DE102008021658A1

DE102008021658A1 - Light emitting device for e.g. traffic signal application, has LED, and partially transparent material e.g. silicon and organic polymer e.g. polymethyl methacrylate or polyimide, surrounding LED in direction of light emitted by LED

Info

Publication number: DE102008021658A1
Application number: DE102008021658A
Authority: DE
Inventors: Ladislav Kuna; Franz-Peter Wenzl; Christian Sommer
Original assignee: Ledon Lighting Jennersdorf GmbH
Current assignee: Tridonic Jennersdorf GmbH
Priority date: 2008-04-30
Filing date: 2008-04-30
Publication date: 2009-11-05

Abstract

The device has an LED e.g. blue LED, and partially transparent material e.g. silicon and organic polymer e.g. polymethyl methacrylate or polyimide, photo-sensitive glass and ceramic material, surrounding the LED in a direction of light emitted by the LED. Chemical and/or physical characteristic of a part of the partially transparent material is volume-modulated by reciprocal effect with laser beam while the characteristic does not influence surface of the partially transparent material.

Description

Gebiet der ErfindungField of the invention

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.The This invention relates to light emitting devices and also related ones Components, systems and methods and in particular light-emitting Diodes (LEDs) with structured transparent materials and processes for structuring the transparent materials in LEDs. Farther relates to methods and configurations for volume structuring of the encapsulant for power LED systems that to provide a desired optical function are determined.

Hintergrund der ErfindungBackground of the invention

Es gibt zwei verschiedene Typen von weißen Lichtquellen unter Anwendung von mindestens einer lichtemittierenden Diode LED.It There are two different types of white light sources Application of at least one light emitting diode LED.

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.at a first type of white light sources is the white light by mixing the direct emission of different colored LEDs, for example by combining emissions of one red LED, a green LED and a blue LED, generated.

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.at The second type of white light sources generates at least one LED a first spectrum, partly in a second, different Spectrum is converted by a phosphor material, wherein the Mixture of the first and the second spectrum to the white light leads. An example of this white light source is a source that uses a blue LED that illuminates a material, includes the phosphor that converts blue light to yellow light and wherein a portion of the blue excitation light is not through the Phosphor is absorbed, and the remaining blue excitation light is combined with the yellow light emitted by the phosphor, wherein the white light is generated.

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.The Application of these light-emitting sources of the second type with Diodes (LEDs) for lighting applications in solid state is well known. Various LED devices have applications such as traffic signals, liquid crystal display (LCD) backlight units, Outdoor lighting etc. A GaN LED is an example of an LED that is commonly used in these applications.

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.fluorescent converted high performance white light emitting diodes (LEDs) have a rapid evolution due to their promising Applicability realized in the solid state lighting. To the increasing demands for a high flux of light suffice, the current density of LEDs has been increased, and that led to a high heat flux in the LED chip is produced. With the improvement of the quality of semiconductor materials and process technologies, the LEDs have a high quantum of efficiency allows, even if the operating junction temperature higher than 125 ° C. The problem lies in the fact that the increased junction temperature in usually leads to many problems associated with device reliability and related to the characteristics of white light.

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.therefore is the energy efficiency of commercial GaN LEDs inadequate, to satisfy the needs of the consumer. Further problems arise from the photons that are active Layer of the LED to be emitted. They will be many reflections subjected to the LED structure at the various boundary layers, when moving from the active layer to the top layer of the LED chips hike. This problem is particularly serious at the interface between media with significantly different refractive indices. As a result, the majority of photons within the active Layer absorbed.

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.A Variety of techniques have been applied with the aim of which Improve energy efficiency of an LED, such as the increase the internal quantum efficiency of the LED, improving the light extraction efficiency (LEE) of the LED, using such methods as the surface texture modification or chip forming.

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.There the photons emitted by the active layer of the LED, many reflections at the different interface layers be subjected to the LED structure when removed from the active layer migrate to the top layer of the LED chip, it is desirable as few as possible surfaces of reflection Therefore, a reduction of the Number of different layers through which the photons go need a solution to the problem of Optimization of the light extraction efficiency (LEE) of the LED.

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.In particular, since this problem is severe at the boundary between media having significantly different refractive indices and, as a result, the majority of the photons are absorbed within the active layer, sandwich-type structures having a plurality of media stacked one on top of the other are the encapsulant for the LED to form, not desired. However, since the blue light has to traverse at least the partially transparent material surrounding the emission chip and the lens, and sometimes additional layers such as a thermally insulating thin layer, the reflections caused by the photons may be particularly difficult be swaying.

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.Furthermore becomes white in the conventional fluorescent converting LED capsule configuration of the phosphor usually within of a transparent epoxy and then directly onto the LED chip applied without thermal insulation. The increase in supplied energy density in the chip leaves the LED chip Generate heat and the heat becomes simultaneously transferred to the phosphor coating layer. The phosphor materials that used in fluorescent white LEDs, are thermally sensitive, and the overheating of the phosphor coating layer can to a degraded outgoing light and to a diminished one Long-term reliability of the LEDs lead.

