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Gebiet der Erfindung
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Diese
Erfindung bezieht sich auf Festkörper-Lichtemissionsvorrichtungen
und Herstellungsverfahren für
diese, und insbesondere auf die Unterbringung von Festkörper-Lichtemissionswürfeln in Kompaktgehäusen.
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Hintergrund der Erfindung
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Festkörper-Lichtemissionsvorrichtungen
wie anorganische oder organische Leuchtdioden (LEDs) werden weitverbreitet
für viele
Anwendungen eingesetzt. Wie den Fachleuten auf dem Gebiet hinreichend
bekannt ist, umfasst eine Festkörper-Lichtemissionsvorrichtung
einen Festkörperlichtemissionswürfel bzw.
Festkörperlichtemissionschip,
der dazu ausgelegt ist, wenn ihm Energie zugeführt wird, kohärentes und/oder
inkohärentes
Licht abzugeben. Eine anorganische LED kann Halbleiterschichten enthalten,
die P-N-Übergänge bilden.
Eine organische LED kann eine oder mehrere organische Lichtemissionsschicht/en
enthalten. Typischerweise erzeugt eine Festkörper-Lichtemissionsvorrichtung
in einer lichtemittierenden Schicht oder Zone Licht durch die Rekombination
von elektronischen Trägern,
d.h. Elektronen und Elektronenlücken.
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Es
ist auch bekannt, dass ein Festkörper-Lichtemissionschip
als in einem Kompaktgehäuse
untergebracht hergestellt werden kann, um externe elektrische Verbindungen,
Wärmeableitung,
Linsen, Wellenleiter und/oder andere optische Funktionalität, Umgebungsschutz-
und/oder eine andere gewünschte
Funktionalität
bereitzustellen. Die Gehäusebildung
kann zumindest zum Teil dadurch vorgesehen werden, dass der Festkörper-Lichtemissionschip auf
einer Unterlage angebracht wird und/oder der Festkörper-Lichtemissionschip
zumindest teilweise von einer kuppelförmigen Schale umschlossen wird.
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Oftmals
ist es wünschenswert,
Phosphor in eine Festkörper-Lichtemissionsvorrichtung
einzubringen, um die abgegebene Strahlung in einem bestimmten Frequenzband
zu erhöhen
und/oder zumindest einen Teil der Strahlung in ein anderes Frequenzband
umzusetzen. So wie der Begriff "Phosphor" hier verwendet wird,
wird er gattungsgemäß für jedes
photolumineszierende Material verwendet. Phosphor kann unter Verwendung
vieler Verfahren in eine Festkörper-Lichtemissionsvorrichtung
eingebracht werden. Zum Beispiel kann Phosphor als Schicht innen
und/oder außen
an der kuppelförmigen Schale
aufgetragen und/oder in die Schale selbst eingeschlossen werden.
Bei anderen Verfahren kann Phosphor als Schicht auf den Festkörper-Lichtemissionschip
selbst aufgetragen werden. Bei noch anderen Verfahren kann ein Materialtropfen
wie Epoxid-, Siliconeinbettharz, usw., das Phosphor in sich enthält, auf
dem Chip angebracht und gehärtet
werden, um eine Schale über
dem Chip zu bilden. Dieses Verfahren kann als "Glob Top" bezeichnet werden.
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Unglücklicherweise
kann die Gehäusebildung
für einen
Festkörper-Lichtemissionschip
teuer sein, und in manchen Fällen
sogar teurer als der Festkörper-Lichtemissionschip
selber. Außerdem kann
auch der Montageprozess teuer, zeitaufwändig und/oder Fehlern ausgesetzt
sein. Schließlich
kann die Gehäusebildung
den Lichtausbeutewirkungsgrad aus dem Festkörper-Lichtemissionschip auf
unerwünschte
Weise senken und/oder die optischen Eigenschaften des emittierten
Lichts herabsetzen.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Festkörper-Lichtemissionsvorrichtungen nach
einigen Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung umfassen einen Festkörper-Lichtemissionschip, der
dazu ausgelegt ist, Licht zu emittieren, wenn ihm Energie zugeführt wird,
und eine Vorform, die dazu ausgelegt ist, zumindest einen Teil des Lichts,
das aus dem Festkörper-Lichtemissionschip emittiert
wird, durch sich hindurchgehen zu lassen. Eine Schicht befestigt
die Vorform und den Festkörper-Lichtemissionschip
aneinander und koppelt sie optisch miteinander. Ein optisches Element
ist in und/oder auf der Vorform vorgesehen und dazu ausgelegt, zumindest
einen Teil des Lichts, das aus dem Festkörper-Lichtemissionschip emittiert wird, zu
modifizieren. Indem eine Vorform verwendet wird, die am Festkörper-Lichtemissionschip
selbst befestigt und optisch damit gekoppelt ist, kann eine hocheffiziente
optische Verarbeitung des aus dem Festkörper-Lichtemissionschip emittierten Lichts
vorgesehen werden. Darüber
hinaus kann die Vorform unter Verwendung herkömmlicher mikroelektronischer
Fertigungsverfahren hergestellt werden, und kann unter Verwendung
herkömmlicher
Bestückungsverfahren ("Pick and Place"-Verfahren) auf den
Festkörper-Lichtemissionschip
gesetzt werden, so dass Herstellungskosten und -zeit gesenkt und/oder
der Ertrag erhöht
werden kann. In manchen Ausführungsformen
befestigt die Schicht die Vorform und den Festkörper-Lichtemissionschip klebend aneinander.
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Nach
den verschiedenen Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung können
viele Arten von Vorformen vorgesehen werden. Generell kann die Vorform
ein flexibles und/oder nicht flexibles Material umfassen. Zum Beispiel
kann eine flexible Vorform ein Material aus Siliconbasis umfassen,
wie etwa einen bei Raumtemperatur vulkanisierenden (RTV) Siliconkautschuk,
Silicongele, Silicongummis, Silicon-/Epoxyhybride, usw. Eine nicht
flexible Vorform kann Glas umfassen.
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Die
Vorform kann in verschiedenen Größen und
Formen bereitgestellt werden. Zum Beispiel hat in manchen Ausführungsformen
die Vorform dieselbe Form und Größe wie eine
Fläche
des lichtemittierenden Chips. In anderen Ausführungsformen erstreckt sich
die Vorform über
die Fläche
des lichtemittierenden Chips hinaus. In anderen Ausführungsformen umfasst
der lichtemittierende Chip einen außenliegenden Kontaktfleck,
und die Vorform kann so geformt sein, dass sie den außenliegenden
Kontaktfleck freilegt. Die Vorform kann gleichmäßig dick oder variabel dick
sein. Darüber
hinaus kann die Vorform eine verlängerte Seitenwand haben, die
dazu ausgelegt ist, sich entlang einer Seitenwand des Festkörper-Lichtemissionschips
zu erstrecken.
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Darüber hinaus
können
verschiedene Arten von optischen Elementen in und/oder auf der Vorform vorgesehen
werden, die dazu ausgelegt ist/sind, zumindest einen Teil des Lichts,
das vom Festkörper-Lichtemissionschip
emittiert wird, durch Verändern
der Amplitude, Frequenz und/oder Richtung zumindest eines Teils
des Lichts zu modifizieren, das vom Festkörper-Lichtemissionschip emittiert
wird. Zum Beispiel kann das optische Element ein photolumineszierendes
Element wie Phosphor, ein optisches Beugungselement wie eine Linse,
ein optisches Filterelement wie ein Farbfilter, ein optisches Streuungselement
wie Lichtstreupartikel und ein optisches Diffusionselement wie eine
Strukturfläche,
ein optisches Reflexionselement wie eine Spiegelfläche und/oder
eine andere Vorform in und/oder auf der Vorform umfassen. In noch
anderen Ausführungsformen
kann auch ein elektrisches Element wie ein Verdrahtungs- oder Kontaktierungselement
in und/oder auf der Vorform vorgesehen sein.
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In
einigen Ausführungsformen
kann die Vorform eine Suspension von Phosphorpartikeln in Glas umfassen.
In manchen Ausführungsformen
können zwischen
ca. 30 und ca. 95 Gew.% Phosphorpartikel vorgesehen sein. In anderen
Ausführungsformen können die
Phosphorpartikel vom Durchmesser her zwischen ca. 0,5 μm und ca.
30 μm betragen.
In noch anderen Ausführungsformen
können
ca. 0,001 bis ca. 1,0 Gew.-% optische Streuungspartikel vorgesehen
sein. In noch anderen Ausführungsformen
kann eine strukturierte Fläche
auf der Vorform vorgesehen sein, um ein Diffusionselement bereitzustellen.
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In
noch anderen Ausführungsformen
kann die Festkörper-Lichtemissionsvorrichtung
darüber
hinaus eine zweite Vorform umfassen, die dazu ausgelegt ist, zumindest
einen Teil des Lichts, das aus dem Festkörper-Lichtemissionschip emittiert
wird, durch sich hindurchgehen zu lassen, eine zweite Schicht, welche
die zweite Vorform und die erste Vorform, vom Festkörper-Lichtemissionschip
abgesetzt, aneinander befestigt und optisch miteinander koppelt, und
ein zweites optisches Element in und/oder auf der zweiten Vorform,
das dazu ausgelegt ist, darüber hinaus
zumindest einen Teil des Lichts zu modifizieren, das aus dem Festkörper-Lichtemissionschip emittiert
wird. In manchen Ausführungsformen
befestigt und koppelt die zweite Schicht optisch die zweite Vorform
und die erste Vorform klebend miteinander. Dementsprechend kann
eine Reihe von Vorformen auf dem Festkörper-Lichtemissionschip vorgesehen werden,
die ähnliche
und/oder unterschiedliche optische Funktionen erfüllen können.
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In
noch anderen Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung kann auch eine Unterlage vorgesehen sein,
die mit dem Festkörper-Lichtemissionschip
verbunden ist, der die Vorform auf sich umfasst. Die Unterlage kann
darüber
hinaus so im Gehäuse
vorgesehen sein, dass externe elektrische Verbindungen, Wärmeableitung,
Umgebungsschutz und/oder andere herkömmliche Funktionen für die Festkörper-Lichtemissionsvorrichtung
bereitgestellt werden. Selbstverständlich kann jede beliebige
und können
alle der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen von Vorformen
und optischen Elementen in verschiedenen Kombinationen und Teilkombinationen
verwendet werden.
