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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Diese
Erfindung bezieht sich auf Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtungen
und Herstellungsverfahren für diese, und im Spezielleren
auf die Unterbringung und Verfahren zur Unterbringung von Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtungen
in Kompaktgehäusen.
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Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtungen
wie Leuchtdioden (LEDs) oder Laserdioden werden weitverbreitet für
viele Anwendungen eingesetzt. Wie den Fachleuten auf dem Gebiet
bekannt ist, umfasst eine Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung eine
oder mehrere Halbleiterschicht/en, die dazu ausgelegt ist bzw. sind,
bei ihrer Beaufschlagung mit Energie kohärentes oder inkohärentes
Licht abzugeben. Es ist auch bekannt, dass die Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung
im Allgemeinen in einem Kompaktgehäuse untergebracht ist,
um externe elektrische Anschlüsse, Wärmekühlung,
Linsen oder Wellenleiter, Umfeldschutz und/oder andere Funktionen
bereitzustellen.
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Zum
Beispiel ist es bekannt, ein zweiteiliges Kompaktgehäuse
für eine Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung vorzusehen,
worin die Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung auf einem Substrat
angebracht ist, das Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid und/oder andere Stoffe
umfasst, die in sich elektrische Leiterbahnen enthalten, um externe
Anschlüsse für die Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung
bereitzustellen. Ein zweites Substrat, das silberplattiertes Kupfer
umfassen kann, ist auf dem ersten Substrat beispielsweise unter
Verwendung von Klebstoff so angebracht, dass es die Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung
umschließt. Eine Linse kann auf dem zweiten Substrat über
der Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung angeordnet sein. Leuchtdioden
mit wie vorstehend beschriebenen zweiteiligen Kompaktgehäusen
sind in der Anmeldung mit der laufenden Nummer US 2004/0041222 A1
von Loh beschrieben, die den Titel "Power Surface Mount
Light Emitting Die Package" trägt, am 4. März
2004 veröffentlicht wurde, und auf den Verantwortlichen
für die vorliegende Erfindung übertragen wurde,
deren Offenbarung hiermit in ihrer Gänze hier mit aufgenommen
wird, so als wäre sie hier vollständig aufgeführt.
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Bei
mehrteiligen Montagegehäusen für Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtungen
sind die verschiedenen Teile typischerweise aus verschiedenen Materialien
hergestellt. Im Ergebnis kann es sein, dass der innere Wärmewiderstand
für solche Gehäuse höher sein und sich
eine Wärmefehlanpassung zwischen den verschiedenen Komponenten
innerhalb eines Gehäuses ergeben kann, die Zuverlässigkeitsprobleme
mit dem Gehäuse verursachen kann. Zum Beispiel können
sich Probleme an einer Grenzfläche zwischen einem Kupfermetall
eines Kühlkörpers oder Hohlraums mit einem Kunststoff
eines Körpers ergeben, in dem ein solcher Kühlkörper
oder Hohlraum angebracht ist. Zusätzlich kann der Zusammenbau wegen
höherer Teileanzahlen für das Gehäuse
komplizierter sein. Wenn außerdem ein optischer Hohlraum
aus Metallblech genutzt wird, kann ein Hohlraum typischerweise nur
in einem eingeschränkten Bereich von Tiefen- und Formauslegungen
gefertigt werden. Solche mehrteiligen Gehäuse haben auch einen
größeren optischen Hohlraumplatzbedarf, was dazu
führt, dass größere Mengen an Einkapselungsmittel
verwendet werden, was Probleme verstärken kann, die mit
Schichtentrennung und/oder Entstehung von Blasen im Einkapselungsmittel
während der Temperaturwechselbeanspruchungen zu tun haben.
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Die
Verwendung einer vorgeformten Linse, die durch Klebstoff befestigt
wird, kann auf gewisse Probleme bei der Robustheit und Zuverlässigkeit
des fertigen Produkts stoßen. Zum Beispiel ist der Herstellungsprozess
für solche Vorrichtungen eventuell inhärent unzusammenhängend
und das sich ergebende Gehäuse weniger robust und/oder
zuverlässig. Es ist auch bekannt, die Linse unter Verwendung eines
Auftragverfahrens herzustellen, das aus der Viskosität
eines Harzes bei der Ausbildung der Linse Kapital schlägt.
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In
manchen Anwendungen kann es vorzuziehen sein, die LED auf einer
Oberfläche eines Substrats wie etwa eines Keramiksubstrats,
einer gedruckten Leiterplatte mit Metallkern (MCPCB), einem flexiblen
Schaltungssubstrat und/oder einem Anschlussrahmen anzubringen, ohne
eine Reflektorschale zu verwenden. Wo jedoch keine solche Struktur
vorgesehen ist, kann es schwieriger sein, eine Linse herzustellen
und/oder zu befestigen, weil verschiedene der vorstehend beschriebenen
Lösungsansätze sich eventuell nicht gut geeignet
einsetzen lassen, wenn sich die LED nicht in einem Hohlraum befindet.
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Es
ist auch bekannt, Epoxid zum Pressspritzen zu verwenden, um bestimmte
Gehäuse von leistungsarmen LEDs, wie etwa oberflächenmontierbare Miniaturvorrichtungen,
die von der Hewlett Packard Corporation erhältlich sind,
zu verkapseln. Das Epoxid in solchen Vorrichtungen vermag dem Gehäuse die
strukturelle Festigkeit zu verleihen sowie die Vorrichtung darin
einzukapseln. Jedoch tendiert Epoxid dazu, durch die elektromagnetische
Energie blauen Lichts, das generell von einigen Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtungen
erzeugt wird, zersetzt zu werden, und kann im Ergebnis weniger durchlässig
für Licht werden. Das sich ergebende Gehäuse kann
deshalb über einen relativ kurzen Zeitraum trüber
werden. Als solches kann Epoxid eine weniger attraktive Option zum
Einkapseln von Vorrichtungen sein, die blaues Licht abgeben. Zusätzlich
hat Epoxid allgemein ein Wärmedehnungskoeffizienten-Fehlanpassungsproblem
(CTE-Problem) mit Siliconweichgel, das sich dazu verwenden lässt,
die LED-Chips und ihre Kontaktdrähte als erste Einkapselungsschicht übergehend
zu beschichten.
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Es
ist auch bekannt, Gießverfahren einzusetzen, um LED-Vorrichtungen
mit Epoxid einzukapseln. Dieser Prozess kann typischerweise nur
auf eine offene Kammer angewendet werden, wobei eine Aushärtung
mit dem in einer Schale enthaltenen Epoxid stattfinden kann, und
ein Anschlussrahmen kann in das Innere der Schale eingesetzt und
gegossen werden, wenn das Epoxid ausgehärtet ist. Während
des Härtens kann sich ein Anteil des flüssigen Epoxids
als Ergebnis chemischer Reaktionen und Volumenschrumpfung im Allgemeinen
frei anpassen.
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Ein
anderer Lösungsansatz verwendet formgepresste Linsen, die
aus Silicon hergestellt sind. Wenn ein Formpressverfahren eingesetzt
wird, kann eine Anordnung von formgepressten Linsen über eine
dazupassende Anordnung von LED-Chips auf einem Substrat oder Wafer
gesetzt werden. Allerdings macht das herkömmliche Formpressen
von Linsen im Allgemeinen die Verwendung elektrischer Kontakte auf
der Rückseite und nicht auf der Vorderseite des Substrats
erforderlich, weil das Formmaterial über elektrische Verbindungen
mit vorderseitigen Kontakten verlaufen und deren Ausbildung einschränken
kann. Ein Formpressverfahren zum Herstellen solcher herkömmlicher
formgepresster Linsen ist von TOWA Corporation, Kyoto, Japan, erhältlich.
