DE102011087614A1 - Optoelectronic arrangement for use in headlight in vehicle, has planar light conductor for mixing of electromagnetic radiation, arranged downstream to semiconductor chips in radiation pattern and covering gap between semiconductor chips - Google Patents

Optoelectronic arrangement for use in headlight in vehicle, has planar light conductor for mixing of electromagnetic radiation, arranged downstream to semiconductor chips in radiation pattern and covering gap between semiconductor chips Download PDF

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Abstract

The arrangement (402) has a carrier (102) on which semiconductor chips (104) are located for emission of electromagnetic radiation. A gap (106) is formed between the adjacent semiconductor chips. A planar light conductor (108) is provided for mixing of the electromagnetic radiation, arranged downstream to the semiconductor chips in radiation pattern and covers the gap. A conversion element is arranged between a radiation emission side of the semiconductor chips and the light conductor. The gap is filled with reflective silicone encapsulation in which scattered particles are introduced. The light conductor is comprised of matrix materials e.g. silicone, glass, polymethyl methacrylate and polycarbonate. The semiconductor chips are thin film chips. The conversion element is designed as a ceramic plate. The planar light conductor is designed as silicone- or glass plates. The carrier is designed as a lead frame or a ceramic carrier. The electromagnetic radiation is blue or green light. Independent claims are also included for the following: (1) an illumination device (2) a method for manufacturing an optoelectronic arrangement.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine optoelektronische Anordnung, ein Verfahren zum Herstellen einer optoelektronischen Anordnung und eine Leuchtvorrichtung.The present invention relates to an optoelectronic device, a method for producing an optoelectronic device and a lighting device.

Optoelektronische Anordnungen können eine Mehrzahl an Halbleiterchips aufweisen. Die Halbleiterchips können elektromagnetische Strahlung emittieren. Die Halbleiterchips sind üblicherweise auf einem Träger angeordnet. Der Träger ist notwendig zur mechanischen und elektrischen Kontaktierung der Halbleiterchips. Solche optoelektronischen Anordnungen werden auch Multichip Module genannt, die zum Beispiel als sogenannte Frontscheinwerfer (englisch "Headlamp") in Fahrzeugen einsetzbar sind. Aus prozesstechnischen Gründen ist ein Mindestabstand zwischen benachbarten Halbleiterchips notwendig. Je nach Kontaktierungsmethode für die Halbleiterchips liegen die minimal erreichbaren Abstände zwischen benachbarten Halbleiterchips bei bis zu 200 µm. Dies führt zu räumlich inhomogenen Leuchtdichten und Abstrahlcharakteristiken des Lichtes, das von den Multichip Modulen ausgesandt wird.Optoelectronic devices may include a plurality of semiconductor chips. The semiconductor chips can emit electromagnetic radiation. The semiconductor chips are usually arranged on a carrier. The carrier is necessary for the mechanical and electrical contacting of the semiconductor chips. Such optoelectronic arrangements are also called multichip modules, which can be used, for example, as so-called headlamps ("headlamps") in vehicles. For procedural reasons, a minimum distance between adjacent semiconductor chips is necessary. Depending on the contacting method for the semiconductor chips, the minimum achievable distances between adjacent semiconductor chips are up to 200 μm. This results in spatially inhomogeneous luminances and radiation characteristics of the light emitted by the multichip modules.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den Stand der Technik zu verbessern.An object of the present invention is to improve the prior art.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine optoelektronische Anordnung und ein Verfahren zum Herstellen einer optoelektronischen Anordnung anzugeben, so dass die Leuchtdichte und die Abstrahlcharakteristik der optoelektronischen Anordnung besser homogenisiert sind.A further object of the invention is to specify an optoelectronic device and a method for producing an optoelectronic device, so that the luminance and the radiation characteristic of the optoelectronic device are better homogenized.

Diese Aufgabe wird durch eine optoelektronische Anordnung gemäß dem unabhängigen Vorrichtungsanspruch 1 und durch ein Verfahren zum Herstellen einer optoelektronischen Anordnung gemäß dem unabhängigen Verfahrensanspruch 15 gelöst.This object is achieved by an optoelectronic device according to independent device claim 1 and by a method for producing an optoelectronic device according to independent method claim 15.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Leuchtvorrichtung aufweisend eine optoelektronische Anordnung anzugeben, so dass die Leuchtdichte und die Abstrahlcharakteristik der Leuchtvorrichtung besser homogenisiert sind.A further object of the invention is to specify a lighting apparatus having an optoelectronic arrangement, so that the luminance and the radiation characteristic of the lighting apparatus are better homogenized.

Diese Aufgabe wird durch eine Leuchtvorrichtung gemäß dem unabhängigen Vorrichtungsanspruch 14 gelöst.This object is achieved by a lighting device according to independent device claim 14.

Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen der optoelektronischen Anordnung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.Further developments and advantageous embodiments of the optoelectronic device are specified in the dependent claims.

Beispielhafte AusführungsformenExemplary embodiments

Die vorliegende Erfindung betrifft eine optoelektronische Anordnung mit mindestens zwei Halbleiterchips, die auf einem Träger angeordnet sind. Die Halbleiterchips sind zur Emission elektromagnetischer Strahlung ausgelegt. Zwischen benachbarten Halbleiterchips ist jeweils eine Lücke ausgebildet. Ein flächiger Lichtleiter ist den Halbleiterchips in Abstrahlrichtung nachgeordnet und überdeckt die jeweilige Lücke. In dem flächigen Lichtleiter wird die elektromagnetische Strahlung durchmischt. Insbesondere erfolgt in dem flächigen Lichtleiter eine räumliche Durchmischung der elektromagnetischen Strahlung. Mit anderen Worten werden durch den flächigen Lichtleiter die Leuchtdichte und die Abstrahlcharakteristik der optoelektronischen Anordnung besser homogenisiert. Die Leuchtdichte wird über der jeweiligen Lücke erhöht. Durch den Einsatz des flächigen Lichtleiters sind insbesondere die Anforderungen an den maximal zulässigen Abstand zwischen benachbarten Halbleiterchips weniger streng. Dies reduziert insbesondere die Anforderungen bezüglich der Platzierungstoleranzen beim Bestücken des Trägers mit Halbleiterchips. Das Homogenisieren der Leuchtdichte über die Ausdehnung der optoelektronischen Anordnung ist vorteilhaft insbesondere zum Einsatz der optoelektronischen Anordnung als Frontscheinwerfer in Fahrzeugen. Mit der erfindungsgemäßen optoelektronischen Anordnung kann der Raum vor einem Fahrzeug homogener ausgeleuchtet werden. Im Vergleich zum Stand der Technik treten weniger dunkle Bereiche auf. Besonders vorteilhaft ist es, dass die erfindungsgemäße optoelektronische Anordnung einfach und kostengünstig realisierbar ist. Als flächiger Lichtleiter ist beispielsweise ein einfaches Glas- oder Silikon-Plättchen einsetzbar. The present invention relates to an optoelectronic device having at least two semiconductor chips, which are arranged on a carrier. The semiconductor chips are designed for the emission of electromagnetic radiation. Between adjacent semiconductor chips, a gap is formed in each case. A planar light guide is arranged downstream of the semiconductor chips in the emission direction and covers the respective gap. In the planar light guide, the electromagnetic radiation is mixed. In particular, spatial mixing of the electromagnetic radiation takes place in the planar light guide. In other words, the luminance and the radiation characteristic of the optoelectronic device are better homogenized by the planar light guide. The luminance is increased above the respective gap. As a result of the use of the planar light guide, in particular the requirements for the maximum permissible distance between adjacent semiconductor chips are less stringent. This reduces in particular the requirements with regard to the placement tolerances when loading the carrier with semiconductor chips. The homogenization of the luminance over the extent of the optoelectronic arrangement is advantageous in particular for the use of the optoelectronic arrangement as headlights in vehicles. With the optoelectronic arrangement according to the invention, the space in front of a vehicle can be illuminated more homogeneously. Compared to the prior art, less dark areas occur. It is particularly advantageous that the optoelectronic arrangement according to the invention can be implemented simply and inexpensively. As a planar light guide, for example, a simple glass or silicone plate can be used.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Träger eines der folgenden Elemente auf:

  • – eine Leiterplatte (PCB),
  • – ein Keramiksubstrat,
  • – eine Metallkernplatine,
  • – einen Leadframe oder
  • – ein Kunststofflaminat
  • – ein Panel.
In a preferred embodiment, the support has one of the following elements:
  • A printed circuit board (PCB),
  • A ceramic substrate,
  • A metal core board,
  • - a leadframe or
  • - a plastic laminate
  • - a panel.

Insbesondere ist als Träger eine Metallkernplatine vorteilhaft, da Diese einfach und preiswert in der Herstellung ist und eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist. In particular, as a carrier, a metal core board is advantageous because it is simple and inexpensive to manufacture and has a high thermal conductivity.

Die Halbleiterchips weisen mindestens eine aktive Zone auf, die elektromagnetische Strahlung emittiert. Die aktiven Zonen können pn-Übergänge, Doppelheterostruktur, Mehrfach-Quantentopfstruktur (MQW), Einfach-Quantentopfstruktur (SQW) sein. Quantentopfstruktur bedeutet: Quantentöpfe (3-dim), Quantendrähte (2-dim) und Quantenpunkte (1-dim).The semiconductor chips have at least one active zone which emits electromagnetic radiation. The active zones may be pn junctions, double heterostructure, multiple quantum well structure (MQW), single quantum well structure (SQW). Quantum well structure means quantum wells (3-dim), quantum wires (2-dim) and quantum dots (1-dim).

In einer bevorzugten Ausführungsform basiert der Halbleiterchip auf einem III-V-Verbindungshalbleitermaterial. III-V-Verbindungshalbleitermaterialen sind vorteilhaft, da bei der Strahlungserzeugung hohe interne Quanteneffizienzen erzielt werden können. In einer bevorzugten Ausführungsform kann der Halbleiterchip Aluminium Indium Gallium Nitrid (AlxInyGa1-x-yN) aufweisen. Diese Halbleiterchips können elektromagnetische Strahlung vom ultravioletten Spektralbereich über den blauen Spektralbereich bis zum grünen Spektralbereich emittieren. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann der Halbleiterchip Aluminium Indium Gallium Phosphid (AlxInyGa1-x-yP) aufweisen. Diese Halbleiterchips können elektromagnetische Strahlung vom roten Spektralbereich bis zum gelben Spektralbereich emittieren. Hierbei gilt jeweils 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 und x + y ≤ 1, insbesondere mit x ≠ 1, y ≠ 1, x ≠ 0 und/oder y ≠ 0.In a preferred embodiment, the semiconductor chip is based on a III-V compound semiconductor material. III-V Compound semiconductor materials are advantageous because high internal quantum efficiencies can be achieved in radiation generation. In a preferred embodiment, the semiconductor chip may comprise aluminum indium gallium nitride (Al x In y Ga 1-xy N). These semiconductor chips can emit electromagnetic radiation from the ultraviolet spectral range over the blue spectral range to the green spectral range. In a further preferred embodiment, the semiconductor chip may comprise aluminum indium gallium phosphide (Al x In y Ga 1-xy P). These semiconductor chips can emit electromagnetic radiation from the red spectral range to the yellow spectral range. In this case, 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1 and x + y ≦ 1, in particular with x ≠ 1, y ≠ 1, x ≠ 0 and / or y ≠ 0.