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Ausführungsformen
der Erfindung wurden vorstehend in Verbindung mit einer zusammengesetzten
Festkörper-Lichtemissionsvorrichtung
beschrieben, die einen Festkörper-Lichtemissionschip, eine
Vorform, eine Schicht und ein optisches Element umfasst. Jedoch
können
andere Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung eine optische Verarbeitungsvorrichtung für einen
Festkörper-Lichtemissionschip
bereitstellen, die als Vorform ausgeführt ist, die so bemessen und
geformt ist, dass sie klebend am Festkörper-Lichtemissionschip befestigt
ist. Die Vorform ist dazu ausgelegt, zumindest einen Teil des Lichts,
das aus dem Festkörper-Lichtemissionschip emittiert
wird, durch sich hindurchgehen zu lassen. Ein optisches Element
ist in und/oder auf der Vorform vorgesehen, das dazu ausgelegt ist,
zumindest einen Teil des Lichts zu modifizieren, das aus dem Festkörper-Lichtemissionschip
emittiert wird. Wie vorstehend beschrieben wurde, können verschiedene
Ausführungsformen
von Vorformen und/oder optischen Elementen vorgesehen werden.
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Noch
andere Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung stellen eine optische Verarbeitungsvorrichtung
für einen
Festkörper-Lichtemissionschip
bereit, die eine Glasvorform umfasst, die dazu bemessen und geformt
ist, den Festkörper-Lichtemissionschip
zu befestigen, wobei die Glasvorform darin suspendierte Phosphorpartikel enthält. Verschiedene
Ausführungsformen
von Glasvorformen, Phosphorpartikeln, Lichtstreupartikeln und/oder
Strukturierung können
wie vorstehend beschrieben bereitgestellt werden. Darüber hinaus kann
in manchen Ausführungsformen
der Phosphor Ce:YAG-Phosphor und/oder andere Phosphorarten wie Eu2+–dotierten
BOSE, Ce3+–dotierte
Nitride, usw. umfassen.
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Außerdem können optische
Verarbeitungsvorrichtungen, die eine Vorform und ein optisches Element
enthalten, in einem großen
Maßstab
hergestellt werden, indem Vorläufer
gefertigt werden, die eine große
Anzahl an Vorformen auf einem flexiblen und/oder nicht flexiblen
Substrat umfassen und dann die Vorformen vereinzelt werden. Die
Vorformen können
auf einem temporären
Substrat vereinzelt werden, wie etwa einem herkömmlichen "Blauband" (blue tape). Eine jeweilige Vorform
kann dann unter Verwendung hinlänglich
bekannter Anlagen und Verfahren zum "Aufnehmen und Ablegen" auf einen jeweiligen
Festkörper-Lichtemissionschip
gesetzt werden.
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Entsprechend
können
manche Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung einen Vorläufer bereitstellen, der ein
Substrat und mehrere Vorformen auf dem Substrat umfasst, wobei eine
jeweilige Vorform auf sich und/oder in sich optische Elemente umfasst.
Systeme und/oder Verfahren, um eine Vorform und einen Festkörper-Lichtemissionschip
aneinander zu befestigen, können
auch in anderen Ausführungsformen
bereitgestellt werden. In manchen Ausführungsformen kann der Vorläufer vereinzelte Vorformen
umfassen. In anderen Ausführungsformen
können
die vereinzelten Vorformen auch flexibles Material umfassen, und
das Substrat kann auch ein vereinzeltes Substrat umfassen. In anderen
Ausführungsformen
können
die vereinzelten Vorformen Glas umfassen, und das optische Element
kann Phosphorpartikel umfassen, die in den vereinzelten Glasvorformen
suspendiert sind.
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Es
können
auch Verfahren zur Herstellung einer Festkörper-Lichtemissionsvorrichtung
bereitgestellt werden, wobei eine Vorform und ein Festkörper-Lichtemissionschip
aneinander befestigt werden, und wobei die Vorform in sich und/oder
auf sich ein optisches Element umfasst. In manchen Ausführungsformen
erfolgt die Befestigung, indem die Vorform von einem Substrat abgenommen
und die abgenommene Vorform auf den Festkörper-Lichtemissionschip gesetzt
wird. Dem Aufsetzen kann das Auftragen eines Klebstoffs auf die
Vorform und/oder den Festkörper-Lichtemissionschip
vorausgehen. Dem Aufnehmen kann ein Vereinzeln der Vorform vorausgehen.
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In
noch anderen Ausführungsformen
kann die Vorform selbst dadurch hergestellt werden, dass Phosphorpartikel
in Glas suspendiert werden. Das Suspendieren kann nach manchen Ausführungsformen
dadurch erfolgen, dass Glasfritte und Phosphorpartikel gemischt
und erhitzt werden, und die Glasfritte bis auf Schmelztemperatur
zu erwärmen
und eine Glasvorform zu bilden, welche die darin suspendierten Phosphorpartikel
enthält.
In anderen Ausführungsformen
kann das Suspendieren dadurch erfolgen, dass Phosphorpartikel in
geschmolzenes Glas gemischt werden und man das geschmolzene Glas dann
abkühlen
lässt.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die 1A-1F sind
Querschnittsansichten verschiedener Auslegungen von herkömmlichen
Leuchtdioden.
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1G ist
eine Querschnittsansicht einer herkömmlichen, in einem Gehäuse untergebrachten Leuchtdiode.
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Die 2A-2F sind
Querschnittsansichten von Festkörper-Lichtemissionsvorrichtungen nach
verschiedenen Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung während
der Zwischenherstellung von diesen.
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Die 3A-3F sind
Querschnittsansichten von Festkörper-Lichtemissionsvorrichtungen nach
der Vorformbefestigung gemäß verschiedener Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung.
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3G ist
eine Querschnittsansicht einer in einem Gehäuse untergebrachten Vorrichtung
von 3F nach verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung.
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Die 3H-3M sind
Querschnittsansichten von Festkörper-Lichtemissionsvorrichtungen nach
der Vorformbefestigung gemäß verschiedener Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung.
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3N ist
eine Querschnittsansicht einer in einem Gehäuse untergebrachten Vorrichtung
von 3M nach verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung.
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4 ist
eine Ablaufschema von Arbeitsabläufen,
die sich durchführen
lassen, um Festkörper-Lichtemissionsvorrichtungen
nach verschiedenen Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung herzustellen.
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Die 5A-5F sind
Querschnittsansichten von Festkörper-Lichtemissionsvorrichtungen nach
anderen Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung.
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Die 6A-6F sind
Querschnittsansichten von Festkörper-Lichtemissionsvorrichtungen nach
noch anderen Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung.
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Die 7A-7F sind
Querschnittsansichten von Festkörper-Lichtemissionsvorrichtungen nach
wieder anderen Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung.
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Die 8A-8F sind
Querschnittsansichten von Festkörper-Lichtemissionsvorrichtungen nach
weiteren Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung.
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Die 9A-9F sind
Querschnittsansichten von Festkörper-Lichtemissionsvorrichtungen nach
noch weiteren Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung.
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10 ist
ein Ablaufschema von Arbeitsabläufen,
die sich durchführen
lassen, um flexible Vorformen nach verschiedenen Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung herzustellen.
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11 stellt
schematisch Verfahren und Systeme zur Herstellung verschiedener
Vorformen von 10 dar.
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12 ist
ein Ablaufschema von Arbeitsabläufen
zur Herstellung starrer Vorformen nach einigen Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung.
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Die 13A bis 13C stellen
schematisch verschiedene Systeme und Verfahren zur Herstellung starrer
Vorformen nach einigen Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung dar.
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14 ist
eine Querschnittsansicht einer großflächigen Vorform, die dazu ausgelegt
ist, an mehreren Festkörper-Lichtemissionschips
nach verschiedenen Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung befestigt zu werden.
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15 ist
eine schematische Darstellung einer Anzeigeeinheit mit einer Hintergrundbeleuchtung,
die eine Lichtemissionsvorrichtung nach einigen Ausführungsformen
der Erfindung umfasst.
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16 ist
eine schematische Darstellung einer Festkörper-Leuchte, die eine Lichtemissionsvorrichtung
nach einigen Ausführungsformen
der Erfindung umfasst.
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Ausführliche Beschreibung
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Die
Erfindung wird im Nachstehenden ausführlicher mit Bezug auf die
beigefügten
Zeichnungen beschrieben, in denen Ausführungsbeispiele der Erfindung
gezeigt sind. Die Erfindung kann jedoch in vielen verschiedenen
Formen ausgeführt
sein und sollte nicht als auf die hier dargelegten Ausführungsbeispiele
beschränkt
aufgefasst werden. Vielmehr werden die offenbarten Ausführungsformen
bereitgestellt, damit diese Offenbarung gründlich und vollständig ist
und den Fachleuten auf dem Gebiet den Umfang der Erfindung vollständig vermittelt.
In den Zeichnungen können
die Größen und
relativen Größen von
Schichten und Zonen der Klarheit halber überzeichnet sein. Darüber hinaus
umfasst jede hier beschriebene und dargestellte Ausführungsform auch
ihre komplementäre
Leitfähigkeitsartausführungsform.
Gleiche Bezugszahlen bezeichnen durchgehend gleiche Elemente.
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Es
sollte klar sein, dass, wenn ein Element als an ein anderes Element "angeschlossen", "gekoppelt" oder "ansprechend" (und/oder Varianten
davon) bezeichnet wird, es direkt an das andere Element angeschlossen,
gekoppelt oder auf dieses ansprechend sein kann oder Zwischenelemente
vorhanden sein können.
Wird hingegen ein Element als "direkt
angeschlossen an", "direkt gekoppelt
mit" oder "direkt ansprechend
auf" (und/oder Varianten davon)
ein bzw. einem anderen Element bezeichnet, sind keine Zwischenelemente
vorhanden. Gleiche Bezugszahlen bezeichnen durchgehend gleiche Elemente.
So wie der Begriff "und/oder" hier verwendet wird,
umfasst er beliebige und alle Kombinationen eines oder mehrerer
des damit verbundenen aufgelisteten Postens und kann als "/" abgekürzt werden.
