JP5882332B2 - オプトエレクトロニクスチップオンボードモジュール用のコーティング法 - Google Patents
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Description
本発明は、１個以上のオプトエレクトロニクス部品が取り付けられている平坦な支持体(Traeger)を含むオプトエレクトロニクスチップオンボードモジュールを、シリコーンを含んでなる透明で耐ＵＶ性かつ耐熱性のコーティングでコーティングする方法、相応するオプトエレクトロニクスチップオンボードモジュール及び複数のオプトエレクトロニクスチップオンボードモジュールを有するシステムに関する。
種類に応じたオプトエレクトロニクスチップオンボードモジュールは、例えば発光体として、高性能ＵＶ−ＬＥＤランプとして、光電気化学電池モジュール、センサ等として使用される。その際に使用されるオプトエレクトロニクス部品は、本発明の範囲内で例えば、しかし専らではなく、チップ又は他の部品の形態のＬＥＤ又はフォトダイオードであり、これらはチップオンボードモジュール中で平坦な支持体、すなわち金属基板、セラミック基板又はシリコン基板、メタルコアプリント基板又はＦＲ４プリント基板、ガラス支持体、プラスチック支持体等上に配置されている。これらのチップオンボードモジュールは、機械的損傷及び腐食から保護しなければならない。このためには、できるだけコンパクトかつ軽量で容易な解決手段が求められる。
技術水準からは、多様な態様の発光ダイオードアレイとマイクロレンズアレイとを有する発光ダイオードモジュールが知られている。この種の発光ダイオードモジュールの例並びにそれらの製造方法は、例示的に米国特許(US-B2)第7,638,808号明細書、米国特許出願公開(US-A1)第20100065983号明細書、米国特許出願公開(US-A1)第20070045761号明細書又は米国特許(US-B2)第7,819,550号明細書に記載されている。DE 10 2010 044 470の番号を有する、後で公開された独国特許出願にも、オプトエレクトロニクスモジュール用のマイクロレンズアレイの製造方法が記載されている。
チップオンボードモジュール上のケースの形態の保護は、しばしば費用がかかり、かつ技術的な要求が厳しい。チップオンボードモジュールの保護のための実現可能な代替手段は、プラスチック系注封材料での該部品の平坦な注封である。別の機能性部品、例えば導体パス及び接触要素と共に、チップオンボードモジュール中の該オプトエレクトロニクス部品は、平坦な支持体と共にコーティングにより機械的損傷及び腐食から保護される。
通常、このためには、エポキシ樹脂を用いる射出成形法又は注型法が使用される。これらのエポキシ樹脂は、注封材料としてまず最初に液状で塗布され、次いで熱により及び／又は放射線誘導して硬化される。該注封材料はまず最初に液状であるので、該注封材料の流出は回避されなければならない。これは通常、型又は固体フレームにより行われる。
このための代替手段は、いわゆる"ダム＆フィル"法であり、該法においてまず最初にプラスチックダムを、支持体の面を含む該チップオンボードモジュールの支持体上に塗布し、引き続き該面中へエポキシ樹脂製の液状フィル剤を充填する。このフィル剤を硬化させる。ダム及びフィル剤は、一緒になって該モジュールのコーティングを形成する。該ダムを生成するために、この方法の場合に粘稠なポリマーを計量分配装置を用いて塗布するかもしくは引き伸ばし、その後硬化させるので、該ダムにより包囲された面上に、注封材料を、これが流出することなく、注封することができる。
こうして製造されたプラスチックダムはもちろん透明ではない。ゆえに、そのようにコーティングされたオプトエレクトロニクスチップオンボードモジュール、すなわちオプトエレクトロニクス部品、例えばＬＥＤ又はフォトダイオードが取り付けられているチップオンボードモジュールは、縁部へ向かって、それらの光放射強度もしくはそれらの光感度が損なわれている。
エポキシ樹脂を使用する前記のこれらの方法は、オプトエレクトロニクス用途にあまり適していない、それというのも、エポキシ樹脂は耐ＵＶ性及び温度耐熱性ではないからである。ゆえにこれらのエポキシ樹脂は、例えば高性能ＵＶ−ＬＥＤモジュールにおいて又はＵＶ含分を有する強力な太陽放射の場合にも、例えば該光電気化学電池中に存在する場合に、安定ではない。これらはＵＶ負荷の際に急速に老化し、かつ破壊される。
透明でＵＶ安定かつ温度安定である他の解決手段、例えばガラスフレーム又はガラスドームの貼り付けは、該フレームの極めて繁雑な組立及び該フレームの、製造するのが難しいコンパクトさを必要とする。そのうえ、そのような解決手段は、注封溶液よりも大きい質量と結び付いている。リジッドなガラス材料にとって、そのうえ、特にその後の製品が熱サイクルにさらされている場合に、該複合材料の熱膨張係数の、たいてい必要な適合は更なるハードルである。
ガラスフレームと、適した非エポキシ系材料、例えば温度安定かつＵＶ安定なシリコーンでの注封との組合せの解決手段の場合に、フレームと基板との狭小の隙間は、著しくクリープ能力のある該シリコーンが該注封の際にこぼれ出ることをまねきうる。そのうえ、該基板上に、該フレームのための場所が設けられなければならない。このことは、該基板面の可能な限り最良の利用及び／又は所望の隣接実装性(Anreihbarkeit)を損なう。
公知の射出成形法及び注型法は、該液状注型材料の流出を防止する必要性に基づき、該モジュールの該縁部を密閉する真空シールを必要とする。このことは、該モジュール上での利用可能な面積の損失をまねく、それというのも、構造素子の縁部領域を空けておかなければならないからである。
これまで、該注封の平面領域中だけでなく縁部領域中でも、ＵＶ安定並びに温度安定であり、かつ更にまた同じように紫外から赤外までの分光範囲の電磁放射線について透明である材料が使用される、チップオンボードモジュール用の平坦なコーティングを実現する方法は知られていない。
欧州特許出願公開(EP-A2)第1 657 758号明細書では、ＬＥＤユニットのために、該ＬＥＤユニット用のレンズを生成するために支持構造上への相応する注型法が知られており、該法の際に、該液状シリコーンを該レンズ構造用の雌型中へ充填し、該支持構造を該ＬＥＤと共に該型上に載置するので、該ＬＥＤは該液状レンズ材料中へ浸漬される。該モジュールの支持構造及び該型のまわりをぐるりと真空シールが取り付けられており、該真空シールは、該支持構造もしくは該モジュールの基板と該型とを縁部でつかみ、かつ両者を高圧下で互いに押し付けて、該液状材料が出てくることを防止する。このようにして、レンズが該ＬＥＤのまわりに成形されるのに対し、該ＬＥＤ間の面は、注型材料によっては本質的には、クリープして入っていく材料を除き、湿潤されないままである。
この方法を用いては、オプトエレクトロニクスチップオンボードモジュールに、透明で耐ＵＶ性かつ耐熱性であり、かつ任意にオプトエレクトロニクス部品を、特に全面利用下に、取り付けることのできるコーティングを設けることは、不可能である。
平坦に放射する高性能ＵＶ−ＬＥＤモジュール、又はフォトダイオードアレイを製造するためのチップオンボード技術の使用にとって、前記の欠点を回避する平坦な注封は、より有利である。モジュールの光学効率及び可能な限り最良の隣接実装性の理由から、該注封は、平面中だけでなく縁部領域中でも透明であるべきである。同じように、高い温度安定性及びＵＶ安定性は、相応するオプトエレクトロニクス部品の製造並びに長期安定な機能性に関連性がある。
それゆえ、この技術水準に対して、本発明には、透明で耐ＵＶ性かつ耐熱性のコーティングがその支持体上で全面にわたって可能であり、かつオプトエレクトロニクス部品の配置のために該支持体全面を自由に利用できる、オプトエレクトロニクスチップオンボードモジュールの製造方法及び相応するオプトエレクトロニクスチップオンボードモジュールを提供するという課題が基礎となっている。
この課題は、１個以上のオプトエレクトロニクス部品が取り付けられている平坦な支持体を含むオプトエレクトロニクスチップオンボードモジュールを、シリコーンを含んでなる透明で耐ＵＶ性かつ耐熱性のコーティングでコーティングする方法によって解決され、前記方法は次の処理工程を有する：
ａ）液状シリコーンを、該支持体の外形寸法に相当するか又はこれらを上回る外形寸法を有し、上方を開放した型中へ注型し、
ｂ）該支持体を該型中へ導入し、その際に、１個の該オプトエレクトロニクス部品又は複数の該オプトエレクトロニクス部品を完全に該シリコーン中へ浸漬し、かつ該支持体の表面は該シリコーンと全面にわたって接触するか、又は該支持体は少なくとも部分的に、全面にわたって該シリコーン中へ浸り、
ｃ）該シリコーンを、該オプトエレクトロニクス部品及び該支持体と一緒に硬化かつ架橋させ、かつ
ｄ）硬化された該シリコーンを含んでなる該コーティングを有する該支持体を、該型から取り出す。
ａ）液状シリコーンを、該支持体の外形寸法に相当するか又はこれらを上回る外形寸法を有し、上方を開放した型中へ注型し、
ｂ）該支持体を該型中へ導入し、その際に、１個の該オプトエレクトロニクス部品又は複数の該オプトエレクトロニクス部品を完全に該シリコーン中へ浸漬し、かつ該支持体の表面は該シリコーンと全面にわたって接触するか、又は該支持体は少なくとも部分的に、全面にわたって該シリコーン中へ浸り、
ｃ）該シリコーンを、該オプトエレクトロニクス部品及び該支持体と一緒に硬化かつ架橋させ、かつ
ｄ）硬化された該シリコーンを含んでなる該コーティングを有する該支持体を、該型から取り出す。
欧州特許出願公開(EP-A2)第1 657 758号明細書による技術水準とは異なり、本方法の結果として該オプトエレクトロニクスチップオンボードモジュール上に塗布されるコーティングは、該支持体の縁部まで及び場合により縁部を越えて、防食及び機械的な保護に十分な厚さで存在している。このコーティングは、該支持体のコーティングされた全ての面上で透明で耐ＵＶ性かつ耐熱性である。該コーティングは該支持体の縁部まで面しかつ該縁部を越えるので、該オプトエレクトロニクス部品を任意に該支持体上に配置することが可能である。該支持体と相応する型とを取り巻いて取り付けられる真空シールは必要なく、ゆえにオプトエレクトロニクス部品がないままでなければならない縁部がないので、最適な面利用が可能である。
