 수 있다. 계속하여, 캐리어부는 하우징 몸체를, 특히 완전히, 측 방향에서 둘러쌀 수 있다. 따라서 바람직하게는, 캐리어부를 이용하여 상기 소자에 광학 부재를 고정하는 것은, 큰 면적으로 수행될 수 있다. 특히, 하우징 몸체는 캐리어 프레임의 내부에 배치될 수 있다. 또한, 광학 부재는, 하우징 몸체가 상기 광학 부재에 삽입될 수 있도록 형성되는 것이 바람직하다. 광학 부재가 상기와 같이 형성됨으로써, 광전자 소자에 광학 부재를 특히 직접적으로 고정하는 것은 매우 간단하고, 특히 캐치 결합 없이 및/또는 맞물림 없이 이루어질 수 있다. 따라서, 광전자 소자에서, 가령 플러그 결합(plug binding)을 하기 위한, 비교적 고 비용의 실장 장치들은 생략될 수 있다.
또 다른, 적어도 하나의 실시예에 따르면, 광학 부재의 상기 광전자 소자를 향한 측면에 캐리어부가 배치되거나 형성된다.
또 다른, 적어도 하나의 실시예에 따르면, 광학 부재는 광전자 소자에 고정되되, 특히 본딩제를 이용해서만 고정된다. 상술한 관점에서, 광학 부재 내에 별도로 형성되는 고정 부재들은 생략될 수 있다.
또 다른, 적어도 하나의 실시예에 따르면, 광학 부재는 하우징 몸체의 외부로부터 상기 하우징 몸체의 측면 특히 가장 외측면에 고정될 수 있거나 고정된다. 상기 측면은 하우징 몸체를 측 방향으로 한정한다. 여기서 바람직하게는, 본딩제는, 상기 하우징 몸체의 측면과 캐리어부 사이에 배치되고, 더욱 바람직하게는 상기 측면 및 상기 캐리어부와 직접적으로 접촉하고 있다. 특히, 본딩제는 하우징 몸체의 상호 대향하는 측면들에서 하우징 몸체와 캐리어부 사이에 배치될 수 있다. 또한, 본딩제는 하우징 몸체의 모든 측면들에 배치될 수 있거나, 상기 하우징 몸체를 둘러쌀 수 있다.
또 다른, 적어도 하나의 실시예에 따르면, 본딩제는 빔 형성부와 광전자 소자 사이에 배치된다. 따라서, 바람직하게는, 광학 부재의 고정을 위해 사용되는 면이 확대될 수 있다. 이를 통해, 상기 고정의 기계적 안정성이 증가된다.
또 다른, 적어도 하나의 실시예에 따르면, 본딩제는 하우징 몸체의 상기 빔 형성부를 향한 표면을 따라, 특히 층의 형태로 연장되며, 상기 표면으로부터 시작하여 하우징 몸체의 측면까지 이르러, 그 측면을 따라 연장된다. 또한, 상기와 같은 본딩제층에 의해, 하우징 몸체의 상기 빔 형성부를 향한 표면의 테두리 영역 및 상기 테두리의 변형에 따른 측면의 영역에서 기계적으로 안정된 결합이 형성될 수 있다.
또 다른, 적어도 하나의 실시예에 따르면, 본딩제는 하우징 몸체의 광 투과면으로부터 시작하여, 연속적으로 상기 측면까지 이르러, 그 측면을 따라 연장된다. 따라서, 본딩제 역할의 면은 확대될 수 있다.
특히, 본딩제는 제1 측면으로부터 시작하여 광전자 부품의 상기 빔 형성부를 향한 표면까지 이르고, 상기 표면을 따라, 하우징 몸체의 광 투과면을 지나서 상기 제1 측면과 대향하는 측면까지 이르며, 이 측면들을 따라 연장될 수 있다. 특히, 본딩제는 하우징 몸체를 덮을 수 있다. 따라서, 고정의 안정성이 증가된다.
또 다른, 적어도 하나의 실시예에 따르면, 빔 형성부, 특히 상기 빔 형성부의 광 진입면 내지 방출면과 하우징 몸체의 광 투과면 사이에는 굴절률 맞춤층이 배치된다. 상기 굴절률 맞춤층은 하우징 몸체의 광 투과면을 특히 완전히 덮는 것이 적합하다. 또한 바람직하게는, 굴절률 맞춤층은 빔 형성부 및/또는 하우징 몸체의 광 투과면에 인접한다. 적합하게는, 상기 굴절률 맞춤층을 이용하여, 광전자 소자내에서 광 투과면의 측에 배치되는 물질과 빔 형성부 사이의 굴절률 점프(refractive index jump)가 감소된다.
더욱 바람직하게는, 본딩제는 굴절률 맞춤층을 형성한다. 바람직하게는, 빔 형성부내에서의 빔 형성은, 실질적으로 상기 빔 형성부에서 상기 광전자 소자와 반대 방향에 있는 표면을 이용하여 이루어진다. 굴절률을 맞추면, 광전자 소자에서 발생되거나 수신되는 광은, 예컨대 반사 또는 굴절에 따른 광학적 영향을 받는 일 없이, 빔 형성부의 외부에서 광의 진로(optical path) 위에 실질적으로 간단히 형성될 수 있거나, 상기 광학적 영향을 받는 일이 감소될 수 있다. 따라서, 복합 부품에 있어서, 예정된 출사-또는 수신 특성을 빔 형성부를 이용하여 형성하는 일이 용이해진다.
또 다른, 적어도 하나의 실시예에 따르면, 본딩제는 실리콘 특히 실리콘 겔, 또는 실리콘-하이브리드 물질을 포함한다. 상기와 같은 물질들은 굴절률 맞춤 기능까지 포함하는 본딩제를 위해 매우 적합하다. 이는 특히, 빔 형성부가 실리콘 또는 실리콘-하이브리드 물질을 포함하고, 가령 칩 커버와 같이 광전자 소자의 광 투과면 측에 배치되는 물질 역시 실리콘 또는 실리콘-하이브리드 물질을 포함하는 경우에 그러하다.
또한, 바람직하게는, 본딩제는 광전자 소자, 캐리어부 및/또는 빔 형성부에 직접적으로 인접한다.
본 발명의 다른 장점들, 바람직한 실시예들 및 적합성등은 도면들과 관련된 실시예들을 통해 이하에서 기재된다.
도 1은 도 1a 내지 도 1d에서 광학 부재를 위한 캐리어부의 실시예에 대한 다양한 개략적 도면들을 도시한다.
도 2는 도 2a 및 도 2b에서 광학 부재를 위한 캐리어부의 다른 실시예에 대한 다양한 개략적 도면들을 도시한다.
도 3은 광학 부재를 위한 빔 형성부와 반도체 칩을 포함하는 장치의 일 실시예에 대한 개략적 단면도를 도시한다.
도 4는 도 3에 도시된 장치의 출사 특성을 도시한다.
도 5는 도 5a 내지 도 5c에서 캐리어부 및 빔 형성부를 포함하는 광학 부재의 일 실시예에 대한 다양한 개략적 도면들을 도시한다.
도 6은 도 6a 내지 6c에서 캐리어부 및 빔 형성부를 포함하는 광학 부재의 다른 실시예에 대한 다양한 개략적 도면들을 도시한다.
도 7은 도 7a 및 도 7b에서 광전자 소자에 고정된 광학 부재를 포함하는 복합 부품의 일 실시예에 대한 개략적 도면들을 도시한다.
도 8은 광전자 소자에 고정된 광학 부재를 포함하는 복합 부품의 다른 실시예에 대한 개략적 단면도를 도시한다.
동일하거나 동일한 방식이면서 동일하게 작용하는 요소들은 도면들에서 동일한 참조번호로 표시된다.
도 1 및 도 2는 도 1a 내지 도 1d 그리고 도 2a 및 도 2b에서 광학 부재를 위한 캐리어부(1)의 각 실시예에 대한 다양한 도면들을 도시한다.
도 1a는 캐리어부(1)를 위에서부터 본 개략적 평면도를 도시하고, 도 1b는 도1a의 라인 A-A를 따라 절개한 개략적 단면도를 도시하고, 도 1c는 캐리어부의 변형예를 부분단면도에 의해 도시하며, 도 1d는 캐리어부를 아래에서부터 본 배면도를 도시한다.
도 2a는 캐리어부(1)를 위에서부터 본 평면도를 도시하고, 도 2b는 도 2a의 라인 A-A를 따라 절개한 캐리어부(1)의 개략적 단면도를 도시한다.