In einer bevorzugten Ausführungsform kann der Halbleiterchip als Oberflächenemitter, insbesondere als sogenannter Dünnfilmchip, ausgebildet sein. Bei Dünnfilmchips überwiegt die Abstrahlung in Vorwärtsrichtung. Dies ist z.B. beim Einsatz in einem Frontscheinwerfer vorteilhaft. Der Dünnfilmchip ist beispielsweise aus der Offenlegungsschrift WO2005081319A1 bekannt.In a preferred embodiment, the semiconductor chip may be formed as a surface emitter, in particular as a so-called thin-film chip. For thin-film chips, the radiation predominates in the forward direction. This is advantageous, for example, when used in a headlight. The thin-film chip is for example from the published patent application WO2005081319A1 known.

Die Halbleiterchips können durch Drahtbonden kontaktiert sein. Bei Licht emittierenden Halbleiterchips, die eine Schicht mit einer n-Polarität und eine Schicht mit einer p-Polarität aufweisen, kann eine der beiden Schichten über einen Bonddraht kontaktiert werden. In einer alternativen Ausführungsform können beide Schichten mit je einem Bonddraht kontaktiert werden. Der Bonddraht verbindet ein Bondpad auf dem Träger und ein Kontaktpad auf dem Licht emittierenden Halbleiterchip. Der Bonddraht erreicht bei einem minimalen Durchmesser von etwa 15 µm eine absolute Höhe über dem Halbleiterchip von mindestens etwa 70 µm. The semiconductor chips may be contacted by wire bonding. In the case of light-emitting semiconductor chips which have a layer with an n-polarity and a layer with a p-polarity, one of the two layers can be contacted via a bonding wire. In an alternative embodiment, both layers can be contacted with one bonding wire each. The bonding wire connects a bonding pad on the carrier and a contact pad on the light emitting semiconductor chip. The bonding wire reaches an absolute height above the semiconductor chip of at least about 70 μm with a minimum diameter of about 15 μm.

In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Kontakte der Schicht mit der n-Polarität und der Schicht mit der p-Polarität auf der Seite des Halbleiterchips realisiert, die zum Träger weist. Ein Beispiel für eine solche Ausführungsform ist eine sogenannte Flipchip-Anordnung. Das Fehlen von Kontaktstrukturen auf der Strahlungsemissionsseite des Halbleiterchips ist besonders vorteilhaft, da der flächige Lichtleiter unmittelbar auf der Strahlungsemissionsseite der Halbleiterchips angeordnet werden kann.In a preferred embodiment, the contacts of the n-polarity layer and the p-polarity layer are realized on the side of the semiconductor chip facing the carrier. An example of such an embodiment is a so-called flip-chip arrangement. The lack of contact structures on the radiation emission side of the semiconductor chip is particularly advantageous since the planar light guide can be arranged directly on the radiation emission side of the semiconductor chips.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist zwischen der Strahlungsemissionsseite der Halbleiterchips und dem flächigen Lichtleiter jeweils ein Konversionselement angeordnet. Dies ist besonders vorteilhaft zur Wellenlängenkonversion des vom Halbleiterchip emittierten Lichtes. Das Konversionselement kann eine Dicke zwischen etwa 20 µm und etwa 200 µm aufweisen. Das Konversionselement weist Leuchtstoffpartikel auf. Die Leuchtstoffpartikel wandeln einen Teil der vom Halbleiterchip emittierten kurzwelligen elektromagnetischen Strahlung (z.B. blaues Licht) in längerwellige elektromagnetische Strahlung (z.B. gelbes Licht). Das Mischlicht aus blauem und gelbem Licht kann weißes Licht ergeben.In a preferred embodiment, a conversion element is arranged in each case between the radiation emission side of the semiconductor chips and the planar light guide. This is particularly advantageous for the wavelength conversion of the light emitted by the semiconductor chip. The conversion element may have a thickness of between about 20 μm and about 200 μm. The conversion element has phosphor particles. The phosphor particles convert a portion of the short wavelength electromagnetic radiation (e.g., blue light) emitted by the semiconductor chip into longer wavelength electromagnetic radiation (e.g., yellow light). The mixed light of blue and yellow light can produce white light.

Die Leuchtstoffpartikel weisen wenigstens eines der folgenden Materialien auf:

  • – Lanthan dotiertes Yttriumoxid (Y2O3-La2O3),
  • – Yttrium Aluminium Granat (Y3Al5O12),
  • – Dysprosiumoxid (Dy2O3),
  • – Aluminium Oxynitrid (Al23O27N5) oder
  • – Aluminium Nitrid (AlN).
The phosphor particles have at least one of the following materials:
  • Lanthanum-doped yttrium oxide (Y 2 O 3 -La 2 O 3 ),
  • Yttrium aluminum garnet (Y 3 Al 5 O 12 ),
  • Dysprosium oxide (Dy 2 O 3 ),
  • Aluminum oxynitride (Al 23 O 27 N 5 ) or
  • - Aluminum nitride (AlN).

Das Konversionselement kann als Keramikplättchen mit einer Dicke zwischen etwa 40 µm und etwa 200 µm, vorzugsweise mit einer Dicke von etwa 100 µm, ausgebildet sein. Alternativ kann das Konversionselement als Silikonplättchen mit einer Dicke zwischen etwa 20 µm und etwa 30 µm ausgebildet sein. Alternativ kann das Konversionselement elektrophoretisch mit einer Dicke zwischen etwa 50 µm und etwa 100 µm abgeschieden werden. Alternativ kann das Konversionselement auf den Halbleiterchip aufgemoldet sein mit Silikon als Moldmaterial in das Leuchtstoffpartikel eingebettet sind. Besonders vorteilhaft sind möglichst dünne Konversionselemente. Je dünner das Konversionselement ist, desto geringer ist die unerwünschte Winkelaufweitung. Je geringer die Winkelaufweitung, desto mehr Licht kann in den flächigen Lichtleiter eingekoppelt werden. The conversion element may be formed as a ceramic plate with a thickness between about 40 microns and about 200 microns, preferably with a thickness of about 100 microns. Alternatively, the conversion element may be formed as a silicon wafer with a thickness between about 20 microns and about 30 microns. Alternatively, the conversion element may be electrophoretically deposited to a thickness of between about 50 μm and about 100 μm. Alternatively, the conversion element can be molded onto the semiconductor chip with silicone as the molding material embedded in the phosphor particle. Particularly advantageous are the thinnest possible conversion elements. The thinner the conversion element, the lower the undesired angular expansion. The smaller the angle widening, the more light can be coupled into the planar light guide.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Lücken zwischen den Halbleiterchips mit einem reflektiven Verguss gefüllt. Zusätzlich kann der reflektive Verguss zwischen den Halbleiterchips und den Rändern der optoelektronischen Anordnung angeordnet sein. Dies überwindet den Nachteil, dass freiliegende Träger von optoelektronischen Anordnungen auftreffende elektromagnetische Strahlung aus dem sichtbaren Spektralbereich zumindest teilweise absorbieren.In a preferred embodiment, the gaps between the semiconductor chips are filled with a reflective potting. In addition, the reflective encapsulation may be arranged between the semiconductor chips and the edges of the optoelectronic device. This overcomes the disadvantage that exposed carriers of optoelectronic devices at least partially absorb incident electromagnetic radiation from the visible spectral range.

Der reflektive Verguss weist ein Matrixmaterial auf in das Streupartikel eingebracht sind. Die Streupartikel kommen in einer Konzentration von 5 Gewichtsprozent bis 60 Gewichtsprozent vor. Das Matrixmaterial kann Silikon, Epoxydharz oder Hybridmaterialien aufweisen. Die Streupartikel können Titandioxid (TiO2), Aluminiumoxid (Al2O3), Zirkoniumoxid (ZrO) und/oder Bariumfluorid (BaF2) aufweisen. Der reflektive Verguss kann den Träger, die Seitenflächen der Halbleiterchips und die Seitenflächen der Konversionselemente vollständig bedecken. Durch diesen reflektiven Verguss wird erreicht, dass zumindest ein Teil des Lichts, das seitlich aus den Konversionselementen austritt, in die Konversionselemente zurückreflektiert wird. Auch die ungewünschte Absorption des Lichtes durch benachbarte Halbleiterchips oder durch den Träger wird reduziert.The reflective casting has a matrix material in which scattering particles are introduced. The scattering particles occur in a concentration of 5 percent by weight to 60 percent by weight. The matrix material may comprise silicone, epoxy or hybrid materials. The scattering particles may comprise titanium dioxide (TiO 2 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), zirconium oxide (ZrO) and / or barium fluoride (BaF 2 ). The reflective potting may completely cover the carrier, the side surfaces of the semiconductor chips, and the side surfaces of the conversion elements. By means of this reflective encapsulation, it is achieved that at least part of the light emerging laterally from the conversion elements is reflected back into the conversion elements. Even the unwanted Absorption of the light by adjacent semiconductor chips or by the carrier is reduced.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Rand des flächigen Lichtleiters eine oder mehrere Seitenflächen auf. Dies ist vorteilhaft, da durch die Anordnung der mindestens einen Seitenfläche die Lichtauskopplung aus dem flächigen Lichtleiter optimiert werden kann. Die mindestens eine Seitenfläche ist in einem Winkel von größer als 90° zu der den Halbleiterchips zugewandten Seite des flächigen Lichtleiters angeordnet. Dies ist vorteilhaft, da der Anteil der an der mindestens einen Seitenfläche total reflektierten Strahlung gegenüber einer Seitenfläche, die einen Winkel von 90° zu der den Halbleiterchips zugewandten Seite des flächigen Lichtleiters einschließt, zunimmt.In a preferred embodiment, the edge of the planar light guide on one or more side surfaces. This is advantageous because the arrangement of the at least one side surface, the light extraction from the planar light guide can be optimized. The at least one side surface is arranged at an angle of greater than 90 ° to the semiconductor chip side facing the planar light guide. This is advantageous since the proportion of the radiation totally reflected at the at least one side surface increases relative to a side surface which encloses an angle of 90 ° to the side of the planar light guide facing the semiconductor chips.

In einer bevorzugten Ausführungsform kann der Rand des flächigen Lichtleiters mit einem Spiegel, insbesondere einem Silberspiegel, versehen sein. Diese Verspiegelung ist in Kombination mit einer geneigten Seitenfläche des Randes des flächigen Lichtleiters besonders vorteilhaft, da besonders viel Licht aus dem flächigen Lichtleiter ausgekoppelt werden kann. Silber ist für elektromagnetische Strahlung aus dem sichtbaren Spektralbereich hoch reflektiv. Silber ist chemisch inert. Silber haftet gut an den zuvor genannten Materialien des flächigen Lichtleiters. In a preferred embodiment, the edge of the planar light guide can be provided with a mirror, in particular a silver mirror. This mirroring is particularly advantageous in combination with an inclined side surface of the edge of the planar light guide, since a particularly large amount of light can be coupled out of the planar light guide. Silver is highly reflective of electromagnetic radiation from the visible spectral range. Silver is chemically inert. Silver adheres well to the aforementioned materials of the planar light guide.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist der flächige Lichtleiter eine Dicke von etwa 50 µm bis etwa 200 µm, vorzugsweise von etwa 75 µm bis etwa 175 µm, besonders bevorzugt von etwa 100 µm bis etwa 150 µm auf. Je geringer die Abstände zwischen den Halbleiterchips gewählt sind, desto geringer kann die Dicke des flächigen Lichtleiters gewählt sein, um die gewünschte Lichtmischung und Homogenisierung zu erreichen. Dies ist besonders vorteilhaft, da durch einen dünnen flächigen Lichtleiter die Bauhöhe der erfindungsgemäßen optoelektronischen Anordnung nur unwesentlich erhöht wird.In a preferred embodiment, the planar light guide has a thickness of about 50 microns to about 200 microns, preferably from about 75 microns to about 175 microns, more preferably from about 100 microns to about 150 microns. The smaller the distances between the semiconductor chips are selected, the lower the thickness of the planar light guide can be selected to achieve the desired light mixing and homogenization. This is particularly advantageous since the overall height of the optoelectronic device according to the invention is only marginally increased by a thin planar optical waveguide.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist der flächige Lichtleiter wenigstens eines der folgenden Matrixmaterialen

  • – Silikon,
  • – Glas,
  • – Polymethylmethacrylat (PMMA),
  • – Polycarbonat (PC) auf.
In a preferred embodiment, the planar light guide has at least one of the following matrix materials
  • - silicone,
  • - Glass,
  • Polymethylmethacrylate (PMMA),
  • - Polycarbonate (PC) on.

