CN117769765A - 具有侧发射半导体芯片的背光单元 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有至少一个半导体芯片(2)和灌封体(4)的背光单元(10)，其中‑半导体芯片(2)被设计用于产生电磁辐射，‑灌封体(4)具有至少一个凹部(40)，‑半导体芯片(2)布置在凹部(40)之外并且在灌封体(4)的俯视图中与凹部(40)重叠，并且‑半导体芯片(2)是侧发射半导体芯片。此外，背光单元(10)具有反射器(3)，其中反射器(3)具有框架状的至少一个子区域(3T)，所述至少一个子区域的开口由灌封体(4)的材料填充并且在横向方向上包围半导体芯片(2)以及灌封体(4)的凹部(40)。灌封体(4)沿竖直方向伸出超过子区域(3T)，其中在俯视图中灌封体(4)至少部分或完全覆盖子区域(3T)的边缘(3R)。

Description

具有侧发射半导体芯片的背光单元
提出一种背光单元。此外，提出一种具有背光单元和载体的装置。
在使用表面发射LED的传统背光系统中，背光单元的竖直厚度应大于3mm或大于5mm，通常为8mm至10mm，以便获得足够大的混合区域来实现足够的均匀性。
一个目的是：提供在不影响光分布均匀性的情况下具有高紧凑性和减小的层厚度的背光单元以及具有背光单元和载体的装置。
该目的通过根据独立权利要求所述的背光单元来实现。背光单元以及具有背光单元和载体的装置的其他设计方案和改进方案是从属权利要求的主题。
根据背光单元的至少一个实施方式，所述背光单元具有至少一个半导体芯片或多个半导体芯片。特别地，半导体芯片是侧发射半导体芯片，例如侧发射LED。侧发射半导体芯片的特征尤其在于，其具有前侧、后侧和侧面，其中在半导体芯片的运行中产生的辐射主要或仅经由侧面从半导体芯片射出。经由侧面射出的辐射的份额可以是从半导体芯片射出的总辐射的至少60％、70％、80％或至少90％。在背光单元的运行中，半导体芯片被设计用于产生电磁辐射，例如在紫外、红外或可见光(例如蓝色)光谱范围内的电磁辐射。
根据背光单元的至少一个实施方式，所述背光单元具有灌封体。灌封体可以由辐射可透过材料、特别是透明材料形成，例如由硅树脂、环氧树脂或丙烯酸酯形成。灌封体的材料具有尤其大于1.35、1.4、1.7或大于2的折射率。折射率也可以小于2、1.7或小于1.5。半导体芯片或多个半导体芯片可以部分或完全嵌入灌封体内。在横向方向上，半导体芯片或多个半导体芯片可以全周向地由灌封体的材料包围。当然，半导体芯片或多个半导体芯片还可以布置在灌封体之下，特别是布置在灌封体之外。
将横向方向理解为平行于灌封体或背光单元的主延伸面伸展的方向。将竖直方向理解为垂直于灌封体或背光单元的主延伸面定向的方向。竖直方向和横向方向彼此正交。
根据背光单元的至少一个实施方式，灌封体具有至少一个凹部或多个凹部。沿竖直方向，凹部延伸到灌封体中，但不穿过灌封体。因此，凹部具有由灌封体的表面形成的底面。例如，凹部的底面平面或平坦地构成。
根据背光单元的至少一个实施方式，半导体芯片布置在凹部之外。在灌封体的俯视图中，半导体芯片可以与与其相关联的凹部重叠。特别地，半导体芯片相对于凹部布置成使得半导体芯片位于凹部的底面下方。在灌封体的俯视图中，凹部的底面可以部分地或完全地覆盖位于其下面的半导体芯片。
如果在背光单元的运行中由半导体芯片产生电磁辐射，则电磁辐射可以经由凹部的底面和/或经由凹部的侧面耦合输入到凹部中，或者可以在凹部的底面处和/或在凹部的侧面处全反射。凹部可以由气态材料或固态材料填充，所述气态材料或固态材料的折射率不同于灌封体的折射率。由于凹部的底面和侧面的空间取向不同，并且由于凹部的底面或侧面的折射率跃变，由半导体芯片产生的辐射尤其由于全反射可以沿横向方向并且沿前向方向均匀地散射。
在背光单元的至少一个实施方式中，所述背光单元具有半导体芯片和灌封体。半导体芯片被设计用于产生电磁辐射。灌封体具有至少一个凹部。半导体芯片布置在凹部之外并且在灌封体的俯视图中与凹部重叠。半导体芯片是侧发射半导体芯片，例如侧发射LED。
在侧发射半导体芯片的情况下，与表面发射半导体芯片或体积发射器相比，沿前向方向的发射被减少。辐射的发射倾向于沿横向方向扇形展开，并且在发光密度分布中具有棒状形状。因此抑制在光源正上方、在这种情况下在半导体芯片正上方的发光密度中出现所谓的热点。因此，半导体芯片上方区域中的发光密度梯度减小。由于凹部的底面和侧面处的散射，可以额外增加发光密度分布的均匀性。即使在具有较小竖直层厚度(特别是小于3mm、2.5mm或小于2mm)的背光单元的情况下，也可以实现发光密度分布的足够的均匀性。
