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Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft lichtemittierende Vorrichtungen und auch verwandte
Komponenten, Systeme und Verfahren und insbesondere lichtemittierende
Dioden (LEDs) mit strukturierten transparenten Materialien und Verfahren
zur Strukturierung der transparenten Materialien in LEDs. Weiterhin
betrifft sie Verfahren und Konfigurationen für die Volumenstrukturierung
des Verkapselungsmittels für Starkstrom-LED-Systeme, die
zur Bereitstellung einer gewünschten optischen Funktion
bestimmt sind.
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Hintergrund der Erfindung
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Es
gibt zwei verschiedene Typen von weißen Lichtquellen unter
Anwendung von mindestens einer lichtemittierenden Diode LED.
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Bei
einem ersten Typ für weiße Lichtquellen wird das
weiße Licht durch Mischen der direkten Emission von verschiedenenfarbigen
LEDs, beispielsweise durch Kombination von Emissionen von einer
roten LED, einer grünen LED und einer blauen LED, erzeugt.
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Bei
dem zweiten Typ von weißen Lichtquellen erzeugt zumindest
eine LED ein erstes Spektrum, das teilweise in ein zweites, unterschiedliches
Spektrum durch ein Leuchtstoffmaterial umgewandelt wird, worin die
Mischung aus dem ersten und dem zweiten Spektrum zu dem weißen Licht
führt. Ein Beispiel für diese weiße Lichtquelle
ist eine Quelle, die eine blaue LED anwendet, die ein Material beleuchtet,
das Leuchtstoff umfasst, der blaues Licht in gelbes Licht umwandelt
und wobei ein Anteil des blauen Anregungslichts nicht durch den
Leuchtstoff absorbiert wird, und das restliche blaue Anregungslicht wird
mit dem vom Leuchtstoff emittierten gelben Licht kombiniert, wobei
das weiße Licht erzeugt wird.
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Die
Anwendung dieser lichtemittierenden Quellen vom zweiten Typ mit
Dioden (LEDs) für Beleuchtungsanwendungen im Festzustand
ist wohl bekannt. Verschiedene LED-Vorrichtungen weisen Anwendungen
auf, wie Verkehrssignale, Flüssigkristalldisplay(LCD)-Rücklichteinheiten,
Außenbeleuchtung etc.. Eine GaN-LED ist ein Beispiel für
eine LED, die üblicherweise in diesen Anwendungen verwendet wird.
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Leuchtstoff
umwandelte weiße lichtemittierende Hochleistungsdioden
(LEDs) haben eine schnelle Entwicklung aufgrund ihrer viel versprechenden
Anwendbarkeit bei der Festzustandbeleuchtung realisiert. Um den
steigenden Anforderungen für einen hohen Lichtfluss zu
genügen, wurde die Stromdichte von LEDs erhöht,
und das führte zu einem hohen Hitzefluss, der im LED-Chip
erzeugt wird. Mit der Verbesserung der Qualität von Halbleitermaterialien
und Prozesstechnologien, haben die LEDs ein hohes Effizienzquantum
ermöglicht, selbst wenn die Betriebssperrschichttemperatur
höher als 125°C beträgt. Das Problem
liegt darin, dass die erhöhte Sperrschichttemperatur in
der Regel zu vielen Problemen führt, die mit der Vorrichtungsverlässlichkeit und
den Eigenschaften des weißen Lichts zusammenhängen.
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Deswegen
ist die Energieeffizienz von kommerziellen GaN-LEDs unzureichend,
um die Bedürfnisse des Verbrauchers zufriedenzustellen.
Weitere Probleme ergeben sich aus den Photonen, die aus der aktiven
Schicht der LED emittiert werden. Sie werden vielen Reflexionen
an den verschiedenen Grenzschichten der LED-Struktur unterworfen,
wenn sie von der aktiven Schicht zur oberen Schicht der LED-Chips
wandern. Dieses Problem ist insbesondere schwerwiegend an der Grenzfläche
zwischen Medien mit signifikant unterschiedlichen Brechungsindizes.
Als Ergebnis wird die Mehrzahl der Photonen innerhalb der aktiven
Schicht absorbiert.
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Eine
Vielzahl von Techniken sind angewendet worden, mit dem Ziel, die
Energieeffizienz einer LED zu verbessern, wie die Erhöhung
der internen Quanteneffizienz der LED, die Verbesserung der Lichtextraktionseffizienz
(LEE) der LED, wobei solche Methoden, wie die Oberflächentexturmodifikation
oder die Chipformbildung, angewendet wurden.
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Da
die Photonen, die von der aktiven Schicht der LED emittiert werden,
vielen Reflexionen an den verschiedenen Grenzflächenschichten
der LED-Struktur unterworfen werden, wenn sie von der aktiven Schicht
zur oberen Schicht des LED-Chips wandern, ist es erwünscht,
so wenig wie mögliche Oberflächen der Reflexion
vorliegen zu haben, deswegen könnte eine Verringerung der
Anzahl der verschiedenen Schichten, durch die die Photonen gehen
müssen, eine Lösung für das Problem der
Optimierung der Lichtextraktionseffizienz (LEE) der LED sein.
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Da
dieses Problem insbesondere schwerwiegend an der Grenze zwischen
Medien mit signifikant unterschiedlichen Brechungsindices ist und
im Ergebnis die Mehrzahl der Photonen innerhalb der aktiven Schicht
absorbiert wird, sind Strukturen vom Sandwichtyp mit einer Vielzahl
von Medien, die jeweils aufeinander geschichtet sind, um das Verkapselungsmittel
für die LED zu bilden, nicht erwünscht. Da allerdings
das blaue Licht mindestens das teilweise transparente Material,
das den Emissionschip und die Linse umgibt, durchqueren muss und
manchmal zusätzliche Schichten, wie eine thermisch isolierende dünne
Schicht, können die Reflexionen, die durch die Photonen
verursacht werden, insbesondere schwerwiegend sein.
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Außerdem
wird bei der herkömmlichen Leuchtstoff umwandelnden weißen
LED-Kapselkonfiguration der Leuchtstoff üblicherweise innerhalb
eines transparenten Epoxids vermischt und dann direkt auf den LED-Chip
ohne thermische Isolation aufgetragen. Die Erhöhung der
zugeführten Energiedichte im Chip lässt den LED-Chip
Wärme erzeugen und die Wärme wird gleichzeitig
zur Leuchtstoffbeschichtungsschicht übertragen. Die Leuchtstoffmaterialien, die
in Leuchtstoff umwandelnden weißen LEDs verwendet werden,
sind thermisch empfindlich, und die Überhitzung der Leuchtstoffbeschichtungsschicht kann
zu einem verschlechterten ausgehenden Licht und zu einer verringerten
Langzeitbetriebsverlässlichkeit der LEDs führen.
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Neue
Kapseltechnologien für Leuchtstoff umwandelnde weiße
Hochleistungs-LEDs werden daher benötigt, wobei Lösungen für
ein besseres Photonenmanagement verwirklicht werden können.
