オプトエレクトロニクスデバイス
第１の波長領域と、該第１の波長領域と異なる第２の波長領域との混合光を放射するためのオプトエレクトロニクスデバイスは、第１の電流（４１）が供給されると該第１の波長領域内の第１の特徴的波長と第１の強度とを有する光を放射する、第１の発光ダイオード（１１）を有する第１の半導体光源（１）と、第２の電流（４２）が供給されると前記第２の波長領域内の第２の特徴的波長と第２の強度とを有する光を放射する、第２の発光ダイオード（２１）を有する第２の半導体光源（２）とを含む。当該オプトエレクトロニクスデバイスはさらに、両半導体光源（１，２）からそれぞれ放射された光の一部（１１０，５１０）を第１のセンサ信号（３４１）と第２のセンサ信号（３４２）とに変換する光センサと、該第１のセンサ信号（３４１）および該第２のセンサ信号（３４２）に依存して前記第１の電流（４１）および前記第２の電流（４２）を制御するための制御装置（４）とを有する。前記第１の半導体光源（１）および前記第２の半導体光源（２）からそれぞれ放射された光の特徴的波長および強度は、第１の温度依存特性（９３１，９４１）ないしは該第１の温度依存特性と異なる第２の温度依存特性（９３２，９４２）と、第１の電流依存特性ないしは第２の電流依存特性と、第１の経時変化依存特性ないしは第１の経時変化依存特性とを有し、前記光センサ（３）は前記第１の波長領域において、前記第１の温度依存特性（９３１，９４１）に適合された波長依存性の第１の感度を示し、前記第２の波長領域において、前記第２の温度依存特性（９３２，９４２）に適合された波長依存性の第２の感度を示し、前記制御装置（４）は、前記第１のセンサ信号（３４１）と前記第２のセンサ信号（３４２）とが所定の比になるように、前記第１の電流（４１）および前記第２の電流（４２）を制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、混合光を放射するためのオプトエレクトロニクスデバイスに関する。
【０００２】
本願は、ドイツ連邦共和国特許出願１０２００８０６４１４９．９号の優先権を主張するものであり、その開示内容は引用により、本願の開示内容に含まれるものとする。
【０００３】
混合光すなわち多色光を生成するために、ここではたとえば白色光を生成するために発光ダイオード（ＬＥＤ）を使用する場合には通常、発光色が異なる複数のＬＥＤおよび／または複数の蛍光体を使用する。たとえば白色光を生成するためには、あるＬＥＤから放射された黄緑波長領域のスペクトル成分と、別のＬＥＤから放射された赤色波長領域のスペクトル成分とを重畳することができる。しかしその際には、複数の異なるＬＥＤチップから放出された光をたとえば混合して空間的に重畳する等の光学的な設定条件を満たすことだけでなく、温度に対して混合光の色座標をほぼ白色点の白色光に安定させることも非常に難しい。このことはたとえば、使用される複数のチップ技術の温度依存特性が異なることに起因する。さらに、複数のＬＥＤチップの各経時変化特性や電流密度特性が異なることによっても、混合光の色座標および／または強度の変化が生じてしまう。通常は、任意の色座標に制御できるようにするためには、たとえば最低３つの異なるＬＥＤを使用する必要があり、たとえば白色光を生成するためには、発光色が黄緑色であるＬＥＤと、赤色であるＬＥＤと、さらに青色であるＬＥＤとが必要である。
【０００４】
さらに周知のように、観察者による光の知覚は、知覚対象の波長に依存する、人間の眼の感度に依存する。平均的な正常色覚者である観察者の場合の眼の平均的なスペクトル感度は、公知のいわゆるＶλ曲線によって表される。図１ＡのＶλ曲線は、人間の眼のスペクトル感度Ｒを任意単位で、４００〜７００ｎｍの波長領域にある波長λに依存して示している。図１Ａ中のＶλ曲線９００からは、光刺激を生じさせる光束の強度が等しい場合、該光束の波長が異なると、明るさの印象が異なってくることが分かる。この作用は、とりわけＬＥＤを有するハイブリッド光源において、１つまたは複数のＬＥＤから放射される放射光に、たとえば温度に依存してかつ／または経時変化に起因して波長シフトが生じた場合、知覚される混合光の色印象および照明印象に著しく大きな影響を与える。
【０００５】
特定の実施形態の少なくとも１つの課題は、第１の半導体光源および第２の半導体光源によって光を放射するためのオプトエレクトロニクスデバイスを提供することである。
【０００６】
前記課題は、独立請求項の特徴を有する発明により解決される。従属請求項に本発明の有利な実施形態および発展形態が記載されており、これらの実施形態および発展形態はまた、以下の詳細な説明および図面にも示されている。
【０００７】
少なくとも第１の波長領域にある光と第２の波長領域にある光とを混合して生成された混合光を放射するためのオプトエレクトロニクスデバイスは、少なくとも１つの実施形態ではとりわけ、
・第１の電流が供給された場合に、第１の波長領域にある第１の特徴的波長と第１の強度とを有する光を放射する、第１の発光ダイオード（ＬＥＤ）を含む第１の半導体光源と、
・第２の電流が供給された場合に、第２の波長領域にある第２の特徴的波長と第２の強度とを有する光を放射する、第２のＬＥＤを含む第２の半導体光源と
を有し、
前記第１の波長領域における波長に依存する強度分布と、前記第２の波長領域における波長に依存する強度分布とは異なり、
当該オプトエレクトロニクスデバイスはさらに、
・前記第１の半導体光源から放射された光の一部を第１のセンサ信号に変換し、前記第２の半導体光源から放射された光の一部を第２のセンサ信号に変換するための光センサと、
・前記第１の電流および前記第２の電流を前記第１のセンサ信号および前記第２のセンサ信号に依存して制御するための制御装置と
を有し、
前記第１の半導体光源から放射された光の前記第１の特徴的波長および第１の強度は、第１の温度依存特性および／または第１の電流依存特性および／または第１の経時変化を示し、
前記第２の半導体光源から放射された光の前記第２の特徴的波長および第２の強度は、前記第１の温度依存特性と異なる第２の温度依存特性および／または第２の電流依存特性および／または第２の経時変化を示し、
前記光センサは、
・前記第１の波長領域では、前記第１の温度依存特性および／または前記第１の電流依存特性および／または前記第１の経時変化に適合された第１の波長依存性感度を有し、
・前記第２の波長領域では、前記第２の温度依存特性および／または前記第２の電流依存特性および／または前記第２の経時変化に適合された第２の波長依存性感度を有し、
前記制御装置は、前記第１のセンサ信号と前記第２のセンサ信号との間の比が所定の比になるように、前記第１の電流および前記第２の電流を制御する
ように構成されている。
【０００８】
本願および下記では、「光」はとりわけ、紫外スペクトル領域から赤外スペクトル領域までの１つまたは複数の波長または波長領域を有する電磁波を指す。とりわけ、光は可視光とすることができ、約３５０ｎｍ〜約８００ｎｍの可視スペクトル領域の波長または波長領域を含むことができる。本願および下記では、可視光はたとえば、当業者に知られているいわゆるＣＩＥ‐１９３１表色系ないしはＣＩＥ標準表色系にしたがい、ｘ色座標およびｙ色座標を有する色座標によって表される可視光とすることができる。
【０００９】
本願および下記では、白色光、または、照明印象または色印象が白色である光とは、プランク黒体放射源の色座標に相応する色座標を有する光を指すか、または、プランク黒体放射源の色座標からのｘ色座標および／またはｙ色座標の偏差が０．１未満である光、有利には０．０５である光を指す。また、本願および下記において白色の照明印象と称される照明印象は、当業者に公知の演色評価指数（color rendering index、ＣＲＩ）が６０以上である光によって得ることができ、有利には７０以上である光によって得ることができ、特に有利には８０以上である光によって得ることができる。
【００１０】
さらに、本願および下記において「暖白色」とは、５５００Ｋ以下の色温度を有する照明印象を指し、本願および下記において「冷白色」とは、５５００Ｋを上回る色温度を有する白色の照明印象を指すことがある。本願および下記において「色温度」という用語は、プランク黒体放射源の色温度を指すか、または上記のような白色照明印象の場合には、当業者に公知であるいわゆる相関色温度（correlated color temperature、ＣＣＴ）を指す。この相関色温度は、プランク黒体放射源の色座標から偏差する色座標によって表すことができる。
【００１１】
本願および下記において、第１の色座標を有する光によって第１の照明印象が生じ、かつ、該第１の色座標と異なる第２の色座標を有する光によって第２の照明印象が生じ、かつ、第１の色座標と第２の色座標とが異なるように知覚される場合、第１の照明印象と第２の照明印象とは「異なる」と言うことができる。とりわけ、照明印象を生じさせる第１の波長領域と第２の波長領域とが異なる場合、照明印象は異なってくる。このことに相応して本願および下記では、第１の波長領域のスペクトル強度分布またはパワー分布（spectral power distribution）と第２の波長領域のスペクトル強度分布またはパワー分布とが異なる場合、すなわちたとえば、第１の波長領域が少なくとも、第２の波長領域に含まれないスペクトル成分を有する場合、第１の波長領域と第２の波長領域とは異なると言うことができる。ここでは、相互に異なる第１の波長領域および第２の波長領域は一貫して、同じスペクトル成分を含むことができることを強調しておく。その際には、第１の波長領域および第２の波長領域のうち少なくとも１つの波長領域が、他の波長領域に全く含まれないかまたは等しい相対強度では含まれない少なくとも１つのスペクトル成分を有し、第１の波長領域および第２の波長領域によって生じる各照明印象および色印象のＣＩＥ標準表色系におけるｘ座標および／またはｙ座標が異なる場合、１つのスペクトル成分または複数のスペクトル成分またはすべてのスペクトル成分において第１の波長領域の波長と第２の波長領域の波長とが一致する。このことはとりわけ、波長が等しい場合、第１の波長領域および第２の波長領域がそれぞれ、強度が異なるスペクトル成分を含み、たとえば強度が１０倍以上異なるスペクトル成分を含むことを意味することができる。
【００１２】
本願および以下では、平均的な人間の観察者が、第１の色座標と第２の色座標、または第１の照明印象と第２の照明印象とは異なると知覚できる場合、両色座標または両照明印象は相互に異なって知覚されると表現する。とりわけ、第１の色座標を含むマクアダム楕円内に、第２の色座標が中心点ないしは基準色座標として存在するか、または第２の色座標を含むマクアダム楕円内に第１の色座標が中心点ないしは色座標として存在する場合、本願では、第１の色座標を有する第１の照明印象と第２の色座標を有する第２の照明印象とは相違しない。色差の知覚性に関するマクアダム楕円の考え方は当業者に公知であるから、ここでは詳細に説明しない。
【００１３】
第１の特徴的波長ないしは第２の特徴的波長とは、第１の波長領域の最大強度の波長ないしは第２の波長領域の最大強度の波長を指すことができる。択一的に、第１の特徴的波長ないしは第２の特徴的波長とは、第１の波長領域の中間波長ないしは第２の波長領域の中間波長を指すことができる。特に有利には、第１の特徴的波長ないしは第２の特徴的波長は、個々のスペクトル強度によって重み付けされた、第１の波長領域の中間波長ないしは第２の波長領域の中間波長を指すことができる。第１の波長領域ないしは第２の波長領域のシフト、および／または、第１の波長領域ないしは第２の波長領域のスペクトル成分の相互間の相対強度の変化により、第１の特徴的波長ないしは第２の特徴的波長が変化し、第１の特徴的波長ないしは第２の特徴的波長が変化することにより、第１の半導体光源ないしは第２の半導体光源から放射される各光の色座標も変化する。
【００１４】
本発明のオプトエレクトロニクスデバイスでは、第１のセンサ信号は、第１の強度と第１の波長領域ないしは第１の特徴的波長とに依存する。このことはとりわけ、第１の強度が一定であっても、第１の強度が変化した場合、および／または、第１の波長領域ないしは第１の特徴的波長が変化した場合、第１のセンサ信号が変化することを意味する。たとえば、第１の波長領域の波長が上昇すると第１の感度が増減し、このことに相応して第１の特徴的波長が上昇すると、第１の強度が一定であっても、第１のセンサ信号は増減する。第１のセンサ信号および第１の感度に関して上記で説明したことは、第２のセンサ信号および第２の感度にも当てはまる。このことにより、光センサは少なくとも前記第１の波長領域および第２の波長領域において、波長に依存する感度を有し、波長が異なると、光センサの波長依存性の感度は、人間の眼の感度に関して説明したのと同様に異なってくる。それゆえ第１のセンサ信号および第２のセンサ信号は、第１の強度ないしは第２の強度の変化の他にさらに、第１の特徴的波長の変化ないしは第２の特徴的波長の変化も考慮することができる。第１の感度および第２の感度が第１の波長依存特性ないしは第２の波長依存特性に適合されることにより、オプトエレクトロニクスデバイスの制御上の課題、とりわけ、混合光の照明印象および色印象を可能な限り一定にするという制御上の課題を、公知の制御装置より良好に解決することができる。光センサは、第１の温度依存特性および／または第１の電流依存特性および／または第１の経時変化に適合された第１の感度と、第２の温度依存特性および／または第２の電流依存特性および／または第２の経時変化に適合された第２の感度とを有するので、このような光センサによって、第１の電流および第２の電流を補正するための補正信号に必要な情報が得られ、この情報によってたとえば混合光の色座標および／または強度を制御することができる。
【００１５】
第１のセンサ信号と第２のセンサ信号との所定の比は、制御装置によって一定に維持することができる。このようにして、この制御装置によってたとえば、周辺温度および／または動作温度が変化した場合に第１のセンサ信号と第２のセンサ信号との比を一定に維持することができる。このことはとりわけ、第１のセンサ信号および／または第２のセンサ信号が変化して該第１のセンサ信号と該第２のセンサ信号との比も変化した場合、制御装置は、該第１のセンサ信号と該第２のセンサ信号との比の変化が補償されるように、第１の電流および／または第２の電流を追従制御し、ひいては第１の強度および／または第２の強度を追従制御することを意味する。第１のセンサ信号と第２のセンサ信号との所定の比はさらに、該第１のセンサ信号の強度および／または該第２のセンサ信号の強度に依存することができるので、該所定の比を第１のセンサ信号および／または第２のセンサ信号に依存して、所定のように変化させることができる。このことによってたとえば、第１の感度および第２の感度とともに混合光の色座標を、発光ダイオードの温度および／または電流供給および／または経時変化に応じて制御することが可能になる。
【００１６】
たとえば複数のＬＥＤから放射された放射強度をフォトダイオードによって測定する公知の制御装置では、通常は、放射光の強度変化しか考慮されない。それゆえ、従来の制御装置によって求められる補正信号は、測定された強度にしか依存せず、公知の制御装置は放射光の波長シフトを補償することができない。しかし、上記ですでに説明したように、制御装置によって放射強度が一定に維持されるにもかかわらず、人間の眼の感度は波長に依存するために、この波長シフトによって、知覚される色印象および照明印象は変化する。というのも、光束は一定に維持されても、波長に依存してより弱く知覚されるか、またはより強く知覚されるからである。たとえば、波長シフトが異なる複数の異なるＬＥＤを使用する場合、これらのＬＥＤの各放射強度を制御しても、ＬＥＤの温度が変化した場合には、色座標の著しく大きな変化が知覚されるようになる。というのも従来の制御装置では、複数の異なるＬＥＤの波長シフトを補償することができないからである。
【００１７】
このことに対して択一的に、制御装置が１つまたは複数の温度センサを有し、ＬＥＤの温度を測定することが公知である。このような公知の制御装置にはさらに、温度に依存してＬＥＤの駆動制御の補正値を読み出すためのテーブルまたはデータバンクが設けられている。この補正値では、個々のＬＥＤの温度依存性の強度変化の他に、各ＬＥＤの温度依存性の波長シフトも考慮される。
【００１８】
本発明のオプトエレクトロニクスデバイスの制御装置は、アナログおよび／またはデジタルの受動電子部品および／または能動電子部品を有することができ、たとえば可制御抵抗、固定抵抗、キャパシタ、コイル、トランジスタ、演算増幅器、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、およびこれらの組み合わせを有することができる。これらは単なる例である。とりわけ、制御装置をフィードバックループとして構成するか、または直接、第１の半導体光源および第２の半導体光源に電流を供給するための電流源とするか、またはこの電流源に組み込むことができる。制御装置は、比例制御器および／または積分制御器および／または微分制御器によって知られている電子部品および電子回路を含むことができる。この電子部品および電子回路は１つまたは複数の信号を、ここではとりわけ第１の信号および第２の信号を、所定のいわゆる瞬時値に対して相対的に制御するか、または、とりわけ相互に相対的に制御するように構成されている。その際には本願のセンサにより、公知の制御装置では記憶されたテーブル値によって測定値を調整するために必要とされていた構成要素を、制御装置に設けなくてもよくなる。
【００１９】
半導体光源のＬＥＤすなわちたとえば第１のＬＥＤおよび／または第２のＬＥＤは、とりわけエピタクシー積層を含むことができる。すなわち、エピタキシャル成長半導体積層を含むことができる。その際には、たとえばＩｎＧａＡｌＮをベースとしてＬＥＤを構成することができる。ＩｎＧａＡｌＮベースのＬＥＤおよび半導体積層には殊に、エピタクシー形成された半導体積層が通常は、III‐Ｖ族化合物半導体材料系であるＩｎＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮから成る材料を含有する少なくとも１つの個別層を含む異なる複数の個別層から構成された積層を有するＬＥＤおよび半導体積層が含まれる。ここでは、０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１およびｘ＋ｙ≦１である。ＩｎＧａＡｌＮをベースとする少なくとも１つの活性層を有する半導体積層はたとえば、有利には紫外線〜緑色の波長領域にある電磁放射を放出する。
【００２０】
択一的または付加的に、ＬＥＤはＩｎＧａＡｌＰをベースとしていてもよく、すなわちＬＥＤは異なる個別層を有することができ、そのうち少なくとも１つの個別層はＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＰ（但し０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１およびｘ＋ｙ≦１）のIII‐Ｖ族化合物半導体材料系からなる材料を有する。ＩｎＧａＡｌＰをベースとする少なくとも１つの活性層を有する半導体積層またはＬＥＤはたとえば、有利には緑色〜赤色の波長領域にある１つまたは複数のスペクトル成分を有する電磁放射を放出する。
【００２１】
択一的または付加的に、半導体積層またはＬＥＤは他のIII‐Ｖ族化合物半導体材料系、例えばＡｌＧａＡｓベースの材料またはII‐VI族化合物半導体材料系を有することができる。とりわけ、ＡｌＧａＡｓベースの材料を含むＬＥＤは、赤色〜赤外線の波長領域にある１つまたは複数のスペクトル成分を有する電磁放射を放出するのに適している。II‐VI族化合物半導体は少なくとも、第２主族または第２副族に属する元素と、第６主族に属する元素とを含むことができ、たとえばＢｅ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｃｄ，Ｚｎ，Ｓｎ等のうちいずれかの元素と、たとえばＯ，Ｓ，Ｓｅ，Ｔｅ等のうちいずれかの元素とを含むことができる。とりわけII‐VI族化合物半導体材料は、第２主族または第２の副族に属する少なくとも１つの元素と第６主族に属する少なくとも１つの元素とを含む、２元化合物、３元化合物または４元化合物を含む。さらに、このような２元化合物、３元化合物または４元化合物はたとえば１つまたは複数のドープ材や他の構成成分を含むこともできる。たとえばII−VI族化合物半導体材料には、ＺｎＯ，ＺｎＭｇＯ，ＣｄＳ，ＺｎＣｄＳおよびＭｇＢｅＯが属する。
【００２２】