Neue Kapseltechnologien für Leuchtstoff umwandelnde weiße Hochleistungs-LEDs werden daher benötigt, wobei Lösungen für ein besseres Photonenmanagement verwirklicht werden können.New Capsule technologies for fluorescent converting white High power LEDs are therefore needed, with solutions for a better photon management can be realized.

Verschiedene Technologien haben ihre Aufmerksamkeit auf die Entwicklung von LED-Kapselkonfigurationen und Materialien, die den Photonenverkehr innerhalb der LED optimieren, gerichtet.Various Technologies are paying attention to the development of LED capsule configurations and materials that optimize photon traffic within the LED, directed.

Eine Kapselkonfiguration mit einer thermisch isolierten Trennschicht zwischen dem LED-Chip und der Leuchtstoffbeschichtungsschicht hat günstige Eigenschaften gezeigt, wie Hochleistungssättigungseigenschaften und eine gute Farbeigenschaftstabilität.A Capsule configuration with a thermally insulated separation layer between the LED chip and the phosphor coating layer shown favorable features, such as high-performance saturation properties and a good color property stability.

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.The Volume structuring of transparent materials is becoming one Become a matter of increased interest. Grid and others optical elements are especially in the volume of (photosensitive) Glasses have been processed, and the diffraction efficiency of these Elements has been determined using lasers. These Elements rely on the modification of the absorption or Refractive index and on the formation of voids, the by the interaction of the light with the material in the focal plane caused by a laser beam. Since the laser beam focus in Volume of a material can be positioned, it is possible Structures of modified absorption and / or refractive indices to write in the volume of a material while the Material surface substantially unaffected becomes.

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. C. Wochnowski et al. have shown that these optical elements can also be incorporated into the bulk of polymer substrates. Gratings were incorporated into the bulk of thin films of PMMA, polyimide and polysiloxane, and the diffraction efficiency of these structures was determined by the authors using a HeNe laser.

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.Farther is a configuration wherein the LED is a light-emitting component with a transparent encapsulant and into the encapsulant added optical scattering media, wherein the optical scattering media are either air bubbles, N2 bubbles and inert gas bubbles, been proposed.

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.Other technologies attempting to address the above-mentioned disadvantages are described, for example, in: US 6,987,613 However, discussing the formation of an optical element on the surface of a light-emitting device for improved light extraction reports a light-emitting device including a Fresnel lens and / or a holographic diffuser disposed on a surface of a light emitter for improved light extraction is formed / are, has. There is also provided a light emitting device having an optical element embossed on a surface for improved light extraction and also the embossing method used to form this device. A Fresnel lens or a holographic diffuser may be formed on the surface by wet chemical etching or by dry etching techniques.

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. US 2005 / 0269582A1 However, discussing luminescent ceramics for light emitting devices using a luminescent ceramic as a color conversion element in LEDs reports that the ceramics may be formed to have the shape of a Fresnel lens.

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. US 6,756,186 However, discussing the fabrication of self-aligned and self-exposed photoresist patterns on a light emitting device, discusses an LED in which a portion of the photoresist is exposed by light impinging on the interface of the light emitting device and photoresist from the interior of the light emitting device Photoresist is developed, wherein either the exposed photoresist or the unexposed photoresist is removed.

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. WO 2006/087651 however, discusses that a light-emitting device comprising inorganic light-emitting diode (s) in which a luminescent plate is supported on the first side of the LED (s) is adapted to match the plate in that the wavelength of at least part of the light is converted by the LED (s) and a light scattering means for coupling out light from the luminescent plate.

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. US 2006/0279955 However, it discusses a light-emitting device consisting of an electroluminescent element in a housing and / or substrate, which is connected to an optical Diffraction element is coupled, reported that the electroluminescent element is surrounded with at least one partially transparent material. An optical diffraction element is formed on the surface of the partially transparent material or on a separate layer adhered to the at least partially transparent material. The at least partially transparent material may be filled with wavelength conversion particles.

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. US 7,160,744 however, which describes the method of fabricating a light-emitting diode comprising a substrate surface treatment with a laser and discussing a light-emitting diode made therewith
of a manufacturing method of LEDs comprising a step of surface treatment of a substrate with a laser and an LED manufactured by this manufacturing method.

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. JP 63283174 However, discussing a light emitting diode using an ultraviolet curable resin and a mold for forming a Fresnel lens on a light emitting diode reports on an alternative treatment of a transparent thermosetting resin that heats to form a lens that can be used becomes.

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. US 5,301,063 , however, discussing a method of making LED lens arrays wherein a lens is formed by first depositing a polymer resin and photopolymerizing the light emitted at the pn junction, upon application of forward bias to the electrodes, describes the resin in FIG the manner that its curing is effected in accordance with the intensity distribution profile of the light emitted from the diode.

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. US 6,635,363 which, however, discusses a self-adjusting distance phosphor coating of an LED chip, wherein a layer of a phosphor material is spaced from the light-emitting component by a layer of material that transmits the light emitted from the light-emitting component, reports that the phosphor material converts a portion of the light emitted by the light emitting component into light of a longer wavelength, such as yellow light. In a preferred embodiment, the thickness of the light transmission layer changes across the light emitting component such that the phosphor is farther away from the diode in regions where the emission is higher. This increases the surface area of the phosphor in these areas and minimizes the effects of overheating and saturating the phosphor emission.