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Verschiedene
Technologien haben ihre Aufmerksamkeit auf die Entwicklung von LED-Kapselkonfigurationen
und Materialien, die den Photonenverkehr innerhalb der LED optimieren,
gerichtet.
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Eine
Kapselkonfiguration mit einer thermisch isolierten Trennschicht
zwischen dem LED-Chip und der Leuchtstoffbeschichtungsschicht hat
günstige Eigenschaften gezeigt, wie Hochleistungssättigungseigenschaften
und eine gute Farbeigenschaftstabilität.
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Die
Volumenstrukturierung von transparenten Materialien ist zu einer
Sache verstärkten Interesses geworden. Gitter und andere
optische Elemente sind insbesondere im Volumen von (lichtempfindlichen)
Gläsern verarbeitet worden, und die Beugungseffizienz dieser
Elemente ist unter Verwendung von Lasern bestimmt worden. Diese
Elemente verlassen sich auf die Modifikation des Absorptions- oder
Brechungsindex und auf die Bildung von Hohlräumen, die
durch die Wechselwirkung des Lichts mit dem Material in der Brennpunktfläche
eines Laserstrahls verursacht werden. Da der Laserstrahlfokus im
Volumen eines Materials positioniert werden kann, ist es möglich,
Strukturen von modifizierten Absorptions- und/oder Brechungsindices
in das Volumen eines Materials zu schreiben, während die
Materialoberfläche im Wesentlichen nicht beeinträchtigt
wird.
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C.
Wochnowski et al. haben gezeigt, dass diese optischen Elemente
ebenfalls in das Volumen von Polymersubstraten eingearbeitet werden
können. Es wurden Gitter in das Volumen von Dünnfilmen
aus PMMA, Polyimid und Polysiloxan eingearbeitet, und die Beugungseffizienz
dieser Strukturen wurde von den Autoren mit Hilfe eines HeNe-Lasers bestimmt.
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Weiterhin
ist eine Konfiguration, wobei die LED eine lichtemittierende Komponente
mit einem transparenten Verkapselungsmittel und in das Verkapselungsmittel
hinzugefügten optischen Streumedien umfasst, wobei die
optischen Streumedien entweder Luftblasen, N2-Blasen und Edelgasblasen sind,
vorgeschlagen worden.
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Andere
Technologien mit dem Versuch, die oben erwähnten Nachteile
anzugehen, sind beispielsweise beschrieben in:
US 6,987,613 , das jedoch die Bildung
eines optischen Elements auf der Oberfläche einer lichtemittierenden
Vorrichtung für eine verbesserte Lichtextraktion diskutiert,
berichtet über eine lichtemittierende Vorrichtung, die
eine Fresnel-Linse und/oder einen holographischen Diffuser, die/der
auf einer Oberfläche eines Lichtemitters für eine
verbesserte Lichtextraktion gebildet ist/sind, aufweist. Es ist
ebenfalls eine lichtemittierende Vorrichtung zur Verfügung
gestellt, die ein optisches Element aufweist, das auf einer Oberfläche
für eine verbesserte Lichtextraktion geprägt ist
und ebenfalls die Prägemethode, die zur Bildung dieser
Vorrichtung verwendet wird. Eine Fresnel-Linse oder ein holographischer
Diffuser können auf der Oberfläche durch chemisches
Nassätzen oder durch Trockenätztechniken gebildet
werden.
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US 2005/0269582A1 ,
die allerdings lumineszente Keramiken für lichtemittierende
Vorrichtungen, in denen eine lumineszente Keramik als Farbumwandlungselement
in LEDs verwendet wird, diskutiert, berichtet, dass die Keramik
derart gebildet sein kann, dass sie die Form einer Fresnel-Linse
aufweist.
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US 6,756,186 , die allerdings
die Herstellung von selbstausgerichteten und selbstbelichteten Photoresistmustern
auf einer lichtemittierenden Vorrichtung diskutiert, diskutiert
eine LED, in der ein Anteil des Photoresists durch Licht belichtet
wird, das auf die Grenzfläche der lichtemittierenden Vorrichtung und
des Photoresists vom Innern der lichtemittierenden Vorrichtung trifft,
dass der Photoresist entwickelt wird, wobei entweder der belichtete
Photoresist oder der nicht-belichtete Photoresist entfernt wird.
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WO 2006/087651 , die
allerdings eine lichtemittierende Vorrichtung, die (eine) anorganisches Licht
emittierende Diode(n) umfasst, in der eine lumineszente Platte auf
der ersten Seite der (die) LED(s) getragen wird, diskutiert, diskutiert,
dass die Platte derart angepasst ist, dass die Wellenlänge
von zumindest einem Teil des Lichts von der (die) LED(s) umgewandelt
wird und ein Lichtstreumittel zum Auskoppeln von Licht von der lumineszenten
Platte.
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US 2006/0279955 , das
allerdings eine lichtemittierende Vorrichtung diskutiert, die aus
einem elektrolumineszenten Element besteht, das in einem Gehäuse
und/oder Substrat, das an ein optisches Beugungselement gekoppelt
ist, angeordnet ist, berichtet, dass das elektrolumineszente Element
mit mindestens einem teilweise transparenten Material umgeben ist.
Ein optisches Beugungselement ist auf der Oberfläche des
teilweise transparenten Materials gebildet oder auf einer separaten
Schicht, die auf dem mindestens teilweise transparenten Material
geklebt ist. Das mindestens teilweise transparente Material kann
mit Wellenlängenumwandlungsteilchen gefüllt sein.
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US 7,160,744 , das allerdings
das Herstellungsverfahren einer lichtemittierenden Diode beschreibt,
welches eine Substratoberflächenbehandlung mit einem Laser
umfasst und eine damit hergestellte lichtemittierende Diode diskutiert,
berichtet
über ein Herstellungsverfahren von LEDs,
das eine Stufe der Oberflächenbehandlung eines Substrats mit
einem Laser umfasst und eine LED, die nach diesem Herstellungsverfahren
hergestellt ist.
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JP 63283174 , die allerdings
eine lichtemittierende Diode unter Verwendung eines mit Ultraviolett härtbaren
Harzes und einer Form zur Bildung einer Fresnel-Linse auf einer
lichtemittierenden Diode diskutiert, berichtet über eine
alternative Behandlung eines transparenten wärmehärtbaren
Harzes, das zur Bildung einer Linse, die verwendet werden kann,
erhitzt wird.
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US 5,301,063 , die allerdings
ein Verfahren zur Herstellung von LED-Linsenanordnungen diskutiert,
wobei eine Linse gebildet wird, indem zunächst ein Polymerharz
abgeschieden wird und bei Anlegung einer Durchlassvorspannung an
die Elektroden das Licht photopolymerisiert, das an der p-n-Übergangszone
emittiert wird, beschreibt das Harz in der Weise, dass seine Aushärtung
im Einklang mit dem Intensitätsverteilungsprofil des Lichts,
das von der Diode emittiert wird, bewirkt wird.