Insbesondere Lichtleiter aus Glas oder Silikon sind vorteilhaft, da sie einfach und kostengünstig herstellbar sind.In particular light guides made of glass or silicone are advantageous because they are simple and inexpensive to produce.

Im Falle von Silikon als Matrixmaterial wird vorzugsweise hartes Silikon mit einem Härtegrad von größer als Shore A 60 eingesetzt. Hartes Silikon gewährleistet die notwendige Kantentreue des Randes des flächigen Lichtleiters. In the case of silicone as a matrix material preferably hard silicone with a hardness greater than Shore A 60 is used. Hard silicone ensures the necessary edge fidelity of the edge of the planar light guide.

Weißes Licht kann erzeugt werden durch eine Mischung von verschieden farbigem Licht. Bei einer optoelektronischen Anordnung, die weißes Licht abstrahlt, kann durch die geringe Dispersion im flächigen Lichtleiter erreicht werden, dass das verschieden farbige Licht auf nahezu gleichen Wegen durch den flächigen Lichtleiter wandert. Dies ist besonders vorteilhaft, da eine ungewünschte Entmischung von Licht verschiedener Wellenlängen im flächigen Lichtleiter weitestgehend vermieden werden kann.White light can be generated by a mixture of differently colored light. In an optoelectronic arrangement which emits white light, it can be achieved by the low dispersion in the planar light guide that the differently colored light travels through the planar light guide in almost the same way. This is particularly advantageous since an undesirable separation of light of different wavelengths in the planar light guide can be largely avoided.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind in den flächigen Lichtleiter Partikel eingebracht, die zur besseren Mischung des Lichts im flächigen Lichtleiter dienen. Die Partikel wirken als Diffusoren. Als Partikel können Streupartikel und/oder total reflektierende Partikel verwendet werden. Die Partikel können in einer Konzentration von 0,001 Gewichtsprozent bis zu 10 Gewichtsprozent vorkommen. Streupartikel weisen einen größeren Brechungsindex als der Brechungsindex des Matrixmaterials des flächigen Lichtleiters auf. Die Streupartikel können Titandioxid (TiO2), Aluminiumoxid (Al2O3), Zirkoniumoxid (ZrO) oder Bariumfluorid (BaF2) aufweisen. Die Streupartikel können vorteilhafter Weise eine Korngröße von etwa 500 nm aufweisen. Damit liegt der Durchmesser der Streupartikel im Bereich der Wellenlänge des Lichtes das gestreut werden soll. Total reflektierende Partikel weisen einen kleineren Brechungsindex als der Brechungsindex des Matrixmaterials des flächigen Lichtleiters auf.In a preferred embodiment, particles are introduced into the planar light guide, which serve to better mix the light in the planar light guide. The particles act as diffusers. As particles scattering particles and / or totally reflecting particles can be used. The particles may be present at a level of from 0.001% to 10% by weight. Scattering particles have a greater refractive index than the refractive index of the matrix material of the planar light guide. The scattering particles may comprise titanium dioxide (TiO 2 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), zirconium oxide (ZrO) or barium fluoride (BaF 2 ). The scattering particles may advantageously have a particle size of about 500 nm. Thus, the diameter of the scattering particles is in the range of the wavelength of the light to be scattered. Totally reflecting particles have a smaller refractive index than the refractive index of the matrix material of the planar light guide.

Alternativ oder zusätzlich zu den oben genannten Streupartikeln können SiO2(Glas)-Partikel in den flächigen Lichtleiter eingebracht sein. Die Glaspartikel können Durchmesser zwischen etwa 500 nm bis 5 µm aufweisen. Kleinere Glaspartikel wirken als Streupartikel oder Diffusoren. Größere Glaspartikel wirken als Linsen. Auch durch solche größeren Glaspartikel kann eine Mischung des Lichtes im flächigen Lichtleiter erreicht werden. Glaspartikel sind auch vorteilhaft, da sie eine gute Wärmeleitfähigkeit und eine gute mechanische Stabilität aufweisen.As an alternative or in addition to the above-mentioned scattering particles, SiO 2 (glass) particles can be introduced into the planar light guide. The glass particles may have diameters between about 500 nm to 5 μm. Smaller glass particles act as scattering particles or diffusers. Larger glass particles act as lenses. Even by such larger glass particles, a mixture of the light in the planar light guide can be achieved. Glass particles are also advantageous because they have good thermal conductivity and good mechanical stability.

In einer bevorzugten Ausführungsform kann der flächige Lichtleiter über sein Volumen örtliche Brechungsindexunterschiede aufweisen. Dies ist vorteilhaft, da auch damit eine Durchmischung der elektromagnetischen Strahlung im flächigen Lichtleiter erreicht werden kann. Für den inneren Bereich des flächigen Lichtleiters kann ein niedrigerer Brechungsindex gewählt werden als für den äußeren Bereich des flächigen Lichtleiters, oder umgekehrt. Der Übergang von einem Bereich mit niedrigem Brechungsindex zu einem Bereich mit hohem Brechungsindex kann stetig oder sprunghaft ausgebildet sein. In a preferred embodiment, the planar light guide can have local refractive index differences over its volume. This is advantageous because it also allows a thorough mixing of the electromagnetic radiation in the planar light guide can be achieved. For the inner region of the planar light guide, a lower refractive index can be selected than for the outer region of the planar light guide, or vice versa. The transition from a low refractive index region to a high refractive index region may be continuous or discontinuous.

In einer bevorzugten Ausführungsform kann der Einsatz von Partikeln und von Brechungsindexunterschieden im flächigen Lichtleiter kombiniert werden. Dies ist besonders vorteilhaft, da damit eine besonders effiziente räumliche und/oder spektrale Durchmischung des Lichtes erreichbar ist. Durch diese Kombination kann die für die Lichtmischung notwendige Dicke des flächigen Lichtleiters auf ein Minimum von etwa 50 µm reduziert werden. Diese geringe Dicke des flächigen Lichtleiters ist besonders vorteilhaft, da dadurch die Bauhöhe der optoelektronischen Anordnung gering gehalten wird und weniger Material notwendig ist. Die Einsparung von Material reduziert die Kosten.In a preferred embodiment, the use of particles and refractive index differences in the planar light guide can be combined become. This is particularly advantageous because it allows a particularly efficient spatial and / or spectral mixing of the light can be achieved. By this combination, the necessary for the light mixture thickness of the planar light guide can be reduced to a minimum of about 50 microns. This small thickness of the planar light guide is particularly advantageous since the height of the optoelectronic device is kept low and less material is necessary. The saving of material reduces the costs.

In einer bevorzugten Ausführungsform können die Brechungsindices des flächigen Lichtleiters und des Konversionselements folgende Bedingung erfüllen:
n(Lichtleiter) < n(Konversionselement).
In a preferred embodiment, the refractive indices of the planar light guide and of the conversion element can fulfill the following condition:
n (optical fiber) <n (conversion element).

Dies ist vorteilhaft, da ein Teil der elektromagnetischen Strahlung an der Grenzfläche von Konversionselement und flächigem Lichtleiter total reflektiert wird. Ein Teil dieses total reflektierten Lichtes kann den flächigen Lichtleiter oberhalb der Konversionselemente verlassen. Dies führt zu weniger Verlusten durch Absorption im Konversionselement. Dies führt zudem zu einer homogeneren Leuchtdichteverteilung. Der Brechungsindex des Konversionselements ist abhängig vom Matrixmaterial und von der Konzentration der Leuchtstoffpartikel. Er kann zwischen etwa 1,4 und etwa 1,8 variieren. Der Brechungsindex des flächigen Lichtleiters ist ebenfalls abhängig vom Matrixmaterial. Bei Glas als Matrixmaterial kann der Brechungsindex des flächigen Lichtleiters zwischen etwa 1,4 und 1,6 variieren. This is advantageous because a part of the electromagnetic radiation is totally reflected at the interface of the conversion element and the planar light guide. Part of this totally reflected light can leave the planar light guide above the conversion elements. This leads to less losses due to absorption in the conversion element. This also leads to a more homogeneous luminance distribution. The refractive index of the conversion element is dependent on the matrix material and on the concentration of the phosphor particles. It can vary between about 1.4 and about 1.8. The refractive index of the planar light guide is also dependent on the matrix material. For glass as a matrix material, the refractive index of the planar light guide can vary between about 1.4 and 1.6.

In einer bevorzugten Ausführungsform kann der flächige Lichtleiter und das Konversionselement durch eine Klebstoffschicht, insbesondere aus Silikon, verbunden sein. Die Dicke d der Klebstoffschicht kann folgender Bedingung bezüglich der Wellenlänge λ der von den Halbleiterchips emittierten elektromagnetischen Strahlung genügen: d < λ/2. In a preferred embodiment, the planar light guide and the conversion element can be connected by an adhesive layer, in particular made of silicone. The thickness d of the adhesive layer may satisfy the following condition with respect to the wavelength λ of the electromagnetic radiation emitted from the semiconductor chips: d <λ / 2.

Dies ist vorteilhaft, da durch die Klebstoffschicht mit obiger Dicke d kein optisch nachteiliger Effekt auftritt.This is advantageous since no optically disadvantageous effect occurs due to the adhesive layer with the above thickness d.

In einer bevorzugten Ausführungsform kann der flächige Lichtleiter und das Konversionselement durch eine Klebstoffschicht verbunden sein, die folgender Bedingung bezüglich der Brechungsindices genügt:
n(Lichtleiter) < n(Klebstoff) < n(Konversionselement).
In a preferred embodiment, the planar light guide and the conversion element can be connected by an adhesive layer that satisfies the following condition with respect to the refractive indices:
n (optical fiber) <n (adhesive) <n (conversion element).

Dies ist vorteilhaft, da durch obige Anpassung der Brechungsindices die Leuchtdichteverluste an den Grenzflächen von Lichtleiter zu Klebstoff bzw. von Klebstoff zu Konversionselement minimiert sind.This is advantageous since the above adaptation of the refractive indices minimizes the luminance losses at the interfaces from optical fiber to adhesive or from adhesive to conversion element.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die vom Träger abgewandte Oberfläche des flächigen Lichtleiters aufgeraut. Dies ist vorteilhaft, da durch die Aufrauung des flächigen Lichtleiters die Auskoppeleffizienz für das Licht erhöht wird. Die Aufrauung des flächigen Lichtleiters kann bei der Herstellung des flächigen Lichtleiters oder nachträglich erzeugt werden. In a preferred embodiment, the surface facing away from the carrier surface of the planar light guide is roughened. This is advantageous because the roughening of the planar light guide increases the coupling-out efficiency for the light. The roughening of the planar light guide can be generated during the production of the planar light guide or subsequently.

