KR20140058562A - 개선된 광학계를 갖춘 광전자 모듈 - Google Patents

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수잔 샤트
미카엘 파일
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헤레우스 노블라이트 게엠베하
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Abstract

본 발명은 광전자 모듈(112), 특히 광전자 칩-온-보드 모듈(114)에 관한 것이다. 광전자 모듈(112)은 마운트(116)를 포함하며, 여기에서 마운트(116)는 2차원 설계를 갖는다. 또한, 광전자 모듈(112)은 마운트(116) 상에 배치되는 복수의 광전자 부품(116)을 포함한다. 광전자 모듈(110)은 또한 마운트(116) 상에 놓인 적어도 하나의 광학계(120), 특히 복수의 마이크로 광학 소자를 구비하는 마이크로 광학계를 구비한다. 광학계(120)는 광전자 부품(118)에 인접하는 적어도 하나의 1차 광학계(124)와 적어도 하나의 2차 광학계(138)를 구비한다.

Description

개선된 광학계를 갖춘 광전자 모듈{OPTOELECTRONIC MODULE WITH IMPROVED OPTICAL SYSTEM}
본 발명은 광전자 모듈, 광전자 장치, 광전자 모듈을 제조하기 위한 방법, 및 광전자 모듈의 사용에 관한 것이다. 그러한 광전자 모듈, 광전자 장치, 방법 및 사용은 자연 과학, 기술, 의학 및 일상 생활에 다양한 방식으로 채용될 수 있다. 본 발명이 그에 제한되지 않는 중요한 응용 분야는 예를 들어 재료 및/또는 물체를 건조 및/또는 경화시키기 위한 또는 피가공물의 광화학적 개질을 위한 공정 기술 분야에서의 그 사용이다. 대안적으로 또는 추가적으로, 후술되는 유형의 광전자 모듈 및 광전자 장치가 예를 들어 또한 가령 교통 공학 및/또는 건축 설비의 조명 분야에 사용될 수 있다.
특히, 본 발명은 칩-온-보드(chip-on-board) 모듈로 불리우는 것으로서 전체적으로 또는 부분적으로 설계되는 광전자 모듈에 관한 것이다. 그러한 칩-온-보드 모듈은 칩-온-보드 기술(CoB)로 불리우는 것에 따라 전체적으로 또는 부분적으로 제조될 수 있는 모듈이다. 칩-온-보드 기술에 따르면, 하나 이상의 비하우징된(unhoused) 반도체 부품(반도체 칩)이 기판, 예를 들어 인쇄 회로 기판 또는 다른 유형의 상호 접속 장치에 직접 실장된다. 일반적으로, 칩-온-보드 모듈의 용어는 따라서 적어도 하나의 기판과 기판에 실장되는 적어도 하나의 비하우징된[네이키드(naked)] 반도체 부품을 포함하는 전자 조립체와 관련된다. 예를 들어, 그러한 칩-온-보드 모듈은 발광 소자로서, 고성능 램프로서(예를 들어, 고성능 UV LED 램프로서), 태양광 모듈로서, 센서로서, 또는 임의의 다른 방식으로 사용된다. 특히, 제시된 광전자 모듈은 복수의 광전자 부품을 갖춘 광전자 칩-온-보드 모듈이다. 본 발명의 범위 내에서, 그것에 사용되는 광전자 부품은 예를 들어 전적으로는 아니지만 평면 기판, 특히 금속, 세라믹 또는 실리콘으로 제조되는 기판, 금속-코어 또는 FR4 인쇄 회로 기판, 유리 기판, 플라스틱 기판, 금속 매트릭스 복합 재료, 또는 유사한 기판상의 칩-온-보드 모듈 내에 배치되는, 특히 칩 또는 다른 부품 형태의 발광 다이오드(LED) 및/또는 포토다이오드일 수 있다. 이들 칩-온-보드 모듈은 기계적 손상 및 부식으로부터 보호되어야 한다. 이를 달성하기 위해, 최대한 간편하고 간단한 해법을 찾으려고 시도된다.
보통 칩-온-보드 모듈 상의 하우징 형태의 보호물이 비용 및 기술 면에서 복잡하기 때문에, 플라스틱-기반 포팅(potting) 재료에 의한 모든 또는 복수의 부품의 평면 포팅이 그러한 칩-온-보드 모듈을 보호하기 위한 실용적인 선행 기술의 대안으로 알려져 있다. 솔더 트랙(solder track) 및 접촉 요소와 같은 다른 기능 부품과 함께, 칩-온-보드 모듈 내의 광전자 부품과 평면 기판이 코팅에 의해 기계적 손상 및 부식으로부터 보호될 수 있다.
또한, 광전자 모듈의 지향성(directivity)이 많은 용용을 위해 중요한 역할을 한다. 광전자 부품에 대해, 지향성은 일반적으로 보통 주 방향으로의, 즉 광전자 부품의 광축을 따른 감도 및/또는 세기와 관련되는, 수신된 또는 전송된 파의 강도의 각도 의존성을 표현한다. 특히, 광전자 모듈의 방사 세기 및/또는 지향 특성이 보통 하나 이상의 발광 다이오드를 광전자 부품으로서 포함하는 광전자 모듈에서 중요한 역할을 한다. 이러한 지향 특성은 지향성의 특수한 형태이고, 이 경우에 특히 적외선, 자외선 또는 가시광의 형태로 방출되는 전자기파의 세기 및/또는 전자기장의 각도 의존성을 표현한다. 칩-온-보드 모듈은 발광 다이오드가 높은 패키징 밀도로 기판상에 적용되어 방사 세기를 증가시킬 수 있다는 점에서 유리하다. 그러나, 많은 경우에, 광전자 부품의 지향 특성에 영향을 주기 위해 추가의 광학계가 사용된다. 발광 광전자 모듈과 감광성 광전자 모듈에 대해, 이러한 광학계는 예를 들어 하나 이상의 렌즈계, 예를 들어 마이크로렌즈 시스템으로 불리우는 것일 수 있다. 렌즈계는 그 측방향 연장 범위가 1 밀리미터 이하 범위 내지 10분의 1 미터 범위에 있을 수 있는 하나 이상의 빔-형성 요소를 포함할 수 있다. 이들 마이크로렌즈 시스템의 광학 활성 범위 내에, 예를 들어 1 밀리미터 이하 범위 내의 구조체가 있을 수 있다.
광전자 부품 사이에 요구되는 거리가 짧다는 사실로 인해, 특히 칩-온-보드 모듈에 통상적으로 사용되는 짧은 피치(이웃한 광전자 부품 사이의 중심간 거리)로 인해, 빔-형성 마이크로렌즈를 예를 들어 적절한 포팅 재료에 의해 개별 광전자 부품, 예를 들어 발광 다이오드의 어레이(array)의 개별 발광 다이오드 위에 구현하는 것을 허용하는 단지 몇몇 알려진 방법만이 존재한다.
예를 들어, 본 출원의 출원인의 회사로부터의 공개된 문헌 DE 10 2010 044 470은 하나 이상의 광전자 부품이 실장된 평면 기판을 포함하는 광전자 칩-온-보드 모듈을 코팅하기 위한 방법을 기술한다. 여기에서, 하나 이상의 실리콘으로 구성되는 투명한 UV-저항성 및 내온성(temperature-resistant) 코팅이 사용된다. 이 방법에 따르면, 코팅될 기판이 제1 온도로 예열된다. 또한, 기판의 코팅될 영역 또는 부분 영역을 둘러싸는 뱅크(bank)가 적용된다. 이 뱅크는 제1 온도에서 경화되는 제1 열 경화성, 고 반응성 실리콘으로 전체적으로 또는 부분적으로 구성된다. 이러한 제1 실리콘이 예열된 기판에 적용된다. 또한, 뱅크에 의해 둘러싸인 기판의 영역 또는 부분 영역이 액체 제2 실리콘으로 충전되고, 제2 실리콘이 경화된다. 여기에서, 속경성(quickly hardening) 렌즈를 특히 제1 실리콘에 의해 기판의 개별 부품상에 적용하는 것도 또한 가능하다. 이 방식으로, 마이크로렌즈 시스템을 형성하는 것도 또한 가능하다.
또한, 역시 본 출원의 출원인의 회사에서 발명한, 마찬가지로 공개된 문헌인 DE 10 2010 044 471로부터 광전자 칩-온-보드 모듈을 코팅하기 위한 방법이 알려져 있다. 이번에도, 광전자 칩-온-보드 모듈은 하나 이상의 광전자 부품이 실장되는 평면 기판을 포함하고, 실리콘으로 구성되는 투명한 UV-저항성 및 내온성 코팅을 포함한다. 이 방법은 상부에서 개방되는 그리고 기판의 외부 치수와 일치하거나 그것을 초과하는 외부 치수를 포함하는 몰드 내로 액체 실리콘을 포팅하는 방법 단계를 포함한다. 또한, 기판이 몰드 내로 도입되며, 여기에서 광전자 부품 또는 광전자 부품들이 실리콘 내로 완전히 침지된다. 후속 방법 단계에서, 실리콘이 경화되고, 광전자 부품 및 기판과 가교된다. 또한, 경화된 실리콘으로 구성되는 코팅을 구비하는 기판이 몰드로부터 제거된다.
또한, 각각의 LED로부터의 발산 광을 집속(converging)시키기 위한 렌즈 어레이를 포함하는 LED 어레이가 US 7,819,550 B2로부터 알려져 있다. 렌즈 각각은 평평한 섹션과 2개의 만곡된 섹션을 포함한다. 렌즈는 발광 다이오드 위에서 만곡되지 않는다.
백색광 LED를 제조하기 위한 방법이 US 2007/0045761 A1으로부터 알려져 있다. 여기에서, 청색광을 방출하는 LED가 사용되고, 광을 변환시키는 인이 사용된다. 특히, 상기 문헌은 또한 분위기에 대한 시일을 제공하는 주조 공정에 의해 제조되는 광학계가 발광 다이오드 위에 형성되는 것을 기술한다.
또한, 발광 다이오드를 압축 주조 방법에 의해 봉지하기 위한 방법이 US 2010/0065983 A1으로부터 알려져 있다. 여기에서, 주조 공정 중 밀봉을 위한 테이프가 사용된다.
원칙적으로, 반사기를 광학 부품으로서 사용하는 것도 또한 알려져 있다. 예를 들어, US 7,638,808은 LED 어레이를 위한 마이크로반사기의 사용을 기술한다. 여기에서, LED가 그것 내로 삽입되는 캐비티를 구비하는 기판이 사용된다. 이들 캐비티의 측벽은 그 설계가 조절될 수 있는 반사기의 역할을 한다. 이 문헌은 또한 캐비티를 밀폐시키기 위한 추가의 빔-형성 포팅 공정의 사용을 기술한다.
전술된 그리고 알려진 광전자 모듈에 대해 달성된 개선에도 불구하고, 여전히 개선된 지향성을 갖는 광전자 모듈이 요구되고, 특히 특정 응용을 위해 높은 방사 세기를 갖는 광전자 모듈이 요구된다. 특히, 높은 균질성 요건이 동시에 충족되고 에지 영역에서 충분히 급격한 강하가 나타날 수 있는, 나란히 실장될 수 있는 그리고 그 조명 프로파일이 조절가능한 거리에서 높은 방사 세기를 가질 수 있는 효율적인 광원이 요구된다. 그러한 광전자 모듈, 특히 발광 다이오드의 모듈은 인쇄 색상 및 잉크의 이미지의 균일한 그리고 고품질 건조에 도달하기 위해 인쇄 산업의 산업 생산에서 리소그래피 응용에 요구된다. 높은 방사 세기, 예를 들어 보통 100 mW/cm2를 초과하는, 전형적으로는 1-20 W/cm2, 최대 100 W/cm2인 방사 세기가 보통 최대한 소형이고 에너지-효율적인 광원으로 높은 공정 속도에 도달하기 위해 요구된다.
따라서, 본 발명의 목적은 알려진 방법의 단점을 적어도 상당히 배제하는 그리고 전술된 요건을 적어도 상당히 충족시키는 광전자 모듈을 제공하는 것이다. 특히, 본 발명의 목적은 발광 모듈로서 구성될 때, 병렬-실장(side-by-side-mounting) 광원으로서 사용될 수 있는 높은 효율 및 방사 세기를 포함하는 그리고 높은 균질성과 바람직하게는 에지 영역에서 충분히 급격한 강하를 갖는 조명 프로파일을 포함하는 광전자 모듈을 제공하는 것이다.
이 목적은 독립항의 특징을 갖는 광전자 모듈, 광전자 장치, 방법 및 사용에 의해 해소된다. 단독으로 또는 조합되어 구현될 수 있는 본 발명의 유리한 개선이 종속항에 제시된다.
광전자 모듈이 본 발명의 제1 태양에 따라 제시된다. 일반적으로, 광전자 모듈은 유닛으로서 취급될 수 있는 그리고 적어도 하나의 광전자 부품, 예를 들어 발광 전자 부품 및/또는 감광성 전자 부품을 포함하는 조립체로서 이해되어야 한다. 광전자 모듈은 특히 위에 언급된 정의에 따라 광전자 칩-온-보드 모듈로서 설계될 수 있다.
광전자 모듈은 평면 설계(planar design)를 갖는 기판을 포함한다. 본 발명의 전반적인 범위 내에서, 기판은 하나 이상의 전자, 특히 하나 이상의 광전자 부품을 수용하도록 확립되는 요소로서 이해되어야 한다. 특히, 기판은 선행 기술에 관하여 전술된 유형에 따라 설계될 수 있고, 특히 언급된 유형에 따른 하나 이상의 상호 접속 장치를 포함할 수 있다. 평면 설계는 적어도 하나의 표면에 광전자 부품, 특히 비하우징된 칩이 실장될 수 있는 설계, 예컨대 평평한 또는 약간 만곡된 표면상에 하나 이상의 광전자 부품, 특히 하우징이 없는 하나 이상의 광전자 칩이 적용될 수 있는 설계로서 이해되어야 한다. 예를 들어, 평면 기판은 예를 들어 인쇄 회로 기판으로서 전체적으로 또는 부분적으로 평평하게 설계될 수 있다.