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. US 6,791,259 However, discussing a solid state illumination system that converts a light emitting diode, a light scattering material, and a luminescent material, reports on a provided radiation scattering material located between the radiation source and the luminescent material.

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. US 6,066,861 However, discussing a wavelength conversion casting composition and its use reports on a wavelength conversion casting composition consisting of a light substance and diffuser particles embedded in an epoxy resin.

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. US 6,069,440 however, discussing a light emitting device comprising a nitride compound semiconductor and a phosphor containing a fluorescent garnet material, reports the LED having the coating element containing a dispersant.

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. US 2006/043398 however, discussing a light emitting diode with a diffraction grating, reports on the method of fabricating light emitting diodes (LED) with a color cleaning diffraction grating (CPDL) for color cleaning the light emitted from the LED and increasing its extraction efficiency, the CPDL a hexagonal two-dimensional periodic pattern on the surface of the LED structure or an internal interface leading to the periodic change of the refractive index with the period d is.

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. C. Wochnowski et al. discuss in Journal of Optics A 7, 493, (2005) a femtosecond laser fabrication of lattice structures in planar polymer substrates, and C. Wochnowski et al. discuss in Journal of Laser Micro / Nanoengineering 1, 195, (2006) a femtosecond laser induced fabrication of polymeric optical and fluidic microstructure fabrications of lattice structures in various polymer substrates, including PMMA, polyimide, and polysiloxane. The diffraction efficiency of the grating structures is measured with a HeNe laser.

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. S. Takeshima et al. discuss in Optics Express 12, 4019, (2004) fabricating a periodic structure with a high refractive index difference with femtosecond laser pulses, with ZnS or PbS doped glasses irradiated with femtosecond laser pulses resulting in periodic structures with a high refractive index difference.

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. Watanabe et al. discuss in Optics Express 10 the fabrication of a Fresnel zone plate embedded in silica glass with femtosecond laser pulses. It will be femtosecond lase Rimpulse used to produce a Fresnel zone plate by embedding cavities in silica glass.

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. Cheng, Y. et al. discuss in Optics Express 11, 1809, (2003) optical grids embedded in a photosensitive glass by a photochemical reaction using a femtosecond laser and describes the formation of refractive index modifications of a photosensitive glass, Foturan, by femtosecond laser pulses.

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.Even though All these solutions have been suggested to the effects of photon losses at the interfaces between different successive ones Media inside the encapsulant of the LED, so that the photons need to be diverted to under the formation of white light to be united, to mitigate, can still be observed that the significant disadvantages, such as the influence of chemical and structural properties of the phosphor coating layer, which always leads to a deteriorated output light not yet eliminated by the techniques discussed above are.

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.It The object of the present invention is a light-emitting device and a corresponding method and system with improved fine tuning the chemical and optical properties of the phosphor containing Layer or cover layer of the LED to provide to continue in this way, the radiation properties of the light-emitting To improve the diode.

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.The present invention proposes a solution which aims at least configurations, material compositions and techniques for more efficient management of the optical Functions of a phosphor converted light emitting diode by volume structuring of the at least partially transparent Materials generally called encapsulation layers or as matrices for the luminescent pigments in color-converted LEDs act to provide.

Diese Aufgabe wird nach den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Die abhängigen Ansprüche entwickeln weiterhin die zentrale Idee der vorliegenden Erfindung.These Task becomes after the independent claims solved. Develop the dependent claims continues to be the central idea of the present invention.

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.in the Generally, according to the invention, at least one partially transparent material that is a light emitting diode surrounds, volume-structured. The at least partially transparent Material generally acts as an encapsulation layer or as Matrix for luminescent pigments. The volume structuring locally modifies the chemical and / or physical properties, such as the refractive index of the at least partially transparent material. Therefore, the radiation properties of the LED can be modified be. Because these structures are directly in the light-emitting device can be integrated, the addition of other optical elements be avoided, or their number can be reduced. There as well the dimensions and the layout of the structured surfaces can be specified exactly, is a spatial Control and a locally controlled homogenization of the radiation possible. In general, for light homogenization Scattered particles applied. These particles are often in the slurry a transparent resin and color-converting pigments which finally form the color conversion element, mixed. However, in this case, the position and / or size control this scattering particles difficult.

Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention

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.in the Light of the above will be at least one light-emitting device according to independent claim 1, a light-emitting System and method for providing a light emitting Device with a local volume structuring for the encapsulation material provided.

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.To An embodiment of the present invention is a light emitting device comprising a light emitting diode (LED) and an at least partially transparent material that the LED at least in the direction of the light emitted by the LED, surrounds, reveals. In the light emitting device, the The subject of the present invention is at least one chemical and / or physical property of at least part of the at least partially transparent material through the interaction Volume-modulated with a laser beam while a chemical and / or physical property not essential to the surface of the at least partially transparent material impaired is.