背光单元可以具有多个单位单元。单位单元可以相同地构建。单位单元可以以矩阵方式布置。换言之，背光单元可以具有以列和行并排布置的多个单位单元。单位单元中的每个可以具有半导体芯片和灌封体的具有凹部的子区域。在本公开中，为了清楚起见，通常仅结合一个单位单元描述背光单元。当然，利用一个单位单元描述的特征可用于背光单元的所有其他单位单元或用于整个背光单元。
根据背光单元的至少一个实施方式，半导体芯片至少在横向方向上被灌封体包围。特别地，半导体芯片可以除用于外部电接触的可能的接触结构外完全嵌入灌封体中。例如，半导体芯片可以布置在灌封体中，使得半导体芯片的后侧与灌封体的后侧平接。在该情况下，可以在灌封体的后侧上触及半导体芯片的接触结构。半导体芯片也可以布置在芯片载体上并且与其电连接，其中可以在灌封体的后侧上至少局部地自由触及芯片载体。半导体芯片可以被布置成使得其前侧面向凹部的底面。
根据背光单元的至少一个实施方式，凹部呈棱锥状或截棱锥状地构成。随着与半导体芯片的距离增加，凹部可以具有变大的横截面。例如，凹部具有平面构成的底面。凹部的底面可以大于或小于半导体芯片的横截面。例如，底面和半导体芯片的横截面可以具有相同的几何形状。凹部的底面例如可以长方形或正方形地构成。然而，底面可以采用其他几何形状，例如圆形、椭圆形或卵形形状。此外，底面可以长方形、正方形、椭圆形或圆形地构成，但是随着与底面的距离增加，凹部的横截面由于凹部侧面的形变而采用不同的几何形状。
根据背光单元的至少一个实施方式，凹部具有平面或凸状或凹状弯曲构成的侧壁。凹部具有例如倒圆的棱边。如果凹部的棱边是倒圆的，则在所述棱边处彼此邻接的两个面连续地相互融合。这两个面之间的过渡区域倾向于是弯曲的、倒圆的而不是逐渐尖锐的。凹部的这种倒圆的棱边可以是凹部的两个侧面之间的内棱边或者是凹部的底面与侧面之间的内棱边。倒圆的棱边还可以是凹部的外棱边，其中外棱边位于凹部的侧面与灌封件的围绕凹部的表面之间。
根据背光单元的至少一个实施例，凹部由气态介质、例如空气填充。替代地或补充地，凹部可以由部分透明材料、扩散材料、有色材料和/或波长转换材料填充。它们的组合也是可行的。
根据背光单元的至少一个实施例，所述背光单元具有覆盖层堆叠。覆盖层堆叠例如布置在灌封体上并且可以完全覆盖凹部。覆盖层堆叠可以直接布置在灌封体上或者可以经由连接层与灌封体机械连接。连接层可以由具有与灌封材料折射率不同的折射率的连接材料形成。例如，与灌封体的灌封材料相比，连接材料具有更小的折射率。背光单元可以在覆盖层堆叠与灌封体之间具有中间区域，特别是气隙。中间区域可以直接邻接到连接层、覆盖层堆叠或灌封体。气隙的存在尤其可归因于灌封体的表面弯曲。
根据背光单元的至少一个实施方式，背光单元的竖直伸展由覆盖层堆叠的前侧和灌封体的后侧限界。换言之，覆盖层堆叠的前侧和灌封体的后侧可以形成背光单元的外表面。
背光单元的总竖直高度例如为最大3mm、最大2mm或最大1.5mm，所述总竖直高度由覆盖层堆叠的前侧与灌封体的后侧之间的竖直距离给出。由于使用侧发射半导体芯片以及由于存在凹部，尽管背光单元的层厚度较小，但仍可实现较高的均匀性。例如，背光单元的总竖直高度为0.5mm至3mm、0.5mm至2.5mm、1mm至2mm、0.5mm至2mm、0.5mm至1.5mm或0.5mm至1mm，其中包括边界值。
根据背光单元的至少一个实施例，灌封体具有弯曲构成、例如局部弯曲构成的前侧。由于前侧的弯曲，在灌封体与覆盖层堆叠之间可以局部地存在中间间隙。中间间隙可以由气态介质(例如空气)或者固态介质(例如连接材料)填充。由于弯曲，灌封体的前侧可以具有透镜状的结构，所述透镜状的结构促进辐射沿横向方向传播。
灌封体的前侧可以局部凸状或凹状弯曲地构成。例如，灌封体具有多个子区域，其中子区域分别具有弯曲构成的前侧。灌封体的子区域可以分别唯一地与背光单元的单位单元相关联，反之亦然。例如，灌封体的子区域分别具有呈透镜形式的前侧，特别是呈凸透镜形式的前侧。
根据背光单元的至少一个实施方式，覆盖层堆叠具有由功能层的组构成的至少一个或多个层。功能层的组包含磷光体层、扩散层和/或所谓的亮度增强膜(BEF、DBEF)。功能层也称为所谓的光回收层并且特别用于光混合。此外，亮度增强膜可以是全息镜层、半透明镜层和/或线性棱镜层。