또한, 광전자 모듈은 기판상에 배치되는 복수의 광전자 부품을 포함한다. 특히, 이들 광전자 부품은 칩-온-보드 기술로 기판상에 배치될 수 있다. 광전자 부품은 전술된 바와 같이 적어도 하나의 광전자 기능, 예를 들어 발광 및/또는 감광 기능을 수행하는 부품으로서 이해되어야 한다. 특히, 광전자 부품은 발광 다이오드 및 포토다이오드로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 광전자 부품은 특히 하나 이상의 비하우징된 칩을 포함할 수 있다. 따라서, 복수의 광전자 부품은 특히 광전자 부품의 어레이, 즉 복수의 광전자 부품이 하나 이상의 열로 기판상에 적용되는 배열을 포함할 수 있다. 예를 들어, 이러한 어레이는 적어도 하나의 행(row) 및/또는 적어도 하나의 열(column)을 갖는 또는 복수의 행과 열을 갖는 직사각형 매트릭스를 포함할 수 있다. 여기에서, 행 및/또는 열은 적어도 2개의, 바람직하게는 적어도 3개, 4개 또는 그 초과의 광전자 부품의 선형 배열로서 이해되어야 한다. 그것은 복수의 광전자 부품이 바람직하게는 발광 다이오드 및/또는 포토다이오드의 직사각형 매트릭스를 포함할 수 있음을 의미한다. 그러나, 원칙적으로, 다른 실시 형태, 예를 들어 복수의 광전자 부품이 기판상에 불규칙적으로 배치되고/배치되거나 비-직사각형 매트릭스로 기판상에 배치되는 실시 형태도 또한 실현가능하다.
또한, 광전자 모듈은 기판상에 적용되는 적어도 하나의 광학계를 포함한다. 이러한 광학계는 하나 이상의 광학 소자를 포함할 수 있다. 특히, 상기 광학계는 복수의 마이크로 광학 소자를 갖춘 마이크로 광학계일 수 있다. 일반적으로, 광학 소자는 1 밀리미터 이하 범위 내지 10분의 1 미터 범위의 측방향 연장 범위를 포함할 수 있다. 수개의 광학 소자, 최대 복수의 그러한 광학 소자를 포함할 수 있는 완전한 광학계는 예를 들어 1 밀리미터 이하의 범위 내지 1 미터 이상의 범위의 측방향 치수, 예를 들어 직경 또는 등가 직경을 가질 수 있다. 광학계는 광전자 부품에 인접한 적어도 하나의 1차 광학계와 적어도 하나의 2차 광학계를 포함한다.
본 발명의 범위 내에서, 광학계는 여기에서 일반적으로 광 빔에 집속 및/또는 시준 및/또는 산란 효과를 주는 요소로서 이해되어야 한다. 이러한 광학계의 적어도 하나의 요소는 광학 소자로도 불리운다. 예를 들어, 광학계는 적어도 하나의 렌즈, 예를 들어 적어도 하나의 마이크로렌즈를 포함할 수 있다. 전술된 바와 같이, 렌즈는 일반적으로 예를 들어 1 밀리미터 이하 범위 내지 10분의 1 미터 범위의 측방향 연장 범위를 가질 수 있다. 적어도 하나의 렌즈는 예를 들어 적어도 하나의 집속 렌즈 및/또는 적어도 하나의 산란 렌즈 및/또는 적어도 하나의 반사기, 예를 들어 집속 및/또는 산란 효과를 갖는 거울(mirror)을 포함할 수 있다.
따라서, 1차 광학계는 광로 상에서 적어도 하나의 광전자 부품에 바로 인접하는 광학계로서 이해되어야 하며, 그 결과 광전자 부품으로부터 출사하는 광이 직접 1차 광학계에 입사하거나, 또는 그 결과 광학 부품에 입사하는 광이 그것이 광전자 부품에 입사하기 직전에 1차 광학계를 통과한다. 1차 광학계는 하나 이상의 1차 광학 소자를 포함할 수 있다. 예를 들어, 1차 광학계는 적어도 하나의 광전자 부품상에 직접 놓이거나 광전자 부품이 그것 내에 전체적으로 또는 부분적으로 매립되는 하나 이상의 렌즈, 특히 마이크로렌즈를 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 1차 광학계는 광전자 부품으로부터 출사하는 광을 반사하고 여기에서 시준하거나 산란시키는 또는 광전자 부품에 입사하는 광을 시준하거나 산란시키는 하나 이상의 반사기를 포함할 수 있다. 이것은 1차 광학계의 용어가 어떠한 추가의 광학 부품도 1차 광학계와 광전자 부품 사이에 배치됨이 없이 광로 상에서 광전자 부품에 인접하는 적어도 하나의 빔-형성 요소를 특징지음을 의미하며, 여기에서 1차 광학계의 용어는 추가의 광학계, 특히 2차 광학계의 존재 여부와 관계없이 사용된다.
따라서, 2차 광학계는 2차 광학계와 적어도 하나의 광전자 부품 사이의 광로 상에서, 광이 적어도 하나의 추가의 광학계, 즉 적어도 하나의 추가의 광학 소자를 통과하여야 하도록 광전자 칩-온-보드 모듈 내에 배치되는 광학계로서 이해되어야 한다. 예를 들어, 광전자 부품으로부터 출사하는 광이 초기에 1차 광학계를 통과한 후에 광이 2차 광학계를 통과할 수 있다. 대안적으로, 광전자 부품에 입사하는 광이 초기에 2차 광학계에 이어서 1차 광학계를 통과한 후에 광이 마지막으로 광전자 부품에 입사할 수 있다. 2차 광학계는 하나 이상의 2차 광학 소자, 예를 들어 하나 이상의 반사기 및/또는 하나 이상의 렌즈를 포함할 수 있다.
예를 들어, 적어도 하나의 1차 광학계는 적어도 하나의 렌즈, 특히 복수의 렌즈, 특히 마이크로렌즈를 포함할 수 있다. 예를 들어, 광전자 칩-온-보드 모듈은 매트릭스 및/또는 어레이, 예를 들어 발광 다이오드의 어레이 및/또는 포토다이오드의 어레이로 배치되는 복수의 광전자 부품을 포함할 수 있다. 이러한 복수의 광전자 부품은 예를 들어 각각의 광전자 부품 또는 일군의 광전자 부품이 1차 광학계의 정확히 하나의 부품 및/또는 그것에 할당되는 1차 광학계의 하나의 규정된 군의 부품을 구비하도록 그것에 할당되는 1차 광학계의 복수의 요소를 구비할 수 있다. 예를 들어, 정확히 하나의 렌즈가 각각의 광전자 부품상에 놓일 수 있거나, 또는 일군의 광전자 부품을 위한 공통 렌즈가 이러한 군상에 놓일 수 있거나, 또는 광전자 부품이 그것에 할당되는 일군의 렌즈를 구비할 수 있다. 실시예가 아래에서 더욱 상세히 예시될 것이다.
예를 들어, 적어도 하나의 2차 광학계는 적어도 하나의 반사기 및/또는 적어도 하나의 렌즈를 포함할 수 있다. 예를 들어, 2차 광학계의 요소는 이번에도 예를 들어 광전자 부품의 어레이의 각각의 요소 또는 일군의 요소가 이번에도 그것에 할당되는 2차 광학계의 하나 이상의 요소를 구비함으로써 광전자 부품에 할당될 수 있다. 예를 들어, 2차 광학계는 적어도 하나의 렌즈 및/또는 적어도 하나의 반사기, 예를 들어 가령 매트릭스 및/또는 어레이로 배치될 수 있는 복수의 오목 거울을 포함할 수 있다. 예를 들어, 각각의 오목 거울은 예를 들어 광전자 부품이 전체적으로 또는 부분적으로 오목 거울 내에 배치됨으로써 그것에 할당되는 광전자 부품 및/또는 일군의 광전자 부품을 구비할 수 있다. 실시예가 아래에서 더욱 상세히 예시될 것이다.
바람직한 실시 형태에서, 1차 광학계는 렌즈계, 특히 마이크로렌즈 시스템, 가장 바람직하게는 렌즈 어레이; 반사기 시스템, 특히 마이크로반사기 시스템, 가장 바람직하게는 반사 표면을 갖춘 복수의 함몰부를 구비하는 반사기 시스템으로 이루어진 군으로부터 선택되며, 여기에서 광전자 부품 중 하나 이상이 함몰부 각각 내로 도입된다. 본 발명의 범위 내에서, "마이크로"는 1 밀리미터 이하 범위의 측방향 연장 범위를 갖는 하나 이상의 광학 활성 영역, 예를 들어 회절, 산란, 시준, 집속 또는 확산 영역을 포함하는 요소를 위한 표현으로서 사용된다. 그러나, 요소의 총 연장 범위는 1 밀리미터 이하 범위 내지 미터 범위일 수 있다.
특히, 2차 광학계는 반사기 및 렌즈로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있는 하나 이상의 2차 광학 소자를 포함할 수 있다. 복수의 2차 광학 소자가 제공되면, 이것들은 이미 전술된 바와 같이 특히 어레이로 배치될 수 있다. 본 발명의 범위 내에서, 어레이와 매트릭스는 적어도 상당히 동의어로 사용되는 용어이다. 적어도 하나의 2차 광학 소자가 광전자 부품 또는 일군의 광전자 부품에 할당될 수 있다.
본 발명의 범위 내에서, 광전자 부품에 대한 광학 소자의 또는 그 역의 할당은 여기에서 일반적으로 광전자 부품으로부터 출사하는 광이 할당된 광학 소자를 통과하도록 또는 광전자 부품에 입사하는 광이 입사 전에 광학 소자를 통과하도록 이루어지는 공간 배열로서 이해된다. 특히, 이러한 할당은 광학 소자가 할당된 광전자 부품 위에 또는 아래에 배치되도록 공간적으로 설계될 수 있다.
가능성 있는 실시 형태에서, 2차 광학계는 복수의 광전자 부품, 특히 복수의 광전자 부품 및 할당된 1차 광학 부품에 할당되는 2차 광학 소자를 포함할 수 있다. 예를 들어, 2차 광학계의 반사기 및/또는 렌즈가 복수의 광전자 부품에 할당될 수 있다. 광전자 모듈은 복수의 그러한 2차 광학 소자를 포함할 수 있으며, 이때 복수의 광전자 부품이 상기 2차 광학 소자 각각에 할당된다. 예를 들어, 이들 2차 광학 소자는 어레이로 배치될 수 있다.
특히, 적어도 하나의 2차 광학 소자는 반사 표면을 갖춘 함몰부를 구비하는 반사기를 포함할 수 있으며, 여기에서 2차 광학 소자에 할당되는 적어도 하나의 광전자 부품이 전체적으로 또는 부분적으로 함몰부 내로 도입된다. 광전자 부품에 더하여, 광전자 부품에 할당되는 적어도 하나의 1차 광학 소자가 전체적으로 또는 부분적으로 함몰부 내로 도입될 수 있다. 예를 들어, 광전자 부품은 각각 1차 광학 소자로서 하나 이상의 렌즈를 포함할 수 있으며, 여기에서 광전자 부품 및 할당된 1차 광학 소자의 군이 예를 들어 2차 광학 소자의 함몰부 내로 도입된다. 복수의 그러한 2차 광학 소자가 예를 들어 복수의 그러한 함몰부의 어레이의 형태로 광전자 모듈 상에 제공될 수 있다.
적어도 하나의 반사기에 대한 대안으로서 또는 그것에 더하여, 적어도 하나의 2차 광학 소자는 렌즈를 포함할 수 있다. 하나의 광전자 부품 또는 복수의 광전자 부품이 2차 광학 소자에 할당되면, 렌즈는 여기에서 예를 들어 할당된 광전자 부품을 덮을 수 있다. 또한, 광전자 부품에 할당되는 적어도 하나의 1차 광학 소자가 렌즈에 의해 덮일 수 있다. 복수의 그러한 2차 광학 소자는 이번에도 예를 들어 복수의 그러한 렌즈의 어레이의 형태로 광전자 모듈 상에 제공될 수 있다.
특히, 광전자 모듈은 광전자 부품이 1차원 또는 2차원 어레이로 배치되도록 설계될 수 있다. 따라서, 1차 광학계의 광학 소자 및/또는 2차 광학계의 광학 소자도 또한 1차원 또는 2차원 어레이로 배치될 수 있다. 이러한 어레이는 예를 들어 광전자 부품의 어레이로서 1차원 또는 2차원으로 동일한 피치를 포함할 수 있다. 여기에서, 피치는 1차원으로 어레이의 이웃한 셀(cell)의 중심점 사이의 간격, 예를 들어 이웃한 광전자 부품의 중심점 사이의 간격으로서 이해된다. 1차원 또는 2차원으로 동일한 피치에 대한 대안으로서 또는 그것에 더하여, 1차 광학계 및/또는 2차 광학계의 광학 소자의 어레이의 피치는 예를 들어 또한 1차원 또는 2차원으로 광전자 부품의 어레이의 피치의 정수 배수 또는 정수 약수(integer divisor)일 수 있다. 다른 개선도 또한 실현가능하다.
