JP2015517740A - 発光ダイオード装置 - Google Patents

Abstract

少なくとも１つのキャビティ（５１）を有する基板（２）と、この少なくとも１つのキャビテイ（５１）内に少なくとも部分的に沈み込んで配設されている発光ダイオードチップ（３）と、この基板（２）の部分領域によって形成されているＥＳＤ保護素子（２０）と、を備える発光ダイオード装置（１）が提供される。さらに、少なくとも１つのキャビティ（５１）を有する基板（２）と、上記基板（２）上に配設されている発光ダイオードチップ（３）と、上記少なくとも１つのキャビティ（５１）内に、少なくとも部分的に沈み込んで配設されている電子デバイス（４１）と、を備える発光ダイオード装置（１）が提供される。この発光ダイオード装置（１）は、さらに、上記の基板（２）の部分領域によって形成されるＥＳＤ保護素子（２０）を備える。【選択図】 図１

Description

本発明は、発光ダイオード装置に関し、この発光ダイオード装置は、少なくとも１つのキャビティと１つの発光ダイオードチップとを有する基板を備える。

１つのＬＥＤチップと１つの保護デバイスとが１つの平坦な基板上に配設されている発光ダイオード（複数）（"ＬＥＤｓ"）が知られている。この保護デバイスによって、このＬＥＤチップから放出された光は遮られる可能性がある。

本発明による少なくともいくつかの実施形態の課題は、発光ダイオード装置を提供することである。

この課題は独立請求項に記載の発明で解決される。本発明の有利な実施形態および変形実施例は、従属項および以下の記載と図から示される。

少なくとも１つの実施形態による発光ダイオード装置は、基板を備える。この基板は、１つの基体を備えてよい。たとえばこの基板は、セラミックの基体を備えてよい。代替として、この基板が、有機材料を含む基体を備えることも可能である。たとえばこの基体は、有機材料を含む回路基板を備えてよい。

さらにもう１つの実施形態によれば、この基体は、半導体材料を含む。さらにもう１つの好ましい実施形態によれば、この基体はセラミックバリスタ材料を含む。
たとえばこの基体は、ＳｒＴｉＯ３，ＺｎＯ−Ｐｒ，またはＺｎＯ−Ｂｉを含む。さらにこの基体は、ＺｎＯ−Ｐｒおよびガラスからなる複合材、またはＺｎＯ−Ｐｒおよび有機材料からなる複合材を含んでよく、あるいはＺｎＯ−Ｐｒおよびガラスからなる複合材、またはＺｎＯ−Ｐｒおよび有機材料からなる複合材から成っていてよい。この「複合材」なる用語は、以下では特に、少なくとも２つの異なる材質からなる集合体または混合物に形成された材料を意味することがある。

もう１つの実施形態によれば、この基体は、酸化アルミニウム，窒化アルミニウム，またはＬＴＣＣ（"low temperature cofired ceramics"）のタイプのセラミックを含み、またはこれらの材料の１つから成っていてよい。

もう１つの実施形態によれば、本発明による発光ダイオード装置は、１つの発光ダイオードチップを備える。好ましくはこの発光ダイオードチップは、以下の材料の少なくとも１つを含む。燐化ガリウム（ＧａＰ），窒化ガリウム（ＧａＮ），アルミニウムインジウムガリウム燐（ＡｌＧａＩｎＰ），アルミニウムガリウム燐（ＡｌＧａＰ），アルミニウムガリウム砒素（ＡｌＧａＡｓ），窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ），窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ），窒化アルミニウム（ＡｌＮ），窒化アルミニウムガリウムインジウム（ＡｌＧａＩｎＮ），セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）。

さらにもう１つの実施形態によれば、この発光ダイオードチップは、少なくとも２つの接続面を備える。好ましくはこれらの接続面は、はんだ付け可能である。たとえば、これらの接続面は、１つの合金または以下の金属の組み合わせを有する層配列を備え、あるいはこれらから成っていてよい。
Ｃｕ／Ｎｉ／Ａｕ，Ｃｒ／Ｎｉ／Ａｕ，Ｃｒ／Ｃｕ／Ｎｉ／Ａｕ，Ｃｕ／Ｎｉ／Ｓｎ，Ｃｒ／Ｎｉ／Ｓｎ，Ｃｒ／Ｃｕ／Ｎｉ／Ｓｎ。

もう１つの実施形態によれば、本発明による発光ダイオード装置は、１つのＥＳＤ保護素子を備える。ここで「ＥＳＤ］は、以下では「静電気放電」（electrostatic discharge）を表す。好ましくはこのＥＳＤ保護素子は、上記の基板の一部によって形成される。

