KR20210152400A - 증가된 전자기 방사선 출력을 갖는 밀봉된 광전자 모듈 - Google Patents

증가된 전자기 방사선 출력을 갖는 밀봉된 광전자 모듈 Download PDF

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KR20210152400A
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Abstract

본 발명은, 캐리어 요소, 캐리어 요소 상에 적용된 적어도 하나의 광전자 요소, 광전자 요소에 대한 커버, 및 캐비티를 갖는 광전자 모듈에 관한 것이다.
커버는, 원주 방향으로 광전자 요소를 둘러싸고 캐리어 요소에 연결되는 프레임, 및 커버 안으로의 또는 커버 밖으로의 전자기 방사선의 입력 및/또는 출력을 위해 프레임 상에 적용되고 캐리어 요소의 실질적으로 반대측에 놓이는 유리 요소를 포함한다. 캐비티는, 커버의 내측 표면 및 캐리어 요소의 표면에 의해 적어도 부분적으로 한정되는 체적 내부에 형성된다. 광전자 요소는 캐비티 내에 배열되고, 밀봉되어 그리고/또는 오토클레이브가능한 방식으로 커버에 의해 둘러싸인다. 광전자 모듈은 또한, 캐비티를 적어도 부분적으로 충전시키는 충전재 물질을 포함하고, 충전재 물질에 의해 점유되는 체적의 팽창을 보상하도록 적응 및 구성되고, 적어도 하나의 제1 변형가능한 보상 체적 - 보상 체적은 커버 및/또는 캐리어 요소의 하위영역에 인접하게 배열됨 - 을 포함한다.

Description

증가된 전자기 방사선 출력을 갖는 밀봉된 광전자 모듈{HERMETICALLY SEALED OPTOELECTRONIC MODULE HAVING INCREASED OUTPUT OF ELECTROMAGNETIC RADIATION}
본 발명은, 광전자 모듈로부터의 증가된 전자기 방사선 출력을 갖는 밀봉된 광전자 모듈, 및 그러한 광전자 모듈을 생산하는 방법에 관한 것이다.
광전자 요소 또는 컴포넌트, 예컨대 LED는, 종종 종래 기술에 따라서 에폭시 수지 및 실리콘에 의해, 그리고 또한 유리 패키지, 세라믹-유리 패키지, 또는 금속-유리 패키지로 봉지화된다. 그러나 금속-유리 패키지 또는 세라믹 등급의 패키지는 일반적으로 금속 또는 세라믹 패키지 요소, 및 패키지 안으로의 또는 패키지 밖으로의 전자기 방사선, 특히 광의 입력 또는 출력을 위한 투명 패키지 요소 포함한다. 광전자 요소의 봉지화는 그 자체는 한편으로 광전자 요소를 보호하기 위해 그리고 다른 한편으로 광전자 요소로부터의 전자기 방사선 출력을 증가시키기 위해 사용되며, 이러한 경우, 봉지화 물질의 굴절률의 적합한 선택에 의해 증가된 전자기 방사선 출력이 달성될 수 있다. 광전자 요소는 기판 또는 캐리어 요소 상에 적용되고, 일반적으로 솔더링 공정 또는 용접 공정에 의하여 대응하는 패키지에 의해 봉지화 또는 봉입된다. 때때로 충전재 물질이 또한 사용되며, 이는 봉지화 또는 패키지 내로 도입되고, 전자기 방사선 출력의 증가에 기여하도록 의도된다.
예를 들어, 미국 특허 출원 US 2005/0239227 A1은, 적어도 하나의 LED 칩, 및 적어도 하나의 LED 칩을 둘러싸고 개방된 단부에서 회로 기판에 연결되는 반투명 커버를 갖는 회로 기판을 설명한다. 적어도 하나의 LED 칩을 포함하고, 적어도 하나의 LED 칩을 커버하는 실리콘 또는 에폭사이드와 같은 투명 충전재 물질이 그 안에 도입되는 내부 체적은, 커버 및 회로 기판의 내측 표면에 의해 규정된다. 충전재 물질에 의해 광 출력이 증가되며, 충전재 물질은, 광 출력을 증가시키는 내부 체적 내의 굴절률의 변화를 초래한다.
미국 특허 출원 US 2003/0219207 A1 또한, LED와 같은 광원으로부터 도광체, 예컨대 광섬유로의 광 출력을 증가시키도록 굴절률을 적응시키기 위한 광학 겔 형태의 충전재 물질을 사용한다. 광학 겔은, 도광체가 광 방출 표면에 부착되어 있지 않을 때 광원과 도광체 사이에서 광을 전달하기 위해 광 방출 표면을 둘러싸고 플라스틱 돔에 의해 봉입되는 빈 공간을 충전시킨다.
미국 특허 출원 US 2009/0206352 A1은, 패키지에 의해 둘러싸이는 LED 칩을 개시하며, 패키지는, 유리 바디에 의해 형성되는 적어도 하나의 베이스 바디와 캡, 및 베이스 바디의 리세스 내에 그리고 캡 상에 안착되는 LED 칩을 포함한다. LED 칩의 1차 방사선은 적어도 부분적으로 변환 요소에 의해 더 긴 파장을 갖는 방사선으로 변환되며, 변환 수단은 캡의 유리 바디 내에 포함되고 유리 바디의 굴절률은 1.6보다 더 크며, 바람직하게는 적어도 n = 1.7이다. 베이스 바디의 리세스는 충전재 물질로 충전되며, 충전재 물질은 LED 칩을 커버하고, 주 구성요소로서의 침지액 및 일정 비율의 유리와 인 안료를 포함하고, LED 칩의 1차 방사선의 변환 효율의 증가에 기여한다.
LED 칩과 같은 광전자 요소가 적용되어 있는 캐리어 요소에 의해 그리고 커버에 의해 또는 캡에 의해 한정되는 내부 체적 내에 도입되는, 종래 기술에 따른 충전재 물질은 온도의 증가에 따라서, 특히 전자기 열 복사 또는 복사 열의 결과로서, 팽창한다. 온도 증가에 따른 체적 팽창의 결과로서, 충전재 물질이 내부 체적을 충전시킨다면, 특히 완전히 충전시킨다면, 충전재 물질은 커버 상에 그리고 또한 광전자 요소가 적용되어 있는 캐리어 요소 상에 증가되는 압력을 가한다. 전자기 방사선 출력의 효율의 중대한 저하로 이어지는 커버 내의 균열 외에, 광전자 요소 상에 가해지는 충전재 물질의 압력에 의해 광전자 요소가 손상될 수도 있다.
따라서, 본 발명의 적어도 하나의 목적은, 적어도 하나의 광전자 요소, 및 광전자 요소를 커버하는 충전재 물질을 갖는 개선된 밀봉된 광전자 모듈을 제공하는 것이며, 이는 위에 언급된 단점을 극복하고 동시에 광전자 모듈로부터의 증가된 전자기 방사선 출력을 갖는다. 특히, 충전재 물질의 체적 변화가 발생하는 경우에도 광전자 모듈로부터의 증가된 전자기 방사선 출력이 일어나는 것이 본 발명의 목적이다.
전술한 목적 중 적어도 하나가 독립 청구항 1 및 방법 청구항 10의 특징에 의해 달성되고, 각 종속 청구항의 추가적인 특징에 의해 구성 및 개선된다.
본 발명에 따른 광전자 모듈은 캐리어 요소, 캐리어 요소 상에 적용되는 적어도 하나의 광전자 요소, 광전자 요소를 위한 커버, 및 캐비티를 포함한다. 캡으로서도 지칭되는, 광전자 모듈의 커버는, 원주 방향으로 광전자 요소를 둘러싸고 캐리어 요소에 연결되는 프레임, 및 커버 안으로의 또는 커버 밖으로의 전자기 방사선의 입력 및/또는 출력을 위해 프레임 상에 적용되고 캐리어 요소의 실질적으로 반대측에 놓이는 유리 요소를 포함한다. 캐비티는, 커버의 내측 표면 및 캐리어 요소의 표면에 의해 적어도 부분적으로 한정되는 체적의 내부에 형성된다. 광전자 요소는, 밀봉되어(hermetically) 그리고/또는 오토클레이브가능한(autoclavable) 방식으로 커버에 의해 봉입되도록, 캐비티 내에 배열된다. 광전자 모듈은 또한 충전재 물질을 포함하며, 충전재 물질로 캐비티가 적어도 부분적으로 충전된다. 광전자 모듈은 또한, 충전재 물질에 의해 점유되는 체적의 팽창을 보상하도록 적응 및 구성되고, 이를 위해 적어도 하나의 제1 변형가능 보상 체적을 포함한다.
온도 문턱치에 있거나, 온도 문턱치를 초과하거나, 온도 문턱치 아래로 떨어질 때 체적이 0을 향할 수 있도록 하는 방식으로 보상 체적을 구성하는 것이 또한 생각될 수 있다. 그러나 보상 체적은 통상적으로, 광전자 컴포넌트의 응용예에 대해 일반적인, -40°C에서부터 +150°C까지, 바람직하게는 -25°C에서부터 +125°C까지의 온도 범위 내에서 존재하고 유효하다.
