CN101897043A - 具有至少一个光电半导体器件的装置 - Google Patents

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Abstract

具有至少一个光电半导体器件的装置具有适于承载所述至少一个光电半导体器件的载体元件装置。该装置具有由吸光的合成材料构成的壳体本体，所述壳体本体被设置在所述载体元件装置处。所述壳体本体包括升高区域和回退区域。在升高区域与回退区域之间构造有倾斜的侧壁。回退区域达到所述光电半导体器件，以便减小反射。

Description

具有至少一个光电半导体器件的装置
技术领域
本发明涉及一种具有至少一个光电半导体器件的装置。
本专利申请要求德国专利申请102007060206.7的优先权，所述专利申请的全部公开内容就此通过引用并入本专利申请。
背景技术
许多不同的壳体被用于电子器件。半导体器件被经常地安装在结构化的金属载体元件上，并且被喷涂以浇注材料。如果辐射从外部投射到壳体上，则可能在壳体部分、载体元件处、或者在电子部件处发生反射。因此，在上面未施加电压的光电半导体器件的情况下可能造成所述光电半导体器件发射辐射这一印象。
发明内容
本发明的任务是，说明一种具有至少一个光电半导体器件的装置，所述装置被更佳地保护以防止不希望的反射。
该任务通过具有权利要求1的特征的装置来解决。
具有至少一个光电半导体器件的装置具有适于承载所述至少一个光电半导体器件的载体元件装置。所述光电半导体器件可以是发射辐射的半导体器件。所述载体元件装置具有表面，所述表面具有至少一个连接面。所述光电半导体器件与所述连接面相耦合。此外，该装置具有由合成材料构成的壳体本体，所述壳体本体被设置在所述载体元件装置上。所述壳体本体具有升高区域和回退(zurückgesetzt)区域。在升高区域与回退区域之间构造有倾斜的侧壁。回退区域达到所述光电半导体器件。所述合成材料是吸光的、例如是黑色的。
所述壳体本体的升高区域和回退区域尤其是优选分别被至少部分地设置在所述载体元件装置上。回退区域特别优选地覆盖所述载体元件装置的朝向所述半导体器件的表面的大部分、例如60％或60％以上、优选地为70％或70％以上、优选地为80％或80％以上、特别优选地为90％或90％以上。因此，回退区域在所述载体元件装置的朝向所述半导体器件的表面上横向延伸到所述载体元件装置上。在所述载体元件装置上，优选地在所述半导体器件的安装区域处不设置壳体本体、尤其是不设置壳体本体的回退区域。
优选地，回退区域的背对所述载体元件装置的表面和所述连接面被设置得彼此不平齐。回退区域尤其是在垂直方向上突出于所述连接面。回退区域可以至少部分地沿着所述半导体器件延伸并且远离所述载体元件地延伸。
回退区域达到所述光电半导体器件。优选地，回退区域紧邻地达到所述光电半导体器件。在此，回退区域可以紧邻地沿着所述半导体器件延伸。那么，回退区域的侧面尤其是直接接触所述半导体器件的侧面。优选地，回退区域的所有侧面都直接接触所述半导体器件的侧面。
另外，可以仅仅将回退区域的侧面的区域设置为紧邻所述光电半导体器件的侧面。那么，回退区域的侧面和所述光电半导体器件的侧面仅仅局部地紧邻接触。例如，回退区域的侧面被构造为倾斜于所述载体元件装置，使得仅仅回退区域的被直接设置在所述载体元件装置处的区域紧邻地接触所述半导体器件的侧面。
可替代地，可以在回退区域与所述光电半导体器件之间设置间距。回退区域与所述光电半导体器件之间的间距优选地为500μm或500μm以下、例如300μm或300μm以下、优选地为200μm或200μm以下、特别优选地为100μm或100μm以下。回退区域可以仅仅局部地或者环绕地同所述半导体器件间隔开。