さらに、第１のＬＥＤおよび／または第２のＬＥＤの半導体積層は基板も有することできる。この基板には、上記のIII‐Ｖ族化合物半導体材料系またはII‐VI族化合物半導体材料が成膜される。その際には基板は半導体材料を含み、たとえば上記の化合物半導体材料系を含むことができる。とりわけ基板は、サファイヤ、ＧａＡｓ，ＧａＰ，ＧａＮ，ＩｎＰ，ＳｉＣ，Ｓｉおよび／またはＧｅを含むか、またはこれらの材料から形成することができる。半導体積層は活性領域としてたとえば、従来のｐｎ接合部、ダブルヘテロ構造、単一量子井戸構造（ＳＱＷ構造）あるいは多重量子井戸構造（ＭＱＷ構造）を有することができる。本願において、量子井戸構造という用語にはとりわけ、閉じ込め（confinement）によって電荷担体のエネルギ状態を量子化することのできるあらゆる構造が含まれる。殊に、量子井戸構造の概念には量子化の次元に関する規定は含まない。したがって量子井戸構造には、とりわけ、量子箱、量子細線、量子点およびこれらの構造のあらゆる組み合わせが含まれるのである。半導体層列は活性領域の他に、別の機能層および機能領域も有することができ、たとえばｐドーピングまたはｎドーピングされた電荷担体輸送層、すなわち電子輸送層または正孔輸送層、および／または、ドーピングされていないかまたはｐドーピングまたはｎドーピングされた閉じ込め層、および／または、ドーピングされていないかまたはｐドーピングまたはｎドーピングされたクラッド層、ドーピングされていないかまたはｐドーピングまたはｎドーピングされた導波層、および／または、バリア層または平坦化層、および／またはバッファ層および／または保護層および／または電極を有するか、またはこれらの組み合わせを有することができる。活性領域または別の機能層および別の機能領域に関するこのような構造は、当業者にはとりわけ、構成、機能および構造に関して公知であるから、ここでは詳細に説明しない。
【００２３】
第１のＬＥＤおよび／または第２のＬＥＤは、たとえば薄膜発光ダイオードチップとして構成することもでき、薄膜発光ダイオードチップは殊に、以下の特徴のうち１つまたは複数を有する：
・放射を生成するエピタキシャル積層の支持エレメント側の第１の主面には反射層が被着または形成されており、この反射層はエピタキシャル積層内で生成された電磁放射の少なくとも一部をこのエピタキシャル積層に戻るよう反射させる。
・エピタキシャル層列は２０μｍまたはそれ以下の範囲、殊に１０μｍの範囲の厚さを有する。
・エピタキシャル層列は混合構造を有する少なくとも１つの面を備えた少なくとも１つの半導体層を包含し、理想的な場合にはこの面によりエピタキシャル層列内にほぼエルゴード的な光分布が生じる。すなわち、この光分布は可能な限りエルゴード確率的な散乱特性を有する。
【００２４】
薄膜発光ダイオードチップのエピタクシー積層は、成長基板上に成長した後に再ボンディングによって、支持エレメントとして形成された支持基板に移すことができる。
【００２５】
さらに、第１の半導体光源および／または第２の半導体光源、ひいては前記少なくとも１つの第１のＬＥＤおよび／または第２のＬＥＤによって混色の照明印象が生じ、とりわけ、たとえば白色の照明印象が生じるようにすることができる。こうするためには、第１のＬＥＤおよび／または第２のＬＥＤが波長変換材を含むことができる。この波長変換材は注型材または表面コーティングの形態で、第１のＬＥＤおよび／または第２のＬＥＤのエピタクシー積層の表面または上方に設けることができる。前記波長変換材は、ＬＥＤから放出された光の少なくとも一部を、より長波長の光に変換する波長変換材とすることができ、たとえば、紫外スペクトル領域から青色スペクトル領域までの光の少なくとも一部を緑色および／または黄色および／または赤色の波長領域内にある１つまたは複数のスペクトル成分を有する光に変換する波長変換材とすることができる。放出された光と変換後の光とを重畳させることにより、混色の照明印象を生じさせることができ、たとえば白色の照明印象を生じさせることができる。
【００２６】
波長変換材は、以下に挙げる材料のうちの１つまたは複数を有することができる：希土類のガーネットおよびアルカリ土類金属のガーネット、例えばＹＡＧ：Ｃｅ３＋、窒化物、ニトリドシリケート、サイオン、サイアロン、アルミン酸塩、酸化物、ハロホスフェート、オルトシリケート、硫化物、バナジウム酸塩、ペリレン、クマリン、およびクロロシリケート。さらに波長変換材は、上記の材料から成る適切な混合物および／または組成物を含むこともできる。また、波長変換材を透明なマトリクス材料に埋め込み、該マトリクス材料が波長変換材を包囲したり含有したりすることができる。この透明なマトリクス材料は例えばシリコーン、エポキシド、アクリラート、イミド、カーボネート、オレフィン、または、モノマー、オリゴマーまたはポリマーの形のそれらの誘導体、またさらにそれらとの混合物、コポリマーまたは化合物を有することができる。たとえば、マトリクス材料はエポキシ樹脂、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）またはシリコーン樹脂とすることができる。
【００２７】
さらに、波長変換材を使用せずにエピタクシー積層の材料の選択だけで、第１の半導体光源および／または第２の半導体光源ないしは第１のＬＥＤおよび／または第２のＬＥＤによって生成された光を決定することもできる。たとえば、第１の半導体光源は波長変換材との組み合わせで白色の照明印象を与え、第２の半導体光源はカラーの照明印象を与えるようにすることができ、第１の半導体光源はたとえば、青色の波長領域の光を放出するＩｎＧａＮベースの第１のＬＥＤを含むことができる。さらに第１のＬＥＤは、青色の１次光の一部を緑色または黄色または黄緑色の２次光に変換する波長変換材を含むことにより、第１の波長領域は青色および緑色のスペクトル成分を含むかまたは黄色および黄緑色のスペクトル成分を含み、緑白色から冷白色までの色印象を与えることができる。第２の半導体光源は、第２の赤色波長領域の光を放射するＩｎＧａＡｌＰをベースとする第２のＬＥＤを含むことができる。第１の波長領域および第２の波長領域を有する光を重畳することにより、所望の重み付けに応じて、オプトエレクトロニクスデバイスの混合光によって暖白色の照明印象を生じさせることができる。このことに対して択一的に第２の半導体光源は、黄色の第２の波長領域の光を生成するＩｎＧａＡｌＰをベースとする第２のＬＥＤも含むことにより、オプトエレクトロニクスデバイスが、冷白色の照明印象を有する混合光を放射することもできる。このようなオプトエレクトロニクスデバイスでは、所定の周辺温度および動作温度において、第１の半導体光源によって所望の色座標を大まかに予め選択し、第２の半導体光源によって該所望の色座標に微調整ないしは「ファインチューニング」することができる。択一的に、第１の半導体光源と第２の半導体光源とで、前記波長領域および色印象を逆にすることもできる。
【００２８】
さらに、第１の半導体光源および／または第２の半導体光源はそれぞれ、同一構成の複数の第１のＬＥＤないしは複数の第２のＬＥＤを含むことができる。
【００２９】
発光ダイオードの放射強度は通常、−４０℃〜１２５℃の典型的な周辺温度および動作温度では負の温度依存性を示す。このことは、電流が一定である場合、放射光の強度は周辺温度および動作温度の上昇とともに低下することを意味する。ＬＥＤの構成および材料選択によっては、０℃の温度でＬＥＤから放射される光の強度を１００％とすると、１００℃の温度では、ＬＥＤの放射光の強度は１０〜９０％の強度まで落ち込むことがある。さらに、波長変換材を有するか有さない材料選択および構成に応じて、０℃〜１００℃の温度領域において、ＬＥＤの特徴的波長は温度に依存して最大±５％またはそれ以上に、すなわち数ｎｍシフトする。
【００３０】
第１の強度および第２の強度を測定するかないしは第１の強度の一部または第２の強度の一部を測定するための光センサは、とりわけフォトダイオード含むかまたはフォトダイオードであり、特に有利にはシリコンベースのフォトダイオードを含むかまたはフォトダイオードである。シリコンベースのフォトダイオードは構成に応じて、可視光のすべての波長領域において高い固有感度または少なくとも十分な固有感度を有することを特徴とする。シリコンから成る典型的な広帯域フォトダイオードの場合、スペクトル感度は約３００〜約１０００ｎｍの領域内で連続的に上昇した後に下降し、構成に応じて、最大感度は約５５０〜１０００ｎｍ未満の領域にもなることがある。
【００３１】
光センサの第１の感度および第２の感度を適合するためには、該光センサは、固有強度として第１の感度および／または第２の感度を有する光活性材料を含むか、または択一的または付加的に光フィルタを含むことができる。この光フィルタは、第１の感度および／または第２の感度を調整するために、波長に依存する透過性を有することができる。このことは、光フィルタが第１の波長領域および／または第２の波長領域において第１の半導体光源ないしは第２の半導体光源の光に対して透過性となり、この透過特性は、光センサ材料固有の感度と組み合わされて、所望の第１の感度ないしは第２の感度に相応することを意味する。このことはとりわけ、透過特性が波長に依存する光フィルタと光センサ材料固有すなわちシリコン固有の感度との組み合わせにより、第１の感度および第２の感度が所望の感度になることを意味することもできる。たとえば光フィルタは、第１の波長領域および／または第２の波長領域において光センサの固有スペクトル感度と組み合わされて第１の感度および／または第２の感度を所望の感度にする吸収性および／または薄膜のフィルタを含むか、または該吸収性および／または薄膜のフィルタとすることができる。
【００３２】
光センサはたとえば、第１のセンサファセットおよび第２のセンサファセットも有することができ、第１の半導体光源から放射された第１の波長領域の光の一部は少なくとも第１のセンサファセットに入射し、第２の半導体光源から放射された第２の波長領域の光の一部は少なくとも第２のセンサファセットに入射するように構成することができる。さらに、第１のセンサファセットおよび／または第２のセンサファセットに光フィルタを配置し、光フィルタとの組み合わせによって、光センサの第１のセンサファセットの領域が第１の波長領域において第１の感度を示し、該光センサの第２のセンサファセットの領域が第２の波長領域において第２の感度を示すようにすることができる。その際には、光フィルタがたとえば第２のセンサファセットの領域において第１の波長領域および第２の波長領域を有する全体スペクトルと該第２の波長領域内の光とを区別できる場合、または、該第２の波長領域内の光を第１の波長領域内の光とも弁別できる場合、第１の半導体光源の光と第２の半導体光源の光とを光センサの活性面全体に入射させることもできる。第１のセンサファセットと第２のセンサファセットとを電気的および光学的に分離し、光センサが直接、第１のセンサ信号を第１のセンサファセットの信号として出力し、第２のセンサ信号を第２のセンサファセットの信号として出力することができる。さらに、光センサが２つの別個のフォトダイオードを含むこともできる。
【００３３】
択一的または付加的に、オプトエレクトロニクスデバイスの動作中に第１の電流および／または第２の電流を変調することができる。制御装置はこの場合、光センサの信号を周波数解析によって、たとえば公知の周波数混合手法とフィルタリング手法とによって、第１のセンサ信号と第２のセンサ信号とに分解するように構成することができる。その際には、第１の電流の変調周波数と第２の電流の変調周波数は異なるか、または両電流のうち１つのみを変調することができる。とりわけ、第１の電流および／または第２の電流をオンオフによって振幅変調し、たとえば方形波信号の形態で振幅変調することができる。
【００３４】
光フィルタを用いてスペクトル解析を行いかつ／または第１の電流および／または第２の電流が変調されている場合には周波数解析を行う上記の実施形態により、光センサは第１の半導体光源の光と第２の半導体光源の光とを「区別」することが可能になる。このことにより、スペクトロメータおよびデジタル評価ソフトウェアを用いる面倒な手法を必要とせずに、光センサ自体が第１の半導体光源の光と第２の半導体光源の光とを処理して所望のセンサ信号を得て、所望のスペクトル情報を有利な制御パラメータに「集約」させることができる。
【００３５】
光センサの感度のスペクトル依存特性が異なることにより、混合光の温度依存特性に対して、とりわけ該混合光の色座標の温度依存特性に対して、異なる制御タスクを実現することができる。とりわけ、混合光の色座標の温度依存特性および／または電流依存特性および／または経時変化依存特性が可能な限り小さくなるようにすることを、上記のオプトエレクトロニクスデバイスの目的とすることができる。
【００３６】
その際にはたとえば、第２の特徴的波長をＶλ曲線の下降エッジの領域内にすることができる。このことは、第２の特徴的波長が緑色〜赤色の波長領域において約５５０ｎｍを上回ることを意味する。第１の特徴的波長をたとえば青色〜緑色の波長領域内とし、オプトエレクトロニクスデバイスの混合光の照明印象が白色となるようにすることができる。とりわけ、第１の特徴的波長はたとえば約４００〜５５０ｎｍの領域においてＶλ曲線の上昇エッジまたは最大値にくるようにすることができる。
【００３７】
人間の眼のスペクトル感度に関する上記実施形態により、第２の特徴的波長がＶλ曲線の下降エッジの領域内にある場合は、波長に依存する第２の感度の勾配は、第２の波長領域内のＶλ曲線の勾配と等しくなることが分かる。というのも当業者であれば、Ｖλ曲線に適合されたこのような感度により、波長に依存する人間の眼の知覚を補償できることが直観的に分かるからである。以下では、波長に依存するＶλ曲線の勾配と、波長に依存する第１の感度および第２の感度の勾配とを対比する場合、特記しない限りは、Ｖλ曲線のスペクトル依存特性と第１の感度および第２の感度のスペクトル依存特性とは最大値１に正規化されていることを前提とする。その際には、波長に依存するＶλ曲線の平均勾配は、６００〜６５０ｎｍの波長領域では約−１％／ｎｍである。
【００３８】
しかし驚くべきことに、波長に依存する勾配が第２の波長領域におけるＶλ曲線の勾配と異なる第２の感度により、温度依存特性および経時変化依存特性を可能な限り小さくするという観点で混合光の色座標の制御を改善できることが明らかになった。とりわけ、第２の特徴的波長が温度上昇とともに高くなる場合、特に有利には、波長に依存する第２の感度の平均勾配と第２の波長領域におけるＶλ曲線の波長依存性の勾配の平均との比が１未満であることが有利であることが判明している。このことは換言すると、波長が上昇するときの第２の感度の低減は、Ｖλ曲線の低減よりも緩慢であることを意味する。とりわけ、波長に依存する第２の感度の平均勾配と第２の波長領域におけるＶλ曲線の波長依存性の勾配の平均との比は０．８以下かつ０．２以上であり、特に有利には約０．５である。
【００３９】
ここで開示されたオプトエレクトロニクスデバイスはとりわけ、０℃以上かつ６０℃以下の温度領域において、有利には１００℃以下の温度領域において、特に有利には−４０℃以上かつ１２５℃以下の温度領域において、該オプトエレクトロニクスデバイスが放射する混合光の温度依存性の色座標が中間的な色座標の周りで、該中間的な色座標を含むマクアダム楕円の長軸に沿ってシフトするように構成することができる。その際には、この色座標シフトおよび中間的な色座標を、オプトエレクトロニクスデバイスの温度がたとえば０℃の場合に放出される混合光の第１の色座標と、たとえば６０℃または１００℃の温度で放出される混合光の第２の色座標とによって表すことができる。このように温度に依存する色座標シフトは１次近似で、第１の色座標と第２の色座標との間を接続する接続線によって表すことができる。「長軸に沿って」とは本願では、前記接続線をマクアダム楕円の長軸に幾何学的に投影したものが、該接続線を該マクアダム楕円の短軸に幾何学的に投影したものより長いことを意味する。特に有利には、前記接続線ひいては混合光の色座標シフトは、該色座標を含むマクアダム楕円の長軸に対して平行であるか、または近似的に平行である。マクアダム楕円の中心点ないしは基準色座標から長軸に沿って生じる色座標シフトは、マクアダム楕円の短軸に沿って同数の色座標差で生じる色座標シフトよりも知覚しにくい。
【００４０】
オプトエレクトロニクスデバイスはケーシングまたはプリント基板を備えることができ、該ケーシング内または該プリント基板上に、第１の半導体光源と第２の半導体光源と光センサとが配置される。前記ケーシングはプラスチックを含むことができ、とりわけ熱可塑性プラスチックまたはデュロプラスチックを含むことができる。たとえば前記ケーシングは、トランスファモールド法、射出成形法、圧縮成形法、切削、ソーイング、フライス加工等の成形法によって作製するか、またはこれらの成形法の組み合わせによって作製することができる。プラスチックはシロキサンおよび／またはエポキシ基を含むことができ、たとえばシリコーン、エポキシ樹脂とするか、または、シリコーンとエポキシドとから成る混合物またはコポリマーから生成された混成材料とすることができる。択一的または付加的に、プラスチックはポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリアクリレート、ポリカーボネートおよび／またはイミド基を含むこともできる。ケーシングはたとえば凹部を有し、該凹部内に少なくとも第１の半導体光源および第２の半導体光源が配置され、該凹部を介して第１の波長領域の光が放射されるように構成することができる。光センサも前記凹部内に配置することができる。
【００４１】
前記ケーシングはさらに、前記第１の半導体光源および第２の半導体光源および光センサを電気的にコンタクトするためのリードフレームを有することもできる。前記リードフレームをケーシングに組み込むことができ、その際には、該リードフレームを包囲するようにケーシング本体が成形、囲繞および／または注封される。リードフレームは、第１の半導体光源と第２の半導体光源と光センサとを取り付けるための１つまたは複数の実装領域を有することができる。その際にはリードフレームは、第１の半導体光源、第２の半導体光源および光センサの電気的コンタクトを行うために複数の電気的接続手段を有することができる。この電気的接続手段は、たとえばボンディングパッドまたは実装面である。このような実装領域により、とりわけ、適切な配線を行い、第１の半導体光源および第２の半導体光源と場合によっては光センサとを外部の電流供給源や電圧供給源および／または制御装置に電気的に接続することができるようになる。前記実装領域はたとえば、リードフレームの実装面とすることができる。第１の半導体光源と第２の半導体光源と光センサとをこのようにケーシング内に配置することにより、コンパクトかつ省スペースのオプトエレクトロニクスデバイスを実現することができる。
【００４２】
さらにオプトエレクトロニクスデバイスは、第３の発光ダイオードを含む第３の半導体光源を有することができる。前記第３の発光ダイオードは、動作中に第３の電流を印加されると、第３の波長領域内にある第３の特徴的波長と第３の強度とを有する光を放射する。前記第３の波長領域は、第１の波長領域および第２の波長領域と異なることができる。前記第３の特徴的波長および第３の強度は、第３の温度依存特性および／または電流依存特性および／または経時変化を示すことができる。とりわけ第３の半導体光源の光の一部を、第３の波長領域において前記第３の半導体光源の第３の温度依存特性および／または電流依存特性および／または経時変化に適合された第３の波長依存性感度を有する光センサに入射させることができる。とりわけ制御装置は、前記第１のセンサ信号と第２のセンサ信号と第３のセンサ信号とのそれぞれ２つのセンサ信号間の比が所定の比となるように、該第１の電流と第２の電流と第３の電流とを制御することができる。
【００４３】
前記第３の半導体光源および第３のＬＥＤは、前記第１の半導体光源および前記第２の半導体光源と前記第１のＬＥＤおよび前記第２のＬＥＤとに関して上記で説明した１つまたは複数の特徴を有するか、またはこれら特徴の組合せを含むことができる。前記光センサの第３の感度は、第３の波長領域内にある該光センサの固有感度自体によって実現するか、または、該光センサと上記で説明したような光フィルタとを組み合わせることによって実現することができる。とりわけ光センサは、第３のセンサファセットおよび／または上記の別の特徴を有することもできる。
【００４４】
以下で図１Ａ〜１１Ｂを参照して説明する実施形態から、本発明の別の利点および有利な実施形態を導き出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１Ａ】Ｖλ曲線を概略的に示すグラフである。
【図１Ｂ】ＣＩＥ標準表色系を概略的に示す図である。
【図１Ｃ】ＣＩＥ標準表色系を概略的に示す図である。
【図２】ＣＩＥ標準表色系を概略的に示す図である。
【図３】一実施例による第１のＬＥＤおよび第２のＬＥＤの温度依存特性を示すグラフである。
【図４】別の実施例によるオプトエレクトロニクスデバイスを概略的に示す図である。
【図５】別の実施例による光センサを概略的に示す図である。
【図６】オプトエレクトロニクスデバイスの色座標シフトを概略的に示す図である。
【図７】別の実施例による光センサの感度と、該感度によって生じるオプトエレクトロニクスデバイスの混合光の温度依存特性の色座標シフトとを概略的に示す図である。
【図８】別の実施例による光センサの感度と、該感度によって生じるオプトエレクトロニクスデバイスの混合光の温度依存特性の色座標シフトとを概略的に示す図である。
【図９】別の実施例による光センサの感度と、該感度によって生じるオプトエレクトロニクスデバイスの混合光の温度依存特性の色座標シフトとを概略的に示す図である。