광전자 모듈을 위한 적어도 하나의 제1 변형가능 보상 체적을 제공함으로써, 본 발명에 따른 광전자 모듈은, 광전자 요소를 커버하거나 캐비티 내에 도입되는 충전재 물질의 체적 팽창을 보상하기 위한 해결책을 제시한다. 예컨대 전자기 열 복사 또는 복사 열의 결과로서, 광전자 모듈의 내부의 온도 증가 시, 충전재 물질은 적어도 제1 보상 체적 내로 팽창할 수 있다. 최초에는 충전재 물질로 충전되어 있지 않은, 적어도 하나의 제1 보상 체적은, 그 후 곧 팽창하는 충전재 물질로 적어도 부분적으로 충전된다. 충전재 물질은 적어도 제1 보상 체적 내로 팽창할 수 있기 때문에, 충전재 물질은, 광전자 요소가 적용되어 있는 캐리어 요소 상에 그리고/또는 커버 상에 훨씬 더 적은 압력을 가하거나 임의의 압력을 더 이상 거의 가하지 않는다. 따라서, 충전재 물질이 적어도 제1 보상 체적 내로 팽창할 수 있는 가능성에 의해, 캐리어 요소 상의 광전자 요소 및/또는 커버에 대한 손상의 위험은, 없어지지는 않더라도, 상당히 감소되며, 이는 광전자 모듈로부터의 증가된 전자기 방사선 출력으로 이어진다.
하나의 예시적인 실시예에서, 충전재 물질은 액체, 예컨대 오일이며, 팽창하는 동안, 만곡된, 특히 볼록하게 만곡된 표면을 형성한다. 그러한 만곡된 표면은 정수역학에서 메니스커스로서 지칭되고, 메니스커스를 형성하는 액체와 액체에 인접한 벽의 표면 사이의 상호작용에 기초한다.
적어도 하나의 보상 체적 외에, 최초에는 충전재 물질로 충전되어 있지 않은 복수의 보상 체적, 즉, 제2, 제3 등의 변형가능 보상 체적이 또한 광전자 모듈 내에 제공될 수 있으며, 각 보상 체적은 서로 공간적으로 분리되어 있다.
본 발명의 범위에서 전자기 방사선 출력 또는 광 출력이 언급될 때, 전자기 방사선 또는 광이라는 용어는 미리 결정된 스펙트럼 범위를 지칭하며, 가시광의 스펙트럼으로 제한되지 않는다. 예컨대, 이러한 미리 결정된 스펙트럼 범위에 의해 적외선 광 또는 자외선(UV, ultraviolet) 광이 포함될 수도 있다. 커버의 유리 요소는, 예컨대, 유리판 형태의 유리 윈도우일 수 있거나, 상이한 형상, 예컨대, 볼록하거나 오목한 형상일 수도 있다. 특히, 유리 요소는 렌즈로서 구성될 수도 있다. 유리 윈도우 외에, 예컨대 유리-세라믹 윈도우, 사파이어 윈도우, 석영 윈도우, 또는 실리콘 윈도우 또한 투명 유리 요소로서 사용될 수 있다. 이러한 경우 실리콘 윈도우는, 적외선 광에 대해서만 투명한 유리 요소의 예이다.
하나의 예시적인 실시예에서, 출력될 전자기 방사선의 광경로에 부정적인 영향을 미치는 굴절률의 변화의 가능성이 가장 낮은 계면이 커버의 내부에 형성되도록, 제1 변형가능 보상 체적은 광전자 모듈의 커버의 하위영역 및/또는 캐리어 요소의 하위영역에 인접할 수 있다. 만일, 본 발명에 따른 본 실시예와는 대조적으로, 제1 보상 체적이 커버 및/또는 캐리어 요소의 하위영역에 인접하게 배열되지 않고, 예컨대, 충전재 물질의 2개의 상호 분리된 영역 사이에 그리고 각각 충전재 물질의 이들 영역에 바로 인접하게 배열된다면, 보상 체적과 충전재 물질 사이에 더 많은 계면이 형성될 것이다. 이는, 출력될 전자기 방사선의 광경로에 부정적인 영향을 미치고 광전자 모듈로부터의 전자기 방사선 출력의 효율을 감소시킬 것이다. 그러면 공기 또는 기체와의 계면으로서 일반적으로 존재하는 이들 전이는 훨씬 더 큰 굴절률 변화를 가지며, 이는 높은 반사 손실을 수반한다.
광전자 모듈의 커버의 하위영역 및/또는 캐리어 요소의 하위영역에 인접한 제1 보상 체적에 대한 대안으로서, 추가적인 예시적인 실시예에서, 적어도 하나의 제1 보상 체적은 충전재 물질에 의해 완전히 둘러싸일 수도 있다. 특히, 적어도 하나의 제1 보상 체적은, 광전자 모듈의 충전재 물질로 충전된 영역 내에 위치되는 기포로서 형성될 수 있다.
보상 체적은 바람직하게는, 압축가능한 매체, 특히 기체성 매체로, 또는 탄성 매체로 충전된다. 대안으로서, 보상 체적은 진공일 수 있다. 이들 변형예 모두는, 보상 체적 내로의 충전재 물질의 팽창 시에, 충전재 물질이 그 체적을 보상 체적 내로 증가시킬 수 있도록, 보상 체적이 충전재 물질을 위해 압축될 수 있게 한다.
한 실시예에서, 이러한 코팅으로부터의 충전재 물질의 분리에 의해 적어도 하나의 제1 보상 체적이 형성되도록, 커버의 하위영역 및/또는 캐리어 요소의 하위영역은, 충전재 물질에 대해 비습윤성이고 그리고/또는 충전재 물질에 대해 비접착성인 코팅으로 코팅될 수 있다. 이 코팅은, 캐비티가 충전재 물질로 충전되기 전에 수행되어야 한다. 코팅 후에 캐비티가 충전재 물질로 충전된다면, 충전재 물질은 비습윤성 또는 비접착성 코팅에 접착되지 않는다. 충전재 물질은 이 코팅으로부터 분리 또는 철회되어, 분리에 의해 적어도 하나의 제1 보상 체적이 형성되도록 할 수 있다.
또 다른 실시예에서, 제1 보상 체적의 적어도 하나의 하위영역이, 충전재 물질에 대해 비습윤성이고 그리고/또는 충전재 물질에 대해 비접착성인 코팅으로 코팅되는 것 또한 생각될 수 있다. 광전자 모듈 내로의 제1 보상 체적의 도입 및 그의 적어도 부분적인 코팅 후, 캐비티가 충전재 물질로 충전될 때, 충전재 물질은 이 코팅에 접착되지 않으며 그로부터 분리될 수 있다. 이는 제2 보상 체적을 생성하며, 제1 보상 체적은 압축가능한 매체 또는 탄성 매체이지만, 제2 보상 체적은 이때 진공으로서 존재한다.
충전재 물질에 의해 점유되는 체적의 팽창을 보상하기 위해, 광전자 모듈, 특히 캐리어 요소의 커버는, 예컨대, 적어도 하나의 플렉서블 멤브레인, 특히 프레임 또는 캐리어 요소에 연결된 적어도 하나의 플렉서블 멤브레인을 포함할 수 있다. 그러한 멤브레인은 탄성 물질 따라서 팽창가능한 물질로 구성되며, 충전재 물질이 멤브레인을 통과할 수 없지만 팽창 시 멤브레인에 의해 한정 또는 유지되는 방식으로 구성된다. 본 발명의 범위 내에서, 하나보다 더 많은 그러한 플렉서블 멤브레인이 광전자 모듈 내에 제공될 수도 있으며, 대응하는 멤브레인은 서로 분리되어 공간적으로 배열된다.
한 실시예에 따라서, 제1 보상 체적은 적어도, 캐비티를 향하는 프레임의 내측 표면 및/또는 캐비티를 향하는 캐리어 요소의 표면 사이에 배열된다. 플렉서블 멤브레인이 제공된다면, 충전재 물질의 체적 팽창의 결과로서 충전재 물질이 멤브레인 상에 압력을 가할 때 플렉서블 멤브레인은 외측으로 제1 보상 체적 내로 만곡될 수 있다. 그러나, 제1 보상 체적의 방향으로, 그리고 따라서 멤브레인의 방향으로 충전재 물질이 팽창한다면, 보상 체적의 방향으로의 추가적인 팽창으로부터 방해받지 않으면서, 멤브레인에 의해 충전재 물질이 그 팽창 방향으로 한정될 수 있다. 그 결과, 변형되는 또는 외측으로 만곡되는 멤브레인과 함께 충전재 물질이 제1 보상 체적의 방향으로 팽창한다.
본 발명에 따른 광전자 모듈의 적어도 하나의 멤브레인은 바람직하게는, 밀봉되는 캐비티를 한정한다. 이는, 캐비티의 하위영역이 적어도 하나의 멤브레인에 한정되고 따라서 적어도 하나의 멤브레인에 바로 인접하다는 것을 의미한다. 그 결과, 캐비티는, 커버의 내측 표면에 의해, 광전자 요소를 향하는 캐리어 요소의 표면에 의해, 그리고 적어도 하나의 멤브레인에 의해 한정되는 체적에 의해 형성된다. 그러한 실시예에서, 커버 및 캐리어 요소 더하여 멤브레인은 그 결과 광전자 요소의 밀봉된 봉지화의 구성요소이다.