특히, 1차 광학계는 복수의 1차 광학 소자를 포함할 수 있으며, 여기에서 어레이의 하나의 광전자 부품 또는 일군의 광전자 부품이 1차 광학 소자 또는 일군의 1차 광학 소자에 할당된다. 특히, 하나의 1차 광학 소자가 각각의 광전자 부품에 할당될 수 있다. 특히, 광전자 부품과 1차 광학 소자는 각각 광축을 포함할 수 있으며, 여기에서 광축은 하기의 방식으로 이루어진 군으로부터 선택되는 방식으로 서로 정렬될 수 있다: 광축이 일치하는 방식; 광축이 서로 평행하게 편위되는 방식; 광축이 서로에 대해 경사지는 방식. 특히, 광축의 정렬은 어레이 내에서 변할 수 있으며, 그 결과 예를 들어 광전자 부품 및 할당된 1차 광학 소자의 쌍이 어레이 내에 제공되며, 여기에서 광축의 제1 정렬이 적어도 하나의 제1 쌍에 존재하고, 제1 정렬과 상이한 제2 정렬이 적어도 하나의 제2 쌍에 존재한다.
1차 광학 요소가 어레이로 배치되면, 어레이 내에서의 1차 광학 소자의 지향성은 특히 일정할 수 있거나, 또는 그것은 또한 변할 수 있다. 본 발명의 범위 내에서, 지향성은 여기에서 일반적으로 수신된 또는 전송된 전자기파, 특히 가시 및/또는 적외선 및/또는 자외선 스펙트럼 범위의 광의 각도 의존성으로서 이해될 수 있다. 예를 들어, 이러한 각도 의존성은 전자기파의 전자기장에 관련될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 각도 의존성은 예를 들어 또한 세기 및/또는 에너지 밀도 및/또는 전자기파의 강도를 특징짓는 다른 물리적 변수에 관련될 수 있다. 예를 들어, 지향성은 예를 들어 광전자 부품의 광축, 예를 들어 수직 및 중심 방식으로 광전자 부품의 민감성 및/또는 방출 활성 표면을 통해 연장되는 축에 평행한 주 방향으로의 강도에 관하여 특정될 수 있다. 특히, 지향성은 광전자 부품이 발광 부품, 예를 들어 발광 다이오드 형태의 하나 이상의 광전자 부품을 포함하면 지향 특성을 포함할 수 있다. 예를 들어, 이러한 지향 특성은 광학 소자 및/또는 광전자 부품의 전방에 사전규정된 거리를 두고 그리고 가변 각도로 배치되는 적절한 센서에 의해 측정될 수 있으며, 여기에서 방출 강도의 연속적인 또는 불연속적인 측정, 예를 들어 세기의 측정이 상이한 각도에서 수행된다. 이 방식으로, 예를 들어, 측정치의 적절한 극선도에 의해 지향성을 나타내는 것이 가능하다. 그러한 측정 방법은 조명 기술 분야로부터 당업자에게 알려져 있다. 원칙적으로, 사용되는 방법의 정확한 실시 형태는 여기에서 본 발명에 중요하지 않은데, 왜냐하면 단지 마이크로렌즈의 지향성의 비교만이 이루어지기 때문이다.
광학 소자, 예를 들어 렌즈, 특히 마이크로렌즈의 지향성은 특히 광학 소자에 할당되는 광전자 부품, 예를 들어 발광 다이오드와 협동하여 이루어지는 광학 소자의 지향성으로서 이해될 수 있다. 전술된 바와 같이, 광학 소자는 특히 각각 복수의 광전자 부품 중 하나 이상의 광전자 부품에 할당될 수 있으며, 그 결과 예를 들어 1차 광학계의 정확히 하나의 렌즈가 각각의 광전자 부품 위에 배치된다. 따라서, 1차 광학 소자의 지향성은 광전자 부품과 할당된 1차 광학 소자로 구성되는 군의 지향성으로서 이해되어야 한다.
1차 광학 소자의 지향성은 예를 들어 개각(opening angle)에 관하여, 예를 들어 방출 각도에 관하여 서로 상이할 수 있다. 예를 들어, 방출 각도는 최대 광 세기의 절반을 갖는 측방향 점에 의해 형성되는 각도로서 이해될 수 있다. 그러나, 지향성을 비교하기 위해 지향성의 다른 특성을 사용하는 것도 또한 가능하다.
특히, 1차 광학 소자의 어레이는 그 지향성이 서로 상이한 적어도 2개의 1차 광학 소자를 포함할 수 있다. 예를 들어, 그 지향성이 서로 상이한 적어도 2개의 1차 광학 소자는 어레이, 예를 들어 1차 광학계의 렌즈 어레이의 내부 영역에 그리고 어레이, 예를 들어 렌즈 어레이의 에지에 배치될 수 있다. 예를 들어, 1차 광학계는 렌즈, 예를 들어 마이크로렌즈의 1차원 또는 2차원 매트릭스 형태의 렌즈 어레이, 특히 마이크로렌즈 어레이를 포함할 수 있다. 예를 들어, 렌즈 어레이의 에지에 배치되는 렌즈는 여기에서 렌즈 어레이의 내부 영역에 배치되는 렌즈와 상이한 지향성을 포함할 수 있다. 선형 매트릭스의 경우에, 이러한 에지는 예를 들어 각각 최외측 렌즈로 구성될 수 있다. 2차원 매트릭스의 경우에, 에지는 렌즈 어레이의 에지에 배치되는 렌즈의 라인 또는 프레임을 포함할 수 있다. 이들 에지는 그 지향성에 관하여 렌즈 어레이의 내부 영역에, 즉 에지 옆에 배치되는 적어도 하나의 렌즈와 상이할 수 있다. 여기에서, 렌즈 어레이의 렌즈는 적어도 2개의 군의 렌즈가 제공되도록 설계될 수 있으며, 여기에서 적어도 하나의 제1 군의 렌즈는 제1 지향성을 포함하고, 적어도 하나의 제2 군의 렌즈는 적어도 하나의 제2 지향성을 포함하며, 제1 지향성과 제2 지향성은 서로 상이하다. 여기에서, 렌즈계는 지향성의 단계적인 변화를 포함할 수 있으며, 그 결과 예를 들어 지향성은 렌즈계의 내부 영역으로부터 렌즈계의 에지를 향해 연속적으로 또는 불연속적으로 변화한다. 여기에서, 2개 이상의 변화 단계가 제공될 수 있다.
1차 광학계가 복수의 반사기, 예를 들어 마이크로반사기를 포함하면, 지향성이 유리한 방식으로 설계될 수 있다. 이때 렌즈에 관하여 전술된 바가 반사기에 유사하게 적용가능하며, 그 결과 1차 광학계는 이번에도 상이한 지향성을 갖는 적어도 2개의 반사기를 포함할 수 있다.
특히, 광전자 모듈은 광전자 부품, 특히 광전자 부품의 어레이가 기판의 에지로부터 10　mm 이하, 더욱 바람직하게는 5　mm 이하, 가장 바람직하게는 3　mm 이하만큼 이격되도록 설계될 수 있다. 이는 또한 광학계의 광학 소자, 예를 들어 1차 광학계의 광학 소자 및/또는 2차 광학계의 적어도 하나의 광학 소자에 상응하게 적용된다. 바람직하게는, 이들 광학 소자도 또한 기판의 에지로부터 10　mm 이하, 더욱 바람직하게는 5　mm 이하, 가장 바람직하게는 3　mm 이하만큼 이격될 수 있다. 이러한 이격은 예를 들어 광전자 장치를 예를 들어 1차원 또는 2차원으로 획득하기 위해 복수의 광전자 모듈을 나란히 실장하는 것을 허용하며, 그 결과 광전자 모듈 사이의 전이부에서, 이웃한 모듈의 광전자 부품 사이에 어떠한 갭도 존재하지 않거나 단지 작은 갭만이 존재할 것이다.
따라서, 광전자 장치가 본 발명의 제2 태양에 따라 제시된다. 이러한 광전자 장치는 하나 또는 두 공간 방향으로 나란히 실장되는 본 발명에 따른 복수의 광전자 모듈을 포함한다. 예를 들어 이러한 병렬 실장은 하나의 평면 내에서 이루어질 수 있으며, 그 결과 예를 들어 광전자 모듈의 기판이 하나의 평면 내에 배치되며, 여기에서 예를 들어 광이 동일한 방출 방향으로 방출될 수 있다. 예를 들어, 광전자 장치는 전체적으로 또는 부분적으로 광원으로서 설계될 수 있다. 다른 개선도 또한 실현가능하다. 나란히 실장되는 광전자 모듈 외에도, 광전자 장치는 또한 하나 이상의 추가의 부품, 예를 들어 활성화 유닛 및/또는 하우징을 포함할 수 있으며, 여기에서 하우징은 예를 들어 전체적으로 또는 부분적으로 광전자 모듈을 둘러싼다.
본 발명의 다른 태양은 본 발명에 따른 광전자 모듈의 제조를 위한 방법을 제시한다. 광전자 모듈의 가능한 실시 형태에 관하여, 위의 설명 또는 또한 여전히 아래에서 더욱 상세히 설명될 예시적인 실시 형태가 참조될 수 있다. 이 방법에 따르면, 광학계는 특히 주조 방법을 사용하여, 광학계의 적어도 하나의 성형가능한 출발 재료가 광전자 부품과 접촉한 다음에 몰딩되고 경화될 수 있도록 적어도 부분적으로 제조된다. 이 방식으로, 특히 적어도 하나의 1차 광학계 및/또는 적어도 하나의 2차 광학계를 적어도 하나의 성형가능한 출발 재료에 의해 전체적으로 또는 부분적으로 제조하는 것이 가능하다. 이 방식으로, 예를 들어 1차 광학계의 렌즈 어레이 및/또는 2차 광학계의 하나 이상의 렌즈, 예를 들어 이번에도 렌즈 어레이를 성형가능한 출발 재료에 의해 제조하는 것이 가능하다. 여기에서, 예를 들어 특히 광학계, 예를 들어 1차 광학계 및/또는 2차 광학계를 형성하는 적어도 하나의 몰드에 의해 하나 이상의 비가압 또는 가압 주조 방법이 사용될 수 있다. 원칙적으로, 예를 들어 투명하거나 경화될 수 있는 하나 이상의 플라스틱 재료가 특히 성형가능한 출발 재료로서 사용될 수 있다. 여기에서 언급될 수 있는 예는 에폭시드 및/또는 실리콘이다. 그러나, 원칙적으로, 다른 재료도 또한 사용될 수 있다.
광전자 모듈의 제조를 위한 제시된 방법은 본질적으로 광전자 모듈 또는 그 부분, 예를 들어 광학계 또는 그 부분을 제조하기 위해 알려진 방법을 사용하는 것을 허용한다. 예를 들어, 전술된 알려진 선행 기술 방법이 1차 광학계 및/또는 2차 광학계를 제조하기 위해 사용될 수 있다. 특히, DE 10 2010 044 470 및/또는 DE 10 2010 044 471에 기술된 방법이 본 발명에 따른 광전자 모듈 또는 그 부분, 예를 들어 1차 광학계 및/또는 2차 광학계를 제조하기 위해 사용될 수 있다. 따라서, 본 발명의 범위 내에서, 이들 제조 방법이 전체적으로 참조된다.
예를 들어, 기판이 초기에 제1 온도로 예열되는 방법이 사용될 수 있다. 이어서, 제1 온도에서 경화되는 제1 열 경화성, 고 반응성 실리콘으로 구성되는 적어도 하나의 뱅크가 예열된 기판상에 적용될 수 있으며, 여기에서 뱅크는 기판의 코팅될 표면 또는 부분 표면을 전체적으로 또는 부분적으로 둘러싼다. 이어서, 뱅크에 의해 둘러싸인 기판의 영역 또는 부분 영역이 액체 제2 실리콘으로 완전히 또는 부분적으로 충전되고, 제2 실리콘이 경화될 수 있다. 광학계의 하나의, 그 초과의 또는 모든 부분, 예를 들어 1차 광학계 및/또는 2차 광학계의 렌즈계의 렌즈가 제1 실리콘 및/또는 제2 실리콘에 의해 제조될 수 있다. 추가의 실시 형태에 관하여, DE 10 2010 044 470이 참조될 수 있다.
대안적으로 또는 추가적으로, 광전자 모듈 및/또는 그 부분, 예를 들어 광학계, 더욱 바람직하게는 1차 광학계 및/또는 2차 광학계가 DE 10 2010 044 471에 기술된 방법에 따라 전체적으로 또는 부분적으로 제조될 수 있다. 예를 들어, 액체 실리콘이 특히 그 상부에서 개방되는 그리고 특히 적어도 하나의 몰드 캐비티에서, 기판의 외부 치수와 일치하거나 그것을 초과하는 외부 치수를 포함하는 몰드 내로 포팅될 수 있다. 또한, 기판이 몰드 내로 도입될 수 있으며, 여기에서 광전자 부품 중 적어도 하나 또는 바람직하게는 광전자 부품 모두가 실리콘 내로 완전히 침지되고 기판의 하나의 표면이 실리콘과 완전히 접촉하거나, 또는 적어도 기판의 전체 표면의 일부가 실리콘 내로 침지된다. 또한, 실리콘이 경화되고 광전자 부품 및 기판과 가교될 수 있다. 또한, 경화된 실리콘으로 구성되는 코팅을 구비하는 기판이 몰드로부터 제거될 수 있다. 몰드는 특히 몰드, 예를 들어 몰드의 적어도 하나의 몰드 캐비티에 의해, 광학계 또는 그 부분, 더욱 바람직하게는 1차 광학계 및/또는 2차 광학계가 실리콘으로부터 전체적으로 또는 부분적으로 형성되도록 설계될 수 있다.