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US 6,635,363 , die allerdings
eine Leuchtstoffbeschichtung mit selbsteinstellender Entfernung von
einem LED-Chip diskutiert, wobei eine Schicht aus einem Leuchtstoffmaterial
mit Zwischenraum von der lichtemittierenden Komponente durch eine Schicht
aus einem Material angeordnet ist, das das Licht, das von der lichtemittierenden
Komponente emittiert wird, durchlässt, berichtet, dass
das Leuchtstoffmaterial einen Anteil des Lichts, das von der lichtemittierenden
Komponente emittiert wird, in Licht mit einer längeren
Wellenlänge, wie gelbes Licht, umwandelt. In einer bevorzugten
Ausführungsform ändert sich die Dicke der Lichtdurchlässigkeitsschicht über
die lichtemittierende Komponente, so dass der Leuchtstoff weiter
von der Diode in Bereichen, wo die Emission höher ist,
entfernt ist. Dieses erhöht die Oberfläche des
Leuchtstoffs in diesen Bereichen und minimiert die Wirkungen des Übererhitzens
und des Sättigens der Leuchtstoffemission.
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US 6,791,259 , die allerdings
ein Festzustand-Beleuchtungssystem, das eine lichtemittierende Diode,
ein Lichtstreumaterial und ein lumineszentes Material umwandelt,
diskutiert, berichtet über ein zur Verfügung gestelltes
Strahlungstreumaterial, das sich zwischen der Strahlenquelle und
dem lumineszenten Material befindet.
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US 6,066,861 , die allerdings
eine Wellenlängenumwandlungsgießzusammensetzung
und ihre Verwendung diskutiert, berichtet über eine Wellenlängenumwandlungsgießzusammensetzung,
die aus einer Lichtsubstanz und Diffuserteilchen, die in einem Epoxidharz
eingebettet sind, besteht.
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US 6,069,440 , die allerdings
eine lichtemittierende Vorrichtung mit einem Halbleiter aus einer Nitridverbindung
und einem Leuchtstoff, der ein fluoreszentes Granatmaterial enthält,
diskutiert, berichtet über die LED, die das Beschichtungselement,
das ein Dispersionsmittel enthält, aufweist.
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US 2006/043398 , die
allerdings eine lichtemittierende Diode mit einem Beugungsgitter
diskutiert, berichtet über das Verfahren zur Herstellung
von lichtemittierenden Dioden (LED) mit einem Farbreinigungsbeugungsgitter
(CPDL) für die Farbreinigung des Lichts, das von der LED
emittiert wird und die Erhöhung ihrer Extraktionseffizienz,
wobei das CPDL ein hexagonales zweidimensionales periodisches Muster
auf der Oberfläche der LED-Struktur oder eine interne Grenzfläche,
die zur periodischen Änderung des Brechungsindex mit der
Periode d führt, ist.
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C.
Wochnowski et al. diskutieren in Journal of Optics A 7, 493, (2005) eine
Femtosecond-Laser-Herstellung von Gitterstrukturen in planaren Polymersubstraten,
und C. Wochnowski et al. diskutieren in Journal of Laser
Micro/Nanoengineering 1, 195, (2006) eine Femtosecond-Laser
induzierte Herstellung von polymeren optischen und fluidischen Mikrostrukturenherstellungen
von Gitterstrukturen in verschiedenen Polymersubstraten, einschließlich PMMA,
Polyimid und Polysiloxan. Die Beugungseffizienz der Gitterstrukturen
wird mit einem HeNe-Laser gemessen.
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S.
Takeshima et al. diskutieren in Optics Express 12, 4019, (2004) die
Herstellung einer periodischen Struktur mit einem hohen Brechungsindexunterschied
mit Femtosecond-Laserimpulsen, wobei mit ZnS- oder PbS-dotierte
Gläser mit Femtosecond-Laserimpulsen bestrahlt wurden,
was zu periodischen Strukturen mit einem hohen Brechungsindexunterschied
führte.
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W.
Watanabe et al. diskutieren in Optics Express 10 die Herstellung
einer Fresnel-Zonenplatte, die in Siliciumoxidglas eingebettet ist,
mit Femtosecond-Laserimpulsen. Es werden Femtosecond-Laserimpulse
verwendet, um eine Fresnel-Zonenplatte durch Einbetten von Hohlräumen
in Siliciumoxidglas herzustellen.
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Y.
Cheng et al. diskutieren in Optics Express 11, 1809, (2003) optische
Gitter, die in einem lichtempfindlichen Glas durch eine photochemische
Reaktion eingebettet sind, wobei ein Femtosecondlaser verwendet
wird, und beschreibt die Bildung von Brechungsindexmodifikationen
eines lichtempfindlichen Glases, Foturan, durch Femtosecond-Laserimpulse.
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Obwohl
alle diese Lösungen vorgeschlagen worden sind, um die Wirkungen
von Photonenverlusten an den Grenzflächen zwischen verschiedenen aufeinanderfolgenden
Medien innerhalb des Verkapselungsmittels der LED, so dass die Photonen
umgeleitet werden müssen, um unter Bildung des weißen Lichts
zu vereint zu werden, abzumildern, kann immer noch beobachtet werden,
dass die signifikanten Nachteile, wie der Einfluss der chemischen
und strukturellen Eigenschaften der Leuchtstoffbeschichtungsschicht,
was zu einem verschlechterten Ausgangslicht führt, immer
noch nicht durch die oben diskutierten Techniken beseitigt worden
sind.
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine lichtemittierende Vorrichtung
und ein entsprechendes Verfahren und System mit verbesserter Feinabstimmung
der chemischen und optischen Eigenschaften der Leuchtstoff enthaltenden
Schicht oder der Deckschicht der LED zur Verfügung zu stellen,
um auf diese Weise weiterhin die Strahleneigenschaften der lichtemittierenden
Diode zu verbessern.
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Die
vorliegende Erfindung schlägt eine Lösung vor,
die darauf abzielt, mindestens Konfigurationen, Materialzusammensetzungen
und Techniken für das effizientere Management der optischen
Funktionen einer Leuchtstoff umgewandelten lichtemittierenden Diode
durch Volumenstrukturierung der mindestens teilweise transparenten
Materialien, die im Allgemeinen als Verkapselungsschichten oder
als Matrices für die lumineszenten Pigmente in farbumgewandelten
LEDs agieren, zur Verfügung zu stellen.
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Diese
Aufgabe wird nach den unabhängigen Ansprüchen
gelöst. Die abhängigen Ansprüche entwickeln
weiterhin die zentrale Idee der vorliegenden Erfindung.
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Im
Allgemeinen ist erfindungsgemäß ein mindestens
teilweise transparentes Material, das eine lichtemittierende Diode
umgibt, volumenstrukturiert. Das mindestens teilweise transparente
Material agiert im Allgemeinen als Verkapselungsschicht oder als
Matrix für lumineszente Pigmente. Die Volumenstrukturierung
modifiziert lokal die chemischen und/oder physikalischen Eigenschaften,
wie den Brechungsindex des mindestens teilweise transparenten Materials.