전술한 플렉서블 멤브레인에 대한 대안으로서 또는 전술한 플렉서블 멤브레인과 조합하여, 광전자 모듈은 이원금속 요소를 포함할 수 있다. 특히, 또 다른 실시예에서, 충전재 물질에 의해 점유되는 체적의 팽창을 보상하기 위해, 커버의 프레임은, 적어도 부분적으로 이원금속이도록 구성될 수 있다. 이원금속 요소는, 형태 피팅 또는 물질 피팅으로 서로 연결된 2개의 층의 상이한 금속을 포함하며, 온도 변화 시에 그 형상을 변화시키는, 특히 구부러지는, 특성에 의해 구별된다. 구부러짐의 원인은, 이원금속 조성물 또는 이원금속 요소를 위해 사용되는 금속은, 상이한 열 팽창 계수를 가지며 따라서 또한 상이한 종방향 팽창 계수를 갖고, 그 결과 가열 중에 상이한 거리만큼 늘어지며, 이는 금속 사이에 형성되는 연결부 때문에 구부러짐으로 이어진다는 것이다. 적어도 부분적으로 이원금속이도록 구성되는 프레임의 경우, 이원금속 프레임은, 온도 증가 시에 외측으로, 즉 캐비티로부터 먼 쪽으로, 구부러져, 제2 보상 체적을 구성하는 빈 공간이 형성되도록 하는 방식으로 설계된다. 온도 증가의 결과로서 충전재 물질은 이 제2 보상 체적 내로 팽창할 수 있다. 제2 보상 체적은 바람직하게는 적어도 하나의 제1 보상 체적과는 상이한 보상 체적이다. 그러나, 제2 보상 체적은 또한 적어도 하나의 제1 보상 체적일 수 있다.
한 실시예에 따라서, 충전재 물질은 특히 실리콘, 폴리머, 에폭시 수지, 또는 오일일 수 있고, 그리고/또는 커버의 프레임은 세라믹 또는 금속, 바람직하게는, 적어도 부분적으로 유리로 코팅된 금속 또는 적어도 부분적으로 유리로 코팅된 세라믹일 수 있다. 충전재 물질의 선택은 그 굴절률을 통해 수행될 수 있으며, 특히 사용되는 유리 요소의 굴절률에 그리고 입력 또는 출력될 전자기 방사선의 파장에 의존하여 이루어질 수 있다. 적어도 부분적 유리 코팅을 갖는 금속 또는 세라믹으로 제조되는 프레임의 경우, 유리 코팅은 특히 프레임을 캐리어 요소에 연결시키기 위해 사용된다.
또한, 캐리어 요소는 예컨대 적어도 부분적으로 세라믹 및/또는 금속으로 구성될 수 있고, 바람직하게는 광전자 요소에 접촉하기 위한 전기 레이아웃을 포함할 수 있다. 광전자 요소는, 특히, 솔더링 공정 또는 접착 접합 공정에 의해 캐리어 요소 상에 적용된다.
또한, 본 발명에 따른 광전자 모듈의 한 실시예에 따라서, 캐비티의 체적은 제1 보상 체적의 체적보다 적어도 2.5배만큼 더 크다.
평평한 평면형 캐리어 요소 외에, 또 다른 실시예에서, 캐리어 요소는, 캐리어 요소 상에 광전자 요소가 배열되는 리세스를 포함할 수도 있다. 이러한 경우, 실질적으로 캐리어 요소의 리세스에 의해 캐비티가 형성된다.
캐비티 내의 광전자 요소의 밀봉된 봉지화 외에, 본 발명의 범위 내에서, 캐비티 내의 광전자 요소의 오토클레이브가능한 봉입이 수행될 수도 있다. 오토클레이브가능한 봉입은, 특정한 길이의 시간 동안 증기 멸균된 캐비티(11) 내에 광전자 요소(2)를 기밀하게 폐쇄 또는 봉입하는 것을 의미한다. 이러한 경우, 광전자 요소(2)는, 일반적으로 110°C에서부터 140°C까지의, 바람직하게는 약 135°C의, 온도와 최대 3bar의 압력 및 높은 습도에서 증기와 함께 적어도 15분의 지속시간 동안 기밀한 방식으로 캐비티(11) 내에 폐쇄된다. 따라서, 예컨대, 오토클레이브가능한 방식으로 캐비티 내에 광전자 요소가 봉입될 때의 압력 평형을 위해, 광전자 모듈(1)의 내부의 보상 체적으로부터 외부, 즉, 광전자 모듈(1)의 외부를 향해, 예컨대, 기체에 대해 투과성이고 그리고/또는 확산을 위해 개방된 채널이 또한 형성될 수 있다.
또한, 본 발명은 또한 밀봉된 그리고/또는 오토클레이브가능한 광전자 모듈을 생산하기 위한 방법에 관한 것이며, 방법은,
- 캐리어 요소 상에 적어도 하나의 광전자 요소를 적용하는 단계,
- 커버 - 커버는, 커버 안으로의 또는 커버 밖으로의 전자기 방사선의 입력 및/또는 출력을 위한 유리 요소 및 프레임을 포함함 - 의 프레임이 캐리어 요소에 연결되고, 광전자 요소가 프레임에 의해 원주 방향으로 둘러싸이고, 커버의 유리 요소가 실질적으로 캐리어 요소의 반대측에 놓이도록 하는 방식으로, 캐리어 요소에 커버를 연결하는 단계,
- 커버의 내측 표면 및 캐리어 요소의 표면에 의해 적어도 부분적으로 한정되는 체적의 내부에 캐비티를 형성하여, 캐비티 내에 광전자 요소가 배열되고, 캐비티 내의 광전자 요소의 밀봉된 그리고/또는 오토클레이브가능한 봉입이 일어나도록 하는 단계,
- 캐리어 요소에 커버를 연결하는 단계 전에 충전재 물질로 광전자 요소를 커버하거나, 캐리어 요소, 또는 커버의 프레임 또는 유리 요소를 통해 연장되는 적어도 하나의 충전 개구를 통해, 형성된 캐비티를 적어도 부분적으로 충전시키고, 충전 후에 충전 개구 및 환기 개구를 밀봉되게 그리고/또는 오토클레이브가능하게 폐쇄하는 단계, 및
- 광전자 모듈의 내부에 적어도 하나의 제1 변형가능 보상 체적을 형성하는 단계
를 포함한다.
광전자 모듈에 관한 대응하는 실시예에 의해 이미 전술된 바와 같이, 제1 보상 체적은 다양한 방식으로 형성될 수 있다. 캐리어 요소 상에 광전자 요소를 적용하는 단계 후에, 예컨대, 한 실시예에서, 충전재 물질에 대해 비습윤성이고 충전재 물질에 대해 비접착성인 코팅으로 프레임 및/또는 캐리어 요소의 하위영역을 코팅하는 단계가 수행될 수 있다.
위에 언급된 방법 단계의 순서는 이러한 경우 위에 언급된 방법 단계의 시퀀스에 반드시 대응하지는 않는다. 예컨대, 커버의 연결 이전에 캐비티의 형성이 이미 수행되었을 수 있다.
본 발명에 따른 방법은, 본 발명에 따른 광전자 모듈과 관련하여 이미 언급된 장점으로 이어진다.
전술한 본 발명에 따른 방법에서, 한 실시예에서, 광전자 요소의 밀봉된 그리고/또는 오토클레이브가능한 봉입을 위해 캐리어 요소에 커버를 연결하는 단계는 특히 다음의 공정 중 하나에 의해 수행된다:
- 레이저 용접하는 공정 - 캐리어 요소는 바람직하게는 세라믹 또는 금속이고 프레임은 바람직하게는 세라믹 또는 금속, 특히 유리로 코팅된 금속임 - ,
- 저항 용접하는 공정,
- 금속 솔더로 솔더링하는 공정 - 캐리어 요소 및 커버는 각각, 솔더에 대한 단단한 연결부를 형성하기에 적합한 표면을 가지며, 바람직하게는 솔더 예비 형성품을 포함함 - ,
- 유리 솔더로 솔더링하는 공정,
- 적어도 프레임과 유리 요소, 프레임과 캐리어 요소, 또는 유리 요소와 캐리어 요소를 충전재 물질로 접착 접합하는 공정,
- 적어도 프레임과 유리 요소, 프레임과 캐리어 요소, 또는 유리 요소와 캐리어 요소를 실리콘, 폴리머, 또는 충전재 물질과는 상이한 결합 물질로 접착 접합하는 공정.
위에 언급된 모든 공정은 각각, 커버 및 캐리어 요소에 의해 밀봉된 그리고/또는 오토클레이브가능한 방식으로 광전자 요소가 봉입되고 따라서 외부 영향으로부터의 광전자 요소의 보호에 기여하는 것을 보장한다.