【図１０】別の実施例による光センサの感度と、該感度によって生じるオプトエレクトロニクスデバイスの混合光の温度依存特性の色座標シフトとを概略的に示す図である。
【図１１Ａ】別の実施例によるオプトエレクトロニクスデバイスを示す図である。
【図１１Ｂ】図１１Ａの実施例によるオプトエレクトロデバイスの光センサの第１の感度および第２の感度および第３の感度とを概略的に示す図である。
【００４６】
実施例および図面において、同じ構成素子または同機能の構成要素には同じ参照符号を付してある。ここに図示された要素および該要素相互間のサイズ比は、基本的に実際のサイズ比率どおりであると見なすべきではない。むしろ、たとえば層、構成部品、素子および領域等の個々の要素は、より良好に見やすくし、かつ／または理解しやすくするため、過度に厚く、ないしは過度に大きく図示されていることがある。
【００４７】
図１Ａには、冒頭に述べたように、４００〜７００ｎｍの波長領域におけるいわゆるＶλ曲線９００を示している。同図では、人間の眼の平均的なスペクトル感度Ｒをｙ軸に、任意単位で示している。以下の実施例では、波長に依存するＶλ曲線の勾配と、波長に依存するＶλ曲線の勾配についての記述、および／または、Ｖλ曲線の波長依存性の勾配と第１の感度および第２の感度の波長依存性の勾配とを対比する場合、特記しない限りは、Ｖλ曲線のスペクトル依存特性と第１の感度および第２の感度のスペクトル依存特性とは最大値１に正規化されていることを前提とする。このことは、Ｖλ曲線の波長依存性の勾配に関する記載は、約５５５ｎｍにおける最大値が１のスペクトル感度Ｒを有する、１に正規化されたＶλ曲線を１を基準としていることを意味する。このように正規化されたＶλ曲線では、波長に依存するＶλ曲線の平均勾配は、６００〜６５０ｎｍの波長領域では約−１％／ｎｍである。
【００４８】
以下の実施例では、少なくとも１つの第１のＬＥＤ１１を有し冷白色〜黄緑色の照明印象を生じさせる第１の半導体光源１について説明する。ここでは、前記少なくとも１つの第１のＬＥＤ１１は、本発明の全般的な説明部分において説明したように、単に一例として、ＩｎＧａＮをベースとする青色発光エピタクシー積層を有し、該青色発光エピタクシー積層には、黄緑光を放出する波長変換材が設けられている。色座標のｘ座標は、約０．３６〜０．３７の領域内にあり、ｙ座標は０．４２〜０．４４の領域内にあり、第１のＬＥＤ１１の第１の特徴的波長は約５６５ｎｍである。オプトエレクトロニクスデバイスから放射される混合光を暖白色にするためには、少なくとも１つの第２のＬＥＤ２１を有する下記の第２の半導体光源２を設ける。この第２の半導体光源２は、約６１０ｎｍの第２の特徴的波長を含む橙赤色〜赤色の第２の波長領域で光を放出する。ＬＥＤを用いて暖白色の混合光を生成するためには、通常は、青色発光エピタクシー積層の他に赤色波長変換材も併用する。しかし、赤色光を放出する波長変換材の放出帯域幅は典型的には広いので、眼の感度が非常に低くなる波長領域のパワーは大きい。すなわち、図１ＡのＶλ曲線９９０に示されているように、約６４０ｎｍ以上の領域におけるパワーは大きい。それゆえ有利には、以下で説明するオプトエレクトロニクスデバイスの実施例では、赤色光を放出する付加的な波長変換材を使用しない。むしろ第２の波長領域を有する光は、赤色光を放出する付加的な波長変換材を使用せずに、ＩｎＧａＡｌＰをベースとする少なくとも１つの第２のＬＥＤ２１のエピタクシー積層の材料によって生成される。
【００４９】
第２の半導体光源２と、赤色光を直接生成する第２のＬＥＤ２１とを使用することにより、第２の波長領域を、６４０ｎｍ未満の良好に知覚できる赤色波長領域により良好に選択できるようになる。このことにより、以下で説明するオプトエレクトロニクスデバイスでは、図中の白色光を放出する第１の半導体光源１と赤色光を放出する第２の半導体光源２とを組み合わせることにより、１００ｌｐＷより高い効率を実現することができ、なおかつ、９０を上回る高い演色評価数を実現することもできる。
【００５０】
ここで単に一例として説明した黄緑色〜白色で放出する第１の半導体光源１と赤色光を放出する第２の半導体光源２との組み合わせの他に択一的に、混合光の色印象および照明印象を別の色印象および照明印象にしたい場合には、放出スペクトルが別の第１の波長領域内にある第１の半導体光源と、放出スペクトルが別の第２の波長領域内にある第２の半導体光源との任意の別の組み合わせを使用することもできる。その際に、本発明の実施可能なすべてのオプトエレクトロニクスデバイスに共通する点は、少なくとも１つの第１の半導体光源と少なくとも１つの第２の半導体光源とによって生成され放射される混合光の制御および色座標の安定化の基本的思想である。
【００５１】
とりわけ、以下で説明する実施例はすべて、白色光の品質を上昇させるために白色点を良好に制御できるようにするいわゆる多色システムを構成するために少なくとも１つの第１の半導体光源と少なくとも１つの第２の半導体光源とを有する。このことによってたとえば、少なくとも１つの第１の波長領域と少なくとも１つの第２の波長領域とを有する混合光、または、色印象が青色、白色、橙色、赤色および／または深紅色の照明印象や色印象を生じさせるより多くの波長領域を有する混合光を放射するオプトエレクトロニクスデバイスが実現される。
【００５２】
図１Ｂには、当業者に公知であるＣＩＥ標準表色系を示しており、該ＣＩＥ標準表色系では、ｘ色座標は水平軸に示されており、ｙ色座標は垂直軸に示されている。ここでは線９００は、複数の異なる温度でのプランク黒体放射源のいわゆる白色曲線を示している。この白色曲線は当業者に知られているものである。これらの温度は色温度とも称される。十字Ｅは、ｘ色座標とｙ色座標が等しくｘ＝ｙ＝０．３３である（数学的な）白色点を表しており、これは、５５００Ｋの色温度にほぼ相当する。
【００５３】
さらに図１Ｂには、０℃〜５０℃の複数の異なる周辺温度での上記の第１のＬＥＤ１１の色座標９０１を示しており、この第１のＬＥＤ１１の放出スペクトルは、緑白色の第１の波長領域内にある。色座標９０１の横の矢印は、０℃〜５０℃の周辺温度が上昇した場合の色座標の変化を示す。放出スペクトルが赤色の第２の波長領域内にある上記の第２のＬＥＤ２１についても、０℃〜５０℃の同じ温度領域における色座標９０２を示している。この色座標９０２に関しても、周辺温度が上昇した場合の色座標の変化を矢印によって示している。
【００５４】
図１Ｂに対して付加的に、図３Ａには、単位℃の周辺温度Ｔの変化とともに生じる第１のＬＥＤ１１の第１の強度の変化を曲線９３１によって示し、第２のＬＥＤ２１の第２の強度の変化を曲線９３２によって相対単位で示しており、これら２つの強度は相対単位で表されている。ここでは、各ＬＥＤの動作温度は一定に維持していることを前提としている。図３Ｂには、単位℃で表された周辺温度Ｔに依存する、第１の波長領域の第１の特徴的波長λの変化と第２の波長領域の第２の特徴的波長λの変化とを単位ｎｍで示しており、第１のＬＥＤ１１では第１の特徴的波長λの変化を曲線９４１によって示しており、第２のＬＥＤ２１では第２の特徴的波長λの変化を曲線９４２によって示している。
【００５５】
図３Ａおよび３Ｂから、赤色光を放出する第２のＬＥＤ２１の第２の特徴的波長は、周辺温度が上昇するとより大きな波長λにシフトし、それと同時に放出光の強度は約４０％損失することが分かる。第２のＬＥＤ２１とは対照的に、第１のＬＥＤ１１の第１の特徴的波長は幾らか短い波長にシフトする。この原因は、温度が上昇すると第１のＬＥＤ１１の波長変換材の効率が低下することにある。このことにより、第１のＬＥＤから放射され変換される光は低減し、変換される光の割合が低減することにより、色印象はより青色になる。それと同時に、第１のＬＥＤ１１から放射される第１の強度は２０％未満だけ低下する。それゆえ図中の実施例では、第１のＬＥＤ１１は第２のＬＥＤ２１と比較して温度安定性であることが明らかであり、第１のＬＥＤ１１の第１の特徴的波長および第１の強度の第１の温度依存特性は、第２の特徴的波長および第２の強度の第２の温度依存特性と比較して小さくなる。
【００５６】
第１の電流と第２の電流との予め選択された比に相当する各動作電流が一定であり、かつ、図中に示された第１の温度依存特性を有する第１のＬＥＤ１１から放出された光と図中に示された第２の温度依存特性を有する第２のＬＥＤ２１から放出された光との重畳が制御されずに行われる場合、該第１のＬＥＤ１１の光と該第２のＬＥＤ２１の光とから得られる混合光は温度依存性になり、該混合光の色座標９０３は、図１Ｂの線９１１および９１２で示される領域内になる。ここでは、周辺温度が０℃から５０℃に上昇すると、混合光の照明印象はより高い色温度ないしはＣＣＴにシフトすることが明らかである。
【００５７】
ここでは、第１のＬＥＤ１１および第２のＬＥＤ２１にさらに生じる経時作用は未だ考慮されていない。この経時作用もまた、各ＬＥＤの放射強度および特徴的波長および波長領域が変化する原因となる。
【００５８】
とりわけここでは、チップの種類が異なると混合光の色座標に大きなばらつきを生じさせるいわゆる初期経時変化を考慮すべきである。さらに、制御されない混合光の色座標９０３は、線９１１および９１２によって示された領域において、第１の電流と第２の電流との予め選択された比が変化することよってシフトすることにも留意されたい。
【００５９】
図２に、図１ＢのＣＩＥ標準表色系のうち、０．４０〜０．４８のｘ色座標の領域と０．３７〜０．４３のｙ色座標の領域にある一部を示す。ここでは、制御されない混合光の色座標９０３が温度に依存することが明らかに分かる。このことを前提として、以下の実施例では、第１のＬＥＤ１１の第１の強度と第２のＬＥＤ２１の第２の強度との比を制御した場合、第１の特徴的波長および第２の特徴的波長がそれぞれ温度に依存することにより、１つの色座標９０３に制御することはできないが、第１の半導体光源１がさらされる温度ゆらぎと第２の半導体光源２がさらされる温度ゆらぎとは等しく特に有利には両半導体光源の動作温度が等しいことを前提とすると、以下で説明するオプトエレクトロニクスデバイスでは、制御することによってたとえば色座標のシフトが０℃の周辺温度の場合の色座標９２１と５０℃の周辺温度の場合の色座標９２２とを接続する接続線９２０に沿って生じる場合、色座標９０３の温度依存性を低減することができるという考察を基礎とする。これ以降は、すべてのＬＥＤにおいて温度が等しいことを前提とする。ここでは接続線９２０は、線９１１と線９２１との間に存在し、数学的な観点のみでは色座標シフトが最小になるように選択される。さらに、接続線９２０はマクアダム楕円の長軸に沿って延在し、該マクアダム楕円が該接続線９２０の中心点９２３を囲んでいる。分かりやすくするため、図１Ｃ中のＣＩＥ標準表色系では、幾つかのマクアダム楕円を約１０倍に拡大して示している。マクアダム楕円の長軸に沿って制御することにより、本発明の一般的な説明部分で説明したように、混合光の色座標９０３の色座標変化をより知覚しにくくすることができる。図２に示された接続線９２０は単なる一例である。この例の他に択一的に、第１の強度および第２の強度の温度依存性の変化を適切に制御して補償することにより混合光の色座標依存性を所望の依存性にするために考えられる、線９１１上の第１の点と線９１２上の第２の点とを繋ぐ接続線は他にも存在する。
【００６０】
したがって、上述の第１の半導体光源と第２の半導体光源とを有するオプトエレクトロニクスデバイスの混合光の上記のような所望の制御を実現するために、図３Ａおよび３Ｂに示されたＬＥＤ１１，２１の温度依存性も、図１ＡのＶλ曲線に示された人間の眼の波長依存性のスペクトル感度も考慮する、可能な限り簡単な実施形態が望まれる。
【００６１】
このことに関しては、図４Ａに、一実施例のオプトエレクトロニクスデバイス１００が概略的に示されている。この実施例のオプトエレクトロニクスデバイスは、上記の第１のＬＥＤ１１を有する第１の半導体光源１と、上記の第２のＬＥＤ２１を有する第２の半導体光源２とを有する。一例として、同図中の実施例では第１の半導体光源１は１つの第１のＬＥＤ１１を有し、第２の半導体光源２は１つの第２のＬＥＤ２１を有する。このことに対して択一的に、第１の半導体光源１および／または第２の半導体光源２は、複数の第１のＬＥＤ１１ないしは複数の第２のＬＥＤ２１を含むこともできる。オプトエレクトロニクスデバイス１００の動作中には、第１の半導体光源１に第１の電流４１が供給され、第２の半導体光源２に第２の電流４２が供給される。
【００６２】
オプトエレクトロニクスデバイス１００はさらに光センサ３を有し、該光センサ３には、第１の半導体光源１から放射された光の一部１１０と、第２の半導体光源２から放射された光の一部２１０とが入射する。光センサ３は第１の波長領域では、波長に依存する第１の感度を示し、第２の波長領域では、波長に依存する第２の感度を示す。第１の半導体光源１の光の一部１１０と第２の半導体光源２の光の一部２１０とが光センサ３によって、第１のセンサ信号３４１と第２のセンサ信号３４２とに変換される。第１の感度および第２の感度が波長に依存することから、各センサ信号の信号強度は各半導体光源１，２から放射された光の一部１１０，２１０の波長領域ないしは特徴的波長および強度に依存する。第１の電流４１と第２の電流４２との比を初めに決定すること、ないしは、第１のセンサ信号３４１と第２のセンサ信号３４２との比を選択することにより、予め選択された動作条件で混合光の色座標を中間的な色座標に調整することができる。その際には、中間的な色座標をさらに、第１の半導体光源１に含まれる第１のＬＥＤ１１の適切な数および／または第２の半導体光源２に含まれる第２のＬＥＤ２１の適切な数によって予め選択することもできる。
【００６３】
オプトエレクトロニクスデバイス１００は制御装置４も有し、該制御装置４は、第１のセンサ信号３４１と第２のセンサ信号３４２との比が予め決定された比になり、たとえば一定に維持されるように、第１の電流４１および第２の電流４２を制御する。こうするためには、制御装置４はアナログおよび／またはデジタルの電子的受動素子および電子的能動素子と電子回路とを有する。これらはたとえば、１つまたは複数の集積回路で具現化することができる。たとえば比例制御器（Ｐ制御器）方式で動作するこのような制御回路、たとえばさらに積分制御（ＰＩ制御器）および／または微分制御（ＰＤ制御、ＰＩＤ制御）で動作するこのような制御回路は、当業者に公知であるから、これ以上は詳細に説明しない。とりわけ、制御装置４は図中の実施例では、第１の半導体光源１および第２の半導体光源２に対する電流ドライバとして構成することができ、第１の電流４１および第２の電流４２を第１の半導体光源１および第２の半導体光源２に対して直接供給する。
【００６４】
図４Ｂに、上記の実施例のオプトエレクトロニクスデバイスの一部を示す。第１の半導体光源１と第２の半導体光源２と光センサ３とは１つのケーシング８内に配置されている。このケーシング８は一例として、表面実装用ケーシングとして形成されている。ケーシング８はプラスチックを含んでおり、たとえばエポキシドおよび／またはシリコーンを含んでおり、たとえば、本発明の一般的な説明において説明したような成型工程によって作製することができる。さらにケーシング８は、第１の半導体光源１および第２の半導体光源２ならびに光センサ３の電気的接続ないしはコンタクトを行うためのリードフレーム８１を備えている。
【００６５】
前記リードフレーム８１には、ケーシング８のプラスチック材料が該リードフレーム８１を包囲するように成形され、該リードフレーム８１は、ケーシング８内に配置された部品のコンタクトを行うのに適した端子トポグラフィを有する（図示されていない）。
【００６６】
第１の半導体光源１および第２の半導体光源２ならびに光センサ３は、ケーシング８の凹部８２内に配置されている。さらに、凹部８２内にはたとえば、半導体光源１，２と光センサ３とを保護するための透明プラスチック注型部を設けることができる（図示されていない）。このことに対して択一的に、半導体光源１，２と光センサ３とをリードフレーム８１に取り付け、その後、これらをケーシングのプラスチック材料が包囲するように該プラスチック材料を成形することもできる。その際には、ケーシング８も透明であり、凹部８２なしで形成することができる。図４Ａには、第１の半導体光源１から放射され光センサ３に入射した光の一部１１０と、第２の半導体光源２から放射され該光センサ３に入射した光の一部２１０とが示されており、これらの光の一部は図中の構成ではそれぞれ、第１のＬＥＤ１１または第２のＬＥＤ２１から側方に放射された光、すなわち実装面に対して平行に放射された光の一部を含むことができる。
【００６７】
図中の実施例では、第１の半導体光源１と第２の半導体光源２とはケーシング８およびリードフレーム８１によって熱的にコンタクトしている。その際には、ケーシング８と、とりわけリードフレーム８１とがヒートシンクとして機能し、このヒートシンクによって、半導体光源１および２の温度分布が均質になる。このことにより、半導体光源１および２に生じる自己加熱作用を低減し、両半導体光源１，２がさらされる温度および温度変化を可能な限り等しくなるようにすることにより、オプトエレクトロニクスデバイス１００の振舞いを再現可能にすることができる。
【００６８】
第１の半導体光源１および第２の半導体光源２ならびに光センサ３をケーシング８内に配置することにより、特にコンパクトな構成が実現される。制御装置４を別のケーシング内に配置するか、または、制御装置４を集積回路の形態で構成し、ケーシング８内に配置することができる。こうするためには、ケーシング材料が制御装置４をたとえばリードフレーム８とともに包囲するように、該ケーシング材料を成形することができる。
【００６９】
図４Ａないしは図４Ｂに示されたオプトエレクトロニクスデバイス１００の光センサ３は、図中の実施例ではシリコンフォトダイオード３０を含む。このシリコンフォトダイオード３０の詳細を、図５Ａおよび５Ｂの２つの実施例に示しており、概観しやすくするため、たとえば電気的端子は示されていない。上記の実施形態では、光センサ３の第１の感度および第２の感度は第１の半導体光源１の第１の温度依存特性および第２の半導体光源の第２の温度依存特性に適合されている。光センサ３の両感度の適合は、フォトダイオード３０自体のセンサ材料を適切に選定することによって行うことができる。しかし図中の実施例では、活性面が少なくとも３００μｍ×３００μｍである標準的なフォトダイオード３０、たとえば、浜松ホトニクス株式会社から市販されており固有感度が半導体光源１，２の第１の波長領域および第２の波長領域において第１の半導体光源１の第１の温度依存特性および第２の半導体光源２の第２の温度依存特性に適合されていない標準的なフォトダイオード３０が使用されている。
【００７０】
それゆえ、図５Ａの実施例では光センサ３は、感光性の活性面上に光フィルタ３１を有する。この光フィルタ３１は、第１の波長領域内にある光と第２の波長領域内にある光とに対して透過性であり、このような光フィルタ３１の透過性により、フォトダイオード３０の固有感度との組合せで、波長に依存する第１の感度および第２の感度が所望の感度になる。第１の半導体光源１から光センサ３に大面積で入射された光の一部１１０ないしは第２の半導体光源２から光センサ３に大面積で入射された光の一部２１０は、フォトダイオード３０によって電気信号に変換される。この電気信号から第１のセンサ信号３４１および第２のセンサ信号３４２を得るためには、第１の電流４１と第２の電流４２とを２つの異なる周波数で電流のオンオフを行うことにより振幅変調する。制御装置４は復調を行うために、適切な周波数混合回路およびフィルタリング回路を有する。これらの回路は当業者には周知であり、ここでは詳細に説明しない。
【００７１】
このような構成に対して択一的または付加的に、図５Ｂに示されているように、光センサ３は第１のセンサファセット３２および第２のセンサファセット３３を有し、これらのセンサファセットは光学的および電気的に相互に分離されている。両センサファセットの電気的分離はたとえばフォトダイオードアレイによって実現されるか、または、フォトダイオード３０のパターニングによって活性領域３０１と３０２とを分離することにより実現される。図中の実施例では両センサファセットの光学的分離は、第１の波長領域において透光性である領域３１１と第２の波長領域において透光性である領域３１２とを有する光フィルタ３１によって実現される。このことにより、第１の波長領域を有する光の一部１１０と第２の波長領域を有する光の一部２１０とを光フィルタ３１によって弁別し、第１のセンサファセット３２が第１のセンサ信号３４１を生成し、第２のセンサファセット３３が第２のセンサ信号３４２を別個に生成することができる。
【００７２】
次の図では、光センサ３の波長依存性の第１の感度および第２の感度が異なる複数の実施例におけるオプトエレクトロニクスデバイス１００の制御特性を示す。ここでは、オプトエレクトロニクスデバイス１００から放射された混合光の温度依存性の色座標の変化を周辺温度に依存して調べた。比較対照のために、ＣＩＥ標準表色系の以下の抜粋では常に、図１Ｂ〜３Ｂを参照して説明した、第１の半導体光源１の光と第２の半導体光源２の光とが制御されずに重畳されたときの温度依存性の色座標変化９０３も示す。とりわけ、各矢印はそれぞれ、５℃幅および１０℃幅で周辺温度が０℃から６０℃まで上昇した場合の色座標のシフトを示す。