所述载体元件装置的与所述光电半导体器件相耦合的连接面优选为用于所述光电半导体器件的电连接面。尤其是所述光电半导体器件例如借助于导电粘合剂或导电的焊剂与所述连接面以导电的形式相连接。
在一个实施方式中，该壳体本体的升高区域具有使得出射角能够为140°或140°以上的高度和宽度。
可以将另外的电子部件设置在所述壳体本体之内、例如与所述载体元件相耦合并且被所述壳体本体的合成材料材料包围。在这种情况下，所述载体元件装置的表面优选具有另外的连接面，所述另外的连接面相应地与另外的电子部件相耦合、尤其是以导电的形式相连接。
在另一实施方式中，所述载体元件装置包括导电材料、尤其是导电金属、例如铜。所述载体元件装置可以由至少两个适宜地导电的部分构成，这些部分彼此电绝缘。
优选在所述载体元件装置的所述至少两个部分之间设置所述壳体本体的构造。优选地，所述壳体本体的处于所述载体元件装置的所述至少两个部分之间的构造在背对所述半导体器件的表面上结束于所述载体元件装置的背对所述半导体本体的表面。所述壳体本体的构造尤其是在所述装置的底侧在垂直方向上不突出于所述载体元件装置，使得所述装置的底侧被构造为平坦的并且尤其是不具有突起。因此，所述装置的底侧具有平的支承面，其中利用所述支承面，所述装置可以被外部地安装在例如电路板上。
在一个实施方式中，所述载体元件装置的表面上的连接面包含所述载体元件装置的中心。
在另一实施方式中，所述装置包括键合线，所述键合线与另一连接面相耦合并且构成所述光电半导体器件的电连接。在该实施方式中，所述壳体本体的回退区域达到所述键合线的连接面。
所述装置可以包括透光的覆盖体，所述覆盖体被设置在至少一个升高区域处并且覆盖所述光电半导体器件。所述覆盖体可以包括吸收材料，以便减小从所述装置外部投射的光的反射。在此，所述吸收材料优选几乎不吸收从所述半导体器件发射的辐射。所述吸收材料尤其是吸收从所述半导体器件发射的辐射的50％或50％以下、优选地为30％或30％以下、特别优选地为10％或10％以下。
为了该同一目的，所述透光的覆盖体可以具有结构化的表面。
在另一实施方式中，所述装置包括透光的光学系统、例如透镜，所述光学系统被设置在所述至少一个升高区域处并且覆盖所述至少一个半导体器件。
所述至少一个升高区域包围一开口，在所述开口中可以设置透光的填充材料。所述填充材料可以包括漫射材料，以便使从所述光电半导体器件发射的光散射。所述填充材料可以包括吸收材料，以便减小从所述装置外部投射的光的反射。所述吸收材料例如含有炭黑或石墨。在此，所述吸收材料优选几乎不吸收从所述半导体器件发射的辐射。所述吸收材料尤其是吸收从所述半导体器件发射的辐射的50％或50％以下、优选为30％或30％以下、特别优选为10％或10％以下。
所述光电半导体器件优选地为发光二极管(LED)、尤其是LED芯片。
附图说明
从下面结合图1至6所阐述的例子中得出另外的特征、优点、以及改进方案。
图1示出了根据一个实施方式的装置的示意图；
图2示出了根据另一实施方式的具有透光的覆盖体的装置的示意图；
图3示出了根据另一实施方式的具有透镜的装置的示意图；
图4示出了根据另一实施方式的具有三个光电半导体器件的装置的示意性俯视图；
图5示出了根据另一实施方式的具有三个光电半导体器件的装置的示意性俯视图，其中一个光电半导体器件大于其余的光电半导体器件，
图6示出了应用示例的示意图，其中光电半导体器件的阵列提供用于显示器的照明。
具体实施方式
图1示出了光电半导体器件101、键合线102、壳体本体103、以及载体元件装置108。该壳体本体具有升高区域104、回退区域105、以及所述两个区域之间的侧壁115。该载体元件装置具有表面109，所述表面109具有连接面110和另一连接面111。
尤其是壳体本体103的升高区域104和回退区域105优选地分别被至少部分地设置在载体元件装置108上。优选地，回退区域的背对该载体元件装置的表面和所述连接面被设置得彼此不平齐。回退区域尤其是在垂直方向上突出于所述连接面。