とりわけ好ましくは、このＥＳＤ保護素子は、上記の基板および／または上記の基体に一体化された保護パターンである。換言すれば、このＥＳＤ保護素子は、たとえばディスクリートなＥＳＤ保護ダイオードのような、ディスクリートなデバイスとしてではなく、上記の基板上に搭載されている。この際このＥＳＤ保護素子は、たとえばセラミックバリスタ材料のような、上記の基板および／または基体が含む材料を備えてもよい。代替として、このＥＳＤ保護素子は、上記の基板および／または基体の材料またはこれらの材料とは異なるものを備えることも可能である。たとえば、このＥＳＤ保護素子は、たとえばセラミックバリスタ材料のような半導体材料を備えてよく、この半導体材料は、たとえば酸化アルミニウム，窒化アルミニウム，または有機材料を備える上記基板に埋め込まれていてよい。

もう１つの実施形態によれば、このＥＳＤ保護素子は、バリスタとして実装される。たとえばこのＥＳＤ保護素子はバリスタ材料、またはバリスタ材料および金属からなる複合体を備える。

もう１つの実施形態によれば、このＥＳＤ保護素子は、１つのバリスタセラミックと複数の互いに重なった内部電極とを備える。これらの内部電極は、たとえば上記の基板１つ以上の表面からビアによって、好ましくは交互に接続されて、上記の基体の中に導入されている。これらの内部電極は、好ましくは銀または銀−パラジウムを含む。代替として、このＥＳＤ保護素子は、上記の基板に一体化された半導体ダイオードによって形成されることも可能である。

上記のＥＳＤ保護素子は、好ましくは上記の発光ダイオードチップを過電圧、特に静電気放電から保護するために用いられる。一般的に発光ダイオードチップは、静電気放電に対して非常に弱く、１００ボルトを越えるような電圧値では特に弱く、このため保護素子によって保護されなければならない。

このＥＳＤ保護素子がこの発光ダイオード装置の基板の部分領域によって形成されることによって、ここで記載する発光ダイオード装置のとりわけコンパクトな構造が有利に達成され得る。

もう１つの実施形態によれば、本発明による発光ダイオード装置は、少なくとも１つの電子デバイスを備える。この電子デバイスは、たとえば光電気的特性を全く有しない、ディスクリートな電子デバイスである。これはこの電子デバイスでは、特に発光も受光も行わない電子デバイスであることを意味する。この電子デバイスは、特に発光ダイオードチップと回路接続されている。好ましくはこの電子デバイスは、基板上に配設されている。

もう１つの実施形態によれば、この電子デバイスは、少なくとも２つの接続面を備える。好ましくはこれらの接続面は、はんだ付け可能である。たとえば、これらの接続面は、１つの合金または以下の金属の組み合わせを有する層配列を備え、あるいはこれらから成っていてよい。
Ｃｕ／Ｎｉ／Ａｕ，Ｃｒ／Ｎｉ／Ａｕ，Ｃｒ／Ｃｕ／Ｎｉ／Ａｕ，Ｃｕ／Ｎｉ／Ｓｎ，Ｃｒ／Ｎｉ／Ｓｎ，Ｃｒ／Ｃｕ／Ｎｉ／Ｓｎ。

もう１つの実施形態によれば、この電子デバイスは、極薄の保護素子である。特にこれはこの電子デバイスが、１５０μｍ以下の部品高さを有することを意味する。

もう１つの実施形態によれば、この電子デバイスは、表面実装可能な終端部を備える。たとえばこの電子デバイスは、表面実装可能なデバイス（ＳＭＤ，"surface-mounted device"）であってよい。この電子デバイスは、さらにＢＧＡパッケージ形状（ＢＧＡ，"Ball Grid Array"）またはＬＧＡパッケージ形状（ＢＧＡ，"Land Grid Array"）を有してよい。

もう１つの実施形態によれば、この電子デバイスはサーミスタデバイスである。このサーミスタデバイスは、たとえばいわゆるＮＴＣサーミスタデバイスとして実装されていてよく、ここで"ＮＴＣ"は「負温度係数」（"negative temperature coefficient"）を表している。ＮＴＣサーミスタデバイスは、高温で低温よりも良好に電流を流すことを特徴とする。このためこのＮＴＣサーミスタデバイスは、高温導電体（Heisleiter）とも呼称されることがある。

好ましくはこのＮＴＣサーミスタデバイスは、熱センサとして機能する。この熱センサは、好ましくは上記の発光ダイオードチップと回路接続される。たとえばこの熱センサは、この発光ダイオードチップの駆動電流の安定化に寄与し、この発光ダイオードチップが保護されて駆動されることを可能とする。これによってこの発光ダイオードチップの寿命が長くなり有利である。