본 발명에 따른 방법에서, 유리 요소를 통해 연장되는 충전 개구 및 환기 개구의 경우, 충전재 물질로 캐비티를 충전시킨 후에 충전 개구 및 환기 개구를 폐쇄하는 것은, 바람직하게는, 유리 솔더로 밀봉하거나 충전재 물질로 밀봉함으로써 수행되고, 충전재 물질은 바람직하게는 실리콘 또는 에폭시 수지이다. 캐리어 요소 또는 프레임을 통해 연장되는 충전 개구 및 환기 개구의 경우, 충전 개구 및 환기 개구의 폐쇄는 바람직하게는, 금속화된 충전 개구 및 환기 개구를 솔더링함으로써 또는 금속 솔더로 용접함으로써 수행된다. 환기 개구는 충전하는 공정 동안의 캐비티 내의 압력 평형을 위해, 특히 캐비티 내에 봉입된 공기를 배출하기 위해 사용된다. 충전하는 공정의 완료 후, 전술한 바와 같이 수행될 수 있는 캐비티 내의 광전자 요소의 밀봉된 그리고/또는 오토클레이브가능한 봉지화를 보장하기 위해, 충전 개구 및 환기 개구는 다시 폐쇄되어야 한다.
한 실시예에 따라서, 본 발명에 따른 방법에서, 충전재 물질에 의해 점유되는 체적의 팽창에 대한 보상은, 바람직하게는 커버의 프레임에 또는 캐리어 요소에 연결된, 적어도 하나의 플렉서블 멤브레인의 외측 만곡 또는 변형에 의해 수행된다. 이러한 경우, 적어도 하나의 멤브레인은 제1 보상 체적의 방향으로 외측으로 만곡된다. 이러한 경우, 제1 보상 체적은, 적어도 캐비티를 향하는 프레임의 내측 표면 및/또는 캐비티를 향하는 캐리어 요소의 표면 사이의 적어도 하나의 멤브레인에 인접하게 또는 프레임 또는 캐리어 요소의 리세스 내의 적어도 하나의 멤브레인에 인접하게 배열된다. 또 다른 실시예에서, 플렉서블 멤브레인은 충전재 물질 자체의 표면에 의해 형성될 수도 있다. 예컨대, 이를 위해 충전재 물질은 멤브레인을 형성하도록 그 표면이 경화될 수 있다.
플렉서블 멤브레인에 대한 대안으로서 또는 플렉서블 멤브레인과 조합하여, 본 발명에 따른 방법은, 예컨대, 충전재 물질에 의해 점유되는 체적의 팽창에 대한 보상이, 충전재 물질 상에 나타나는 커버의 프레임의 적어도 하나의 영역의 구부러짐 또는 변형에 의해 수행되는 것을 더 제공할 수 있으며, 적어도 충전재 물질 상에 나타나는 영역 내에서 프레임은 이원금속이도록 구성된다. 전술한 바와 같이, 형태 또는 물질 피팅으로 서로 연결된 2개의 층의 상이한 금속으로 구성되는 이원금속 조성물은, 온도 변화 시의 형상 변화, 특히 구부러짐에 의해 구별된다.
또한, 본 발명에 따른 방법에서의 캐리어 요소 상의 광전자 요소의 적용은, 예컨대, 솔더링 공정 또는 접착 접합 공정에 의해 수행될 수 있다. 바람직하게는, 광전자 요소의 접촉을 위한 캐리어 요소 상의 전기 레이아웃의 적용 또한 수행된다.
전술한 실시예에 따른 광전자 모듈은, 다른 것들 중에서도, 피부 치료, 조직 치료, 종양 치료, UV 기반 산업 플랜트, 및 차량을 위한 표면 상에 사용될 수 있다. 일반적으로, 모듈은 액체 또는 기체의 UV-B 또는 UV-C 처리를 위해 사용될 수 있다.
다음의 본 발명의 예시적인 실시예의 설명 및 연관된 도면을 통해 본 발명의 추가적인 장점, 특징, 및 응용 가능성이 더 명확해질 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 본 발명에 따른 광전자 모듈의 단면도를 도시한다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 본 발명에 따른 광전자 모듈의 단면도를 도시한다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 본 발명에 따른 광전자 모듈의 단면도를 도시한다.
도 4 및 도 5는 2개의 상이한 시점에서의 본 발명의 제4 실시예에 따른 본 발명에 따른 광전자 모듈의 단면도를 도시한다.
도 6은 충전재 물질의 도입 이전의 본 발명에 따른 광전자 모듈의 기본적인 개략적 구조의 투시도를 도시한다.
도 7은 본 발명의 제5 실시예에 따른, 충전재 물질의 도입 이전의, 본 발명에 따른 광전자 모듈의 단면도를 도시한다.
도 8은 본 발명의 제6 실시예에 따른 본 발명에 따른 광전자 모듈의 단면도를 도시한다.
도 9는 본 발명의 제7 실시예에 따른 본 발명에 따른 광전자 모듈의 단면도를 도시한다.
도 10은 본 발명의 제8 실시예에 따른 본 발명에 따른 광전자 모듈의 단면도를 도시한다.
도 11은 충전재 물질이 없는 광전자 모듈로부터 출력되는 UV 광의 극각도 의존 광출력의, 시뮬레이션에 기초한 그래프 도면을 도시한다.
도 12는 실리콘으로 충전된 본 발명에 따른 광전자 모듈로부터 출력되는 UV 광의 극각도 의존 광출력의, 시뮬레이션에 기초한 그래프 도면을 도시한다.
도 1 및 도 2는, 본 발명의 제1(도 1) 및 제2(도 2) 실시예에 따른 광전자 모듈(1)의, 광전자 모듈(1)을 관통하는 단면도를 각각 도시한다. 도 1 및 도 2의 광전자 모듈(1)은 캐리어 요소(3) 및 캐리어 요소(3) 상에 적용된 광전자 요소(2)를 포함한다. 예컨대, 광전자 요소(2)는, 예컨대, 캐리어 요소 상에 솔더링되거나 접착 접합된, LED 칩일 수 있다. 도 1 및 도 2에 따른 캐리어 요소(3)는 부분적으로 세라믹으로 구성되지만, 또 다른 실시예에서는 적어도 부분적으로 금속으로, 가능하게는 세라믹과 조합된 금속으로, 구성될 수 있다. 광전자 요소(2)의 전기적 접촉을 위해, 캐리어 요소(3)는, 그 내부에서 연장되는 도전체(19)를 갖는 급전 스루(17)를 포함한다.
도 1 및 도 2에 도시된 광전자 모듈(1)은 또한, 광전자 요소(2) 및 캐비티(11)에 대한 커버(5)를 포함한다. 커버(5)는, 도 1 및 도 2에서 광전자 요소(2)를 원주 방향으로 완전히 둘러싸고, 캐리어 요소(3)에 연결되고, 도 1 및 도 2의 본 예에서, 패키지 캡으로서 구성되는 프레임(7), 및 커버(5) 안으로의 또는 커버(5) 밖으로의 전자기 방사선의 입력 및/또는 출력을 위해 캐리어 요소(3)의 실질적으로 반대측에 놓이는 유리 요소(9)를 포함한다. 패키지 캡으로서 구성되는 프레임(7)은, 전자기 방사선의 출입을 위한 하단 표면 내의 관통 개구(12)를 갖는, 유리로 코팅된 금속으로 제조되는 불완전 원뿔형 슬리브를 포함한다. 커버(5)를 생산하기 위해, 관통 개구(12)를 포함하는 패키지 캡(7)의 하단 표면의 내측면 상에 유리 요소(9)가 배치되고, 바람직하게는 유리 솔더를 통해, 밀봉되어 연결될 수 있다. 한 실시예에 따라서, 도 1 및 도 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 유리 요소(9)는 프레임(7)의 또는 패키지 캡(7)의 개구와 동일 평면 내에 배열되는 것이 아니라, 어셈블링된 광전자 모듈(1)에 관한 프레임(7)에 대해 광전자 요소(2)의 방향으로 오프셋된다. 유리 요소(9)는 투명하고, 도 1 및 도 2에서는, 예로서, 유리 윈도우로서 구성되지만, 또 다른 실시예에서는 예컨대 볼록하거나 오목하게 성형될 수도 있다. 유리 윈도우에 대한 대안으로서, 또 다른 실시예에서, 유리-세라믹 윈도우, 사파이어 윈도우, 석영 윈도우, 또는 빔-편향 광학 요소, 예를 들어 렌즈 또는 프리즘이 투명한 유리 요소로서 사용될 수도 있다.
캐비티(11)는, 커버(5)의 내측 표면 및 광전자 요소(2)를 향하는 캐리어 요소(3)의 표면에 의해 한정되는 체적의 내부에 각각 형성된다. 따라서, 커버(5) 및 캐리어 요소(3)에 의해 밀봉되어 봉입 또는 봉지화되는 방식으로 캐비티(11) 내에 광전자 요소(2)가 배열된다.