바람직하게는, 캐리어부(1)는 특히 일체형의 몰드부로 각각 형성된다. 또한 바람직하게는, 캐리어부(1)는 예컨대 열가소성 물질 또는 열경화성 물질과 같은 플라스틱을 포함한다.
캐리어부(1)는 캐스팅 특히 사출 성형을 이용하여, 예컨대 사출 성형 몰드와 같은 적합한 캐스팅 몰드(2)에서 제조될 수 있는데, 본문에서 상기 몰드는 도 1b 또는 도 2b에서 점선으로 표시되는 개략적 단면도로만 도시된다.
바람직하게는, 캐스팅 몰드(2)는 부분 몰드들(3, 4)을 포함하고, 상기 부분 몰드들 사이에는 캐비티가 형성되는데, 이는 캐리어부를 위한 몰딩 컴파운드를 채우고, 특히 사출하기 위한 것이다. 적합하게는, 캐스팅 몰드(2)의 캐비티는 캐리어부(1)의 소기의 형태에 따라 형성된다. 몰딩 컴파운드는 캐스팅 몰드에 채워진 후, 바람직하게는, 부분적으로 또는 완전히 경화되어, 캐리어부(1)는 상기 캐스팅 몰드부로부터 탈형될 수 있다. 바람직하게는, 각 부분 몰드들(3, 4)은 언더컷(undercut) 없이 형성됨으로써, 캐리어부(1)를 위한 캐스팅 몰드 내에서 고 비용의 슬라이더(slider)가 생략될 수 있고, 캐리어부는 상기 캐스팅 몰드에서 용이하게 탈형된다.
캐리어부(1)는, 광학 부재가 상기 캐리어부(1)를 이용하여 광전자 소자, 특히 상기 광전자 소자의 하우징 몸체에 고정될 수 있도록 형성된다. 상기 광학 부재는 캐리어부(1) 및 상기 캐리어부(1)에 맞추어 성형된 빔 형성부를 포함한다. (이 하의 도면들과 연관하여 기재된 실시예들을 비교 바람)
바람직하게는, 캐리어부(1)를 위한 물질은 높은 기계적 안정성을 고려하여 선택한다. 바람직하게는, 캐리어부(1)는 광전자 소자의 하우징 몸체를 구성하는 물질 또는 그에 상응하는 물질 화합물로 제조된다. 광학 부재는 상기 하우징 몸체에 고정되어야 한다. 광학 부재가 광전자 소자에 고정되는 것에 대한 기계적 안정성이 저하될 위험은 캐리어부와 하우징 몸체의 열 팽창 계수들을 이상적으로 맞춰줌으로써 현저히 감소된다. 예컨대 폴리아미드(polyamide), 특히 폴리프탈아미드(PPA: polyphthalamide)와 같은 열가소성 물질은 하우징 몸체들에 사용되는 경우가 많으며, 기계적 안정성 및 열적 맞춤의 측면에서 캐리어부(1)를 위해 매우 적합하다. 또한, 캐리어부(1)는 광전자 소자로부터 발생되거나 수신되어야 할 광에 대해 비투과성을 가지는 물질 또는 예컨대 PPA를 포함하는 것과 같이 그에 상응하는 물질 화합물로 형성될 수 있다.
캐리어부를 위한 플라스틱에는 단일 또는 다수의 서로 다른 추가 성분들이 첨가될 수 있다. 상기 추가 성분들은 예컨대 TiO2-입자들과 같은 입자들 및/또는 유리 섬유들이 있다. PPA와 같은 플라스틱은 TiO2-입자들 및 유리 섬유들이 첨가되어(예컨대 그리보리 에이치티(Grivory HT)라는 브랜드를 가진 플라스틱) 특히 청색 또는 백색 광에 대해 매우 작은 광 투과도를 가지는 특징이 있으며, 예컨대 납땜 시 나타날 수 있는 높은 온도에 대해 매우 안정적이어서, 이미 상술되었고, 이하에서 더욱 구체적으로 설명되는 바와 같이 캐리어부를 위해 매우 적합하다.
각 캐리어부(1)는 맞춤 성형부(6)를 포함하고, 상기 맞춤 성형부는 광학 부재를 위한 빔 형성부가 캐리어부(1)에 맞추어 성형되기 위해 구비된다. 바람직하게는 일체형으로 및/또는 프레임 형태로 형성되는 맞춤 성형부(6) 내부에는, 구경(5)이 형성된다. 바람직하게는, 맞춤 성형부(6)는 상기 구경(5)을 측 방향(lateral)에서, 특히 완전히 둘러싼다. 상기 구경에 의해, 광은, 경우에 따라서 광이 투과할 수 없게 형성되는 캐리어부(1)를 투과하여 방출될 수 있다.
각 캐리어부의 맞춤 성형부(6)에는 결합 부재들(7a, 7b 또는 7c)이 형성될 수 있다. 바람직하게는, 각 결합 부재들(7a, 7b 내지 7c)은, 캐리어부 및 상기 캐리어부에 맞춤 성형되어야 할 빔 형성부 사이의 직접적 접촉면이 증가되도록 형성된다. 이를 통해, 캐리어부(1)와 빔 형성부 사이의 결합에 대한 기계적 안정성은 증가될 수 있다. 결합 부재(7c)는 캐리어부의 부분 단면도에만 도시된다.
결합 부재들은, 맞춤 성형되어야 할 빔 형성부를 향한, 상기 맞춤 성형부의 표면에 형성되는 것이 적합하다. 결합 부재들(7a)은 예컨대 바(bar) 형태의 융기부들로 형성된다. 함몰부로서의 결합 부재들(7b)은 예컨대 개별적인 함몰부들 또는 경우에 따라서 회전형 그루브(groove)(도시되지 않음)로 형성된다. 결합 부재들(7c)은 특히 개별적인 홈들로 형성된다. 결합 부재들은 맞춤 성형부(6)내에 각각 형성된다. 결합 부재들로서의 융기부들은 도 2에 구체적으로 도시되진 않았으나, 물론, 상기 도면에 도시된 캐리어부(1)에 구비될 수 있다.
또한, 상기 도면과 달리, 다수의, 특히 동일한 형태의 결합 부재들(7a, 7b 내지 7c)만 구비될 수도 있다. 이와 관련하여, 도 1 및 도 2에서, 캐리어부에 배치 된 다양한 결합 부재들은 예시적으로만 이해할 수 있다. 또한, 바람직하게는, 결합 부재들은 캐리어부(1), 특히 맞춤 성형부(6) 위에-도 1의 예시적 도면과 달리-균일하게, 특히 동일한 간격으로 분포되어있다. 이를 통해, 캐리어부 및 맞춤 성형되어야 할 빔 형성부 사이의 결합은 측 방향으로 회전하면서 더욱 안정될 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 캐리어부들(1)은 광전자 소자에 서로 다른 방식으로 고정된다. 캐리어부는 상기 고정을 위해 구비된다.
도 1에 도시된 캐리어부(1)의 실시예는, 광전자 소자의 하우징 몸체 위에 덮어 씌워질 수 있거나, 자체 내에 상기 광전자 소자가 삽입될 수 있는 광학 부재를 위해 매우 적합하다. 이를 위해, 캐리어부는 고정부(8)를 포함하고, 바람직하게는, 상기 고정부는 소자의 측 방향 크기, 특히 소자의 하우징 몸체의 측 방향 크기에 맞춰진다. 바람직하게는, 고정부(8)는 프레임 형태로 형성된다. 바람직하게는, 고정부가 적어도 부분적으로 측 방향에서 한정하거나, 바람직하게는 특히 완전히 둘러싸게 되는 자유 공간(9)은 상기 덮어씌움 또는 삽입을 위해 커버 기능을 가진 기본 형태를 포함할 수 있고, 상기 기본 형태는 광전자 소자의 각 하우징 몸체의 기본 형태에 상응한다.
바람직하게는, 자유 공간(9)이 포함하는 측 방향 범위는 맞춤 성형부(6)내의 구경(5)의 측 방향 범위보다 크다. 구경(5)과 자유 공간(9)은 커버 기능을 가진, 서로 다른 기본 형태들을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 자유 공간(9)은 삽입 또는 덮어씌움을 위해 형성되고, 이 때 구경(5)은 광 투과를 위해 구비된다. 예컨대, 자유 공간(9)이 포함하는 기본 형태는, 커버 기능을 가지며, 평면도에서, 직사각형 의 형태, 즉 특히 정사각형이 아니며, 측면 길이가 서로 다른 형태이다. 구경(5)은 커버 기능을 가진 정사각형의 기본 형태를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 맞춤 성형부(6)의 단면은 구경(5)의 방향으로 뾰족해지되, 더욱 바람직하게는, 상기 구경이 상기 빔 형성부가 맞춤 형성되어야 할 표면 즉 상기 고정부(8)와 반대 방향에 있는 표면의 방향으로 확대되도록 한다. 상기 맞춤 성형을 위해 준비되는 표면이 확대됨과 동시에, 넓은 빔(beam)이 상기 구경에 의해 큰 면적으로 투과되는 일이 용이해진다.