根据背光单元的至少一个实施例，所述背光单元具有反射器，其中反射器具有框架状的至少一个子区域，所述至少一个子区域的开口由灌封体的材料填充。反射器的框架状的子区域可以在横向方向上包围半导体芯片以及灌封体的凹部。反射器可以具有框架状的多个子区域，其中框架状的子区域分别唯一地与背光单元的单位单元中的一个相关联，尤其反之亦然。反射器的子区域可以彼此直接邻接。在这种情况下，反射器连续地、尤其一件式地构成。
根据背光单元的至少一个实施例，灌封体沿竖直方向伸出超过反射器的子区域或者伸出超过整个反射器。例如，在俯视图中，灌封体至少部分或完全覆盖反射器的子区域的边缘。在俯视图中，灌封体可以部分或完全覆盖反射器。
根据背光单元的至少一个实施方式，所述背光单元具有多个半导体芯片。例如，背光单元具有多个单位单元，所述多个单位单元分别具有半导体芯片中的一个。灌封体可以具有多个子区域，所述多个子区域分别具有凹部。灌封体的子区域可以分别横向包围半导体芯片中的一个，其中这一个半导体芯片布置在与其相关联的凹部之外，并且在灌封体的俯视图中可以与与其相关联的凹部重叠。
例如，灌封体的子区域分别与背光单元的单位单元中的一个相关联。单位单元中的每个可以具有半导体芯片、灌封体的具有凹部的子区域和反射器的子区域。覆盖层堆叠可以被构成为用于多个单位单元、特别是用于所有单位单元的公共覆盖层堆叠。单位单元中的每个也可以具有恰好一个侧发射半导体芯片和灌封体的具有恰好一个凹部的子区域。
根据背光单元的至少一个实施方式，所述背光单元具有公共反射器。公共反射器具有连续的多个子区域，所述多个子区域分别与单位单元中的一个相关联。灌封体与其子区域尤其连续地构成。例如，灌封体的子区域分别具有呈透镜形式的弯曲的前侧。
根据装置的一个实施方式，所述装置具有背光单元(特别是在此描述的背光单元)和载体，其中背光单元布置在载体上。背光单元可以与载体机械连接、热连接和/或电连接。例如，载体是印刷电路板(英文：Printed Circuit Board)。半导体芯片或多个半导体芯片可以经由载体上的接触结构外部电接触。用于操控半导体芯片的晶体管也可以布置在载体上或集成在载体中。
根据装置的一个实施方式，载体具有面向背光单元的结构化前侧。结构化前侧尤其被设计用于散射由半导体芯片产生的并射到载体上的电磁辐射进而抑制可能的热点。换言之，结构化前侧尤其用于实现：以较大角度向回反射由半导体芯片产生的并射到载体上的电磁辐射，否则存在载体的围绕半导体芯片的区域被照亮进而可能导致热点的风险。例如，载体的前侧具有隆起和/或凹部，所述隆起和/或凹部在俯视图中紧邻半导体芯片周围。如果由半导体芯片产生的电磁辐射向载体的方向发射，则所述电磁辐射不会再次直接沿前向方向向回反射，而是沿横向方向散射。这额外增加了发光密度分布的均匀性并抑制形成可能的热点。
下文描述了本公开的其他方面，其中对每个方面进行编号，以便简化对其他方面特征的引用。
方面1：一种背光单元，具有至少一个半导体芯片和灌封体，其中
-半导体芯片被设计用于产生电磁辐射，
-灌封体具有至少一个凹部，
-半导体芯片布置在凹部之外并且在灌封体的俯视图中与凹部重叠，并且
-半导体芯片是侧发射半导体芯片。
方面2：根据方面1所述的背光单元，
其中，半导体芯片至少在横向方向上被灌封体包围。
方面3：根据前述方面之一所述的背光单元，其中，凹部呈棱锥状或截棱锥状地构成并且具有随着与半导体芯片的距离增加而变大的横截面，其中凹部具有平面构成的底面。
方面4：根据前述方面之一所述的背光单元，其中，凹部具有凸状或凹状弯曲构成的侧壁。
方面5：根据前述方面之一所述的背光单元，其中，凹部具有倒圆的棱边。
方面6：根据前述方面之一所述的背光单元，其中，凹部由气态介质填充。
方面7：根据方面1至6之一所述的背光单元，其中，凹部由部分透明材料、扩散材料、有色材料和/或波长转换材料填充。
方面8：根据前述方面之一所述的背光单元，所述背光单元具有覆盖层堆叠，所述覆盖层堆叠放置在灌封体上并且完全覆盖凹部。
方面9：根据前一方面所述的背光单元，其中，背光单元的竖直伸展由覆盖层堆叠的前侧和灌封体的后侧限界，并且其中背光单元的总竖直高度为最大3mm，所述总竖直高度由覆盖层堆叠的前侧与灌封体的后侧之间的竖直距离给出。
方面10：根据方面8至9之一所述的背光单元，其中，灌封体具有弯曲构成的前侧，由此在灌封体与覆盖层堆叠之间局部地存在中间间隙。