本発明による方法の場合に、該シリコーンのクリープ特性が利用される、それというのも、これらの特性は、該支持体の、該支持体上に配置されたオプトエレクトロニクス部品及び他の構成品及び部品の効率的な湿潤、ひいては効率的な保護を保証するからである。本発明による方法の場合に、液状シリコーンを該型中へ注型し、該型中へ引き続き該支持体を、表を下にして挿入する。該シリコーンの充填高さはその際に、該支持体がその表面でちょうど該シリコーンの表面と接触するか又は該シリコーン中へ浸るように選択される。該液状シリコーンは引き続き、該型及び該基板と共に、例えば熱架橋される。それに代替的に又は追加的に、放射線架橋も行うことができる。該シリコーンが完全に硬化されると、該基板を、今や硬化された付着性で透明な注封を含め、該型から取り出す。このようにして、チップオンボードモジュールの、数１０Ｗ／ｃｍ2まで又はそれどころか数１００Ｗ／ｃｍ2の強度及び約２００℃までのＵＶ安定かつ温度安定な保護をもたらす。この保護は、全ての平面領域及び縁部領域にわたって透明かつ均一であり、かつ該支持体及び該構成品の機械的な保護も提供する。
好ましくは、処理工程ａ）及び／又はｂ）及び／又はｃ）及び／又はｄ）は、高められた雰囲気圧力下で、特に４〜１０ｂａｒ、特に５〜７ｂａｒの雰囲気圧力で実施される。該型に対する該支持体の機械的圧力ではない、高められた雰囲気圧力は、該シリコーン材料中の気泡が減少し、該該シリコーン材料が完全にシールし、かつ該気体が該シリコーン材料を経て外に向かって拡散することをもたらす。
追加的に、好ましくは、気体介在物をガス放出させるために、該充填の前に、該シリコーンを真空に、例えば約１０ｍｂａｒでさらすことが考慮に入れられている。それによって、気体不含のシリコーン材料が得られ、該シリコーン材料を引き続き該型中へ充填することができる。
好ましくは該液状シリコーン中へ、光学機能性材料、特にりん光性及び／又は散乱性の材料又は粒子が混入されているか又は混入される場合には、該オプトエレクトロニクスチップオンボードモジュールの光学的性質を更に変更することができる。そして、りん光材料により、放出された光の波長シフト及び色の変化が実現できるのに対し、散乱性の材料又は粒子は、放出された光の均質化を引き起こす。
好ましくは、該コーティングの表面上に、該型により予め与えられた又は後で付加された表面構造が生じる。この表面構造は、例えば完成したモジュールの注封の表面上で該型から反転して型取されている、例えば突起又は凹部である。このようにして、巨視的及び微視的な一次光学部品又は一般的な表面構造、例えばレンズ、特にマイクロレンズ、又は光散乱性の粗面を、直接、該モジュール上に塗布することができる。
有利には、該支持体には、１個以上の縁部までオプトエレクトロニクス部品が取り付けられるか又は取り付けられている。このようにして、存在する該支持体面は最適に利用される。このことは、隣り合って配置される複数のチップオンボードモジュールを含んでなるシステムが、該支持体間の境界を越えて大表面積で該オプトエレクトロニクス部品の均一な配置も可能にするという利点も有する。少なくとも１個の該オプトエレクトロニクス部品は、例えば１個以上のフォトダイオード及び／又は１個以上の発光ダイオード（ＬＥＤ）を有していてよい。特に、該支持体には、フォトダイオードアレイ及び／又は発光ダイオードアレイが形成されるように、オプトエレクトロニクス部品が取り付けられていてよい。
有利には、該支持体は縁部なしで及び／又は該縁部を越えてまでコーティングされる。このようにして、縁部のないコーティングの場合に完全な設計の自由度が認められている一方で、該縁部を越えて、ひいては該支持体の側面を完全にか又は部分的に取り巻くコーティングが追加的に、該側面から妨害物又は汚染物が該コーティングと該支持体の表面との隙間中へ侵入することを防止する。
本発明による方法及びその更なる展開は、それゆえ、該支持体の全面のＵＶ安定かつ温度安定で透明なコーティングが可能になるという利点に加え、該支持体上での該オプトエレクトロニクス部品の配置の設計の自由度が最大化され、かつ該透明な縁部に基づき、互いにチップオンボードモジュールのシームレスな隣接実装性の可能性が改善されるという別の利点も提供する。
本方法は、光学機能性を意図的に、その表面成形によって及び該注封材料中への光学機能性材料の混入によって、調節するために利用することができる。該シリコーンの硬さは、支持体、チップオンボード部品と接続材料との間の異なる膨張係数により生じる熱誘起応力が抑制されるように選択することができる。典型的なショア硬さは、その際にゲルの硬さとショア硬さとの間で約１００である。
本方法は、特に、少なくとも１個の光学部品、特に少なくとも１個のレンズ及び／又は少なくとも１個のレンズアレイ、例えば少なくとも１個のマイクロレンズ及び／又は少なくとも１個のマイクロレンズアレイが、該シリコーン中に形成されるように該シリコーンを成形する手法で実施することができる。これは例えば、該型の相応する造型により、該シリコーンにその硬化及び架橋中及び／又は後に、例えば該シリコーンの表面に少なくとも１個の該光学部品の相応する作用を付与する表面構造の形態の、相応する型で刻印することにより行うことができる。
更に、該オプトエレクトロニクスモジュール又はその部品中での熱誘起応力の抑制も、該型の適した構造化により達成することができる。この種の熱誘起応力は、特に硬化過程の際に又は該モジュール、例えば該アレイの作動による温度変化により、生じうる。これらの熱誘起応力の抑制のために、例えば光学活性なより厚いシリコーン層の間に断片的に薄いシリコーン層により、例えば、注封型とも呼ばれる該型の意図的な構造化を使用することができる。後者の可能性は、例えば、道路建設における公知の伸縮目地の原理に類似している。
本方法は更に、該チップオンボードモジュールが、少なくとも１個の該オプトエレクトロニクス部品に隣接した少なくとも１個の一次光学部品と、任意に少なくとも１個の二次光学部品とを有し、その際に該一次光学部品及び該二次光学部品からなる群から選択される少なくとも１個の光学部品が、該シリコーン中に形成されるように実施することができる。
光学部品はその際に一般的に本発明の範囲内で、光線束への収束作用及び／又は平行化作用及び／又は散乱作用を有する素子であると理解できる。該光学部品、特に該一次光学部品及び／又は該二次光学部品は例えば、レンズ、リフレクタ、拡散体、光格子、ホログラムからなる群から選択される、少なくとも１個の光学素子を有していてよい。前記の光学素子及び／又は他の光学素子の組合せも考えられる。
例えば、光学部品は、収束作用又は散乱作用を有する、少なくとも１個の収束レンズ及び／又は少なくとも１個の発散レンズ及び／又は少なくとも１個のリフレクタ、例えばミラー及び／又は少なくとも１個の拡散体を有していてよい。前記の作用及び／又は構造の組合せも考えられる。そして、例えば収束レンズは、粗い表面を有していてよいので、その光は確かに平行化されるが、しかしより小さな局所領域上で光は散乱し、ひいては例えば混合する。例えば複数の光学部品を介して配置されていてよく、かつ例えば複数のＬＥＤを含んでいてよい、より大きなレンズ構造の場合に、同じように、局所的な散乱領域及び収束領域からなるセグメント状の構成が考えられる。
収束性の光学部品は、例えば完全にか又は部分的に凸面の光学部品として構成されていてもよい。散乱性の光学部品は、例えば完全にか又は部分的に凹面の光学部品として構成されていてよい。例えば、収束レンズは凸レンズであってよく、かつ発散レンズは凹レンズであってよい。
更に、代替的に又は追加的に、拡散体の機能も設けられていてよい。このためには、例えば１個以上の規則的又は不規則な構造が、特に例えばサブミリメートル範囲内及び典型的にはマイクロメートルの範囲内の寸法を有する狭い空間上に、設けられていてよく、該寸法の場合に例えば凹面の形態と凸面の形態との間の素早い変化が、特に粗いプロフィールの形態で、実現される。
そしてまた、既に前記の、１個、複数又は全ての光学素子に代替的に又は追加的に、該光学部品、特に該一次光学部品及び／又は該二次光学部品は、更に他の種類の回折構造も含んでいてよい。特にダイオードレーザの形態のオプトエレクトロニクス部品用、しかしながら他の種類のオプトエレクトロニクス部品用にも、該光学部品、特に該一次光学部品及び／又は該二次光学部品は、光回折作用を有していてよい１個以上の回折光学素子、例えば、光の波長のスケールで例えば構造化されていてよい振幅格子構造及び／又は相格子構造、例えば透過又は反射における線格子、透過又は反射における相格子、体積型ホログラム又は前記の及び／又は他の回折光学素子の組合せを含むこともできた。該一次光学部品及び／又は該二次光学部品の光学素子としてのこの種の回折光学素子は、例えばオプトエレクトロニクス部品用には狭帯域単色光源の形態で使用可能でありうる。
該光学部品、特に該一次光学部品及び／又は該二次光学部品が、少なくとも１個のリフレクタを含む場合には、該リフレクタは多様な手法で構成されていてよい。そして、該リフレクタの特に多様なプロフィール、すなわちリフレクタ幾何学的形状及び／又はリフレクタプロフィールを使用することができる。例えば、リフレクタは、特に切断面で該リフレクタの光軸に対して平行に、少なくとも部分的に、直線プロフィール、放物線プロフィール、楕円プロフィール、円すい断面の１種のプロフィール、自由造形プロフィール、台形プロフィールからなる群から選択される、少なくとも１種のプロフィールを有していてよい。
一次光学部品は、それに応じて、直接、少なくとも１個の該オプトエレクトロニクス部品に隣接する光学部品であると理解できるので、該オプトエレクトロニクス部品から出る光が、直接、該一次光学部品中へ入るか、もしくは該光学部品中へ入る光は、該オプトエレクトロニクス部品中へ入る直前に、該一次光学部品を通過する。例えば、該一次光学部品は、１個以上のレンズ、特にマイクロレンズを有していてよく、該レンズは、例えば該シリコーン及び／又は該シリコーンを含むコーティング中に形成されており、かつ直接、少なくとも１個の該オプトエレクトロニクス部品上に載置するか、又は該レンズ中に該オプトエレクトロニクス部品が完全にか又は部分的に包埋されている。代替的に又は追加的に、該一次光学部品は、１個以上のリフレクタを有していてよく、該リフレクタ上で該オプトエレクトロニクス部品から出る光が反射され、かつその際にビーム化されるか又は散乱されるか、もしくは該リフレクタ上で該オプトエレクトロニクス部品中へ入る光がビーム化される又は散乱されるか、又はその他では偏向される。
該一次光学部品の概念は、すなわち、該オプトエレクトロニクス部品の光路上に隣接しており、別の光学部品が該一次光学部品と該オプトエレクトロニクス部品との間に配置されていることのない、少なくとも１個のビーム整形素子を特徴としており、その際に該一次光学部品の概念は、別の光学部品、特に二次光学部品が存在しているか否かとは独立して使用される。
二次光学部品は、それに応じて、該二次光学部品と少なくとも１個の該オプトエレクトロニクス部品との間の光路上で、光が少なくとも１個の別の光学部品を通過しなければならないように、該オプトエレクトロニクスチップオンボードモジュール中に配置されている光学部品であると理解できる。そして、例えば該オプトエレクトロニクス部品から出る光は、まず最初に一次光学部品を通過してよく、その後、該光は二次光学部品を通過する。代替的に、該オプトエレクトロニクス部品中へ入る光は、まず最初に該二次光学部品、引き続き、該一次光学部品を通過してよく、その後、該光は最後に該オプトエレクトロニクス部品中へ入る。