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Eine
Kompaktgehäusebildung für Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtungen
kann Mehrkosten für die sich ergebende, im Kompaktgehäuse
untergebrachte Vorrichtung bedeuten, und zwar wegen der Präzision,
die für verschiedene Arbeitsabläufe erforderlich
ist. Die Kosten steigen typischerweise dann an, wenn in Kompaktgehäuse
untergebrachte Lichtemissionsvorrichtungen mit verschiedenen optischen Eigenschaften
gebraucht werden. Obwohl die Formpresstechnologie vorgeschlagen
wurde, welche die Kosten zur Ausbildung von in Kompaktgehäusen
untergebrachten Vorrichtungen senken könnte, wurden die
Vorteile dieser Technologie noch nicht vollständig in die
Realität umgesetzt. Zum Beispiel wurden diese technischen
Vorgehensweisen im Allgemeinen nur dazu verwendet, einfache Linsen
herzustellen, die aus einem Material bestehen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Einige
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen Verfahren
zum Unterbringen von Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtungen in Kompaktgehäusen
bereit, wobei die Verfahren das Bereitstellen eines Substrats beinhalten,
das die Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung auf einer Vorderseite von
diesem aufweist. Ein erstes optisches Element wird aus einem ersten
Material auf der Vorderseite nahe der Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung
ausgebildet. Ein zweites optisches Elements wird aus einem zweiten
Material, das sich vom ersten Material unterscheidet, über
der Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung und dem ersten optischen
Element ausgebildet. Das erste optische Element und/oder das zweite optische
Element wird bzw. werden durch Formpressen des jeweiligen optischen
Elements ausgebildet.
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In
anderen Ausführungsformen umfasst das Formpressen des ersten
optischen Elements und des zweiten optischen Elements, das Substrat
in eine automatisierte Formvorrichtung einzulegen, die einen ersten
Formenhohlraum, der dazu ausgelegt ist, das erste optische Element
auszubilden, und einen zweiten Formenhohlraum umfasst, der dazu
ausgelegt ist, das zweite optische Element auszubilden. Das Substrat
wird zu dem ersten Formenhohlraum bewegt. Das erste optische Element
wird im ersten Formenhohlraum auf der Vorderseite formgepresst. Das
Substrat mit dem darauf befindlichen ersten optischen Element wird
zum zweiten Formenhohlraum bewegt, ohne das Substrat aus der automatischen Formvorrichtung
zu entnehmen. Das zweite optische Element wird im zweiten Formenhohlraum
formgepresst. Das Substrat mit dem ersten und zweiten optischen
Element wird aus der automatischen Formvorrichtung entnommen.
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In
anderen Ausführungsformen umfasst das Substrat mehrere
Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtungen auf seiner Vorderseite. Das
Formpressen des ersten optischen Elements und des zweiten optischen
Elements beinhaltet das Formpressen mehrerer erster optischer Elemente
und mehrerer zweiter optischer Elemente auf der Vorderseite des
Substrats über entsprechenden der Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtungen.
Der erste Formenhohlraum und der zweite Formenhohlraum umfassen
jeweils mehrere Linsenformhohlräume, die nahe an entsprechenden
der mehreren Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtungen angeordnet sind.
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In
weiteren Ausführungsformen beinhaltet das Formpressen des
zweiten optischen Elements ein Formpressen des zweiten optischen
Elements über der Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung
und dem ersten optischen Element. Das erste optische Element und
das zweite optische Element können verschiedene Brechungskennzahlen
haben, die so gewählt werden, dass eine bestimmte optische
Charakteristik für die im Kompaktgehäuse untergebrachte
Lichtemissionsvorrichtung bereitgestellt wird. Das erste und zweite
optische Element können dazu ausgelegt werden, der im Kompaktgehäuse
untergebrachten Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung einen ausgewählten
Sichtwinkel zu verleihen. Das erste Material kann eine Adhäsionseigenschaft
besitzen, die so ausgewählt ist, dass eine Adhäsion
des ersten optischen Elements am Substrat während des Formpressens
erleichtert und/oder Belastung eingeschränkt wird, mit
der die Lichtemissionsvorrichtung und/oder eine an diese gekoppelte
Drahtkontaktierung während der Temperaturwechselbeanspruchung
der im Kompaktgehäuse untergebrachten Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung
beaufschlagt wird. Das erste Material und/oder das zweite Material kann
bzw. können einen Phosphor enthalten und bei dem ersten
Material und/oder zweiten Material kann es sich um Silicon handeln.
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In
anderen Ausführungsformen umfasst das Bereitstellen des
Substrats ein bündiges Anbringen der Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung
auf dessen Vorderseite ohne einen Reflektorhohlraum. Das zweite
optische Element wird auf die Vorderseite des Substrats aufgeformt
und erstreckt sich von dieser in einen Bereich, der die Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung
umgibt, und erstreckt sich über die Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung.
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In
noch anderen Ausführungsformen beinhaltet das Ausbilden
des ersten optischen Elements ein Ausbilden des ersten optischen
Elements unter Verwendung eines anderen Prozesses als Formpressen.
Der andere Prozess als Formpressen kann Auftragen und/oder Einbinden
(dispensing and/or bonding) umfassen. Das Ausbilden des ersten optischen Elements
kann beinhalten, das erste optische Element nahe der Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung auszubilden,
aber diese nicht abzudecken. Das zweite Material kann eine andere
Brechungskennzahl haben als das erste Material, und das erste optische Element
kann so geformt werden, dass es einen Hohlraum bildet, und die Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung
kann in dem Hohlraum angeordnet werden. Das zweite Material kann
eine Adhäsionseigenschaft haben, die so ausgewählt
ist, dass eine Adhäsion des zweiten optischen Elements
am Substrat während des Formpressens erleichtert und/oder
Belastung eingeschränkt wird, mit der die Lichtemissionsvorrichtung
und/oder eine an diese gekoppelte Drahtkontaktierung während
der Temperaturwechselbeanspruchung der im Kompaktgehäuse
untergebrachten Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung beaufschlagt
wird.
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In
anderen Ausführungsformen umfasst das Substrat einen Kontakt
auf seiner Vorderseite. Das Formpressen des zweiten optischen Elements
beinhaltet ein Formpressen des Substrats, um das zweite optische
Element auf der Vorderseite des Substrats über der Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung
und eine restliche Beschichtung über einem Bereich der Vorderseite
des Substrats zu bilden, der den Kontakt umfasst. Das Verfahren
beinhaltet darüber hinaus ein Beseitigen der restlichen
Beschichtung über dem Kontakt, ohne diesen zu beschädigen.
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In
weiteren Ausführungsformen wird das erste optische Element
oder das zweite optische Element über der Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung und
einer Drahtkontaktierung formgepresst, welche die Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung
an das Substrat koppelt und die Drahtkontaktierung direkt kontaktiert.
Das Substrat kann ein Keramiksubstrat, eine gedruckte Leiterplatte
mit Metallkern (MCPCB), ein flexibles Schaltungssubstrat und/oder
ein Anschlussrahmen sein. Das Substrat kann mehrere Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtungen
auf seiner Vorderseite umfassen, und das Ausbilden des ersten optischen
Elements und das Ausbilden des zweiten optischen Elements kann ein
Ausbilden mehrerer erster optischer Elemente und ein Ausbilden mehrerer zweiter
optischer Elemente auf der Vorderseite des Substrats über
entsprechenden der Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtungen beinhalten.
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In
noch anderen Ausführungsformen umfassen in Kompaktgehäusen
untergebrachte Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtungen ein Substrat
und eine Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung, die an einer Vorderseite
des Substrats angebracht ist. Ein erstes optisches Element befindet
sich auf der Vorderseite des Substrats nahe der Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung.
Ein zweites optisches Element befindet sich auf der Vorderseite
des Substrats über der Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung
und dem ersten optischen Element. Das erste optische Element und/oder
das zweite optische Element sind formgepresste optische Elemente.
Die Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung kann bündig auf
der Vorderseite des Substrats ohne einen Reflektorhohlraum angebracht sein,
und das zweite optische Element kann auf die Vorderseite des Substrats
aufgeformt sein und sich von diesem in einen Bereich erstrecken,
der die Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung umgibt, und sich über
die Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung erstrecken. Bei den formgepressten
optischen Elementen kann es sich um Siliconlinsen handeln. Bei der Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung
kann es sich um mehrere Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtungen handeln,
und bei den formgepressten optischen Elementen kann es sich um mehrere
formgepresste optische Elemente über entsprechenden der
Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtungen handeln.