【００７３】
図６Ａおよび６Ｂには、光センサ３として市販のシリコンフォトダイオード（たとえば浜松ホトニクス株式会社のシリコンフォトダイオード）を使用した場合のオプトエレクトロニクスデバイスの制御特性を示す。図６Ａには、広帯域フォトダイオードを使用した場合の制御特性を色座標変化９６１によって表している。この広帯域フォトダイオードの固有感度は、約３００ｎｍ〜約１０００ｎｍまで連続的に上昇した後、約１０００ｎｍを上回り約１１００ｎｍまでの波長では急激に下降する。それに対して図６Ｂには、いわゆるＶＩＳフォトダイオードを使用した場合の制御特性を色座標変化９６２によって表している。このＶＩＳフォトダイオードの感度は約５５０ｎｍで最大になり、短波長側では約３００ｎｍまで急速に下降し、長波長側では約８００ｎｍまで急速に下降する。
【００７４】
両制御特性は、色座標シフト９６１，９６２が実質的に白色曲線９００に沿って生じることを示している。色座標９０３によって示された制御されない実施形態と比較して、色座標シフトは部分的に補償されるものの、十分には補償されない。その理由はとりわけ、赤色の第２の波長領域において眼の感度が下降することは考慮されておらず（図１Ａも参照されたい）、温度が上昇すると第１の半導体光源１の第１の特徴的波長はより短い波長にシフトし、第２の半導体光源２の第２の特徴的波長は上述のようにより長い波長にシフトするからである。それゆえ、上記の固有感度を有する従来のシリコンフォトダイオードを使用すると、制御特性が不十分となる。
【００７５】
図７Ａに、図５Ａに示された光センサ３の感度を曲線９７１で示している。この光センサ３はいわゆる周辺光検出器（"ambient light detector", ALD）として構成されており、人間の眼の波長依存性の感度を再現する。それゆえ、感度ないしは感度曲線９７１は図１ＡのＶλ曲線９９０に相当する。このことを実現するために、光センサ３は適切な光フィルタ３１を備えており、該光フィルタ３１はシリコンフォトダイオード３０の固有感度と共働して、図７Ａに示された感度９７１を実現する。感度曲線９７２は、適切な領域３１２を有する光フィルタ３１を使用した場合に、図５Ｂに示された択一的な光センサ３の第２のセンサファセット３３によって実現される相応の感度を示す。
【００７６】
図７Ｂに、このような光センサ３を使用した場合のオプトエレクトロニクスデバイスの制御特性を、図６Ａおよび６Ｂと同様に色座標シフト９７３によって示す。それによれば、光センサの感度９７１ないしは９７２によって、制御特性が、図６Ａおよび６Ｂに示された制御特性から格段に偏差し、このような制御特性により、混合光の温度依存特性の制御が白色曲線９００に対してほぼ垂直になるようにすることができる。
【００７７】
図２に関する上記説明を鑑みると、この実施例では、オプトエレクトロニクスデバイスから放射された混合光の温度依存性の色座標シフトが過剰補償されることが分かる。オプトエレクトロニクスデバイスから放射される光の温度依存性の色座標シフトが知覚されるのが最小限になるように、該オプトエレクトロニクスデバイス１００の制御特性を実現するために、適切な光センサ３の感度を図８Ａに示す。図８Ａは、ＡＬＤ検出器として構成された光センサ３の感度ないしは感度曲線９８１がＶλ曲線９９０に対して修正されているのを示している。この光センサ３は、第２の半導体光源２の赤色の第２の波長領域において、該第２の波長領域におけるＶλ曲線９９０の波長依存性の勾配と異なる波長依存性の勾配を有する第２の感度を有する。とりわけ、長波長側において生じる感度曲線９８１の下降はＶλ曲線９９０の下降より緩慢であり、約６００〜６５０ｎｍの第２の波長領域における第２の感度の波長依存性の勾配の平均とＶλ曲線９９０の波長依存性の勾配の平均との比は１未満になる。感度曲線９８２は、図５Ｂに示された光センサ３の第２のセンサファセット３３の第２の感度を示す。図８Ｂは、上述のような光センサ３を使用した場合のオプトエレクトロニクスデバイス１００の制御特性を、放射された混合光の色座標９８３の温度依存性の変化で示す。色座標９８３は、中間の温度では中間的な色座標を有し、温度が変化すると色座標９８３は、前記中間的な色座標を含むマクアダム楕円の長軸に沿って動く。図２と併せて上記実施形態を鑑みると、第１の感度および第２の感度が第１の半導体光源１の温度特性および第２の半導体光源２の温度特性に適合された光センサ３により、該第１の半導体光源１および第２の半導体光源２の簡単な制御が可能になり、オプトエレクトロニクスデバイスから放射される混合光の温度依存性の色座標シフトが、所望の最低限の色座標シフトになるようにできることが分かる。
【００７８】
図９Ａ〜１０Ｂには、放射される混合光の温度依存性の色座標シフトでオプトエレクトロニクスデバイス１００の制御特性を示すシミュレーションが示されている。ここでは、オプトエレクトロニクスデバイス１００の光センサ３の第１の感度と第２の感度とは異なる。ここでは上述の実施例と対照的に、図９Ａ〜１０Ｂに示された光センサ３の感度９９１，９９２，９９３，１００１，１００２，１００３は一例として、同様に図９Ａ〜１０Ｂに示されたＶλ曲線９９０のように１に正規化された三角形関数であると仮定される。
【００７９】
図９Ａに示された波長依存性の感度９９１，９９２および９９３は、５７０ｎｍで１の最大感度を有するのに対し、図１０Ａに示された波長依存性の感度１００１，１００２および１００３は６００ｎｍで１の最大感度を有する。ここで図示されたすべての感度ないしは感度曲線では、シミュレート対象である光センサ３の感度は４００ｎｍから最大感度まで線形に上昇する。６００ｎｍの波長では−２％／ｎｍであるＶλ曲線の波長依存性の勾配から出発して、図９Ａに示された感度９９１，９９２および９９３ないしは図中の感度１００１，１００２および１００３は、−２％／ｎｍ、−１％／ｎｍおよび−０．５％／ｎｍの勾配を有する。前記感度の勾配は、最大値に対するパーセンテージ表示で正規化されており、以下では定義される。上記で挙げた勾配はそれゆえ、第２の波長領域における光センサ３の波長依存性の第２の感度の波長依存性勾配にも相当する。図中の感度から得られる、シミュレート対象のオプトエレクトロニクスデバイスから放射された混合光の温度依存性の色座標シフトを、図９Ｂおよび１０Ｂに示す。図９Ｂでは、色座標９９４（三角形）には感度９９１が対応しており、色座標９９５（塗り潰されていない円）には感度９９２が対応しており、色座標９９６（正方形）には感度９９３が対応している。図１０Ｂでは、色座標１００４（三角形）には感度１００１が対応しており、色座標１００５（塗り潰されていない円）には感度１００２が対応しており、色座標１００６（正方形）には感度１００３が対応している。図９Ｂおよび１０Ｂには、高い温度で線９１１および９１２によって示された領域外になる色座標異常値が示されている。この色座標異常値は、両図の基礎となるシミュレーションのアーティファクトであり、このアーティファクトはシミュレーションの際に、第１のセンサ信号３４１と第２のセンサ信号３４２との比が一定となるように制御するために、仮定された最大値を限界値として第２の電流のみを追従制御したことに起因して生じたものである。
【００８０】
オプトエレクトロニクスデバイスから放射される混合光の温度依存性の色座標シフトが所望のように最低限にすることに関しては、図９Ｂおよび１０Ｂにおいて、第２の感度の波長依存性の勾配が−０．５％／ｎｍ（色座標９９６および１００６）となるときと、−２％／ｎｍになるとき（色座標９９４および１００４）に過小補償ないしは過剰補償が行われることが示されている。この過剰補償は実質的に、図７Ａおよび７ＢにＶλ曲線で示された、第１の感度および第２の感度の場合の制御特性に相当する。それに対して、図９Ｂに示された色座標９９５の温度依存性の色座標シフトと、図１０Ｂに示された色座標１００５の温度依存性の色座標シフトは、図２に示された、マクアダム楕円の長軸に沿って生じる所望の色座標シフト９２０に最も相当する。センサ感度が赤色にシフトしたとき、すなわち、図９Ａに示された５７０ｎｍの最大感度が図１０の６００ｎｍにシフトしたときには、第２の感度の波長依存性の勾配に対する制御品質の依存性は基本的には同じであるが、若干低下する。このことは、たとえば光センサのスペクトル感度の勾配と、とりわけ第２の感度の勾配とに、製造に起因してある程度ばらつきが生じる場合に、エッジが赤色シフトすることにより比がより安定的になることを意味することができる。
【００８１】
したがって、５５５ｎｍで１に正規化されたＶλ曲線の波長依存性の勾配の平均が−１％ｎｍである場合に対し、図２に示された設定によって最適化された光センサ３では、６００〜６５０ｎｍの波長領域において第２の感度の波長依存性の勾配の平均が−０．８％／ｎｍ以下かつ−０．２％／ｎｍ以上になり、すなわち、Ｖλ曲線の相応の平均勾配の８０％以下かつ２０％以上になり、特に有利には約−０．５％／ｎｍ、すなわちＶλ曲線の相応の平均勾配の５０％になる。第２の波長領域において第２の感度を含む各スペクトル依存特性に関しても、最大値が１に正規化されていると見なす。約６００ｎｍの波長を下回る場合、詳述した特性経過が制御特性に与える影響は小さくなるので、ここで観察したスペクトルの値は、６００ｎｍの波長の場合の値で１に正規化することができる。その際には、上述の勾配に２．５を乗算しなければならないことがある。
【００８２】
図１１Ａに、別の実施例のオプトエレクトロニクスデバイス２００を示す。この実施例は、図４Ａに示されたオプトエレクトロニクスデバイス１００の変形形態である。オプトエレクトロニクスデバイス２００はオプトエレクトロニクスデバイス１００との相違点としてさらに、少なくとも１つの第３のＬＥＤ５１を含む第３の半導体光源５を有する。同図中の実施例では、第３の電流４３が供給された場合に、前記第３のＬＥＤ５１ひいては第３の半導体光源５が、青色の第３の波長領域内にある第３の特徴的波長と第３の強度とを有する光を放出する。このオプトエレクトロニクスデバイス２００では、第３の波長領域が第１の波長領域および第２の波長領域と異なることにより、該オプトエレクトロニクスデバイス２００から放射される混合光の上述の温度依存性の色温度変化を、ある１つの色座標に制御して安定化することができる。
【００８３】
第３の特徴的波長および第３の強度は第３の温度依存特性および／または電流依存特性および／または経時変化を有し、この第３の温度依存特性および／または電流依存特性および／または経時変化は、オプトエレクトロニクスセンサ３の第３の感度に適合されている。一例として図１１Ｂに、光センサ３の第１の感度１１０１，第２の感度１１０２および第３の感度１１０３を示しており、さらに、これらと比較対照するためにＶλ曲線も示している。光センサ３は、第３の半導体光源５から放射された光の一部５１０を第３のセンサ信号３４３に変換する。制御装置４は、第１のセンサ信号３４１と第２のセンサ信号３４２との比、第２のセンサ信号３４２と第３のセンサ信号３４３との比、および第１のセンサ信号３４１と第３のセンサ信号３４３との比が所定の比に相当するように、第１の電流４１と第２の電流４２と第３の電流４３とを制御する。前記所定の比は一定であるか、または、第１のセンサ信号３４１および／または第２のセンサ信号３４２および／または第３のセンサ信号３４３に依存して所定のように変化する比である。
【００８４】
第１のセンサ信号と第２のセンサ信号との比、第２のセンサ信号と第３のセンサ信号との比、および第１のセンサ信号と第３のセンサ信号との比を選択することにより、混合光の色座標を調整することができる。ここで記載した波長領域および特徴的波長の場合、上記のオプトエレクトロニクスデバイス２００によって、制御目標である色座標をＣＩＥ標準表色系の白色曲線に沿って設定することができる。また、光センサ３の第１の感度１１０１，第２の感度１１０２および第３の感度１１０３を所期のように選択することにより、半導体光源１，２および５の第１の温度依存特性、第２の温度依存特性および第３の温度依存特性を補償することができ、オプトエレクトロニクスデバイス２００から放射される混合光に温度または経時変化に依存して生じる色座標シフトが知覚されないようにすることができる。
【００８５】
上記実施例から、オプトエレクトロニクスデバイス１００の光センサ３の第１の感度および第２の感度を適切に適合したり、オプトエレクトロニクスデバイス２００の光センサ３の第１の感度、第２の感度および第３の感度を適切に適合することにより、適切な制御特性を実現できることが分かる。この適切な制御特性は、光センサ３から得られたセンサ信号を使用して、第１の電流と第２の電流と場合によっては第３の電流とを制御することによってセンサ信号の比が一定の比になるように制御することにより、オプトエレクトロニクスデバイス１００ないしは２００の混合光の所望の色座標安定性が実現される制御特性である。このことは、上記のオプトエレクトロニクスデバイス１００および２００において上記制御を行うために、各半導体光源から放射された光の強度変化だけでなく、この光の波長変化も適切なセンサ信号に直接変換することによって実現される。
【００８６】
一般化すると、光源のスペクトル成分が変化した場合に生じる色座標安定化の問題は、光源電流の制御によって行われるセンサ信号の比の制御、たとえば一定化制御に、各光源のスペクトル領域におけるスペクトル感度を適合することにより、縮小することができる。
【００８７】
本発明は上述した実施例に限定されるものではない。むしろ本発明はあらゆる新規の特徴ならびにそれらの特徴のあらゆる組み合わせを含むものであり、これには殊に特許請求の範囲に記載した特徴のあらゆる組み合わせが含まれる。このことはこのような特徴またはこのような組み合わせ自体が特許請求の範囲あるいは実施例に明示的には記載されていない場合であっても当てはまる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、混合光を放射するためのオプトエレクトロニクスデバイスに関する。
【０００２】
本願は、ドイツ連邦共和国特許出願１０２００８０６４１４９．９号の優先権を主張するものであり、その開示内容は引用により、本願の開示内容に含まれるものとする。
【０００３】
混合光すなわち多色光を生成するために、ここではたとえば白色光を生成するために発光ダイオード（ＬＥＤ）を使用する場合には通常、発光色が異なる複数のＬＥＤおよび／または複数の蛍光体を使用する。たとえば白色光を生成するためには、あるＬＥＤから放射された黄緑波長領域のスペクトル成分と、別のＬＥＤから放射された赤色波長領域のスペクトル成分とを重畳することができる。しかしその際には、複数の異なるＬＥＤチップから放出された光をたとえば混合して空間的に重畳する等の光学的な設定条件を満たすことだけでなく、温度に対して混合光の色座標をほぼ白色点の白色光に安定させることも非常に難しい。このことはたとえば、使用される複数のチップ技術の温度依存特性が異なることに起因する。さらに、複数のＬＥＤチップの各経時変化特性や電流密度特性が異なることによっても、混合光の色座標および／または強度の変化が生じてしまう。通常は、任意の色座標に制御できるようにするためには、たとえば最低３つの異なるＬＥＤを使用する必要があり、たとえば白色光を生成するためには、発光色が黄緑色であるＬＥＤと、赤色であるＬＥＤと、さらに青色であるＬＥＤとが必要である。
【０００４】
さらに周知のように、観察者による光の知覚は、知覚対象の波長に依存する、人間の眼の感度に依存する。平均的な正常色覚者である観察者の場合の眼の平均的なスペクトル感度は、公知のいわゆるＶλ曲線によって表される。図１ＡのＶλ曲線は、人間の眼のスペクトル感度Ｒを任意単位で、４００〜７００ｎｍの波長領域にある波長λに依存して示している。図１Ａ中のＶλ曲線９００からは、光刺激を生じさせる光束の強度が等しい場合、該光束の波長が異なると、明るさの印象が異なってくることが分かる。この作用は、とりわけＬＥＤを有するハイブリッド光源において、１つまたは複数のＬＥＤから放射される放射光に、たとえば温度に依存してかつ／または経時変化に起因して波長シフトが生じた場合、知覚される混合光の色印象および照明印象に著しく大きな影響を与える。
【０００５】
特定の実施形態の少なくとも１つの課題は、第１の半導体光源および第２の半導体光源によって光を放射するためのオプトエレクトロニクスデバイスを提供することである。
【０００６】
前記課題は、独立請求項の特徴を有する発明により解決される。従属請求項に本発明の有利な実施形態および発展形態が記載されており、これらの実施形態および発展形態はまた、以下の詳細な説明および図面にも示されている。
【０００７】
少なくとも第１の波長領域にある光と第２の波長領域にある光とを混合して生成された混合光を放射するためのオプトエレクトロニクスデバイスは、少なくとも１つの実施形態ではとりわけ、
・第１の電流が供給された場合に、第１の波長領域にある第１の特徴的波長と第１の強度とを有する光を放射する、第１の発光ダイオード（ＬＥＤ）を含む第１の半導体光源と、
・第２の電流が供給された場合に、第２の波長領域にある第２の特徴的波長と第２の強度とを有する光を放射する、第２のＬＥＤを含む第２の半導体光源と
を有し、
前記第１の波長領域における波長に依存する強度分布と、前記第２の波長領域における波長に依存する強度分布とは異なり、
当該オプトエレクトロニクスデバイスはさらに、
・前記第１の半導体光源から放射された光の一部を第１のセンサ信号に変換し、前記第２の半導体光源から放射された光の一部を第２のセンサ信号に変換するための光センサと、
・前記第１の電流および前記第２の電流を前記第１のセンサ信号および前記第２のセンサ信号に依存して制御するための制御装置と
を有し、
前記第１の半導体光源から放射された光の前記第１の特徴的波長および第１の強度は、第１の温度依存特性および／または第１の電流依存特性および／または第１の経時変化を示し、
前記第２の半導体光源から放射された光の前記第２の特徴的波長および第２の強度は、前記第１の温度依存特性と異なる第２の温度依存特性および／または第２の電流依存特性および／または第２の経時変化を示し、
前記光センサは、
・前記第１の波長領域では、前記第１の温度依存特性および／または前記第１の電流依存特性および／または前記第１の経時変化に適合された第１の波長依存性感度を有し、
・前記第２の波長領域では、前記第２の温度依存特性および／または前記第２の電流依存特性および／または前記第２の経時変化に適合された第２の波長依存性感度を有し、
前記制御装置は、前記第１のセンサ信号と前記第２のセンサ信号との間の比が所定の比になるように、前記第１の電流および前記第２の電流を制御する
ように構成されている。
【０００８】
本願および下記では、「光」はとりわけ、紫外スペクトル領域から赤外スペクトル領域までの１つまたは複数の波長または波長領域を有する電磁波を指す。とりわけ、光は可視光とすることができ、約３５０ｎｍ〜約８００ｎｍの可視スペクトル領域の波長または波長領域を含むことができる。本願および下記では、可視光はたとえば、当業者に知られているいわゆるＣＩＥ‐１９３１表色系ないしはＣＩＥ標準表色系にしたがい、ｘ色座標およびｙ色座標を有する色座標によって表される可視光とすることができる。
【０００９】
本願および下記では、白色光、または、照明印象または色印象が白色である光とは、プランク黒体放射源の色座標に相応する色座標を有する光を指すか、または、プランク黒体放射源の色座標からのｘ色座標および／またはｙ色座標の偏差が０．１未満である光、有利には０．０５である光を指す。また、本願および下記において白色の照明印象と称される照明印象は、当業者に公知の演色評価指数（color rendering index、ＣＲＩ）が６０以上である光によって得ることができ、有利には７０以上である光によって得ることができ、特に有利には８０以上である光によって得ることができる。
【００１０】
さらに、本願および下記において「暖白色」とは、５５００Ｋ以下の色温度を有する照明印象を指し、本願および下記において「冷白色」とは、５５００Ｋを上回る色温度を有する白色の照明印象を指すことがある。本願および下記において「色温度」という用語は、プランク黒体放射源の色温度を指すか、または上記のような白色照明印象の場合には、当業者に公知であるいわゆる相関色温度（correlated color temperature、ＣＣＴ）を指す。この相関色温度は、プランク黒体放射源の色座標から偏差する色座標によって表すことができる。
【００１１】