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Es
sollte klar sein, dass obwohl die Begriffe erste/s/r, zweite/s/r,
dritte/s/r, usw. hier dazu verwendet werden können, um verschiedene Elemente, Komponenten,
Zonen, Schichten und/oder Abschnitte zu beschreiben, diese Elemente,
Komponenten, Zonen, Schichten und/oder Abschnitte sollten nicht durch
diese Begriffe eingeschränkt
werden. Diese Begriffe werden nur dazu verwendet, um ein Element,
eine Komponente, eine Zone, eine Schicht oder einen Abschnitt von
einer anderen Zone, einer anderen Schicht oder einem anderen Abschnitt
zu unterscheiden. So könnte
ein erstes Element, eine erste Komponente, eine erste Zone, eine
erste Schicht oder ein erster Abschnitt, die nachstehend erörtert werden,
als zweites Element, zweite Komponente, zweite Zone, zweite Schicht
oder zweiter Abschnitt bezeichnet werden, ohne dass dabei von den Lehren
der vorliegenden Erfindung abgewichen wird.
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Die
hier verwendete Terminologie ist zu Zwecken der Beschreibung besonderer
Ausführungsformen
gedacht und soll die Erfindung nicht einschränken. So wie die Singularformen "ein, eine, eines" und "der, die, das" hier verwendet werden,
sollen sie auch die Pluralformen umfassen, es sei denn, der Kontext gibt
klar etwas anderes an. Ferner sollte klar sein, dass die Begriffe "umfasst" und/oder "umfassend" (und/oder Varianten
davon), wenn sie in dieser technischen Beschreibung verwendet werden,
das Vorhandensein festgestellter Merkmale, ganzer Zahlen, Schritte,
Arbeitsabläufe,
Elemente und/oder Komponenten angeben, aber das Vorhandensein oder
den Zusatz eines Merkmals, einer ganzen Zahl, eines Schritts, einer
Arbeitsablaufs, eines Elements, einer Komponente bzw. mehrerer Merkmale,
ganzer Zahlen, Schritte, Arbeitsabläufe, Elemente, Komponenten
und/oder Gruppen davon nicht ausschließen. Wenn hingegen der Begriff "bestehend aus" (und/oder Varianten
davon) in dieser technischen Beschreibung verwendet wird, gibt er
die festgestellte Anzahl von Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Arbeitsabläufen, Elementen
und/oder Komponenten an und schließt zusätzliche Merkmale, ganze Zahlen, Schritte,
Arbeitsabläufe,
Elemente und/oder Komponenten aus.
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Die
vorliegende Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf Blockdiagramme
und/oder Ablaufschemadarstellungen von Verfahren und/oder Vorrichtungen
(Systemen) nach Ausführungsformen
der Erfindung beschrieben. Es sollte klar sein, dass ein Block der
Blockdiagramme und/oder Ablaufschemadarstellungen und Kombinationen
von Blöcken
in den Blockdiagrammen und/oder Ablaufschemadarstellungen Vorrichtungen/Systeme
(Aufbau), Mittel (Funktion) und/oder Schritte (Verfahren) verkörpern können, um
die Funktionen/die in den Blockdiagrammen angegebenen Maßnahmen
und/oder einen Ablaufschemablock oder Ablaufschemablöcke umzusetzen.
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Es
sollte auch angemerkt werden, dass in manchen alternativen Ausführungen
die Funktionen/in den Blöcken
genannten Maßnahmen
nicht in der in den Ablaufschemata festgehaltenen Reihenfolge stattfinden
können.
Zum Beispiel können
zwei aufeinanderfolgend dargestellte Blöcke in Wirklichkeit im Wesentlichen
gleichzeitig ausgeführt
werden, bzw. können
die Blöcke
manchmal auch in umgekehrter Reihenfolge je nach den damit verbundenen Funktionen/Maßnahmen
ausgeführt
werden. Außerdem
kann der Funktionsablauf eines bestimmten Blocks der Ablaufschemata
und/oder Blockdiagramme in mehrere Blöcke unterteilt werden und/oder
der Funktionsablauf zweier oder mehrerer Blöcke der Ablaufschemata und/oder
Blockdiagramme zumindest teilweise zusammengefasst werden.
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Darüber hinaus
können
relative Begriffe wie "untere/s/r" oder "unten" und "obere/s/r" oder "oben" hier dazu verwendet
werden, um das Verhältnis
eines Element zu einem anderen Element oder anderen Elementen zu
beschreiben, wie es oder sie in den Figuren dargestellt ist bzw.
sind. Es sollte klar sein, dass relative Begriffe verschiedene Ausrichtungen der
Vorrichtungen zusätzlich
zu der in den Figuren dargestellten Ausrichtung mit einschließen sollen. Wenn
beispielweise die Vorrichtung in einer der Figuren auf den Kopf
gestellt ist, wären
Elemente, die als auf der "unteren" Seite anderer Elemente
befindlich beschrieben sind, dann von der Ausrichtung her auf den "oberen" Seiten der anderen
Elemente. Der beispielhafte Begriff "untere/s/r" kann deshalb, je nach der besonderen
Ausrichtung der Figur, sowohl eine Ausrichtung "unten" als auch "oben" umfassen. Wenn
entsprechend die Vorrichtung in einer der Figuren auf den Kopf gestellt
ist, wären
Elemente, die als "unter" anderen Elementen
oder "unterhalb" anderer Elemente
beschrieben sind, dann von der Ausrichtung her "über" den anderen Elementen.
Die beispielhaften Begriffe "unter" oder "unterhalb" können deshalb
sowohl eine Ausrichtung über
als auch unter mit einschließen.
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Beispielhafte
Ausführungsformen
der Erfindung sind hier mit Bezug auf Querschnittsdarstellungen
beschrieben, bei denen es sich um schematische Darstellungen idealisierter
Ausführungsformen (oder
Zwischenstrukturen) der Erfindung handelt. Als solches sind Abweichungen
von den Formen der Darstellungen beispielsweise als Ergebnis von
Herstellungsverfahren und/oder Herstellungstoleranzen zu erwarten.
Somit sollten die offenbarten Ausführungsbeispiele der Erfindung
als nicht auf die besonderen hier dargestellten Formen von Zonen
beschränkt
aufgefasst werden, es sei denn, sie sind hier ausdrücklich so
angegeben, sollen aber Abweichungen bei den Formen umfassen, die
sich beispielsweise aus der Herstellung ergeben. Zum Beispiel wird eine
als Rechteck dargestellte Implantationszone typischerweise abgerundete
oder gekrümmte
Merkmale und/oder ein Implantationskonzentrationsgefälle an ihren
Rändern
und keinen binären
Wechsel von implantierter zu nicht implantierter Zone haben. Gleichermaßen kann
eine durch Implantation gebildete vergrabene Zone zu einer gewissen
Implantation in dem Bereich zwischen der vergrabenen Zone und der
Oberfläche
führen,
durch die hindurch die Implantation stattfindet. Somit sind die
in den Figuren dargestellten Zonen von der Beschaffenheit her schematisch,
und ihre Formen sollen nicht die eigentliche Form einer Zone einer
Vorrichtung darstellen, und sollen auch den Umfang der Erfindung
nicht einschränken,
es sei denn, es ist hier ausdrücklich
so angegeben.
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Wenn
nicht anders angegeben, haben alle hier verwendeten Begriffe (einschließlich technischer und
wissenschaftlicher Begriffe) dieselbe Bedeutung, die dem durchschnittlichen
Fachmann auf dem Gebiet geläufig
ist, zu dem die vorliegende Erfindung gehört. Ferner sollte klar sein,
dass Begriffe wie diejenigen, die in für gewöhnlich verwendeten Wörterbüchern definiert
sind, als eine Bedeutung habend interpretiert werden sollten, die
mit der Bedeutung im Kontext des einschlägigen technischen Gebiets und der
vorliegenden Anmeldung übereinstimmt,
und nicht in einem idealisierten oder übermäßig formalen Sinn interpretiert
werden, es sei denn, es ist hier ausdrücklich so angegeben.
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So
wie der Begriff "Vorform" hier verwendet wird,
deutet er auf eine flexible oder nicht flexible feste Struktur hin,
die separat von einem Festkörper-Lichtemissionschip
hergestellt und dann am Festkörper-Lichtemissionschip
befestigt wird. Darüber
hinaus bedeutet "klebendes
Befestigen", zwei Elemente
aneinander zu kleben. Das Ankleben kann direkt über eine einzige Klebstoffschicht
oder über eine
oder mehrere dazwischenliegende Klebstoffschicht/en und/oder andere
Schichten/Strukturen erfolgen, um eine einheitliche Struktur aus
dem Festkörper-Lichtemissionschip
und der Vorform, die an diesen angeklebt wird, zu bilden, und zwar
so, dass diese einheitliche Struktur auf eine Unterlage oder ein
anderes Gehäuseelement
gesetzt werden kann. Schließlich
bedeutet noch der Begriff "durchlässig", dass optische Strahlung
aus der Festkörper-Lichtemissionsvorrichtung
durch das Material hindurchgehen kann, ohne dabei total absorbiert
oder total reflektiert zu werden.
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Die 1A-1E sind
Querschnittsansichten verschiedener Auslegungen von herkömmlichen
Leuchtdioden (LEDs), die mit Vorformen und optischen Elementen nach
verschiedenen Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung verwendet werden können. Wie in den 1A-1E gezeigt ist,
umfasst eine Festkörper-Lichtemissionsvorrichtung 100 einen
Festkörper-Lichtemissionschip 110, der
eine Diodenzone D und ein Substrat S umfassen kann. Die Diodenzone
D ist dazu ausgelegt, Licht abzugeben, wenn ihr durch Anlegen einer
Spannung zwischen einem Anodenkontakt A und einem Kathodenkontakt
C Energie zugeführt
wird. Die Diodenzone D kann organisches und/oder anorganisches Material
umfassen. Bei anorganischen Vorrichtungen kann das Substrat S Siliziumcarbid,
Saphir und/oder irgendein anderes Einzelelement- und/oder Verbundhalbleitermaterial
umfassen, und die Diodenzone D kann Siliziumcarbid, Galliumnitrid,
Galliumarsenid, Zinkoxid und/oder irgendein anderes Einzelelement- oder
Verbundhalbleitermaterial umfassen, welches dasselbe wie das des
Substrats S oder ein anderes sein kann. Das Substrat S kann zwischen
ca. 100 μm und
ca. 250 μm
dick sein, obwohl auch dünnere
oder dickere Substrate verwendet werden können, oder es kann überhaupt
kein Substrat verwendet werden. Die Kathode C und die Anode A können aus
Metall und/oder anderen Leitern hergestellt sein, und können zumindest
teilweise durchlässig
und/oder reflektierend sein. Die Konstruktion und Herstellung organischer
und anorganischer LEDs ist den Fachleuten auf dem Gebiet hinlänglich bekannt
und braucht hier nicht im Einzelnen erklärt zu werden. LEDs, wie sie
in den 1A-1E dargestellt
sind, sind beispielsweise von Cree, Inc., der verantwortlichen Firma
für die
vorliegende Anmeldung, und zwar beispielsweise unter den Bezeichnungen
XThin®,
MegaBright®, EZBrightTM, UltraThinTM,
RazerThin®,
XBright®, XLamp® und/oder
anderen Bezeichnungen und von anderen Firmen auf dem Mark erhältlich.