在所示实施方式中，该载体元件装置包括第一部分118和第二部分119，这两个部分通过该壳体本体的构造112被彼此电绝缘。
壳体本体103的构造112优选地被设置在载体元件装置108的所述至少两个部分118、119之间。优选，该壳体本体的处于该载体元件装置的至少两个部分之间的构造在背对该半导体器件的表面上以该载体元件装置的背对该半导体本体的表面结束(abschliessen)。该壳体本体的构造尤其是在该装置的底侧在垂直方向上不突出于该载体元件装置，使得该装置的底侧被构造为平坦的并且尤其是不具有突起。因此，该装置的底侧具有平的支承面，利用所述支承面，该装置可以被外部地安装在例如电路板上。
该光电半导体器件被设置在连接面110上，并且可以通过所述连接面被供应电压。键合线与另一连接面111相连接，并且使得能够将电压施加到该光电半导体器件上。
该光电半导体器件优选地为发光二极管(LED)、尤其是LED芯片。
该载体元件可以由导电材料、例如金属构成，以便使得能够电接触该光电半导体器件。该载体元件可以是结构化的金属层、例如由铜制成的金属层，所述结构化的金属层被分成彼此电绝缘的分离的部分。该光电半导体器件可以通过该载体元件装置的底侧114上的接触面被电接触。因此，该载体元件装置构成在壳体上的外部电连接。在该实施方式中，不需要给该壳体配备向外引导的条形连接导体。该载体元件装置的底侧上的接触面可以为了外部的电连接而例如被焊接到印刷电路板上。
该壳体本体由尽可能少地反射光的材料制成。该壳体本体例如由黑色合成材料构成。该壳体本体可以由被设置在该载体元件装置上的多个部分构成。该壳体本体的升高区域具有高度106和宽度107。所述高度106和宽度107处于如下范围中：所述范围使得从该光电半导体器件发射的辐射能够形成宽的出射角113。该出射角可以处于130°至170°的范围中、例如处于160°。高度106例如处于100μm至300μm的范围中。发射的辐射的接收器应当能够在尽可能大的范围中接收发射的辐射。
该壳体本体的回退区域覆盖该载体元件装置的表面的尽可能大的面积。该回退区域优选地覆盖该载体元件装置的朝向该半导体器件的表面的大部分、例如60％或60％以上、优选地为70％或70％以上、优选地为80％或80％以上、特别优选地为90％或90％以上。该回退区域从该壳体本体的侧壁起指向直到该光电半导体器件或直到键合线的连接面。因此，回退区域在该载体元件装置的朝向该半导体器件的表面上横向延伸到该载体元件装置上。
回退区域可以仅仅局部地或者环绕地同该半导体器件间隔开。
在该载体元件装置上，优选地在该半导体器件的安装区域处不设置壳体本体、尤其是不设置该壳体本体的回退区域。
回退区域例如具有处于50μm至200μm的范围中的高度120。回退区域与该光电半导体器件之间的间距121例如为50μm或以上，所述间距例如处于150μm至200μm的范围中。
可替代地，回退区域可以紧邻地达到该光电半导体器件。在此，回退区域可以紧邻地沿着该半导体器件延伸。另外，仅仅回退区域的侧面的区域被设置为紧邻该光电半导体器件的侧面。例如，回退区域的侧面被构造为倾斜于该载体元件装置，使得仅仅回退区域的被直接设置在该载体元件装置处的区域紧邻地接触该半导体器件的侧面。
被该壳体本体包围、被设置在该载体元件装置上，可以如图3所示含有附加的电子器件、例如防止由于静电荷造成的损坏的保护电路。在这种情况下，高度106可以处于200μm至300μm的范围中，该高度也可以为高达2mm。在所述附加的电子器件中产生的热可以通过黑色的壳体本体而被良好地排出。此外，该壳体本体具有小的热膨胀系数。由此可以提高其它电子器件的可靠性。
