KR20120079470A - 반도체 조명기구 - Google Patents

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KR20120079470A
KR20120079470A KR1020127010586A KR20127010586A KR20120079470A KR 20120079470 A KR20120079470 A KR 20120079470A KR 1020127010586 A KR1020127010586 A KR 1020127010586A KR 20127010586 A KR20127010586 A KR 20127010586A KR 20120079470 A KR20120079470 A KR 20120079470A
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semiconductor chip
luminaire
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킴벌리 페일러
크리스토퍼 에이첼버거
Original Assignee
오스람 옵토 세미컨덕터스 게엠베하
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Abstract

반도체 조명기구는 캐리어; 상기 캐리어 상에 장착된 광전자 반도체 칩 ? 상기 반도체 칩은 자외선 또는 가시광선을 방출함 ?; 주 방사 방향으로 상기 반도체 칩을 덮지 않는 조명기구 하우징; 주 방사 방향으로 상기 반도체 칩의 다운스트림에 놓인 광학 커버; 및 상기 반도체 칩 및 상기 광학 커버 사이에 위치된 인덱스 매칭 층을 포함하고, 상기 광학 커버는 조명기구의 방사선 출구 표면을 제공하고, 상기 반도체 칩으로부터 상기 방사선 출구 표면으로 주 방사 방향을 따라 나아가는 방사선은 오로지 고체 또는 액체 재료들을 통해 전파된다.

Description

반도체 조명기구{SEMICONDUCTOR LUMINAIRE}
본 기재는 반도체 조명기구들에 관한 것으로, 상세하게는 높은 라이트 아웃-커플링 효율(light out-coupling efficiency)을 갖는 반도체 조명기구들에 관한 것이다.
캐리어; 상기 캐리어 상에 장착된 광전자 반도체 칩 ? 상기 반도체 칩은 자외선 또는 가시광선을 방출함 ?; 주 방사(main emittance) 방향으로 상기 반도체 칩을 덮지 않는 조명기구 하우징; 주 방사 방향으로 상기 반도체 칩의 다운스트림에 놓인 광학 커버; 및 상기 반도체 칩 및 상기 광학 커버 사이에 위치된 인덱스 매칭 층을 포함하는 반도체 조명기구들이 제공되고, 상기 광학 커버는 상기 조명기구의 방사선(radiation) 출구 표면을 제공하고, 상기 반도체 칩으로부터 상기 방사선 출구 표면으로 주 방사 방향을 따라 나아가는 방사선은 오로지 고체 또는 액체 재료들을 통해 전파된다.
또한, 상기 반도체 조명기구들을 포함하는 차량용 헤드램프들이 제공된다.
반도체 조명기구 및 차량용 헤드램프의 유리한 예들 및 개선예들은 도면들과 연관되어 아래에서 설명되는 대표적 예들로부터 명백하게 될 것이다.
도 1a는 반도체 조명기구의 개략적인 단면도이다.
도 1b는 도 1a의 반도체 조명기구의 일부분의 분해된 개략적인 단면도이다.
도 2는 한 개의 반도체 칩을 갖는 다른 조명기구의 개략적인 단면도이다.
도 3은 두 개의 반도체 칩들을 갖는 다른 조명기구의 개략적인 단면도이다.
도 4는 또 다른 반도체 조명기구의 개략적인 단면도이다.
도 5는 다른 반도체 조명기구의 일부분의 개략적인 단면도이다.
도 6a는 또 다른 반도체 조명기구의 개략적인 단면도이다.
도 6b는 도 6a의 반도체 조명기구의 평면도이다.
도 7a는 복수 개의 광전자 반도체 칩들을 포함하는 반도체 조명기구의 일부분의 개략적인 단면도이다.
도 7b는 도 7a의 반도체 조명기구의 평면도이다.
도 7c는 도 7a의 반도체 조명기구의 다른 평면도이다.
도 8a는 복수 개의 반도체 칩들을 갖는 반도체 조명기구의 개략적인 단면도이다.
도 8b는 도 8a의 반도체 조명기구의 평면도이다.
도 9a는 반도체 조명기구와 관련된 개스킷(gasket) 및 광학 커버의 개략적인 단면도이다.
도 9b는 도 9a의 구조에 따라 사용될 수 있는 다층 구조의 개략적인 단면도이다.
도 10은 또 다른 반도체 조명기구의 개략적인 단면도이다.
도 11은 여전히 추가의 반도체 조명기구의 개략적인 단면도이다.
반도체 조명기구는 캐리어를 포함할 수 있다. 캐리어는 반도체 조명기구에 기계적 안정성을 제공한다. 캐리어는 또한 전기적 연결 수단으로서의 역할을 할 수 있다. 예컨대, 캐리어는 인쇄 회로 기판, 회로 기판, 금속 코어 기판, 또는 전도체 경로들을 갖는 세라믹 기판일 수 있다. 바람직하게, 캐리어는 낮은 열 저항을 갖는다. 예컨대, 캐리어의 평균 열 전도성은 40 W/(mK), 특히 100 W/(mK)과 동일하거나 초과한다.