さらに上記のサーミスタデバイスをいわゆるＰＴＣサーミスタデバイスとして実装してもよい。「ＰＴＣ］は、正温度係数（"positive temperature coefficient"）を意味する。このＰＴＣサーミスタデバイスは、好ましくは上記の発光ダイオードと回路接続される。ＰＴＣサーミスタデバイスでは、高温よりも低温で電流が良好に導電され、このためＰＴＣサーミスタデバイスは低温導体（Kaltleiter）とも呼ばれる。好ましくは、このＰＴＣサーミスタデバイスは、過電流保護素子として機能し、上記の発光ダイオードチップを大きな駆動電流から保護し、これによってこの発光ダイオードのの寿命を延ばすことができる。

もう１つの実施形態によれば、本発明による発光ダイオード装置は、少なくとも１つのさらなる電子デバイスを備える。このもう１つの電子デバイスは、上記で説明したような電子デバイスのように実装されていてよい。さらに、これらの電子デバイスは、それぞれ上記に記載した実施形態の１つを備え、互いに異なっていてよい。たとえば、この電子デバイスは、ＮＴＣサーミスタデバイスとして実装されてよく、このさらなる電子デバイスは、ＰＴＣサーミスタデバイスとして実装されていてよい。

もう１つの実施形態によれば、この基板は、少なくとも１つのキャビティを備える。このキャビティは、たとえば上記の基板および特に上記の基体の１つの表面での凹部によって形成されている。好ましくはこのキャビティは、取付面（Montageflache）を備え、たとえば上記の発光ダイオードチップまたは電子デバイスがこのキャビティに取り付けられることが可能である。

もう１つの実施形態によれば、上記の発光ダイオードチップは、上記のキャビティ内に少なくとも部分的に沈み込んで配設されている。たとえばこの発光ダイオードは、この発光ダイオードチップの領域が上記のキャビティの上方に突出できるようにこのキャビティに配設されていてよい。この場合、稼働中に光が発生される、この発光ダイオードチップの活性領域が、このキャビティの上辺縁より低く配設されていると、とりわけ有利となり得る。これによって、たとえばこの発光ダイオードによって発生された光が、上記の基板に配設されたデバイスに直接当たり、これによって遮蔽されてしまうことを防止することができる。

１つのとりわけ好ましい実施形態によれば、本発明による発光ダイオード装置は、少なくとも１つのキャビティを有する基板と、この少なくとも１つのキャビテイ内に少なくとも部分的に沈み込んで配設されている発光ダイオードチップと、この基板の部分領域によって形成されているＥＳＤ保護素子と、を備える。

もう１つの好ましい実施形態によれば、上記の発光ダイオードチップは、上記のキャビティ内に、完全に沈み込んで（vollstandig versenkt）配設されている。キャビティ内に、部品が「完全に沈み込んで」配設されているということは、ここでは特に、このキャビティが、このキャビティ内に配設された部品の高さ以上の深さの凹部を有し、この部品のどの領域もこのキャビティの上に突出しないことを意味する。

もう１つの実施形態によれば、本発明による発光ダイオードが配設されているキャビティは、底面および側面（複数）を備える。これらの側面は、好ましくはこの底面に対し斜めに延在している。たとえばこれらの側面は、それぞれこの底面と１２０°〜１５０°の角度で接続されている。１つの好ましい実施形態によれば、これらの側面は、それぞれこの底面と１３０°〜１４０°の角度で接続されている。とりわけ好ましくはこれらの側面は、それぞれこの底面と１３５°の角度で接続されている。

もう１つの実施形態によれば、本発明による発光ダイオードが配設されているキャビティは、反射層を備える。たとえば上記のキャビティの側面および／または底面は、反射層でコーティングされていてよい。

上記のキャビティの底面に対して斜めに延在している側面および、この側面および／または底面に配設されている上記の反射層を用いて、上記の発光ダイオードチップから放出された光のとりわけ良好な使用効率が得られる。これはこの発光ダイオードチップが稼働中に上記の側面および／または底面の方向に放射された光の部分が、このキャビティから外に反射され得るからである。

もう１つの実施形態によれば、発光ダイオードチップは、上記の基板上に、キャビティ内に沈み込まないで配設されている。たとえば上記の発光ダイオードは、上記の基板および／または基体の１つの表面上取り付けられていてよい。

もう１つの実施形態によれば、電子デバイスは、上記の基板のキャビティ内に少なくとも部分的に沈み込んで配設されている。たとえばこの電子デバイスは、この基板のキャビティに配設されていてよく、一方、上記の発光ダイオードチップはキャビティに配設されていなくてよい。これに加えて代替として、発光ダイオードチップが上記で説明したような少なくとも１つのキャビティに配設されていてよく、一方上記の電子デバイスは、以下に説明するように、上記の基板の１つのさらなるキャビテイに配設されていてよい。たとえばこの電子デバイスの領域は、この電子デバイスが配設されているキャビティの上に突出してよい。

