CN101636839B - 发光模块和发光模块的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种发光模块(100，200，300，400，500)，具有载体元件(1)，多个设置在所述载体元件(1)上的、用于产生电磁辐射(8)的光电半导体部件(2)，以及金属连接层(3)，通过所述金属连接层(3)向所述光电半导体部件(2)提供工作电压。该发光模块(100，200，300，400，500)的特征在于，在所述载体元件(1)和所述金属连接层(3)之间的所述光电半导体部件(2)的区域中设置有绝缘层(4)，并且所述金属连接层(3)构造为用于所述光电半导体部件(2)的光阑(5)，从而只在预定方向上照射所述电磁辐射(8)。此外，本发明涉及一种用于制造这种发光模块(100，200，300，400，500)的方法。
Description
本专利申请要求德国专利申请102007011123.3的优先权，该德国专利申请的公开内容通过引用结合于此。
技术领域
本发明涉及一种发光模块，具有载体元件、多个设置在该载体元件上的用于产生电磁辐射的光电半导体部件，以及金属连接层，通过该金属连接层向这些光电半导体部件提供工作电压。
此外，本发明涉及一种发光模块的制造方法。
背景技术
上述类型的发光模块例如由德国专利申请DE 102005019375A1公开。这样的具有光电半导体部件的模块在多种应用中得到使用。与常规的照明装置如白炽灯相比，这样的具有光电半导体部件的模块具有更长的使用寿命和更高的效率。例如公知的是，具有特别高效率的LED部件的模块在汽车中作为车前灯使用。但是，这样的发光模块也被用作高亮度显示元件。
公知发光模块的问题在于，需要限制所谓的额外照明(Nebenleuchten)或者光串扰。额外照明尤其可理解为由于相邻设置的半导体部件的非期望光辐射而造成的半导体部件的共同照明。这既在显示器中也在照明装置中导致被照明表面的对比度减小或明暗过渡柔化。
可以通过对各个半导体部件进行结构上的分离来减少额外照明。替换地也可以在各个部件的前面设置附加的光学元件以改善对比度。然而，对各个半导体部件进行物理分离或设置附加光学元件所需要的布置在制造时比较费事，因此提高了成本。
发明内容
本发明的任务在于描述一种上述类型的发光模块，其中额外照明至少被减少。另一任务在于说明一种对减少了额外照明的发光模块的制造方法。
所基于的任务通过上述类型的发光模块解决，所述发光模块的特征在于，在所述载体元件和所述金属连接层之间的所述光电半导体部件的一个区域中设置有绝缘层，并且所述金属连接层构造为用于所述光电半导体部件的光阑，从而只在预定方向上照射该电磁辐射。
通过在所述光电半导体部件上方的隔离层上设置和构造金属连接层，可以借助于所述连接层来实现光阑效应。因为所述连接层一般被设置得离所述光电半导体部件特别近，所以导致额外照明减小并且所述发光模块的对比度有所改善。在此，可以放弃附加的、设置在所述发光模块上的附加元件。
根据有利的实施方式，在两个相邻的光电半导体部件之间设置有凹陷，其中所述凹陷至少部分地由所述金属连接层填充。通过在相邻的光电半导体部件之间设置并填充凹陷，可以阻止相邻部件的额外照明。
根据另一有利的实施方式，所述金属连接层具有第一区域和第二区域，其中所述第一区域被设置为向所述光电部件提供工作电压，而所述第二区域被设置为形成光阑元件。通过将所述金属连接层分成第一区域和第二区域，可以将输送电压的第一区域实施得比较小，以减小诸如提高的线路电容的负面电效应。