少なくとも１個の任意の該一次光学部品は、例えば少なくとも１個のレンズ、特に複数のレンズ、特にマイクロレンズを有していてよい。例えば、該オプトエレクトロニクスチップオンボードモジュールは、マトリックス及び／又はアレイ、例えば発光ダイオードアレイ及び／又はフォトダイオードアレイ中に配置されている、複数のオプトエレクトロニクス部品を有していてよい。この複数のオプトエレクトロニクス部品には、一次光学部品の複数の素子が、例えば、それぞれ１個のオプトエレクトロニクス部品又はオプトエレクトロニクス部品の群に、ちょうど１個の該一次光学部品の部品及び／又は該一次光学部品の部品の定義された群が割り当てられているように割り当てられていてよい。そして、例えば各オプトエレクトロニクス部品上にちょうど１個のレンズを載置していてよく、又はオプトエレクトロニクス部品の群の上にこの群のための共通のレンズを載置していてよい。
少なくとも１個の任意の該二次光学部品は、例えば少なくとも１個のリフレクタ及び／又は少なくとも１個のレンズを有していてよい。例えば、そしてまた、オプトエレクトロニクス部品への該二次光学部品の素子の割り当てを、例えばそしてまた該オプトエレクトロニクス部品のアレイの各素子又は素子の群に、該二次光学部品のそれぞれ１個以上の素子が割り当てられていることによって、行うことができる。例えば、該二次光学部品は、例えばマトリックス及び／又はアレイ中に配置されていてよい、複数のリフレクタ、例えば複数の凹面鏡を含んでいてよい。各凹面鏡には、例えば１個のオプトエレクトロニクス部品及び／又はオプトエレクトロニクス部品の群が、例えば該オプトエレクトロニクス部品が完全にか又は部分的に該凹面鏡内に配置されていることによって、割り当てられていてよい。
本方法は、一般的に、該一次光学部品及び該二次光学部品が完全にか又は部分的に異なる材料から、例えば前記の種類の異なるシリコーンから製造されるように実施することもできる。特に、該一次光学部品及び該二次光学部品は、完全にか又は部分的に、異なる屈折率を有する材料から、例えば前記の種類の連続した注封法を用いて、製造されることができる。例えば、該一次光学部品は完全にか又は部分的に、第一屈折率ｎ１を有するシリコーンを使用して製造することができ、かつ該二次光学部品は完全にか又は部分的に、第二屈折率ｎ２を有するシリコーンを使用して製造することができる。
例えば、このようにして、材料ｎ１を有する一次光学部品、例えば一次光学レンズアレイ並びに例えば少なくとも１個のリフレクタと少なくとも１個のシリコーンレンズとの組合せを有していてよい二次光学部品とを有する、オプトエレクトロニクスチップオンボードモジュールを製造することができ、その際に例えば該シリコーンレンズは、該リフレクタの境界側の間に形成されていてよい。該二次光学部品の該シリコーンレンズは例えば、屈折率ｎ２を有する第二注封材料から製造されていてよく、その際にｎ１はｎ２と等しくなくてよい。一般的に、該一次光学部品及び／又は該二次光学部品は本発明により製造することができる。
本発明の基礎となる課題は、１個以上のオプトエレクトロニクス部品が取り付けられている平坦な支持体を含み、シリコーンを含んでなる透明で耐ＵＶ性かつ耐熱性のコーティングを有するオプトエレクトロニクスチップオンボードモジュールにより解決され、該モジュールが、１個以上のオプトエレクトロニクス部品が取り付けられている該支持体の表面が、縁部なしで該シリコーンでコーティングされていることにより特徴付けられる。
本発明によるこのオプトエレクトロニクスチップオンボードモジュールは、前記の本発明による方法と同じ利点を有する、それというのも、これは縁部なしで透明で耐ＵＶ性かつ耐熱性であるシリコーンでコーティングされているからである。該支持体の全面がオプトエレクトロニクス部品の配置に自由に利用できるので、該設計の自由度が最大化されている。
好ましくは、該支持体はその側面でも少なくとも部分的に該シリコーンでコーティングされているので、該チップオンボードモジュールの保護は更に高められる。
有利な更なる展開において、該シリコーンは、光学機能性材料、特にりん光性及び／又は散乱性の材料又は粒子の混和物を有する。それによって、該材料の波長及び色特性を、特に該オプトエレクトロニクスチップオンボードモジュールが、光を発生するモジュール、例えばＬＥＤモジュール及び／又はＵＶ−ＬＥＤモジュールである場合に、調節することができる。
同様に有利には、該コーティングは、表面構造、特にレンズ、好ましくはマイクロレンズ、又は光散乱性の粗面を有する。この表面構造は、該型からの型取(Abformung)により又はその後の加工により、生成することができる。
代替的に又は追加的に実現可能な別の態様において、該コーティングは少なくとも１個の光学部品を有する。該光学部品の可能な態様に関して、上記の記載を参照することができる。特に、１個以上の光学素子が、例えば、収束作用、散乱作用、拡散作用及び回折作用からなる群から選択される少なくとも１種の作用を有する、一次光学素子及び／又は二次光学素子として含まれていてよい。例えば、一次光学素子及び／又は二次光学素子として、収束レンズ、特に凸レンズ、発散レンズ、特に凹レンズ、リフレクタ、拡散体、光格子、ホログラムからなる群から選択される、１個以上の光学素子が含まれていてよい。前記の光学素子及び／又は他の光学素子の組合せも含まれていてよい。特に、１個以上の前記の光学素子がアレイとして配置されていてよい。例えば、該コーティングは、同じか又は異なる種類の複数の前記の光学素子を有する少なくとも１個のアレイを有していてよい。該アレイは本発明の範囲内で、表面構造の形態で、該型からの型取により生成することができる。特に、該コーティングは、少なくとも１個のレンズ及び／又は少なくとも１個のレンズアレイを有していてよい。
例えば、該コーティングは少なくとも１個のレンズアレイを含んでいてよい。このレンズアレイは、寸法がそれぞれの用途に適合されていてよい複数のレンズを含んでいてよい。そして、それらの直径又は相当直径で、上から見た場合に、該支持体上に数マイクロメートル又は数百マイクロメートルから数デシメートルまでであってよい寸法を有する、レンズが含まれていてよい。特に、該レンズアレイは完全にか又は部分的にマイクロレンズアレイとして構成されていてよく、かつ、例えばサブミリメートル範囲内の寸法を有する、１個以上のマイクロレンズを含んでいてよい。一般的に、該光学部品は、例えば少なくとも１個のマイクロ光学素子及び／又は少なくとも１個のマイクロ光学部品を含んでいてよい。上記で説明したように、該光学部品及び／又は該光学素子の寸法決めは、一般的に、その用途に適合されていてよい。例えば、１個以上の光学素子、例えば１個以上のレンズが、特にオプトエレクトロニクス部品、例えばＬＥＤ用に典型的な、１〜１０ｍｍの直径、特に２〜４ｍｍの直径を有するレンズアレイ内に、含まれていてよい。そして、例えば典型的な高性能ＬＥＤは、１ｍｍ2の発光面積を有し、該発光面積は該光学素子の前記の寸法で、完全にか又は部分的にカバーすることができる。
該光学部品、特に該一次光学部品及び／又は該二次光学部品の１個以上の光学素子は、屈曲変化を、特に局部領域又は部分範囲上に、例えばサブミリメートル範囲内のスケールで、有していてよい。このサブミリメートルスケールで、該光学部品はそれによって、平行に入射する光の局所的に隣接したビーム経路に影響を及ぼすことができる。そして、例えば、サブミリメートル範囲内の相当局部半径を有する屈曲構造が、該一次光学部品及び／又は該二次光学部品の１個以上の光学的に有効な素子として使用することができる。
上記で本方法の説明の範囲内で説明したように、該チップオンボードモジュールは、少なくとも１個の該オプトエレクトロニクス部品に隣接した少なくとも１個の一次光学部品と、任意に少なくとも１個の二次光学部品とを有していてよい。該一次光学部品及び該二次光学部品からなる群から選択される少なくとも１個の光学部品は少なくとも部分的に、該コーティング中に、特に該コーティングの表面構造中に、形成されていてよい。
上記で説明したように、少なくとも１個の該コーティング、例えば第一コーティング及び／又は第二コーティングは、特に少なくとも１種のシリコーンを含んでいてよい。該コーティング及び該オプトエレクトロニクスチップオンボードモジュールは、特に本発明による方法を用いて製造されていてよいもしくはコーティングされていてよい。一般的に、該一次光学部品及び任意の該二次光学部品は、その少なくとも１個のコーティング中に形成されていてよい。代替的に、該一次光学部品は、少なくとも１個の第一コーティング中に形成されていてもよく、かつ該二次光学部品は、完全にか又は部分的に、第一コーティングとは異なっていてよい少なくとも１個の第二コーティング中に形成されていてよい。特に、該一次光学部品及び任意の該二次光学部品は、異なる屈折率を有する異なるコーティングを使用して形成されていてもよい。例えば、前記のように、該一次光学部品は完全にか又は部分的に、少なくとも１個の第一コーティング、例えば第一屈折率ｎ１を有する第一シリコーンコーティング中に、形成されていてよく、かつ該二次光学部品は完全にか又は部分的に、第二屈折率ｎ２≠ｎ１を有していてよい少なくとも１個の第二コーティング中に形成されていてよい。該コーティングは例えば、異なるコーティング工程において連続して塗布することができ、その際に、例えば該コーティングの一方又は双方を、本発明によるコーティング法を使用して、該オプトエレクトロニクスチップオンボードモジュール上へ塗布することができる。
該一次光学部品及び／又は該二次光学部品の、個々に又は双方とも完全にか又は部分的に該コーティング中に形成されていてよい、可能な別の態様のためには、本方法の上記の記載を参照することができる。
好ましくは、該支持体には、縁部上まで又は縁部の直前までオプトエレクトロニクス部品が取り付けられている。これは、該支持体に、複数の又は全ての縁部上まで又はこれらの縁部の直前までオプトエレクトロニクス部品が取り付けられている可能性も含む。これは、該支持体の全ての自由に利用できる表面の有効利用を可能にする、それというのも、該縁部は空けておく必要はないからであり、それというのも、技術水準から知られているような真空シールが無くなるからである。それによって、オプトエレクトロニクス部品の変わらないピッチが、隣接したモジュール間の境界を越えても遵守することができる。
本発明によるオプトエレクトロニクスチップオンボードモジュールは好ましくは、前記のような本発明による方法により製造されているか又は製造できる。