특히, 본 발명에 따른 광전자 모듈을 제조하기 위한 방법이 사용될 수 있으며, 상기 방법은 광학계의 적어도 하나의 성형가능한 출발 재료, 예를 들어 적어도 하나의 실리콘이 광전자 부품과 또한 바람직하게는 기판과 접촉한 다음에 성형되고 경화될 수 있도록 광학계 또는 그 부분이 제조되는 방법이다. 이 방법의 가능성 있는 실시 형태에 관하여, 위의 설명, 특히 전술된 선행 기술이 참조될 수 있다.
본 발명의 다른 태양에 따르면, 노광(exposure) 응용 및 조사 응용을 위한 본 발명에 따른 광전자 모듈의 사용이 제시된다. 광전자 모듈의 가능한 실시 형태에 관하여, 위의 설명과 본 발명에 따른 광전자 모듈의 바람직한 실시 형태의 하기의 설명이 참조될 수 있다. 특히, 이러한 응용은 자외선 및/또는 가시 및/또는 적외선 광을 사용하는 조사를 위한 응용일 수 있다. 이러한 노광 응용 및/또는 조사 응용에서, 적어도 하나의 피가공물이 광전자 모듈에 의해 방출되는 전자기 빔에 노광되며, 여기에서 피가공물은 출발 재료 및/또는 이미 몰딩되어 있는 피가공물일 수 있다. 이들 전자기 빔은 예를 들어 자외선 및/또는 가시 및/또는 적외선 스펙트럼 범위의 광을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 이러한 조사는 피가공물 또는 그 부분의 광화학적 개질을 위해 그리고/또는 건조 및/또는 경화를 위해 사용될 수 있다.
제시된 방법, 광전자 칩-온-보드 모듈 및 광전자 장치는 다양한 방식으로 유리하게 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 실시 형태는 그것이 특정 사용 목적의 상이한 요건에 관하여 높은 융통성을 제공한다는 점에서 특히 유리하다.
이 방식으로, 예를 들어 높은 방사 세기를 갖는 조사 장치를 칩-온-보드 기술에 따라 구현하는 것이 가능하다. LED 사이에 요구되는 간격(피치로 불리우는 것)이 전형적으로 작기 때문에, 빔-형성 마이크로렌즈를 포팅 재료에 의해 LED 어레이의 개별 LED 위에 구현하기 위해 조금이라도 사용될 수 있는 단지 몇몇 알려진 선행 기술 방법만이 존재한다. 본 방법도 사실상 광전자 부품의 전방의, 예를 들어 LED 방출기의 전방의 어레이 배열에서 그리고 선택적으로 또한 에지 영역에서 개별 광학 소자, 예를 들어 개별 마이크로렌즈 및/또는 마이크로 광학계의 지향성, 특히 지향 특성을 조절함으로써 표적화된 영향을 주는 것을 허용하지 않는다. 그러나, 본 발명에 따르면, 그러한 구성이 문제 없이 구현될 수 있다. 특히, 2차 광학계가 1차 광학계에 최적으로 맞추어질 수 있는, LED 어레이를 위한 1차 마이크로렌즈 광학계 및/또는 2차 마이크로렌즈 광학계를 구현하는 것이 가능하다. 이러한 1차 광학계 접근법과 하나 이상의 2차 광학계의 조합은 LED 방출기의 광 출사 윈도우에 관하여 10　mm 초과의 상당한 작동 거리에서 방사 세기를 증가시키기 위한 새로운 개념을 가능하게 한다.
제시된 방법에 의해, 특히, 개별 렌즈, 더욱 바람직하게는 마이크로렌즈를 하나의, 그 초과의 또는 모든 광전자 부품, 특히 LED 어레이 구성의 LED 위에 별도로 형성하는 것이 가능하다. 이 방식으로, 예를 들어 완전한 LED 어레이의 지향 특성에 예를 들어 균질화 및/또는 빔 집속을 위해 표적화된 방식으로 영향을 주는 것이 가능하다.
전술된 바와 같이, 제시된 방법은 특히 적어도 하나의 1차 광학계 및 적어도 하나의 2차 광학계를 포함하는 광전자 칩-온-보드 모듈 및 시스템의 제조를 위해 사용될 수 있다. 여기에서, 1차 광학계 및/또는 2차 광학계는 1차 광학계 및/또는 2차 광학계를 실리콘 및/또는 코팅 내에 형성함으로써 전체적으로 또는 부분적으로 본 발명에 따라 제조될 수 있다.
그 개념에 관하여, 1차 광학계 및 2차 광학계를 갖춘 선행 기술의 시스템이 일반적으로 다른 분야로부터 알려져 있고, 이제 본 발명에 따라 구현되고 제조될 수 있다. 예를 들어, 2차 광학계의 사용이 이미 패킹된 LED(예컨대, SMD 하우징 내의 LED)로 주지되어 있다. 또한, LED가 반사기 하우징 내에 사용(조립)되고, 하우징이 예컨대 포팅 재료를 성형하여 렌즈를 획득하기 위해 광학 빔-형성 특성을 포함하는 포팅 재료로 둘러싸인다. 그러한 하우징은 부분적으로 이미 시장에서 입수가능하다.
그러나, 대부분의 하우징된(housed) LED 제품에서, 하우징의 광학 기능은 단지 하나의 빔-형성 광학 변형, 즉 LED가 그것 내로 삽입되는 함몰부에 의해 구현되는 반사기 또는 LED가 이어서 보통 평평한 기판상에 놓이는 렌즈를 포함할 뿐이다. 이들 부품에 필요한 경우에, 추가의 2차 광학계(렌즈 또는 반사기 또는 둘의 조합)가 이어서 하우징된 LED 위에 놓인다. 예를 들어, 전술된 문헌 US 7,638,808은 LED 어레이를 위한 마이크로반사기의 사용을 기술한다. 여기에서, LED가 그것 내로 삽입되는 캐비티를 구비하는 기판이 사용된다. 이들 개별 캐비티의 측벽은 그 설계가 조절될 수 있는 반사기의 역할을 한다. 이 문헌은 또한 캐비티를 밀폐시키기 위한 추가의 빔-형성 포팅 공정의 사용을 기술한다. 따라서, 이는 어레이 배열의 개별 LED를 위한 1차 마이크로반사기와 1차 마이크로렌즈의 조합이다. 종래의 방법이 사용될 때 단지 비교적 복잡한 방식으로 구현될 수밖에 없는 그러한 알려진 개념은 본 발명에 따라 제시된 방법이 사용될 때 간단하고 신뢰성 있는 방식으로 구현될 수 있다.
본 발명에 따르면, 추가로 광을 시준하는 하나 이상의 2차 광학계, 예를 들어 각각 할당된 1차 마이크로 광학계를 갖춘 복수의 발광 다이오드가 사용된다. 예를 들어, 이들 광학계는 LED 어레이, LED 어레이의 세그먼트, 포토다이오드 어레이 또는 포토다이오드 어레이의 세그먼트 상에 놓일 수 있으며, 그 결과 예를 들어 2차 광학계가 마이크로 광학계를 갖춘 LED 어레이의 복수의 LED를 포함한다.
본 발명은 특히 조사 기술 및 노광 기술 분야에서 예를 들어 산업 공정에 사용될 수 있다. 산업 공정에는 특히 자외선 및 적외선 스펙트럼 범위에서 다수의 LED 노광 및 조사 응용이 있다. 여기에서, 잉크의 건조, 예를 들어 접착제, 잉크, 안료, 래커 및 포팅 재료의 UV 경화 분야에서의 조사 응용과 노광 응용에서의 사용과 같은 다수의 예가 언급되어야 한다.
본 발명은 특히 조사 응용에 전형적으로 적용가능한 요건을 쉽게 충족시키기 위해 사용될 수 있다. 여기에서, 기본적인 요건은 보통 사용되는 파장 범위에서 높은 방사 세기 또는 특정 응용에 맞추어진 방사 세기가 구현될 수 있도록 하는 것이며, 여기에서 전형적으로 수 10 ㎼/㎠ 내지 수십 또는 수백 W/㎠의 방사 세기가 전형적으로 수 밀리미터 내지 1 미터 이상의 조절가능한 거리에서 구현될 수 있다. 동시에, 전형적으로 특정 공정에 요구되는 일정 광 분포를 획득하는 것이 가능하여야 한다. 여기에서, 광 분포는 예를 들어 일정 공정 윈도우 또는 좁은 라인에서 균질한 필드 분포일 수 있다. 예를 들어, 현재 인쇄 산업에서의 응용은 잉크젯, 매엽 옵셋(sheet-fed offset), 스크린, 그라비어 및 플렉소 인쇄 방법의 분야를 포함한다. 매엽 인쇄 방법은 보통 360-420 nm의 범위 내의 자외선 LED 광에 대한 20-200 mm의 거리에서 2-20 W/㎠의 높은 방사 세기를 필요로 한다.
보통, 특정 공정에 요구되는 방사 세기에 의해 충족되어야 하는 최소 요건은 또한 재료에 의존한다. UV 경화[UV 큐어링(curing)] 응용이 고려되는 경우에, 예를 들어 대부분의 경우에, 우수한 경화 결과가 달성되도록 방사 세기의 한계값을 초과하기 전에 모노머를 가교(중합)시키기에 충분히 빠른 반응을 허용하지 않는 광개시제가 보통 사용된다. 예를 들어 표면 경화가 고려되는 경우에, 중합은 여기에서 또한 산소에 의해 억제된다.
복수의 LED 칩을 포함할 수 있는 그리고 수 W 내지 수 10 kW의 광출력률(optical power rate)을 가질 수 있는 그리고 또한 보통 특정 조명 프로파일을 위한 특수 요건을 충족시켜야 하는 고성능 LED 방출기의 효율적인 구현을 위한 기초는 최소 요구 방출 표면으로부터의 최대한 높고 효율적인 광출력이다. 효율적이고 콤팩트한 방출기는 수 ㎠ 내지 수백 ㎠의 방출 표면을 포함한다. 전형적으로, 이는 1 ㎟의 표면적을 갖는 LED 칩이 고려되는 경우에, ㎠당 80개의 LED 칩일 수 있는, 그러나 특히 그리고 전형적으로 ㎠당 40개 이하의 LED 칩인 그리고 대개 ㎠당 최대 25개 LED 칩인 높은 패킹 밀도를 필요로 한다. 그러한 높은 패킹 밀도에 도달하기 위해 그리고 1-50%의 범위의 UV LED의 전형적인 효율로 인해 초래되는 높은 열 부하를 최대한 낮게 유지시키기 위해, 본 발명에 따른 광전자 칩-온-보드 모듈과 복수의 광전자 칩-온-보드 모듈을 갖춘 본 발명에 따른 광전자 장치가 쉽게 사용될 수 있다. 예를 들어, 1.3 × 1.3 ㎟의 표면적을 갖는 칩 형태의 광전자 부품을 특징으로 하는 칩-온-보드 모듈이 현재 개발되어 있다. 최대 수 ㎟의 칩 면적을 갖는 칩을 갖춘 모듈이 추후 개발로부터 기대될 수 있다.
보통, 발광 다이오드에 의해 방출되는 광은 LED에 전형적인 지향 특성으로 인해 발산한다. 전형적으로, 현대의 LED는 반-공간으로 방사하는 그리고 보통 램버시안 방출기(Lambertian emitter)의 지향 특성을 갖는 표면 방출기이다. 이러한 발산 지향 특성은 피가공물 거리에 대한, 즉 예를 들어 조사될 물체와 광전자 칩-온-보드 모듈, 특히 LED 방출기 사이의 거리에 대한 방사 세기의 강한 의존성을 유발한다. 그러나, 본 발명에 따르면, LED 어레이 구성의 LED에 의해 방출되는 광이 효율적으로 사용될 수 있고, 구현될 수 있는 방사 세기가 긴 작동 거리에서도 높다. 특히, 한편으로는 광전자 칩-온-보드 모듈, 특히 LED 칩으로부터의 광의 출력을 최대화시킬 수 있는 그리고 다른 한편으로는 특정 작동 거리에서 높은 방사 세기와 규정된 필드 분포를 생성할 수 있는 조절된 광학계를 구현하는 것이 가능하다.
작동 거리가 매우 길면, 예를 들어 적어도 20　mm의 작동 거리이면, 방출된 광은 특히 고도로 시준될 수 있다. 그러나, 보통, 어떠한 추가의 광학계도 없는 1차 광학계의 사용이 제한되는데, 왜냐하면 LED가 마이크로렌즈 광학계의 경우에 점광원으로 간주될 수 없기 때문이다. 이는 특히 전형적으로 1-10 mm의 직경을 포함하는 렌즈의 크기와 전형적으로 1 mm의 에지 길이를 포함하는 LED의 크기가 유사하다는 사실에 기인한다. 이러한 이유로, 통상적으로 광을 완전히 시준하는 것이 가능하지 않으며; 게다가, 렌즈 내에서의 반사 손실에 기인하여, 렌즈의 효율이 시준의 증가에 따라 감소한다. 따라서, 방사 세기 및 작동 거리 요건이 매우 높을 때 최적화된 해법에 도달하기 위해서, 예를 들어 본 발명에 따라 광의 높은 시준 또는 심지어 집속을 달성하고 시스템 효율을 최대화시키기 위해 적어도 하나의 최적화된 1차 광학계에 더하여 적어도 하나의 추가의 2차 광학계를 구현하는 것이 가능하다.
특히, 적어도 하나의 반사기를 갖춘 반사기 광학계의 형태로 또는 적어도 하나의 반사기 광학계 및 적어도 하나의 렌즈 광학계의 조합의 형태로 설계되는 적어도 하나의 2차 광학계를 구현하는 것이 가능하다. 이러한 조합에서, 직접 1차 광학계를 통해 조사 영역으로 시준될 수 없는 광은 예를 들어 반사기에 의해 "집광되어(collected)" 조사 영역으로 방향 전환될 수 있다. 본 발명에 따른 구현에서, 1차 광학계가 또한 2차 광학계와 그리고 그 역으로 정렬되도록 최적화될 수 있으며, 그 결과 1차 및 2차 광학계가 서로 맞추어질 수 있다.