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In
noch anderen Ausführungsformen ist ein Kontakt auf der
Vorderseite des Substrats vorgesehen, der elektrisch mit der Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung
gekoppelt ist. Bei der Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung kann
es sich um mehrere Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtungen handeln,
und bei dem Kontakt kann es sich um mehrere Kontakte auf der Vorderseite
handeln, die elektrisch mit jeweiligen der Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtungen
gekoppelt sind, und bei den formgepressten optischen Elementen kann
es sich über mehrere formgepresste optische Elemente über
entsprechenden der Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtungen handeln.
Eine Drahtkontaktierung kann die Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung
elektrisch mit einem Kontaktabschnitt des Substrats koppeln, und
mindestens eines der formgepressten optischen Elemente kann die
Drahtkontaktierung direkt kontaktieren.
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In
weiteren Ausführungsformen haben das erste optische Element
und das zweite optische Element verschiedene Brechungskennzahlen,
die so ausgewählt sind, dass eine gewünschte optische Charakteristik
für die im Kompaktgehäuse untergebrachte Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung
bereitgestellt wird. Das erste optische Element und das zweite optische
Element können dazu ausgelegt sein, der im Kompaktgehäuse
untergebrachten Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung einen ausgewählten Sichtwinkel
zu verleihen. Bei dem ersten optischen Element kann es sich um ein
erstes Material handeln, das eine Adhäsionseigenschaft
besitzt, die so ausgewählt ist, dass eine Adhäsion
des ersten optischen Elements am Substrat während des Formpressens erleichtert
und/oder Belastung eingeschränkt wird, mit der die Lichtemissionsvorrichtung
und/oder eine an diese gekoppelte Drahtkontaktierung während
der Temperaturwechselbeanspruchung der im Kompaktgehäuse
untergebrachten Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung beaufschlagt
wird. Bei dem ersten optischen Element kann es sich um ein erstes
Material handeln, und beim zweiten optischen Element kann es sich
um ein zweites Material handeln, und das erste Material und/oder
das zweite Material kann bzw. können einen Phosphor enthalten
und bei dem ersten Material und/oder zweiten Material kann es sich um
Silicon handeln.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Draufsicht von oben einer in einem Kompaktgehäuse
untergebrachten Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung nach einigen
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
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2 ist
eine Draufsicht von oben einer in einem Kompaktgehäuse
untergebrachten Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung nach weiteren
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
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Die 3 bis 6 sind
Querschnittsansichten entlang der Linie A-A von 2,
die ein Verfahren zur Herstellung der in einem Kompaktgehäuse
untergebrachten Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung von 2 nach
einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung darstellen.
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7 ist
eine Querschnittsansicht einer in einem Kompaktgehäuse
untergebrachten Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung nach anderen
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
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8 ist
eine Querschnittsansicht einer in einem Kompaktgehäuse
untergebrachten Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung nach weiteren
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
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9 ist
ein Ablaufschema, das Arbeitsabläufe zur Herstellung einer
in einem Kompaktgehäuse untergebrachten Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung
nach einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung
darstellt.
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10 ist
ein Ablaufschema, das Arbeitsabläufe zur Herstellung einer
in einem Kompaktgehäuse untergebrachten Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung
nach anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung
darstellt.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Die
vorliegende Erfindung wird nachstehend nun umfassender mit Bezug
auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen Ausführungsformen
der Erfindung gezeigt sind. Diese Erfindung kann jedoch in vielen
verschiedenen Formen ausgeführt werden und sollte nicht
als auf die hier angeführten Ausführungsformen
beschränkt aufgefasst werden. Vielmehr werden diese Ausführungsformen
bereitgestellt, damit die Offenbarung gründlich und vollständig
ist und den Umfang der Erfindung den Fachleuten auf dem Gebiet vollständig
vermittelt. In den Zeichnungen können die Größe
und die relativen Größen von Schichten und Bereichen
der Klarheit halber überzeichnet sein.
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Es
sollte klar sein, dass, wenn ein Element oder eine Schicht als "auf/an",
"verbunden mit" oder "gekoppelt mit" einem anderen Element oder
einer anderen Schicht bezeichnet wird, es direkt auf/an, verbunden
oder gekoppelt mit dem anderen Element oder der anderen Schicht
sein kann oder dazwischenliegende Elemente oder Schichten vorhanden sein
können. Wird hingegen ein Element als "direkt auf/an",
"direkt verbunden mit" oder "direkt gekoppelt mit" einem anderen
Element oder einer anderen Schicht bezeichnet, sind keine dazwischenliegenden Elemente
oder Schichten vorhanden. Gleiche Bezugszahlen bezeichnen durchgehend
gleiche Elemente. So wie der Begriff "und/oder" hier verwendet wird,
bezeichnet er beliebige und alle Kombinationen eines oder mehrerer
der damit verbundenen aufgelisteten Posten.
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Es
sollte klar sein, dass, obwohl die Begriffe erste/r/s, zweite/r/s,
usw. hier dazu verwendet werden können, verschiedene Elemente,
Bauteile, Bereiche, Schichten und/oder Abschnitte zu beschreiben,
diese Elemente, Bauteile, Bereiche, Schichten und/oder Abschnitte
aber nicht durch diese Begriffe eingeschränkt werden sollten.
Diese Begriffe werden nur dazu verwendet, ein Element, ein Bauteil,
einen Bereich, eine Schicht oder einen Abschnitt von einem anderen
Bereich, einer anderen Schicht oder einem anderen Abschnitt zu unterscheiden.
Somit könnte ein erstes Element, ein erstes Bauteil, ein
erster Bereich, eine erste Schicht oder ein erster Abschnitt, die nachstehend
erörtert sind, als zweites Element, zweites Bauteil, zweiter
Bereich oder zweite Schicht oder zweiter Abschnitt bezeichnet werden,
ohne von den Lehren der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
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Räumlich
relative Begriffe wie "unterhalb", "unter", "untere/r/s", "über"
oder "obere/r/s" u. dgl. können hier zur einfacheren Beschreibung
verwendet werden, um ein Verhältnis eines Elements oder Merkmals
zu (einem) anderen Element(en) oder Merkmal(en), wie in den Figuren
dargestellt, zu beschreiben. Es sollte klar sein, dass diese räumlich
relativen Begriffe, zusätzlich zu der in den Figuren dargestellten
Ausrichtung, verschiedene Ausrichtungen der Vorrichtung im Gebrauch
oder Betrieb umfassen sollen. Wenn zum Beispiel die Vorrichtung
in den Figuren auf den Kopf gestellt ist, wären die Elemente, die
als "unter" oder "unterhalb" von anderen Elementen oder Merkmalen
beschrieben sind, dann "über" den anderen Elementen oder
Merkmalen. Somit kann der beispielhafte Begriff "unter" sowohl eine Ausrichtung über
als auch unter umfassen. Die Vorrichtung kann anders ausgerichtet
(um 90 Grad oder in anderen Ausrichtungen gedreht) sein, und die
hier verwendeten räumlich relativen Beschreibungsbegriffe
können entsprechend interpretiert werden.
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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", 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.
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Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung sind hier mit Bezug auf Querschnittsdarstellungen
beschrieben, bei denen es sich um schematische Darstellungen idealisierter
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung handelt. Als
solches sind Abweichungen von den Formen der Darstellungen als Ergebnis
beispielsweise von Herstellungsverfahren und/oder – toleranzen
zu erwarten. Somit sollten die Ausführungsformen der Erfindung
nicht als auf die hier dargestellten besonderen Formen von Bereichen
beschränkt aufgefasst werden, sondern sollen auch Abweichungen
bei den Formen umfassen, die sich zum Beispiel aus der Herstellung
ergeben. Zum Beispiel wird ein geätzter Bereich, der als
Rechteck dargestellt ist, typischerweise gerundete oder gekrümmte
Verläufe haben. Somit sind die in den Figuren dargestellten
Bereiche von Natur aus schematisch, und ihre Formen sollen nicht
die genaue Form eines Bereichs einer Vorrichtung darstellen und
auch den Umfang der vorliegenden Erfindung nicht einschränken.
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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 die hier verwendeten Begriffe, wie etwa 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 dieser technischen Beschreibung übereinstimmt,
und nicht in einem idealisierten oder übermäßig
formalen Sinn interpretiert werden sollten, es sei denn, es ist
hier ausdrücklich so angegeben.