Die Aufrauung kann eine Pyramidenstruktur aufweisen. Die Pyramiden können durch einen Sputterprozess auf den flächigen Lichtleiter aufgebracht werden.The roughening can have a pyramidal structure. The pyramids can be applied by a sputtering process on the planar light guide.

Alternativ oder zusätzlich kann die Aufrauung eine Mottenaugenstruktur aufweisen. Die Oberfläche der Mottenaugen ist feinstrukturiert. Sie besteht aus konischen Zäpfchen, die kleiner sind als die Wellenlänge des sichtbaren Lichtes. Von Innen nach Außen wird der Noppendurchmesser zudem kleiner. Der Brechungsindex des Lichtes ändert sich damit nicht sprunghaft sondern kontinuierlich. Dadurch ist keine erkennbare Grenzfläche vorhanden. Dadurch wird das Licht beim Übergang vom flächigen Lichtleiter zur Umgebungsluft nicht reflektiert. Alternatively or additionally, the roughening may have a moth-eye structure. The surface of the moth eyes is finely structured. It consists of conical suppositories smaller than the wavelength of visible light. From inside to outside the nub diameter is also smaller. The refractive index of the light does not change abruptly but continuously. As a result, no recognizable interface is present. As a result, the light is not reflected during the transition from the planar light guide to the ambient air.

Die vorliegende Erfindung betrifft des Weiteren eine Leuchtvorrichtung, die eine optoelektronische Anordnung mit einer sekundären Optik kombiniert. Die optoelektronische Anordnung kann gemäß einer der obigen Ausführungsformen ausgebildet sein. Die Kombination von optoelektronischer Anordnung und sekundärer Optik ist vorteilhaft, da damit das von der optoelektronischen Anordnung ausgehende Licht weitergeleitet und/oder abgebildet werden kann.The present invention further relates to a lighting device that combines an opto-electronic device with a secondary optics. The optoelectronic device may be configured according to one of the above embodiments. The combination of optoelectronic arrangement and secondary optics is advantageous since it allows the light emanating from the optoelectronic arrangement to be forwarded and / or imaged.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Leuchtvorrichtung weist die sekundäre Optik wenigstens eines der folgenden Elemente auf:

  • – einen Lichtleiter,
  • – eine Streuscheibe,
  • – eine Linse oder
  • – einen Reflektor.
In a preferred embodiment of the lighting device, the secondary optics has at least one of the following elements:
  • - a light guide,
  • - a diffuser,
  • - a lens or
  • - a reflector.

Der Einsatz eines Lichtleiters ist vorteilhaft, da dadurch Licht über große Entfernungen nahezu verlustfrei weitergeleitet werden kann. Der Einsatz einer Streuscheibe ist vorteilhaft, da dadurch das von der optoelektronischen Anordnung ausgehende Licht noch stärker durchmischt werden kann. Der Einsatz einer Linse ist vorteilhaft, da dadurch das von der optoelektronischen Anordnung ausgehende Licht gebündelt werden kann. Der Einsatz eines Reflektors ist vorteilhaft, da das von der optoelektronischen Anordnung ausgehende Licht in Vorwärtsrichtung fokussiert werden kann. Insbesondere kann Licht, das in Winkel größer als 90° zum Lot von den optoelektronischen Bauelementen abgestrahlt wird, nach Vorne reflektiert werden und geht damit nicht verloren.The use of a light guide is advantageous because it allows light to be passed on almost without loss over long distances. The use of a diffusing screen is advantageous because it allows the light emanating from the optoelectronic arrangement to be mixed even more. The use of a lens is advantageous because it allows the light emanating from the optoelectronic device to be focused. The use of a reflector is advantageous since the light emanating from the optoelectronic device can be focused in the forward direction. In particular, light which is radiated at angles greater than 90 ° to the solder from the optoelectronic components can be reflected to the front and is thus not lost.

Die vorliegende Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Herstellen einer optoelektronischen Anordnung mit den folgenden Schritten. Zunächst wird ein Träger bereitgestellt. Auf dem Träger werden mindestens zwei Halbleiterchips zur Emission von elektromagnetischer Strahlung angeordnet. Zwischen jeweils benachbarten Halbleiterchips wird eine Lücke ausgebildet. Ein flächiger Lichtleiter zur Durchmischung der elektromagnetischen Strahlung wird den Halbleiterchips in Abstrahlrichtung nachgeordnet und überdeckt die jeweilige Lücke. Dieses Verfahren ist vorteilhaft, da eine bessere Homogenisierung der Leuchtdichte der optoelektronischen Anordnung erreicht wird, ohne die Bauhöhe der optoelektronischen Anordnung wesentlich zu vergrößern. The present invention further relates to a method for producing an optoelectronic device with the following steps. First, a carrier is provided. At least two semiconductor chips for emission of electromagnetic radiation are arranged on the carrier. Between each adjacent semiconductor chips, a gap is formed. A planar light guide for mixing the electromagnetic radiation is arranged downstream of the semiconductor chips in the emission direction and covers the respective gap. This method is advantageous because a better homogenization of the luminance of the optoelectronic device is achieved without significantly increasing the overall height of the optoelectronic device.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Verschiedene Ausführungsbeispiele werden im Folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und zum besseren Verständnis übertrieben groß oder verkleinert dargestellt sein.Various embodiments are explained in more detail below with reference to the drawings. The same, similar or equivalent elements are provided in the figures with the same reference numerals. The figures and the proportions of the elements shown in the figures with each other are not to be considered to scale. On the contrary, individual elements can be shown exaggeratedly large or reduced in size for better representability and better understanding.

1a zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen optoelektronischen Anordnung in Schnittansicht; 1a shows a first embodiment of an optoelectronic device according to the invention in sectional view;

1b zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen optoelektronischen Anordnung in Schnittansicht; 1b shows a second embodiment of an optoelectronic device according to the invention in sectional view;

1c zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen optoelektronischen Anordnung in Schnittansicht; 1c shows a third embodiment of an optoelectronic device according to the invention in sectional view;

2a, 2b, 2c zeigen Halbleiterchips mit elektrischen Kontakten in Schnittansicht; 2a . 2 B . 2c show semiconductor chips with electrical contacts in sectional view;

3 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen optoelektronischen Anordnung in Schnittansicht; 3 shows a fourth embodiment of an optoelectronic device according to the invention in sectional view;

4 zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen optoelektronischen Anordnung in Schnittansicht; 4 shows a fifth embodiment of an optoelectronic device according to the invention in sectional view;

5a, 5b, 5c und 5d zeigen flächige Lichtleiter in Schnittansicht; 5a . 5b . 5c and 5d show planar light guide in sectional view;

6 zeigt ein sechstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen optoelektronischen Anordnung in Schnittansicht; 6 shows a sixth embodiment of an optoelectronic device according to the invention in a sectional view;

7 zeigt ein siebtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen optoelektronischen Anordnung in Draufsicht; 7 shows a seventh embodiment of an optoelectronic device according to the invention in plan view;

8 zeigt ein achtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen optoelektronischen Anordnung in Draufsicht; 8th shows an eighth embodiment of an optoelectronic device according to the invention in plan view;

9 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Leuchtvorrichtung in Schnittansicht. nine shows an embodiment of a lighting device in a sectional view.

AUSFÜHRUNGSBEISPIELEEMBODIMENTS

1a zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen optoelektronischen Anordnung 402 in Schnittansicht. Es sind drei Halbleiterchips 104 gezeigt, die elektromagnetische Strahlung emittieren. Die Erfindung ist jedoch nicht auf drei Halbleiterchips beschränkt. Die Halbleiterchips 104 sind auf einem Träger 102, insbesondere einem Leadframe oder einem keramischen Träger, angeordnet. Die Halbleiterchips 104 können auf dem Aluminium Indium Gallium Nitrid (AlInGaN)-Materialsystem basieren und elektromagnetische Strahlung, insbesondere Licht einer Farbe, zum Beispiel blaues oder grünes Licht, emittieren. Ein flächiger Lichtleiter 108 ist den Halbleiterchips 104 in Abstrahlrichtung nachgeordnet. Wegen Platzierungstoleranzen beim Anordnen der Halbleiterchips 104 auf dem Träger 102 und wegen dem Lot 107, das jeweils seitlich zwischen den Halbleiterchips 104 und dem Träger 102 austritt, beträgt der minimal erreichbare Abstand zwischen den Halbleiterchips etwa 50 µm. Mit anderen Worten entsteht zwischen benachbarten Halbleiterchips 104 jeweils eine Lücke 106. Der flächige Lichtleiter 108 überdeckt die Lücken 106 vollständig. Der flächige Lichtleiter 108 kann eine Dicke von 50 µm bis 200 µm aufweisen. Der flächige Lichtleiter 108 kann Silikon aufweisen. Die elektromagnetische Strahlung der Halbleiterchips 104 wird im flächigen Lichtleiter 108 durchmischt. Durch die Durchmischung der elektromagnetischen Strahlung wird eine bessere Homogenisierung der Leuchtdichte erreicht. Insbesondere tritt Licht nun auch an den Stellen des flächigen Lichtleiters 108 aus dem flächigen Lichtleiter 108 aus, die sich über den Lücken 106 befinden. Die Durchmischung der elektromagnetischen Strahlung im flächigen Lichtleiter 108 kann gesteigert werden, indem man über das Volumen des flächigen Lichtleiters 108 Brechungsindexunterschiede einbringt. Diese Brechungsindexunterschiede sind aus Gründen der Übersichtlichkeit in den Figuren nicht dargestellt. 1a shows a first embodiment of an optoelectronic device according to the invention 402 in sectional view. There are three semiconductor chips 104 shown that emit electromagnetic radiation. However, the invention is not limited to three semiconductor chips. The semiconductor chips 104 are on a carrier 102 , in particular a leadframe or a ceramic carrier, arranged. The semiconductor chips 104 may be based on the aluminum indium gallium nitride (AlInGaN) material system and emit electromagnetic radiation, particularly light of a color, for example, blue or green light. A planar light guide 108 is the semiconductor chips 104 downstream in the emission direction. Because of placement tolerances in arranging the semiconductor chips 104 on the carrier 102 and because of the lot 107 , each side between the semiconductor chips 104 and the carrier 102 exits, the minimum achievable distance between the semiconductor chips is about 50 microns. In other words, arises between adjacent semiconductor chips 104 one gap each 106 , The planar light guide 108 covers the gaps 106 Completely. The planar light guide 108 may have a thickness of 50 microns to 200 microns. The planar light guide 108 may have silicone. The electromagnetic radiation of the semiconductor chips 104 becomes in the surface light guide 108 mixed. By mixing the electromagnetic radiation, a better homogenization of the luminance is achieved. In particular, light now also occurs at the locations of the planar light guide 108 from the planar light guide 108 out, over the gaps 106 are located. The mixing of the electromagnetic radiation in the planar light guide 108 can be increased by talking about the volume of the planar light guide 108 Introduces refractive index differences. These refractive index differences are not shown in the figures for reasons of clarity.