본 발명에 따르면, 지향성, 특히 LED에 의해 방출되는 광의 지향 특성에 영향을 주기 위한 적어도 하나의 광학계가 사용될 수 있다. 전술된 바와 같이, 본 발명에 따른 광전자 칩-온-보드 모듈 및/또는 본 발명에 따른 시스템은 상응하게 1차 광학계와 2차 광학계 사이의 구별이 이루어지는 적어도 하나의 광학계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 1차 광학계는 광전자 부품, 예를 들어 LED가 실장되는 기판상에 예를 들어 본 발명에 따른 방법에 의해 직접 적용될 수 있는 투명한 포팅 재료로 제조되는 렌즈 어레이를 포함할 수 있으며, 그 결과 1차 광학계가 예를 들어 LED 칩에 영구적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, UV-안정화된, 열 경화된 실리콘이 1차 광학계 및/또는 2차 광학계 또는 그 부분을 제조하기 위한, 예를 들어 UV LED를 위한 출발 재료로서 사용될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 다른 재료, 예를 들어 광-경화성 아크릴레이트, PMMA, 폴리카보네이트 또는 다른 재료 또는 언급된 재료 및/또는 다른 재료의 조합을 사용하는 것도 또한 고려가능하다.
본 발명에 따르면, 1차 광학계 및/또는 2차 광학계의 광학 소자로서 다수의 광학 기능 기하학적 구조체, 예를 들어 렌즈 형체 및/또는 산란 형체가 구현될 수 있다. 이들 기하학적 구조체는 특정 응용을 생성하기 위해 요구되는 방사 세기 프로파일에 맞추어질 수 있다. 주조 방법으로 구현하기 어려운 유일한 형체는 상당한 언더컷을 구비하는 형체인데, 왜냐하면 보통 이들 방법이 주입(pouring) 방법이기 때문이다. 그러나, 본 발명에 따라 쉽게 구현되고 사용될 수 있는 형체는 특히 실린더형 형태의 구면 렌즈 광학계 및/또는 대칭 및 비대칭 형상의 회전 대칭 광학계; 특히 실린더형 형태의 비구면 광학계 및/또는 대칭 및 비대칭 형상의 회전 대칭 광학계; 특히 실린더형 형상의 자유-형태 광학계 및/또는 대칭 및 비대칭 형상의 회전 대칭 광학계; 특히 실린더형 형태의 프레넬(Fresnel) 광학계 및/또는 대칭 및 비대칭 형상의 회전 대칭 광학계; 특히 실린더형 형태의 다각형 및/또는 다면형(faceted) 광학계 및/또는 대칭 및 비대칭 형상의 회전 대칭 광학계; 예를 들어 광 산란을 위한 또는 통계적으로 분포된 광 회절을 위한 거친 구조체; 구조화된 표면을 갖춘 구조체로부터 선택된다. 언급된 형체 및/또는 다른 형체의 조합도 또한 실현가능하다.
1차 광학계를 구현하는 옵션은 복수의 기능 및 이점을 제공한다. 예를 들어, 적어도 하나의 렌즈가 특히 광전자 부품 바로 위에, 예를 들어 LED 바로 위에 위치될 수 있다. 보통의 의미의 렌즈와는 대조적으로, 렌즈는 단지 출사측만을 갖고 입사측은 갖지 않는데, 왜냐하면 발광 다이오드로부터 출사하는 광이 직접 렌즈의 재료에 입사할 수 있기 때문이다. 이는 LED로부터의 또는 시스템으로부터의 광의 출력 효율의 증가를 생성하는데, 왜냐하면 광이 하나의 계면을 덜 통과하여야 할 뿐만 아니라, 평면 포팅(plane potting)의 경우에서의 총 반사에 비해 LED와 포팅 재료 사이의 굴절률의 조절이 LED 내부에서의 내부 전반사의 감소로 이어지기 때문이다.
이러한 렌즈의 기하학적 구조로 인해, 포팅 재료와 공기 사이의 계면에서의 반사 손실을 표적화된 방식으로 최소화시키는 것이 또한 가능하다. 평면 포팅에 비해, 이는 예를 들어 효율의 추가의 증가를 생성한다. 실리콘이 고려되는 경우에, 평면 포팅에 비해 보통 대략 2배만큼의 출력 효율의 증가가 가능하다.
적절한 1차 광학계 및/또는 2차 광학계를 사용함으로써, 정해진 표적에 맞추어지는 빔형성이 각각의 개별 광전자 부품에 대해, 예를 들어 각각의 개별 LED에 대해 생성될 수 있으며, 그 결과 광학계의 기하학적 구조, 예를 들어 렌즈 기하학적 구조가 2차 광학계의 특성에 대한 조절 및 출력 효율 둘 모두에 관하여, 표적 조사 영역으로의 광의 직접적인 안내를 고려하면서 최적화될 수 있다.
공간적인 시점으로부터, 렌즈 표면은 또한 광전자 부품, 예를 들어 LED에 매우 근접하게, 예를 들어 그것으로부터 1 mm 미만의 거리를 두고 배치될 수 있다. 그 결과, 예를 들어 특히 최대 70° 초과의 입체각 범위에 이르는 큰 입체각 범위의 광이 사용될 수 있으며; 이는 효율의 증가를 생성하고 높은 출력 밀도를 허용할 수 있다.
또한, 포팅 또는 코팅, 특히 실리콘 포팅은 광전자 부품, 특히 LED를 먼지, 습기 및 기계적 영향과 같은 외부 영향으로부터 보호한다.
또한, 포팅 재료는 보통 공기보다 높은 굴절률을 갖는다. 전형적으로, 포팅 재료의 굴절률은 n > 1이고, 예를 들어 n = 1.3-1.6이다. 이러한 이유로, 굴절률은 보통 광전자 부품, 특히 전형적으로 n = 3-4의 굴절률을 갖는 LED 칩의 반도체 재료와 포팅 재료 사이에서 조절된다. 이는 광전자 칩-온-보드 모듈로부터의 광출력을 개선하고, 총 효율에 긍정적인 영향을 준다.
하나 이상의 렌즈를 1차 광학계에 사용하는 것에 대한 대안으로서 또는 그에 더하여, 1차 광학계는 또한 하나 이상의 반사기를 포함할 수 있다. 예를 들어, 1차 광학계는 마이크로반사기 어레이를 포함할 수 있으며, 여기에서 예를 들어 각각의 광전자 부품, 예를 들어 각각의 LED는 그 반사 벽이 마이크로반사기를 형성하는 작은 캐비티 내에 배치될 수 있다. 예를 들어 적어도 하나의 마이크로렌즈 및 적어도 하나의 마이크로반사기의 조합을 포함하는 어레이 형태의 1차 광학계도 또한 실현가능하다.
유사하게, 적어도 하나의 2차 광학계를 예를 들어 하나 이상의 굴절 요소, 예를 들어 하나 이상의 렌즈 요소의 형태로 그리고/또는 하나 이상의 반사 요소의 형태로 구현하는 것도 또한 가능하다.
방출된 광에 의해 충족되어야 하는 요건은 또한 응용 공정에 따라 변할 수 있다. 예를 들어 기판 또는 마운트의 배열이 연속 공정에 사용되면, 보통 진행 방향을 가로질러서는 균질한 그리고 강한 방사 세기를 구현하는 것이 중요한 반면, 보통 그리고 본질적으로 주행 방향으로는 적용될 선량률을 최대화시키는 것이 중요하다. 실제로, 이는 예를 들어 라인 방출기의 경우에, LED를 하나의 공간 방향으로는 서로 매우 근접하게, 예를 들어 0.05-5 mm의 거리를 두고 위치시키는 것이 유리할 수 있는 반면, 그것에 직교하는 공간 방향으로는 LED 사이의 간격을 예를 들어 1 mm 초과로 증가시켜 예를 들어 이 방식으로 1차 및/또는 2차 광학계의 효율적인 시준을 위한 공간을 획득하는 것이 더욱 합리적일 수 있음을 의미한다. 반면에, 영역을 균질한 방식으로 조명하도록 의도되는 평면 방출기를 구현하기 위해, 보통 광전자 부품의 균일한 분포, 예를 들어 균일한 LED 분포를 갖는 것이 유리할 것이다.
본 발명에 따르면, 일반적으로 특히 1차 광학계 및/또는 2차 광학계에 대해 동일한 기하학적 구조 또는 상이한 기하학적 구조를 구현하는 것이 가능하며, 여기에서 이러한 기하학적 구조는 심지어 위치-의존적 방식으로 상이할 수 있다. 예를 들어, 광전자 부품, 예를 들어 LED 및/또는 마이크로렌즈 사이의 간격을 어레이 내에서 하나 또는 두 공간 방향으로 구현하는 것이 가능하다. 따라서, 효율적인 조립 부품, 예를 들어 효율적인 LED 방출기의 개발시 광전자 부품의 분포 및/또는 1차 광학계 및/또는 2차 광학계의 요소의 분포, 예를 들어 마이크로렌즈 분포를 고려하고 활용하는 것이 가능하다.
또한, 1차 광학계 및/또는 2차 광학계의 구조적 크기, 예를 들어 1차 광학계 및/또는 2차 광학계의 렌즈의 구조적 크기를 예를 들어 특정 응용에 가변적으로 맞추는 것도 또한 가능하다. 여기에서, 별도로 또는 조합하여 구현될 수 있는 다양한 옵션이 있다. 광전자 부품, 예를 들어 LED와 1차 광학계 및/또는 2차 광학계의 부품, 예를 들어 렌즈는 유사한 구조적 크기를 포함할 수 있다. 예를 들어, 이는 각각의 광전자 부품, 예를 들어 각각의 LED가 1차 광학계 및/또는 2차 광학계의 할당된 요소, 예를 들어 할당된 렌즈를 구비함을 의미할 수 있다. 여기에서, 1차 광학계 및/또는 2차 광학계의 요소의 최대 구조적 크기, 예를 들어 특정 렌즈의 최대 구조적 크기는 보통 광전자 부품, 예를 들어 LED의 피치에 의해 제한된다.
대안적으로 또는 추가적으로, 하나의, 그 초과의 또는 모든 광전자 부품의 구조적 크기가 광학계, 예를 들어 1차 광학계의 구조적 크기보다 작은 실시 형태를 구현하는 것이 또한 가능하다. 예를 들어 LED의 구조적 크기가 관련 렌즈의 그것보다 작은 실시 형태를 구현하는 것이 가능하다. 예를 들어, 이는 1차 광학계 및/또는 2차 광학계의 렌즈 및/또는 다른 부품이 복수의 광전자 부품을 가로질러, 예를 들어 복수의 LED를 가로질러 연장될 수 있음을 의미할 수 있다.
대안적으로 또는 추가적으로, 하나의, 그 초과의 또는 모든 광전자 부품의 구조적 크기가 광학계, 예를 들어 1차 광학계 및/또는 2차 광학계의 구조적 크기보다 큰 실시 형태를 구현하는 것이 또한 가능하다. 예를 들어 LED의 구조적 크기가 렌즈의 그것보다 큰 실시 형태를 구현하는 것이 가능하다. 예를 들어, 이는 1차 광학계 및/또는 2차 광학계의 복수의 요소, 예를 들어 복수의 렌즈 또는 렌즈 어레이가 광전자 부품의 전방에, 예를 들어 LED의 전방에 위치될 수 있음을 의미할 수 있다.
어레이 내에서, 광전자 부품 및/또는 광학계의 구조적 크기의 비율은 또한 하나 또는 두 공간 방향으로 변할 수 있다. 예를 들어, 두 공간 방향으로의 비율은 동일하거나 상이할 수 있거나, 그 추이(course)가 변할 수 있다.
전술된 바와 같이, 광학계는 산란, 시준 또는 집속 기능을 포함할 수 있다. 예를 들어, 그것이 산란, 시준 또는 집속하도록 맞추어지는 1차 광학계의 렌즈 기능이 제공될 수 있다. 1차 광학계만이 사용되면, 보통 그것을 그것이 시준 또는 집속하도록 맞추는 것이 유리하다. 그러나, 반사기가 2차 광학계로서 사용되면, 예를 들어 전체 시스템의 효율 및 기능에 관하여, 1차 광학계를 그것이 반사기를 최대한 최상으로 활용하기 위해 산란하도록 맞추는 것이 적절할 수 있다.
광전자 부품, 예를 들어 LED와 1차 광학계 사이의 거리는 보통 또한 1차 광학계, 특히 렌즈에 의해 영향받을 수 있는 광, 특히 LED에 의해 방출되는 광의 백분율과 이러한 광에 미치는 영향을 결정한다. 이러한 거리는 또한 광이 산란되는지 시준되는는지에 결정적일 수 있다. 어레이 내에서, 광전자 부품, 예를 들어 LED와 렌즈 사이의 거리는 동일하거나 가변적일 수 있다. 렌즈 크기가 사전결정되면, 렌즈의 수광각(acceptance angle) - 개구수 NA로도 불리움 - 이 광전자 부품, 예를 들어 LED로부터의 거리에 의존할 수 있다. 이러한 수광각 밖에서 방출되는 광은 렌즈 또는 이웃한 렌즈의 에지에서 산란 및/또는 굴절되며(후자는 제어되지 않은 방식으로), 그 결과 이러한 광은 손실된 것으로 평가되어야 한다. 이러한 이유로, 광전자 부품, 예를 들어 LED와 1차 광학계의 표면 사이의 거리가 관련될 수 있다.