とりわけ好ましくはこの電子デバイスは、上記の少なくとも１つのキャビティ内に、完全に沈み込んで配設されている。好ましくはこの少なくとも１つの電子デバイスのどの領域もこのキャビティから突出していない。以上のようにして、発光ダイオード装置の稼働中にこの発光ダイオードチップから放出される光が、上記の電子デバイスによって、またはこの電子デバイスの部分による遮蔽の防止を有利に達成することができる。

もう１つの好ましい実施形態によれば、本発明による発光ダイオード装置は、少なくとも１つのキャビティを備えた基板を備え、またこの基板上に配設されている発光ダイオードチップを備える。さらにこの発光ダイオード装置は、この少なくとも１つのキャビティ内に完全に沈み込んで配設されている電子デバイスを備え、またこの基板の部分領域によって形成されるＥＳＤ保護素子を備える。

もう１つの実施形態によれば、本発明による発光ダイオードチップは、少なくとも１つのキャビティに配設されており、上記の電子デバイスは、１つの別のキャビティに配設されている。ここでこの発光ダイオードチップも、またこの電子デバイスも、それぞれのキャビティ内に部分的または完全に沈み込んで配設されていてよい。好ましくは発光ダイオードチップが配設されているキャビティは、電子デバイスが配設されている上記の別のキャビティから光学的に分離されて配設されている。この「光学的に分離されている」なる表現は、ここでは特に、この発光ダイオードチップから放出された光が、直接上記の別のキャビティに当たることがない、すなわち、たとえばその前に反射されること無しに、上記の別のキャビティを直接照射することができないことを意味している。

１つのとりわけ好ましい実施形態によれば、本発明による発光ダイオード装置は、基板と、発光ダイオードチップと少なくとも１つの電子デバイスとを備え、この基板は、キャビティとこのキャビティから光学的に分離された少なくとも１つの別のキャビティを備え、この発光ダイオードチップおよびこの少なくとも１つの電子デバイスは、それぞれ１つのキャビティ内に完全に沈み込んで配設されている。

上記の電子デバイスが配設されているキャビティは、たとえば上記の発光ダイオードチップが配設されているキャビティと同一の、上記の基板の表面に配設されていてよく、これによってたとえばこの発光ダイオードチップおよびこの電子デバイスが、短い導電路を介して互いに回路接続されることができる。

もう１つの実施形態によれば、上記の電子デバイスが配設されているキャビティは、上記の基板の発光ダイオードチップと反対側の面に配設されている。たとえば基体の表面は、この電子デバイスのキャビティを形成する凹部を備える。この基体の表面は、上記の発光ダイオードチップが設けられている、この基板の上面を形成してもよい基板の表面の反対側にある。以上により、本発明による発光ダイオード装置がとりわけコンパクトに実装され得ることが有利に達成できる。さらにこのようなレイアウトによって、上記の電子デバイスが上記の発光ダイオードチップの放射光を部分的に遮蔽することを防止することができる。

ここで記載する発光ダイオード装置では、この発光ダイオード装置が極めて小さな寸法、とりわけ極めて小さな部品高を備えることが達成される。これは発光ダイオード装置の設計において常に重要な役割を果たしている。特に移動体のアプリケーションにおいては、たとえばスマートフォンまたはデジタルカメラにおける一体化されたＬＥＤのカメラフラッシュ用に、発光ダイオードチップおよびさらなるディスクリートなデバイス（複数）ができる限り小さなスペースを取るようにしなければならない。

もう１つの実施形態によれば、上記の電子デバイスおよび１つのさらなる電子デバイスが１つ以上のキャビティ内に完全に沈み込んで配設されている。たとえば少なくとも１つのさらなる電子デバイスが、このキャビティ内に完全に沈み込んで配設されており、このキャビティには上記の電子デバイスも配設されている。換言すれば、上記の電子デバイスが配設されているこのキャビティは、少なくとも２つの電子デバイスがそこに配設され得るように形成されていてよい。以上により、１つの発光ダイオードチップおよび少なくとも２つの電子デバイスを備えた発光ダイオード装置の、とりわけコンパクトな設計が達成される。

もう１つの実施形態によれば、上記の電子デバイスおよび上記のさらなる電子デバイスはそれぞれ、分離されたキャビティ内に部分的または完全に沈み込んで配設されている。上記のさらなる電子デバイスが配設されているキャビティは、たとえば上記の基板の、上記の発光ダイオードチップが配設されているのと同一の面に配設されていてよい。代替として、上記のさらなる電子デバイスが配設されているキャビティは、上記の基板の、上記の発光ダイオードチップの反対側の面に配設されている。