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.According to another embodiment of the present invention, there is disclosed a light-emitting device composed of an inorganic light-emitting diode (LED) and an at least partially transparent material surrounding the LED at least in the direction of the light emitted from the light-emitting diode. In the light-emitting device which is an object of the present invention, the transparent material contains luminescent pigments for color conversion and the chemical and / or physical properties of at least a portion of that portion of the at least partially transparent material containing non-luminescent pigments is the interaction with a laser beam volume-modifies while the chemical and / or physical properties on the outer surface of the at least partially transparent material are not significantly affected by this modification.

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.To another embodiment of the present invention a light-emitting device is provided, that of a light emitting diode (LED) and one at least partially transparent material that the LED at least in the direction of the light, which is emitted from the light-emitting diode, surrounds and an at least partially transparent thin layer a material that is on the at least partially transparent Material is arranged. In the light-emitting device is at least one chemical and / or physical property of at least part of the at least partially transparent thin Layer volume modulated with a laser while this property is not essential to the surface of it effect.

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.Further Advantages, Features, Aspects and Details that are described here Embodiments can be combined From the independent claims, the description and See the drawings.

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.at The above-mentioned light-emitting device can the light emitting diode is a blue light emitting diode be. The transparent material or the partially transparent Material includes silicone. The transparent material or partially transparent material may be an organic polymer, for example PMMA or polyamide or an organic-inorganic hybrid material. The transparent material may be made of a (photosensitive) material of the glass type, a material of the ceramic type, a material of the gel type or a sol-gel glass. The transparent material can additionally doped or with ions, metal particles, nanocrystals, be functionalized chemical units to the material modification to amplify through the interaction with the laser beam.

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.at form the above-mentioned light-emitting device the chemically and / or physically modified areas a periodic Structure, and its volume may exceed that of structures which are made only from a laser pulse. The length a modified area in one direction can be large Extend the length in the other direction.

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.The chemically and / or physically modified areas form optical element, such as a Fresnel zone plate. There are also cavities in the light-emitting device by interaction with the laser beam in the volume of the transparent Material formed. In another embodiment may the modified area also the surface of at least partially reach transparent material.

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.Of the Proportion of the at least partially transparent material that the contains luminescent pigments and the proportion that does not which contains luminescent pigments, the have the same or a different composition.

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.The chemical and / or physical properties of at least a part of the at least partially transparent material, the containing the luminescent pigments and / or at least one Part of the at least partially transparent material that is not containing luminescent pigments are volume modified with a laser, while the chemical and / or physical properties at the outermost surface of the light-emitting Device not significantly affected by this modification are.

Das mindestens teilweise transparente Material kann lumineszente Pigmente von mindestens zwei verschiedenen chemischen Zusammensetzungen enthalten.The At least partially transparent material can be luminescent pigments of at least two different chemical compositions.

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.The surface of the at least partially transparent thin material layer may have a substantially flat topography. It is a color conversion layer between the
thin layer of an at least partially transparent material and a second thin layer of an at least partially transparent material arranged.

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.therefore According to the invention is a light-emitting device made with volume structuring. That at least partially transparent material surrounding a light-emitting diode, is volume-structured. The at least partially transparent material generally acts as an encapsulation layer or as a matrix for luminescent pigments. The volume structuring locally modifies the chemical and / or physical of the at least partially transparent Material.

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.By changing the chemical or physical properties of the at least transparent material, the radiation properties of the LED can be modified. Since these structures are advantageously integrated directly in the light-emitting device, the addition of further optical elements can be avoided or their number can be reduced. Furthermore, since advantageously the dimensions and the layout of the structured surfaces can be determined exactly, a spatial control and a locally controlled homogenization of the beam possible. In general, scattering particles are used for light homogenization. These particles are often mixed in the slurry of a transparent resin and color conversion pigments, which eventually forms the color conversion element.

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.embodiments The present invention also relates to devices for Implementation of the disclosed methods including Device parts for carrying out each process step described directed. These methods can be used with hardware components, a computer programmed with suitable software or by any combination of both or any other Be carried out manner. Furthermore, inventive Embodiments also to methods by which the described device works, directed. she closes Process steps for performing each function of the device one.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

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.Further Advantages, features and objects of the present invention Be prepared for the specialist in reading the following detailed Explanation of the embodiments and in the consideration this in connection with the figures of the accompanying drawings become apparent.

1 ist eine Erläuterung für eine schematische Darstellung des Herstellungsverfahrens eines volumenstrukturierten veränderten Verkapselungsmittels einer lichtemittierenden Diode. 1 FIG. 14 is an explanation for a schematic illustration of the manufacturing method of a volume-structured modified encapsulant of a light-emitting diode. FIG.

2 erläutert exemplarisch Ergebnisse bei der Anwendung eines Lasers auf einem Silikondünnfilm. 2 exemplifies the results of using a laser on a silicon thin film.

3 zeigt die Anwendbarkeit der Strukturen als Beugungselemente im Einklang mit den Konzepten der vorliegenden Erfindung. 3 shows the applicability of the structures as diffractive elements in accordance with the concepts of the present invention.