또한, 1차 광학계 및/또는 2차 광학계가 방출되는 또는 입사하는 광, 예를 들어 LED로부터 반-공간 내로 방출되는 광의 광로에 영향을 줄 수 있는 입체각의 크기는 보통 광학계의 효율에 대한 관련 척도이다. 따라서, 이러한 효율을 증가시키기 위해, 이용가능한 광학계의 광학 활성 기부 표면이 대부분의 경우에 최대화되어야 한다. 본 발명에 따라 구현될 수 있는 수단은 쉽게 성형가능한 둥근 기부 영역 및 회전 대칭 수평 단면 영역 대신에 직사각형 또는 다각형 기부 및 단면 영역을 고려하는 것일 수 있으며, 여기에서 후자는 이웃한 광전자 부품 사이의, 예를 들어 이웃한 LED 사이의 이용가능 영역을 최대로 활용한다. 두 공간 방향으로 동일한 피치를 갖는 어레이의 경우에, 이는 예를 들어 정사각형 기부에 해당한다. 예를 들어 정사각형인 기부 영역이 최대로 활용될 때, 광학 활성 영역이 최대화될 수 있으며, 이는 효율의 증가 또는 심지어 최대화의 결과를 가져올 수 있다.
1차 광학계의 표면은 매끄럽거나 조화되거나 달리 구조화될 수 있으며, 여기에서 후자의 경우에, 표면은 예를 들어 또한 프레넬 광학계를 구비할 수 있다. 표면이 매끄러우면, 예를 들어 보통 실제 렌즈 작용에 미치는 영향이 없다. 표적화된 형상화, 예를 들어 시준의 경우에, 이러한 표면은 대부분의 경우에 최고 효율의 달성을 허용한다. 조화된 및/또는 미세구조화된 구조체의 경우에, 보통 실제 렌즈 작용에 추가의 산란 효과가 부가된다.
렌즈가 광학계, 예를 들어 1차 광학계에 사용되면, 이들 렌즈는 관련 광전자 부품과 다양한 방식으로 정렬될 수 있다. 예를 들어, 1차 광학계의 렌즈의 렌즈 중심이 관련 광전자 부품, 예를 들어 LED와 중심화된 또는 탈중심화된 방식으로 정렬될 수 있다. 여기에서, 예를 들어 마이크로미터 범위 내지 밀리미터 범위 이상의 탈중심화된 배열이 표적화된 방식으로 모든 렌즈에 대해 동일할 수 있거나 또한 슬라이딩 방식으로 변위될 수 있다. 그러한 변위에 의해, 1차 광학계에 의해 형성되는 광원뿔(light cone)이 예를 들어 경사질 수 있다. 그 결과, 예를 들어 스퀸팅 효과(squinting effect)로 불리우는 것이 예를 들어 에지에 배치되는 LED의 광원뿔을 그러한 상대 변위에 의해 중심으로 지향시킴으로써 LED 어레이의 전방에서 중심에서 방사 세기를 증가시키기 위해 달성될 수 있다. 그러나, LED 어레이 내에서의 통계적으로 분포된 상대 변위도 또한 광을 균질화시키기 위해 사용될 수 있다.
전술된 바와 같이, 광학계는 적어도 하나의 1차 광학계 및 적어도 하나의 2차 광학계를 포함한다. 예를 들어, 2차 광학계는 적어도 하나의 반사기 및/또는 적어도 하나의 렌즈를 포함할 수 있으며, 여기에서 언급된 요소는 따로따로 또는 또한 어레이로 배치될 수 있다. 예를 들어, 2차 광학계는 반사기 어레이 및/또는 렌즈 어레이를 포함할 수 있다. 특히 거리가 길면, 단지 1차 광학계만이 사용될 때 조명에 기여하는 유일한 광은 보통 비교적 작은 입체각 범위의 광이다. 2차 광학계는 증가된 입체각 범위의 광의 사용도 또한 허용하여, 전체 시스템의 효율이 증가될 수 있다. 이는 두 효과 또는 두 효과로부터의 혼합 효과의 달성을 허용한다. 예를 들어, 2차 광학계는 광을 집속함으로써 상당히 개선될 수 있다. 이는 광전자 부품의 수, 예를 들어 LED의 수가 동일하게 유지되는 동안 최대 방사 세기가 증가될 수 있다는 점에서 유리하다. 최대 방사 세기가 동일 레벨로 유지되도록 의도되면, 광전자 부품의 수, 예를 들어 LED의 수가 감소될 수 있는데, 왜냐하면 이용가능한 광이 2차 광학계에 의해 더욱 효율적으로 사용될 수 있기 때문이다.
예를 들어, 1차 광학계는 또한 2차 광학계로서 적어도 하나의 반사기 및/또는 적어도 하나의 추가의 렌즈 어레이와 조합될 수 있다. 보통, 이는 1차 광학계에 의해 생성되는 필드 분포의 추가의 변환을 허용한다. 예를 들어, 이는 개선된 집속의 달성을 허용하여 이 방식으로 최대 방사 세기를 증가시킨다.
응용 공정에 따라, 2차 광학계는 또한 그것이 하나 또는 두 방향으로 작용하도록 맞추어질 수 있다. 라인 방출기의 경우에, 이는 실제로 연속 공정에 대해 2차 광학계가 진행 방향에 직교하게 배치되고 주행 방향으로의 선량률 및 최대 방사 세기를 증가시키는 역할을 할 수 있음을 의미할 수 있다. 평면 방출기에서, 1차 광학계는 예를 들어 또한 격자로서 또는 라인 방출기에서는 서로 평행하게 연장되는 라인 (반사기) 프로파일로서 설계될 수 있다. 이는 2차 광학계의 구조적 크기가 또한 가변적인 방식으로 조절될 수 있음을 의미할 수 있다. 여기에서, 복수의 옵션이 구현될 수 있다:
a. 1차 및 2차 광학계는 유사한 구조적 크기를 갖는다.
b. 1차 광학계의 구조적 크기는 2차 광학계의 그것보다 작다.
c. 1차 광학계의 구조적 크기는 2차 광학계의 그것보다 크다.
방출기 내에서, 두 공간 방향으로의 구조적 크기의 비율은 동일하거나 상이할 수 있거나, 그 추이가 변할 수 있다.
상이한 공정 분야에 기여할 수 있게 하기 위해, 그 크기가 조절되는 마운트, 특히 기판이 설계될 수 있다. 그러나, 비용 및 노력을 낮은 수준에서 유지시키기 위해, 보통 예를 들어 1 ㎠ 이상의 표면을 갖춘 동일한 기판을 나란히 실장하는 것이 합리적이다. 따라서, 본 발명에 따른 시스템, 예를 들어 LED 시스템 및 광학 개념의 모듈식 구조를 구현하는 것이 가능하다. 이번에도 이러한 구현에 관하여도 또한 복수의 변형이 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 2개 이상의 광전자 칩-온-보드 모듈이 하나의 공간 방향으로 또는 두 공간 방향으로 나란히 실장될 수 있다. 1개, 2개 또는 그 초과의 광전자 칩-온-보드 모듈이 동시에 포팅될 수 있다. 예를 들어, 포팅은 어떠한 측방향 돌출부 없이 마운트, 예를 들어 기판상에 적용될 수 있으며, 그 결과 기판이 어떠한 갭 없이 나란히 실장될 수 있다.
예를 들어, 본 발명에 따른 하나 이상의 광전자 칩-온-보드 모듈 및/또는 그 기판 및/또는 하나 이상의 장치가 또한 하나 이상의 히트 싱크상에 배치될 수 있거나, 또는 본 발명에 따른 하나의 광전자 칩-온-보드 모듈 및/또는 장치가 하나 이상의 히트 싱크를 포함할 수 있다. 예를 들어, LED를 갖춘 하나 이상의 칩-온-보드 모듈이 히트 싱크/마운트 상에 배치될 수 있다. 예를 들어, 적어도 하나의 히트 싱크가 포팅 공정에서 포팅될 수 있으며, 그 결과 예를 들어 그것 상에 배치되는 모든 기판이 동시에 포팅될 수 있다. 모듈 기부로서 기능할 수 있는 복수의 히트 싱크를 동시에 함께 포팅하는 것도 또한 고려가능하다.
여기에서, 2차 광학계의 모듈성은 일반적으로 또한 광전자 부품의 모듈성, 예를 들어 LED 어레이의 모듈성에 상응할 수 있으며, 그 결과 예를 들어 광전자 부품의 어레이, 예를 들어 LED 어레이가 2차 광학계 모듈을 구비한다.
하나 이상의 2차 광학계 모듈이 제공되면, 그것들은 크기가 광전자 부품의 어레이, 예를 들어 LED 어레이보다 크거나 작을 수 있으며, 그 결과 예를 들어 2차 광학계 모듈이 나란히 배치되는 광전자 부품의 2개, 3개 또는 그 초과의 어레이, 예를 들어 LED 어레이 위에 위치될 수 있다. 반대의 경우에, 광전자 부품의 각각의 어레이, 예를 들어 각각의 LED 어레이에 대해 2개, 3개 또는 그 초과의 2차 광학계 모듈이 요구될 수 있다.
광전자 부품 사이의 간격에 관하여, 예를 들어 본 발명에 따른 시스템에서 광전자 칩-온-보드 모듈 및/또는 그 기판의 선택적 병렬 실장 및/또는 2차 광학계의 병렬 실장은 피치가 유지되도록 하는 실장, 즉 바로 이웃한 병렬 실장, 또는 피치가 유지되지 않도록 하는 실장, 즉 중간 공간을 갖는 병렬 실장일 수 있다.
광전자 칩-온-보드 모듈 또는 시스템 내에, 예를 들어 LED 방출기 내에, 그 형태가 상이한 2차 광학계가 사용될 수 있다. 예를 들어, 광을 예를 들어 전술된 "스퀸팅(squinting)" 1차 광학계와 유사하게 예를 들어 방출기의 전방에서 중심으로 비스듬히 반사하는 반사기가 예를 들어 광전자 칩-온-보드 모듈의 에지, 특히 LED 방출기의 에지에 사용될 수 있다. 여기에서, 중심 반사기는 또한 광을 방출기의 전방에서 중심으로 반사할 수 있다.
또한, 상이한 2차 광학계, 예를 들어 적어도 하나의 반사기, 적어도 하나의 렌즈 또는 적어도 하나의 반사기와 적어도 하나의 렌즈의 적어도 하나의 조합이 위치에 따라 사용될 수 있다. 대안으로서, 2차 광학계가 또한 위치에 따라 완전히 필요없어질 수 있다.
전체적으로, 바람직하게는 단지 출사측만을 포함하는 적어도 하나의 1차 광학계를 구비하는 본 발명에 따른 광전자 칩-온-보드 모듈을 구현하는 것이 가능하다. 이 방식으로, 입사측에서의 반사 손실이 회피될 수 있다. 또한, 반사 손실을 감소시킬 수 있는 형상의 사용, 예를 들어 렌즈의 광학 형태의 사용이 가능하다. 정해진 표적에 맞추어지는 빔형성이 각각의 개별 광전자 부품, 예를 들어 각각의 개별 LED에 대해 생성될 수 있다. 광학계를 광전자 부품에 근접하게, 예를 들어 렌즈를 LED에 근접하게 배치하는 옵션을 가짐으로써, 넓은 입체각 범위의 광이 사용될 수 있다.
또한, 광전자 부품, 예를 들어 LED는 UV-안정화된 그리고 온도-안정화된 보호용의 투명한 포팅된 코팅을 구비할 수 있다. 이 방식으로, 특히 장기 안정성을 또한 개선하는 것이 가능하고, 습기 및 다른 환경 영향에 대한 증가된 밀폐성으로 인해 새로운 응용 분야가 개발될 수 있다.
광전자 부품, 예를 들어 LED 사이의 간격을 하나 또는 두 공간 방향으로 가변적으로 조절하는 것이 가능하기 때문에, 획득가능한 광출력이 여전히 각각의 요건에 맞추어질 수 있다. 예를 들어, 많은 LED가 한정된 공간 내에 배치될 수 있거나, 또는 특정 광학계를 위한 공간을 생성하기 위해 비교적 보다 적은 수의 LED를 배치하는 것이 가능하다.
1차 광학계의 요소, 예를 들어 1차 광학계의 렌즈의 상이한 잠재적인 구조적 크기로 인해, 획득가능한 광출력이 효율적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 1차 광학계의 렌즈 기능이 요구되는 대로 산란, 시준 또는 집속하도록 맞추어지는 상기한 1차 광학계의 렌즈 기능이 제공될 수 있다. 예를 들어, 1차 광학계의 표면이 그것이 요구되는 대로 매끄럽거나 조화되거나 달리 구조화되도록 맞추어질 수 있다.
예를 들어 1차 광학계의 렌즈를 LED에 대해 변위시킴으로써, 1차 광학계의 요소를 할당된 광전자 부품에 대해 변위시키는 것이 가능하기 때문에, 빔 원뿔이 전술된 바와 같이 경사질(스퀸팅될) 수 있다.
하나 이상의 2차 광학계를 사용함으로써, 광전자 칩-온-보드 모듈의 효율 및/또는 시스템의 효율이 상당히 증가될 수 있다. 특히, 이는 발산 광의 "재활용"을 허용한다. 이 방식으로, 예를 들어 더욱 높은 방사 세기를 달성하고/달성하거나 광전자 부품, 특히 LED를 절약하는 것이 가능하다.