반도체 조명기구는 적어도 하나의 광전자 반도체 칩을 포함할 수 있다. 반도체 칩은, 캐리어 상에 장착될 수 있고, 조명기구의 동작 동안 자외선 또는 가시광선을 방출할 수 있다. 예컨대, 반도체 칩은 에피택셜 성장층(epitaxially grown layer)들에 관하여 기껏해야 200 ㎛, 특히 기껏해야 20 ㎛의 두께를 갖는 박막 칩이다. 반도체 칩은 WO 2005/081319 A1 또는 DE 10 2007 004 304 A1 ? 반도체 칩과 관련되어 개시된 콘텐트가 이로써 참조에 의해 통합됨 ? 에서 설명된 바와 같이 형성될 수 있다. 특히, 반도체 칩은 발광(light-emitting) 다이오드 또는 레이저 다이오드 또는 슈퍼-발광(super-luminescent) 다이오드일 수 있다.
반도체 조명기구는 조명기구 하우징을 더 포함할 수 있다. 이 예시에서, 하우징은 주 방사 방향으로 반도체 칩을 덮지 않는다. 특히, 반도체 칩이 람베르 방사선 특징(Lambertian radiation characteristic)을 나타낸다면, 주 방사 방향은 필연적으로 반도체 칩의 주 표면에 수직이다. 이 경우, 반도체 칩의 주 표면에 수직인 방향으로, 조명기구 하우징의 부품이 없다. 조명기구 하우징은 바람직하게, 반도체 칩에 의해 발생된 전자기 방사선을 투과시키지 않거나 또는 반투과적인 재료로 만들어지거나 또는 그러한 재료를 포함한다. 예컨대, 조명기구 하우징은 시트 금속을 포함한다.
반도체 조명기구는 광학 커버를 포함할 수 있다. 반도체 칩의 주 방사 방향으로, 광학 커버는 반도체 칩의 다운스트림에 놓일 수 있다. 다시 말해, 광전자 반도체 칩에 의해 발생된 방사선의 대부분은 광학 커버로 그리고 바람직하게 광학 커버를 통과해 나아간다. 광학 커버는 유리, 플라스틱 등을 포함할 수 있거나 또는 유리, 플라스틱 등으로 구성될 수 있다. 적절한 플라스틱 재료들은 예컨대, 폴리카보네이트, 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmetacrylate), 액정 폴리머(liquid crystal polymer), 에폭시 또는 에폭시-실리콘-하이브리드 재료이다. 바람직하게, 광학 커버는 반도체 칩에 의해 발생된 방사선 또는 적어도 이 방사선의 일부에 대하여 투과적이 되도록 그리고/또는 시스루(see-through) 하게 되도록 형성(fashion)된다.
인덱스 매칭 층이 반도체 칩 및 광학 커버 사이에 위치될 수 있다. 인덱스 매칭 재료는 액체 또는 바람직하게 고체로 구성된다. 또한 바람직하게, 인덱스 매칭 층은 방사선에 관하여 시스루 하거나 또는 적어도, 조명기구의 서비스 중에 반도체 칩에 의해 발생된 방사선의 일부에 관하여 시스루 한 재료로 만들어질 수 있다.
인덱스 매칭 층은 광학 커버와 직접적으로 접촉될 수 있다. 다시 말해, 인덱스 매칭 층의 재료는 광학 커버의 재료에 접촉한다.
인덱스 매칭 층은 1.4 내지 1.9, 특히 1.55 내지 1.8의 광학 굴절율을 가질 수 있다. 특히, 인덱스 매칭 층의 재료의 광학 굴절율은 반도체 칩의 굴절율 및 광학 커버의 굴절율 사이에 있다.
광학 커버는 반도체 조명기구의 방사선 출구 표면을 제공할 수 있다. 다시 말해, 반도체 조명기구의 표면 ? 상기 반도체 조명기구의 표면에 의해, 반도체 칩에 의해 발생된 방사선이 조명기구를 떠남 ? 은 광학 커버에 의해 포함된다. 따라서, 광학 커버의 방사선 출구 표면은 또한 전체 반도체 조명기구의 외부 표면이다.
반도체 칩으로부터 방사선 출구 표면으로 주 방사 방향을 따라 나아가는 방사선은 오로지 고체 또는 액체 재료들을 통해 전파될 수 있다. 바람직하게, 광학 커버의 방사선 출구 표면에서 방출되는 방사선 전부는 반도체 칩으로부터 방사선 출구 표면으로 오로지 고체 재료들을 통해 나아간다. 다시 말해, 적어도 주 방사 방향으로, 반도체 칩 및 방사선 출구 표면 중간에는 특히 에어 갭이 없다. 이 때문에, 반도체 칩에 의해 방출된 방사선은, 광학 굴절율의 급격한 계단형 점프에 의해 정의되는 경계 표면들을 통과해 나아갈 필요가 없다. 이 때문에, 방사선 아웃-커플링 효율이 증가된다.
