DE102009019909A1

DE102009019909A1 - Leuchtdiodengehäuse, Leuchtdiodensysteme und Verfahren zum Herstellen derselben

Info

Publication number: DE102009019909A1
Application number: DE102009019909A
Authority: DE
Inventors: Yu-Sik Suwon Kim
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2008-05-07
Filing date: 2009-05-04
Publication date: 2010-02-04
Also published as: US20110210367A1; CN101577303A; US7955879B2; KR101431711B1; TW201003996A; US20090278151A1; JP2009272628A; KR20090116461A

Abstract

Gemäß einem Verfahren zur Herstellung eines LED-Halbleiterbauelementes und in einem LED-Halbleiterbauelement, wird eine LED (20) auf einem Substrat (10) bereitgestellt. Eine erste Umhüllungsmaterialschicht (50) wird auf der LED bereitgestellt und die erste Umhüllungsmaterialschicht (50) wird in einem ersten Ausheilschritt (506) ausgeheilt. Eine Lumineszenzumwandlungsmaterialschicht (60, 60a) wird auf der zuerst ausgeheilten ersten Umhüllungsmaterialschicht (50) bereitgestellt und die erste Umhüllungsmaterialschicht (50) und die Lumineszenzumwandlungsmaterialschicht (60, 60a) werden in einem zweiten Ausheilschritt (514, 516) ausgeheilt.