도 1 및 도 2의 광전자 모듈(1)은, 캐비티(11)를 부분적으로 충전시키는 충전재 물질(13)을 각각 포함한다. 도 1에 따른 충전재 물질(13)은 오일이고, 도 2에 따른 충전재 물질은 에폭시 수지이다. 그러나, 또 다른 실시예에서, 충전재 물질은 폴리머 또는 실리콘일 수도 있다. 도 1 및 도 2에서, 커버(5)가 이후에 밀봉되어 캐리어 요소(3)에 연결되기 전에, 충전재 물질은 초기에, 프레임(7) 또는 패키지 캡 및 유리 윈도우(9)로 구성된 뒤집힌 커버(5) 내에 도입되었다. 도 1에서 충전재 물질(13)은, 커버(5)의 프레임(7)에 인접하지 않은 광전자 모듈(1)의 내부의 체적을 충전시키지만, 도 2에서 충전재 물질(13)은, 도 1에 비해, 광전자 모듈(1)의 내부의 더 큰 체적을 충전시키며, 도 1과는 대조적으로, 대체로 커버(5)의 프레임(7)에 인접하다.
또한, 도 1 및 도 2에 따른 광전자 모듈(1)은, 각 충전재 물질(13)에 의해 점유되는 체적의 팽창을 보상하도록 각각 적응 및 구성되고, 이를 위해, 광전자 모듈(1)의 내부에, 구체적으로는 캐비티(11) 내에, 변형가능 제1 보상 체적(15)을 각각 포함한다. 보상 체적(15)은 커버(5)의 그리고 캐리어 요소(3)의 하위영역에 인접하게 각각 배열되고, 도 1 및 도 2에서는, 예로서, 공기로 충전된다. 도 1에서, 보상 체적(15)은, 패키지 캡으로서 구성되는 프레임(7)의 내측 표면 전체에 인접하고, 충전재 물질(13)을 원주 방향으로 완전히 둘러싼다. 도 1에서의 캐비티(11)의 체적은 보상 체적(15)의 체적보다 2.5배만큼 더 크다. 그러나, 도 2에서는, 도 1에 비해 더 작은 보상 체적(15)이 존재하며, 패키지 캡으로서 구성되는 프레임(7)의 내측 표면의 하부 영역 상에 그리고 캐리어 요소(3)의 영역 상에 나타난다. 도 2에서의 캐비티(11)의 체적은 보상 체적(15)의 체적보다 약 15배만큼 더 크다.
도 1에서, 충전재 물질의 팽창에 대하여 관련성 있는 광전자 모듈(1)의 내부의 온도 증가는 아직 일어나지 않았으며, 즉, 그 결과 충전재 물질(13)은 팽창하지 않았다. 충전재 물질(13)의 표면은 내측으로, 즉 광전자 요소(2)의 방향으로 만곡되어 있고 따라서 오목하며, 오목한 메니스커스(25)를 형성한다. 충전재 물질(13)의 표면에 의해 형성되는 메니스커스(25)는, 오일로서 구성되는 충전재 물질(13)과 캐리어 요소(3)의 그리고 유리 요소(9)의 표면 사이의 상호작용에 기초한다. 온도 증가 시, 도 1의 충전재 물질(13)은 보상 체적(15)의 방향으로 팽창할 것이지만, 이는 도 1에 도시되어 있지 않다. 이때 충전재 물질(13)의 표면은 외측으로 볼록하게 만곡될 것이며, 그 결과 볼록한 메니스커스를 형성할 것이다. 본 개시의 의미에서, 메니스커스는, 표면 장력에 의해 형성되는 보상 체적과의 임의의 계면을 의미하도록 의도된다.
도 1과는 대조적으로, 충전재 물질(13)에 의해 점유되는 체적의 팽창을 보상하기 위해, 도 2에서의 광전자 모듈(1)은, 도 2에서 프레임(7) 상에 그리고 캐리어 요소(3) 상에 고정되는 플렉서블 멤브레인(26)을 포함한다. 도 2에서, 충전재 물질(13)의 팽창으로 이어지게 될 온도 증가는 마찬가지로 아직 일어나지 않았다. 그 결과, 멤브레인(26)은 이완된 상태이며, 즉, 멤브레인(26)에 압력이 가해지지 않았다. 광전자 모듈(1)의 내부의 온도 증가 시, 특히 광전자 모듈(1)의 내부에 형성되는 복사 열에 의해 야기되는 온도 증가 시, 충전재 물질(13)이 멤브레인(26)에 의해 한정되거나 유지되는 한, 충전재 물질(13)은 제어된 방식으로 보상 체적(15) 내로 팽창할 수 있지만, 멤브레인(26)을 통과할 수는 없다(도 2에는 도시되지 않음). 팽창하는 충전재 물질(13)에 의해 멤브레인(26) 상에 가해지는 압력 때문에, 멤브레인(26)은 보상 체적(15)의 방향으로 변형되거나, 대응하게 외측으로 만곡된다. 따라서, 도 2에서의 보상 체적(15)은, 캐비티(11)를 향하는 프레임(7)의 내측 표면, 캐비티(11)를 향하는 캐리어 요소(3)의 표면, 및 멤브레인(26)에 의해 한정되는 체적으로서 규정될 수 있다.
제3 실시예에 따른 도 3의 단면도에 표시된 광전자 모듈(1)의 기본적인 구조는, 도 1 및 도 2에 도시된 광전자 모듈에 대응한다. 그러나, 도 3에 표시된 광전자 모듈(1)은, 보상 체적(15)이 프레임(7) 또는 커버(5)의 하위영역 인접한 것이 아니라, 오히려 충전재 물질(13)에 의해 완전히 둘러싸인다는 점에서, 도 1 및 도 2에 도시된 광전자 모듈과는 상이하다. 도 3에서의 보상 체적(15)은, 그 대신, 예로서, 기포(27)로서 형성되고, 기포(27)로서 형성되는 보상 체적(15)을 제외하면, 광전자 모듈(1)의 캐비티(11)는 충전재 물질(13)로 완전히 충전된다.
도 4 및 도 5는 제4 실시예에 따른 광전자 모듈(1)의 단면도를 도시한다. 이 도면들은, 예로서, 렌즈(90)인 유리 요소(9)로 구성되는 커버(5), 및, 예로서, 유리 코팅에 의해 프레임이 렌즈(90)에 연결되도록, 유리로 부분적으로 코팅되는 세라믹으로 구성되는 프레임(7)을 도시한다. 프레임(7)의 하위영역은, 사용되는 충전재 물질(13)에 대해 비습윤성이고 그리고/또는 사용되는 충전재 물질(13)에 대해 비접착성인 코팅(14)으로 코팅되고, 캐비티(11) 내로 충전재 물질(13)이 도입되기 전에 코팅이 수행된다. 커버(5) 또는 프레임(7)은 충전재 물질(13)에 의하여 캐리어 요소(3)에 접착 접합되고, 충전재 물질(13)은, 예로서, 실리콘이고, 광전자 모듈(1)이 밀봉되도록 초기에 캐비티(11)를 실질적으로 완전히 충전시킨다.
도 5는, 캐비티(11) 내로 충전재 물질(13)이 도입된 후, 코팅으로부터 충전재 물질(13)이 분리되었다는 것을 도시한다. 코팅(14)으로부터의 충전재 물질(13)의 분리에 의해 제1 보상 체적(15)이 형성된다. 따라서, 캐비티(11) 내로 이미 도입된 충전재 물질(13)로서, 비습윤성 또는 비접착성 코팅으로부터 분리되고, 이에 의해, 보상 체적(15)인 자유 체적이 형성되는, 충전재 물질(13)에 의해서만 광전자 모듈(1) 내의 보상 체적(15)이 형성될 수도 있다. 물론, 충전재 물질(13)의 물질에 대해 접착 효과를 갖지 않는 방식으로 코팅(14)이 선택되어야 하며, 예에서는 실리콘에 대해 표시되어 있다. 따라서, 비습윤성 및 비접착성이라는 용어는 항상, 사용되는 충전재 물질(13)과 관련하여 해석되어야 한다.
도 6은 본 발명에 따른 광전자 모듈의 개략적 구조의 투시도를 도시하며, 충전재 물질로 캐비티(11)를 충전시키기 전의 광전자 모듈(1)의 기본적인 구조를 예시하기 위해 도 3 및 도 4가 사용된다. 따라서, 본 발명에 필수적인, 충전재 물질(13) 및 보상 체적(15)의 특징은 생략되었다. 예로서, 접착 접합 공정에 의해, 도 3에서는 예로서 세라믹인 캐리어 요소(3) 상에 광전자 요소(2)가 초기에 적용되며, 이에 대한 대안으로서, 본 발명의 범위 내에서 솔더링 공정이 구상될 수도 있다. 또한, 광전자 요소(2)의 접촉을 위한 전기 레이아웃이 캐리어 요소(3) 상에 적용되지만, 이는 도 3에 의해 드러나 있지 않다. 그 후, 프레임(7) 및 유리 요소(9)로 구성되는 커버가 캐리어 요소(3)에 연결된다. 도 3에서는 예로서 세라믹인, 커버의 프레임(7)이 캐리어 요소(3) 상에 배치되고 캐리어 요소(3)에 밀봉되어 연결되며, 캐리어 요소(3)로의 프레임(7)의 연결은 도 3에서는 예로서 레이저 용접에 의해 수행된다. 프레임(7)은 광전자 요소(2)를 원주 방향으로 완전히 둘러싼다. 유리 요소(9)가 실질적으로 캐리어 요소(3)의 반대측에 놓이도록, 커버 안으로의 또는 커버 밖으로의 전자기 방사선의 입력 및/또는 출력을 위한 커버의 유리 요소(9)가 프레임(7)에 연결된다. 커버의 내측 표면에 의해 그리고 광전자 요소(2)의 방향을 향하는 캐리어 요소(3)의 표면에 의해 한정되는 캐비티(11)가 체적 내에 형성된다. 따라서, 광전자 요소(2)는 캐비티(11) 내에 배열되고 캐비티(11) 내에 밀봉되어 봉입된다.