更に、本発明の基礎となる課題は、２個以上の前記のオプトエレクトロニクスチップオンボードモジュールを有するシステムによっても解決され、その際に、該オプトエレクトロニクスチップオンボードモジュールの支持体は同一平面上で(buendig)又は定義された間隔で互いに隣り合って配置されており、その際に、特に該支持体へのオプトエレクトロニクス部品の縁部の取り付けに基づき、隣接した支持体間の境界をも越えてオプトエレクトロニクス部品の規則的な配置及び離間(Beabstandung)となる。定義された間隔は、その際に一般的に、隣接した２個のモジュール間の、選択された、固定され、かつ通例、位置に依存して、一定の間隔であると理解できる。この間隔は、例えば材料許容差を顧慮するために、完全性(Fertigbarkeit)を保証するため又は該システム、例えばランプの特定の長さを達成するために選択することができる。
該発明対象について、すなわち本発明による方法、本発明によるオプトエレクトロニクスチップオンボードモジュール及び本発明によるシステム、前記の性質、特徴及び利点は、限定されることなく、それぞれ他の発明対象にも当てはまる。
提案した方法、該オプトエレクトロニクスチップオンボードモジュール及び該システムは、多数の方法で有利に使用することができる。例えば、このようにして、チップオンボード技術における高い放射照度を有する照射装置を実現することができる。技術水準からは、該ＬＥＤ間の典型的に必要な僅かな間隔（いわゆるピッチ）に基づき、概してビーム整形性マイクロレンズが注封材料によるＬＥＤアレイの個々のＬＥＤを介して実現することができる、僅かな方法が知られているに過ぎない。同じように、該ＬＥＤ放射体の前及び縁部領域においてもアレイ配置中の個々の該マイクロレンズ（光学部品）の放射特性の位置に依存した適合による意図的な影響は、これまでの方法では事実上不可能である。しかしながら、提案した方法を用いて、この種の構成品は問題なく可能である。特に、ＬＥＤアレイ用のマイクロレンズ一次光学部品及び／又はマイクロレンズ二次光学部品を実現することができ、その際に該二次光学部品は最適に該一次光学部品に同調されていてよく、及び／又は逆に該一次光学部品が最適に該二次光学部品に同調されていてよい。この一次光学部品アタッチメント及び１個以上の二次光学部品の結合により、該ＬＥＤ放射体の光出口ウィンドウに関して＞１０ｍｍの有意な作動距離での該放射照度を増加させる新たな思想が開かれる。
提案した方法を用いて、特に、個々のレンズ、特にマイクロレンズの個々の形成は、１個、複数の又は全てのオプトエレクトロニクス部品、特にＬＥＤアレイ配置の該ＬＥＤを介して、可能である。このようにして、例えば全てのＬＥＤアレイの放射特性に、例えば均質化及び／又は放射ビーム化の目的のために、意図的に影響を及ぼすことができる。
上記で説明したように、特に、少なくとも１個の一次光学部品と、場合により少なくとも１個の二次光学部品とを有する、オプトエレクトロニクスチップオンボードモジュール及びシステムを製造する、提案した方法を使用することができる。その際に、該一次光学部品及び／又は該二次光学部品は完全にか又は部分的に本発明により、該一次光学部品及び／又は該二次光学部品を該シリコーンもしくは該コーティング中に形成することによって、製造することができる。
一次光学部品及び二次光学部品を有するシステムは、技術水準から原則的に他の分野からの該思想から知られており、かつ今や本発明により実現し、かつ製造することができる。そして、例えば既にパッケージ化されたＬＥＤ（例えばＳＭＤケース中のＬＥＤ）用の、二次光学部品の使用は、原則的に知られている。更に、ＬＥＤはリフレクタケース中へ挿入され（アセンブリ化され）、かつケースは、ビーム整形のための光学的性質を有する注封材料でシールされる、例えばレンズへの該注封材料の成形。この種のケースは、部分的には既に市場で入手可能である。しかしながら、たいていのケース入りのＬＥＤ製品中で、該ケースの光学機能性は、ビーム整形性光学部品変型のみ、すなわち該ＬＥＤが中へ挿入される凹部により実現されるリフレクタ、又はレンズのいずれかを含み、その際に該ＬＥＤは次いで通例、平らな基板上に載置される。これらの部品のために、次いで必要に応じて、別の二次光学部品（レンズ又はリフレクタ、又は双方のものの組合せ）が、ケース入りのＬＥＤの上方へ載置される。ＬＥＤアレイ用には、マイクロリフレクタの使用が米国特許(US)第7,638,808号明細書に記載されている。その際に、ＬＥＤが挿入されるキャビティを有する基板が使用される。これらの個々のキャビティの側壁は、適合して構成されていてよい、リフレクタとして利用される。同じように、該キャビティがシールされる、追加的なビーム整形注封の使用が記載される。それゆえ、アレイ配置における個々のＬＥＤのための、マイクロ一次レンズとマイクロ一次リフレクタとの組合せが重要である。従来の方法を用いては比較的労力をかけてのみ実現可能である、この種の知られた思想も、本発明により提案した方法を用いて単純かつ確実に実現することができる。
更に、本発明によれば、例えばそれぞれ割り当てられたマイクロ一次光学部品を有する複数の発光ダイオードの、光を更にビーム化する(buendeln)、１個以上の二次光学部品が使用される、一次光学部品及び二次光学部品を用いる思想を実現することができる。これらの光学部品は、例えばＬＥＤアレイ、ＬＥＤアレイのセグメント、フォトダイオードアレイ又はフォトダイオードアレイのセグメント上に載置可能であるので、例えば二次光学部品は、マイクロ光学部品を有するＬＥＤアレイの複数のＬＥＤを含む。
本発明は、特に、照射技術及び露光技術の範囲内で、例えば工業的なプロセスにおいて、使用することができる。工業的なプロセスにおいては、特に紫外及び赤外の分光範囲内の、多数のＬＥＤ露光用途及び照射用途がある。多数の例は、ここでは、例えばインキの乾燥、例えば接着剤、インキ、着色剤、塗料及び注封材料の、ＵＶ硬化の範囲内の照射の用途、並びに露光用途における使用を挙げることができる。
特に、本発明を用いて、典型的に照射用途に該当する要件を良好に実現することができる。該基本要件は、その際に通例、使用される波長範囲内で高い放射照度もしくはそれぞれの用途に適合された放射照度が実現可能であることであり、その際に典型的には数１０μＷ／ｃｍ2から数十又は数百Ｗ／ｃｍ2までの放射照度が典型的には数ミリメートルから１メートルまで又はそれ以上の調節可能な距離で実現可能である。同時に、典型的には、それぞれのプロセスに必要な特定の光分布が達成可能であるべきである。該光分布は、その際に例えば、特定のプロセスウィンドウ中での均質な場の分布又は狭い線であってよい。そして、例えば印刷工業における現在の用途は、インクジェット、シートオフセット、スクリーン印刷、グラビア印刷及びフレキソ印刷法の範囲を含む。シート印刷法のためには、通例、２０〜２００ｍｍの距離で３６０〜４２０ｎｍの範囲内の紫外ＬＥＤ光には２〜２０Ｗ／ｃｍ2の高い放射照度が必要とされる。
それぞれのプロセスに必要な放射照度の最低要件は、通例、材料にも依存している。ＵＶ硬化用途（UV-Curing）のためには、例えば通例、光開始剤が使用され、該光開始剤は、たいてい該放射照度のしきい値を超える際に初めて、該モノマーの連鎖形成（重合）のために十分に迅速な反応を可能にするので、良好な硬化結果が達成される。この場合に、例えば表面硬化の際に酸素により重合が阻害される。
多数のＬＥＤチップを有していてよく、かつ数Ｗから数１０ｋＷまでの光学的パワーを有していてよく、そのうえ通例、それぞれの該照明プロフィールへの特別な要件を満たさなければならない、高性能ＬＥＤ放射体の効率的な実現のための基礎は、最小限必要な放射面積からのできるだけ高く効率的な発光効率である。効率的かつコンパクトな放射体は、数ｃｍ2から数百ｃｍ2までの放出面積を有する。そのために必要な、例えば２０個までの１ｍｍ2の大きさのＬＥＤチップ／ｃｍ2の高いパッケージング密度を達成し、かつ１〜５０％の範囲内のＵＶ−ＬＥＤの典型的な効率に基づき、付随する高い熱的な負荷をできるだけ低く維持できるために、本発明によるオプトエレクトロニクスチップオンボードモジュール及び複数のオプトエレクトロニクスチップオンボードモジュールを有する本発明によるシステムを良好に使用することができる。例えば、目下のところ、１．３×１．３ｍｍ2の面積を有するチップの形態のオプトエレクトロニクス部品を有するチップオンボードモジュールが開発されている。将来的な展開は、数ｍｍ2のチップ面積までのチップを有するモジュールが予測されうる。
発光ダイオードにより放出された光は、通例、ＬＥＤに典型的な放射特性に基づき発散性である。現代のＬＥＤは典型的には、半空間中で放射し、かつ通例、ランベルト放射体の放射特性を有する表面エミッターである。この発散する放射特性により、作動距離からの、すなわち例えば放射すべき物体と、該オプトエレクトロニクスチップオンボードモジュール、特に該ＬＥＤ放射体との距離での、該放射照度の著しい依存性がもたらされる。しかしながら、本発明によれば、ＬＥＤの放出された光は、ＬＥＤアレイ配置中で効率的に利用することができ、かつ大きな作動距離においても高い放射照度を実現することができる。特に、一方では、該オプトエレクトロニクスチップオンボードモジュール、特に該ＬＥＤチップからの光の出力結合(Auskopplung)を最大化することができ、かつ他方では高い放射照度及び特定の作動距離における定義された場の分布を発生することができる、適合された光学部品を実現することができる。
極めて大きな作動距離、例えば少なくとも２０ｍｍの作動距離のために、特に、放出された光を著しく平行化することができる。しかしながら、別の光学部品なしでの一次光学部品の使用は、通例、限界に突き当たる、それというのも、該ＬＥＤは該マイクロレンズ光学部品の場合に点光源とみなすことはできないからである。これは、特に、典型的には１〜１０ｍｍの直径を有する該レンズのサイズと、典型的には１ｍｍのエッジ長さを有する該ＬＥＤのサイズとが匹敵することにより制限される。ゆえに、該光は通例、完全に平行化することはできず、かつコリメーションが増加するにつれて、更にまた、該レンズ中の反射損失により、該レンズの効率は低下する。ゆえに、最適化される解決のために、例えば少なくとも１個の最適化された一次光学部品に加えて、該放射照度及び該作動距離への極めて高い要件の場合に、本発明によれば、該光の高いコリメーション又はそれどころか焦点合わせを達成し、かつ該システム効率を最大化するために、少なくとも１個の追加的な二次光学部品を実現することができる。
特に、少なくとも１個の二次光学部品を、少なくとも１個のリフレクタを有するリフレクタ光学部品の形態で又は少なくとも１個のリフレクタ光学部品と少なくとも１個のレンズ光学部品との組合せの形態で実現することができる。この組合せで、該一次光学部品により直接、該照射場へ指向されることができない光は、例えばリフレクタにより"収束し"、かつ照射場へ向きを変えることができる。更に、本発明による変換において一次光学部品が、二次光学部品へ最適化されてよく、かつ逆に二次光学部品が一次光学部品へ最適化されてよいので、一次光学部品及び二次光学部品の両方の適合が可能である。