方面11：根据方面8至10之一所述的背光单元，其中，覆盖层堆叠具有由功能层的组构成的至少一个或多个层，其中功能层的组包含磷光体层、扩散层和/或所谓的亮度增强膜。
方面12：根据前述方面之一所述的背光单元，所述背光单元具有反射器，其中，反射器具有框架状的至少一个子区域，所述至少一个子区域的开口由灌封体的材料填充并且在横向方向上包围半导体芯片和灌封体的凹部。
方面13：根据前一方面所述的背光单元，其中，灌封体沿竖直方向伸出超过子区域，其中在俯视图中灌封体至少部分或完全覆盖子区域的边缘。
方面14：根据前述方面之一所述的背光单元，所述背光单元具有多个半导体芯片，其中
-背光单元具有多个单位单元，所述多个单位单元分别具有半导体芯片中的一个，
-灌封体具有多个子区域，所述多个子区域分别具有凹部，
-灌封体的子区域分别横向包围半导体芯片中的一个，其中这一个半导体芯片布置在与其相关联的凹部之外并且在灌封体的俯视图中与与其相关联的凹部重叠，并且
-灌封体的子区域分别与单位单元中的一个相关联。
方面15：根据前一方面所述的背光单元，所述背光单元具有公共反射器，其中
-公共反射器具有连续的多个子区域，所述多个子区域分别与单位单元中的一个相关联，并且
-灌封体与其子区域连续地构成。
方面16：一种由根据前述方面之一所述的背光单元和载体构成的装置，其中
-背光单元布置在载体上，并且
-半导体芯片能够经由载体上的接触结构外部电接触。
方面17：一种由根据方面1至15之一所述的背光单元和载体构成的装置，其中
-背光单元布置在载体上，
-载体具有面向背光单元的结构化前侧，并且
-结构化前侧被设计用于散射由半导体芯片产生的并射到载体上的电磁辐射进而抑制可能的热点。
背光单元或由背光单元和载体构成的装置的其他实施方式和改进方案从下面结合图1A至图6E解释的实施例中得出。示出了：
图1A和图1B借助于单位单元以剖视图和俯视图示出了背光单元的一个实施例的示意图，
图1C和图1D分别以俯视图示出了具有背光单元和载体的装置的一些实施例的示意图，
图2A示出了背光单元的半导体芯片和这种半导体芯片的发光密度分布的示意图，
图2B和图2C以剖视图示出了背光单元的灌封体的子区域的示意图，
图2D示出了背光单元的反射器的示意图，
图3A和图3B示出了关于单位单元的发光密度分布和颜色分布的模拟结果的示意图，
图4A示出了具有多个单位单元的背光单元的公共反射器的示意图，
图4B示出了具有多个单位单元的背光单元的示意图，
图5A和图5B示出了结构化载体以及在结构化载体上的具有背光单元的装置的示意图，和
图6A、图6B、图6C、图6D和图6E示出了具有多个半导体芯片的单位单元的各种实施例的示意图。
相同、相似或起相同作用的元件在附图中设有相同的附图标记。附图分别是示意图，因此不一定按比例绘制。更确切地说，为了说明，能够将相对较小的元件、尤其是层厚度夸大地示出。
图1A示出了背光单元10，更确切地说背光单元10的单位单元10T。背光单元10可以具有多个这种单位单元10T。单位单元10T可以彼此直接邻接。特别地，背光单元10具有由单位单元10T构成的多个行和列。换言之，单位单元10T以矩阵方式布置。为了简单起见，下文中通常结合单位单元10T来描述背光单元10。
背光单元10具有至少一个半导体芯片2，所述至少一个半导体芯片被设计用于产生电磁辐射。背光单元10具有灌封体4，所述灌封体具有至少一个凹部40。灌封体4具有多个子区域40T，所述多个子区域尤其分别与单位单元10T中的恰好一个相关联。例如，子区域40T是连续的灌封体4的整体组成部分。子区域40T中的每个可以具有凹部40，特别是恰好一个凹部40。
沿竖直方向，凹部40从灌封体4的前侧41延伸到灌封体4中，进而在灌封体4中形成盲孔。灌封体4或灌封体4的子区域40T的前侧41可以弯曲地构成，尤其是凸状弯曲地构成。除了凹部4的位置外，前侧41可以采用透镜的形状。灌封体4或灌封体4的子区域40T的后侧42可以平面构成。后侧42可自由触及。特别地，背光单元10的后侧10R局部地由灌封体4的后侧42形成。
凹部4具有例如平面构成的底面40B。凹部4具有侧面或侧壁40W，所述侧面或侧壁可以平面或凸状或凹状弯曲地构成。凹部4具有锐利的或倒圆的棱边40K。棱边40K可以是内棱边，例如在相邻侧壁40W之间或在底面40B与侧壁40W之间的内棱边，或者可以是外棱边，例如在灌封体4的前侧41与侧壁40W之间的外棱边。