4 zeigt die Anwendbarkeit der Strukturen als Beugungselemente im Einklang mit den Konzepten der vorliegenden Erfindung in lichtemittierenden Dioden. 4 shows the applicability of the structures as diffractive elements in accordance with the concepts of the present invention in light emitting diodes.

5 erläutert eine lichterzeugende Diode, die gemäß der vorliegenden Erfindung verwirklicht ist. 5 illustrates a photogenerating diode implemented according to the present invention.

6 zeigt eine schematische Darstellung einer LED, die gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung verwirklicht ist. 6 shows a schematic representation of an LED, which is realized according to another aspect of the present invention.

7 zeigt eine schematische Darstellung einer LED, die gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung verwirklicht ist. 7 shows a schematic representation of an LED, which is realized according to another aspect of the present invention.

8 ist eine schematische Darstellung einer LED, die gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung verwirklicht ist. 8th Figure 3 is a schematic representation of an LED realized in accordance with another aspect of the present invention.

9 zeigt eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 9 shows another embodiment of the present invention.

10 zeigt eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 10 shows another embodiment of the present invention.

Detaillierte Beschreibung der ErfindungDetailed description the invention

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.in the The following will now detail the various embodiments of the invention, one or more examples included in the Figures are explained. Each example is an explanation the invention is provided and is not as To understand limitation to the invention. For example Can feature as part of an embodiment are described or described in or in context be used with other embodiments to a to give another embodiment. It is intended that the present invention these modifications and changes includes.

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.Within The following description of the drawings refers to the same Reference numbers on the same components. In general, only the differences in relation to the individual embodiments described.

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.It It should be understood that not all shown in the figures Features exist in all embodiments of the invention need to be and that the features explained otherwise positioned within the light emitting device can. Also, other features can be in others Embodiments be present. Further embodiments are shown in the other figures and / or further described below.

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.If a feature (eg, a layer, an area, a substrate, a transparent thin film, a color conversion layer, Heat sink) as "on", "over" or "overlying" one other characteristic lying, it can be directly on the Feature, or it may also be an intermediate feature (eg a layer). A feature that is "direct on or in contact with another Characteristic means that there is no intermediate feature is. It should also be understood that if a feature as "on," "over," "overlying," or "in Contact with "another feature may be called it cover the whole feature or a part of the feature. One Feature that is "adjacent" to another feature is, can directly, directly under or next to another Feature lie.

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.The light-generating region may be an LED or a portion of an LED. For example, the with 1 designated light-generating area in the successive 5 to 10 an active region (eg, a semiconductor region) of an LED, although it should be understood that the invention is not so limited. When the light-generating region is an active region of an LED, it should be understood that the LED may be any suitable diode that emits light. In general, the LEDs comprise an active region comprising one or more semiconductor materials, including III-V semiconductors (e.g., gallium arsenide, aluminum gallium arsenide, gallium aluminum phosphate, gallium phosphate, gallium arsenide phosphate, indium gallium arsenide, indium arsenide, indium phosphate, gallium nitride, indium gallium nitride, indium gallium aluminum phosphate, aluminum gallium nitride and combinations and alloys thereof), II-VI semiconductors (eg, zinc selenide, cadmium selenide, zinc cadmium selenide, zinc telluride, zinc telluride selenide, zinc sulfide, zinc sulfide selenide, and combinations and alloys thereof) and / or other semiconductors.

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.If generally referred to light emitting diodes, They should be called electroluminescent diodes, photodiodes, monochromatic Light-emitting diodes, high-brightness light-emitting diodes, High performance light emitting diodes, high power semileds to be understood, and they may be present as a single LED or as an array of some LEDs in a predetermined configuration.

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.in this connection In the present invention, various types can be used used by LEDs, for example, a thin GaN surface emitting LED or a flip-chip LED that uses a sapphire substrate (or a similar transparent material with a substantially same refractive index) and their emission layer (GaN or similar) on the bottom of the LED has. It should be noted that the present Invention is not limited to the above-mentioned LED types, but that it applies to every type of LED.

Es sollte selbstverständlich sein, dass der lichterzeugende Bereich eine Anordnung, die mehr als eine LED oder Bereiche davon einschließt, sein kann.It should be understood that the light-generating Area an arrangement containing more than one LED or areas thereof includes, can be.

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.If generally on a transparent material that surrounds the LED, This reference should be understood as, but without Restriction to this, a total or partial light-transparent Material that is a composite of materials with different chemical Compositions such as GaP or GaAsP or AlGaAs and that at least such as a silicone, an organic polymer, a organic-inorganic hybrid material, glass-type material, material of the ceramic type and sol-gel glass.

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.If generally an at least partially transparent material, surrounding the LED in the direction of the light emitted by the LED, This is to be understood as at least, however without limitation, the material in a flat or curved orientation against the incident light is arranged and the light-emitting element completely or partially encapsulated.