Deswegen können die Strahleneigenschaften der LED modifiziert
sein. Da diese Strukturen direkt in der lichtemittierenden Vorrichtung
integriert sind, kann die Zugabe von weiteren optischen Elementen
vermieden werden, oder ihre Anzahl kann verringert werden. Da außerdem
die Dimensionen und das Layout der strukturierten Flächen
genau festgelegt werden können, ist eine räumliche
Steuerung und eine lokal gesteuerte Homogenisierung der Strahlung
möglich. Im Allgemeinen werden für die Lichthomogenisierung
Streuteilchen angewendet. Diese Teilchen werden oftmals in die Aufschlämmung
eines transparenten Harzes und von Farbumwandlungspigmenten, die
schließlich das Farbumwandlungselement bilden, eingemischt.
Allerdings ist in diesem Fall die Positions- und/oder Größensteuerung
dieser Streuteilchen schwierig.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Im
Licht des obigen werden mindestens eine lichtemittierende Vorrichtung
nach dem unabhängigen Anspruch 1, ein lichtemittierendes
System und ein Verfahren zur Bereitstellung einer lichtemittierenden
Vorrichtung mit einer lokalen Volumenstrukturierung für
das Verkapselungsmaterial zur Verfügung gestellt.
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Nach
einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine
lichtemittierende Vorrichtung, die eine lichtemittierende Diode
(LED) und ein mindestens teilweise transparentes Material, das die LED
mindestens in Richtung des Lichts, das von der LED emittiert wird,
umgibt, offenbart. Bei der lichtemittierenden Vorrichtung, die ein
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, ist mindestens eine chemische
und/oder physikalische Eigenschaft von mindestens einem Teil des
mindestens teilweise transparenten Materials durch die Wechselwirkung
mit einem Laserstrahl volumenmoduliert, während die eine chemische
und/oder physikalische Eigenschaft nicht wesentlich an der Oberfläche
des mindestens teilweise transparenten Materials beeinträchtigt
ist.
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Nach
einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
ist eine lichtemittierende Vorrichtung offenbart, die aus einer
anorganischen lichtemittierenden Diode (LED) und einem mindestens teilweise
transparenten Material, das die LED mindestens in Richtung des Lichts,
das von der lichtemittierenden Diode emittiert wird, umgibt, besteht.
Bei der lichtemittierenden Vorrichtung, die ein Gegenstand der vorliegenden
Erfindung ist, enthält das transparente Material lumineszente
Pigmente für die Farbumwandlung und die chemischen und/oder
physikalischen Eigenschaften von mindestes einem Teil dieses Anteils
des mindestens teilweise transparenten Materials, das nicht lumineszente
Pigmente enthält, ist durch die Wechselwirkung mit einem
Laserstrahl volumenmodifiziert, während die chemischen und/oder
physikalischen Eigenschaften an der äußeren Oberfläche
des mindestens teilweise transparenten Materials nicht wesentlich
durch diese Modifikation beeinträchtigt sind.
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Nach
einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
wird eine lichtemittierende Vorrichtung zur Verfügung gestellt,
die aus einer lichtemittierenden Diode (LED) und einem mindestens teilweise
transparenten Material, das die LED mindestens in Richtung des Lichts,
das von der lichtemittierenden Diode emittiert wird, umgibt und
einer mindestens teilweise transparenten dünnen Schicht
eines Materials, das auf dem mindestens teilweise transparenten
Material angeordnet ist, besteht. Bei der lichtemittierenden Vorrichtung
ist mindestens eine chemische und/oder physikalische Eigenschaft von
mindestens einem Teil der mindestens teilweise transparenten dünnen
Schicht mit einem Laser volumenmoduliert, während sich
diese Eigenschaft nicht wesentlich an der Oberfläche davon
auswirkt.
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Weitere
Vorteile, Merkmale, Aspekte und Einzelheiten, die mit hier beschriebenen
Ausführungsformen kombiniert werden können, werden
aus den unabhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und
den Zeichnungen ersichtlich.
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Bei
der oben erwähnten lichtemittierenden Vorrichtung kann
die lichtemittierende Diode ein blaues Licht emittierende Diode
sein. Das transparente Material oder das teilweise transparente
Material umfasst Silikon. Das transparente Material oder das teilweise
transparente Material kann ein organisches Polymer, beispielsweise
PMMA oder Polyamid oder ein organisch-anorganisches Hybridmaterial umfassen.
Das transparente Material kann aus einem (lichtempfindlichen) Material
vom Glastyp, einem Material vom Keramiktyp, einem Material vom Geltyp
oder einem Sol-Gel-Glas bestehen. Das transparente Material kann
zusätzlich dotiert oder mit Ionen, Metallteilchen, Nanokristallen,
chemischen Einheiten funktionalisiert sein, um die Materialmodifikation
durch die Wechselwirkung mit dem Laserstrahl zu verstärken.
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Bei
der oben erwähnten lichtemittierenden Vorrichtung bilden
die chemisch und/oder physikalisch modifizierten Bereiche eine periodische
Struktur, und ihr Volumen kann dasjenige von Strukturen überschreiten,
die nur aus einem Laserimpuls hergestellt sind. Die Länge
einer modifizierten Fläche in einer Richtung kann im großen
Umfang die Länge in der anderen Richtung überschreiten.
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Die
chemisch und/oder physikalisch modifizierten Bereiche bilden ein
optisches Element, wie beispielsweise eine Fresnel-Zonenplatte.
Es sind ebenfalls Hohlräume in der lichtemittierenden Vorrichtung
durch Wechselwirkung mit dem Laserstrahl im Volumen des transparenten
Materials gebildet. In einer anderen Ausführungsform kann
der modifizierte Bereich ebenfalls die Oberfläche des mindestens teilweise
transparenten Materials erreichen.
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Der
Anteil des mindestens teilweise transparenten Materials, das die
lumineszenten Pigmente enthält und der Anteil, der nicht
die lumineszenten Pigmente enthält, können die
gleiche oder eine unterschiedliche Zusammensetzung aufweisen.
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Die
chemischen und/oder die physikalischen Eigenschaften von mindestens
einem Teil des mindestens teilweise transparenten Materials, das
die lumineszenten Pigmente enthält und/oder mindestens einem
Teil des mindestens teilweise transparenten Materials, das nicht
die lumineszenten Pigmente enthält, sind mit einem Laser volumenmodifiziert,
während die chemischen und/oder die physikalischen Eigenschaften
an der äußersten Oberfläche der lichtemittierenden
Vorrichtung nicht wesentlich durch diese Modifikation beeinträchtigt
sind.
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Das
mindestens teilweise transparente Material kann lumineszente Pigmente
von mindestens zwei verschiedenen chemischen Zusammensetzungen enthalten.
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Die
Oberfläche der mindestens teilweise transparenten dünnen
Materialschicht kann eine im Wesentlichen flache Topographie aufweisen.
Es ist eine Farbumwandlungsschicht zwischen der
dünnen
Schicht aus einem mindestens teilweise transparenten Material und
einer zweiten dünnen Schicht aus einem mindestens teilweise
transparenten Material angeordnet.