本発明によれば、指向特性、特に該ＬＥＤにより放出された光の放射特性の影響のために、少なくとも１個の光学部品を特に使用することができる。それに応じて、上記で説明したように、本発明によるオプトエレクトロニクスチップオンボードモジュール及び／又は本発明によるシステムは、少なくとも１個の光学部品を有していてよい。複数の光学部品の使用の場合にその際に、上記で説明したように、一次光学部品と二次光学部品とは相違していてよい。例えば、該一次光学部品は、透明な注封材料を含んでなるレンズアレイを含んでいてよく、該注封材料は、例えば本発明による方法を用いて、直接、該オプトエレクトロニクス部品、例えば該ＬＥＤが取り付けられた支持体上に塗布することができるので、該一次光学部品は例えば該ＬＥＤチップと堅固に結合されていてよい。例えばＵＶ−ＬＥＤ用には、ＵＶ安定な熱硬化性シリコーンを使用することができ、その際に代替的に又は追加的に、他の材料の使用、例えば光硬化性アクリラート、ＰＭＭＡ、ポリカーボネート又は他の材料又は前記の及び／又は他の材料の組合せの使用も考えられる。上記で説明したように、該一次光学部品の概念は、この一次光学部品が別の光学部品と組み合わされるか否かとは独立して使用される。
本発明によれば、多数の光学機能性の幾何学的形状、例えばレンズ形態及び／又は散乱形態を実現することができる。これらの幾何学的形状は、該用途にそれぞれ必要な放射照度プロフィールの生成に適合させることができる。単に、有意なアンダーカットを有する形態は通例、実現するのが難しい、それというのも、本発明による方法は、流込み法だからである。しかしながら、例えば次のものから選択される形態は良好に実現可能である：特に円柱形及び／又は回転対称な光学部品の形態、対称並びに非対称な形態の、球面のレンズ光学部品；特に円柱形及び／又は回転対称な光学部品の形態、対称並びに非対称な形態の、非球面の光学部品；特に円柱形及び／又は回転対称な光学部品の形態、対称並びに非対称な形態の、自由造形光学部品；特に円柱形及び／又は回転対称な光学部品の形態、対称並びに非対称な形態の、フレネル光学部品；特に円柱形及び／又は回転対称な光学部品の形態、対称並びに非対称な形態の、多角形の及び／又は面取りされた光学部品；例えば光散乱のため又はランダム分布した光回折のための、粗い構造；構造化された表面を有する構造。前記の形態及び／又は他の形態の組合せも可能である。
一次光学部品の該実現の可能性は複数の機能及び利点を提供する。そして、特に少なくとも１個のレンズは、オプトエレクトロニクス部品を介して直接、例えばＬＥＤを介して直接、位置決めすることができる。それにより、該レンズは、常用の意味でのレンズとは異なり、出口側のみを有し、かつ入口側を有しない、それというのも、該ＬＥＤから出る光が直接、該レンズの材料中へ入ることができるからである。これは、該ＬＥＤもしくは該システムからの該光の出力結合効率の増加をもたらす、それというのも、該光は、界面をあまり通過する必要がなく、かつＬＥＤと注封との屈折率適合が、該ＬＥＤ内での、しかし平面注封の場合の全反射と比較しても、内部の全反射の減少をもたらすからである。
該レンズの幾何学的形状により、更に、注封と空気との界面での反射損失を意図的に最小化することができる。これは、例えば平面注封と比較して、更なる効率増加を引き起こす。シリコーンについては、通例、平面注封と比較して約２倍の該出力結合効率の増加が可能である。
個々の各オプトエレクトロニクス部品、例えば個々の各ＬＥＤについては、該目標基準値に適合されたビーム整形を生じさせることができるので、目標照射面中へ該光を直接導くことを考慮した、該光学部品の幾何学的形状、例えば該レンズ幾何学的形状の最適化が、並びに出力結合効率及び二次光学部品の性質への適合に関しても実施することができる。
更に、レンズ面は空間的に見て極めて近くに、例えば１ｍｍ未満の距離で、該オプトエレクトロニクス部品、例えば該ＬＥＤ上に、配置されていてよい。それにより、例えば大きな立体角範囲内の、特に７０°よりも大きい立体角範囲までの、光を、利用することができ、このことは効率増加を生じさせ、かつ高いパワー密度を可能にすることができる。
該注封もしくは該コーティング、特に該シリコーン注封は、該オプトエレクトロニクス部品、特に該ＬＥＤを、更に外的な影響、例えば汚れ、水分及び機械的影響から保護する。
更に、該注封材料は通例、空気よりも高い屈折率を有する。そして、該注封材料の屈折率は典型的にはｎ＞１、例えばｎ＝１．３〜１．６である。それによって、通例、屈折率が典型的にはｎ＝３〜４である、該オプトエレクトロニクス部品、特に該ＬＥＤチップの半導体材料と、該注封材料との間での屈折率適合が存在する。それにより、該オプトエレクトロニクスチップオンボードモジュールからの光出力結合は改善され、かつその全効率は有利な影響を受ける。
該一次光学部品中での１個以上のレンズの使用に代替的に又は追加的に、該一次光学部品は更に１個以上のリフレクタを有していてよい。そして、該一次光学部品は、例えば各オプトエレクトロニクス部品、例えば各ＬＥＤが、反射する壁がマイクロリフレクタを形成する小さいキャビティ中に配置されていてよい、マイクロリフレクタアレイを例えば有していてよい。少なくとも１個のマイクロレンズと少なくとも１個のマイクロリフレクタとの組合せを含むアレイ一次光学部品が同じように可能である。
同様にして、少なくとも１個の任意の該二次光学部品は、例えば１個以上の屈折素子、例えば１個以上のレンズ素子の形態で、及び／又は１個以上の反射素子の形態で実現することができる。
使用プロセスに応じて、放射される光への要件が変わってもよい。例えば、基板もしくは支持体の配置が連続プロセスにおいて使用される場合には、流れの向きに対して横方向には、通例、均質かつ強力な放射照度を実現することが重要であるのに対して、流れの向きでは通例、本質的には導入すべき照射率の最大化が重要である。具体的には、これは、例えば線状放射体の場合に、該ＬＥＤを１つの空間方向へ極めて近くに、例えば０．０５〜５ｍｍの距離で、隣り合って位置決めすることが有利でありうるのに対して、それとは直交する空間方向では、該ＬＥＤ間の間隔を、例えば１ｍｍ超に、拡大することがより有意義でありうることを意味し、このようにして、例えば効率的な、平行化する一次光学部品及び／又は二次光学部品のための空間が得られる。これに対して、該オプトエレクトロニクス部品の均一な分布、例えば均一なＬＥＤ分布は通例、面を均質に照明すべきである面状放射体の実現のために好都合になる。
一般的に、本発明によれば、同じか又は異なるか又は位置に依存しても、多様な幾何学的形状を実現することができる。例えば、アレイ内の１つ又は双方の空間方向での該オプトエレクトロニクス部品、例えば該ＬＥＤ、及び／又は該マイクロレンズの間の距離を実現することができる。それゆえ、該オプトエレクトロニクス部品の分布及び／又は該一次光学部品及び／又は該二次光学部品の素子の分布、例えばマイクロレンズ分布は、効率的な構造素子、例えば効率的なＬＥＤ放射体の開発において、考慮され、かつ利用することができる。
更に、該一次光学部品及び／又は該二次光学部品の構造サイズ、例えば該一次光学部品及び／又は該二次光学部品のレンズの構造サイズも、例えばそれぞれの用途に、可変に適合することができる。その際に、多様な可能性を、個々に又は任意の組合せで実現することができる。そして、該オプトエレクトロニクス部品、例えば該ＬＥＤ、及び該一次光学部品及び／又は二次光学部品の部品、例えば該レンズは、匹敵する構造サイズを有していてよい。これは例えば、各オプトエレクトロニクス部品、例えば各ＬＥＤが、該一次光学部品及び／又は該二次光学部品の付属する素子、例えば付属するレンズを有することを意味する。該一次光学部品もしくは該二次光学部品の素子の最大構造サイズ、例えばそれぞれのレンズの最大構造サイズは、その際に通例、該オプトエレクトロニクス部品、例えば該ＬＥＤのピッチにより、限定されている。
更に、代替的に又は追加的に、個々の、複数の又は全てのオプトエレクトロニクス部品の構造サイズが、該光学部品、例えば該一次光学部品の構造サイズよりも小さい、実施態様も実現することができる。例えば、該ＬＥＤの構造サイズが、付属する該レンズの構造サイズよりも小さい、実施態様を実現することができる。これは次いで例えば、該一次光学部品及び／又は該二次光学部品のレンズ及び／又は他の部品が、複数のオプトエレクトロニクス部品、例えば複数のＬＥＤにわたって、延在していることを意味してよい。
更に、代替的に又は追加的に、個々の、複数の又は全てのオプトエレクトロニクス部品の構造サイズが、該光学部品、例えば該一次光学部品の構造サイズよりも大きい、実施態様も実現することができる。例えば、該ＬＥＤの構造サイズが該レンズの構造サイズよりも大きい、実施態様を実現することができる。これは次いで例えば、オプトエレクトロニクス部品の前、例えばＬＥＤの前に、該一次光学部品及び／又は該二次光学部品の複数の素子、例えば複数のレンズ又はレンズアレイが存在することを意味してよい。
更に、アレイ内で、該オプトエレクトロニクス部品及び／又は該光学部品の構造サイズの比も１つ又は双方の空間方向で変えることもできる。そして、該比は双方の空間方向で同じか又は異なっていてよく、又はその過程で変化してもよい。
上記で説明したように、該光学部品は、散乱機能及び／又は平行化機能及び／又は焦点合わせ機能を有していてよい。そして、例えば、該一次光学部品に、散乱、平行化又は焦点合わせするように設計されている、レンズ機能が設けられていてよい。一次光学部品のみが使用される場合には、これが平行化又は焦点合わせするように設計されている場合が通例有利である。これに対して、二次光学部品としてのリフレクタの使用の場合に、例えば、該全システムの効率及び機能性に関して、該リフレクタを可能な限り最良に利用することができるように、該一次光学部品を散乱するように設計することが有用でありうる。
オプトエレクトロニクス部品、例えば該ＬＥＤと、該一次光学部品との距離は通例、同様に、該光、例えば該ＬＥＤにより放出された該光のどの割合が、一次光学部品、特に該レンズにより影響を受けうるか、かつこの光への作用がどのようであるかを決定する。該距離は、該光が散乱又は平行化しているかどうかについて併せて決定することができる。アレイ内で、該オプトエレクトロニクス部品、例えば該ＬＥＤと、該レンズとの距離は同じであってよく、又は変えてよい。所定のレンズサイズの場合に、該レンズの、開口数ＮＡとも呼ばれる受光角は、オプトエレクトロニクス部品、例えばＬＥＤに対する距離に依存しうる。この受光角の外側で放出される光は、該レンズの縁部又は隣接レンズ上で散乱される及び／又は制御されずに屈折されるので、この光は損失割合として分類されうる。この理由からも、該オプトエレクトロニクス部品、例えば該ＬＥＤと、該一次光学部品の表面との距離は関連性がありうる。