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.If generally to luminescent pigments for color conversion Reference is made interchangeably in this document as luminescent Materials for color conversion should be called these are to be understood as, albeit without limitation on it, a phosphor group of the general formula A3B5X12: M, the particle sizes of <20 microns and a grain diameter d50 <5 μm exhibit. The luminescent pigments are spherical or are in the form of flakes or pigment powder.

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.she are made of at least one phosphor type material, organic Molecules or polymers or nanocrystals formed. The phosphor type material is one of the classes of phosphor YAG type, BOSE type phosphor and nitride type phosphor with specific stoichiometric composition.

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.If generally on the chemical and / or physical properties, in the volume of an at least transparent volume of material When an LED is modulated, it should be understood be, but not limited to, as a modulation absorption index, refractive index modulation, structural Changes in the material.

Die chemische und/oder physikalische Modifikation der Eigenschaften durch Wechselwirkung mit dem Laserstrahl wird weiterhin durch Nachbehandlungsprozesse, wie Erhitzen, verstärkt.The chemical and / or physical modification of properties by interaction with the laser beam is further by post-treatment processes, like heating, reinforced.

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.The Surface of the at least partially transparent material may have a substantially flat topography, a rough topography, have a structured topography, it is intentionally shaped, to direct the light or it is another optical element on the surface in the direction of that emitted by the LED Light arranged.

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.Grids and other optical elements can be incorporated in the volume of photosensitive glasses be processed, and the diffraction efficiency of these elements can be determined using lasers. Gratings rely on the modification of absorption or refractive index, as well as on the formation of voids caused by the interaction of the light with the material in the focus area of a laser beam.

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.There the laser beam focus can be positioned in the volume of a material it is possible to use structures with modified absorption and / or writing refractive indices into the volume of a material while the material surface is essentially is not affected.

Diese optischen Elemente können im Volumen der Polymersubstrate ebenfalls, nicht nur im Volumen der lichtempfindlichen Gläser, eingearbeitet sein.These Optical elements can be in the volume of the polymer substrates also, not only in the volume of the photosensitive glasses, be incorporated.

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.The Lattices may be in the volume of thin films of PMMA, Be incorporated polyimide and polysiloxane and the diffraction efficiency of these structures can be determined using a HeNe laser become.

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.In In the present invention we show that the use of gratings or the use of other volume-structured materials as well can be applied to the light-emitting diodes. A grid structure was in the volume of a silicone, a material that typically for the encapsulation of light emitting diodes or as a matrix material for luminescent pigments in color-converted LEDs used, incorporated. Using a femtosecond laser can accurately define structures in the volume of silicone be formed.

1 ist eine Erläuterung einer schematischen Darstellung eines Herstellungsverfahrens eines volumenstrukturiert veränderten Verkapselungsmittels einer lichtemittierenden Diode. 1 FIG. 4 is an explanation of a schematic representation of a manufacturing method of a volume-structured modified encapsulant of a light-emitting diode. FIG.

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.The manufacturing process 100 exemplifies a laser device such as a femtosecond laser 116 comprising a 1 kHz Ti: sapphire laser amplifier (Spitfire, Spectra Physics). The focus 120 the laser 116 which operates at a wavelength of 800 nm and provides a pulse width of ~ 150 fs becomes in the volume of a thin film of silicone 102 positioned. The sample 102 , a thin film of silicone on a glass substrate extending through a length of 104 , a width 110 and a height 108 is on an XY stage 106 arranged while focusing optics 120 on a vertical Z-stage 114 is arranged. The thin film of silicone 102 can be along the XY directions and the focus 120 along the direction Z 114 to be moved. The possibilities of movement of the sample 120 in the XY direction 106 to the femtosecond laser beam 120 Focusing at the desired depth in the volume of material 104x110x108 allows the fabrication of structures having individual shapes at arbitrary positions within the bulk of the silicone film 120 , To determine the focal position of the femtosecond laser beam in an axial direction and thereby obtain the desired depth in the sample 102 For example, a method based on optical confocal microscopy in optical design can be realized.

2 zeigt exemplarisch die Ergebnisse der Verwendung des Lasers 116 auf einem Dünnfilm aus Silikon 102. 2 shows by way of example the results of the use of the laser 116 on a thin film of silicone 102 ,

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. 2 shows a series of lines 122 with different laser powers in the volume of a silicone film 102 written using the femtosecond laser. As in 2 is explained, the appropriate selection of the laser power allows the control of the size within the volume 102 imprinted structures. Therefore, different structures of different features having individual sizes and periodicities can be contained in the volume of the silicon thin film 102 getting produced. Moreover, since the scanning algorithm can be easily controlled, it is also possible to produce structures with arbitrary shapes at predefined positions.

3 zeigt die Anwendbarkeit dieser Strukturen als Beugungselemente. 3 shows the applicability of these structures as diffraction elements.

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.A grid 122 was in the silicone film 102 and its diffraction properties were determined using a HeNe laser. As in 4 For a flip-chip LED, this volume structuring can also be used for light-emitting diodes. In this case, a frame was placed around the LED and filled with the silicone, which acts as an encapsulant. Thereafter, grids were written in the volume of a portion of the silicone encapsulant.