반도체 조명기구는 캐리어 및 상기 캐리어 상에 장착된 광전자 반도체 칩을 포함할 수 있다. 반도체 조명기구의 서비스 중에, 반도체 칩은 자외선 및/또는 가시광선을 방출하도록 맞춰진다. 반도체 조명기구는 조명기구 하우징을 더 포함할 수 있고, 상기 조명기구 하우징은 주 방사 방향으로 반도체 칩을 덮지 않는다. 게다가, 반도체 조명기구는 주 방사 방향으로 볼 때 반도체 칩의 다운스트림에 놓이는 광학 커버를 포함할 수 있다. 게다가, 반도체 조명기구는, 반도체 칩 및 광학 커버 사이에 위치되는 인덱스 매칭 층을 포함할 수 있다. 그렇게 함으로써, 광학 커버는 조명기구의 방사선 출구 표면을 제공한다. 또한, 반도체 칩으로부터 방사선 출구 표면으로 주 방사 방향을 따라 나아가는 방사선은 오로지 고체 및/또는 액체 재료들을 통해 전파된다.
광학 커버는 적어도 장소에 따라서는, 렌즈-형으로 형상화될 수 있다. 따라서, 광학 커버를 통해, 반도체 조명기구에 의해 방출된 방사선의 방사선 프로파일이 사전-정의된 방식으로 형성될 수 있다. 예컨대, 광학 커버는 반도체 칩에 의해 발생된 방사선을 시준(collimate)한다.
반도체 조명기구는 열 싱크를 더 포함할 수 있다. 열 싱크는 패시브(passive) 열 싱크 또는 액티브(active) 열 싱크일 수 있다. 예컨대, 열 싱크는 냉각 핀(fin)들을 포함한다. 또한, 열 싱크가 열적-전기적 엘리먼트, 예컨대 펠티에(Peltier) 엘리먼트, 또는 팬(fan)을 포함하는 것이 가능하다. 또한, 기체 또는 액체의 순환에 의한 냉각 효과가 열 싱크에 의해 구현될 수 있다.
캐리어는, 열 싱크 상에 직접적으로 제공되는 인쇄 회로 기판일 수 있다. 캐리어가 열 싱크 상에 직접적으로 제공된다는 것은, 캐리어 및 열 싱크 중간에 땜납과 같은 접착물(adhesive)만이 있다는 것을 의미할 수 있다. 이 때문에, 캐리어 및 열 싱크 중간에 낮은 열 저항이 구현될 수 있다. 따라서, 광전자 반도체 칩의 효율적인 냉각이 열 싱크를 통해 수행될 수 있다.
광학 커버는 플랜지(flange)를 포함할 수 있다. 플랜지는 예컨대, 측방향으로 적어도 부분적으로 광학 커버의 렌즈-형 부분을 둘러싸는 받침대(pedestal)-형 구조이다.
광학 커버는 조명기구 하우징을 통해 그리고 플랜지를 통해 반도체 조명기구에 고정될 수 있다. 다시 말해, 플랜지는 조명기구 하우징의 별개의 부분에 의해 예컨대, 캐리어에 밀착(press)될 수 있다.
캐리어 및 반도체 칩을 특히 먼지, 습기 및 물에 대하여 밀봉시키기 위하여, 반도체 조명기구에 의해 포함되는 개스킷이 광학 커버 및 조명기구 하우징 사이에 위치될 수 있다. 바람직하게, 개스킷은 광학 커버 및 조명기구 하우징 둘 다와 직접적으로 접촉된다. 개스킷은 예컨대 고무 및/또는 실리콘을 포함할 수 있거나 또는 고무 및/또는 실리콘으로 구성될 수 있다.
개스킷, 조명기구 하우징 및 광학 커버는 측방향으로 겹쳐질 수 있다. 다시 말해, 개스킷 그리고 조명기구 하우징과 광학 커버를 가로지르는, 주 방사 방향과 평행하게 지향되는 직선이 있을 수 있다.
반도체 칩은 캐리어 위에 직접적으로 장착될 수 있다. 다시 말해, 반도체 칩 및 캐리어 중간에, 기껏해야 땜납과 같은 접착물 또는 전기 전도성 글루(glue)가 있다. 바람직하게, 반도체 칩 및 캐리어 사이에는 다른 부분들, 특히 낮은 열전도성을 갖는 플라스틱들과 같은 재료들이 없다.
반도체 조명기구는 칩 하우징을 더 포함할 수 있고, 반도체 칩은 칩 하우징 내에 놓인다. 상기 하우징은 리드 프레임(lead frame)과 플라스틱 재료 그리고 캐스팅 재료를 포함할 수 있다.
칩 하우징은, 바람직하게, 칩 하우징 또는 칩 하우징의 부분들 및 캐리어 중간에 접착물만이 있는 방식으로, 캐리어 위에 직접적으로 장착될 수 있다. 이런 의미에서 접착물은 또한, 칩 하우징의 부분들 및 캐리어 중간에 배열되는 열-전도성 페이스트(paste)이다. 특히, 칩 하우징은 열적 소켓을 포함하고, 상기 열적 소켓 상에 반도체 칩이 장착되며, 상기 소켓은 열-전도성 페이스트에 의해 캐리어에 열적으로 접촉된다.