在图1A中，示意性地示出了竖直方向z以及横向方向x和y。沿竖直方向，随着与底面40B的距离增加，凹部40具有变大的横向的横截面。特别地，凹部40棱锥状地(例如截棱锥状地)构成。底面40B可以是四边形的、长方形的、正方形的、圆形的或椭圆形的，或者可以采用其他几何形状。
背光单元10具有至少一个半导体芯片2。特别地，背光单元10具有布置在不同的单位单元10T中的多个半导体芯片2。例如，半导体芯片2是侧发射半导体芯片2。可行的是：灌封体4的每个子区域40T可以具有恰好一个凹部和恰好一个侧发射半导体芯片2。
根据图1A，半导体芯片2布置在凹部40之外。在灌封体4的俯视图中，凹部40与半导体芯片2重叠。凹部4的底面40B可以部分或完全覆盖半导体芯片2。凹部4的底面40B的几何形状可以适配于半导体芯片2的几何形状。例如，底面40B和半导体芯片2的横截面具有相同的几何形状。
根据图1A，半导体芯片2在横向方向上被灌封体4包围。例如，半导体芯片2的前侧2V和所有侧面2S(参见图2A)可以被灌封体4的材料覆盖，特别是完全覆盖。半导体芯片2的后侧2R也可以被灌封体4的材料部分覆盖或完全覆盖。与图1A不同，半导体芯片2的后侧2R例如可以自由触及，例如以背光单元10的后侧10R处的电接触部位自由触及。因此，半导体芯片2可以部分或完全嵌入灌封体4中。与图1A不同，半导体芯片2可以位于灌封体4之外。
背光单元10具有反射器3。反射器3可以连续地构成。背光单元10的后侧10R可以局部地由反射器3的表面形成。例如，反射器3具有整体的子区域3T，所述子区域分别与单位单元10T中的一个相关联。反射器3具有多个开口，所述多个开口分别与单位单元10T中的一个相关联。沿竖直方向，开口尤其延伸穿过反射器3，进而尤其被构成为通孔。例如，反射体3的子区域3T中的每个具有这种开口。开口由灌封体4的材料填充。反射器3或反射器3的子区域3T尤其具有倾斜的侧壁3W。侧壁3W可以被灌封体4的材料完全覆盖。
反射器3具有上边缘3R，所述上边缘可以被灌封体4的材料完全覆盖。灌封体4沿竖直方向伸出，特别是伸出超过反射器3。由于遮盖反射器3，灌封体4的子区域40T、特别是所有子区域40T能够彼此连接。从这个意义上说，灌封体4一件式地构成。
背光单元10具有用于所有单位单元10T的覆盖层堆叠5，特别是公共覆盖层堆叠5。覆盖层堆叠5布置在灌封体4上。由于灌封体4的前侧41的弯曲，在灌封体4与覆盖层堆叠5之间可以存在中间间隙45。中间间隙45可以至少局部地由气态介质、例如空气填充。中间间隙45还可以局部地由固态介质、例如连接材料填充。
覆盖层堆叠5具有多个功能层59。功能层59可以是磷光体层54(例如呈磷光体膜的形式)、扩散层55(例如呈体积扩散膜的形式)或亮度增强膜(BEF、DBEF)56。磷光体层54可以具有能够将短波长电磁辐射转换成较长波长电磁辐射的磷光体。例如，半导体芯片2被设计用于产生蓝色或紫外光谱范围内的电磁辐射。所述辐射可以由磷光体层54转换成黄色、绿色或红色光谱范围内的电磁辐射。扩散层55和亮度增强层56尤其被设计用于混合转换过的辐射。此外，根据图1A，覆盖层堆叠5具有一个DBEF层56和两个BEF层56。
覆盖层堆叠5具有前侧51和后侧52，其中后侧52面向灌封体4。后侧52可以由磷光体层54的表面形成。前侧51尤其是覆盖层堆叠5的暴露表面，所述暴露表面可以由亮度增强膜56的表面形成。背光单元10的前侧10V可以由覆盖层堆叠5的前侧51形成。
背光单元10具有总竖直高度10H。总竖直高度10H尤其说明背光单元10的平均竖直伸展。背光单元的竖直伸展尤其由覆盖层堆叠5的前侧51和灌封体4的后侧42限界。特别地，背光单元10的总竖直高度10H(由覆盖层堆叠5的前侧51与灌封体4的后侧42之间的竖直距离给出)为最高3mm、最高2.5mm，最高2mm或最高1.5mm。
图1B示出了没有覆盖层堆叠5的单位单元10T的示意图。凹部40中心地布置在灌封体4的子区域40T中。灌封体4在俯视图中尤其完全覆盖反射器3的子区域3T。在单位单元10T内，灌封体4的子区域40具有从凹部40朝向灌封边缘减小的竖直厚度。凹部40位于光源之上，例如半导体芯片2之上，并且具有圆锥形或棱锥状的形状。
图1C示出了具有背光单元10和载体90的装置100，所述背光单元尤其在图1A中示意性地示出。载体90可以是印刷电路板。特别地，背光单元10以机械和导电的方式与载体90连接。载体90可以在其前侧91上具有电接触结构90K，半导体芯片2或多个半导体芯片2可以经由所述电接触结构外部电接触。前侧91尤其高反射性地构成并且可以具有大于90％或大于95％的反射率R。例如，载体90的前侧91具有白朗伯散射特性。