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.In 4 illustrates the structure labeled A, that the 1D lattice structure consists of two lattice layers (with a grating period of 5 microns and a vertical distance of 5 microns), with the two grating structures are arranged by 2.5 microns apart. In 4 illustrates the structure indicated by B that the 1D lattice structure consists of two lattice layers (with a grating period of 10 microns and a vertical distance of 10 microns), the two grids are 5 microns offset from one another.

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.The white lines are virtual lines and they are used as a sketch for the eye to recognize the areas with volume structuring of the silicone and they are in no way limiting.

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.It can be out 4 be observed, in particular with respect to the areas bounded by the structures A and B, that the light can be homogenized and that the light distribution is modified, as can be seen by comparing the structured (white areas) and unstructured areas.

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.The light emitting diodes associated with the 3 and 4 are constructed, at least one substrate, a light-generating region overlapping the substrate and an upper transparent layer overlapping the light-generating region may be included.

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.The upper transparent layer over the light generating area in the light-emitting devices may have a wavelength conversion range (eg, a phosphor region) facing in the direction of the light, which is emitted from the light-generating region (eg, the semiconductor region inside an LED), is arranged and light with a different Wavelength emitted. As a result, the light-emitting Device having a wavelength conversion range Light with (one) wavelength (s) emit what is below Use of an LED without these areas is not possible can be.

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.A conventional fluorescent converting white LED can still have at least one front contact on the ohms Contact surface is formed, and a backside contact, which is formed on the back of a substrate include.

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.A light-emitting device 500 from 5 hereby corresponds to the second type of white light sources, which have already been explained before. Hereby, a light source having a narrow emission wavelength range is generally provided, the light emitted from the light source is incident on a wavelength conversion element, so that with the entire light emitting device 100 a white light source is provided.

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.In a preferred embodiment of the present invention, at least a portion of the volume (also referred to as a structure) of an at least partially transparent material 2 that has a LED chip 1 surrounds, as in 5 modified by the use of a laser (further referred to as "structured" in this document). Due to the interaction of the laser beam in the focus area, which is arranged in the volume of the at least partially transparent material, the absorption and / or the diffraction index of the at least partially transparent material is locally modified.

6 zeigt eine andere lichtemittierende Diode gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 6 shows another light emitting diode according to another embodiment of the present invention.

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.The LED 600 , in the 6 includes an at least partially transparent material 2 that has a LED chip 1 surrounds and a color conversion element 3 containing luminescent particles embedded in an at least partially transparent matrix material. The at least partially transparent material 2 can act as encapsulation layer. The material 2 and the color conversion element 3 may have the same or a different chemical composition.

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.For example For example, a GaN-based LED can emit blue light that is in yellow light with a (Y, Gd) (Al, Ga) -G: Ce.sup.3 + or "YAG" - (yttrium, Aluminum, garnet) phosphor layer can be converted. In In another example, the combined emission from an LED GaN-based and a YAG phosphor white light as Result of the combination of blue light emitted by the LED and yellow light from the phosphor due to the transformation of a part of the light generated by the blue light.

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.A structure is transformed into the volume of the at least partially transparent material 2 and / or in the color conversion element 3 written like this in the 6 and 7 is explained. The (at least partially transparent) material (s) 2 may have the same chemical composition as the matrix material of the color conversion element 3 or the chemical composition may be different. In another embodiment of the present invention, the LED color conversion element contains no matrix material.

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. 8th shows another LED realized according to the present invention. The LED includes additional areas 4 and 5 formed from at least partially transparent materials disposed beyond or above the color conversion element. These additional regions of at least partially transparent materials may have the same chemical compositions as the at least partially transparent materials containing the elements 2 and 3 form, aufwei or may have a different composition than these materials. A structure is in the volume of at least one of the areas 2 to 5 described.

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. 9 shows another LED realized according to the present invention. The LED comprises a thin layer of at least partially transparent material 6 which is disposed in the direction of the light emitted from a light-emitting diode. The thin layer of at least partially transparent material and / or a color conversion layer 3 embedded between or about the light-emitting diode and the thin layer of at least partially transparent material may be volume-structured.

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.In a further embodiment of the present invention, the at least partially transparent thin layer is 6 attached directly to the light-emitting diode. At least a portion of the at least partially transparent thin layer is volume structured after placement of the thin layer on the LED, for example, by adhering it by gluing.

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.In another embodiment of the present invention is the at least one share of an at least partially transparent one Layer volume-structured before being on the light-emitting diode is arranged. In this case, the structures in Be formed layers of larger size. These layers can then be rolled and finally on the light-emitting device be attached.

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.In another embodiment of the present invention is at least a portion of this thin layer of transparent Material filled with luminescent pigments, or one Color conversion layer is on the at least partially transparent Material layer arranged before the layer is placed on the LED becomes.

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.In another embodiment of the present invention is at least part of the at least partially transparent one Material surrounding the light-emitting diode with luminescent Filled particles for color conversion. The amount the at least partially transparent material that does not luminescent Contains pigments and the proportion of luminescent pigments contains, can have the same chemical composition or the chemical compositions can be different. Besides, some others can Proportions of the at least partially transparent materials with the same or different chemical compositions also be included in the arrangement. A thin layer out an at least partially transparent material is in the direction of the light emitted from the light-emitting diode. At least a portion of the at least partially transparent material and / or the at least partially transparent thin Layer can be volume-structured.