该载体元件装置的连接面优选为用于该电子半导体器件与该电子器件的电连接面。尤其是该光电半导体器件和该电子器件例如借助于导电粘合剂或导电的焊剂分别与连接面以导电的形式相连接。
图2示出了光电半导体器件201、键合线202、壳体本体203、以及载体元件装置208。该壳体本体具有升高区域204和回退区域205。该载体元件装置具有表面209，所述表面209含有连接面210。此外，示出了覆盖体212，所述覆盖体212具有表面213。该装置包括填充材料214。
该光电半导体器件与该载体元件装置的连接面相耦合，并且可以通过所述连接面以及通过键合线被供应电压。该壳体本体的构造211将该载体元件装置分离成两个部分，并且使这两个部分彼此电绝缘。为了覆盖该载体元件装置的尽可能多的区域，该壳体本体的回退区域被引导得尽可能靠近该光电半导体器件。
为了最大程度地阻止例如可能在键合线处发生的反射，该覆盖体可以含有吸收材料、例如炭黑、石墨、或者黑色颜料。
在此，该吸收材料优选几乎不吸收从该半导体器件发射的辐射。该吸收材料尤其是吸收从该半导体器件发射的辐射的50％或50％以下、优选地为30％或30％以下、特别优选地为10％或10％以下。
附加地，该覆盖体可以含有用于进一步降低反射的结构化的表面。该覆盖体可以以简单方式、例如通过粘合连接被固定在该壳体本体的升高区域上。
在由该壳体本体的升高区域围绕的开口中，可以设置透明的填充材料。该填充材料例如在回退区域和该光电半导体器件上被充满直到升高区域的高度。该填充材料可以高于升高区域。例如，该填充材料可以突出于升高区域50至500μm。在该实施例中，该覆盖体被设置在该填充材料上。
为了进一步减小反射，可以给该填充材料添加吸收材料、例如炭黑或者石墨。该填充材料例如可以具有份额为0.1％的吸收材料，但是该填充材料也可以具有小于0.1％、处于0％至0.1％之间的更低浓度。因此，可以减小干扰性的散射光以及光反射。散射光和光反射例如可以由该装置的载体元件装置、电连接、或者其它部件引起。
为了实现尽可能宽的光输出耦合，可以给该填充材料添加漫射材料。该漫射材料可以例如具有该填充材料的10％的浓度，但是该浓度也可以处于0％至10％的范围中。该漫射材料使从该光电半导体器件发射的辐射散射。因此，可以增大该装置的光出射面积。为了更好地将该填充材料附着在该装置中，可以在该壳体本体中设置凹陷。
图3示出了光电半导体器件301、键合线302、壳体本体的升高区域304和回退区域305、以及载体元件装置308。该载体元件装置具有表面309，所述表面309含有连接面310。该壳体本体具有构造311，在该实施方式中，所述构造311被安放用于构成该载体元件装置的部分的边界。键合线的一端与该光电器件相耦合，并且另一端与该载体元件装置的连接面相耦合。
该实施例示出了被设置在该载体元件装置上的电器件313，例如阻尼二极管、驱动器件、或者电阻。该电器件可以通过该载体元件装置被供应电压。通过构造311，该载体元件装置可以被分离成彼此电绝缘的部分。可以通过该载体元件装置从该装置的外部将电压施加到该电器件上。
该电器件可以完全被该壳体本体包围。可以在该壳体本体内设置多个这样的电器件。通过在该壳体本体内设置附加的电子器件，在所述电子器件处可以不发生反射。
该图示出了透镜312，所述透镜312被设置在该壳体本体的升高区域上。替代该透镜可以设置任意的光学系统。该光学系统可以例如通过粘合连接被固定在该壳体本体的升高区域上。
该透镜例如可以被用于把从该光电半导体器件发射的光的出射角调节到所希望的范围。在一个实施方式中，该出射角处于40°以下的范围中，该出射角例如可以处于20°至30°的范围中。原则上可以利用相应的光学系统定义几乎任意的出射角。
图4示出了具有相应键合线402的光电半导体器件401。此外，示出了壳体本体的升高区域403和回退区域404。这些光电半导体器件以及这些键合线都与相应的连接面409接触。该壳体本体具有边长405和另一边长406。