바람직하게는, 리세스들(10)은 상기 고정부(8)내에서도 특히 서로 대향하는 측면들에 형성된다. 이러한 리세스들(10)에 의해, 삽입되어 있는 광전자 소자를 외부에서 전기적으로 접촉하기 위한 상기 소자의 연결선들이 외부로부터 안내될 수 있다.
대안적으로 또는 추가적으로, 리세스들(10)은 광전자 소자 위에 광학 부재를 방향을 설정하여 안착시킬 때 조정- 내지 방향 설정(orientatation) 보조제로서 기능할 수 있다. 이러한 점은, 평면도에서 보았을 때, 소자 특히 상기 소자의 하우징 몸체가 기본형태를 포함하고, 상기 기본 형태 위에 캐리어부가 맞춰지며, 가령 표준 직사각형의 기본 형태와 같은 상기 기본 형태가 방향이 지정된 안착을 필요로 하는 경우에, 매우 바람직하다.
도 2에 도시된 캐리어부(1)의 실시예는 광학 부재가 광전자 소자 위에 꽂아지기 위해 매우 적합하다. 이를 위해, 바람직하게는, 핀 형태의 고정 부재들(11)이 캐리어부(1)에 형성된다. 상기 고정 부재들은 광전자 소자 특히 상기 소자의 하우 징 몸체의 적합한 실장 장치들에 맞물리기에 적합하다. 또한 바람직하게는, 고정 부재들(11)은 상기 맞춤 성형되어야 할 빔 형성부와 반대 방향에 있는 측면에서 챔퍼링(champering)되어 형성된다. 상기 실장 장치와 관련하여 광학 부재가 상기 소자 위에서 본래의 조정에서 약간 벗어나(out of adjustment) 안착될 때, 고정 부재들은 각각의 대응되는 실장 장치에 간단히 전달되고, 특히 상기 실장 장치로 "미끄러져 삽입"될 수 있다.
도 3은 광학 부재를 위한 빔 형성부(12)의 특정한 실시예에 대한 단면도를 개략적으로 도시한다. 또한, 광의 진로(optical path)에 따른 빔 형성부의 빔 형성 특성들은 개략적으로 도시된다. 이 때 바람직하게는, 광전자 반도체 칩(13)은 광원으로 기능한다.
바람직하게는, 빔 형성부는 실리콘 또는 실리콘-하이브리드 물질을 포함한다. 가령 자외선 광 또는 청색 광과 같이 단파장의 고 에너지 광일 때조차도, 상기 물질들은 표준 시간 동안 실질적으로 형태 안정성을 가지고, 광의 투과에 대해서도 내구성을 가진다. 상기 광은 반도체 칩을 이용하여 생성될 수 있다.
일반적으로, 실리콘은 매우 가요적이고 휘어지기 쉽다. 또한, 실리콘-몰드부 내에서, 예컨대 크랙(crack)과 같은 작은 손상은, 가벼운 힘의 작용에도 몰드부가 파괴될 정도로 몰드부의 총 안정성을 이미 저하시킬 수 있다.
가령 실리콘과 에폭시 수지를 포함하는 실리콘-하이브리드는 에폭시 수지에 비해 더욱 광 안정적이고, 그와 유사한 화학적 부착 태도(bonding behavior)를 나타낸다. 특히, 일반적으로 하이브리드는 순수한 실리콘보다 더 잘 부착된다. 하이 브리드의 광학적 특성들의 저하 속도는, 예컨대 에폭시 수지와 같은 유사 물질들의 그것보다 현저히 더 우위에 있을 수 있다. 하이브리드의 저하는 광학적으로 비교할만한 물질들의 저하에 비해 5배 이상만큼, 특히 1000배 만큼까지 또는 그 이상으로 오래 걸릴 수 있다.
빔 형성은 발광형 반도체 칩에 대한 예시로서만 도시된다. 물론 광의 진로 방향은 바뀔 수 있다. 이러한 경우, 반도체 칩은 광 검출 칩으로 형성되는 것이 적합하다.
빔 형성부(12)의 광 방출면(20)은 오목하게 만곡된 부분 영역(121), 및 광학 축(21)과 간격을 두면서 상기 오목하게 만곡된 부분 영역을 둘러싸는, 특히 완전히 에워싸는, 볼록하게 만곡된 부분 영역(122)을 포함한다.
광전자 반도체 칩(13)의 활성 영역(130)에서 생성된 광은, 바람직하게는 평편하게 형성된 광 진입면(22)을 지나 빔 형성부(12)로 진입한다. 도 3에서, 반도체 칩으로부터 발생된 광, 특히 가시 광은 화살표로 표시된 라인들로 확인할 수 있다. 상기 라인들은 개별 빔에 따른 광의 진로를 표시한다. 광학 축(21)은 반도체 칩(13) 및 오목하게 만곡된 부분 영역을 관통하여 형성된다.
반도체 칩(13)은 캐리어(131) 위에 배치된 반도체 몸체(132)를 포함하고, 다시 상기 반도체 몸체는 광 생성을 위해 적합한 활성 영역(130)을 포함한다. 상기 활성 영역에서 상기 빔 형성부와 반대 방향에 있는 측면에는 거울 층이 배치되되, 예컨대 반도체 몸체와 캐리어 사이에 배치될 수 있고, 상기 거울 층은 반사에 의해 광을 반도체 칩의 상기 빔 형성부를 향한 표면의 방향으로 지향시킨다. 바람직하게 는, 거울 층은 전기적으로 도전성을 가지도록, 예컨대 금속 또는 합금을 포함하여, 가령 금속 성분으로 형성된다. 바람직하게는, 거울층은 금속으로 또는 합금을 기반으로 하여 형성된다. 또한 바람직하게는, 거울층은 활성 영역과 전기적으로 도전성을 가지며 결합되고, 칩의 전기적 접촉부에서 발생하는 반사에 추가적으로 간단히 참여할 수 있다. 이러한 경우, 바람직하게는, 캐리어는 성장 기판으로부터 분리된다. 반도체 몸체를 위한 반도체 층 시퀀스는 상기 성장 기판 위에서 에피택시얼(epitaxial) 성장되어 있다.
빔 형성부(12)와 반도체 칩(13)을 포함하는 장치는 가령 LCD와 같은 표시 장치 또는 확산기 호일(diffuser foil)에서 면(23)의 균일한 조사 특히 백라이트를 위해 매우 적합하다. 바람직하게는, 광학 축(21)은 상기 면(23)을 관통하여 형성된다. 더욱 바람직하게는, 상기 면(23)은 상기 광학 축(21)에 대해 실질적으로 수직으로 형성된다.
오목하거나 볼록하게 만곡된 부분 영역의 휨을 적합하게 형성함으로써, 반도체 칩으로부터 발생된 광은 광 방출 측면에서 분배되되, 상기 면이 동일한 양으로 균일하게 조사되도록 할 수 있다. 상기 면의 조사된, 동일한 크기의 서로 다른 영역들에는 실질적으로 동일한 복사력이 입사된다.
오목한 부분 영역(121)위에서 방출되는 광은 확산 렌즈(diffuser lense)의 경우와 유사하게 분산된다. 특히, 광학 축에 대해 90˚가 아닌 다른 각도로 광 방출면(20)에 입사되는 광은, 그 위치에서 광학 축으로부터 이격되면서 굴절된다. 오목한 부분 영역 위에서 방출되는 광은 상기 면(23)에서 상기 광학 축(21)을 둘러싸 는 영역에 균일한 조사가 이루어지도록 기능한다.
면(23)에서 상기 광학 축과 비교적 멀리 이격되는 영역들은, 볼록하게 만곡된 부분 영역(122) 위에서-광학 축(21)에 대해 90˚가 아닌 다른 각도로- 빔 형성부로부터 방출되는 광을 이용하여 조사된다.