如图1D中示意性示出，半导体芯片2可以具有接触结构2K，所述接触结构在背光单元10的后侧10R上可自由触及并且可以以导电方式与载体90的接触结构90K连接。替代地，半导体芯片2可以布置在具有接触结构2K的芯片载体上。
图2A示出了背光单元的侧发射半导体芯片2和这种半导体芯片2的发光密度分布。
半导体芯片2可以具有第一半导体层21、第二半导体层22和有源区23，其中有源区23沿竖直方向布置在第一半导体层21与第二半导体层22之间并且尤其被设计用于产生电磁辐射。第一半导体层21和第二半导体层22可以n型传导地构成或p型传导地构成，反之亦然。半导体芯片2被构成为侧发射半导体芯片2，其中所发射的辐射的主要部分在侧面2S处从半导体芯片2射出。特别地，不或者几乎不经由前侧2V或经由后侧2R进行发射。在图2A的右侧上示意性地示出了这种半导体芯片2的角度相关的辐射发射。辐射的主要部分不直接沿竖直的前向方向z放射。发射倾向于是棒状的并且沿横向方向扇形展开。主放射方向与前向方向z形成35°至65°的角度。
半导体芯片2尤其布置在单位单元10T中，使得前侧2V面向凹部40的底面40B。半导体芯片2与凹部40的这种相对布置提高了单位单元10T的发光密度分布的均匀性。
图2B示出了具有凹部40的灌封体4的子区域4T的示意图。灌封体4尤其由对于由半导体芯片2产生的电磁辐射是可透过的、特别是透明的材料形成。例如，灌封体4由硅树脂、环氧树脂、丙烯酸酯或类似材料形成。特别地，该材料具有大于1.35的折射率。
灌封体4具有竖直高度4H，所述竖直高度例如为0.5mm至1.5mm，其中包括边界值，例如0.9mm左右。凹部40具有竖直深度，所述竖直深度例如为0.2mm至1mm，例如0.2mm至0.8mm或0.2mm至0.5mm，其中包括边界值。灌封体4的后侧42与凹部40的底面40B之间的竖直距离4A可以为0.2mm至1mm，例如0.2mm至0.8mm或0.2mm至0.5mm，例如0.35mm左右。例如，4A与4H的比为0.3至0.7，例如0.3至0.5或0.4至0.6，其中包括边界值。
棱边40K优选地是倒圆的，由此耦合输入到凹部40中的辐射会尽可能沿所有横向方向散射。如在图2B中示意性示出，底面40B平坦地构成。凹部40的侧面40W与垂直铅垂线尤其形成锐的倾斜角度40N。例如，倾斜角度40N为30°至60°，例如35°至55°，例如52°左右。侧壁40W可以平坦或凸状或凹状弯曲地构成。
凹部40可以具有矩形、圆形或椭圆形形状，或者具有强倒圆角的矩形形状。凹部40的横截面可以采用各种形状。例如，凹部40的上开口和底面40B具有不同的形状。例如，圆形底面40B朝凹部40的上开口的方向过渡为矩形。
图2C以剖视图示出了灌封体4的子区域4T的示意图。子区域4T的前侧41朝向灌封边缘渐缩。灌封体4的前侧41或灌封体4的子区域4T相对于垂直铅垂线的倾斜角度41N可以为90°至120°，例如95°至120°。子区域4T的前侧41可以采用凸透镜的表面的形状。灌封体4可以具有多个这种局部弯曲的表面。特别地，单位单元10T中的每个具有带弯曲前侧41的子区域4T。
替代地或补充地，前侧41可以具有微结构，例如呈圆顶状隆起、透镜结构、棱锥形状的微结构或者呈凹部、透镜形状和/或棱锥形状的微结构。
图2D示出了反射器3的子区域3T。所述子区域3T尤其与背光单元10的单位单元10T相关联。特别地，子区域3T仅位于单位单元10T的外部区域处。子区域3T具有呈通孔形式的开口30。开口30尤其由灌封体4的子区域4T填充。在俯视图中，反射器3的子区域3T可以被灌封体4完全覆盖。
子区域3T或反射器3具有高反射或朗伯散射的表面。特别地，反射器3的表面的反射率R大于90％，例如大于95％。子区域3T或反射器3具有倾斜构成的侧壁3W。例如，侧壁3W与垂直铅垂线形成30°至60°、30°至55°或30°至45°(其中包括边界值)的倾斜角度3N。在图2D中，倾斜角度3N为大约47°。
图3A和图3B示出了关于单位单元10T的发光密度分布(图3A)和关于单位单元10T的色坐标分布(图3B)的模拟结果的示意图。在凹部40存在的情况下，可以实现关于发光密度分布和色坐标分布的特别高的均匀性。