반도체 조명기구는 복수 개의 반도체 칩들을 포함할 수 있고, 반도체 칩들 전부는 광학 커버에 의해 덮인다. 특히, 반도체 칩들의 주 표면들에 수직인 방향들로, 반도체 칩들 뒤에는 광학 커버가 이어진다. 따라서, 반도체 칩들에 의해 발생된 방사선의 대부분은 광학 커버를 통과해 이동한다.
광학 커버는 원-피스(one-piece)로 될 수 있다. 이 경우, 반도체 조명기구는 정확하게 한 개의 광학 커버를 포함하는 것이 가능하다.
광학 커버는 렌즈 어레이를 포함할 수 있다. 렌즈 어레이는 광학 커버와 특히 일체형으로 형성된다. 따라서, 광학 커버 및 렌즈 어레이는 원피스로 형성된다.
광학 커버의 렌즈 어레이의 각각의 렌즈 및 각각의 반도체 칩은 서로에 대하여 일-대-일 방식으로 할당될 수 있다. 따라서, 반도체 칩들의 개수는 또한 렌즈 어레이의 렌즈들의 개수와 동일할 수 있다.
반도체 조명기구는 복수 개의 반도체 칩들 및 복수 개의 광학 커버들을 포함할 수 있고, 광학 커버들은 캐리어 상에 배치되고 측방향으로 옮겨진다(displace). 바람직하게, 각각의 광학 커버는 하나 또는 그 초과의 반도체 칩들에 할당된다. 이 경우, 반도체 조명기구는 광학 커버들보다 더 많은 개수의 광전자 반도체 칩들을 포함한다.
광학 커버의 방사선 출구 표면은 조명기구 하우징의 외부 표면과 동일한 평면일 수 있다. 이는, 특히 반도체 조명기구의 평편한 설계를 가능케 한다.
반도체 칩은 광학 커버의 리세스 내에 위치될 수 있다. 특히, 반도체 칩은, 광학 커버 및 캐리어에 의해 그리고 궁극적으로 또한 광학 커버 및 캐리어를 서로에 대하여 고정시키는 접착물에 의해 완전히 둘러싸일 수 있다.
게다가, 차량용 헤드램프가 제공된다. 헤드램프는 특히 승용차(car)들 또는 트럭들과 같은 자동차(motor vehicle)에서의 사용을 위해 맞춰진다. 특히, 차량용 헤드램프는 전술한(preceding) 형태들 중 하나의 형태에 따른 하나 또는 그 초과의 조명기구들을 포함한다. 따라서, 반도체 조명기구에 대하여 개시된 청구 대상이 또한 차량용 헤드램프에 대해서 개시되거나 그 반대이다.
대표적 예들 및 도면들에서, 유사하거나 또는 유사하게 동작하는 구성 부분들에는 동일한 참조 부호들이 제공된다. 도면들에 도시된 엘리먼트들 및 상기 엘리먼트들의 서로 간의 사이즈 관계들은 실측에 맞게 스케일링되는 것으로 간주되어서는 안된다. 그보다는, 더 나은 대표성 및/또는 더 나은 이해를 위해 개별 엘리먼트들이 과장된 사이즈로 표현될 수 있다.
도 1a에서, 반도체 조명기구(1)의 예시적 형태가 단면도로 도시된다. 차량용 헤드램프일 수 있는 반도체 조명기구(1)는, 도 1b에서 단면도로 더욱 상세하게 도시되는 광학 커버(6)를 포함한다. 반도체 조명기구(1)는, 윗면(90) 및 상기 윗면(90)과 떨어진 냉각 핀들(95)을 갖는 열 싱크(9)를 더 포함한다. 캐리어(2)가 윗면(90) 상에 배열된다. 예로서, 캐리어(2)는 캐리어(2)의 주 영역(20) 상에 전도성 경로들을 갖는 인쇄 회로 기판, 금속 코어 기판 또는 세라믹이고, 상기 주 영역(20)은 열 싱크(9)와 떨어져 있다.
접착물(11)을 통해, 광전자 반도체 칩(3)이 캐리어(2)의 주 영역(20) 상에 장착된다. 접착물(11)은, 예컨대, 땜납이다. 반도체 조명기구(1)의 서비스 중에, 반도체 칩(3)은, 화살표에 의해 표시되는 주 방사 방향(M)으로 가시광선 및/또는 자외선을 방출하도록 맞춰진다. 예로서, 주 방사 방향(M)은 필연적으로, 캐리어(2)의 주 영역(20)에 대하여 수직으로 지향된다. 주 영역(20)은 방사선을 반사하도록 만들어질 수 있다. 도면들에는 도시되지 않은 변형예에서, 주 방사 방향은, 예컨대 반도체 칩 뒤에 이어지는 부가적인 미러에 의해 방향이 바뀐다.