根据本发明另一有利的实施方式，所述绝缘层包括光致发光的转换层，所述转换层吸收第一波长的电磁辐射并且发射第二波长的电磁辐射。通过在所述隔离层中设置转换层，可以使发射出的电磁辐射的色温适应具体应用的要求。
所基于的任务同样通过一种发光模块的制造方法来解决，该制造方法具有下列步骤：
-提供多个光电半导体部件，
-将所述多个光电半导体部件设置在载体元件上，
-在所述载体元件上的所述光电半导体部件的一个区域中涂覆绝缘层，
-在所述绝缘层上涂覆金属连接层以用于向所述光电半导体部件提供供电电压，其中在所述金属连接层中形成至少一个光阑元件，所述光阑元件至少部件地包围所述光电半导体部件。
通过涂覆用于向所述光电半导体部件供电的金属连接层，所述金属连接层同时起到用于所述光电半导体部件的光阑的作用，可以简化所述发光模块的制造方法。尤其是在单单一个方法步骤中实现两个功能，即接触和光阑的涂覆。因此可以放弃涂覆附加的光学元件。
本发明的其它有利实施方式在从属权利要求中说明。
附图说明
下面借助于附图结合实施例进一步阐述本发明。
在附图中：
图1示出根据第一实施方式的示意性截面图，
图2示出根据第二实施方式的示意性截面图，
图3示出根据第三实施方式的俯视图，
图4示出根据第四实施方式的俯视图，
图5示出根据第五实施方式的俯视图，
图6示出根据现有技术的第一布置，以及
图7示出根据现有技术的第二布置。
具体实施方式
在描述本发明的各个实施方式之前，首先对公知发光模块的布置进行阐述以便于更好地理解。
图6示出第一布置600，其中两个半导体部件2(在该实施例中是表面发射的发光二极管(LED))设置在共同的载体元件1上。以第一导体线路6A和第二导体线路6B形式的金属连接层3集成在载体元件1中。导体线路6A和6B通过接合线601与半导体部件2的第一接触7A和第二接触7B连接。
在根据图6的第一布置600中，半导体部件2之间的额外照明不受到阻止。虽然通过采用表面发射的半导体部件2，由部件2发射出的电磁辐射的大部分向上或向下辐射，使得毗邻设置的部件2的非期望耦合比较小，但是不可能完全抑制这种效应以及伴随该效应而来的对比度损失。此外，在图6中示出的第一布置在机械上相对脆弱，从而一般必须将各个半导体部件装配在保护壳体内。
图7示出发光模块的经过改进的第二布置700。在载体元件1上设置有两个半导体部件2。在该实施例中这是半导体芯片，这些半导体芯片分别具有在辐射输出耦合面701处的第一接触7A和在与载体元件1电连接的基面702处的第二接触7B。在半导体部件2的上方设置有覆盖体703，在该覆盖体703的底面设置有导体线路6A形式的连接层3。导体线路6A由透明的导电金属构成，并且通过第一接触7A向半导体部件2提供工作电压。
附加地，在覆盖体703的上方涂覆有具有至少一种发光转换物质(Lumineszenzkonversionsstoff)的层704。在层704的上方设置有光学元件705，该光学元件705根据应用的要求将电磁辐射束成一束。即使在第二布置700中也不能阻止各个半导体部件2的额外照明。
图1示出第一发光模块100，其中两个半导体部件2设置在共同的载体元件1上。在该第一实施例中，半导体部件2是所谓的体积发射器，其中在半导体部件2的整个区域中产生尤其是光形式的电磁辐射8。在本申请意义下，可见波长范围之外的辐射、即尤其是红外线、紫外线和X射线也被称为电磁辐射8。
通过在半导体部件2内组合少数载流子和多数载流子来产生光子首先是各向同性的，也就是说，可以在所有可能的空间方向上照射电磁辐射8。为了将发光模块100的电磁辐射8成束在一个辐射方向上，载体元件1起到镜子的作用。例如，半导体部件2区域中的载体元件1可以由金属材料构成。