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In 1A kann
eine Lichtemission direkt aus der Diodenzone D stattfinden. Hingegen
kann in den Ausführungsformen
von 1B eine Emission aus der Diodenzone D durch das
Substrat S stattfinden. In den 1C und 1D kann
das Substrat S so geformt sein, dass eine Emission ausgehend von
den Seitenwänden
des Substrats S verstärkt
ist und/oder andere gewünschte
Effekte eintreten. Schließlich kann
in 1E das Substrat selbst erheblich dünner gemacht
oder ganz abgeschafft werden, so dass nur eine Diodenzone D vorhanden
ist. Darüber
hinaus können
in allen vorstehenden Ausführungsformen die
Kontakte der Anode A und Kathode C unterschiedlich ausgelegt und,
wie dargestellt, auf entgegengesetzten Seiten des Festkörper-Lichtemissionschips 110 oder
auf derselben Seite des Festkörper-Lichtemissionschips 110 vorgesehen
sein. Es können
auch mehrere Kontakte einer bestimmten Art vorgesehen sein.
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1F stellt
eine Verallgemeinerung der 1A-1E dar,
indem eine Festkörper-Lichtemissionsvorrichtung 100 bereitgestellt
wird, die einen Festkörper-Lichtemissionschip 110 umfasst,
der eine Diodenzone D der 1A-1E umfasst
und auch die Substrate der 1A-1E umfassen
kann, und der dazu ausgelegt ist, wenn er mit Energie versorgt wird,
Licht über
einen Kontakt oder mehrere Kontakte 120a, 120b zu
emittieren, welche die Anode A und die Kathode C der 1A-1E umfassen können.
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1G stellt
eine Festkörper-Lichtemissionsvorrichtung
100 von
1F dar,
die dadurch in einem Gehäuse
untergebracht wird, dass die Vorrichtung
100 auf einer
Unterlage
130 angebracht wird, die externe elektrische
Verbindungen
132 unter Nutzung einer Drahtkontaktierung
oder mehrerer Drahtkontaktierungen
134 und auch eine Schutzkuppel oder
Schutzabdeckung
140 bereitstellt. Es können viele andere Gehäusebildungsverfahren
zum Unterbringen eines Festkörper-Lichtemissionschips
in einem Gehäuse
eingesetzt werden, die den Fachleuten auf dem Gebiet hinlänglich bekannt
sind und hier nicht eingehender beschrieben zu werden brauchen. Beispielsweise
sind Gehäusebildungsverfahren
beschrieben in dem am 14. September 2004 an Slater, Jr. et al. erteilten
US-Patent Nr. 6,791,119 mit
dem Titel Licht Emitting Dioden Including Modifications for Light
Extraction; in dem am 3. Mai 2005 an Slater, Jr. et al. erteilten
US-Patent Nr. 6,888,167 mit dem
Titel Flip Chip Bonding of Licht Emitting Devices and Licht Emittung
Devices Suitahle for Flip Chip Bonding, in dem am 24. Mai 2002 an
Slater, Jr. et al. erteilten
US-Patent
Nr. 6,740,906 mit dem Titel Licht Emitting Diodes Including
Modifications for Submount Bonding, in dem am 8. Februar 2005 an
Slater, Jr. et al. erteilten
US-Patent
Nr. 6,853,010 mit dem Titel Phosphor-Coated Light Emitting
Diodes Including Tapered Sidewalls, and Fabrication Methods Therefor;
in dem am 26. April 2005 an Andres erteilten
US-Patent Nr. 6,885,033 mit dem Titel
Light Emitting Devices for Light Conversion and Methods and Semiconductor Chips
for Fabricating the Same; und in dem am 18. April 2006 an Negley
et al. erteilten
US-Patent Nr. 7,029,935 mit
dem Titel Transmissive Optical Elements Including Transparent Plastic
Shell Having a Phosphor Dispersed Therein, and Methods of Fabricating
Same; in der am 10. März
2005 veröffentlichten
US-Patentanmeldung von Negley et al. mit der Veröffentlichungsnummer 2005/0051789,
Solid Metal Block Mounting Substrates for Semiconductor Light Emitting
Devices, and Oxidizing Mtehods für Fabricating
Same; in der am 29. September 2005 veröffentlichten US-Patentanmeldung
von Negley et al. mit der Veröffentlichungsnummer
2005/0212405, Semiconductor Light Emitting Devices Including Flexible
Film Having Therein an Optical Element, and Methods of Assembling
Same; in der am 26. Januar 2006 veröffentlichten US-Patentanmeldung
von Negley et al. mit der Veröffentlichungsnummer 2006/0018122,
Reflective Optical Elements for Semiconductor Light Emitting Devices;
in der am 23. März 2006
veröffentlichten
US-Patentanmeldung von Negley et al. mit der Veröffentlichungsnummer 2006/0061259,
Semiconductor Light Emitting Devices Including Patternable Films
Comprising Transparent Silicone and Phosphor, and Methods of Manufacturing
Same; in der am 11. Mai 2006 veröffentlichten
US-Patentanmeldung von Negley et al. mit der Veröffentlichungsnummer 2006/0097385,
Solid Metal Block Semiconductor Light Emitting Device Mounting Substrates
and Packages Including Cavities and Heat Sinks, and Methods of Packaging
Same; in der am 15. Juni 2006 veröffentlichten US-Patentanmeldung von
Negley et al. mit der Veröffentlichungsnummer
2006/0124953, Semiconductor Light Emitting Device Mounting Substrates
and Packages Including Cavities and Cover Plates, and Methods of Packaging
Same; in der am 29. Juni 2006 veröffentlichten US-Patentanmeldung von
Negley et al. mit der Veröffentlichungsnummer
2006/0139945, Light Emitting Diode Arrays for Direct Backlighting
of Liquid Crystal Displays; und in der am 21. April 2006 für Villard
eingereichten US-Anmeldung mit der laufenden Nummer 11/408,767,
Multiple Thermal Path Packaging For Solid State Light Emitting Apparatus
And Associated Assembling Methods, die alle an den Verantwortlichen
für die
vorliegende Erfindung abgetreten wurden, und deren Offenbarungen
hier durch Bezugnahme in ihrer Gänze
mit aufgenommen werden, als wären
sie hier vollständig
aufgeführt.
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Die 2A-2F sind
Querschnittsansichten von Festkörper-Lichtemissionsvorrichtungen nach
verschiedenen Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung während
ihrer Zwischenfertigung. Die jeweiligen Festkörper-Lichtemissionsvorrichtungen
der 2A-2F verwenden die jeweiligen Festkörper-Lichtemissionschips
der 1A-1F.
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Wie
in 2A gezeigt ist, ist eine Vorform 200 dazu
ausgelegt, zumindest einen Teil des aus dem Festkörper-Lichtemissionschip 110 emittierten Lichts
durch sich hindurchgehen zu lassen. Anders ausgedrückt ist
die Vorform für
Strahlung aus dem Festkörper-Lichtemissionschip 110 durchlässig. Eine Schicht 210a, 210b,
wie eine Klebstoffschicht, kann auch auf der Vorform 200 und/oder
dem Chip 110 vorgesehen sein, welche die Vorform 200 und
den Festkörper-Lichtemissionschip 110 aneinander
befestigt, wie etwa klebend aneinander befestigt, wie durch Pfeile 230 gezeigt
ist, und auch die Vorform 200 optisch mit dem Festkörper-Lichtemissionschip 110 koppelt.
Ein optisches Element ist in und/oder auf der Vorform 200 vorgesehen.
Das optische Element ist dazu ausgelegt, zumindest einen Teil des
Lichts zu modifizieren, das aus dem Festkörper-Lichtemissionschip 110 emittiert
wird. Wie in den 2A-2F gezeigt
ist, kann das optische Element Phosphorpartikel 220 umfassen,
die in der Vorform 200 suspendiert sind. Jedoch können auch
andere optische Elemente nach anderen Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung vorgesehen sein, wie nachstehend noch im Einzelnen beschrieben
wird. Es sollte auch klar sein, dass in manchen Ausführungsformen
die Schicht 210a, 210b nur auf der Vorform 200 oder
nur auf dem Chip 110 vorgesehen sein kann.
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Wie
auch in 2A gezeigt ist, kann die Vorform 200 ein
flexibles und/oder nicht flexibles Material umfassen. Ein Beispiel
für ein
flexibles Material ist ein bei Raumtemperatur vulkanisierendes (RTV) Kautschukmaterial
auf Siliconbasis und/oder ein Polymermaterial auf Siliconbasis,
das weitläufig
beispielsweise von Dow Corning, Shin-Etsu, NuSil, GE und anderen
Firmen erhältlich
ist. Ein Beispiel für
ein nicht flexibles Material ist Glas. Bei der Schicht 210a, 210b kann
es sich um transparentes Epoxidharz wie etwa wärmehärtendes Silicongel oder warmhärtenden
Siliconkautschuk, das bzw. der von Dow Corning, Shin-Etsu, NuSil,
GE und anderen Firmen bezogen werden kann, und/oder um irgendein
anderes transparentes Epoxidharz handeln. In manchen Ausführungsformen
kann die Vorform ungefähr
die Größe einer
Fläche
eines LED-Chips haben, zum Beispiel 1000 μm × 1000 μm, und kann eine Dicke von zwischen
ca. 15 μm
und ca. 75 μm
haben. Allerdings können
in anderen Ausführungsformen
auch andere Abmessungen vorgesehen sein.
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Wie
auch in 2A gezeigt ist, kann der Festkörper-Lichtemissionschip
einen außenliegenden
Kontaktfleck wie die Kathode C umfassen, und die Vorform 200 kann
eine Kerbe, eine Öffnung und/oder
einen anderen Hohlraum 200a umfassen, der dazu ausgelegt
ist, den außenliegenden
Kontaktfleck C freizulegen. In Ausführungsformen von 2A ist
die Vorform 200 plan und kann von gleichmäßiger Dicke
sein. Darüber
hinaus kann die Vorform 200 von 2A von
derselben Größe und Form sein
wie der Festkörper-Lichtemissionschip 110,
mit Ausnahme einer Hohlraums, einer Kerbe oder eines anderen Flächenmerkmals 200a,
das vorgesehen sein kann, um einen außenliegenden Kontakt C freizulegen.