更に、該一次光学部品及び／又は該二次光学部品が、放出された又は衝突された該光、例えば該ＬＥＤにより半空間中で放出された該光のビーム経路に影響を及ぼしうる、該立体角のサイズも、通例、該光学部品の効率の関連性のある尺度である。ゆえに、この効率を改善するために、たいてい、該光学部品の自由に利用できる光学的に有効な底面は最大化すべきである。本発明により変えることができる措置は、容易に形成されうる丸い底面及び回転対称な水平切断面の代わりに、隣接したオプトエレクトロニクス部品間、例えば隣接したＬＥＤ間の自由に利用できる面を最大に利用する、長方形又は多角形の底面及び切断面を考慮することにありうる。双方の空間方向で同じピッチを有するアレイの場合に、これは例えば正方形の基本形に相当する。例えば該正方形の底面の最大の利用に伴い、該光学活性な面を最大化することができ、このことは該効率の増加又はそれどころか最大化に表れうる。
該一次光学部品の表面は、平滑に、粗面化されて又はその他で構造化されていてよく、その際に後者の場合に、例えば該表面に、フレネル光学部品が設けられていてもよい。平滑な表面の場合に、例えば通例、本来のレンズ作用は影響を受けない。意図的な整形、例えば平行化の場合に、この表面と共に多くの場合に最大効率を達成することができる。粗面化された及び／又はマイクロ構造化された構造と共に、通例、本来のレンズ作用に追加的な散乱効果が加わる。
該光学部品、例えば該一次光学部品中で、レンズが使用される場合には、これらのレンズは多様な方法で、割り当てられたオプトエレクトロニクス部品に配向されていてよい。そして、例えば該一次光学部品のレンズのレンズ中心点は、中心に又は偏心に、割り当てられたオプトエレクトロニクス部品に、例えばＬＥＤに、配向されていてよい。例えばマイクロメートル範囲ないしミリメートル範囲内又はそれより大きい、偏心は、その際に意図的に全てのレンズについて同じか又は滑らかにシフトしていてもよい。この種のシフトにより、該一次光学部品により形成される光円すいを例えば傾けることができる。それにより、例えばいわゆる斜視効果が、該ＬＥＤアレイの前の中心での該放射照度の増加のために、例えば縁部で存在するＬＥＤの光円すいが、この種の相対的なシフトにより中央へ指向することによって、達成することができる。しかし、ＬＥＤアレイ内のランダム分布した相対的なシフトは、該光の均質化にも利用することができる。
上記で説明したように、少なくとも１個の一次光学部品は少なくとも１個の二次光学部品と組み合わせることができる。該二次光学部品は例えば少なくとも１個のリフレクタ及び／又は少なくとも１個のレンズを含んでいてよく、その際に前記の素子は個々に又はアレイ中にも配置されていてよい。そして、該二次光学部品は、例えばリフレクタアレイ及び／又はレンズアレイを含んでいてよい。まさに大きな距離では、通例、該一次光学部品の唯一の使用の場合に、比較的小さい立体角範囲の光のみが照明に貢献する。該二次光学部品により、拡大された立体角範囲の光も利用可能になり、それにより該全システムの効率も上昇させることができる。それにより、２つの効果又は双方の効果の混合効果を達成することができる。そして、該二次光学部品により該光の焦点合わせを明らかに改善することができる。これは、該オプトエレクトロニクス部品の数が変わらない場合に、例えばＬＥＤ数が変わらない場合に、該最大放射照度を高めることができるという利点を有する。該最大放射照度を同じ水準のままにするとした場合には、該オプトエレクトロニクス部品の数、例えば該ＬＥＤの数を低下させることができる、それというのも、存在している光は、該二次光学部品によってより効率的に利用することができるからである。
該一次光学部品は、例えば、二次光学部品として少なくとも１個のリフレクタ及び／又は少なくとも１個の別のレンズアレイとも組み合わせることができる。それにより、通例、該一次光学部品により生成される場の分布を更に変換することが可能である。そして、それによって、例えば、改善された焦点合わせを達成することが可能であり、こうして最大放射照度は高められる。
該二次光学部品は、使用プロセスに応じて、これが１つ又は双方の空間方向で作用するように設計することもできる。具体的には、これは、連続プロセスのための線状放射体の場合に、該二次光学部品が流れの向きに直交して配置されていてよく、かつ流れの向きで目標面中の照射率及び最大放射照度を高めることに役立てることができることを意味してよい。例えば、該一次光学部品は、面状放射体の場合に、格子として構想されてもよく、又は線状放射体の場合に互いに平行に走る線状（リフレクタ）形材として形成されてよい。これは、該二次光学部品の構造サイズが同様に可変に適合できることを意味してよい。その際に、複数の可能性を実現することができる：
ａ．一次光学部品及び二次光学部品は匹敵する構造サイズを有する。
ｂ．該一次光学部品の構造サイズは、該二次光学部品よりも小さい。
ｃ．該一次光学部品の構造サイズは、該二次光学部品よりも大きい。
該放射体内で、該構造サイズの比は双方の空間方向で同じか又は異なっていてよく、又はその過程で変化してもよい。
ａ．一次光学部品及び二次光学部品は匹敵する構造サイズを有する。
ｂ．該一次光学部品の構造サイズは、該二次光学部品よりも小さい。
ｃ．該一次光学部品の構造サイズは、該二次光学部品よりも大きい。
該放射体内で、該構造サイズの比は双方の空間方向で同じか又は異なっていてよく、又はその過程で変化してもよい。
異なるプロセス分野を扱うことができるように、それぞれサイズが適合された支持体、特に基板を構想してよい。しかしながら、費用及び労力を低く維持するために、通例、同じ基板、例えば１ｃｍ2又はより大きい範囲内の面積を有するものを、隣接実装することが有意義である。ゆえに、本発明によるシステム、例えばＬＥＤシステム、及び光学的な思想のモジュール構成が実現可能である。この実現に関しても、そしてまた複数の変型が存在する。そして、例えば本発明による２個以上のオプトエレクトロニクスチップオンボードモジュールの隣接実装が１つの空間方向又は２つの空間方向で行うことができる。注封は、１個、２個又は複数のオプトエレクトロニクスチップオンボード基板又はチップオンボードモジュールのために同時に実現することができる。該注封は例えば側面の突出部なしに、該支持体、例えば該基板上に塗布することができるので、支持体の隙間のない隣接実装が可能である。
更に、例えば１個以上のオプトエレクトロニクスチップオンボードモジュール及び／又はそれらの支持体及び／又は１個以上の本発明によるシステムは、１個以上のヒートシンク上に配置されていてもよいか、又はオプトエレクトロニクスチップオンボードモジュール及び／又は本発明によるシステムは、１個以上のヒートシンクを含んでいてよい。そして、例えば、ＬＥＤを有する１個以上のチップオンボード基板がヒートシンク／支持体上に存在していてよい。該注封プロセスにおいて、例えば少なくとも１個のヒートシンクに注封が設けられてよいので、例えばその上に存在する全ての支持体を同時に注封することができる。モジュールベースとして機能しうる複数のヒートシンクの同時の一緒の注封が同様に考えられる。
該二次光学部品のモジュラリティは、その際に一般的に、該オプトエレクトロニクス部品のモジュラリティ、例えば該ＬＥＤアレイのモジュラリティにも相当しうるので、例えばオプトエレクトロニクス部品のアレイ、例えばＬＥＤアレイが、二次光学部品モジュールを含有する。
二次光学部品モジュールが設けられている場合には、これらは該オプトエレクトロニクス部品のアレイ、例えばＬＥＤアレイよりも大きいか又は小さくてもよいので、例えば二次光学部品モジュールは、オプトエレクトロニクス部品の隣り合って配置される２個、３個又はより多いアレイ、例えばＬＥＤアレイを介して位置決めすることができる。逆の場合に、例えば２個、３個又はより多い二次光学部品モジュールを、該オプトエレクトロニクス部品のアレイ、例えばＬＥＤアレイ１個あたりに必要としうる。
例えば本発明によるシステムにおける、オプトエレクトロニクスチップオンボードモジュール及び／又はそれらの支持体の任意の隣接実装、及び／又は二次光学部品の隣接実装は、該オプトエレクトロニクス部品の間隔を基準として、ピッチを保って、すなわち直接、隣接実装可能であるか、又はピッチを保たずに、すなわち間隔を有して隣接実装可能であってよい。
オプトエレクトロニクスチップオンボードモジュール内又はシステム内、例えばＬＥＤ放射体内で、異なって成形された二次光学部品を使用することができる。そして、例えばオプトエレクトロニクスチップオンボードモジュールの縁部で、特にＬＥＤ放射体の縁部で、例えば前記の"斜視する(schielenden)"一次光学部品に類似して、該光を例えば斜めに該放射体の前の中心へ反射するリフレクタを使用することができる。その際に、中心の該リフレクタは、該光を同じように該放射体の前の中心へ反射することができる。
更に、位置に依存して多様な二次光学部品、例えば少なくとも１個のリフレクタ、少なくとも１個のレンズ又は少なくとも１個のリフレクタと少なくとも１個のレンズとの少なくとも１個の組合せを使用することができる。代替的に、二次光学部品を位置に依存して完全に省くこともできる。
全体として、本発明によれば、例えば単に出口側のみを有する、好ましくは少なくとも１個の一次光学部品を有する、オプトエレクトロニクスチップオンボードモジュールを実現することができる。入口側での反射損失は、このようにして回避することができる。更に、反射損失を低下できる成形、例えばレンズの光学的な形態の使用が行われてよい。個々の各オプトエレクトロニクス部品のため、例えば個々の各ＬＥＤのために、該目標基準値に適合されたビーム整形を生じることができる。該オプトエレクトロニクス部品への該光学部品の空間的な近さ、例えば該ＬＥＤへの該レンズの近さの可能性により、大きな立体角範囲の光が利用可能である。
更に、該オプトエレクトロニクス部品、例えば該ＬＥＤは、保護する、透明でＵＶ安定かつ温度安定な注封を得ることができる。このようにして、特に長期安定性も改善することができ、かつ水分及び他の環境影響に対して高められた密封性に基づき、新しい使用分野を切り開くことができる。
１つ又は双方の空間方向での該オプトエレクトロニクス部品間の、例えば該ＬＥＤ間の可変に調節可能な距離の可能性により、自由に利用できる光パワーを更に正確にそれぞれの必要条件に適合させることができる。例えば、多くのＬＥＤを狭い空間上に配置することができ、又は比較的少ないＬＥＤを配置することができるので、特定の光学部品のための場所を生じさせる。
該一次光学部品の素子、例えば該一次光学部品の該レンズの、多様な可能な構造サイズにより、存在している光パワーを効率的に利用することができる。そして、該一次光学部品のレンズ機能は、例えば必要に応じて、散乱する、平行化する又は焦点合わせするように設計されていてよい。該一次光学部品の表面は、必要に応じて、例えば平滑に、粗面化されて又はその他に構造化されて、構成されていてよい。