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Deswegen
wird erfindungsgemäß eine lichtemittierende Vorrichtung
mit Volumenstrukturierung hergestellt. Das mindestens teilweise
transparente Material, das eine lichtemittierende Diode umgibt,
ist volumenstrukturiert. Das mindestens teilweise transparente Material
agiert im Allgemeinen als Verkapselungsschicht oder als Matrix für
lumineszente Pigmente. Die Volumenstrukturierung modifiziert lokal die
chemische und/oder physikalische des mindestens teilweise transparenten
Materials.
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Durch Änderung
der chemischen oder der physikalischen Eigenschaften des mindestens
transparenten Materials können die Strahlungseigenschaften
der LED modifiziert werden. Da in vorteilhafter Weise diese Strukturen
direkt in der lichtemittierenden Vorrichtung integriert sind, kann
die Zugabe von weiteren optischen Elementen vermieden werden oder
ihre Anzahl kann verringert werden. Da weiterhin in vorteilhafter
Weise die Dimensionen und das Layout der strukturierten Flächen
genau bestimmt werden können, ist eine räumliche
Steuerung und eine lokal gesteuerte Homogenisierung der Strahlung
möglich. Im Allgemeinen werden für die Lichthomogenisierung
Streuteilchen angewendet. Diese Teilchen werden oftmals in die Aufschlämmmung
aus einem transparenten Harz und Farbumwandlungspigmenten gemischt,
die schließlich das Farbumwandlungselement bildet.
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Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung sind ebenfalls auf Vorrichtungen zur
Durchführung der offenbarten Verfahren einschließlich
Vorrichtungsteile zur Durchführung jeder beschriebenen Verfahrensstufe
gerichtet. Diese Verfahren können mit Hardwarekomponenten,
einem Computer, der mit einer geeigneten Software programmiert ist
oder durch jede Kombination aus beiden oder auf irgendeine andere
Weise durchgeführt werden. Weiterhin sind erfindungsgemäße
Ausführungsformen ebenfalls auf Verfahren, mit denen die
beschriebene Vorrichtung arbeitet, gerichtet. Sie schließt
Verfahrensstufen zur Ausführung jeder Funktion der Vorrichtung
ein.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Gegenstände der vorliegenden Erfindung
werden für die Fachperson beim Lesen der folgenden detaillierten
Erklärung der Ausführungsformen und bei der Betrachtung
dieser im Zusammenhang mit den Figuren der anliegenden Zeichnungen
ersichtlich werden.
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1 ist
eine Erläuterung für eine schematische Darstellung
des Herstellungsverfahrens eines volumenstrukturierten veränderten
Verkapselungsmittels einer lichtemittierenden Diode.
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2 erläutert exemplarisch Ergebnisse
bei der Anwendung eines Lasers auf einem Silikondünnfilm.
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3 zeigt
die Anwendbarkeit der Strukturen als Beugungselemente im Einklang
mit den Konzepten der vorliegenden Erfindung.
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4 zeigt
die Anwendbarkeit der Strukturen als Beugungselemente im Einklang
mit den Konzepten der vorliegenden Erfindung in lichtemittierenden
Dioden.
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5 erläutert
eine lichterzeugende Diode, die gemäß der vorliegenden
Erfindung verwirklicht ist.
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6 zeigt
eine schematische Darstellung einer LED, die gemäß einem
anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung verwirklicht ist.
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7 zeigt
eine schematische Darstellung einer LED, die gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung verwirklicht ist.
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8 ist
eine schematische Darstellung einer LED, die gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung verwirklicht ist.
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9 zeigt
eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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10 zeigt
eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Detaillierte Beschreibung
der Erfindung
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Im
Folgenden wird nun im Einzelnen auf die verschiedenen Ausführungsformen
der Erfindung Bezug genommen, ein oder mehrere Beispiele, die in den
Figuren erläutert sind. Jedes Beispiel ist als Erklärung
der Erfindung zur Verfügung gestellt und ist nicht als
Einschränkung auf die Erfindung zu verstehen. Beispielsweise
können Merkmale, die als Teil einer Ausführungsform
erläutert oder beschrieben sind, in oder im Zusammenhang
mit anderen Ausführungsformen verwendet werden, um eine
weitere Ausführungsform zu ergeben. Es wird beabsichtigt, dass
die vorliegende Erfindung diese Modifikationen und Änderungen
umfasst.
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Innerhalb
der folgenden Beschreibung der Zeichnungen beziehen sich die gleichen
Bezugszahlen auf die gleichen Komponenten. Im Allgemeinen sind nur
die Unterschiede in Beziehung zu den einzelnen Ausführungsformen
beschrieben.
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Es
sollte zu verstehen sein, dass nicht alle in den Figuren gezeigten
Merkmale in allen Ausführungsformen der Erfindung vorhanden
sein müssen und dass die erläuterten Merkmale
anderweitig innerhalb der lichtemittierenden Vorrichtung positioniert sein
können. Ebenfalls können weitere Merkmale in anderen
Ausführungsformen vorhanden sein. Weitere Ausführungsformen
sind in den anderen Figuren gezeigt und/oder unten weiterhin beschrieben.
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Wenn
ein Merkmal (z. B. eine Schicht, ein Bereich, ein Substrat, eine
transparente Dünnschicht, eine Farbumwandlungsschicht,
Hitzesenke) als „auf”, „über” oder „überlagernd” einem
anderen Merkmal liegend bezeichnet wird, kann es direkt auf dem
Merkmal sein, oder es kann ebenfalls ein dazwischen liegendes Merkmal
(z. B. eine Schicht) vorhanden sein. Ein Merkmal, das „direkt
auf” oder „in Kontakt mit” einem anderen
Merkmal ist, bedeutet, dass kein dazwischen liegendes Merkmal vorhanden
ist. Es sollte ebenfalls selbstverständlich sein, dass, wenn
ein Merkmal als „auf”, „über”, „darüberliegend” oder „in
Kontakt mit” einem anderen Merkmal bezeichnet wird, kann
es das ganze Merkmal oder einen Anteil des Merkmals bedecken. Ein
Merkmal, das „benachbart” zu einem anderen Merkmal
ist, kann direkt auf, direkt unter oder direkt neben einem anderen
Merkmal liegen.
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Der
lichterzeugende Bereich kann eine LED oder ein Anteil einer LED
sein. Beispielsweise kann der mit 1 bezeichnete lichterzeugende
Bereich in den aufeinanderfolgenden 5 bis 10 ein
aktiver Bereich (z. B. ein Halbleiterbereich) einer LED sein, obwohl
es selbstverständlich sein sollte, dass die Erfindung nicht
darauf eingeschränkt ist. Wenn der lichterzeugende Bereich
ein aktiver Bereich einer LED ist, sollte es selbstverständlich
sein, dass die LED jede geeignete Diode, die Licht emittiert, sein
kann. Im Allgemeinen umfassen die LEDs einen aktiven Bereich, der
ein oder mehrere Halbleitermaterialien umfasst, einschließlich
III-V-Halbleiter (z. B. Galliumarsenid, Aluminiumgalliumarsenid,
Galliumaluminiumphosphat, Galliumphosphat, Galliumarsenidphosphat,
Indiumgalliumarsenid, Indiumarsenid, Indiumphosphat, Galliumnitrid,
Indiumgalliumnitrid, Indiumgalliumaluminiumphosphat, Aluminiumgalliumnitrid als
auch Kombinationen und Legierungen davon), II-VI-Halbleiter (z.