在半导体部件2上设置有绝缘层4。在绝缘层4的上方设置有附加的金属连接层3。绝缘层4设置在包围半导体部件2的区域中，并且在该实施例中起到将连接层3既与载体元件1电分离又与半导体部件2、尤其是与半导体部件2的侧面电分离的作用。然而，绝缘层4在一个连接区域中断开，在该连接区域中形成连接层3与集成在载体元件1中的导体线路6A之间的电接触。
只要从上面或者以其它不通过载体元件1的方式向连接层3输入电压，绝缘层就不必断开。反之，如果打算通过侧面来输入工作电压，则绝缘层可以在半导体部件2的边缘处断开。在必要时，如果载体元件1本身由不导电材料如陶瓷、塑料或者不具有涂层的印制电路板构成，则也可以完全放弃在光电部件2之外的绝缘层。
通过连接层3产生用于向半导体部件2供电的第一接触7A。在此，连接层3附加地起到反射器的作用，该反射器在侧面将由半导体部件2发射的电磁辐射8反射回去。用于半导体部件2的第二接触7B在该实施例中直接通过载体元件1提供。
在图1所示的发光模块100中，从左侧接触左侧的半导体部件2，而从右侧接触右侧的半导体部件2。在这两个半导体部件2之间设置有用光阑元件10填充的凹陷9。光阑元件10可以是由与制造连接层3的材料相同的材料形成的不透光层，或者也可以是其它的不透光材料。光阑元件10不必与连接层3的其它部分电连接。代替地，光阑元件10可以与地电势连接，或者根本不与任何限定的电势连接。
半导体部件2一侧上的连接层3和半导体部件2另一侧上的光阑元件10阻止了相邻半导体部件2的额外照明。因为电磁辐射8只能向上射出，所以通过反射将半导体部件2产生的、首先各向同性的辐射成束在一个空间方向上。在此，连接层3和光阑元件10共同作用以形成边界清晰的光阑孔11。
可以借助于合适的光学部件将光阑孔11映射在待照明的表面上。在此有利的是，由于发光模块100的紧凑结构，光阑孔11可以被特别密集地设置在半导体部件2上。因此，例如在将发光模块100应用在汽车前灯中时能够实现清晰的明暗过渡，这导致驾驶者的感觉有所改善。
图2示出第二发光模块200，该第二发光模块200以类似于发光模块100的方式构成。与发光模块100不同的是，半导体部件2被构成为表面发射器。半导体部件2尤其包括光无源衬底201以及光有源层202，在该光有源层202中集成有pn结。只在光有源层202的区域中产生电磁辐射8。所以，可以在发光模块200中通过以下方式阻止半导体部件2的额外照明，即使得光阑元件10在相邻半导体部件2之间的凹陷9中只陷入与光有源层202一样厚的深度。
根据图2的布置特别在半导体部件2设置得非常密集时或者绝缘层4非常薄时是有利的。绝缘层4例如可以由透明的塑料薄膜或者硅构成。在优选的方案中，在绝缘层中集成光致发光的转换层或者在该绝缘层上涂覆光致发光的转换层，该转换层至少部分地吸收具有第一波长或者第一光谱的电磁辐射8，例如蓝光，并且发射具有第二波长或者第二光谱的电磁辐射8，例如白光。
图3示出根据发光模块300的第三实施方式的俯视图。在载体元件1上设置有两个半导体部件2，通过载体元件1表面的第一导体线路6A和载体元件1底面的第二导体线路6B向这两个半导体部件2提供工作电压。为此，在第一导体线路6A处构造第一接触7A，该第一接触7A产生与半导体部件2的第一电接触。第二电接触7B由半导体部件2的底面产生。
具有第一接触7A的第一导体线路6A设置在第一连接层3中，该第一连接层3设置在载体元件1的上部并且从该载体元件1隆起。在此，连接层3的第一接触7A在第一空间方向上限制半导体部件2。附加的、同样升高的光阑元件10围绕半导体部件2设置在连接层3的平面的另外三个剩余的空间方向上。光阑元件10同样集成在连接层3中，并且可以由同样的材料或者其它不透明的材料构成。