Description

ZUGEHÖRIGE ANMELDUNGEN
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der koreanischen Patentanmeldung Nr. 2008-0042424 angemeldet am 7. Mai 2008 und der US-Patentanmeldung Nr. 12/83,134 angemeldet am 24. Februar 2009 deren gesamte Beschreibung durch Bezugnahme in die vorliegende Patentanmeldung mit aufgenommen wird.
HINTERGRUND
Leuchtdioden sind in modernen elektronischen Geräten weit verbreitet. Sie sind in der Lage, Licht mit hoher Leistung auszusenden und ermöglichen einen effizienten Energieverbrauch, höhere Zuverlässigkeit, größere Haltbarkeit, und eine längere Lebensdauer verglichen zu den konventionellen Gegenstücken wie Fluoreszenzlampen, Glühbirnen und Halogenlampen. Aufgrund ihrer relativ kleinen Bauform, können sie in relativ kleinen Formfaktoren konfiguriert werden.
In einer konventionellen LED ist eine Vorwärtsvorspannung an einen p-n-Übergang angelegt, die dazu führt, dass Löcher in dem p-Typ Halbleitermaterial mit Elektronen des n-Typ Halbleitermaterials kombinieren. Als Ergebnis der Rekombination wird eine optische Energie mit einer Wellenlänge abgestrahlt, die der Bandlücke des p-n-Übergangs entspricht.
Für viele LED-Anwendungen ist es üblicherweise gewünscht, weißes Licht zu erzeugen. Es gibt viele Ansätze, dies zu erreichen. In einem Ansatz werden LEDs, die rotes, grünes und blaues Licht erzeugen oder LEDs, die blaues und gelbes Licht erzeugen, in einem einzigen Gehäuse so kombiniert, dass weißes Licht erzeugt wird. Wegen der Anordnung, der elektrischen Verbindung und dem Anordnen der Vielzahl an LEDs auf einer begrenzten Fläche, führt dieser Ansatz zu voluminösen Gehäusen und komplizierten Herstellungsverfahren.
Gemäß einem anderen Ansatz wird das Licht einer blauen LED auf ein gelb-phosphoreszierendes Material gesendet, um als Ergebnis auf die phosphoreszierende Reaktion ein weißes Licht abzugeben. Alternativ dazu kann ultraviolettes Licht einer LED auf ein phosphoreszierendes Material mit roten, grünen und blau-phosphoreszierenden Teilchen gesandt werden, um als Ergebnis der phosphoreszierenden Reaktion ein weißes Licht auszugeben. Bei diesen Ansätzen kann es schwierig sein, die Qualität des ausgesendeten weißen Lichtes zu kontrollieren, da es sehr auf die Konzentration des phosphoreszierenden Materials ankommt. In konventionellen Ansätzen wird das phosphoreszierende Material üblicherweise in das Gießharz gemischt, welches die LED in dem Gehäuse umschließt. Dieser Ansatz leidet jedoch unter geringer Farbreproduzierbarkeit und daher unter geringer Zuverlässigkeit, da es schwierig ist, die einmal in dem Gießharzträger eingemischte Konzentration des phosphoreszierenden Materials zu kontrollieren.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind auf lichtaussendende Einheiten, Gehäuse und Systeme umfassend solche lichtaussendenden Einheiten und Verfahren zur Herstellung derselben gerichtet, welche die Nachteile der konventionellen Geräte und Verfahren beseitigen. Insbesondere ermöglichen die Geräte, Systeme und Verfahren der vorliegenden Erfindung eine hohe Farbreproduzierbarkeit in den erzeugten LED-Bauelementen, wobei der benötigte Anteil an Lumineszenzumwandlungsmaterial verringert werden kann und dadurch die Herstellungskosten reduziert werden. Insbesondere kann die Durchlässigkeit und die Umwandlungseffizienz der entstandenen LED-Bauelemente durch das Kontrollieren der Dicke der Lumineszenzumwandlungsmaterialschicht, in denen die Wellenlängenumwandlung der optischen Energie in dem Bauelement auftritt, optimiert werden.
Gemäß einem Aspekt umfasst ein Verfahren zur Herstellung eines LED-Halbleiterbauelementes: Bereitstellen einer LED auf einem Substrat; Bereitstellen einer ersten umhüllenden Materialschicht auf der LED; erstes Ausheilen der ersten Umhüllungsmaterialschicht; Bereitstellen einer Lumineszenzumwandlungsmaterialschicht auf der zuerst ausgeheilten ersten Umhüllungsmaterialschicht; und ein zweites Ausheilen der ersten Umhüllungsmaterialschicht und der Lumineszenzumwandlungsmaterialschicht.
Gemäß einer Ausführungsform besteht die Lumineszenzumwandlungsmaterialschicht im Wesentlichen aus einem Lumineszenzumwandlungsmaterial.
In einer anderen Ausführungsform umfasst das Bereitstellen der Lumineszenzumwandlungsmaterialschicht auf der zuerst ausgeheilten ersten Umhüllungsmaterialschicht das Bereitstellen einer Lumineszenzumwandlungsmaterialschicht bis zu einer Dicke, die ausgewählt ist, um die resultierende Durchlässigkeit für die optische Energie, die von dem LED-Halbleiterbauelement abgestrahlt wird, festzulegen.
In einer anderen Ausführungsform umfasst das Verfahren außerdem das Kontrollieren der Dicke der Lumineszenzumwandlungsmaterialschicht durch das Kontrollieren der Prozessbedingungen des ersten Ausheilens der ersten Umhüllungsmaterialschicht.
In einer anderen Ausführungsform umfasst das Verfahren außerdem das Kontrollieren der Dicke der Lumineszenzumwandlungsmaterialschicht durch das Anlegen eines aüßeren Druckes an die erste Umhüllungsmaterialschicht.
In einer anderen Ausführungsform wird das erste Ausheilen unter ersten Prozessbedingungen durchgeführt, und das zweite Ausheilen unter zweiten Prozessbedingungen durchgeführt, und die zweiten Prozessbedingungen sind unabhängig von den ersten Prozessbedingungen.
In einer anderen Ausführungsform folgt aus den ersten Prozessbedingungen des ersten Ausheilens ein schonendes Aushärten der ersten Umhüllungsmaterialschicht und aus den zweiten Prozessbedingungen des zweiten Ausheilens folgt ein heftiges Aushärten der ersten Umhüllungsmaterialschicht.
In einer anderen Ausführungsform umfasst das Verfahren außerdem das Bereitstellen einer zweiten Umhüllungsmaterialschicht auf der Lumineszenzumwandlungsmaterialschicht.
In einer weiteren Ausführungsform ist die zweite Umhüllungsmaterialschicht im Wesentlichen transparent für optische Energie einer Wellenlänge, wie sie von der LED abgestrahlt wird.
In einer weiteren Ausführungsform wird die zweite Umhüllungsmaterialschicht auf der Lumineszenzumwandlungsmaterialschicht vor dem zweiten Ausheilen der ersten Umhüllungsmaterialschicht und der Lumineszenzumwandlungsmaterialschicht bereitgestellt.
In einer weiteren Ausführungsform wird die zweite Umhüllungsmaterialschicht auf der Lumineszenzumwandlungsmaterialschicht nach dem zweiten Ausheilen der zweiten Umhüllungsmaterialschicht und der Lumineszenzumwandlungsmaterialschicht bereitgestellt.
In einer weiteren Ausführungsform ist die erste Umhüllungsmaterialschicht im Wesentlichen transparent für die optische Energie einer Wellenlänge, wie sie von der LED abgestrahlt wird.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Verfahren außerdem das selektive Entfernen eines Teils der Lumineszenzumwandlungsmaterialschicht nach dem Bereitstellen der Lumineszenzumwandlungsmaterialschicht auf der zuerst ausgeheilten ersten Umhüllungsmaterialschicht, wobei das selektive Entfernen einen Teil der Lumineszenzumwandlungsmaterialschicht entfernt, der nicht mit der zuerst ausgeheilten ersten Umhüllungsmaterialschicht zusammenhängt.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Verfahren außerdem das Bereitstellen eines Filters auf der Lumineszenzumwandlungsmaterialschicht.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Verfahren außerdem das Bereitstellen einer oder mehrerer Linsen auf der Lumineszenzumwandlungsmaterialschicht.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Bereitstellen einer ersten Umhüllungsmaterialschicht auf der LED außerdem das Bereitstellen einer ersten Umhüllungsmaterialschicht auf dem Substrat.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Bereitstellen einer ersten Umhüllungsmaterialschicht auf der LED außerdem das Bereitstellen einer ersten Umhüllungsmaterialschicht ausschließlich auf der LED und dem Substrat und ein Strukturieren des ersten Umhüllungsmaterialschicht derart, so dass das erste Umhüllungsmaterial ausschließlich auf der LED verbleibt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Bereitstellen der Lumineszenzumwandlungsmaterialschicht auf der zuerst ausgeheilten ersten Umhüllungsmaterialschicht außerdem das Bereitstellen der Lumineszenzumwandlungsmaterialschicht auf dem Substrat; und außerdem umfasst das Verfahren: das selektive Entfernen eines Teils der Lumineszenzumwandlungsmaterialschicht nach dem Bereitstellen der Lumineszenzumwandlungsmaterialschicht auf der zuerst ausgeheilten ersten Umhüllungsmaterialschicht und dem Substrat, wobei das selektive Entfernen einen Teil der Lumineszenzumwandlungsmaterialschicht entfernt, welcher nicht mit der zuerst ausgeheilten ersten Umhüllungsmaterialschicht zusammenhängt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Verfahren außerdem das Bereitstellen einer zweiten Umhüllungsmaterialschicht auf der Lumineszenzumwandlungsmaterialschicht und auf dem Substrat.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Verfahren außerdem das Formen der zweiten Umhüllungsmaterialschicht zu einer konvexen oder konkaven Form.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Verfahren außerdem das Bereitstellen eines Filters auf der zweiten Umhüllungsmaterialschicht.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Lumineszenzumwandlungsmaterial der Lumineszenzumwandlungsmaterialschicht ein Phosphormaterial.
Gemäß einem weiteren Aspekt umfasst ein LED-Halbleiterbauelement: eine LED auf einem Substrat; eine erste Umhüllungsmaterialschicht auf der LED; und eine Lumineszenzumwandlungsmaterialschicht, die im Wesentlichen aus einem Lumineszenzumwandlungsmaterial auf der ersten Umhüllungsmaterialschicht besteht, wobei die Lumineszenzumwandlungsmaterialschicht eine Dicke aufweist, die derart ausgewählt ist, um die resultierende Durchlässigkeit der optischen Energie, die von der LED abgestrahlt wird, festzulegen.
In einer Ausführungsform wird die erste Umhüllungsmaterialschicht als erstes unter ersten Prozessbedingungen ausgeheilt, um eine erste Härte vor der Anwendung der Lumineszenzumwandlungsmaterialschicht zu erhalten und wobei die Dicke der Lumineszenzumwandlungsmaterialschicht als Ergebnis der ersten Härte festgelegt wird; und die erste Umhüllungsmaterialschicht und die Lumineszenzumwandlungsmaterialschicht unter zweiten Prozessbedingungen zum zweiten Mal ausgeheilt werden, wobei diese Bedingungen unabhängig von den ersten Prozessbedingungen sind.
In einer weiteren Ausführungsform ergeben die ersten Prozessbedingungen des ersten Ausheilens ein schonendes Aushärten der ersten Umhüllungsmaterialschicht und die zweiten Prozessbedingungen des zweiten Ausheilergebnisses ergeben ein heftiges Aushärten der ersten Umhüllungsmaterialschicht.
In einer weiteren Ausführungsform wird die Dicke der Lumineszenzumwandlungsmaterialschicht durch das Kontrollieren der Prozessbedingungen des ersten Ausheilens der ersten Umhüllungsmaterialschicht bestimmt.
In einer weiteren Ausführungsform wird die Dicke der Lumineszenzumwandlungsmaterialschicht durch das Anlegen eines aüßeren Druckes an die erste Umhüllungsmaterialschicht bestimmt.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Bauelement außerdem eine zweite Umhüllungsmaterialschicht auf der Lumineszenzumwandlungsmaterialschicht.
In einer weiteren Ausführungsform ist die zweite Umhüllungsmaterialschicht im Wesentlichen transparent für optische Energie der Wellenlängen, wie sie durch die LED emittiert werden.
In einer weiteren Ausführungsform ist die erste Umhüllungsmaterialschicht im Wesentlichen transparent für optische Energie mit Wellenlängen, wie sie durch die LED emittiert werden.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Bauelement außerdem einen Filter auf der Lumineszenzumwandlungsmaterialschicht.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Bauelement außerdem eine oder mehrere Linsen auf der Lumineszenzumwandlungsmaterialschicht.
In einer anderen Ausführungsform ist die erste Umhüllungsmaterialschicht außerdem auf dem Substrat angeordnet.
In einer weiteren Ausführungsform ist die erste Umhüllungsmaterialschicht ausschließlich auf der LED und nicht auf dem Substrat angeordnet.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Bauelement eine zweite Umhüllungsmaterialschicht auf der Lumineszenzumwandlungsmaterialschicht und auf dem Substrat.
In einer weiteren Ausführungsform ist die zweite Umhüllungsmaterialschicht so geformt, dass sie eine konvexe oder konkave Form einnimmt.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Bauelement außerdem einen Filter auf der zweiten Umhüllungsmaterialschicht.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Lumineszenzumwandlungsmaterial ein Phosphormaterial. Gemäß einem weiteren Aspekt umfasst das System: einen Regler, der LED-Aktivierungssignale erzeugt; und eine Vielzahl von LED-Halbleiterbauelementen, wobei die LED-Halbleiterbauelemente die LED-Aktivierungssignale des Reglers empfangen, wobei jedes LED-Halbleiterbauelement umfasst: eine LED auf einem Substrat, eine erste Umhüllungsmaterialschicht auf der LED; und eine Lumineszenzumwandlungsmaterialschicht, welche im Wesentlichen aus einem Lumineszenzumwandlungsmaterial auf der ersten Umhüllungsmaterialschicht besteht, wobei die Lumineszenzumwandlungsmaterialschicht eine Dicke aufweist, die so ausgewählt ist, um die resultierende Durchlässigkeit für optische Energie, wie sie von der LED emittiert wird, zu bestimmen, wenn die LED durch die LED-Aktivierungssignale aktiviert wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
Die vorangegangenen und weitere Gegenstände, Merkmale und Vorteile der Ausführungsformen der Erfindung werden durch die detaillierte Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ersichtlich, wie sie in den beiliegenden Figuren gezeigt sind, wobei gleiche Bezugszeichen in verschiedenen Figuren sich auf gleiche Elemente beziehen. Die Figuren sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu, vielmehr wurde das Gewicht auf die Darstellung der Prinzipien der Erfindung gelegt. In den Figuren:
1A bis 1E zeigen Querschnittsdiagramme, die Bildung einer LED-Struktur gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt ein Flussdiagramm der Schritte zur Herstellung einer LED gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3 ist eine Skizze des Anlegens einer äußeren Kraft um das Lumineszenzumwandlungsmaterial auf der schonend ausgeheilten Umhüllung anzubringen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
4 ist ein Querschnittsdiagramm einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
5A und 5B sind Querschnittsdiagramme von anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
6A bis 6B sind Querschnittsdiagramme, die die Herstellung einer LED-Struktur zeigen im Zusammenhang mit einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
7A bis 7C sind Querschnittsdiagramme einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
8A ist eine perspektivische Ansicht eines Gehäuses einer LED-Struktur gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 8B bis 8D sind Querschnittsansichten des Gehäuses der LED-Struktur von 8A entlang der Linie I-I' in 8A, gemäß verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
9A und 9B sind Querschnittsansichten eines LED-Gehäusemoduls gemäß verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
10A ist eine Topansicht und 10B und 10C sind perspektivische Ansichten einer LED-Gehäusemodulmatrix gemäß verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
11 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines LED-Systems in einer Anzeigeanwendung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
12A bis 12D sind Ansichten eines LED-Systems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
13 ist ein Blockdiagramm eines LED-Systems gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
14A ist die Darstellung der Phosphorumwandlungseffizienz als Funktion der Phosphordicke für experimentelle Ergebnisse von Proben gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. 14B ist die Darstellung der Phosphorumwandlungseffizienz als eine Funktion der Emission bei UV-Wellenlängen gemäß der Anwendung einer Grünphosphorumwandlungsschicht für experimentelle Ergebnisse, wie sie von Proben gemäß der vorliegenden Erfindung erhalten wurden.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Mit Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren, in welchen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung dargestellt sind, werden im Folgenden die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung genauer beschrieben. Die Erfindung kann jedoch auch auf andere Art und Weise ausgeführt werden und soll daher nicht auf die folgenden Ausführungsformen beschränkt sein. Gleiche Bezugszeichen beziehen sich auf gleiche Elemente in der gesamten Beschreibung
Auch wenn im Folgenden die Ausdrücke „erstes”, „zweites” etc. benutzt werden, um verschiedene Elemente zu beschreiben, sollen diese Elemente nicht auf diese Ausdrücke beschränkt werden. Diese Ausdrücke werden lediglich dafür genutzt, die einzel nen Elemente voneinander zu unterscheiden. Zum Beispiel könnte ein erstes Element als zweites Element ausgedrückt werden und genauso könnte ein zweites Element durch ein erstes Element ausgedrückt werden, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Der Ausdruck „und/oder” umfasst jegliche und alle Kombinationen von einem oder mehrerer der aufgeführten Posten.
Es wird klargestellt, dass, wenn ein Element als „auf” oder „verbunden” oder „gekoppelt” an ein anderes Element beschrieben ist, dann kann es direkt auf oder verbunden oder gekoppelt zu dem anderen Element sein oder es können aber auch Elemente dazwischen angeordnet sein. Im Gegensatz dazu, wenn ein Element als „direkt auf” oder „direkt verbunden” oder „direkt gekoppelt” zu einem anderen Element ausgedrückt ist, sind keine Elemente dazwischen angeordnet. Andere Ausdrücke, die die Beziehung zwischen Elementen beschreiben, sollen auf eine Art und Weise verstanden werden (z. B. „zwischen” gegenüber „direkt zwischen”, „benachbart” gegenüber „direkt benachbart”, etc.). Wenn ein Element im Weiteren als „über” einem anderen Element beschrieben ist, kann es über oder unter dem anderen Element sein, und entweder direkt verbunden sein mit dem anderen Element oder es können auch dazwischenliegende Elemente vorhanden sein, oder die Elemente können durch ein Loch oder eine Lücke davon entfernt angeordnet sein.