B. Zinkselenid, Cadmiumselenid, Zinkcadmiumselenid, Zinktellurid,
Zinktelluridselenid, Zinksulfid, Zinksulfidselenid als auch Kombinationen und
Legierungen davon) und/oder andere Halbleiter.
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Wenn
im Allgemeinen auf lichtemittierende Dioden Bezug genommen wird,
sollten sie als elektrolumineszente Dioden, Photodioden, monochromatisches
Licht emittierende Dioden, hochhelles Licht emittierende Dioden,
Licht emittierende Hochleistungsdioden, Semileds vom Hochleistungstyp
zu verstehen sein, und sie können als einzelne LED vorliegen
oder als Anordnung von einigen LEDs in einer vorbestimmten Konfiguration.
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Hierbei
können in der vorliegenden Erfindung verschiedene Typen
von LEDs verwendet werden, beispielsweise eine dünne GaN-oberflächenemittierende
LED oder eine Flip-Chip-LED, die ein Saphirsubstrat verwendet (oder
ein ähnliches transparentes Material mit einem im Wesentlichen
gleichen Brechungsindex) und die ihre Emissionsschicht (GaN oder ähnlich)
auf dem Boden der LED hat. Es ist zu bemerken, dass die vorliegende
Erfindung nicht auf die oben erwähnten LED-Typen eingeschränkt ist,
sondern dass sie auf jeden LED-Typ anzuwenden ist.
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Es
sollte selbstverständlich sein, dass der lichterzeugende
Bereich eine Anordnung, die mehr als eine LED oder Bereiche davon
einschließt, sein kann.
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Wenn
im Allgemeinen auf ein transparentes Material, das die LED umgibt,
Bezug genommen wird, sollte dieses verstanden werden als, allerdings ohne
Einschränkung darauf, ein insgesamt oder teilweise lichttransparentes
Material, das ein Komposit aus Materialien mit verschiedenen chemischen
Zusammensetzungen ist, wie GaP oder GaAsP oder AlGaAs und das mindestens
ein solches aus einem Silikon, einem organischen Polymer, einem
organisch-anorganischen Hybridmaterial, Material vom Glastyp, Material
vom Keramiktyp und Sol-Gel-Glas umfasst.
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Wenn
im Allgemeinen auf ein mindestens teilweise transparentes Material,
das die LED in Richtung des von der LED emittierten Lichts umgibt,
Bezug genommen wird, ist dieses zu verstehen als mindestens, allerdings
ohne Einschränkung darauf, das Material, das in einer flachen
oder gekrümmten Orientierung gegen das einfallende Licht
angeordnet ist und das lichtemittierende Element vollständig
oder teilweise verkapselt.
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Wenn
im Allgemeinen auf lumineszente Pigmente für die Farbumwandlung
Bezug genommen wird, die in diesem Dokument austauschbar als lumineszente
Materialien für die Farbumwandlung bezeichnet werden, sollten
diese zu verstehen sein als, allerdings ohne Einschränkung
darauf, eine Leuchtstoffgruppe der allgemeinen Formel A3B5X12:M,
die Teilchengrößen von < 20 μm und einen Korndurchmesser
d50 < 5 μm
aufweisen. Die lumineszenten Pigmente sind kugelförmig
oder liegen in Form von Flocken oder Pigmentpulver vor.
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Sie
sind aus mindestens einem Material vom Leuchtstofftyp, organischen
Molekülen oder Polymeren oder Nanokristallen gebildet.
Das Material vom Leuchtstofftyp ist eines der Klassen Leuchtstoff
vom YAG-Typ, Leuchtstoff vom BOSE-Typ und Leuchtstoff vom Nitrid-Typ
mit spezifischer stöchiometrischer Zusammensetzung.
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Wenn
im Allgemeinen auf die chemischen und/oder physikalischen Eigenschaften,
die im Volumen von einem mindestens transparenten Materialvolumen
einer LED moduliert sind, Bezug genommen wird, sollten sie verstanden
werden, allerdings ohne Einschränkung darauf, als Modulation
des Absorptionsindex, Modulation des Brechungsindex, strukturelle
Veränderungen des Materials.
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Die
chemische und/oder physikalische Modifikation der Eigenschaften
durch Wechselwirkung mit dem Laserstrahl wird weiterhin durch Nachbehandlungsprozesse,
wie Erhitzen, verstärkt.
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Die
Oberfläche des mindestens teilweise transparenten Materials
kann eine im Wesentlichen flache Topographie, eine rauhe Topographie,
eine strukturierte Topographie aufweisen, sie ist absichtlich geformt,
um das Licht zu richten, oder es ist ein weiteres optisches Element
auf der Oberfläche in Richtung des von der LED emittierten
Lichts angeordnet.
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Gitter
und andere optische Elemente können im Volumen der lichtempfindlichen
Gläser eingearbeitet sein, und die Beugungseffizienz dieser
Elemente kann unter Verwendung von Lasern bestimmt werden. Gitter
verlassen sich auf die Modifikation der Absorption oder des Brechungsindex,
als auch auf die Bildung von Hohlräumen, die durch die
Wechselwirkung des Lichts mit dem Material in der Fokusfläche
eines Laserstrahls verursacht worden sind.
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Da
der Laserstrahlfokus im Volumen eines Materials positioniert werden
kann, ist es möglich, Strukturen mit modifizierten Absorptions-
und/oder Brechungsindices in das Volumen eines Materials zu schreiben,
während die Materialoberfläche im Wesentlichen
nicht beeinträchtigt wird.
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Diese
optischen Elemente können im Volumen der Polymersubstrate
ebenfalls, nicht nur im Volumen der lichtempfindlichen Gläser,
eingearbeitet sein.
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Die
Gitter können im Volumen von Dünnfilmen aus PMMA,
Polyimid und Polysiloxan eingearbeitet sein und die Beugungseffizienz
dieser Strukturen kann unter Verwendung eines HeNe-Lasers bestimmt
werden.
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In
der vorliegenden Erfindung zeigen wir, dass die Verwendung von Gittern
oder die Verwendung von anderen volumenstrukturierten Materialien ebenfalls
auf die lichtemittierenden Dioden angewendet werden kann. Eine Gitterstruktur
wurde in das Volumen eines Silikons, ein Material, das typischerweise
für die Verkapselung von lichtemittierenden Dioden oder
als Matrixmaterial für lumineszente Pigmente in farbumgewandelten
LEDs verwendet wird, eingearbeitet. Unter Verwendung eines Femtosecond- Lasers
können genau definierte Strukturen im Volumen von Silikon
gebildet werden.
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1 ist
eine Erläuterung einer schematischen Darstellung eines
Herstellungsverfahrens eines volumenstrukturiert veränderten
Verkapselungsmittels einer lichtemittierenden Diode.