1b zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen optoelektronischen Anordnung 404 in Schnittansicht. Falls nicht anders erwähnt, entspricht das vorliegende Ausführungsbeispiel dem Ausführungsbeispiel in 1a. Zwischen den Strahlungsemissionsseiten 124 der Halbleiterchips 104 und dem flächigen Lichtleiter 108 ist jeweils ein Konversionselement 112 zur Wellenlängenkonversion angeordnet. Das Konversionselement 112 kann ein Silikonplättchen sein, in das Leuchtstoffpartikel eingebracht sind. Die Dicke des Silikonplättchens kann bei etwa 30 µm liegen. Die Leuchtstoffpartikel können beispielsweise Yttrium Aluminium Granat (Y3Al5O12) aufweisen. Die Halbleiterchips 104 können auf dem AlInGaN-Materialsystem basieren und blaues Licht emittieren. Ein Teil der kurzwelligen, insbesondere blauen, Primärstrahlung wird durch die Leuchtstoffpartikel in längerwellige, insbesondere gelbe, Sekundärstrahlung gewandelt werden. Das Mischlicht aus blauem und gelbem Licht kann weißes Licht ergeben. Durch die geringe Dicke des Konversionselements 112 wird gewährleistet, dass der überwiegende Teil des weißen Mischlichtes auf der Seite des Konversionselements 112 austritt, die dem flächigen Lichtleiter 108 zugewandt ist. Der Anteil des Lichtes, der die Konversionselemente 112 durch die Seitenflächen verlässt, die im Wesentlichen senkrecht auf die Halbleiterchips 104 stehen, kann in die Konversionselemente 112 zurückgestreut werden. Hierzu werden die Lücken 106 zwischen den Halbleiterchips 104 mit einem reflektiven Verguss 109, insbesondere aus Silikon in das TiO2-Partikel eingebracht sind, vollständig gefüllt. Auch die Bereiche zwischen den Halbleiterchips 104 und dem Rand der optoelektronischen Anordnung 404 sind vollständig mit dem reflektiven Verguss 109 gefüllt. Der reflektive Verguss 109 verhindert auch, dass das von den Halbleiterchips 104 emittierte Licht vom Träger 102 absorbiert wird. Der flächige Lichtleiter 108 ist in Kontakt mit den Konversionselementen 112 und mit dem reflektiven Verguss 109. Die Brechungsindices des flächigen Lichtleiters 108 und des Konversionselements 112 können folgende Bedingung erfüllen:
n(Lichtleiter) < n(Konversionselement).
1b shows a second embodiment of an optoelectronic device according to the invention 404 in sectional view. Unless otherwise stated, the present embodiment corresponds to the embodiment in FIG 1a , Between the radiation emission sides 124 the semiconductor chips 104 and the planar light guide 108 Is respectively a conversion element 112 arranged for wavelength conversion. The conversion element 112 may be a silicone plate, are incorporated in the phosphor particles. The thickness of the silicone plate can be about 30 microns. The phosphor particles may comprise, for example, yttrium aluminum garnet (Y 3 Al 5 O 12 ). The semiconductor chips 104 can be based on the AlInGaN material system and emit blue light. Part of the short-wave, in particular blue, primary radiation will be converted by the phosphor particles into longer-wave, in particular yellow, secondary radiation. The mixed light of blue and yellow light can produce white light. Due to the small thickness of the conversion element 112 ensures that the vast majority of the white mixed light on the side of the conversion element 112 emerges, the surface of the light guide 108 is facing. The proportion of light that the conversion elements 112 leaves through the side surfaces, which are substantially perpendicular to the semiconductor chips 104 can stand in the conversion elements 112 be scattered back. This will be the gaps 106 between the semiconductor chips 104 with a reflective potting 109 , in particular made of silicone in the TiO 2 particles are completely filled. Also the areas between the semiconductor chips 104 and the edge of the optoelectronic device 404 are complete with the reflective potting 109 filled. The reflective casting 109 also prevents that from the semiconductor chips 104 emitted light from the carrier 102 is absorbed. The planar light guide 108 is in contact with the conversion elements 112 and with reflective potting 109 , The refractive indices of the planar light guide 108 and the conversion element 112 can fulfill the following condition:
n (optical fiber) <n (conversion element).

1c zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen optoelektronischen Anordnung 406 in Schnittansicht. Die Konversionselemente 112 sind durch eine lichtdurchlässige Klebstoffschicht 140 mit dem flächigen Lichtleiter 108 verbunden. Die Klebstoffschicht 140 kann Silikon aufweisen. Die Dicke d der Klebstoffschicht 140 genügt folgender Bedingung bezüglich der Wellenlänge λ der von den Halbleiterchips 104 emittierten elektromagnetischen Strahlung: d < λ/2. Unabhängig von der Dicke d der Klebstoffschicht 140, können die Brechungsindices n des flächigen Lichtleiters 108, der Klebstoffschicht 140 und des Konversionselements 112 folgender Bedingung genügen:
n(Lichtleiter) < n(Klebstoff) < n(Konversionselement).
1c shows a third embodiment of an optoelectronic device according to the invention 406 in sectional view. The conversion elements 112 are through a translucent adhesive layer 140 with the planar light guide 108 connected. The adhesive layer 140 may have silicone. The thickness d of the adhesive layer 140 satisfies the following condition with respect to the wavelength λ of the semiconductor chips 104 emitted electromagnetic radiation: d <λ / 2. Regardless of the thickness d of the adhesive layer 140 , the refractive indices n of the planar light guide can 108 , the adhesive layer 140 and the conversion element 112 satisfy the following condition:
n (optical fiber) <n (adhesive) <n (conversion element).

In allen Ausführungsbeispielen kann der flächige Lichtleiter 108 durch eine lichtdurchlässige Klebstoffschicht 140 mit den Halbleiterchips 104 und/oder mit den Konversionselementen 112 und/oder mit dem (ausgehärteten) reflektiven Verguss 109 verbunden werden. Der Übersichtlichkeit halber wird diese Klebstoffschicht 140 jedoch nur in dem Ausführungsbeispiel von 1c dargestellt.In all embodiments, the planar light guide 108 through a translucent adhesive layer 140 with the semiconductor chips 104 and / or with the conversion elements 112 and / or with the (cured) reflective potting 109 get connected. For the sake of clarity, this adhesive layer 140 however, only in the embodiment of 1c shown.

In einem nicht gezeigten Ausführungsbeispiel kann der flächige Lichtleiter 108 mit einer Klammer auf den Halbleiterchips 104 und/oder auf den Konversionselementen 112 und/oder auf dem ausgehärteten reflektiven Verguss 109 befestigt werden.In an embodiment not shown, the planar light guide 108 with a clamp on the semiconductor chips 104 and / or on the conversion elements 112 and / or on the cured reflective potting 109 be attached.

Im Folgenden werden an Hand der 2a, 2b und 2c verschiedene Typen von Halbleiterchips mit zugehörigen elektrischen Kontakten erläutert, die in den Ausführungsbeispielen gemäß den 1a, 1b und 1c verwendet werden können.The following are on hand of the 2a . 2 B and 2c various types of semiconductor chips with associated electrical contacts explained that in the embodiments according to the 1a . 1b and 1c can be used.

2a zeigt einen Halbleiterchip 104a in Schnittansicht bei dem die Strahlungsemissionsseite 124 kontaktfrei ist. Beide elektrische Kontakte sind auf der Seite des Halbleiterchips 104a realisiert, die zum Träger 102 weist. Verluste an Leuchtdichte durch Abschattung können so vermieden werden. Die beiden Chipkontakte 120 des Halbleiterchips 104a sind auf der zum Träger 102 weisenden Seite des Halbleiterchips 104a angeordnet. Auf dem Träger 102 sind für die Anbindung des Halbleiterchips 104a zwei Bondpads 122 vorgesehen. Die Chipkontakte 120 und die Bondpads 122 können durch Lot miteinander verbunden sein. Eine mögliche Ausführungsform eines solchen Halbleiterchips 104a ist der sogenannte "Flipchip". 2a shows a semiconductor chip 104a in sectional view at the radiation emission side 124 is contactless. Both electrical contacts are on the side of the semiconductor chip 104a realized that to the carrier 102 has. Losses due to shading can thus be avoided. The two chip contacts 120 of the semiconductor chip 104a are on the to the carrier 102 facing side of the semiconductor chip 104a arranged. On the carrier 102 are for the connection of the semiconductor chip 104a two bondpads 122 intended. The chip contacts 120 and the bondpads 122 can be connected by solder. A possible embodiment of such a semiconductor chip 104a is the so-called "flip chip".

2b zeigt ein weiteres Beispiel eines Halbleiterchips 104b in Schnittansicht, bei dem die Strahlungsemissionsseite 124 kontaktfrei ist. Im Gegensatz zum Halbleiterchip in 2a werden in 2b die Schichten mit verschiedener Leitfähigkeit und die detaillierte Kontaktstruktur dargestellt. Ein AlInGaN-Halbleiterchip 104b ist hierbei als ein sogenannter Dünnfilm-Halbleiterchip ausgebildet. Die Strahlungsemissionsseite 124 weist pyramidenförmige Strukturen auf. Die Epitaxieschicht weist eine n-Typ Schicht 202 und eine p-Typ Schicht 206 auf. Zwischen diesen beiden Schichten 202 und 206 ist eine aktive Zone 204 angeordnet. Über Vias 207, die mit einer n-Metallisierung 212 gefüllt sind, wird die n-Typ Schicht 202 bestromt. Die Vias sind zur elektrischen Isolierung gegenüber p-leitende Bereiche vollständig mit einer Passivierung 208 aus SiO2 umgeben. Über einen Silberspiegel 210 wird die p-Typ Schicht 206 bestromt. Über elektrisch leitfähige Kanäle 216 in einem Chipträger 214 wird ein n-Pad 220 mit der n-Metallisierung 212 und ein p-Pad 222 mit dem Silberspiegel 210 verbunden. Der Chipträger 214 kann aus einer elektrisch isolierenden Keramik bestehen. Die elektrisch leitfähigen Kanäle 216 können mit Lot gefüllt sein. Die Epitaxieschichten sind auf der Seite des Chipträgers 214 angeordnet, die vom Träger 102 abgewandt ist. Das n-Pad 220 und das p-Pad 222 sind auf der gegenüberliegenden Seite des Chipträgers 214 angeordnet. Mit dem n-Pad 220 und dem p-Pad 222 kann der Halbleiterchip 104b auf einem Träger 102, z.B. auf einer Leiterplatte(PCB), mechanisch und elektrisch leitend befestigt werden. Ein solcher Halbleiterchip 104b ist geeignet für die Verwendung in einer optoelektronischen Anordnung z.B. entsprechend den Ausführungsbeispielen in 1a, 1b oder 1c. 2 B shows another example of a semiconductor chip 104b in sectional view, in which the radiation emission side 124 is contactless. Unlike the semiconductor chip in 2a be in 2 B the layers with different conductivity and the detailed contact structure are shown. An AlInGaN semiconductor chip 104b is designed here as a so-called thin-film semiconductor chip. The radiation emission side 124 has pyramidal structures. The epitaxial layer has an n-type layer 202 and a p-type layer 206 on. Between these two layers 202 and 206 is an active zone 204 arranged. About vias 207 that with an n-metallization 212 filled, becomes the n-type layer 202 energized. The vias are complete with passivation for electrical isolation from p-type regions 208 surrounded by SiO 2 . Over a silver mirror 210 becomes the p-type layer 206 energized. Via electrically conductive channels 216 in a chip carrier 214 becomes an n-pad 220 with the n-metallization 212 and a p-pad 222 with the silver mirror 210 connected. The chip carrier 214 can consist of an electrically insulating ceramic. The electrically conductive channels 216 can be filled with solder. The epitaxial layers are on the side of the chip carrier 214 arranged by the carrier 102 turned away. The n-pad 220 and the p-pad 222 are on the opposite side of the chip carrier 214 arranged. With the n-pad 220 and the p-pad 222 can the semiconductor chip 104b on a carrier 102 , For example, on a printed circuit board (PCB), mechanically and electrically conductive are attached. Such a semiconductor chip 104b is suitable for use in an optoelectronic device, eg according to the embodiments in 1a . 1b or 1c ,