もう１つの好ましい実施形態によれば、本発明による発光ダイオード装置は、ＮＴＣサーミスタデバイスおよびＰＴＣサーミスタデバイスを備え、これらはそれぞれ個別のキャビティ内に、または２つ一緒に１つの同じキャビティ内に、完全に沈み込んで配設されている。以上により、このような発光ダイオード装置では、過電流に対する保護デバイスの組み込みを、たとえばＰＴＣサーミスタデバイスの形態で達成することができ、また温度センサの組み込みを、たとえばＮＴＣサーミスタデバイスの形態で達成することができ、１つの極めて小さな部品高の発光ダイオード装置でまとめて達成することができる。

もう１つの実施形態によれば、上記の基体はビア（複数）を備える。ビアは、「垂直方向相互接続手段」（"vertical interconnect access"）であり、貫通接続部（Durchkontaktierung）を表している。好ましくは少なくとも１つの熱的ビアとして、すなわち熱伝導用貫通接続部として実装されている。さらに複数または全てのビアは、熱的ビアとして形成されていてよい。この少なくとも１つの熱的ビアは、上記の発光ダイオードチップから熱を奪って放散することを改善する。好ましくはこの少なくとも１つの熱的ビアは、良好な熱伝導特性を備えている。たとえばこの少なくとも１つのビアは、上記の発光ダイオードチップのキャビティの底面から、この発光ダイオードチップのキャビティに向いていない、特に反対側にある上記の基板の表面に達していてよい。たとえばこの少なくとも１つのビアは、銅，銀，または銀−パラジウムを含み、またはこれらから成っている。さらにこの少なくとも１つのビアが、上記の発光ダイオードチップとこの発光ダイオードチップのキャビティに向いていない上記の表面上にメタライジング部の形態で配設されている電気的接続面との間の導電部（elektrische Zuleitung）として機能するように設けられていてよい。

もう１つの実施形態によれば、上記の発光ダイオードチップは、少なくとも部分的に保護層によって覆われている。たとえば上記の発光ダイオードは、この保護層によって覆われた１つのキャビティに配設されている。この保護層は、上記の発光ダイオード装置のレンズとして機能してよい。さらに、１つの別のキャビティおよび／またはこの別のキャビティに配設された電子デバイスがこの保護層によって少なくとも部分的に覆われていてよい。この保護層は、好ましくはシリコンを含み、またはシリコンから成っている。

もう１つの実施形態によれば、上記の基板は、上記のキャビティに向いていない面にメタライジング部を備える。このメタライジング部は、少なくとも上記の基板のキャビティに向いていない面の全体に渡って延在してよい。代替としてこのメタライジング部は、この少なくとも上記の基板のキャビティに向いていない面の一部に渡って延在してよい。好ましくはこのメタライジング部は、上記の発光ダイオード装置の、たとえば基板または回路基板への接続に用いられる。このようにしてこのメタライジング部は、上記の基板の下面に配設されていてよく、一方上記のキャビティおよびとりわけ上記の発光ダイオードチップは、これと反対側の上面に配設されていてよい。

もう１つの実施形態によれば、上記の基体は絶縁層を備える。この絶縁層は、好ましくは電気的な絶縁層である。たとえば上記の基体は、その少なくとも１つの面に上記の絶縁層が積層されたバリスタ材料を備える。この絶縁層を用いて、たとえば上記基板上に配設されたデバイスと上記基体または上記基体の領域との間の電気的絶縁を達成することができる。好ましくはこの絶縁層は、以下の材料の１つを含みまたは以下の材料の１つから成っている。酸化チタン，酸化アルミニウム，窒化アルミニウム，酸化珪素，窒化珪素。

ここに記載する発光ダイオード装置は、とりわけ小さな部品高および良好な熱的管理を特徴とする。ここに記載する発光ダイオード装置では、さらに発光ダイオードチップの放出光が、たとえばディスクリートなＥＳＤ保護デバイス（複数）または熱センサ（複数）のような電子デバイスによって悪い影響を受けることがない。

本発明による発光ダイオード装置のさらなる有利点および有利な実施形態を、図１〜５に記載した実施形態を参照して、以下に示す。

１つの実施形態例による、発光ダイオード装置の断面概略図である。 さらなる実施形態例による、発光ダイオード装置の断面概略図である。 さらなる実施形態例による、発光ダイオード装置の断面概略図である。 さらなる実施形態例による、発光ダイオード装置の断面概略図である。 １つの実施形態例による、ＥＳＤ保護素子の概略図である。

これらの実施形態例および図では、同等もしくは同等の機能の部分はそれぞれ同じ参照番号が付けられている。表示された素子およびそれらの互いの大きさの関係は、基本的に寸法通りとはなっていない。むしろたとえば層、部品および領域などの個々の要素をより見易くするため、および／またはより理解し易くするために誇張した厚さまたは大きさの寸法で示してある。