Es kann wünschenswert
sein, ein Merkmal oder die meisten Merkmale in der Vorform vorzusehen,
um eine Ausrichtung der Vorform 200 mit dem Chip 110 zu
erleichtern.
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2B stellt
andere Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung dar, in denen die Vorform 200 nicht
plan ist und zum Beispiel eine Seitenwand 202 umfassen
kann, die dazu ausgelegt ist, sich entlang einer Seitenwand des
Festkörper-Lichtemissionschips 110 zu
erstrecken. Strahlung, die ausgehend von der Seitenwand des Festkörper-Lichtemissionschips
abgegeben wird, wie auch Strahlung, die ausgehend von der Hauptfläche abgegeben
wird, an der die Vorform befestigt ist, kann dadurch durch die Vorform 200 hindurchgehen.
Die Seitenwand 202 kann sich ganz oder teilweise entlang
der Seitenwand des Chips erstrecken. Darüber hinaus kann sich die Vorform
in manchen Ausführungsformen
ganz um den Chip herum, einschließlich um die Seitenwände und die
entgegengesetzten Seiten des Chips erstrecken. Die Schicht 210b kann
wie in 2B gezeigt auf dem Chip angeordnet
sein, und kann auch auf der Vorform 200 einschließlich der
Seitenwand 202 der Vorform 200 und/oder auf der
Seitenwand des Chips 110 vorgesehen sein.
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2C stellt
andere Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung dar, in denen sich die Vorform über eine
Fläche
des Chips 110 hinaus erstreckt. Dementsprechend hängt die
Vorform, wie in 2C gezeigt, über einer Fläche des
Festkörper-Lichtemissionschips 110 über. Indem
ein Überhang
vorgesehen wird, kann von einer Seitenwand der Vorrichtung ausgehende
Strahlung durch die Vorform 200 hindurchgehen. Wie auch
in 2C gezeigt ist, kann der Überhang 204 dicker
sein als der übrige Teil
der Vorform 200. Außerdem
kann sich der Überhang 204 eine
große
Strecke über
den Chip hinaus erstrecken, und kann sich zu einer Seitenwand einer Vertiefung
erstrecken, in welcher der Chip 110 angebracht ist, so
dass im Wesentlichen das gesamte aus der Vertiefung emittierte Licht
durch die Vorform hindurchgeht.
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2D stellt
andere Ausführungsformen dar,
in denen eine gleichmäßig dicke
Vorform 200 einen Überhang 204 umfassen
kann. Wieder kann sich der Überhang 204 eine
große
Strecke über
den Chip hinaus und zu einer Seitenwand einer Vertiefung erstrecken,
in welcher der Chip 110 angebracht ist, so dass im Wesentlichen
das gesamte aus der Vertiefung emittierte Licht durch die Vorform
hindurchgeht. 2E stellt die Verwendung einer
Vorform von 2B zusammen mit einer Koppel-/Klebstoffschicht 210c dar,
die sich entlang der Seitenwand des LED-Chips 110 wie auch
auf der Oberseite von diesem erstreckt. Schließlich stellt 2F allgemein den
Gebrauch einer Vorform 200 dar, die ein optisches Element 220 in
sich und/oder auf sich und eine Koppel-/Klebstoffschicht 210a/210b umfasst,
welche die Vorform 200 und einen Lichtemissionschip aneinander
befestigen, wie durch Pfeile 230 gezeigt ist, und die Vorform 200 mit
dem Lichtemissionschip 110 koppelt. Fachleuten auf dem
Gebiet wird klar sein, dass die Ausführungsformen der 2A-2F in verschiedenen
Permutationen und Kombinationen kombiniert werden können. Somit
kann zum Beispiel eine Vorform von 2D mit
dem Festkörper-Lichtemissionschip
von 2C verwendet werden, und eine Vorform von 2E kann
mit einem Festkörper-Lichtemissionschip
von 2D verwendet werden.
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Die 3A-3F entsprechen
den 2A-2F, stellen aber die Vorform 200 durch eine
Schicht 210 am Festkörper-Lichtemissionschip 110 befestigt
dar, die eine Koppel-/Klebstoffschicht 210a und/oder 210b von 2A umfassen
kann. Dementsprechend wird nach der Befestigung der Vorform 200 und
des Chips 110 eine einheitliche Struktur 300 aus
dem Festkörper-Lichtemissionschip 110 und
der Vorform 200 bereitgestellt, die ein optisches Element 220 enthält. Diese
einheitliche Struktur 300 kann dann auf einer Unterlage 130 angebracht
und weiter in ein Gehäuse
mit eingebunden werden, wie in 3G gezeigt
ist.
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Die 3H-3N entsprechen
den 3A-3G, stellen aber die Verwendung
einer flachförmigen
Drahtkontaktierung 334 dar, die nicht durch die Vorform 200 selbst,
sondern vielmehr durch die Schicht 210 verläuft. In
diesen Ausführungsformen
kann der Draht 334 an die Anode A oder Kathode C gebondet
werden, bevor die Klebstoff-/Koppelschicht 210 und die
Vorform 200 auf dem Chip 110 angeordnet werden.
Die Ausführungsformen
mit flachförmiger
Drahtkontaktierung der 3H-3N können die
Notwendigkeit eines Ausschnitts in der Vorform 200 umgehen,
was die Ausrichtung der Vorform während des Zusammensetzens einfacher
machen kann. Außerdem
kann es in diesen Ausführungsformen
wünschenswert
sein, eine dickere Schicht 210 vorzusehen, um den Draht 334 in
dieser unterzubringen. In manchen Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung können
Dicken zwischen ca. 35 μm
und ca. 70 μm
verwendet werden.
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Die
Verwendung einer Vorform nach den verschiedenen Ausführungsformen
der Erfindung, die vorstehend beschrieben wurden, kann viele potentielle
Vorteile bei der Herstellung der Festkörper-Lichtemissionsvorrichtungen
bieten. Zum Beispiel ist es, wie vorstehend festgestellt, oftmals
wünschenswert, Phosphor
und/oder andere optische Elemente in die Festkörper-Lichtemissionsvorrichtung
einzulagern. Jedoch kann, wenn eine Phosphorschicht aufgetragen
wird, die Schicht unangemessen dick und/oder ungewünscht ungleichmäßig sein.
Darüber
hinaus kann eine Phosphorschicht, die in eine Kuppel oder Schale
eingelagert wird, auch zu dick und/oder ungleichmäßig sein.
In scharfem Kontrast hierzu können
manche Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung eine relativ dünne Vorform bereitstellen, die
für einen
relativ hohen Brechungsindex und einen hohen Ausbeutewirkungsgrad
sorgen kann. Beispielsweise kann die Vorform 200 in einigen
Ausführungsformen
zwischen ca. 5 und ca. 70 Gew.-% Material oder Glas auf Siliconbasis
und ca. 30 bis ca. 95 Gew.-% Phosphor enthalten. In einigen speziellen Ausführungsformen
können
ca. 25 Gew.-% Material oder Glas auf Siliconbasis und ca. 75 Gew.-%
Phosphor vorgesehen werden. Die Phosphorpartikel können zwischen
ca. 0,5 μm
und ca. 30 μm
groß sein. Die
Phosphorpartikel können
in manchen Ausführungsformen
Ce-dotiertes Y3Al5O12 (Ce:YAG) umfassen. In anderen Ausführungsformen
können
andere Phosphorarten wie Eu2+–dotiertes
BOSE, Ce3+–dotierte
Nitride, usw. verwendet werden.
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Da
der Phosphorgewichtsprozentanteil relativ hoch sein kann, kann der
Brechungsindex aufgrund des relativ hohen Brechungsindex von Phosphor
erhöht
werden. Anders ausgedrückt
kann der Brechungsindex der Vorform ein gewichteter Mittelwert aus
dem Brechungsindex des Glases und/oder Materials auf Siliconbasis
und den darin suspendierten Phosphorpartikeln sein. Der Ausbeutewirkungsgrad
durch den relativ hohen Brechungsindex der Vorform kann dadurch
verstärkt
werden. Außerdem kann
die Vorform relativ dünn
sein, in manchen Ausführungsformen
in der Größenordnung
von weniger als ca. 100 μm
dick und in anderen Ausführungsformen
ca. 30 μm
dick sein. Dadurch kann innere Absorption oder innerer Abprall wegen
der relativ dünnen
Größe der Vorform
reduziert werden. Da schließlich
die Vorform separat vom Festkörper-Lichtemissionschip
ausgebildet wird, kann sie hergestellt und getestet werden, ohne
dabei einen Einfluss auf die Zuverlässigkeit und/oder Ausbeute
des Festkörper-Lichtemissionschips
zu haben.
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Bei
der Schicht 210 kann es sich um Flüssigexpoxidharz handeln, wie
vorstehend beschrieben wurde. Das Flüssigepoxidharz kann auf die
Vorform 200 und/oder den Festkörper-Lichtemissionschip 110 vor
der Befestigung der Vorform 200 am Chip 110 aufgetragen
und dann nach der Befestigung der Vorform und des Chips ausgehärtet werden.
Beispielsweise kann das vorstehend beschriebene Flüssigepoxidharz
auf Siliconbasis bei Raumtemperatur aufgetragen und unter Nutzung
der Kraft verteilt werden, die beim Aufnehmen und Absetzen bei der
Vorformanbringung aufgewendet wird. Das Aushärten kann dann durch Erwärmen in
einem Ofen stattfinden. In manchen Ausführungsformen können ca.
0,1 μm bis ca.
50 μm dicke
Klebstoffschichten verwendet werden. Darüber hinaus kann in anderen
Ausführungsformen
eine Klebstoff-/Optokoppelschicht "mit Dochtwirkung" aufgetragen werden, nachdem die Vorform 200 auf
den Chip 110 gesetzt wurde, um eine Dünnschicht 210 bereitzustellen.
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Vorformen
können
dazu ausgelegt sein, wie in den 2A-2F und 3A-3G dargestellt
wurde, nach einigen Ausführungsformen
der Erfindung verschiedene potentielle Vorteile zu bieten. Zum Beispiel
umfasst in den 2B, 2E, 3B und 3E die
Vorform 200 eine Seitenwand 202, die sich zumindest
teilweise entlang einer oder angrenzend an eine Seitenwand des Festkörper-Lichtemissionschips 110 erstreckt.