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Ausführungsformen
von in Kompaktgehäusen untergebachten Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtungen
und Verfahren zu deren Herstellung werden nun mit Bezug auf die 1–9 beschrieben. Zuerst
ist mit Bezug auf 1 eine in einem Kompaktgehäuse
untergebrachte Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung 100 in
Draufsicht von oben gezeigt. Im Spezielleren ist die dargestellte
Vorrichtung 100 als ein Substrat 105 umfassend
gezeigt, wobei mehrere Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtungen 108 regelmäßig
gruppiert auf einer Vorderseite 107 des Substrats 105 angeordnet
sind. Ein formgepresstes optisches Element 110, das als
Linse gezeigt ist, ist auf der Vorderseite 107 des Substrats 105 über
jeweiligen Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtungen 108 ausgebildet.
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Die
Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung(en) 108 kann bzw.
können eine Leuchtdiode, eine Laserdiode und/oder eine
andere Vorrichtung umfassen, die eine oder mehrere Halbleiterschicht/en
umfassen kann bzw. können, die Silizium, Siliziumcarbid, Galliumnitrid
und/oder andere Halbleitermaterialien, ein Substrat, das Saphir,
Silizium, Siliziumcarbid, Galliumnitrid und/oder andere mikroelektronische
Substrate, und eine oder mehrere Kontaktschicht/en umfassen kann
bzw. können, die Metallschichten und/oder andere leitfähige
Schichten umfassen kann bzw. können. Die Auslegung und
Herstellung von Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtungen sind den Fachleuten
auf dem Gebiet hinreichend bekannt.
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Beispielsweise
kann bzw. können die Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung(en)
108 LEDs
oder Laserdioden auf Galliumnitridbasis sein, die auf einem Siliziumcarbidsubstrat
hergestellt werden, wie etwa diejenigen Vorrichtungen, die von Cree,
Inc., Durham, North Carolina hergestellt und vertrieben werden.
Zum Beispiel kann sich die vorliegende Erfindung zur Verwendung
mit LEDs und/oder Laserdioden eignen, wie sie in den
US-Patenten mit den Nummern 6,201,262 ,
6,187,606 ,
6,120,600 ,
5,912,477 ,
5,739,554 ,
5,631,190 ,
5,604,135 ,
5,523,589 ,
5,416,342 ,
5,393,993 ,
5,338,944 ,
5,210,051 ,
5,027,168 ,
5,027,168 ,
4,966,862 und/oder
4,918,497 beschrieben sind, deren
Offenbarungen hier durch Bezugnahme mit aufgenommen sind, als wären
sie in Gänze aufgeführt. Andere geeignete LEDs
und/oder Laserdioden sind in der veröffentlichten US-Patentanmeldung
Nr. US 2003/0006418 A1 mit dem Titel "
Group III Nitride Based
Light Emitting Diode Structures With a Quantum Well and Superlattice,
Group III Nitride Based Quantum Well Structures and Group III Nitride
Based Superlattice Structures", veröffentlicht
am 9. Januar 2003, sowie in der veröffentlichten US-Patentanmeldung
Nr. US 2002/0123164 A1 mit dem Titel "
Light Emitting Diodes
Including Modifications for Light Extraction and Manufacturing Methods
Therefor" beschrieben. Darüber hinaus lassen sich
auch phosphorbeschichtete LEDs zur Verwendung in Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung geeignet einsetzen, wie etwa diejenigen,
die in der am 25. März 2005 veröffentlichten US-Patentanmeldung
Nr. US 2004/0056260 A1 mit dem Titel "
Phosphor-Coated Light
Emitting Diodes Including Tapered Sidewalls, and Fabrication Methods
Therefor" beschrieben sind, deren Offenbarung hier durch
Bezugnahme mit aufgenommen ist, als wäre sie in Gänze
aufgeführt.
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In
noch anderen Ausführungsformen kann ein Tropfen eines Materials
wie Epoxid, das Phosphor enthält, auf die Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung
gesetzt sein. LEDs, die Phosphorbeschichtungen verwenden, sind zum
Beispiel in den
US-Patenten 6,252,254 ,
6,069,440 ,
5,858,278 ,
5,813,753 ,
5,277,840 und
5,959,316 beschrieben.
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Auf
der Vorderseite 107 des Substrats 105 sind auch
mehrere elektrische Kontakte 115 gezeigt. Beispielweise
kann es sich bei den Kontakten 115 um goldplattierte elektrische
Kontaktflecken handeln, welche die Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtungen 108 an
elektrische Schaltkreise, Energiequellen u. dgl. anschließen.
Es sollte klar sein, dass, obwohl hier nur Kontakte auf der Vorderseite 107 erörtert sind,
in manchen Ausführungsformen auch rückseitige
Kontakte vorgesehen sein können.
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Wie
hier noch weiter beschrieben wird, werden in manchen Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung Verfahren bereitgestellt, wobei formgepresste
Linsen 110 auf einer Vorderseite 107 des Substrats 105 hergestellt
werden können, während die vorderseitigen Kontakte 115 noch
in Gebrauch sind und elektrische Verbindungen mit der Vorderseite 107 zulassen,
ohne von restlichen Ablagerungen des nichtleitenden Materials gestört
zu werden, das zur Herstellung der Linsen 110 verwendet
wird. Darüber hinaus kann in manchen Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung restliches Silicon, das bei der Herstellung
der Linsen 110 verwendet wird, auf den Flächen
der Vorderseite 107 verbleiben, für die kein elektrischer
Kontakt nötig ist.
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Es
sollte klar sein, dass die in 1 gezeigte Anordnung
zu beispielhaften Zwecken gedacht ist, und dass in verschiedenen
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verschiedenartige
andere Auslegungen und Kombinationen aus einer oder mehreren Lichtemissionsvorrichtungen 108 und
Kontakten 115 in die in einem Kompaktgehäuse untergebrachte
Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung 100 mit aufgenommen
werden können, einschließlich in Vorrichtungen,
die nur über eine einzige Lichtemissionsvorrichtung 108 verfügen.
Entsprechend sollte klar sein, dass der in 1 gezeigte
Aufbau in manchen Ausführungsformen weiter verarbeitet
werden kann, wobei Teile davon getrennt werden, um mehrere eigenständige,
in einem Kompaktgehäuse untergebrachte Lichtemissionsvorrichtungen
bereitzustellen, die aus der dargestellten Vorrichtung 100 hergestellt wurden.
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Je
nach den Ausführungsformen kann das Substrat eingebettete
elektrische Verbindungen enthalten, um eine Kette oder eine Gruppe
von LEDs zwischen elektrischen Kontakten 115 zu bilden,
um einzelne LEDs und/oder Ketten oder Gruppen von LEDs mit vorderseitigem
Kontakt bereitzustellen. Zusätzlich können die
einzelnen LEDs, die Linsen besitzen, Kontakte umfassen, um die LEDs
zu aktivieren.
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Die
Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtungen 108 können
in manchen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung
auf der Vorderseite 107 am Substrat 105 ohne einen
Reflektorhohlraum, der die Lichtemissionsvorrichtung 108 umgibt,
bündig angebracht sein, wie zum Beispiel in 7 zu
sehen ist.
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Eine
in einem Kompaktgehäuse untergebrachte Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung 200 nach
weiteren Ausführungsformen wird nun mit Bezug auf die Schemadarstellung
von 2 beschrieben. Wie in den Ausführungsformen
gezeigt ist, umfasst in 2 die in einem Kompaktgehäuse
untergebrachte Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung 200 ein
Substrat 205 und mehrere Lichtemissionsvorrichtungen 208,
die bündig auf einer Vorderseite 207 des Substrats 205 angebracht
sind. Mehrere elektrische Kontakte 215 sind auf der Vorderseite 207 nahe
den Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtungen 208 gezeigt. In 2 ist
auch eine Maske 230 gezeigt, welche die Vorderseite der
Kontakte 215 abdeckt. Wie in 2 gezeigt
ist, kann die Maske 230 die Oberfläche der Kontakte 215 eventuell
nicht zur Gänze abdecken.
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Die
Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtungen 208 sind in 2 schematisch
als über eine Kreisform verfügend dargestellt.