추가로, 반도체 칩(3)은, 캐리어(2)와 면하지 않는 표면들 상에서 인덱스 매칭 층(7)으로 둘러싸인다. 반도체 칩(3)은 인덱스 매칭 층(7) 및 캐리어(2)에 의해 완전히 둘러싸인다. 인덱스 매칭 층(7)은 대략 반구체 형태로 형상화된다.
층 형태의 루미네선스(luminescence) 변환 재료(15)가 캐리어(2)와 떨어진 반도체 칩(3)의 표면 상에 부착된다. 루미네선스 변환 재료(15)는, 반도체 칩(3)에 의해 방출된 방사선의 적어도 일부를 흡수하고, 이 방사선을 다른 파장을 갖는 방사선으로 변환시킨다. 따라서, 반도체 조명기구(1)에 의해 방출된 방사선은, 변환 루미네선스 재료(15)에서의 변환에 의해 발생된 방사선과 혼합된, 반도체 칩(3)에 의해 원래 방출된 방사선을 포함하는 백색광일 수 있다. 변환 루미네선스 재료(15)는, 비록 명시적으로 도시되지 않았지만, 모든 도면들에 존재할 수 있다.
게다가, 광학 커버(6)는 렌즈 부분(61) 및 플랜지들(62)을 포함한다. 렌즈 부분(61)에서, 광학 커버(6)는 렌즈-형으로 형상화된다. 렌즈 부분(61)을 통해, 반도체 칩(3)에 의해 그리고 루미네선스 변환 재료(15)에 의해 방출된 방사선의 방사선 특징이 형성될 수 있다. 추가로, 광학 커버(6)는 리세스(65)를 포함하고, 상기 리세스(65) 내에 반도체 칩(3) 및 인덱스 매칭 층(7)이 배열된다. 리세스(65)의 내부 표면(64)은 인덱스 매칭 층(7)과 직접적으로 접촉된다.
렌즈 부분(61)을 측방향으로 부분적으로 또는 완전히 둘러쌀 수 있는 플랜지들(62)을 통해, 광학 커버(6)는 개스킷(8) 및 조명기구 하우징(5)에 의해 캐리어(2) 및 열 싱크(9)에 고정된다. 주 방사 방향(M)에 평행한 방향으로, 광학 커버(6)의 플랜지들(62), 개스킷(8), 및 조명기구 하우징(5)의 부분이 서로 층층이 쌓인다. 따라서, 광학 커버(6)는 개스킷 및 조명기구 하우징을 통해 캐리어(2) 위에 밀착된다. 개스킷(8)을 통해, 반도체 칩(3), 그리고 캐리어(2)는 먼지, 물 및/또는 습기에 대하여 밀봉된다. 따라서, 개스킷(8)은 조명기구 하우징(5), 및 광학 커버(6)의 플랜지들(62) 둘 다와 직접적으로 접촉된다.
반도체 조명기구(1)의 방사선 출구 표면(60)은 광학 커버(6)에 의해 형성된다. 따라서, 반도체 칩(3)으로부터의 방사선은 반도체 칩(3)으로부터 방사선 출구 표면(60)으로 고체 재료들을 통해서만 나아간다. 따라서, 광학 커버(6)의 방사선 출구 표면(60)은 또한 반도체 조명기구(1)의 외부 표면이다.
조명기구 하우징(5)은 외부 표면(50)을 갖는다. 조명기구 하우징(5)은 개구(55)를 더 포함하고, 상기 개구(55) 내에 광학 커버(6)의 적어도 렌즈 부분(61)이 배열된다. 특히, 조명기구 하우징의 외부 표면(50)은 광학 커버(6)의 방사선 출구 표면(60)과 동일한 평면이다.
도 2에서, 한 개의 반도체 칩(3)을 갖는 다른 조명기구의 예가 도시된다. 칩(3)은 칩 하우징(4) 내에 위치된다. 따라서, 칩(3)은 캐리어(2)와 직접적으로 접촉되지 않는다. 게다가, 칩(3) 및 렌즈(16) 중간에 에어 갭(13)이 있다. 렌즈(16)는 두 개의 홀더들(12)에 의해 캐리어(2)에 고정된다. 추가 에어 갭(13)이 렌즈(16) 및 조명기구 하우징(5) 사이에 존재하고, 상기 조명기구 하우징(5)은 반도체 칩(3)에 의해 방출된 방사선을 투과시킨다. 상기 하우징(5)은 조명 기구의 외부 표면(50) 그리고 방사선 출구 표면(60)을 형성한다. 또한, 칩(3)은, 상기 칩에 의해 발생된 방사선의 주 방사 방향(M)에 평행한 방향으로 하우징(5)에 의해 덮인다.