图4示出发光模块400的另一实施方式。在图4的实施方式中，以二维阵列的形式设置四个半导体部件2。在根据图4的实施方式中，半导体部件2完全被升高的第一接触7A包围。接触7A产生与第一电导体线路6A的电连接，通过该第一电导体线路6A向半导体部件2提供工作电压。第二接触7B又位于半导体部件2的底面，该第二接触7B产生与载体元件1的连接。然而，第二接触7B在图4中没有示出。
第一接触7A设置在连接层3中，并且同时起到光阑元件11的作用，该光阑元件阻止了半导体部件2侧面的辐射出射。在此，可以通过集成在第一接触7A中的光阑孔11的形状来确定由发光模块400照明的表面的轮廓。连接层3设置在绝缘层4上，该绝缘层4将连接层3与未示出的载体元件1电分离。
图5示出发光模块500的第五实施方式，其中连接层3中的第一接触7A和第二接触7B形成在半导体部件2的表面，该半导体部件2设置在载体元件1上。半导体部件2例如可以是表面发射器，其中pn结的两个连接端子都设置在半导体部件2的表面上。第一接触7A和第二接触7B分别形成围绕半导体部件2的半球的一半。因此，在发光模块500的半导体部件2中，也只可能从观察平面向上射出电磁辐射8。共同的载体元件1在下面起到发射器或者吸收器的作用。
本发明不限于借助于实施例的说明。更确切地说，本发明包括每个新的特征以及这些特征的每种组合，这尤其包含权利要求书中的特征的组合，即使该特征或者该组合本身并没有在权利要求书中或者实施例中予以明确说明。
Claims (10)
1.一种发光模块，具有
-载体元件(1)，
-多个设置在所述载体元件(1)上的、用于产生电磁辐射(8)的光电半导体部件(2)，以及
-金属连接层(3)，通过所述金属连接层(3)向所述光电半导体部件(2)提供工作电压，其中所述金属连接层(3)构造为用于所述光电半导体部件(2)的光阑(5)，使得只在预定方向上照射所述电磁辐射(8)，
-在所述载体元件(1)和所述金属连接层(3)之间的所述光电半导体部件(2)的一个区域中设置的绝缘层(4)，
其特征在于，
在这些光电半导体部件(2)之间设置有凹陷(9)，所述凹陷(9)被光阑元件(10)填充，其中
-该光阑元件(10)通过未与该连接层(3)电连接的不透光层形成。
2.根据权利要求1所述的发光模块，其特征在于，所述金属连接层(3)和所述光阑元件(10)一起构成光阑孔(11)。
3.根据权利要求2所述的发光模块，其特征在于，所述凹陷(9)延伸到所述光电半导体部件(2)的整个高度。
4.根据权利要求1至3之一所述的发光模块，其特征在于，所述金属连接层(3)具有用于向多个光电半导体部件(2)提供工作电压的第一连接能力，而所述载体元件(1)具有用于向多个光电半导体部件(2)提供工作电压的第二连接能力。
5.根据权利要求1至3之一所述的发光模块，其特征在于，所述光电半导体部件(2)被构造为发光二极管。
6.根据权利要求5所述的发光模块，其特征在于，所述发光二极管为LED。
7.根据权利要求6所述的发光模块，其特征在于，所述发光二极管为OLED。
8.根据权利要求1至3之一所述的发光模块，其特征在于，所述光电半导体部件(2)被构造为表面发射器。
9.根据权利要求1至3之一所述的发光模块，其特征在于，将所述多个光电半导体部件(2)设置在阵列中。
10.根据权利要求1至3之一所述的发光模块，其特征在于，所述绝缘层(4)包括光致发光的转换层，所述转换层吸收第一波长的电磁辐射(8)并且发射第二波长的电磁辐射(8)。
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