오목한 부분 영역과 볼록한 부분 영역 사이의 접합 영역은 매끄럽고, 특히 모서리 없이 형성되는 것이 바람직하다. 특히, 광 방출면은 바람직하게는 전체 면이, 미분할 수 있도록(differentiable) 형성될 수 있다. 따라서, 면(23)의 균일한 조사가 용이해진다. 미분할 수 없는 변곡(inflection)은, 조사되어야 할 면(23)에서의 복사력 분포가 예기치 않게 비 균일하게 될 위험을 증가시킬 것이다.
바람직하게는, 광 방출면(20)의 볼록하게 만곡된 부분 영역들(122)은 오목하게 만곡된 부분 영역들(121)보다 면적이 더 크다. 따라서, 오목하게 만곡된 부분 영역에 비해, 볼록하게 만곡된 부분 영역을 지나 광학 축에 대해 측면으로 비스듬하게, 상기 빔 형성부로부터 방출되는 광의 양이 더 증가된다.
또한, 바람직하게는, 볼록하게 만곡된 부분 영역(122)은 제1 휨의 제1 영역(24) 및 상기 제1 휨과 구분되는 제2 휨의 제2 영역(25)을 포함한다.
바람직하게는, 여기서 제1 휨은 제2 휨보다 작다. 제2 영역(25)에서 더 큰 휨이 발생하므로, 이 영역에서 빔 형성부로부터 방출되는 광은, 제1 영역(24) 또는 오목한 부분 영역(121)에서 빔 형성부로부터 방출되는 광보다, 광학 축(21)에 대해 더 큰 각도를 포함하는 것이 바람직하다. 따라서, 상기 면(23)에서 광학 축으로부터 비교적 멀리 이격된 영역들의 균일한 조사가 용이해진다.
바람직하게는, 광학 부재의 빔 형성부(12)로부터 방출되는 광은 실질적으로 광학 축에 대해 90˚보다 작은 각도로만 방출될 수 있다. 따라서 광의 출사는, 주로, 광학 축에 대해 측면으로 또는 비스듬하게, 그리고 광학 축의 방향에서 앞 쪽을 향해 진행된다. 빔 형성부(12)는, 복사력의 대부분이, 바람직하게는 60% 이상이, 광학 축에 대해 소정의 각도로, 특히 60˚보다 큰 각도로 및/또는 볼록하게 만곡된 부분 영역(122) 위에서, 상기 빔 형성부로부터 방출되도록 형성되는 것이 바람직하다.
볼록한 부분 영역(122)의 휨은 오목하게 만곡된 부분 영역과 간격이 멀어질 수록, 특히 제2 영역(25)에서 광 진입면(22)의 방향으로 증가할 수 있고, 이를 통해, 광학 축에 대해 큰 각도를 이루는 광 출력이 더 많아져서, 상기 면(23)에서 상기 광학 축으로부터 비교적 멀리 이격된 영역들의 조사가 촉진된다.
빔 형성부(12)는 상기 빔 형성부로부터 방출되는 빔이 교차되지 않도록 형성됨으로써, 조사되어야 할 면에서의 복사력의 국부적인 분포는 상기 면이 빔 형성부와 이루는 간격과 실질적으로 상관이 없게 된다.
빔 형성시, 빔 형성부가 빔의 교차를 야기한다면, 초점 영역(focal area)이 형성될 수 있어서, 면(23)에서의 복사력의 국부적인 분포는 상기 면이 빔 형성부와 이루는 간격에 의존할 수도 있다. 특히, 면(23)이 빔 형성부와 이루는 간격을 변경시키면, 가령 더 높은 광 세기(intensity)를 포함한 링(rings)과 같은, 복사력의 국부적 분포의 비 균일성이 발생할 수 있다. 이러한 비 균일성은 빔의 교차로 인해 발생될 수 있다. 그러나, 도시된 빔 형성부(12)에서는 광이 교차 없이 진행되므로, 면(23)에 대한 복사력의 국부적인 분포는 상기 면이 광 방출면과 이루는 간격에 의존하지 않는다. 또한, 바람직하게는, 빔 형성부 내에서 빔 형성 또는 빔 유도는 전반사 없이 수행된다.
반도체 칩의 출사 특성은 상기 빔 형성부를 이용하여 확대될 수 있어서, 반도체 칩과 면이 소정의 간격을 이룰 때, 상기 반도체 칩으로 조사되어야 할 면의 부분 영역은 반도체 칩으로 직접 조사되는 것에 비해 확대된다. 바람직하게는, 대안적으로, 조사되어야 할 면이 소정의 크기를 가진 경우, 반도체 칩은 빔 형성부 내의 빔 형성으로 인해, 조사되어야 할 상기 면에 더욱 근접하여 배치될 수 있다.
조사 장치에 있어서, 광학 축(21)을 중심으로 방위각으로(amuzithal) 회전하는 동일한 형태의 출사 특성을 위해, 광 방출면(20) 특히 전체의 빔 형성부는, 광학 축에 대해 회전 대칭적으로 형성되는 것이 바람직하다. 경우에 따라서, 빔 형성을 위해 구비된 것이 아닌 영역들은 상기 회전 대칭적인 형성과는 차이가 있을 수 있다.
도 4는 도 3에 도시된 장치에서 빔 형성부의 빔 형성에 따른 출사 특성에 대한 예시를 도시한다. 상대적 광 세기(relative intensity)는 광학 축에 대한 각도
Figure 112008049196786-pct00001
(°)에 의존하여 퍼센트 값으로 도시되어있다.
여기에 도시된 출사 특성은 도 3에 따른 빔 형성부 및 반도체 칩을 위해 산출된 것이며, 상기 빔 형성부는 광학 축에 대해 회전 대칭적으로 형성되고, 상기 반도체 칩은 광 진입면(22)으로부터 0.6 ㎜의 간격을 두고 배치된다.
상기 장치는 광학 축에 대해 측면으로, 특히 비교적 큰 각도에서, 복사력의 대부분을 방출한다. 바람직하게는, 오목하게 만곡된 부분 영역 내의 영역, 특히 오목하게 만곡된 부분 영역의 내부에서 및/또는 0˚와 10˚사이의 각도 영역에서, 상기 출사 특성의 국부적 최소값이 나타난다.
또한, 바람직하게는, 상기 장치는 반도체 칩으로부터 발생되는 복사력의 50%보다 많은, 더욱 바람직하게는 60%보다 많은 광을 광학 축에 대해 80˚와 40˚사이의 각도 영역으로 방출한다.
상기 광 세기의 최대값은 60˚보다 큰 각도, 특히 약 70˚의 각도일 때 나타난다. 상기 광 세기는, 상기 영역에 0˚만큼 상응하는 오목한 부분 영역으로부터 시작하여, 각도가 커지면서, 즉 볼록하게 만곡된 부분 영역의 방향으로, 예컨대 멱함수(power function)에 따라, 특히 포물선(parabola)을 따라 증가되며, 최대값에 도달한 이후에는 급격하게 감소된다.
도 5 및 도 6은 도 5a 내지 도 5c 및 도 6a 내지 도 6c에서, 캐리어부(1) 및 빔 형성부(12)를 포함하는 광학 부재(14)에 대한 다양한 개략적 도면들을 도시한다.
도 5에 따른 캐리어부(1)는 도 1과 연관하여 기재된 캐리어부에 상응하고, 도 6에 따른 캐리어부(1)는 도 2와 연관하여 기재된 캐리어부에 상응한다. 빔 형성부(12)는 각각 도 3 및 도 4와 연관하여 기재된 빔 형성부(12)의 기본 구조에 실질적으로 상응한다.
도 5a는 광학 부재(14)를 위에서 내려다본 개략적 평면도를 도시하고, 도 5b는 도 5a의 라인 A-A를 따라 절개한 개략적 단면도를 도시하며, 도 5c는 광학 부 재(14)의 개략적 부분 단면도를 도시한다.
도 6a는 광학 부재(14)를 위에서 내려다본 개략적 평면도를 도시하고, 도 6b는 도 6a의 라인 B-B를 따라 절개한 개략적 단면도를 도시하며, 도 6c는 도 6a의 라인 A-A를 따라 절개한 개략적 단면도를 도시한다.
도 5 및 도 6에 따른 광학 부재(14)는 각각 캐리어부(1) 및 빔 형성부(12)를 포함하고, 이 때 빔 형성부(12)는 캐리어부에 맞추어 성형된다. 빔형성부(12)는 가령 실리콘 또는 실리콘-하이브리드 물질과 같은 플라스틱을 포함하거나, 그것으로 구성된다. 이러한 플라스틱은 캐리어부(1)를 위한 기본 몰딩 컴파운드와는 구분된다.