에어 갭들(13) 때문에, 칩(3) 및 상기 에어 갭 중간에, 두 개의 에어 갭들(13) 및 렌즈(16) 중간에, 그리고 캐리어(2)와 떨어진 에어 갭(13) 및 하우징(5) 중간에, 광학 굴절율에 관하여 비교적 큰 불연속성이 있다. 이들 에어 갭들의 각각의 경계 표면 상에서, 광학 굴절율에서의 점프 때문에, 방사선의 약 5%가 캐리어(2) 및/또는 칩(3)으로 역반사된다. 따라서, 두 개의 에어 갭들(13) 때문에, 도 2에 따른 조명기구의 라이트-아웃-커플링 효율이 대략 10%만큼 감소된다. 약 10%의 이러한 손실은, 예컨대 도 1에 도시된 바와 같은 반도체 조명기구(1)에서처럼 선택된 구조들에서는 존재하지 않는다. 따라서, 예컨대 도 1에 따른 반도체 조명기구(1)의 효율이 증가된다.
도 3에는, 두 개의 반도체 칩들(3)을 갖는 다른 조명기구가 도시된다. 도 3에 따르면, 광학 커버(6) 및 렌즈(16) 사이에 에어 갭(13)이 또한 있다. 이러한 에어 갭 때문에, 도 3에 따른 디바이스의 라이트 아웃-커플링 효율은, 도 1에 도시된 바와 같은 반도체 조명기구(1)와 비교할 때 약 5%만큼 감소된다. 조명기구의 효율을 추가로 감소시킬 수 있는 에어 갭이 또한 렌즈들(16) 및 반도체 칩들(3) 사이에 있을 수 있다.
게다가, 반도체 칩(3) 및 열 싱크(9) 중간에는 하우징, 캐리어(2) 및 접착물(11) 때문에 상대적으로 큰 열 저항이 있다. 따라서, 도 3에 따른 조명기구의 열적 양상들에 관한 성능이 감소된다. 도 1에 따른 반도체 칩(3)이 캐리어 상에 직접적으로 장착되고 캐리어(2)가 열 싱크(90)와 직접적으로 접촉되므로, 반도체 칩(3)으로부터 열 싱크(9)로의 열 전이는 증가된다.
도 4는 반도체 조명기구(1)의 다른 예를 나타낸다. 도 1의 구조와 대조적으로, 반도체 칩(3)은, 예컨대 실리콘, 실리콘-에폭시-하이브리드 재료, 에폭시 등으로 만들어진 칩 하우징(4) 내에 배열된다. 칩 하우징(4)은, 렌즈-형으로 형상화되고, 반도체 칩(3)에 의해 발생된 방사선의 방사 각도를 감소시키는 역할을 할 수 있다.
반도체 조명기구(1)는, 차량용 헤드램프 그리고 도 5 내지 도 11에서와 같은 모든 다른 예들에서 사용될 수 있다. 이 경우, 반도체 조명기구(1)에 의해 방출된 방사선의 방사선 특징은 바람직하게, 예컨대 승용차를 위한 헤드램프의 요건들을 충족시키기 위해 비대칭적이다.
도 5에 도시된 바와 같은 예들에서, 광학 커버(6)는 복수 개의 렌즈 부분들(61)을 포함하고, 상기 복수 개의 렌즈 부분들(61) 각각은 마이크로렌즈로서 형성된다. 광학 커버(6)의 렌즈 부분들(61)은 유사하게 형성될 수 있다. 대안적으로, 예컨대 프레스넬(Fresnel) 렌즈-형 광학 커버(6)를 형성하기 위해 렌즈 부분들(61)이 서로 상이한 것이 또한 가능하다.
반도체 칩(3)은, 도 4에서와 마찬가지로, 칩 하우징(4) 내에 배열된다. 칩 하우징(4)을 통해, 반도체 칩(3)에 의해 방출된 방사선이 수집되고, 높은 효율로 주 방사 방향(M)으로 유도된다. 광학 커버(6) 내에서의 복수 개의 렌즈 부분들(61)의 형성 때문에, 반도체 조명기구(1)는 매우 평편하게 그리고 볼륨-절약적으로 형성될 수 있다.
이제, 도 6에 따른 예를 참조하면, 도 6a의 단면도 및 도 6b의 평면도에서와 같이, 반도체 조명기구는 복수 개의 반도체 칩들(3) 그리고 또한 복수 개의 광학 커버들(6)을 포함한다. 각각의 반도체 칩(3)은 광학 커버들(6) 중 정확하게 한 개에 할당되거나 그 반대이다. 광학 커버들(6) 각각은, 개스킷들(8) 및 원-피스로 된 조명기구 하우징(5)을 통해 캐리어(2)에 고정된다. 따라서, 높은 명도(luminosity)를 갖는 반도체 조명기구(1)가 달성될 수 있다.
도 7에 따르면, 도 7a의 단면도와, 도 7b 및 도 7c의 평면도들에서와 같이, 반도체 조명기구(1)는 복수 개의 광전자 반도체 칩들(3)을 포함하고, 광학 커버(6)는 복수 개의 렌즈 부분들(61)을 갖는 렌즈 어레이를 포함한다. 각각의 렌즈 부분(61)은 반도체 칩들(3) 중 하나에 할당된다. 캐리어(2)는 열 싱크(9)의 리세스 내에 위치된다. 따라서, 캐리어(2)의 주 영역(20)은 열 싱크(9)의 윗면(90)과 동일 평면이다.