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Das
Herstellungsverfahren 100 wendet exemplarisch eine Laservorrichtung
an, wie ein Femtosecond-Laser 116, der einen 1 kHz Ti:Saphir-Laserverstärker
(Spitfire, Spectra Physics) aufweist. Der Fokus 120 des
Lasers 116, der bei einer Wellenlänge von 800
nm arbeitet und eine Impulsbreite von ~150 fs liefert, wird in dem
Volumen eines Dünnfilms aus Silikon 102 positioniert.
Die Probe 102, ein Dünnfilm aus Silikon auf einem
Glasssubstrat, das durch eine Länge von 104, eine
Breite 110 und eine Höhe 108 gekennzeichnet
ist, ist auf einem XY-Objekttisch 106 angeordnet, während
die fokussierende Optik 120 auf einem vertikalen Z-Objekttisch 114 angeordnet ist.
Der Dünnfilm aus Silikon 102 kann entlang der XY-Richtungen
und der Fokus 120 entlang der Richtung Z 114 bewegt
werden. Die Möglichkeiten der Bewegung der Probe 120 in
die XY-Richtung 106, um den Femtosecond-Laserstrahl 120 an
der gewünschten Tiefe im Materialvolumen 104 × 110 × 108
zu fokussieren, ermöglicht die Herstellung von Strukturen mit
individuellen Formen an willkürlichen Positionen innerhalb
der Masse des Silikonfilms 120. Zur Bestimmung der Fokusposition
des Femtosecond-Laserstrahls in einer axialen Richtung und um damit
die gewünschte Tiefe in der Probe 102 zu steuern,
kann ein Verfahren auf der Basis einer optischen Confokalmikroskopie
im optischen Aufbau verwirklicht werden.
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2 zeigt exemplarisch die Ergebnisse der Verwendung
des Lasers 116 auf einem Dünnfilm aus Silikon 102.
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2 zeigt eine Serie von Linien 122,
die mit verschiedenen Laserstärken in das Volumen eines Silikonfilms 102 unter
Verwendung des Femtosecond-Lasers geschrieben worden sind. Wie in 2 erläutert ist, ermöglicht
die geeignete Auswahl der Laserstärke die Steuerung der
Größe der innerhalb des Volumens 102 eingedruckten
Strukturen. Deswegen können verschiedene Strukturen unterschiedlicher
Merkmale, die individuelle Größen und Periodizitäten
aufweisen, im Volumen des Silikondünnfilms 102 hergestellt
werden. Da darüber hinaus der Abtastalgorithmus auf einfache
Weise gesteuert werden kann, kann man ebenso Strukturen mit willkürlichen Formen
an vordefinierten Positionen herstellen.
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3 zeigt
die Anwendbarkeit dieser Strukturen als Beugungselemente.
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Ein
Gitter 122 wurde in den Silikonfilm 102 geschrieben,
und seine Beugungseigenschaften wurden unter Verwendung eines HeNe-Lasers
bestimmt. Wie allerdings in 4 gezeigt
ist, kann für eine Flip-Chip-LED diese Volumenstrukturierung ebenfalls
für lichtemittierende Dioden angewendet werden. In diesem
Fall wurde ein Rahmen um die LED angeordnet und mit dem Silikon
gefüllt, das als Verkapselungsmittel agiert. Danach wurden
Gitter in das Volumen eines Teils des Silikonverkapselungsmittels
geschrieben.
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In 4 erläutert
die mit A gekennzeichnete Struktur, dass die 1D-Gitterstruktur aus
zwei Gitterschichten (mit einer Gitterperiode von 5 μm
und einer Vertikalentfernung von 5 μm) besteht, wobei die
beiden Gitterstrukturen um 2,5 μm voneinander entfernt angeordnet
sind. In 4 erläutert die mit
B gekennzeichnete Struktur, dass die 1D-Gitterstruktur aus zwei
Gitterschichten (mit einer Gitterperiode von 10 μm und
einer Vertikalentfernung von 10 μm) besteht, wobei die
beiden Gitterstrukturen 5 μm eine gegen die andere versetzt
sind.
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Die
weißen Linien sind virtuelle Linien und sie werden als
Skizze für das Auge verwendet, um die Flächen
mit Volumenstrukturierung des Silikons zu erkennen und sie sind
auf keine Weise einschränkend.
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Es
kann aus 4 beobachtet werden, insbesondere
bezüglich der Flächen, die durch die Strukturen
A und B begrenzt sind, dass das Licht homogenisiert werden kann
und dass die Lichtverteilung modifiziert ist, wie man durch Vergleich
der strukturierten (weißen Flächen) und nicht
strukturierten Flächen sehen kann.
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Die
lichtemittierenden Dioden, die im Zusammenhang mit den 3 und 4 konstruiert
sind, können mindestens ein Substrat, einen lichterzeugenden
Bereich, der das Substrat überlappt und eine obere transparente
Schicht, die den Lichterzeugungsbereich überlappt, umfassen.
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5 erläutert
eine lichterzeugende Diode, die gemäß der vorliegenden
Erfindung verwirklicht ist.
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Die
obere transparente Schicht, die über den Lichterzeugungsbereich
in den lichtemittierenden Vorrichtungen liegt, kann einen Wellenlängenumwandlungsbereich
(z. B. einen Leuchtstoffbereich) umfassen, der in Richtung des Lichts,
das vom lichterzeugenden Bereich emittiert wird (z. B. der Halbleiterbereich
innerhalb einer LED), angeordnet ist und Licht mit einer verschiedenen
Wellenlänge emittiert. Im Ergebnis kann die lichtemittierende
Vorrichtung, die einen Wellenlängenumwandlungsbereich aufweist,
Licht mit (einer) Wellenlänge(n) emittieren, was unter
Verwendung einer LED ohne diese Bereiche nicht möglich
sein kann.
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Eine
herkömmliche Leuchtstoff umwandelnde weiße LED
kann weiterhin mindestens einen Frontkontakt, der auf der Ohmschen
Kontaktfläche gebildet ist, und einen Rückseitenkontakt,
der auf der Rückseite eines Substrats gebildet ist, umfassen.
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Eine
lichtemittierende Vorrichtung 500 von 5 entspricht
hiermit dem zweiten Typ von weißen Lichtquellen, die bereits
zuvor erklärt worden sind. Hiermit wird im Allgemeinen
eine Lichtquelle mit einem engen Emissionswellenlängenbereich
zur Verfügung gestellt, das von der Lichtquelle emittierte Licht
stößt auf ein Wellenlängenumwandlungselement,
so dass mit der gesamten lichtemittierenden Vorrichtung 100 eine
weiße Lichtquelle zur Verfügung gestellt wird.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
ist mindestens ein Teil des Volumens (weiterhin ebenfalls als Struktur
bezeichnet) eines mindestens teilweise transparenten Materials 2,
das einen LED-Chip 1 umgibt, wie in 5 erläutert
ist, durch die Anwendung eines Lasers modifiziert (weiterhin in
diesem Dokument als „strukturiert” bezeichnet).
Aufgrund der Wechselwirkung des Laserstrahls in der Fokusfläche,
die im Volumen des mindestens teilweise transparenten Materials
angeordnet ist, ist die Absorption und/oder der Beugungsindex des
mindestens teilweise transparenten Materials lokal modifiziert.