本願および下記において、第１の色座標を有する光によって第１の照明印象が生じ、かつ、該第１の色座標と異なる第２の色座標を有する光によって第２の照明印象が生じ、かつ、第１の色座標と第２の色座標とが異なるように知覚される場合、第１の照明印象と第２の照明印象とは「異なる」と言うことができる。とりわけ、照明印象を生じさせる第１の波長領域と第２の波長領域とが異なる場合、照明印象は異なってくる。このことに相応して本願および下記では、第１の波長領域のスペクトル強度分布またはパワー分布（spectral power distribution）と第２の波長領域のスペクトル強度分布またはパワー分布とが異なる場合、すなわちたとえば、第１の波長領域が少なくとも、第２の波長領域に含まれないスペクトル成分を有する場合、第１の波長領域と第２の波長領域とは異なると言うことができる。ここでは、相互に異なる第１の波長領域および第２の波長領域は一貫して、同じスペクトル成分を含むことができることを強調しておく。その際には、第１の波長領域および第２の波長領域のうち少なくとも１つの波長領域が、他の波長領域に全く含まれないかまたは等しい相対強度では含まれない少なくとも１つのスペクトル成分を有し、第１の波長領域および第２の波長領域によって生じる各照明印象および色印象のＣＩＥ標準表色系におけるｘ座標および／またはｙ座標が異なる場合、１つのスペクトル成分または複数のスペクトル成分またはすべてのスペクトル成分において第１の波長領域の波長と第２の波長領域の波長とが一致する。このことはとりわけ、波長が等しい場合、第１の波長領域および第２の波長領域がそれぞれ、強度が異なるスペクトル成分を含み、たとえば強度が１０倍以上異なるスペクトル成分を含むことを意味することができる。
【００１２】
本願および以下では、平均的な人間の観察者が、第１の色座標と第２の色座標、または第１の照明印象と第２の照明印象とは異なると知覚できる場合、両色座標または両照明印象は相互に異なって知覚されると表現する。とりわけ、第１の色座標を含むマクアダム楕円内に、第２の色座標が中心点ないしは基準色座標として存在するか、または第２の色座標を含むマクアダム楕円内に第１の色座標が中心点ないしは色座標として存在する場合、本願では、第１の色座標を有する第１の照明印象と第２の色座標を有する第２の照明印象とは相違しない。色差の知覚性に関するマクアダム楕円の考え方は当業者に公知であるから、ここでは詳細に説明しない。
【００１３】
第１の特徴的波長ないしは第２の特徴的波長とは、第１の波長領域の最大強度の波長ないしは第２の波長領域の最大強度の波長を指すことができる。択一的に、第１の特徴的波長ないしは第２の特徴的波長とは、第１の波長領域の中間波長ないしは第２の波長領域の中間波長を指すことができる。特に有利には、第１の特徴的波長ないしは第２の特徴的波長は、個々のスペクトル強度によって重み付けされた、第１の波長領域の中間波長ないしは第２の波長領域の中間波長を指すことができる。第１の波長領域ないしは第２の波長領域のシフト、および／または、第１の波長領域ないしは第２の波長領域のスペクトル成分の相互間の相対強度の変化により、第１の特徴的波長ないしは第２の特徴的波長が変化し、第１の特徴的波長ないしは第２の特徴的波長が変化することにより、第１の半導体光源ないしは第２の半導体光源から放射される各光の色座標も変化する。
【００１４】
本発明のオプトエレクトロニクスデバイスでは、第１のセンサ信号は、第１の強度と第１の波長領域ないしは第１の特徴的波長とに依存する。このことはとりわけ、第１の強度が一定であっても、第１の強度が変化した場合、および／または、第１の波長領域ないしは第１の特徴的波長が変化した場合、第１のセンサ信号が変化することを意味する。たとえば、第１の波長領域の波長が上昇すると第１の感度が増減し、このことに相応して第１の特徴的波長が上昇すると、第１の強度が一定であっても、第１のセンサ信号は増減する。第１のセンサ信号および第１の感度に関して上記で説明したことは、第２のセンサ信号および第２の感度にも当てはまる。このことにより、光センサは少なくとも前記第１の波長領域および第２の波長領域において、波長に依存する感度を有し、波長が異なると、光センサの波長依存性の感度は、人間の眼の感度に関して説明したのと同様に異なってくる。それゆえ第１のセンサ信号および第２のセンサ信号は、第１の強度ないしは第２の強度の変化の他にさらに、第１の特徴的波長の変化ないしは第２の特徴的波長の変化も考慮することができる。第１の感度および第２の感度が第１の波長依存特性ないしは第２の波長依存特性に適合されることにより、オプトエレクトロニクスデバイスの制御上の課題、とりわけ、混合光の照明印象および色印象を可能な限り一定にするという制御上の課題を、公知の制御装置より良好に解決することができる。光センサは、第１の温度依存特性および／または第１の電流依存特性および／または第１の経時変化に適合された第１の感度と、第２の温度依存特性および／または第２の電流依存特性および／または第２の経時変化に適合された第２の感度とを有するので、このような光センサによって、第１の電流および第２の電流を補正するための補正信号に必要な情報が得られ、この情報によってたとえば混合光の色座標および／または強度を制御することができる。
【００１５】
第１のセンサ信号と第２のセンサ信号との所定の比は、制御装置によって一定に維持することができる。このようにして、この制御装置によってたとえば、周辺温度および／または動作温度が変化した場合に第１のセンサ信号と第２のセンサ信号との比を一定に維持することができる。このことはとりわけ、第１のセンサ信号および／または第２のセンサ信号が変化して該第１のセンサ信号と該第２のセンサ信号との比も変化した場合、制御装置は、該第１のセンサ信号と該第２のセンサ信号との比の変化が補償されるように、第１の電流および／または第２の電流を追従制御し、ひいては第１の強度および／または第２の強度を追従制御することを意味する。第１のセンサ信号と第２のセンサ信号との所定の比はさらに、該第１のセンサ信号の強度および／または該第２のセンサ信号の強度に依存することができるので、該所定の比を第１のセンサ信号および／または第２のセンサ信号に依存して、所定のように変化させることができる。このことによってたとえば、第１の感度および第２の感度とともに混合光の色座標を、発光ダイオードの温度および／または電流供給および／または経時変化に応じて制御することが可能になる。
【００１６】
たとえば複数のＬＥＤから放射された放射強度をフォトダイオードによって測定する公知の制御装置では、通常は、放射光の強度変化しか考慮されない。それゆえ、従来の制御装置によって求められる補正信号は、測定された強度にしか依存せず、公知の制御装置は放射光の波長シフトを補償することができない。しかし、上記ですでに説明したように、制御装置によって放射強度が一定に維持されるにもかかわらず、人間の眼の感度は波長に依存するために、この波長シフトによって、知覚される色印象および照明印象は変化する。というのも、光束は一定に維持されても、波長に依存してより弱く知覚されるか、またはより強く知覚されるからである。たとえば、波長シフトが異なる複数の異なるＬＥＤを使用する場合、これらのＬＥＤの各放射強度を制御しても、ＬＥＤの温度が変化した場合には、色座標の著しく大きな変化が知覚されるようになる。というのも従来の制御装置では、複数の異なるＬＥＤの波長シフトを補償することができないからである。
【００１７】
このことに対して択一的に、制御装置が１つまたは複数の温度センサを有し、ＬＥＤの温度を測定することが公知である。このような公知の制御装置にはさらに、温度に依存してＬＥＤの駆動制御の補正値を読み出すためのテーブルまたはデータバンクが設けられている。この補正値では、個々のＬＥＤの温度依存性の強度変化の他に、各ＬＥＤの温度依存性の波長シフトも考慮される。
【００１８】
本発明のオプトエレクトロニクスデバイスの制御装置は、アナログおよび／またはデジタルの受動電子部品および／または能動電子部品を有することができ、たとえば可制御抵抗、固定抵抗、キャパシタ、コイル、トランジスタ、演算増幅器、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、およびこれらの組み合わせを有することができる。これらは単なる例である。とりわけ、制御装置をフィードバックループとして構成するか、または直接、第１の半導体光源および第２の半導体光源に電流を供給するための電流源とするか、またはこの電流源に組み込むことができる。制御装置は、比例制御器および／または積分制御器および／または微分制御器によって知られている電子部品および電子回路を含むことができる。この電子部品および電子回路は１つまたは複数の信号を、ここではとりわけ第１の信号および第２の信号を、所定のいわゆる瞬時値に対して相対的に制御するか、または、とりわけ相互に相対的に制御するように構成されている。その際には本願のセンサにより、公知の制御装置では記憶されたテーブル値によって測定値を調整するために必要とされていた構成要素を、制御装置に設けなくてもよくなる。
【００１９】
半導体光源のＬＥＤすなわちたとえば第１のＬＥＤおよび／または第２のＬＥＤは、とりわけエピタクシー積層を含むことができる。すなわち、エピタキシャル成長半導体積層を含むことができる。その際には、たとえばＩｎＧａＡｌＮをベースとしてＬＥＤを構成することができる。ＩｎＧａＡｌＮベースのＬＥＤおよび半導体積層には殊に、エピタクシー形成された半導体積層が通常は、III‐Ｖ族化合物半導体材料系であるＩｎＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮから成る材料を含有する少なくとも１つの個別層を含む異なる複数の個別層から構成された積層を有するＬＥＤおよび半導体積層が含まれる。ここでは、０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１およびｘ＋ｙ≦１である。ＩｎＧａＡｌＮをベースとする少なくとも１つの活性層を有する半導体積層はたとえば、有利には紫外線〜緑色の波長領域にある電磁放射を放出する。
【００２０】
択一的または付加的に、ＬＥＤはＩｎＧａＡｌＰをベースとしていてもよく、すなわちＬＥＤは異なる個別層を有することができ、そのうち少なくとも１つの個別層はＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＰ（但し０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１およびｘ＋ｙ≦１）のIII‐Ｖ族化合物半導体材料系からなる材料を有する。ＩｎＧａＡｌＰをベースとする少なくとも１つの活性層を有する半導体積層またはＬＥＤはたとえば、有利には緑色〜赤色の波長領域にある１つまたは複数のスペクトル成分を有する電磁放射を放出する。
【００２１】
択一的または付加的に、半導体積層またはＬＥＤは他のIII‐Ｖ族化合物半導体材料系、例えばＡｌＧａＡｓベースの材料またはII‐VI族化合物半導体材料系を有することができる。とりわけ、ＡｌＧａＡｓベースの材料を含むＬＥＤは、赤色〜赤外線の波長領域にある１つまたは複数のスペクトル成分を有する電磁放射を放出するのに適している。II‐VI族化合物半導体は少なくとも、第２主族または第２副族に属する元素と、第６主族に属する元素とを含むことができ、たとえばＢｅ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｃｄ，Ｚｎ，Ｓｎ等のうちいずれかの元素と、たとえばＯ，Ｓ，Ｓｅ，Ｔｅ等のうちいずれかの元素とを含むことができる。とりわけII‐VI族化合物半導体材料は、第２主族または第２の副族に属する少なくとも１つの元素と第６主族に属する少なくとも１つの元素とを含む、２元化合物、３元化合物または４元化合物を含む。さらに、このような２元化合物、３元化合物または４元化合物はたとえば１つまたは複数のドープ材や他の構成成分を含むこともできる。たとえばII−VI族化合物半導体材料には、ＺｎＯ，ＺｎＭｇＯ，ＣｄＳ，ＺｎＣｄＳおよびＭｇＢｅＯが属する。
【００２２】
さらに、第１のＬＥＤおよび／または第２のＬＥＤの半導体積層は基板も有することできる。この基板には、上記のIII‐Ｖ族化合物半導体材料系またはII‐VI族化合物半導体材料が成膜される。その際には基板は半導体材料を含み、たとえば上記の化合物半導体材料系を含むことができる。とりわけ基板は、サファイヤ、ＧａＡｓ，ＧａＰ，ＧａＮ，ＩｎＰ，ＳｉＣ，Ｓｉおよび／またはＧｅを含むか、またはこれらの材料から形成することができる。半導体積層は活性領域としてたとえば、従来のｐｎ接合部、ダブルヘテロ構造、単一量子井戸構造（ＳＱＷ構造）あるいは多重量子井戸構造（ＭＱＷ構造）を有することができる。本願において、量子井戸構造という用語にはとりわけ、閉じ込め（confinement）によって電荷担体のエネルギ状態を量子化することのできるあらゆる構造が含まれる。殊に、量子井戸構造の概念には量子化の次元に関する規定は含まない。したがって量子井戸構造には、とりわけ、量子箱、量子細線、量子点およびこれらの構造のあらゆる組み合わせが含まれるのである。半導体層列は活性領域の他に、別の機能層および機能領域も有することができ、たとえばｐドーピングまたはｎドーピングされた電荷担体輸送層、すなわち電子輸送層または正孔輸送層、および／または、ドーピングされていないかまたはｐドーピングまたはｎドーピングされた閉じ込め層、および／または、ドーピングされていないかまたはｐドーピングまたはｎドーピングされたクラッド層、ドーピングされていないかまたはｐドーピングまたはｎドーピングされた導波層、および／または、バリア層または平坦化層、および／またはバッファ層および／または保護層および／または電極を有するか、またはこれらの組み合わせを有することができる。活性領域または別の機能層および別の機能領域に関するこのような構造は、当業者にはとりわけ、構成、機能および構造に関して公知であるから、ここでは詳細に説明しない。
【００２３】
第１のＬＥＤおよび／または第２のＬＥＤは、たとえば薄膜発光ダイオードチップとして構成することもでき、薄膜発光ダイオードチップは殊に、以下の特徴のうち１つまたは複数を有する：
・放射を生成するエピタキシャル積層の支持エレメント側の第１の主面には反射層が被着または形成されており、この反射層はエピタキシャル積層内で生成された電磁放射の少なくとも一部をこのエピタキシャル積層に戻るよう反射させる。
・エピタキシャル層列は２０μｍまたはそれ以下の範囲、殊に１０μｍの範囲の厚さを有する。
・エピタキシャル層列は混合構造を有する少なくとも１つの面を備えた少なくとも１つの半導体層を包含し、理想的な場合にはこの面によりエピタキシャル層列内にほぼエルゴード的な光分布が生じる。すなわち、この光分布は可能な限りエルゴード確率的な散乱特性を有する。
【００２４】
薄膜発光ダイオードチップのエピタクシー積層は、成長基板上に成長した後に再ボンディングによって、支持エレメントとして形成された支持基板に移すことができる。
【００２５】
さらに、第１の半導体光源および／または第２の半導体光源、ひいては前記少なくとも１つの第１のＬＥＤおよび／または第２のＬＥＤによって混色の照明印象が生じ、とりわけ、たとえば白色の照明印象が生じるようにすることができる。こうするためには、第１のＬＥＤおよび／または第２のＬＥＤが波長変換材を含むことができる。この波長変換材は注型材または表面コーティングの形態で、第１のＬＥＤおよび／または第２のＬＥＤのエピタクシー積層の表面または上方に設けることができる。前記波長変換材は、ＬＥＤから放出された光の少なくとも一部を、より長波長の光に変換する波長変換材とすることができ、たとえば、紫外スペクトル領域から青色スペクトル領域までの光の少なくとも一部を緑色および／または黄色および／または赤色の波長領域内にある１つまたは複数のスペクトル成分を有する光に変換する波長変換材とすることができる。放出された光と変換後の光とを重畳させることにより、混色の照明印象を生じさせることができ、たとえば白色の照明印象を生じさせることができる。
【００２６】
波長変換材は、以下に挙げる材料のうちの１つまたは複数を有することができる：希土類のガーネットおよびアルカリ土類金属のガーネット、例えばＹＡＧ：Ｃｅ３＋、窒化物、ニトリドシリケート、サイオン、サイアロン、アルミン酸塩、酸化物、ハロホスフェート、オルトシリケート、硫化物、バナジウム酸塩、ペリレン、クマリン、およびクロロシリケート。さらに波長変換材は、上記の材料から成る適切な混合物および／または組成物を含むこともできる。また、波長変換材を透明なマトリクス材料に埋め込み、該マトリクス材料が波長変換材を包囲したり含有したりすることができる。この透明なマトリクス材料は例えばシリコーン、エポキシド、アクリラート、イミド、カーボネート、オレフィン、または、モノマー、オリゴマーまたはポリマーの形のそれらの誘導体、またさらにそれらとの混合物、コポリマーまたは化合物を有することができる。たとえば、マトリクス材料はエポキシ樹脂、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）またはシリコーン樹脂とすることができる。
【００２７】
さらに、波長変換材を使用せずにエピタクシー積層の材料の選択だけで、第１の半導体光源および／または第２の半導体光源ないしは第１のＬＥＤおよび／または第２のＬＥＤによって生成された光を決定することもできる。たとえば、第１の半導体光源は波長変換材との組み合わせで白色の照明印象を与え、第２の半導体光源はカラーの照明印象を与えるようにすることができ、第１の半導体光源はたとえば、青色の波長領域の光を放出するＩｎＧａＮベースの第１のＬＥＤを含むことができる。さらに第１のＬＥＤは、青色の１次光の一部を緑色または黄色または黄緑色の２次光に変換する波長変換材を含むことにより、第１の波長領域は青色および緑色のスペクトル成分を含むかまたは黄色および黄緑色のスペクトル成分を含み、緑白色から冷白色までの色印象を与えることができる。第２の半導体光源は、第２の赤色波長領域の光を放射するＩｎＧａＡｌＰをベースとする第２のＬＥＤを含むことができる。第１の波長領域および第２の波長領域を有する光を重畳することにより、所望の重み付けに応じて、オプトエレクトロニクスデバイスの混合光によって暖白色の照明印象を生じさせることができる。このことに対して択一的に第２の半導体光源は、黄色の第２の波長領域の光を生成するＩｎＧａＡｌＰをベースとする第２のＬＥＤも含むことにより、オプトエレクトロニクスデバイスが、冷白色の照明印象を有する混合光を放射することもできる。このようなオプトエレクトロニクスデバイスでは、所定の周辺温度および動作温度において、第１の半導体光源によって所望の色座標を大まかに予め選択し、第２の半導体光源によって該所望の色座標に微調整ないしは「ファインチューニング」することができる。択一的に、第１の半導体光源と第２の半導体光源とで、前記波長領域および色印象を逆にすることもできる。
【００２８】
さらに、第１の半導体光源および／または第２の半導体光源はそれぞれ、同一構成の複数の第１のＬＥＤないしは複数の第２のＬＥＤを含むことができる。
【００２９】
発光ダイオードの放射強度は通常、−４０℃〜１２５℃の典型的な周辺温度および動作温度では負の温度依存性を示す。このことは、電流が一定である場合、放射光の強度は周辺温度および動作温度の上昇とともに低下することを意味する。ＬＥＤの構成および材料選択によっては、０℃の温度でＬＥＤから放射される光の強度を１００％とすると、１００℃の温度では、ＬＥＤの放射光の強度は１０〜９０％の強度まで落ち込むことがある。さらに、波長変換材を有するか有さない材料選択および構成に応じて、０℃〜１００℃の温度領域において、ＬＥＤの特徴的波長は温度に依存して最大±５％またはそれ以上に、すなわち数ｎｍシフトする。
【００３０】
第１の強度および第２の強度を測定するかないしは第１の強度の一部または第２の強度の一部を測定するための光センサは、とりわけフォトダイオード含むかまたはフォトダイオードであり、特に有利にはシリコンベースのフォトダイオードを含むかまたはフォトダイオードである。シリコンベースのフォトダイオードは構成に応じて、可視光のすべての波長領域において高い固有感度または少なくとも十分な固有感度を有することを特徴とする。シリコンから成る典型的な広帯域フォトダイオードの場合、スペクトル感度は約３００〜約１０００ｎｍの領域内で連続的に上昇した後に下降し、構成に応じて、最大感度は約５５０〜１０００ｎｍ未満の領域にもなることがある。
【００３１】
光センサの第１の感度および第２の感度を適合するためには、該光センサは、固有強度として第１の感度および／または第２の感度を有する光活性材料を含むか、または択一的または付加的に光フィルタを含むことができる。この光フィルタは、第１の感度および／または第２の感度を調整するために、波長に依存する透過性を有することができる。このことは、光フィルタが第１の波長領域および／または第２の波長領域において第１の半導体光源ないしは第２の半導体光源の光に対して透過性となり、この透過特性は、光センサ材料固有の感度と組み合わされて、所望の第１の感度ないしは第２の感度に相応することを意味する。このことはとりわけ、透過特性が波長に依存する光フィルタと光センサ材料固有すなわちシリコン固有の感度との組み合わせにより、第１の感度および第２の感度が所望の感度になることを意味することもできる。たとえば光フィルタは、第１の波長領域および／または第２の波長領域において光センサの固有スペクトル感度と組み合わされて第１の感度および／または第２の感度を所望の感度にする吸収性および／または薄膜のフィルタを含むか、または該吸収性および／または薄膜のフィルタとすることができる。
【００３２】