본 발명의 또 다른 이점은 높은 모듈성을 구현할 수 있는 것이다. 예를 들어 각각 광전자 부품의 하나 이상의 1차원 또는 2차원 어레이를 갖춘 광전자 칩-온-보드 모듈을 구현하는 것이 가능하며, 여기에서 이들 어레이는 동일하게 설계될 수 있다. 특히 광전자 부품의 동일한 어레이를 갖춘 복수의 그러한 광전자 칩-온-보드 모듈이 하나 또는 두 공간 방향으로 나란히 실장될 수 있다. 광전자 부품의 어레이, 예를 들어 LED 어레이의 동일성은 간단하고 비용-효과적인 생산 흐름에 유리할 수 있다. 이 방식으로, 대체로, 상이한 공정 지오메트리(process geometry)에 대한 조절에 관하여 이점을 구현하는 것이 가능하다.
본 발명에 따라 구현될 수 있는 이들 개별 이점 또는 이들 개별 이점의 조합이 광전자 칩-온-보드 모듈 및/또는 시스템, 예를 들어 방출기의 효율을 직접적으로 증가시킬 수 있다. 이에 의해, 예를 들어 긴 거리에서도 매우 높은 방사 세기와 동시에 균질한 방사 세기 분포에 도달하는 것이 가능하다. 전술된 이점은 쌍으로 또는 또한 원하는 임의의 군으로 서로 조합될 수 있다. 따라서, 구현될 수 있는 옵션의 범위가 매우 넓어, 복수의 요건이 충족될 수 있다.
이하에서는, 본 발명이 본 발명의 전반적인 범위를 어떠한 방식 또는 형태로도 제한함이 없이 예시적인 실시 형태에 기초하여 그리고 개략적인 도면을 참조하여 기술되며, 여기에서 본문에 상세히 예시되지 않은 본 발명에 따른 모든 세부 사항에 관하여 명백히 도면이 참조된다.
본 발명에 의하면, 알려진 방법의 단점을 적어도 상당히 배제하는 그리고 전술된 요건을 적어도 상당히 충족시키는 광전자 모듈이 제공된다. 특히, 본 발명에 의하면, 발광 모듈로서 구성될 때, 병렬-실장 광원으로서 사용될 수 있는 높은 효율 및 방사 세기를 포함하는 그리고 높은 균질성과 바람직하게는 에지 영역에서 충분히 급격한 강하를 갖는 조명 프로파일을 포함하는 광전자 모듈이 제공된다.
도 1A 및 도 1B는 1차 광학계를 예시하고 2차 광학계를 예시하지 않은, 본 발명에 따른 광전자 모듈의 예시적인 실시 형태를 도시한다.
도 2A 및 도 2B는 이번에도 2차 광학계를 예시하지 않은, 복수의 광전자 부품이 1차 광학 소자에 각각 할당되는, 1차 광학계를 갖춘 광전자 모듈의 예시적인 실시 형태의 변형예를 도시한다.
도 3은 이번에도 2차 광학계를 예시하지 않은, 광전자 부품당 복수의 1차 광학 소자를 갖춘 광전자 모듈의 예시적인 실시 형태의 또 다른 변형예를 도시한다.
도 4A 및 도 4B는 할당된 광전자 부품과 1차 광학 소자의 상이한 정렬을 도시한다.
도 5는 렌즈형 1차 광학 소자와 2차 광학 소자로서 반사기를 갖춘 광전자 모듈의 가능성 있는 예시적인 실시 형태를 도시한다.
도 6은 렌즈형 1차 광학 소자와 렌즈형 2차 광학 소자를 갖춘 광전자 모듈의 예시적인 실시 형태를 도시한다.
도 7은 도 5에 따른 배열의 개략적인 광로의 예시적인 실시 형태를 도시한다.
도 8은 렌즈형 1차 광학 소자와 반사기 및 렌즈 소자 형태의 복수의 2차 소자를 갖춘 광전자 모듈의 예시적인 실시 형태를 도시한다.
도 9 내지 도 11은 본 발명에 따른 광전자 모듈 내의 광학 소자의 표면 구조의 상이한 실시 형태를 도시한다.
동일하거나 유사한 요소 및/또는 상응하는 부품은 각각의 경우에 각각 다시 설명할 필요가 없도록 다음의 도면에서 동일 도면 부호를 통해 식별된다.
본 발명은 특히 광전자 모듈, 특히 칩-온-보드 모듈의 일례로서, 칩-온-보드 모듈에 의해, 즉 발광 소자에 의해 추가의 잠재적인 실시 형태에 대한 어떠한 제한 없이 예시될 것이다. 본 발명의 범위 내에서, 포토다이오드를 LED 모듈 대신에 태양 전지 또는 다른 부품에 광전자 부품으로서 사용하는 것도 또한 가능하다.
도 1은 광전자 모듈의 제1 예시적 실시 형태를 측면으로부터 개략적인 단면도로 도시한다. 또한, 복수의 도시된 광전자 모듈(110)이 나란히 실장될 수 있어(도 1A에 도시되지 않음), 이것이 광전자 장치(112)를 생성한다.
광전자 모듈(110)은 평면 설계, 예를 들어 플랫 디자인(flat design)을 갖는 기판(114)을 포함한다. 예를 들어, 이러한 기판(114)은 인쇄 회로 기판을 포함할 수 있다. 광전자 부품(116), 예를 들어 발광 다이오드 및/또는 포토다이오드가 바람직하게는 칩-온-보드 기술로 기판상에 적용된다. 바람직하게는, 이들 발광 다이오드 및/또는 포토다이오드는 어레이(array)(118)로, 예를 들어 1차원 또는 2차원 배열로 배치된다.
도 1A에 도시된 예시적인 실시 형태에 따르면, 광전자 모듈(110)은 또한 복수의 광학 소자(122)를 갖춘 광학계(120)를 포함한다. 이러한 광학계(120)는 도시된 예시적인 실시 형태에서 렌즈(128), 예를 들어 마이크로렌즈로서 설계되는 복수의 1차 광학 소자(126)를 갖춘 1차 광학계(124)를 포함한다. 또한, 광학계(120)는 도 1A에 도시되지 않은 적어도 하나의 2차 광학계를 포함한다. 이러한 2차 광학계의 실시 형태에 관하여, 예시적으로 도 5 내지 도 8에 도시된 예시적인 실시 형태가 참조될 수 있다.
예를 들어, 1차 광학계(126)는 주조 방법으로 포팅된 소자(potted element)로서 기판(114)에 적용된다. 이러한 방법의 가능한 실시 형태에 대하여, 위의 설명이 참조될 수 있다. 바람직하게는, 1차 광학 소자(126)는 어레이(130)의 형태로 설계된다.
여기에서, 도 1A는 1차 광학 소자(126)가 각각의 광전자 부품(116)에 할당되는 예시적인 실시 형태를 도시한다. 여기에서, 광전자 부품(116)과 1차 광학계(124)는 유사한 구조적 크기를 갖고, 어레이(118, 130)는 바람직하게는 동일한 피치, 즉 이들 소자 사이의 중심점 사이의 동일한 간격을 포함한다.
도 1B는 도 1A에 따른 예시적인 실시 형태의 변형예를 도시한다. 이번에도, 광전자 장치(112)의 일체형 부분일 수 있는 광전자 모듈(110)이 도시된다. 광전자 모듈(110)은 예를 들어 이번에도 어레이(118)로 배치될 수 있는 복수의 광전자 부품(116)을 포함한다. 또한, 광전자 모듈(110)은 이번에도 1차 광학계(124)와 복수의 1차 광학 소자(126)를 갖춘 광학계(120)를 포함한다. 그러나, 도 1A에 따른 예시적인 실시 형태와는 대조적으로, 1차 광학 소자(126)는 그 각각에 렌즈(128)가 할당되는 광전자 부품(116)을 특징으로 할 뿐만 아니라, 1차 광학 소자(126)는 또한 복수의 반사기(132)를 포함하며, 여기에서 도시된 예시적인 실시 형태에서, 반사기(132)는 반사 측벽을 갖춘 함몰부의 형태로 설계된다. 예를 들어, 이러한 함몰부는 기판(114) 내에 그리고/또는 기판에 적용되는 적어도 하나의 코팅 내에 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 1B에서 반사기(132)가 이번에도 각각의 광전자 부품(116)에 할당된다. 따라서, 렌즈(128)의 경우와 마찬가지로, 반사기(132)도 또한 어레이(130)의 형태로 배치될 수 있다. 도 1A의 경우와 마찬가지로, 1차 광학계(124)의 구조적 크기는 이번에도 광전자 부품(116)의 크기와 유사할 수 있다.
도 1A에 따른 예시적인 실시 형태에서, 할당은 1차 광학 소자(186)의 구조적 크기와 따라서 어레이(130)의 피치가 각각 광전자 부품(116)의 구조적 크기와 어레이(118)의 피치와 적어도 대략 일치하도록 이루어지는 반면, 도 2A 및 도 2B는 광전자 부품(116)의 구조적 크기가 1차 광학계(124)의 1차 광학 소자(126)의 각각의 구조적 크기보다 작은 예시적인 실시 형태를 도시한다. 그 외에는, 도 2A 및 도 2B의 이들 예시적인 실시 형태의 예시는 도 1A 및 도 1B의 예시와 일치한다. 여기에서, 도 2A는 광전자 부품(116)의 어레이(118)가 일정한 피치를 포함하는 예시적인 실시 형태를 도시하며, 여기에서 렌즈(128) 형태의 하나의 1차 광학 소자(126)가 도 2A에 도시된 도시면에서 3개의 광전자 부품(118)에 각각 할당된다. 따라서, 1차 광학 소자(126)의 어레이(130)의 피치는 광전자 부품(116)의 어레이(118)의 피치의 3분의 1이다. 따라서, 도 2A의 예시적인 실시 형태는 피치-유지형(pitch-maintaining) 예시적 실시 형태로도 불리울 수 있다. 반면에, 도 2B는 이러한 예시적인 실시 형태의 변형예를 도시하며, 여기에서 광전자 모듈(110)의 중심에서 광전자 부품(116) 사이에 보다 긴 간격이 존재하며, 그 결과 여기에서 피치-변화형(pitch-varying) 실시 형태를 말할 수 있다.
도 3은 도 1A에 따른 예시적인 실시 형태의 또 다른 변형예를 도시한다. 이 예시적인 실시 형태에서, 렌즈(128) 형태의 복수의 1차 광학 소자(126)가 각각의 광전자 부품(116)에 할당된다. 따라서, 광전자 부품(116), 예를 들어 발광 다이오드의 구조적 크기는 1차 광학 소자(126)의 어레이(130)의 렌즈(128)의 그것을 초과한다.
도 4A 및 도 4B는 광전자 모듈(110) 또는 광전자 장치(112)의 또 다른 예시적인 실시 형태의 상세도를 도시한다. 여기에서, 도 4A 및 도 4B의 예시적인 실시 형태는 할당된 1차 광학 소자(126)에 대한 광전자 부품(116)의 정렬의 상이한 옵션을 도시한다.
예를 들어, 광축(134)이 각각의 광전자 부품(116)에 할당될 수 있고, 광축(136)이 각각의 1차 광학 소자(126)에 할당될 수 있다. 여기에서, 도 4A는 광축(134, 136)이 일치하는 예시적인 실시 형태를 도시한다. 반면에, 도 4B는 광축(134, 136)이 서로에 대해 편위되는 예시적인 실시 형태를 도시한다. 여기에서, 도 4B에 도시된 바와 같이 평행 편위가 있을 수 있다. 그러나, 대안적으로 또는 추가적으로, 광축(134, 136)은 또한 그것들이 서로에 대해 경사지도록 설계될 수 있다. 광축(134, 136)의 서로에 대한 상대 정렬은 또한 각각 어레이(118, 130)를 따라 변화하는 방식으로 설계될 수 있다. 광축(134, 136)의 정렬의 상이한 구현으로 인해, 1차 광학계(124)의 지향성이 또한 어레이(130) 상의 위치에 의존할 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 광전자 모듈(110)의 가능성 있는 제1 예시적 실시 형태를 도시한다. 도시된 예시적인 실시 형태에서, 이러한 광전자 모듈(110)은 처음에 복수의 광전자 부품(116)과 1차 광학계(124)를 갖춘, 도 1A에 따른 구조와 유사한 구조를 포함한다. 복수의 그러한 광전자 모듈(110)은 이번에도 광전자 장치(112)를 얻기 위해 나란히 실장될 수 있다. 이 구조의 설명을 위해, 우선 도 1A에 따른 예시적인 실시예의 설명이 주로 참조될 수 있다. 1차 광학계(124)는 이번에도 렌즈(128)의 어레이(130) 형태의 복수의 1차 광학 소자(126)를 포함한다. 대안적으로 또는 추가적으로, 예를 들어 도 1B에 따른 예시적인 실시 형태와 유사하게, 반사기(132) 형태의 1차 광학 소자(126)를 제공하는 것도 또한 가능하다. 그러나, 도시된 예시적인 실시 형태에서, 광학계(120)는 1차 광학계(124)에 더하여 2차 광학계(138)를 포함한다. 도시된 예시적인 실시 형태에서, 이러한 2차 광학계(138)는 반사기(132) 형태의 2차 광학 소자(140)를 포함한다.