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6 zeigt
eine andere lichtemittierende Diode gemäß einer
anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Die
LED 600, die in 6 erläutert ist, umfasst
ein mindestens teilweise transparentes Material 2, das
einen LED-Chip 1 umgibt und ein Farbumwandlungselement 3,
das lumineszente Teilchen umfasst, die in einem mindestens teilweise
transparenten Matrixmaterial eingebettet sind. Das mindestens teilweise
transparente Material 2 kann als Verkapselungsschicht agieren.
Das Material 2 und das Farbumwandlungselement 3 können
die gleiche oder eine unterschiedliche chemische Zusammensetzung aufweisen.
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Beispielsweise
kann eine auf GaN-basierende LED blaues Licht emittieren, das in
gelbes Licht mit einer (Y, Gd)(Al, Ga)-G:Ce.sup.3+- oder „YAG”-(Yttrium,
Aluminium, Granat)Leuchtstoffschicht umgewandelt werden kann. In
einem anderen Beispiel kann die kombinierte Emission von einer LED
auf GaN-Basis und einem YAG-Leuchtstoff weißes Licht als
Ergebnis der Kombination aus von der LED emittiertem blauen Licht
und gelbem Licht, das vom Leuchtstoff aufgrund der Umwandlung eines Teils
des blauen Lichts erzeugten Lichts erzeugt wird, erzeugen.
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Eine
Struktur wird in das Volumen des mindestens teilweise transparenten
Materials 2 und/oder in das Farbumwandlungselement 3 geschrieben,
wie dieses in den 6 und 7 erläutert
ist. Das (die) mindestens teilweise transparenten) Material(en) 2 kann
die gleiche chemische Zusammensetzung wie das Matrixmaterial des
Farbumwandlungselements 3 aufweisen, oder die chemische
Zusammensetzung kann unterschiedlich sein. In einer anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung enthält das LED-Farbumwandlungselement
kein Matrixmaterial.
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8 zeigt
eine andere LED, die gemäß der vorliegenden Erfindung
verwirklicht ist. Die LED umfasst zusätzliche Bereiche 4 und 5,
die aus mindestens teilweise transparenten Materialien hergestellt sind,
die jenseits oder über dem Farbumwandlungselement angeordnet
sind. Diese zusätzlichen Bereiche aus mindestens teilweise
transparenten Materialien können die gleichen chemischen
Zusammensetzungen wie die mindestens teilweise transparenten Materialien,
die die Elemente 2 und 3 bilden, aufweisen oder
können eine unterschiedliche Zusammensetzung als diese
Materialien aufweisen. Eine Struktur ist in das Volumen von mindestens
einem der Bereiche 2 bis 5 beschrieben.
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9 zeigt
eine andere LED, die gemäß der vorliegenden Erfindung
verwirklicht ist. Die LED umfasst eine dünne Schicht aus
einem mindestens teilweise transparenten Material 6, das
in Richtung des Lichts, das von einer lichtemittierenden Diode emittiert
wird, angeordnet ist. Die dünne Schicht aus einem mindestens
teilweise transparenten Material und/oder eine Farbumwandlungsschicht 3,
eingebettet zwischen oder über, der lichtemittierenden
Diode und der dünnen Schicht aus einem mindestens teilweise
transparentem Material können volumenstrukturiert sein.
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In
einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
ist die mindestens teilweise transparente dünne Schicht 6 direkt
auf der lichtemittierenden Diode befestigt. Mindestens ein Anteil
der mindestens teilweise transparenten dünnen Schicht ist
volumenstrukturiert nach der Anordnung der dünnen Schicht
auf der LED, beispielsweise durch Anbringen derselben durch Kleben.
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In
einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
ist der mindestens eine Anteil einer mindestens teilweise transparenten
Schicht volumenstrukturiert, bevor sie auf der lichtemittierenden Diode
angeordnet wird. In diesem Fall können die Strukturen in
Schichten größerer Größe gebildet sein.
Diese Schichten können danach gewürfelt werden
und schließlich auf der lichtemittierenden Vorrichtung
angebracht werden.
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In
einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
ist mindestens ein Anteil dieser dünnen Schicht aus transparentem
Material mit lumineszenten Pigmenten gefüllt, oder eine
Farbumwandlungsschicht ist auf der mindestens teilweise transparenten
Materialschicht angeordnet, bevor die Schicht auf der LED angeordnet
wird.
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In
einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
ist mindestens ein Anteil des mindestens teilweise transparenten
Materials, das die lichtemittierende Diode umgibt, mit lumineszenten
Teilchen für die Farbumwandlung gefüllt. Der Anteil
des mindestens teilweise transparenten Materials, der keine lumineszenten
Pigmente enthält und der Anteil, der lumineszente Pigmente
enthält, können die gleiche chemische Zusammensetzung
aufweisen oder die chemischen Zusammensetzungen können
unterschiedlich sein. Außerdem können einige andere
Anteile der mindestens teilweise transparenten Materialien mit den
gleichen oder unterschiedlichen chemischen Zusammensetzungen ebenfalls
in der Anordnung enthalten sein. Eine dünne Schicht aus
einem mindestens teilweise transparenten Materials ist in Richtung
des von der lichtemittierenden Diode emittierten Lichts angeordnet.
Mindestens ein Anteil des mindestens teilweise transparenten Materials
und/oder der mindestens teilweise transparenten dünnen
Schicht kann volumenstrukturiert sein.
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In
einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
ist mindestens ein Anteil des Volumens einer dünnen Schicht
aus einem mindestens teilweise transparenten Materials strukturiert
und wird vor oder nach dem Strukturierungsprozess auf de LED angeordnet.
Mindestens ein Anteil dieser dünnen Schicht kann lumineszente
Teilchen enthalten.
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In
einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
ist eine Farbumwandlungsschicht auf einer dünnen Schicht
aus einem mindestens teilweise transparenten Material angeordnet.
Mindestens ein Teil des Volumens der dünnen Schicht des mindestens
teilweise transparenten Materials wird volumenstrukturiert bevor
oder nachdem diese dünne Schicht auf einer LED angeordnet
wird.
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In
einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
können die Ausführungsformen der Erfindung, die
im Zusammenhang mit den 5 bis 9 diskutiert
wurden, aus Strukturen bestehen, worin die Wechselwirkung des Laserstrahls
mit dem mindestens teilweise transparenten Material keinen Anlass
zu Veränderungen des Absorptions- oder Brechungsindex des
mindestens teilweise transparenten Materials gibt, allerdings können
einige andere Arten von Materialveränderungen, beispielsweise
Hohlräume in dem mindestens teilweise transparenten Material
als Folge der Wechselwirkung mit dem Laserstrahl gebildet sein.
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Während
das Vorangegangene auf Ausführungsformen der Erfindung
gerichtet ist, können andere und weitere Ausführungsformen
der Erfindung ausgestaltet werden, ohne sich vom Basisumfang davon
zu entfernen, und der Umfang davon ist durch die nun folgenden Ansprüche
bestimmt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
-
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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