図１は、１つの実施形態例による、発光ダイオード装置の断面概略図を示す。

本発明による発光ダイオード装置１は、ＺｎＯ−Ｂｉを含むセラミック基体２１を備えた基板２を備える。代替として、この基体２１は、たとえばＺｎＯ−Ｐｒ，ＳｒＴｉＯ３または１つ以上のバリスタセラミックを含んでよい。さらに、この基体２１は、バリスタセラミックおよびガラスからなる複合体またはバリスタセラミックおよび有機材料からなる複合体を備えてもよい。この基板２は、この基板２の上面特にこの基体２１の上面にキャビティ５１を備える。

本発明による発光ダイオード装置１は、さらに、上記のキャビティ５１内に少なくとも部分的に沈み込んで配設されている発光ダイオードチップ３を備える。有利にはこの発光ダイオードチップ３は、図１に示す実施形態例におけるように、上記のキャビティ５１内に完全に沈み込んで配設されている。

この発光ダイオード装置１は、さらに、上記の基板２の部分領域によって形成されるＥＳＤ保護素子２０を備える。このＥＳＤ保護素子２０は、以下で図５を参照して説明するように、バリスタとして実装されている。代替としてこのＥＳＤ保護素子２０は、上記の基板２に一体化された半導体ダイオードとして形成されていてよい。

上記のＥＳＤ保護素子２０の、この発光ダイオード装置１の基板２への一体化を用いて、この発光ダイオード装置１が極めて小さな寸法を備えることが実現できる。これはこの基板２上に上記の保護素子２０のための追加のスペースを設ける必要がないからである。有利にはさらに、この基板の上面に配設されたＥＳＤ保護デバイスが上記の発光ダイオードチップ３によって生成される光を遮蔽することを避けることができる。

上記の基板２に形成されているキャビティ５１は、底面７１およびこの底面７１に対して１２０°以上で１５０°以下の角度で斜めに延在する２つの側面７２を備える。この底面７１および側面７２には、反射層（不図示）が設けられている。この反射層を用いて、上記の発光ダイオードチップ３から放射される光の使用効率を改善することができ、ここでこの発光ダイオードチップ３から放射された、上記の反射層でコーティングされた面に当たる光は大部分反射され、吸収されない。

上記の発光ダイオードチップ３は、この発光ダイオード３の接続および取り付けに用いられる１つの接続面１０を備え、この接続面については、単なる例として上記のキャビティ５１の底面７１上の発光ダイオードチップが固定されている接続面が示されている。好ましくはこの発光ダイオードチップは、この底面７１上にはんだ付けされている。この接続面１０は、金錫合金を備えている。代替としてこの接続面１０は、銅，ニッケル，または金、または少なくともこれらの材料の２つからなる合金または層配列を備える。

上記のキャビティ５１に向いていない上記の基板２の面上には、上記の基体２１へのメタライジング部１２が取り付けられている。このメタライジング部１２は、上記の発光ダイオード装置１への電気的接続に用いられる。上記の基板２およびとりわけ上記の基体２１は、さらに貫通接続部および／または上記に示した素子の回路接続のための導電路を備える。これらの導電路はここでは図示し難いため示されていない。

さらに上記の発光ダイオードチップ３および電子デバイス４１は、保護層１１によって包囲されている。この保護層１１は、シリコンを含みレンズとして作用する。さらに、この保護層１１は、波長変換層として実装されていてよい。上記の実施形態例の代替として、この発光ダイオード装置は、保護層を全く備えていなくてよく、または部分的にのみ、たとえば上記の発光ダイオードチップ３の上に保護層が設けられていてよい。

さらなる図は、図１に示す実施形態例の変更および変形である実施形態例を示しており、これより特に差異に関する部分について以下で説明する。

図２には、もう１つの実施形態例による発光ダイオード装置１の概略断面図が示されている。図１に示す実施形態例とは異なり、この発光ダイオードチップ３は、基板２の上面に配設されており、キャビティ内に沈み込んで配設されていない。

さらに本発明による発光ダイオード装置１は、ここで示す実施形態例においては、ＮＴＣサーミスタ素子として実装された電子デバイス４１を備える。代替としてこの電子デバイス４１は、ＰＴＣサーミスタ素子として実装されていてよい。この電子デバイス４１は、上記のキャビティ５１に完全に沈み込んで配設されている。このキャビティ５１において電子デバイス４１の沈み込みによって、上記の発光ダイオードチップ３から放射された光が直接この電子デバイス４１に当たり、この電子デバイス４１によって遮蔽されることを有利に避けることができる。

この電子デバイス４１は、２つの接続面１０を備え、これらの接続面によってこの電子デバイスは上記のキャビティ５１の底面に固定されている。代替としてこの電子デバイス４１は、さらに多くの接続面１０を備えてよい。これらの接続面１０は、この電子デバイス４１の電気的接続および取り付けに用いられる。これらの接続面１０は、Ｃｕ／Ｎｉ／Ａｕの合金あるいは層配列から成っている。代替として、これらの接続面１０は、Ｃｒ／Ｎｉ／ＡｕまたはＣｒ／Ｃｕ／Ｎｉ／Ａｕの、合金または層配列から成ってよい。