Allerdings sollte klar sein, dass die Form der Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtungen 208 auch
anders sein kann und die kreisförmige Darstellung zu Zwecken
der Beschreibung der vorliegenden Erfindung gedacht ist. Darüber
hinaus sind die Strukturen der formgepressten Linse 110 in 2 nicht
gezeigt. Die besondere Anordnung der vorderseitigen Kontakte 215 in
Bezug auf die Lichtemissionsvorrichtungen 208 und die Anzahl
der vorderseitigen Kontakte 215 ist zu Veranschaulichungszwecken
gedacht, und in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung können auch andere Anordnungen
vorgesehen sein.
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Verfahren
zur Herstellung einer in einem Kompaktgehäuse untergebrachten
Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung nach einigen Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung werden nun mit Bezug auf die Querschnittsdarstellungen
der 3–6 und das
Ablaufschema von 9 beschrieben. Die Querschnittsdarstellungen
der 3–6 verlaufen
entlang der Linie A–A von 2. Als solches
sollte klar sein, dass wie bei der Beschreibung von 2 die
besondere Anordnung der Kontakte 215 und Lichtemissionsvorrichtungen 208 in
den 3–6 zu Zwecken
der Beschreibung der vorliegenden Erfindung gedacht ist und die Verfahren
der vorliegenden Erfindung nicht auf die bestimmte Struktur oder
Anordnung von Bauteilen beschränkt sind, die in den Figuren
dargestellt sind.
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Wie
mit Bezug auf die Figuren beschrieben wird, stellen einige Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung Verfahren zur Herstellung von in Kompaktgehäusen
untergebrachten Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtungen mit formgepressten
Linsen und vorderseitigen elektrischen Kontakten auf einem Substrat
bereit. Bei dem Substrat kann es sich beispielsweise um ein Keramiksubstrat,
eine gedruckte Leiterplatte mit Metallkern (MCPCB), eine flexible Schaltung
und/oder einen Anschlussrahmen handeln. Bei den in den 3–6 gezeigten
Ausführungsformen wird eine Maske oder Schablone, wie etwa
ein Polyimid-Film vor dem Formen auf die Kontakte auf dem Substrat
aufgetragen. Nachdem die formgepressten Linsen, wie etwa Siliconlinsen
o. dgl. am Substrat angebracht wurden, kann ein Wärmeschirm-
oder ein anderes Beseitigungsverfahren verwendet werden, um das
Linsenherstellungsmaterial von den vorderseitigen Kontakten zu beseitigen,
die von der Maske oder Schablone abgedeckt sind. Jedoch sollte klar
sein, dass weitere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung
eine Herstellung von in Kompaktgehäusen untergebrachten
Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtungen mit formgepressten Linsen
ohne die Verwendung einer Maske oder eines Substrats vorsehen. Es
können auch verschiedene Masken verwendet werden, wie sich
auch verschiedene Verfahren einsetzen lassen, um restliches Linsenherstellungsmaterial
zu beseitigen, wie etwa ein Laser, eine Säge, ein Heißschneider,
ein Glühdrahtgitter und/oder Glühdrahtgeflecht.
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Wie
in den in 3 dargestellten Ausführungsformen
dargestellt ist, ist eine Baugruppe 200 vorgesehen, die
ein Substrat 205 mit Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtungen 208 und vorderseitigen Kontakten 215 auf
seiner Vorderseite 207 umfasst. Wie vorstehend angemerkt,
ist in den dargestellten Ausführungsformen auch eine Maske 230 vorgesehen,
welche die vorderseitigen Kontakte 215 abdeckt. In 3 ist
auch eine Pressform 305 schematisch gezeigt. Die Form 305 ist
mit Vertiefungen oder Hohlräumen 320 versehen,
die als Linsen geformt sind. Ein Hohlraum 320 ist jeweils
für eine der dargestellten mehreren Lichtemissionsvorrichtungen 208 vorgesehen.
Silicon 315 wird über der Form 305 und in
den Vertiefungen 320 angeordnet. Wie in 3 auch
gezeigt ist, kann auch eine Trennschicht 310 zwischen dem
Silicon 315 und der Form 305 verwendet werden.
Die Trennschicht 310 kann nach dem Formpressen der Linsen
die Entnahme der Form 305 an der Trennschicht 310 vom
Silicon 315 erleichtern. Bei der Trennschicht 310 kann
es sich zum Beispiel um Aflex-Film handeln, der von Asahi Glass
Company erhältlich ist. Wie in 3 zu sehen
ist, füllt das Silicon 315 im dargestellten Formpressprozess
die Hohlräume 320, verläuft aber weiter über
den Bereich zwischen den Hohlräumen 320 und den
diese umgebenden Bereich, um entsprechend zu einer Ablagerung auf
dem Substrat 205 einer restlichen Beschichtung über
einen Bereich der Vorderseite des Substrats 205 zu führen,
der den Kontakt 215 umfasst. Solch eine zusätzliche
Abdeckung von Silicon 315 kann aufgrund der Beschaffenheit
des Formpressprozesses auftreten, der zur Herstellung der Linse
oder des optischen Elements in Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung wie hier beschrieben eingesetzt wird.
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Nun
ist mit Bezug auf 4 die Baugruppe 200 in
die Form 305 während des Formpressens des Substrats 205 eingesetzt
gezeigt, um optische Elemente auf einer Vorderseite des Substrats über
den jeweiligen Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtungen 208 herzustellen.
In manchen Ausführungsformen ist das Material, das bei
der Herstellung des formgepressten optischen Elements und der restlichen
Beschichtung verwendet wird, Siliconkunststoff, und der Formpressvorgang
findet bei einer Temperatur von ca. 100°C bis ca. 150°C
(oder ca. 140°C in manchen Ausführungsformen)
eine Zeit von ca. drei bis ca. zehn Minuten lang (oder ca. 5 Minuten
in manchen Ausführungsformen) bei einem Druck von ca. 0,1
bis ca. 0,6 Tonnen/Zoll2 statt. Ein Beispiel
für ein Siliconmaterial, das sich in einigen Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung zur Verwendung bei der Herstellung von
in Kompaktgehäusen untergebrachten Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtungen
eignet, ist Organopolysiloxangemisch.
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Wie
in 5 gezeigt ist, wird die Form 305 nach
dem Formpressen an der Trennschicht 310 entfernt. Als solches
umfasst die Baugruppe 200 ein formgepresstes optisches
Element 520 über jeder der Lichtemissionsvorrichtungen 208 zusätzlich
zu einer restlichen Beschichtung 525 über einem
Bereich der Vorderseite des Substrats, der die Kontakte 215 umfasst.
Mit anderen Worten umfasst die formgepresste Siliconschicht 515 zum
Zeitpunkt der Entnahme aus der Form 305, wie in 5 gezeigt,
sowohl die restliche Beschichtung 525 als auch das optische
Element 520.
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5 stellt
auch noch den Einsatz eines Entnahmeverfahrens oder – prozesses
dar, das verwendet wird, um das auf der Maske 230 befindliche
Silicon zu entfernen und dabei eine geformte Linse über jeder
Lichtemissionsvorrichtung 208 zu belassen. Wie insbesondere
in 5 dargestellt ist, umfasst der Entnahmeprozess,
die restliche Beschichtung 525 in einem der Maske 230 entsprechendem
Muster mit einem Heißschneider 530 oder einer
anderen Schneideinrichtung mit einem Muster auszuschneiden, das
dem in die restliche Beschichtung 525 geschnittenen Muster
entspricht. In manchen Ausführungsformen besitzt der Heißschneider 530 selbst ein
entsprechendes Muster, wodurch der Schneidvorgang mit einer einzigen
Bewegung in der in 5 durch die Pfeile dargestellten
Richtung ohne eine Bewegung in einer zweiten Richtung zu benötigen durchgeführt
werden kann. In manchen anderen Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung kann die Schneidvorrichtung 530 darüber
hinaus eine zweite und dritte Richtungsbewegung machen, um für
ein Ausschneiden der restlichen Beschichtung 525 wie gewünscht
zu sorgen, um einen elektrischen Kontaktabschnitt der Kontakte 215 freizulegen,
ohne diese zu beschädigen.