바람직하게는, 상기 맞춤 성형은 예컨대 사출 성형 방법과 같은 캐스팅 방법을 이용하여 이루어진다. 여기서, 먼저 제조되고, 바람직하게는 완전히 경화된 캐리어부(1)는 빔 형성부(12)를 위해 형성된 캐스팅 몰드(15)에 삽입되고, 따라서, 빔 형성부를 위한 몰딩 컴파운드, 가령 실리콘 또는 실리콘-하이브리드-몰딩 컴파운드는 캐리어부에 부어지고, 특히 분사된다. 상기 빔 형성부를 위한 몰딩 컴파운드는 캐리어부(1)를 위해 사용되는 몰딩 컴파운드와는 구분된다. 바람직하게는, 상기 몰딩 컴파운드는 캐리어부(1) 위에 분사된다. 빔 형성부를 위한 캐비티를 형성하는 부분 몰드들(16, 17)을 포함한 캐스팅 몰드(15)는 도 5b 및 도 6b에서 개략적으로만 점선으로 도시되었다.
빔 형성부를 위해 상기 몰드에 채워진 유동 가능한 몰딩 컴파운드는 캐리어부(1) 및 특히 맞춤 성형부(6)에 형성된 결합 부재들(7a, 7b, 7c)에 맞추어 성형된 다. 이어서, 몰딩 컴파운드는, 특히 온도의 영향으로부터 보호받으면서, 가령 냉각 및/또는 경화 과정을 통해 완전히 경화된다. 바람직하게는, 몰딩 컴파운드는 경화시 수축됨으로써, 캐리어부(1)와 빔 형성부(12) 사이의 기계적으로 안정된 결합을 형성한다. 이 때 추가적인 본딩제는 사용되지 않는다. 바람직하게는, 빔 형성부는 장력의 영향을 받는다. 따라서, 빔 형성부에 사용되는, 실리콘 또는 실리콘-하이브리드 물질과 같이 본래 가요적인 물질의 가요성은 방지될 수 있다. 바람직하게는, 빔 형성부는 상기 빔 형성부의 물질만을 포함하는 광학 부재에 비해, 휘어질 때 더 큰 동력 소모를 필요로 하여, 안정성은 증가된다.
두 개의 서로 다른 몰드들 및 몰딩 컴파운드들을 포함하는 2K-사출 성형 방법을 이용하면, 캐리어부(1) 및 빔 형성부(12)는 각각의 주요 기능-캐리어부를 위해서는 기계적 안정성, 그리고 빔 형성부를 위해서는 광학적 특성들-에 간단히 최적화될 수 있다.
상기 경화 이후, 광학 부재는 캐스팅 몰드(15)로부터 탈형된다.
경우에 따라서, 캐리어부(1)는 그에 상응하여 먼저 성형된(pre-molded) 빔 형성부(12)에 맞추어 성형될 수도 있다. 그러나, 캐리어부(1)는 빔 형성부의 기계적 안정성을 보장하는 것이 선호되므로, 상기 경우와는 반대의 공정이 바람직하다.
경우에 따라서, 빔 형성부는 공통의 몰드 내에서도 상기 캐리어부에 맞추어 성형될 수 있다. 그러나, 더 정확한 빔 형성 가능성을 위해, 두 개로 분리된 몰드에서 제작하는 것이 더 선호될 수 있다.
캐리어부(1)와 빔 형성부(12) 사이에서 기계적으로 안정되면서 특히 밀접한 결합을 형성하는 것은 결합 부재들(7a, 7b 내지 7c)에 의해 촉진된다. 이러한 점은, 도 5에만 개략적으로 세부 도시되었으나, 도 6에 도시된 광학 부재(14)의 경우에도 그와 상응하는 방식으로 수행될 수 있다.
융기부로 형성된 결합 부재들(7a)은 빔 형성부(12)와 함께 변형된다. 바람직하게는, 결합 부재들 사이에서 두 개의 상호 인접한 결합 부재들(7a)에 의해 측 방향(lateral)으로 한정되는 사이 공간(18)의 측 방향 범위는 구경(5) 방향으로 작아진다. 빔 형성부(12)가 경화되면, 장력, 빔 형성부의 안정성 및 상기 빔 형성부와 캐리어부(1)의 기계적인 연결은 간단히 증가될 수 있다.
빔 형성부(12)는 함몰부로 형성된 결합 부재(7b)에 삽입되어 형성된다. 특히, 빔 형성부(12)는 캐리어부(1)에 맞물린다. 상기 결합 부재(7b)를 이용하여, 빔 형성부위에서의 장력 뿐만 아니라 상기 결합의 기계적 안정성도 증가될 수 있다.
맞춤 성형부(6)내에서 일체형의 홈으로 형성된 결합 부재(7c)는, 맞춤 성형시, 관통식으로 형성되는데, 이 때 캐리어부(1)에서 상기 빔 형성부(12)와 반대 방향에 있는 표면에는 리벳 형태의 돌출부 또는 돔(dome)(19)이 형성된다. 상기와 같은 결합 부재(7c)를 이용해서도, 캐리어부와 빔 형성부(12) 사이의 결합에 대한 기계적 안정성은 증가될 수 있다.
캐리어부(1)의 구경(5)은 빔 형성부(12)에 의해 완전히 덮인다. 따라서, 바람직하게는, 오목하게 만곡된 부분 영역(121)과 볼록하게 만곡된 부분 영역(122)을 포함하는 빔 형성부(12)에서 빔 형성 기능을 가지면서 상기 캐리어부(1)와 반대 방향에 있는 표면은 큰 면적으로 간단히 형성될 수 있다. 따라서, 상기 면의 조사가 큰 면적으로 이루어지는 것이 간단해진다.
바람직하게는, 오목하게 만곡된 부분 영역(121)은 구경(5)의 중앙 영역의 위에 배치된다. 바람직하게는, 오목하게 만곡된 부분 영역(121)은 상기 구경(5) 내부로 돌출되어 있다.
빔 형성부(12)는 측 방향에서 캐리어부(1) 위로 돌출될 수 있다. 이를 통해, 빔 형성부에서 상기 캐리어부와 반대 방향에 있는 표면이 커지며, 따라서, 광 투과면이 확대될 수 있다. 그러나 경우에 따라서, 빔 형성부의 기계적인 지지를 증가시키기 위해, 빔 형성부는 측 방향에서 캐리어부와 동일한 면으로 형성되거나, 캐리어부가 상기 빔 형성부 위로 돌출될 수 있다.
도 7 및 도 8에 도시된 광학 부재들(14)은 광전자 소자(25)에 고정된다. 도 7a는 이와 관련된 개략적 단면도를 도시하고, 도 7b는 아래에서부터 본 개략적 배면도를 도시하며, 도 8은 상기와 같은 복합 부품의 개략적 단면도를 도시한다.
도 7에 따른 광학 부재(14)는 도 5와 연관하여 기재된 광학 부재에 상응하고, 도 8에 따른 광학 부재는 도 6과 연관하여 기재된 광학 부재에 상응한다.
광전자 소자(26)는 하우징 몸체(27) 및 특히 광 생성을 위한 광전자 반도체 칩(13)을 각각 포함한다. 광전자 소자(26)는 제1 전기적 연결선(28)과 제2 전기적 연결선(29)을 더 포함한다. 바람직하게는, 이러한 연결선들은 하우징 몸체(27)의 서로 다른 측면들, 특히 서로 대향하는 측면들에서 상기 하우징 몸체로부터 돌출된다. 연결선들은 반도체 칩(13)의 전기적 접촉을 위해 기능하고, 이를 위해 적합하게는 상기 반도체 칩과 전기적으로 도전성을 가지도록 결합된다. 반도체 칩(13)은 가령 전기적으로 도전성을 가진 접착제층 또는 땜납층과 같은 연결층(30)에 의해 제1 연결선(28)과 전기적으로 도전성을 가지도록 결합될 수 있거나 및/또는 상기 제1 연결선 위에 고정될 수 있다. 바람직하게는, 반도체 칩은 본딩용 와이어(31)에 의해 제2 연결선(29)과 전기적으로 도전성을 가지도록 결합된다.