도 7c에 도시된 바와 같이, 광학 커버(6)는 복수 개의 렌즈 부분들을 포함하는 원피스이다. 대안으로서, 도 7b에 따른 반도체 조명기구(1)는 더 많은 개수의 광학 커버들(6)을 포함하고, 이들 광학 커버들(6) 각각은 예컨대 네 개의 렌즈 부분들(61)을 포함한다. 따라서, 둘 다의 경우들에서, 렌즈 부분들(61)은 어레이-형 구조로 배열된다.
도 1 및 도 4 내지 도 6에 따른 예들과 대조적으로, 도 7에 따르면, 광학 커버(6)는 캐리어(2)를 넘어 측방향으로 돌출된다. 따라서, 주 방사 방향(M)과 평행한 방향으로, 열 싱크(9), 광학 커버(6), 개스킷(8) 및 조명기구 하우징(5)이 서로 후속하여 직접적으로 접촉된다. 캐리어(2)를 넘어 광학 커버(6)의 측방향 돌출에 의해, 광학 커버(6)를 열 싱크(9)로 고정시킴으로써, 캐리어(2)는 기계적으로 부담이 덜어진다.
도 8, 즉 도 8a의 단면도 및 도 8b의 평면도에 따르면, 복수 개의 반도체 칩들(3)이 광학 커버(6)의 하나의 공통 리세스(65) 내에 배열된다. 조명기구 하우징(5)은, 광학 커버(6) 및 캐리어(2)를 열 싱크(9)로 움겨잡기(clasp) 위해 U-형으로 형상화된다. 조명기구 하우징(5)의 홀딩 부분(52) 및 열 싱크(9) 사이에는, 반도체 칩들(3) 및 캐리어(2)를 환경/주변 조건들로부터 완전히 밀봉시키기 위해 부가적인 밀봉 멤버(14)가 선택적으로 제공될 수 있다.
그래픽적 표현을 단순화하기 위해, 도 8b에서는, 도 8a의 도면으로부터 이탈하여, 두 개의 반도체 칩들(3)의 두 차례의 어레인지먼트가 도시된다.
도 9a의 단면도에 따르면, 개스킷(8)은 반도체 칩(3)의 주 방사 방향(M)에 수직인 측방향으로 광학 커버(6)와 동일한 평면이다.
도 9b의 단면도에 따르면, 캐리어(2)는, 유전체 층(21), 전기 전도성 층(22) 및 마스크 층(23)을 포함하는 다층 구조일 수 있다. 유전체 층(21)은, 예컨대, 세라믹 또는 플라스틱으로 구성되거나, 또는 세라믹 또는 플라스틱을 포함한다. 바람직하게, 유전체 층(21)의 열 저항은 무시해도 될 정도이다. 전기 전도성 층(22)은, 예컨대, 구리 층이다. 마스크 층(23)은 구조화된 땜납의 층일 수 있다. 예컨대, 마스크 층(23)은, 반도체 칩(3)의 전기적 콘택들이 캐리어(2)에 적용되는 구역들에만 존재한다. 캐리어(2)의 전체 두께는 포함하여 100 ㎛ 내지 2 ㎜, 바람직하게 포함하여 300 ㎛ 내지 1 ㎜일 수 있다.
도 10에 도시된 바와 같은 예들에 따른 캐리어(2)는 조정기 또는 조정 수단(25)을 포함한다. 광학 커버(6)와 면하는 기울어진 측면들을 갖는 조정 수단(25)을 통해, 기울어진 측면들을 또한 가질 수 있는 광학 커버(6)는 단순한 방식으로 그리고 정확하게 캐리어(2)에 대하여 조정될 수 있다.
반도체 칩(3)은, 예컨대, 하우징(4) 내에 배열된다. 특히, 반도체 칩(3)은, 예컨대 열 전도성 페이스트를 통해 캐리어(2)와 열적으로 접촉되는 열적으로 매우 전도성인 재료로 만들어진 소켓(17) 상에 배열될 수 있다.
광학 커버(6)가 장착되기 이전에 칩 하우징(4)이 캐리어(2)에 납땜되는 것이 가능하다. 리세스(65)를 인덱스 매칭 층(7)을 위한 재료로 채우기 위해서든, 또는 그렇지 않으면 리세스(65) 내에 갇히는 공기의 릴리스를 가능케 하기 위해서든, 광학 커버(6)는 렌즈-형 부분(61)의 측방향 표면 상에 덕트(duct)(66)를 선택적으로 포함할 수 있다. 이러한 덕트는 또한, 모든 예들의 광학 커버들 내에 제공될 수 있다.
도 10으로부터 벗어나, 덕트(66)는 상기 덕트(66)의 더 나은 밀봉을 위해 개스킷(8)에 의해 또한 덮일 수 있다. 모든 다른 예들에서와 같이, 광학 커버(6)는 조명기구 하우징(5)의 외부 표면(50)으로부터 튀어나올(protrude) 수 있다.