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Die
sich ergebende Struktur der im Kompaktgehäuse untergebachten
Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung nach dem in 5 dargestellten
Entnahmevorgang nach einigen Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung ist in 6 dargestellt. Wie in 6 zu
sehen ist, umfasst das Substrat 205 mehrere Lichtemissionsvorrichtungen 208 mit
formgepressten Linsen 620, die über entsprechenden
der Lichtemissionsvorrichtungen 208 ausgebildet sind. Die restliche
Beschichtung 525 über einem Bereich der Vorderseite
des Substrats 205, der einen Kontaktbereich der Kontakte 215 umfasst,
wurde entfernt, ohne die Kontakte 215 zu beschädigen,
um die Herstellung von elektrischen Verbindungen mit den Kontakten 215 zu
ermöglichen.
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Arbeitsabläufe
zur Herstellung einer Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung nach
weiteren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden
nun mit Bezug auf die Ablaufschemadarstellung von 9 beschrieben.
Wie in den in 9 dargestellten Ausführungsformen
gezeigt ist, beginnen die Arbeitsabläufe bei Block 900 durch
Bereitstellen eines Substrats 102, 205 mit Kontakten 115, 215 auf
einer Vorderseite 107, 207 von diesem (Block 900).
Eine Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung 108, 208 wird
auf der Vorderseite 107, 207 des Substrats 105, 205 angebracht
(Block 905). Die Lichtemissionsvorrichtung 108, 208 wird
elektrisch an einen oder mehrere der Kontakte 115, 215 angeschlossen
(Block 905). Somit können die Kontakte 115, 215 Mittel
bereitstellen, um die Lichtemissionsvorrichtung 108, 208 durch
Herstellung einer elektrischen Verbindung auf der Vorderseite 107, 207 des
Substrats 105, 205 mit anderen Schaltungsbauteilen
zu verbinden. Eine zusätzliche Verbindung, oder die mit
Block 905 bezeichnete Verbindung kann durch Anbringen einer
Drahtkontaktierung hergestellt werden, die eine jeweilige Lichtemissionsvorrichtung 108, 208 elektrisch
mit dem Kontaktabschnitt des Substrats 105, 205 verbindet (d.
h. bei dem Kontaktabschnitt kann es sich um einen der vorderseitigen
Kontakte 115, 215 handeln) (Block 910).
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In
verschiedenen Ausführungsformen kann das Substrat 105, 205 ein
Keramiksubstrat, eine gedruckte Leiterplatte mit Metallkern (MCPCB),
ein flexibles Schaltungssubstrat und/oder ein Anschlussrahmen o.
dgl. sein. Darüber hinaus können in verschiedenen
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eine oder
mehrere Lichtemissionsvorrichtung/en 108, 208 und
ein oder mehrere frontseitige/r Kontakt/e 115, 215 in
verschiedenen jeweiligen Anordnungen auf dem Substrat 105, 205 vorgesehen sein.
In verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung
kann das Entfernen von restlicher Beschichtung von den Kontakten
nach Bedarf auf Grundlage eines Musters erfolgen, das dazu geeignet
ist, sich der ausgewählten Geometrie oder Anordnung von
Lichtemissionsvorrichtungen und vorderseitigen Kontakten anzupassen.
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Wie
in 9 gezeigt ist, wird eine Maske 230 bereitgestellt,
die die vorderseitigen Kontakte 115, 215 abdeckt
(Block 915). Bei der Maske kann es sich zum Beispiel um
einen Polyimidfilm handeln. Das Substrat wird formgepresst, um ein
optisches Element 110, 620 auf der Vorderseite
des Substrats 107, 207 über jeweiligen
der Halbleiter- Lichtemissionsvorrichtungen 108, 208 und
eine restliche Beschichtung über einem Bereich der Vorderseite
des Substrats herzustellen, der die Kontakte umfasst, wie nun mit Bezug
auf Block 920–940 beschrieben wird.
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Wie
in den dargestellten Ausführungsformen von 9 zu
sehen ist, umfasst das Formpressen das Bereitstellen einer Trennschicht 310 auf
einer Fläche der Form 305, die mehrere linsenförmige Hohlräume 320 umfasst,
die nahe an entsprechenden der mehreren Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtungen 108, 208 angeordnet
werden (Block 920). Das Substrat wird in die Form 305 eingesetzt,
wobei die Hohlräume nahe an entsprechenden der Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtungen
angeordnet werden (Block 925). Eine Siliconschicht 315 wird
in der Form 305 und den Hohlräumen 320 sowie
in einem Bereich zwischen den Hohlräumen 320 und
um die Hohlräume 320 vorgesehen (Block 930).
Die Linsen 620, 110 werden aus dem Silicon in
den Hohlräumen formgepresst (Block 935). Das Substrat
mit einer darin ausgebildeten Linse wird aus der Form entnommen (Block 940).
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Arbeitsabläufe,
die sich auf das Entfernen der restlichen Beschichtung über
den Kontakten, ohne diese zu beschädigen, beziehen, werden
nun für einige Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung mit Bezug auf die Blöcke 945 und 950 von 9 beschrieben.
Die restliche Beschichtung wird in einem der Maske entsprechenden
Muster wie beim vorstehenden Block 915 beschrieben ausgeschnitten (Block 945).
In manchen Ausführungsformen, bei denen das Substrat mehrere
Lichtemissionsvorrichtungen und Kontakte auf der Vorderseite umfasst,
umfasst das Ausschneiden der restlichen Beschichtung ein Ausschneiden
der restlichen Beschichtung mit einem Heißschneider. Der
Heißschneider kann ein Muster besitzen, das dem in die
restliche Beschichtung geschnittenen Muster entspricht, so dass
der Schneidvorgang durch Vorrücken des Schneidmessers zum
Substrat ohne seitliche Bewegung des Schneidteils über
das Substrat durchgeführt werden kann. Als solches kann
die Gefahr irgendeiner Beschädigung der Kontaktfläche
während des Entnahmeprozesses gesenkt werden. Die Maske
und die ausgeschnittene, darüber liegende restliche Beschichtung
werden entfernt, um die vorderseitigen Kontakte freizulegen (Block 950).
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In
einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird
die Lichtemissionsvorrichtung 108, 208 vor dem
Formpressen des optischen Elements 110, 620 mit
einer Drahtkontaktierung elektrisch an einen Kontaktabschnitt angeschlossen. Darüber
hinaus wird in manchen Ausführungsformen das Substrat formgepresst,
um das optische Element 110, 620 über
der Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung 108, 208 auszubilden
und die Drahtkontaktierung direkt zu kontaktieren. Ein wie hier
beschriebener Formpressprozess kann einen solchen direkten Kontakt
und eine Herstellung des optischen Elements sowohl auf der Drahtkontaktierung
als auch der dazugehörigen Lichtemissionsvorrichtung zulassen,
während gleichzeitig eine Schädigung an der Verbindung
zwischen der Lichtemissionsvorrichtung und dem Kontaktabschnitt
durch die Drahtkontaktierung reduziert oder sogar verhindert wird.
Im Gegensatz dazu können verschiedene andere Verfahren zur
Herstellung einer Linse einer solchen Anordnung den Einsatz zusätzlicher
Schutzmaßnahmen erforderlich machen, um eine Schädigung
der Verbindung zwischen der Drahtkontaktierung und der Lichtemissionsvorrichtung
und dem entsprechenden Kontaktabschnitt eines Substrats zu vermeiden.
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Darüber
hinaus kann in manchen Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung, wie sie hier beschrieben ist, die Lichtemissionsvorrichtung
bündig auf der Vorderseite des Substrats angebracht sein,
und ein formgepresstes optisches Element kann um die Lichtemissionsvorrichtung
herum in einer Kuppel ausgebildet sein, die sich über volle
180 Grad über die Lichtemissionsvorrichtung erstreckt. Als
solches kann eine größere Flexibilität
und/oder Effizienz bei der Extraktion und Bereitstellung von Licht
aus der Lichtemissionsvorrichtung durch Auswahl des Linsenherstellungsmaterials
und irgendwelcher Zusätze o. dgl., die diesem zugesetzt
sind, bereitgestellt werden, im Gegensatz zu Lösungsansätzen,
die den Einsatz eines Hohlraums aus einem reflektierenden Material
benötigen, der die Lichtemissionsvorrichtung umgibt. Solche
reflektierenden Hohlräume absorbieren im Allgemeinen zumindest
eine gewisse Menge des ausgestrahlten Lichts, während eine
Linse oder ein anderes optisches Element, das sich von der Vorderseite
erstreckt, um die Lichtemissionsvorrichtung vollständig
zu umgeben, die bündig an der Vorderseite des Substrats
angebracht ist, in verschiedenen Anwendungen eine verbesserte Lichtextraktion
bereitzustellen vermag. In manchen Ausführungsformen könnte
die LED jedoch in einem Hohlraum oder einer Ausnehmung untergebracht sein.