所述连接面至少为光电半导体器件加上安装公差那样大，或者至少为键合线的接触结构加上安装公差那样大。所述光电半导体器件可以例如具有0.2mm的边长，所述安装公差可以处于10μm至100μm的范围中。
在所示的实施例中，3个光电半导体器件被设置在一列中。但是所述光电半导体器件也可以被设置成其它的布置、例如三角形的或菱形布置。所述光电半导体器件例如被设置为关于该装置的中心对称。
相应的光电半导体器件可以发射不同波长范围中的辐射。例如，一个光电半导体器件发射绿色范围中的辐射，另一光电半导体器件发射蓝色范围中的辐射，并且另一光电半导体器件发射红色范围中的辐射。因此，所产生的总辐射的光谱可以由不同的所添加的光谱范围构成。壳体尺寸、尤其是边长405和边长406的大小可以根据所希望的大小来确定尺寸。例如，边长为6mm长，但是所述边长也可以更短、例如为2mm或者处于3mm至5mm的范围中。
如果多个所示装置被彼此相邻地设置，则相应的边长可以与相应装置的光电半导体器件的所希望的间距相适应。如果希望例如5mm的间距，则边长405和边长406分别为5mm分别扣除安装公差，所述安装公差例如处于20至100μm的范围内。在光电半导体器件之间的其它期望间距的情况下可以相应地确定所述边长。
图5示出了具有相应键合线502的光电半导体器件501、另一光电半导体器件511、壳体本体的升高区域503和回退区域504、以及连接面509。
所述光电半导体器件和键合线与所述连接面相耦合。所述连接面被壳体本体的回退区域包围，所述回退区域向外连接到该壳体本体的升高区域上。该光电器件511被确定为具有比光电半导体器件501大的尺寸。替代较大的半导体器件，也可以使用两个或两个以上发射同一波长范围中的辐射的光电半导体器件。由此可以强化该装置的总发射光谱中的所期望的发射范围，该发射范围例如处于红色范围中。可以在发射光谱中不同程度地增强不同的范围。
图6示出了根据本发明的装置601的阵列，该阵列具有第一边长604和第二边长605以及显示器602，所述显示器602具有第一边长606和第二边长607，所述显示器被设置为与该阵列相距间距603。这些装置包括适于在施加供电电压的情况下发出辐射的半导体器件。在该实施方式中，所述半导体器件是例如液晶显示器的背景照明。
所述装置例如被组合成矩阵设置。为此，首先例如根据相应半导体器件的所期望的间距，使半导体器件的相应壳体本体的尺寸与所期望的尺寸相适应。所述所期望的间距例如可以为5mm。可以从具有较大数目的装置的阵列中分隔出具有所期望数目的单独的装置的阵列。
对于具有36mm的第一边长606和18mm的第二边长607的显示器而言，可以例如使用具有4×8个装置的半导体阵列。该装置阵列的最小尺寸(边长604和605)例如可以根据显示器的尺寸(边长606和607)以及显示器与阵列的间距603利用下面的公式被近似地计算出，其中α对应于装置的所发射的辐射的出射角：
l604＝l606-2＊l603＊tan(α/2)    (1)
l605＝l607-2＊l603＊tan(α/2)    (2)
所述装置可以分别含有单个光电半导体器件，但是所述装置也可以如图4中所示那样包含多个光电半导体器件。如图3所示，在相应的壳体本体处可以设置光学系统。该光学系统例如为使得能够形成10°至30°之间的辐射角的透镜。
因此，半导体器件阵列的尺寸可以被设计为使得该阵列的总发光面在间距603下尽可能均匀地照明该显示器。为此可以通过该透镜将辐射角以及通过壳体本体的构造尺寸将所述装置的相应半导体器件的间距调节为彼此相适应。通过使用根据本发明的用于对显示器进行照明的装置，使得该显示器上的被照明的区域与暗区域之间能够形成高对比度。

Claims (15)