光センサはたとえば、第１のセンサファセットおよび第２のセンサファセットも有することができ、第１の半導体光源から放射された第１の波長領域の光の一部は少なくとも第１のセンサファセットに入射し、第２の半導体光源から放射された第２の波長領域の光の一部は少なくとも第２のセンサファセットに入射するように構成することができる。さらに、第１のセンサファセットおよび／または第２のセンサファセットに光フィルタを配置し、光フィルタとの組み合わせによって、光センサの第１のセンサファセットの領域が第１の波長領域において第１の感度を示し、該光センサの第２のセンサファセットの領域が第２の波長領域において第２の感度を示すようにすることができる。その際には、光フィルタがたとえば第２のセンサファセットの領域において第１の波長領域および第２の波長領域を有する全体スペクトルと該第２の波長領域内の光とを区別できる場合、または、該第２の波長領域内の光を第１の波長領域内の光とも弁別できる場合、第１の半導体光源の光と第２の半導体光源の光とを光センサの活性面全体に入射させることもできる。第１のセンサファセットと第２のセンサファセットとを電気的および光学的に分離し、光センサが直接、第１のセンサ信号を第１のセンサファセットの信号として出力し、第２のセンサ信号を第２のセンサファセットの信号として出力することができる。さらに、光センサが２つの別個のフォトダイオードを含むこともできる。
【００３３】
択一的または付加的に、オプトエレクトロニクスデバイスの動作中に第１の電流および／または第２の電流を変調することができる。制御装置はこの場合、光センサの信号を周波数解析によって、たとえば公知の周波数混合手法とフィルタリング手法とによって、第１のセンサ信号と第２のセンサ信号とに分解するように構成することができる。その際には、第１の電流の変調周波数と第２の電流の変調周波数は異なるか、または両電流のうち１つのみを変調することができる。とりわけ、第１の電流および／または第２の電流をオンオフによって振幅変調し、たとえば方形波信号の形態で振幅変調することができる。
【００３４】
光フィルタを用いてスペクトル解析を行いかつ／または第１の電流および／または第２の電流が変調されている場合には周波数解析を行う上記の実施形態により、光センサは第１の半導体光源の光と第２の半導体光源の光とを「区別」することが可能になる。このことにより、スペクトロメータおよびデジタル評価ソフトウェアを用いる面倒な手法を必要とせずに、光センサ自体が第１の半導体光源の光と第２の半導体光源の光とを処理して所望のセンサ信号を得て、所望のスペクトル情報を有利な制御パラメータに「集約」させることができる。
【００３５】
光センサの感度のスペクトル依存特性が異なることにより、混合光の温度依存特性に対して、とりわけ該混合光の色座標の温度依存特性に対して、異なる制御タスクを実現することができる。とりわけ、混合光の色座標の温度依存特性および／または電流依存特性および／または経時変化依存特性が可能な限り小さくなるようにすることを、上記のオプトエレクトロニクスデバイスの目的とすることができる。
【００３６】
その際にはたとえば、第２の特徴的波長をＶλ曲線の下降エッジの領域内にすることができる。このことは、第２の特徴的波長が緑色〜赤色の波長領域において約５５０ｎｍを上回ることを意味する。第１の特徴的波長をたとえば青色〜緑色の波長領域内とし、オプトエレクトロニクスデバイスの混合光の照明印象が白色となるようにすることができる。とりわけ、第１の特徴的波長はたとえば約４００〜５５０ｎｍの領域においてＶλ曲線の上昇エッジまたは最大値にくるようにすることができる。
【００３７】
人間の眼のスペクトル感度に関する上記実施形態により、第２の特徴的波長がＶλ曲線の下降エッジの領域内にある場合は、波長に依存する第２の感度の勾配は、第２の波長領域内のＶλ曲線の勾配と等しくなることが分かる。というのも当業者であれば、Ｖλ曲線に適合されたこのような感度により、波長に依存する人間の眼の知覚を補償できることが直観的に分かるからである。以下では、波長に依存するＶλ曲線の勾配と、波長に依存する第１の感度および第２の感度の勾配とを対比する場合、特記しない限りは、Ｖλ曲線のスペクトル依存特性と第１の感度および第２の感度のスペクトル依存特性とは最大値１に正規化されていることを前提とする。その際には、波長に依存するＶλ曲線の平均勾配は、６００〜６５０ｎｍの波長領域では約−１％／ｎｍである。
【００３８】
しかし驚くべきことに、波長に依存する勾配が第２の波長領域におけるＶλ曲線の勾配と異なる第２の感度により、温度依存特性および経時変化依存特性を可能な限り小さくするという観点で混合光の色座標の制御を改善できることが明らかになった。とりわけ、第２の特徴的波長が温度上昇とともに高くなる場合、特に有利には、波長に依存する第２の感度の平均勾配と第２の波長領域におけるＶλ曲線の波長依存性の勾配の平均との比が１未満であることが有利であることが判明している。このことは換言すると、波長が上昇するときの第２の感度の低減は、Ｖλ曲線の低減よりも緩慢であることを意味する。とりわけ、波長に依存する第２の感度の平均勾配と第２の波長領域におけるＶλ曲線の波長依存性の勾配の平均との比は０．８以下かつ０．２以上であり、特に有利には約０．５である。
【００３９】
ここで開示されたオプトエレクトロニクスデバイスはとりわけ、０℃以上かつ６０℃以下の温度領域において、有利には１００℃以下の温度領域において、特に有利には−４０℃以上かつ１２５℃以下の温度領域において、該オプトエレクトロニクスデバイスが放射する混合光の温度依存性の色座標が中間的な色座標の周りで、該中間的な色座標を含むマクアダム楕円の長軸に沿ってシフトするように構成することができる。その際には、この色座標シフトおよび中間的な色座標を、オプトエレクトロニクスデバイスの温度がたとえば０℃の場合に放出される混合光の第１の色座標と、たとえば６０℃または１００℃の温度で放出される混合光の第２の色座標とによって表すことができる。このように温度に依存する色座標シフトは１次近似で、第１の色座標と第２の色座標との間を接続する接続線によって表すことができる。「長軸に沿って」とは本願では、前記接続線をマクアダム楕円の長軸に幾何学的に投影したものが、該接続線を該マクアダム楕円の短軸に幾何学的に投影したものより長いことを意味する。特に有利には、前記接続線ひいては混合光の色座標シフトは、該色座標を含むマクアダム楕円の長軸に対して平行であるか、または近似的に平行である。マクアダム楕円の中心点ないしは基準色座標から長軸に沿って生じる色座標シフトは、マクアダム楕円の短軸に沿って同数の色座標差で生じる色座標シフトよりも知覚しにくい。
【００４０】
オプトエレクトロニクスデバイスはケーシングまたはプリント基板を備えることができ、該ケーシング内または該プリント基板上に、第１の半導体光源と第２の半導体光源と光センサとが配置される。前記ケーシングはプラスチックを含むことができ、とりわけ熱可塑性プラスチックまたはデュロプラスチックを含むことができる。たとえば前記ケーシングは、トランスファモールド法、射出成形法、圧縮成形法、切削、ソーイング、フライス加工等の成形法によって作製するか、またはこれらの成形法の組み合わせによって作製することができる。プラスチックはシロキサンおよび／またはエポキシ基を含むことができ、たとえばシリコーン、エポキシ樹脂とするか、または、シリコーンとエポキシドとから成る混合物またはコポリマーから生成された混成材料とすることができる。択一的または付加的に、プラスチックはポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリアクリレート、ポリカーボネートおよび／またはイミド基を含むこともできる。ケーシングはたとえば凹部を有し、該凹部内に少なくとも第１の半導体光源および第２の半導体光源が配置され、該凹部を介して第１の波長領域の光が放射されるように構成することができる。光センサも前記凹部内に配置することができる。
【００４１】
前記ケーシングはさらに、前記第１の半導体光源および第２の半導体光源および光センサを電気的にコンタクトするためのリードフレームを有することもできる。前記リードフレームをケーシングに組み込むことができ、その際には、該リードフレームを包囲するようにケーシング本体が成形、囲繞および／または注封される。リードフレームは、第１の半導体光源と第２の半導体光源と光センサとを取り付けるための１つまたは複数の実装領域を有することができる。その際にはリードフレームは、第１の半導体光源、第２の半導体光源および光センサの電気的コンタクトを行うために複数の電気的接続手段を有することができる。この電気的接続手段は、たとえばボンディングパッドまたは実装面である。このような実装領域により、とりわけ、適切な配線を行い、第１の半導体光源および第２の半導体光源と場合によっては光センサとを外部の電流供給源や電圧供給源および／または制御装置に電気的に接続することができるようになる。前記実装領域はたとえば、リードフレームの実装面とすることができる。第１の半導体光源と第２の半導体光源と光センサとをこのようにケーシング内に配置することにより、コンパクトかつ省スペースのオプトエレクトロニクスデバイスを実現することができる。
【００４２】
さらにオプトエレクトロニクスデバイスは、第３の発光ダイオードを含む第３の半導体光源を有することができる。前記第３の発光ダイオードは、動作中に第３の電流を印加されると、第３の波長領域内にある第３の特徴的波長と第３の強度とを有する光を放射する。前記第３の波長領域は、第１の波長領域および第２の波長領域と異なることができる。前記第３の特徴的波長および第３の強度は、第３の温度依存特性および／または電流依存特性および／または経時変化を示すことができる。とりわけ第３の半導体光源の光の一部を、第３の波長領域において前記第３の半導体光源の第３の温度依存特性および／または電流依存特性および／または経時変化に適合された第３の波長依存性感度を有する光センサに入射させることができる。とりわけ制御装置は、前記第１のセンサ信号と第２のセンサ信号と第３のセンサ信号とのそれぞれ２つのセンサ信号間の比が所定の比となるように、該第１の電流と第２の電流と第３の電流とを制御することができる。
【００４３】
前記第３の半導体光源および第３のＬＥＤは、前記第１の半導体光源および前記第２の半導体光源と前記第１のＬＥＤおよび前記第２のＬＥＤとに関して上記で説明した１つまたは複数の特徴を有するか、またはこれら特徴の組合せを含むことができる。前記光センサの第３の感度は、第３の波長領域内にある該光センサの固有感度自体によって実現するか、または、該光センサと上記で説明したような光フィルタとを組み合わせることによって実現することができる。とりわけ光センサは、第３のセンサファセットおよび／または上記の別の特徴を有することもできる。
【００４４】
以下で図１Ａ〜１１Ｂを参照して説明する実施形態から、本発明の別の利点および有利な実施形態を導き出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１Ａ】Ｖλ曲線を概略的に示すグラフである。
【図１Ｂ】ＣＩＥ標準表色系を概略的に示す図である。
【図１Ｃ】ＣＩＥ標準表色系を概略的に示す図である。
【図２】ＣＩＥ標準表色系を概略的に示す図である。
【図３】一実施例による第１のＬＥＤおよび第２のＬＥＤの温度依存特性を示すグラフである。
【図４】別の実施例によるオプトエレクトロニクスデバイスを概略的に示す図である。
【図５】別の実施例による光センサを概略的に示す図である。
【図６】オプトエレクトロニクスデバイスの色座標シフトを概略的に示す図である。
【図７】別の実施例による光センサの感度と、該感度によって生じるオプトエレクトロニクスデバイスの混合光の温度依存特性の色座標シフトとを概略的に示す図である。
【図８】別の実施例による光センサの感度と、該感度によって生じるオプトエレクトロニクスデバイスの混合光の温度依存特性の色座標シフトとを概略的に示す図である。
【図９】別の実施例による光センサの感度と、該感度によって生じるオプトエレクトロニクスデバイスの混合光の温度依存特性の色座標シフトとを概略的に示す図である。
【図１０】別の実施例による光センサの感度と、該感度によって生じるオプトエレクトロニクスデバイスの混合光の温度依存特性の色座標シフトとを概略的に示す図である。
【図１１Ａ】別の実施例によるオプトエレクトロニクスデバイスを示す図である。
【図１１Ｂ】図１１Ａの実施例によるオプトエレクトロデバイスの光センサの第１の感度および第２の感度および第３の感度とを概略的に示す図である。
【００４６】
実施例および図面において、同じ構成素子または同機能の構成要素には同じ参照符号を付してある。ここに図示された要素および該要素相互間のサイズ比は、基本的に実際のサイズ比率どおりであると見なすべきではない。むしろ、たとえば層、構成部品、素子および領域等の個々の要素は、より良好に見やすくし、かつ／または理解しやすくするため、過度に厚く、ないしは過度に大きく図示されていることがある。
【００４７】
図１Ａには、冒頭に述べたように、４００〜７００ｎｍの波長領域におけるいわゆるＶλ曲線９００を示している。同図では、人間の眼の平均的なスペクトル感度Ｒをｙ軸に、任意単位で示している。以下の実施例では、波長に依存するＶλ曲線の勾配と、波長に依存するＶλ曲線の勾配についての記述、および／または、Ｖλ曲線の波長依存性の勾配と第１の感度および第２の感度の波長依存性の勾配とを対比する場合、特記しない限りは、Ｖλ曲線のスペクトル依存特性と第１の感度および第２の感度のスペクトル依存特性とは最大値１に正規化されていることを前提とする。このことは、Ｖλ曲線の波長依存性の勾配に関する記載は、約５５５ｎｍにおける最大値が１のスペクトル感度Ｒを有する、１に正規化されたＶλ曲線を１を基準としていることを意味する。このように正規化されたＶλ曲線では、波長に依存するＶλ曲線の平均勾配は、６００〜６５０ｎｍの波長領域では約−１％／ｎｍである。
【００４８】
以下の実施例では、少なくとも１つの第１のＬＥＤ１１を有し冷白色〜黄緑色の照明印象を生じさせる第１の半導体光源１について説明する。ここでは、前記少なくとも１つの第１のＬＥＤ１１は、本発明の全般的な説明部分において説明したように、単に一例として、ＩｎＧａＮをベースとする青色発光エピタクシー積層を有し、該青色発光エピタクシー積層には、黄緑光を放出する波長変換材が設けられている。色座標のｘ座標は、約０．３６〜０．３７の領域内にあり、ｙ座標は０．４２〜０．４４の領域内にあり、第１のＬＥＤ１１の第１の特徴的波長は約５６５ｎｍである。オプトエレクトロニクスデバイスから放射される混合光を暖白色にするためには、少なくとも１つの第２のＬＥＤ２１を有する下記の第２の半導体光源２を設ける。この第２の半導体光源２は、約６１０ｎｍの第２の特徴的波長を含む橙赤色〜赤色の第２の波長領域で光を放出する。ＬＥＤを用いて暖白色の混合光を生成するためには、通常は、青色発光エピタクシー積層の他に赤色波長変換材も併用する。しかし、赤色光を放出する波長変換材の放出帯域幅は典型的には広いので、眼の感度が非常に低くなる波長領域のパワーは大きい。すなわち、図１ＡのＶλ曲線９９０に示されているように、約６４０ｎｍ以上の領域におけるパワーは大きい。それゆえ有利には、以下で説明するオプトエレクトロニクスデバイスの実施例では、赤色光を放出する付加的な波長変換材を使用しない。むしろ第２の波長領域を有する光は、赤色光を放出する付加的な波長変換材を使用せずに、ＩｎＧａＡｌＰをベースとする少なくとも１つの第２のＬＥＤ２１のエピタクシー積層の材料によって生成される。
【００４９】
第２の半導体光源２と、赤色光を直接生成する第２のＬＥＤ２１とを使用することにより、第２の波長領域を、６４０ｎｍ未満の良好に知覚できる赤色波長領域により良好に選択できるようになる。このことにより、以下で説明するオプトエレクトロニクスデバイスでは、図中の白色光を放出する第１の半導体光源１と赤色光を放出する第２の半導体光源２とを組み合わせることにより、１００ｌｐＷより高い効率を実現することができ、なおかつ、９０を上回る高い演色評価数を実現することもできる。
【００５０】
ここで単に一例として説明した黄緑色〜白色で放出する第１の半導体光源１と赤色光を放出する第２の半導体光源２との組み合わせの他に択一的に、混合光の色印象および照明印象を別の色印象および照明印象にしたい場合には、放出スペクトルが別の第１の波長領域内にある第１の半導体光源と、放出スペクトルが別の第２の波長領域内にある第２の半導体光源との任意の別の組み合わせを使用することもできる。その際に、本発明の実施可能なすべてのオプトエレクトロニクスデバイスに共通する点は、少なくとも１つの第１の半導体光源と少なくとも１つの第２の半導体光源とによって生成され放射される混合光の制御および色座標の安定化の基本的思想である。
【００５１】
とりわけ、以下で説明する実施例はすべて、白色光の品質を上昇させるために白色点を良好に制御できるようにするいわゆる多色システムを構成するために少なくとも１つの第１の半導体光源と少なくとも１つの第２の半導体光源とを有する。このことによってたとえば、少なくとも１つの第１の波長領域と少なくとも１つの第２の波長領域とを有する混合光、または、色印象が青色、白色、橙色、赤色および／または深紅色の照明印象や色印象を生じさせるより多くの波長領域を有する混合光を放射するオプトエレクトロニクスデバイスが実現される。
【００５２】
図１Ｂには、当業者に公知であるＣＩＥ標準表色系を示しており、該ＣＩＥ標準表色系では、ｘ色座標は水平軸に示されており、ｙ色座標は垂直軸に示されている。ここでは線９００は、複数の異なる温度でのプランク黒体放射源のいわゆる白色曲線を示している。この白色曲線は当業者に知られているものである。これらの温度は色温度とも称される。十字Ｅは、ｘ色座標とｙ色座標が等しくｘ＝ｙ＝０．３３である（数学的な）白色点を表しており、これは、５５００Ｋの色温度にほぼ相当する。
【００５３】
さらに図１Ｂには、０℃〜５０℃の複数の異なる周辺温度での上記の第１のＬＥＤ１１の色座標９０１を示しており、この第１のＬＥＤ１１の放出スペクトルは、緑白色の第１の波長領域内にある。色座標９０１の横の矢印は、０℃〜５０℃の周辺温度が上昇した場合の色座標の変化を示す。放出スペクトルが赤色の第２の波長領域内にある上記の第２のＬＥＤ２１についても、０℃〜５０℃の同じ温度領域における色座標９０２を示している。この色座標９０２に関しても、周辺温度が上昇した場合の色座標の変化を矢印によって示している。
【００５４】
図１Ｂに対して付加的に、図３Ａには、単位℃の周辺温度Ｔの変化とともに生じる第１のＬＥＤ１１の第１の強度の変化を曲線９３１によって示し、第２のＬＥＤ２１の第２の強度の変化を曲線９３２によって相対単位で示しており、これら２つの強度は相対単位で表されている。ここでは、各ＬＥＤの動作温度は一定に維持していることを前提としている。図３Ｂには、単位℃で表された周辺温度Ｔに依存する、第１の波長領域の第１の特徴的波長λの変化と第２の波長領域の第２の特徴的波長λの変化とを単位ｎｍで示しており、第１のＬＥＤ１１では第１の特徴的波長λの変化を曲線９４１によって示しており、第２のＬＥＤ２１では第２の特徴的波長λの変化を曲線９４２によって示している。
【００５５】
図３Ａおよび３Ｂから、赤色光を放出する第２のＬＥＤ２１の第２の特徴的波長は、周辺温度が上昇するとより大きな波長λにシフトし、それと同時に放出光の強度は約４０％損失することが分かる。第２のＬＥＤ２１とは対照的に、第１のＬＥＤ１１の第１の特徴的波長は幾らか短い波長にシフトする。この原因は、温度が上昇すると第１のＬＥＤ１１の波長変換材の効率が低下することにある。このことにより、第１のＬＥＤから放射され変換される光は低減し、変換される光の割合が低減することにより、色印象はより青色になる。それと同時に、第１のＬＥＤ１１から放射される第１の強度は２０％未満だけ低下する。それゆえ図中の実施例では、第１のＬＥＤ１１は第２のＬＥＤ２１と比較して温度安定性であることが明らかであり、第１のＬＥＤ１１の第１の特徴的波長および第１の強度の第１の温度依存特性は、第２の特徴的波長および第２の強度の第２の温度依存特性と比較して小さくなる。
【００５６】
第１の電流と第２の電流との予め選択された比に相当する各動作電流が一定であり、かつ、図中に示された第１の温度依存特性を有する第１のＬＥＤ１１から放出された光と図中に示された第２の温度依存特性を有する第２のＬＥＤ２１から放出された光との重畳が制御されずに行われる場合、該第１のＬＥＤ１１の光と該第２のＬＥＤ２１の光とから得られる混合光は温度依存性になり、該混合光の色座標９０３は、図１Ｂの線９１１および９１２で示される領域内になる。ここでは、周辺温度が０℃から５０℃に上昇すると、混合光の照明印象はより高い色温度ないしはＣＣＴにシフトすることが明らかである。
【００５７】
ここでは、第１のＬＥＤ１１および第２のＬＥＤ２１にさらに生じる経時作用は未だ考慮されていない。この経時作用もまた、各ＬＥＤの放射強度および特徴的波長および波長領域が変化する原因となる。
【００５８】
とりわけここでは、チップの種類が異なると混合光の色座標に大きなばらつきを生じさせるいわゆる初期経時変化を考慮すべきである。さらに、制御されない混合光の色座標９０３は、線９１１および９１２によって示された領域において、第１の電流と第２の電流との予め選択された比が変化することよってシフトすることにも留意されたい。
【００５９】