대안적으로 또는 추가적으로 구현될 수 있는 2차 광학계의 선택적 실시 형태로서, 도 6은 1차 광학계(124)에 관하여, 처음에 도 5의 예시적인 실시 형태 또는 도 1A의 예시적인 실시 형태와 유사하게 설계될 수 있는 광전자 모듈(110)의 예시적인 실시 형태, 더 정확히 말하자면 광전자 장치(112)의 상세도를 도시한다. 이번에도, 2차 광학 소자(140)를 갖춘 2차 광학계(138)가 제공되지만, 여기에서 도 5에 따른 실시 형태와는 대조적으로, 도시된 예시적인 실시 형태의 2차 광학 소자(140)는 평철 렌즈(plano-convex lens)(128)로서 설계된다. 도 6은 렌즈(128) 형태의 이러한 2차 광학 소자(140)를 기준선이 그것에서 종단되는 곡선으로 나타낸다. 이러한 선은 광이 반사될 수 있는 계면을 나타낸다. 2차 광학 소자(140)의 렌즈(128)의 재료는 이러한 선 위에 배치될 수 있다. 예를 들어, 적어도 하나의 중간 재료가 2차 광학 소자(140)와 1차 광학 소자(126)를 갖춘 1차 광학계(124) 사이에 배치될 수 있으며, 이때 상기 중간 재료는 예를 들어 공기, 액체, 기체, 고체, 1차 광학계(124) 및 2차 광학계(138)의 굴절률과 상이한 굴절률을 갖는 겔 또는 언급된 재료 및/또는 다른 재료의 조합으로부터 선택된다. 그러나, 2차 광학계(138)가 예를 들어 1차 광학계(124) 상에 직접 놓이는 상이한 실시 형태도 또한 실현가능하다. 2차 광학계(138)의 적어도 하나의 렌즈(128)는 또한 예를 들어 이번에도 어레이로 배치될 수 있는 복수의 렌즈(128)를 포함할 수 있다.
위에서 규정된 바와 같이, 광전자 부품(116)에 의해, 예를 들어 발광 다이오드에 의해 방출되는 광은 초기에 1차 광학계(124)의 1차 광학 소자(126)를 통과한 후에, 이러한 광은 이어서 2차 광학 소자(140)를 통과한다. 이 방식으로, 2차 광학계(138)는 예를 들어 유효 입체각 범위를 증가시킬 수 있다. 이는 개략적으로 지시되는 광로의 예로서 도 7에 예시된다. 이러한 예시적인 실시 형태는 도 5에 따른 예시적인 실시 형태와 일치하며, 그 결과 개별 부품의 설명에 관하여 도 5의 설명이 참조될 수 있다. 여기에서, 도 7은 광전자 부품(116)에 의해 방출되는 광의 빔을 도시한다. 여기에서 에지에 배치되는 광전자 부품의 예로서 예시되는 이들 빔은 초기에 1차 광학 소자(126)를 통과한 다음에, 2차 광학계(138)의 반사기(132)의 반사 표면에 의해 반사되어 광전자 모듈(110)의 방출 방향(142)으로 시준된다.
유사한 방식으로, 도 8은 예시적인 광로를 갖춘 예시적인 실시 형태를 도시한다. 초기에, 이러한 예시적인 실시 형태는 이번에도 하나 이상의 어레이(118)로 기판(114) 상에 적용되는 광전자 부품(116)을 보여준다. 예를 들어, 도시된 예시적인 실시 형태에서 2개의 어레이(118)가 제공된다. 그러나, 원칙적으로, 다른 실시 형태도 또한 실현가능하다. 예를 들어 도 5 및 도 7에 도시된 실시 형태와 유사하게, 처음에 렌즈 형태의 1차 광학 소자(126)가 각각의 광전자 부품(116)에 할당된다. 또한, 도시된 예시적인 실시 형태에서 복수의 2차 광학 소자(140)를 포함하는 2차 광학계(138)가 제공된다. 예를 들어, 어레이당 반사기(132) 형태의 하나의 2차 광학 소자(140)가 제공된다. 또한, 어레이(118)당 렌즈(128) 형태의 하나의 추가의 2차 광학 소자(140)가 제공된다. 도시된 2개의 어레이(118) 중 좌측 어레이는 예시적인 광로를 보여준다. 광전자 부품(116)에 의해 방출되는 광 빔은 처음에 1차 광학 요소(126)에 의해 최초로 반사된다. 이어서, 이들 광 빔은 예를 들어 이들 빔이 우선 반사기(132)에 의해 반사된 다음에 렌즈(128)에 의해 굴절된다는 점에서 또는 그것들이 바로 2차 광학계(138)의 렌즈(128)에 의해 굴절된다는 점에서 1개 또는 2개의 2차 광학 소자(140)를 통과한다. 어느 경우든, 어레이(118) 각각에 대해 광전자 모듈(110)의 방출 방향(142)으로의 시준이 달성될 수 있다.
복수의 1차 광학 소자(126) 및/또는 복수의 2차 광학 소자(140)가 제공되면, 이들 소자(126, 140)는 각각 유사하게 또는 상이하게 설계될 수 있다. 특히, 이들 소자(126, 140)는 표면 구조체를 포함할 수 있다. 그러한 표면 구조체는 예를 들어 적절한 주조 방법에 의해, 예를 들어 이러한 표면 구조체를 생성하는 적어도 하나의 몰드를 주조 방법에 사용함으로써 제조될 수 있다. 전술된 바와 같이, 이는 예를 들어 실리콘 포팅(potting) 방법의 범위 내에서 구현될 수 있다. 도 9, 도 10 및 도 11은 표면 구조체의 상이한 예시적인 실시 형태를 도시한다. 예를 들어, 이들 도면은 이번에도 1차 광학 소자(126)를 갖춘 광전자 모듈(110)만을 도시하며, 여기에서 그러한 광전자 모듈(110)의 실시 형태에 관하여, 예를 들어 도 1A의 위의 설명이 참조될 수 있다. 그러나, 원칙적으로, 본 발명의 다른 예시적인 실시 형태도 또한 1차 광학계(124) 및/또는 2차 광학계(138)에 적절한 표면 구조체를 구비할 수 있다.
도 9는 유사한 렌즈(128)가 1차 광학 소자(126)로서 제공되는 예시적인 실시 형태를 도시한다. 예를 들어, 이들 렌즈(128)는 구면으로 설계될 수 있거나 예를 들어 매끄러운 표면을 포함할 수 있다.
도 10은 1차 광학 소자(126)가 이번에도 렌즈(128)의 형태로 제공되는 예시적인 실시 형태를 도시한다. 그러나, 이 예시적인 실시 형태는 렌즈(128)가 반드시 구면 표면을 포함할 필요는 없고, 예를 들어 상이하게 만곡된 영역을 갖춘 비-구면 표면이 또한 생길 수 있는 것을 보여준다. 예를 들어, 1차 광학계(126) 및/또는 2차 광학계(140)는 또한 복수의 만곡된 영역을 갖춘 렌즈(128)를 포함할 수 있으며, 여기에서 예를 들어 또한 하나 이상의 오목한 영역과 하나 이상의 볼록한 영역의 조합이 사용될 수 있다. 여기에서, 1차 광학계(124) 및 2차 광학계(138)의 모든 렌즈(128)는 동일한 방식으로 또는 예를 들어 도 10에 지시되는 바와 같이 상이한 방식으로 만곡되는 설계를 가질 수 있으며, 그 결과 예를 들어 상이하게 만곡된 표면을 포함하는 적어도 2개의 렌즈(128)가 있을 수 있다.
예를 들어, 도 11은 적절히 설계된 표면 만곡에 더하여, 표면의 텍스처화 또는 표면의 구조화를 제공하는 것도 또한 가능하도록 도 10에 따른 예시적인 실시 형태의 변형예를 도시한다. 예를 들어, 1차 광학계(124) 및/또는 2차 광학계(138)의 렌즈(128)의 표면의 조화(roughening)가 제공될 수 있다. 예를 들어, 이들 조화된 영역은 산란 효과를 제공하고/제공하거나 조사의 불균등성의 보상을 도울 수 있다.
도 9, 도 10 및 도 11에 도시된 예시적인 실시 형태는 유리하게는 2차 광학계(138)에 적용될 수 있다. 예를 들어, 적절하게 매끄러운 표면, 만곡된 표면 또는 구조화된 표면을 갖춘 2차 광학계(138)를 설계하는 것도 또한 가능하다.
110: 광전자 모듈 112: 광전자 장치
114: 기판 116: 광전자 부품
118: 광전자 부품의 어레이 120: 광학계
122: 광학 소자 124: 1차 광학계
126: 1차 광학 소자 128: 렌즈
130: 1차 광학 소자의 어레이 132: 반사기
134: 광전자 부품의 광축 136: 1차 광학 소자의 광축
138: 2차 광학계 140: 2차 광학 소자
142: 방출 방향

Claims (18)

  1. 광전자 모듈(110), 특히 광전자 칩-온-보드 모듈로서,
    광전자 모듈(110)은 기판(114)을 포함하고, 기판(114)은 기판(114) 상에 배치되는 복수의 광전자 부품(116)을 추가로 포함하는 평면 설계를 가지며, 광전자 모듈(110)은 기판(114) 상에 적용되는 적어도 하나의 광학계(120), 특히 복수의 마이크로 광학 소자를 구비하는 마이크로 광학계를 추가로 포함하고, 광학계(120)는 광전자 부품(116)에 인접하는 적어도 하나의 1차 광학계(124)와 적어도 하나의 2차 광학계(138)를 포함하는 것을 특징으로 하는 광전자 모듈(110).
  2. 선행하는 항에 있어서,
    1차 광학계(124)는 렌즈계, 특히 마이크로렌즈 시스템, 및 가장 바람직하게는 렌즈 어레이; 반사기 시스템, 특히 마이크로반사기 시스템, 및 가장 바람직하게는 반사 표면을 갖춘 복수의 함몰부를 구비하는 반사기 시스템으로 이루어진 군으로부터 선택되고, 광전자 부품(116) 중 하나 이상이 함몰부 각각 내로 도입되는 것을 특징으로 하는 광전자 모듈(110).
  3. 선행하는 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    2차 광학계(138)는 반사기(132)와 렌즈(128)로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 2차 광학 소자(140)를 포함하는 것을 특징으로 하는 광전자 모듈(110).
  4. 선행하는 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    2차 광학계(138)는 복수의 광전자 부품(116), 특히 복수의 광전자 부품(116) 및 할당된 1차 광학 소자(126)에 할당되는 2차 광학 소자(140)를 포함하는 것을 특징으로 하는 광전자 모듈(110).
  5. 선행하는 항에 있어서,
    2차 광학계(140)는 반사 표면을 갖춘 함몰부를 구비하는 반사기(132)를 포함하고, 2차 광학 소자(140)에 할당되는 광전자 부품(116)이 함몰부 내로 도입되는 것을 특징으로 하는 광전자 모듈(110).
  6. 선행하는 항에 있어서,
    광전자 부품(116)에 할당되는 적어도 하나의 1차 광학 소자(126)가 추가로 함몰부 내로 도입되는 것을 특징으로 하는 광전자 모듈(110).
  7. 3개의 선행하는 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    2차 광학계(140)는 렌즈(128)를 포함하고, 렌즈(128)는 2차 광학 소자(140)에 할당되는 광전자 부품(116)을 덮는 것을 특징으로 하는 광전자 모듈(110).
  8. 선행하는 항에 있어서,
    광전자 부품(116)에 할당되는 적어도 하나의 1차 광학 소자(126)가 추가로 렌즈(128)에 의해 덮이는 것을 특징으로 하는 광전자 모듈(110).
  9. 선행하는 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    광전자 부품(116)은 1차원 또는 2차원 어레이(118)로 배치되는 것을 특징으로 하는 광전자 모듈(110).
  10. 선행하는 항에 있어서,
    1차 광학계(124)는 복수의 1차 광학 소자(126)를 포함하고, 어레이(118)의 광전자 부품(116) 또는 일군의 광전자 부품(116)이 각각 1차 광학 소자(126) 또는 일군의 1차 광학 소자(126)에 할당되는 것을 특징으로 하는 광전자 모듈(110).
  11. 2개의 선행하는 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    1차 광학 소자(126)가 각각의 광전자 부품(116)에 할당되는 것을 특징으로 하는 광전자 모듈(110).
  12. 선행하는 항에 있어서,
    광전자 부품(116)과 1차 광학 소자(126)는 각각 광축(134, 136)을 포함하고, 광축(134, 136)은 광축(134, 136)이 일치하는 방식; 광축(134, 136)이 서로 평행하게 편위되는 방식; 광축(134, 136)이 서로에 대해 경사지는 방식으로 이루어진 군으로부터 선택되는 방식으로 서로 정렬될 수 있는 것을 특징으로 하는 광전자 모듈(110).
  13. 선행하는 항에 있어서,
    광축(134, 136)의 정렬은 어레이(118) 내에서 변하는 것을 특징으로 하는 광전자 모듈(110).
  14. 3개의 선행하는 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    1차 광학 소자의 지향성이 어레이(118) 내에서 변하는 것을 특징으로 하는 광전자 모듈(110).
  15. 선행하는 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    광전자 부품(116), 특히 광전자 부품(116)의 어레이(118)는 10 mm 이하, 더욱 바람직하게는 5 mm 이하, 가장 바람직하게는 3 mm 이하만큼 기판(114)의 에지로부터 이격되는 것을 특징으로 하는 광전자 모듈(110).
  16. 선행하는 항들 중 어느 한 항에 따른 복수의 광전자 모듈(110)을 포함하는 광전자 장치로서,
    광전자 모듈(110)은 하나 또는 두 공간 방향으로 나란히 실장되는 것을 특징으로 하는 광전자 장치.
  17. 광전자 모듈(110)에 관한 선행하는 항들 중 어느 한 항에 따른 광전자 모듈(110)을 제조하기 위한 방법으로서,
    광학계(120)는 광학계(120)의 적어도 하나의 성형가능한 출발 재료가 광전자 부품(116)과 접촉한 다음에 몰딩되고 경화될 수 있도록 특히 주조 방법을 사용하여 적어도 부분적으로 제조되는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 노광 응용 및/또는 조사 응용을 위한, 광전자 모듈(110)에 관한 선행하는 항들 중 어느 한 항에 따른 광전자 모듈(110)의 사용으로서,
    적어도 하나의 피가공물이 광전자 모듈(110)에 의해 방출되는 전자기 빔에 노광되는 것을 특징으로 하는 광전자 모듈(110)의 사용.
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