광전자 소자(26), 특히 하우징 몸체(27)는 두 개의 연결선들(28, 29)을 포함하는 도체 프레임의 리캐스팅(recasting)을 이용하여, 가령 사출 성형-, 사출 압축 성형- 또는 이송 성형(transfer molding) 방법을 이용하여, 가령 플라스틱 물질, 특히 예컨대 PPA와 같은 열가소성 물질과 같은 적합한 몰딩 컴파운드로 제조될 수 있다. 이어서, 반도체 칩(13)은 연결선들과 전기적으로 도전성을 가지도록 결합될 수 있다. 그 이후, 광전자 소자는 먼저 성형된 하우징, 소위 프리 몰디드 패키지(premolded-package)를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 하우징 몸체(27)는 캐비티(32)를 포함하고, 더욱 바람직하게는, 상기 캐비티에 반도체 칩(13)이 배치된다. 또한, 캐비티(32)에는 커버 재료(33)가 배치될 수 있고, 상기 커버 재료 내에는 반도체 칩(13) 및 바람직하게는 본딩용 와이어도 매립된다. 이러한 커버는 반도체 칩(13) 및 본딩용 와이어(13)를 외부의 유해한 영향들로부터 보호하는 것이 바람직하다. 적합하게는, 상기 커버는 반도체 칩(13)에서 발생되거나 수신되어야 할 광에 대해 투과성을 가지도록 형성된다. 예컨대, 상기 커버는 실리콘 또는 실리콘-하이브리드 물질을 포함한다. 이러한 물질들은 예컨대 청색 광 또는 자외선 광과 같은 단파장의 고 에너지 광에 대해, 표준적인 조사 시간 동안 가령 투과도와 같은 광학적 특성들이 손상받지 않도록, 높은 내구성을 가지는 특징이 있다. 바람직하게는, 상기 단파장의 고 에너지 광은 반도체 칩에서 발생될 수 있다.
또한, 광전자 소자는 혼합색의 광 특히 백색의 광을 생성하기 위해 형성될 수 있다. 이를 위해, 가령 커버 재료 내에서, 반도체 칩 뒤에 파장 변환 물질이 배치된다. 장파장의 광을 방출하기 위해, 반도체 칩으로부터 발생된 광의 일부는 가령 인광체(phosphor), 특히 입자 형태의 인광체와 같은 파장 변환 물질을 여기할 수 있다. 그 결과, 반도체 칩으로부터 생성된 광과 파장 변환 물질에 의해 재방출된 광의 혼합에 의해, 혼합색의 광 특히 백색의 광이 발생할 수 있다. 백색 광을 생성하기 위해, 반도체 칩(13)으로부터 발생된 1차 광은 청색 스펙트럼 영역에, 그리고 파장 변환 물질로부터 재방출된 광은 황색 스펙트럼 영역에 있는 것이 매우 적합하다.
바람직하게는, 하우징 몸체(26)는 가령 백색 플라스틱과 같이 반사 기능이 양호한 물질로 제조된다. 상기 백색 플라스틱은 예컨대 PPA이다. 대안적으로 또는 보완적으로, 캐비티(32)의 벽부는, 반도체 칩으로부터 발생되는 광이 캐비티의 벽에서 반사되는 것을 증가시키기 위해, 반사 기능을 높여주는 물질 가령 금속으로 코팅될 수 있다. 캐비티(32)가 없는 하우징 또는 하우징 몸체와 비교할 때, 캐비티의 벽에서 수행되는 반사를 이용하면, 빔 형성을 위해 광학 부재(14)에 전달되는 광의 양이 바람직하게는 증가될 수 있다.
또한 바람직하게는, 광전자 소자는 표면 실장 가능하게 형성된다(SMD: surface mountable device). 표면 실장의 경우, 예컨대, 연결선들(28, 29)은 상기 연결선들의 땜납면들(34 내지 35)의 측에서, 연결 캐리어(36)의 외부 전기적 연결 수단들(도시되지 않음) 위에, 예컨대 도체판의 도전 경로(conductive path) 위에 납땜된다. 이 때, 광전자 소자는 연결 캐리어 위에 배치되고, 연결선들은 땜납(37)을 이용하여 예컨대 250℃ 이상의 높은 온도에서, 특히 땜납의 용융 중에, 외부 전기적 연결 수단과 접합된다.
덧붙여 말해둘 것은, 상기 하우징은 소위 오버 몰드-하우징(overmold-housing) 또는 라디얼(radial)-LED의 하우징으로 형성될 수 있다는 것이다. 상기 하우징일 경우, 칩과 연결선들은 칩이 연결선들 위에 실장된 이후 하우징 물질과 연속적으로 변형된다. 적합하게는, 광 투과를 위한 하우징 몸체의 물질은 광 투과성이 있는 것으로 선택한다. 오버 몰드-구성 방식에 비해, 라디얼-구성방식은 표면 실장 기술(SMT: surface mounting technology)을 위해 적합하지 않다. 또한, 프리 몰디드-하우징-구성 방식은 더 높은 복사력을 발생시키기 위한 고 파워-소자를 위해 매우 적합한데, 이러한 이유는, 투명한 하우징 몸체 물질이 생략될 수 있기 때문이다. 따라서 물질 선택은 더욱 자유로워질 수 있다.
소자에 고정되는 종래의 광학 부재들의 경우, 광학 부재들이 땜납 공정에서 온도에 의해 변형되거나 완전히 용해되고 또는 소자에서 상기 광학 부재의 고정이 풀리는 것과 같은 위험이 더 높다. 따라서, 상기와 같은 종래의 복합 부품의 출사 특성은 현저히 저하될 수 있다. 광 투과성을 가진 열가소성 물질로 구성된 순수한 열가소성 물질 렌즈는 예컨대 250℃ 보다 높은 납땜 온도에서 형태 유지력이 없고 부분적으로 용융되거나 심지어는 용해된다. 실리콘 소재의 렌즈의 경우, 납땜 공정 시 상기 소자에서의 고정이 풀릴 위험이 현저히 높다.
캐리어부(1) 및 빔 형성부(12)를 서로 다른 기능들에 간단히 최적화시킴으로써, 광전자 소자(26) 및 상기 광전자 소자에 고정된 광학 부재(14)를 포함하는 복합 부품은 무연의 납땜 공정을 이용하여 양호하게 납땜될 수 있도록 형성된다. 상기 무연의 납땜 공정은 무연의 땜납을 사용하는 것이 적합하다.
바람직하게는, 캐리어부(1)를 위해 사용되는 플라스틱은 높은 기계적 안정성과 양호한 고정 특성들을 가지고 및/또는 상기 플라스틱의 열 팽창 계수들을 상기 하우징의 열 팽창 계수들에 맞춘다는 특징이 있다. 광이 투과할 수 없는 열가소성 물질 또는 경우에 따라서, 광이 투과할 수 없는 열경화성 물질은 캐리어부를 위해 매우 적합하다. 캐리어부가 하우징 몸체(27)와 동일한 물질 화합물을 포함하고, 예컨대 PPA를 포함하거나 그것을 포함하는 것은 매우 바람직하다.
바람직하게는, 빔 형성부(12)는 실리콘 또는 실리콘-하이브리드 물질을 포함하거나, 상기와 같은 물질로 구성된다. 상기 물질들은 양호한 광 안정성 및 온도 안정성을 가지는 특징이 있으나, 휘어지기 쉽기 때문에, 상기 물질들은 소자에서 지속적으로 기계적인 안정성을 가지며 고정될 수 없거나, 고정되기가 매우 어렵다.
캐리어부(1) 및 빔 형성부(12)의 상호간 맞춤 성형은, 빔 형성부가 캐리어부에 본딩제 없이 밀접하고 기계적으로 안정되게 연결됨으로써 용이해지는데, 이 때 상기 부분들은 기본적으로 서로 다른 물질들을 포함할 수 있다. 이러한 관점에서, 광학 부재는 다양한 물질들로 구성된 개별 부분들을 포함하면서도 일체형으로 형성될 수 있다.
약 260℃의 납땜 온도를 포함한 일반적인 무연의 납땜 공정시, 다양한 물질들로 구성되며 상기와 같이 최적화된 광학 부재를 포함하는 복합 부품은 예컨대 120초의 납땜 시간 동안, 소자에서의 광학 부재의 고정, 빔 형성부의 형태 및 빔 형성 특성 측면에서 안정적이다.
도 7 및 도 8에 도시된 복합 부품들은, 광학 부재(14)가 광전자 소자(26)에 고정되는 방식에 있어서, 서로 다르다.