Die im Weiteren benutzte Terminologie beabsichtigt lediglich spezielle Ausführungsformen zu beschreiben und beabsichtigt nicht, die Erfindung einzuschränken. Die Einzahlformen „ein”, und „der, die, das” umfassen auch die Pluralformen, es sei denn aus dem Zusammenhang ist die Einzahl klar. Es soll weiterhin klargestellt werden, dass die Ausdrücke „umfasst”, „umfassend”, „beinhaltet” und/oder „beinhaltend” zwar die genannten Merkmale, Schritte, Verfahrensschritte, Elemente und/oder Komponenten beschreiben, aber ein Vorhandensein oder das Hinzufügen von einem oder mehrerer weiterer Merkmale, Schritte, Verfahrensschritte, Elemente, Komponenten und/oder Gruppen davon nicht ausschließen.
1A bis 1E sind Querschnittsdiagramme, die die Herstellung einer LED gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen. 2 ist ein Flussdiagramm, das die Herstellungsschritte zur Herstellung einer LED gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Gemäß 1A und Schritt 502 von 2 wird ein Gehäusesubstrat 10 mit einem Schlitz oder einer Öffnung 12 bereitgestellt. Das Gehäusesubstrat 10 kann einen optionalen Unterbau 30 in einem zentralen Bereich des Gehäuses zur Anordnung in der LED 20 umfassen. Die LED 20 kann auf dem optionalen Unterbau 30 befestigt werden, oder gemäß einer anderen Ausführungsform direkt auf das Gehäusesubstrat 10 befestigt werden. In verschiedenen Ausführungsformen ist die LED ausgeführt, um optische Energie zu erzeugen, z. B. optische Energie einer ultravioletten oder blauen Wellenlänge. Der Schlitz 12 kann mit schrägen Seitenwänden 12a zur Verbesserung der Lichtabstrahlungseffizienz des Gehäuses ausgeführt sein.
Gemäß 1B und Schritt 504 von 2 wird eine erste Umhüllung 50 oder eine Harzschicht in der Öffnung 12 bereitgestellt. In dieser Ausführungsform wird die erste Umhüllung 50 wenigstens bis zu einem Level oder einer Tiefe bereitgestellt, welche die LED bedeckt oder umhüllt. Die erste Umhüllung 50 kann ein Material enthalten, welches für die optische Energie der Wellenlänge, wie sie von der LED 20 emittiert wird, transparent ist. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Umhüllung 50 wenigstens eines von Epoxy, Silikon, starres Silikon, Urethan, Oxethan, Acryl, Polycarbonat, Polyemid, und einer Mischung von wenigstens zwei dieser Umhüllungen umfassen, welche geeignet sind, die darunterliegende LED 20 zu schützen.
Gemäß 1B und Schritt 506 von 2 wird die resultierende Struktur mit der ersten Umhüllung 50 einem ersten Ausheilen 90 unterzogen. Die Prozessbedingungen für das erste Ausheilen 90, mit Temperatur, Druck und Dauer sind so ausgewählt, dass ein schonendes Aushärten der ersten Umhüllung 50 erreicht wird. In einem schonend ausgehärteten Zustand ist die Umhüllung 50 nicht mehr flüssig sondern komplett ausgehärtet. Die Umhüllung 50 wird ausreichend gehärtet durch das erste Ausheilen 90, so dass, wenn ein Lumineszenzumwandlungsmaterial wie beispielsweise ein Phosphormaterial später auf die Oberfläche der ersten Umhüllung 50 aufgebracht wird, die Lumineszenzumwandlungsmaterialschicht nicht in die erste Umhüllung 50 eindringen kann, sondern das Lumineszenzumwandlungsmaterial auf der Oberfläche oder auf Oberflächenbereichen der ersten Umhüllung 50 haftet. In einem Beispiel, in dem die erste Umhüllung 50 ein Silikonepoxymaterial in einem 1 mm × 1 mm-Top-View-Typ-LED-Gehäuse umfasst, wird der erste Ausheilungsprozess bei 150 bis 200°C, bei atmosphärischem Druck und für eine Dauer von 80 bis 120 Sekunden ausgeführt, um die erste Umhüllung 50 ausreichend schonend auszuhärten. Die Prozessbedingungen des ersten Ausheilens 90 variieren mit dem Typ der ersten Umhüllung und dem Volumen der ersten Umhüllung 50 in der Öffnung 12; im Allgemeinen benötigt ein größeres erstes Umhüllungsvolumen eine längere Ausheilzeit.
Gemäß 1C und Schritt 508 von 2 wird ein Lumineszenzumwandlungsmaterial 60a an der schonend ausgehärteten ersten Umhüllung 50 angebracht. In einer Ausführungsform umfasst das Lumineszenzumwandlungsmaterial 60a eine Pulvertypsubstanz, die mittels eines Abscheideprozesses aufgebracht wird. Das Lumineszenzumwandlungsmaterial 60a kann unter äußerer Kraft an der schonend ausgehärteten ersten Umhüllung 50 derart angebracht werden, dass ein thermischer Stress oder mechanischer Druck ausgeübt wird, so dass ein unterer Teil des Lumineszenzumwandlungsmaterials 60a äußer in oder haftend auf der oberen Oberfläche der schonend ausgeheilten ersten Umhüllung 50. 3 ist eine konzeptionelle Darstellung der äußeren Kraft F, die durch das Element 62 auf das Lumineszenzumwandlungsmaterial 60a auf die schonend ausgehärtete erste Umhüllung 50 ausgeübt wird. Da die erste Umhüllung 50 sich in einem schonend ausgehärteten Zustand befindet und nicht ausgehärtet ist, kann die obere Oberfläche das Lumineszenzumwandlungsmaterial 60a aufnehmen und Teilchen des Lumineszenzumwandlungsmaterials 60a daran haften lassen.
Das Lumineszenzumwandlungsmaterial 60a wirkt dabei so, dass es eine erste optische Energie einer ersten Wellenlänge, wie sie von der LED emittiert wird, absorbiert und die absorbierte optische Energie und eine zweite optische Energie einer zweiten Wellenlänge, die von der ersten Wellenlänge verschieden ist, umwandelt. Beispielsweise um eine zweite optische Energie einer Weißlichtwellenlänge zu erzeugen, kann die erste Wellenlänge der LED blau sein und das Lumineszenzumwandlungsmaterial 60a kann ein gelb-fluoreszierendes Material umfassen. Um den Farbwiedergabeindex (CRI) des Gehäuses zu verbessern, kann dem Lumineszenzumwandlungsmaterial 60a roter Phosphor zugegeben werden. In einem anderen Fall kann die zweite optische Energie bei einer weißen Wellenlänge erzeugt werden, wenn die erste Wellenlänge der LED ultraviolett ist und dem Lumineszenzumwandlungsmaterial 60a rot/grün/blaues Phosphormaterial hinzugegeben wird.
1D und Schritt 510 von 2 zeigt, dass überschüssiges Lumineszenzumwandlungsmaterial 60a von der oberen Oberfläche der ersten Umhüllung 50 entfernt wird. Dieser Schritt kann beispielsweise durch Schütteln oder Vibrieren des Gehäuses in einer Kopfüberposition durchgeführt werden, wobei die überschüssigen Partikel oder Materialien durch die Schwerkraft entfernt werden. In einer anderen Technik kann ein Gasstrom unter Druck, z. B. ein Argon, Neon oder Stickstoffgasstrom in dem Lumineszenzumwandlungsmaterial 60a zugeführt werden, um das überschüssige Material von der oberen Oberfläche der ersten Umhüllung 50 zu entfernen. Als Ergebnis verbleibt eine Lumineszenzumwandlungsmaterialschicht 60 auf der oberen Oberfläche der ersten Umhüllung 50. Die entstandene Lumineszenzumwandlungsmaterialschicht 60 besteht im Wesentlichen aus Lumineszenzumwandlungsmaterial 60a, da das Material 60a auf der Oberfläche der ersten Umhüllung 50 angebracht wurde und es nicht als eine Mischung mit dem Material der ersten Umhüllung 50 angebracht wurde. Das Anbringen der Lumineszenzumwandlungsmaterialschicht 60, welche im Wesentlichen aus dem Lumineszenzumwandlungsmaterial 60a besteht, unterscheidet sich von dem herkömmlichen Ansatz zur Herstellung von LED-Strukturen, in welchen die Lumineszenzumwandlungsmaterialschicht 60 nicht direkt mit dem Harz oder der ersten Umhüllung 50 gemischt wird, sondern es als eine Schicht auf der Oberfläche der schonend ausgeheilten ersten Umhüllung 50 aufgebracht wird, wie es oben beschrieben wurde. Der Ausdruck „besteht im Wesentlichen aus” soll ausdrücken, dass das Material in erster Linie Lumineszenzumwandlungsmaterial enthält, wobei es dennoch einen gewissen kleinen Anteil an Verunreinigungen oder anderen Materialien in der Lumineszenzumwandlungsmaterialschicht 60 enthalten kann.
Experimentell konnte gezeigt werden, dass die Dicke der resultierenden Lumineszenzumwandlungsmaterialschicht 60 die Umwandlungseffizienz des Bauelementes be stimmt, wobei die Umwandlungseffizienz das Leistungsverhältnis zwischen der umgewandelten optischen Energie (das heißt, die Leistung des Lichtes, das in einer zweiten Wellenlänge emittiert wird, oder Licht, das durch das Durchdringen der Lumineszenzumwandlungsmaterialschicht 60 umgewandelt wird) und der ursprünglichen optischen Energie (das heißt, die Leistung des Lichtes der ersten Wellenlänge oder der Wellenlänge, wie sie durch die LED erzeugt wird) für die optische Energie, wie sie von dem Gehäuse emittiert wird. Eine höhere Umwandlungseffizienz bedeutet, dass entsprechend mehr Licht durch die Lumineszenzumwandlungsmaterialschicht 60 umgewandelt wurde, und entsprechend weniger Licht einer ersten Wellenlänge der LED von dem Gehäuse ohne Umwandlung emittiert wird.
Es konnte außerdem festgestellt werden, dass die Umwandlungseffizienz des Bauelementes in direkter Beziehung zu der Dicke der Lumineszenzumwandlungsmaterialschicht 60 steht und eine optimale Umwandlungseffizienz für eine vorgegebene Bauelementkonfiguration ermittelt werden kann. Ist beispielsweise die Lumineszenzumwandlungsmaterialschicht 60 zu dünn, dann nimmt die Umwandlungseffizienz ab, da die optische Energie einer ersten Wellenlänge durch die Lumineszenzumwandlungsmaterialschicht 60 hindurchtritt, ohne umgewandelt zu werden. Ist die Lumineszenzumwandlungsmaterialschicht 60 jedoch zu dick, dann nimmt die Umwandlungseffizienz ab, da der Anteil der optischen Energie mit der Umwandlungswellenlänge und der ersten Wellenlänge der durch die Lumineszenzumwandlungsmaterialschicht 60 hindurchtritt, abnimmt.
Aus den gleichen Gründen konnte ermittelt werden, dass die Dicke der resultierenden Lumineszenzumwandlungsmaterialschicht 60 direkt in Beziehung mit der Durchlässigkeit der optischen Energie einer ersten Wellenlänge des Bauelementes steht, wobei die Durchlässigkeit des Bauelements ausgedrückt werden kann durch das Leistungsverhältnis zwischen der optischen Energie des Lichtes, das bei einer ersten Wellenlänge von der LED emittiert wird, zu der optischen Energie des Lichtes, das durch die Lumineszenzumwandlungsmaterialschicht 60 hindurchtritt und von dem Gehäuse mit einer ersten Wellenlänge (das heißt die nicht-umgewandelte Lichtenergie). Es wurde festgestellt, dass ein optimaler Durchlässigkeitswert für eine gegebene Bauele mentkonfiguration ermittelt werden kann, da die Durchlässigkeit des Bauelementes direkt mit der Dicke der Lumineszenzumwandlungsmaterialschicht 60 in Beziehung steht. Zum Beispiel resultiert eine dünnere Lumineszenzumwandlungsmaterialschicht 60 in einer höheren Durchlässigkeit für das Bauelement und eine dickere Lumineszenzumwandlungsmaterialschicht 60 resultiert in einer kleineren Durchlässigkeit des Bauelementes. Die Dicke des Lumineszenzumwandlungsmaterials kann aus dem geeigneten Durchlässigkeitsbereich bei einem maximalen Umwandlungseffizienzbereich ermittelt werden, zum Beispiel einer Durchlässigkeit in einem Bereich zwischen 5 und 10%. Auch andere Durchlässigkeitsbereiche sind möglich und können für besondere Anwendungen erstrebenswert sein.
Einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verlangen eine Kontrolle der Härte der schonend ausgehärteten ersten Umhüllung 50 und damit eine Optimierung der Dicke der resultierenden Lumineszenzumwandlungsmaterialschicht 60. Im Allgemeinen ist eine erste Umhüllungsschicht 50 die weniger ausgehärtet wurde weniger hart und daher empfänglicher für eine größere Menge an Lumineszenzumwandlungsmaterial 60a, was wiederum in einer größeren Dicke der entstehenden Lumineszenzumwandlungsmaterialschicht 60 resultiert.
Andererseits ist eine erste Umhüllungsschicht 50 die weiter ausgehärtet wurde, härter und damit weniger empfänglich für Lumineszenzumwandlungsmaterial 60a, was daher in einer verringerten Dicke der Lumineszenzumwandlungsmaterialschicht 60 resultiert. Die Prozessbedingungen für das erste Ausheilen 90 sind in direkter Abhängigkeit zu der resultierenden Härte der ersten Umhüllungsschicht 50 zur Zeit des Aufbringens des Lumineszenzumwandlungsmaterials 60, und daher direkt in Abhängigkeit zu der Dicke der Lumineszenzumwandlungsmaterialschicht 60.
Die Entstehung der Lumineszenzumwandlungsmaterialschicht 60 ist relativ dünn, was eine Menge an Vorteilen mit sich bringt. Erstens, eine relativ dünne Schicht kann leichter kontrolliert werden, was zu einer verbesserten Farbreproduzierbarkeit des Herstellungsprozesses führt. Zweitens führt eine relativ dünne Schicht zu einer entlang der Oberfläche gleichmäßigeren Dicke der ersten Umhüllungsschicht, und damit zu einer gleichmäßigeren Färbung des emittierten Lichtes des Bauelements. Drittens, da relativ wenig Material für die Schicht verbraucht wird, können die Materialkosten zur Herstellung reduziert werden.
Gemäß 1E und Schritt 512 in 2, kann eine optionale zweite Umhüllungsschicht 70, zum Beispiel eine Passivierungsschicht auf der Lumineszenzumwandlungsmaterialschicht 60 gebildet werden. Die zweite Umhüllungsschicht 70 schützt die darunterliegende Lumineszenzumwandlungsmaterialschicht 60 vor externen Umwelteinflüssen, zum Beispiel Feuchtigkeitseinflüsse. Gemäß weiterer Ausführungsformen kann die zweite Umhüllungsschicht 70 im Wesentlichen flach, oder mit verschiedenen optischen Eigenschaften, wie sie im folgenden in Verbindung mit weiteren Ausführungsformen beschrieben werden, umfassen. Die zweite Umhüllungsschicht 70 kann beispielsweise ein Material, das transparent ist, für die umgewandelte optische Energie wie sie von der Lumineszenzumwandlungsmaterialschicht 60 abgegeben wird, welche wenigstens eines von: Epoxy, Silikon, Urethan, Oxethan, Acryl, Polycarbonat, Polyimid, und eine Mischung von wenigstens zweien dieser Materialien, welche geeignet sind, die darunter liegende Lumineszenzumwandlungsmaterialschicht 60 zu schützen.
1E und Schritt 514 in 2 zeigen einen zweiten Ausheilprozess 92, der entstandenen Struktur, welche die schonend ausgehärtete erste Umhüllung 50, die Lumineszenzumwandlungsmaterialschicht 60 und die zweite Umhüllungsschicht 70 enthält. Die Prozessbedingungen für das zweite Ausheilen 92, für Temperatur, Druck und Zeitdauer sind so gewählt, dass ein heftiges Aushärten der ersten Umhüllung 50 des LED-Bauelements erreicht wird. Heftig ausgehärtet ist die erste Umhüllung 50 im wesentlichen vollständig ausgehärtet. In einem Beispiel, in dem die erste Umhüllung in einem 7 mm × 7 mm Aufsicht-Typ LED-Gehäuse Silikon Epoxy Material enthält (Chipgröße ist 1 mm × 1 mm), wird ein zweiter Ausheilprozess bei 150°C bis 200°C, bei Atmosphärendruck, für eine Zeitdauer von 5 bis 30 Minuten ausgeführt, was sich für ein heftiges Aushärten der ersten Umhüllung 50 als ausreichend erwiesen hat. In diesem Beispiel, ist die Zeitdauer des zweiten Ausheilungsprozesses viel länger als die Zeitdauer der ersten Ausheilungsprozesses. Andere Prozessparameter wie Temperatur und/oder Druck können entsprechend angepasst werden, um das heftige Aushärten des Bauelementes zu erreichen. Die Prozessbedingungen des zweiten Aushärtens 92 ändern sich je nach Typ der ersten Umhüllung und der Menge der ersten Umhüllung 50; Im allgemeinen gilt, eine größere Menge der ersten Umhüllung benötigt eine längere Zeitdauer für den zweiten Ausheilschritt.
1E in Schritt 516 und 518 in 2 zeigen in einer weiteren Ausführungsform, dass der zweite Ausheilschritt 92 optional vor dem Ausbilden der zweiten Umhüllungsschicht 70 durchgeführt werden kann.
4 ist ein Querschnittsdiagramm einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 4 zeigt einen optionalen Wellenlängenfilter 80, der in den optischen Weg der emittierten optischen Energie gebracht werden kann, zum Beispiel auf die Passivierungsschicht 70, um die optische Energie, wie sie von dem Bauelement 2 abgegeben wird, zu filtern. In einem Beispiel kann ein Wellenlängenfilter 80 aufgebracht werden, um die optische Energie zu absorbieren, die bei einer bestimmten Wellenlänge aus allen Wellenlängen imitiert wird. In einem Beispiel kann der Filter eingestellt sein, um die erste optische Energie, die von der LED 20 imitiert wird, zu absorbieren, und dabei gleichzeitig durchlässig für die zweite optische Energie ist, die umgewandelt wurde, und von der Lumineszenzumwandlungsmaterialschicht 60 imitiert wurde. In einem Fall wo die LED optische Energie einer Ultraviolettenwellenlänge erzeugt, kann der Filter 80 so ausgeführt sein, dass er die Energie der Ultraviolettenwellenlänge absorbiert, um Personen vor der Bestrahlung mit schädlicher ultravioletter Energie zu schützen. In bestimmten Anwendungen kann der Filter ausgeführt sein, um Wärme zu verteilen. In alternativen Ausführungsformen, kann eine organische oder anorganische Farbe auf den Filter aufgebracht werden, um eine spezielle Wellenlänge oder Farbe herauszufiltern oder passieren zu lassen, zum Beispiel als Anwendung einer Bühnen- oder Theaterbeleuchtung oder für Ampeln.
5A und 5B zeigen Querschnittsdiagramme weiterer Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. In diesen Ausführungsformen ist die zweite Umhüllungsschicht 70 linsenförmig ausgebildet, um eine optische Funktion zu übernehmen. In der Ausführungsform gemäß 5A ist die zweite Umhüllungsschicht 70 als Einzellinse ausge führt, um die optische Energie, wie sie von der LED-Struktur 3 imitiert wurde, zu streuen. In der Ausführungsform gemäß 5B, ist die zweite Umhüllungsschicht 70 als Vielfachkonvexlinse ausgeführt, um die optische Energie der LED-Struktur 4 stärker zu streuen. Die zweite Umhüllungsschicht 70 kann aber genauso in der Form von anderen optischen Elementen ausgeführt sein, um eine gewünschte optische Funktion der Bauelemente 3, 4 zu übernehmen.
6A bis 6B sind Querschnittsdiagramme, die die Herstellung einer LED-Struktur gemäß anderer Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung darstellen.
6A und Schritt 502 der 2 zeigen ein Gehäusesubstrat 10 mit einem Schlitz oder einer Öffnung 12, wie sie oben beschrieben wurde. Das Gehäusesubstrat 10 kann optional eine Befestigung 30 zentral in dem Gehäuse aufweisen, um die LED 20 anzuordnen. Die LED 20 kann auf der optionalen Befestigung 30 oder gemäß anderer Ausführungsformen direkt auf dem Gehäusesubstrat 10 befestigt werden. In verschiedenen Ausführungsformen kann die LED ausgeführt werden, um optische Energie, zum Beispiel optische Energie bei ultravioletter oder blauer Wellenlänge zu erzeugen. Der Schlitz 12 kann mit schrägen Seitenwänden 12a ausgeführt sein, um die Lichtausbeute des Gehäuses zu erhöhen.