Bei allen Typen von optoelektronischen Halbleiterchips kann die Strahlungsemissionsseite 124 der Halbleiterchips 104 aufgeraut sein. Als Aufrauung können pyramidenförmige Strukturen dienen. Die Pyramiden können eine Höhe zwischen 0,5 µm und 4 µm aufweisen. Durch die Aufrauung wird der Anteil der an der Grenzfläche von Halbleiterchip zu Umgebung total reflektierten Strahlung deutlich reduziert. Mit anderen Worten wird durch die Aufrauung die Auskoppeleffizienz des Halbleiterchips deutlich erhöht. Der Übersichtlichkeit halber wird diese Aufrauung jedoch nur in dem Halbleiterchip von 2b dargestellt.In all types of optoelectronic semiconductor chips, the radiation emission side 124 the semiconductor chips 104 be roughened. As a roughening pyramidal structures can serve. The pyramids can have a height between 0.5 μm and 4 μm. The roughening significantly reduces the proportion of the radiation totally reflected at the interface between the semiconductor chip and the surroundings. In other words, the roughening significantly increases the coupling-out efficiency of the semiconductor chip. For clarity, however, this roughening is only in the semiconductor chip of 2 B shown.

2c zeigt ein Beispiel eines Halbleiterchips 104c in Schnittansicht, bei dem einer der beiden elektrischen Kontakte auf der Strahlungsemissionsseite 124 des Halbleiterchips 104c angeordnet ist. Der Halbleiterchip 104c ist über eine Halbleiterchip-Kontaktschicht 130 elektrisch und mechanisch mit dem Träger 102 verbunden. Der zweite elektrische Kontakt des Halbleiterchips 104c wird über einen Bonddraht 136 realisiert. Der Bonddraht 136 weist einen Durchmesser von mindestens 15 µm auf. Der Bonddraht 136 verbindet das Bondpad 132 auf dem Träger 102 mit dem Kontaktpad 134 auf der Strahlungsemissionsseite 124 des Halbleiterchips 104c. Bondraht 136, Bondpad 132 und Kontaktpad 134 können Gold aufweisen. Das Kontaktpad 134 und das Bondpad 132 können Dicken zwischen 0,5 µm und 5 µm aufweisen. Der Bonddraht 136 weist eine Biegung auf, den sogenannten Loop. Die Höhe 138 dieses Loops über dem Halbleiterchip 104c beträgt mindestens etwa 70 µm. Damit der Bonddraht 136 nicht in Kontakt mit dem flächigen Lichtleiter 108 (nicht in 2c dargestellt) kommt und dabei beschädigt wird, muss das Konversionselement (nicht in 2c dargestellt) den Loop überragen. 2c shows an example of a semiconductor chip 104c in sectional view, in which one of the two electrical contacts on the radiation emission side 124 of the semiconductor chip 104c is arranged. The semiconductor chip 104c is via a semiconductor chip contact layer 130 electrically and mechanically with the carrier 102 connected. The second electrical contact of the semiconductor chip 104c is via a bonding wire 136 realized. The bonding wire 136 has a diameter of at least 15 microns. The bonding wire 136 connects the bondpad 132 on the carrier 102 with the contact pad 134 on the radiation emission side 124 of the semiconductor chip 104c , bonding wire 136 , Bondpad 132 and contact pad 134 may have gold. The contact pad 134 and the bondpad 132 may have thicknesses between 0.5 microns and 5 microns. The bonding wire 136 has a bend, the so-called loop. The height 138 this loop over the semiconductor chip 104c is at least about 70 microns. So that the bonding wire 136 not in contact with the planar light guide 108 (not in 2c shown) comes and it is damaged, the conversion element (not in 2c represented) overhang the loop.

Es ist jedoch auch jede andere Art von Halbleiterchip in den erfindungsgemäßen optoelektronischen Anordnungen einsetzbar.However, it is also possible to use any other type of semiconductor chip in the optoelectronic arrangements according to the invention.

3 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen optoelektronischen Anordnung 408 zur Erzeugung von weißem Licht in Schnittansicht. Es sind drei drahtgebondete Halbleiterchips 104c gezeigt, auf denen jeweils ein Konversionselement 112 angeordnet ist. Die Konversionselemente 112 bedecken im Wesentlichen den Bereich der Strahlungsemissionsseite 124 der Halbleiterchips 104c, die nicht vom Kontaktpad 134 bedeckt sind. Der Übersichtlichkeit halber sind die Klebstoffschichten und die Halbleiterchip-Kontaktschichten nicht dargestellt. Die Drahtkontaktierung erfordert für jeden Halbleiterchip 104c die Anordnung eines Bondpads 132 auf dem Träger 102. Wenn die Bondpads 132 zwischen den Halbleiterchips 104c angeordnet sind, beträgt der minimal mögliche Abstand zwischen den Halbleiterchips 104c etwa 150 µm. Das weiße Licht kann in dem flächigen Lichtleiter 108 derart durchmischt werden, dass der Abfall der Leuchtdichte zwischen den Halbleiterchips 104c reduziert wird. Der flächige Lichtleiter 108 kann aus klarem Silikon bestehen. Alternativ kann der flächige Lichtleiter 108 über sein Volumen Brechungsindexunterschiede aufweisen. Diese sind in der Figur nicht dargestellt. 3 shows a fourth embodiment of an optoelectronic device according to the invention 408 for producing white light in sectional view. There are three wire-bonded semiconductor chips 104c shown on each of which a conversion element 112 is arranged. The conversion elements 112 essentially cover the area of the radiation emission side 124 the semiconductor chips 104c not from the contact pad 134 are covered. For the sake of clarity, the adhesive layers and the semiconductor chip contact layers are not shown. The wire bonding requires for each semiconductor chip 104c the arrangement of a bond pad 132 on the carrier 102 , If the bondpads 132 between the semiconductor chips 104c are arranged, the minimum possible distance between the semiconductor chips 104c about 150 μm. The white light can be in the planar light guide 108 be mixed in such a way that the drop in luminance between the semiconductor chips 104c is reduced. The planar light guide 108 can be made of clear silicone. Alternatively, the planar light guide 108 have refractive index differences across its volume. These are not shown in the figure.

4 zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen optoelektronischen Anordnung 410 zur Erzeugung von weißem Licht in Schnittansicht. Das vorliegende Ausführungsbeispiel entspricht weitgehend dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel. Abweichend vom Ausführungsbeispiel in 3 sind im Ausführungsbeispiel in 4 in den flächigen Lichtleiter 108 Partikel 114 eingebracht. Die Partikel können Streupartikel und/oder total reflektierende Partikel sein. Durch die Konzentration der Partikel 114 kann die Stärke der Durchmischung des Lichtes im flächigen Lichtleiter 108 eingestellt werden. Die Lücken 106 zwischen den Halbleiterchips 104c sind vollständig mit einem reflektiven Verguss 109 aufgefüllt. 4 shows a fifth embodiment of an optoelectronic device according to the invention 410 for producing white light in sectional view. The present embodiment largely corresponds to the in 3 illustrated embodiment. Deviating from the embodiment in 3 are in the embodiment in 4 in the planar light guide 108 particle 114 brought in. The particles may be scattering particles and / or totally reflecting particles. By the concentration of the particles 114 can the strength of the mixing of the light in the planar light guide 108 be set. The gaps 106 between the semiconductor chips 104c are complete with a reflective potting 109 refilled.

5a zeigt einen flächigen Lichtleiters 108, wie er in den Ausführungsbeispielen verwendet wird, in Schnittansicht. Der Rand 110 des flächigen Lichtleiters 108 weist eine Seitenfläche 110a auf. Der Winkel α den die Seitenfläche 110a mit der Ebene des flächigen Lichtleiters 108 einschließt, beträgt etwa 90°. 5a shows a planar light guide 108 , as used in the embodiments, in sectional view. The edge 110 of the planar light guide 108 has a side surface 110a on. The angle α the side surface 110a with the plane of the planar light guide 108 includes, is about 90 °.

5b zeigt einen flächigen Lichtleiters 108, wie er in den Ausführungsbeispielen verwendet wird, in Schnittansicht. Hierbei ist der Rand 110 zur Optimierung der Lichtauskopplung aus dem flächigen Lichtleiter 108 ausgebildet. Die Seitenfläche 110a schließt mit der Ebene des flächigen Lichtleiters 108 einen Winkel von größer 90° ein. Dadurch wird der Anteil des an der Seitenfläche 110a total reflektierten Lichtes gegenüber einer Anordnung gemäß 5a erhöht. Zudem wird durch die geneigte Seitenfläche 110a das Licht in Vorwärtsrichtung reflektiert. 5b shows a planar light guide 108 , as used in the embodiments, in sectional view. Here's the edge 110 for optimizing the light extraction from the planar light guide 108 educated. The side surface 110a closes with the plane of the planar light guide 108 an angle greater than 90 °. This will change the proportion of the side surface 110a totally reflected light compared to an arrangement according to 5a elevated. In addition, by the inclined side surface 110a the light reflects in the forward direction.

5c zeigt einen flächigen Lichtleiter 108, wie er in den Ausführungsbeispielen verwendet wird, in Schnittansicht. Die Seitenfläche 110a ist mit einem Spiegel beschichtet. Der Spiegel kann als Silberspiegel ausgebildet sein. Durch die Verspiegelung wird der Anteil des an der Seitenfläche 110a reflektierten Lichtes gegenüber einer Anordnung gemäß 5b nochmals erhöht. 5c shows a planar light guide 108 , as used in the embodiments, in sectional view. The side surface 110a is coated with a mirror. The mirror can be designed as a silver mirror. The mirroring makes up the proportion of the side surface 110a reflected Light opposite to an arrangement according to 5b increased again.

5d zeigt einen flächigen Lichtleiters 108, wie er in den Ausführungsbeispielen verwendet wird, in Schnittansicht. Dieser flächige Lichtleiter 108 ist eine Weiterbildung des flächigen Lichtleiters in 5b. Der Rand 110 weist mehrere Seitenflächen 110a auf. Die Seitenflächen 110a sind jeweils um den Winkel α, der größer als 90° ist, gegenüber der Ebene des flächigen Lichtleiters 108 geneigt. 5d shows a planar light guide 108 , as used in the embodiments, in sectional view. This planar light guide 108 is a development of the planar light guide in 5b , The edge 110 has several side surfaces 110a on. The side surfaces 110a are each at the angle α, which is greater than 90 °, with respect to the plane of the planar light guide 108 inclined.