다른 예가 도 11에 도시된다. 이 형태에서는, 반도체 조명기구(1)의 장착을 단순화하기 위하여, 캐리어(2)가 광학 커버(6)와 동일한 평면이다. 조명기구 하우징(5) 내의 개구(55)의 측 표면들은 테이퍼드(tapered) 된다. 게다가, 개스킷(8)은, 열 싱크(9)와 면하는 조명기구 하우징(5)의 측면에 고정된다. 따라서, 반도체 조명기구(1)의 장착 동안에, 개스킷(8) 및 조명기구 하우징(5)은 원피스로서 간주될 수 있다. 개구(55)의 테이퍼드 된 측방향 표면들 때문에, 각각 외부 표면(50) 및 방사선 출구 표면(60) 근처의 측방향에서 조명기구 하우징(5) 및 광학 커버(6) 중간의 공간이 최소화될 수 있다. 이 형태에서, 개스킷(8)은 광학 커버(6) 및 캐리어(2) 위에서 측방향으로 돌출된다.
이 기재는 대표적 예들에 기초한 설명에 의한 이러한 예들로한되지 않는다. 그보다는, 본 기재는, 임의의 새로운 특징 그리고 또한, 청구항들의 특징들의 임의의 조합과 예들의 특징들의 임의의 조합을 특히 포함하는 특징들의 임의의 조합을, 심지어 이러한 특징 또는 이러한 조합 자체가 청구항들 또는 예들에서 명시적으로 특정되지 않더라도 포함한다.

Claims (14)

  1. 반도체 조명기구로서,
    캐리어;
    상기 캐리어 상에 장착된 광전자 반도체 칩 ? 상기 반도체 칩은 자외선 또는 가시광선을 방출함 ?;
    주 방사(main emittance) 방향으로 상기 반도체 칩을 덮지 않는 조명기구 하우징;
    주 방사 방향으로 상기 반도체 칩의 다운스트림에 놓인 광학 커버; 및
    상기 반도체 칩 및 상기 광학 커버 사이에 위치된 인덱스 매칭 층
    을 포함하고,
    상기 광학 커버는 상기 조명기구의 방사선(radiation) 출구 표면을 제공하고,
    상기 반도체 칩으로부터 상기 방사선 출구 표면으로 주 방사 방향을 따라 나아가는 방사선은 오로지 고체 또는 액체 재료들을 통해 전파되는,
    반도체 조명기구.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 광학 커버는 적어도 부분적으로 렌즈-형으로 형상화되는,
    반도체 조명기구.
  3. 제 1 항에 있어서,
    열 싱크
    를 더 포함하고,
    상기 캐리어는 상기 열 싱크 상에 직접적으로 제공되는,
    반도체 조명기구.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 광학 커버는 플랜지를 포함하고,
    상기 광학 커버는 상기 조명기구 하우징에 의해 그리고 상기 플랜지에 의해 상기 캐리어에 고정되는,
    반도체 조명기구.
  5. 제 1 항에 있어서,
    개스킷(gasket)
    을 더 포함하고,
    상기 개스킷은, 상기 캐리어 및 상기 반도체 칩을 주변 조건들에 대하여 밀봉시키기 위해, 상기 광학 커버 및 상기 조명기구 하우징 사이에 위치되는,
    반도체 조명기구.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 개스킷, 상기 조명기구 하우징 및 상기 광학 커버는 측방향으로 겹쳐지는,
    반도체 조명기구.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 반도체 칩은 상기 캐리어 위에 직접적으로 장착되고, 상기 캐리어는 회로 기판, 인쇄 회로 기판, 세라믹 및 금속 코어 기판으로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나의 아이템인,
    반도체 조명기구.
  8. 제 1 항에 있어서,
    칩 하우징
    을 더 포함하고,
    상기 반도체 칩은 상기 칩 하우징 내에 놓이고, 상기 칩 하우징은 상기 캐리어 위에 직접적으로 장착되는,
    반도체 조명기구.
  9. 제 1 항에 있어서,
    복수 개의 반도체 칩들을 포함하고, 반도체 칩들 전부는 상기 광학 커버에 의해 덮이고, 상기 광학 커버는 원-피스(one-piece)인,
    반도체 조명기구.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 광학 커버는 렌즈 어레이를 포함하고, 각각의 렌즈 및 각각의 반도체 칩은 서로에 대하여 일-대-일로 할당되는,
    반도체 조명기구.
  11. 제 1 항에 있어서,
    복수 개의 반도체 칩들 및 복수 개의 광학 커버들을 포함하고, 상기 광학 커버들은 상기 캐리어 상에 배치되고 측방향으로 옮겨지고 상기 조명기구 하우징을 통해 고정되며, 각각의 광학 커버는 하나 또는 그 초과의 반도체 칩들에 할당되는,
    반도체 조명기구.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 광학 커버의 상기 방사선 출구 표면은 상기 조명기구 하우징의 외부 표면과 동일한 평면인,
    반도체 조명기구.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 반도체 칩은 상기 광학 커버의 리세스 내에 위치되는,
    반도체 조명기구.
  14. 제 1 항에 따른 반도체 조명기구를 포함하는 차량용 헤드램프.
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