Im Weiteren zeigt 6A und 504 in 2 eine erste Umhüllung 52, oder eine Harzschicht, die in der Öffnung 12 angeordnet ist, um die LED zu erhöhen. In dieser Ausführungsform füllt die Umhüllung 52 die Öffnung nicht über die Oberfläche der LED 20 hinaus. Stattdessen ist die erste Umhüllung 52 der vorliegenden Ausführungsform so ausgeführt, dass sie ausschließlich die LED 20 und einen engen Bereich um die LED 20 herum umhüllt, zum Beispiel der Bereich des Bauelementes, der über der Befestigung oder dem Substrat 30 liegt. In einer Ausführungsform ist die Umhüllung 52 selektiv auf der LED 20 und der Befestigung 30 angeordnet und nicht auf dem Gehäusesubstrat 10. In einer anderen Ausführungsform ist die Umhüllung 52 in der gesamten Öffnung 12 aufgebracht, inklusive dem Gehäusesubstrat 10, der LED 20 und der Befestigung 30, und wird dann selektiv derart strukturiert, dass die Umhüllung 52 lediglich ausschließlich auf der LED 20 und optional auf naheliegenden Bereichen um die LED 20 herum verbleibt. Wie bei den oben beschriebenen Ausführungsformen der 1A bis 1B kann die Umhüllung 52 ein Material umfassen, das für optische Energie bei Wellenlängen wie sie von der LED 20 imitiert werden, durchlässig ist. In weiteren Ausführungsformen kann die erste Umhüllung 52 wenigstens eines der Materialien Epoxy, Silikon, Steifes Silikon, Urethan, Oxethan, Acryl, Polycarbonat, Polyimid, einer Mischung von wenigstens zwei dieser zum Schutz der darunterliegenden LED 20 geeigneten Materialien umfassen.
Außerdem zeigt 6A und Schritt 506 in 2 in der oben beschriebenen Ausführungsform, ein erstes Ausheilen 90 der entstandenen Struktur, mit der ersten Umhüllung 52. Die Prozessbedingungen für das erste Ausheilen 90, wie Temperatur, Druck und Zeitdauer sind so gewählt, dass ein schonendes Aushärten der ersten Umhüllung 52 erreicht wird. Im schonend ausgehärteten Zustand ist die erste Umhüllung 52 nicht mehr in einem flüssigen Zustand und ist nicht vollständig ausgehärtet. Stattdessen ist die erste Umhüllung 52 durch den ersten Ausheilschritt 90 lediglich so gehärtet, dass wenn ein Lumineszenzumwandlungsmaterial wie beispielsweise Phosphormaterial später auf der Oberfläche der ersten Umhüllung 52 aufgebracht wird, das Lumineszenzumwandlungsmaterial nicht in die erste Umhüllung 52 eindringt, sondern das Lumineszenzumwandlungsmaterial auf der Oberfläche oder dem oberen Bereich der ersten Umhüllung 52 anhaftet. Die Prozessbedingungen für das erste Ausheilen 90 können wie schon in Verbindung mit den Ausführungsformen der 1A bis 1E beschrieben, ermittelt werden.
6B und Schritt 508 in 2 zeigen wie ein Lumineszenzumwandlungsmaterial 60a auf die entstandene schonend ausgehärtete erste Umhüllung 52 aufgebracht wurde. In einer Ausführungsform umfasst das Lumineszenzumwandlungsmaterial 60a eine pulverförmige Substanz, die mit einem Abscheideprozess aufgebracht wurde. Das Lumineszenzumwandlungsmaterial 60a kann mittels einer äußeren Kraft auf die schonend ausgehärtete erste Umhüllung 52 aufgebracht werden, beispielsweise auf eine Art und Weise, wie sie in Verbindung mit 3 gezeigt ist, so dass thermischer Stress oder mechanischer Druck dem unteren Bereich des Lumineszenzumwandlungsmaterials 60a von außen auf die Oberfläche der schonend ausgehärteten Umhüllung 52 eingebracht werden. Da die erste Umhüllung 52 zwar schonend ausgehärtet, aber nicht durchgehärtet ist, ist die Oberfläche für das Lumineszenzumwandlungsmaterial 60a aufnahmefähig und Teilchen des Lumineszenzumwandlungsmaterials 60a haften daran an.
6C und Schritt 510 in 2 zeigen, dass überschüssiges Lumineszenzumwandlungsmaterial 60a von der Oberfläche der ersten Umhüllung 62 entfernt werden, beispielsweise auf eine Art und Weise wie sie in Verbindung mit 1D gezeigt ist. Als Ergebnis verbleibt eine Lumineszenzumwandlungsmaterialschicht 60 auf der Oberfläche der ersten Umhüllung 52. Die Lumineszenzumwandlungsmaterialschicht 60 besteht im Wesentlichen aus Lumineszenzumwandlungsmaterial 60a, wie es oben beschrieben wurde, in Verbindung mit der Ausführungsform gemäß 1D. Die Dicke der Lumineszenzumwandlungsmaterialschicht 60 bestimmt die Umwandlungseffizienz des Bauelementes, wie es in Verbindung mit der Ausführungsform gemäß 1A–1B beschrieben wurde.
6D und Schritt 512 in 2 zeigen eine optionale zweite Umhüllungsschicht 70, zum Beispiel eine Passivierungsschicht, die auf der Lumineszenzumwandlungsmaterialschicht 60 ausgebildet wurde. Die zweite Umhüllungsschicht 70 schützt die darunterliegende Lumineszenzumwandlungsmaterialschicht 60 vor externen Umwelteinflüssen. beispielsweise vor Feuchtigkeit. In weiteren Ausführungsformen ist die zweite Umhüllungsschicht 70 im Wesentlichen flach ausgeführt, oder enthält verschiedene optische Merkmale wie sie weiter unten in Verbindung mit weiteren Ausführungsformen beschrieben sind. Die zweite Umhüllungsschicht 70 kann beispielsweise Materialien umfassen wie sie in Verbindung mit der Beschreibung der Ausführungsformen gemäß 1A–1E beschrieben sind.
6D und Schritt 514 in 2 zeigen einen zweiten Ausheilprozess 92, die schonend ausgehärtete Umhüllung 52, die Lumineszenzumwandlungsmaterialschicht 60, und die zweite Umhüllungsschicht 90. Die Prozessbedingungen des zweiten Ausheilens 92, mit Temperatur, Druck und Zeitdauer sind so gewählt, dass ein heftiges Aushärten der ersten Umhüllung 50 erreicht wird. Im heftig ausgehärteten Zustand, ist die erste Umhüllung 52 im Wesentlichen vollständig ausgehärtet. Wie in den oben beschriebenen Ausführungsformen gemäß 1A–1E beschrieben, können die Prozessbedingungen für das zweite Ausheilen 92 je nach Art der ersten Umhüllung und der Menge der ersten Umhüllung 52 variieren; Im Allgemeinen gilt, eine größere Menge der ersten Umhüllung 52 benötigt eine längere Ausheilzeit für den zweiten Ausheilschritt.
6B und Schritt 516 und 518 in 2 zeigen eine weitere Ausführungsform, wobei das zweite Ausheilen 92 optional vor dem Ausbilden der zweiten Umhüllung 70 erfolgen kann.
7A–7C zeigen Querschnittsdiagramme weiterer Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. In diesen Ausführungsformen ist die zweite Umhüllungsschicht 70 linsenförmig ausgeführt, um eine optische Funktion zu übernehmen. In diesen Ausführungsformen ist ein optionaler Wellenlängenfilter 80 in den optischen Pfad der emittierten optischen Energie, beispielsweise auf der Passivierungsschicht 70 um die optische Energie, die durch die Bauelemente 6, 7, 8 emittiert wird, zu filtern. In der Ausführungsform gemäß 7A, ist die zweite Umhüllungsschicht 70 als konkave Einzellinse ausgeführt, um die optische Energie, die von der LED-Struktur 6 emittiert wurde, zu bündeln. In der Ausführungsform gemäß 7A ist die zweite Umhüllungsschicht 70 als konvexe Einzellinse ausgeführt, um eine Streuung der von der LED-Struktur 7 emittierten optischen Energie zu gewährleisten. In der Ausführungsform gemäß 7C, ist die zweite Umhüllungsschicht 70 als stark konvexe Einzellinsenkonfiguration ausgeführt, um eine noch stärkere Streuung der von der LED-Struktur 8 abgegebenen optischen Energie zu gewährleisten. Auch in der Ausführungsform gemäß 7C, sind die LED 20 und die Befestigung 30 in einem flachen Gehäusesubstrat 10 befestigt, und nicht in einem eingekerbten Gehäusesubstrat, was für spezielle Anwendungen von Vorteil sein kann.
8A ist eine perspektivische Ansicht eines LED-Gehäuses gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 8B–8D sind Querschnittsansichten des LED-Gehäuses aus 8A, entlang der Schnittlinie I-I' in 8A, gemäß verschiede ner Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Die verschiedenen Ausführungsformen sind nur beispielhaft und die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindungen sind nicht hierauf begrenzt. 8A zeigt einen ersten Anschluss 14a und einen zweiten Anschluss 14b des LED-Gehäuses, die mit der LED 20 verbunden sind, um eine Vorspannung oder einen Strom anzulegen, um optische Energie der LED 20 zu erzeugen. Die ersten und zweiten Anschlüsse 14a, 14b können beispielsweise aus einem thermisch leitfähigen Material gebildet sein, sodass sie auch Wärme von dem LED-Gehäuse abführen können.
8B zeigt gemäß einer weiteren Ausführungsform, dass der erste Anschluss 14a und der zweite Anschluss 14b durch die Isolationsschicht 11 von dem Gehäusesubstrat 10 isoliert sind. In diesem Beispiel liegt die Befestigung 30 auf dem ersten Anschluss 14a und ist hiervon durch die Isolationsschicht 31 isoliert. Bonddraht 16a verbindet den ersten Anschluss 14a mit dem ersten Anschluss der LED 20 und Bonddraht 16b verbindet den zweiten Anschluss 14b mit dem zweiten Anschluss der LED 20.
8C zeigt in einer weiteren Ausführungsform die Befestigung 30, befestigt auf dem ersten Anschluss 14a und dem zweiten Anschluss 14b, wobei die Befestigung 30 durch die Isolationsschicht 31 isoliert ist. Zwischenschichtdurchkontaktierungen 32 reichen durch die Befestigung 30 hindurch und verbinden den ersten Anschluss 14a zu dem ersten Anschluss der LED 20 und den zweiten Anschluss 14b zu dem zweiten Anschluss der LED 20.
8D zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der die Befestigung 30 auf beiden Anschlüssen 14a und 14b durch eine Isolationsschicht 31 isoliert angeordnet ist. Zwischenschichtoberflächenkontakte 34 verbinden jeweils den ersten Anschluss 14a mit dem ersten Anschluss der LED 20 und dem zweiten Anschluss 14b mit dem zweiten Anschluss der zweiten LED 20. Die Ausführungsform gemäß 8C und 8B können in kleineren Gehäusegeometrien hergestellt werden.
9A und 9B sind Querschnittsansichten eines LED-Gehäusemoduls gemäß verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Die verschiedenen Ausführungsformen sind nur beispielhaft und die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindungen sind nicht darauf beschränkt.
9A zeigt ein LED-Gehäuse 1, beispielsweise ein LED-Gehäuse wie es in 4 und 8B gezeigt ist, angeordnet auf einer Schaltplatine 300, um ein LED-Gehäusemodul 101 bereitzustellen. Der erste Anschluss 14a des LED-Gehäuses 1 ist elektrisch, mit einem ersten Leiter 310 auf der Schaltplatine 300 und der zweite Anschluss 14b des LED-Gehäuses 1 ist elektrisch verbunden mit dem zweiten Leiter 320 der Schaltplatine 300. Die ersten und zweiten Leiter 310, 320 wiederum sind mit einem Haupttreibersystem auf der Schaltplatine verbunden, oder sind mit der Schaltplatine 300 verbunden.
9B zeigt eine weitere Ausführungsform des LED-Gehäusemoduls 102 ähnlich zu dem oben beschriebenen LED-Gehäusemodul gemäß 9A, wobei die Schaltplatine 300 der vorliegenden Ausführungsform erste und zweite Zwischenschichtdurchkontaktierungen 316, 326 umfasst, die die ersten und zweiten Leiter 310, 320 auf der ersten Seite der Schaltplatine 300 zu den dritten und vierten Leitern 312, 322 auf der zweiten Seite der Schaltplatine 300 verbinden.
10A ist eine Aufsicht und 10B und 10C sind perspektivische Ansichten von LED-Gehäusematrixmodulen, gemäß verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Die verschiedenen Ausführungsformen sind nur beispielhaft und die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind nicht beschränkt darauf.
10A zeigt eine LED-Gehäusematrix 103 mit Spalten von LED-Gehäusen 1 mit ersten und zweiten Anschlüssen 14a und 14b entsprechend miteinander verbunden durch erste und zweite leitfähige Kontakte 310, 320. Auf diese Art und Weise werden die LED-Gehäuse 1 einer gemeinsamen Spalte so geschaltet, dass sie zur gleichen Zeit optische Energie emittieren. Die ersten und zweiten leitfähigen Verbindungen 310, 320 der jeweiligen Spalten können ebenso miteinander verbunden sein, dass die LED-Gehäuse von allen Spalten zur gleichen Zeit Licht emittieren, wenn sie eingeschaltet werden. 10B zeigt auf dem Umhüllungsmaterial entlang der Spalten ausgebildete zylindrische Linsen 340, oder alternativ entlang der Spalten der LED-Gehäuse auf dem gemeinsamen Substrat 300 angeordnete zylindrische Linsen, um optische Funktionen zu übernehmen. 10C zeigt eine Ausführungsform bei der die LED-Gehäuse entlang der Spalten oder Reihen der Matrix mit individuellen konvexen Linsen 350 auf dem Umhüllungsmaterial ausgebildet sind, um eine weitere optische Funktion der Matrix zu übernehmen.
11 zeigt eine Explosionszeichung eines LED-Systems in einer Anzeigevorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Üblicherweise bildet diese Art von Anzeigesystem, die Rand Back Light Unit (BLU) in einer Flüssigkristallanzeige (LCD). In dieser Ausführungsform ist eine LED-Gehäuse 1 oder eine LED-Gehäusematrix auf einer Schaltplatine 300 befestigt. Das LED-Gehäuse 1 kann vom Side-View-Typ sein. Eine Übertragungsplatte 410 kann aus durchlässigem Plastikharz, wie beispielsweise Acryl hergestellt sein und empfängt die optische Energie und funktioniert als Wellenleiter für die optische Energie, um die optische Energie zu einer Reflektorplatte 412 mit einer Struktur 412a zu leiten. Die reflektierte optische Energie wird auf einer Seite der Transferplatte emittiert und tritt in eine Streuplatte 414 ein, welche die optische Energie streut. Eine Vielzahl von Prismaplatten 416 leiten die emittierte optische Energie zu einer Anzeige 450, sodass die Energie im Wesentlichen senkrecht zur Ausdehnungsrichtung der Anzeige 450 emittiert wird.
12A–12D zeigen Ansichten des LED-Systems gemäß weiterer Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. 12A zeigt eine weitere Anwendung eines LED-Systems gemäß der vorliegenden Erfindung. In diesem Beispiel umfasst ein Projektorsystem 505 eine Lichtquelle 510, welche wiederum ein LED-Gehäuse 1 des hierin beschriebenen Typs umfasst. Das emittierte Licht tritt in eine Kondensorlinse 520 ein und wird zu einem Farbfilter 530 geleitet. Einen Fokussierungslinse 540 leitet das Licht zu einem Bildmodulierungsbauelement, zum Beispiel einem digitalen Mikrospiegelbauelement (DMD), welches das Licht entsprechend dem gewünschten Bild modu liert und das reflektierte Licht zu einer Projektionslinse 580 schickt. Die Projektionslinse 580 wiederum leitet das bildmodulierte Licht zu einem Projektionsschirm 590.
12B zeigt ein weiteres Beispiel einer Anwendung eines LED-Systems gemäß der vorliegenden Erfindung. In diesem Beispiel ist ein LED-System gemäß der vorliegenden Erfindung mit einem LED-Gehäuse 1 wie oben beschrieben an einem Autofrontlicht-, einem Hilfslicht- oder einem Rücklichtsystem 610 angeordnet.
12C zeigt eine weitere Anwendung eines LED-Systems gemäß der vorliegenden Erfindung. In diesem Beispiel ist das LED-System gemäß der vorliegenden Erfindung mit einem LED-Gehäuse 1 wie oben beschrieben an einem Straßenlaternen- oder an einem Ampelsystem 620 angeordnet.
12D zeigt eine weitere Anwendung eines LED-Systems gemäß der vorliegenden Erfindung. An diesem Beispiel ist das LED-System der vorliegenden Erfindung mit einem LED-Gehäuse 1 wie oben beschrieben an einem Beleuchtungssystem 630 wie beispielsweise einem Spotlicht oder einem Flutlicht angeordnet. 13 zeigt ein Blockdiagramm eines LED System gemäß der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. 13 zeigt ein LED System mit einem LED Controller 702, beispielsweise ein LED Controller der LED Aktivierungssignale erzeugt, welche ein oder mehrere LED Bauelemente 706 aktivieren und deaktivieren. Die Aktivierungssignale 704 umfassen beispielsweise die Treibsignale zum Anliegen der Vorspannung an die LED Bauelemente 706, so dass diese optische Energie emittieren. Die LED Bauelemente 706 wie hierin beschrieben, können individuell aktiviert werden, zum Beispiel in Anzeigeanwendungen, oder können in einer Matrix angeordnet sein und zusammen aktiviert werden, zum Beispiel für Beleuchtungsanwendungen. Der LED Controller 702 kann durch ein Befehlsverarbeitungssystem mit einem Speicher adressiert und programmiert werden, wie es durch bekannte Befehlsverarbeitungskonfigurationen schon bekannt ist.
Gemäß verschiedener Ausführungsformen kann die LED verschiedene geeignete Typen von LEDs umfassen, beispielsweise In_xAl_yGa_(1-x-y)(0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1) LEDs. Gemäß weiterer Ausführungsformen kann die LED beispielsweise als Flipchiptyp LED, als Vertikaltyp LED oder als Lateraltyp LED ausgeführt sein und das LED Gehäuse kann als Top-View Typgehäuse oder als Side-View-Typ Gehäuse ausgeführt sein. Derzeit werden vor allem Top-View Typ LED Gehäuse mit quadratischem Querschnitt beispielsweise 1 mm auf 1 mm insbesondere für Beleuchtungssysteme, Fensterbeleuchtung und Automobilfrontlampen genutzt. Derzeitige LED Chips vom Side-View-Typ sind gewöhnlicherweise rechteckig mit einer Größe von 250 μm × 600 μm und finden ihre Anwendung in mobilen Anzeigesystemen, wie beispielsweise Mobiltelefonen, MP3-Player und Navigationssystemen.
Die LED kann ausgeführt sein, um eine Vielzahl von schmalbändigen oder breitbändigen Wellenlängen zu erzeugen, zum Beispiel ultraviolett oder blaue Wellenlängen. Einheitliche Farbigkeit kann erhalten werden, wenn die LED in einen zentralen Bereich des Gehäusesubstrates 10 befestigt wird.
In den hierin beschriebenen verschiedenen Ausführungsformen kann das Gehäusesubstrat 10 eine beliebige Anzahl geeigneter Materialien zum Beispiel ein lichtbeständiges organisches Material wie beispielsweise Silikonharz, Epoxid, Acryl, Harz, Harnstoffharz, Imidharz oder Fluorharz. Alternativ dazu kann das Gehäusesubstrat 10 anorganische lichtbeständige Materialien umfassen wie beispielsweise Glas oder Silikagel. Das Gehäusesubstrat 10 kann mit einem Thermofixierungsprozess behandelt werden, so dass die entstehende Struktur der Wärme während des Herstellungsprozesses widerstehen kann. Füllmaterialien so wie AlN oder AlO können zu dem Gehäusesubstratmaterial 10 hinzugegeben werden, um thermische Spannungen wie sie in späteren Anwendungen oder beim Ausheilen der ersten und zweiten Umhüllungsschichten entstehen können, zu mindern. In anderen Ausführungsformen werden Metall oder keramische Materialien zu wenigstens einem Teil des Gehäusesubstrates 10 hinzugegeben, um die Wärmeverteilungseigenschaften des Gehäuses zu verbessern.
In den hierin beschriebenen verschiedenen Ausführungsformen kann das Lumineszenzumwandlungsmaterial 60a der Lumineszenzumwandlungsmaterialschicht 60 folgende Materialien oder Mischungen der folgenden Materialien enthalten:

• Durch Lanthanide, wie Eu, Ce etc, aktiviertes Nitrid/Oxid Material,. → M₂Si₅N₈:Eu, M₂Si₅N₈:Eu, MSi₇N₁₀:Eu, M_1.8Si₅O_0.2N₈:Eu, M_0.9Si₇O_0.1N₁₀:Eu, MSi₂O₂N₂:Eu (wobei M aus Sr, Ca, Ba, Mg, Zn ausgewählt werden kann)
• Durch Lanthanide, Übergangsmetalle (Mn, etc) aktivierte Erd-Alkali Halogen Apatite → M₅(PO₄)₃X:R (wobei M aus Sr, Ca, Ba, Mg, Zn ausgewählt ist; X aus F, Cl, Br, I ausgewählt ist; R ausgewählt ist aus Eu, Mn, Eu)
• Erd Alkali Metall-Bond Halogen Phosphor. → M₂B₅O₉X:R (wobei M ausgewählt ist aus Sr, Ca, Ba, Mg, Zn; X ausgewählt ist aus F, Cl, Br, I; R ausgewählt ist aus Eu, Mn, Eu)
• Erd Alkali Metal-Aluminat Phosphor. → SrAl₂O₄:R, Sr₄Al₁₄O₂₅:R, CaAl₂O₄:R, BaMg₂Al₁₆O₂₇:R, BaMg₂Al₁₆O₁₂:R, BaMgAl₁₀O₁₇:R (wobei R ausgewählt ist aus Eu, Mn, Eu)
• Erd Alkali Silikat Phosphor. → (SrBa)₂SiO₄:Eu
• Erd Alkali Emulsifikat Phosphor. → La₂O₂S:Eu, Y₂O₂S:Eu, Gd₂O₂S:Eu
• Erd Alkali Thiogallat Phosphor.
• Erd Alkali nitrierter Silikon Phosphor.
• Germanat
• Seltene Erden Aluminat, durch Lanthanide, wie Ce, Eu, aktivierte seltene Erden Silikate. → Y₃Al₅O₁₂:Ce, (Y_0.8Gd_0.2)₃Al₅O₁₂:Ce, Y₃(Al_0.8Ga_0.2)₅O₁₂:Ce, (Y, Gd)₃(Al, Ga)₅O₁₂[YAG] → Tb₃Al₅O₁₂:Ce, Lu₃Al₅O₁₂:Ce
• ZnS:Eu, Zn₂GeO₄:Mn, MGa₂S₄:Eu (wobei M ausgewählt ist aus Sr, Ca, Ba, Mg, Zn; X ausgewählt ist aus F, Cl)
• Aktivierungsmaterial kann geändert oder hinzugefügt werden: Eu → Tb, Cu, Ag, Au, Cr, Nd, Dy, Co, Ni, Ti