In einer nicht gezeigten Weiterbildung des flächigen Lichtleiters 108 aus 5d können auch die mehreren Seitenflächen 110a des Randes 110 verspiegelt sein.In a further development of the planar light guide, not shown 108 out 5d can also use the multiple side surfaces 110a of the edge 110 be mirrored.

6 zeigt ein sechstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen optoelektronischen Anordnung 412 zur Erzeugung von weißem Licht in Schnittansicht. Es sind zwei drahtgebondete Halbleiterchips 104c dargestellt. Jeweils ein Kontakt der Halbleiterchips 104c ist über einen Bonddraht 136 realisiert. Auf den Halbleiterchips 104c ist jeweils ein Konversionselement 112 angeordnet. Das Konversionselement 112 überragt den höchsten Punkt des Bonddrahtes 136. Bei einer "Loophöhe" des Bonddrahtes 136 von etwa 70 µm muss das Konversionselement 112 eine Höhe von mehr als 70 µm aufweisen. Die Lücke 106 und der Bereich zwischen den Halbleiterchips 104c und dem Randbereich der optoelektronischen Anordnung 412 sind mit einem reflektiven Verguss 109 vergossen. Der flächige Lichtleiter 108 weist Silikon auf in das Partikel 114 zur Lichtmischung eingebracht sind. Der Rand 110 des flächigen Lichtleiters 108 weist eine Seitenfläche 110a auf, die einen Winkel α von größer als 90° mit der Ebene des flächigen Lichtleiters 108 einschließt. Die vom Träger 102 abgewandte Oberfläche 116 des flächigen Lichtleiters 108 ist aufgeraut. Als Aufrauung ist eine Mottenaugenstruktur gezeigt. 6 shows a sixth embodiment of an optoelectronic device according to the invention 412 for producing white light in sectional view. These are two wire-bonded semiconductor chips 104c shown. One contact each of the semiconductor chips 104c is over a bonding wire 136 realized. On the semiconductor chips 104c is each a conversion element 112 arranged. The conversion element 112 surmounted the highest point of the bonding wire 136 , At a "loop height" of the bonding wire 136 of about 70 microns, the conversion element 112 have a height of more than 70 microns. The gap 106 and the area between the semiconductor chips 104c and the edge region of the optoelectronic device 412 are with a reflective potting 109 shed. The planar light guide 108 has silicone in the particle 114 introduced to the light mixture. The edge 110 of the planar light guide 108 has a side surface 110a at an angle α greater than 90 ° with the plane of the planar light guide 108 includes. The from the carrier 102 remote surface 116 of the planar light guide 108 is roughened. As a roughening a moth eye structure is shown.

7 zeigt ein siebtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen optoelektronischen Anordnung 414 in Draufsicht. Die drahtgebondeten Halbleiterchips 104c sind in einer Reihe angeordnet. Die Kontaktierung der Halbleiterchips 104c wird jeweils über einen seitlich angeordneten Bonddraht 136 realisiert, der zu einem seitlich angeordneten Bondpad 132 auf dem Träger 102 führt. Durch diese seitliche Kontaktierung kann der minimale Abstand zwischen den Halbleiterchips 104c auf etwa 50 µm reduziert werden. Um die Leuchtdichte, die über den etwa 50 µm breiten Lücken 106 auftritt, zu erhöhen, ist ein dünner flächiger Lichtleiter 108 mit einer Dicke von etwa 50 µm ausreichend. Der Lichtleiter 108 überdeckt die Halbleiterchips 104c, die Bonddrähte 136, die Bondpads 132, die Kontaktpads 134 und vor allem die Lücken 106 vollständig. Der flächige Lichtleiter 108 weist einen umlaufenden Rand 110 auf. Der Rand 110 kann eine der in den 5a, 5b, 5c oder 5d dargestellten Strukturen aufweisen. 7 shows a seventh embodiment of an optoelectronic device according to the invention 414 in plan view. The wire-bonded semiconductor chips 104c are arranged in a row. The contacting of the semiconductor chips 104c is in each case via a laterally arranged bonding wire 136 realized, which leads to a laterally arranged bonding pad 132 on the carrier 102 leads. By this lateral contacting, the minimum distance between the semiconductor chips 104c be reduced to about 50 microns. To the luminance, over the approximately 50 μm wide gaps 106 occurs, is a thin planar light guide 108 sufficient with a thickness of about 50 microns. The light guide 108 covers the semiconductor chips 104c , the bonding wires 136 , the bond pads 132 , the contact pads 134 and especially the gaps 106 Completely. The planar light guide 108 has a circumferential border 110 on. The edge 110 can one of the in the 5a . 5b . 5c or 5d have shown structures.

8 zeigt ein achtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen optoelektronischen Anordnung 416 in Draufsicht. Die Halbleiterchips 104 sind in einer hexagonal dichtesten Packung angeordnet. Dadurch ist die Breite der Lücken 106 zwischen den Halbleiterchips 104 minimiert. Der flächige Lichtleiter 108 überdeckt die Anordnung der Vielzahl von Halbleiterchips 104 vollständig. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind eventuelle Drahtkontaktierungen nicht dargestellt. Wie schon im Ausführungsbeispiel von 7 ist ein flächiger Lichtleiter 108 mit einer Dicke von etwa 50 µm für die bessere Homogenisierung der Leuchtdichte über den Lücken 106 ausreichend. 8th shows an eighth embodiment of an optoelectronic device according to the invention 416 in plan view. The semiconductor chips 104 are arranged in a hexagonal closest packing. This is the width of the gaps 106 between the semiconductor chips 104 minimized. The planar light guide 108 covers the arrangement of the plurality of semiconductor chips 104 Completely. For reasons of clarity, any wire contacts are not shown. As in the embodiment of 7 is a planar light guide 108 with a thickness of about 50 microns for better homogenization of the luminance over the gaps 106 sufficient.

9 zeigt eine erfindungsgemäße Leuchtvorrichtung 300 in Schnittansicht. Eine Sekundäroptik 302 in Form einer Linse ist der optoelektronischen Anordnung in Abstrahlrichtung nachgeordnet. Als optoelektronische Anordnung können sämtliche vorgenannte optoelektronischen Anordnungen 402 bis 416 gewählt werden. nine shows a lighting device according to the invention 300 in sectional view. A secondary optic 302 in the form of a lens, the optoelectronic arrangement is arranged downstream in the emission direction. As optoelectronic arrangement, all the above-mentioned optoelectronic arrangements 402 to 416 to get voted.

Im Verfahren zum Herstellen einer optoelektronischen Anordnung 402, 404, 406, 408, 410, 412, 414, 416 wird zunächst ein Träger 102 bereit gestellt. Anschließend werden mindestens zwei Halbleiterchips 104, 104a, 104b, 104c zur Emission von elektromagnetischer Strahlung auf dem Träger 102 angeordnet. Hierbei wird zwischen benachbarten Halbleiterchips 104, 104a, 104b, 104c jeweils eine Lücke 106 ausgebildet. Anschließend wird ein flächiger Lichtleiter 108 zur Durchmischung der elektromagnetischen Strahlung der Halbleiterchips 104, 104a, 104b, 104c den Halbleiterchips 104, 104a, 104b, 104c in Abstrahlrichtung nachgeordnet. Hierdurch wird erreicht, dass der flächige Lichtleiter 108 die jeweiligen Lücken 106 überdeckt.In the method for producing an optoelectronic device 402 . 404 . 406 . 408 . 410 . 412 . 414 . 416 becomes a carrier first 102 provided. Subsequently, at least two semiconductor chips 104 . 104a . 104b . 104c for emission of electromagnetic radiation on the carrier 102 arranged. This is between adjacent semiconductor chips 104 . 104a . 104b . 104c one gap each 106 educated. Subsequently, a planar light guide 108 for mixing the electromagnetic radiation of the semiconductor chips 104 . 104a . 104b . 104c the semiconductor chips 104 . 104a . 104b . 104c downstream in the emission direction. This ensures that the planar light guide 108 the respective gaps 106 covered.

Das optoelektronische Halbleiterbauteil und das Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Halbleiterbauteils wurden zur Veranschaulichung des zugrundeliegenden Gedankens anhand einiger Ausführungsbeispiele beschrieben. Die Ausführungsbeispiele sind dabei nicht auf bestimmte Merkmalskombinationen beschränkt. Auch wenn einige Merkmale und Ausgestaltungen nur im Zusammenhang mit einem besonderen Ausführungsbeispiel oder einzelnen Ausführungsbeispielen beschrieben wurden, können sie jeweils mit anderen Merkmalen aus anderen Ausführungsbeispielen kombiniert werden. Es ist ebenso möglich, in Ausführungsbeispielen einzelne dargestellte Merkmale oder besondere Ausgestaltungen wegzulassen oder hinzuzufügen, soweit die allgemeine technische Lehre realisiert bleibt.The optoelectronic semiconductor device and the method for producing an optoelectronic semiconductor device have been described to illustrate the underlying idea based on some embodiments. The embodiments are not limited to specific feature combinations. Although some features and configurations have been described only in connection with a particular embodiment or individual embodiments, they may each be combined with other features from other embodiments. It is also possible to omit or add in individual embodiments illustrated features or particular embodiments, as far as the general technical teaching is realized.

Auch wenn die Schritte des Verfahrens zum Herstellen eines optoelektronischen Halbleiterbauteils in einer bestimmten Reihenfolge beschrieben sind, so ist es selbstverständlich, dass jedes der in dieser Offenbarung beschriebenen Verfahren in jeder anderen, sinnvollen Reihenfolge durchgeführt werden kann, wobei auch Verfahrensschritte ausgelassen oder hinzugefügt werden können, soweit nicht von dem Grundgedanken der beschriebenen technischen Lehre abgewichen wird. Although the steps of the method of manufacturing an optoelectronic semiconductor device are described in a particular order, it is to be understood that any of the methods described in this disclosure may be performed in any other meaningful order, including but not limited to, method steps. unless deviated from the basic idea of the technical teaching described.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

102102
Träger carrier
104104
Halbleiterchip Semiconductor chip
104a104a
Flipchip mit kontaktfreier Abstrahlungsfläche Flip chip with non-contact radiating surface
104b104b
Halbleiterchip mit kontaktfreier Abstrahlungsfläche Semiconductor chip with contact-free radiation surface
104c104c
Halbleiterchip, Draht gebondet Semiconductor chip, wire bonded
106106
Lücke zwischen Halbleiterchips Gap between semiconductor chips
107107
Lot, insbesondere seitlich austretendes Lot, in particular laterally exiting
108108
flächiger Lichtleiter planar light guide
109109
reflektiver Verguss reflective casting
110110
Rand des flächigen Lichtleiters Edge of the planar light guide
110a110a
Seitenfläche side surface
112112
Konversionselement conversion element
114114
Partikel, streuend und/oder total reflektierend Particles, scattering and / or totally reflective
116116
Oberfläche des flächigen Lichtleiters  Surface of the planar light guide
120120
Chipkontakt Contact chip
122122
Bondpad auf Träger Bondpad on carrier
124124
Strahlungsemissionsseite eines Halbleiterchips Radiation emission side of a semiconductor chip
130130
Halbleiterchip-Kontaktschicht Semiconductor chip contact layer
132132
Bondpad auf Träger Bondpad on carrier
134134
Kontaktpad auf dem Halbleiterchip Contact pad on the semiconductor chip
136136
Bonddraht bonding wire
138138
Loophöhe loop height
140140
Klebstoffschicht adhesive layer
αα
Winkel angle
202202
n-Typ Schicht n-type layer
204204
aktive Zone active zone
206206
p-Typ Schicht p-type layer
207207
Vias vias
208208
Passivierung passivation
210210
Silberspiegel silver mirror
212212
n-Metallisierung n-metallization
214214
Halbleiterchip-Träger The semiconductor die carrier
216216
leitfähiger Kanal conductive channel
220220
n-Pad n-Pad
222222
p-Pad p-Pad
300300
Leuchtvorrichtung lighting device
302302
Sekundäroptik secondary optics
402–416402-416
optoelektronische Anordnung optoelectronic arrangement