図２に、図１ＢのＣＩＥ標準表色系のうち、０．４０〜０．４８のｘ色座標の領域と０．３７〜０．４３のｙ色座標の領域にある一部を示す。ここでは、制御されない混合光の色座標９０３が温度に依存することが明らかに分かる。このことを前提として、以下の実施例では、第１のＬＥＤ１１の第１の強度と第２のＬＥＤ２１の第２の強度との比を制御した場合、第１の特徴的波長および第２の特徴的波長がそれぞれ温度に依存することにより、１つの色座標９０３に制御することはできないが、第１の半導体光源１がさらされる温度ゆらぎと第２の半導体光源２がさらされる温度ゆらぎとは等しく特に有利には両半導体光源の動作温度が等しいことを前提とすると、以下で説明するオプトエレクトロニクスデバイスでは、制御することによってたとえば色座標のシフトが０℃の周辺温度の場合の色座標９２１と５０℃の周辺温度の場合の色座標９２２とを接続する接続線９２０に沿って生じる場合、色座標９０３の温度依存性を低減することができるという考察を基礎とする。これ以降は、すべてのＬＥＤにおいて温度が等しいことを前提とする。ここでは接続線９２０は、線９１１と線９２１との間に存在し、数学的な観点のみでは色座標シフトが最小になるように選択される。さらに、接続線９２０はマクアダム楕円の長軸に沿って延在し、該マクアダム楕円が該接続線９２０の中心点９２３を囲んでいる。分かりやすくするため、図１Ｃ中のＣＩＥ標準表色系では、幾つかのマクアダム楕円を約１０倍に拡大して示している。マクアダム楕円の長軸に沿って制御することにより、本発明の一般的な説明部分で説明したように、混合光の色座標９０３の色座標変化をより知覚しにくくすることができる。図２に示された接続線９２０は単なる一例である。この例の他に択一的に、第１の強度および第２の強度の温度依存性の変化を適切に制御して補償することにより混合光の色座標依存性を所望の依存性にするために考えられる、線９１１上の第１の点と線９１２上の第２の点とを繋ぐ接続線は他にも存在する。
【００６０】
したがって、上述の第１の半導体光源と第２の半導体光源とを有するオプトエレクトロニクスデバイスの混合光の上記のような所望の制御を実現するために、図３Ａおよび３Ｂに示されたＬＥＤ１１，２１の温度依存性も、図１ＡのＶλ曲線に示された人間の眼の波長依存性のスペクトル感度も考慮する、可能な限り簡単な実施形態が望まれる。
【００６１】
このことに関しては、図４Ａに、一実施例のオプトエレクトロニクスデバイス１００が概略的に示されている。この実施例のオプトエレクトロニクスデバイスは、上記の第１のＬＥＤ１１を有する第１の半導体光源１と、上記の第２のＬＥＤ２１を有する第２の半導体光源２とを有する。一例として、同図中の実施例では第１の半導体光源１は１つの第１のＬＥＤ１１を有し、第２の半導体光源２は１つの第２のＬＥＤ２１を有する。このことに対して択一的に、第１の半導体光源１および／または第２の半導体光源２は、複数の第１のＬＥＤ１１ないしは複数の第２のＬＥＤ２１を含むこともできる。オプトエレクトロニクスデバイス１００の動作中には、第１の半導体光源１に第１の電流４１が供給され、第２の半導体光源２に第２の電流４２が供給される。
【００６２】
オプトエレクトロニクスデバイス１００はさらに光センサ３を有し、該光センサ３には、第１の半導体光源１から放射された光の一部１１０と、第２の半導体光源２から放射された光の一部２１０とが入射する。光センサ３は第１の波長領域では、波長に依存する第１の感度を示し、第２の波長領域では、波長に依存する第２の感度を示す。第１の半導体光源１の光の一部１１０と第２の半導体光源２の光の一部２１０とが光センサ３によって、第１のセンサ信号３４１と第２のセンサ信号３４２とに変換される。第１の感度および第２の感度が波長に依存することから、各センサ信号の信号強度は各半導体光源１，２から放射された光の一部１１０，２１０の波長領域ないしは特徴的波長および強度に依存する。第１の電流４１と第２の電流４２との比を初めに決定すること、ないしは、第１のセンサ信号３４１と第２のセンサ信号３４２との比を選択することにより、予め選択された動作条件で混合光の色座標を中間的な色座標に調整することができる。その際には、中間的な色座標をさらに、第１の半導体光源１に含まれる第１のＬＥＤ１１の適切な数および／または第２の半導体光源２に含まれる第２のＬＥＤ２１の適切な数によって予め選択することもできる。
【００６３】
オプトエレクトロニクスデバイス１００は制御装置４も有し、該制御装置４は、第１のセンサ信号３４１と第２のセンサ信号３４２との比が予め決定された比になり、たとえば一定に維持されるように、第１の電流４１および第２の電流４２を制御する。こうするためには、制御装置４はアナログおよび／またはデジタルの電子的受動素子および電子的能動素子と電子回路とを有する。これらはたとえば、１つまたは複数の集積回路で具現化することができる。たとえば比例制御器（Ｐ制御器）方式で動作するこのような制御回路、たとえばさらに積分制御（ＰＩ制御器）および／または微分制御（ＰＤ制御、ＰＩＤ制御）で動作するこのような制御回路は、当業者に公知であるから、これ以上は詳細に説明しない。とりわけ、制御装置４は図中の実施例では、第１の半導体光源１および第２の半導体光源２に対する電流ドライバとして構成することができ、第１の電流４１および第２の電流４２を第１の半導体光源１および第２の半導体光源２に対して直接供給する。
【００６４】
図４Ｂに、上記の実施例のオプトエレクトロニクスデバイスの一部を示す。第１の半導体光源１と第２の半導体光源２と光センサ３とは１つのケーシング８内に配置されている。このケーシング８は一例として、表面実装用ケーシングとして形成されている。ケーシング８はプラスチックを含んでおり、たとえばエポキシドおよび／またはシリコーンを含んでおり、たとえば、本発明の一般的な説明において説明したような成型工程によって作製することができる。さらにケーシング８は、第１の半導体光源１および第２の半導体光源２ならびに光センサ３の電気的接続ないしはコンタクトを行うためのリードフレーム８１を備えている。
【００６５】
前記リードフレーム８１には、ケーシング８のプラスチック材料が該リードフレーム８１を包囲するように成形され、該リードフレーム８１は、ケーシング８内に配置された部品のコンタクトを行うのに適した端子トポグラフィを有する（図示されていない）。
【００６６】
第１の半導体光源１および第２の半導体光源２ならびに光センサ３は、ケーシング８の凹部８２内に配置されている。さらに、凹部８２内にはたとえば、半導体光源１，２と光センサ３とを保護するための透明プラスチック注型部を設けることができる（図示されていない）。このことに対して択一的に、半導体光源１，２と光センサ３とをリードフレーム８１に取り付け、その後、これらをケーシングのプラスチック材料が包囲するように該プラスチック材料を成形することもできる。その際には、ケーシング８も透明であり、凹部８２なしで形成することができる。図４Ａには、第１の半導体光源１から放射され光センサ３に入射した光の一部１１０と、第２の半導体光源２から放射され該光センサ３に入射した光の一部２１０とが示されており、これらの光の一部は図中の構成ではそれぞれ、第１のＬＥＤ１１または第２のＬＥＤ２１から側方に放射された光、すなわち実装面に対して平行に放射された光の一部を含むことができる。
【００６７】
図中の実施例では、第１の半導体光源１と第２の半導体光源２とはケーシング８およびリードフレーム８１によって熱的にコンタクトしている。その際には、ケーシング８と、とりわけリードフレーム８１とがヒートシンクとして機能し、このヒートシンクによって、半導体光源１および２の温度分布が均質になる。このことにより、半導体光源１および２に生じる自己加熱作用を低減し、両半導体光源１，２がさらされる温度および温度変化を可能な限り等しくなるようにすることにより、オプトエレクトロニクスデバイス１００の振舞いを再現可能にすることができる。
【００６８】
第１の半導体光源１および第２の半導体光源２ならびに光センサ３をケーシング８内に配置することにより、特にコンパクトな構成が実現される。制御装置４を別のケーシング内に配置するか、または、制御装置４を集積回路の形態で構成し、ケーシング８内に配置することができる。こうするためには、ケーシング材料が制御装置４をたとえばリードフレーム８とともに包囲するように、該ケーシング材料を成形することができる。
【００６９】
図４Ａないしは図４Ｂに示されたオプトエレクトロニクスデバイス１００の光センサ３は、図中の実施例ではシリコンフォトダイオード３０を含む。このシリコンフォトダイオード３０の詳細を、図５Ａおよび５Ｂの２つの実施例に示しており、概観しやすくするため、たとえば電気的端子は示されていない。上記の実施形態では、光センサ３の第１の感度および第２の感度は第１の半導体光源１の第１の温度依存特性および第２の半導体光源の第２の温度依存特性に適合されている。光センサ３の両感度の適合は、フォトダイオード３０自体のセンサ材料を適切に選定することによって行うことができる。しかし図中の実施例では、活性面が少なくとも３００μｍ×３００μｍである標準的なフォトダイオード３０、たとえば、浜松ホトニクス株式会社から市販されており固有感度が半導体光源１，２の第１の波長領域および第２の波長領域において第１の半導体光源１の第１の温度依存特性および第２の半導体光源２の第２の温度依存特性に適合されていない標準的なフォトダイオード３０が使用されている。
【００７０】
それゆえ、図５Ａの実施例では光センサ３は、感光性の活性面上に光フィルタ３１を有する。この光フィルタ３１は、第１の波長領域内にある光と第２の波長領域内にある光とに対して透過性であり、このような光フィルタ３１の透過性により、フォトダイオード３０の固有感度との組合せで、波長に依存する第１の感度および第２の感度が所望の感度になる。第１の半導体光源１から光センサ３に大面積で入射された光の一部１１０ないしは第２の半導体光源２から光センサ３に大面積で入射された光の一部２１０は、フォトダイオード３０によって電気信号に変換される。この電気信号から第１のセンサ信号３４１および第２のセンサ信号３４２を得るためには、第１の電流４１と第２の電流４２とを２つの異なる周波数で電流のオンオフを行うことにより振幅変調する。制御装置４は復調を行うために、適切な周波数混合回路およびフィルタリング回路を有する。これらの回路は当業者には周知であり、ここでは詳細に説明しない。
【００７１】
このような構成に対して択一的または付加的に、図５Ｂに示されているように、光センサ３は第１のセンサファセット３２および第２のセンサファセット３３を有し、これらのセンサファセットは光学的および電気的に相互に分離されている。両センサファセットの電気的分離はたとえばフォトダイオードアレイによって実現されるか、または、フォトダイオード３０のパターニングによって活性領域３０１と３０２とを分離することにより実現される。図中の実施例では両センサファセットの光学的分離は、第１の波長領域において透光性である領域３１１と第２の波長領域において透光性である領域３１２とを有する光フィルタ３１によって実現される。このことにより、第１の波長領域を有する光の一部１１０と第２の波長領域を有する光の一部２１０とを光フィルタ３１によって弁別し、第１のセンサファセット３２が第１のセンサ信号３４１を生成し、第２のセンサファセット３３が第２のセンサ信号３４２を別個に生成することができる。
【００７２】
次の図では、光センサ３の波長依存性の第１の感度および第２の感度が異なる複数の実施例におけるオプトエレクトロニクスデバイス１００の制御特性を示す。ここでは、オプトエレクトロニクスデバイス１００から放射された混合光の温度依存性の色座標の変化を周辺温度に依存して調べた。比較対照のために、ＣＩＥ標準表色系の以下の抜粋では常に、図１Ｂ〜３Ｂを参照して説明した、第１の半導体光源１の光と第２の半導体光源２の光とが制御されずに重畳されたときの温度依存性の色座標変化９０３も示す。とりわけ、各矢印はそれぞれ、５℃幅および１０℃幅で周辺温度が０℃から６０℃まで上昇した場合の色座標のシフトを示す。
【００７３】
図６Ａおよび６Ｂには、光センサ３として市販のシリコンフォトダイオード（たとえば浜松ホトニクス株式会社のシリコンフォトダイオード）を使用した場合のオプトエレクトロニクスデバイスの制御特性を示す。図６Ａには、広帯域フォトダイオードを使用した場合の制御特性を色座標変化９６１によって表している。この広帯域フォトダイオードの固有感度は、約３００ｎｍ〜約１０００ｎｍまで連続的に上昇した後、約１０００ｎｍを上回り約１１００ｎｍまでの波長では急激に下降する。それに対して図６Ｂには、いわゆるＶＩＳフォトダイオードを使用した場合の制御特性を色座標変化９６２によって表している。このＶＩＳフォトダイオードの感度は約５５０ｎｍで最大になり、短波長側では約３００ｎｍまで急速に下降し、長波長側では約８００ｎｍまで急速に下降する。
【００７４】
両制御特性は、色座標シフト９６１，９６２が実質的に白色曲線９００に沿って生じることを示している。色座標９０３によって示された制御されない実施形態と比較して、色座標シフトは部分的に補償されるものの、十分には補償されない。その理由はとりわけ、赤色の第２の波長領域において眼の感度が下降することは考慮されておらず（図１Ａも参照されたい）、温度が上昇すると第１の半導体光源１の第１の特徴的波長はより短い波長にシフトし、第２の半導体光源２の第２の特徴的波長は上述のようにより長い波長にシフトするからである。それゆえ、上記の固有感度を有する従来のシリコンフォトダイオードを使用すると、制御特性が不十分となる。
【００７５】
図７Ａに、図５Ａに示された光センサ３の感度を曲線９７１で示している。この光センサ３はいわゆる周辺光検出器（"ambient light detector", ALD）として構成されており、人間の眼の波長依存性の感度を再現する。それゆえ、感度ないしは感度曲線９７１は図１ＡのＶλ曲線９９０に相当する。このことを実現するために、光センサ３は適切な光フィルタ３１を備えており、該光フィルタ３１はシリコンフォトダイオード３０の固有感度と共働して、図７Ａに示された感度９７１を実現する。感度曲線９７２は、適切な領域３１２を有する光フィルタ３１を使用した場合に、図５Ｂに示された択一的な光センサ３の第２のセンサファセット３３によって実現される相応の感度を示す。
【００７６】
図７Ｂに、このような光センサ３を使用した場合のオプトエレクトロニクスデバイスの制御特性を、図６Ａおよび６Ｂと同様に色座標シフト９７３によって示す。それによれば、光センサの感度９７１ないしは９７２によって、制御特性が、図６Ａおよび６Ｂに示された制御特性から格段に偏差し、このような制御特性により、混合光の温度依存特性の制御が白色曲線９００に対してほぼ垂直になるようにすることができる。
【００７７】
図２に関する上記説明を鑑みると、この実施例では、オプトエレクトロニクスデバイスから放射された混合光の温度依存性の色座標シフトが過剰補償されることが分かる。オプトエレクトロニクスデバイスから放射される光の温度依存性の色座標シフトが知覚されるのが最小限になるように、該オプトエレクトロニクスデバイス１００の制御特性を実現するために、適切な光センサ３の感度を図８Ａに示す。図８Ａは、ＡＬＤ検出器として構成された光センサ３の感度ないしは感度曲線９８１がＶλ曲線９９０に対して修正されているのを示している。この光センサ３は、第２の半導体光源２の赤色の第２の波長領域において、該第２の波長領域におけるＶλ曲線９９０の波長依存性の勾配と異なる波長依存性の勾配を有する第２の感度を有する。とりわけ、長波長側において生じる感度曲線９８１の下降はＶλ曲線９９０の下降より緩慢であり、約６００〜６５０ｎｍの第２の波長領域における第２の感度の波長依存性の勾配の平均とＶλ曲線９９０の波長依存性の勾配の平均との比は１未満になる。感度曲線９８２は、図５Ｂに示された光センサ３の第２のセンサファセット３３の第２の感度を示す。図８Ｂは、上述のような光センサ３を使用した場合のオプトエレクトロニクスデバイス１００の制御特性を、放射された混合光の色座標９８３の温度依存性の変化で示す。色座標９８３は、中間の温度では中間的な色座標を有し、温度が変化すると色座標９８３は、前記中間的な色座標を含むマクアダム楕円の長軸に沿って動く。図２と併せて上記実施形態を鑑みると、第１の感度および第２の感度が第１の半導体光源１の温度特性および第２の半導体光源２の温度特性に適合された光センサ３により、該第１の半導体光源１および第２の半導体光源２の簡単な制御が可能になり、オプトエレクトロニクスデバイスから放射される混合光の温度依存性の色座標シフトが、所望の最低限の色座標シフトになるようにできることが分かる。
【００７８】
図９Ａ〜１０Ｂには、放射される混合光の温度依存性の色座標シフトでオプトエレクトロニクスデバイス１００の制御特性を示すシミュレーションが示されている。ここでは、オプトエレクトロニクスデバイス１００の光センサ３の第１の感度と第２の感度とは異なる。ここでは上述の実施例と対照的に、図９Ａ〜１０Ｂに示された光センサ３の感度９９１，９９２，９９３，１００１，１００２，１００３は一例として、同様に図９Ａ〜１０Ｂに示されたＶλ曲線９９０のように１に正規化された三角形関数であると仮定される。
【００７９】
図９Ａに示された波長依存性の感度９９１，９９２および９９３は、５７０ｎｍで１の最大感度を有するのに対し、図１０Ａに示された波長依存性の感度１００１，１００２および１００３は６００ｎｍで１の最大感度を有する。ここで図示されたすべての感度ないしは感度曲線では、シミュレート対象である光センサ３の感度は４００ｎｍから最大感度まで線形に上昇する。６００ｎｍの波長では−２％／ｎｍであるＶλ曲線の波長依存性の勾配から出発して、図９Ａに示された感度９９１，９９２および９９３ないしは図中の感度１００１，１００２および１００３は、−２％／ｎｍ、−１％／ｎｍおよび−０．５％／ｎｍの勾配を有する。前記感度の勾配は、最大値に対するパーセンテージ表示で正規化されており、以下では定義される。上記で挙げた勾配はそれゆえ、第２の波長領域における光センサ３の波長依存性の第２の感度の波長依存性勾配にも相当する。図中の感度から得られる、シミュレート対象のオプトエレクトロニクスデバイスから放射された混合光の温度依存性の色座標シフトを、図９Ｂおよび１０Ｂに示す。図９Ｂでは、色座標９９４（三角形）には感度９９１が対応しており、色座標９９５（塗り潰されていない円）には感度９９２が対応しており、色座標９９６（正方形）には感度９９３が対応している。図１０Ｂでは、色座標１００４（三角形）には感度１００１が対応しており、色座標１００５（塗り潰されていない円）には感度１００２が対応しており、色座標１００６（正方形）には感度１００３が対応している。図９Ｂおよび１０Ｂには、高い温度で線９１１および９１２によって示された領域外になる色座標異常値が示されている。この色座標異常値は、両図の基礎となるシミュレーションのアーティファクトであり、このアーティファクトはシミュレーションの際に、第１のセンサ信号３４１と第２のセンサ信号３４２との比が一定となるように制御するために、仮定された最大値を限界値として第２の電流のみを追従制御したことに起因して生じたものである。
【００８０】
オプトエレクトロニクスデバイスから放射される混合光の温度依存性の色座標シフトが所望のように最低限にすることに関しては、図９Ｂおよび１０Ｂにおいて、第２の感度の波長依存性の勾配が−０．５％／ｎｍ（色座標９９６および１００６）となるときと、−２％／ｎｍになるとき（色座標９９４および１００４）に過小補償ないしは過剰補償が行われることが示されている。この過剰補償は実質的に、図７Ａおよび７ＢにＶλ曲線で示された、第１の感度および第２の感度の場合の制御特性に相当する。それに対して、図９Ｂに示された色座標９９５の温度依存性の色座標シフトと、図１０Ｂに示された色座標１００５の温度依存性の色座標シフトは、図２に示された、マクアダム楕円の長軸に沿って生じる所望の色座標シフト９２０に最も相当する。センサ感度が赤色にシフトしたとき、すなわち、図９Ａに示された５７０ｎｍの最大感度が図１０の６００ｎｍにシフトしたときには、第２の感度の波長依存性の勾配に対する制御品質の依存性は基本的には同じであるが、若干低下する。このことは、たとえば光センサのスペクトル感度の勾配と、とりわけ第２の感度の勾配とに、製造に起因してある程度ばらつきが生じる場合に、エッジが赤色シフトすることにより比がより安定的になることを意味することができる。
【００８１】
したがって、５５５ｎｍで１に正規化されたＶλ曲線の波長依存性の勾配の平均が−１％ｎｍである場合に対し、図２に示された設定によって最適化された光センサ３では、６００〜６５０ｎｍの波長領域において第２の感度の波長依存性の勾配の平均が−０．８％／ｎｍ以下かつ−０．２％／ｎｍ以上になり、すなわち、Ｖλ曲線の相応の平均勾配の８０％以下かつ２０％以上になり、特に有利には約−０．５％／ｎｍ、すなわちＶλ曲線の相応の平均勾配の５０％になる。第２の波長領域において第２の感度を含む各スペクトル依存特性に関しても、最大値が１に正規化されていると見なす。約６００ｎｍの波長を下回る場合、詳述した特性経過が制御特性に与える影響は小さくなるので、ここで観察したスペクトルの値は、６００ｎｍの波長の場合の値で１に正規化することができる。その際には、上述の勾配に２．５を乗算しなければならないことがある。