Es stellte sich nach einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung
heraus, dass, obwohl Licht primär
von der Oberseite des Chips 110 aus abgegeben werden kann,
eine gewisse flachwinklige Seitenwandemission stattfinden kann.
Diese Seitenwandemission kann sich negativ auf die gewünschte Gleichmäßigkeit
der Korrelationsfarbtemperatur (CCT – Correlated Color Temperature)
der Festkörperlichtemissionsvorrichtung
auswirken. Indem jedoch eine dreidimensionale (nicht flächige) Vorform 200 vorgesehen
wird, können
Seitenemissionen auch durch den Phosphor 220 in der Vorform "abgefangen" werden. In manchen Ausführungsformen
können
auch Rückemissionen abgefangen
werden, indem die Vorform auf den entgegengesetzten Seiten und den
Seitenwänden
des Chips vorgesehen wird.
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In
einem anderen, wie in den 2C, 2D, 3C und 3D dargestellten
Beispiel, kann die Vorform einen Überhang 204 umfassen,
der von derselben oder einer anderen Dicke ist als der Rest der
Vorform 200. Der Überhang 204 kann
Strahlung abfangen, die von der Seitenwand des Festkörper-Lichtemissionschips 110 aus
abgegeben wird. Indem außerdem
ein dickerer Überhang
vorgesehen wird, kann die Vorform zum Beispiel in manchen Ausführungsformen
ein Nicht-Lambertsches Strahlungsmuster in ein wünschenswerteres Lambertsches Strahlungsmuster
umwandeln, oder kann ein bis zu einem gewissen Grad bestehendes
Lambertsches Strahlungsmuster in ein stärkeres Lambertsches Strahlungsmuster
umwandeln. Fachleuten auf dem Gebiet wird klar sein, dass sich die
dickeren Abschnitte der Vorform von 2C und 3C zum Festkörper-Lichtemissionschip 100 erstrecken
können,
wie in 2C und 3C gezeigt
ist, und/oder sich vom Festkörper-Lichtemissionschip
weg erstrecken können.
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4 ist
ein Ablaufschema von Funktionsabläufen, die zur Herstellung von
Festkörper-Lichtemissionsvorrichtungen
nach verschiedenen Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden können. Mit
Bezug auf 4 wird beim Block 410 der
Festkörper-Lichtemissionschip,
wie etwa der Chip 110, unter Verwendung herkömmlicher Verfahren
hergestellt. Beim Block 420 wird eine Vorform, wie etwa
die Vorform 200, unter Verwendung von Verfahren, die nachstehend
im Detail beschrieben werden, und/oder unter Verwendung anderer Vorformherstellungsverfahren
hergestellt. Es sollte klar sein, dass die Chips und Vorformen auch
in einer anderen als in 4 gezeigten Reihenfolge und/oder zeitlich
zumindest teilweise überlappend
hergestellt werden können.
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Dann
wird beim Block 430 Klebstoff, wie etwa die Koppel-/Klebstoffschicht 210 auf
den Chip 110 und/oder die Vorform 200 aufgetragen.
Die Vorform und der Chip werden dann beim Block 440 aneinander
befestigt. Falls nötig
wird der Klebstoff beim Block 450 gehärtet. Eine anschließende Gehäusebildung
kann dann beim Block 460 stattfinden, indem beispielsweise
die einheitliche Struktur aus Chip 110 und Vorform 200 auf
eine Unterlage und/oder ein anderes Montagesubstrat geklebt wird.
Es wird auch klar sein, dass eine Drahtkontaktierung am Chip befestigt
werden kann, bevor oder nachdem der Befestigungsschritt beim Block 440 durchgeführt wird.
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Die 2A-2F und 3A-3G stellten
ein optisches Element dar, das Phosphorpartikel 220 enthält, die
in der Vorform 200 suspendiert sind. Jedoch können nach
verschiedenen Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung auch viele andere optische Elemente in
und/oder auf der Vorform vorgesehen werden. Im Allgemeinen kann
das optische Element dazu ausgelegt sein, zumindest einen Teil des
Lichts, das aus dem Festkörper-Lichtemissionschip 110 emittiert
wird, zu modifizieren, indem seine Amplitude, Frequenz und/oder
Richtung verändert
wird. Diese optischen Elemente können ein
photolumineszierendes Element (Phosphor), wie vorstehend beschrieben
wurde, ein optisches Beugungselement wie eine Linse, ein optisches
Filterelement wie ein Farbfilter, eine optisches Streuungselement
wie optische Streupartikel, ein optisches Diffusionselement wie
eine strukturierte Fläche
und/oder ein optisches Reflexionselement wie eine reflektierende
Fläche
umfassen, die in und/oder auf der Vorform eingeschlossen ist. Es
können
Kombinationen dieser und/oder anderer Ausführungsformen vorgesehen werden.
Darüber
hinaus können
zwei oder mehr Vorformen vorgesehen werden, wobei jede Vorform je
nach der gewünschten
Funktionalität
der Festkörper-Lichtemissionsvorrichtung
eine andere optische Verarbeitungsfunktion, dieselbe optischen Verarbeitungsfunktion
oder sich überlappende
Verarbeitungsfunktionen erfüllen
kann. Viele andere Beispiel werden nun im Detail beschrieben.
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Zum
Beispiel entsprechen die 5A-5F den 3A-3F,
umfassen aber zusätzlich
optische Streuungselemente wie Titandioxid, Aluminiumoxid, Siliziumdioxid
und/oder andere Streuungspartikel 520 in der Vorform 200,
welche die darin suspendierten Phosphorpartikel 220 enthält. In manchen
Ausführungsformen
können
der Vorform 200 zwischen ca. 0,001 Gew.-% und ca. 1 Gew.-% Streuungspartikel
zugesetzt werden.
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In
noch anderen, wie in den 6A-6F gezeigten
Ausführungsformen
kann eine zweite Vorform 600, die in sich Streuungspartikel 620 enthält, über einer
zweiten Schicht 610 befestigt/gekoppelt sein, um die Funktionalitäten Lichtumwandlung
und Lichtstreuung in den beiden verschiedenen Vorformen 200, 600 zu
trennen. Bei der zweiten Schicht 610 kann es sich um dieselbe
oder um eine andere Schicht als die erste Schicht 210 handeln.
Es sollte klar sein, dass die Reihenfolge der ersten und zweiten
Vorform 200 und 600 in Bezug auf den Festkörper-Lichtemissionschip 110 auch
zu der in den 6A-6F gezeigten
Reihenfolge umgekehrt sein kann. Darüber hinaus brauchen die erste
und zweite Vorform nicht kongruent zueinander oder von der gleichen
Dicke zu sein. Schließlich
können
die erste und zweite Vorform 200, 600 von einem
Fertigungsstandpunkt aus, auch erst hergestellt und dann aneinander
befestigt werden, bevor die Baugruppe bestehend aus erster und zweiter
Vorform 200/600 am Festkörper-Lichtemissionschip 110 befestigt
wird. Alternativ kann eine der Vorformen am Festkörper-Lichtemissionschip 110 befestigt
werden, und dann kann die andere Vorform an der bereits am Festkörper-Lichtemissionschip 110 befestigten
Vorform befestigt werden. In anderen Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung können
drei oder mehr Vorformen verwendet werden.
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Die
Ausführungsformen
der Erfindung, die vorstehend beschrieben wurden, stellten ein optisches
Element in der Vorform bereit. Die Ausführungsformen, die in den 7A-7F dargestellt sind,
stellen ein optisches Element wie Phosphorpartikel 720 auf
der Vorform 200 bereit. In noch anderen Ausführungsformen
können
die Phosphorpartikel und/oder Streuungspartikel 220 in
der Vorform 200 vorgesehen sein, wie in Verbindung mit
den 2, 3 und 5 beschrieben wurde, und es kann auch eine
Beschichtung aus Phosphorpartikeln und/oder Streuungspartikeln auf
der Vorform vorgesehen sein, wie in 7 dargestellt
ist. Die Beschichtung kann bereitgestellt werden, indem eine Vorform
zu einem beliebigen Zeitpunkt während
ihrer Herstellung beschichtet und dann eine beschichtete Vorform
am Festkörper-Lichtemissionschip
befestigt wird. Jedoch kann in manchen Ausführungsformen die Beschichtung vorgesehen
werden, nachdem die Vorform am Chip befestigt wurde.
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Die 8A-8F stellen
andere Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung dar, in denen ein Reflektor 820 auf
der Vorform 200 beispielsweise auf einer Seitenwand von
dieser vorgesehen ist. Der Reflektor 820 kann das Strahlungsmuster
des Lichtemissionschips verändern,
indem streuseitige Strahlung zurück
in einen Hauptstrahlungsweg reflektiert wird. Der Reflektor 820 kann
dadurch geschaffen werden, dass die Vorform 200 selektiv
metallbedampft wird, bevor sie am Festkörper-Lichtemissionschip befestigt wird. In
anderen Ausführungsformen
kann die Vorform 200 metallbedampft werden, nachdem sie
befestigt wurde. Es wird klar sein, dass auch Spiegel und/oder andere
Reflektoren 820 mit der Verwendung von Phosphor 220,
Streuungspartikeln, mehrfachen Vorformen und/oder den anderen hier
beschriebenen Ausführungsformen
kombiniert werden können.
Es wird auch klar sein, dass die Metallbedampfung auch dazu verwendet
werden kann, um elektrische Leiterbahnen, Verdrahtungen und/oder
Kontakte bereitzustellen, um ein elektrisches Element in und/oder
auf der Vorform bereitzustellen.
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Die 9A-9F stellen
andere Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung dar, in denen das optische Element ein
Diffusor 920 ist, der dadurch gebildet wird, dass eine
Fläche
der Vorform 200 strukturiert wird. Den Fachleuten auf dem
Gebiet sind Ätzen,
Formen, Sandstrahlen und/oder andere Verfahren zur Strukturierung
hinlänglich
bekannt. Beispielsweise ist eine Oberflächenstrukturierung eines Glassubstrats
in einer Veröffentlichung
von Merz et al. beschrieben, die den Titel A novel micromachining
technology for structuring borosilicate glass substrates trägt, Transducers,
12th International Conference an Solid State Sensors, Actuators
and Microsystems, IEEE, Bd. 1, Juni 2003, S. 258-261. Wie auch
hinlänglich
bekannt ist, kann eine Strukturierung für eine Diffusion abgegebener
Strahlung sorgen, die eine gleichmäßigere CCT ermöglichen
kann. Es wird auch klar sein, dass eine Strukturierung auf einer
separaten Vorform vorgesehen werden und mit irgendwelchen anderen
Ausführungsformen
der Erfindung, die hier beschrieben sind, kombiniert werden kann.