도 7에 도시된 복합 부품의 광학 부재(14)는 광전자 소자(26) 위에 덮어씌워지거나 내지는 광전자 소자가 상기 광학 부재에 삽입된다. 이 때, 광학 부재 및 상기 소자는 비교적 서로를 향하고 있는데, 연결선들(28, 29)은 캐리어부의 고정부(8) 내의 리세스들(10) 영역을 지나, 상기 소자(26)에서 광학 부재에 의해 덮인 영역의 외부를 향해 연장되거나, 그에 상응하여 상기 리세스들을 관통하여 연장되록 한다.
상기 고정은, 본딩제 역할을 하는 층(38)에 의해 실질적으로 이루어지는데, 상기 층은 광학 부재와 소자 사이에 배치되고, 바람직하게는, 상기 층의 총 범위에 의해, 상기 층의 전체의 면은 광전자 소자 및 광학 부재, 특히 빔 형성부(12)와 캐리어부(1)에 인접한다.
바람직하게는, 본딩제 역할을 하는 층(38)은, 광전자 소자를 측 방향에서 한정하는 측면들(39), 특히 하우징 몸체(27)의 최외부에 있는 측면들로부터 시작되어, 고정부(8)를 따라, 상기 소자 특히 하우징 몸체의 상기 빔 형성부(12)를 향한 표면까지 이르고, 그 표면을 따라 연장된다. 계속하여, 상기 층(38)은 커버(33)를 따라 연속적으로, 광전자 소자에서 상기 시작 측면과 대향한 측면(41)까지 이르고, 그 측면을 따라 연장된다. 여기서, 상기 커버에서 반도체 칩과 반대 방향에 있는 표면은 소자의 광 투과면을 형성한다. 바람직하게는, 상기 층(38)은 광전자 소자의 또 다른, 특히 서로 대향하는 두 개의 측면들(42, 43)에 배치되고, 이 때 바람직하게는, 상기 층의 형성은 위에 기재된 것에 상응한다.
바람직하게는, 층(38)은 실리콘 특히 실리콘 겔, 또는 실리콘-하이브리드 물질을 포함하거나 그것으로 구성된다. 이러한 물질들, 특히 실리콘 겔은, 위에서 상술되었으며 상기 캐리어부 및 하우징 몸체를 위해 사용될 수 있는 물질들 사이에서, 양호한 본딩제 역할을 하는 특징이 있다. 또한, 이러한 물질들은 빔 형성부(12)의 굴절률을 투광성의 커버 물질(33)에 맞추기 위해서도 적합하다. 상기 커버 물질, 빔 형성부 및 본딩제 역할의 층(38)이 실리콘 내지 경우에 따라서 실리콘-하이브리드 물질을 각각 포함하는 경우, 굴절률 맞춤은 매우 효과적으로 수행될 수 있다.
또한, 본딩제 역할의 층(38)을 이용하면, 빔 형성부의 가요성이 감소되고, 강도가 증가될 수 있다.
바람직하게는, 캐리어부(1) 특히 상기 캐리어부의 고정부(8) 및/또는 본딩제 역할의 층(38)은 하우징 몸체(27)를 둘러싸고, 더욱 바람직하게는, 상기 몸체를 측 방향에서 특히 완전히 에워싼다. 또한, 상기 고정부는 하우징 몸체로부터 큰 면적으로, 특히 완전히 측 방향에서 이격될 수 있다. 고정부는 하우징 몸체의 최외부의 측면을 측 방향에서 이격된 채로 둘러싸거나, 특히 완전히 에워쌀 수 있다.
또한 바람직하게는, 커버(33)는 상기 층(38)으로 완전히 덮인다. 따라서, 광학적 측면에서 작은 굴절률 점프를 포함하고 기계적 측면에서 크기가 큰 본딩제 면을 포함하는 광학 부재를 광학적으로 양호하게 연결하는 것은, 바람직하게는 간단한 방법으로 달성될 수 있다. 특히, 가령 캐치 기구 또는 그와 유사한 것과 같이 광전자 소자 내에 형성되는 추가적인 실장 장치들은 생략될 수 있다.
특히, 광학 부재는 하우징 몸체의 측면(들) 및/또는 소자와 특히 하우징 몸체의 상기 빔 형성부를 향한 표면에만 고정될 수 있다.
바람직하게는, 캐리어부(1) 및 특히 고정부(8)는 광학 부재 내에서 터브(tub)- 또는 홈통 형태의 리세스를 한정하거나 및/또는 상기 리세스의 테두리를 형성한다. 소자는 상기 리세스에 삽입될 수 있다. 상기 삽입 전에, 이러한 리세스는 상기 층(38)을 위한, 소정의 양을 포함한 물질로 채워질 수 있다. 이어서, 소자가 삽입되고, 상기 물질은 가령 경화 과정을 이용하여, 부분적으로 또는 완전히 경화될 수 있다. 바람직하게는, 상기 물질의 양은, 상기 형성되는 층(38)이 광학 부재에서 광학 부재 내부에 남아있고, 특히 상기 광학 부재로부터 시작하여 캐리어부(1) 외부로 연장되지 않는 것으로 선택된다.
도 8에 개략적으로 도시된 복합 부품에서, 광학 부재(14)는 광전자 소자에 꽂아지고, 다수개의 고정 부재들(11)을 이용하여 상기 소자에 고정된다. 이를 위해, 고정 부재들(11)은 광전자 소자(26)의 실장 장치들(46)과 맞물린다. 특히 상기 실장 장치들은 하우징 몸체(27)내에서 리세스들 또는 홈들로 형성된다. 바람직하게는, 실장 장치들은 빔 형성부(12)를 향한 표면(40)에서 시작하여 하우징 몸체안으 로 연장되고, 특히 하우징 몸체에 의해 측 방향에서 둘러싸이며 한정된다. 더욱 바람직하게는, 실장 장치들은, 하우징 몸체(27)에서 상기 표면(40)과 대향하며 빔 형성부(12)와 반대 방향에 있는 표면(44)까지 이어지며 형성된다.
캐리어부(1) 내에 또는 그에 인접하여, 특히 고정 부재들(11)에 형성되는 스페이서(spacer)(45)에 의해, 빔 형성부(12)와 반도체 칩(13)사이의 소정의 간격이 간단히 유지될 수 있다. 상기 스페이서는 가령 그에 대응되는 고정 부재들(11)의 돌출부로서 형성된다. 바람직하게는, 스페이서(45)는 광전자 소자(26) 위에, 특히 하우징 몸체 위에 안착된다.
광학 부재(14)가 광전자 소자(26)에 고정되는 것은 고정 부재들을 이용하고, 예컨대 실장 장치 내부에 배치된 접착제, 프레스 핏, 열 프레스 핏, 열 리벳, 프레스 핏 스템, 또는 열 프레스 핏 스템에 의해 이루어질 수 있다.
빔 형성부(12), 커버(33) 및 특히 반도체 칩(13) 사이에는 굴절률 맞춤층(47)이 배치되고, 상기 층은 가령 실리콘 겔을 포함하는데, 본문에서 상기 층은 상기 고정에 참여하지 않거나, 참여하더라도 근소하게 한다.
가령, 도 7 또는 도 8에 따른 복합 부품에 있어서, 특히 높은 복사력을 발생시키기 위해 매우 적합한 광전자 소자는 국제 특허 공개 WO 02/084749에 더욱 상세하게 기재되었으며, 이의 개시내용은 본 출원과 관련하여 명백하게 포함된다. 이러한 소자는 경우에 따라서 현저히 많이 손실된 열을 유도하기 위해, 전기적 연결선들 외에 열적(thermal) 연결선도 포함한다. 상기 열적 연결선은 별도로 납땜 접합될 수 있다. 바람직하게는, 상기 열적 연결선은 열 유도를 위해, 특히 상기 전기적 연결선들의 납땜면 맞은 편에서 보았을 때, 큰 면적으로 형성된다. 위에 기재된 바와 같으며 특히 남땜 안정성을 포함한 광학 부재는 상기 확대된 납땜면에 의해, 상기 소자를 포함한 복합 부품을 위해서는 더욱 장점이 된다.
본 발명은 실시예들의 기재 내용에만 제한되지 않는다. 오히려 본 발명은 새로운 특징들 및 그 특징들의 조합을 포괄하고, 특히, 특징들의 조합은 청구 범위에 포함된다. 비록 이러한 특징들 또는 조합이 그 자체로 명확하게 특허 청구 범위 또는 실시예들에 제공되지 않더라도 말이다.
본 특허 출원은 독일 특허 출원 2005년 12월 9일의 DE 10 2005 058 902.2 및 2006년 3월 8일의 DE 10 2006 010 729.2의 우선권을 주장하며, 이의 개시 내용은 본 특허 출원과 관련하여 명백하게 포함된다.