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Obwohl
Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf die 3–6 und
9 beschrieben wurden, die sich einer Maske bedienen, sollte klar sein,
dass einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung
sich keiner solchen Maske und keines Schneidprozesses bedienen.
In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung
ist das Substrat ein flexibles Schaltungssubstrat und die restliche
Beschichtung wird durch chemisches Säubern des Substrats
mit nassem Lösungsmittel entfernt, um die restliche Beschichtung über
den Kontakten zu entfernen. Es wird klar sein, dass die restliche
Beschichtung, ganz gleich, ob eine Maske oder ein Nassätzlösungsansatz
verwendet wird, über einem Bereich der Vorderseite des
Substrats, der die mehreren Kontakte umfasst, entfernt werden kann,
aber die Kontakte nicht vollständig freizulegen braucht.
Allerdings sollte eine ausreichende Fläche der Kontakte freigelegt
werden, um eine Herstellung einer elektrischen Verbindung mit diesen
zuzulassen, ohne dass eine restliche Beschichtung der elektrischen
Verbindung störend im Wege ist. Ein Maskierungslösungsansatz,
der nach der Entstehung der restlichen Beschichtung vorgesehen wird,
kann im Gegensatz zu vorherigem Formpressen, in Verbindung mit dem chemischen
Säuberungsvorgang mit nassem Lösungsmittel eingesetzt
werden, um das Entfernen einer restlichen Beschichtung von gewünschten
Flächen auf ein ausgewähltes Muster zu beschränken.
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In
Kompaktgehäusen untergebrachte Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtungen
nach weiteren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung
werden nun mit Bezug auf die Ausführungsformen von 7 und 8 beschrieben.
Sie umfassen jeweils mehrere optische Elemente, die als erstes und
zweites optisches Element dargestellt und auf einem Substrat ausgebildet
sind. Es sollte klar sein, dass eines und/oder beide der jeweiligen
optischen Elemente in verschiedenen Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung unter Verwendung von Formpressung hergestellt
werden kann bzw. können.
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Wie
in den Ausführungsformen von 7 zu sehen
ist, umfasst eine in einem Kompaktgehäuse untergebrachte
Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung 700 mehrere Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtungen 708,
die bündig auf einer Vorderseite 707 eines Substrats 705 angebracht
sind. Ein erstes optisches Element 740 ist über
jeder der Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtungen 708 ausgebildet.
Ein zweites optisches Element 720 ist über dem
ersten optischen Element 740 und der Lichtemissionsvorrichtung 708 ausgebildet.
Wie in den Ausführungsformen von 7 noch gezeigt
ist, kann ein Zusatzstoff 742 dem zweiten optischen Element 720 zugesetzt
sein, um die Lichtdurchlässigkeits- oder Lichtemissionscharakteristika
der Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung 708 zu beeinflussen.
Es wird klar sein, dass der Zusatzstoff 742 statt dessen
auch dem ersten optischen Element 740 zugesetzt sein kann
oder derselbe und/oder ein anderer Zusatzstoff in jedem der optischen
Elemente 720, 740 vorgesehen sein kann. Zusätzlich
können die optischen Eigenschaften durch Auswahl verschiedener
Charakteristika für die jeweiligen optischen Elemente 720, 740 noch
weiter maßgeschneidert werden, indem beispielsweise für
die jeweiligen Materialien ein anderer Brechungsindex gewählt
wird, um einen gewünschten Effekt beim Durchtritt von Licht
bereitzustellen, das von der Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung 708 abgestrahlt wird.
Zusatzstoffe zum Beeinflussen der optischen Eigenschaften können
einen Phosphor, ein Streuungsmittel, einen lumineszierenden Stoff
und/oder ein anderes Material umfassen, das die optischen Eigenschaften
des abgegebenen Lichts beeinflusst.
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Es
sollte klar sein, dass in den Ausführungsformen von 7 sowohl
das erste als auch das zweite optische Element formgepresst sein
kann. In weiteren Ausführungsformen kann das erste optische
Element 740 jedoch durch andere Mittel hergestellt sein,
und das zweite optische Element 720 kann wie vorstehend
mit Bezug auf die 3–6 und 8 beschrieben
allgemein durch Formpressen hergestellt sein.
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Weitere
Ausführungsformen einer in einem Kompaktgehäuse
untergebrachten Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung 800 sind
in 8 dargestellt. Wie in den Ausführungsformen
von 8 zu sehen ist, ist eine Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung 808 bündig
auf einer Vorderseite eines Substrats 805 angebracht. Es
ist eine Drahtkontaktierung 809 gezeigt, die eine Verbindung
zwischen dem Substrat 805 und der Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung 808 herstellt.
Obwohl in 8 nicht zu sehen, wird klar
sein, dass eine zweite Verbindung an der Grenzfläche zwischen
der Lichtemissionsvorrichtung 808 und der Vorderseite des
Substrats 805 hergestellt sein kann.
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Ein
erstes optisches Element 840 ist nahe einer Lichtemissionsvorrichtung 808 auf
der Vorderseite des Substrats 805 ausgebildet. Ein zweites
optisches Element 820 ist über der Lichtemissionsvorrichtung 808,
der Drahtkontaktierung 809 und dem ersten optischen Element 840 ausgebildet.
Wie mit Bezug auf 7 beschrieben wurde, kann eines oder
können beide der jeweiligen optischen Elemente 840, 820 durch
Formpressen hergestellt werden, wie hier vorstehend allgemein beschrieben
wurde. Darüber hinaus kann es sich bei dem ersten optischen
Element 840, obwohl es in der Querschnittsansicht von 8 als
zwei eigenständige Elemente erscheint, um ein ringförmiges,
einzelnes optisches Element handeln, das sich um die Lichtemissionsvorrichtung 808 und
die Drahtkontaktierung 809 erstreckt.
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Weitere
Ausführungsformen von Verfahren zur Herstellung einer in
einem Kompaktgehäuse untergebrachten Lichtemissionsvorrichtung
werden nun mit Bezug auf die Ablaufschemadarstellung von 10 beschrieben.
Im Spezielleren können die Verfahren, die mit Bezug auf 10 beschrieben
werden, bei der Herstellung der Vorrichtungen eingesetzt werden,
die in 7 oder 8 dargestellt sind. Zu Zwecken
der Beschreibung von 10 werden Ausführungsformen
beschrieben, in denen beide optische Elemente in einer automatisierten
Formvorrichtung formgepresst werden. Jedoch sollte klar sein, dass
die Erfindung nicht auf solche Ausführungsformen beschränkt
ist. Darüber hinaus wird klar sein, dass die wie mit Bezug
auf Formpressen beschriebenen Vorgänge auch in manchen
Ausführungsformen verwendet werden können, wobei
das Substrat Kontakte auf seiner Vorderseite hat und ein Teilrückstand des
Formmaterials entfernt wird, um die vorderseitigen Kontakte freizulegen,
wie zuvor hier beschrieben wurde.
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Für
die in 10 dargestellten Ausführungsformen
beginnen die Abläufe mit dem Bereitstellen eines Substrats,
das eine Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung auf seiner Vorderseite
aufweist (Block 1000). Wie zuvor erörtert, kann
das Substrat mehrere Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtungen auf
seiner Vorderseite umfassen, wie in 1 und 2 dargestellt
ist. Darüber hinaus können die Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtungen
bündig auf der Vorderseite des Substrats ohne einen Reflektorhohlraum
angebracht werden. Bei dem Substrat kann es sich zum Beispiel um
ein Keramiksubstrat, eine MCPCB, ein flexibles Schaltungssubstrat
und/oder einen Anschlussrahmen handeln.