図３は、もう１つの実施形態例による発光ダイオード装置１を示す。図１に示す実施形態例と異なり、この発光ダイオード装置１は、もう１つのキャビティ５２を備え、電子デバイス４１がこのキャビティ内に完全に沈み込んで配設されている。こので電子デバイス４１は、ここで示す実施形態例においてもＮＴＣサーミスタデバイスとして実装されている。代替としてこの電子デバイス４１は、ＰＴＣサーミスタ素子として実装されていてよい。

上記の基体２１は、さらに熱的ビアとして実装されているビア（複数）８を備える。これらのビア８は、上記の発光ダイオードチップ３の接続面１０から電気的導通が絶縁されており、稼働中のこの発光ダイオードチップで生成される熱の放散のために機能する。このため、ここで示す実施形態例においては、これらのビア８は、銅を含む。代替として、これらのビア８は、高い熱伝導率を有する他の材料、たとえば銀または銀−パラジウムを含んでよい。これらのビア８は、上記の基体２１の表面に対してほぼ垂直方向に延在している。さらに１つ以上のビア、好ましくは少なくとも２つのビアが、電気的ビアとして実装されていてよく、これらの電気的ビアは、上記の発光ダイオードチップ３の接続面１０と電気的に導通して接続されており、この発光ダイオードチップ３の電気的接続に用いられる。

図４には、もう１つの実施形態例による発光ダイオード装置１が示されている。図３に示す実施形態例と異なり、この発光ダイオード装置２は、もう１つの第２のキャビティ５３を備え、もう１つの電子デバイス４２がこのキャビティ内に完全に沈み込んで配設されている。上記の発光ダイオード１は、このようにして異なるキャビティ５２，５３に配設されている２つの電子デバイス４１，４２を備える。好ましくはこれら２つの電子デバイス４１，４２の１つは、ＮＴＣサーミスタデバイスとして実装されており、もう１つはＰＴＣサーミスタデバイスとして実装されており、ここでこのＮＴＣサーミスタデバイスは、熱センサとして機能し、ＰＴＣサーミスタデバイスは過電流保護素子として機能する。代替として、上記の電子デバイスおよびもう１つの電子デバイスは、１つのキャビティ内に完全に沈み込んで配設されていてよい。このように配設することにより、１つの発光ダイオードチップ３と２つの電子デバイス４１，４２を備えた発光ダイオード装置１の極めてコンパクトな設計を実現することが可能となる。

本発明による発光ダイオード装置１の基板２は、有機材料を含む、あるいは有機材料からなる基体２１を備える。このための代替として、この基体２１は、酸化アルミニウムまたは窒化アルミニウムを含み、あるいは酸化アルミニウムまたは窒化アルミニウムから成っていてよい。

この基板２は、さらに電気的に絶縁するパッシベーション層として機能する絶縁層９を備える。この絶縁層９は、酸化シリコンを含む。代替として、この絶縁層は、窒化シリコン，酸化アルミニウム窒化アルミニウム，酸化チタン，またはＬＴＣＣセラミックを含んでよい。

この絶縁層９によって、上記の発光ダイオードチップ３を担持する上記の基板２の上面は、これの反対側にある下面から電気的に絶縁することができる。この際この絶縁層９の厚さは、好ましくは、できる限り良好な熱伝導性を保持するように選択される。換言すれば、この絶縁層は、熱伝導性の観点からできる限り薄くなっており、電気的絶縁の観点から最低限の十分な厚さを備えていなければならない。

図５は、１つの実施形態例による、ＥＳＤ保護素子２０の概略図を示す。このＥＳＤ保護素子２０は、ＺｎＯ−Ｐｒから成るセラミックバリスタ材料を備え、ビア８を用いて電気的に接続される複数の互いに重なった電極１３を備える。代替としてこのバリスタ材料は、ＺｎＯ−ＢｉまたはＳｒＴｉＯ３を含んでよい。さらに、このＥＳＤ保護素子２０は、ＺｎＯ−Ｐｒおよびガラスからなる複合体またはＺｎＯ−Ｐｒおよび有機材料からなる複合体を備えてもよい。この図５に示すＥＳＤ保護素子２０は、好ましくは、図１〜４に示すように、１つの発光ダイオード装置１の１つの基板２に一体化されている。たとえばこのＥＳＤ保護素子２０は、この基板２または基体２１に埋め込まれていてよい。以上によりＥＳＤ保護を含む１つの発光ダイオード装置１のコンパクトな設計を実現することができる。