Claims (40)

  1. 광전자 소자(26) 및 이 광전자 소자에 고정되는 광학 부재(14)를 포함하는 복합 부품으로서,
    상기 광학 부재(14)는 캐리어부(1) 및 이 캐리어부 상에 몰딩되는 빔 형성부(12)를 포함하고, 상기 광학 부재(14)는 상기 캐리어부(1)와 빔 형성부(12)가 공통의 몰드에서 제조되는 다수 부품-캐스팅 방법을 이용하여 제조되며, 상기 빔 형성부(12)는 실리콘과 에폭시 수지를 포함하는 실리콘 하이브리드 물질을 포함하고, 하나 이상의 결합 부재(7a, 7b, 7c)가 상기 캐리어부(1) 내에 또는 그 위에 형성되며, 상기 빔 형성부(12)를 형성하도록 상기 캐리어부(1)에 몰딩되는 몰딩 컴파운드가 상기 결합 부재에 몰딩된 후에 부분적으로 또는 전체적으로 경화되어 상기 캐리어부(1)와 상기 빔 형성부(12) 사이에 기계적 안정성을 갖는 결합이 이루어지고 빔 형성부(12)는 경화 후에 인장력을 받는 것인 복합 부품.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 빔 형성부(12) 및 상기 캐리어부(1)는 서로 다른 물질들을 포함하는 것인 복합 부품.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 청구항 2에 있어서,
    상기 빔 형성부(12) 및 상기 캐리어부(1)는 서로 다른 플라스틱들을 포함하는 것인 복합 부품.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 캐리어부(1)는 열가소성 물질 및 열경화성 물질 중에서 선택된 어느 하나의 플라스틱을 포함하는 것인 복합 부품.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 하나 이상의 결합 부재(7a, 7b, 7c)는 융기부, 함몰부 및 홈 중에서 선택된 형성물을 하나 또는 복수 개 포함하는 것인 복합 부품.
  12. 청구항 1 또는 청구항 7에 있어서,
    상기 캐리어부(1)는 프레임 형태로 형성되는 것인 복합 부품.
  13. 청구항 1 또는 청구항 7에 있어서,
    상기 빔 형성부(12)는 캐리어부의 프레임의 구경(aperture)(5)을 측 방향(lateral)에서 덮는 것인 복합 부품.
  14. 삭제
  15. 청구항 1 또는 청구항 7에 있어서,
    상기 광학 부재(14)는 상기 광전자 소자(26) 위에 안착되기 위한 안착형 광학계로 형성되는 것인 복합 부품.
  16. 청구항 1에 있어서,
    상기 광전자 소자(26)는 광 투과면이 구비된 하우징 몸체(27)를 포함하고, 상기 광학 부재(14)는 상기 하우징 몸체(27)에 고정되는 것인 복합 부품.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 광학 부재(14)는 상기 캐리어부(1)를 이용하여 상기 하우징 몸체(27)에 고정되는 것인 복합 부품.
  18. 청구항 16 또는 청구항 17에 있어서,
    상기 캐리어부(1)는 상기 광전자 소자(26)에서 수신되거나 생성되는 광에 대해 비 투광성을 가지는 물질로 제조되는 것인 복합 부품.
  19. 청구항 16 또는 청구항 17에 있어서,
    상기 캐리어부(1) 및 상기 하우징 몸체(27)는 서로 열 팽창 계수가 맞춰짐으로써 캐리어부(1)와 하우징 몸체(27)의 열 팽창 계수들은 10% 이하의 차이를 갖는 것인 복합 부품.
  20. 청구항 16 또는 청구항 17에 있어서,
    상기 캐리어부(1) 및 상기 하우징 몸체(27)는 동일한 물질 조성을 갖는 것인 복합 부품.
  21. 청구항 1, 청구항 7 또는 청구항 16 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 캐리어부(1) 내에 또는 그에 인접하여 하나 또는 복수 개의 고정 부재들(11)이 형성되고, 이 때 상기 광전자 소자(26)는 상기 고정 부재들에 대응되는 하나 또는 복수 개의 실장 장치들(46)을 포함하며, 상기 광학 부재(14)가 상기 광전자 소자(26)에 고정되기 위해 상기 고정 부재들은 상기 실장 장치들과 맞물리는 것인 복합 부품.
  22. 청구항 16 또는 청구항 17에 있어서,
    상기 캐리어부(1)는 상기 하우징 몸체(27)을 덮는 것인 복합 부품.
  23. 청구항 16 또는 청구항 17에 있어서,
    상기 광학 부재(14)는 상기 하우징 몸체(27) 위에 씌워지는 것인 복합 부품.
  24. 청구항 16 또는 청구항 17에 있어서,
    상기 캐리어부(1)는 상기 하우징 몸체(27)를 측 방향(lateral)에서 둘러싸는 것인 복합 부품.
  25. 청구항 16 또는 청구항 17에 있어서,
    상기 광학 부재(14)는 상기 하우징 몸체(27)의 외부로부터 상기 하우징 몸체를 측 방향에서 한정하는 측면들(39, 41, 42, 43)에 고정되는 것인 복합 부품.
  26. 청구항 25에 있어서,
    상기 광학 부재(14)는 본딩제(bonding agent)(38)를 이용하여 상기 광전자 소자(26)에 고정되는 것인 복합 부품.
  27. 청구항 26에 있어서,
    상기 본딩제(38)는 상기 캐리어부(1)와 상기 하우징 몸체(27)의 측면들(39, 41, 42, 43) 사이에 배치되는 것인 복합 부품.
  28. 청구항 26에 있어서,
    상기 본딩제(38)는 상기 하우징 몸체(27)의 상기 빔 형성부(12)를 향한 표면을 따라 연장되고 상기 표면으로부터 상기 측면들(39, 41, 42, 43)을 따라 연장되어 이 측면들까지 도달하는 것인 복합 부품.
  29. 청구항 26에 있어서,
    상기 본딩제(38)는 상기 하우징 몸체(27)의 광 투과면으로부터 상기 측면들(39, 41, 42, 43)을 따라 연장되어 이 측면들까지 도달하는 것인 복합 부품.
  30. 청구항 26에 있어서,
    상기 본딩제(38)는 상기 빔 형성부(12)와 상기 하우징 몸체의 광 투과면 사이에 배치되는 굴절률 맞춤층을 형성하는 것인 복합 부품.
  31. 청구항 26에 있어서,
    상기 본딩제(38)는 실리콘 겔 또는 실리콘-하이브리드 물질을 포함하는 것인복합 부품.
  32. 광전자 소자(26) 및 이 광전자 소자에 고정되는 광학 부재(14)를 포함하며, 상기 광학 부재(14)는 캐리어부(1) 및 이 캐리어부 상에 몰딩되는 빔 형성부(12)를 포함하고, 상기 빔 형성부(12)는 실리콘과 에폭시 수지를 포함하는 실리콘 하이브리드 물질을 포함하고, 하나 이상의 결합 부재(7a, 7b, 7c)가 상기 캐리어부(1) 내에 또는 그 위에 형성되는 것인 복합 부품의 제조 방법으로서,
    a) 캐리어부(1)를 위한 성형체를 제조하는 단계; 및
    b) 상기 빔 형성부(12)를 위한 추가의 성형체를 상기 캐리어부(1)에 몰딩하는 단계를 포함하고,
    상기 광학 부재(14)는 상기 두 개의 성형체를 공통의 몰드에서 제조하는 다수 부품-캐스팅 방법을 이용하여 제조하고, 상기 빔 형성부(12)를 형성하도록 상기 캐리어부(1)에 몰딩되는 몰딩 컴파운드가 상기 결합 부재에 몰딩된 후에 부분적으로 또는 완전히 경화되고, 이때 상기 몰딩 컴파운드는 경화 시 캐리어부(1) 위에서 수축(shrink)됨으로써, 상기 경화 이후, 상기 캐리어부(1)와 상기 빔 형성부(12) 사이에 기계적 안정성을 갖는 결합이 이루어지고 빔 형성부(12)는 인장력을 받는 것인, 복합 부품의 제조 방법.
  33. 삭제
  34. 청구항 32에 있어서,
    상기 캐스팅 방법은 2 부품-사출 성형 방법인 것인 복합 부품의 제조 방법.
  35. 삭제
  36. 삭제
  37. 삭제
  38. 삭제
  39. 삭제
  40. 청구항 1에 있어서,
    상기 광전자 소자는 LED인 것인 복합 부품.
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