【００８２】
図１１Ａに、別の実施例のオプトエレクトロニクスデバイス２００を示す。この実施例は、図４Ａに示されたオプトエレクトロニクスデバイス１００の変形形態である。オプトエレクトロニクスデバイス２００はオプトエレクトロニクスデバイス１００との相違点としてさらに、少なくとも１つの第３のＬＥＤ５１を含む第３の半導体光源５を有する。同図中の実施例では、第３の電流４３が供給された場合に、前記第３のＬＥＤ５１ひいては第３の半導体光源５が、青色の第３の波長領域内にある第３の特徴的波長と第３の強度とを有する光を放出する。このオプトエレクトロニクスデバイス２００では、第３の波長領域が第１の波長領域および第２の波長領域と異なることにより、該オプトエレクトロニクスデバイス２００から放射される混合光の上述の温度依存性の色温度変化を、ある１つの色座標に制御して安定化することができる。
【００８３】
第３の特徴的波長および第３の強度は第３の温度依存特性および／または電流依存特性および／または経時変化を有し、この第３の温度依存特性および／または電流依存特性および／または経時変化は、オプトエレクトロニクスセンサ３の第３の感度に適合されている。一例として図１１Ｂに、光センサ３の第１の感度１１０１，第２の感度１１０２および第３の感度１１０３を示しており、さらに、これらと比較対照するためにＶλ曲線も示している。光センサ３は、第３の半導体光源５から放射された光の一部５１０を第３のセンサ信号３４３に変換する。制御装置４は、第１のセンサ信号３４１と第２のセンサ信号３４２との比、第２のセンサ信号３４２と第３のセンサ信号３４３との比、および第１のセンサ信号３４１と第３のセンサ信号３４３との比が所定の比に相当するように、第１の電流４１と第２の電流４２と第３の電流４３とを制御する。前記所定の比は一定であるか、または、第１のセンサ信号３４１および／または第２のセンサ信号３４２および／または第３のセンサ信号３４３に依存して所定のように変化する比である。
【００８４】
第１のセンサ信号と第２のセンサ信号との比、第２のセンサ信号と第３のセンサ信号との比、および第１のセンサ信号と第３のセンサ信号との比を選択することにより、混合光の色座標を調整することができる。ここで記載した波長領域および特徴的波長の場合、上記のオプトエレクトロニクスデバイス２００によって、制御目標である色座標をＣＩＥ標準表色系の白色曲線に沿って設定することができる。また、光センサ３の第１の感度１１０１，第２の感度１１０２および第３の感度１１０３を所期のように選択することにより、半導体光源１，２および５の第１の温度依存特性、第２の温度依存特性および第３の温度依存特性を補償することができ、オプトエレクトロニクスデバイス２００から放射される混合光に温度または経時変化に依存して生じる色座標シフトが知覚されないようにすることができる。
【００８５】
上記実施例から、オプトエレクトロニクスデバイス１００の光センサ３の第１の感度および第２の感度を適切に適合したり、オプトエレクトロニクスデバイス２００の光センサ３の第１の感度、第２の感度および第３の感度を適切に適合することにより、適切な制御特性を実現できることが分かる。この適切な制御特性は、光センサ３から得られたセンサ信号を使用して、第１の電流と第２の電流と場合によっては第３の電流とを制御することによってセンサ信号の比が一定の比になるように制御することにより、オプトエレクトロニクスデバイス１００ないしは２００の混合光の所望の色座標安定性が実現される制御特性である。このことは、上記のオプトエレクトロニクスデバイス１００および２００において上記制御を行うために、各半導体光源から放射された光の強度変化だけでなく、この光の波長変化も適切なセンサ信号に直接変換することによって実現される。
【００８６】
一般化すると、光源のスペクトル成分が変化した場合に生じる色座標安定化の問題は、光源電流の制御によって行われるセンサ信号の比の制御、たとえば一定化制御に、各光源のスペクトル領域におけるスペクトル感度を適合することにより、縮小することができる。
【００８７】
本発明は上述した実施例に限定されるものではない。むしろ本発明はあらゆる新規の特徴ならびにそれらの特徴のあらゆる組み合わせを含むものであり、これには殊に特許請求の範囲に記載した特徴のあらゆる組み合わせが含まれる。このことはこのような特徴またはこのような組み合わせ自体が特許請求の範囲あるいは実施例に明示的には記載されていない場合であっても当てはまる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の波長領域にある光と第２の波長領域にある光とを少なくとも含む混合光を放射するためのオプトエレクトロニクスデバイスであって、
当該オプトエレクトロニクスデバイスは、
・第１の電流（４１）が供給された場合に、第１の波長領域にある第１の特徴的波長と第１の強度とを有する光を放射する、第１の発光ダイオード（１１）を含む第１の半導体光源（１）と、
・第２の電流（４２）が供給された場合に、第２の波長領域にある第２の特徴的波長と第２の強度とを有する光を放射する、第２の発光ダイオード（２１）を含む第２の半導体光源（２）と
を有し、
前記第１の波長領域における波長に依存する強度分布と、前記第２の波長領域における波長に依存する強度分布とは異なり、
当該オプトエレクトロニクスデバイスはさらに、
・前記第１の半導体光源（１）から放射された光の一部（１１０）を第１のセンサ信号（３４１）に変換し、前記第２の半導体光源（２）から放射された光の一部（２１０）を第２のセンサ信号（３４２）に変換するための光センサ（３）と、
・前記第１の電流（４１）および前記第２の電流（４２）を前記第１のセンサ信号（３４１）および前記第２のセンサ信号（３４２）に依存して制御するための制御装置（４）と
を有し、
前記第１の半導体光源（１）から放射された光の前記第１の特徴的波長および前記第１の強度は、第１の温度依存特性（９３１，９４１）および／または第１の電流依存特性および／または第１の経時変化を示し、
前記第２の半導体光源（２）から放射された光の前記第２の特徴的波長および前記第２の強度は、前記第１の温度依存特性（９３１，９４１）と異なる第２の温度依存特性（９３２，９４２）および／または第２の電流依存特性および／または第２の経時変化を示し、
前記光センサ（３）は、
・前記第１の波長領域では、前記第１の温度依存特性（９３１，９４１）および／または前記第１の電流依存特性および／または前記第１の経時変化に適合された波長依存性の第１の感度を有し、
・前記第２の波長領域では、前記第２の温度依存特性（９３２，９４２）および／または前記第２の電流依存特性および／または前記第２の経時変化に適合された波長依存性の第２の感度を有し、
前記制御装置（４）は、前記第１のセンサ信号（３４１）と前記第２のセンサ信号（３４２）との間の比が所定の比になるように、前記第１の電流（４１）および前記第２の電流（４２）を制御するように構成されている
ことを特徴とする、オプトエレクトロニクスデバイス。
【請求項２】
前記光センサ（３）は、前記第１の感度および／または前記第２の感度を有する光活性材料を含み、
前記光センサ（３）は、前記第１の感度および／または前記第２の感度を調整するために、波長に依存する透過性を有する少なくとも１つの光フィルタ（３１）を有する、請求項１記載のオプトエレクトロニクスデバイス。
【請求項３】
前記光センサ（３）は、前記第１の波長領域にある前記光の一部（１１０）が入射する第１のセンサファセット（３２）と、前記第２の波長領域にある前記光の一部（２１０）が入射する第２のファセット（３３）とを有する、請求項１または２記載のオプトエレクトロニクスデバイス。
【請求項４】
前記第１のセンサファセット（３２）と前記第２のセンサファセット（３３）とは光学的および電気的に分離されている、請求項３記載のオプトエレクトロニクスデバイス。
【請求項５】
前記光センサ（３）はシリコンフォトダイオード（３０）を含む、請求項１から４までのいずれか１項記載のオプトエレクトロニクスデバイス。
【請求項６】
前記第１の電流（４１）および／または前記第２の電流（４２）は、動作中に変調される、請求項１から５までのいずれか１項記載のオプトエレクトロニクスデバイス。
【請求項７】
前記第１の電流（４１）および／または前記第２の電流（４２）はスイッチオン／スイッチオフによって変調される、請求項６記載のオプトエレクトロニクスデバイス。
【請求項８】
・前記第２の特徴的波長は前記Ｖλ曲線（９９０）の下降エッジの領域内にあり、
・前記第２の感度は、前記第２の波長領域において前記Ｖλ曲線（９９０）の波長依存性の勾配と異なる、波長依存性の勾配を有する、請求項１から７までのいずれか１項記載のオプトエレクトロニクスデバイス。
【請求項９】
・温度が上昇すると前記第２の特徴的波長は大きくなり、
・前記第２の波長領域において、前記第２の感度の波長依存性の勾配の平均と、前記Ｖλ曲線（９９０）の波長依存性の勾配の平均との比が、１を下回る、請求項８記載のオプトエレクトロニクスデバイス。
【請求項１０】
前記第２の波長領域における前記第２の感度の波長依存性の勾配の平均と前記Ｖλ曲線（９９０）の波長依存性の感度の平均との比が０．２以上かつ０．８以下である、請求項９記載のオプトエレクトロニクスデバイス。
【請求項１１】
前記第１の特徴的波長は、前記Ｖλ曲線（９９０）の上昇エッジまたは最大値の領域にある、請求項１から１０までのいずれか１項記載のオプトエレクトロニクスデバイス。
【請求項１２】
・当該オプトエレクトロニクスデバイスは、第３の発光ダイオード（５１）を含む第３の半導体光源（５）を有し、該第３の発光ダイオード（５１）は、動作中に第３の電流（４３）を印加されると、第３の波長領域内にある第３の特徴的波長と第３の強度とを有する光を放射し、
・前記第３の波長領域は、前記第１の波長領域および前記第２の波長領域と異なる波長依存性の強度分布を有し、
・前記第３の特徴的波長および前記第３の強度は、第３の温度依存特性および／または第３の電流依存特性および／または前記経時変化を有する、請求項１から１１までのいずれか１項記載のオプトエレクトロニクスデバイス。
【請求項１３】
・前記光センサ（３）は前記第３の波長領域において、前記第３の温度依存特性および／または前記第３の電流依存特性および／または前記第３の経時変化に適合された波長依存性の感度を有し、
・前記光センサ（３）は、前記第３の半導体光源（５）から放射された光の一部（５１０）を第３のセンサ信号（３４３）に変換し、
・前記第１のセンサ信号（３４１）と前記第２のセンサ信号（３４２）との比、該第２のセンサ信号（３４２）と前記第３のセンサ信号（３４３）との比、および、該第１のセンサ信号（３４１）と該第３のセンサ信号（３４３）との比が所定の比になるように、前記制御装置（４）は前記第１の電流と前記第２の電流と前記第３の電流とを制御する、請求項１２記載のオプトエレクトロニクスデバイス。
【請求項１４】
当該オプトエレクトロニクスデバイスはさらにケーシング（８）を有し、
前記ケーシング（８）内に、前記第１の半導体光源（１）と前記第２の半導体光源（２）と前記光センサ（３）とが配置されている、請求項１から１３までのいずれか１項記載のオプトエレクトロニクス。
【請求項１５】
前記混合光の色座標は、０℃以上かつ６０℃以下の温度領域において、中間的な色座標の周辺で温度に依存してシフトし、
前記混合光の色座標のシフトは、前記中間的な色座標を含むマクアダム楕円の長軸に沿って生じる、請求項１から１４までのいずれか１項記載のオプトエレクトロニクスデバイス。
【請求項１】
第１の波長領域にある光と第２の波長領域にある光とを少なくとも含む混合光を放射するためのオプトエレクトロニクスデバイスであって、
当該オプトエレクトロニクスデバイスは、
・第１の電流（４１）が供給された場合に、第１の波長領域にある第１の特徴的波長と第１の強度とを有する光を放射する、第１の発光ダイオード（１１）を含む第１の半導体光源（１）と、
・第２の電流（４２）が供給された場合に、第２の波長領域にある第２の特徴的波長と第２の強度とを有する光を放射する、第２の発光ダイオード（２１）を含む第２の半導体光源（２）と
を有し、
前記第１の波長領域における波長に依存する強度分布と、前記第２の波長領域における波長に依存する強度分布とは異なり、
当該オプトエレクトロニクスデバイスはさらに、
・前記第１の半導体光源（１）から放射された光の一部（１１０）を第１のセンサ信号（３４１）に変換し、前記第２の半導体光源（２）から放射された光の一部（２１０）を第２のセンサ信号（３４２）に変換するための光センサ（３）と、
・前記第１の電流（４１）および前記第２の電流（４２）を前記第１のセンサ信号（３４１）および前記第２のセンサ信号（３４２）に依存して制御するための制御装置（４）と
を有し、
前記第１の半導体光源（１）から放射された光の前記第１の特徴的波長および前記第１の強度は、第１の温度依存特性（９３１，９４１）および／または第１の電流依存特性および／または第１の経時変化を示し、
前記第２の半導体光源（２）から放射された光の前記第２の特徴的波長および前記第２の強度は、前記第１の温度依存特性（９３１，９４１）と異なる第２の温度依存特性（９３２，９４２）および／または第２の電流依存特性および／または第２の経時変化を示し、
前記光センサ（３）は、
・前記第１の波長領域では、前記第１の温度依存特性（９３１，９４１）および／または前記第１の電流依存特性および／または前記第１の経時変化に適合された波長依存性の第１の感度を有し、
・前記第２の波長領域では、前記第２の温度依存特性（９３２，９４２）および／または前記第２の電流依存特性および／または前記第２の経時変化に適合された波長依存性の第２の感度を有し、
前記制御装置（４）は、前記第１のセンサ信号（３４１）と前記第２のセンサ信号（３４２）との間の比が所定の比になるように、前記第１の電流（４１）および前記第２の電流（４２）を制御するように構成されている
ことを特徴とする、オプトエレクトロニクスデバイス。
【請求項２】
前記光センサ（３）は、前記第１の感度および／または前記第２の感度を有する光活性材料を含み、
前記光センサ（３）は、前記第１の感度および／または前記第２の感度を調整するために、波長に依存する透過性を有する少なくとも１つの光フィルタ（３１）を有する、請求項１記載のオプトエレクトロニクスデバイス。
【請求項３】
前記光センサ（３）は、前記第１の波長領域にある前記光の一部（１１０）が入射する第１のセンサファセット（３２）と、前記第２の波長領域にある前記光の一部（２１０）が入射する第２のファセット（３３）とを有する、請求項１または２記載のオプトエレクトロニクスデバイス。
【請求項４】
前記第１のセンサファセット（３２）と前記第２のセンサファセット（３３）とは光学的および電気的に分離されている、請求項３記載のオプトエレクトロニクスデバイス。
【請求項５】
前記光センサ（３）はシリコンフォトダイオード（３０）を含む、請求項１から４までのいずれか１項記載のオプトエレクトロニクスデバイス。
【請求項６】
前記第１の電流（４１）および／または前記第２の電流（４２）は、動作中に変調される、請求項１から５までのいずれか１項記載のオプトエレクトロニクスデバイス。
【請求項７】
前記第１の電流（４１）および／または前記第２の電流（４２）はスイッチオン／スイッチオフによって変調される、請求項６記載のオプトエレクトロニクスデバイス。
【請求項８】
・前記第２の特徴的波長は前記Ｖλ曲線（９９０）の下降エッジの領域内にあり、
・前記第２の感度は、前記第２の波長領域において前記Ｖλ曲線（９９０）の波長依存性の勾配と異なる、波長依存性の勾配を有する、請求項１から７までのいずれか１項記載のオプトエレクトロニクスデバイス。
【請求項９】
・温度が上昇すると前記第２の特徴的波長は大きくなり、
・前記第２の波長領域において、前記第２の感度の波長依存性の勾配の平均と、前記Ｖλ曲線（９９０）の波長依存性の勾配の平均との比が、１を下回る、請求項８記載のオプトエレクトロニクスデバイス。
【請求項１０】
前記第２の波長領域における前記第２の感度の波長依存性の勾配の平均と前記Ｖλ曲線（９９０）の波長依存性の感度の平均との比が０．２以上かつ０．８以下である、請求項９記載のオプトエレクトロニクスデバイス。
【請求項１１】
前記第１の特徴的波長は、前記Ｖλ曲線（９９０）の上昇エッジまたは最大値の領域にある、請求項１から１０までのいずれか１項記載のオプトエレクトロニクスデバイス。
【請求項１２】
・当該オプトエレクトロニクスデバイスは、第３の発光ダイオード（５１）を含む第３の半導体光源（５）を有し、該第３の発光ダイオード（５１）は、動作中に第３の電流（４３）を印加されると、第３の波長領域内にある第３の特徴的波長と第３の強度とを有する光を放射し、
・前記第３の波長領域は、前記第１の波長領域および前記第２の波長領域と異なる波長依存性の強度分布を有し、
・前記第３の特徴的波長および前記第３の強度は、第３の温度依存特性および／または第３の電流依存特性および／または前記経時変化を有する、請求項１から１１までのいずれか１項記載のオプトエレクトロニクスデバイス。
【請求項１３】
・前記光センサ（３）は前記第３の波長領域において、前記第３の温度依存特性および／または前記第３の電流依存特性および／または前記第３の経時変化に適合された波長依存性の感度を有し、
・前記光センサ（３）は、前記第３の半導体光源（５）から放射された光の一部（５１０）を第３のセンサ信号（３４３）に変換し、
・前記第１のセンサ信号（３４１）と前記第２のセンサ信号（３４２）との比、該第２のセンサ信号（３４２）と前記第３のセンサ信号（３４３）との比、および、該第１のセンサ信号（３４１）と該第３のセンサ信号（３４３）との比が所定の比になるように、前記制御装置（４）は前記第１の電流と前記第２の電流と前記第３の電流とを制御する、請求項１２記載のオプトエレクトロニクスデバイス。
【請求項１４】
当該オプトエレクトロニクスデバイスはさらにケーシング（８）を有し、
前記ケーシング（８）内に、前記第１の半導体光源（１）と前記第２の半導体光源（２）と前記光センサ（３）とが配置されている、請求項１から１３までのいずれか１項記載のオプトエレクトロニクス。
【請求項１５】
前記混合光の色座標は、０℃以上かつ６０℃以下の温度領域において、中間的な色座標の周辺で温度に依存してシフトし、
前記混合光の色座標のシフトは、前記中間的な色座標を含むマクアダム楕円の長軸に沿って生じる、請求項１から１４までのいずれか１項記載のオプトエレクトロニクスデバイス。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【公表番号】特表２０１２−５１３１０６（Ｐ２０１２−５１３１０６Ａ）
【公表日】平成２４年６月７日（２０１２．６．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５４１３８２（Ｐ２０１１−５４１３８２）
【出願日】平成２１年１２月１４日（２００９．１２．１４）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００９／０６７１０８
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／０６９９３３
【国際公開日】平成２２年６月２４日（２０１０．６．２４）
【出願人】（５９９１３３７１６）オスラム オプト セミコンダクターズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング (586)
【氏名又は名称原語表記】Ｏｓｒａｍ Ｏｐｔｏ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ ＧｍｂＨ
【住所又は居所原語表記】Ｌｅｉｂｎｉｚｓｔｒａｓｓｅ ４， Ｄ−９３０５５ Ｒｅｇｅｎｓｂｕｒｇ， Ｇｅｒｍａｎｙ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２４年６月７日（２０１２．６．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月１４日（２００９．１２．１４）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００９／０６７１０８
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／０６９９３３
【国際公開日】平成２２年６月２４日（２０１０．６．２４）
【出願人】（５９９１３３７１６）オスラム オプト セミコンダクターズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング (586)
【氏名又は名称原語表記】Ｏｓｒａｍ Ｏｐｔｏ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ ＧｍｂＨ
【住所又は居所原語表記】Ｌｅｉｂｎｉｚｓｔｒａｓｓｅ ４， Ｄ−９３０５５ Ｒｅｇｅｎｓｂｕｒｇ， Ｇｅｒｍａｎｙ
【Ｆターム（参考）】
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