도 7은 본 발명에 따른 광전자 모듈(1)의 제5 실시예의 단면도를 도시하며, 도 6과 관련하여 전술한 공정에 따라서 모듈이 생산되었다. 예로서, 금속으로 구성되는, 캐리어 요소(3) 상에 광전자 요소(2)가 적용되며, 캐리어 요소(3)는, 캐리어 요소(3)로의 커버(5)의 연결 후 충전재 물질로 캐비티(11)를 충전시키기 위한 충전 개구(21) 및 환기 개구(23)를 포함한다. 광전자 모듈(1)의 커버(5)는, 도 7에서는 예로서 금속으로 제조되는 프레임(7), 및 도 7에서는 렌즈(90)로서 구성되고 캐리어 요소(3)의 반대측에 놓이는 유리 요소(9)로 구성된다.
충전재 물질로 캐비티(11)를 충전(도 7에는 표시되지 않음)시키는 동안, 충전 개구(21)를 통해 캐비티(11) 내로 충전재 물질이 도입되고, 환기 개구(23)는, 특히 캐비티(11) 내에 봉입된 공기를 방출함으로써, 충전 동안의 캐비티(11) 내의 압력 평형을 위해 사용된다. 충전하는 공정의 완료 후, 캐비티(11) 내의 광전자 요소(2)의 밀봉된 봉지화를 보장하기 위해, 충전 개구(21) 및 환기 개구(23)는 다시 폐쇄되어야 한다. 그 후, 캐리어 요소(3)의 금속화된 충전 개구(21) 및 금속화된 환기 개구(23)의 솔더링에 의해 또는 금속 솔더를 사용하는 용접에 의해 폐쇄가 수행된다. 표시되지 않은 본 발명의 한 실시예에서, 충전 개구(21) 및 환기 개구(23)는 유리 요소(9)를 통해 연장될 수 있으며, 이러한 경우의 충전 개구(21) 및 환기 개구(23)의 폐쇄는 특히 유리 솔더로 밀봉함으로써 또는 충전재 물질(13) 자체로 밀봉함으로써 수행된다.
그러나, 표시되지 않은 한 실시예에서, 적어도 환기 개구를 폐쇄하지 않는 것, 즉, 개방된 상태로 남겨 두는 것 또한 가능하다. 도시되지 않은 또 다른 실시예에서, 기체에 대해 투과성이고 그리고/또는 확산을 위해 개방된 채널이 광전자 모듈(1)의 내부에서 외부, 즉, 광전자 모듈(1)의 외부를 향해 보상 체적으로부터 형성되는 것 또한 생각될 수 있다. 두 경우 모두, 캐비티(11) 내의 광전자 요소(2)의 밀봉된 봉지화는 일어나지 않지만, 그럼에도 불구하고 광전자 요소(2)는 오토클레이브가능한 방식으로 캐비티(11) 내에 봉입된다. 오토클레이브가능한 봉입은, 증기 멸균된 캐비티(11) 내에 광전자 요소(2)를 기밀하게 폐쇄 또는 봉입하는 것을 의미한다. 이러한 경우, 광전자 요소(2)는, 일반적으로 110°C에서부터 140°C까지의, 바람직하게는 약 135°C의, 온도와 최대 3bar의 압력 및 높은 습도에서 증기와 함께 적어도 15분의 지속시간 동안 기밀한 방식으로 캐비티(11) 내에 폐쇄된다.
도 8 및 도 9는 광전자 모듈(1)의 제6 및 제7 실시예의 단면도를 각각 도시한다. 도 1 및 도 2에서 사용되는 것과 동일한 참조가 사용되며, 도 1 및 도 2와의 차이는 아래에서 설명된다. 도 8 및 도 9에서, 도 1 및 도 2에 따라서, 커버(5)는, 프레임(7), 및 전자기 방사선의 입력 및 출력을 위한 유리 윈도우로서 구성되는 유리 요소(9) 각각 포함한다. 그러나 프레임(7)은, 도 1 및 도 2에서와 같이 그 하단 상에 유리 윈도우(9)가 나타나는 불완전 원뿔형 패키지 캡으로서 구성되지 않는다. 도 8 및 도 9에 따른 커버(5)의 프레임(7)은, 캐리어 요소(3)에 실질적으로 수직이게 구성되고, 유리 윈도우(9)는 각각 프레임(7) 상에 나타나게 장착되고 캐리어 요소에 실질적으로 수평하게 배향된다.
도 8에서의 프레임(7)은, 예로서, 금속으로 구성되고, 도 9에서의 프레임(7)은, 예로서, 이원금속이도록 구성되고, 온도 증가 시에 변형되고, 특히 구부러진다. 따라서, 온도 증가 시, 도 9에서의 캐비티(11)를 충전시키는 충전재 물질(13) 또한 팽창한다. 이원금속 프레임(7) 또한 온도 증가에 반응하며, 구체적으로는, 구부러짐으로써 반응한다. 도 9에서, 제2 보상 체적을 구성하는 빈 공간이 광전자 모듈(1) 내에 형성되도록(이는 도 9에 도시되지 않음), 온도 증가 시 외측으로, 즉 캐비티(11)로부터 멀리, 구부러지는 방식으로 이원금속 프레임(7)이 설계된다. 온도 증가의 결과로서 충전재 물질(13)은 이 제2 보상 체적 내로 팽창할 수 있다. 따라서, 온도 증가 시에 구부러짐으로써, 도 9의 이원금속 프레임(7)은, 충전재 물질(13)에 의해 점유되는 체적의 팽창을 보상할 수 있다.
도 8 및 도 9의 광전자 모듈(1)을 생산하기 위하여, 금속 솔더를 사용하는 솔더링에 의해 광전자 요소(2)의 밀봉된 그리고/또는 오토클레이브가능한 봉입을 위해 커버(5)가 캐리어 요소(3)에 연결되고, 캐리어 요소(3) 및 커버(5)는, 솔더링가능한 표면, 즉, 솔더에 대한 단단한 연결부를 형성하기에 적합한 표면을 각각 포함하고, 각 솔더링가능한 표면은 솔더 예비 형성품을 포함한다. 그러나, 금속 솔더를 사용하는 솔더링 공정에 대한 대안으로서, 다른 실시예에서는 커버(5)를 캐리어 요소(3)에 연결하기 위해 다른 공정이 사용될 수도 있다. 예컨대, 유리 솔더를 사용하는 솔더링이 수행될 수 있다. 용접 공정, 예컨대 저항 용접 또는 레이저 용접 또한 생각될 수 있으며, 이러한 경우, 캐리어 요소(3)는 바람직하게는 세라믹 또는 금속이고 프레임(7)은 바람직하게는 세라믹 또는 금속, 특히 유리로 코팅된 금속이다. 그러나, 커버(5) 또는 프레임(7) 및 유리 요소(9), 그리고 캐리어 요소(3)와 같은 개별 요소는, 충전재 물질(13)을 사용해 또는 실리콘, 폴리머, 또는 충전재 물질과는 상이한 결합 물질로 접착 접합될 수도 있다.
도 8 및 도 9에 묘사된 광전자 모듈(1)은, 각 광전자 모듈(1)의 내부에 배열된 보상 체적(15)을 각각 포함한다. 보상 체적(15)은, 예로서, 공기로 각각 충전되지만, 또 다른 실시예에서는 임의의 원하는 압축가능한 매체로, 특히 임의의 원하는 기체성 매체로 충전될 수도 있다. 압축가능한 매체 외에, 다른 실시예에서 보상 체적(15)은 탄성 매체 또는 진공일 수도 있다. 그러나, 도 1 및 도 2와는 대조적으로, 보상 체적(15)은 도 8에서는 프레임(7)의 리세스 또는 구멍(28) 내에 배열되고 도 9에서는 캐리어 요소(3)의 리세스 또는 구멍(28) 내에 배열되며, 한편으로 프레임(7) 또는 캐리어 요소(3)에 인접하고 다른 한편으로 플렉서블 멤브레인(26)에 각각 인접하다. 도 2와는 대조적으로, 도 8 및 도 9에서의 멤브레인은 캐비티(11) 외부에 각각 배열된다.