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Allerdings
können die Lichtemissionsvorrichtungen auch in einem Reflektorhohlraum
o. dgl. angebracht werden.
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Abläufe,
die sich auf die Herstellung erster und zweiter optische Elemente
der in einem Kompaktgehäuse untergebrachten Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung
beziehen, werden nun mit Bezug auf die Blöcke 1005–1030 beschrieben.
Das Substrat wird in eine automatisierte Formvorrichtung eingelegt,
die einen ersten Formenhohlraum, der dazu ausgelegt ist, das erste
optische Element auszubilden, und einen zweiten Formenhohlraum umfasst, der
dazu ausgelegt ist, das zweite optische Element auszubilden (Block 1005).
Der erste und zweite Formenhohlraum können jeweils mehrere
linsenförmige Hohlräume umfassen, die nahe an
entsprechenden der mehreren Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtungen
angeordnet sind, und zwar dort, wo das Substrat auf sich mehrere
Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtungen aufweist. Das Substrat wird
zum ersten Formenhohlraum bewegt (Block 1010). Die Bewegung im
Inneren der automatisierten Formvorrichtung kann durch eine automatische
Fördereinrichtung, einen Roboterarm und/oder dergleichen
erfolgen.
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Das
erste optische Element wird auf der Vorderseite des Substrats im
ersten Formenhohlraum formgepresst (Block 1015). Es wird
klar sein, dass das erste optische Element oder zweite optische
Element, obwohl als Formpressen bei Block 1015 gezeigt,
auch unter Verwendung eines anderen Prozesses als Formpressen hergestellt
werden kann, wie etwa Auftragen und/oder Einbinden. Darüber
hinaus kann das erste optische Element beim Block 1015 nahe
der Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung, diese aber nicht abdeckend
hergestellt werden, wie beispielsweise in 8 durch
das optische Element 840 dargestellt ist. Das erste optische
Element kann in manchen Ausführungsformen beim Block 1015 auch so
hergestellt werden, dass es an der Vorderseite des Substrats geformt
wird und sich von dieser in einen die Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung
umgebenden Bereich erstreckt, und sich über die Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung
erstreckt, wie für das erste optische Element 740 in
den Ausführungsformen von 7 gezeigt
ist. In manchen Ausführungsformen, in denen sich das erste
optische Element nicht über die Lichtemissionsvorrichtung
erstreckt, kann das erste optische Element so geformt werden, dass
es einen Hohlraum bildet, wobei sich die Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung
in dem Hohlraum befindet.
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Das
Substrat mit dem darauf befindlichen ersten optischen Element wird
zum zweiten Formenhohlraum bewegt, ohne dass dabei das Substrat
aus der automatisierten Formvorrichtung entnommen zu werden braucht
(Block 1020). Zum Beispiel kann auch eine Fördereinrichtung
oder ein Roboterwerkzeug, wie mit Bezug auf die Abläufe
beim Block 1010 beschrieben, für die Abläufe
beim Block 1020 eingesetzt werden.
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Das
zweite optische Element wird im zweiten Formenhohlraum formgepresst
(Block 1025). Wie mit Bezug auf das in 8 dargestellte
erste optische Element beschrieben, kann das zweite optische Element
so geformt werden, dass es sich von der Vorderseite des Substrats
in einen die Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung umgebenden Bereich
erstreckt, und sich über die Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung
erstreckt, wie beim zweiten optischen Element 720 in 7 und
dem zweiten optischen Element 820 in 8 zu
sehen ist. Das Substrat mit dem darauf befindlichen ersten und zweiten
optischen Element wird aus der automatisierten Formvorrichtung entnommen
(Block 1030).
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Wie
sowohl in 7 als auch in 8 zu
sehen ist, kann das zweite optische Element über sowohl
die Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung als auch das erste optische
Element formgepresst sein. Das erste optische Element und das zweite
optische Element können verschiedene Brechungskennzahlen
haben, die so ausgewählt sind, dass eine gewünschte
optische Eigenschaft für die in einem Kompaktgehäuse
untergebrachte Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung bereitgestellt
wird. Das erste und zweite optische Element können so ausgelegt
werden, dass sie der in einem Kompaktgehäuse untergebrachten
Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung einen ausgewählten
Sichtwinkel bereitstellen. In manchen Ausführungsformen
besitzt das Material, das zur Herstellung des ersten und/oder zweiten
optischen Elements verwendet wird, eine Adhäsionseigenschaft,
die so ausgewählt ist, dass die Adhäsion des ersten
optischen Elements am Substrat während des Formpressens
erleichtert und/oder Belastung eingeschränkt wird, mit
der die Lichtemissionsvorrichtung und/oder eine an diese gekoppelte
Drahtkontaktierung während der Temperaturwechselbeanspruchung
der im Kompaktgehäuse untergebrachten Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung
beaufschlagt wird. Das Material des ersten optischen Elements und/oder
des zweiten optischen Elements kann einen Phosphor enthalten. Bei
dem ersten Material und/oder zweiten Material kann es sich um Silicon, Epoxid,
ein hybrides Silicon-/Epoxidmaterial und/oder dergleichen handeln.
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Wie
vorstehend beschrieben, stellen einige Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung in Kompaktgehäusen untergebrachte
Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtungen und Verfahren zu deren Herstellung
bereit, die Formpressung verwenden, um Linsen mit maßgeschneiderten
optischen Eigenschaften herzustellen. Zum Beispiel können
Lichtemissionsvorrichtungen im Kompaktgehäuse mit Verbundstofflinsen
bereitgestellt werden, die unter Verwendung von Formpressung hergestellt
werden. In manchen Ausführungsformen können mehrteilige Formpressen
verwendet werden, um formgepresste Linsen herzustellen, wobei sowohl
die ersten als auch zweiten optischen Elemente formgepresst werden,
um Linsen mit gewünschten optischen Eigenschaften wie etwa
Sichtwinkeln herzustellen. In anderen Ausführungsformen
kann ein erstes optisches Element verteilt, eingebunden o. dgl.
werden, und das zweite optische Element kann formgepresst werden.
Als solches können die ersten und zweiten optischen Elemente
verschiedene Eigenschaften haben (Form, Zusammensetzung, Brechungsindex
usw.), die auf die Bedürfnisse der Anwendung der in einem Kompaktgehäuse
untergebrachten Vorrichtung zugeschnitten sind. Manche Ausführungsformen
können auch zusätzliche optische Elemente, Schichten und/oder
Pressformen zusätzlich zum ersten und zweiten optischen
Element umfassen. Darüber hinaus können sich Form
und Zusammensetzung jedes optischen Elements voneinander unterscheiden
und so zugeschnitten sein, dass eine gewünschte Leuchtenleistung
bereitgestellt wird. In verschiedenen Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung kann eine verbesserte Anhaftung und/oder
eine auf nachgiebige Teile wirkende geringere Belastung bereitgestellt
werden.
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In
den Zeichnungen und der technischen Beschreibung wurden Ausführungsformen
der Erfindung offenbart, und obwohl spezifische Begriffe verwendet
werden, sind diese lediglich in einem generischen und beschreibenden
Sinn und nicht zu Zwecken der Einschränkung verwendet,
wobei der Umfang der Erfindung in den folgenden Ansprüchen
dargelegt ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 6201262 [0038]
- - US 6187606 [0038]
- - US 6120600 [0038]
- - US 5912477 [0038]
- - US 5739554 [0038]
- - US 5631190 [0038]
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- - US 5523589 [0038]
- - US 5416342 [0038]
- - US 5393993 [0038]
- - US 5338944 [0038]
- - US 5210051 [0038]
- - US 5027168 [0038, 0038]
- - US 4966862 [0038]
- - US 4918497 [0038]
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- - US 5858278 [0039]
- - US 5813753 [0039]
- - US 5277840 [0039]
- - US 5959316 [0039]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - Power Surface
Mount Light Emitting Die Package [0003]
- - Group III Nitride Based Light Emitting Diode Structures With
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Well Structures and Group III Nitride Based Superlattice Structures [0038]
- - Light Emitting Diodes Including Modifications for Light Extraction
and Manufacturing Methods Therefor [0038]
- - Phosphor-Coated Light Emitting Diodes Including Tapered Sidewalls,
and Fabrication Methods Therefor [0038]