1.一种具有至少一个光电半导体器件(101)的装置，包括：
-载体元件装置(108)，其适于承载所述至少一个光电半导体器件，所述载体元件装置(108)具有表面(109)，所述表面(109)具有至少一个连接面(110)，所述至少一个光电半导体器件(101)与所述连接面(110)相耦合；以及
-壳体本体(103)，其由吸光的合成材料构成，所述壳体本体(103)被设置在所述载体元件装置上，并且所述壳体本体(103)具有至少一个升高区域(104)、至少一个回退区域(105)、以及处于所述至少一个升高区域(104)与所述至少一个回退区域(105)之间的倾斜的侧壁(115)，其中所述至少一个回退区域达到所述至少一个光电半导体器件。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述壳体本体(103)由至少两个被设置在所述载体元件装置上的分离的部分构成。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其中所述吸光的合成材料为黑色。
4.根据权利要求1至3之一所述的装置，其中所述升高区域具有使得从所述至少一个光电半导体器件(101)发射的光能够形成140°或更大出射角(113)的高度(106)和宽度(107)。
5.根据权利要求1至4之一所述的装置，包括键合线(102)和至少一个另外的连接面(111)，其中所述键合线构成所述至少一个光电半导体器件(101)的电连接，并且与所述至少一个另外的连接面(111)相耦合，并且所述壳体本体的所述至少一个回退区域(105)达到所述至少一个另外的连接面(111)。
6.根据权利要求1至5之一所述的装置，包括至少一个电子器件(313)，该电子器件(313)与载体元件装置(308)相耦合并且完全被壳体本体(303)包围。
7.根据权利要求1至6之一所述的装置，包括透光的覆盖体(212)，所述透光的覆盖体(212)被设置在所述至少一个升高区域(204)上并且覆盖所述至少一个光电半导体器件(201)。
8.根据权利要求7所述的装置，其中该透光的覆盖体(212)包括吸收材料，以便减小从所述装置外部投射的光的反射。
9.根据权利要求7或8所述的装置，其中该透光的覆盖体(212)具有结构化的表面(214)，以便减小从所述装置外部投射的光的反射。
10.根据权利要求1至6之一所述的装置，包括透光的光学系统、尤其是透镜(312)，所述光学系统被设置在所述至少一个升高区域(304)上并且覆盖所述至少一个半导体器件(301)。
11.根据权利要求1至10之一所述的装置，包括透光的填充材料(215)，所述透光的填充材料(215)被设置在由所述至少一个升高区域包围的开口中并且包围所述至少一个半导体器件(201)。
12.根据权利要求11所述的装置，其中所述透光的填充材料(215)包括漫射材料，以便使从所述至少一个光电半导体器件(201)发射的光散射。
13.根据权利要求11或12所述的装置，其中所述透光的填充材料(215)包括吸收材料，以便减小从所述装置外部投射的光的反射。
14.根据权利要求8或13所述的装置，其中所述吸收材料含有炭黑和/或石墨。
15.根据权利要求1至14之一所述的装置，包括：
-第一平面，用于将所述装置安放到一个面上；
-与该第一平面间隔开的第二平面，在所述第二平面上有所述至少一个连接面(110)并且设置有所述至少一个光电半导体器件(101)；
-与该第一平面进一步间隔开的第三平面，通过所述第三平面来确定该壳体本体(103)的回退区域(105)的上侧；
-与该第一平面进一步间隔开的第四平面，其达到该壳体本体(103)的升高区域(106)。
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