도 8에서, 멤브레인(26)은, 프레임(7)의 리세스 상에 나타나는 프레임(7)의 영역 상에 고정된다. 도 8에 표시된 것과 같이 온도 증가 시에 충전재 물질(13)이 팽창한다면, 충전재 물질(13)은, 프레임(7)의 리세스 내에 배열된 보상 체적(15)의 방향으로 밀어나가고, 대응하게 멤브레인(26) 상에 압력을 가한다. 그 후 멤브레인(26)은 탄성 때문에 캐비티(11)로부터 멀어지게 외측으로, 즉, 보상 체적(15) 내로 만곡되고, 충전재 물질(13)을 한정한다.
도 9에서는, 반면에, 캐리어 요소(3)의 리세스 상에 나타나는 캐리어 요소(3)의 영역 상에 멤브레인(26)이 고정된다. 도 9에 표시된 것과 같이 온도 증가 시에 충전재 물질(13)이 팽창한다면, 충전재 물질(13)은, 캐리어 요소(3)의 리세스 내에 배열된 보상 체적(15)의 방향으로 밀어나가고, 멤브레인(26) 상에 압력을 가한다. 도 8에서와 같이, 그 후 멤브레인(26)은 탄성 때문에 캐비티(11)로부터 멀어지게 외측으로, 즉, 보상 체적(15) 내로 만곡되고, 충전재 물질(13)을 한정한다.
도 8 및 도 9 둘 다에서, 멤브레인(26)은 광전자 요소(2)의 밀봉된 봉지화의 구성요소를 각각 형성하고, 광전자 요소(2)의 밀봉된 폐쇄를 위해 멤브레인(26)은 도 8에서의 프레임(7)의 하위영역 및 도 9에서의 캐리어 요소(3)의 하위영역을 대체한다.
표시되지 않은 또 다른 실시예에서, 프레임(7) 내의 또는 캐리어 요소(3) 내의 리세스는, 연속적이도록 구성되지 않을 수도 있고, 단지 캐비티(11)를 향하는 프레임(7) 또는 캐리어 요소(3)의 내측 표면 상에서 프레임(7) 또는 캐리어 요소(3)에 의해 외측으로 폐쇄된 빈 공간을 각각 형성할 수도 있다. 이러한 경우, 광전자 요소(2)는 항상 캐리어 요소(3) 및 커버(5)에 의해 밀봉되어 완전히 폐쇄될 것이며, 캐비티 내에 각각 배열된 멤브레인은 광전자 요소(2)의 밀봉된 봉지화의 구성요소를 형성하지 않을 것이다.
도 10은 제8 실시예에 따른 광전자 모듈(1)을 통한 단면도를 표시한다. 예로서 도 1 내지 도 3, 도 8, 및 도 9에서 또한 볼 수 있는 바와 같이, 광전자 요소(2)의 전기적 접촉을 위해 그 내부에서 연장되는 도전체(19)를 갖는 급전 스루(17)를 포함하는 캐리어 요소(3) 상에 광전자 요소(2)가 적용된다. 도 10에서, 광전자 모듈(1)의 커버(5)는, 유리 요소(9), 및 여기서는, 예로서, 유리로 코팅된 금속으로부터 생산되고 유리 코팅에 의해 유리 요소(9)에 연결되는 프레임(5)으로 구성된다. 광전자 모듈(1)의 캐비티(11)는, 예로서, 도 10에서는 폴리머인, 충전재 물질로 완전히 충전된다. 전술한 실시예와는 대조적으로, 도 10에서 볼 수 있는 바와 같이, 유리 요소(9)는 변형가능하고, 유리 요소(9) 상에 압력이 가해질 때 대응하게 팽창한다. 특히, 유리 요소(9)는, 안정적이면서 동시에 매우 플렉서블한 이른바 초박형 유리이며 따라서 변형가능하고, 수십 μm에서부터 약 200μm까지의 범위 내의, 예로서 도 10에서의 약 30μm의, 두께를 갖는다. 충전재 물질(13)의 팽창의 경우에 유리 요소(9) 상에 가해지는 압력의 결과로서의 유리 요소(9)의 팽창에 의해, 그 내부로 충전재 물질(13)이 확산될 수 있는 보상 체적(15)이 형성된다. 그 변형가능성 때문에, 유리 요소(9)는 플렉서블 멤브레인(26)으로서의 역할을 하며, 따라서 본 발명의 범위 내의 멤브레인(26)의 가능한 실시예로서 간주되어야 한다.
도 11 및 도 12는, 광전자 모듈로부터 발생하며 280nm의 파장을 갖는, 즉, UV 광인, 전자기 방사선의 극각도의 함수로서의 시뮬레이션된 광출력의 그래프 결과를 각각 도시한다. 극각도는, 캐리어 요소(3)에 직각인 표면과, 발생하는 UV 광 사이의 각도를 기술한다. 시뮬레이션에서, UV 광의 출력을 위한 유리 요소(9)는 굴절률 n = 1.45를 갖는 것으로 가정되었다. 도 11의 시뮬레이션 결과에서 UV 광은, 충전재 물질로 충전되지 않은 광전자 모듈로부터 발생하고, 도 12에 도시된 시뮬레이션 결과에서 UV 광은, 실리콘으로 충전된 광전자 모듈로부터 발생하고, 도 12의 시뮬레이션은 충전재 물질로서의 실리콘에 대한 투과율 T = 0.83 및 굴절률 nF = 1.41에 기초한다. 도 11과 도 12의 비교로부터 분명히 볼 수 있는 바와 같이, 도 12에 따라서 광전자 모듈이 실리콘으로 충전될 때 광전자 모듈로부터 발생하는 UV 광의 광출력은 2배를 초과하는 만큼 증가된다. 따라서, 280nm의 파장을 갖는 UV 광의 예를 통해 도 11 및 도 12에 의해 도시된 바와 같이, 적합한 충전재 물질로 광전자 모듈의 캐비티를 충전시킴으로써 상당히 증가된 광 출력이 달성될 수 있다.
전술한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 광전자 모듈(1)은 여러 상이한 분야에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 이러한 광전자 모듈은, 다른 것들 중에서도, 피부 치료, 조직 치료, 종양 치료, UV 기반 산업 플랜트, 및 차량을 위한 표면 상에 사용될 수 있다.
특정한 다른 특징에만 관련하여 이들 특징이 설명되었을 지라도, 전술한 설명 또는 도면으로부터 당업자가 이해할 수 있는 모든 특징은, 명시적으로 제외되거나 기술적 조건으로 인해 그러한 조합이 불가능하거나 의미 없는 경우를 제외하면, 본 발명에 개시된 다른 특징 또는 특징 그룹과 개별적으로 그리고 임의의 원하는 조합으로 조합될 수 있다는 점에 유의해야 한다. 설명의 간결성 및 가독성을 위해, 특징의 모든 가능한 조합의 포괄적인 명시적 설명은 회피되었다. 특허 청구범위에 의해 정의되는 바와 같은 본 발명의 보호 범위는, 단지 예로서 소용되는, 설명 및 도면에 상세히 제시된 바와 같은 본 발명의 실시예에 의해 제한되지 않는다. 도면, 설명, 및 첨부된 청구범위로부터, 개시된 실시예의 변형예가 당업자에게 분명해질 것이다. 특허 청구범위 내에서 사용되는 "포함한다"라는 단어는 다른 요소 또는 단계를 배제하지 않는다. 단수형은 복수형을 배제하지 않는다. 다양한 특허 청구항에서 청구되는 특징의 조합은 배제되지 않는다. 특히, 도면에 표시된 예의 특징은 서로 조합될 수 있다. 예를 들어, 도 4의 예시적인 실시예에 도시된 바와 같은 렌즈(90)는, 도시된 다른 예시적인 실시예 중 임의의 실시예에서 사용될 수도 있다. 멤브레인에 의해 보상 체적으로부터 분리되는 충전재 물질 외에, 예컨대 도 1 및 도 2의 특징이 동일한 컴포넌트 내에서 구현될 수도 있도록, 도 1에서와 같이 충전재 물질의 표면에 바로 인접한 보상 체적을 제공하는 것이 또한 가능하다.
1 광전자 모듈
2 광전자 요소
3 캐리어 요소
5 커버
7 프레임
9 유리 요소
11 캐비티
12 관통 개구
13 충전재 물질
14 비습윤성 또는 비접착성 코팅
15 보상 체적
17 급전 스루
19 17의 도전체
21 충전 개구
23 환기 개구
25 메니스커스
26 멤브레인
27 기포
28 구멍
90 렌즈

Claims (15)

  1. 캐리어 요소(3), 상기 캐리어 요소(3) 상에 적용되는 적어도 하나의 광전자 요소(2), 상기 광전자 요소(2)에 대한 커버(5), 및 캐비티(11)를 포함하는 광전자 모듈(1)에 있어서,
    상기 커버(5)는, 원주 방향으로 상기 광전자 요소(2)를 완전히 둘러싸고 상기 캐리어 요소(3)에 연결되는 프레임(7), 및 상기 커버(5) 안으로의 또는 상기 커버(5) 밖으로의 전자기 방사선의 입력 및/또는 출력을 위해 상기 프레임(7) 상에 적용되고 상기 캐리어 요소(3)의 실질적으로 반대측에 놓이는 유리 요소(9, 90)를 포함하고, 상기 캐비티(11)는, 상기 커버(5)의 내측 표면 및 상기 캐리어 요소(3)의 표면에 의해 적어도 부분적으로 한정되는 체적의 내부에 형성되고, 상기 광전자 요소(2)는, 밀봉되어(hermetically) 그리고/또는 오토클레이브가능한(autoclavable) 방식으로 상기 커버(5)에 의해 봉입되도록 상기 캐비티(11) 내에 배열되고,
    상기 광전자 모듈(1)은 충전재 물질(13)을 포함하고, 상기 충전재 물질(13)로 상기 캐비티(11)가 적어도 부분적으로 충전되고,
    상기 광전자 모듈(1)은, 상기 충전재 물질(13)에 의해 점유되는 체적의 팽창을 보상하도록 적응 및 구성되고, 이를 위해 적어도 하나의 제1 변형가능 보상 체적(15)을 포함하는, 광전자 모듈(1).