图4A示出了具有25个子区域3T的反射器3，例如二次反射器3，其中子区域3T分别与背光单元10的单位单元10T中的一个相关联。反射器3具有结构，所述结构在边缘处具有倾斜的侧壁，用于对单位单元10T限界并避免相邻单元的过度耦合。反射体3可以部分或完全嵌入灌封体4中。
图4B示意性地示出了对应的具有25个子区域4T的灌封体4，这些子区域分别具有居中布置的凹部40。凹部40或多个凹部40可以部分地或完全地由部分透明材料、扩散材料、有色材料、波长转换材料或其组合填充。当然，凹部40或多个凹部40可以不由固态材料填充，而是由气态材料填充，例如由空气填充。
沿竖直方向，灌封体4伸出超过反射器3，使得在俯视图中反射器3被灌封体4完全覆盖。灌封体4连续且一件式地构成。单位单元10T可以分别具有5mm至15mm、例如8mm至12mm(其中包括边界值)的横向宽度或横向长度。当然，单位单元10T不限于所述几何说明。
灌封体4的材料可以由低浓度(例如，按重量百分比计小于1％或小于2％)的扩散颗粒填充。替代地或补充地，灌封体4的材料可以由低浓度(例如，按重量百分比计小于5％)的磷颗粒填充。在这种情况下，背光单元10可以配备有单独的磷光体层54或者也可以不配备这种单独的磷光体层54。
图5A和图5B示出了结构化载体90以及在结构化载体10上的具有背光单元10的装置100的示意图。
如图2A中示意性示出，辐射的不可忽略的份额直接向载体90的方向放射。直接射到半导体芯片2旁的载体90上的电磁辐射可能直接沿前向方向、即沿z方向向回反射。这可能会导致热点。
如果载体90的前侧91被结构化，则可以至少部分地解决所述问题。特别地，载体90的前侧91在围绕半导体芯片2的区域中具有凹部和/或隆起。结构化前侧91尤其用于实现：以较大角度向回反射由半导体芯片2产生的并射到载体90上的电磁辐射，以便最小化载体90的围绕半导体芯片2的区域被照亮进而可能导致热点的风险。
载体90的前侧91上的凹部或隆起可以具有0.1mm至0.5mm或0.15mm至0.45mm(其中包括边界值)、例如0.3mm左右的竖直深度或竖直高度。凹部或隆起可以具有内壁或侧面，所述内壁或侧面与垂直铅垂线形成30°至70°、例如30°至60°(其中包括边界值)、例如55°左右的倾斜角度。
载体90的前侧91可以具有大面积的斜部，所述斜部例如在图5A中示出。前侧91还可以具有多个较小的凹部或隆起，其几何尺寸在前侧91上保持相同或发生变化。
如图5B中示意性示出，射到载体90上的辐射的大部分可以再次沿前向方向散射或反射。
此外，多个半导体芯片2可以安装在单位单元10T中。例如，单位单元10T具有三个、四个、六个或多于六个的半导体芯片2。半导体芯片2可以相对于xz平面和yz平面镜像对称地布置、相对于单位单元10T的中心点对称地布置或者随机分布地布置。例如，在图6A、图6B、图6C、图6D和图6E中示意性地示出了这种单位单元10T。如果在俯视图中观察单位单元10T，则半导体芯片2例如完全或部分地安装在凹部4之下。
本申请要求德国专利申请DE 10 2021 119 175.0的优先权，其公开内容通过引用并入本文。
本发明不受限于根据所述实施例进行的描述。更确切地说，本发明包括任何新特征以及任何特征组合，尤其包含权利要求中的任何特征组合，即使所述特征或所述组合本身没有在权利要求或实施例中明确说明时也是如此。
附图标记列表
10背光单元
10V背光单元的前侧
10R背光单元的后侧
10H背光单元的总竖直高度
10T背光单元的单位单元
2 半导体芯片
21 第一半导体层
22 第二半导体层
23 有源区
2K 半导体芯片的接触结构
2V 半导体芯片的前侧
2R 半导体芯片的后侧
2S 半导体芯片的侧面
3 反射器
30 反射器的开口
3T 反射器的子区域
3R 反射器的子区域3T的边缘
3W 反射器的侧壁
4 灌封体
41 灌封体的前侧
41N灌封体的前侧的倾斜角度
42灌封体的后侧
40T灌封体的子区域
40 灌封体的凹部
40B凹部的底面
40K凹部的棱边
40W凹部的侧壁
40N侧壁的倾斜角度
4H 灌封体的高度
4A 灌封体的后侧与凹部的底面之间的距离
45 中间间隙
5 覆盖层堆叠
51 覆盖层堆叠的前侧
52 覆盖层堆叠的后侧
54 磷光体层
55 扩散层
56 亮度增强膜、BEF
59 功能层
90 载体
91 载体的前侧
90K载体的接触结构
100具有背光单元和载体的装置

Claims (15)