Das Lumineszenzumwandlungsmaterial 60a kann außerdem andere geeignete Materialien zur Umwandlung der Wellenlänge der optischen Energie enthalten.
Es wurden Experimente durchgeführt um zu ermitteln ob die Umwandlungseffizient für ein LED Bauelement durch das Kontrollieren der Dicke der Lumineszenzumwandlungsmaterialschicht optimiert werden kann. Das Experiment wurde mit einem 7 mm × 7 mm Top-View LED Gehäuse mit einer ultraviolett emittierenden LED und einem grünen Phosphormaterial als Lumineszenzumwandlungsmaterial durchgeführt. Die LED 20 war umhüllt mit einer ersten Umhüllungsschicht 50 aus einem transparenten Silikonharz, das die Gehäuseöffnung 12 zu etwa 90 Prozent ausfüllte. Der erste Ausheilschritt 90 zum schonenden Aushärten der ersten Umhüllungsschicht 50 wurde bei einer Temperatur von 165 Grad für 100 Sekunden durchgeführt. Als Lumineszenzumwandlungsmaterial 60a wurde grünes Phosphormaterial genutzt, wobei das überschüssige Lumineszenzumwandlungsmaterial 60a entfernt wurde um eine Lumineszenzumwandlungsmaterialschicht 60 zu erhalten, und das Ergebnis wurde einem zweiten Ausheilschritt 92 bei einer Temperatur von 165 Grad für 5 Minuten unterzogen um das entstandene Bauelement heftig auszuhärten. Es wurden fünf solcher Proben hergestellt, wobei die Dicke des grünen Phosphors experimentell gemessen wurde und bei allen Proben unterschiedlich war. Die entstehende Dicke des grünen Phosphors wurde gesteuert durch kontrollierten mechanischen Druck auf das Lumineszenzumwandlungsmaterial 60a wie es oben beschrieben wurde. Als Ergebnis hatten die Proben 1 bis 5 Dicken des grünen Phosphors von 226 μm, 224 μm, 190 um, 153 μm und 108 μm wie es auch in Tabelle 1 unten gezeigt ist.
Entsprechend der Daten in Tabelle 1 wurden Labormessungen für die Ausgangsleistung der optischen Energie der LED bei ultravioletten (UV) Wellenlängen für jede Probe (Probe 1 bis 5) durchgeführt bevor die grüne Phosphorschicht aufgebracht wurde. Aus Tabelle 1 kann entnommen werden, dass die Ausgangsenergien der UV Wellenlängen in der Proben 1 bis 5 149 mW, 145 mW, 148 mW, 148 mW and 147 mW betrogen.
Im Weiteren wurden Labormessungen der Ausgangsleistung der optischen Energie bei ultravioletter (UV) Wellenlänge hindurchgeführt für jede Probe (Proben 1 bis 5) nach dem Aufbringen der grünen Phosphorschicht. Aus Tabelle 1 kann entnommen werden, dass die Ausgangsenergie bei UV Wellenlängen der fünf Proben 4,3 mW, 4,6 mW, 7,5 mW, 5 mW, 11,1 mW und 11,6 mW betrugen.
Außerdem wurden Labormessungen der Ausgangsleistung für die optische Energie gemäß der umgewandelten grünen Wellenlängen für jede Probe (Proben 1 bis 5) nach dem Anbringen der grünen Phosphorschicht durchgeführt. Aus Tabelle 1 kann entnommen werden, dass die umgewandelte Ausgangsenergie bei grünen Wellenlängen der fünf Proben 67 mW, 74 mW, 91,3 mW, 106,8 mW, und 88 mW betrugen.
Die Umwandlungseffizienz des erhaltenen LED Bauelementes oder in diesem Fall, da Phosphor als Lumineszenzumwandlungsmaterialschicht genutzt wurde, der Phosphorumwandlungseffizienz (PCE) kann für jede Probe bestimmt werden aus: PCE = Ausgangsleistung bei grüner Wellenlänge/Ausgangsleistung bei UV Wellenlänge (Vorphosphor-Nachphosphor)
Zum Beispiel für Probe 1:

PCE = 67 mW/(149 mW – 4,3 mW) = 46.3%

Die PCE Werte für alle Proben (Proben 1 bis 5) wurden dementsprechend zu 46,3%, 52,7%, 65%, 78%, und 66.5% berechnet.
Zur gleichen Zeit wurde die Durchlässigkeit für jede Probe (Proben 1 bis 5) berechnet zu:
Zum Beispiel für Probe 1,

Durchlässigkeit = 4,3 mW/149 mW = 2,9%

Die Durchlässigkeitswerte für jede Probe (Proben 1 bis 5) wurden dementsprechend berechnet zu as 2,9%, 3,2%, 5%, 7,5%, und 10%.
14A zeigt einen Graph der Phosphorumwandlungseffizienz (PCE) als Funktion der Phosphordicke der experimentellen Ergebnisse aus den Proben gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung; und 14B zeigt den Graph einer Phosphorumwandlungseffizienz (PCE) als Funktion der Ausgangsleistung bei UV Wellenlänge nach dem Aufbringen der grünen Phosphorumwandlungsschicht für experimentelle Ergebnisse von Proben gemäß der vorliegenden Erfindung.
14A und 14B zeigen das eine optimale PCE für das experimentelle Bauelemente das unter den Prozessbedingungen der Probe 4 S4 erhalten wurde. Es kann ebenso gesehen werden, dass wenn die PCE einen Wert von 80% des Maximalwertes von ungefähr 78% bis ungefähr 120% des Maximalwertes aufweist, die Phosphordicke der Probe (zwischen 200 μm und 100 μm für Proben 3 bis 5) in etwa 5% bis 10% der von der LED emittierten UV optischen Energie durchlässt; d. h. 5% bis 10% der optischen Energie bei UV Wellenlänge wird ohne Umwandlung durch die grüne Phosphorschicht durchgelassen. Dies zeigt, dass die resultierende Umwandlungseffizienz (in diesem Experiment PCE) des Bauelementes durch die Steuerung der Dicke der Lumineszenzumwandlungsschicht (in diesem Experiment grüner Phosphor) optimiert werden kann. Die Daten in 14B sind Tabelle 1 entnommen und zeigen das PCE und UV Leistung nach der Phosphorumwandlung eine signifikante Beziehung aufweisen.

14B zeigt, dass in diesem Beispiel PCE einen maximalen Wert erreicht, wenn die UV Leistung nach dem Phosphoraufbringen in etwa 11 mW beträgt und die Durchlässigkeit dann 7,5% beträgt. Tabelle 1

	vor Phosphor	nach Phosphor		PCE (%)	Durchlässigkeit (%)	Phosphordicke (μm)
	UV (mW)	UV (mW)	Grün (mW)	PCE (%)	Durchlässigkeit (%)	Phosphordicke (μm)
Probe 1	149	4,3	67	46,3	2,9	226
Probe 2	145	4,6	74	52,7	3,2	224
Probe 3	148	7,5	91,3	65	5	190
Probe 4	148	11,1	106,8	78	7,5	153
Probe 5	147	14,6	88	66,5	10	108