Darüber
hinaus kann statt der Strukturierung 820 auch eine Linse
und/oder eine Mikrolinsenanordnung in Chip-Format auf einer Fläche der
Vorform 200 vorgesehen werden, um eine weitere optische
Verarbeitung zu bieten. In anderen Ausführungsformen können diese
Linsen in die Vorform eingebettet sein.
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Fachleuten
auf dem Gebiet wird klar sein, dass die Fläche eines Festkörper-Lichtemissionschips
selbst strukturiert werden kann, indem das Halbleitermaterial geätzt wird.
Unglücklicherweise kann
dieses Ätzen
die Ausbeute und/oder Zuverlässigkeit
des Festkörper-Lichtemissionschips
herabsetzen. In scharfem Kontrast hierzu können Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung eine separate Vorform unter Verwendung herkömmlicher Ätzverfahren
strukturieren und dann diese strukturierte Vorform dazu hernehmen,
um die Notwendigkeit zu senken oder zu umgehen, den Festkörper-Lichtemissionschip
selbst strukturieren zu müssen.
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10 ist
ein Ablaufschema von Funktionsabläufen, die zur Herstellung einer
Vorform nach verschiedenen Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden können, und
die dem Block 420 von 4 entsprechen
können.
Diese Ausführungsformen
stellen eine flexible Vorform her. Wie beim Block 1010 gezeigt
ist, wird eine flexible Vorform hergestellt. Der flexible Vorformflächenkörper kann
zur gewünschten
Größe und Form
geformt werden, indem herkömmliche
Formverfahren eingesetzt werden. Beispielsweise kann wie in 11 gezeigt,
ein flexibler Vorformflächenkörper 1120 auf
ein Trägersubstrat
wie ein Glassubstrat 1010 aufgetragen werden. Das Auftragen
kann beispielsweise dadurch stattfinden, dass ein Gemisch aus Material
auf Siliconbasis, Phosphor und/oder Streuungsmittel durch Rotationsbeschichtung
(Spin Coating) auf ein Trägersubstrat
aufgetragen werden. Eine optionale Freisetzungsschicht kann zwischen
der aufgetragenen Schicht 1120 und dem Substrat 1110 vorgesehen werden.
Diese Beschichtung 1120 kann unter Verwendung von Wärme, Licht
und/oder anderen herkömmlichen
Verfahren gehärtet
werden. Eine Metallbedampfung, Linsen und/oder andere Vorrichtungen können vor
und/oder nach dem Aushärten
an der Beschichtung 1120 befestigt werden.
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Wieder
zurück
mit Bezug auf 10 wird beim Block 1020 die
Beschichtung 1120 vereinzelt, um einzelne Vorformen 1150 zu
bilden. Zwei Ausführungsformen
zur Vereinzelung können
nach manchen Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung verwendet werden. In manchen Ausführungsformen wird
die Beschichtung, wie in 11 durch
unterbrochene Linien 1130 dargestellt ist, vereinzelt,
aber nicht das Substrat 1110. Die vereinzelte Vorform 1150 kann
dann unter Verwendung eines Aufnehm-/Bestückungsmechanismus und/oder
eines anderen herkömmlichen
Mechanismus 1160 vom Substrat 1110 entfernt und
wie beim Block 1030 gezeigt befestigt werden. In anderen
Ausführungsformen
kann auch das Trägersubstrat 1110 zusätzlich zur
Beschichtung 1120 vereinzelt werden, wie durch unterbrochene
Linien 1140 gezeigt ist, um eine starre Plattform für Bestückungssysteme 1170 zum
Befestigen der Vorform 1150 am Chip 110 bereitzustellen.
In diesen Ausführungsformen
kann nach dem Befestigen der Vorform 1150 am Chip das vereinzelte
Substrat 1110 von der vereinzelten Vorform 1150 entfernt werden.
In anderen Ausführungsformen
kann das vereinzelte Substrat 1110 beibehalten werden.
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Andere
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung können
starre Vorformen bereitstellen, die zum Beispiel Glas umfassen können. 12 stellt
Arbeitsabläufe
dar, die zur Herstellung starrer Vorformen nach einigen Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden können, die
dem Block 420 von 4 entsprechen
können.
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Mit
Bezug auf 12 wird beim Block 1210 ein
Vorform-Wafer hergestellt. Der Vorform-Wafer kann unter Verwendung
eines Wafer-Rohlings unter Verwendung von Pulvern und/oder geschmolzenen Materialien
hergestellt werden, wie in Verbindung mit den 13A, 13B und 13C jeweils noch beschrieben wird. Beispielsweise
kann, wie in 13A gezeigt, ein Glasrohling 1300 vorgesehen werden,
der zum Beispiel ca. zwei auf zwei Zoll groß und 30 μm dick ist und weitverbreitet
erhältlich
ist. Es können
auch andere Größen und
Formen von Glasrohlingen verwendet werden. Der Glasrohling 1300 wird
unter Verwendung herkömmlicher
Beschichtungsverfahren mit Phosphor 1310 beschichtet. In anderen
Ausführungsformen
kann der Glasrohling 1300 mit einem Gemisch aus Phosphor
und Streuungselementen beschichtet werden. Die Beschichtung kann
gehärtet
werden. Außerdem
kann der Glasrohling in noch anderen Ausführungsformen metallbedampft
oder geätzt
werden, um andere optische oder elektrische Elemente bereitzustellen.
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Hingegen
wird in den Ausführungsformen von 13B ein Vorform-Wafer unter Verwendung von Pulvern
hergestellt. Insbesondere kann Glasfritte, wobei es sich um pulverisiertes
Glas handelt, das allgemein von Dupont, Cabot und anderen Firmen
erhältlich
ist, mit Phosphor, Streuungsmitteln oder anderen Partikeln 1330 in
einem Mischer 1340 gemischt werden. Die Pulver können dann,
wie bei 1350 gezeigt, gepresst und geformt und dann wie beim
Block 1390 gezeigt gebrannt werden, um einen Glas- Wafer zu schaffen,
der in sich Phosphor/Streuungsmittel/andere Partikel enthält. Schließlich kann in
anderen Ausführungsformen,
wie in 13C gezeigt, der Vorform-Wafer in einem geschmolzenen Zustand
hergestellt werden, indem Phosphorpartikel 1360 mit geschmolzenem
Glas 1360 gemischt werden und dann das Gemisch zum Erstarren
auf ein temporäres
Substrat 1380 gegossen wird.
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Zurück mit Bezug
auf 12 wird beim Block 1220 der Vorform-Wafer
dann unter Verwendung von Chipschneidern, Ätzen, Einritzen, Lasern und/oder
anderen herkömmlichen
Verfahren vereinzelt. Beim Block 1230 kann dann eine herkömmliche Bestückungsanlage
verwendet werden, um die Vorform am Festkörper-Lichtemissionschip anzukleben. Entsprechend
können
die Vorformen von 12 Glasvorformen und herkömmliche
Bestückungsanlagen
zur Anbringung der Glasvorformen verwenden. Glasrohlinge werden
in der Mikroelektronikherstellung weitverbreitet eingesetzt, um
zum Beispiel LCD- und Plasma-Anzeigen auszubilden, so dass die Geräte zum Ausbilden,
Verarbeiten, Vereinzeln oder sonstigen Handhaben von Glas-Wafern
und vereinzelten Vorrichtungen weitverbreitet zur Verfügung stehen.
Dadurch kann eine sehr schnelle automatisierte Herstellung geboten
werden.
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Entsprechend
können
manche Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung ein flexibles, halbflexibles (Shore-Härte A) oder
hartes (Shore-Härte
D) Siliconmaterial verwenden, in das Phosphorpartikel und/oder andere
Materialien in einer gewünschten
Konzentration eingebracht sind, um eine geeignete Farbfrische zu
erzielen. Das Siliconmaterial mit suspendierten Phosphorpartikeln kann
in einen kleinen Hohlraum eingebracht werden (beispielsweise, indem
ein Schablonen- und Siebdruckverfahren verwendet wird), um eine
Vorform zu bilden, nachdem es gehärtet ist. Bei der halbflexiblen Vorform
kann es sich um ein empfindliches Material handeln, da es in der
Größenordnung
des Lichtemissionschips (z. B. ca. 1000 μm × 1000 μm) mit einer Dicke von zwischen
ca. 15 μm
und ca. 75 μm
sein kann, je nach der Konzentration, Partikelgröße, usw. Diese Vorformen können mit
Pinzetten gehandhabt werden, aber es kann schwierig sein, diese
Vorformen mit herkömmlichen
automatisierte Anlagen handzuhaben, wenn nicht ein starres Trägersubstrat vorgesehen
ist.
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Andere
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung nutzen die Hochtemperaturstabilität von Ce:YAG-Phosphormaterial
und/oder anderer Phosphormaterialien (wie roten Phosphorarten, die zur
Herstellung warmen Weißlichts
verwendet werden), um die geeignete Konzentration mit Glasfritte (Pulver)
oder mit Dickfilmglasdeckschichtmaterialien zu mischen, die gegenwärtig in
der Dickfilmtechnologie verwendet werden können, oder um Phosphor in einer
gewünschten
Konzentration (indem beispielsweise ein Taumelmischer verwendet
wird) in geschmolzenes Glas einzumischen. Ein Glasflächenkörper mit
darin suspendierten Phosphorpartikeln wird in einer gewünschten
Dicke hergestellt. Der Flächenkörper wird
dann für
einzelne Vorformen zerschnitten.
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Die
Suspension aus Phosphorpartikeln, wie Ce:YAG-Phosphorpartikeln in
einer Glasmatrix oder einem Glassubstrat nach einigen Ausführungsformen
der Erfindung kann viele potentielle Vorteile bieten. Insbesondere
lässt sich
die Qualität
und/oder Größe der Phosphorpartikel
gut steuern und kann nicht durch Suspendieren der Phosphorpartikel
in Glas herabgesetzt werden. Darüber
hinaus kann die Schmelztemperatur der Phosphorpartikel, z. B. ca. 1200°C im Vergleich
zur relativ niedrigen Schmelztemperatur von Glasfritte von ca. 800°C relativ
hoch sein. Dementsprechend wirkt sich die Herstellung der Vorform
nicht unbedingt auf die mechanischen/optischen Eigenschaften des
Phosphormaterials aus. Die Phosphormaterialien können dadurch intakt und in
der Matrix aus Glas suspendiert bleiben.