割り当てられたオプトエレクトロニクス部品に対する該一次光学部品の素子のシフトの可能性により、例えば該ＬＥＤに対する該一次光学部品の該レンズのシフトにより、前記のように、放射円すいが傾けられていてよい（斜視する）。
１個以上の任意の二次光学部品の使用により、該オプトエレクトロニクスチップオンボードモジュールの効率及び／又は該システムの効率を明らかに高めることができる。特に、このようにして、発散する光の"再利用"を実現することができる。それにより、例えばより高い放射照度を達成することができ、及び／又はオプトエレクトロニクス部品、特にＬＥＤを削減することができる。
本発明の更なる利点は、高いモジュラリティの実現の可能性にある。そして、例えば、オプトエレクトロニクス部品のそれぞれ１個以上の一次元又は二次元のアレイを有するオプトエレクトロニクスチップオンボードモジュールを実現することができ、その際にこれらのアレイは同じく構成されていてよい。特に該オプトエレクトロニクス部品の同じアレイを有する、複数のこの種のオプトエレクトロニクスチップオンボードモジュールは、１つ又は２つの空間方向で互いに隣接実装することができる。該オプトエレクトロニクス部品の該アレイ、例えば該ＬＥＤアレイの一体性は、単純で費用対効果が大きい製造過程にとって有利でありうる。全体として、このようにして、多様なプロセスジオメトリーへの適合に関する利点を実現することができる。
本発明により実現可能なこれらの個々の利点又はこれらの利点の組合せも、該オプトエレクトロニクスチップオンボードモジュール及び／又は該システム、例えば該放射体の直接の効率増加を生じさせることができる。それにより、例えば極めて高い放射照度が、均質な放射照度分布と同時に、大きな距離でもなお達成することができる。列挙した利点は、対で又は任意の群で任意に互いに組み合わせることもできる。実現されうる可能性の範囲はそれにより高く、そのことが多数の要求を満たすことができる。
本発明は、以下に、一般的な発明の思想を限定することなく、実施例に基づき、図面を参照しながら記載され、その際に文章でより詳細に説明されない本発明による全ての詳細に関して、明らかに図面が参照される。
次の図には、それぞれ同じか又は同じ種類の素子もしくは相応する部品は同じ参照番号で示されているので、相応する再度の説明は行わない。
本発明は、オプトエレクトロニクスチップオンボードモジュールの例として、チップオンボードＬＥＤモジュールに基づいて、すなわち発光体に基づいて説明される。本発明の範囲内で、オプトエレクトロニクス部品としてのＬＥＤモジュールの代わりに、太陽電池又は他の部品におけるフォトダイオードも適用することができる。
図１には、コーティングなしのチップオンボードＬＥＤモジュール１が断面図で略示されており、該モジュールの場合に、平行に配置された２個の支持体２、２′もしくは基板上に、導体パス３、３′及びケースに入っていないＬＥＤチップとして形成されたＬＥＤ ４、４′が、規則的な間隔で配置されている。明瞭さの理由から、図１及び次の図の繰り返しの全ての素子が、参照符号で示されていないが、しかしながらこれらは全て同じ種類の素子に関連する。それゆえ、図１にはそれぞれ１個のみのＬＥＤ ４、４′が、双方のチップオンボードＬＥＤモジュール１、１′のそれぞれについて、参照番号で示されている。他の部品はそれぞれ同じ種類である。
支持体２、２′は、例えばリジッド、ハーフフレキシブル又はフレキシブルな基板技術において組み立てられる金属基板、セラミック基板又はシリコン基板、メタルコアプリント基板又はＦＲ４プリント基板、ガラス支持体又はプラスチック支持体であってよい。
該ＬＥＤ ４、４′の光円すい５、５′は線で示されている。該ＬＥＤは近似的に、１２０°の開口角内で全ての放射された光パワーのうち約７５％を放射するランベルト放射体である。ＬＥＤ ４、４′が取り付けられた面が、測定距離に比べて広がっており、かつ該距離が、"ピッチ"とも呼ばれる該ＬＥＤチップの間隔よりも十分に大きい場合には、均質で拡散して光る面の性質と類似の性質を有する均質な強度分布が測定される。
図１に示された場合において、均質な強度分布は、隣接したモジュール１、１間の接合箇所６をも顧慮しない、それというのも、この箇所での光円すい５、５′のオーバーラップ領域７は、該支持体２、２′にＬＥＤ ４、４′を規則的かつ縁部に取り付けること及び光学的な障害がないことに基づき、良好に形成されているからである。
図２には、支持体２上に同様に導体パス３及びＬＥＤチップ４を有する、本発明によるチップオンボードＬＥＤモジュール１１が略示されている。該モジュールにはシリコーンコーティング１２が設けられており、該コーティングは、縁部領域１３中で該支持体２の側面縁部も越えてのび出ており、それゆえ該支持体２のまわりをぐるりと保護する。
図２による本発明によるチップオンボードＬＥＤモジュール２は、同一平面上で隣り合って配置できるので、図１に示されたような放射特性を有する均一なオーバーラップする放射領域が達成可能である。
図３ａ）及び図３ｂ）には、図２による本発明によるチップオンボードＬＥＤモジュール１をどのように製造するかが略示されている。そのためには、まず最初にコーティングされていないチップオンボードＬＥＤモジュール１を、表を下にして、液状シリコーン２１を含んでなる浴を有する型２０中へ浸漬し、該シリコーンは１個以上のシリコーンストック２２から該型へ充填されていた。該浸漬は、図３ａ）中の中心に示された矢印の方向で行われる。
該シリコーンの充填高さは、該支持体２がその表面で該シリコーンの表面と接触するか又は該シリコーン中へ軽く浸るように選択される。そのためには、該型の寸法もしくは内法の内寸は、該チップオンボードモジュール１の該支持体２が完全に該型中へ収容されるように選択されている。該型２０の側壁と、該支持体２の外側との間に、該シリコーン２１が侵入することができる、小さな隙間が場合により存在する。
液状シリコーン２１は、引き続き硬化され、かつその際に該モジュールと共に、例えば熱により、架橋される。該シリコーンが完全に硬化されると、該支持体は、新たにコーティングされたチップオンボードＬＥＤモジュール１１として、今や硬化された付着性で透明な注封を含めて、該型から取り出される。これは図３ｂ）には、その中で中心に示された矢印で示されている。
図４、５及び６には、本発明によるオプトエレクトロニクスチップオンボードモジュール１１′、１１″、１１″′の３つの異なる変型が示されており、該モジュールは、該支持体、該導体パス及び該ＬＥＤの部品の点で図２からの該チップオンボードＬＥＤモジュール１１とは相違しない。
図４では、該コーティング１２の表面が、シリコーンを含んでなるレンズ、特にマイクロレンズの形態の表面構造を個々の該ＬＥＤ上に有し、該表面構造は、まず最初に該シリコーンが導入されていた型からの該構造の反転した型取から生じる。これらのレンズは、該ＬＥＤから出る光のために、調節される幾何学的形状に応じて、ビーム化又は散乱の作用を有する。
図４に示された構造は、入射する光を相応するフォトダイオード上へビーム化するために、光電気化学電池モジュールによっても使用することができる。
図５には、該オプトエレクトロニクスチップオンボードＬＥＤモジュール１１″の場合に、該表面が、粗面化された表面構造１６となるように変更されている。これにより、該ＬＥＤから出た光は異なる方向で散乱され、該光分布は全体として均質化される。
図６では、本発明によるチップオンボードＬＥＤモジュール１１″′の場合に、該コーティング１２の表面構造が調節されており、該表面構造は、図４からの該ＬＥＤチップ上に個々のレンズ１５を有するものに相当する。追加的に、該シリコーン材料は、出た光もしくは出た光の一部の波長シフトを引き起こすりん光材料１７と混合されており、このことは、該レンズ１５の上方に示された曲がりくねった矢印により多様な波長で示されている。これらの矢印は、多様な波長、ひいては異なる色の光子を象徴している。例えば、小さい曲がりくねった矢印は紫外領域からの光子に相当しうるのに対し、より大きな矢印は可視領域中の光子に相当しうる。
前記の全ての特徴、図面から単独で読み取ることもできる特徴並びに他の特徴との組合せで開示されている個々の特徴も、単独で及び組合せで発明に本質的であるとみなされる。本発明による実施態様は、個々の特徴によるか又は複数の特徴の組合せにより満たされていてよい。
図７Ａ〜１５Ｃには、本発明によるチップオンボードモジュールの異なる別の態様が示されており、これらはこれらの図中で参照番号１１で表されているが、別の可能な態様に限定するものではない。これらのチップオンボードモジュール１１の構成及び製造については、上記の記載を例示的に参照することができる。
そして、該チップオンボードモジュール１１は、上記で示したように、以下に一般的に参照番号２３で表される、１個以上の光学部品を有していてよい。前記のレンズ１５は、この種の光学部品２３の例である。しかしながら、レンズに代替的に又は追加的に、他の光学部品、例えばリフレクタも使用することができる。その際に、以下に一般的に、一次光学部品２４と、二次光学部品２５とは相違する。上記で説明したように、一次光学部品２４は、光路上で該オプトエレクトロニクス部品に、示された実施例において例示的に該ＬＥＤ ４に、隣接して存在しているので、該一次光学部品２４と、該オプトエレクトロニクス部品、特に該ＬＥＤ ４との間に、散乱、収束又は平行化する性質を有する別の光学部品が配置されていない、光学素子であると理解される。二次光学部品２５は、これに対して、該オプトエレクトロニクス部品、ここでは該ＬＥＤ ４に対して、これらの素子と該オプトエレクトロニクス部品との間の光路上で、散乱、収束又は平行化する性質を有する少なくとも１個の別のオプトエレクトロニクス素子が配置されているように配置されている、光学部品であると理解される。その際に、該一次光学部品２４及び／又は該二次光学部品２５は、本発明による方法を用いて、本発明により構成することができる。該一次光学部品２４及び／又は該二次光学部品２５は、それぞれ１個以上の光学部品、例えばレンズ及び／又はリフレクタを含んでいてよい。
図７Ａ及び７Ｂには、それぞれ専ら一次光学部品２４を含む、オプトエレクトロニクスチップオンボードモジュール１１の実施例が示されている。その際に、図７Ａは、ＬＥＤ ４のアレイ中でそれぞれ１個のＬＥＤに１個のレンズ１５が割り当てられている実施例を示す。該ＬＥＤ ４と、該一次光学部品２４のそれぞれ割り当てられたレンズ１５とは、その際に匹敵する構造サイズを有する。