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.In another embodiment of the present invention is at least a proportion of the volume of a thin layer structured from an at least partially transparent material and is placed on the LED before or after the patterning process. At least a portion of this thin layer can be luminescent Contain particles.

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.In another embodiment of the present invention is a color conversion layer on a thin layer arranged from an at least partially transparent material. At least a portion of the volume of the thin layer of at least partially transparent material is volume-structured before or after this thin layer is placed on an LED becomes.

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.In another embodiment of the present invention, the embodiments of the invention described in connection with FIGS 5 to 9 Although the interaction of the laser beam with the at least partially transparent material does not give rise to changes in the absorption or refractive index of the at least partially transparent material, some other types of material variations, for example, voids in the at least partially transparent material may be used be formed as a result of the interaction with the laser beam.

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.While the foregoing to embodiments of the invention may be directed to other and further embodiments of the invention, without departing from the basic scope thereof and the scope thereof is to be determined by the following claims certainly.

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Claims

Light emitting device, the a light emitting diode (LED) and one at least partially transparent material that the LED at least in the direction of surrounding the LED emitted light, wherein at least a chemical and / or physical property of at least a part of the at least partially transparent material by interaction is volume modulated with a laser beam while the property is not essential to the surface of the at least partially transparent material.

A light-emitting device of claim 1, wherein the light-emitting device diode is a blue light-emitting device Diode is.

Light-emitting device according to one of the preceding Claims, wherein the transparent material comprises silicone.

Light-emitting device according to one of the preceding Claims, wherein the transparent material is an organic Polymer, e.g. As PMMA or polyimide, or an organic-inorganic Hybrid material includes.

Light-emitting device according to one of the claims 1 to 3, wherein the transparent material is made of a material of Type photosensitive glass, a ceramic type material, a Material of the gel type or a sol gel glass is made.

Light-emitting device according to one of the preceding Claims, wherein the transparent material in addition is doped or with ions, metal particles, nanocrystals, chemical Units is functionalized to undergo material modification to intensify the interaction with the laser beam.

Light-emitting device according to one of the preceding Claims in which the chemically and / or physically modified Areas form a periodic structure.

Light-emitting device according to one of the preceding Claims, wherein the volume of the chemically and / or physically modified areas that of structures consisting of only one Laser pulse has been established exceeds.

Light-emitting device according to one of the preceding Claims, wherein the length of a modified Area in one direction the length in the other Exceeding direction on a large scale.

Light-emitting device according to one of the preceding Claims in which the chemically and / or physically modified Areas form an optical element, z. B. a Fresnel zone plate.

Light-emitting device according to one of the preceding Claims in which cavities due to the interaction formed with the laser beam in the volume of the transparent material are.

Light-emitting device according to one of the preceding Claims, wherein the modified region additionally also the surface of the at least partially transparent Materials reached.

Light-emitting device consisting of an inorganic light emitting diode (LED) and an at least partially transparent Material that the LED at least in the direction of that of the light-emitting There is at least a portion of the diode emitted light of the transparent material luminescent pigments for the Color conversion contains and wherein the chemical and / or the physical properties of at least part of this range the at least partially transparent material that is not luminescent Contains pigments, by interacting with a laser beam volume modified while the chemical and / or the physical properties at the outside Surface of the at least partially transparent material not significantly affected by this modification are.

Light emitting device according to claim 14, wherein the proportion of the at least partially transparent material, that contains the luminescent pigments and the proportion, which does not contain the luminescent pigments, the same have chemical composition.

Light emitting device according to claim 14, wherein the proportion of the at least partially transparent material, that contains the luminescent pigments and the proportion, which does not contain the luminescent pigments, different have chemical compositions.

Light emitting device according to claim 14, wherein the chemical and / or physical properties of at least part of the at least partially transparent material, containing the luminescent pigments and / or at least a part of the at least partially transparent material, the does not contain the luminescent pigments, with a laser volume modified while the chemical and / or the physical properties at the utmost Surface of the light-emitting device is not essential are affected by this modification.

Light emitting device according to claim 14, the luminescent pigments of at least two different chemical Contains compositions.

Light emitting device consisting of a light emitting Diode (LED) and an at least partially transparent material, the LED at least in the direction of that of the light-emitting Diode emitted light surrounds, wherein at least a portion the at least partially transparent thin layer a material that is on the at least partially transparent material is arranged, from a thin layer of one at least partially transparent material, wherein at least one chemical and / or physical property of at least one Part of the at least partially transparent thin layer with a laser is volume modulated while this property does not significantly affect the surface of it.

Light emitting device according to claim 19, wherein the surface of the at least partially transparent thin layer of the material is a substantially flat Has topography, and the thin layer of at least one partially transparent material is prefabricated.

Light emitting device according to claim 19, wherein at least a portion of the at least partially transparent Materials luminescent pigments for color conversion contains.