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Dem
Suspendieren von Phosphorpartikeln wie Ce:YAG-Phosphorpartikeln
in einer Glasmatrix kann die Herstellung von YAG-Glaskeramikphosphorarten
für weiße LEDS
gegenübergestellt
werden, wie sie in den Veröffentlichungen
von Fujita et al. mit dem Titel YAG glass-ceramic phosphor
for white LED (I): background and development, Proc. of SPIE, Fifth International
Conference an Solid State Lighting, Hrsg. Ferguson, Bd. 5941, 594111
(14. Sept. 2005) und Tanabe et al. mit dem Titel
YAG glass-ceramic phosphor for White LED (II): Luminescence characteristics,,
Proc. of SPIE, Fifth International Conference an Solid State Lighting,
Hrsg. Ferguson, Bd. 5941, 594112 (13. Sept. 2005) beschrieben
sind. In diesen Veröffentlichungen
wird Glaskeramik aus Ce-dotiertem SiO2-Al2O3-Y2O3 hergestellt, im Gegensatz zur Verwendung
von Ce-dotierten Y3Al5O12-Partikeln, die nach einigen Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung in einer SiO2-Matrix
suspendiert sind.
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Wie
vorstehend beschrieben wurde, können die
Vorformen in manchen Ausführungsformen
flächige
Vorformen sein, die dieselbe Größe und Form haben
wie eine Fläche
des Lichtemissionschips. In anderen Ausführungsformen kann die Vorform
dadurch geformt werden, dass Formenhohlräume in einer gewünschten
Gestaltung ausgebildet werden, um zum Beispiel Drahtkontaktierungsschlitze
in einer viereckigen Vorform vorzusehen, und/oder man die Vorform
sich passend über
und um die Fläche
legen lässt.
Der Formenhohlraum wird dann mit Glas-/Phosphorsuspension gefüllt, gehärtet und
aus der Form entnommen. In anderen Ausführungsformen können gewünschte Gestaltungen
dadurch hergestellt werden, dass eine Vorform, nachdem sie ausgebildet
wurde, geätzt
wird. Außerdem
können
in manchen Ausführungsformen
dreidimensionale Vorformen hergestellt werden, die Vorformen mit
einer flachen Schalenform bereitstellen können, die es ermöglichen,
dass der Rand des Chips mit der Vorform abgedeckt werden kann, wobei
geeignete Ausschnitte für
Drahtkontaktierungen und/oder andere Merkmale vorhanden sind. Darüber hinaus
kann die Vorform eine variierende Dicke haben, um sich der Lichtstärke der
LED anzupassen, wodurch die Gleichmäßigkeit der Lichtumwandlung
erhöht
oder maximiert und dadurch eine gleichmäßigere Ausleuchtung bereitgestellt
werden kann.
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Einige
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung können
eine Massenproduktion von Vorformen aus Hartmaterial ermöglichen,
die mit automatisierten Anlagen bearbeitet werden können. Das Materialsystem
der Vorform, einschließlich
des in dieser suspendierten Phosphors, kann bei hoher Temperatur
extrem stabil sein und somit direkt auf die oder gleich neben die
Lichtemissionsfläche
gesetzt werden. Ein Klebstoff, wie etwa eine kleine Menge klaren
Siliconeinbettharzes, kann verwendet werden, um die Vorform an der
Chipfläche
anzukleben und eine gewünschte
optische Kopplung zu erzielen. Bedenken dahingehend, dass das Siliconeinbettharz eine
Wechselwirkung mit Phosphor eingeht, können abgeschwächt oder
ausgeräumt
werden, um Reversion, Braunwerden, Blasenbildung und/oder Kohäsionsausfall
zu mindern oder abzuschaffen.
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Es
kann auch schwierig sein, Phosphor auf herkömmliche Weise auf die Ränder/Seitenwände eines
Chips aufzutragen. Indem jedoch, eine dreidimensionale Vorform verwendet
wird, kann der Phosphor, wie vorstehend beschrieben wurde, an den Rändern und/oder
Seitenwänden
vorgesehen werden.
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Wie
vorstehend auch beschrieben wurde, werden in manchen Ausführungsformen
Phosphor und Glasmaterial gemischt und auf ein Substrat aufgetragen,
durch Rotation oder Quetschwalzen abgeflacht, gehärtet, auf
Blauband zerteilt und einer Bestückungsmaschine
als Chipbahn zur Massenfertigung dargeboten. Noch andere Ausführungsformen können eine
strukturierte Fläche
auf der Vorform und/oder auf Mikrolinsen in der/auf der Vorform
bereitstellen. Diese Merkmale können
potentiell ein Lichtabgabe aus der Vorform erhöhen sowie potentiell eine Farbmischung
umgewandelten Lichts (zum Beispiel Gelb) und ausgedrungenen Lichts
(zum Beispiel Blau) verstärken.
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Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung wurden vorstehend in Verbindung mit einer
Vorform beschrieben, die klebend an einer einzelnen LED befestigt
wird. Jedoch könnten
in anderen, wie in 14 dargestellten Ausführungsformen
große Vorformflächenkörper 1400 verwendet
werden, um mehrere LED-Würfel 110 klebend
in großen
Beleuchtungskörpern
anzubringen. In diesen Flächenkörpern 1400 können verschiedene
Mengen an Phosphor 220 verwendet werden, um verschiedene
Weißlichttemperaturen
herzustellen, je nachdem, welche Flächenkörper verwendet werden. Verschiedene
Lichtarten wie Morgensonnenlicht, Mittagssonnenlicht, Abendlicht
und/oder andere Farben können
dann bereitgestellt werden, indem Phosphorflächenkörper zur Emissionssteuerung
gewechselt oder hinzugefügt/abgezogen
werden.
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Einige
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung können
sehr dünne
Vorformen in der Größenordnung
von ca. 15 μm
bis da. 75 μm
Dicke bereitstellen, die eine relativ hohe Konzentration an Phosphorpartikeln
wie etwa bis zu 95 Gew.-% Phosphorpartikel besitzen. Siliconeinbettharz
braucht nur als Klebstoffschicht verwendet zu werden, um die Vorform
und den Lichtemissionschip aneinander zu kleben. Darüber hinaus
kann das Siliconeinbettharz oder ein anderer Klebstoff zumindest
teilweise eine Oberflächenrauheit
der Vorform und/oder des Festkörper-Lichtemissionschips
ausgleichen.
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Mit
Bezug auf 15 kann eine Beleuchtungstafel 1540,
die mehrere Lichtemissionsvorrichtungen nach einigen Ausführungsformen
der Erfindung umfasst, als Hintergrundbeleuchtung für eine Anzeige
wie eine Flüssigkristallanzeige
(LCD) 1550 verwendet werden. Systeme und Verfahren zum Steuern
von Festkörper-Hintergrundbeleuchtungstafeln
sind zum Beispiel in der am 6. März
2006 eingereichten US-Patentanmeldung mit der laufenden Nummer 11/368,976
beschrieben, die den Titel Adaptive Adjustment of Light Output of
Solid State Lighting Panels trägt,
auf den Verantwortlichen für
die vorliegende Erfindung abgetreten wurde, und deren Offenbarung
hier in ihrer Gänze
durch Verweis mit aufgenommen ist. Wie in 15 gezeigt
ist, kann eine LCD 1550 eine Beleuchtungstafel 1540 umfassen,
die in Bezug auf einen LCD-Bildschirm 1554 so positioniert
ist, dass Licht 1556, das von der Beleuchtungstafel 1540 abgegeben
wird, durch den LCD-Bildschirm 1554 hindurchgeht, um eine
Hintergrundbeleuchtung für
den LCD-Bildschirm 1554 bereitzustellen. Der LCD-Bildschirm 1554 umfasst
geeignet angeordnete Blenden und dazugehörige Filter, um selektiv eine
ausgewählte
Farbe des aus der Beleuchtungstafel 1540 kommenden Lichts 1556 durchzulassen/zu
sperren, um ein Anzeigebild zu generieren. Die Beleuchtungstafel 1540 kann
eine Vielzahl an Lichtemissionsvorrichtungen nach irgendwelchen der
hier beschriebenen Ausführungsformen
umfassen.
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Mit
Bezug auf 16 kann eine Beleuchtungstafel 1540 mit
einer Vielzahl an Lichtemissionsvorrichtungen nach einigen Ausführungsformen
der Erfindung als Beleuchtungstafel für eine Festkörperleuchte
oder einen Festkörper-Beleuchtungskörper 1560 verwendet
werden. Licht 1566, das vom Beleuchtungskörper 1560 abgegeben
wird, kann zum Ausleuchten einer Fläche und/oder eines Objekts verwendet
werden. Festkörper-Beleuchtungskörper sind
beispielsweise in der am 21. April 2006 eingereichten US-Patentanmeldung
mit der laufenden Nummer 11/408,648 mit dem Titel Solid State Luminaires
für General
Illumination beschrieben, die an den Verantwortlichen für die vorliegende
Erfindung abgetreten wurde, und deren Offenbarung hier in ihrer Gänze durch
Verweis mit aufgenommen ist.
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Viele
verschiedene Ausführungsformen
wurden hier in Verbindung mit der vorstehenden Beschreibung und
den Zeichnungen beschrieben. Es wird klar sein, dass es unangemessen
wiederholend und verschleiernd wäre,
jede Kombination und Teilkombination dieser Ausführungsformen wörtlich zu beschreiben
und darzustellen. Entsprechend soll die vorliegende technische Beschreibung
einschließlich der
Zeichnungen so verstanden werden, dass sie eine vollständige Beschreibung
aller Kombinationen und Teilkombinationen der hier beschriebenen
Ausführungsformen
und der Art und Weise und des Prozesses für deren Herstellung und Gebrauch
bildet und Ansprüche
auf irgendeine solche Kombination oder Teilkombination unterstützen soll.
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In
den Zeichnungen und der technischen Beschreibung wurden Ausführungsformen
der Erfindung offenbart, und obwohl spezielle Termini verwendet
wurden, werden diese nur in einem generischen und beschreibenden
Sinn und nicht zu Einschränkungszwecken
eingesetzt, wobei der Umfang der Erfindung in den beigefügten Ansprüchen dargelegt
ist.