Die Bauelemente, Systeme und Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung erlauben daher eine höhere Farbreproduzierbarkeit der LED Bauelemente, während die benötigte Menge an Lumineszenzumwandlungsmaterial reduziert ist und dadurch auch die Herstellungskosten reduziert werden. Insbesondere kann die Durchlässigkeit und die Umwandlungseffizienz der LED Bauelemente durch das genaue Steuern der Dicke der Lumineszenzumwandlungsmaterialschicht die die Wellenlängenumwandlung der optischen Energie bewirkt optimiert werden. Die Dicke der Lumineszenzumwandlungsmaterialschicht wird genau gesteuert durch das Aufbringen des Lumineszenzumwandlungsmaterials auf die Oberfläche einer schonend ausgehärteten ersten Umhüllungsschicht die die darunter liegende LED umhüllt, und optional durch das Aufbringen eines kontrollierten Druckes um das aufgebrachte Lumineszenzumwandlungsmaterial in die Oberfläche zu drücken. Experimentelle Ergebnisse zeigen eine enge Beziehung zwi schen der Dicke der Lumineszenzumwandlungsmaterialschicht und der resultierenden Durchlässigkeit und Umwandlungseffizienz des LED Bauelementes.
Obwohl die Ausführungsformen der Erfindung im Bezug auf bevorzugte Ausführungsformen genau gezeigt und beschrieben sind, wird klargestellt, dass ein Fachmann vielfältige Änderungen in Form und Details vornehmen könnte ohne von dem Geist und dem Umfang der Erfindung wie sie in den folgenden Ansprüchen definiert ist abzurücken.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- KR 2008-0042424 [0001]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines LED Halbleiterbauelementes umfassend die folgenden Schritte: Bereitstellen (502) einer LED auf einem Substrat; Bereitstellen (504) einer ersten Umhüllungsmaterialschicht auf der LED; erstes Ausheilen (506) der ersten Umhüllungsmaterialschicht; Bereitstellen (508) einer Lumineszenzumwandlungsmaterialschicht auf der zuerst ausgeheilten ersten Umhüllungsmaterialschicht; und zweites Ausheilen (514, 516) der ersten Umhüllungsmaterialschicht und der Lumineszenzumwandlungsmaterialschicht.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Lumineszenzumwandlungsmaterialschicht im Wesentlichen aus Lumineszenzumwandlungsmaterial besteht.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Bereitstellen der Lumineszenzumwandlungsmaterialschicht auf der zuerst ausgeheilten ersten Umhüllungsmaterialschicht das Bereitstellen der Lumineszenzumwandlungsmaterialschicht bis zu einer Dicke umfasst, die ausgewählt wird, um eine resultierende Durchlässigkeit für optische Energie, wie sie von dem LED Halbleiterbauelement emittiert wird, zu ermitteln.
Verfahren gemäß Anspruch 1 weiter umfassend das Kontrollieren der Dicke der Lumineszenzumwandlungsmaterialschicht durch Steuern der Prozessbedingungen des ersten Ausheilens der ersten Umhüllungsmaterialschicht.
Verfahren nach Anspruch 1 weiterhin umfassend das Kontrollieren der Dicke der Lumineszenzumwandlungsmaterialschicht durch das Anlegen eines äußeren Druckes auf die erste Umhüllungsmaterialschicht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das erste Ausheilen unter ersten Prozessbedingungen durchgeführt wird, und wobei das zweite Ausheilen unter zweiten Prozessbedingungen durchgeführt wird, und wobei die zweiten Prozessbedingungen unabhängig von den ersten Prozessbedingungen sind.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die ersten Prozessbedingungen des ersten Ausheilens ein schonendes Aushärten der ersten Umhüllungsmaterialschicht bewirken und wobei die zweiten Prozessbedingungen des zweiten Ausheilens ein heftiges Aushärten der ersten Umhüllungsmaterialschicht bewirken.
Verfahren nach Anspruch 1 weiterhin umfassend das Bereitstellen einer zweiten Umhüllungsmaterialschicht auf der Lumineszenzumwandlungsmaterialschicht.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die zweite Umhüllungsmaterialschicht für die optische Energie einer Wellenlänge wie sie von der LED emittiert wird im Wesentlichen transparent ist.
Verfahren nach Anspruch 8, weiterhin umfassend Bereitstellen einer zweiten Umhüllungsmaterialschicht auf der Lumineszenzumwandlungsmaterialschicht vor dem zweiten Ausheilen der ersten Umhüllungsmaterialschicht und der Lumineszenzumwandlungsmaterialschicht.
Verfahren nach Anspruch 8 weiterhin umfassend Bereitstellen einer zweiten Umhüllungsmaterialschicht auf der Lumineszenzumwandlungsmaterialschicht nach dem zweiten Ausheilen der zweiten Umhüllungsmaterialschicht und der Lumineszenzumwandlungsmaterialschicht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste Umhüllungsmaterialschicht im Wesentlichen für die optische Energie einer Wellenlänge emittiert durch die LED transparent ist.
Verfahren nach Anspruch 1 weiterhin umfassend selektives Entfernen eines Teils der Lumineszenzumwandlungsmaterialschicht nach dem Bereitstellen der Lumineszenzumwandlungsmaterialschicht auf der zuerst ausgeheilten ersten Umhüllungsmaterialschicht, wobei das selektive Entfernen einen Teil der Lumineszenzumwandlungsmaterialschicht entfernt der nicht an der zuerst ausgeheilten ersten Umhüllungsmaterialschicht haftet.
Verfahren nach Anspruch 1 weiter umfassend das Bereitstellen eines Filters auf der Lumineszenzumwandlungsmaterialschicht.
Verfahren nach Anspruch 1 weiterhin umfassend Bereitstellen einer oder mehrerer Linsen auf der Lumineszenzumwandlungsmaterialschicht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bereitstellen einer ersten Umhüllungsmaterialschicht auf der LED außerdem das Bereitstellen einer ersten Umhüllungsmaterialschicht auf dem Substrat umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bereitstellen einer ersten Umhüllungsmaterialschicht auf der LED außerdem das Bereitstellen einer ersten Umhüllungsmaterialschicht ausschließlich auf der LED und dem Substrat und das Strukturieren der ersten Umhüllungsmaterialschicht, so dass das erste Umhüllungsmaterial ausschließlich auf der LED verbleibt, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei das Bereitstellen der Lumineszenzumwandlungsmaterialschicht auf der zuerst ausgeheilten ersten Umhüllungsmaterialschicht außerdem das Bereitstellen der Lumineszenzumwandlungsmaterialschicht auf dem Substrat umfasst; und außerdem umfasst: selektives Entfernen eines Teils der Lumineszenzumwandlungsmaterialschicht nach dem Bereitstellen der Lumineszenzumwandlungsmaterialschicht auf der zuerst ausgeheilten ersten Umhüllungsmaterialschicht und dem Substrat, wobei das selektive Entfernen den Teil der Lumineszenzumwandlungsmaterialschicht entfernt, der nicht an der zuerst ausgeheilten ersten Umhüllungsmaterialschicht haftet.
Verfahren nach Anspruch 17 weiterhin umfassend das Bereitstellen einer zweiten Umhüllungsmaterialschicht auf der Lumineszenzumwandlungsmaterialschicht und dem Substrat.
Verfahren nach Anspruch 19 weiterhin umfassend Ausformen der zweiten Umhüllungsmaterialschicht in konvexer oder konkaver Form.
Verfahren nach Anspruch 19 weiterhin umfassend das Bereitstellen eines Filter auf der zweiten Umhüllungsmaterialschicht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Lumineszenzumwandlungsmaterial der Lumineszenzumwandlungsmaterialschicht Phosphormaterial enthält.
Ein LED Halbleiterbauelement umfassend: eine LED (20) auf einem Substrat (10); eine erste Umhüllungsmaterialschicht (50) auf der LED (20); und eine Lumineszenzumwandlungsmaterialschicht (60, 60a) auf der ersten Umhüllungsmaterialschicht (50) bestehend aus im Wesentlichen einem Lumineszenzumwandlungsmaterial, wobei die Lumineszenzumwandlungsmaterialschicht eine Dicke aufweist die so ausgewählt ist um die Durchlässigkeit für die optische Energie die von der LED emittiert wird zu bestimmen.
Das LED Halbleiterbauelement gemäß Anspruch 23, wobei der erste Umhüllungsmaterialschicht (50) unter ersten Prozessbedingungen zuerst ausgeheilt wird, um vor dem Aufbringen der Lumineszenzumwandlungsmaterialschicht (60, 60a) eine erste Härte aufzuweisen, wobei die Dicke der Lumineszenzumwandlungsmaterialschicht (60, 60a) sich als Ergebnis der ersten Härte ergibt; und wobei die erste Umhüllungsmaterialschicht (50) und die Lumineszenzumwandlungsmaterialschicht (60, 60a) zum zweiten Mal ausgeheilt werden unter zweiten Prozessbedingungen, die unabhängig von den ersten Prozessbedingungen sind.
Das LED Halbleiterbauelement gemäß Anspruch 24, wobei die ersten Prozessbedingungen des ersten Ausheilens eines schonendes Aushärten der ersten Umhüllungsmaterialschicht ergeben und wobei die zweiten Prozessbedingungen des zweiten Ausheilens ein heftiges Aushärten der ersten Umhüllungsmaterialschicht ergeben.
Das LED Halbleiterbauelement gemäß Anspruch 24, wobei die Dicke der Lumineszenzumwandlungsmaterialschicht (60, 60a) durch die Steuerprozessbedingungen des ersten Ausheilens der ersten Umhüllungsmaterialschicht bestimmt werden.
Das LED Halbleiterbauelement gemäß Anspruch 23, wobei die Dicke der Lumineszenzumwandlungsmaterialschicht (60, 60a) durch das Anlegen eines äußeren Druckes (F) an die erste Umhüllungsmaterialschicht (50) bestimmt ist.
Das LED Halbleiterbauelement gemäß Anspruch 23 weiterhin umfassend eine zweite Umhüllungsmaterialschicht (50) auf der Lumineszenzumwandlungsmaterialschicht (60, 60a).
Das LED Halbleiterbauelement gemäß Anspruch 28, wobei die zweite Umhüllungsmaterialschicht (62) für die optische Energie der von der LED emittierten Wellenlänge im Wesentlichen transparent ist.
Das LED Halbleiterbauelement gemäß Anspruch 23, wobei die erste Umhüllungsmaterialschicht (50) für optische Energie einer Wellenlänge emittiert durch die LED im Wesentlichen transparent ist.
Das LED Halbleiterbauelement gemäß Anspruch 23 weiterhin umfassend einen Filter (80) auf der Lumineszenzumwandlungsmaterialschicht (60, 60a).
Das LED Halbleiterbauelement gemäß Anspruch 23 weiterhin umfassend eine oder mehrere Linsen (70) auf der Lumineszenzumwandlungsmaterialschicht.
Das LED Halbleiterbauelement gemäß Anspruch 23, wobei die erste Umhüllungsmaterialschicht (50) außerdem auf dem Substrat (10) ist.
Das LED Halbleiterbauelement gemäß Anspruch 23, wobei die erste Umhüllungsmaterialschicht (50) ausschließlich auf der LED und nicht auf dem Substrat vorhanden ist.
Das LED Halbleiterbauelement gemäß Anspruch 34 weiterhin umfassend eine zweite Umhüllungsmaterialschicht (62) auf der Lumineszenzumwandlungsmaterialschicht (60, 60a) und auf dem Substrat (10).
Das LED Halbleiterbauelement gemäß Anspruch 35, wobei die zweite Umhüllungsmaterialschicht (62) konvex oder konkav geformt ist.
Das LED Halbleiterbauelement gemäß Anspruch 35 weiterhin umfassend einen Filter (80) auf der zweiten Umhüllungsmaterialschicht (62).
Das LED Halbleiterbauelement gemäß Anspruch 23, wobei das Lumineszenzumwandlungsmaterial ein Phosphormaterial enthält.
Das LED Halbleiterbauelement gemäß Anspruch 23, wobei die Durchlässigkeit in einem Bereich zwischen 5% und 10% liegt.
Ein System umfassend einen Regler, der LED Aktivierungssignale erzeugt; und eine Vielzahl von LED Halbleiterbauelementen, wobei die LED Halbleiterbauelemente LED Aktivierungssignale von dem Regler empfangen, wobei jedes LED Halbleiterbauelement umfasst: eine LED (20) auf einem Substrat (10); eine erste Umhüllungsmaterialschicht (50) auf der LED; und eine Lumineszenzumwandlungsmaterialschicht (60, 60a) die im Wesentlichen aus einem Lumineszenzumwandlungsmaterial auf der ersten Umhüllungsmaterialschicht (50) besteht, wobei die Lumineszenzumwandlungsmaterialschicht (60, 60a) eine Dicke aufweist, um die Durchlässigkeit für eine optische Energie wie sie von der LED emittiert wird zu bestimmen, wenn die LED durch die LED Aktivierungssignale aktiviert ist.