1.一种背光单元(10)，所述背光单元具有至少一个半导体芯片(2)、反射器(3)和灌封体(4)，其中
-所述半导体芯片(2)被设计用于产生电磁辐射，
-所述灌封体(4)具有至少一个凹部(40)，
-所述半导体芯片(2)布置在所述凹部(40)之外并且在所述灌封体(4)的俯视图中与所述凹部(40)重叠，
-所述半导体芯片(2)是侧发射半导体芯片，
-所述反射器(3)具有框架状的至少一个子区域(3T)，所述至少一个子区域的开口由所述灌封体(4)的材料填充并且在横向方向上包围所述半导体芯片(2)以及所述灌封体(4)的凹部(40)，并且
-所述灌封体(4)沿竖直方向伸出超过所述子区域(3T)，其中在俯视图中所述灌封体(4)至少部分或完全覆盖所述子区域(3T)的边缘(3R)。
2.根据权利要求1所述的背光单元(10)，
其中，所述半导体芯片(2)至少在横向方向上被所述灌封体(4)包围。
3.根据前述权利要求之一所述的背光单元(10)，其中，所述凹部(40)呈棱锥状或截棱锥状地构成并且具有随着与所述半导体芯片(2)的距离增加而变大的横截面，其中所述凹部(40)具有平面构成的底面(40B)。
4.根据前述权利要求之一所述的背光单元(10)，其中，所述凹部(40)具有凸状或凹状弯曲构成的侧壁(40W)。
5.根据前述权利要求之一所述的背光单元(10)，其中，所述凹部(40)具有倒圆的棱边(40K)。
6.根据前述权利要求之一所述的背光单元(10)，其中，所述凹部(40)由气态介质填充。
7.根据权利要求1至6之一所述的背光单元(10)，其中，所述凹部(40)由部分透明材料、扩散材料、有色材料和/或波长转换材料填充。
8.根据前述权利要求之一所述的背光单元(10)，所述背光单元具有覆盖层堆叠(5)，所述覆盖层堆叠放置在所述灌封体(4)上并且完全覆盖所述凹部(40)。
9.根据前一项权利要求所述的背光单元(10)，其中，所述背光单元(10)的竖直伸展由所述覆盖层堆叠(5)的前侧(51)和所述灌封体(4)的后侧(42)限界，并且其中所述背光单元(10)的总竖直高度(10H)为最大3mm，所述总竖直高度由所述覆盖层堆叠(5)的前侧(51)与所述灌封体(4)的后侧(42)之间的竖直距离给出。
10.根据权利要求8至9之一所述的背光单元(10)，其中，所述灌封体(4)具有弯曲构成的前侧(41)，由此在所述灌封体(4)与所述覆盖层堆叠(5)之间局部地存在中间间隙(45)。
11.根据权利要求8至10之一所述的背光单元(10)，其中，所述覆盖层堆叠(5)具有由功能层(59)的组构成的至少一个或多个层，其中所述功能层的组包含磷光体层(54)、扩散层(55)和/或所谓的亮度增强膜(56)。
12.根据前述权利要求之一所述的背光单元(10)，所述背光单元具有多个半导体芯片(2)，其中
-所述背光单元(10)具有多个单位单元(10T)，所述多个单位单元分别具有半导体芯片(2)中的一个，
-所述灌封体(4)具有多个子区域(40T)，所述多个子区域分别具有凹部(40)，
-所述灌封体(4)的子区域(40T)分别横向包围半导体芯片(2)中的一个，其中所述一个半导体芯片(2)布置在与其相关联的凹部(40)之外并且与与其相关联的凹部(40)在所述灌封体(4)的俯视图中重叠，并且
-所述灌封体(4)的子区域(40T)分别与单位单元(10T)中的一个相关联。
13.根据前一项权利要求所述的背光单元(10)，其中
-所述反射器(3)是具有连续的多个子区域(3T)的公共反射器(3)，所述连续的多个子区域分别与单位单元(10T)中的一个相关联，并且
-所述灌封体(4)与其子区域(40T)连续地构成。
14.一种由根据前述权利要求之一所述的背光单元(10)和载体(90)构成的装置(100)，其中
-所述背光单元(10)布置在所述载体(90)上，并且
-所述半导体芯片(2)能够经由所述载体(90)上的接触结构(90K)外部电接触。
15.一种由根据权利要求1至13之一所述的背光单元(10)和载体(90)构成的装置(100)，其中
-所述背光单元(10)布置在所述载体(90)上，
-所述载体(90)具有面向所述背光单元(10)的结构化前侧(91)，并且
-所述结构化前侧(91)被设计用于散射由所述半导体芯片(2)产生的并射到所述载体(90)上的电磁辐射进而抑制可能的热点。
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