図７Ｂには、これに反して、該一次光学部品２４が、レンズ１５に追加的にリフレクタ２６を含む実施例が示されている。例えば、これらのリフレクタ２６はマイクロリフレクタとして構成されていてよい。例えば、該リフレクタ２６はそれぞれ凹部として、例えば該支持体２中の凹部として構成されていてよく、その際にこれらの凹部の表面が、反射特性を有していてよい。そしてまた、例えば該リフレクタ２６及び／又は該レンズ１５の構造サイズは、図７Ｂに示された実施例において、該ＬＥＤ ４の該チップのサイズと匹敵していてよい。
図８Ａ及び８Ｂには、それぞれ一次光学部品２４を有するオプトエレクトロニクスチップオンボードモジュール１１の更なる実施例が示されている。この実施例において、該一次光学部品２４はそれぞれそしてまた、図７Ａによる実施例に類似して、レンズ１５を有する。しかしながらこの場合に、それぞれ１個のレンズ１５は複数のＬＥＤ ４に割り当てられている。該ＬＥＤ ４の構造サイズはそれゆえ、該一次光学部品２４のそれぞれ割り当てられたレンズ１５の構造サイズよりも小さい。その際に、図８Ａには、一定のピッチ（隣接したＬＥＤ ４の中心間の距離）を有する実施態様、すなわちいわゆるピッチを保った変型が、図８Ｂには、多様なピッチが生じる実施例、すなわちピッチの変わる変型が、示されている。
図９には、そしてまた図７Ａによる実施例の変更態様が示されている。そしてまた、複数のレンズ１５を含む、一次光学部品２４が設けられている。しかしながら、示された実施例において、各ＬＥＤ ４には複数のレンズ１５が割り当てられている。該ＬＥＤ ４の構造サイズは、それゆえ該一次光学部品２４のレンズ１５の構造サイズよりも大きい。
図１０Ａ及び１０Ｂには、オプトエレクトロニクスチップオンボードモジュール１１又はこの種のチップオンボードモジュール１１の切断面の異なる実施例が示されており、これらは該ＬＥＤ ４に対する該一次光学部品２４の配置に関して相違する。原則的に、該実施例は例えばさもなければ、図７Ａによる実施例に相応していてよい。
そして、図１０Ａは、レンズ１５の光軸２７及びＬＥＤ ４の光軸２８が一致するので、該チップオンボードモジュール１１の上面図中で、レンズ中心点及び該ＬＥＤ ４の中心点は相互に重なり合っていてよい、実施例を示す。図１０Ｂには、これに対して、該レンズの光軸２７及びＬＥＤ ４の光軸２８が、互いにシフトされている実施例が示されている。他の１つの態様、例えば該軸２７、２８の傾斜した態様も可能である。
図１１には、該光学部品２３が一次光学部品２４に加え、更に二次光学部品２５を有する実施例が示されている。この二次光学部品２５は、そしてまた１個以上のレンズ又は、図１１に示されたように、１個以上のリフレクタ２６を含んでいてよい。例えば、図７Ａ〜１０Ｂのうちの１つ以上による実施例は、１個以上のリフレクタと組み合わせることができる。その際に、該二次光学部品２５の１個以上の素子が、１個、複数又は全てのＬＥＤ ４に割り当てられていてよい。
図１２には、図１１による実施例の変更態様が示されている。図１１に示されたような、リフレクタの代わりに、この実施例は、該二次光学部品が、代替的に又は追加的に、１個以上のレンズも含んでいてよいことを示す。
図１３には、図１１による実施例内のビーム経路が例示的に示されている。ＬＥＤ ４から出る光はまず最初に、該一次光学部品２４の、このＬＥＤ ４に割り当てられたレンズ１５の屈曲した表面を通過し、そこで屈折が行われるので、この表面が該一次光学部品２４の本来の光学素子として作用する。引き続き、該一次光学部品２４から出た光は、部分的に該二次光学部品２５上で屈折する及び／又は収束する及び／又は平行化する。例示的なビーム経路が示されている、示された実施例において、該一次光学部品２４を経て出るビームは、該二次光学部品２５の該リフレクタ２６の表面上で放射方向３０の方向へ反射するので、利用可能な立体角範囲を拡大することができる。
図１４には、そしてまた少なくとも１個の一次光学部品２４と少なくとも１個の二次光学部品２５との組合せを含む、実施例が示されている。しかしながら、この実施例において、該二次光学部品２５は、複数の素子、すなわちそれぞれ少なくとも１個のリフレクタ２６及び少なくとも１個のレンズ１５を含む。該一次光学部品２４の場合にそれぞれ１個のＬＥＤ ４に１個のレンズ１５が割り当てられているのに対し、この実施例は、ＬＥＤの群、この場合にそれぞれ３個のＬＥＤ又はより多くのＬＥＤに、共通の二次光学部品２５、例えば共通のリフレクタ２６及び／又は共通のレンズ１５が割り当てられていてよいことを例示的に示す。そしてまた、多様なビーム経路が例示的に示されている。その際に、図１４に同様に例示的に示されたように、１つ又は２つの空間方向で、共通の二次光学部品２５を有する複数のユニットが隣接実装されていてよい。
図１５Ａ及び１５Ｃには、該光学部品２３、特に該シリコーンコーティング１２の表面を実現する多様な可能性を示す、異なる実施例が示されている。該実施例において、該一次光学部品２４の表面構造を実現する例が示されている。しかしながら、代替的に又は追加的に、本発明による方法を用いて、１個以上の任意の二次光学部品２５の表面構造も構成されていてよい。
そして、図１５Ａには、本質的には図７Ａによる実施例に相当しうる実施例が示されている。この場合に、該レンズ１５の平滑な表面構造が設けられている。該レンズ１５は球状光学部品を有していてよい。
図１５Ａによる実施例には、該一次光学部品２４の同じ素子、特に同じレンズが例示的に示されているのに対し、該光学部品２３の該素子は、該オプトエレクトロニクスモジュール１１内でも変えていてよい。これは例示的に図１５Ｂに示されている。この実施例において、該光学部品２３は複数の光学素子、この場合に異なる光学的性質を有する複数のレンズを含む。
図１５Ｃには、図５に示された粗面化された表面構造１６が１個以上の光学部品２３とも組み合わせ可能であることが最後に示されている。例示的に、これは示された実施例において、複数のレンズ１５について示されており、これらは、例示的にここでは、該一次光学部品２４に割り当てられており、かつ例示的にここでは、図１５Ｂによる実施例に類似して構成されている。しかしながら、他の態様、例えば図１５Ａによる実施例での粗面化された表面構造１６も、原則的に可能である。粗面化された表面構造１６に代替的に又は追加的に、他の表面構造化、例えばフレネルレンズの形態の表面構造化も使用することもできる。
１、１′ コーティングされていないチップオンボードＬＥＤモジュール
２、２′ 支持体
３、３′ 導体パス
４、４′ ＬＥＤ
５、５′ 光円すい
６ 接合箇所
７ オーバーラップ領域
１１〜１１″′ コーティングされたチップオンボードＬＥＤモジュール
１２ シリコーンコーティング
１３ 支持体側面のコーティング
１５ シリコーンを含んでなるレンズ
１６ 粗面化された表面構造
１７ りん光材料
１８ 多様な波長の光
２０ 流込み型
２１ 液状シリコーン
２２ シリコーンストック
２３ 光学部品
２４ 一次光学部品
２５ 二次光学部品
２６ リフレクタ
２７ レンズの光軸
２８ ＬＥＤの光軸
３０ 放射方向
２、２′ 支持体
３、３′ 導体パス
４、４′ ＬＥＤ
５、５′ 光円すい
６ 接合箇所
７ オーバーラップ領域
１１〜１１″′ コーティングされたチップオンボードＬＥＤモジュール
１２ シリコーンコーティング
１３ 支持体側面のコーティング
１５ シリコーンを含んでなるレンズ
１６ 粗面化された表面構造
１７ りん光材料
１８ 多様な波長の光
２０ 流込み型
２１ 液状シリコーン
２２ シリコーンストック
２３ 光学部品
２４ 一次光学部品
２５ 二次光学部品
２６ リフレクタ
２７ レンズの光軸
２８ ＬＥＤの光軸
３０ 放射方向
Claims (7)
- １個以上のオプトエレクトロニクス部品（４）が取り付けられている平坦な支持体（２、２′）を含むオプトエレクトロニクスチップオンボードモジュール（１、１１〜１１″′）を、シリコーンを含んでなる透明で耐ＵＶ性かつ耐熱性のコーティング（１２）でコーティングする方法であって、前記平坦な支持体（２、２′）が、前記オプトエレクトロニクスチップオンボードモジュール（１、１１〜１１″′）のボードを構成し、次の処理工程：
ａ）液状シリコーン（２１、２２）を、該支持体（２、２′）の外形寸法を上回る外形寸法を有し、上方を開放した型（２０）中へ注型し、
ｂ）該支持体（２、２′）を該型（２０）中へ導入し、その際に、１個の該オプトエレクトロニクス部品（４）又は複数の該オプトエレクトロニクス部品（４）を完全に該シリコーン（２１）中へ浸漬し、かつ該支持体（２、２′）の表面は該シリコーン（２１）と全面にわたって接触するか、又は該支持体（２、２′）は、全面にわたって該シリコーン（２１）中へ浸り、
ｃ）該シリコーン（２１）を、該オプトエレクトロニクス部品（４）及び該支持体（２、２′）と一緒に硬化かつ架橋させ、かつ
ｄ）硬化されたシリコーン（２１）を含んでなる該コーティング（１２）を有する該支持体（２、２′）を、該型（２０）から取り出し、該支持体（２、２′）が縁部を越えてまでコーティングされ、かつ処理工程ａ）及び／又はｂ）及び／又はｃ）及び／又はｄ）を、高められた雰囲気圧力下で実施することを特徴とする、オプトエレクトロニクスチップオンボードモジュール（１、１１〜１１″′）をコーティングする方法。 - 処理工程ａ）及び／又はｂ）及び／又はｃ）及び／又はｄ）を、４〜１０ｂａｒの雰囲気圧力下で実施する、請求項１記載の方法。
- 該液状シリコーン（２１、２２）中へ、光学機能性材料（１７）が混入されているか又は混入される、請求項１又は２記載の方法。
- 該コーティング（１２）の表面上に、該型により予め与えられた又は後で付加された表面構造（１５、１６）が生じる、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
- 該支持体（２、２′）に、１個以上の縁部までオプトエレクトロニクス部品（４）が取り付けられるか又は取り付けられている、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
- 該シリコーン（２１）が、少なくとも１個の光学部品が該シリコーン（２１）中に形成されるように成形される、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
- 該方法を、該チップオンボードモジュール（１、１１〜１１″′）が、少なくとも１個の該オプトエレクトロニクス部品（４）に隣接した少なくとも１個の第１の光学部品（２４）と、任意に少なくとも１個の第２の光学部品（２５）とを有し、その際に、該第１の光学部品（２４）及び該第２の光学部品（２５）からなる群から選択される少なくとも１個の光学部品（２３）が、該シリコーン（２１）中に形成されるように実施する、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
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