以上に示した実施形態例で説明した特徴は、また他の実施形態での特徴と互いに組み合わされてよく、ここではこれらの組み合わせについては図には顕わには示さない。以上で示した発光ダイオード装置は、さらに、上記の本発明の全般的な説明部分における実施形態によるさらなる代替的な特徴を備えてよい。

本発明は、これらの実施形態例を参照した記載によって、これらに限定されず、あらゆる新たな特徴およびこれらの特徴のあらゆる組み合わせを包含するものである。これはとりわけ請求項における特徴のあらゆる組み合わせを含んでいる。また、特徴またはこれらの組み合わせ自体が請求項または実施形態例に顕わに示されていない場合も含んでいる。

１ 発光ダイオード装置
２ 基板
２０ ＥＳＤ保護素子
２１ 基体
３ 発光ダイオードチップ
４１ 電子デバイス
４２ さらなる電子デバイス
５１ キャビティ
５２，５３ 別のキャビティ
７１ 底面
７２ 側面
８ ビア
９ 絶縁層
１０ 接続面
１１ 保護層
１２ メタライジング部
１３ 電極

Claims (15)

1. 発光ダイオード装置（１）であって、
   少なくとも１つのキャビティ（５１）を備えた基板（２）と、
   前記少なくとも１つのキャビティ（５１）内に、少なくとも部分的に沈み込んで配設されている発光ダイオードチップ（３）と、
   前記基板（２）の部分領域によって形成されるＥＳＤ保護素子（２０）と、
   を備えることを特徴とする発光ダイオード装置。
2. 前記発光ダイオードチップ（３）は、前記少なくとも１つのキャビティ（５１）内に、完全に沈み込んで配設されていることを特徴とする、請求項１に記載の発光ダイオード装置。
3. 前記基板（２）上に配設されている電子デバイス（４１）を備えることを特徴とする、請求項１または２に記載の発光ダイオード装置。
4. 前記電子デバイス（４１）は、もう１つのキャビティ（５１）内に、完全に沈み込んで配設されていることを特徴とする、請求項３に記載の発光ダイオード装置。
5. 発光ダイオード装置（１）であって、
   少なくとも１つのキャビティ（５１）を備えた基板（２）と、
   前記基板（２）上に配設されている発光ダイオードチップ（３）と、
   前記少なくとも１つのキャビティ（５１）内に、完全に沈み込んで配設されている電子デバイス（４１）と、
   前記基板（２）の部分領域によって形成されるＥＳＤ保護素子（２０）と、
   を備えることを特徴とする発光ダイオード装置。
6. 前記電子デバイス（４１）は、サーミスタデバイスであることを特徴とする、請求項３乃至５のいずれか１項に記載の発光ダイオード装置。
7. 前記電子デバイス（４１）およびもう１つの電子デバイス（４２）が、１つ以上のキャビティ（５２，５３）内に、完全に沈み込んで配設されており、前記電子デバイス（４１）は、ＮＴＣサーミスタデバイスとして実装されており、前記もう１つの電子デバイス（４２）は、ＰＴＣサーミスタデバイスとして実装されていることを特徴とする、請求項３乃至６のいずれか１項に記載の発光ダイオード装置。
8. 前記ＥＳＤ保護素子（２０）は、バリスタ材料および金属からなる複合体を備えることを特徴とする、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の発光ダイオード装置。
9. 前記ＥＳＤ保護素子（２０）は、前記基板に一体化された半導体ダイオードによって形成されていることを特徴とする、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の発光ダイオード装置。
10. 前記基板（２）は、セラミック基体（２１）または有機材料を含む基体（２１）を備え、あるいは半導体材料を含む基体を備えることを特徴とする、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の発光ダイオード装置。
11. 前記基体（２１）は、ＳｒＴｉＯ３，ＺｎＯ−ＰｒまたはＺｎＯ−Ｂｉを含むことを特徴とする、請求項１０に記載の発光ダイオード装置。
12. 前記基体（２１）は、ＺｎＯ−Ｐｒおよびガラスからなる複合体またはＺｎＯ−Ｐｒおよび有機材料からなる複合体を備えることを特徴とする、請求項１０または１１に記載の発光ダイオード装置。
13. 前記基体（２１）は、酸化アルミニウムまたは窒化アルミニウムを含むことを特徴とする、請求項１０に記載の発光ダイオード装置。
14. 前記基体（２１）は、絶縁層（９）を備え、当該絶縁層は、酸化チタン，酸化アルミニウム，窒化アルミニウム，酸化シリコンまたは窒化シリコンを含むことを特徴とする、請求項１０乃至１３のいずれか１項に記載の発光ダイオード装置。
15. 前記基体（２１）は、ビア（複数）（８）を備え、少なくとも１つのビア（８）は、熱的ビアとして実装されていることを特徴とする、請求項１０乃至１４のいずれか１項に記載の発光ダイオード装置。

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