  2. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 보상 체적(15)은, 압축가능한 매체, 특히 기체성 매체, 또는 탄성 매체로 충전되거나, 진공인, 광전자 모듈(1).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 충전재 물질(13)에 대해 비습윤성이고 그리고/또는 상기 충전재 물질(13)에 대해 비접착성인 코팅(14)으로 상기 커버(5)의 하위영역 및/또는 상기 캐리어 요소(3)의 하위영역이 코팅되어, 이 코팅(14)으로부터의 상기 충전재 물질(13)의 분리에 의해 상기 적어도 하나의 제1 보상 체적(15)이 형성되도록 하는, 광전자 모듈(1).
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 제1 보상 체적(15)은 상기 커버(5)의 하위영역 및/또는 상기 캐리어 요소(3)의 하위영역에 인접하게 배열되는, 광전자 모듈(1).
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 적어도 하나의 제1 보상 체적(15)은 충전재 물질(13)에 의해 완전히 둘러싸이고, 바람직하게는 기포(27)로서 형성되는, 광전자 모듈(1).
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 제1 보상 체적(15)은 적어도, 상기 캐비티(11)를 향하는 상기 프레임(7)의 내측 표면 및/또는 상기 캐비티(11)를 향하는 상기 캐리어 요소(3)의 표면 사이에 구성되는, 광전자 모듈(1).
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 충전재 물질(13)에 의해 점유되는 체적의 팽창을 보상하기 위해, 상기 광전자 모듈(1)은, 특히 상기 커버(5) 또는 캐리어 물질(3)은, 바람직하게는 상기 프레임(7) 또는 상기 캐리어 요소(3)에 연결되는, 적어도 하나의 플렉서블 멤브레인(26)을 포함하는, 광전자 모듈(1).
  8. 제7항에 있어서, 상기 적어도 하나의 멤브레인(26)은, 밀봉되어 폐쇄되는 캐비티(11)를 한정하는, 광전자 모듈(1).
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 충전재 물질(13)은 실리콘, 폴리머, 에폭시 수지, 또는 오일이고, 그리고/또는 상기 커버(5)의 프레임(7)은 세라믹 또는 금속이고, 바람직하게는, 적어도 부분적으로 유리로 코팅된 금속 또는 적어도 부분적으로 유리로 코팅된 세라믹인, 광전자 모듈(1).
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 캐리어 요소(3)는 세라믹 및/또는 금속으로 적어도 부분적으로 구성되고, 바람직하게는 상기 광전자 요소(2)의 접촉을 위한 전기 레이아웃(17)을 포함하는, 광전자 모듈(1).
  11. 밀봉된 그리고/또는 오토클레이브가능한 광전자 모듈(1)을 생산하기 위한 방법에 있어서,
    캐리어 요소(3) 상에 적어도 하나의 광전자 요소(2)를 적용하는 단계,
    커버(5) - 상기 커버(5)는, 상기 커버(5) 안으로의 또는 상기 커버(5) 밖으로의 전자기 방사선의 입력 및/또는 출력을 위한 유리 요소(9, 90) 및 프레임(7)을 포함함 - 의 프레임(7)이 상기 캐리어 요소(3)에 연결되고, 상기 광전자 요소(2)가 상기 프레임(7)에 의해 원주 방향으로 둘러싸이고, 상기 커버의 유리 요소(9, 90)가 실질적으로 상기 캐리어 요소(3)의 반대측에 놓이도록, 상기 캐리어 요소(3)에 상기 커버(5)를 연결하는 단계,
    상기 커버(5)의 내측 표면 및 상기 캐리어 요소(3)의 표면에 의해 실질적으로 한정되는 체적의 내부에 캐비티(11)를 형성하여, 상기 캐비티(11) 내에 상기 광전자 요소(2)가 배열되고, 상기 캐비티(11) 내의 상기 광전자 요소(2)의 밀봉된 그리고/또는 오토클레이브가능한 봉입이 일어나도록 하는 단계,
    상기 캐리어 요소(3)에 상기 커버(5)를 연결하는 단계 전에 충전재 물질(13)로 상기 광전자 요소(2)를 커버하거나, 상기 캐리어 요소(3), 또는 상기 커버(5)의 프레임(5) 또는 유리 요소(9, 90)를 통해 연장되는 적어도 하나의 충전 개구(21)를 통해 충전재 물질(13)로 상기 형성된 캐비티(11)를 적어도 부분적으로 충전시키고, 충전 후에 상기 충전 개구(21) 및 환기 개구(23)를 밀봉되게 그리고/또는 오토클레이브 가능하게 폐쇄하는 단계,
    상기 광전자 모듈(1)의 내부에 적어도 하나의 제1 변형가능 보상 체적(15)을 형성하는 단계
    를 포함하는, 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 광전자 요소(2)의 밀봉된 그리고/또는 오토클레이브가능한 봉입을 위한 상기 캐리어 요소(3)로의 상기 커버(5)의 연결은,
    레이저 용접하는 공정 - 상기 캐리어 요소(3)는 바람직하게는 세라믹 또는 금속이고 상기 프레임(7)은 바람직하게는 세라믹 또는 금속, 특히 유리로 코팅된 금속임 - ,
    저항 용접하는 공정,
    금속 솔더로 솔더링하는 공정 - 상기 캐리어 요소(3) 및 상기 커버(5)는 각각, 솔더에 대한 단단한 연결부를 형성하기에 적합한 표면을 가지며, 바람직하게는 솔더 예비 형성품을 포함함 - ,
    유리 솔더로 솔더링하는 공정,
    적어도 상기 프레임(7)과 상기 유리 요소(9), 상기 프레임(7)과 상기 캐리어 요소(3), 또는 상기 유리 요소(9)와 상기 캐리어 요소(3)를 충전재 물질로 접착 접합하는 공정,
    적어도 상기 프레임(7)과 상기 유리 요소(9), 상기 프레임(7)과 상기 캐리어 요소(3), 또는 상기 유리 요소(9)와 상기 캐리어 요소(3)를 실리콘, 폴리머, 또는 상기 충전재 물질과는 상이한 결합 물질로 접착 접합하는 공정
    중 하나에 의해 수행되는, 방법.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서, 상기 충전재 물질(13)로 상기 캐비티(11)를 충전시킨 후에 상기 충전 개구(21) 및 상기 환기 개구(23)를 폐쇄하는 단계는, 상기 유리 요소(9, 90)를 통해 연장되는 충전 개구(21) 및 환기 개구(23)의 경우에는, 유리 솔더로 밀봉하거나 상기 충전재 물질(13)로 밀봉함으로써 수행되고 - 상기 충전재 물질(13)은 바람직하게는 실리콘 또는 에폭시 수지임 - , 상기 캐리어 요소(3) 또는 상기 프레임(7)을 통해 연장되는 충전 개구(21) 및 환기 개구(23)의 경우에는, 금속화된 충전 개구(21) 및 환기 개구(23)를 솔더링함으로써 또는 금속 솔더로 용접함으로써 수행되는, 방법.
  14. 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 충전재 물질(13)에 의해 점유되는 체적의 팽창에 대한 보상은, 바람직하게는 상기 커버(5)의 프레임(7)에 또는 상기 캐리어 요소(3)에 연결되는, 적어도 하나의 플렉서블 멤브레인(26)의 외측 만곡에 의해 수행되고, 상기 적어도 하나의 멤브레인(26)은 상기 적어도 하나의 제1 보상 체적(15)의 방향으로 외측으로 만곡되고, 상기 적어도 하나의 제1 보상 체적(15)은, 적어도 상기 캐비티(11)를 향하는 상기 프레임(7)의 내측 표면 및/또는 상기 캐비티(11)를 향하는 상기 캐리어 요소(3)의 표면 사이의 상기 적어도 하나의 멤브레인(26)에 인접하게 또는 상기 프레임(7) 또는 상기 캐리어 요소(3)의 리세스 내의 상기 적어도 하나의 멤브레인(26)에 인접하게 배열되는, 방법.
  15. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 청구된 광전자 모듈(1)의 사용에 있어서,
    피부 치료,
    조직 치료,
    종양 치료,
    UV 기반 산업 플랜트,
    차량
    을 위한 표면 상의 사용, 또는
    액체 또는 기체의 UV-B 또는 UV-C 처리
    를 위한 사용인 것인, 광전자 모듈(1)의 사용.
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