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • WO 2005081319 A1 [0014] WO 2005081319 A1 [0014]

Claims (15)

Optoelektronische Anordnung (402, 404, 406, 408, 410, 412, 414, 416) mit: – einem Träger (102), – mindestens zwei Halbleiterchips (104, 104a, 104b, 104c) zur Emission elektromagnetischer Strahlung, die auf dem Träger (102) angeordnet sind, wobei zwischen jeweils benachbarten Halbleiterchips (104, 104a, 104b, 104c) eine Lücke (106) ausgebildet ist und – einem flächigen Lichtleiter (108) zur Durchmischung der elektromagnetischen Strahlung, der den Halbleiterchips (104, 104a, 104b, 104c) in Abstrahlrichtung nachgeordnet ist und die jeweilige Lücke (106) überdeckt.Optoelectronic arrangement ( 402 . 404 . 406 . 408 . 410 . 412 . 414 . 416 ) with: - a carrier ( 102 ), - at least two semiconductor chips ( 104 . 104a . 104b . 104c ) for emitting electromagnetic radiation emitted on the support ( 102 ) are arranged between each adjacent semiconductor chips ( 104 . 104a . 104b . 104c ) a gap ( 106 ) is formed and - a planar light guide ( 108 ) for mixing the electromagnetic radiation that the semiconductor chips ( 104 . 104a . 104b . 104c ) is arranged downstream in the emission direction and the respective gap ( 106 ) covered. Optoelektronische Anordnung gemäß Anspruch 1, wobei zwischen einer Strahlungsemissionsseite (124) der Halbleiterchips (104, 104a, 104b, 104c) und dem flächigen Lichtleiter (108) jeweils ein Konversionselement (112) angeordnet ist.Optoelectronic assembly according to claim 1, wherein between a radiation emission side ( 124 ) of the semiconductor chips ( 104 . 104a . 104b . 104c ) and the planar light guide ( 108 ) each have a conversion element ( 112 ) is arranged. Optoelektronische Anordnung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Lücke (106) zwischen den Halbleiterchips (104, 104a, 104b, 104c) mit einem reflektiven Verguss (109), insbesondere aus Silikon, gefüllt ist, in den Streupartikel aus wenigstens einem der folgenden Materialien – Titandioxid (TiO2), – Aluminiumoxid (Al2O3) – Zirkoniumoxid (ZrO) – Bariumfluorid (BaF2) eingebracht sind, wobei die Streupartikel in einer Konzentration von insgesamt 5 Gewichtsprozent bis insgesamt 60 Gewichtsprozent in dem Verguss (109) vorliegen.Optoelectronic device according to claim 1 or 2, wherein the gap ( 106 ) between the semiconductor chips ( 104 . 104a . 104b . 104c ) with a reflective potting ( 109 ), in particular of silicone, in which scattering particles of at least one of the following materials - titanium dioxide (TiO 2 ), - alumina (Al 2 O 3 ) - zirconium oxide (ZrO) - barium fluoride (BaF 2 ) are introduced, wherein the scattering particles in a total concentration of 5% by weight to a total of 60% by weight in the casting ( 109 ) are present. Optoelektronische Anordnung gemäß einem der vorigen Ansprüche, wobei ein Rand (110) des flächigen Lichtleiters (108) eine oder mehrere Seitenflächen (110a) aufweist, die in einem Winkel (α) von größer als 90° zu der den Halbleiterchips (104, 104a, 104b, 104c) zugewandten Seite des flächigen Lichtleiters (108) angeordnet sind.Optoelectronic arrangement according to one of the preceding claims, wherein an edge ( 110 ) of the planar light guide ( 108 ) one or more side surfaces ( 110a ) which is at an angle (α) of greater than 90 ° to the semiconductor chips ( 104 . 104a . 104b . 104c ) facing side of the planar light guide ( 108 ) are arranged. Optoelektronische Anordnung gemäß Anspruch 4, wobei die eine oder die mehreren Seitenflächen (110a) des flächigen Lichtleiters (108) mit einem Spiegel, insbesondere einem Silberspiegel, versehen sind.Optoelectronic assembly according to claim 4, wherein the one or more side surfaces ( 110a ) of the planar light guide ( 108 ) are provided with a mirror, in particular a silver mirror. Optoelektronische Anordnung gemäß einem der vorigen Ansprüche, wobei der flächige Lichtleiter (108) eine Dicke von etwa 50 µm bis etwa 200 µm, vorzugsweise von etwa 75 µm bis etwa 175 µm, besonders bevorzugt von etwa 100 µm bis etwa 150 µm, aufweist.Optoelectronic arrangement according to one of the preceding claims, wherein the planar light guide ( 108 ) has a thickness of about 50 μm to about 200 μm, preferably from about 75 μm to about 175 μm, particularly preferably from about 100 μm to about 150 μm. Optoelektronische Anordnung gemäß einem der vorigen Ansprüche, wobei der flächige Lichtleiter (108) wenigstens eines der Matrixmaterialen – Silikon, – Glas, – Polymethylmethacrylat (PMMA), – Polycarbonat (PC) aufweist.Optoelectronic arrangement according to one of the preceding claims, wherein the planar light guide ( 108 ) has at least one of the matrix materials - silicone, - glass, - polymethylmethacrylate (PMMA), - polycarbonate (PC). Optoelektronische Anordnung gemäß einem der vorigen Ansprüche, wobei in den flächigen Lichtleiter (108) Partikel (114), insbesondere Streupartikel aus wenigstens einem der Materialien – Titandioxid (TiO2), – Aluminiumoxid (Al2O3) – Zirkoniumoxid (ZrO) – Bariumfluorid (BaF2) und/oder total reflektierende Partikel, in einer Konzentration von insgesamt 0,001 Gewichtsprozent bis zu insgesamt 10 Gewichtsprozent, eingebettet sind.Optoelectronic arrangement according to one of the preceding claims, wherein in the planar light guide ( 108 ) Particles ( 114 ), in particular scattering particles of at least one of the materials - titanium dioxide (TiO 2 ), - alumina (Al 2 O 3 ) - zirconium oxide (ZrO) - barium fluoride (BaF 2 ) and / or totally reflecting particles, in a total concentration of 0.001 percent by weight to a total of 10 weight percent, are embedded. Optoelektronische Anordnung gemäß einem der vorigen Ansprüche, wobei der flächige Lichtleiter (108) über sein Volumen Brechungsindexunterschiede aufweist.Optoelectronic arrangement according to one of the preceding claims, wherein the planar light guide ( 108 ) has refractive index differences across its volume. Optoelektronische Anordnung gemäß einem der Ansprüche 2 bis 9, wobei die Brechungsindices n des flächigen Lichtleiters (108) und des Konversionselements (112) folgende Bedingung erfüllen: n(Lichtleiter) < n(Konversionselement)Optoelectronic arrangement according to one of claims 2 to 9, wherein the refractive indices n of the planar light guide ( 108 ) and the conversion element ( 112 ) satisfy the following condition: n (optical fiber) <n (conversion element) Optoelektronische Anordnung gemäß einem der Ansprüche 2 bis 10, wobei der flächige Lichtleiter (108) und das Konversionselement (112) durch eine Klebstoffschicht (140), insbesondere aus Silikon, verbunden sind, dessen Dicke d folgender Bedingung bezüglich der Wellenlänge λ der vom Halbleiterchip (104) emittierten elektromagnetischen Strahlung genügt: d < λ/2Optoelectronic arrangement according to one of claims 2 to 10, wherein the planar light guide ( 108 ) and the conversion element ( 112 ) by an adhesive layer ( 140 ), in particular of silicone, whose thickness d of the following condition with respect to the wavelength λ of the semiconductor chip ( 104 ) emitted electromagnetic radiation is sufficient: d <λ / 2 Optoelektronische Anordnung gemäß einem der Ansprüche 2 bis 11, wobei der flächige Lichtleiter (108) und das Konversionselement (112) durch eine Klebstoffschicht (140) verbunden sind, die folgender Bedingung bezüglich der Brechungsindices n genügt: n(Lichtleiter) < n(Klebstoff) < n(Konversionselement). Optoelectronic arrangement according to one of claims 2 to 11, wherein the planar light guide ( 108 ) and the conversion element ( 112 ) by an adhesive layer ( 140 ) satisfies the following condition with respect to refractive indices n: n (optical fiber) <n (adhesive) <n (conversion element). Optoelektronische Anordnung gemäß einem der vorigen Ansprüche, wobei die vom Träger (102) abgewandte Oberfläche (116) des flächigen Lichtleiters (108) aufgeraut ist und als Struktur insbesondere eine Pyramidenstruktur und/oder eine Mottenaugenstruktur aufweist.Optoelectronic device according to one of the preceding claims, wherein the carrier ( 102 ) facing away from the surface ( 116 ) of the planar light guide ( 108 ) is roughened and has as structure in particular a pyramidal structure and / or a moth eye structure. Leuchtvorrichtung (300) mit einer optoelektronischen Anordnung (402, 404, 406, 408, 410, 412, 414, 416) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei eine Sekundäroptik (302), insbesondere eine Linse, der Strahlungsaustrittsfläche des flächigen Lichtleiters (108) nachgeordnet ist.Lighting device ( 300 ) with an optoelectronic arrangement ( 402 . 404 . 406 . 408 . 410 . 412 . 414 . 416 ) according to one of claims 1 to 13, wherein a secondary optic ( 302 ), in particular one Lens, the radiation exit surface of the planar light guide ( 108 ) is subordinate. Verfahren zum Herstellen einer optoelektronischen Anordnung (402, 404, 406, 408, 410, 412, 414, 416) mit den folgenden Schritten: – Bereitstellen eines Trägers (102); – Anordnen von mindestens zwei Halbleiterchips (104, 104a, 104b, 104c) zur Emission von elektromagnetischer Strahlung (108) auf dem Träger (102), wobei zwischen jeweils benachbarten Halbleiterchips (104, 104a, 104b, 104c) eine Lücke (106) ausgebildet wird; – Anordnen eines flächigen Lichtleiters (108) zur Durchmischung der elektromagnetischen Strahlung, der den Halbleiterchips (104, 104a, 104b, 104c) in Abstrahlrichtung nachgeordnet ist und die Lücke (106) überdeckt.Method for producing an optoelectronic device ( 402 . 404 . 406 . 408 . 410 . 412 . 414 . 416 ) comprising the following steps: - providing a carrier ( 102 ); Arranging at least two semiconductor chips ( 104 . 104a . 104b . 104c ) for the emission of electromagnetic radiation ( 108 ) on the support ( 102 ), wherein in each case between adjacent semiconductor chips ( 104 . 104a . 104b . 104c ) a gap ( 106 ) is formed; Arranging a planar light guide ( 108 ) for mixing the electromagnetic radiation that the semiconductor chips ( 104 . 104a . 104b . 104c ) is arranged downstream in the emission direction and the gap ( 106 ) covered.
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